A gravação é um processo de remoção de camadas superficiais de um material (conhecido como substrato/wafer). Este processo utiliza um líquido (condicionante) ou gás reativo que remove as camadas desejadas enquanto uma camada de máscara protege as camadas desejadas. Além disso, existem principalmente dois tipos neste processo, conhecidos como ataque úmido e ataque seco.
Este artigo explicará os dois tipos, explicará a diferença entre a gravação a seco e a gravação a úmido, os fatores a serem considerados ao decidir entre os dois tipos e tudo o mais que você precisa saber sobre esses métodos de gravação.
Fatores a serem considerados ao escolher o método de gravação
A seleção do método de ataque para remoção de superfícies de um determinado material é um processo que deve ser cuidadosamente considerado. Portanto, existem alguns parâmetros que os maquinistas devem considerar antes de escolher um método específico. Abaixo destacamos três deles.
1. Seletividade
A seletividade compara a taxa de corrosão do gás ou líquido reativo e do wafer/substrato. É a proporção das taxas de corrosão de ambos os materiais. Além disso, a afinidade do gás ou líquido reativo pode significar atacar apenas a camada indesejada ou tanto a camada indesejada como as camadas desejadas. Este parâmetro é muito importante porque ajuda a determinar se a máscara durará mais que o material de ataque para evitar que o líquido ou gás reativo ataque a peça desejada.
2. Taxa de gravação
A taxa de corrosão é a espessura do material que é gravado por unidade de tempo. Um sinônimo para isso é a velocidade de gravação. Os usuários medem isso em nanômetros por minuto (nm/min) ou micrômetros por minuto (µm/min).
3. Uniformidade de gravação
Isto é importante quando o processo de gravação envolve o processamento de um grande lote de material. Também pode ser usado para comparar as taxas de corrosão de diferentes partes de um único material. Este parâmetro é determinado subtraindo a taxa de gravação mais alta de um lote da taxa de gravação mais baixa e dividindo pela soma de ambas as taxas.
Considerações adicionais
Depois de selecionar o processo de gravação, os maquinistas também consideram os efeitos que o agente de gravação (gás ou líquido de gravação) teria. Existem dois efeitos possíveis:
Gravura isotrópica
Este tipo de gravação remove camadas da superfície do material em múltiplas direções. O resultado não é realmente preciso e pode levar a cortes nas camadas que não deveriam ser removidos.
Gravura anisotrópica
O ataque anisotrópico remove o material em apenas uma direção. É o método preferido entre os maquinistas. É uma forma de gravação mais precisa e é usada para criar padrões circulares no substrato.
Visão geral dos tipos de gravação: gravação a seco vs. gravação a úmido
Agora que explicamos os diferentes parâmetros e resultados da gravação, podemos passar para os diferentes tipos. Conforme mencionado anteriormente, existem dois tipos principais de gravação. No entanto, existem diferentes subtipos entre esses dois. Esta seção examina ambos os tipos, seus subtipos e as vantagens e desvantagens de ambos os tipos.
Processo de gravação a seco
A gravação a seco é o método de gravação mais comumente usado atualmente. Este processo usa íons de alta energia com carga neutra para gravar a superfície alvo de um substrato. O processo cria esses íons usando um campo de radiofrequência para converter gases reativos em plasma. É daí que vem o sinônimo gravação a plasma.
No entanto, deve-se notar que existem processos de ataque a seco que não utilizam o processo de plasma.
Para que este processo funcione, deve haver um sistema de fornecimento contínuo de gás para que o campo de RF possa converter constantemente esses gases reativos em plasma. Exemplos de gases reativos usados no processo são argônio, oxigênio, hélio, nitrogênio, etc.
Este processo é preferível à gravação úmida porque produz menos resíduos e utiliza menos produtos químicos. Além disso, o processo pode ser isotrópico ou anisotrópico, proporcionando ao maquinista maior controle sobre o grau de ataque.
Tipos de gravação a seco
Existem basicamente três tipos de gravação a seco. Eles são
1. Gravura de íon reativo (RIE)
Este método utiliza uma configuração que utiliza dois eletrodos, um campo de radiofrequência e um recipiente a vácuo cheio de gás. O operador coloca o substrato/wafer em um dos eletrodos em um vácuo preenchido com o gás reativo que atua como um agente corrosivo. Os dois eletrodos formam um campo elétrico para acelerar os íons em direção ao substrato. Este campo elétrico é responsável pela propriedade anisotrópica deste processo.
Um campo de alta frequência é então aplicado para dividir o gás de gravação em um jato de plasma com carga neutra. Este feixe ataca a superfície do wafer e reage com o material na superfície do substrato, produzindo subprodutos.
2. Gravura por pulverização catódica/fresagem de íons
Este processo utiliza baixa pressão (10 mPa) no vácuo para direcionar o gás (na maioria dos casos argônio) para o substrato. As moléculas de gás usam sua energia cinética para repelir as moléculas enxertadas na superfície do substrato. Portanto, este modo usa mais um aspecto físico para remover as camadas indesejadas.
3. Gravura de íons reativos profundos (DRIE)
Esta técnica de gravação utiliza o processo químico de RIE conforme explicado acima. No entanto, também utiliza um aspecto físico onde os íons de plasma podem expulsar átomos do material se tiverem energia cinética suficiente.
Vantagens e desvantagens da gravação a seco
| Vantagens | Desvantagens |
| Não usa muitos produtos químicos. | Alguns dos gases utilizados são corrosivos. |
| O processo é menos caótico. | O equipamento necessário para isso é caro. |
| É um processo de gravação mais preciso. | A operação de equipamentos especiais requer um nível mais elevado de conhecimento especializado. |
| Os subprodutos são mais fáceis de descartar. | |
| Os operadores podem automatizar o processo, reduzindo os riscos operacionais. |
Processo de gravação úmida
Como o nome sugere, este processo utiliza soluções líquidas como meio de ataque. Esses líquidos são comumente chamados de cáusticos. Para realizar o processo são necessárias grandes quantidades desses líquidos para criar um banho químico.
Alguns desses líquidos são altamente corrosivos e, portanto, penetram no subsolo. Exemplos de líquidos utilizados são ácido fluorídrico, ácido clorídrico, etc.
Para proteger as camadas desejadas após a utilização dos banhos químicos, os operadores utilizam materiais resistentes às propriedades corrosivas dos condicionadores. Exemplos dessas máscaras são óxidos, cromo, ouro, etc.
O processo é bastante simples. Quando o substrato mascarado entra em contato com o líquido, o líquido dissolve as camadas indesejadas. Após exposição suficiente, apenas as partes mascaradas do substrato permanecem.
Devido às propriedades isotrópicas desta técnica, ela perdeu popularidade entre os especialistas em gravura. No entanto, alguns usuários encontraram maneiras de tornar o processo um tanto anisotrópico.
Tipos de gravação úmida
Existem apenas dois modos de operação para a tecnologia de gravação úmida. Estes são:
1. O método de mergulho
Este é o método comum de ataque úmido que utiliza um banho químico. O operador mergulha o substrato no banho químico e espera até que as camadas indesejadas sejam completamente removidas.
2. O método de centrifugação e pulverização
Neste método, o substrato é pulverizado com o condicionador enquanto é girado e conectado a uma fonte de absorção. No entanto, a rotação do substrato pode não ter nenhum efeito real porque a reação depende do arranjo atômico da parte exposta do substrato.
Vantagens e desvantagens da gravação úmida
| Vantagens | Desvantagens |
| Não usa muitos produtos químicos. | Alguns dos gases utilizados são corrosivos. |
| O processo é menos caótico. | O equipamento necessário para isso é caro. |
| É um processo de gravação mais preciso. | A operação de equipamentos especiais requer um nível mais elevado de conhecimento especializado. |
| Os subprodutos são mais fáceis de descartar. | |
| Os operadores podem automatizar o processo, reduzindo os riscos operacionais. |
Qual é a diferença entre gravação a seco e gravação a úmido?
Embora ambos os processos visem o mesmo resultado, a abordagem é diferente e o resultado também é ligeiramente diferente. Nesta seção, destacaremos as diferenças entre esses dois processos em um diagrama.
| Gravura a seco | gravação úmida |
| Este processo utiliza gases reativos para gravação. | A gravação úmida usa componentes líquidos (condicionantes) para gravação. |
| A gravação a seco é mais precisa (ou seja, menor ou sem cortes inferiores) | A técnica de ataque úmido apresenta maior seletividade. |
| Os produtos químicos utilizados podem ser facilmente descartados. | A eliminação de grandes quantidades de produtos químicos líquidos é mais difícil. |
| O processo pode ser facilmente automatizado. | O processo requer entrada constante do operador. |
| A gravação a seco tem um maior nível de segurança. | A gravação úmida pode representar perigos para o operador. Portanto, o nível de segurança é menor. |
Aplicações de gravação a seco e gravação a úmido
A gravação a seco e a gravação a úmido são usadas em algumas indústrias, sendo a indústria eletrônica uma das mais conhecidas. Eles também são usados na indústria de máquinas. Muitas oficinas mecânicas usam essas tecnologias para processar logotipos. Exemplos dessas aplicações são:
1. Fabricação de semicondutores
O processo de gravação a seco (particularmente os subtipos de gravação com íons reativos e gravação com íons reativos profundos) é amplamente utilizado para tratar materiais semicondutores. A gravação de materiais semicondutores é um processo usado para gravar certas características necessárias nos dispositivos elétricos em que são usados.
2. Gravura de PCB
O processo de gravação úmida é semelhante ao processo utilizado na fabricação de placas de circuito impresso (PCB). Essas placas geralmente apresentam resíduos de cobre indesejados e esta técnica é usada para removê-los. Embora o nome real do processo utilizado seja fotolitografia, ele possui características operacionais semelhantes ao processo de gravação úmida.
3. Fabricação de instrumentos ópticos
A gravação é uma técnica usada para produzir diversos instrumentos ópticos, como câmeras, obturadores, aberturas, etc.
4. Fabricação de instrumentos de medição
O processo também desempenha um papel na fabricação de dispositivos de medição, como extensômetros, molduras de espelhos de galvanômetros, contatos e conectores elétricos, etc.
Diploma
A gravação a úmido e a seco são dois processos que desempenham um papel importante na fabricação de eletrônicos e são úteis em diversas aplicações. Embora ambos busquem o mesmo resultado, eles diferem na forma como funcionam e nos diferentes produtos químicos usados no processo.
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Perguntas frequentes
Qual processo de gravação é a melhor escolha: gravação a seco ou gravação a úmido?
A gravação a seco é melhor porque é mais segura e usa menos produtos químicos. Além disso, é a melhor escolha se você deseja fazer gravações profundas no substrato e precisa de paredes verticais. Contudo, o procedimento é caro e não recomendado se o orçamento for apertado.
Qual dos dois processos de gravação é mais econômico?
O processo de ataque úmido é mais econômico porque requer principalmente um banho químico.
Qual é a diferença entre gravação a laser e gravação a laser?
A diferença entre os dois métodos está na forma como funcionam e nos resultados. A gravação a laser envolve derreter a superfície do substrato para criar caracteres em relevo. A gravação a laser envolve a remoção de material da superfície para criar caracteres embutidos no material.
