Was ist Ionenstrahlbearbeitung? - Arbeitsweise und Anwendung

Was ist Ionenstrahlbearbeitung?

Die Ionenstrahlbearbeitung (IBM) ist eine wichtige unkonventionelle Fertigungstechnologie, die in der Mikro-/Nanofabrikation verwendet wird und einen Strom beschleunigter Ionen durch elektrische Mittel in einer Vakuumkammer verwendet, um die Atome auf der Oberfläche des Objekts zu entfernen, hinzuzufügen oder zu modifizieren.

Bei IBM wird ein Strom geladener Atome (Ionen) eines Edelgases, beispielsweise Argon, im Vakuum durch hohe Energien beschleunigt und auf ein festes Werkstück gerichtet. Der Strahl entfernt Atome aus dem Werkstück, indem er Energie und Impuls auf Atome auf der Oberfläche des Objekts überträgt.

Wenn ein Atom auf einen Atomhaufen auf dem Werkstück trifft, löst es zwischen 0,1 und 10 Atome aus dem Werkstückmaterial. IBM ermöglicht die genaue Bearbeitung praktisch aller Materialien und wird in der Halbleiterindustrie und bei der Herstellung von asphärischen Linsen verwendet.

Die Technik wird auch zur Texturierung von Oberflächen zur Verbesserung der Bindung, zur Herstellung atomar sauberer Oberflächen auf Geräten wie Laserspiegeln und zur Änderung der Dicke von Dünnfilmen und Membranen verwendet.

Arbeitsweise der Ionenstrahlbearbeitung

Die Ionenstrahlbearbeitung (IBM) ist ein Atomic-Bit-Bearbeitungsprozess, der verwendet wird, um ein Produkt mit einer hohen Auflösung in der Größenordnung von 0,1 μm zu bearbeiten. Ionen von Inertgasen wie Argon mit hoher kinematischer Energie in der Größenordnung von 10 KeV werden verwendet, um Atome durch elastische Kollision zu bombardieren und von der Werkstückoberfläche auszustoßen.

Im Gegensatz zu Werkzeugmaschinentechnologien wie Schneiden, Schleifen und Läppen hat IBM keine inhärente Referenzoberfläche; Mustermaske dient als Referenz. IBM könnte als Mikrobearbeitung mit einem Mikroionenstrahl von 1–2 μm Durchmesser zusammen mit einer hochpräzisen Positionssteuerungs-Werkzeugmaschine verwendet werden.

IBM kann auch zum Aphorisieren von Linsen, zum Schärfen von Diamantmikrotonmessern und -schneidwerkzeugen, zum Ätzen von IC-Mustern usw. verwendet werden. Die Kosten einer IBM-Maschine sind sehr hoch, was die Bearbeitungskosten erhöht und den Prozess unwirtschaftlich macht.

Genauigkeit der Ionenstrahlbearbeitung

Praktische Ätzraten variieren bis zu 2000 A (2 x 10-4 mm) pro Minute. Die Genauigkeit des Ätzprozesses ist hauptsächlich aufgrund des geringen Materialabtrags beträchtlich hoch. Toleranzen im Bereich von + 50 Å (+ 5 x 10 mm) sind möglich.

Anwendungen der Ionenstrahlbearbeitung

Es wird hauptsächlich bei der Mikrobearbeitung (Ätzen) von elektronischen Komponenten wie Computerteilen, bei der Gestaltung optischer Oberflächen und bei der Präzisionsherstellung von feinen Drahtformen in feuerfesten Materialien eingesetzt. Typische Materialien, die geätzt werden können, umfassen Glas, Aluminiumoxid, Quarz, Kristalle, Siliziumdioxid, Achate, Porzellan, Cermet. und zahlreiche Metalle und Oxide.

Vorteile der Ionenstrahlbearbeitung

Der Ionenstrahl hat viele Vorteile, darunter:

• Der Prozess ist fast universell.
• Keine chemischen Reagenzien oder Ätzmittel erforderlich.
• Es gibt keine Unterätzung wie bei anderen chemischen Ätzverfahren.
• Ätzraten sind einfach zu kontrollieren.

Nachteile der Ionenstrahlbearbeitung

Das Verfahren hat jedoch viele Nachteile, die wie folgt sind:

• Es ist relativ teuer.
• Ätzraten sind langsam.
• Obwohl praktisch keine Wärme erzeugt wird, besteht kaum die Möglichkeit einer thermischen oder Strahlungsschädigung.