Thu Oct 17 2019

10 17

Elektronenstraal als straalmiddel

29/05/2016

Door Ad Spijkers

Het Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) in Dresden ontwikkelt nieuwe methoden voor het nauwkeurig stralen van oppervlakken: de elektronenstraal.


     

Het nauwkeurig selectief weghalen van een laag van een substraat speelt een belangrijke rol in industriële productieprocessen. De productie van nauwkeurige weerstanden, sensoren en displays zijn slechts enkele voorbeelden. Een typische taak is het op micrometerniveau structureren van elektrisch functionele lagen op een kunststof-, keramiek- of glassubstraat en daarmee de gewenste eigenschappen doelgericht in te stellen. Dat kan zijn de nauwkeurige instelling van elektrische weerstanden, de instelling van sensorgrootheden of de definitie van de kleinste functie-eenheden. Belangrijk daarbij is het zo probleemloze weghalen van de laag bij tegelijkertijd een minimale thermische en mechanische belasting van het dragermateriaal, wat met name bij kunststoffen een grote uitdaging is.

Straalgereedschappen bieden hier beslissende voordelen omdat ze de vereiste nauwkeurigheid en tegelijkertijd bewegingloos bewerken mogelijk maken. Een in veel toepassingsgebieden beproefd gereedschap is de laser, die de te verwijderen coatings verwijderd door een intensieve gepulste toevoer van energie.
Als alternatief kan hier de elektronenstraal fungeren, die ondanks zijn brede toepassingsmogelijkheden nog niet bekend is voor als straalmiddel voor oppervlakken. De wetenschappers van Fraunhofer FEP houden zich al jaren bezig met het ontwerpen en maken van straalbronnen en ontwikkelen samen met klanten aangepaste oplossingen voor specifieke bewerkingen.

Elektronenstraal

De speciale eigenschappen van elektronenstraaltechnologie bieden bij het verwijderen van lagen enkele belangrijke voordelen in vergelijking met andere technieken. In tegenstelling tot de laser, waarvan de energie in het bijzonder bij metalen lagen reeds aan de oppervlakte wordt geabsorbeerd, gebeurt de absorbtie van de elektronenstraal in het het gehele volume van de laag, waarbij de indringdiepte in overeenstemming met de aanwezige laagdikte exact kan worden ingesteld.

Het bestraalde volume wordt aldus direct zonder de omweg van thermisch geleiding verhit en als smeltvloeistof uit het te bewerken spoor verwijderd. Daarbij maakt de elektronenstraal geen onderscheid tussen optisch transparante en absorberende lagen, zodat voor beide materiaaltypen een en dezelfde stralingsbron kan worden toegepast. Door de diepteselectiviteit en de mogelijkheid tot een snelle geleiding van de continue straal kan de thermische belasting van het substraat gering worden gehouden, waardoor ook toepassing op flexibele kunststofsubstraten mogelijk wordt.

Bij gelijke werkafstand kan de elektronenstraal in de microbewerking tien tot vijftien maal sneller worden weggeleid dan een laserstraal. De doorsnede van de elektronenstraal kan worden aangepast aan de toepassing, wat de gebruiksmogelijkheden nog verder verbreedt. Er zijn zelfs diameters in het nanometerbereik mogelijk. Elektronenstralen worden in het bijzonder ingezet voor zeer nauwkeurige verwijderen van lagen met behulp van lokale, door elektronenstralen geïnduceerde gasfase-etsing. Deze techniek wordt bijvoorbeeld al toegepast bij de reparatie van lithografiemaskers voor micro-elektronica.

Nadeel is juist voordeel

Als grootste nadeel van de elektronenstraaltechniek wordt vaak de noodzaak van vacuümtechniek genoemd. Maar juist het vacuüm biedt belangrijke voorwaarden voor het nauwkeurig weghalen van dunne lagen. De afwezigheid van lucht verhindert bij de thermische bewerking het oxideren van naastliggende gebieden. Het instellen van weerstanden is zonder de aanwezigheid van luchtvochtigheid aanzienlijk nauwkeuriger en beter reproduceerdbaar en de verontreiniging van het oppervlak wordt gereduceerd. (Foto: Fraunhofer FEP)