Ionstraalbewerking (IBM): Principes, Proces en Industriële Toepassingen

Wat is Ionstraalbewerking?

Ionstraalbewerking (IBM) is een belangrijke niet-conventionele productietechnologie gebruikt in micro-/nanofabricatie, die een stroom van versnelde ionen door elektrische middelen in een vacuümkamer gebruikt om atomen op het oppervlak van het object te verwijderen, toe te voegen, of te wijzigen.

In IBM wordt een stroom geladen atomen (ionen) van een inert gas, zoals argon, versneld in een vacuüm door hoge energien en gericht naar een vast werkstuk. De straal verwijdert atomen van het werkstuk door energie en impuls over te dragen aan atomen op het oppervlak van het object.

Wanneer een atoom een cluster atomen op het werkstuk raakt, lost het tussen 0,1 en 10 atomen los van het werkstukmateriaal. IBM stelt nauwkeurige bewerking van vrijwel elk materiaal toe en wordt gebruikt in de halfgeleiderindustrie en in de fabricage van asferische lenzen.

De techniek wordt ook gebruikt voor het textureren van oppervlakken om binding te verbeteren, voor het produceren van atomaire schone oppervlakken op apparaten zoals laser spiegels, en voor het wijzigen van de dikte van dunne films en membranen.

Werking van Ionstraalbewerking

Ionstraalbewerking (IBM) is een atoom-bit bewerkingsproces, dat gebruikt wordt om een product te bewerken met een hoge resolutie van de orde van 0,1 μm. Ionen van inerte gassen zoals argon met hoge kinetische energie van de orde van 10 KeV worden gebruikt om atomen van het werkstukoppervlak te bombarderen en uit te werpen door elastische botsing.

In tegenstelling tot werktuigmachinetechnologieën van snijden, slijpen, en lapperen, heeft IBM geen inherent referentieoppervlak; het patroonmasker fungeert als referentie. IBM kan gebruikt worden als micromachining met een micro-ionstraal van 1–2 μm diameter samen met een hoogprecisie positiecontrole werktuigmachine.

IBM kan ook gebruikt worden voor asferische lenzen, scherpen van diamant microtoon messen en snijgereedschappen, IC patroon etching, etc. De kosten van een IBM machine zijn zeer hoog, wat de bewerkingskosten verhoogt en het proces onrendabel maakt.

Ionstraalbewerking Nauwkeurigheid

Praktische etch-snelheden variëren tot 2000 A (2 x 10-4 mm) per minuut. De nauwkeurigheid van het etch-proces is aanzienlijk hoog, hoofdzakelijk door de kleine hoeveelheid materiaalafname. Toleranties in de buurt van + 50 Å (+ 5 x 10-mm) zijn mogelijk.

Toepassingen van Ionstraalbewerking

Het wordt voornamelijk toegepast in micro-machining (etching) van elektronische componenten zoals computeronderdelen, figuren van optische oppervlakken en voor de precisiefabricatie van fijne draaddoppen in refractaire materialen. Typische materialen die geëtst kunnen worden zijn glas, alumina, kwarts, kristallen, silica, achaten, porselein, cermet, en talloze metalen en oxiden.

Voordelen van Ionstraalbewerking

Ionstraal heeft veel voordelen, waaronder:

• Het proces is bijna universeel.
• Geen chemische reagentia of etch-verbindingen vereist.
• Er is geen onderetsing zoals bij een ander chemisch etch-proces.
• Etch-snelheden zijn gemakkelijk te controleren.

Nadelen van Ionstraalbewerking

Het proces heeft echter veel nadelen, namelijk:

• Het is relatief duur.
• Etch-snelheden zijn traag.
• Hoewel vrijwel geen warmte gegenereerd wordt, is er een kleine mogelijkheid van thermische of stralingschade.