1. Prinzip
Das Prinzip beim Nassätzen ist die Umwandlung des festen Materials der Schicht in flüssige Verbindungen unter zu Hilfenahme einer chemischen Lösung. Die Selektivität ist sehr hoch, da die eingesetzten Chemikalien genau auf die vorhandenen Schichten abgestimmt werden können; sie beträgt bei den meisten Lösungen mehr als 100:1.
Der Vorgang läuft in drei Teilschritten ab, die nacheinander durchlaufen werden müssen:
- Die reaktiven Teilchen gelangen aus der Lösung an die Oberfläche der zu ätzenden Schicht.
- An der Oberfläche findet die chemische Reaktion statt; dabei entsteht eine lösliche Verbindung.
- Das Reaktionsprodukt löst sich von der Oberfläche und wird in die Lösung abtransportiert.
Welcher dieser Schritte der langsamste ist, bestimmt das Verhalten des gesamten Prozesses. Ist die eigentliche Reaktion der Engpass, spricht man von einem reaktionsbegrenzten Prozess: Die Ätzrate hängt dann stark von der Temperatur ab und steigt näherungsweise exponentiell mit ihr an, dafür ätzt der Prozess über die ganze Scheibe gleichmäßig. Ist dagegen der An- und Abtransport der Engpass, ist der Prozess diffusionsbegrenzt. Die Temperaturabhängigkeit ist dann schwächer, dafür wirkt sich jede Ungleichmäßigkeit der Strömung unmittelbar auf den Abtrag aus – an den Rändern der Scheibe wird schneller geätzt als in der Mitte.
Für die Praxis folgt daraus: Reaktionsbegrenzte Prozesse werden über eine sehr genaue Temperierung geführt, diffusionsbegrenzte über die Bewegung der Lösung, also über Umwälzung, Rotation der Scheibe oder Ultraschall. In engen Gräben und Kontaktlöchern wird jeder Prozess diffusionsbegrenzt, weil die Lösung dort kaum ausgetauscht wird. Das ist einer der Gründe, weshalb sich die Nassätzung für feine Strukturen nicht eignet.