1、何謂等離子清洗機(jī)
等離子清洗機(jī)采用氣體作為清洗介質(zhì)，有效地避免了因液體清洗介質(zhì)對(duì)被清洗物帶來(lái)的二次污染。等離子清洗機(jī)外接一臺(tái)真空泵，工作時(shí)清洗腔中的等離子體輕柔沖刷被清洗物的表面，短時(shí)間的清洗就可以使有機(jī)污染物被*地清洗掉，同時(shí)污染物被真空泵抽走，其清洗程度達(dá)到分子級(jí)。等離子清洗器除了具有超清洗功能外，在特定條件下還可根據(jù)需要改變某些材料表面的性能，等離子體作用于材料表面，使表面分子的化學(xué)鍵發(fā)生重組，形成新的表面特性。對(duì)某些有特殊用途的材料，在超清洗過(guò)程中等離子清洗器的輝光放電不但加強(qiáng)了這些材料的粘附性、相容性和浸潤(rùn)性，并可消毒和殺菌。等離子清洗器廣泛應(yīng)用于光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、高分子科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、微觀流體學(xué)等領(lǐng)域。
等離子清洗機(jī)的應(yīng)用，起源于20世紀(jì)初，隨著高科技產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其應(yīng)用越來(lái)越廣，目前已在眾多高科技領(lǐng)域中，居于關(guān)鍵技術(shù)的地位，等離子清洗技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和人類文明影響zui大，*電子資訊工業(yè)，尤其是半導(dǎo)體業(yè)與光電工業(yè)。
等離子清洗機(jī)已應(yīng)用于各種電子元件的制造，可以確信，沒(méi)有等離子清洗機(jī)及其清洗技術(shù)，就沒(méi)有今日這么發(fā)達(dá)的電子、資訊和通訊產(chǎn)業(yè)。此外，等離子清洗機(jī)及其清洗技術(shù)也應(yīng)用在光學(xué)工業(yè)、機(jī)械與航天工業(yè)、高分子工業(yè)、污染防治工業(yè)和量測(cè)工業(yè)上，而且是產(chǎn)品提升的關(guān)鍵技術(shù)，比如說(shuō)光學(xué)元件的鍍膜、延長(zhǎng)模具或加工工具壽命的抗磨耗層，復(fù)合材料的中間層、織布或隱性鏡片的表面處理、微感測(cè)器的制造，超微機(jī)械的加工技術(shù)、人工關(guān)節(jié)、骨骼或心臟瓣膜的抗摩耗層等皆需等離子技術(shù)的進(jìn)步，才能開(kāi)發(fā)完成。
等離子技術(shù)是一新興的領(lǐng)域，該領(lǐng)域結(jié)合等離子物理、等離子化學(xué)和氣固相界面的化學(xué)反應(yīng)，此為典型的高科技產(chǎn)業(yè)，需跨多種領(lǐng)域，包括化工、材料和電機(jī)，因此將挑戰(zhàn)性，也充滿機(jī)會(huì)，由于半導(dǎo)體和光電材料在未來(lái)得快速成長(zhǎng)，此方面應(yīng)用需求將越來(lái)越大。
2 、等離子清洗機(jī)的技術(shù)原理
2.1 什么是等離子體
等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài)，通常物質(zhì)以固態(tài)、業(yè)態(tài)、氣態(tài)3種狀態(tài)存在，但在一些特殊的情況下可以以第四中狀態(tài)存在，如太陽(yáng)表面的物質(zhì)和地球大氣中電離層中的物質(zhì)。這類物質(zhì)所處的狀態(tài)稱為等離子體狀態(tài)，又稱位物質(zhì)的第四態(tài)。
等離子體中存在下列物質(zhì)。處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(tuán)(自由基)；離子化的原子、分子；分子解離反應(yīng)過(guò)程中生成的紫外線；未反應(yīng)的分子、原子等，但物質(zhì)在總體上仍保持電中性狀態(tài)。
2.2 如何用人工方法制得等離子體
除了在自己已存在的等離子體以外，用人工方法在一定范圍內(nèi)也可以制得等離子體。zui早是在1927年，當(dāng)水銀蒸氣在高壓電場(chǎng)中的放電時(shí)由科研人員發(fā)現(xiàn)等離子體。后面的發(fā)現(xiàn)是通過(guò)多種形式，如電弧放電、輝光放電、激光、火焰或者沖擊波等，都可以使處于低氣壓狀態(tài)的氣體物質(zhì)轉(zhuǎn)變成等離子體狀態(tài)。
如在高頻電場(chǎng)中處于低氣壓狀態(tài)的氧氣、氮?dú)?、甲烷、水蒸氣等氣體分子在輝光放電的情況下，可以分解出加速運(yùn)動(dòng)的原子和分子，這樣產(chǎn)生的電子和解離成點(diǎn)有正、負(fù)電荷的原子和分子。這樣產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)中加速時(shí)會(huì)獲得高能量，并與周圍的分子或原子發(fā)生碰撞，結(jié)果使分子和原子中又激發(fā)出電子，而本身又處于激發(fā)狀態(tài)或離子狀態(tài)，這時(shí)物質(zhì)存在的狀態(tài)即為等離子體狀態(tài)。在一般資料中常可以見(jiàn)到用下述反應(yīng)式表述的等離子體形成過(guò)程。
如氧氣等離子體形成過(guò)程即可用下列6個(gè)反應(yīng)式來(lái)表示：
*個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后變成氧氣陽(yáng)離子，并放出自由電子過(guò)程，第二個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后分解形成兩個(gè)氧原子自由基的過(guò)程。第三個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在具有高能量的激發(fā)態(tài)自由電子作為下轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)。第四第五反應(yīng)式則表示激發(fā)態(tài)的氧氣分子進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變，在第四個(gè)反應(yīng)式中，氧氣餓飯腦子回到通常狀態(tài)的同時(shí)發(fā)出光能(紫外線)。在第五個(gè)反應(yīng)式中，激發(fā)態(tài)的氧氣分子分解成兩個(gè)氧原子自由基。第六個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在激發(fā)態(tài)自由電子的作用下，分解成氧原子自由基和氧原子陽(yáng)離子的過(guò)程，當(dāng)這些反應(yīng)連續(xù)不斷發(fā)生，就形成氧氣等離子體，其他氣體的等離子體的形成過(guò)程也可用相似的反應(yīng)式描述。當(dāng)然實(shí)際反應(yīng)要比這些反應(yīng)式描述的更為復(fù)雜。
2.3 等離子體的種類
(1)低溫和高溫可分為高溫等離子體和低溫等離子體兩類，在等離子體中，不同微粒的溫度實(shí)際上是不同的，所具有的溫度是與微粒的動(dòng)能即運(yùn)動(dòng)速度質(zhì)量有關(guān)，把等離子體中存在的離子的溫度用Ti表示，電子的溫度用Te表示，而原子、分子或原子團(tuán)等中性粒子的溫度用Tn表示，對(duì)于Te大大高于Ti和Tn的場(chǎng)合，即低壓體氣的場(chǎng)合，此時(shí)氣體的壓力只有幾百個(gè)帕斯卡，當(dāng)采用直流電壓或高頻電壓做電場(chǎng)時(shí)，由于電子本身的質(zhì)量很小，在電池中容易得到加快，從而可獲得平均可達(dá)數(shù)電子伏特的高能量，對(duì)于電子，此能量的對(duì)應(yīng)溫度為幾萬(wàn)度(K)，而弟子由于質(zhì)量較大，很難被電場(chǎng)加速，因此溫度僅幾千度。由于氣體粒子溫度較低(具有低溫特性)，因此把這種等離子體稱為低溫等離子體。當(dāng)氣體處于高壓狀態(tài)并從外界獲得大量能量時(shí)，粒子之間的相互碰撞頻率大大增加，各種微粒的溫度基本相同，即Te基本與Ti及Tn相同，我們把這種條件下得到的等離子體稱為高溫等離子體，太陽(yáng)就是自己界中的高溫等離子體。由于高溫等離子體對(duì)物體表面的作用過(guò)于強(qiáng)強(qiáng)烈，因此在實(shí)際應(yīng)用中很少使用，目前投入使用的只有低溫等離子體，因?yàn)樵诒疚闹袑⒌蜏氐入x子體簡(jiǎn)稱為等離子體，希望不會(huì)引起讀者誤解。
(2)活潑氣體和不活潑氣體等離子體，根據(jù)產(chǎn)生等離子體時(shí)應(yīng)用的氣體的化學(xué)性質(zhì)不同，可分為不活潑氣體等離子體和活潑氣體等離子體兩類，不活潑氣體如氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)、氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)等，活潑氣體如氧氣(O2)、氫氣(H2)等，不同類型的氣體在清洗過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理是不同的，活潑氣體的等離子體具有更強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性，這將在后面結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例介紹。
2.4 等離子體與物體表面的作用
在等離子體中除了氣體分子、離子和電子外，還存在受到能量激勵(lì)狀態(tài)的電中性的原子或原子團(tuán)(又成自由基)，以及等離子體發(fā)射出的光線，其中波的長(zhǎng)短、能量的高低在等離子體與物質(zhì)表面相互作用時(shí)有著重要作用。
2.4.1 原子團(tuán)等自由基與物體表面的反應(yīng)
由于這些自由基呈電重型，存在壽命較長(zhǎng)，而且在離子體中的數(shù)量多于離子，因此自由基在等離子體中發(fā)揮著重要作用，自由基的作用主要表現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中能量傳遞的"活化"作用，處于激發(fā)狀態(tài)的自由基具有較高的能量，因此易于與物體表面分子結(jié)合時(shí)會(huì)形成新的自由基，新形成的自由基同樣處于不穩(wěn)定的高能量狀態(tài)，很可能發(fā)生分解反應(yīng)，在變成較小分子同時(shí)生成新的自由基，這種反應(yīng)過(guò)程還可能繼續(xù)進(jìn)行下去，zui后分解成水、二氧化碳之類的簡(jiǎn)單分子。在另一些情況下，自由基與物體表面分子結(jié)合的同時(shí)，會(huì)釋放出大量的結(jié)合能，這種能量又成為引發(fā)新的表面反應(yīng)推動(dòng)力，從而引發(fā)物體表面上的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被去除。
2.4.2 電子與物體表面的作用
一方面電子對(duì)物體表面的撞擊作用，可促使吸附在物體表面的氣體分子發(fā)生分解和解吸，另一方面大量的電子撞擊有利引起化學(xué)反應(yīng)。由于電子質(zhì)量極小，因此比離子的移動(dòng)速度要快的多，當(dāng)進(jìn)行等離子體處理時(shí)，電子要比離子更早達(dá)到物體表面，并使表面帶有負(fù)電荷，這有利于引發(fā)進(jìn)一步反應(yīng)。
2.4.3 離子與物體表面的作用
通常指的是帶正電荷的陽(yáng)離子的作用，陽(yáng)離子有加速?zèng)_向帶負(fù)電荷表面的傾向，此時(shí)使物體表面獲得相當(dāng)大的動(dòng)能，足以撞擊去除表面上附著的顆粒性物質(zhì)，我們?cè)谶@種現(xiàn)象稱為濺射現(xiàn)象，而通過(guò)離子的沖擊作用可極大促進(jìn)物體表面化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的幾率。
2.4.4 紫外性與物體表面的反應(yīng)
紫外性具有很強(qiáng)的光能，可使附著在物體表面物質(zhì)的分子鍵發(fā)生斷裂而分解，而且紫外線具有很強(qiáng)的穿透能力，可透過(guò)物體的表面深入達(dá)數(shù)微米而產(chǎn)生作用。
綜上所述，可知等離子清洗是利用等離子體內(nèi)的各種具有高能量的物質(zhì)和活化作用，將附著在物體表面的污垢*剝離去除。
3 離子清洗機(jī)/等離子清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理研究
3.1 離子清洗機(jī)/等離子清洗設(shè)備的基本構(gòu)造
根據(jù)用途的不同，可選用多種構(gòu)造的等離子清洗設(shè)備，并可通過(guò)選用不同種類的氣體，調(diào)整裝置的特征參數(shù)等方法使工藝流程實(shí)現(xiàn)*化，但等離子體清洗裝置的基本結(jié)構(gòu)大致是相同的，一般裝置可由真空室、真空泵、高頻電源、電極、氣體導(dǎo)入系統(tǒng)、工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成。通常使用的真空泵是旋轉(zhuǎn)油泵，高頻電源通常用13.56M赫茲的無(wú)線電波，設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程如下：
(1)被清洗的工件送入真空室并加以固定，啟動(dòng)運(yùn)行裝置，開(kāi)始排氣，使真空室內(nèi)的真空程度達(dá)到10Pa左右的標(biāo)準(zhǔn)真空度。一般排氣時(shí)間大約需要2min。
(2)向真空室引入等離子清洗用的氣體，并使其壓力保持在100Pa。
根據(jù)清洗材質(zhì)的不同，可分別選用氧氣、氫氣、氬氣或氮?dú)獾葰怏w。
(3)在真空室內(nèi)的電極與接地裝置之間施加高頻電壓，使氣體被擊穿，并通過(guò)輝光放電而發(fā)生離子化和產(chǎn)生等離子體。讓在真空室產(chǎn)生的等離子體*籠罩在被處理工件，開(kāi)始清洗作業(yè)。一般清洗處理持續(xù)幾十秒到幾分鐘。
(4)清洗完畢后切斷高頻電壓，并將氣體及汽化的污垢排出，同時(shí)向真空室內(nèi)鼓入空氣，并使氣壓升至一個(gè)大氣壓。
3.2 等離子清洗的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
與濕法清洗相比，等離子清洗的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下8個(gè)方面：
(1)在經(jīng)過(guò)等離子清洗以后，被清洗物體已經(jīng)很干燥，不必再經(jīng)干燥處理即可送往下道工序。
(2)不使用三氯乙甲ODS有害溶劑，清洗后也不會(huì)產(chǎn)生有害污染物，屬于有利于環(huán)保的綠色清洗方法。
(3)用無(wú)線電波范圍的高頻產(chǎn)生的等離子體與激光等直射光線不同，它的方向性不強(qiáng)，因此它可以深入物體的微細(xì)孔眼和凹陷的內(nèi)部并完成清洗任務(wù)，所以不必考慮被清洗物體形狀的影響，而且對(duì)這些難清洗部位的清洗效果與用氟里昂清洗的效果相似甚至更好。
(4)整個(gè)清洗工藝流程在幾分鐘即可完成，因此具有效率高的特點(diǎn)。
(5)等離子清洗需要控制的真空度約為100Pa，這種真空度在工廠實(shí)際生產(chǎn)中很容易實(shí)現(xiàn)。這種裝置的設(shè)備成本不高，加上清洗過(guò)程不需要使用價(jià)格昂貴的有機(jī)溶劑，因此它的運(yùn)行成本要低于傳統(tǒng)的清洗工藝。
(6)由于不需要對(duì)清洗液進(jìn)行運(yùn)輸、貯存、排放等處理措施，所以生產(chǎn)場(chǎng)地很容易保持清潔衛(wèi)生。
(7)等離子清洗的zui大技術(shù)特點(diǎn)是：它不分處理對(duì)象，可處理不同的基材，無(wú)論是金屬、半導(dǎo)體、氧化物還是高分子材料(如聚丙烯、聚氯乙烯、據(jù)四氟乙烯、聚酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂等高聚物)都可用等離子體很好地處理，因此，特別適合不耐熱和不耐溶劑的基底材料。而且還可以有選擇地對(duì)材料的整體、局部或復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分清洗。(8)在完成清晰去污的同時(shí)，還能改變材料本身的表面性能，如提高表面的潤(rùn)濕性能，改善膜的附著力等，這在許多應(yīng)用中都是非常重要的。
3.3 離子清洗機(jī)/等離子清洗設(shè)備的原理理論分析
我們先簡(jiǎn)單的定義什么是等離子體，等離子體是一團(tuán)含有正離子、電子、自由基及中性氣體原子所組成的會(huì)發(fā)光的氣體團(tuán)，如日光燈、霓紅燈發(fā)亮的狀態(tài)，就是屬于等離子體發(fā)亮的狀態(tài)。等離子體的產(chǎn)生zui主要是靠電子去撞擊中性氣體原子，使中性氣體原子解離而產(chǎn)生等離子體，但中性氣體原子核對(duì)其外圍的電子有一束縛的能量，我們稱它為束縛能，而外界的電子能量必須大于此束縛能，才會(huì)有能力解離此中性氣體原子，但是，此外界的電子往往是能量不足的，沒(méi)有解離中性氣體原子的能力，所以，我們必須用外加能量的方法給原子電子能量，使電子有利用解離此中性氣體原子。
要外加能量給電子，zui簡(jiǎn)單的方法就是用平行電極板加一直流電壓，電子在電極中，會(huì)被帶正電的電極所吸引而加速，在加速的過(guò)程中電子可以累積能量，當(dāng)電子的能量達(dá)到某一程度時(shí)，就有能力來(lái)解離中性氣體原子，能產(chǎn)生高密度等離子體的方法有很多種，在此我們簡(jiǎn)單的介紹一些能產(chǎn)生高密度等離子體的方法。
3.3.1 感應(yīng)偶合式等離子體產(chǎn)生法(ICP)
感應(yīng)偶合式等離子體與(Inductively-Couplede-Plasma，ICP)的工作原理，就是在線圈上加上一個(gè)高頻電源，當(dāng)線圈上的電流改變時(shí)，就可有安培定律知道，當(dāng)感應(yīng)產(chǎn)生一變動(dòng)磁場(chǎng)，同時(shí)可由法拉第定律知道此變動(dòng)之磁場(chǎng)會(huì)感應(yīng)出一個(gè)反應(yīng)方向的電場(chǎng)，此電場(chǎng)會(huì)加速等離子體中的電子而形成一線圈電流相反的二次電流。并且隨著與加于線圈上的電流不斷改變，而感應(yīng)出的電場(chǎng)也不斷改變，這不斷改變電場(chǎng)與平板式高調(diào)波等離子體一樣能用來(lái)加速電子以維持等離子體，所不同的是電場(chǎng)與電極方向不同。在平板式高調(diào)波等離子體中電子受電場(chǎng)影響而運(yùn)動(dòng)方向垂直于電極，所以會(huì)有許多電子逃離等離子體跑到電極上，使能量消耗在加熱電極上，而在感應(yīng)偶合式等離子中，電子受感應(yīng)電場(chǎng)的影響而使運(yùn)動(dòng)方向與電極平行，因此不會(huì)有太多的電子損耗在電極上，固可以維持線圈周圍相當(dāng)高的電子密度。 ICP的主要優(yōu)點(diǎn)為：
(1)等離子體密度高、解離率高，能夠在相當(dāng)大的壓力范圍上保持高密度等離子體。
(2)平板式ICP可大面積操作。
(3)ICP等離子體中的電子溫度低、離子動(dòng)能低、等離子體電位低。
(4)等離子體密度及離子轉(zhuǎn)擊基板的動(dòng)能可分開(kāi)控制。
(5)設(shè)備簡(jiǎn)單。
但其*的缺點(diǎn)為線圈電極可能被離子打出而污染鍍膜品質(zhì)，一般改善的方法有：
(1)將線圈電極的一端接地以降低線圈電極之電位，即減少電容效應(yīng)。
(2)并聯(lián)一直流電壓以防止離子轉(zhuǎn)擊。
(3)可使用法拉第屏蔽(Faraday''s shielding)以消除電容效應(yīng)。
(4)將線圈以介電材料被覆(coating)以降低等離子體電位。
3.3.2 陰極等離子體產(chǎn)生法(HCF)
在一金屬管裝物，可為圓形、方形、橢圓形或其他形狀，在外加一高調(diào)波在此管狀物上，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自我偏壓，故造成整支管子都是帶一偏壓，這使得電子無(wú)論是往哪一方向作運(yùn)動(dòng)，都會(huì)被排斥，所以，電子在管內(nèi)會(huì)作來(lái)回振蕩的運(yùn)動(dòng)，固電子在碰撞到電極板前，能走更長(zhǎng)的距離，這就是表示電子會(huì)有更多的機(jī)會(huì)或幾率與中性氣體原子產(chǎn)生碰撞，從而產(chǎn)生等離子體。
3.3.3 電子回旋共振電漿產(chǎn)生法(ECR)
此為微波(Microwave)與磁場(chǎng)共同組合的一種等離子體產(chǎn)生法，電子在磁場(chǎng)中會(huì)作旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)時(shí)，電子旋轉(zhuǎn)的速度會(huì)越快，在磁場(chǎng)強(qiáng)度為875GA/m時(shí)，電子旋轉(zhuǎn)的頻率為2.45G赫茲，此頻率恰巧為微波的頻率，因頻率相近而產(chǎn)生共振，此共振現(xiàn)象就有利于電子吸收微波的能量，因擁有較高能量的電子，這將有助于等離子體的產(chǎn)生。
3.3.4 電容耦合式與感應(yīng)耦合式離子體的差異性能比較
傳統(tǒng)型的離子設(shè)備一般又稱電容耦合等離子機(jī)(capacitor coupled plasma，CCP或CP)或電場(chǎng)耦合式等離子機(jī)(electric field coupled plasma)，因?yàn)閮呻姌O間所形成電容之間產(chǎn)生電場(chǎng)的等效電路故稱之。這種電容式的等離子體系統(tǒng)雖行之有年，卻有其據(jù)點(diǎn)存在，當(dāng)粒子被RF電場(chǎng)加速時(shí)，其粒子順著電場(chǎng)方向來(lái)回碰撞，因此造成兩個(gè)問(wèn)題，一為粒子因向上下電機(jī)板加速產(chǎn)生碰撞造成動(dòng)能的損耗，二為由于晶片通常置于其中一電極，在粒子向兩極加速的中過(guò)程中，易于對(duì)晶片上的元件造成損傷，又由于粒子動(dòng)能的損耗使得電漿的效率無(wú)法提高，因此其密度只能維持在109ion/cm3的數(shù)量級(jí)，因此電容式電漿用于蝕刻時(shí)，基本上是具有物物理蝕刻和化學(xué)蝕刻雙重作用的合成，限于等離子體密度無(wú)法提高，單位面積內(nèi)的活化離子數(shù)目以及化學(xué)蝕刻反應(yīng)也受到了帶電粒子數(shù)目的限制，在低壓狀況下(1.333mPa以下)，由于離子數(shù)目過(guò)低而造成等離子體無(wú)法維持的狀況，因此電容耦合式電漿很難用于低壓下蝕刻而且也不是很有效率，為了避免此一困擾，使用者將制成的壓力提高到及幾毫帕或幾十豪帕的范圍，此壓力范圍若應(yīng)用于CVD就很好，但是若應(yīng)用于蝕刻就會(huì)產(chǎn)生等向蝕刻的效應(yīng)，此效應(yīng)和化學(xué)蝕刻并沒(méi)有太大差別，因?yàn)樵诖藟毫Ψ秶鷥?nèi)，粒子的mean free-path已小到0.1mm以下，粒子進(jìn)入晶片表面法向分量與切向分量已沒(méi)任何差別。因此其縱向蝕刻速率與橫向蝕刻速率幾近相等，即所謂的"等向蝕刻"。
20世紀(jì)80年代末期，出現(xiàn)了磁場(chǎng)耦合方式的等離子體，或稱感應(yīng)耦合式(Inductively Coupled Plasma，ICP)在特性上取代了電場(chǎng)耦合方式(即電容式等離子體)，該種等離子體在結(jié)構(gòu)上由電感產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，再利用此磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)而得到二次感應(yīng)而得到二次感應(yīng)電流環(huán)繞此磁場(chǎng)，由于此結(jié)構(gòu)類似變壓器原理，因此又稱之為變壓器耦合待離子體(transformer coupled plasma)此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于帶電粒子功能損耗的缺點(diǎn)而使得效率大大提升，借而提升電漿密度，更有利的一點(diǎn)是因?yàn)榱Ｗ拥募铀俜较蚱叫杏诰破砻娴那芯€方向，因此不至于造成對(duì)元件的損傷，這種封閉式的加速路徑使得粒子之間的碰撞幾率大大增加，因此，磁場(chǎng)耦合式等離子體的密度高達(dá)1011-1013ion/cm3數(shù)量級(jí)。更重要的一點(diǎn)是由于其效率高、密度大，等離子體在壓力低于0.133mPa以下的范圍仍可維持1011-1013ion/cm2的數(shù)量級(jí)。由于此一優(yōu)點(diǎn)，等離子體系統(tǒng)的工作壓力可以延伸到0.133mpa以下，低工作壓力得好處在于粒子的mean -free-path大，借由偏移壓場(chǎng)可以輔助帶電粒子向晶片的入射方向，不致因受到太多的碰撞而產(chǎn)生散射效應(yīng)，此入射方向決定蝕刻角度的關(guān)鍵參數(shù)。在0.133-1.133mPa的壓力范圍下操作，其蝕刻角度可以到近于90度的垂直效果，此乃高密度等離子體的重要特性之一。
3.3.5 等離子清洗機(jī) 機(jī)理分析
電漿與材料表面可產(chǎn)生的反應(yīng)主要有兩種，一種是靠自由基來(lái)做化學(xué)反應(yīng)，另一種則是靠等離子作物理反應(yīng)，以下將作更詳細(xì)的說(shuō)明。
(1)化學(xué)反應(yīng)(Chemical reaction)
在化學(xué)反應(yīng)里常用的氣體有氫氣(H2)、氧氣(O2)、甲烷(CF4)等，這些氣體在電漿內(nèi)反應(yīng)成高活性的自由基，其方程式為：
這些自由基會(huì)進(jìn)一步與材料表面作反應(yīng)。
其反應(yīng)機(jī)理主要是利用等離子體里的自由基來(lái)與材料表面做化學(xué)反應(yīng)，在壓力較高時(shí)，對(duì)自由基的產(chǎn)生較有利，所以若要以化學(xué)反應(yīng)為主時(shí)，就必須控制較高的壓力來(lái)近進(jìn)行反應(yīng)。
(2)物理反應(yīng)(Physical reaction)
主要是利用等離子體里的離子作純物理的撞擊，把材料表面的原子或附著材料表面的原子打掉，由于離子在壓力較低時(shí)的平均自由基較輕長(zhǎng)，有得能量的累積，因而在物理撞擊時(shí)，離子的能量越高，越是有的作撞擊，所以若要以物理反應(yīng)為主時(shí)，就必須控制較的壓力下來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，這樣清洗效果較好。
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