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等离子清洗原理和影响清洗效果的主要因素

一、原理及实现方法

等离子清洗是依靠特定物质等离子体中的高能粒子流冲击需要清洁的物体表面,产生物理冲击(如氩等离子体)或化学反应(氧等离子体)来实现去除物体表面污渍的功能。目前,大多数等离子清洗系统通过降低反应仓的压力到100Pa一下,然后以一定的速度通入合适的气体并启动电源来获得等离子体。

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二、影响清洗效果的主要因素


1、电极对等离子清洗效果的影响

       电极的设计对等离子清洗效果有着显著的影响,主要包括电极的材料、布局和尺寸等因素。对于内电极等离子清洗系统,由于电极暴露在等离子体中,某些材料的电极会被一些等离子体刻蚀或发生溅射现象,造成不必要的污染并导致电极尺寸的变动,进而影响等离子清洗的速度和均匀性有较大影响,较小的电极间距能够将等离子体限制在狭小的区域从而获得较高密度的等离子体,实现较快速度的清洗。随着间距的增加清洗速度逐渐下降但均匀性逐渐增强。

       电极的尺寸通常决定了等离子系统的整体容量,在电极平行分布的等离子清洗系统中,电极通常作为托盘使用,较大尺寸的电极能够一次清洗更多的元器件,提高设备的运行效率。


2、工作压强对等离子清洗效果的影响

       工作压强是等离子清洗的重要参数之一,压强的提高意味着等离子体密度的增加和粒子平均能量的降低,对化学反应为主导的等离子体,密度的增强能显著提高等离子系统的清洗速度,而物理轰击主导的等离子清洗系统则效果并不明显。此外,压强的改变可能会引起等离子体清洗反应机理的变化。如硅片刻蚀工艺所采用的CF4/O2等离子体,当压强较低时离子轰击起主导作用,而随着压强的增加,化学刻蚀不断加强并逐渐占据主导作用。

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3、电源功率及频率对等离子清洗效果的影响

       电源的功率对等离子体各参数都有影响,比如电极的温度、等离子体产生的自偏压以及清洗效率等。随着输出功率的增加,等离子清洗速度逐渐加强,并逐渐稳定在一个峰值,而自偏压则随着输出功率的增加不断上升。由于功率范围基本恒定,频率是影响等离子体自偏压的关键参数,随着频率的增加,自偏压逐渐下降。此外,随着频率的增加等离子体中电子的密度也会逐渐增加,而粒子平均能量逐步下降。


4、工作气体的选择对等离子清洗效果的影响

       工艺气体的选择是等离子清洗工艺设计的关键步骤,尽管很多时候大多数气体或气体混合物都能对污染物起到去除作用,但清洗速度却能相差几倍甚至几十倍。如在氧气(O2)中加入不同比例的氟化硫(SF6)作为工艺气体来清洗有机玻璃,可以大幅提高清洗速度。

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