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感应耦合等离子表面处理机放电原理及其特点是什么

  • 分类:业界动态
  • 作者:等离子清洗机-CRF plasma等离子设备-等离子表面处理机厂家-诚峰智造
  • 来源:
  • 发布时间:2020-09-05
  • 访问量:

【概要描述】感应耦合真空(低压)等离子表面处理机是随着半导体行业的工艺要求发展起来的,主要的用途是在晶圆制造的光刻胶去除和刻蚀。严格意义上讲,等离子刻蚀已经属于另外的工艺设备范畴,今天我们来探讨一下感应耦合等离子表面处理机的放电原理、模型及其特点。         当螺旋线圈通入高频电流时,在它的空间会同时存在两种电场。一个是由线圈两端的高频电位差建立的轴向电场E1,这是E型放电的电场;第二种是由放电空间变化磁场产生的涡旋电场E0,也就是H型电场。这两种电场的比例随线圈绕制的方式不同而变化。         我们会看到一个有趣的现象,当等离子体密度较低时,放电是容性模式;在高密度时,放电转向感性模式。利用感应电场来加速电子从而维持等离子体,这种方式产生的等离子体称为感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)ICP的中性气体气压一般低于一个大气压,102~104Pa,有时也会超出这个范围,甚至达到大气压。         感性放电等离子体是通过将射频功率加在一个非共振线圈上产生的。常见的结构有两种,比较适用于低长宽比的放电系统。常见的感应耦合等离子体源结构采用圆筒螺旋状线圈类型(简称螺旋型)。         第二种常见的感应耦合等离子体源结构采用平面盘绕状线圈类型(简称盘香型)。         驱动电感线圈的射频源的输出阻抗为50Ω,其频率一般为13.56 MHz或者更低。在射频源与电感线圈之间有容性匹配网络。所得到的等离子体密度为1017~1018m-3、电子温度为2~4eV,直径可达30cm。因为较宽的压强范围内(1~40Pa)易于获得大口径,高密度的等离子体,所以ICP近年来被广泛的应用于半导体等离子体加工工艺。         由c=λν,13.56MHz电磁波的波长为22m,大于天线长度,所以可以忽略位移电流,采用准静态方法来处理心做场。等离子体中的电子受到这个电场的作用而被加速,因此,在抵消天线电流磁场的方向上会形成等离子体内的涡电流。         虽然电子在感应电场的作用下时而被加速,时而被减速,但如果对这种效应进行时间平均,在无碰撞时的能量净收支为零,功率不能进入等离子体。用νe表示电子与中性粒子、离子发生碰撞的频率,可计算出导体“等离子体”的直流电导率σ。通常,当对电导率为σ的导体板从外部施加交变磁场时,导体中会有涡电流流动,从而引起焦耳加热效应。这时,磁场从导体表面到内部呈指数函数衰减,所以进入导体深度有限(趋肤效应)。         在气压较低(νe/ω <<1)、等离子体密度较高(ωp>>ω)的情况下,趋肤深度表示为δ=c/ωp。从物理意义上讲ωp是衡量电子响应集体运动快慢的一个指标。ω低于ωp,电子的运动便能阻止波的电场进人等离子体中,这就是等离子体屏蔽。此时波将沿等离子体表面传播,同样表面波也可以用来生成高密度等离子体。         一旦进入低气压状态,等离子体的电阻便会変小,趋肤深度也要下降,所以焦耳加热效应无法使功率输入等离子体,因此在低气压下维持高密度等禺子体的机制必定是另外一种机制,这就是做热运动的电子通过局部电场引起的反常趋肤效应。我们要考虑这样的无碰撞过程:以热运动速度ν运动着的电子,无论其怎样进人趋肤深度δ的强感应电场区域,都会返回等离子体。当电子通过这个电场区域的时间δ/ν大致等于或者略小于高频电压周期2π/ω的时候,电子的加速、减速是随机发生的,经统计平均后电子能够高效率的获得能量,这就是反常趋肤效应。         通过以上的原理分析,我们可以了解感应耦合等离子体的一些基本原理和特点,但在设计等离子表面处理机的时候,还应兼顾工艺和效率。例如用于处理LCD液晶屏的等离子表面处理机,就采用内置盘绕状线圈感应生成等离子体。

感应耦合等离子表面处理机放电原理及其特点是什么

【概要描述】感应耦合真空(低压)等离子表面处理机是随着半导体行业的工艺要求发展起来的,主要的用途是在晶圆制造的光刻胶去除和刻蚀。严格意义上讲,等离子刻蚀已经属于另外的工艺设备范畴,今天我们来探讨一下感应耦合等离子表面处理机的放电原理、模型及其特点。

        当螺旋线圈通入高频电流时,在它的空间会同时存在两种电场。一个是由线圈两端的高频电位差建立的轴向电场E1,这是E型放电的电场;第二种是由放电空间变化磁场产生的涡旋电场E0,也就是H型电场。这两种电场的比例随线圈绕制的方式不同而变化。

        我们会看到一个有趣的现象,当等离子体密度较低时,放电是容性模式;在高密度时,放电转向感性模式。利用感应电场来加速电子从而维持等离子体,这种方式产生的等离子体称为感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)ICP的中性气体气压一般低于一个大气压,102~104Pa,有时也会超出这个范围,甚至达到大气压。

        感性放电等离子体是通过将射频功率加在一个非共振线圈上产生的。常见的结构有两种,比较适用于低长宽比的放电系统。常见的感应耦合等离子体源结构采用圆筒螺旋状线圈类型(简称螺旋型)。

        第二种常见的感应耦合等离子体源结构采用平面盘绕状线圈类型(简称盘香型)。

        驱动电感线圈的射频源的输出阻抗为50Ω,其频率一般为13.56 MHz或者更低。在射频源与电感线圈之间有容性匹配网络。所得到的等离子体密度为1017~1018m-3、电子温度为2~4eV,直径可达30cm。因为较宽的压强范围内(1~40Pa)易于获得大口径,高密度的等离子体,所以ICP近年来被广泛的应用于半导体等离子体加工工艺。

        由c=λν,13.56MHz电磁波的波长为22m,大于天线长度,所以可以忽略位移电流,采用准静态方法来处理心做场。等离子体中的电子受到这个电场的作用而被加速,因此,在抵消天线电流磁场的方向上会形成等离子体内的涡电流。

        虽然电子在感应电场的作用下时而被加速,时而被减速,但如果对这种效应进行时间平均,在无碰撞时的能量净收支为零,功率不能进入等离子体。用νe表示电子与中性粒子、离子发生碰撞的频率,可计算出导体“等离子体”的直流电导率σ。通常,当对电导率为σ的导体板从外部施加交变磁场时,导体中会有涡电流流动,从而引起焦耳加热效应。这时,磁场从导体表面到内部呈指数函数衰减,所以进入导体深度有限(趋肤效应)。

        在气压较低(νe/ω <<1)、等离子体密度较高(ωp>>ω)的情况下,趋肤深度表示为δ=c/ωp。从物理意义上讲ωp是衡量电子响应集体运动快慢的一个指标。ω低于ωp,电子的运动便能阻止波的电场进人等离子体中,这就是等离子体屏蔽。此时波将沿等离子体表面传播,同样表面波也可以用来生成高密度等离子体。

        一旦进入低气压状态,等离子体的电阻便会変小,趋肤深度也要下降,所以焦耳加热效应无法使功率输入等离子体,因此在低气压下维持高密度等禺子体的机制必定是另外一种机制,这就是做热运动的电子通过局部电场引起的反常趋肤效应。我们要考虑这样的无碰撞过程:以热运动速度ν运动着的电子,无论其怎样进人趋肤深度δ的强感应电场区域,都会返回等离子体。当电子通过这个电场区域的时间δ/ν大致等于或者略小于高频电压周期2π/ω的时候,电子的加速、减速是随机发生的,经统计平均后电子能够高效率的获得能量,这就是反常趋肤效应。

        通过以上的原理分析,我们可以了解感应耦合等离子体的一些基本原理和特点,但在设计等离子表面处理机的时候,还应兼顾工艺和效率。例如用于处理LCD液晶屏的等离子表面处理机,就采用内置盘绕状线圈感应生成等离子体。


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感应耦合等离子表面处理机放电原理及其特点是什么:

        感应耦合真空(低压)等离子表面处理机是随着半导体行业的工艺要求发展起来的,主要的用途是在晶圆制造的光刻胶去除和刻蚀。严格意义上讲,等离子刻蚀已经属于另外的工艺设备范畴,今天我们来探讨一下感应耦合等离子表面处理机的放电原理、模型及其特点。

        当螺旋线圈通入高频电流时,在它的空间会同时存在两种电场。一个是由线圈两端的高频电位差建立的轴向电场E1,这是E型放电的电场;第二种是由放电空间变化磁场产生的涡旋电场E0,也就是H型电场。这两种电场的比例随线圈绕制的方式不同而变化。

        我们会看到一个有趣的现象,当等离子体密度较低时,放电是容性模式;在高密度时,放电转向感性模式。利用感应电场来加速电子从而维持等离子体,这种方式产生的等离子体称为感应耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)ICP的中性气体气压一般低于一个大气压,102~104Pa,有时也会超出这个范围,甚至达到大气压。

        感性放电等离子体是通过将射频功率加在一个非共振线圈上产生的。常见的结构有两种,比较适用于低长宽比的放电系统。常见的感应耦合等离子体源结构采用圆筒螺旋状线圈类型(简称螺旋型)。

        第二种常见的感应耦合等离子体源结构采用平面盘绕状线圈类型(简称盘香型)。

        驱动电感线圈的射频源的输出阻抗为50Ω,其频率一般为13.56 MHz或者更低。在射频源与电感线圈之间有容性匹配网络。所得到的等离子体密度为1017~1018m-3、电子温度为2~4eV,直径可达30cm。因为较宽的压强范围内(1~40Pa)易于获得大口径,高密度的等离子体,所以ICP近年来被广泛的应用于半导体等离子体加工工艺

        由c=λν,13.56MHz电磁波的波长为22m,大于天线长度,所以可以忽略位移电流,采用准静态方法来处理心做场。等离子体中的电子受到这个电场的作用而被加速,因此,在抵消天线电流磁场的方向上会形成等离子体内的涡电流。

        虽然电子在感应电场的作用下时而被加速,时而被减速,但如果对这种效应进行时间平均,在无碰撞时的能量净收支为零,功率不能进入等离子体。用νe表示电子与中性粒子、离子发生碰撞的频率,可计算出导体“等离子体”的直流电导率σ。通常,当对电导率为σ的导体板从外部施加交变磁场时,导体中会有涡电流流动,从而引起焦耳加热效应。这时,磁场从导体表面到内部呈指数函数衰减,所以进入导体深度有限(趋肤效应)。

        在气压较低(νe/ω <<1)、等离子体密度较高(ωp>>ω)的情况下,趋肤深度表示为δ=c/ωp。从物理意义上讲ωp是衡量电子响应集体运动快慢的一个指标。ω低于ωp,电子的运动便能阻止波的电场进人等离子体中,这就是等离子体屏蔽。此时波将沿等离子体表面传播,同样表面波也可以用来生成高密度等离子体。

        一旦进入低气压状态,等离子体的电阻便会変小,趋肤深度也要下降,所以焦耳加热效应无法使功率输入等离子体,因此在低气压下维持高密度等禺子体的机制必定是另外一种机制,这就是做热运动的电子通过局部电场引起的反常趋肤效应。我们要考虑这样的无碰撞过程:以热运动速度ν运动着的电子,无论其怎样进人趋肤深度δ的强感应电场区域,都会返回等离子体。当电子通过这个电场区域的时间δ/ν大致等于或者略小于高频电压周期2π/ω的时候,电子的加速、减速是随机发生的,经统计平均后电子能够高效率的获得能量,这就是反常趋肤效应。

        通过以上的原理分析,我们可以了解感应耦合等离子体的一些基本原理和特点,但在设计等离子表面处理机的时候,还应兼顾工艺和效率。例如用于处理LCD液晶屏的等离子表面处理机,就采用内置盘绕状线圈感应生成等离子体。

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