氩氢plasma清洗工作原理

Plasma又称电浆,是紫外线发荧光的产物,继固体、液体、气体之后,电浆体是物质的第四态。电浆是一团带正、负电荷之粒子所形成的气体,还含有中性的气体原子、分子及自由基。氩氢是plasma清洗中比较常见的一种混合气体,常用于半导体元器件的清洗。

氩氢Plasma清洗工作原理

Plasma清洗工作原理是在真空的状态下,plasma设备的真空腔体内的通过电极形成很高频率的交变电场,腔体内的反应气体在交变电场的作用下形成等离子体,腔体内被清洗的物体在活性等离子的化学反应和反复物理轰击的双重作用下,使其表面挥发物残留、杂质、灰尘、氧化物等变成离子或气态物质,这些离子或气体在真空的抽离下排出腔体,剥离出被清洗的物体表面,从而达到清洗的目的。

采用Ar,H2混合等离子体处理材料基片,可以起到化学清洗和物理清洗的双重作用,同时氩等离子体的引入还有利于提高氢等离子体的数量,能够增强样品的清洗效果。具体工作原理如图1所示;

氩氢plasma清洗原理

氩氢Plasma清洗工作原理

氩气plasma清洗原理

氩等离子体参与的是表面反应以物理反应为主的等离子体清洗,也叫溅射刻蚀。氩离子在自偏压或外加偏压作用下被加速产生动能,然后轰击到放在负电极上的被清洗样品表面。氩离子撞击表面时产生的巨大能量可清除附着污染物,轰击产生的机械能可将污染物中的大分子化学键分离成小分子而汽化(式(1)),随后被抽走。氩气本身是隋性气体,等离子态的氩气并不和样品表面分子发生反应,保持了被清洗物的化学纯洁性,且腐蚀作用各向异性。然而,对于氩、氢混合气体,由于氩的原子量为39.95,远大于氢的原子量1.00794,因而在加速过程中氩离子获得了较大的动能,通过对氢气的撞击作用能够起到分离氢分子,增加氢等离子体数量的效果。

Ar+e-→Ar++2e-,Ar++沾污→挥发性沾污 ( 1 )

氢气plasma清洗原理

氢等离子体参与的是表面反应以化学反应为主的等离子体清洗。在高频电磁场作用下,氢等离子体通过辉光放电的方式产生,除了包含高温电子外,还包含有各种氢离子(H+、H2+、H3+、H-)、基态和电子激发态的氢原子及氢分子。其中,大量的活性氢原子在低温下能够与样品表面分子发生还原反应,有效去除材料表面氧化层并活化表面性能。同时,氢等离子体清洗还有助于修复氩等离子体轰击过程中产生的轻微损伤,从而提高样品表面均匀性,保证较高的PL强度。

在半导体封装工艺中需要极高的洁净度,完成打线工艺后为防止导线氧化,通常都是采用氩等离子体或氩氢plasma进行表面清洗。