氬氫混合氣體等離子清洗原理

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-12-29

常應用于等離子體清洗的氣體有氬氣、氧氣、氫氣、四氟化碳及其混合氣體等。在半導體封裝工藝中，經(jīng)常可以看到采用氬氣與氫氣混合的清洗方法。下面就介紹一下為什么會使用氬氫混合氣體作為清洗的工藝氣體。

這是由于氧氣清洗容易造成二次氧化，工藝控制難度大，氫氣是易燃易爆氣體，安全性方面需要注意和防范，所以一般使用的是氬氫混合氣體（95%Ar5%H2)。

采用Ar，H2混合等離子體清洗基片，可以起到化學清洗和物理清洗的雙重作用，同時氬等離子體的引入還有利于提高氫等離子體的數(shù)量，能夠增強樣品的清洗效果。具體工作原理如圖1所示

物理清洗

氬等離子體參與的是表面反應以物理反應為主的等離子體清洗，也叫濺射刻蝕。氬離子在自偏壓或外加偏壓作用下被加速產(chǎn)生動能，然后轟擊到放在負電極上的被清洗樣品表面。氬離子撞擊表面時產(chǎn)生的巨大能量可清除附著污染物，轟擊產(chǎn)生的機械能可將污染物中的大分子化學鍵分離成小分子而汽化(式(1))，隨后被抽走。氬氣本身是隋性氣體，等離子態(tài)的氬氣并不和樣品表面分子發(fā)生反應，保持了被清洗物的化學純潔性，且腐蝕作用各向異性。然而，對于氬、氫混合氣體，由于氬的原子量為39．95，遠大于氫的原子量1．00794，因而在加速過程中氬離子獲得了較大的動能，通過對氫氣的撞擊作用能夠起到分離氫分子，增加氫等離子體數(shù)量的效果。

Ar+e^－→Ar⁺+2e^－，Ar⁺+沾污→揮發(fā)性沾污（1）

化學清洗

氫等離子體參與的是表面反應以化學反應為主的等離子體清洗。一般在基底表面會覆蓋有一層很薄的氧化層。在高頻電磁場作用下，氫等離子體通過輝光放電的方式產(chǎn)生，除了包含高溫電子外，還包含有各種氫離子(H⁺、H²⁺、H³⁺、H^－)、基態(tài)和電子激發(fā)態(tài)的氫原子及氫分子。其中，大量的活性氫原子在低溫下能夠與樣品表面分子發(fā)生還原反應，有效去除基底表面氧化層并活化表面性能。同時，氫等離子體清洗還有助于修復氬等離子體轟擊過程中產(chǎn)生的輕微損傷，從而提高樣品表面均勻性。

采用氫氬混合氣體，能夠有效地去除基底表面的污染物。在清洗過程中氫等離子體能夠去除氧化物，而氬通過離子化能夠促進氫等離子體數(shù)量的增加，提高氬氫等離子體的還原活性。氬氫和氬等離子體清洗結(jié)果有這么大的差別是由于清洗機制的不同。當氬作為工作氣體的時候，去除氧化物主要靠表面的濺射；而氫等離子體引入了氧和氫之間的化學反應。