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行业资讯
高频;低频;微频对等离子清洗的影响与作用
2019-07-23 16:26:16
介绍
等离子表面处理技术被运用在IC器件领域,它能改善并且去除基板上污渍。为了成功的使用这项技术,必须完成物理和化学等离子的反应。这需要在等离子领域里离子和电子的最优组合。
这篇文章详细说明等离子过程,提供了一个普通的等离子系统,在IC器件领域支持这个系统的最优频率是13.56 MHz。
离子和电子
离子和电子必须最优化在等离子处理过程中,包括:离子能量,离子密度和直流电。
离子能量
等离子过程是一个电离气体产生等量正、负带电微粒的过程,离子化是通过一个原始的激励源去撞击这些微粒,例如:RF和DC,活动的等离子体包括:离子、自由电子、自由原子和光子。
在等离子清洗过程中溅射法是一种普通的,但经常不被人们理解的方法,这个过程其实就是带电的核素物理碰撞器件的表面,并且破坏粘剂,释放表面物质的过程。
适当数量的离子能量是重要的,因为它对等离子溅射的能力是有益的。这有各种各样的应用,比如金丝焊接利用的是离子轰击。
例如,原晶片装配,芯片被裸露到氟化氢中,结果导致氟污染在了芯片上,铝焊盘上有氟对金线焊接可靠性是不利的。这已经被很多人研究并发现,用离子轰击这种物理方法可以有效地去除氟和其它的污染物,如氧化物、金属盐、镁和石墨。
以上这些案例,如果用化学清洗,效率会比较低,因为挥发性的副产品不能被清除,或者动能是化学反应的一个很好催化剂。
无论如何,过量的能量可能导致不必要的结果,比如,溅射到焊接垫上。溅射到焊接盘上的物质可能导致在芯片或器件上的再沉淀,将导致短路。
因此,在溅射过程中控制有限的能量是有必要的。如图1所示,是已经很成熟的13.56MHz高频等离子清洗的图示:
Figure 1
 
离子密度
离子密度指的是在等离子体中离子种类的数量。高密度离子等同于在这个等离子体中有大量活性粒子,这有助于加速等离子清洗过程。适当的和均衡的离子密度需要有耦合功率和离子再溅射能量在等离子室里。不适当的离子密度,有可能要增加等离子体处理的时间,这样就导致不符合要求的结果。
直流偏压
直流偏压是指当有一个等离子体时稳定的负压在处理室中产生动力电极。
在线直流电压偏移需要最初的在线离子。
偏压的增加是因为电核向动力电极移动并积聚其上面。
改变处理过程的参数,如电压、气压和处理过程的气体的选择都能控制直流偏压。
在线自身偏压是对处理进度的一个重要影响因为它提供了增进量和离子运动的异向性。
这是在需求方向性应用中颇有价值的,如底片处理,离子轰击,像清除氟污染、不合格倒装芯片的改进和在生产环境中需要快速的蚀刻处理。
等离子频率
关于频率的评价和比较需要一个广阔的领域里讨论,被看作两种能量选择的直流和2.45GHz(微波),通常仅提供次离子领域。因为在主离子和次离子领域引用道具的不同,这一点的重点考虑。
涉及到的第一领域也就是主离子的典型系统是利用低频RF系统。在这个系统里等离子区里的初始离子化由耦合RF完成这一切都在真空腔中进行,产品然后在电极间被处理。等离子体同样也可以直接由处理腔外的激发产生
所涉及的次离子,他由一个主腔体附加一个次腔体。电离化的气体位于主腔体中,起反应的核素然后向次腔体移动,产品在此被处理。这种构造影响了离子密度和能量而且直流道具不会和其它频率发生冲突。
Figure 2
 
等离子清洗类型
大多数等离子清洗系统,包括13.56MHz,都能配次离子发生器。这种方法对特殊的环境非常有益。例如原晶片可在有腐蚀性的环境下进行处理,在这种情形下复杂的顺流系统例如ECR经常采用这种设计。尽管如此,根据他的优点选择设计,而不是根据离子源来确定设计,大部分普通的系统根据IC器件市场采用DC和微波仅仅局限于次离子发生器。在DC系统中,因为直流电压不能有效的在等离子区中耦合,因此要求运用非常高的电压来进行初始激励,所以采用顺流设计。如此高的暴露电压对产品有极大的损害。因此,激发必须在样品腔外产生或分开产生。
2.45Ghz微波频率
2.45 GHz,在离子室的外壳上伴随着射频,结果导致耦合复杂性。因此,等离子清洗必须在一个可以维持不变因素,抗阻好的区域处理。 这种设计结果导致在离子室有不相同的等离子区域。
在微波清洗程中,通常有3种处理方法。第一,设计在等离子区域有可以旋转的部分(转盘设计),在不相同的环境里均匀的旋转。尽管这种方法可以有效的使用,但是它大大降低了清洗能力。另一种方法是加速活跃核素的运动,这种方法的实现必须由大量的泵去实现。可是这种解决的方法不仅增加了花费,而且还减少了活跃核素的停留时间,这样影响了清洗结果,如金丝焊接,减少氧化和倒装晶片应用。
第3种方法,增加顺流微波处理的效力和使用氧气,因为它们的寿命长。这种方法可以有效使用,可是许多环氧树脂和金属线框架有可能被氧化,所以这种方法也被排除掉了。
直流电
通常的直流系统设计是主腔体利用钽丝(或类似的钨元素)激励非常激烈的氩等离子体。磁力通常用于吸引离子到已被电离的次氢等离子处理腔体。用于系统中的磁力是用来增加原子核素分配的均匀性。像微波系统,他的设计限制了生产气体的可选择性,例如,氧不能够被运用,因为他能够使昂贵的钽丝燃烧掉。另外潜在的问题是燃烧后会带来交叉污染,这在一些处理腔的处理过程中会经常发生。
在等离子室中不同形式离子也许有益于活泼的晶片制作过程,不管怎样,他是一个重要的提示对于射频频率在13.56兆赫时能量低的,等离子体是呈中性的并且不能引起ESD迹象。实际上,离子在IC封装应用中起着重要的作用,同样地,它们增加了等离子体的密度,也提高了反动力。
40-100千赫/低频
正如频率变动范围变小波长也随之增加,在40千赫时,其波长为13.56兆赫时339倍。这个结果引起在离子中40千赫的与那些以更高频率基础的相较有更高的能量水平。这会引起两种结果,第一是现场电子的温度较高,这样会使等离子体的温度增加,直接影响芯片的温度。第二结果是现场的高能量离子它能够有益于溅射,但是在很多应用中是有害的。
而且,在这个频率增加了阻抗,而且低频系统没有典型的可变阻抗匹配设计。因此,在这个频率由于增大的阻抗而造成很大能量的损失。这会导致离子密度的显著减少,从而使得能量提供效率低于13.56MHz频率。然而在以40KHz频率系统的长波和增强的离子能量的优点由于采用了次等离子设计而丧失掉。
13.56MHz系统
随着对其他RF范围的了解,你就可以对13.56MHz系统一个很好的评价。此频率最大的优势在于不需要匹配复杂的阻抗就可以达到2.45GHz的能量。
不像40KHz,设计优良的13.56MHz系统利用可变电容匹配网。网状结构在等离子腔体的阻抗通过一个简单可变的电容提供功率相当于50欧姆的,他能够提供比40KHz更大的有效功率。
随着离子的密度优化,系统能够很好的控制离子能量。以及随着优化的离子密度和离子能量,更大的离子腔得到很大的发展,包括主离子和次离子系统
结论
尽管每个频率都有自己的优点,13.56MHz频率能够提供很大的选择范围,因为13.56MHz能够提供等离子道具所要得到的平衡。有人肯定要问为什么其他的仍在采用
具有代表性的,低频率RF等离子系统(40khz)制造成本比较低,由于他们不需要开发复杂的耦合或可变的匹配网系统。他们在需要高能量的地方也能够应用,顺流微波系统不需要很大的技术开发。他们可以利用普通的磁电管系统结合真空腔,
考虑到IC应用的要求,13.56MHz系统能具有很大的柔性和非常好的效果。

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