什么是等离子体

2021-01-15 21:39

简单认识等离子体

2021-01-15 10:51:17上海新爱示国际贸易有限公司

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等离子体就是我们常说的第四态物质,又被称为电浆。它区别于固液气三态,是由正离子,电子,中性粒子组成的整体呈电中性的电离气体。举个例子,固态物质A,受到加热,转化为液态;继续加热,逐渐汽化;当温度足够高时,物质A的原子核的外层电子会摆脱束缚,成为自由电子,在物质A电离后,就达成了等离子态。

等离子体的有很多分类方式和种类。按生产方式分为微波(UW)等离子体、射频(RF)等离子体、直流放电(DC)等离子体等等。等离子体的性质与常见三态差异极大,可以利用其气体放电做表面处理,在现代工业中有着普遍的应用——刻蚀、清洗、溅射、PECVD等。半导体及泛半导体行业中常使用射频电源连接等离子源产生射频等离子体。

一般情况下,等离子源(一般处于真空腔内)分为三种:CCP(电容)、ICP(电感)、ECR(电子回旋共振)。这三种等离子源分别通过:电场电离、涡流效应、微波与电磁场共振产生等离子体。半导体及泛半导体行业根据工艺要求会选择不同的等离子源。

等离子体

等离子体是高能粒子的汇集,性质比较复杂。想了解分析等离子体,就要知道等离子体的一般性质参数:粒子密度、粒子温度、粒子频率、电离度、德拜长度、等离子体鞘层、直流偏压。其中德拜长度(Debye length)是指等离子体中任一电荷的电场所能作用的距离,由于电荷的同性相斥和异性相吸规律,任一带电粒子总是被异性粒子包围,所以它的电场只能作用在一定的距离内,超过这个距离就被周围异性粒子所屏蔽,这个距离就是德拜长度,又称德拜屏蔽距离;等离子体鞘层是指靠近等离子体的器壁上会形成一层偏离电中性带负电的薄层,鞘层的形成是因为电子的质量远小于离子,导致流往器壁的电子流大于离子流,于是器壁呈负电位,而这负电位又会阻止电子靠近、吸引离子,结果达到平衡,器壁上负电位稳定;将射频电源产生的正弦电压施加在工件表面时,由于电子运动速度大于离子,所以工件表面电子数量较多,呈负直流偏压,这就是直流偏压。

在工业中,我们熟练运用等离子的性质参数,可以评价工艺过程及硬件设计。比如,我们测得工艺气体(ArHeO2等)的反应后电压、密度、温度,可以判断离子源设计的合理性。检测出气体谱线和强度,可以检测刻蚀是否结束、清洗效果、工艺重复性。监测电压、电流、阻抗变化,检查工艺过程是否有打火、晶圆错位等。还有,通过检测谐波的变化,可以改进工艺条件。

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