大氣等離子清洗機(jī)的技術(shù)發(fā)展歷程

當(dāng)前，微電子工業(yè)中應(yīng)用到的等離子清洗機(jī)大多是在真空條件下來完成的，真空環(huán)境的等離子清洗機(jī)對(duì)產(chǎn)品表面處理均勻性提供了保證。但是，真空等離子清洗機(jī)為滿足真空條件，所需要的投入在整個(gè)項(xiàng)目的投資方面占了很大的比例。因此，為了擺脫對(duì)真空環(huán)境的依賴，在大氣壓條件下獲得均勻放電等離子體的問題在20世紀(jì)80~90年代被提到了議事日程，并在全球范圍內(nèi)形成了巨大的研究熱潮，為大氣等離子清洗機(jī)的發(fā)展提供了良好基礎(chǔ)，大氣等離子體有哪些發(fā)展節(jié)點(diǎn)呢？接下來為大家普及相關(guān)內(nèi)容：

1、大氣壓非熱力平衡態(tài)冷等離子體射流（n-TECAPPJ）裝置的前身

20世紀(jì)90年代初，Koinuma等開發(fā)出了一種微束等離子體裝置。該裝置放棄了大面積均勻性的要求，在直徑2mm的范圍內(nèi)，采用CF()/He作為放電氣體和70W的射頻功率，在硅片上本得了5nm/s的刻蝕速率。這種裝置可以認(rèn)為是n-TECAPPJ所用裝置的前身。

由于其消耗的平均功率非常小，所產(chǎn)生的等離子體射流對(duì)環(huán)境以及被處理材料表面幾乎沒有什么熱效應(yīng)，因此可以將其稱為“冷等離子體射流”。射頻與高頻放電等離子體的產(chǎn)生機(jī)理是有所不同的；從應(yīng)用的角度來看，高頻電源更便宜，相關(guān)裝置的設(shè)計(jì)與制造更間單，因此更實(shí)用，從近十年的文獻(xiàn)分析來看，這類裝置的結(jié)構(gòu)大多采用了在惰性氣體%1(或以惰性氣體為主摻入一些活性氣體)氣流通道上形成DBD。

2 、等離子體zidan現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)以及相關(guān)研究的成果

2005年，Teschke等以及Kedzierski等發(fā)表了兩篇論文，展示了用ICCD(像增強(qiáng)電荷耦合傳感器)拍攝的氦大氣壓等離子體射流的照片，發(fā)現(xiàn)了“等離子體zidan”(plasma bullets)的現(xiàn)象。自此有關(guān)等離子體zidan相關(guān)的研究論文如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，Lu和Laroussi發(fā)現(xiàn)等離子體zidan現(xiàn)象與具體的電極構(gòu)型無關(guān)，同時(shí)為了解釋這種發(fā)生在氦氣流通道中的等離子體zidan現(xiàn)象，提出了一種光子預(yù)電離機(jī)制，但仍有很多相關(guān)問題未得到解決。

2008年Sands等發(fā)現(xiàn)得出射流區(qū)與DBD區(qū)的放電應(yīng)該是互相獨(dú)立的。Jiang等通過一系列專門設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了這一觀點(diǎn)，并明確指出：等離子體射流本質(zhì)上是通過高壓電極邊緣的非均勻電場在氦氣流通道中形成的電暈放電，雖然實(shí)驗(yàn)采用了 DBD構(gòu)型，但射流其實(shí)與DBD無關(guān)！為了證明這一觀點(diǎn)，他們演示了單電極以及裸電極構(gòu)型裝置，產(chǎn)生了完全類似的等離子體射流。不僅如此，他們的實(shí)驗(yàn)還表明，采用了如Teschke等的共軸DBD構(gòu)型的等離子體射流裝置所產(chǎn)生的放電應(yīng)該有三個(gè)等離子體區(qū)。

3、實(shí)驗(yàn)測量得出影響射流長度的條件

等離子體zidan的速度是人們比較關(guān)心的一個(gè)問題，雖然Teschke等早在2005年就已經(jīng)指出，等離子體zidan是一種電驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，與氣流無關(guān)，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)實(shí)驗(yàn)條件下氣體流速僅約10m/s，比上述zidan的速度小3~4個(gè)數(shù)量級(jí)，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氣體流速對(duì)等離子體zidan所形成的射流在空氣中的長度有決定性的影響。

孫姣等最早報(bào)道了氣體流速與射流長度的關(guān)系。通過采用一種焓探針來測量流出石英管的氣體的軸向流速，他們發(fā)現(xiàn)無論是氦氣還是氬氣產(chǎn)生的等離子體射流的長度，在氣體處于層流狀態(tài)下時(shí)，幾乎與氣體流速成線性關(guān)系。 進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究表明，情況比該結(jié)論更復(fù)雜，除了氣體流量或流速外，驅(qū)動(dòng)電源的參數(shù)如電壓、頻率、脈沖寬度等在一定的條件下都會(huì)影響大氣射流等離子清洗機(jī)射流的長度。