介紹
等離子表面處理技術(shù)被運(yùn)用在IC器件領(lǐng)域，它能改善并且去除基板上污漬。為了成功的使用這項(xiàng)技術(shù)，必須完成物理和化學(xué)等離子的反應(yīng)。這需要在等離子領(lǐng)域里離子和電子的最優(yōu)組合。
這篇文章詳細(xì)說(shuō)明等離子過(guò)程，提供了一個(gè)普通的等離子系統(tǒng)，在IC器件領(lǐng)域支持這個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)頻率是13.56 MHz。
離子和電子
離子和電子必須最優(yōu)化在等離子處理過(guò)程中，包括：離子能量，離子密度和直流電。
離子能量
等離子過(guò)程是一個(gè)電離氣體產(chǎn)生等量正、負(fù)帶電微粒的過(guò)程，離子化是通過(guò)一個(gè)原始的激勵(lì)源去撞擊這些微粒，例如：RF和DC，活動(dòng)的等離子體包括：離子、自由電子、自由原子和光子。
在等離子清洗過(guò)程中濺射法是一種普通的，但經(jīng)常不被人們理解的方法，這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是帶電的核素物理碰撞器件的表面，并且破壞粘劑，釋放表面物質(zhì)的過(guò)程。
適當(dāng)數(shù)量的離子能量是重要的，因?yàn)樗鼘?duì)等離子濺射的能力是有益的。這有各種各樣的應(yīng)用，比如金絲焊接利用的是離子轟擊。
例如，原晶片裝配，芯片被裸露到氟化氫中，結(jié)果導(dǎo)致氟污染在了芯片上，鋁焊盤上有氟對(duì)金線焊接可靠性是不利的。這已經(jīng)被很多人研究并發(fā)現(xiàn)，用離子轟擊這種物理方法可以有效地去除氟和其它的污染物，如氧化物、金屬鹽、鎂和石墨。
以上這些案例，如果用化學(xué)清洗，效率會(huì)比較低，因?yàn)閾]發(fā)性的副產(chǎn)品不能被清除，或者動(dòng)能是化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)很好催化劑。
無(wú)論如何，過(guò)量的能量可能導(dǎo)致不必要的結(jié)果，比如，濺射到焊接墊上。濺射到焊接盤上的物質(zhì)可能導(dǎo)致在芯片或器件上的再沉淀，將導(dǎo)致短路。
因此，在濺射過(guò)程中控制有限的能量是有必要的。如圖1所示，是已經(jīng)很成熟的13.56MHz高頻等離子清洗的圖示：
Figure 1
離子密度
離子密度指的是在等離子體中離子種類的數(shù)量。高密度離子等同于在這個(gè)等離子體中有大量活性粒子，這有助于加速等離子清洗過(guò)程。適當(dāng)?shù)暮途獾碾x子密度需要有耦合功率和離子再濺射能量在等離子室里。不適當(dāng)?shù)碾x子密度，有可能要增加等離子體處理的時(shí)間，這樣就導(dǎo)致不符合要求的結(jié)果。
直流偏壓
直流偏壓是指當(dāng)有一個(gè)等離子體時(shí)穩(wěn)定的負(fù)壓在處理室中產(chǎn)生動(dòng)力電極。
在線直流電壓偏移需要最初的在線離子。
偏壓的增加是因?yàn)殡姾讼騽?dòng)力電極移動(dòng)并積聚其上面。
改變處理過(guò)程的參數(shù)，如電壓、氣壓和處理過(guò)程的氣體的選擇都能控制直流偏壓。
在線自身偏壓是對(duì)處理進(jìn)度的一個(gè)重要影響因?yàn)樗峁┝嗽鲞M(jìn)量和離子運(yùn)動(dòng)的異向性。
這是在需求方向性應(yīng)用中頗有價(jià)值的，如底片處理，離子轟擊，像清除氟污染、不合格倒裝芯片的改進(jìn)和在生產(chǎn)環(huán)境中需要快速的蝕刻處理。
等離子頻率
關(guān)于頻率的評(píng)價(jià)和比較需要一個(gè)廣闊的領(lǐng)域里討論，被看作兩種能量選擇的直流和2.45GHz（微波），通常僅提供次離子領(lǐng)域。因?yàn)樵谥麟x子和次離子領(lǐng)域引用道具的不同，這一點(diǎn)的重點(diǎn)考慮。
涉及到的第一領(lǐng)域也就是主離子的典型系統(tǒng)是利用低頻RF系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)里等離子區(qū)里的初始離子化由耦合RF完成這一切都在真空腔中進(jìn)行，產(chǎn)品然后在電極間被處理。等離子體同樣也可以直接由處理腔外的激發(fā)產(chǎn)生
所涉及的次離子，他由一個(gè)主腔體附加一個(gè)次腔體。電離化的氣體位于主腔體中，起反應(yīng)的核素然后向次腔體移動(dòng)，產(chǎn)品在此被處理。這種構(gòu)造影響了離子密度和能量而且直流道具不會(huì)和其它頻率發(fā)生沖突。
Figure 2
等離子清洗類型
大多數(shù)等離子清洗系統(tǒng)，包括13.56MHz，都能配次離子發(fā)生器。這種方法對(duì)特殊的環(huán)境非常有益。例如原晶片可在有腐蝕性的環(huán)境下進(jìn)行處理，在這種情形下復(fù)雜的順流系統(tǒng)例如ECR經(jīng)常采用這種設(shè)計(jì)。盡管如此，根據(jù)他的優(yōu)點(diǎn)選擇設(shè)計(jì)，而不是根據(jù)離子源來(lái)確定設(shè)計(jì)，大部分普通的系統(tǒng)根據(jù)IC器件市場(chǎng)采用DC和微波僅僅局限于次離子發(fā)生器。在DC系統(tǒng)中，因?yàn)橹绷麟妷翰荒苡行У脑诘入x子區(qū)中耦合，因此要求運(yùn)用非常高的電壓來(lái)進(jìn)行初始激勵(lì)，所以采用順流設(shè)計(jì)。如此高的暴露電壓對(duì)產(chǎn)品有極大的損害。因此，激發(fā)必須在樣品腔外產(chǎn)生或分開產(chǎn)生。
2.45Ghz微波頻率
2.45 GHz，在離子室的外殼上伴隨著射頻，結(jié)果導(dǎo)致耦合復(fù)雜性。因此，等離子清洗必須在一個(gè)可以維持不變因素，抗阻好的區(qū)域處理?！∵@種設(shè)計(jì)結(jié)果導(dǎo)致在離子室有不相同的等離子區(qū)域。
在微波清洗程中，通常有3種處理方法。第一，設(shè)計(jì)在等離子區(qū)域有可以旋轉(zhuǎn)的部分（轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)），在不相同的環(huán)境里均勻的旋轉(zhuǎn)。盡管這種方法可以有效的使用，但是它大大降低了清洗能力。另一種方法是加速活躍核素的運(yùn)動(dòng)，這種方法的實(shí)現(xiàn)必須由大量的泵去實(shí)現(xiàn)?？墒沁@種解決的方法不僅增加了花費(fèi)，而且還減少了活躍核素的停留時(shí)間，這樣影響了清洗結(jié)果，如金絲焊接，減少氧化和倒裝晶片應(yīng)用。
第3種方法，增加順流微波處理的效力和使用氧氣，因?yàn)樗鼈兊膲勖L(zhǎng)。這種方法可以有效使用，可是許多環(huán)氧樹脂和金屬線框架有可能被氧化，所以這種方法也被排除掉了。
直流電
通常的直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)是主腔體利用鉭絲（或類似的鎢元素）激勵(lì)非常激烈的氬等離子體。磁力通常用于吸引離子到已被電離的次氫等離子處理腔體。用于系統(tǒng)中的磁力是用來(lái)增加原子核素分配的均勻性。像微波系統(tǒng)，他的設(shè)計(jì)限制了生產(chǎn)氣體的可選擇性，例如，氧不能夠被運(yùn)用，因?yàn)樗軌蚴拱嘿F的鉭絲燃燒掉。另外潛在的問題是燃燒后會(huì)帶來(lái)交叉污染，這在一些處理腔的處理過(guò)程中會(huì)經(jīng)常發(fā)生。
在等離子室中不同形式離子也許有益于活潑的晶片制作過(guò)程，不管怎樣，他是一個(gè)重要的提示對(duì)于射頻頻率在13.56兆赫時(shí)能量低的，等離子體是呈中性的并且不能引起ESD跡象。實(shí)際上，離子在IC封裝應(yīng)用中起著重要的作用，同樣地，它們?cè)黾恿说入x子體的密度，也提高了反動(dòng)力。
40-100千赫/低頻
正如頻率變動(dòng)范圍變小波長(zhǎng)也隨之增加，在40千赫時(shí)，其波長(zhǎng)為13.56兆赫時(shí)339倍。這個(gè)結(jié)果引起在離子中40千赫的與那些以更高頻率基礎(chǔ)的相較有更高的能量水平。這會(huì)引起兩種結(jié)果，第一是現(xiàn)場(chǎng)電子的溫度較高，這樣會(huì)使等離子體的溫度增加，直接影響芯片的溫度。第二結(jié)果是現(xiàn)場(chǎng)的高能量離子它能夠有益于濺射，但是在很多應(yīng)用中是有害的。
而且，在這個(gè)頻率增加了阻抗，而且低頻系統(tǒng)沒有典型的可變阻抗匹配設(shè)計(jì)。因此，在這個(gè)頻率由于增大的阻抗而造成很大能量的損失。這會(huì)導(dǎo)致離子密度的顯著減少，從而使得能量提供效率低于13.56MHz頻率。然而在以40KHz頻率系統(tǒng)的長(zhǎng)波和增強(qiáng)的離子能量的優(yōu)點(diǎn)由于采用了次等離子設(shè)計(jì)而喪失掉。
13.56MHz系統(tǒng)
隨著對(duì)其他RF范圍的了解，你就可以對(duì)13.56MHz系統(tǒng)一個(gè)很好的評(píng)價(jià)。此頻率最大的優(yōu)勢(shì)在于不需要匹配復(fù)雜的阻抗就可以達(dá)到2.45GHz的能量。
不像40KHz,設(shè)計(jì)優(yōu)良的13.56MHz系統(tǒng)利用可變電容匹配網(wǎng)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在等離子腔體的阻抗通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單可變的電容提供功率相當(dāng)于50歐姆的，他能夠提供比40KHz更大的有效功率。
隨著離子的密度優(yōu)化，系統(tǒng)能夠很好的控制離子能量。以及隨著優(yōu)化的離子密度和離子能量，更大的離子腔得到很大的發(fā)展，包括主離子和次離子系統(tǒng)
結(jié)論
盡管每個(gè)頻率都有自己的優(yōu)點(diǎn)，13.56MHz頻率能夠提供很大的選擇范圍，因?yàn)?3.56MHz能夠提供等離子道具所要得到的平衡。有人肯定要問為什么其他的仍在采用
具有代表性的，低頻率RF等離子系統(tǒng)（40khz）制造成本比較低，由于他們不需要開發(fā)復(fù)雜的耦合或可變的匹配網(wǎng)系統(tǒng)。他們?cè)谛枰吣芰康牡胤揭材軌驊?yīng)用，順流微波系統(tǒng)不需要很大的技術(shù)開發(fā)。他們可以利用普通的磁電管系統(tǒng)結(jié)合真空腔，
考慮到IC應(yīng)用的要求，13.56MHz系統(tǒng)能具有很大的柔性和非常好的效果。
