Pam y gallai Gwain PFA Deneuach Mewn Gwirioneddol Berfformio'n Waethaf-Amgylchedd Plasma Pwysedd Isel Oherwydd Bomio Ion?

Gosodiadau plasma gwasgedd isel a ddefnyddir ar gyfer ysgythru lled-ddargludyddion, plasma-gwell dyddodiad anwedd cemegol (PECVD), a chydrannau trochi actifadu arwyneb mewn peledu ïon egnïol. Mae ïonau (Ar + , O + , CF 3 + , ac ati) yn cael eu gyrru ar draws y potensial gwain plasma, yn gyffredinol 100-1,000 V, ac yn cysylltu â'r wyneb PFA gydag egni o 50-500 eV yr ïon. Mae gwain PFA teneuach (0.5-1.0 mm) yn llai addas ar gyfer gwasanaeth plasma na gwain mwy trwchus (1.5-2.5 mm) oherwydd bod y peledu ïon yn erydu haen wyneb y polymer fesul haen trwy sbwteri ffisegol ac ysgythru cemegol. Mae gan y wal deneuach lai o ddeunydd cyn iddo gyrraedd y craidd metel. Yn bwysicach fyth, mae peledu ïon yn ffurfio haen arwyneb wedi'i newid (10-100 nm o ddyfnder) gyda nodweddion cemegol a ffisegol wedi'u newid. Mae'r haen newydd hon yn aml yn fwy athraidd i rywogaethau adweithiol, gan gyflymu'r dirywiad. Mae PFA mwy trwchus (2–3 mm) yn goroesi’n hirach mewn plasma gwasgedd isel, gan fod y gyfradd erydu yn gymedrol o’i gymharu â thrwch (0.1–1.0 µm/awr fel arfer, yn dibynnu ar osodiadau plasma) ac nid yw’r haen arwyneb newydd yn ymestyn drwy’r wal. Gall gwain o 1.0 mm fethu ar ôl 500-1,000 o oriau plasma, tra gall gwain 2.5 mm gynnal 5,000-10,000 o oriau.

Prosesau Erydiad trwy Bomio Ion
Mewn-plasma gwasgedd isel (0.1{0.1-1010 Torr) mae'r gwresogydd PFA yn datblygu hunan-foltedd gogwydd negyddol mewn perthynas â'r potensial plasma, oherwydd mae electronau'n fwy symudol nag ïonau. Mae'r hunan-duedd (fel arfer 50-500 V ar gyfer plasmas RF, 100-1000 V ar gyfer plasmas DC) yn gwthio ïonau positif tuag at wyneb PFA. Mae'r ïonau'n trosglwyddo momentwm i'r polymer ar wrthdrawiad, gan alldaflu atomau a moleciwlau, mewn proses a elwir yn sbuttering ffisegol. Cnwd sbutter PFA (atomau wedi'u tynnu fesul ïon digwyddiad) mewn plasma argon yw 0.5-2.0 ar egni ïon o 200-500 eV. Y gyfradd erydiad e=Y × J_ion × (M / (ρ × N_A)) lle mae Y yn gynnyrch sputter, J_ion yw dwysedd cerrynt ïon (mA/cm²), M yw pwysau moleciwlaidd, ρ yw dwysedd. Ar gyfer plasma RF nodweddiadol (13.56 MHz, 100 W, 100 mTorr Ar), J_ion ~ 1-5 mA/cm ^ 2, Y ~ 1.0, gan arwain at e ~ 0.2-1.0 µm/awr. Erydiad mewn 1000 awr. 0.2-1.0 mm Mae'r wain 1.0 mm yn colli 20–100% o'i drwch, ond dim ond 8–40% y mae'r wain 2.5 mm yn ei golli.

Ym mhresenoldeb nwyon adweithiol (O₂, CF₄, SF₆, Cl₂) ychwanegir ysgythru cemegol at y sputtering corfforol. Er enghraifft, mae arwyneb PFA yn adweithio â phlasma ocsigen i gynhyrchu COF₂, CO₂ a HF anweddol. Gall cyfradd etch cemegol fod 2-10x yn uwch na sputtering corfforol. Gellir erydu gwain PFA 1.0 mm yn gyfan gwbl mewn 200-500 awr mewn 50% O2 / 50% Ar plasma. Nid yw'r erydiad yn unffurf. Mae corneli miniog yn erydu'n gyflym (gweler Erthygl 62), ac mae rhannau sy'n wynebu'r glow plasma yn erydu'n gyflymach na lleoliadau cysgodol. Mae wal PFA yn dod yn 0.2-0.5 mm o drwch, mae tyllau pin yn cael eu ffurfio ac mae rhywogaethau plasma yn agosáu at y craidd metel. Mae'r craidd yn agored i blasma adweithiol ac yn cyrydu'n gyflym (mae Incoloy yn creu fflworidau metel anweddol mewn plasmas sy'n seiliedig ar fflworin) gan achosi halogiad a methiant gwresogydd.

Perfformiad yn erbyn Trwch mewn Plasma
Math Plasma Cyfansoddiad Nwy Egni Ion (eV) Cyfradd Erydu (micron/awr)Uchafswm Oriau i 0.5 mm Ar ôl (dechrau 1.0mm) Uchafswm Oriau i 0.5 mm Gweddill (dechrau 2.5 mm) Isafswm Trwch a Argymhellir Anadweithiol (sputtering yn unig) Ar, He 200–500 0.2–0.5 1,000–2,500 4,000–10,000 1.5 mm
Ocsideiddio (cemegol + sputter) O2, O2/Ar 100-300 0.5-2.0 250-1,000 1,000-4,000 2.0 mm
Fflworocarbon (ysgythru) CF4, CHF3, C4F8 200–500 1.0–5.0 100–500 400–2000 2.5 mm
Clorin Cl₂, BCl₃ 100–300 0.3–1.0 500–1,500 2,000–6,000 2.0 mm
Plasma dwysedd uchel (ICP) Unrhyw 500–1,000 2.0–10.0 50–250 200–1,000 3.0 mm (os defnyddir PFA)
Cymorth pelydr plasma w/ ion Unrhyw 1,000–5,000 5.0–20.0 25–100 100–500 Ddim yn briodol ar gyfer PFA
Plasma atmosfferig (ynni isel) Aer, N₂<50 <0.05 >10,000 >50,000 1.0 mm yn dderbyniol
Gwella Treiddiad ac Addasu Arwyneb
Mae peledu ïon yn gwneud mwy na dim ond sbutter deunydd i ffwrdd, mae'n newid yr ardal sydd wedi goroesi ger{0}}wyneb. Mae ïonau'n torri bondiau C-F ac yn cynhyrchu radicalau rhydd sy'n adweithio â nwyon amgylchynol. Mae gan yr haen wedi'i newid (fel arfer 10-100 nm o drwch) grynodiad fflworin llai (dihysbyddiad fflworin), mwy o gynnwys ocsigen (o adweithedd ag O2 neu H2O gweddilliol) a dwysedd uwch o groesgysylltiadau. Mae'r haen newydd fel arfer yn fwy athraidd i rywogaethau adweithiol (ee, ocsigen atomig, radicalau fflworin) na PFA gwyryf. Mae gwell athreiddedd yn cyflymu diraddio o dan yr wyneb. Ar gyfer gwain denau (1.0 mm) yr haen wedi'i haddasu yw 10-20% o drwch y wal ar ôl 500 h, tra ar gyfer gwain drwchus (2.5 mm) dim ond 4-8% ydyw. Gall y rhan o'r wain denau sydd ar ôl fod yn rhy denau i fod yn rhwystr effeithiol. Gall yr haen denau ddod yn fandyllog neu'n frau a chaniatáu i rywogaethau plasma dreiddio i'r craidd, hyd yn oed heb erydiad mawr.

Mae profiad maes gydag offer etch plasma lled-ddargludyddion yn dangos bod gwresogyddion PFA gyda waliau 1.0 i 1.5 mm a ddefnyddir fel gwresogyddion ar y safle (wedi'u trochi yn y plasma) yn methu ar ôl 6 i 12 mis. Bydd yr un gwresogyddion â waliau 2.5-3.0 mm yn para 3-5 mlynedd. Nid yw methiant yn drychinebus ond yn gynyddol. Garwio arwyneb, yna ffurfio twll pin, yna fflworineiddio craidd metel (fel y dangosir gan afliwiad porffor neu ddu craidd Incoloy. Nid yw'r fflworidau metel yn ddargludol a gallant arwain at fethiant cylched agored neu ddiflannu a halogi wafferi.

Argymhellion ar gyfer Dylunio Gwasanaeth Plasma
Select the thickest PFA sheath that can be used for low-pressure plasma conditions, generally 2.5 to 3.0 mm. Thicker walls mean a longer erosion lifespan and a longer diffusion pathway for reactive substances. Trade is less heat transmission ( ΔT across sheath increases from 1.5 mm to 3.0 mm by 30 - 50 % , needing higher core temperature or larger surface area ) . For high power plasmas (>500 W, >Egni ïon 500 eV) Efallai na fydd PFA yn dderbyniol waeth beth fo'r trwch a dylid ymchwilio i ddeunyddiau eraill (cwarts, alwmina, neu garbid silicon).

Mesurau rhagofalus ychwanegol: (1) Rhowch rwystr metelaidd wedi'i ddaearu (gyda thyllau) o amgylch y gwresogydd i ddal ïonau egnïol cyn iddynt gyrraedd y PFA. Ni ddylai'r darian ymyrryd yn sylweddol â throsglwyddo gwres. (2) Cylchdroi'r gwresogydd i wneud yr wyneb yn gyfochrog â'r llinellau maes trydan, gan leihau'r llif ïon effeithiol. (3) Defnyddio gradd PFA o bwysau moleciwlaidd mwy (MFI is, gweler Erthygl #37) gyda gwell ymwrthedd erydiad. (4) Ar gyfer plasmas fflworocarbon, ystyriwch orchuddio'r PFA â haen denau (0.1-0.2 mm) o PTFE neu FEP, sydd â chynnyrch sbutter is na PFA (oherwydd crynodiad fflworin uwch). Nid oes fflworopolymer yn gallu gwrthsefyll plasmas ocsigen. Defnyddiwch chwarts neu fetel.

Casgliad: PFA mwy trwchus yn Gweithio'n Well mewn Plasma
Mewn amodau plasma gwasgedd isel, mae gorchudd PFA teneuach (0.5-1.5 mm) mewn gwirionedd yn perfformio'n waeth na gwain mwy trwchus (2.5-3.0 mm) oherwydd erydiad peledu ïon (0.1-10 µm/awr) a newid arwyneb sy'n cynyddu treiddiad. Mae'r wal deneuach yn amlygu'r craidd metel yn gynharach ac mae'r haen wedi'i newid yn cynrychioli ffracsiwn mwy o'r wal sy'n weddill. Oes ddisgwyliedig gwain etch plasma safonol (ynni ïon 200-500 eV, cyfradd erydiad 0.5-2.0 um / awr) yw 500-2,000 awr ar gyfer gwain 1.0 mm a 2,000-10,000 awr ar gyfer gwain 2.5 mm, 4-5 gwaith yn hirach. Rhaid i beirianwyr sy'n dylunio gwresogyddion PFA ar gyfer siambrau plasma ddefnyddio'r wal ymarferol fwyaf trwchus (2.5 i 3.0 mm) a derbyn y trosglwyddiad gwres is neu faint gwresogydd mwy. Mae rhwystrau teneuach yn economi ffug. Mae'r syniad greddfol bod 'llai o ddeunydd=llai o ddirywiad' yn ffug mewn plasma. Mae'n cael ei yrru gan erydiad, nid gan dreiddiad neu straen gwres. Mae erydiad yn mynd â deunydd i ffwrdd o'r tu allan i mewn. Mae mwy o ddeunydd yn golygu ei fod yn cymryd mwy o amser nes bod y craidd metel yn agored. Ar gyfer gwasanaeth plasma mewn fabs lled-ddargludyddion, mae PFA lleiafswm o 2.5 mm yn safonol. Ystyrir bod y gwresogydd 1.5 mm yn draul ac yn briodol ar gyfer cymwysiadau plasma pŵer isel neu dymor byr yn unig. Nodwch drwch gyda pharamedrau derating plasma-benodol. Gwiriwch drwch wal wrth dderbyn archwiliad. Mewn plasma, nid yw mwy trwchus yn well, mae'n ofynnol ar gyfer gwasanaeth dibynadwy.