射頻濺射對(duì)等離子清洗機(jī)處理產(chǎn)品有影響嗎？
文章導(dǎo)讀：對(duì)于容性耦合放電的真空（低壓）等離子清洗機(jī)而言，無(wú)論是直流輝光放電，還是交流高頻放電，工作氣氛只要是惰性氣體，都會(huì)不可避免會(huì)產(chǎn)生濺射，對(duì)于普通產(chǎn)品或材料，微弱的濺射現(xiàn)象并不會(huì)影響基體的特性，但對(duì)于要求比較嚴(yán)格的產(chǎn)品，例如醫(yī)療器械，濺射現(xiàn)象越少越好。今天我們來(lái)探討一下射頻濺射以及其等離子清洗機(jī)處理產(chǎn)品的影響。
1.射頻濺射的基本知識(shí)
等離子清洗機(jī)低壓狀態(tài)下射頻自偏壓在電極板周?chē)a(chǎn)生自偏壓鞘層，鞘層內(nèi)的離子受自偏壓的驅(qū)動(dòng)會(huì)加速向極板運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)極板材料產(chǎn)生濺射。設(shè)從外部入射到固體表面的粒子數(shù)為Nr，從固體表面被濺射出來(lái)的離子數(shù)為Ns，則濺射率S用公式表示為：
S=Ns/Nr
即S為每個(gè)入射粒子所打出來(lái)的粒子數(shù)。濺射率隨著入射粒子的能量、種類(lèi)以及固體的種類(lèi)的狀態(tài)而變化。當(dāng)轟擊固體表面的離子能量增大時(shí)，濺射率將從某能量值急劇增大，這種離子能量稱(chēng)為濺射閾值。
金屬的濺射閾值大約在10~30eV的范圍。離子能量增大到100eV之前，濺射率隨之增加，在很寬的范圍內(nèi)，濺射率有極大值，然后就逐漸變小。例如對(duì)于300eV能量的Ar離子濺射Ti靶，其濺射效率為0.3，600eV能量的Ar濺射Ti靶效率為0.45，而對(duì)于300eV的氮離子注入Ti靶濺射效率比0.3小一點(diǎn)。當(dāng)使用圓柱式射頻振蕩時(shí)，如果外電極接地，內(nèi)電極上自偏壓相對(duì)于外電極顯負(fù)電性。內(nèi)電極上自偏壓會(huì)在內(nèi)電極周?chē)a(chǎn)生一個(gè)離子鞘，內(nèi)電極材料被鞘內(nèi)離子濺射。
為了增加RF濺射效率，一般在濺射靶材背面加上磁鐵，稱(chēng)為射頻磁控濺射。如圖1電子在由磁場(chǎng)的靶表面回旋運(yùn)動(dòng)，靶表面上的等離子體密度增大，放電阻抗低，因此可以獲得比普通極板RF濺射高10~100倍的濺射效率。在濺射的過(guò)程中，靶材通常溫度很高，所以需要有水冷。
當(dāng)使用圓柱式電極RF濺射時(shí)，若在中心電極上實(shí)行濺射，可將中心電極做成中空細(xì)圓筒，在圓筒內(nèi)加人磁鐵，實(shí)現(xiàn)中心電極磁控濺射。其結(jié)構(gòu)如圖2所示
圖2 圓柱極板放電棒狀中心電極磁控示意圖
2.真空（低壓）等離子清洗機(jī)的電極結(jié)構(gòu)
容性耦合的射頻真空（低壓）等離子清洗機(jī)，無(wú)論是多層電極，亦或雙層，基本上都采用鋁合金作為電極，主要是因?yàn)榻饘黉X具有良好的散熱性能和對(duì)等離子體的耐候性，但是長(zhǎng)期在等離子轟擊下，電極表面仍然有鋁原子逃逸出來(lái)。多層電極如圖3所示
正是由于射頻濺射會(huì)轟擊出金屬粒子，這些金屬粒子會(huì)被附著在產(chǎn)品表面，形成污染，例如半導(dǎo)體引線框架，偶爾會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬注入的現(xiàn)象，打線質(zhì)量受到影響；再例如醫(yī)療用高分子材料表面會(huì)殘余金屬原子，對(duì)人身使用會(huì)存在隱患等等。
為避免或減少射頻濺射對(duì)產(chǎn)品的影響，等離子清洗機(jī)的腔體結(jié)構(gòu)，電極板冷卻以及工藝參數(shù)的優(yōu)化，都非常的重要，后續(xù)我們將專(zhuān)門(mén)進(jìn)行探討。圖4所示，電極板帶水冷的射頻真空（低壓）等離子清洗機(jī)放電狀態(tài)
等離子清洗機(jī)低壓狀態(tài)下射頻自偏壓在電極板周?chē)a(chǎn)生自偏壓鞘層，鞘層內(nèi)的離子受自偏壓的驅(qū)動(dòng)會(huì)加速向極板運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)極板材料產(chǎn)生濺射。設(shè)從外部入射到固體表面的粒子數(shù)為Nr，從固體表面被濺射出來(lái)的離子數(shù)為Ns，則濺射率S用公式表示為：
S=Ns/Nr
即S為每個(gè)入射粒子所打出來(lái)的粒子數(shù)。濺射率隨著入射粒子的能量、種類(lèi)以及固體的種類(lèi)的狀態(tài)而變化。當(dāng)轟擊固體表面的離子能量增大時(shí)，濺射率將從某能量值急劇增大，這種離子能量稱(chēng)為濺射閾值。
金屬的濺射閾值大約在10~30eV的范圍。離子能量增大到100eV之前，濺射率隨之增加，在很寬的范圍內(nèi)，濺射率有極大值，然后就逐漸變小。例如對(duì)于300eV能量的Ar離子濺射Ti靶，其濺射效率為0.3，600eV能量的Ar濺射Ti靶效率為0.45，而對(duì)于300eV的氮離子注入Ti靶濺射效率比0.3小一點(diǎn)。當(dāng)使用圓柱式射頻振蕩時(shí)，如果外電極接地，內(nèi)電極上自偏壓相對(duì)于外電極顯負(fù)電性。內(nèi)電極上自偏壓會(huì)在內(nèi)電極周?chē)a(chǎn)生一個(gè)離子鞘，內(nèi)電極材料被鞘內(nèi)離子濺射。
為了增加RF濺射效率，一般在濺射靶材背面加上磁鐵，稱(chēng)為射頻磁控濺射。如圖1電子在由磁場(chǎng)的靶表面回旋運(yùn)動(dòng)，靶表面上的等離子體密度增大，放電阻抗低，因此可以獲得比普通極板RF濺射高10~100倍的濺射效率。在濺射的過(guò)程中，靶材通常溫度很高，所以需要有水冷。
圖1 磁控靶表面磁場(chǎng)分布及電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
當(dāng)使用圓柱式電極RF濺射時(shí)，若在中心電極上實(shí)行濺射，可將中心電極做成中空細(xì)圓筒，在圓筒內(nèi)加人磁鐵，實(shí)現(xiàn)中心電極磁控濺射。其結(jié)構(gòu)如圖2所示
圖2 圓柱極板放電棒狀中心電極磁控示意圖
容性耦合的射頻真空（低壓）等離子清洗機(jī)，無(wú)論是多層電極，亦或雙層，基本上都采用鋁合金作為電極，主要是因?yàn)榻饘黉X具有良好的散熱性能和對(duì)等離子體的耐候性，但是長(zhǎng)期在等離子轟擊下，電極表面仍然有鋁原子逃逸出來(lái)。多層電極如圖3所示
圖3 真空（低壓）等離子清洗機(jī)多層水平電極
3.射頻濺射對(duì)處理產(chǎn)品的影響正是由于射頻濺射會(huì)轟擊出金屬粒子，這些金屬粒子會(huì)被附著在產(chǎn)品表面，形成污染，例如半導(dǎo)體引線框架，偶爾會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬注入的現(xiàn)象，打線質(zhì)量受到影響；再例如醫(yī)療用高分子材料表面會(huì)殘余金屬原子，對(duì)人身使用會(huì)存在隱患等等。
為避免或減少射頻濺射對(duì)產(chǎn)品的影響，等離子清洗機(jī)的腔體結(jié)構(gòu)，電極板冷卻以及工藝參數(shù)的優(yōu)化，都非常的重要，后續(xù)我們將專(zhuān)門(mén)進(jìn)行探討。圖4所示，電極板帶水冷的射頻真空（低壓）等離子清洗機(jī)放電狀態(tài)
圖4 射頻真空（低壓）等離子清洗機(jī)處理醫(yī)療導(dǎo)管的放電狀態(tài)
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