氩氢混合气体等离子清洗原理

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-12-29

常应用于等离子体清洗的气体有氩气、氧气、氢气、四氟化碳及其混合气体等。在半导体封装工艺中，经常可以看到采用氩气与氢气混合的清洗方法。下面就介绍一下为什么会使用氩氢混合气体作为清洗的工艺气体。

这是由于氧气清洗容易造成二次氧化，工艺控制难度大，氢气是易燃易爆气体，安全性方面需要注意和防范，所以一般使用的是氩氢混合气体（95%Ar5%H2)。

采用Ar，H2混合等离子体清洗基片，可以起到化学清洗和物理清洗的双重作用，同时氩等离子体的引入还有利于提高氢等离子体的数量，能够增强样品的清洗效果。具体工作原理如图1所示

物理清洗

氩等离子体参与的是表面反应以物理反应为主的等离子体清洗，也叫溅射刻蚀。氩离子在自偏压或外加偏压作用下被加速产生动能，然后轰击到放在负电极上的被清洗样品表面。氩离子撞击表面时产生的巨大能量可清除附着污染物，轰击产生的机械能可将污染物中的大分子化学键分离成小分子而汽化(式(1))，随后被抽走。氩气本身是隋性气体，等离子态的氩气并不和样品表面分子发生反应，保持了被清洗物的化学纯洁性，且腐蚀作用各向异性。然而，对于氩、氢混合气体，由于氩的原子量为39．95，远大于氢的原子量1．00794，因而在加速过程中氩离子获得了较大的动能，通过对氢气的撞击作用能够起到分离氢分子，增加氢等离子体数量的效果。

Ar+e^－→Ar⁺+2e^－，Ar⁺+沾污→挥发性沾污（1）

化学清洗

氢等离子体参与的是表面反应以化学反应为主的等离子体清洗。一般在基底表面会覆盖有一层很薄的氧化层。在高频电磁场作用下，氢等离子体通过辉光放电的方式产生，除了包含高温电子外，还包含有各种氢离子(H⁺、H²⁺、H³⁺、H^－)、基态和电子激发态的氢原子及氢分子。其中，大量的活性氢原子在低温下能够与样品表面分子发生还原反应，有效去除基底表面氧化层并活化表面性能。同时，氢等离子体清洗还有助于修复氩等离子体轰击过程中产生的轻微损伤，从而提高样品表面均匀性。

采用氢氩混合气体，能够有效地去除基底表面的污染物。在清洗过程中氢等离子体能够去除氧化物，而氩通过离子化能够促进氢等离子体数量的增加，提高氩氢等离子体的还原活性。氩氢和氩等离子体清洗结果有这么大的差别是由于清洗机制的不同。当氩作为工作气体的时候，去除氧化物主要靠表面的溅射；而氢等离子体引入了氧和氢之间的化学反应。