আয়ন বোমাবাজির কারণে কেন একটি পাতলা পিএফএ শিথ কম-চাপের প্লাজমা পরিবেশে আসলে খারাপ কাজ করতে পারে?

সেমিকন্ডাক্টর এচিং, প্লাজমা-উন্নত রাসায়নিক বাষ্প জমা (পিইসিভিডি), এবং পৃষ্ঠ সক্রিয়করণ উপাদানগুলিকে শক্তিশালী আয়ন বোমাবর্ষণে নিমজ্জিত করার জন্য ব্যবহৃত নিম্ন-চাপের প্লাজমা সেটিংস। আয়নগুলি (Ar + , O + , CF 3 +, ইত্যাদি) প্লাজমা শিথ সম্ভাব্যতা জুড়ে চালিত হয়, সাধারণত 100-1,000 V, এবং প্রতি আয়ন 50-500 eV শক্তি সহ PFA পৃষ্ঠের সাথে যোগাযোগ করে। পাতলা পিএফএ শীথ (0.5-1.0 মিমি) প্লাজমা পরিষেবার জন্য ঘন আবরণের (1.5-2.5 মিমি) তুলনায় কম উপযুক্ত কারণ আয়ন বোমাবর্ষণ ভৌত স্পটারিং এবং রাসায়নিক এচিং দ্বারা পলিমার পৃষ্ঠ স্তরকে স্তরে স্তরে ক্ষয় করে। মেটাল কোরে যাওয়ার আগে পাতলা দেয়ালে কম উপাদান থাকে। আরও গুরুত্বপূর্ণ, আয়ন বোমাবর্ষণ পরিবর্তিত রাসায়নিক এবং শারীরিক বৈশিষ্ট্য সহ একটি পরিবর্তিত পৃষ্ঠ স্তর (10-100 nm গভীর) গঠন করে। এই পরিবর্তিত স্তরটি প্রায়শই প্রতিক্রিয়াশীল প্রজাতির জন্য আরও প্রবেশযোগ্য, দ্রুত অবনতি ঘটায়। ঘন পিএফএ (2-3 মিমি) কম চাপের প্লাজমাতে বেশিক্ষণ টিকে থাকে, কারণ ক্ষয়ের হার পুরুত্বের (সাধারণত 0.1-1.0 µm/hr, প্লাজমা সেটিংসের উপর নির্ভর করে) এবং পরিবর্তিত পৃষ্ঠ স্তর প্রাচীরের মধ্য দিয়ে পৌঁছায় না। 1.0 মিমি শীথ 500-1,000 প্লাজমা ঘন্টা পরে ব্যর্থ হতে পারে, যেখানে 2.5 মিমি শীথ 5,000-10,000 ঘন্টা টিকে থাকতে পারে।

আয়ন বোমাবাজি দ্বারা ক্ষয় প্রক্রিয়া
কম-চাপের প্লাজমায় (0.1-10 টর) পিএফএ হিটার প্লাজমা সম্ভাব্যতার ক্ষেত্রে একটি নেতিবাচক স্ব-বায়াস ভোল্টেজ তৈরি করে, কারণ ইলেকট্রনগুলি আয়নের চেয়ে বেশি মোবাইল। স্ব-পক্ষপাত (সাধারণত RF প্লাজমাগুলির জন্য 50-500 V, DC প্লাজমাগুলির জন্য 100-1000 V) PFA পৃষ্ঠের দিকে ধনাত্মক আয়নগুলিকে ঠেলে দেয়। সংঘর্ষের সময় আয়নগুলি পলিমারে ভরবেগ স্থানান্তর করে, পরমাণু এবং অণুগুলিকে বের করে দেয়, একটি প্রক্রিয়ায় যাকে ভৌত স্পুটারিং বলা হয়। 200-500 eV এর আয়ন শক্তিতে আর্গন প্লাজমাতে PFA স্পুটার ফলন (প্রতি ঘটনা আয়ন থেকে পরমাণু সরানো হয়) 0.5-2.0। ক্ষয়ের হার e=Y × J_ion × (M / (ρ × N_A)) যেখানে Y হল স্পুটার ফলন, J_ion হল আয়ন বর্তমান ঘনত্ব (mA/cm²), M হল আণবিক ওজন, ρ হল ঘনত্ব। একটি সাধারণ RF প্লাজমার জন্য (13.56 MHz, 100 W, 100 mTorr Ar), J_ion ~ 1-5 mA/cm^2, Y ~ 1.0, ফলস্বরূপ e ~ 0.2-1.0 µm/hr। 1000 ঘন্টার মধ্যে ক্ষয়. 0.2-1.0 মিমি 1.0 মিমি আবরণ তার পুরুত্বের 20-100% হারায়, কিন্তু 2.5 মিমি আবরণ মাত্র 8-40% হারায়।

প্রতিক্রিয়াশীল গ্যাসের উপস্থিতিতে (O₂, CF₄, SF₆, Cl₂) রাসায়নিক এচিং দৈহিক স্পুটারিংয়ে যুক্ত হয়। উদাহরণস্বরূপ, PFA পৃষ্ঠ অক্সিজেন প্লাজমার সাথে বিক্রিয়া করে উদ্বায়ী COF₂, CO₂ এবং HF উৎপন্ন করে। রাসায়নিক এচ রেট শারীরিক স্পুটারিং থেকে 2-10 গুণ বেশি হতে পারে। 50% O2/50% Ar প্লাজমাতে একটি 1.0 মিমি পিএফএ খাপ 200-500 ঘন্টার মধ্যে সম্পূর্ণরূপে ক্ষয় করা যেতে পারে। ভাঙন অভিন্ন নয়। তীক্ষ্ণ কোণগুলি দ্রুত ক্ষয় হয় (আর্টিক্যাল 62 দেখুন), এবং প্লাজমা দীপ্তির মুখোমুখি অংশগুলি ছায়াযুক্ত অবস্থানের চেয়ে দ্রুত ক্ষয় হয়। পিএফএ প্রাচীর 0.2-0.5 মিমি পুরু হয়ে যায়, পিনহোল তৈরি হয় এবং প্লাজমা প্রজাতিগুলি ধাতব কোরের কাছে যায়। কোরটি প্রতিক্রিয়াশীল প্লাজমার সংস্পর্শে আসে এবং দ্রুত ক্ষয় হয় (ইনকোলয় ফ্লোরিন ভিত্তিক প্লাজমাতে উদ্বায়ী ধাতব ফ্লোরাইড তৈরি করে) দূষণ এবং হিটার ব্যর্থতার কারণ হয়।

কর্মক্ষমতা বনাম প্লাজমা পুরুত্ব
প্লাজমা টাইপ গ্যাস কম্পোজিশন আয়ন এনার্জি (eV) ক্ষয় হার (মাইক্রন/ঘণ্টা) সর্বোচ্চ ঘন্টা থেকে 0.5 মিমি অবশিষ্ট (শুরুতে 1.0 মিমি) সর্বোচ্চ ঘন্টা থেকে 0.5 মিমি অবশিষ্ট (2.5 মিমি শুরু) প্রস্তাবিত ন্যূনতম পুরুত্ব জড় (আর্পুটার) 200–500 0.2–0.5 1,000–2,500 4,000–10,000 1.5 মিমি
অক্সিডাইজিং (রাসায়নিক + স্পুটার) O2, O2/Ar 100-300 0.5-2.0 250-1,000 1,000-4,000 2.0 মিমি
ফ্লুরোকার্বন (এচিং) CF4, CHF3, C4F8 200–500 1.0–5.0 100–500 400–2000 2.5 মিমি
ক্লোরিন Cl₂, BCl₃ 100–300 0.3–1.0 500–1,500 2,000–6,000 2.0 মিমি
উচ্চ-ঘনত্বের প্লাজমা (ICP) যেকোনো 500–1,000 2.0–10.0 50–250 200–1,000 3.0 মিমি (যদি PFA ব্যবহার করা হয়)
প্লাজমা w/ আয়ন রশ্মি সহায়তা যেকোনো 1,000–5,000 5.0–20.0 25–100 100–500 PFA-এর জন্য উপযুক্ত নয়
বায়ুমণ্ডলীয় প্লাজমা (কম শক্তি) বায়ু, N₂<50 <0.05 >10,000 >50,000 1.0 মিমি গ্রহণযোগ্য
পারমিয়েশন এনহান্সমেন্ট এবং সারফেস মডিফিকেশন
আয়ন বোমাবর্ষণ শুধু ছিটকে যাওয়া উপাদানের চেয়ে বেশি কিছু করে, এটি টিকে থাকা কাছাকাছি-পৃষ্ঠের অঞ্চলকে পরিবর্তন করে। আয়নগুলি C-F বন্ধন ভেঙে দেয় এবং মুক্ত র্যাডিকেল তৈরি করে যা পরিবেষ্টিত গ্যাসের সাথে বিক্রিয়া করে। পরিবর্তিত স্তরে (সাধারণত 10-100 এনএম পুরু) ফ্লোরিন ঘনত্ব হ্রাস (ফ্লোরিন হ্রাস), একটি বৃহত্তর অক্সিজেন সামগ্রী (অবশিষ্ট O2 বা H2O এর সাথে প্রতিক্রিয়াশীলতা থেকে) এবং ক্রস-লিঙ্কগুলির উচ্চ ঘনত্ব। পরিবর্তিত স্তরটি সাধারণত ভার্জিন পিএফএ-এর তুলনায় প্রতিক্রিয়াশীল প্রজাতির (যেমন, পারমাণবিক অক্সিজেন, ফ্লোরিন র্যাডিকেল) বেশি প্রবেশযোগ্য। উন্নত ব্যাপ্তিযোগ্যতা পৃষ্ঠের নীচে অবক্ষয়কে গতি দেয়। একটি পাতলা খাপের জন্য (1.0 মিমি) পরিবর্তিত স্তরটি 500 ঘণ্টার পরে দেয়ালের বেধের 10-20%, যেখানে একটি পুরু খাপের (2.5 মিমি) জন্য এটি মাত্র 4-8%। পাতলা আবরণের অবিকৃত অংশ যা অবশিষ্ট থাকে তা কার্যকর বাধা গঠনের জন্য খুব পাতলা হতে পারে। পাতলা স্তরটি ছিদ্রযুক্ত বা ভঙ্গুর হয়ে যেতে পারে এবং প্লাজমা প্রজাতিগুলিকে কেন্দ্রে প্রবেশ করতে দেয়, এমনকি বড় ক্ষয় ছাড়াই।

সেমিকন্ডাক্টর প্লাজমা এচ টুলের সাথে ক্ষেত্রের অভিজ্ঞতা ইঙ্গিত করে যে 1.0 থেকে 1.5 মিমি দেয়াল সহ PFA হিটারগুলি ইন-সিটু হিটার (প্লাজমাতে নিমজ্জিত) 6 থেকে 12 মাস পরে ব্যর্থ হয়৷ 2.5-3.0 মিমি দেয়াল সহ একই হিটার 3-5 বছর স্থায়ী হবে। ব্যর্থতা বিপর্যয়কর নয় বরং ক্রমবর্ধমান। পৃষ্ঠের রুক্ষকরণ, তারপরে পিনহোল গঠন, তারপরে ধাতব কোর ফ্লোরিনেশন (যেমন ইনকোলয় কোরের বেগুনি বা কালো বিবর্ণতা দ্বারা প্রদর্শিত হয়। ধাতব ফ্লোরাইডগুলি পরিবাহী নয়{13}}এবং ওপেন সার্কিট ব্যর্থ হতে পারে বা ওয়েফারগুলিকে দূষিত করতে পারে।

প্লাজমা সার্ভিস ডিজাইনের জন্য সুপারিশ
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, >500 eV আয়ন শক্তি) PFA গ্রহণযোগ্য নাও হতে পারে বেধ এবং অন্যান্য উপকরণ (কোয়ার্টজ, অ্যালুমিনা বা সিলিকন কার্বাইড) নির্বিশেষে তদন্ত করা উচিত. 1.5-2.0 মিমি পিএফএ আয়ন শক্তি < 100 eV (যেমন ডাউনস্ট্রিম প্লাজমা, রিমোট প্লাজমা) সহ প্লাজমার জন্য উপযুক্ত।

অতিরিক্ত সতর্কতামূলক ব্যবস্থা: (1) পিএফএ-তে পৌঁছনোর আগে শক্তিশালী আয়নগুলিকে ক্যাপচার করতে হিটারের চারপাশে একটি গ্রাউন্ডেড ধাতব বাধা (গর্ত সহ) রাখুন। ঢাল অবশ্যই তাপ স্থানান্তরের সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে হস্তক্ষেপ করবে না। (2) বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের লাইনের সাথে পৃষ্ঠকে সমান্তরাল করতে হিটারটি ঘোরান, এইভাবে কার্যকর আয়ন প্রবাহ হ্রাস করে। (3) উন্নত ক্ষয় প্রতিরোধের সাথে PFA-এর একটি বৃহত্তর আণবিক ওজন (নিম্ন MFI, দেখুন আর্টিকেল #37) ব্যবহার করুন। (4) ফ্লুরোকার্বন প্লাজমাগুলির জন্য, PTFE বা FEP-এর একটি পাতলা (0.1-0.2 মিমি) স্তর দিয়ে PFA ঢেকে দেওয়ার কথা বিবেচনা করুন, যার PFA (উচ্চতর ফ্লোরিন ঘনত্বের কারণে) তুলনায় কম স্পুটার ফলন রয়েছে। কোনো ফ্লুরোপলিমার অক্সিজেন প্লাজমা প্রতিরোধী নয়। কোয়ার্টজ বা ধাতু ব্যবহার করুন।

উপসংহার: ঘন পিএফএ প্লাজমাতে আরও ভাল কাজ করে
নিম্নচাপের প্লাজমা অবস্থায় একটি পাতলা PFA আবরণ (0.5-1.5 মিমি) আসলে একটি পুরু খাপের (2.5-3.0 মিমি) চেয়ে খারাপ কাজ করে কারণ আয়ন বোমাবাজি ক্ষয় (0.1-10 µm/ঘন্টা) এবং পৃষ্ঠের পরিবর্তন যা অনুপ্রবেশ বাড়ায়। পাতলা প্রাচীরটি ধাতব কোরকে আগে প্রকাশ করে এবং পরিবর্তিত স্তরটি অবশিষ্ট প্রাচীরের একটি বড় ভগ্নাংশকে উপস্থাপন করে। একটি স্ট্যান্ডার্ড প্লাজমা এচ শীথের প্রত্যাশিত আয়ু (200-500 eV আয়ন শক্তি, 0.5-2.0 um/hr ক্ষয়ের হার) একটি 1.0 মিমি খাপের জন্য 500-2,000 ঘন্টা এবং একটি 2.5 মিমি খাপের জন্য 2,000-10,000 ঘন্টা, 4-5 গুণ বেশি। প্লাজমা চেম্বারের জন্য PFA হিটার ডিজাইন করা প্রকৌশলীদের অবশ্যই সবচেয়ে পুরু ব্যবহারযোগ্য প্রাচীর (2.5 থেকে 3.0 মিমি) ব্যবহার করতে হবে এবং নিম্ন তাপ স্থানান্তর বা বড় হিটারের আকার গ্রহণ করতে হবে। পাতলা বাধা একটি মিথ্যা অর্থনীতি. স্বজ্ঞাত ধারণা যে 'কম উপাদান=কম ক্ষয়' প্লাজমাতে মিথ্যা। এটি ক্ষয় দ্বারা চালিত হয়, প্রবেশ বা তাপের চাপ দ্বারা নয়। ক্ষয় পদার্থকে বাইরে থেকে ভিতরে নিয়ে যায়। আরও উপাদানের অর্থ হল ধাতব কোর উন্মুক্ত হওয়া পর্যন্ত এটি বেশি সময় নেয়। সেমিকন্ডাক্টর ফ্যাবসে প্লাজমা পরিষেবার জন্য, 2.5 মিমি ন্যূনতম PFA মানক। 1.5 মিমি হিটার ব্যবহারযোগ্য বলে মনে করা হয় এবং শুধুমাত্র স্বল্পমেয়াদী বা কম শক্তির প্লাজমা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত। প্লাজমা-নির্দিষ্ট ডিরেটিং পরামিতিগুলির সাথে বেধ উল্লেখ করুন। পরিদর্শন প্রাপ্তির উপর প্রাচীর বেধ যাচাই করুন. প্লাজমাতে, ঘন হওয়া ভাল নয়, এটি নির্ভরযোগ্য পরিষেবার জন্য প্রয়োজনীয়।