آئن بمباری کی وجہ سے ایک پتلی پی ایف اے میان کم-دباؤ والے پلازما ماحول میں اصل میں خراب کارکردگی کیوں دکھا سکتی ہے؟
ایک پیغام چھوڑیں۔
سیمی کنڈکٹر اینچنگ کے لیے استعمال ہونے والے کم-پریشر پلازما کی ترتیبات، پلازما-بڑھا ہوا کیمیائی بخارات جمع (PECVD)، اور سطح کو متحرک کرنے والے اجزاء کو توانائی بخش آئن بمباری میں غرق کیا جاتا ہے۔ آئن (Ar + , O + , CF 3 +، وغیرہ) پلازما میان پوٹینشل پر چلتے ہیں، عام طور پر 100-1,000 V، اور PFA سطح سے 50-500 eV فی آئن کی توانائیوں کے ساتھ رابطہ کرتے ہیں۔ پتلی پی ایف اے میانیں (0.5–1.0 ملی میٹر) موٹی میانوں (1.5–2.5 ملی میٹر) کے مقابلے میں پلازما کی خدمت کے لیے کم موزوں ہیں کیونکہ آئن کی بمباری پولیمر کی سطح کی تہہ کو جسمانی تھوکنے اور کیمیکل اینچنگ کے ذریعے ختم کر دیتی ہے۔ دھاتی کور تک پہنچنے سے پہلے پتلی دیوار میں کم مواد ہوتا ہے۔ مزید اہم بات یہ ہے کہ آئن بمباری تبدیل شدہ کیمیائی اور جسمانی خصوصیات کے ساتھ سطح کی ایک تبدیل شدہ تہہ (10-100 nm گہری) بناتی ہے۔ یہ تبدیل شدہ پرت اکثر رد عمل کرنے والی انواع کے لیے زیادہ قابل رسائی ہوتی ہے، جس سے بگاڑ تیز ہوتا ہے۔ موٹا پی ایف اے (2–3 ملی میٹر) کم دباؤ والے پلازما میں زیادہ دیر تک زندہ رہتا ہے، کیونکہ کٹاؤ کی شرح موٹائی کی نسبت معمولی ہے (عام طور پر 0.1–1.0 µm/hr، پلازما کی ترتیبات پر منحصر ہے) اور تبدیل شدہ سطح کی تہہ دیوار کے ذریعے نہیں پہنچتی ہے۔ 1.0 ملی میٹر کی میانیں 500-1,000 پلازما گھنٹے کے بعد ناکام ہو سکتی ہیں، جبکہ 2.5 ملی میٹر کی میانیں 5,000-10,000 گھنٹے تک برقرار رہ سکتی ہیں۔
آئن بمباری کے ذریعے کٹاؤ کے عمل
کم-پریشر پلازما (0.1-10 Torr) میں PFA ہیٹر پلازما پوٹینشل کے حوالے سے ایک منفی سیلف-بائیس وولٹیج تیار کرتا ہے، کیونکہ الیکٹران آئنوں سے زیادہ متحرک ہوتے ہیں۔ خود تعصب (عام طور پر RF پلازما کے لیے 50-500 V، DC پلازما کے لیے 100-1000 V) مثبت آئنوں کو PFA سطح کی طرف دھکیلتا ہے۔ آئن تصادم کے بعد پولیمر میں رفتار منتقل کرتے ہیں، ایٹموں اور مالیکیولز کو خارج کرتے ہوئے، ایک عمل میں جسے جسمانی پھٹنا کہا جاتا ہے۔ 200-500 eV کی آئن انرجی پر آرگن پلازما میں PFA سپٹر کی پیداوار (ایٹم فی واقعہ آئن ہٹائے گئے) 0.5-2.0 ہے۔ کٹاؤ کی شرح e=Y × J_ion × (M / (ρ × N_A)) جہاں Y سپٹر پیداوار ہے، J_ion آئن کرنٹ کثافت (mA/cm²) ہے، M سالماتی وزن ہے، ρ کثافت ہے۔ ایک عام RF پلازما (13.56 MHz, 100 W, 100 mTorr Ar) کے لیے، J_ion ~ 1-5 mA/cm^2, Y ~ 1.0، جس کے نتیجے میں e ~ 0.2-1.0 µm/hr۔ 1000 گھنٹے میں کٹاؤ. 0.2-1.0 ملی میٹر 1.0 ملی میٹر میان اپنی موٹائی کا 20–100٪ کھو دیتا ہے، لیکن 2.5 ملی میٹر میان صرف 8–40٪ کھو دیتا ہے۔
رد عمل والی گیسوں کی موجودگی میں (O₂, CF₄, SF₆, Cl₂) کیمیکل اینچنگ کو جسمانی تھوک میں شامل کیا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، PFA سطح آکسیجن پلازما کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتی ہے تاکہ اتار چڑھاؤ COF₂، CO₂ اور HF پیدا کرے۔ کیمیکل اینچ کی شرح جسمانی پھٹنے سے 2-10x زیادہ ہوسکتی ہے۔ 1.0 ملی میٹر پی ایف اے میان کو 50% O2/50% Ar پلازما میں 200-500 گھنٹے میں مکمل طور پر ختم کیا جا سکتا ہے۔ کٹاؤ یکساں نہیں ہے۔ تیز کونے تیزی سے گر جاتے ہیں (آرٹیکل 62 دیکھیں)، اور وہ حصے جو پلازما کی چمک کا سامنا کرتے ہیں سایہ دار جگہوں سے زیادہ تیزی سے گر جاتے ہیں۔ پی ایف اے کی دیوار 0.2-0.5 ملی میٹر موٹی ہو جاتی ہے، پن ہول بن جاتے ہیں اور پلازما کی نسلیں دھاتی کور تک پہنچ جاتی ہیں۔ کور ری ایکٹو پلازما کے سامنے آتا ہے اور تیزی سے corrodes (Incoloy فلورین پر مبنی پلازما میں غیر مستحکم دھاتی فلورائڈز بناتا ہے) آلودگی اور ہیٹر کی خرابی کا باعث بنتا ہے۔
پلازما میں کارکردگی بمقابلہ موٹائی
پلازما کی قسم گیس کی ساخت آئن انرجی (eV) کٹاؤ کی شرح (مائیکرون/گھنٹہ) زیادہ سے زیادہ گھنٹے سے 0.5 ملی میٹر باقی (شروع 1.0 ملی میٹر) زیادہ سے زیادہ گھنٹے سے 0.5 ملی میٹر باقی (2.5 ملی میٹر شروع) تجویز کردہ کم از کم موٹائی انرٹ، صرف sputter 200–500 0.2–0.5 1,000–2،500 4,000–10،000 1.5 ملی میٹر
آکسیڈائزنگ (کیمیکل + سپٹر) O2, O2/Ar 100-300 0.5-2.0 250-1,000 1,000-4,000 2.0 ملی میٹر
فلورو کاربن (ایچنگ) CF4, CHF3, C4F8 200–500 1.0–5.0 100–500 400–2000 2.5 ملی میٹر
کلورین Cl₂، BCl₃ 100–300 0.3–1.0 500–1،500 2,000–6،000 2.0 ملی میٹر
ہائی-کثافت پلازما (ICP) کوئی 500–1،000 2.0–10.0 50–250 200–1،000 3.0 ملی میٹر (اگر پی ایف اے استعمال کیا جائے)
پلازما ڈبلیو/ آئن بیم اسسٹ کوئی بھی 1,000–5،000 5.0–20.0 25–100 100–500 PFA کے لیے مناسب نہیں
وایمنڈلیی پلازما (کم توانائی) ہوا، N₂<50 <0.05 >10,000 >50،000 1.0 ملی میٹر قابل قبول
پارمیشن میں اضافہ اور سطح کی تبدیلی
آئن بمباری صرف تھوکنے والے مادے کو دور کرنے سے زیادہ کام کرتی ہے، یہ قریب کے-سطح کے علاقے کو بدل دیتی ہے۔ آئنز C-F بانڈز کو توڑتے ہیں اور آزاد ریڈیکلز پیدا کرتے ہیں جو محیطی گیسوں کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتے ہیں۔ تبدیل شدہ پرت (عام طور پر 10-100 nm موٹی) میں فلورین کی کمی (فلورین کی کمی)، زیادہ آکسیجن مواد (بقیہ O2 یا H2O کے ساتھ رد عمل سے) اور کراس لنکس کی زیادہ کثافت ہوتی ہے۔ تبدیل شدہ پرت عام طور پر کنواری پی ایف اے کی نسبت رد عمل کرنے والی نسلوں (مثلاً ایٹم آکسیجن، فلورین ریڈیکلز) کے لیے زیادہ قابل رسائی ہوتی ہے۔ بہتر پارگمیتا سطح کے نیچے انحطاط کو تیز کرتا ہے۔ ایک پتلی میان (1.0 ملی میٹر) کے لیے تبدیل شدہ تہہ 500 گھنٹے کے بعد دیوار کی موٹائی کا 10-20% ہے، جب کہ موٹی میان (2.5 ملی میٹر) کے لیے یہ صرف 4-8% ہے۔ پتلی میان کا غیر متاثرہ حصہ جو باقی رہ جاتا ہے وہ ایک مؤثر رکاوٹ بنانے کے لیے بہت پتلا ہو سکتا ہے۔ پتلی تہہ غیر محفوظ یا ٹوٹ پھوٹ کا شکار ہو سکتی ہے اور پلازما کی انواع کو مرکز میں گھسنے دیتی ہے، یہاں تک کہ بڑے کٹاؤ کے بغیر۔
سیمی کنڈکٹر پلازما ایچ ٹولز کے ساتھ فیلڈ تجربہ اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ 1.0 سے 1.5 ملی میٹر کی دیواروں کے ساتھ PFA ہیٹر 6 سے 12 ماہ کے بعد فیل ہو جاتے ہیں جیسا کہ سیٹو ہیٹر (پلازما میں ڈوبا ہوا) استعمال ہوتا ہے۔ 2.5–3.0 ملی میٹر کی دیواروں والے وہی ہیٹر 3-5 سال تک چلیں گے۔ ناکامی تباہ کن نہیں بلکہ بڑھتی ہوئی ہے۔ سطح کی کھردری، پھر پن ہول کی تشکیل، پھر دھاتی کور فلورینیشن (جیسا کہ انکولی کور کی ارغوانی یا سیاہ رنگت سے ظاہر ہوتا ہے۔ دھاتی فلورائڈز نان{13}}مواصلاتی ہیں اور یہ کھلے سرکٹ کی خرابی یا پھیلنے اور ویفرز کو آلودہ کرنے کا باعث بن سکتی ہیں۔
پلازما سروس ڈیزائن کے لیے سفارشات
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 آئن انرجی) PFA قابل قبول نہیں ہو سکتا ہے قطع نظر اس کی موٹائی اور دیگر مواد (کوارٹج، ایلومینا، یا سلکان کاربائیڈ) کی چھان بین کی جانی چاہیے. 1.5-2.0 ملی میٹر PFA آئن انرجی <100 eV والے پلازما کے لیے مناسب ہے (جیسے نیچے کی طرف پلازما، ریموٹ پلازما)۔
اضافی احتیاطی تدابیر: (1) پی ایف اے تک پہنچنے سے پہلے توانائی بخش آئنوں کو پکڑنے کے لیے ہیٹر کے ارد گرد زمینی دھاتی رکاوٹ (سوراخ کے ساتھ) رکھیں۔ شیلڈ کو گرمی کی منتقلی میں کافی حد تک مداخلت نہیں کرنی چاہیے۔ (2) سطح کو برقی فیلڈ لائنوں کے متوازی بنانے کے لیے ہیٹر کو گھمائیں، اس طرح آئن کے موثر بہاؤ کو کم کر دیں۔ (3) بہتر کٹاؤ مزاحمت کے ساتھ PFA کا زیادہ مالیکیولر وزن (کم MFI، دیکھیں آرٹیکل #37) کا استعمال کریں۔ (4) فلورو کاربن پلازما کے لیے، پی ایف اے کو پی ٹی ایف ای یا ایف ای پی کی ایک پتلی (0.1-0.2 ملی میٹر) تہہ سے ڈھانپنے پر غور کریں، جس میں پی ایف اے سے کم تھوک کی پیداوار ہوتی ہے (زیادہ فلورین کی حراستی کی وجہ سے)۔ کوئی فلوروپولیمر آکسیجن پلازما کے خلاف مزاحم نہیں ہے۔ کوارٹج یا دھات کا استعمال کریں۔
نتیجہ: گاڑھا پی ایف اے پلازما میں بہتر کام کرتا ہے۔
کم پریشر پلازما کی حالتوں میں ایک پتلی پی ایف اے کوٹنگ (0.5-1.5 ملی میٹر) درحقیقت ایک موٹی میان (2.5-3.0 ملی میٹر) سے زیادہ خراب کارکردگی کا مظاہرہ کرتی ہے کیونکہ آئن بمباری کے کٹاؤ (0.1-10 µm/گھنٹہ) اور سطح کی تبدیلی جو دخول کو بڑھاتی ہے۔ پتلی دیوار دھاتی کور کو پہلے بے نقاب کرتی ہے اور تبدیل شدہ تہہ باقی دیوار کے ایک بڑے حصے کی نمائندگی کرتی ہے۔ ایک معیاری پلازما ایچ شیتھ کی متوقع زندگی (200-500 eV آئن توانائی، 0.5-2.0 um/hr کٹاؤ کی شرح) 1.0 ملی میٹر میان کے لیے 500-2,000 گھنٹے اور 2.5 ملی میٹر میان کے لیے 2,000-10,000 گھنٹے، 4-5 گنا زیادہ۔ پلازما چیمبرز کے لیے پی ایف اے ہیٹر ڈیزائن کرنے والے انجینئرز کو سب سے موٹی قابل عمل دیوار (2.5 سے 3.0 ملی میٹر) کا استعمال کرنا چاہیے اور کم گرمی کی منتقلی یا زیادہ ہیٹر سائز کو قبول کرنا چاہیے۔ پتلی رکاوٹیں ایک غلط معیشت ہیں۔ بدیہی خیال کہ 'کم مواد=کم بگاڑ' پلازما میں غلط ہے۔ یہ کٹاؤ کے ذریعہ کارفرما ہے ، نہ کہ داخل ہونے یا گرمی کے دباؤ سے۔ کٹاؤ مواد کو باہر سے اندر لے جاتا ہے۔ مزید مواد کا مطلب ہے کہ دھاتی کور کے سامنے آنے تک زیادہ وقت لگتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر فیبس میں پلازما سروس کے لیے، 2.5 ملی میٹر کم از کم پی ایف اے معیاری ہے۔ 1.5 ملی میٹر کا ہیٹر استعمال کے قابل سمجھا جاتا ہے اور صرف مختصر مدت یا کم پاور پلازما ایپلی کیشنز کے لیے موزوں ہے۔ پلازما مخصوص ڈیریٹنگ پیرامیٹرز کے ساتھ موٹائی کی وضاحت کریں۔ معائنہ حاصل کرنے پر دیوار کی موٹائی کی تصدیق کریں۔ پلازما میں، موٹا بہتر نہیں ہے، یہ قابل اعتماد سروس کے لئے ضروری ہے.
