Henniker Plasma

【電漿外觀的訊息】不同的電漿顏色代表什麼?

今天我們來談談影響電漿外觀的幾個主要因素:(i) 電漿功率、(ii) 壓力、(iii) 製程氣體和 (iv) 抽氣曲線。
 
電漿功率
功率對電漿出現的主要影響是相當直觀的。 較高的功率會產生更強烈的光芒。

電漿也稱為「輝光放電」,輝光是電漿內高能物質以光子形式釋放能量的結果。 這些光子具有特定的波長,決定了電漿的顏色。 不同的氣體和氣體混合物會產生特定的顏色(例如紅色霓虹燈)。

上圖 1-4 顯示了使用 Henniker HPT-200桌上型系統的簡單空氣電漿製程。 在每種情況下,電漿都保持在相同的壓力下,並且功率以25%的增量從25%增加到100%。
一般來說,較高的功率更適合去除碳氫化合物(電漿清潔)、增加潤濕性及促進粘附(電漿表面活化)。 然而,並非在所有情況下都是如此。 例如,將 PDMS 黏合到玻璃上以製造微流道裝置,可以在較低的功率下產生更好的結果。

 
壓力
製程過程中不正常的壓力變化表示樣品可能有高氣體負載(稱為脫氣)的狀況。 它還可能代表當下發生真空洩漏、受污染或壓力表故障等現象,這些突發狀況有可能降低電漿處理的效果。

 
上圖 5-8 顯示了壓力增加對空氣電漿出現的影響。 在圖 5 中,在 0.2 mbar壓力下電漿充滿腔體。 在圖 8 中,它在電極和壁的邊緣/表面周圍變得更加狹窄。假設設備正在運行一道製程,外觀發生上述的變化,表示壓力很高,我們可以做出以下觀察和結論:
 

  



















製程氣體
「輝光放電」是電漿製程中的一個行為,是電漿內高能物質以光子形式釋放能量的結果, 這些光子具有特定的波長,決定了電漿的顏色。 不同的氣體和氣體混合物會產生特定的特徵顏色 (例如紅色霓虹燈)。
 
  

在上面的圖 9-12 中的製程氣體皆不同:氬氣、氧氣、氫氣和空氣(均在 0.4 mbar壓力和 100% 功率下)。
氬氣:紫色
氧氣淡白色
/灰色
氫氣粉紅色
/微紅色
空氣更強烈的粉紅色
/
紫色

 
那麼這有什麼用呢? 假設我們正在進行氧氣製程,見圖 10。如果電漿顏色帶有粉紅色/紫色,見圖 12,那麼腔室中可能也有一些空氣, 這可能是由於腔體洩漏、樣品脫氣,或者僅僅是因為初始抽氣時間不夠長,無法在氧氣進入腔室之前完全去除殘留空氣
 
表面有大量污染物的樣品也可能在電漿中產生顏色變化。 當污染物從表面進入氣相時,汙染物可能與其他氣態物質結合產生獨特的分子,每個分子都可以貢獻特徵波長的光。
 
抽氣曲線
 一般來說,抽空曲線用於測量將腔室抽空至某程度低壓(真空狀態)所需的時間,如果定期執行,它可以做為系統正常運作的指標,或者是否驗證可能存在問題。
 
下圖顯示了5L體積 HPT-200腔體「標準」抽氣曲線。 同一張圖上顯示的是樣品脫氣(Outgassing)且存在些微洩漏情況下的抽氣曲線。


在這種情況下,上述數據中的洩漏源是由將一根人類頭髮放在腔門的o-ring上而故意製造的,可以通過目視檢查並用不會起毛的布沾取異丙醇擦拭來避免此問題。儘管不容易僅從抽氣曲線確定性能問題,但通過長期的觀察和經驗,使用者可以輕鬆了解並解釋許多案例。