等离子体推进器虽然挺有意思，但产业空间终究有限：全世界飞在天上的电推进卫星是在百颗的量级，加上地面实验的，你可以理解，总共这个产业也没多大空间。除非将来实现了等离子体推进的火星-木星往返飞船，否则这东西也就这样了，没法卖出太多钱，也制造不了太多就业。现在让我们看看多少有点应用“钱途”的方向：等离子体表面处理。

说到等离子体表面处理，首先应该提到的，差不多也是在很长一段时间内等于等离子体放电应用“全部”领域的，就是微电子制造工业。当然，提起微电子制造工业，相信一大票人马上会说，“光刻！只有光刻，才是微电子唯一有意义有技术含量的工艺！解决了光刻，一切问题解决！没有光刻，扯工艺全无意义！”好吧，这的确是一种舆论家的风格，舆论家么，让他爱干嘛干嘛去。

光刻确实很重要，原因是光刻被卡死在机械精度和激光设备上，没有光刻，你就无法制造一个CPU，但是是不是有了光刻你就能制造CPU了呢？事实上，几十年前就已经不是了。原因很简单，光刻是把线路图画在光刻胶上的过程，但是光刻胶就那么几种成分，尤其没法使用关键性的硅/二氧化硅/材料，更没法随意掺杂。所以，实践中光刻完事之后，只是硅片表面被画了些“油漆”道道，还得真把这个道道变成硅和铝以及各种掺杂元素才行。

变换的第一步是把这些道道实际变成线路沟槽。当然你可能会问说变成凸出的棱条行不行。当然行，不过实际上你做起来会非常困难，困难的原因你可以自己考虑。当然如果你想出一个很好的idea，说不定你就能发家致富了。变成沟槽的行为要简单一点，就是按照光刻胶画出来的线路上往下挖一个槽，就完事，大致和工厂晒蓝图差不多。

相信你马上会说，这也太简单了，不就是拿酸腐蚀一下的事情么？当年搞集成电路的得了诺贝尔奖，你看其实就是这么简单的idea，老子趴在被窝里面一个晚上。。。。好吧，你晚了40年。在电路制造的最早期确实是这么做的；甚至现在所谓的“厚膜集成电路”也差不多是这么做的（用油印法）。但是随着集成电路上规模，这个做法就行不通了。

解释这个东西为什么行不通稍微有一点点麻烦。基本思路是这样：首先，要提高集成度，需要刻线宽度及每个器件单元的尺寸越来越小；其次，刻线越窄电阻越大，就越容易发热，而且噪声越大；让刻线变窄且电阻不变的方法，是让刻线截面从正方形变成长方形，或者说沟槽宽度不变，深度越来越深。多深呢？最好是深宽比能达到20:1以上，反正硅片厚度是毫米级别的，沟槽宽度是纳米级别的，总共有上百万倍的深度可以让电路糟蹋。。。。

那么现在就产生了问题了，你拿氢氟酸去腐蚀一下硅片，被光刻胶保护的地方没问题，没有保护的区域就形成了沟槽，问题是你会发现沟槽的轮廓总是圆的，这是理所当然的么，液体或者气体又不是锥子，凭什么往一个方向钻进去不扩散？所以液体腐蚀技术很久很久以前就淘汰了。

等离子体就在这个时候登场了。考虑一个等离子体和一个固体接触，等离子体里面有电子和离子，由于电子跑得快，离子跑得慢，接触面附近的电子很快就被固体吸走，形成了很薄的一个鞘层去，鞘内基本只有离子和中性气体，也就是积累了一层电荷，导致一个指向固体的电势。当离子从等离子体内部漂移到鞘层附近的时候，就被电势加速射向固体。一般来说这个电势有上百伏特或者更多，而离子热运动动能最多也就百分之几电子伏，所以离子一旦穿过鞘层击中固体，那速度基本都是准准地垂直于固体表面的。

当离子命中固体的时候，可以把固体表面的原子砸飞出来，因为原子束缚能也就几个电子伏每原子。但一般来说这个过程并不是关键点。关键点是这样：离子的能量并不很高，转换效率又低，所以砸出来的原子其实有限；但是如果那个固体和接触的气体正在进行化学反应，那么离子砸上去送出的能量可以催化化学反应，使得气体和固体的反应速度增加几十倍，于是，腐蚀过程就会快速发生。而且因为这个催化过程依赖于离子能量，基本是离子轰到的部位才能快速反应，轰不到的地方反应极慢，离子又是高度准直的，所以基本上可以垂直于表面往下挖，挖到实在挖不进去为止。

这个过程一般叫做反应离子刻蚀。这方法自从发明出来以后，就是挖槽过程的唯一工艺手段，没有其他任何方法能同时达到高速，准直，化学敏感三个基本要求。所以有民科抱怨说你看这帮人30年前在研究离子刻蚀，怎么现在还在研究离子刻蚀，比俺们差远了。。。blahblah。这个，没法说。原因大概是这样：在其他领域，所谓“尺度缩放”又或者“总体调节”很重要，在等离子体领域，尺度缩放很少有意义。参数改变10倍，就是完全不同的技术；参数改变100倍，对不起那是完全不同的物理。

关于参数改变的问题我们可以简单说一下，前面说了，第一个基本要求就是挖坑的速度要高，因为速度够快才能一小时多做几炉产品。微电子器件的产能需求你也知道，速度慢了就成本控制不下去。问题在于提高速度就只有两个方法：要么提高离子流量；要么拉高离子动能，也就是提高鞘层电压。但是提高离子流量得提高等离子体密度，然后就是我们熟悉的那个问题：等离子体密度越高，稳定性和均匀性越差。等离子体均匀性现在是非常大的问题，因为工艺是多层的，每层都是光刻刻蚀沉积这样一路做过去，如果均匀性不好，那么有些地方就会把几层电路碰到一起，然后你就自己想象吧。稳定性问题也类似，因为你要保证那东西运转若干小时各种性质几乎不变，而等离子体的演化时间是什么水准的呢？毫秒级别。至于提高离子动能，当然也是一个办法，但是离子动能高了，对晶体结构就有损伤，甚至可能直接把器件打坏，所以可以选择的区间也很有限。

所以几十年来，大家就是不断更换产生等离子体的方法，改变工作电压工作频率，甚至改变信号波形等等，原因无他，就是为了解决上面说的问题。一个典型的困境是这样的：一般来说，我们用电磁方法产生等离子体，频率越高，等离子体密度越高；但是频率越高波长就越短，于是均匀性就越差。比如在微电子发展的早期，大家用微波来产生等离子体，这玩意密度可以做的很高，但是一般的2.45GHZ微波，波长也就是300px左右，在腔内形成驻波后，很容易看出最大的均匀区域也不会超过6cm*6cm（实际上一般也就是2cm*2cm的样子），所以，这方法在晶圆尺寸到了6cm以上就没法用了。至于现在的晶圆尺寸是多少？嗯，一般来说是一英尺级别的直径。后来大家普遍把频率降到了13MHZ级别，尺寸是上来了，但是新问题又出来了。比如说，低频信号难免不够纯净，里面会有寄生高频，那么这个寄生信号就会强烈影响等离子体行为（因为高频电磁信号可以钻入等离子体内部），所以，你需要仔细研究如何控制这些信号，甚至看看能不能干脆用附加高频来控制等离子体。

好了，这些东西我们不需要再细说了，再详细就是实验研究和理论计算的领域了。刻蚀是完全离不开等离子体技术的，而且基本上几十年来就是在调整参数，进行各种“应用基础科研”和“实用测试”，或者按照有些人的说法叫无意义的SCI灌水。我们来看看其他的工艺领域。我们看到刻蚀过程中离子能量增强化学反应很重要，实际上还有个我们没有认真说的东西：腐蚀硅片主要是F原子的行为，但是刻蚀工作中可以不用单质F2，而是用CF4之类化合物，放电过程中，电子碰撞把CF4变成各种非常活泼的自由基比如CF2，F原子之类，你马上可以想到这种原理可以用在其他需要化学处理的过程，比如沉积过程，就是往固体表面堆积另外一些物质，一般来说这是化学过程，典型的像沉积金刚石薄膜。现在我们可以让等离子体和气体混合，然后电子碰撞活化工质气体，这样沉积速度就大大增加了。快速意味着低成本，也就意味着利润。当然，由于活化的原因，沉积速度提高可能会导致沉积的材料变得更疏松或者出现杂质，所以这个技术都是必须反复测试找到一个平衡参数才可以。这方面的论文也都是铺天盖地，因为需要改造的技术实在太多了。还有一个相关的工作是离子注入，一般来说注入离子可以用加速器，但是实践中，凡是可能的地方，都会用等离子体，做法类似前面的刻蚀，原因还是那句话，速度即利润。

好了，这一篇已经太长了，本来我们还可以扯几句等离子体表面清洗，或者气体污染治理什么的，不过那些毕竟还不是绝对不可或缺的，也没有微电子工艺方面那种一天几百篇SCI的疯狂灌水。