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離子清洗機的工作原理

2014-07-14 16:20:39      點擊:

  等離子清洗機工作原理分析:
  電漿與材料表面可產生的反應主要有兩種,一種是靠自由基來做化學反應,另一種則是靠等離子作物理反應,以下將作更詳細的說明。
 。1)化學反應(Chemical reaction)
  在化學反應里常用的氣體有氫氣(H2)、氧氣(O2)、甲烷(CF4)等,這些氣體在電漿內反應成高活性的自由基,其方程式為:
  這些自由基會進一步與材料表面作反應。
  其反應機理主要是利用等離子體里的自由基來與材料表面做化學反應,在壓力較高時,對自由基的產生較有利,所以若要以化學反應為主時,就必須控制較高的壓力來近進行反應。
 。2)物理反應(Physical reaction)
  主要是利用等離子體里的離子作純物理的撞擊,把材料表面的原子或附著材料表面的原子打掉,由于離子在壓力較低時的平均自由基較輕長,有得能量的累積,因而在物理撞擊時,離子的能量越高,越是有的作撞擊,所以若要以物理反應為主時,就必須控制較的壓力下來進行反應,這樣清洗效果較好,為了進一步說明各種設備清洗的效果。

  等離子體清洗機的機理,主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的。就反應機理來看,等離子體清洗通常包括以下過程:無機氣體被激發為等離子態;氣相物質被吸附在固體表面;被吸附基團與固體表面分子反應生成產物分子;產物分子解析形成氣相;反應殘余物脫離表面。

  等離子體清洗技術的最大特點是不分處理對象的基材類型,均可進行處理,對金屬、半導體、氧化物和大多數高分子材料,如聚丙烯、聚脂、聚酰亞胺、聚氯乙烷、環氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地處理,并可實現整體和局部以及復雜結構的清洗。

  等離子體清洗還具有以下幾個特點:容易采用數控技術,自動化程度高;具有高精度的控制裝置,時間控制的精度很高;正確的等離子體清洗不會在表面產生損傷層,表面質量得到保證;由于是在真空中進行,不污染環境,保證清洗表面不被二次污染。

  2.等離子清洗機的清洗分類:

  2.1 反應類型分類
  等離子體與固體表面發生反應可以分為物理反應(離子轟擊)和化學反應。物理反應機制是活性粒子轟擊待清洗表面,使污染物脫離表面最終被真空泵吸走;化學反應機制是各種活性的粒子和污染物反應生成易揮發性的物質,再由真空泵吸走揮發性的物質。
  以物理反應為主的等離子體清洗,也叫做濺射腐蝕(SPE)或離子銑(IM),其優點在于本身不發生化學反應,清潔表面不會留下任何的氧化物,可以保持被清洗物的化學純凈性,腐蝕作用各向異性;缺點就是對表面產生了很大的損害,會產生很大的熱效應,對被清洗表面的各種不同物質選擇性差,腐蝕速度較低。以化學反應為主的等離子體清洗的優點是清洗速度較高、選擇性好、對清除有機污染物比較有效,缺點是會在表面產生氧化物。和物理反應相比較,化學反應的缺點不易克服。并且兩種反應機制對表面微觀形貌造成的影響有顯著不同,物理反應能夠使表面在分子級范圍內變得更加“粗糙”,從而改變表面的粘接特性。還有一種等離子體清洗是表面反應機制中物理反應和化學反應都起重要作用,即反應離子腐蝕或反應離子束腐蝕,兩種清洗可以互相促進,離子轟擊使被清洗表面產生損傷削弱其化學鍵或者形成原子態,容易吸收反應劑,離子碰撞使被清洗物加熱,使之更容易產生反應;其效果是既有較好的選擇性、清洗率、均勻性,又有較好的方向性。
  典型的等離子體物理清洗工藝是氬氣等離子體清洗。氬氣本身是惰性氣體,等離子體的氬氣不和表面發生反應,而是通過離子轟擊使表面清潔。典型的等離子體化學清洗工藝是氧氣等離子體清洗。通過等離子體產生的氧自由基非;顫,容易與碳氫化合物發生反應,產生二氧化碳、一氧化碳和水等易揮發物,從而去除表面的污染物。

  2.2 激發頻率分類
  等離子態的密度和激發頻率有如下關系:
  nc=1.2425×108v2
  其中nc為等離子態密度(cm-3),v為激發頻率(Hz)。
  常用的等離子體激發頻率有三種:激發頻率為40kHz的等離子體為超聲等離子體,13.56MHz的等離子體為射頻等離子體,2.45GHz的等離子體為微波等離子體。
  不同等離子體產生的自偏壓不一樣。超聲等離子體的自偏壓為1000V左右,射頻等離子體的自偏壓為250V左右,微波等離子體的自偏壓很低,只有幾十伏,而且三種等離子體的機制不同。超聲等離子體發生的反應為物理反應,射頻等離子體發生的反應既有物理反應又有化學反應,微波等離子體發生的反應為化學反應。超聲等離子體清洗對被清潔表面產生的影響最大,因而實際半導體生產應用中大多采用射頻等離子體清洗和微波等離子體清洗。

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