等離子體清洗機工作原理及其清洗原理示意圖

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-10-24

等離子體清洗技術是一門新型的高效清洗技術,可以用于半導體或其他材料的表面改性處理和清潔處理,應用等離子體清洗金屬、陶瓷和塑料表面的有機物,可以大大增強這些材料表面的附著力和鍵合力。

1 等離子體清洗機工作原理：

等離子體清洗機包括真空室、真空系統(tǒng)、射頻電源及匹配系統(tǒng)、工藝氣路系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)等,如圖1所示。抽真空到100Pa以下,充入一定流量的工作氣體如Ar和O2,開啟射頻電源及匹配系統(tǒng),產(chǎn)生等離子體,對工件進行清洗,清洗完成后關閉射頻電源及真空泵閥,和工藝氣路,打開充氣閥,使真空室恢復大氣壓力就可打開真空腔室門,取出工件完成整個清洗過程。

圖一等離子體清洗機工作結構示意圖

2 等離子體清洗機清洗原理：

等離子體清洗的機理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的，如圖2所示。

圖二等離子體清洗機清洗原理

2.1等離子體（Plasma）的產(chǎn)生
（1）在高真空0.2Torr下導入反應氣體。
（2）外加RF電場，氣體分子離子化并取得能量。
（3）反應氣體進行輝光放電（Glow），形成等離子體。

2.2等離子體的反應
（1）電離化的氣體分子撞擊工件并與工件材料分子反應，抽真空把氣體排出。
（2）等離子體制程結合物理反應及化學反應。

2.3氣體的作用原理
等離子體是從紫外線發(fā)熒光的產(chǎn)物，是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后物質(zhì)的第四態(tài)。等離子體是由離子、自由電子、光子、中子、原子、分子等激發(fā)了的電子狀態(tài)組成。每一個組成部分都能對表面產(chǎn)生處理作用。激活的原子、分子、離子和自由電子物質(zhì)高度集中，能夠在等離子體態(tài)中和固體表面發(fā)生作用，引起了物質(zhì)表面的化學和物理改性。就反應機理來看，等離子體清洗通常包括以下過程：
（1）無機氣體被激發(fā)到等離子態(tài)。
（2）氣相物質(zhì)與固體表面產(chǎn)生碰撞或吸附作用。
（3）被吸附基團與固體表面分子反應生成產(chǎn)物分子。
（4）產(chǎn)物分子解析形成氣相。
（5）反應殘余物和氣體產(chǎn)物最終被氣體帶走。

2.4氣體反應過程
無機氣體（Ar、N2、H2、O2等）在高頻低壓下被激發(fā)，產(chǎn)生含有離子、激發(fā)態(tài)分子、自由基等多種活性粒子。一般在等離子清洗中，可把活化氣體分為兩類：一類為惰性氣體的等離子體（如Ar、N2等）；另一類為反應性氣體的等離子體（如H2、O2等）。這些活性粒子能與材料表面發(fā)生反應，其反應過程如下：
（1） Ar惰性氣體：物理反應（表面攻擊）
Ar＋e^-→Ar⁺＋2e^-
Ar⁺＋污染物→產(chǎn)物分子
適用于氧化物的去除和環(huán)氧樹脂清除。
（2） O2反應性氣體：化學反應（氧化處理）
O2＋e^-→2O·＋e^-
O·＋有機物→CO₂＋H₂O
適用于表面活化和有機污染物的去除。
（3） H₂反應性氣體：化學反應
2H₂＋O-→H₂O
適用于金屬表面氧化物的去除。
（4） CF₄氣體：化學反應
CF₄＋O₂→F·＋CF·＋CF₂·＋CF₃·＋2O等自由基團
F·＋O·＋有機物→CO₂＋CO＋HF＋H₂O等分子產(chǎn)物
適用于有機物的蝕刻和清除，一般和O2混合使用。

等離子體清洗機（Plasma cleaner）的基本工作原理是指工作腔內(nèi)通過機械泵抽至低真空，通入高純度的反應氣體，對氣體施加足夠的電壓使其發(fā)生電離起輝形成的高能量的等離子體狀態(tài)。等離子體清洗機的基本清洗原理是利用等離子體，在電場和磁場作用下轟擊基體表面，達到清洗基體表面氧化物、污染物的目的。