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離子清洗機(jī)的工作原理是什么?
較詳細(xì)的解釋
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提問者:網(wǎng)友
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2017-04-26
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等離子清洗機(jī) 工作原理分析: 電漿與材料表面可產(chǎn)生的反應(yīng)主要有兩種,一種是靠自由基來做化學(xué)反應(yīng),另一種則是靠等離子作物理反應(yīng),以下將作更詳細(xì)的說明?! 。?)化學(xué)反應(yīng)(Chemical reaction) 在化學(xué)反應(yīng)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(nèi)反應(yīng)成高活性的自由基,其方程式為: 這些自由基會(huì)進(jìn)一步與材料表面作反應(yīng)?! ∑浞磻?yīng)機(jī)理主要是利用等離子體里的自由基來與材料表面做化學(xué)反應(yīng),在壓力較高時(shí),對(duì)自由基的產(chǎn)生較有利,所以若要以化學(xué)反應(yīng)為主時(shí),就必須控制較高的壓力來近進(jìn)行反應(yīng)?! 。?)物理反應(yīng)(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(shí)的平均自由基較輕長(zhǎng),有得能量的累積,因而在物理撞擊時(shí),離子的能量越高,越是有的作撞擊,所以若要以物理反應(yīng)為主時(shí),就必須控制較的壓力下來進(jìn)行反應(yīng),這樣清洗效果較好,為了進(jìn)一步說明各種設(shè)備清洗的效果。 等離子體清洗機(jī)的機(jī)理,主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。就反應(yīng)機(jī)理來看,等離子體清洗通常包括以下過程:無機(jī)氣體被激發(fā)為等離子態(tài);氣相物質(zhì)被吸附在固體表面;被吸附基團(tuán)與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子;產(chǎn)物分子解析形成氣相;反應(yīng)殘余物脫離表面?! 〉入x子體清洗技術(shù)的最大特點(diǎn)是不分處理對(duì)象的基材類型,均可進(jìn)行處理,對(duì)金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料,如聚丙烯、聚脂、聚酰亞胺、聚氯乙烷、環(huán)氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地處理,并可實(shí)現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。 等離子體清洗還具有以下幾個(gè)特點(diǎn):容易采用數(shù)控技術(shù),自動(dòng)化程度高;具有高精度的控制裝置,時(shí)間控制的精度很高;正確的等離子體清洗不會(huì)在表面產(chǎn)生損傷層,表面質(zhì)量得到保證;由于是在真空中進(jìn)行,不污染環(huán)境,保證清洗表面不被二次污染?! ?.等離子清洗機(jī)的清洗分類: 2.1 反應(yīng)類型分類 等離子體與固體表面發(fā)生反應(yīng)可以分為物理反應(yīng)(離子轟擊)和化學(xué)反應(yīng)。物理反應(yīng)機(jī)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(xué)反應(yīng)機(jī)制是各種活性的粒子和污染物反應(yīng)生成易揮發(fā)性的物質(zhì),再由真空泵吸走揮發(fā)性的物質(zhì)?! ∫晕锢矸磻?yīng)為主的等離子體清洗,也叫做濺射腐蝕(SPE)或離子銑(IM),其優(yōu)點(diǎn)在于本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),清潔表面不會(huì)留下任何的氧化物,可以保持被清洗物的化學(xué)純凈性,腐蝕作用各向異性;缺點(diǎn)就是對(duì)表面產(chǎn)生了很大的損害,會(huì)產(chǎn)生很大的熱效應(yīng),對(duì)被清洗表面的各種不同物質(zhì)選擇性差,腐蝕速度較低。以化學(xué)反應(yīng)為主的等離子體清洗的優(yōu)點(diǎn)是清洗速度較高、選擇性好、對(duì)清除有機(jī)污染物比較有效,缺點(diǎn)是會(huì)在表面產(chǎn)生氧化物。和物理反應(yīng)相比較,化學(xué)反應(yīng)的缺點(diǎn)不易克服。并且兩種反應(yīng)機(jī)制對(duì)表面微觀形貌造成的影響有顯著不同,物理反應(yīng)能夠使表面在分子級(jí)范圍內(nèi)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(yīng)機(jī)制中物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)都起重要作用,即反應(yīng)離子腐蝕或反應(yīng)離子束腐蝕,兩種清洗可以互相促進(jìn),離子轟擊使被清洗表面產(chǎn)生損傷削弱其化學(xué)鍵或者形成原子態(tài),容易吸收反應(yīng)劑,離子碰撞使被清洗物加熱,使之更容易產(chǎn)生反應(yīng);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?! 〉湫偷牡入x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(fā)生反應(yīng),而是通過離子轟擊使表面清潔。典型的等離子體化學(xué)清洗工藝是氧氣等離子體清洗。通過等離子體產(chǎn)生的氧自由基非常活潑,容易與碳?xì)浠衔锇l(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳和水等易揮發(fā)物,從而去除表面的污染物?! ?.2 激發(fā)頻率分類 等離子態(tài)的密度和激發(fā)頻率有如下關(guān)系: nc=1.2425×108v2 其中nc為等離子態(tài)密度(cm-3),v為激發(fā)頻率(Hz)?! 〕S玫牡入x子體激發(fā)頻率有三種:激發(fā)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?! 〔煌入x子體產(chǎn)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(jī)制不同。超聲等離子體發(fā)生的反應(yīng)為物理反應(yīng),射頻等離子體發(fā)生的反應(yīng)既有物理反應(yīng)又有化學(xué)反應(yīng),微波等離子體發(fā)生的反應(yīng)為化學(xué)反應(yīng)。超聲等離子體清洗對(duì)被清潔表面產(chǎn)生的影響最大,因而實(shí)際半導(dǎo)體生產(chǎn)應(yīng)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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