等离子体清洗机工作原理及其清洗原理示意图

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-10-24

等离子体清洗技术是一门新型的高效清洗技术,可以用于半导体或其他材料的表面改性处理和清洁处理,应用等离子体清洗金属、陶瓷和塑料表面的有机物,可以大大增强这些材料表面的附着力和键合力。

1 等离子体清洗机工作原理：

等离子体清洗机包括真空室、真空系统、射频电源及匹配系统、工艺气路系统、压力控制系统等,如图1所示。抽真空到100Pa以下,充入一定流量的工作气体如Ar和O2,开启射频电源及匹配系统,产生等离子体,对工件进行清洗,清洗完成后关闭射频电源及真空泵阀,和工艺气路,打开充气阀,使真空室恢复大气压力就可打开真空腔室门,取出工件完成整个清洗过程。

图一等离子体清洗机工作结构示意图

2 等离子体清洗机清洗原理：

等离子体清洗的机理是依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的，如图2所示。

图二等离子体清洗机清洗原理

2.1等离子体（Plasma）的产生
（1）在高真空0.2Torr下导入反应气体。
（2）外加RF电场，气体分子离子化并取得能量。
（3）反应气体进行辉光放电（Glow），形成等离子体。

2.2等离子体的反应
（1）电离化的气体分子撞击工件并与工件材料分子反应，抽真空把气体排出。
（2）等离子体制程结合物理反应及化学反应。

2.3气体的作用原理
等离子体是从紫外线发荧光的产物，是继固态、液态、气态之后物质的第四态。等离子体是由离子、自由电子、光子、中子、原子、分子等激发了的电子状态组成。每一个组成部分都能对表面产生处理作用。激活的原子、分子、离子和自由电子物质高度集中，能够在等离子体态中和固体表面发生作用，引起了物质表面的化学和物理改性。就反应机理来看，等离子体清洗通常包括以下过程：
（1）无机气体被激发到等离子态。
（2）气相物质与固体表面产生碰撞或吸附作用。
（3）被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子。
（4）产物分子解析形成气相。
（5）反应残余物和气体产物最终被气体带走。

2.4气体反应过程
无机气体（Ar、N2、H2、O2等）在高频低压下被激发，产生含有离子、激发态分子、自由基等多种活性粒子。一般在等离子清洗中，可把活化气体分为两类：一类为惰性气体的等离子体（如Ar、N2等）；另一类为反应性气体的等离子体（如H2、O2等）。这些活性粒子能与材料表面发生反应，其反应过程如下：
（1） Ar惰性气体：物理反应（表面攻击）
Ar＋e^-→Ar⁺＋2e^-
Ar⁺＋污染物→产物分子
适用于氧化物的去除和环氧树脂清除。
（2） O2反应性气体：化学反应（氧化处理）
O2＋e^-→2O·＋e^-
O·＋有机物→CO₂＋H₂O
适用于表面活化和有机污染物的去除。
（3） H₂反应性气体：化学反应
2H₂＋O-→H₂O
适用于金属表面氧化物的去除。
（4） CF₄气体：化学反应
CF₄＋O₂→F·＋CF·＋CF₂·＋CF₃·＋2O等自由基团
F·＋O·＋有机物→CO₂＋CO＋HF＋H₂O等分子产物
适用于有机物的蚀刻和清除，一般和O2混合使用。

等离子体清洗机（Plasma cleaner）的基本工作原理是指工作腔内通过机械泵抽至低真空，通入高纯度的反应气体，对气体施加足够的电压使其发生电离起辉形成的高能量的等离子体状态。等离子体清洗机的基本清洗原理是利用等离子体，在电场和磁场作用下轰击基体表面，达到清洗基体表面氧化物、污染物的目的。