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等離子清洗機(jī)原理
等離子體是正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。由離子、電子、自由激進(jìn)分子、光子以及中性粒子組成。是物質(zhì)的第四態(tài)。
通常情況下，人們普遍認(rèn)為的物質(zhì)有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。區(qū)分這三種狀態(tài)是靠物質(zhì)中所含能量的多少。氣態(tài)是物質(zhì)的三個(gè)狀態(tài)中高的能量狀態(tài)。
給氣態(tài)物質(zhì)更多的能量，比如加熱，將會(huì)形成等離子體。當(dāng)?shù)竭_(dá)等離子狀態(tài)時(shí)，氣態(tài)分子裂變成了許許多多的高度活躍的粒子。這些裂變不是*的，一旦用于形成等離子體的能量消失，各類粒子重新結(jié)合，形成原來的氣體分子。
等離子體技術(shù)在本世紀(jì)六十年代起就開始應(yīng)用于化學(xué)合成、薄膜制備、表面處理和精細(xì)化工等領(lǐng)域，在大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路工藝干法化、低溫化方面，在近年來也開發(fā)應(yīng)用了等離子體聚合、等離子體蝕刻、等離子體灰化及等離子體陽極氧化等全干法工藝技術(shù)。等離子清洗技術(shù)也是工藝干法化的進(jìn)步成果之一。
與濕法清洗不同，等離子清洗的機(jī)理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。從目前各類清洗方法來看，可能等離子體清洗也是所有清洗方法中為*的剝離式的清洗。
干法工藝與濕法清洗的主要區(qū)別如下：
通常情況下，人們普遍認(rèn)為的物質(zhì)有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。區(qū)分這三種狀態(tài)是靠物質(zhì)中所含能量的多少。氣態(tài)是物質(zhì)的三個(gè)狀態(tài)中高的能量狀態(tài)。
給氣態(tài)物質(zhì)更多的能量，比如加熱，將會(huì)形成等離子體。當(dāng)?shù)竭_(dá)等離子狀態(tài)時(shí)，氣態(tài)分子裂變成了許許多多的高度活躍的粒子。這些裂變不是*的，一旦用于形成等離子體的能量消失，各類粒子重新結(jié)合，形成原來的氣體分子。
等離子體技術(shù)在本世紀(jì)六十年代起就開始應(yīng)用于化學(xué)合成、薄膜制備、表面處理和精細(xì)化工等領(lǐng)域，在大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路工藝干法化、低溫化方面，在近年來也開發(fā)應(yīng)用了等離子體聚合、等離子體蝕刻、等離子體灰化及等離子體陽極氧化等全干法工藝技術(shù)。等離子清洗技術(shù)也是工藝干法化的進(jìn)步成果之一。
與濕法清洗不同，等離子清洗的機(jī)理是依靠處于“等離子態(tài)”的物質(zhì)的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。從目前各類清洗方法來看，可能等離子體清洗也是所有清洗方法中為*的剝離式的清洗。
干法工藝與濕法清洗的主要區(qū)別如下：
| 等離子清洗 工藝過程容易控制 一次清洗，基本沒有殘留物 | 濕法化學(xué)清洗 時(shí)間和化學(xué)溶劑對(duì)工藝靈敏 可能需要進(jìn)一步取出一處理或需要清洗 |
| 反映副產(chǎn)物為氣體，在通過真空系統(tǒng)及中和器后可直接排放大氣中 | 大量的廢棄物需要進(jìn)一步處理 |
| 反映所需氣體大多為無毒 | 大多數(shù)溶劑和酸有相當(dāng)?shù)亩拘?/span> |
就反應(yīng)機(jī)理來看，等離子體清洗通常包括以下過程：
a.無機(jī)氣體被激發(fā)到等離子態(tài)。
b.氣相物質(zhì)被吸附在固體表面。
c.被吸附基團(tuán)與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子。
d.產(chǎn)物分子解析形成氣相。
e.反應(yīng)殘余物脫離表面。
氣體被激發(fā)到等離子態(tài)有多種方式，如激光、微波、電暈放電、熱電離、弧光放電等多種方式，在電子清洗中，主要是低壓氣體輝光等離子體。一些非聚合性無機(jī)氣體（Ar2、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Ar2、N2 等）；另一類為反應(yīng)性氣體的等離子體（如O2、H2 等）。這些活性粒子能與表面材料發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：
電子--氣體分子--激發(fā)----激發(fā)態(tài)分子--------清洗
（浸蝕、濺射）離解自由基
離子
中性分子
在這一過程中等離子體能有效地使材料表面層中產(chǎn)生大量自由基，這種作用在高分子表面特別明顯。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，反應(yīng)性等離子體的研究很早就十分活躍。如，CF4和O2混合的等離子體清洗。我們可以通過控制CF4的流量來控制反應(yīng)的進(jìn)度。
以輝光放電氫等離子體為例：
（浸蝕、濺射）離解自由基
離子
中性分子
在這一過程中等離子體能有效地使材料表面層中產(chǎn)生大量自由基，這種作用在高分子表面特別明顯。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，反應(yīng)性等離子體的研究很早就十分活躍。如，CF4和O2混合的等離子體清洗。我們可以通過控制CF4的流量來控制反應(yīng)的進(jìn)度。
以輝光放電氫等離子體為例：
H2+hv+e
H2+e*→H2*+e
2H·+e
H2+2e
H2+e
H·+H++2e·
H2+e*→H2*+e
2H·+e
H2+2e
H2+e
H·+H++2e·
同樣對(duì)于氧氣、水、和有機(jī)物也有如下反應(yīng)：
O2 →2O·
H2O→OH·+H·
CH4→CH3·+H·
R1R2→R1·+R2·
等離子清洗技術(shù)的大特點(diǎn)是不分處理對(duì)象的基材類型，均可進(jìn)行處理，如金屬、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）等原基材料都能很好地處理，并可實(shí)現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。清洗的重要作用之一是提高膜的附著力，如在Si襯底上沉積Au膜，經(jīng)Ar等離子體處理掉表面的碳?xì)浠衔锖推渌廴?，明顯改善了Au的附著力。等離子體處理后的基體表面，會(huì)留下一層含氟化物的灰色物質(zhì)，可用溶液去掉。同時(shí)有利于改善表面沾著性和潤濕性。在清洗過程中經(jīng)等離子體表面活化形成的自由基，能夠進(jìn)一步加成特定官能團(tuán)，這種特定官能團(tuán)的引入，特別是含氧官能團(tuán)，對(duì)改善材料的沾著性和濕潤性能起著明顯的作用。實(shí)驗(yàn)表明：不僅引入氧的等離子體，而且，Ar，N等的等離子體同樣能導(dǎo)入含氧的官能團(tuán)。如：-OH、-OOH等，典型的是當(dāng)高分子材料與氧等離子體接觸時(shí)在剛生成的自由基位置羥基化或羧基化。其反應(yīng)為：
R·+O·→RO·
R·+O2→ROO·
針對(duì)不同的等離子體，可能都會(huì)有一定種類的副產(chǎn)物出現(xiàn)，如四氟化碳與氧的等離子體在和聚合物發(fā)生反應(yīng)裂解成水蒸汽、二氧化碳、和少量氫氟酸，這些氫氟酸是反應(yīng)的副產(chǎn)品，有毒，但可用堿式濕法洗滌器去除。
附:等離子清洗設(shè)備工作原理簡圖
電源
氣源
抽真空
等離子工藝常規(guī)的化學(xué)清洗具有若干優(yōu)勢(shì)，等離子由于使用電能催化化學(xué)反應(yīng)而不是熱能,因此提供了一個(gè)低溫環(huán)境。等離子排除了由于濕式化學(xué)清洗帶來的危險(xiǎn)，并且與其它清洗方式相比的大優(yōu)勢(shì)在于清洗后無廢液?？傊?，等離子工藝是一種簡單到幾乎不需管理的清洗工藝。