等离子清洗工艺介绍

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：2023-05-11

等离子清洗工艺作为一种干法清洗工艺，具有污染物去除效率高、清洗表面无损伤以及实现复杂装置中零件的在位清洗等优势，是未来非常有前景的技术方案。

等离子体及其与表面的作用

等离子体是物质的一种存在状态，通常物质以固态、液态、气态三种状态存在，但是在一些特殊情况下可以以第四种状态存在，如太阳表面的物质和地球大气中电离层中的物质。这类物质所处的状态称为等离子体状态，又称物质的第四态。在等离子体中存在下列物质处于高速运动状态的电子处于激发状态的中性原子、分子、原子团自由基离子化的原子、分子分子解离反应过程中生成的紫外线未反应的分子、原子等，但是物质在总体上仍然保持电中性状态。

除了在自然界已存在的等离子体外，用人工方法在一定范围内也可以制得等离子体。最早人们是在年，在水银蒸汽在高压电场中得放电实验中发现等离子体的。后来发现通过多种方式，如电弧放电、辉光放电、激光、火焰活冲击波等，都可以使处于低气压状态的气体物质转变成等离子体状态。如在高频电场中处于低压状态的氧气、氮气甲烷、水蒸汽等气体分子在辉光放电的情况下，可以分解加速运动的电子和解离成带有正、负电荷的原子和分子。这样产生的电子在电场中加速时会获得高能量，并与周围的分子或原子发生碰撞，结果使分子和原子中又激发出电子，而本身又处于激发状态或离子状态。这时物质存在的状态即为等离子状态。

离子与物体表面的作用通常指的是带正电荷的阳离子的作用，阳离子有加速冲向带负电荷的表面的倾向，此时使物体表面获得相当大的动能，足以撞击去除表面上附着的颗粒性物质，这种现象就是溅射现象。而通过离子的冲击作用可以极大促进物体表面化学反应发生的几率。一方面电子对物体表面的撞击作用，可促使吸附在物体表面的气体分子发生分解或解吸，另一方面大量的电子撞击有利引发化学反应。由于电子质量极小，因此比离子的移动速度要快得多。当进行等离子体处理时，电子要比离子更早到达物体表面，并使表面带有负电荷，这有利于引发进一步反应。

等离子清洗工艺的特点

等离子体技术在本世纪年代起就开始应用于化学合成、薄膜制备、表面处理和精细化工等领域，在大规模或超大规模集成电路工艺干法化、低温化方面，近年来也开发应用了等离子体聚合、等离子体蚀刻、等离子体灰化及等离子体阳极氧化等全干法工艺技术〕。等离子清洗技术也是工艺干法化的进步成果之一。与湿法相比，等离子清洗的优势表现在以下几个方面：
①在经过等离子清洗之后，被清洗物体已经很干燥，不必再经干燥处理即可进行下道工序；
②不使用有害溶剂，清洗不会产生有害污染物，属于有利于环保的绿色清洗方法；
③等离子体的方向性不强，因此它可以深入到物体的微细孔眼和凹陷的内部完成清洗任务，所以不必过多考虑被清洗部位形状的影响；
④等离子清洗需要控制的真空度不高，这种真空度在工厂实际生产中很容易实现，这种装置的设备成本不高，加上清洗过程不需要使用价格昂贵的有机溶剂，因此它的运行成本要低于传统的清洗工艺；
⑤由于不需要对清洗液进行运输、储存、排放等处理措施，所以生产场地很容易保持清洁卫生；
⑥等离子体清洗的最大技术特点是，它不分处理对象，可处理不同的基材。无论是金属、半导体、氧化物、还是高分子材料如聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酞亚胺、聚酷、环氧树脂等高聚物都可用等离子体很好地处理。因此特别适合不耐热和不耐溶剂的基底材料。而且还可以有选择地对材料的整体、局部或复杂结构进行部分清洗；
⑦在完成清洗去污的同时，还能改变材料本身的表面性能。如提高表面的润湿性能改善膜的附着力等，这在许多应用中都是非常重要的。

等离子清洗工艺机理

与湿法清洗不同，等离子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。从目前各类清洗方法来看，可能等离子体清洗也是所有清洗方法中最为彻底的剥离式的清洗。就反应机理来看，等离子体清洗通常包括以下过程无机气体被激发为等离子态气相物质被吸附在固体表面被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子产物分子解析形成气相反应残余物脱离表面。
气体被激发成等离子态有多种方式，如激光、微波、电晕放电、热电离、弧光放电等多种方式，在电子清洗中，主要是低压气体辉光等离子体。一些非聚合性无机气体N2、Ar、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、等另一类为反应性气体的等离子体如O2等。这些活性粒子能与表面材料发生反应，其反应过程如图一所示。

图一活性粒子与表面材料的反应过程示意图

等离子清洗工艺的重要作用之一是提高材料表面的附着力，如在衬底上沉积膜，经匆等离子体处理掉表面的碳氢化合物和其它污染，明显改善了的附着力。等离子体处理后的基体表面，有利于改善表面沾着性和润湿性。在清洗过程中经等离子体表面活化形成的自由基，能够进一步形成特定官能团，这种特定官能团的引入，特别是含氧官能团，对改善材料的沾着性和湿润性起着明显的作用。