等离子清洗、等离子刻蚀与等离子表面改性技术

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：2023-09-07

气体放电产生的低温等离子体中除了拥有大量的正负粒子之外，还有受激发的原子等高能粒子，这些高能粒子可以促使物质发生变化，进行化学反应，改变物质属性，广泛应用于材料处理、医疗卫生、半导休工业等领域。随着低温等离子休的实用性逐渐被认可，所运用的领域变得愈加广泛。

以下分别讲述了等离子体在当前工程应用中的三大主流技术：等离子刻蚀技术、等离子清洗技术以及等离子表面改性技术。

等离子刻蚀技术

刻蚀技术即人为对物件外貌进行特定图案刻画、覆盖薄膜或区域性腐蚀的技术，常用于刻画微型电子物件等工艺流程，具体有干法及湿法两种刻蚀形式。湿法刻蚀是利用液体化学试剂进行刻蚀，通过改变试剂种类、溶度和温度调节刻蚀效果。湿法刻蚀作为传统刻蚀方法，虽成本低，但操作繁琐、控制难度大；干法刻蚀即利用己制备好的等离子体去轰击所需加工的材料表面，产生高活性的气体进行刻蚀。相比湿法刻蚀，干法刻蚀（等离子刻蚀）技术可控性高，可实现自动化刻蚀，且无污染，从而广泛应用于刻蚀单晶硅等半导体材料。

其中，根据刻蚀原理的不同，等离子刻蚀又可以分为以下三种不同刻蚀方法：

物理性刻蚀又称作濺射，是指利用气体放电产生的等离子体中的离子去轰击待刻蚀样品，并使得样品表面原子溢出。物理性刻蚀过程中，对任意的刻蚀物件均能够实现各向异性刻蚀，且成本低，但刻蚀厚度难以把控，如若离子自由行程过短，还易出现刻蚀物件再沉积的现象。

化学性刻蚀即为采用气体放电产生的气相原子（或分子）与待刻蚀物品进行化学反应生成挥发物。相较物理性刻蚀，化学性刻蚀所需成本更高，各向同性，且刻蚀时间长。

反应离子刻蚀既利用了物理性刻蚀的离子轰击，又利用了化学性刻蚀的化学反应，是两者的综合，不仅选择性高、各向异性好，且刻蚀速率快。

等离子清洗技术

等离子体中因存在大量的活性粒子（自由基、离子以及激发态原子），易与不同材料之间产生化学反应，常用于工业清洗物件。同上述刻蚀方法一样，清洗技术也包含湿法和干法两种，利用等离子体去清洗物件属于后者。其中，工程应用时等离子体清洗过程如下：首先通过射频源激励使气体放电形成等离子态；随后高能的带电粒子团开始接近清洗物件，与清洗物物件分子进行反应；最后分子形成气相，逐渐脱离清洗物件，实现预期的效果。相比传统的湿法清洗技术，等离子体清洗技术清洗效果更好、易控、无毒，是一种绿色环保的清洗方法。

其中，等离子体清洗方式分类的主要依据有：反应类型、放电气体种类。按照反应类型不同，其又可以区别为化学反应清洗和物理反应清洗两种。同刻蚀原理类似，前者是靠带电粒子团中的高能粒子与被清洗物表面产生化学反应，后者是通过带电粒子团中的高能粒子去撞击待清洗物表面。为实现最佳的清洗效果，工程应用中，两种清洗方式往往会被综合利用。从放电所用的气体种类上看，可分为惰性气体和反应性气体两种，前者产生的等离子体常用于物理反应清洗，后者产生的等离子体常用于化学反应清洗。

等离子表面改性

等离子体中的高能粒子除了刻蚀物件、洁洗物质之外，还常用來改变聚合物、高分子材料等物质表面化学性质，改善材料性能。与传统的物理、化学等方法改善材料表面性质不同，等离子体表面改性不仅可以避免物理方法得到的材料性质不稳定，还可以避免化学方法的残留杂质，具有以下特征：处理过程温度低，可防止损坏聚合物材料；根据处理材料特性的不同，可以采用不同放电气体，可控性好，处理效率高；等离子体表面改性过程处理范围可控在纳米级，精准度高，不会改变材料内部的化学性质，仅改变表面特性；无害于环境、无污染性、无化学试剂消耗；等离子体处理过程在密闭条件下进行，安全指数高，可靠性高；处理过程简单，改性后的材料性质稳定。