等离子清洗技术及相关工艺

表面处理 及 清洗知识

等离子体清洗技术及相关工艺

什么是等离子体含有离子、电子、高活性自由基和电中性分子的可以导电的气体，这就叫等离子体。人们又称物质的第四态，等离子体在世界上到处都存在着：太阳，很多恒星北极光(见右图)日光灯，霓虹灯电弧焊等等

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等离子体清洗技术及相关工艺

等离子体技术的发展六十年代集成电路的刻蚀发展，是推动等离子体发展的最大推动力八十年代国外开始用于其他领域的清洗以及表面改性国内在最近两三年开始用于电子元件清洗，表面改性还无人问津

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等离子体清洗技术及相关工艺等离子体的产生机理高真空高频，高压工作气体，如氧气、氢气、氩气、氮气等电子被加速，轰击工作气体分子，发生电离，产生离子污垢被氧化成二氧化碳和水或其它气体，被抽走如氧气等离子体形成过程即可用下列6个反应式来表示(见下页):简要结构示意图：真空罩

电极板高频高压发生器 220 V零线

火线电极板和工件

去真空泵

工作气体入口

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等离子体清洗技术及相关工艺氧气等离子体的产生(见右图反应式)第一个反应式表示氧气分子在得到外界能量后变成氧气阳离子，并放出自由电子过程第二个反应式表示氧气分子在得到外界能量后分解形成两个氧原子自由基的过程第三个反应式表示氧气分子在具有高能量的激发态自由电子作用下转变成激发态第四第五反应式则表示激发态的氧气分子进一步发生转变，在第四个反应式中，氧气释放电子回到通常状态的同时发出光能(紫外线)在第五个反应式中，激发态的氧气分子分解成两个氧原子自由基第六个反应式表示氧气分子在激发态自由电子的作用下，分解成氧原子自由基和氧原子阳离子的过程，当这些反应连续不断发生，就形成氧气等离子体其他气体的等离子体的形成过程也可用相似的反应式描述。当然实际反应要比这些反应式描述的更为复杂

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等离子体清洗技术及相关工艺等离子体的分类 1)低温和高温等离子体在等离子体中，不同微粒的温度实际上是不同的，所具有的温度是与微粒的动能即运动速度质量有关，把等离子体中存在的离子的温度用Ti表示，电子的温度用Te表示，而原子、分子或原子团等中性粒子的温度用Tn表示，对于Te大大高于Ti和Tn的场合，即低压体气的场合，此时气体的压力只有几百个帕斯卡，当采用直流电压或高频电压做电场时，由于电子本身的质量很小，在电场中容易得到加速，从而可获得平均可达数电子伏特的高能量，对于电子，此能量的对应温度为几万度(K),而离子由于质量较大，很难被

电场加速，因此温度仅几千度。由于气体粒子温度较低(具有低温特性),因此把这种等离子体称为低温等离子体。当气体处于高压状态并从外界获得大量能量时，粒子之间的相互碰撞频率大大增加，各种微粒的温度基本相同，即Te基本与Ti及Tn相同，我们把这种条件下得到的等离子体称为高温等离子体，太阳就是自然界中的高温等离子体。由于高温等离子体对物体表面的作用过于强烈，因此在实际应用中很少使用，目前投入使用的只有低温等离子体 2)活泼气体和不活泼气体等离子体根据产生等离子体时应用的气体的化学性质不同，可分为不活泼气体等离子体和活泼气体等离子体两类，不活泼气体如氩气(Ar)、氮气(N2)、氟化氮(NF3)、四氟化碳(CF4)等，活泼气体如氧气(O2)、氢气 (H2)等，不同类型的气体在清洗过程中的反应机理是不同的，活泼气体的等离子体具有更强的化学反应活性

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等离子体清洗技术及相关工艺等离子体与物体表面的作用1)原子团等自由基与物体表面的反应

由于这些自由基呈电中性，存在寿命较长，而且在离子体中的数量多于离子，因此自由基在等离子体中发挥着重要作用，自由基的作用主要表现在化学反应过程中能量传递的"活化"作用，处于激发状态的自由基具有较高的能量，因此易于与物体表面分子结合时形成新的自由基，新形成的自由基同样处于不稳定的高能量状态，很可能发生分解反应，在变成较小分子同时生成新的自由基，这种反应过程还可能继续进行下去，最后分解成水、二氧化碳之类的简单分子。在另一些情况下，自由基与物体表面分子结合的同时，会释放出大量的结合能，这种能量又成为引发新的表面反应推动力，从而引发物体表面上的物质发生化学反应而被去除 2)电子与物体表面的作用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和解吸，另一方面大量的电子撞击有利引起化学反应。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，电子要比离子更早达到物体表面，并使表面带有负电荷，这有利于引发进一步反应 3)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，我们把这种现象称为溅射现象，而通过离子的冲击作用可极大促进物体表面 …… 此处隐藏：1824字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……