低温等离子体清洗设备

第21卷第5期

清　洗　世　界Vol 121　No 152005年5月C lean i n g W orld M ay 2005

2005年第5期31　

・新技术、新工艺・

低温等离子体清洗设备

李俊岭　余　慧

(中国电子科技集团公司第二研究所,山西太原030024)

摘　要　简要介绍了低温等离子体清洗设备清洗机理、特点及其应用。

关键词　低温等离子体　清洗机理　应用

中图分类号　T N409　O 46 文献标识码　B

Cold pl a s ma clean i n g syste m

L I Junling,YU Hui

(The Second Research I nstitute,China Electr onic Technol ogy Gr oup

Cor porati on,Taiyuan Shanxi 030024)

Ab s tra c t The p las ma theory,p las ma cleaning mechanis m s and app licati ons for p las ma cleaning sys 2

te m are described .

Ke y wo rd s cold p las ma;cleaning mechanis m;app licati on

随着当今技术的飞速发展,等离子体技术已广泛

应用于诸多专业领域,而且变得越来越重要。

目前清洗行业对清洗的要求也越来越高,有些场

合,常规清洗已经不能满足要求,等离子体清洗比较

理想地解决这些精密清洗的要求,且又符合当今环保

的形势。

　1　等离子体清洗1.1　等离子体清洗机理等离子体是正离子和电子的密度大致相等的电

离气体。由离子、电子、自由激进分子、光子以及中性粒子组成。是物质的第四态。等离子体清洗是依靠处于“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,等离子体清洗是所有清洗方法中最为彻底的剥离式清洗。就反应机理来看,等离子体清洗通常可包括以下过程:1)无机气体被激发到等离子态;

2)气相物质被吸附在固体表面;收稿日期:2005-03-30;修改稿收到日期:2005-04-13

作者简介:李俊岭(1976-),男,山东济宁人,工程师,从事电子专用设备设计开发。

　・32　・清　洗　世　界第21卷　32　2005年第5期 3)被吸附基团与固体表面分子反应生成了产物

分子;

4)产物分子解析形成气相;5)反应残余物脱离表面。等离子体清洗最大的特点是不分处理对象、基材类型均可进行处理,并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。等离子体清洗利于环境保护,工作中只使用微量气体,没有污染物排放;等离子清洗工艺成本低,容易使用,可以处理各类材料,具有良好的均匀性和重复性。等离子体清洗是干法清洗的一种,与湿法清洗相比主要优势如表1所示。表1　等离子体清洗与湿法化学清洗相比较等离子体清洗湿法化学清洗工艺过程容易控制

时间和化学溶剂对工艺有较大影响一次洗净,基本没有残留物

可能需要进一步去除及处理或需要多步清洗反应副产物为气体,可通过

真空抽气排出

大量的废物需进一步处理反应所需气体大多无毒大多数溶剂和酸有相当毒性1.2　等离子体清洗分类

等离子体处理过程中,包括化学反应与物理反应

两种清洗过程。

1.2.1　化学过程在化学等离子体过程中,自由激进分子与待清洗物表面的元素发生化学反应。这些反应后的产物是

非常小、易挥发的分子,它们可以用真空泵抽出。在

有机物清洗应用中,一般主要的副产物包括水、一氧

化碳和二氧化碳。

有机物(C x H y O z )+O ・H 2O +CO 2+CO 以化学反应为主的等离子体清洗,清洗速度快、选择性好、对去除有机污染物最为有效。缺点是会在

表面产生氧化。典型的化学等离子体清洗是采用氧

气等离子体。

1.2.2　物理过程物理过程中,原子和离子以高能量、高速度轰击

待清洗物表面,使分子分解,通过真空泵抽出。大多

数的物理清洗过程需要有高能量和低压力。在轰击待清洗物表面以前,使原子和离子达到最大的速度。因为要加速等离子体,所以需要高能量,这样等离子体中的原子和离子的速度才能更高。需要低压力是

为了在原子之间碰撞前增加它们之间的平均距离,这

个距离指平均自由程,这个路径越长,则轰击待清洗

物表面的离子的概率越高。

以物理反应为主的等离子体清洗,其本身不发生

化学反应,清洁样品表面时不会留下任何氧化物。缺

点是会对表面产生损害,会有很大的热效应。典型的

物理等离子体清洗是氩气等离子体清洗。

1.3　影响等离子体清洗的因素

1.3.1　工艺气体及有关参数

1)氩气:物理轰击是氩气清洗的机理。氩气是最有效的物理等离子体清洗气体,原因在于它原子的尺寸大。可以用很大的力量轰击样品表面。正的氩离子将被吸引到负向电极板。撞击力足以去除表面上的任何污垢。然后这些气态污物通过真空泵排出。

2)氧气:化学工艺中等离子体与样品表面上的化合物反应。例如,有机污染物可以有效地用氧气等离子去掉,这里氧气等离子与污染物反应,产生二氧化碳、一氧化碳和水。一般地说,化学反应清除有机

污染物效果更好。

3)氢气:氢气可供去除金属表面氧化物使用。它经常与氩气混合使用,以提高去除速度。一般人们担心氢气的易燃性,氢气的使用量非常少。人们更大的担心是氢气的存储。我们可以采用氢气发生器从水中产生氢气。从而去掉了潜在的危害性。

4)CF 4/SF 6:氟化的气体在半导体工业以及P WB

(印制线路板)工业中应用非常广泛。在I C 封装中的应用只有一种。这些气体用在P ADS 工艺中,通过这种处理,氧化物转化成氟氧化物,允许无流动焊接。5)压力:反应仓内的压力是工艺气体流速、仓体

泄露率和泵抽速的函数。工艺气体的选择决定等离子清洗机制(物理、化学或物理/化学)。