El efecto de limpieza de la máquina de limpieza por plasma depende de la sinergia de las cuatro dimensiones centrales de los parámetros de plasma, las características de la muestra, las condiciones del proceso y la estructura del equipo. su esencia es lograr la descontaminación y activación a través de bombardeos físicos o reacciones químicas entre partículas activas en plasma (electrones, iones, radicales libres, etc.) y contaminantes de la superficie de la muestra. El siguiente es un análisis detallado de cada factor de influencia:
I. efectos de los parámetros centrales del plasma
La intensidad activa del plasma determina directamente la capacidad de limpieza, y los parámetros centrales incluyen el tipo de gas, la Potencia del plasma y la presión del aire.
Tipo de gas de limpieza
El tipo de gas determina las características de reacción del plasma (la limpieza física es la principal o la limpieza química es la principal), que debe seleccionarse en función del tipo de contaminante y el material de la muestra:
Gas de limpieza física: representado por gases inertes como argón (ar) y helio (he). Los iones de alta energía producidos después de la ionización de este tipo de gases, que se desprenden de los contaminantes de partículas (como polvo y escombros metálicos) en la superficie de la muestra a través de efectos de bombardeo físico, son adecuados para limpiar los contaminantes inorgánicos no solubles en la reacción y tienen poco daño en la superficie de la muestra, lo que es adecuado para dispositivos de precisión (como chips semiconductores y lentes ópticas).
Gas de limpieza química: representado por oxígeno (oš), aire, y algunos escenarios utilizarán hidrógeno (hš), nitrógeno (nš) o gas mixto. Los radicales libres de oxígeno producidos por el plasma de oxígeno son muy oxidados y pueden oxidarse con compuestos orgánicos (como aceite, fotorresistente, polímero residual), produciendo sustancias volátiles como CO2 y h¿ o, logrando una descontaminación completa, que es un gas de limpieza muy utilizado en el laboratorio y la industria; El plasma de hidrógeno es adecuado para eliminar la capa de óxido de la superficie metálica.
Gases mixtos: como los gases mixtos oĚ + ar, teniendo en cuenta el bombardeo físico y las reacciones químicas, la eficiencia de limpieza es mayor y adecuada para contaminantes complejos (contaminación mixta orgánica + inorgánica).
Potencia de plasma
La Potencia determina la ionización del plasma y la energía de las partículas activas:
Cuando la Potencia es demasiado baja, la ionización del gas no es suficiente, la concentración de partículas activas es baja, la velocidad de limpieza es lenta y el efecto es pobre;
Cuando la Potencia es demasiado alta, la energía de las partículas activas es demasiado grande, lo que puede causar un grabado excesivo en la superficie de la muestra (como la rotura del enlace cruzado en la superficie del material polimérico, el aumento de la rugosidad de la superficie metálica) e incluso dañar la estructura de la muestra.
Las diferentes muestras deben coincidir con la potencia: por ejemplo, las muestras de polímero son adecuadas para baja potencia (50 - 100w), y las muestras de metal / cerámica pueden tolerar alta potencia (200 - 500w).
Presión de trabajo de la cavidad
La presión atmosférica afecta el recorrido libre promedio y la frecuencia de colisión de las partículas activas en el plasma, que es la clave para ajustar la uniformidad de la limpieza:
Presión atmosférica demasiado alta (por ejemplo > 100pa): el recorrido libre promedio de las partículas activas es corto, las colisiones son frecuentes, la pérdida de energía es grande, la eficiencia de limpieza disminuye y es fácil causar una temperatura superficial demasiado alta de la muestra;
Presión atmosférica demasiado baja (como < 10pa): baja concentración de partículas activas, difícil de cubrir la superficie de la muestra, mala uniformidad de limpieza;
El rango de presión atmosférica en la mayoría de los escenarios es de 20 - 50pa, cuando la concentración de partículas activas y el equilibrio energético, la eficiencia de limpieza y la uniformidad son los mejores.
II. efectos de las características de las muestras
El material de la muestra, el Estado de la superficie y el tipo de contaminante determinan directamente la adaptabilidad del proceso de limpieza, que es la causa interna que afecta el efecto de limpieza.
Material de la muestra
Material metálico / cerámico: fuerte estabilidad química, resistente a la limpieza por plasma de alta potencia y largo tiempo, adecuado para eliminar la materia orgánica superficial y la capa de óxido con gas mixto o CO2 + ar ";
Materiales poliméricos (como plástico y caucho): la superficie es fácil de grabar o activar por plasma, y es necesario controlar la limpieza de baja potencia y corto tiempo para evitar la modificación excesiva de la superficie;
Materiales sensibles (como fotorresistentes, muestras biológicas): es necesario realizar una limpieza física moderada con gas inerte (ar), y está prohibido el uso de gas oxidativo.
Estado de la superficie de la muestra
Cuanto mayor sea la rugosidad de la superficie de la muestra, más fácil será esconder los contaminantes en las grietas, lo que requiere prolongar el tiempo de limpieza o aumentar la potencia;
Si hay una capa de óxido denso o una película de pasivación en la superficie de la muestra, es necesario seleccionar gases específicos (como el plasma h2ic para eliminar la capa de óxido metálico), de lo contrario es difícil eliminar eficazmente la contaminación.
Tipo y contenido de contaminantes
Contaminantes orgánicos (petróleo, disolventes residuales): se da prioridad a la limpieza química con plasma oš, la reacción es completa y no hay residuos;
Contaminantes de partículas (polvo, polvo metálico): se da prioridad al bombardeo físico con plasma ar para evitar la limpieza química para producir nuevos productos de reacción;
Cuando el contenido de contaminantes es demasiado alto, debe limpiarse por etapas (primero lavado grueso y luego lavado fino), o aumentar el flujo de gas para descargar los productos de reacción a tiempo.
III. efectos de las condiciones del proceso
Los parámetros del proceso, como el tiempo, la temperatura y el modo de colocación de la muestra durante el proceso de limpieza, afectan directamente la uniformidad y exhaustividad de la limpieza.
Tiempo de limpieza
El tiempo de limpieza es demasiado corto y los contaminantes no se eliminan por completo; El tiempo excesivo puede causar daños en la superficie de la muestra o activación excesiva.
Es necesario determinar el mejor tiempo a través de experimentos: el tiempo general de limpieza de contaminantes orgánicos es de 5 a 30 minutos, y el tiempo de limpieza de contaminantes de partículas es de 10 a 60 minutos, dependiendo del grosor y la Potencia de los contaminantes.
Temperatura de la cavidad
El proceso de descarga de plasma produce calor, lo que hace que la temperatura de la cavidad aumente:
Una temperatura demasiado alta puede deformar la muestra de polímero e inactivar la muestra biológica, y la temperatura debe controlarse reduciendo la potencia, acortando el tiempo o abriendo la función de enfriamiento de la cavidad;
Un calentamiento adecuado (como 40 - 60 ° c) puede acelerar la velocidad de reacción de oxidación de los contaminantes orgánicos y mejorar la eficiencia de la limpieza.
Colocación y tratamiento de muestras
Las muestras deben colocarse uniformemente en la Plataforma de carga, evitando apilar o bloquear, y asegurarse de que las partículas activas de plasma puedan cubrir todas las superficies a limpiar;
Las muestras de estructura compleja (como materiales porosos y dispositivos de precisión) deben ajustar el ángulo de colocación o utilizar una plataforma de carga giratoria para garantizar el efecto de limpieza de las grietas y los agujeros ciegos;
Antes de la limpieza, las muestras deben ser pretratadas (como la limpieza por ultrasonido para eliminar contaminantes de partículas grandes) y reducir la presión de la limpieza por plasma.