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等離子體是一種由離子、電子和中性粒子組成的一種電離態(tài)氣體，其中中性粒子主要包括分子、原子和自由基團(tuán)，等離子體宏觀上呈現(xiàn)電中性。在等離子體表面清洗工藝中，等離子體中包含的離子、電子和自由基團(tuán)等中性粒子在工藝中會產(chǎn)生不同的效果。電子的質(zhì)量小，電子的移動速度比離子快很多，電子比離子更早到達(dá)待清洗表面并使物體表面帶負(fù)電荷，有利于進(jìn)一步激活反應(yīng)，另一方面，電子與待清洗表面物質(zhì)的碰撞會產(chǎn)生激發(fā)態(tài)中性原子或自由基團(tuán)，達(dá)到清洗的目的;離子的作用通常指陽離子的作用，陽離子在電場中加速，動能提高，到達(dá)待清洗表面的陽離子的動能很大足以撞擊和去除附著在待清洗表面的物質(zhì)，對物體表面起到清洗的作用;激發(fā)態(tài)下的自由基團(tuán)具有較高的能量，很容易和待清洗表面物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成新的物質(zhì)或自由基，新的自由基又進(jìn)一步和待清洗表面物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到清洗的效果;另外，等離子體中的發(fā)射光具有較強(qiáng)的光能，可以使待清洗物體表面的物質(zhì)分子鍵斷裂斷裂達(dá)到清洗的作用。

常規(guī)等離子體清洗中，工件與等離子體發(fā)生器的距離非常近，等離子體中包含的電子、離子和激發(fā)態(tài)自由基團(tuán)對工件的處理都有影響。

遠(yuǎn)程等離子清洗原理

等離子體包含的電子、離子、激發(fā)態(tài)自由基團(tuán)等中性粒子會在復(fù)合過程中消失，復(fù)合的過程包括正離子與負(fù)離子復(fù)合、電子與正離子復(fù)合和自由基團(tuán)與自由基團(tuán)的復(fù)合等，電子與離子復(fù)合，負(fù)離子與正離子的復(fù)合速率為10^-7cm³/s，激發(fā)態(tài)自由基團(tuán)復(fù)合速率為10^-33cm³/s。遠(yuǎn)程等離子清洗技術(shù)利用等離子體中不同粒子的復(fù)合速度不同，將工件放在遠(yuǎn)離等離子體發(fā)生器的位置上，等離子體從等離子體發(fā)生區(qū)域到達(dá)待清洗工件表面的過程中，電子和離子復(fù)合速度快，濃度逐漸降低，自由基團(tuán)等中性粒子復(fù)合速度更慢，濃度逐漸升高。到達(dá)工件表面的等離子體主要通過自由基團(tuán)等中性粒子與工件表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到清洗的效果，可以減少離子轟擊紫外輻射對工件表面的損傷，反應(yīng)溫和，副反應(yīng)少，可控性強(qiáng)。

遠(yuǎn)程等離子清洗,最顯著的特點(diǎn)就是等離子體產(chǎn)生區(qū)域和反應(yīng)區(qū)域不在同一個腔體，遠(yuǎn)程等離子體源所用于的清洗平臺將發(fā)生腔體與反應(yīng)腔體分離,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。等離子體的產(chǎn)生和與待清洗樣件的反應(yīng)是在不同的腔室內(nèi)完成的。反應(yīng)氣體進(jìn)入等離子體激發(fā)腔室內(nèi),在外加電場的作用下被電離產(chǎn)生等離子體,然后通過管道或者特定的過濾裝置進(jìn)入反應(yīng)腔室。由于帶電粒子在傳輸過程中會被管道器壁或者特定的裝置過濾掉,中性的自由基會進(jìn)入反應(yīng)腔室與清洗樣件表面的污染物進(jìn)行反應(yīng)。因?yàn)闆]有帶電粒子,整個反應(yīng)過程不會造成反應(yīng)腔體的損壞。

圖1 遠(yuǎn)程等離子清洗原理示意圖