Плазма низкого давления была открыта в середине 20-ых годов прошлого века. С тех пор было выявлено множество исключительных особенностей плазмы и разработаны технологии ее промышленного применения. Сегодня, технология плазменной очистки и активации поверхности широко используется в таких областях как медицина, биотехнологии, аэрокосмическая и автомобильная промышленность, промышленное производство электроники и микроэлектроники и т.д.
Плазма представляет собой ионизированный газ. Основной отличительной особенностью плазмы от инертного газа является значительно более высокая электропроводность и реакционная способность. В качестве примера плазмы, которую можно встретить в природе можно привести молнии, северное сияние или солнце. В повседневной жизни мы также сталкиваемся с плазмой, например в люминесцентных лампах и лампах с низким энергопотреблением.
Рис. 1 Плазма – четвертое агрегатное состояние
Рис. 2 Плазма в природе
Различают несколько типов плазмы (идеальная и неидеальная, низко- и высокотемпературная, равновесная и неравновесная). При атмосферном давлении плазма имеет очень высокую температуру. Если давление снизить, например до 100 Па, можно получить плазму с более низкой температурой (плазма низкого давления). Этот вид плазмы будет называться холодной или неравновесной плазмой.
При использовании плазмы низкого давления, обрабатываемый материал нагревается лишь в незначительной степени так, как газ имеет очень низкую температуру. При этом энергия электронов соответствует температуре в несколько тысяч градусов по шкале Кельвина. Данное преимущество плазмы низкого давления позволяет использовать ее при обработке термочувствительных материалов.
Рисунок 3. Генерирование плазмы
Плазма низкого давления создается электромагнитными полями и взаимодействует с поверхностью на физическом и на химическом уровне. Физическое взаимодействие происходит посредством ионной бомбардировки поверхности. Ионы высокой энергии воздействуют на поверхность, вытесняя из нее материалы. При химическом взаимодействии в реакцию с поверхностью вступают созданные в плазме активные соединения такие, как радикалы кислорода, обладающие высокой реакционной способностью к органическим материалам. Возникающие химические и физические реакции и соответственно возможности применения плазмы зависят от газа, используемого для создания плазмы и частоты возбуждения. Используемый газ, к примеру, определяет, какой будет среда плазмы: окислительной, восстановительной или нейтральной.
Таблица 1. Свойства плазмы в зависимости от частоты возбуждения
Удаление органических остатков, активация поверхности путем окисления полимерных цепей, нанесение покрытия путем полимеризации подходящих мономеров, удаление оксидных слоев путем восстановления, травление с использованием агрессивных газов – это далеко не полный список возможностей плазмы низкого давления. Плазма нашла широкое применение в промышленности, ее используют для активации поверхности, очистки поверхности, осаждения тонких слоев металлов, снятия фоторезиста, травления и т.д. Преимущества плазмы заключаются в ее эффективности и минимальном воздействии на поверхность изделия в процессе обработки.
Плазменная обработка является важной частью процесса производства интегральных микросхем. Широкое применение данной технологии можно объяснить возросшими требованиями к производителям, от которых при выпуске нового поколения изделий ожидают, более быстрых и мощных микросхем меньшего размера. В процессе производства, плазма используется для подготовки поверхности изделия перед монтажом кристалла, разваркой проволокой и молдингом/корпусированием. Удаление загрязнений и активация поверхности плазмой повышают надежность и производительность конечного изделия, а также улучшают производство передовых технологических продуктов.
Обычные способы очистки поверхности имеют ряд недостатков, например после очистки жидкими реактивами, следы детергента или растворителя остаются на поверхности изделия, их невозможно удалить полностью даже после тщательной промывки и сушки.
При очистке плазмой низкого давления на поверхности не остается никаких органических загрязнений, а цикл обработки занимает всего несколько минут, что также является неоспоримым преимуществом. Кроме того, плазма может проникать в самые маленькие отверстия, складки, пазы и т.д. с очисткой которых не справляются химические реагенты. Еще одним преимуществом плазмы является то, что она подходит для большинства используемых в производстве материалов, а после обработки изделие не требует сушки.
В процессе плазменной очистки образуются газообразные и, следовательно, летучие вещества, которые без проблем можно будет удалить из камеры. Компоненты плазмы вступают в реакцию с органическими загрязнениями и деградируют их до воды и двуокиси углерода при комнатной температуре: (-CH2-CH2-) n + 3nO2 "2n CO2 + 2n H2O
Рисунок 4. Сравнение очистки плазмой и жидким реактивом
Рисунок 5. Контактный угол капли воды на поверхности изделия до (слева) и после (справа) обработки плазмой
Одним из мировых лидеров среди производителей оборудования для плазменной обработки является компания Pink Gmbh, имеющая целый ряд установок для проведения процесса плазменной очистки изделий различных форм и размеров. Производимые компанией установки установки могут быть камерного и конвейерного типа, с поштучной загрузкой и загрузкой партиями. Ознакомиться с модельным рядом установок плазменной обработки и с их техническими характеристиками Вы можете, перейдя по ссылке.