RU2036242C1 - Method and apparatus for piece surface plasma treatment - Google Patents
Method and apparatus for piece surface plasma treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2036242C1 RU2036242C1 SU5006149A RU2036242C1 RU 2036242 C1 RU2036242 C1 RU 2036242C1 SU 5006149 A SU5006149 A SU 5006149A RU 2036242 C1 RU2036242 C1 RU 2036242C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- jet
- product
- protective gas
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке поверхности изделий, а именно к способу плазменной обработки поверхности изделия и устройству для его осуществления, и может быть использовано, например, в электротехнике, машиностроении, электронике и других областях. The invention relates to surface treatment of products, and in particular to a method for plasma surface treatment of a product and a device for its implementation, and can be used, for example, in electrical engineering, mechanical engineering, electronics and other fields.
Известен способ плазменной обработки твердого тела [1] при котором обработку изделия проводят вне вакуумной камеры при непрерывном перемещении изделия, то есть обрабатываемое изделие вводят в поток плазмы, во время обработки изделия перемещают в потоке плазмы и затем выводят обрабатываемое изделие из потока плазмы. Обработку изделия проводят за несколько циклов. Такая динамическая обработка обладает высокой производительностью. Однако обработка поверхности, проходящая в незащищенном пространстве, приводит к тому, что при выводе изделия из потока плазменной струи на обрабатываемую поверхность попадают частицы пыли из окружающей среды. Такое загрязнение обрабатываемой поверхности совершенно не допустимо при обработке, например, подложек печатных схем СБИС, в которых оно приводит к полному браку изделия. A known method of plasma processing of a solid [1] in which the product is processed outside the vacuum chamber with continuous movement of the product, that is, the workpiece is introduced into the plasma stream, during the processing of the product is moved in the plasma stream and then the processed product is removed from the plasma stream. Processing of the product is carried out in several cycles. This dynamic processing has high performance. However, surface treatment, which takes place in unprotected space, leads to the fact that when the product is removed from the plasma jet stream, dust particles from the environment get onto the surface to be treated. Such contamination of the treated surface is completely unacceptable when processing, for example, the substrates of printed circuits VLSI, in which it leads to complete marriage of the product.
Данный способ реализован в установке для плазменной обработки твердого тела, содержащей генератор плазменной струи атмосферного давления с системой подачи плазмообразующего газа, носитель изделия и держатель изделия. Причем генератор и носитель установлены с возможностью взаимного относительного перемещения. Такая установка не требует герметичной камеры с вакуумными средствами откачки и сразу готова к работе. Однако эта установка обладает теми же недостатками, что и вышеописанный способ. This method is implemented in the installation for plasma processing of a solid body, containing a plasma jet of atmospheric pressure generator with a plasma gas supply system, an article carrier and an article holder. Moreover, the generator and the carrier are installed with the possibility of relative relative movement. Such an installation does not require a sealed chamber with vacuum pumping means and is immediately ready for operation. However, this installation has the same disadvantages as the above method.
Цель изобретения создание способа плазменной обработки поверхности изделия, в котором обрабатываемое изделие защищают потоком газа, препятствующего попаданию загрязняющих частиц из окружающей среды на обрабатываемую поверхность. The purpose of the invention is the creation of a plasma treatment method for the surface of the product, in which the workpiece is protected by a gas stream that prevents the ingress of polluting particles from the environment onto the treated surface.
Цель достигается тем, что в способе плазменной обработки поверхности изделия, включающем введение обрабатываемого изделия в поток плазмы, непрерывное перемещение изделия в потоке плазмы и выведение обрабатываемого изделия из потока плазмы, до ввода изделия в поток плазмы и после вывода его из потока плазмы обдувают поверхность изделия струей защитного газа, параллельной обрабатываемой поверхности, при этом обрабатываемое изделие помещают в начальном участке струи защитного газа до начала основного участка струи. The goal is achieved by the fact that in the method of plasma processing the surface of the product, including the introduction of the processed product into the plasma stream, the continuous movement of the product in the plasma stream and the removal of the processed product from the plasma stream, before the product is introduced into the plasma stream and after it is removed from the plasma stream, the surface of the product is blown a protective gas jet parallel to the surface to be treated, wherein the workpiece is placed in the initial portion of the protective gas jet before the start of the main jet portion.
Преимуществом предлагаемого способа плазменной обработки поверхности изделия является повышение качества обработки, поскольку при такой обработке изделия можно избежать попадания загрязняющих частиц из окружающей среды на обрабатываемое изделие. Эффект защиты достигается за счет того, что в начальном участке струи, где размещается обрабатываемая поверхность, отсутствуют частицы пыли и любые другие частицы из окружающей среды. Эти частицы проникают в струю за счет диффузии, при этом скорость диффузии направлена от периферии струи к ее центру. Сложение скоростей газа в струе и диффузии приводит к тому, что образуется начальный участок в виде конуса, свободный от примесей частиц из окружающей среды. Данный эффект достижим как при турбулентном, так и при ламинарном режимах течения газа в начальном участке струи, однако в случае ламинарного течения скорости диффузии значительно ниже скорости самого потока, и протяженность начального участка струи особенно велика. Для определения размера начального участка L используют соотношение
L=VгR2/D, (1) где Vг скорость газа в защитной струе;
R поперечный размер струи защитного газа;
D коэффициент диффузии вещества внешней среды в струе.The advantage of the proposed method for plasma processing of the surface of the product is to improve the quality of processing, since with such processing of the product it is possible to avoid the ingress of contaminants from the environment onto the workpiece. The protection effect is achieved due to the fact that in the initial section of the jet, where the treated surface is located, there are no dust particles and any other particles from the environment. These particles penetrate the jet due to diffusion, while the diffusion rate is directed from the periphery of the jet to its center. The addition of gas velocities in the jet and diffusion leads to the formation of the initial section in the form of a cone, free of particle impurities from the environment. This effect is achievable both in the turbulent and laminar regimes of the gas flow in the initial section of the jet; however, in the case of a laminar flow, the diffusion rate is much lower than the velocity of the stream itself, and the length of the initial section of the jet is especially large. To determine the size of the initial section L using the ratio
L = V g R 2 / D, (1) where V g is the gas velocity in the protective stream;
R is the transverse dimension of the protective gas jet;
D is the diffusion coefficient of the substance of the external medium in the jet.
Если режим течения защитной струи в начальном участке турбулентный, то следует использовать значение для турбулентной диффузии, если ламинарный то обычный коэффициент молекулярной диффузии. Знание соотношения размеров и скоростей позволяет избежать попадания обрабатываемой поверхности в основной участок струи, в котором преобладает турбулентное перемешивание и происходит интенсивный перенос загрязняющих частиц окружающей среды и попадание их на обрабатываемую поверхность. If the flow regime of the protective jet in the initial section is turbulent, then the value for turbulent diffusion should be used, if laminar then the usual coefficient of molecular diffusion. Knowing the ratio of sizes and velocities avoids getting the surface to be treated in the main section of the jet, in which turbulent mixing predominates and there is an intensive transfer of environmental polluting particles and getting them onto the surface to be treated.
Наиболее полно эффект предотвращения загрязнения обрабатываемой поверхности частицами окружающей среды и протекания на ней нежелательных химических реакций может быть достигнут не только при расположении изделия в начальном участке струи защитного газа до и после вывода обрабатываемого его в поток плазмы, но и во время обработки, для чего обработку проводят начальным участком плазменной струи, длина которого определяется из соотношения
l=Vпd2/D, (2) где Vп скорость плазменной струи;
d диаметр плазменной струи;
D коэффициент диффузии.The effect of preventing pollution of the treated surface by environmental particles and the occurrence of undesirable chemical reactions on it can be achieved not only when the product is located in the initial section of the protective gas jet before and after the output of the processed gas into the plasma stream, but also during processing, for which the treatment spend the initial portion of the plasma jet, the length of which is determined from the ratio
l = V p d 2 / D, (2) where V p the speed of the plasma jet;
d plasma jet diameter;
D is the diffusion coefficient.
При такой обработке изделия можно избежать прохождения нежелательных химических реакций на обрабатываемой поверхности, в частности окисления наносимого на поверхность слоя, используя нейтральный защитный газ. With such processing of the product, undesired chemical reactions on the surface to be treated can be avoided, in particular the oxidation of the layer applied to the surface using a neutral protective gas.
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью установки для плазменной обработки поверхности изделий, содержащей генератор плазменной струи атмосферного давления с системой подачи плазмообразующего газа и носитель, снабженный держателем обрабатываемого изделия, генератор и носитель установлены с возможностью взаимного относительного перемещения для ввода изделия в зону обработки и вывода из этой зоны, установка снабжена формирователем струи защитного газа в виде патрубка, сообщенного с источником защитного газа и установленного на носителе выходным отверстием к держателю обрабатываемого изделия, причем расстояние S от выходного отверстия патрубка до противолежащего края держателя обрабатываемого изделия выбирают из соотношения
S ≅ Vгb2/D, (3) где Vг скорость струи защитного газа;
b диагональ или диаметр выходного отверстия патрубка;
D коэффициент диффузии внешней среды в струе защитного газа.The proposed method can be implemented using the installation for plasma surface treatment of products containing a plasma jet of atmospheric pressure with a plasma gas supply system and a carrier equipped with a holder of the processed product, the generator and the carrier are installed with relative relative movement to enter the product into the processing and output zone from this zone, the installation is equipped with a shielding gas shaper in the form of a pipe in communication with the shielding gas source and is installed on the carrier with an outlet to the holder of the workpiece, and the distance S from the outlet of the nozzle to the opposite edge of the holder of the workpiece is selected from the ratio
S ≅ V g b 2 / D, (3) where V g is the speed of the protective gas jet;
b diagonal or diameter of the outlet of the nozzle;
D is the diffusion coefficient of the external environment in the protective gas jet.
На фиг. 1 изображена схема выполнения предлагаемой установки, вариант; на фиг. 2 структура начального участка потока или струи. In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed installation, option; in FIG. 2 structure of the initial portion of the stream or stream.
Установка (фиг. 1) включает в себя генератор 1 потока плазмы атмосферного давления, с помощью которого возможно осуществлять различные операции: очистку, травление, нанесение слоев, активация поверхности и другие, в зависимости от того, какие активные частицы подаются через систему подачи плазмообразующего газа (не показана). Носитель 2, снабженный держателем 3 обрабатываемого изделия 4, имеет привод 5 для ввода и вывода изделия 4 в зону обработки плазменной струи 6 генератора 1. На носителе 2 жестко установлен формирователь, выполненный в виде патрубка 7 круглого сечения, выходное отверстие которого имеет диаметр 2˙10-2 м. Патрубок 7 сообщен с источником защитного газа (не показан), в качестве защитного газа может быть использован, например, холодный азот. Выходное отверстие патрубка 7 обращено в сторону держателя 3 изделия 4. Ось струи защитного газа, направляемой из патрубка 7, параллельна поверхности изделия 4. В выходном отверстии патрубка 7 установлена проницаемая для газа перегородка 8, выполненная из набора сеток. Такая перегородка 8 позволяет получить на выходе патрубка 7 равномерный поток газа. Расстояние S между противолежащим краем обрабатываемого изделия 4 и выходным отверстием патрубка 7 выбирается из условия
S ≅ Vгb2/D, (4) где Vг газодинамическая скорость струи защитного газа;
b диаметр выходного отверстия патрубка 7;
D коэффициент диффузии атомов и молекул внешней среды в струе защитного газа.The installation (Fig. 1) includes an atmospheric pressure plasma flow generator 1, with which it is possible to carry out various operations: cleaning, etching, applying layers, surface activation, and others, depending on which active particles are supplied through the plasma-forming gas supply system (not shown). The
S ≅ V g b 2 / D, (4) where V g is the gas-dynamic velocity of the protective gas jet;
b diameter of the outlet of the
D is the diffusion coefficient of atoms and molecules of the environment in a jet of protective gas.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.
Обрабатываемую пластину (изделие 4) устанавливают на держателе 3 и подают защитный газ (холодный азот) в патрубок 7 со скоростью Vг=0,25 м/с. Зная диаметр трубы b=2˙10-2 м и коэффициент диффузии для холодного азота D=10-4 м2/с, определяют величину начального участка струи защитного газа из равенства (1)
Z=0,25˙ (2˙10-2)2/10-4=1 м.The processed plate (product 4) is mounted on the
Z = 0,25˙ (2˙10 -2) 2/10 -4 m = 1.
Для надежной защиты обрабатываемой пластины (изделия 4) необходимо установить расстояние S между выходным отверстием патрубка 7 и противолежащим патрубку 7 концом держателя 3 менее 1 м, например, S=0,7 м, при этом ось струи защитного газа лежит в плоскости, образованной поверхностью обрабатываемой пластины (изделия 4). Таким образом пластина (изделие 4) полностью находится в начальном участке струи защитного газа. For reliable protection of the plate being processed (product 4), it is necessary to establish the distance S between the outlet of the
Перед включением генератора 1 необходимо установить его так, чтобы проводить обработку пластины (изделия 4) начальным участком плазменной струи. Before turning on the generator 1, it is necessary to install it so that the plate (product 4) is processed with the initial portion of the plasma jet.
Вариант для аргоновой плазмы. Option for argon plasma.
Диаметр сопла генератора 1 d=10-3 м, скорость потока плазмы Vп=100 м/с, коэффициент диффузии для аргоновой плазмы при давлении 105 Па и температуре 104 К D=10-3 м2/с. Подставляют эти значения в равенство (2):
l=100˙ (10-3)2/10-3=10 см.The diameter of the generator nozzle is 1 d = 10 -3 m, the plasma flow velocity V p = 100 m / s, the diffusion coefficient for argon plasma at a pressure of 10 5 Pa and a temperature of 10 4 K D = 10 -3 m 2 / s. Substitute these values in equality (2):
l = 100˙ (10 -3) 2/10 = 10 cm -3.
Устанавливают расстояние а, равное 7 см. Это расстояние а между поверхностью пластины (изделия 4) и плоскостью выходного отверстия сопла генератора 1. Set the distance a equal to 7 cm. This distance a is between the surface of the plate (product 4) and the plane of the outlet of the nozzle of the generator 1.
После включения генератора 1 включают привод 5, и носитель 2 перемещает пластину (изделие 4) на держателе 3 в зону обработки плазменной струей 6 генератора 1. Перемещая пластину в плазменной струе 6 генератора 1, производят необходимую обработку поверхности пластины. При этом не происходит разбивания потока плазмы струей защитного газа из патрубка 7, так как скоростной напор потока плазмы значительно превышает скоростной напор струи газа. При выходе обрабатываемой пластины (изделия 4) из плазменной струи она вновь обдувается струей защитного газа. И цикл обработки может быть повторен вновь. After turning on the generator 1, the drive 5 is turned on, and the
Обработку изделия проводят начальным участком потока плазмы при непрерывном перемещении изделия в нем, а до ввода изделия в поток плазмы и после вывода из потока плазмы обдувают обрабатываемую поверхность струей защитного газа, параллельной обрабатываемой поверхности, при этом изделие помещают в начальном участке струи защитного газа до основного участка струи. Processing of the product is carried out by the initial portion of the plasma stream with continuous movement of the product in it, and before the product is introduced into the plasma stream and after withdrawal from the plasma stream, the treated surface is blown with a protective gas jet parallel to the treated surface, while the product is placed in the initial portion of the protective gas jet plot of the jet.
При подаче в патрубок 7 с проницаемой перегородкой 8 защитного газа на выходе патрубка 7 скорость течения газа равномерна (фиг. 2). В этом случае вытекающая струя имеет три участка, границы которых показаны на фиг. 2: начальный участок 9, зона 10 смещения струи газа и окружающей среды и основной участок 11 струи. Начальный участок 9 имеет вид конуса (фиг. 2). Конус образуется в результате стремления частиц газа окружающей среды диффундировать в струю защитного газа со скоростью Vд в направлении, перпендикулярном оси струи, и стремления частиц защитного газа двигаться по инерции со скоростью Vг в осевом направлении. В результате сложения этих двух векторов скорости получают вектор результирующей скорости Vр. Это действительное направление, в котором движется частица, попадающая в струю газа.When applying to the
Частица газа окружающей среды, находящаяся в зоне 10 смешения, может попасть на ось струи защитного газа только в точках, расположения правее точки 12. Эта точка 12 определяет протяженность Z защитной зоны от плоскости выходного отверстия патрубка 7. В зоне (участке) 9 отсутствуют частицы из окружающей среды. Расстояние l для потока плазмы может быть определено из соотношения (2). An environmental gas particle located in mixing
Располагая обрабатываемую пластину (изделие) 4 (фиг. 1) на расстоянии S<Z от патрубка 7 и на расстоянии a<l от генератора 1 потока плазмы, можно гарантировать непопадание загрязняющих частиц из окружающей среды. By positioning the processed plate (product) 4 (Fig. 1) at a distance S <Z from the
Предлагаемый способ плазменной обработки поверхности изделий позволяет при высоких скоростях обработки получать изделия высокого качества, применяется при изготовлении интегральных схем СБИС. Он позволяет, меняя подаваемые в генератор плазмы активные компоненты, проводить полное изготовление интегральных схем СБИС от предварительной очистки до нанесения слоев в условиях гидродинамической защиты, что исключает попадание загрязняющих частиц на поверхность изделия. Полная изоляция обрабатываемой поверхности от загрязняющего воздействия внешней среды позволяет вести плазменную обработку в любой газовой среде, в частности на воздухе. The proposed method of plasma surface treatment of products allows high-speed processing to obtain high-quality products, is used in the manufacture of integrated circuits VLSI. It allows, by changing the active components supplied to the plasma generator, to complete the production of VLSI integrated circuits from pre-cleaning to applying layers under hydrodynamic protection, which eliminates the ingress of contaminating particles onto the surface of the product. Complete isolation of the treated surface from the polluting effect of the external environment allows plasma treatment in any gaseous medium, in particular in air.
Claims (4)
L Vг · R2/D,
где Vг газодинамическая скорость струи защитного газа;
R диаметр струи защитного газа;
D коэффициент диффузии атомов и молекул внешней среды в струе защитного газа.2. The method according to claim 1, characterized in that the initial portion of the protective gas jet is determined from the ratio
LV g R 2 / D,
where V g the gas-dynamic velocity of the jet of protective gas;
R is the diameter of the shielding gas stream;
D is the diffusion coefficient of atoms and molecules of the environment in a jet of protective gas.
l Vп · d2/D,
где Vп газодинамическая скорость потока плазмы;
d диаметр потока плазмы;
D коэффициент диффузии атомов и молекул внешней среды в потоке плазмы.3. The method according to claim 1, characterized in that the initial portion of the plasma flow is determined from the ratio
l V p · d 2 / D,
where V p the gas-dynamic velocity of the plasma flow;
d plasma flow diameter;
D is the diffusion coefficient of atoms and molecules of the environment in the plasma stream.
S ≅ Vг · b2/D,
где Vг газодинамическая скорость струи защитного газа;
b диагональ или диаметр выходного отверстия патрубка;
D коэффициент диффузии внешней среды в струе защитного газа.4. Installation for plasma processing of the surface of the product, containing a generator of a plasma jet of atmospheric pressure with a plasma gas supply system and a carrier provided with a holder of the processed product, the generator and the carrier are mounted with relative relative movement for introducing the product into the processing zone and withdrawal from this zone, characterized the fact that the installation is equipped with a shaper of a protective gas jet in the form of a pipe in communication with a source of protective gas and installed on the carrier with an outlet a hole to the holder of the workpiece, and the distance S from the outlet of the nozzle to the opposite edge of the holder of the workpiece is selected from the ratio
S ≅ V g b 2 / D,
where V g the gas-dynamic velocity of the jet of protective gas;
b diagonal or diameter of the outlet of the nozzle;
D is the diffusion coefficient of the external environment in the protective gas jet.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006149 RU2036242C1 (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Method and apparatus for piece surface plasma treatment |
| DE69216637T DE69216637T2 (en) | 1991-11-01 | 1992-10-30 | METHOD FOR TREATING THE SURFACE OF A WORKPIECE |
| US08/232,063 US5562841A (en) | 1991-11-01 | 1992-10-30 | Methods and apparatus for treating a work surface |
| JP5508174A JPH07500635A (en) | 1991-11-01 | 1992-10-30 | Workpiece surface processing method and device |
| PCT/EP1992/002549 WO1993009261A1 (en) | 1991-11-01 | 1992-10-30 | Methods and apparatus for treating a work surface |
| EP92923302A EP0610392B1 (en) | 1991-11-01 | 1992-10-30 | Methods for treating a work surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006149 RU2036242C1 (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Method and apparatus for piece surface plasma treatment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2036242C1 true RU2036242C1 (en) | 1995-05-27 |
Family
ID=21587266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5006149 RU2036242C1 (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Method and apparatus for piece surface plasma treatment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2036242C1 (en) |
-
1991
- 1991-11-01 RU SU5006149 patent/RU2036242C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Данилин Б.С. и Киреев В.Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. М.: Энергоатомиздат, с.48-50. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2030811C1 (en) | Solid body plasma processing plant | |
| EP0610392B1 (en) | Methods for treating a work surface | |
| JP2598336B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| US4973379A (en) | Method of aerosol jet etching | |
| WO2005089107A3 (en) | Apparatus and method for applying coatings onto the interior surfaces of components and related structures produced therefrom | |
| KR20000036062A (en) | Aerodynamic aerosol chamber | |
| GB2229739A (en) | Sports ground surface | |
| EP0949984A1 (en) | Rotatable and translatable spray nozzle | |
| RU2036242C1 (en) | Method and apparatus for piece surface plasma treatment | |
| EP0807951B1 (en) | Apparatus and method for cleaning the inner surface of a vacuum chamber with a magnetic neutral line discharged plasma | |
| JPH04237123A (en) | Plasma processor | |
| TW348161B (en) | Apparatus and method of processing a semiconductor substrate | |
| JP2865619B2 (en) | Cleaning method and cleaning apparatus using gas | |
| EP0393637B1 (en) | Plasma processing method | |
| JP3314409B2 (en) | Plasma generator | |
| EP1958232A1 (en) | Medium pressure plasma system for removal of surface layers without substrate loss | |
| RU2038410C1 (en) | Plant for plasma treatment of product surface | |
| JPH0774153A (en) | Etching system | |
| JPH0846346A (en) | Soldering device | |
| JPH09115880A (en) | Dry etching apparatus | |
| SU1678864A1 (en) | Method for treating surface of long articles by high-temperature gas flow | |
| JPH05234947A (en) | Microwave plasma etching device | |
| JPH0441673A (en) | Vacuum device and leaking method therefor | |
| JP2803850B2 (en) | Semiconductor substrate surface cleaning method | |
| JPH03196615A (en) | Semiconductor manufacturing device |