CN115889342B - 复合等离子体清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了复合等离子体清洗方法，包括如下步骤：S1，将工件置于真空室内的工件架上；S2，将真空室抽真空；S3，向真空室内充入惰性气体使真空室内的气压处于偏压辉光清洗和离子束清洗均可工作的工作压力；S4，开启偏压电源及离子束源对真空室内的工件同时进行偏压辉光清洗和离子束清洗。本发明将偏压辉光清洗和离子束清洗结合来同步对真空室内的工件进行清洗，能够将两种清洗方式的优点完美结合，并实现它们缺点的互补，达到大面积、大规模清洗和局部定向清洗的有效结合，这样不仅能够提高清洗效果，适用于批量清洗需要，同时，一炉工件能够在半小时内全部完成清洗，清洗时间大大减少，有效地提高了清洗效率。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜工艺领域，尤其是复合等离子体清洗方法。
背景技术
在镀膜领域中，在镀膜前对工件进行清洗是比不可少的环节，清洗的目的主要是为了清除表面的污渍、油渍、灰尘等，让工件露出本底基材以使镀膜时，膜层直接和本底基材接触，从而提高了基材和膜层的附着力、光洁度以及膜层的致密性。
传统的清洗方式主要是超声波清洗，需经过酸洗、碱洗、漂洗等等环节，最后还要烘干。
然而镀制精密工件膜层，只通过超声波和酸碱漂洗，远远是不够的，为了膜层的附着力更强，光洁度更好，膜层更致密，后期采用了在真空镀膜机腔体里面增加离子源来进行等离子体清洗。
等离子体是物质的一种状态，也叫做物质的第四态，并不属于常见的固液气三态。对气体施加足够的能量使之离化便成为等离子状态。等离子体的“活性”组分包括：离子、电子、原子、活性基团、激发态的核素（亚稳态）、光子等。等离子束清洗就是通过利用这些活性组分的性质来处理样品表面，从而实现清洁、涂覆等目的。
常见的等离子体清洗方法有空心阴极源清洗，热丝弧源清洗，霍尔离子源清洗，考夫曼离子源清洗等。
以上技术存在的基本缺点有：
1）清洗面积太小，不适合大规模量产。
2）清洗时工件表面的异型形状清洗不到，尤其是孔洞，槽口，折弯，边缘位置等，导致局部清洗不良。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种复合等离子体清洗方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
复合等离子体清洗方法，使用偏压辉光清洗和离子束清洗同步对真空室内的工件进行清洗。
优选的，所述复合等离子体清洗方法包括如下步骤：
S1，将工件置于真空室内的工件架上；
S2，将真空室抽真空；
S3，向真空室内充入惰性气体使真空室内的气压处于偏压辉光清洗和离子束清洗均可工作的工作压力；
S4，开启偏压电源及离子束源对真空室内的工件同时进行偏压辉光清洗和离子束清洗。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述真空室内设置的离子束源为阳极层离子源且它们均匀分布在工件架周围。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述阳极层离子源的内阴极和外阴极的水平距离在4-8mm之间，阴阳极在高度方向上的距离在4-8mm之间。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述阳极层离子源的磁体的磁感应强度在450-550mT之间。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述离子束源采用脉冲电源，所述脉冲电源工作时的占空比不超过40%。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述S3中，所述真空室内的气压在0.6-1.5Pa之间。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述S4中，所述偏压电源工作时的电压在700-2000V之间。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述S4中，所述离子束源工作时的电压在300-2000V之间。
优选的，所述复合等离子体清洗方法中，所述偏压辉光清洗和离子束清洗同步对工件进行清洗的时间不超过1个小时。
本发明技术方案的优点主要体现在：
本发明将偏压辉光清洗和离子束清洗结合来同步对真空室内的工件进行清洗，能够将两种清洗方式的优点完美结合，并实现它们缺点的互补，达到大面积、大规模清洗和局部定向清洗的有效结合，这样不仅能够提高清洗效果，适用于批量清洗需要，同时，一炉工件能够在半小时内全部完成清洗，清洗时间大大减少，有效地提高了清洗效率。
本发明通过对阳极层离子源的结构的改进，使得阳极层离子束清洗和偏压辉光清洗在同一工作气压条件下同步工作，从而实现两种工艺的充分结合。本发明同时通过对阳极层离子源中的磁体的磁感应强度的设计，使得阴极距离和阳极距离调整后的阳极层离子源的产生的离子束的能量能够有效满足预期的清洗质量要求。进一步，阳极层离子源采用脉冲电源，并使脉冲电源工作时的占空比不超过40%，这样使得离子束在更高的气压下工作时具有更高的稳定性。
本发明通过均匀分布在工件架周围的阳极层离子源配合，能够从不同的方向和角度来对工件进行清洗，有效增强对于异型工件的清洗能力，尤其提升了孔洞，槽口，折弯，边缘位置的清洗效果。
本发明使偏压电源采用高电压以获得15-20A的偏压电流，从而有效地增加离子能量，从而改善清洗质量。
附图说明
图1是本发明的阳极层离子源的剖视示意图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。
下面结合附图对本发明揭示的复合等离子体清洗方法进行阐述，相交于常规的等离子体清洗方法只使用一种方式进行刻蚀清洗存在的问题，本发明创新的将两种清洗方式结合同步对工件进行清洗，能够有效将两种清洗方式的优点结合，并实现它们缺点的互补，达到最优的清洗效果和效率。
具体的是将偏压辉光清洗和离子束清洗结合来同步对真空室内的工件进行清洗。其中，偏压辉光清洗的等离子体的偏流较大，能够实现大面积的清洗，但是这种方法对形状复杂的工件表面清洗时，由于辉光分布不均匀导致清洗效果达不到预期，尤其是对孔洞，槽口，折弯，边缘位置的清洗效果不佳。而离子束清洗具有等离子体能量大且具有定向性的优势，但是存在等离子体偏流小，清洗时间长，效率低的不足。将两种清洗方式结合后，偏压辉光清洗的大面积高效率的优点有效克服了离子束清洗偏流小、效率低的问题，同时，离子束清洗的等离子体能量大和定向性有效弥补了偏压辉光清洗的等离子能量不足且不能对边角区域、异性位置进行高质量清洗的缺陷，实现了清洗效果和效率的完美结合。
详细来看，所述的复合等离子体清洗方法具体包括如下步骤：
S1，将批量的工件置于真空室内的工件架上；
S2，将真空室抽真空；
S3，向真空室内充入惰性气体（优选为氩气）使真空室内的气压处于偏压辉光清洗和离子束清洗均可工作的工作压力；
S4，开启偏压电源及离子束源对真空室内的工件同时进行偏压辉光清洗和离子束清洗。具体操作时，先开启偏压电源，然后逐一开启离子束源。
其中，所述离子束源均匀分布在真空室内设置的工件架的周围，这样能够实现不同角度方向的离子束清洗，从而改善离子束清洗的效果。
所述离子束源优选为阳极层离子源。与已知的阳极层离子源一样，如附图1所示，所述阳极层离子源包括内阴极10及位于所述内阴极10外周的外阴极20，所述内阴极10和外阴极20的间隙的正下方间隙设置有阳极30。所述内阴极10的正下方设置有位于阳极30中间位置的磁体40，所述磁体40为永磁体。当然，所述阳极层离子源也可以采用授权公告号为CN110767522B所揭示的结构。
但是，在实际结合时，研究人员发现：偏压辉光清洗时，需要向真空室内通入大量的气体，真空室内的气压较高，工作气压在0.7-10Pa之间。而阳极层离子束清洗时，真空室内的气压较低，其工作气压在0.1-0.4Pa之间。因此，两种清洗方式的工作气压不同，这就导致它们不能同时工作。
为了解决这样的问题，研究人员研究发现：通过改变阳极层离子源的内阴极10和外阴极20之间的水平距离以及阴极与阳极30在高度方向上的距离可以调整阳极层离子束清洗时所需的工作压力。研究人员研究发现内阴极10和外阴极20之间的水平间距以及阴极和阳极30在高度方向上的距离较小时，辉光放电的极间距近，在离子束源工作时的电压在1500V-2000V时，在高气压下，容易发生击穿从而导致离子束工作不稳定。通过使内阴极和外阴极20的水平距离保持在4-8mm之间，阴阳极在高度方向上的距离保持在4-8mm之间，能够加大辉光放电的极间距，有效降低打弧的发生，从而使得离子束能在更高的气压下保持稳定。具体的，当所述离子束源在1500V-2000V的电压下工作时，离子束能够在1.5Pa以内的工作气压下稳定工作。
另外，所述阳极层离子源连接离子束电源，所述离子束电源采用脉冲电源，并且，在清洗时，当脉冲电源的占空比控制在40%以内时，能有效抑制离子束在高电压1500-2000V，高气压0.6-1.5Pa下的打弧现象，这样有利于使得离子束在更高的工作压力下工作更加稳定。
上述间距的调整虽然使得离子束能够在更高的工作气压下稳定工作，但是，同时会造成离子能量的减弱，这就影响了清洗效果，因此，需要增加离子能量，具体是通过增加所述阳极层离子源的磁体40的磁感应强度来实现，研究人员进一步研究确定：当磁体40的磁感应强度在450-550mT（毫特斯拉）之间时，能够使离子能量达到预期效果。
在偏压辉光清洗时，为了保证偏压获得大的偏压电流（2-30A，更优为15-30A）以取得较好的清洗效果，所述偏压电源工作时采用较高的电压，所述电压在700-2000V之间，更优在800V-2000V之间，此时，真空室内的气压应该高于0.6Pa，因此，为了使所述偏压辉光清洗及离子束清洗均工作在最佳状态，所述S3中，所述真空室内的气压在0.6-10Pa之间，更优在0.6-1.5Pa之间。
所述S4中，所述离子束源工作时的电压在300-2000V之间，更优在1500V-2000V之间。所述偏压辉光清洗和离子束清洗同步对工件进行清洗的时间不超过1个小时，更优为不超过45分钟，最优为30分钟内。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.复合等离子体清洗方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，将工件置于真空室内的工件架上；
S2，将真空室抽真空；
S3，向真空室内充入惰性气体使真空室内的气压处于偏压辉光清洗和离子束清洗均可工作的工作压力；
S4，开启偏压电源及离子束源对真空室内的工件同时进行偏压辉光清洗和离子束清洗；所述真空室内设置的离子束源为阳极层离子源且它们均匀分布在工件架周围；所述偏压电源工作时的电压在700-2000V之间；所述离子束源工作时的电压在300-2000V之间；所述阳极层离子源的内阴极和外阴极的水平距离在4-8mm之间，阴阳极在高度方向上的距离在4-8mm之间；所述真空室内的气压在0.6-10Pa之间。
2.根据权利要求1所述的复合等离子体清洗方法，其特征在于：所述阳极层离子源的磁体的磁感应强度在450-550mT之间。
3.根据权利要求1所述的复合等离子体清洗方法，其特征在于：所述离子束源采用脉冲电源，所述脉冲电源工作时的占空比不超过40%。
4.根据权利要求1所述的复合等离子体清洗方法，其特征在于：所述S3中，所述真空室内的气压在0.6-1.5Pa之间。
5.根据权利要求1-4任一所述的复合等离子体清洗方法，其特征在于：所述偏压辉光清洗和离子束清洗同步对工件进行清洗的时间不超过1个小时。
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