WO2014009583A1 - Dispositivo y método para limpiar superficies con haz de gases en vacío y ultra alto vacío - Google Patents

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cleaning surfaces
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PCT/ES2013/070486
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Lidia MARTÍNEZ ORELLANA
Elisa Leonor ROMÁN GARCÍA
Yves Huttel
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Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Original Assignee
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned

Definitions

  • the present invention proposes a device and a method for cleaning surfaces with a gas beam in a vacuum and ultra high vacuum.
  • the device and method disclosed by the present invention are based on the bombardment of molecules and aggregates, and not of ionized particles, as is the case in the state of the art. This entails significant advantages and avoids the disadvantages of the devices and methods associated with the state of the art.
  • the scope of the present invention is any where cleaning of a surface with controlled surface contamination is required.
  • Some fields of application are found in the chemistry and pharmacy sectors, in rubber and plastic materials, metallurgy and manufacturing of metal products, electrical, electronic and optical material and equipment and nanotechnology, among many others.
  • the ions are accelerated to the surface to be cleaned thanks to an electric potential of hundreds to thousands of electron volts. Due to their great kinetic energy, the ions erode the surface tearing away the impurities present. This method of cleaning surfaces is very effective, but produces defects; in addition, some argon ions are implanted on the surface and it is necessary to remove them by heating.
  • the most advanced models of ion cannons have their own differential pumping to pump the non-ionized noble gas and thus avoid its introduction into vacuum or ultra-high vacuum devices.
  • the device proposed in the present invention is based on a beam of argon molecules or other noble gas which, by its aggregation and kinetic energy, is capable of cleaning the surfaces of the object to be cleaned.
  • the molecule cannon or gas cannon (so called in the present invention) does not need the emission of electrons to ionize the noble gas molecules or ion acceleration potential, which represents an advantage at the time of its use.
  • the molecule cannon is based on a chamber with a noble gas and a funnel ⁇ skimmer), differentially pumped. The high pressure in the gas chamber, together with the funnel and differential pumping, produce a bundle of gas aggregates capable of reaching a kinetic energy large enough to tear molecules from the surface to be cleaned by inelastic shocks, thus obtaining mode clean the surface of contaminants.
  • the present invention has the following advantages over prior art devices: • It is compatible with vacuum and ultra high vacuum.
  • the present invention has two aspects.
  • the first aspect of the invention is a device for cleaning surfaces with a gas beam in a vacuum and ultra high vacuum.
  • the device of the present invention is connectable with a vacuum or ultrahigh vacuum system that comprises at least the surface of an object to be cleaned.
  • the device comprises:
  • a funnel comprising an outlet connectable with the differential pumping system and with the vacuum system or ultra high vacuum;
  • the molecules of the non-ionized gas enter the aggregation zone, where they are accelerated by differential pumping, so that the molecules collide with each other forming a bundle of molecular aggregates, which cross the funnel outlet until they collide with the surface of the object to be cleaned.
  • the high pressure in the chamber together with the funnel give the molecular aggregates enough kinetic energy to cause inelastic shocks that release contaminants from the surface to be cleaned.
  • differential pumping operates according to the physical principle known as the "Venturi effect". Due to the Venturi effect, The narrowing of the funnel outlet causes the acceleration of the molecular aggregate beam. The speed and kinetic energy of the aggregate beam molecules are controllable through the efficiency of differential pumping.
  • the diameter of the molecular aggregate beam is also controllable by the diameter of the funnel outlet. Alternatively or jointly, the diameter of the molecular aggregate beam is also determined by the surface area of the object to be cleaned.
  • the device of the present invention further comprises a cooling system
  • the chamber further comprises walls cooled by the cooling system to a predetermined temperature that increases the amount of molecular aggregates.
  • the device of the present invention further comprises a pressure meter connectable with the chamber for controlling the pressure in the aggregation zone.
  • the non-ionized gas is a noble gas.
  • the non-ionized gas is argon gas.
  • the other aspect of the present invention is a method for cleaning surfaces with a gas beam in a vacuum and ultra high vacuum.
  • the method comprises the following steps: i) inserting a non-ionized gas into a chamber, where the non-ionized gas is composed of molecules;
  • i) produce a bundle of molecular aggregates by a combined action of high pressure and a funnel connected to a differential pumping system; iii) channel the molecular aggregates through the funnel and pass them through a hole in the chamber until they reach a surface of an object to be cleaned located in a vacuum system so that the molecular aggregates produce inelastic shocks on the surface and remove contaminants of the surface of the object to be cleaned.
  • step ii) comprises increasing the number of molecular aggregates by cooling the chamber walls. This increases the capacity of the device of the present invention to clean the surface of the object to be cleaned. Brief description of the figures.
  • Figure 1 shows a block diagram of the device associated with the present invention. That is, a device for cleaning surfaces with gas beam in vacuum and ultra high vacuum.
  • Figure 2 shows an example of cleaning the platinum surface with the Argon molecular aggregates beam produced by the device of the present invention compared to the result obtained by an ion device.
  • Figure 3 shows a flow chart of the method associated with the present invention. That is, a method for cleaning surfaces with a gas beam in vacuum and ultra high vacuum.
  • the device of the present invention 1 comprises a system compatible with vacuum or ultra high vacuum, as presented in Figure 1.
  • the device 1 of the present invention or gas cannon is connected to another vacuum system or ultra high vacuum 2 where the surface 3 of the object to be cleaned is placed 4.
  • the gas barrel 1 has a gas inlet 7 through which a high pressure gas is injected, which in the case shown in figure 1, is argon 11 (non-ionized gas ).
  • argon 11 non-ionized gas
  • gas flows are typically regulated with a mass controller (not shown).
  • the aggregation zone 8 of the chamber 6 is refrigerated to favor the formation of the aggregates.
  • a cooling system 13 is used that cools the walls 14 of the chamber 6.
  • the cooling system 13 can use water or liquid nitrogen as a refrigerant.
  • the aggregation zone 8 is differentially pumped by a differential pumping system 5 comprising a set of pumps: a turbomolecular and a primary pump, although in other examples other types of pumps can be used, depending on the desired pressure ranges obtained in the aggregation zone 8.
  • the pressure is controlled indirectly in the aggregation zone 8 thanks to a pressure gauge 15, as shown in Figure 1.
  • the molecular aggregate beam 12 of Argon gas leaves the aggregation zone 8 through the outlet 10 of the funnel 9, the outlet 10 being located between the aggregation zone 8 and the vacuum system or ultra high vacuum 2 where the surface 3 of the object to be cleaned is placed 4.
  • the diameter of the orifice of the funnel outlet 10 can be modified to vary the diameter of the beam of molecular aggregates 12 and, therefore, the cleaned area of the surface 3.
  • the aggregates are able to remove contaminants from the surface such as adsorbed molecules and oxides.
  • the kinetic energy, as well as the aggregate flow, is regulated by the argon flow, the pumping power and the opening of the hole between the aggregation zone and the vacuum system or ultra high vacuum where the surface to be cleaned is placed.
  • the dimensions of the gas cannon are adaptable to the needs.
  • the device of the present invention (gas cannon) has an approximate diameter of 30 cm and an approximate length of 50 cm. These dimensions can be modified, provided that the conditions of gas dynamics are preserved for the generation of aggregates of gas molecules and their subsequent injection into the vacuum system where the surface of the object to be cleaned is placed.
  • Figure 2 shows an example of cleaning the platinum surface with the beam of argon molecular aggregates produced by the device of the present invention (gas cannon). The quantification of the contamination on the surface has been carried out by means of photoemission.
  • the photoemission measurement equipment is an ultra-high vacuum equipment independent of the gas cannon, so, after exposure to the flow of argon aggregates, the surfaces were extracted from the ultra-high vacuum system connected to the gas cannon and exposed to the atmosphere during its transfer and introduction into the ultra high vacuum photoemission system. Despite its exposure to air (which increases the presence of contaminants and surface oxides), it has been observed that the surfaces exposed to the flow of Argon aggregates were cleaner than the original surfaces without cleaning treatment (reference surface ).
  • Figure 2 shows the photoemission spectra of the Pt4f levels of the reference surface (contaminated and oxidized) and the surface exposed to the gas cannon for 150 minutes with an Argon input flow of 35 sccm ⁇ standard cubic centimeters per minute, standard cubic centimeters per minute). Differences can be observed between the spectra and, in particular, in the intensity of the different components of the photoemission peaks obtained after a deconvolution analysis.
  • the peaks associated with oxides and metallic platinum have been shown in Figure 2.
  • the quantification of metallic and oxidized platinum on the surface is presented in Table 1.
  • the photoemission spectra of a similar surface exposed to a flow of argon ions of energy 1.4 keV during 150 are also presented minutes (ion cannon, classic surface cleaning method) and the corresponding quantification in table 1.
  • Figure 3 shows a flow chart of the method associated with the present invention.
  • the method for cleaning surfaces with a gas beam in a vacuum and ultra high vacuum comprises the following steps: i) inserting a non-ionized gas into a chamber, where the non-ionized gas is composed of molecules; ii) produce 17 a bundle of molecular aggregates by a combined action of high pressure and a funnel connected to a differential pumping system; and, iii) channeling 18 the molecular aggregates through the funnel and passing them through a hole in the chamber to reach a surface of an object to be cleaned, located in a vacuum system such that the molecular aggregates produce inelastic shocks on the surface and remove contaminants from the surface of the object to be cleaned.
  • step ii) comprises, as a sub-step, increasing the number of molecular aggregates by cooling the walls of the chamber. In this way we increase the ability of the device of the present invention to clean the surface of the object to be cleaned.

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Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA LIMPIAR SUPERFICIES CON HAZ DE GASES EN VACÍO Y ULTRA ALTO VACÍO
DESCRIPCIÓN
Objeto de la invención.
La presente invención propone un dispositivo y un método para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio. El dispositivo y el método divulgados por la presente invención se basan en el bombardeo de moléculas y agregados, y no de partículas ionizadas, como sucede en el estado de la técnica. Ello conlleva notables ventajas y evita los inconvenientes propios de los dispositivos y métodos asociados con el estado de la técnica.
El campo de aplicación de la presente invención es cualquiera donde se precise una limpieza de una superficie con una contaminación superficial controlada. Algunos campos de aplicación se encuentran en los sectores de la química y la farmacia, en el caucho y materiales plásticos, metalurgia y fabricación de productos metálicos, material y equipo eléctrico, electrónico y óptico y nanotecnología, entre muchos otros.
Antecedentes de la invención
La limpieza de superficies para su posterior estudio es un proceso habitual en la ciencia de superficies. Existen pocos métodos para obtener superficies libres de contaminantes, incluso en condiciones de vacío o ultra alto vacío, debido a, por ejemplo, moléculas adsorbidas previamente a la introducción de las muestras en vacío, óxidos nativos, etc. Los métodos empleados para la obtención de superficies limpias dependen del material constituyente de las muestras. Algunos materiales se prestan al clivado, mientras que otros se limpian mediante calentamiento. Uno de los métodos más comunes utilizados en el estado de la técnica consiste en bombardear la superficie con un haz de iones de un gas noble, siendo el argón el más empleado. Para ello se utilizan cañones de iones que constan de un filamento que emite electrones, los cuales se utilizan para ionizar las moléculas del gas noble en una cámara de ionización. Una vez ionizados, los iones son acelerados hacia la superficie a limpiar gracias a un potencial eléctrico de cientos hasta miles de electrón voltios. Debido a su gran energía cinética, los iones erosionan la superficie arrancando las impurezas presentes. Este método de limpieza de las superficies es muy eficaz, pero produce defectos; además, algunos iones de argón se implantan en la superficie y es necesario eliminarlos por calentamiento. Los modelos más avanzados de cañones de iones disponen de un bombeo diferencial propio para bombear el gas noble no ionizado y así evitar su introducción en los dispositivos de vacío o ultra alto vacío.
En los campos industriales donde se necesitan superficies limpias (industria electrónica, nanotecnología, etc) , en general se procede a limpiar las superficies con ataques químicos o con haces de iones y plasmas.
Además de los métodos ya citados, en el estado de la técnica existen pocos ejemplos de limpieza de superficies con haces de gases no ionizados. Utilizar un haz de gas no ionizado reduce el daño producido a la superficie que se quiere limpiar. Además, es un procedimiento más sencillo, ya que no necesita un filamento emisor de electrones ni fuentes de voltaje para acelerar los iones (o crear plasmas) . Otra ventaja reside en que no precisa de elementos químicos agresivos, y el único residuo del proceso es gas argón, que se puede liberar en el aire.
En el estado de la técnica sólo se conocen algunos artículos relacionados con el uso de partículas no ionizadas. El más reciente artículo publicado sobre este tema es: Kwang-seok Hwang, Ki-hyun Lee, In-ho Kim, Jin-Won Lee, Removal of 10-nm contaminant particles from Si Waters using argón bullet partióles, J. Nanopart . Res. 13, 4979- 4986 (2011) . En este articulo los autores citan otros 2 trabajos: Hwang KS, Lee MJ, Yi MY, Lee JW, Removing 20 nm ceramic partióles using a supersonic partióle beam from a contoured Laval nozzle, J. Thin Solid Film 517, 3866-3869 (2009) y Lee JW, Hwang KS, Lee KH et al., Removing 20 nm partióles using a supersonic argón partióle beam generated with a contoured laval nozzle, J Adhesión Sci Technol 23, 769-777 (2009) . En estos artículos se describe un proceso de limpieza de superficies en condiciones de presiones altas de argón (de 3 a 30 bares) y bajas temperaturas. Los autores explican la limpieza de superficies observada experimentalmente con la formación de un haz supersónico de nanopartículas de argón.
Descripción de la invención
El dispositivo propuesto en la presente invención está basado en un haz de moléculas de argón u otro gas noble que, por su agregación y energía cinética, es capaz de limpiar las superficies del objeto a limpiar. A diferencia de los cañones de iones del estado de la técnica, el cañón de moléculas o cañón de gas (denominado así en la presente invención) no necesita la emisión de electrones para ionizar las moléculas de gas noble ni potencial de aceleración de iones, lo que representa una ventaja a la hora de su utilización. El cañón de moléculas está basado en una cámara con un gas noble y un embudo {skimmer), bombeado diferencialmente . La alta presión en la cámara de gas, conjuntamente con el embudo y el bombeo diferencial, producen un haz de agregados de gas capaz de alcanzar una energía cinética lo suficientemente grande como para arrancar moléculas de la superficie a limpiar mediante choques inelásticos, consiguiendo de este modo limpiar la superficie de contaminantes.
La presente invención tiene las siguientes ventajas sobre los dispositivos del estado de la técnica: • Es compatible con vacio y ultra alto vacio.
• No precisa del uso de fuentes de voltaje.
• No precisa del uso de filamentos para ionizar gases.
• No precisa de fuente de voltaje para acelerar iones. · Reduce la implantación de gas en la superficie tratada .
• Reduce el dañado de la superficie.
Para alcanzar estas ventajas sobre el estado de la técnica, la presente invención tiene dos aspectos. El primer aspecto de la invención es un dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio. El dispositivo de la presente invención es conectable con un sistema de vacio o ultra alto vacio que comprende al menos la superficie de un objeto a limpiar. En la realización preferida de la invención, el dispositivo comprende:
• un sistema de bombeo diferencial;
• una cámara que comprende :
o una entrada de gas para la entrada mediante inyección por alta presión de un gas no ionizado compuesto por moléculas;
o una zona de agregación de moléculas;
o un embudo que comprende una salida conectable con el sistema de bombeo diferencial y con el sistema de vacio o ultra alto vacio;
tal que las moléculas del gas no ionizado entran en la zona de agregación, donde son aceleradas por el bombeo diferencial, de forma que las moléculas chocan entre si formando un haz de agregados moleculares, los cuales atraviesan la salida del embudo hasta chocar con la superficie del objeto a limpiar. La alta presión en la cámara conjuntamente con el embudo, dotan a los agregados moleculares de la suficiente energía cinética como para provocar choques inelásticos que liberan los contaminantes de la superficie a limpiar.
Dentro de la realización preferida de la invención, el bombeo diferencial funciona según el principio físico conocido como "efecto Venturi". Debido al efecto Venturi, el estrechamiento de la salida del embudo provoca la aceleración del haz de agregados moleculares. La velocidad y la energía cinética de las moléculas del haz de agregados, son controlables a través de la eficiencia del bombeo diferencial. También es controlable el diámetro del haz de agregados moleculares por el diámetro de la salida del embudo. De forma alternativa o conjunta, el diámetro del haz de agregados moleculares también es determinado por el área de la superficie del objeto a limpiar.
Dentro de la misma realización preferida de la invención, el dispositivo de la presente invención comprende adicionalmente un sistema de refrigeración, y la cámara comprende adicionalmente unas paredes refrigeradas por el sistema de refrigeración hasta una temperatura predeterminada que incrementa la cantidad de agregados moleculares .
Dentro de la misma realización preferida de la invención, el dispositivo de la presente invención comprende adicionalmente un medidor de presión conectable con la cámara para controlar la presión en la zona de agregación.
En la realización preferida de la invención, el gas no ionizado es un gas noble. Preferentemente, el gas no ionizado es el gas argón.
El otro aspecto de la presente invención es un método para limpiar superficies con haz de gases en vacío y ultra alto vacío. En la realización preferida de la invención, el método comprende los siguientes pasos: i) insertar un gas no ionizado en una cámara, donde el gas no ionizado está compuesto por moléculas;
i) producir un haz de agregados moleculares mediante una acción combinada de una alta presión y un embudo conectado a un sistema de bombeo diferencial; iii) canalizar los agregados moleculares mediante el embudo y hacerlos pasar por un orificio de la cámara hasta alcanzar una superficie de un objeto a limpiar situado en un sistema de vacio de tal forma que los agregados moleculares producen choques inelásticos sobre la superficie y arrancan unos contaminantes de la superficie del objeto a limpiar.
Adicional y opcionalmente el paso ii) comprende aumentar el número de agregados moleculares mediante el enfriamiento de las paredes de la cámara. De esta forma se aumenta la capacidad del dispositivo de la presente invención para limpiar la superficie del objeto a limpiar. Breve descripción de las figuras.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques del dispositivo asociado a la presente invención. Es decir, un dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio.
La figura 2 muestra un ejemplo de limpieza de la superficie de platino con el haz de agregados moleculares de Argón producido por el dispositivo de la presente invención en comparación con el resultado obtenido mediante un dispositivo de iones.
La figura 3 muestra un diagrama de flujo del método asociado a la presente invención. Es decir, un método para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio .
Descripción de un ejemplo de realización de la invención A continuación se detalla un ejemplo de realización de la invención basado en las figuras adjuntas. En primer lugar se enumeran las referencias utilizadas en las figuras: 1. dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio;
2. sistema de vacio y ultra alto vacio;
3. superficie de objeto a limpiar;
4. objeto a limpiar;
5. sistema de bombeo diferencial;
6. cámara;
7. entrada de gas de la cámara;
8. zona de agregación de la cámara;
9. embudo ;
10. salida del embudo;
11. gas no ionizado;
12. haz de agregados moleculares; 12A) Agregados moleculares ;
13. sistema de refrigeración;
14. paredes de la cámara;
15. medidor de presión;
16. primer paso del método de la presente invención;
17. segundo paso del método de la presente invención; 18. tercer paso del método de la presente invención;
19. sub-paso del segundo paso.
El dispositivo de la presente invención 1 comprende un sistema compatible con vacio o ultra alto vacio, como se presenta en la figura 1. El dispositivo 1 de la presente invención o cañón de gas se conecta a otro sistema de vacio o ultra alto vacio 2 donde está colocada la superficie 3 del objeto a limpiar 4. El cañón de gas 1 tiene una entrada de gas 7 por el que se inyecta un gas a alta presión, que en el caso mostrado en la figura 1, es argón 11 (gas no ionizado) . Al entrar en la zona de agregación 8 las moléculas del gas no ionizado 11, en este caso, las moléculas de argón, colisionan y forman agregados moleculares de gas argón 12A. Los flujos de gas se regulan típicamente con un controlador másico (no mostrado) . La zona de agregación 8 de la cámara 6 está refrigerada para favorecer la formación de los agregados. Para ello se utiliza un sistema de refrigeración 13 que refrigera las paredes 14 de la cámara 6. El sistema de refrigeración 13 puede utilizar agua o nitrógeno liquido como refrigerante. La zona de agregación 8 está bombeada diferencialmente por un sistema de bombeo diferencial 5 que comprende un conjunto de bombas: una turbomolecular y una bomba primaria, aunque en otros ejemplos se pueden utilizar otro tipo de bombas, dependiendo de los rangos de presión que se desee obtener en la zona de agregación 8. En este ejemplo de realización, se controla la presión de forma indirecta en la zona de agregación 8 gracias a un medidor de presión 15, como se presenta en la figura 1. El haz de agregados moleculares 12 de gas argón sale de la zona de agregación 8 por la salida 10 del embudo 9, estando la salida 10 situada entre la zona de agregación 8 y el sistema de vacio o ultra alto vacio 2 donde está colocada la superficie 3 del objeto a limpiar 4. El diámetro del orificio de la salida del embudo 10 puede modificarse para variar el diámetro del haz de agregados moleculares 12 y, por lo tanto, el área limpiada de la superficie 3. Por su alta energía cinética, los agregados son capaces de remover de la superficie los elementos contaminantes como pueden ser las moléculas adsorbidas y los óxidos. La energía cinética, así como el flujo de agregados, se regula con el flujo de argón, la potencia de bombeo y la apertura del orificio entre la zona de agregación y el sistema de vacío o ultra alto vacío donde está colocada la superficie a limpiar. Las dimensiones del cañón de gas (=dispositivo de la presente invención) son adaptables a las necesidades. En el ejemplo de realización mostrado en la figura 1, el dispositivo de la presente invención (cañón de gas) tiene un diámetro aproximado de 30 cm y una longitud aproximada de 50 cm. Estas dimensiones pueden ser modificadas, siempre y cuando se conserven las condiciones de dinámica de gases para la generación de agregados de moléculas de gas y su posterior inyección en el sistema de vacío donde se coloca la superficie del objeto a limpiar. La figura 2 muestra un ejemplo de limpieza de la superficie de platino con el haz de agregados moleculares de argón producido por el dispositivo de la presente invención (cañón de gas) . La cuantificación de la contaminación sobre la superficie se ha realizado mediante fotoemisión. El equipo de medida de fotoemisión es un equipo de ultra alto vacio independiente del cañón de gas, por lo que, después de su exposición al flujo de agregados de argón, las superficies fueron extraídas del sistema de ultra alto vacío conectado al cañón de gas y expuestas a la atmósfera durante su traslado e introducción en el sistema de ultra alto vacío de fotoemisión. A pesar de su exposición al aire (que aumenta la presencia de contaminantes y de óxidos en la superficie) , se ha observado que las superficies expuestas al flujo de agregados de Argón estaban más limpias que las superficies originales sin tratamiento de limpieza (superficie de referencia) . Concretamente, en la figura 2 se presentan los espectros de fotoemisión de los niveles Pt4f de la superficie de referencia (contaminada y oxidada) y de la superficie expuesta al cañón de gas durante 150 minutos con un flujo de entrada de Argón de 35 sccm {standard cubic centimeters per minute, centímetros cúbicos estándar por minuto) . Se pueden observar diferencias entre los espectros y, en particular, en la intensidad de las diferentes componentes de los picos de fotoemisión obtenidos después de un análisis de deconvolución . En la figura 2 se han puesto en evidencia los picos asociados a los óxidos y al platino metálico. La cuantificación de platino metálico y oxidado en la superficie se presenta en la tabla 1. A modo de comparación se presentan también en la figura 2 los espectros de fotoemisión de una superficie similar expuesta a un flujo de iones de argón de energía 1.4 keV durante 150 minutos (cañón de iones, método clásico de limpieza de superficies) y la correspondiente cuantificación en la tabla 1.
Tabla 1 % Pt metálico % Pt oxidado Ratio
(Ptm) (Pt0) Pt0/Ptm
Referencia 42 58 1.4
Después ICS 76 24 0.3 150 min
Después 150 73 27 0.4 min Ar+
La figura 3 muestra un diagrama de flujo del método asociado a la presente invención. El método para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio comprende los siguientes pasos: i) insertar 16 un gas no ionizado en una cámara, donde el gas no ionizado está compuesto por moléculas; ii) producir 17 un haz de agregados moleculares mediante una acción combinada de una alta presión y un embudo conectado a un sistema de bombeo diferencial; y, iii) canalizar 18 los agregados moleculares mediante el embudo y hacerlos pasar por un orificio de la cámara hasta alcanzar una superficie de un objeto a limpiar, situado en un sistema de vacio de tal forma que los agregados moleculares producen choques inelásticos sobre la superficie y arrancan unos contaminantes de la superficie del objeto a limpiar. Adicional y opcionalmente, el paso ii) comprende, como sub-paso, aumentar 19 el número de agregados moleculares mediante el enfriamiento de las paredes de la cámara. De esta forma aumentamos la capacidad del dispositivo de la presente invención para limpiar la superficie del objeto a limpiar.

Claims

RE IVINDICACIONES
1. - Dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio que es conectable con un sistema de vacio o ultra alto vacio (2) que contiene al menos la superficie (3) de un objeto a limpiar (4); el dispositivo (1) está caracterizado por que comprende:
• un sistema de bombeo diferencial (5);
• una cámara (6) que comprende:
o una entrada de gas (7) para la entrada mediante inyección por alta presión de un gas no ionizado (11) compuesto por moléculas;
o una zona de agregación (8) de moléculas; o un embudo (9) que comprende una salida (10) conectable con el sistema de bombeo diferencial
(5) y el sistema de vacio o ultra alto vacio (2); tal que las moléculas del gas no ionizado (11) entran en la zona de agregación (8), donde son aceleradas por el sistema de bombeo diferencial (5), de forma que las moléculas chocan entre si formando un haz de agregados moleculares (12), los cuales atraviesan la salida del embudo hasta chocar con la superficie (3) del objeto a limpiar (4) .
2. - Dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, según la reivindicación 1, caracterizado por que el sistema de bombeo diferencial (5) funciona según el efecto Venturi .
3. - Dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el dispositivo adicionalmente comprende un sistema de refrigeración (13) y la cámara adicionalmente comprende unas paredes (14) que son refrigeradas por el sistema de refrigeración hasta una temperatura predeterminada que incrementa la cantidad de agregados moleculares.
4. - Dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo (1) adicionalmente comprende un medidor de presión (15) conectado con la cámara (6) para controlar la presión en la zona de agregación (8) .
5. - Dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el gas no ionizado (11) es un gas noble.
6. - Dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, según la reivindicación 5, caracterizado por que el gas no ionizado (11) es el gas Argón .
7. - Dispositivo para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la salida del embudo (10) tiene un diámetro determinado por el área de la superficie (3) del objeto a limpiar (4) .
8. - Método para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, caracterizado por que comprende los siguientes pasos:
i) insertar (16) un gas no ionizados en una cámara, donde el gas no ionizado está compuesto por moléculas;
ii) producir (17) un haz de agregados moleculares mediante una acción combinada de una alta presión y un embudo conectado con el sistema de bombeo diferencial;
iii) canalizar (18) los agregados moleculares mediante el embudo y hacerlos pasar por un orificio de la cámara hasta alcanzar una superficie de un objeto a limpiar, el cual está situado en un sistema de vacio de tal forma que los agregados moleculares producen choques inelásticos sobre la superficie, de modo que arrancan unos contaminantes de dicha superficie del objeto a limpiar .
9.- Método para limpiar superficies con haz de gases en vacio y ultra alto vacio, según la reivindicación 8, caracterizado por que el paso ii) adicionalmente comprende aumentar (19) el número de agregados mediante el enfriamiento de unas paredes de la cámara.
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CN111229728A (zh) * 2020-03-03 2020-06-05 河南科技大学 一种干式超声清洗用超声清洗头

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