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摘要
? ? ? 本報(bào)告中回顧的紫外線 (UV)/臭氧表面清潔方法是從半導(dǎo)體（以及許多其他）表面去除各種污染物的有效方法。這是一種簡(jiǎn)單易用的干式工藝，設(shè)置和操作成本低廉。它可以在環(huán)境溫度下在空氣或真空系統(tǒng)中快速產(chǎn)生清潔的表面 結(jié)合干法去除無(wú)機(jī)污染物，該方法可能滿足未來(lái)幾代人需要的全干法清潔方法的要求半導(dǎo)體器件。將經(jīng)過(guò)適當(dāng)預(yù)清潔的表面放置在距離產(chǎn)生臭氧的紫外線源幾毫米的范圍內(nèi)，可以在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生干凈的表面。該技術(shù)可以產(chǎn)生接近原子級(jí)清潔的表面，俄歇電子能譜、ESCA、和 ISS/SIMS 研究。討論的主題包括過(guò)程變量、成功清潔的表面類型、可以去除的污染物、紫外線/臭氧清潔設(shè)施的建造、過(guò)程機(jī)制、真空系統(tǒng)中的紫外線/臭氧清潔、速率提高技術(shù)、安全考慮、除清潔外的紫外線/臭氧影響以及應(yīng)用。
介紹
? ? ? 紫外線 (UV) 光分解有機(jī)分子的能力早已為人所知，但直到 1970 年代中期才開(kāi)始探索表面的紫外線清潔 (1-6)。自 1976 年以來(lái)，紫外線/臭氧清潔方法的使用穩(wěn)步增長(zhǎng)。紫外線/臭氧清潔劑現(xiàn)在可以從幾個(gè)制造商處購(gòu)買。
紫外線/臭氧清潔的歷史
? ? ? 長(zhǎng)期以來(lái)，人們普遍知道紫外線會(huì)導(dǎo)致化學(xué)變化。眾所周知的表現(xiàn)是織物顏色褪色和人體皮膚色素沉著（即曬黑）在暴露于陽(yáng)光下時(shí)發(fā)生變化。短波紫外線在活生物體細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的化學(xué)變化會(huì)損害或破壞細(xì)胞。紫外線燈的一個(gè)重要用途是作為“殺菌”燈，例如用于破壞醫(yī)院手術(shù)室和空調(diào)系統(tǒng)空氣管道中的微生物 。
圖 2. ：(a) 紫外線/臭氧清潔前 (b) 紫外線/臭氧清潔后?
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紫外光源發(fā)射的波長(zhǎng)
? ? ? 由于只有被吸收的光才能有效產(chǎn)生光化學(xué)變化，因此紫外線源發(fā)射的波長(zhǎng)是重要的變量。低壓汞放電管產(chǎn)生兩個(gè)感興趣的波長(zhǎng)：184.9-nm 和 253.7-nm。是否發(fā)射這些波長(zhǎng)取決于燈的外殼。表 2 總結(jié)了通過(guò)三種主要類型外殼的發(fā)射。純石英對(duì)兩種波長(zhǎng)都高度透明表
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樣品和 UV 源之間的距離
? ? ? 另一個(gè)可以極大影響清潔率的變量是樣品和紫外線源之間的距離。在 Vig 等人的實(shí)驗(yàn)中，紫外線燈基本上是平面光源。因此，可以得出結(jié)論，到達(dá)樣品的紫外線強(qiáng)度幾乎與距離無(wú)關(guān)。然而，當(dāng)存在臭氧時(shí)，情況并非如此，因?yàn)槌粞蹙哂幸约s 260 納米為中心的寬吸收帶 (17,20,21)，如圖 4 所示。在 253.7 納米處，吸收系數(shù)為 130/厘米 ? 大氣壓。
預(yù)清洗
? ? ? 污染物，如厚光刻膠涂層和純碳膜，可以在沒(méi)有任何預(yù)清潔的情況下用紫外線/臭氧去除，但一般來(lái)說(shuō)，如果不進(jìn)行預(yù)清潔，就無(wú)法去除粗大的污染物。例如，當(dāng)一塊干凈的水晶石英晶片用人體皮膚油徹底涂上并放置在紫外線盒 1（圖 1）中而沒(méi)有任何預(yù)清潔時(shí)，即使長(zhǎng)時(shí)間暴露在紫外線/臭氧中也無(wú)法產(chǎn)生低接觸角表面，因?yàn)槿梭w皮膚油脂含有無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)，不能通過(guò)光敏氧化去除。
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基質(zhì)
? ? ? 紫外線/臭氧清潔工藝已成功用于各種表面，包括玻璃、石英、云母、藍(lán)寶石、陶瓷、金屬、硅、砷化鎵和導(dǎo)電聚酰亞胺水泥。石英和藍(lán)寶石特別容易用紫外線/臭氧清潔，因?yàn)檫@些材料對(duì)短波長(zhǎng)紫外線是透明的。
速率增強(qiáng)技術(shù)
? ? ? Zafonte 和 Chiu (42) 研究了紫外線/臭氧清潔“速率增強(qiáng)”技術(shù)。氣相增強(qiáng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)包括比較干燥空氣、干燥氧氣、潮濕空氣和潮濕氧氣中的清潔率。潮濕的空氣和潮濕的氧氣由在水中冒泡的氣體組成。還嘗試了通過(guò)過(guò)氧化氫鼓泡的氧氣。液體增強(qiáng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)包括將蒸餾水或不同濃度的過(guò)氧化氫溶液逐滴添加到樣品表面。大多數(shù)樣品表面由硅晶片上的各種類型的光刻膠組成。
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圖 5. 使用無(wú)聲排放臭氧發(fā)生器 (41) 的紫外線/臭氧清潔器示意圖
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