面向硅片清洗技術(shù)的高濃度臭氧產(chǎn)生裝置

白敏，冷 宏 ，李超群 ，3

(1.大連海事大學(xué)環(huán)境工程研究所，遼寧大連116026；2.大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116622；3.大連博羽環(huán)保技術(shù)開發(fā)有限公司，遼寧大連116026)

隨著特大規(guī)模集成電路研發(fā)與生產(chǎn)的發(fā)展，硅片的線寬不斷減小（0.09～0.13 μm）和硅片直徑不斷增大（300 mm），因而對(duì)硅片表面質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格[1-2]。這是由于拋光硅片表面存在顆粒、金屬污染、有機(jī)污染、自然氧化膜和微粗糙度等，而嚴(yán)重地影響著特大規(guī)模集成電路的性能和成品率，其表面清洗就更至關(guān)重要了。其中清潔臭氧氣體產(chǎn)生裝置（器）制取的臭氧及其水溶液是新一代的綠色強(qiáng)氧化劑，被逐步地應(yīng)用于液晶基板和半導(dǎo)體晶片的清洗；高集成度IC基板電路的絕緣成膜；感光耐蝕膜的剝離及硅片表面氧化處理。由于環(huán)保越來越嚴(yán)格的要求，原來需消耗大量化學(xué)藥品的處理方式將逐步過渡為環(huán)保型處理方式，所以臭氧的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大[3-6]。而高濃度清潔臭氧產(chǎn)生裝置市場卻被發(fā)達(dá)國家占據(jù)，為了改變這一被動(dòng)局面，大連海事大學(xué)環(huán)境工程研究所在國家863項(xiàng)目（2008AA06Z317）和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（50778028）等資助下研制成功dhO3g系列臭氧產(chǎn)生裝置（器），其臭氧濃度達(dá)到240 mg/L，滿足了φ300 mm硅片清洗及高濃度臭氧水（10～100 mg/L）制備的需要[7]，該裝置主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到同類進(jìn)口設(shè)備的先進(jìn)水平，該設(shè)備研制成功將大幅度降低硅片清洗成本，比進(jìn)口設(shè)備具有更佳的性價(jià)比優(yōu)勢。

1 設(shè)備的先進(jìn)性及特點(diǎn)

(1)高性能。本研究所在強(qiáng)電場電離放電研究取得了突破性進(jìn)展，電離折合電場強(qiáng)度達(dá)到380Td，電子的平均能量達(dá)到7～9 eV，均比現(xiàn)有分別高出50%、40%。導(dǎo)致臭氧濃度達(dá)到240 mg/L。以上，滿足了高濃度臭氧（10～100 mg/L）清潔臭氧水制取的需要濃度（200～300 mg/L）。

(2)清潔度高。臭氧產(chǎn)生器的放電極、接地極表面覆蓋一層0.47 mm的高純度的Al2O3，在放電間隙中不存在任何金屬、有機(jī)物、無機(jī)物，所以制取臭氧氣體是清潔的，，滿足硅片清洗的清潔度要求。

(3)自動(dòng)控制水平高。臭氧濃度的流量、壓力、放電功率以及電磁閥體運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行自動(dòng)控制，并管理全部工藝時(shí)序。

(4)高安全、高穩(wěn)定。為保證操作人員人身安全、設(shè)備安全、該裝置配置有必要的安全互鎖動(dòng)能。

2 設(shè)備系列及技術(shù)指標(biāo)

我們研制的dhO3g型高濃度臭氧產(chǎn)生器規(guī)格及其技術(shù)指標(biāo)如表1所示，臭氧氣體流量與臭氧濃度關(guān)系如圖1所示。

表1 dhO3g型高濃度臭氧產(chǎn)生器規(guī)格及其技術(shù)指標(biāo)

3 裝置及其結(jié)構(gòu)

dhO3g系列的臭氧產(chǎn)生器是由臭氧產(chǎn)生單元、高頻高壓電源、顯示屏幕及自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。dhO3g-2型高濃度臭氧產(chǎn)生器照片如圖2所示。臭氧產(chǎn)生單元的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它是由放電極板、接地極、電介質(zhì)層和隔片等組成。放電極和接地極表面覆冶一層0.47 mm厚的高純度Al2O3薄層。Al2O3電介質(zhì)層不但有效抑制了放電電流無限制增大而導(dǎo)致弧光放電，又確保放電間隙微放電形成清潔臭氧氣體。

圖1 dhO3g-1型高濃度臭氧產(chǎn)生器的氧氣流量與臭氧濃度關(guān)系曲線

圖2 dhO3g-20型臭氧產(chǎn)生器照片

圖3 臭氧產(chǎn)生單元結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

由我所研制成功的dhO3g系列高濃度臭氧產(chǎn)生系列產(chǎn)品均采用強(qiáng)電離放電方法制取的臭氧濃度達(dá)到240 mg/L。由于在放電間隙中的放電電極、接地極表面覆蓋高純度Al2O3薄層，在放電間隙中形成了潔凈臭氧氣體。該裝置主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。該裝置具有突出的價(jià)格優(yōu)勢，大大地節(jié)省廠商設(shè)備成本，增強(qiáng)了國內(nèi)企業(yè)的市場競爭力。

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