CN107068598A - 一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置 - Google Patents
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Abstract
一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,属于半导体制造加工领域。密封箱体的右侧壁上安装有气阀一、气阀二及气阀三,密封箱体的前侧壁上位于左侧设有样品取送窗口一,位于右侧设有样品取送窗口二,样品取送窗口一处密封安装有样品取送窗门一,样品取送窗口二处密封安装有样品取送窗门二,真空紫外灯水平设置并通过灯架安装在密闭箱体内顶部,真空紫外灯下方设置有工作台,气阀一经纯净气体流量控制器与储气瓶的出口连通,气阀二经水蒸气流量控制器与水蒸气发生装置的烧瓶连通,气阀三与密闭加热器的进气口连通,密闭加热器的出气口与真空泵连通。本发明对材料表面清洗及活化的操作流程简单易行,效果显著,并且可用于批量处理。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造加工领域,具体涉及一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置。
背景技术
真空紫外光(VUV)是一种波长介于150~200nm之间的非可见光。正是基于其较短的波长,因此自身携带着较高的能量密度,并且高于大多数有机物、金属和气体分子的化学键键能。当VUV作用于物体表面时,物体表面难以去除的有机污染物会由于光敏作用,吸收真空紫外光的能量后分解成游离的原子和受激分子等。同时,空气中的氧气吸收真空紫外光后会产生臭氧和原子氧,在两者的共同作用下,可与碳氢化合物的分解物生成CO2和H2O等挥发性气体逸出物体表面,以达到彻底清除表面污染物实现原子级清洁的目的。除此之外,光照的物体表面吸收真空紫外光的能量后,在大气或者其他气体氛围下,物体表面的性质会发生改变,进而产生不同的应用(例如:在晶圆键合领域,一定浓度的氧气和水蒸气环境下的硅片,置于真空紫外光下照射后,表面会因产生大量的Si-OH而变得特别亲水,大大增加键合效果)。
但也正是基于其较高的能量密度,真空紫外光在空气中出现的瞬间就会产生大量的臭氧,对动植物和人体产生严重的危害。因此,在科研和实际工作中,一种能够对真空紫外光工作时产生的臭氧进行存储,工作完成后能将臭氧有效分解并排出的装置亟待开发。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,该装置能够有效的对真空紫外光工作时产生的臭氧进行存储、分解和排出,从而避免对环境和人体造成危害。同时,该装置还具有对不同尺寸样品的材料表面进行清洗和改性的作用,操作过程简单易行,效果显著可用于批量处理。
实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,其组成包括密闭箱体、气阀一、气阀二、气阀三、样品取送窗门一、样品取送窗门二、箱门、工作台、真空紫外灯、密闭加热器、真空泵、水蒸气发生装置、储气瓶、纯净气体流量控制器及水蒸气流量控制器;
所述的密封箱体的右侧壁上安装有与密封箱体内部相通的气阀一、气阀二及气阀三,密封箱体的前侧壁上左右并排设有样品取送窗口,位于左侧的样品取送窗口设为样品取送窗口一,位于右侧的样品取送窗口设为样品取送窗口二,所述的样品取送窗口一处密封安装有样品取送窗门一,所述的样品取送窗口二处密封安装有样品取送窗门二,所述的真空紫外灯水平设置并通过灯架安装在密闭箱体内顶部,所述的真空紫外灯下方设置有工作台,所述的工作台通过支撑座与密闭箱体内的底部固接;
所述的气阀一经纯净气体流量控制器与储气瓶的出口连通,所述的气阀二经水蒸气流量控制器与水蒸气发生装置的烧瓶连通,所述的密闭加热器设有进气口和出气口,所述的气阀三与密闭加热器的进气口连通,密闭加热器的出气口与真空泵连通。
本发明相对于现有技术的有益效果是:
1、利用本发明在对样品表面清洗或活化前,通过对密闭箱体内原有气体的去除以及纯净气体的排入,可在低成本、简单易行的操作方法下实现样品所处环境的净化。
2、由于真空紫外灯发出的紫外光强度呈高斯分布,数控十字移动平台的移动可以保证待处理样品表面的清洗及活化程度一致。
3、当样品表面需要在含有O2的氛围下进行处理时,常常会伴有O3气体的产生,本发明的装置可在常规的实验室内进行,由于对O3尾气的处理,使其不会污染环境、危害人体健康。
综上,本发明对材料表面清洗及活化的操作流程简单易行,效果显著,并且可用于批量处理。
附图说明
图1为本发明的装置的密闭箱体整体结构轴测图;
图2为本发明的装置的整体结构示意图;
图3为利用本发明的装置键合得到的样品图;
图4为键合样品界面的扫描电子显微镜图片;
图5为具体实施方式四中的电路框图。
图中:密闭箱体1、气阀一1-1、气阀二1-2、气阀三1-3、备用气阀一1-4、备用气阀二1-5、备用气阀三1-6、样品取送窗门二1-7、样品取送窗门一1-8、箱门1-9、工作台2、下直线导轨2-1、下步进电机2-2、上直线导轨2-3、上步进电机2-4、真空紫外灯3、密闭加热器4、进气口4-1、出气口4-2、主壳体4-3、电热网4-4、温度控制器4-5、恒流直流电源4-6、真空泵5、水蒸气发生装置6、储气瓶7、纯净气体流量控制器8、水蒸气流量控制器9、键合区域10、未键合区域11、硅片12、石英玻璃片13。
具体实施方式
具体实施方式一:如图1-图2所示,本实施方式记载了一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,其组成包括密闭箱体1、气阀一1-1、气阀二1-2、气阀三1-3、样品取送窗门一1-8、样品取送窗门二1-7、箱门1-9、工作台2、真空紫外灯3、密闭加热器4、真空泵5、水蒸气发生装置6、烧瓶6-1、加热器6-2、储气瓶7、纯净气体流量控制器8及水蒸气流量控制器9;
所述的密封箱体1的右侧壁上安装有与密封箱体1内部相通的气阀一1-1、气阀二1-2及气阀三1-3,密封箱体1的前侧壁上左右并排设有样品取送窗口,位于左侧的样品取送窗口设为样品取送窗口一,位于右侧的样品取送窗口设为样品取送窗口二,所述的样品取送窗口一处密封安装有样品取送窗门一1-8,所述的样品取送窗口二处密封安装有样品取送窗门二1-7,所述的真空紫外灯3水平设置并通过灯架安装在密闭箱体1内顶部,所述的真空紫外灯3下方设置有工作台2,所述的工作台2通过支撑座与密闭箱体1内的底部固接;
所述的气阀一1-1经纯净气体流量控制器8与储气瓶7的出口连通,所述的气阀二1-2经水蒸气流量控制器9与水蒸气发生装置6的烧瓶6-1连通,所述的密闭加热器4设有进气口4-1和出气口4-2,所述的气阀三1-3与密闭加热器4的进气口4-1连通,密闭加热器4的出气口4-2与真空泵5连通。
本实施方式中涉及的密闭箱体1外形为长方体形状,密闭箱体1内部空间大小为长×宽×高=370×370×470mm3,密闭箱体1壁厚为15mm。
本实施方式中涉及的密闭箱体1左侧设为长×宽=300×300mm2的密封箱门1-9。
本实施方式中涉及的样品取送窗口一和样品取送窗口二均为圆形,样品取送窗口一和样品取送窗口二的间距为150mm,样品取送窗口一和样品取送窗口二的直径均为120mm。
本实施方式中涉及的真空紫外灯3的直射面积为20×80mm2~150×150mm2,真空紫外灯3可发射波长为150~200nm范围内的紫外线。
本实施方式中涉及的纯净气体流量控制器8为市场采购产品,采用STD牌LKO2型小流量控制器。
本实施方式中涉及的水蒸气流量控制器9为市场采购产品,采用STD牌LKO2型小流量控制器。
本实施方式中所用真空泵5为外购产品,采用挺威TW-1A真空泵。
具体实施方式二:如图1及图2所示,本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明,所述的工作台2为固定式工作台或数控十字移动平台。
当装置内部样品掉落或者数控十字移动平台2离开原位时,打开样品取送窗门二1-7和样品取送窗门一1-8,便于双手操作。
本实施方式中采用的数控十字移动平台2的移动范围为125×125mm2。数控十字移动平台选用日本IKO电动十字滑台。
当样品尺寸较小时(一般样品尺寸的长×宽在0×0~20×80mm范围内)采用固定式工作台;当样品尺寸较大时(一般样品尺寸的长×宽在20×80~100×100mm范围内)采用数控十字移动平台,这样可以使真空紫外光全覆盖照射到样品上。
具体实施方式三:如图2所示,本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明,所述的水蒸气发生装置6包括烧瓶6-1和加热器6-2,所述的加热器6-2设置在烧瓶6-1的底部,加热器6-2为电阻丝加热器。
具体实施方式四:如图2和图5所示,本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明,所述的密闭加热器4包括主壳体4-3、电热网4-4、温度控制器4-5和恒流直流电源4-6,所述的电热网4-4、温度控制器4-5和恒流直流电源4-6依次串联,所述的主壳体4-3侧壁设有所述的进气口4-1和出气口4-2,所述的电热网4-4设置在主壳体4-3内部的四周。
通过恒流直流电源4-6对电热网4-4供电进行加热,电热网4-4设置在主壳体4-3内部的四周,可起到均匀加热的目的。
图5中,温度控制器4-5的热电偶用于接收电热网4-4的温度变化,并反馈给温度控制器4-5,用以控制电热网4-4的温度。
本实施方式中的温度控制器4-5采用华控兴业生产的HSTL-614型;恒流直流电源4-6采用PEAKMETER生产的PM3005B型。
所述的密闭加热器4的温度控制范围为100~250℃。此温度范围内可以大大提高臭氧分解速率。
具体实施方式五:如图1所示,本实施方式是对具体实施方式一或二作出的进一步说明,所述的利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置还包括备用气阀一1-4、备用气阀二1-5及备用气阀三1-6;所述的密封箱体1的右侧壁上安装有与密封箱体1内部相通的备用气阀一1-4,所述的备用气阀二1-5安装在样品取送门窗门二1-7上,所述的备用气阀三1-6安装在样品取送窗门一1-8上,备用气阀二1-5和备用气阀三1-6均与密封箱体1内部相通。
本实施方式中,气阀一1-1、气阀二1-2、气阀三1-3及备用气阀一1-4以两两间距210mm呈正方形均匀分布于密闭箱体1的右侧外壁上。
本实施方式中,备用气阀二1-5和备用气阀三1-6分别位于取送窗门二1-7和取送窗门一1-8的斜下方。实验时,不确定向其中通入什么气体以及气体种类的多少,所以这些气阀是备用的。
实施例1
一、将边长为10×10mm的硅片12和石英玻璃片13(统称为样品)取出后不经任何处理,经样品取送窗口一1-8直接放置于数控十字移动平台2(大样品放置在上面)的中间位置,通过调控数控十字移动平台2的上步进电机2-2及下步进电机2-4(数控十字移动平台2包括下直线导轨2-1、下步进电机2-2、上直线导轨2-3、上步进电机2-4,下步进电机2-2与下直线导轨2-1滑动连接,上直线导轨2-1水平垂直坐落在下直线导轨2-1上,上步进电机2-4与上直线导轨2-1滑动连接,数控十字移动平台2为现有技术,使所述的硅片12和石英玻璃片13位于真空紫外灯3的正下方;
二、关闭所有窗门和气阀,在样品所处环境为大气下时,开启所述真空紫外灯3,经15min照射后关闭电源(完成样品表面清洗及活化过程);同时打开真空泵5、气阀三1-3(也称尾气排气阀),并使密闭加热器4在150℃的情况下,持续工作5min,以使密闭箱体1内的臭氧分解并排出;
打开样品取送窗门一1-8,将处理过的硅片12和石英玻璃片13取出,直接使经过光照的两个表面(未键合区域11)相互贴合,完成键合,得到的键合样品如图3所示,硅片12与石英玻璃片13的键合区域10横断面的扫描电子显微镜(SEM)图像如图4所示。
工作原理:根据真空紫外灯3照射的面积、需要处理的样品表面的面积及处理时间,设定数控十字移动平台2的移动程序。随后,根据待处理样品所处气体氛围,交替开关真空泵5和储气瓶7,以使密闭箱体1内的气体种类和浓度达到预期要求。上述工作完成后,关闭所有气阀,接通真空紫外灯3的电源,对样品表面开始处理。待处理完成后,关闭电源,同时打开储气瓶7、真空泵5以及和他们相连接的气阀,使密闭箱体1内的气体经密闭加热器4处理后排出,从而实现对样品表面的清洗、活化以及对产生的臭氧的妥善处理。
Claims (5)
1.一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,其特征在于:其组成包括密闭箱体(1)、气阀一(1-1)、气阀二(1-2)、气阀三(1-3)、样品取送窗门一(1-8)、样品取送窗门二(1-7)、箱门(1-9)、工作台(2)、真空紫外灯(3)、密闭加热器(4)、真空泵(5)、水蒸气发生装置(6)、储气瓶(7)、纯净气体流量控制器(8)及水蒸气流量控制器(9);
所述的密封箱体(1)的右侧壁上安装有与密封箱体(1)内部相通的气阀一(1-1)、气阀二(1-2)及气阀三(1-3),密封箱体(1)的前侧壁上左右并排设有样品取送窗口,位于左侧的样品取送窗口设为样品取送窗口一,位于右侧的样品取送窗口设为样品取送窗口二,所述的样品取送窗口一处密封安装有样品取送窗门一(1-8),所述的样品取送窗口二处密封安装有样品取送窗门二(1-7),所述的真空紫外灯(3)水平设置并通过灯架安装在密闭箱体(1)内顶部,所述的真空紫外灯(3)下方设置有工作台(2),所述的工作台(2)通过支撑座与密闭箱体(1)内的底部固接;
所述的气阀一(1-1)经纯净气体流量控制器(8)与储气瓶(7)的出口连通,所述的气阀二(1-2)经水蒸气流量控制器(9)与水蒸气发生装置(6)的烧瓶(6-1)连通,所述的密闭加热器(4)设有进气口(4-1)和出气口(4-2),所述的气阀三(1-3)与密闭加热器(4)的进气口(4-1)连通,密闭加热器(4)的出气口(4-2)与真空泵(5)连通。
2.根据权利要求1所述的一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,其特征在于:所述的工作台2为固定式工作台或数控十字移动平台。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,其特征在于:所述的水蒸气发生装置(6)包括烧瓶(6-1)和加热器(6-2),所述的加热器(6-2)设置在烧瓶(6-1)底部,加热器(6-2)为电阻丝加热器。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,其特征在于:所述的密闭加热器(4)包括主壳体(4-3)、电热网(4-4)、温度控制器(4-5)和恒流直流电源(4-6),所述的电热网(4-4)、温度控制器(4-5)和恒流直流电源(4-6)依次串联,所述的主壳体(4-3)侧壁设有所述的进气口(4-1)和出气口(4-2),所述的电热网(4-4)设置在主壳体(4-3)内部的四周。
5.根据权利要求1或2所述的一种利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置,其特征在于:所述的利用真空紫外光清洗及活化材料表面的装置还包括备用气阀一(1-4)、备用气阀二(1-5)及备用气阀三(1-6);所述的密封箱体(1)的右侧壁上安装有与密封箱体(1)内部相通的备用气阀一(1-4),所述的备用气阀二(1-5)安装在样品取送门窗门二(1-7)上,所述的备用气阀三(1-6)安装在样品取送窗门一(1-8)上,备用气阀二(1-5)和备用气阀三(1-6)均与密封箱体(1)内部相通。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170818 |