白敏菂，冷宏，朱玉鵬，李超群

(1.大連海事大學(xué) 環(huán)境工程研究所，大連 116026；2.大連博羽環(huán)保技術(shù)開發(fā)有限公司，大連 116000)

硅片是半導(dǎo)體器件和集成電路的基底材料，隨著超大規(guī)模集成電路不斷發(fā)展對(duì)硅片清洗要求越來(lái)越嚴(yán)。近來(lái)索尼公司研究成功的單片旋轉(zhuǎn)清洗硅片機(jī)，采用的臭氧濃度達(dá)到15 mg/L的高濃度臭氧水溶液/稀HF/去離子超純凈水等清洗300mm硅片[1-3]，而高濃度臭氧水溶液生產(chǎn)設(shè)備成為其中的關(guān)鍵部件，由于國(guó)內(nèi)此類設(shè)備技術(shù)相當(dāng)落后，長(zhǎng)期以來(lái)高濃度臭氧水生產(chǎn)設(shè)備被日本等發(fā)達(dá)國(guó)家占據(jù)。為了改變這一被動(dòng)局面，2009年大連海事大學(xué)在國(guó)家863項(xiàng)目(2008AA06Z317)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50778028)等資助下研制成功dho3l系列臭氧水溶液產(chǎn)生設(shè)備。臭氧水溶液中臭氧濃度達(dá)到20～30 mg/L，臭氧水溶液產(chǎn)生量達(dá)到5 t/h以上，其技術(shù)指標(biāo)是以滿足300mm硅片清洗的要求。該設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到同類進(jìn)口設(shè)備的先進(jìn)水平。該設(shè)備的研制成功將大幅度降低硅片清洗投資成本，比進(jìn)口設(shè)備具有絕對(duì)的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

1 設(shè)備的先進(jìn)性及特點(diǎn)

(1)高能性。本研究在強(qiáng)電離放電領(lǐng)域研究取得突破性進(jìn)展[4]。實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)電離放電場(chǎng)中把O2電離、電解成高濃度氧活性粒子 O2+、O3、O(1D)、O(3P)[5、6]。其中O2+與水反應(yīng)生成反應(yīng)速率常數(shù)高達(dá)2.2×106L/mol·s的過(guò)氧羥基離子HO2–引發(fā)劑，O3在HO2–作用下分解生成羥基自由基(·OH)，其氧化力高達(dá)2.80，與氟相當(dāng)；反應(yīng)速率常數(shù)高達(dá)1×108～1×109L/mol·s，比現(xiàn)有技術(shù)高出 7 個(gè)數(shù)量級(jí)，在毫秒級(jí)完成清洗工序。該設(shè)備主要特點(diǎn)是：①氣態(tài)O3濃度高達(dá)240～300 mg/L,不低于進(jìn)口發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平；②首次實(shí)現(xiàn)用O2+規(guī)模制備臭氧分解的過(guò)氧羥基離子HO2–引發(fā)劑。

(2)高性能的傳質(zhì)技術(shù)。傳質(zhì)效率達(dá)到98%，導(dǎo)致臭氧水溶液產(chǎn)生器體積成倍減小。

(3)自動(dòng)控制水平高。對(duì)濃度、流量、壓力、放電功率等各種閥體動(dòng)作進(jìn)行自動(dòng)控制，并管理全部工藝時(shí)序。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

(4)為保證操作人員人身安全、設(shè)備安全與工藝穩(wěn)定，該設(shè)備配置有必要的安全互鎖功能。

2 設(shè)備系列及技術(shù)指標(biāo)

我所研制成功的dho3l系列高濃度臭氧水溶液設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 dho3l型高濃度臭氧水溶液產(chǎn)生設(shè)備技術(shù)參數(shù)表

3 設(shè)備及其系統(tǒng)工藝流程

Dho3l系列的產(chǎn)生流程及其構(gòu)造如圖1所示，它是由離心泵、射流器、氣液混合氣、氣液分離器、高頻高壓電源、臭氧發(fā)生器等主要部件及裝置組成。Dho3l-0.5型高濃度臭氧水溶液設(shè)備照片如圖2所示。實(shí)驗(yàn)用的高濃度臭氧水溶液產(chǎn)生設(shè)備是大連海事大學(xué)環(huán)境工程研究所研制，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。其中Dho3l-50型臭氧產(chǎn)生器(13)的臭氧濃度為240 mg/L，產(chǎn)量為50 g/h。采用德國(guó)BMT公司臭氧濃度分析儀(18)檢測(cè)其濃度。氧氣經(jīng)過(guò)氣體過(guò)濾器(12)后輸入臭氧產(chǎn)生器，并用美國(guó)恩特龍生產(chǎn)的氧氣分析儀(17)檢測(cè)氧氣純度。水經(jīng)過(guò)過(guò)濾器(2)、離心泵(3)輸入射流器(6)與氣相臭氧混合溶解，再經(jīng)氣液混合器(7)和氣液分離器(8)形成高濃度臭氧水溶液。氣液分離器液面高度是由液位控制器(10)控制，剩余臭氧氣體由電磁閥(9)控制排放，并經(jīng)剩余臭氧消除器(11)分解還原成O2后排空,臭氧水溶液濃度是用美國(guó)ATI公司的A15/64型臭氧水濃度檢測(cè)儀(20)測(cè)試。用冷卻水循環(huán)泵(14)控制臭氧產(chǎn)生器中產(chǎn)生單元的反應(yīng)溫度，通過(guò)高頻高壓電源(15)、控制器(16)調(diào)控高頻高壓的波形，頻率是由美國(guó)泰克公司的數(shù)字示波器(19)檢測(cè)。

圖1 dho3l-0.5型高濃度臭氧水溶液產(chǎn)生流程及其構(gòu)造示意

圖2 dho3l-0.5型高濃度臭氧水溶液產(chǎn)生設(shè)備照片

4 結(jié)束語(yǔ)

目前該設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平、國(guó)際先進(jìn)水平。并形成系列產(chǎn)品，開始生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)。該設(shè)備各項(xiàng)性能完全可以與進(jìn)口設(shè)備相比，并且具有突出的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，大大的節(jié)約國(guó)內(nèi)廠商、研究部門、高等院校的設(shè)備成本，增強(qiáng)國(guó)內(nèi)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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