简述

干冰喷射是从硅晶片表面去除碳氢化合物和硅油污渍的相对较新的方法。 在该技术中，高纯度液体或气态干冰雪在特殊喷嘴中膨胀以形成高速喷射。 喷射器包含许多小直径的固体二氧化碳颗粒被称为雪的二氧化碳颗粒撞击表面并去除粘附的颗粒（甚至亚微米尺寸），碳氢化合物污渍，如指纹和鼻印，以及硅脂。 实际上，清洁晶圆表面的二氧化碳雪清洁导致了不定碳氢化合物的大量减少; 在一个案例中，减少约60％。 清洁和污染的硅晶片的表面分析表明，二氧化碳雪清洁不会导致明显的化学相互作用，也不会留下可检测到的残留物。

干冰清洗

一，导言

表面分析中最困难的问题之一涉及样品处理。 一个ASTM标准E1078讨论了保持表面清洁的各种方法和处理样品的技术，以减少或消除空气暴露的有害影响。 然而，许多样品不能以不会发生感兴趣表面的空气暴露的方式处理或分析。 在这些情况下，光谱是富含碳的，并且在许多情况下，该碳层可以隐藏感兴趣的元素或者可以覆盖整个表面到不检测基板的程度。 在其他情况下，分析人员可能会收到带有指纹或其他有机残留物的样本，这些样本必须在不改变目标表面化学成分的情况下被去除。

通常，通过溶剂清洗，氧等离子体或氩离子溅射可以减少表面上的大量烃残留物。 但是，在某些情况下，这些清洁程序可能会留下额外的残留物或去除感兴趣的元素或化合物。 在本文中，讨论了一种相对较新的程序，用于使用清洁去除碳氢化合物和真空润滑脂。 最初使用进行表面清洁。 这个过程进一步开发，使用高速喷射的小二氧化碳颗粒从硅表面去除颗粒和碳氢化合物薄膜。 高速喷射工艺已被证明在颗粒去除方面非常有效，相对去除效率超过99.9％。

如本工作中所应用的二氧化碳雪清洁利用与小颗粒混合的高速CO2气体射流，称为“雪”。 通过在市售的喷嘴内膨胀气态或液态干冰雪来产生雪粒子。 迫使CO2气体和雪混合物通过喷嘴并喷洒在待清洁的表面上。 它是二氧化碳雪和气体的结合，可以从表面去除颗粒和碳氢化合物薄膜。

在这项研究中，原样的硅晶片被故意污染了指纹，男性面部油脂（鼻子）或硅树脂真空润滑脂，以评估二氧化碳雪清洁的有效性。 此外，还研究了二氧化碳雪清洁对原始硅晶片的有效性。 我们的目标是：量化清洁程度，识别表面可能发生的任何化学反应，并确定是否留下任何残留物。

二. 简述方式

在进行任何污染或清洁实验之前，通过X射线光电子能谱（XPS）分析原样的Si晶片。 这些分析用作对照。 接下来，晶片被指纹，男性面部油（鼻印）或硅树脂真空油脂污染。 然后用铝板覆盖约一半的污渍，并使用来自TOOICE的干冰雪清洗设备清洁污渍的暴露部分。 然后将晶片装入XPS系统进行分析。

在进行初始分析之后，将晶片储存在单独的聚丙烯晶片容器中约6周，然后重新分析。 对于该分析，首先从染色和先前的干冰雪清洁区域获得光谱; 第二个区域作为新控制＃2。 然后在室内空气中用干冰雪清洗清洁两个区域。 将晶片快速重新加载到XPS中，并从清洁的控制表面和清洁的污渍表面获得数据。 后一种测试是评估第一组实验数据的可重复性，并探讨空气暴露晶片的清洁。

来自Airco Industrial Gases的Spectalman CO2用于这些测试。 该等级列出的杂质是：空气少于0.5ppm，碳氢化合物少于0.5ppm，水分少于2ppm。 气缸配有不锈钢供应软管和高纯度CO2清洁喷嘴。 喷嘴设计是产生二氧化碳雪的关键，可有效去除污染物清洁工作在1000级洁净室进行，清洁设置如图1所示。

使用来自Surface Science Instruments的206型XPS进行表面分析。 使用单色Al Ka x射线束获得光谱，其具有600JL的X射线光斑尺寸和用于测量扫描的约1.5eV的能量分辨率和用于高分辨率扫描的0.9eV。 分辨率值来自Au 4/7/2跃迁的FWHM（半峰全宽）值。

由于清洁过程冷却样品，因此需要一些加热来防止水分凝结。 因此，在清洁过程中使用加热的真空吸盘（约80℃）来保持所有样品。 从保持在加热卡盘上但不清除二氧化碳雪的晶片获得的光谱表明，表面碳氢化合物的变化与二氧化碳雪清洁有关，而与加热引起的任何解吸无关。

三.结果和讨论

A.表面成分

将对照表面组合物与污染和干冰雪清洗清洁区域进行比较，污渍的干冰雪清洗清洁使每个区域返回到对照表面的典型表面组成。 二氧化碳清洁区域的CO和Si表面化学与控制之间的良好一致性提供了二氧化碳雪清除去除碳氢化合物和硅杂质的有效性的极好证据。

将来自清洁区域的表面碳含量与对照区域进行比较表明，干冰雪清洗清洁不仅去除了污渍，而且还将表面碳含量降低至低于初始对照晶片值的表面碳含量。 通过清洁减少碳氢化合物约为25％。 这表明二氧化碳雪清洁可适用于不定碳的去除。 这些初步测试表明，该方法在去除碳氢化合物和硅氧烷污染物方面似乎100％有效，并且使表面具有比最初存在的表面碳氢化合物更少的表面碳氢化合物。

剩余的污渍是日后清洁的二氧化碳雪，以重现初步结果。 先前清洁的区域也是二氧化碳雪清洁。 所有关于二氧化碳雪清洁的趋势都是可重复的。 事实上，对于一个样品 - 鼻图 - 清洁对照＃2（先前清洁的表面）表面后的烃减少对于一个区域是约60％。 这一测试意味着二氧化碳雪清洁可能能够将表面碳含量降低到非常低的值。 控制因素可以是将样品从清洁设施运输到XPS系统的时间。 样品的原位清洗可以将表面碳氢化合物污染降低到非常低的水平; 目前正在测试中。

来自第二次测试的不同区域的表面化学物质在表IV中给出。 在第一列中，先前清洁的区域（对照＃2）的表面化学含有约28％的碳，类似于表II中列出的对照表面化学。 尽管该表面在干冰雪清洗清洁后具有较低的表面烃含量，但暴露于室内空气产生了额外的烃表面组成。 在干冰雪清洗清洁之后，对照＃2区域的表面化学表明烃的大量减少，约60％，碳含量为11.5％。 目前，尚不清楚为什么在控制表面上发现这种大的还原而不是染色区域。 清洁污渍上的额外碳可能反映了在控制＃2区域分析期间XPS系统内的污染。 运输样品的时间和装载锁的清洁度也可能起着至关重要的作用。

在干冰雪清洗清洁后获得的光谱中，除了SiO和C峰之外还发现了小的氮峰。 氮源未知，但可能与室内空气暴露有关。 表III显示在清洁后也发现少量氟。 这种氟被认为是来自晶片蚀刻（晶片供应商的表面制备）的残留物，而不是来自CO2清洁工艺的残留物。 因此，可以得出结论，CO2清洁过程不会引入任何额外的污染。

B.高分辨率峰值

获得高分辨率硅和碳光谱以确定清洁是否改变了表面化学键合。 在表V中，对于前三个测试中的每一个，列出了元素和氧化硅的相对百分比。 来自所有对照表面的硅2p峰表明薄的天然表面氧化物，并且该氧化物贡献了表V中给出的Si 2p峰面积的约35％。

结论

上述实验清楚地表明，二氧化碳雪清洁可以有效地去除多层晶圆表面的指纹，面油和硅脂。 清洁过程似乎可以去除通常在控制表面上发现的碳化合物。没有在清洁过的表面上观察到来自的残留物或化学反应的证据。 这种清洁方法不仅可以用于清洁样品以进行表面分析，而且可以用于工业环境中。