超光滑表面清洗技术现状及发展趋势

　　1引言

　　清洗技术，尤其是超光滑表面清洗技术，是精密及超精密加工中的一个重要环节。据资料统计，在半导体工业中，由于表面清洗不干净引起的芯片失效已超过制造环节总损失的一半以上;在光学加工中，镀有高反膜的超光滑光学基片表面有亚微米级粒子时，将导致膜层质量下降，且产生严重的光散射及损耗，而且可能会降低激光损伤阈值;此外当污物微粒的尺寸与光波波长相当或更小时，由于其小尺寸效应及表面效应，将导致光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共频移。所有这些都可能使基片性能不稳定，甚至报废;同时清洗也是超精密机械加工中最重要、最频繁的工序之一，其清洗质量、清洗效率的高低将直接影响到产品的性能乃至可靠性、稳定性。因此，对于超光滑表面清洗技术的研究，已引起当今国内外电子、微电子、半导体及光学等许多领域高度重视。

　　2表面清洁度的概念及表面

　　污染吸附是固体表面的固有特性，因此表面洁净是相对的。各种清洗工艺也只能达到相对的“洁净”程度，各类产品也有各自不同的洁净要求，即工艺中总存在一个污染容限，在此之下，可认为表面是洁的，反之，则是非洁净的。因此为使表面达到工艺要求，就必须弄清楚表面吸附杂质的类别，以便选择合适的清洗方法。

　　表面污染物通常以分子、原子、离子、粒子或膜的形式以化学或物理吸附的方式存在于表面。根据其性质可分为：无机杂质、有机杂质及霉菌。无机杂质包括金属离子(:4. S、T6. S )、粒子(水中悬浮物、抛光粉)、超微粒子及被抛光质本体碎屑;有机杂质包括手汗、皮肤残屑、油脂、沥青中的硬脂酸盐、松香;霉菌包括霉菌、霉菌分泌物及其僵尸等。表1为超光滑表面污物来源及分类。

　　由吸附动力学可知，有机大分子及无机大粒子等吸附作用较弱，离子、小粒子等由于化学键合作用及较大的表面能使吸附力增大，而超微粒子之间、超微粒子与表面原子之间强烈的相互作用而产生的表面层二维多相性更使其难于解吸。因此对超光滑表面而言，表面残存的微粒及超微粒子被认为是表面重要的污染源。

　　3污物在固体表面的吸附

　　固体，尤其是新抛光的超光滑固体表面，由于失去表面上方的原子而存在高密度的不饱和键，以及在垂直表面方向的位置驰豫效应而形成的再构表面和超结构，因此其表面存在活性很强、能量很高的剩余力场而与环境(介质)发生相互作用，并且由于表面原子数增多，原子配位不足及高的活性，使表面变得极不稳定，很容易与其它原子结合。此外，当原子级平坦表面暴露于空气中，也会吸附气体，并可能与气体反应，产生吸附作用或化学反应，以降低其表面能量，达到稳定状态。因此，吸附现象是固体表面的固有特性，是自发的、自动的。同时，在固体表面，吸附的杂质粒子由于存在动能而在其平衡位置振动而可能解吸。在通常情况下，固体表面的杂质粒子处于吸附和解吸的动态平衡中。