[發(fā)明專利]集紫外光化學與化學氣相干法表面處理的真空設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210462171.7
• 申請日: 2012-11-15
• 公開（公告）號: CN102969227A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 陶海華;張雙喜;蔣為橋;王慶康
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發(fā)明涉及材料的干法表面處理技術，更具體地說，涉及一種集紫外光化學與化學氣相表面清洗與改性的真空設備。

背景技術

紫外光化學表面處理技術能夠有效清除大多數(shù)金屬、半導體和絕緣材料的有機污染物，并實現(xiàn)金屬、半導體和碳族元素等材料的改性，在材料生長、表面改性和器件制備等基礎科研和產(chǎn)業(yè)應用領域發(fā)揮著重要的作用。這項技術起源于二十世紀七十年代，它最初為紫外光照射空氣或氧氣，并逐步發(fā)展為真空紫外清洗技術以進一步降低空氣中水汽、二氧化氮等氣體對光化學反應的影響；在規(guī)模上也從最初的小功率基片清洗設備向大功率自動傳輸清洗設備發(fā)展。這種紫外光照清洗設備主要是基于低壓汞燈能發(fā)射出主要波長位于184.9nm和253.7nm的紫外光，氧氣在這兩種紫外光的照射下生成氧原子和臭氧，并與處于激發(fā)態(tài)的有機分子發(fā)生光化學反應，生成水和二氧化碳等物質(zhì)，達到表面清洗的目的。

紫外光化學表面處理對基底具有清洗效應。但是，這種表面清洗僅僅是針對于表面幾十納米的有機污染物。當樣品基底表面存在較厚層的有機污染物時，我們通常首先采用有機化學試劑濕法去除基底表面的有機污染物，然后再采用干法表面處理來去除表面殘留的痕量有機污染物。以石墨烯材料以及納米光電子器件為例，我們知道無論是利用膠帶剝離的方法還是利用光刻膠轉移到一定基底上的石墨烯，其制備過程中都不可避免的帶來有機污染物。對于這些有機物的清除，我們通常是采用化學氣相反應技術，即將樣品放入約300攝氏度的退火爐中，同時通入一定流量的氣體，如Ar和H₂，并維持兩個小時以上的反應時間。這種化學氣相熱處理由于反應很弱，它基本上是依靠氣流將揮發(fā)的有機物帶走，因而持續(xù)時間長，花費高，而且對環(huán)境造成很大污染。令人遺憾的是，這種方法處理的石墨烯表面依然會存在大量的污染物，西班牙加泰羅尼亞納米技術研究所Joel?Moser博士等人為解決這一問題，提出了通過對電子元件施加瞬時大電流產(chǎn)生焦耳熱來清洗元件，得到了廣泛的應用。但是，這種對電子元件施加瞬間大電流產(chǎn)生焦耳熱來進行納米電子器件的清洗也有諸多局限性：1.這種電流焦耳熱的清洗方法僅僅適用于電子元件，而不適用于電子元件之外的其它材料和納米器件。2.這種電流焦耳熱的清洗方法僅僅是針對某一特定的石墨烯納米電子器件進行清洗，而并非整塊基底。

我們知道，紫外光化學反應不僅具有清洗效應，氧原子的強氧化性還能夠進一步將一些金屬材料（譬如銀、鋁等）氧化或者對碳族材料（如石墨烯、碳納米管等）進行載流子摻雜以及刻蝕效應，實現(xiàn)材料改性。有效控制紫外光化學反應的進程，即將反應控制在氧原子與殘留有機污染物的反應層面上對于樣品的清洗以及改性至關重要。將這種光化學反應與化學氣相反應兩種技術結合起來，我們可以降低化學氣相反應技術持續(xù)時間長、清洗效果較差等不利因素，達到有效清除材料和納米光電子器件表面污染物目的，并可以節(jié)約成本，降低對周圍環(huán)境的污染。

我們在之前申請的專利（名稱：集紫外光/臭氧表面處理與電學性質(zhì)原位測試的真空設備）中提出了紫外光化學反應的雙腔室結構真空設備，從而有效控制光化學反應的進程。本發(fā)明在此設計的基礎上，將紫外光化學反應與化學氣相反應兩種技術結合起來，精確控制樣品干法清洗以及表面改性的進程。為此，本發(fā)明需滿足更高或者更為特殊的要求，即必須考慮紫外光化學表面處理與化學氣相表面處理兩種技術的兼容。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種集紫外光化學與化學氣相干法表面處理真空設備，克服已有干法表面改性技術中存在的問題，實現(xiàn)一種集紫外光化學和化學氣相清洗于一體的真空設備，其可以準確控制光化學和化學氣相反應進程，有效實現(xiàn)材料和器件在同一設備中的原位、干法清洗，本發(fā)明在材料和納米光電子器件的表面處理領域具有重要價值。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種集紫外光化學與化學氣相干法表面處理的真空設備，主要由真空腔室、紫外光源系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)和真空控制系統(tǒng)組成，其中，所述紫外光源系統(tǒng)包括相連接的紫外燈控制電源和紫外燈管，所述真空腔室包括外腔室和內(nèi)腔室，所述外腔室內(nèi)安裝有所述紫外燈管，所述內(nèi)腔室內(nèi)設置有所述樣品臺、加熱裝置和水冷裝置，所述內(nèi)腔室還設置有氣體輸入端口、氣體輸出端口，所述氣體輸入端口連接有氧氣存儲裝置、氮氣存儲裝置、氬氣存儲裝置、氫氣存儲裝置，能夠實現(xiàn)化學氣相表面處理，所述紫外燈管發(fā)射的光通過所述內(nèi)腔室的石英窗口，照射到所述樣品臺上，所述內(nèi)腔室充有一定壓強的氧氣，該氧氣經(jīng)過紫外光照射后生成臭氧和氧原子，對所述樣品臺上的樣品表面進行干法清洗；所述真空泵系統(tǒng)和真空控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生并控制真空腔室內(nèi)的真空度。