硅板法对于评估硅晶片表面上有机物质的时间依赖性行为

摘要

已开发出一种称为硅板法的方法，该方法使用具有清洁简单过程的小型取样装置，以直接评估来自洁净室空气的硅晶片表面上的有机污染物。使用这种方法，首次通过实验表明，硅片表面邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯的浓度达到稳定状态，这与其在洁净室空气中的浓度有关。实验结果与使用多组分有机物种吸附诱导污染模型理论预测的结果一致；因此，可以得出结论，硅板法对于评估硅晶片表面上有机物质的时间依赖性行为是有效的。

介绍

众所周知，吸附在硅晶片表面上的有机碳氢化合物分子的存在会在先进的电子设备制造过程中引起严重的空气分子污染问题 1-7。据报道，各种有机物 8-12 在硅片表面上的浓度随时间发生变化，这被称为果篮现象。11-17 一些有机物在其表面浓度中显示出尖峰在硅晶片表面上，随后趋于减少，表明逐渐被其他有机物种取代。因此，有机物种似乎在争夺硅片表面上的吸附位点。为了通过实验评估硅片表面上这种随时间变化的有机污染，

硅表面上的有机污染物通常使用晶片热解吸气相色谱质谱仪 进行测量，包括以下步骤：(i) 从受污染的硅晶片表面热解吸有机物质，( ii) 使用载气流通过气相传输有机物质，(iii) 通过吸附剂固体捕集器 (Tenax) 收集有机物质，(iv) 从吸附剂固体捕集器中热解吸有机物质，（ v) 将有机物质传输到气相色谱质谱仪入口处的捕集阱，以及 (vi) 通过加热捕集阱将有机物质从捕集阱传输到气相色谱-质谱仪。

实验过程

为了解决上一节讨论的问题和不便，硅板法是按照这里写的概念开发和研究的。

1. 将有机分子从取样装置输送到分析仪入口的过程应尽可能直接、简单和冷，以尽量减少有机分子的损失和热分解。

2. 为了确保测量的可重复性，需要进行多次采样，允许进行两件或更多件。

3. 由于采样装置所占面积的减少对于避免采样点的任何限制是有效的，因此小硅板有望成为新的采样装置。

图1 硅板法与理论计算相结合，用于研究硅表面的有机污染

马赛克模型

MOSAIC 模型是多组分系统朗缪尔模型的扩展。为了从理论上描述硅晶片表面有机物质浓度 Si (kg m-2) 随时间变化的行为，MOSAIC 模型 20,21 考虑了以下假设 。

1. 在有机物质浓度非常低的环境下，气相中的任何有机分子与硅片表面之间不存在化学反应、加合物形成、聚集和冷凝等相互作用。

2. 由于有机分子和硅晶片表面之间的力24,25，例如范德华相互作用、静电荷和化学键合，有机分子被吸附在硅晶片表面上。

物质 i 的有机分子的吸附速率与其在气相中的浓度成正比，也与总吸附有机物质的表面浓度 S 与其较大极限 Smax 之间的差值成正比。

结果和讨论

硅表面有机物浓度.-首先，讨论了使用硅板方法测量的时间相关行为。图 3a 显示了洁净室空气中的总有机物质，这些物质使用吸附剂固体捕集器 (Tenax) 收集并使用 TD-GC-MS 进行测量。包括 DOP 和 DBP 在内的各种有机物种的存在如图 3a 所示。

图 3。本研究中测量的 TD-GC-MS 光谱。(a) 洁净室空气中的有机物；(b)、(c) 和 (d) 分别暴露 1800 秒（0.5 小时）、7200 秒（2 小时）和 86,400 秒（24 小时）后硅表面上的有机物种。b、c 和 d 中的值使用硅板法测量。

结论

为了评估硅片表面有机物质浓度随时间的增加和减少，已经开发和研究了硅板法，特别关注 DOP 的时间相关行为。

干净的石英管用于清洁和存放小硅板，以最大程度地减少意外污染。将干净的硅板暴露在洁净室空气中后，使用 TD-GC-MS 测量暴露期间吸附的有机物质。使用 MOSAIC 模型进一步评估测量的时间相关行为。由于首次表明硅板表面 DOP 的浓度与其在洁净室空气中的浓度具有理论上预测的关系，因此硅板法被认为是研究 DOP 的有效方法。硅片表面的空气有机污染物。

审核编辑：符乾江