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石英件清洗机是专为高纯度石英部件（如半导体石英坩埚、光伏石英舟、光学透镜等）设计的清洗设备，旨在去除表面污染物（颗粒、有机物、金属离子及氧化层），同时避免对石英材料的机械损伤或化学腐蚀。其核心工艺结合超声波/兆声波物理清洗与化学湿法腐蚀，适用于对洁净度要求的场景（如半导体制程、光纤制造、光伏电池生产）。
一、核心技术原理
超声波清洗（Ultrasonic Cleaning）
原理：通过换能器将电能转化为高频振动（典型频率25-40kHz），在清洗液中产生空化效应。微小气泡破裂时释放的高能冲击波可剥离石英表面颗粒和有机物。
适用场景：去除亚微米级颗粒（如硅屑、光刻胶残留），但对复杂结构或敏感表面需谨慎控制功率。
兆声波清洗（Megasonic Cleaning）
原理：采用高频（>800kHz）声波，产生微米级射流，非接触式冲刷污染物，避免机械应力损伤石英表面。
优势：温和高效，适用于精密石英件（如光掩膜版、石英振荡片）。
化学湿法腐蚀（SC-1/SC-2/DHF）
SC-1（碱性清洗）：NH₄OH + H₂O₂组合，去除有机物和部分金属污染，温度70-80℃。
SC-2（酸性清洗）：HCl + H₂O₂组合，去除重金属离子（如Fe、Cu），钝化表面。
DHF（稀释氢氟酸）：选择性腐蚀SiO₂氧化层，形成氢终止表面，需严格控制HF浓度（通常0.5-5%）。
二、设备结构设计
清洗槽体
材质：耐腐蚀性材料（如PTFE、PFA），避免金属离子污染。
结构：多槽式设计（如6-12槽），分阶段实现清洗→漂洗→干燥，支持自动化流程。
超声/兆声系统
换能器：底部或侧向布置，频率可调（25-800kHz），功率密度均匀分布。
兆声发生器：高频压电陶瓷振片，适用于高精度清洗。
化学液循环与温控
过滤系统：多级DI水循环过滤（颗粒过滤精度<0.1μm），保持清洗液洁净。
温控模块：PID加热/冷却，温度范围20-80℃，满足SC-1/SC-2工艺需求。
干燥单元
旋干（Spin Dry）：高速旋转（2000-5000rpm）甩干水分，适用于平面石英件。
氮气吹扫（N₂ Blow）：高纯度氮气（99.999%）快速干燥，防止水渍残留。
IPA置换干燥：异丙醇（IPA）替换水后挥发，实现干燥，避免静电吸附。
三、关键工艺参数
| 工艺步骤 | 参数范围 | 控制要点 |
|---|---|---|
| 超声波清洗 | 频率25-40kHz，功率100-300W | 避免空化腐蚀，时间5-15分钟 |
| 兆声波清洗 | 频率800kHz+，功率10-50W | 微射流均匀覆盖，温度<40℃ |
| SC-1清洗 | NH₄OH:H₂O₂=1:2，70℃，10分钟 | 防止Al腐蚀，严格控温 |
| DHF腐蚀 | HF浓度1-5%，时间1-5分钟 | pH监控（电位法），避免过腐蚀 |
| DI水漂洗 | 8级水槽，电阻率>18.2MΩ·cm | 逐级检测电导率，避免交叉污染 |
| 干燥 | N₂压力20-50kPa，温度<50℃ | 防止静电吸附颗粒，洁净度Class 1000+ |
四、应用场景与行业标准
典型应用：
半导体领域：石英坩埚、光掩膜版、扩散炉管清洗。
光伏行业：石英舟、镀膜用石英托盘清洗。
光学制造：石英透镜、光纤外套管清洗。
合规标准：
洁净度：SEMI F47（颗粒<10颗/cm²，金属污染<0.1ppb）。
兼容性：符合石英材料耐温性（≤1200℃）和化学惰性要求。
石英件清洗机通过物理空化效应与化学腐蚀的协同作用，实现高效、其多槽自动化设计、精准参数控制及耐腐蚀材料选择，确保了石英部件的超高洁净度和表面完整性，是半导体、光伏及光学制造中的关键设备。
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