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1 兆聲清洗技術(shù)背景

Schwartzman等人，1993在SC1、SC2清洗時使用了兆頻超聲技術(shù)，獲得前所未有的清洗效果，使得該方法在清洗工藝中被廣泛采用，也引發(fā)了對超聲波增強清洗效果的規(guī)律與機理的研究。1995年Busnaina的研究表明，兆頻超聲波去除粒子的能力與溶液的組成、粒子的大小、超聲波的功率及處理時間有關(guān)。1997年Olim發(fā)現(xiàn)兆頻超聲去除粒子的效率與粒子直徑的立方成正比，并由此推斷兆頻超聲無法去除0.1μm以下的粒子。但是，兆聲波清洗拋光片可去掉晶片表面上＜0.2μm的粒子，起到超聲波起不到的作用。這種方法能同時起到機械擦片和化學清洗兩種方法的作用。兆聲波清洗方法已成為拋光片清洗的一種有效方法。但是，隨著頻率升高，聲傳播的效率會降低，所以兆聲波清洗技術(shù)效果并不是頻率越高越好。目前，一般用的頻率范圍是（700～1000）kHz。

2 兆聲波清洗原理簡介

聲能在液體內(nèi)傳播時，液體會沿聲傳播的方向運動，形成聲學流（Acousticstreaming），聲學流是由聲波生產(chǎn)的力和液體的聲學阻力以及其他的氣泡阻力形成的液體的流動的效果，兆聲波清洗就是利用聲能產(chǎn)生的液體流動來去除硅片表面的污染物，其原理見圖1。

兆聲波清洗是由高頻（700～1000kHz）的波長短（1.5μm左右）的高能聲波推動溶液做加速運動，使溶液以加速的流體形式連續(xù)沖擊硅片表面，使硅片表面的顆粒等污染物離開硅片進入溶液中，達到去除污染物的目的。隨著聲能的增高，表面張力會下降，這可改善浸潤效果及小顆粒的浸潤。而且，能量越高，聲學流的速度越快，硅片表面被帶走的顆粒也隨之增多反應(yīng)速率也會升高，這可降低反應(yīng)時間，同時，也可以降低化學液的濃度。隨著頻率升高，空洞現(xiàn)象的閥值會升高，所以兆聲不會像超聲一樣會產(chǎn)生氣泡而損傷硅片表面。

而根據(jù)超聲頻率的高低對應(yīng)的去除污染物顆粒大小的能力，選用的頻率見表1。

3 兆聲波清洗技術(shù)的特點

（1）美國VEＲTEQ公司的M.Olesen.Y.Fan等人研究發(fā)現(xiàn)，兆聲技術(shù)有如下特點。

能大大降低邊界層的厚度，使其具有清除深亞微米顆粒的能力，可滿足現(xiàn)行工藝以及0.1μm（線寬）技術(shù)對清洗工藝的需求。有兆聲時邊界厚度的對比（見圖2）。

（2）可以極大的提高清洗效率，從圖3有無兆聲時的清洗效率對比圖中可以看到，當兆聲關(guān)閉時，用30s的時間清洗效率只能達到20%，有兆聲時，只需10s的時間清洗效率就可達到99.99%。

（3）由于兆聲波清洗可以使用稀釋倍數(shù)大的化學液，從而大大減少了化學藥品的用量和消耗，降低了清洗工序的工藝成本，有效減少了化學液的污染，保護環(huán)境。圖3是在極低濃度的化學液中有無兆聲的清洗效果對比圖。

由于兆聲波清洗具備以上諸多優(yōu)點，因此使得兆聲波清洗很快成為硅片清洗行業(yè)中廣泛應(yīng)用于去除微細顆粒的重要手段。

4 兆聲波清洗技術(shù)在清洗設(shè)備中的應(yīng)用

結(jié)合常規(guī)的濕法清洗工藝開發(fā)出適合相關(guān)工藝階段的兆聲清洗設(shè)備，按照這些設(shè)備的不同結(jié)構(gòu)，大體可分為兩類，一類是融匯在濕法清洗機兆聲清洗槽或兆聲漂洗槽，它們作為設(shè)備的一部分，只完成單個的清洗或漂洗過程。另一類則是以獨立的設(shè)備形式出現(xiàn)。這就是兆聲清洗機，該種設(shè)備通常配備兩個槽體，一個清洗槽和一個沖洗槽，清洗槽是在兆聲環(huán)境下用化學液來去除硅片表面的微細顆粒及化學污染物等，沖洗槽則是對清洗完的硅片用去離子水進行沖洗，從而達到生產(chǎn)需要的潔凈度。

但是由于兆聲傳播是一種介質(zhì)傳播，聲音傳播中的能量會轉(zhuǎn)化成介質(zhì)的動能，因此在使用兆聲清洗的同時會產(chǎn)生兆聲能量的衰減。導致能量衰減的因素，首先是兆波的反射，如圖4所示。

兆聲能量的衰減可通過以下公式計算：

衰減系數(shù)γ可表示為：γ=γ吸收+γ分散；γ分散在液體中，不在計算內(nèi)。在水液體中，γ吸收系數(shù)（dB/m）=0.2F2（MHz）。

由此計算可得，在頻率為950kHz時，衰減度約為0.002dB/m；在頻率為40kHz時，衰減度約為0.000003dB/m，在水液體中，兆聲波衰減約為低頻超聲波衰減的1000倍，如圖5所示。因此，在兆聲清洗中，液位不能超過500mm。而在低頻超聲波中，超聲波能量可傳至（1.5～2）m高。

安裝時，石英缸底部有一定傾斜角度更利于高頻兆聲波的傳播，由圖7中角度與聲壓的關(guān)系可知，當θ=2°時，最有利于兆聲波的傳播。

由于聲波傳播時一種介質(zhì)傳播，因此在不同的頻率下石英缸作為傳遞介質(zhì)，它的厚度也對兆聲的傳播有一定影響。

通過下面公式可以計算出不同介質(zhì)中聲波的傳播率D：

從圖8可見，當厚度t=3mm時，兆聲波在石英中具備更好的傳播率。

兆聲發(fā)生器在石英循環(huán)溢流槽中的安裝原理見圖9。

5 兆聲清洗技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

由于兆聲波能去除硅片表面的微小顆粒，并且不會對硅片表面造成損傷，近幾年兆聲波清洗被大量的應(yīng)用在清洗工藝中。兆聲波用在SC－1中，可提高去除顆粒尤其是小顆粒的效果；用在DHF，臭氧水、純水中都能起到增強清洗效果的作用。目前兆聲清洗技術(shù)被廣泛應(yīng)用于液晶、手機鏡片、光學器件照相機鏡頭制造業(yè)，汽車、摩托車制造業(yè)，電子、微電子、電子電器元器件制造業(yè)，五金業(yè)、機械的零件業(yè)，航天、航空清洗精密零部件業(yè)，鐘表、眼境、珠寶制造業(yè)，家電產(chǎn)品制造業(yè)，電鍍業(yè)，鐵路機車造業(yè)等各個行業(yè)。（轉(zhuǎn)）

具體應(yīng)用涉及：

• 帶圖案或不帶圖案的掩模版和晶圓片

• Ge, GaAs以及InP晶圓片清洗

• CMP處理后的晶圓片清洗

• 晶圓框架上的切粒芯片清洗

• 等離子刻蝕或光刻膠剝離后的清洗

• 帶保護膜的分劃版清洗

• 掩模版空白部位或接觸部位清洗

• X射線及極紫外掩模版清洗

• 光學鏡頭清洗

• ITO涂覆的顯示面板清洗

• 兆聲輔助的剝離工藝

概念

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)是在ＤＮＡ芯片技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的一項蛋白質(zhì)組學技術(shù)。其原理是將大量不同的蛋白質(zhì)分子（如酶、抗原、抗體、受體、配體、細胞因子等）通過微陣列的形式有序排列在固相載體表面，利用蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)或者蛋白質(zhì)與其他分子之間的特異性結(jié)合，獲得與之特異性結(jié)合的待測蛋白（如血清、血漿、淋巴、間質(zhì)液、尿液、滲出液、細胞溶解液、分泌液等）的相關(guān)信息，便于我們分析未知蛋白的組分、序列，體內(nèi)表達水平、生物學功能、與其他分子的相互調(diào)控關(guān)系、藥物篩選、藥物靶位的選擇等。

蛋白質(zhì)芯片技術(shù)的出現(xiàn)，為我們提供了一種比傳統(tǒng)的凝膠電泳、Western blot和Elisa更為方便和快速研究蛋白質(zhì)的方法。該方法具有高通量，微型化和快速平行分析等優(yōu)點，不僅對基礎(chǔ)分子生物學的研究產(chǎn)生重要影響，也在臨床診斷、療 效分析、藥物篩選及新藥研發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

特點

①蛋白芯片具有高特異性、重復性、準確性。這是由抗原抗體之間、蛋白與配體之間的特異性結(jié)合決定的。

②蛋白芯片具有高通量和操作自動化的特點，在一次實驗中可對上千種目標蛋白同時進行檢測，效率極高。

③可發(fā)現(xiàn)低豐度、小分子量蛋白質(zhì)，并能測定疏水蛋白質(zhì)，特別是膜蛋白質(zhì)。

④蛋白芯片具有高靈敏性，只需0.5-5μL樣品，或2000個細胞即可檢測。

蛋白芯片技術(shù)在分子生物學及生物化學基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用

01 在蛋白質(zhì)水平上檢測基因的表達

由于基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物mRNA數(shù)量并不能準確反映基因的翻譯產(chǎn)物蛋白質(zhì)的質(zhì)與量，因此在蛋白質(zhì)水平上檢測基因的表達對于了解基因的功能非常重要。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)產(chǎn)生前，蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)是蛋白質(zhì)組規(guī)模上進行蛋白質(zhì)表達研究的僅有方法，但這種技術(shù)操作繁瑣而且難以快速檢測樣品中成百上千種蛋白質(zhì)的表達變化。蛋白質(zhì)芯片的特異性、靈敏性和高通量等特點，在檢測基因表達終產(chǎn)物蛋白質(zhì)譜的構(gòu)成及變化中發(fā)揮著不可替代的作用。

02 高通量篩選抗原/抗體相互作用

目前蛋白質(zhì)芯片檢測利用最廣泛的生物分子相互作用是抗原抗體的特異性識別和結(jié)合，單克隆抗體是蛋白質(zhì)芯片檢測中使用最廣泛的生物分子。運用蛋白質(zhì)芯片可以研究不同抗原/抗體的特異性作用，而且對于檢測樣品中極微量的抗原/抗體分子作用非常有利。

03 蛋白質(zhì)/蛋白質(zhì)相互作用分析

酵母雙雜交系統(tǒng)是近年來基因組規(guī)模上研究蛋白質(zhì)相互作用的主要方法，但存在體內(nèi)操作、假陽性、假陰性和外源蛋白質(zhì)折疊、修飾等局限。蛋白質(zhì)芯片技術(shù)不依靠任何生物有機體而在體外直接檢測目標蛋白質(zhì)，實驗條件可隨意控制，同時實驗步驟自動化程度高，一次分析的蛋白質(zhì)數(shù)量巨大，因而成為目前除酵母雙雜交系統(tǒng)外進行大規(guī)模研究蛋白質(zhì)相互作用的主要方法。

04 酶/底物作用分析

耶魯大學的Snyder小組用蛋白芯片對酵母基因組編碼的119種蛋白激酶的底物專一性進行了研究。實驗中將蛋白激酶表達為谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）融合蛋白，針對17種不同的底物，平行測定了119種GST2蛋白激酶融合蛋白的底物專一性，發(fā)現(xiàn)了許多新的酶活性，大量蛋白激酶可以對酪氨酸進行磷酸化，而這些激酶在催化區(qū)域附近有共同的氨基酸殘基。也證明了蛋白質(zhì)芯片可作為高通量篩選酶-底物作用的良好平臺。

蛋白芯片的檢測目前蛋白芯片的檢測主要有兩種方式。一種是以質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ)的直接檢測法，采用表面增強激光解析離子化-飛行時間質(zhì)譜技術(shù)，用激光解析電離的方法將保留在芯片上的蛋白質(zhì)解離出來。具體過程為：芯片經(jīng)室溫干燥后，加能量吸附因子如芥子酸，使其與蛋白質(zhì)結(jié)合成混合晶體，以促進蛋白質(zhì)在飛行時間質(zhì)譜檢測中的解析和離子化，利用激光脈沖輻射使芯池中的分析物解析成荷電粒子，根據(jù)不同質(zhì)荷比離子在儀器場中的飛行時間長短不一，通過飛行時間質(zhì)譜來精確地測定出蛋白質(zhì)的質(zhì)量，并由此繪制出一張質(zhì)譜來，以分析蛋白質(zhì)的分子量和相對含量。另一種為蛋白質(zhì)標記法，樣品中的蛋白質(zhì)預先用熒光染料或同位素等標記，結(jié)合到芯片上的蛋白質(zhì)就會發(fā)出特定的信號，用CCD照相技術(shù)及熒光掃描系統(tǒng)等對激發(fā)的熒光信號進行檢測。與飛行時間質(zhì)譜相比，該方法定量更加準確，操作也更加簡便。與DNA芯片一樣，蛋白質(zhì)芯片同樣蘊含著豐富的信息量，必須利用專門的計算機軟件進行圖像分析、結(jié)果定量和解釋。其中應(yīng)用最廣的是熒光染料標記法，原理較為簡單、使用安全、靈敏度高，且有很好的分辨率?？芍苯佑?b>廣州博鷺騰 GelView 6000Plus進行拍攝。

GelView 6000Plus智能圖像工作站

GelView 6000Plus 配備600萬像素科學級制冷CCD相機，制冷溫度為環(huán)境溫度下 55℃，極低的暗電流，很大程度降低背景干擾。而且獨有的紅外感應(yīng)開關(guān)，自動控制樣品臺的開啟與關(guān)閉，同時也減少了實驗時對儀器的污染。

前言

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