顆粒清洗技術—《華林科納-半導體工藝》

摘要

處理納米級顆粒污染仍然是半導體器件制造過程中的主要挑戰(zhàn)之一。對于越來越多的關鍵處理步驟而言尤其如此，在這些步驟中，需要去除顆粒物質的殘留物而不會對敏感器件圖案造成機械損壞，同時實現(xiàn)盡可能低的基板損失。如果允許更高的基板損失，則可以采用或多或少純的化學機制（例如，基板蝕刻和剝離導致的顆粒底切）。然而，僅允許在統(tǒng)計上看到亞埃材料損失，需要將物理力與適當?shù)幕瘜W支持結合起來。在本文中，我們描述了基于單分散液滴撞擊的顆粒清潔技術。

介紹

硅晶片上殘留的微粒污染仍然是先進半導體制造中產量損失的主要原因之一。 因此，隨著更小的設備節(jié)點不斷發(fā)展，對控制微粒污染的新技術和工藝的要求變得越來越嚴格。正如《國際半導體技術路線圖》（ITRS 2012 更新版）所述，“致命缺陷”尺寸（臨界粒徑）隨著器件的產生而不斷減小，現(xiàn)在臨界粒徑小于MPU（主處理單元）物理門長度。而且，顯然，必須在不對機械敏感的設備結構造成任何結構損壞的情況下實現(xiàn)高顆粒去除效率 (PRE)，并且材料損失最小（在亞埃范圍內統(tǒng)計可見）。這些良率降低因素的來源可能是作為先前加工步驟或晶片處理的副產品的落下顆粒。

顆粒去除基礎

對顆粒粘附的理解在確定合適的清潔方法中起著關鍵作用。它會影響清潔液化學成分的選擇以及提供物理力以從基材上去除顆粒所需的機制。這種粒子-基材-相互作用的強度取決于材料和發(fā)生相互作用的介質的物理和化學特性、兩個物體的幾何形狀及其分離距離。顆粒去除與層流或湍流邊界層流的粘性子層內近壁顆粒的傳輸有關。通過建模、數(shù)值模擬和原子力實驗，對流體動力作用下的粒子粘附和脫離有了深入的了解。

圖1實體平面上球體的接觸力學。Ft 是切向摩擦力 Mr 、滾動阻力、Fadh 附著力、FL 升力、FD 阻力和 MD 相對于質心 S 的流體動力阻力。右側顯示了粘附在表面上的半球. C表示接觸區(qū)域的中心。相對于通過 P 的軸會發(fā)生滾動或傾斜。R 表示粒子的半徑。

通過液滴撞擊進行顆粒清潔

圖2在 pH = 7 時去除二氧化硅上的二氧化硅顆?；蚨趸枭系娜槟z球的臨界剪切速率是顆粒半徑的函數(shù)

電阻∈ [0.05 微米，2 微米]

通過移動接觸線去除顆粒

例如從環(huán)境研究中得知10 微米級及以下的膠體可以從固體表面分離并通過緩慢移動的氣水界面?zhèn)鬏敗Ｔ谶@種情況下，由于移動接觸線（三相邊界）而產生的毛細作用力顯然可以克服附著力。雖然文獻中已經研究了幾個例子，但細節(jié)足夠復雜，還沒有完全理解。這種現(xiàn)象取決于顆粒大小、接觸線的方向和速度、液體與顆粒的接觸角等參數(shù)。

法向拉伸流的粒子清洗

典型的 物理清潔技術基于對暴露的基材表面施加流體動力學剪切應力，從而對顆粒施加足夠大的拖曳力以將其去除。然而，基板上的器件結構也會受到這種剪切應力，當這種應力足夠大時，可能會導致線路損壞。對于具有矩形橫截面的線，可以表明，線 σS 底部承受的應力與流體動力壁剪切應力 τS 乘以線的縱橫比的平方 AR 成正比。

審核編輯：符乾江