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摘要
? ? ? 本文介紹了用兆頻超聲波能量從有機(jī)溶劑中的硅片上去除顆粒的實(shí)驗(yàn)。納米粒子首先通過可控污染工藝沉積在硅晶片上。對于新沉積和老化的顆粒，研究了作為兆頻超聲波功率的函數(shù)的顆粒去除效率。通過改變處理?xiàng)l件和漂洗時(shí)間化學(xué)成分，對幾種清洗配方進(jìn)行評估。當(dāng)使用低兆聲波功率時(shí)，發(fā)現(xiàn)粒子在分離后聚集并重新沉積在晶片表面上。這種現(xiàn)象可以用特定溶劑中顆粒和硅表面的帶電現(xiàn)象來解釋。添加表面活性劑以防止聚集和再沉積，從而顯著提高顆粒去除效率。
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介紹
? ? ? 有機(jī)溶劑越來越多地被研究作為傳統(tǒng)水基化學(xué)的潛在替代品。由megasounds輔助的濕法清洗在去除納米顆粒方面表現(xiàn)出高性能，而沒有顯著的基底損失。最近，有機(jī)溶劑和megasounds的組合使用在去除蝕刻后的PR，包括等離子體改性的外殼方面顯示出有希望的能力。此外，中等極性的溶劑顯示出誘導(dǎo)表面帶電，并在類似帶電表面的情況下刺激形成顆粒沉積的靜電屏障。在將兆頻超聲波能量的高清潔性能與合適的有機(jī)溶劑的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的想法的引導(dǎo)下，我們在這項(xiàng)工作中評估了使用兆頻超聲波在有機(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)的從硅襯底去除顆粒的效率。研究了兩種粒子:作為一般清潔應(yīng)用的模型粒子的氧化硅，和在化學(xué)成分方面可能類似于蝕刻后PR外殼的交聯(lián)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粒子。選擇n-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑，因?yàn)樗ǔＳ糜赑R剝離工藝。測量水、異丙醇和NMP中的粒子電勢，以估計(jì)粒子和基底之間的靜電相互作用。顆粒去除效率和防止顆粒再沉積被評估為顆粒類型、施加的聲功率和清潔配方的函數(shù)。對在水中獲得的顆粒去除進(jìn)行了交叉比較。
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材料和方法
? ? ? 二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯球形顆粒用于這項(xiàng)工作，直徑分別為78納米和300納米。后者是自制合成的，顯示出約5%的交聯(lián)。這兩種顆粒均可作為含水漿料(30重量%)獲得。在被顆粒污染之前，覆蓋200毫米p型硅晶片接受了IMEC清洗，并進(jìn)行批量馬蘭戈尼干燥，最后是漫長的O3步驟。
? ? ? 在清潔之前和之后，使用激光散射晶圓圖(KLA-坦科的Surfscan SP1 DLS工具)進(jìn)行粒子檢查。使用霧度法(7)或更精確的光點(diǎn)缺陷(LPD)檢查來量化晶片上的粒子濃度。后者可以檢測沉積粒子的確切數(shù)量及其尺寸分布，從而能夠區(qū)分單個(gè)粒子和簇、感興趣的特定粒子和交叉污染物。使用乳膠球當(dāng)量直徑報(bào)告顆粒尺寸。使用Klarity軟件(KLA-騰科)進(jìn)行圖對圖分析，以確定清潔前后去除的、添加的和常見的顆粒數(shù)量。
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結(jié)果?
?????圖2(a)和圖2(b)分別收集了在不同兆頻超聲波功率下使用配方1 (NMP)獲得的聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅顆粒的性能。
? ? ?圖3顯示了在NMP使用30 W的功率去除聚甲基丙烯酸甲酯顆粒的情況下霧度的徑向分布。在晶片的中心，清潔過程后霧度降低，表明顆粒被有效去除。然而，在大于20毫米的徑向距離處，該圖顯示了交叉，這提供了清潔后霧度增加的證據(jù)。這種現(xiàn)象可歸因于不均勻的清潔和分離顆粒的優(yōu)先再沉積。
圖4總結(jié)了二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯顆粒在最高功率(75 W)下用NMP或水處理的顆粒去除效率。在所有情況下，二氧化硅顆粒比聚甲基丙烯酸甲酯更容易去除。這一事實(shí)可歸因于聚甲基丙烯酸甲酯的再沉積，但也歸因于聚甲基丙烯酸甲酯相對于二氧化硅的更高變形，這導(dǎo)致與晶片表面的更大接觸面積和顆粒老化后更強(qiáng)的范德華引力。
? ? ? 如圖7所示，二氧化硅顆粒在所有介質(zhì)中都帶負(fù)電荷，在水<異丙醇< NMP的順序中，絕對電荷增加；PMMA顆粒在所有溶劑中都帶正電荷。然而，NMP的正電荷數(shù)量很少。因此，聚甲基丙烯酸甲酯顆粒在NMP聚集形成大的團(tuán)簇，因?yàn)樗鼈冎g的范德華引力克服了低靜電排斥。在所有其他情況下，粒子表面電荷非常高，因此它會引起類似粒子之間的強(qiáng)烈的靜電排斥力，從而阻止凝固。由于表面電荷相反，PMMA粒子有望在所有三種溶劑中重新沉積在二氧化硅表面。此外，團(tuán)簇和表面之間的引力遠(yuǎn)高于離散粒子。因此，團(tuán)簇一旦形成，就會沉積在表面上。
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圖2 Wafer圖顯示了在NMP中清洗a)PMMA和b)二氧化硅顆粒前后晶片的霧霾。顆粒老化時(shí)間：12h
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圖3 在NMP中使用30W的超氣功率清洗PMMA顆粒前后霧霾值的徑向分布
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圖4 二氧化硅和PMMA顆粒的平均PRE，在NMP或水中，分別使用配方1和6，在75W。來自霧霾的PRE值。邊緣排除：2cm
理論
? ? ? 在這項(xiàng)工作中，在水中和NMP使用兆頻超聲波能量測試了從硅晶片中去除二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯顆粒。在水中，兩種類型的顆粒都被均勻地去除，并且去除效率隨著施加的兆頻超聲波功率而增加。然而，在NMP和低功率下，發(fā)現(xiàn)聚甲基丙烯酸甲酯顆粒形成大簇，在分離后重新沉積在晶片表面。Zeta電位測量顯示，在NMP和異丙醇中，聚甲基丙烯酸甲酯和二氧化硅表面帶相反電荷，這可以解釋沖洗過程中聚甲基丙烯酸甲酯的再沉積。此外，NMP聚甲基丙烯酸甲酯的低ζ電勢由于主要的分散相互作用而導(dǎo)致顆粒聚集。在NMP引入非離子表面活性劑顯示出改善的顆粒去除和防止聚集，這是由于形成了凝固的空間屏障。
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