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引言
在半導(dǎo)體器件的制造過程中，由于需要去除被稱為硅晶片的硅襯底上納米級(jí)的異物（顆粒），1/3的制造過程被稱為清洗過程。在半導(dǎo)體器件中，通常進(jìn)行RCA清潔，其中半導(dǎo)體器件以一批25個(gè)環(huán)（盒）為單位，依次浸入氨水，過氧化氫溶液，鹽酸等加熱的化學(xué)品中。然而，最近，為了降低環(huán)境負(fù)荷的目的和半導(dǎo)體器件的多品種化，需要片葉式的清洗方法，噴射純水的清洗工序正在增加。 在單片式清洗中，超聲波振動(dòng)體型清洗裝置是一種有效的清洗方法，目前已被許多工藝所使用。通過超聲波振動(dòng)器的清潔是通過從超聲波振動(dòng)器向純水施加超聲波振動(dòng)來(lái)加速水分子的清潔方法。
本方法的目的是利用頻率在5MHz-10MHz的超聲波振動(dòng)體技術(shù)，達(dá)到下一代半導(dǎo)體器件清洗技術(shù)的目標(biāo)。我們使用樣品基板，在硅晶片上涂覆直徑為1μm的聚苯乙烯膠乳(PSL)顆粒，對(duì)超聲波振動(dòng)型清洗裝置的清洗能力進(jìn)行了驗(yàn)證。
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實(shí)驗(yàn)
PSL顆粒附著模型：圖1顯示的是附著在基板上的聚乙烯膠乳(PSL)粒子的模型。當(dāng)亞微米的PSL顆粒粘附到襯底表面時(shí)，范德華力、重力、液體交聯(lián)力、靜電量和雙電層的排斥力作用在PSL顆粒上，但是范德華力被認(rèn)為是PSL顆粒粘附到硅晶片的主要因素。PSL顆粒的附著力由式1給出。
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圖1 PSL粘附模型
超音波洗浄裝置：粘附在硅基板上的PSL粒子的去除模型如圖2所示。當(dāng)僅考慮流體動(dòng)力學(xué)的作用時(shí)，通過超聲波振動(dòng)型清洗，晶片上的PSL顆粒被從沖擊壓力接收的力和輻射流的流體阻力去除，并且僅考慮來(lái)自剪切力的輻射流。
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圖2 通過超聲波清洗除去PSL粒子的模型
洗浄實(shí)驗(yàn)：對(duì)超聲波振動(dòng)體型清洗的輸出功率和清洗力之間的關(guān)系進(jìn)行了定量調(diào)查的實(shí)驗(yàn)。 在實(shí)驗(yàn)中，使用了圖5所示的超聲波振動(dòng)型清洗機(jī)。超聲波振動(dòng)體型清洗是在從噴嘴尖端射出的流水上疊加超聲波進(jìn)行清洗的點(diǎn)狀流水式。作為特征，由于是流水型，顆粒不會(huì)再粘附，并且由于頻率高，可以去除亞微米的顆粒。此外，由于輸出低，因此可以通過調(diào)節(jié)對(duì)裝置的低損壞和輸出來(lái)改變?nèi)ノ哿Α?/span>
圖6是實(shí)際清洗污染樣品基板的情況。將硅晶片安裝在旋涂機(jī)上，以50min-1的轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)，并從超聲波振動(dòng)器清潔裝置的噴嘴從其上噴射。然后，在1500min-1的轉(zhuǎn)數(shù)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)干燥30秒。
在清洗評(píng)價(jià)中，在用超聲波振動(dòng)體型清洗裝置清洗前后，對(duì)PSL顆粒的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)，并求出去除率。為了調(diào)整附著力，將樣品基板的烘烤溫度設(shè)定為90℃、100℃、110℃3個(gè)水平，進(jìn)行15分鐘。另外，超聲波振動(dòng)體型清洗裝置的輸出為0到40kW的5個(gè)水準(zhǔn)。
圖7中針對(duì)超聲波清洗裝置輸出的PSL粒子的除去顯示比率。在沒有附加超聲波的輸出功率0W時(shí)，去除率都很低，PSL粒子完全沒有被去除。對(duì)于10W或更高的超聲波輸出，在90℃的烘烤溫度下，無(wú)論輸出如何，去除率都在90%或更高，并且去除率隨著輸出的增加而略微增加。在100℃的烘烤溫度下，10W為47%，20W為85%，30W以上為約100%。在烘烤溫度為110℃的情況下，無(wú)論輸出功率如何，去除率都不到10%，只有在輸出功率為20W時(shí)，去除率才超過10%。
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圖7 相對(duì)于超聲波清洗裝置輸出的PSL粒子的去除率
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總結(jié)
從計(jì)算中得到的除去力和實(shí)驗(yàn)結(jié)果100℃時(shí)的除去率的比較結(jié)果如圖8所示。除去力的確認(rèn)是在超聲波振動(dòng)體清洗裝置的輸出功率為30W時(shí)。除去率具有與計(jì)算出的除去力相同的上升趨勢(shì)。因此，超聲波的振幅通過超聲波清洗機(jī)的輸出而變大，從而超聲波的能量也變大。也就是說(shuō)，水分子的沖擊壓力由于能量的增加而增加，并且洗滌力增加。去除率的上升趨勢(shì)與計(jì)算出的去除力基本一致。