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引言
表面和亞微米深溝槽的清洗在半導(dǎo)體制造中是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。在這項(xiàng)工作中，使用物理數(shù)值模擬研究了使用脈動(dòng)流清洗毯式和圖案化晶片。毯式晶片清洗工藝的初步結(jié)果與文獻(xiàn)中的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。毯式和圖案化晶片的初步結(jié)果表明，振蕩流清洗比穩(wěn)定流清洗更有效，并且振蕩流的最佳頻率是溝槽尺寸的函數(shù)。
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介紹
微污染是大多數(shù)大規(guī)模生產(chǎn)的超大規(guī)模集成電路的產(chǎn)量損失[1]。傳統(tǒng)上，晶片清洗工作專(zhuān)注于毯式晶圓。然而，化學(xué)和微粒污染自然發(fā)生在圖案化的晶片也是如此。例如，離子注入、反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、濕法化學(xué)清洗所有留下的金屬和/或化學(xué)物質(zhì)圖案化晶片表面上的污染物。跟隨許多BEOL過(guò)程、污染物或化學(xué)品可以留在戰(zhàn)壕里。因此，有一個(gè)迫切需要開(kāi)發(fā)有效的清潔技術(shù)并用亞微米尺寸溝槽沖洗晶片表面。蓋爾和布斯納娜研究了兆頻超聲波清洗和用于毯式晶片的清洗工藝提供了一些早期的建模結(jié)果。盡管兆頻超聲波清洗目前被用于圖案化晶片清洗的機(jī)理用于圖案化晶片的兆頻超聲波清洗工藝不是很好理解。本文基于毯式晶片的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究清洗，去除亞微米級(jí)的污染物使用兆頻超聲波清洗的溝槽使用物理建模。
利用控制動(dòng)量和質(zhì)量守恒方程的有限差分解，模擬了濕清洗幾何結(jié)構(gòu)中的流體流動(dòng)和污染物輸運(yùn)。對(duì)流動(dòng)通過(guò)一系列空腔的模擬進(jìn)行了驗(yàn)證，與帕金斯的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。
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結(jié)果和討論
毯式晶圓清洗
最初，模擬了兆頻超聲波清洗槽中單個(gè)晶片的清洗。如圖1所示，兆頻超聲波束由位于儲(chǔ)罐底部的浸入式換能器產(chǎn)生。將單個(gè)晶片平行于強(qiáng)超聲波束放置。使用的工藝溶液是水。清洗過(guò)程中不使用溢出。
圖一
圖2示出了晶片表面上鉀的清洗隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值結(jié)果。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的一致性對(duì)停滯浴是有利的。兆頻超聲波清洗流大大減少了清洗時(shí)間，因?yàn)檎袷幵黾恿宋廴疚锏膫鬏斔俾?。在有限的漂洗時(shí)間內(nèi)，兆頻超聲波流動(dòng)漂洗比靜止浴具有更高的清洗效率。
圖二 清洗過(guò)程中K的表面濃度
圖案化晶片清洗
圖案化晶片清洗可以被建模為通過(guò)一系列矩形空腔的脈動(dòng)流中的質(zhì)量傳遞。在入口和出口邊界使用周期性邊界條件，我們可以考慮用一個(gè)空腔來(lái)模擬流過(guò)一系列空腔的流動(dòng)(重復(fù)的幾何形狀)。
圖4顯示了沖洗過(guò)程中腔內(nèi)和腔內(nèi)表面殘留的鉀離子數(shù)量隨時(shí)間的變化。使用相同的平均速度v0，圖中顯示了振蕩流漂洗比穩(wěn)定流漂洗具有更高的效率。在振蕩流沖洗中，當(dāng)流速v#0時(shí)，通過(guò)流腔外的壓力差拖出空腔。為了穩(wěn)定的流動(dòng)清洗，即使離子污染從腔表面擴(kuò)散，但由于缺乏對(duì)流的質(zhì)量傳輸，大部分仍留在腔內(nèi)。當(dāng)一個(gè)穩(wěn)定的流通過(guò)一個(gè)腔時(shí)，它會(huì)在腔內(nèi)誘發(fā)一個(gè)大的單渦。污染物從腔表面擴(kuò)散到腔的大部分。
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結(jié)論
與停滯浴和穩(wěn)定流沖洗相比，脈動(dòng)(兆頻超聲波)流沖洗在毯式和圖案化晶片沖洗中顯示出顯著的優(yōu)勢(shì)。它大大減少了毯式晶片清洗過(guò)程中的沖洗時(shí)間。渦流振蕩機(jī)制顯著增強(qiáng)了圖案化晶片清洗的混合。