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(guò)可控污染工藝沉積在硅晶片上。對(duì)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(guò)改變處理?xiàng)l件和漂洗時(shí)間化學(xué)成分，對(duì)幾種清洗配方進(jìn)行評(píng)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(lái)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。

介紹

有機(jī)溶劑越來(lái)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(méi)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?cè)谶@項(xiàng)工作中評(píng)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(cè)量水、異丙醇和NMP中的粒子電勢(shì)，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(píng)估為顆粒類型、施加的聲功率和清潔配方的函數(shù)。對(duì)在水中獲得的顆粒去除進(jìn)行了交叉比較。

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(zhǎng)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(lái)量化晶片上的粒子濃度。后者可以檢測(cè)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(duì)圖分析，以確定清潔前后去除的、添加的和常見(jiàn)的顆粒數(shù)量。

結(jié)果

圖1(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1.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

圖2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(guò)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2. 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

圖3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(duì)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。

圖3. 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(lái)自霧霾的PRE值。邊緣排除：2cm

如圖4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(duì)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(huì)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(huì)沉積在表面上。

圖4.二氧化硅和PMMA粒子在水中、IPA和NMP中的Zeta電位

理論

在這項(xiàng)工作中，在水中和NMP使用兆頻超聲波能量測(cè)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(cè)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(guò)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(shì)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。

審核編輯：湯梓紅