摘要

從熱力學(xué)和傳輸?shù)慕嵌妊芯苛藦?a target="_blank">半導(dǎo)體晶片上的納米級特征中去除液體。熱力學(xué)模型考慮特征中液體的各種圓柱對稱狀態(tài)并計算它們的自由能。開發(fā)了一個相圖，以顯示在給定特征的縱橫比、液體所占的體積分?jǐn)?shù)和內(nèi)部接觸角的情況下，圓柱特征中哪種液體配置最穩(wěn)定。從特征中去除液體所需的能量是根據(jù)這些參數(shù)以及特征外部晶片表面上的接觸角來計算的。傳輸模型用于通過考慮液體蒸發(fā)動力學(xué)和氣相傳輸來估計干燥時間。干燥由液體的蒸發(fā)速率控制。

介紹

半導(dǎo)體晶片在轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄晕㈦娐窌r經(jīng)歷了許多微制造步驟。特別是晶片清洗在器件制造過程中會發(fā)生很多次。為確保質(zhì)量和可靠性，理想的晶圓清潔工藝應(yīng)去除掩蔽和等離子蝕刻后殘留的任何殘留物。目前有三種主要的濕法清潔技術(shù)：濕臺清潔系統(tǒng)、批量噴霧清潔系統(tǒng)和單晶片旋轉(zhuǎn)清潔系統(tǒng)。1 與前兩種技術(shù)不同，單晶片旋轉(zhuǎn)清洗系統(tǒng)一次處理一個晶片，2——4 在每個晶片的基礎(chǔ)上提供更均勻的清潔。使用連續(xù)的單晶片清洗方法，工藝混亂只會影響一個晶片，而不是整個多晶片盒。因此，相對于平行清洗方法，單晶片旋轉(zhuǎn)清洗實(shí)際上提高了整體工藝效率。

具有更大功能和更低功率需求的微電路的生產(chǎn)需要越來越精細(xì)的電路圖案。對于最先進(jìn)節(jié)點(diǎn)上的功能，關(guān)鍵尺寸目前低于 32 nm，可以小至 14 nm。5,6 單晶圓旋轉(zhuǎn)清洗已成為應(yīng)用于這些尺寸特征的主要方法。數(shù)字1 提供了單晶片旋轉(zhuǎn)清潔工具的示意圖。晶圓被放置在一個可以圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)晶圓的盤子上；兩個噴嘴——一個分配液體，另一個分配 N2 氣體——位于晶片上方。清潔過程包括潤濕和干燥步驟。在潤濕步驟中，液體從液體噴嘴噴出，而盤片以相對較低的速度 (100-300 RPM) 旋轉(zhuǎn)。在讓液體流入晶片上的特征一段時間后，通過中斷液體噴射、從另一個噴嘴將 N2 吹到晶片上并增加轉(zhuǎn)速（至 1000-2000 RPM）來進(jìn)行干燥。

熱力學(xué)模型

在典型的小表面特征的亞微米長度尺度上，液體表面張力開始在應(yīng)力和能量分析中發(fā)揮重要作用。毛細(xì)管長度，κ?1，7 通過將拉普拉斯壓力的尺度與重力和靜水力引起的壓力 的尺度相等來估計。

上面的熱力學(xué)模型假設(shè)在蒸發(fā)和隨后的氣相傳輸過程中不會發(fā)生液體損失。動態(tài)模型有助于估計通過相變和傳輸過程干燥特征所需的時間。為了建立一個簡單的定性模型，我們采用簡化假設(shè)，即液體去除僅通過蒸發(fā)和擴(kuò)散發(fā)生，并進(jìn)一步假設(shè)氣相表現(xiàn)理想。對于這個基線分析，我們還忽略了液體/蒸汽界面的曲率，以促進(jìn)一維傳輸模型的應(yīng)用。數(shù)字8a 顯示 假設(shè)的干燥機(jī)制，包括液體蒸發(fā)、特征中的蒸汽擴(kuò)散以及特征外的蒸汽擴(kuò)散或?qū)α鳌?/p>

結(jié)論

已經(jīng)開發(fā)了熱力學(xué)模型和動態(tài)模型來研究半導(dǎo)體晶圓旋轉(zhuǎn)清洗過程中的液體去除過程。熱力學(xué)模型計算不同狀態(tài)的能量，其中液體可能存在于圓柱特征的內(nèi)部和外部。能量包括表面張力和拉普拉斯壓力的貢獻(xiàn)。總共分析了七種可能的液體狀態(tài)（定義在圖2 作為狀態(tài) I-VII)，包括五個內(nèi)部狀態(tài)，

允許給定的特征深度、液滴體積和接觸角。詳細(xì)的能量分析允許計算相圖，并指出在可能的情況下，狀態(tài) III 或 IV 的能量總是最低的；否則狀態(tài) I 主要占據(jù)相圖。在了解內(nèi)部和外部平衡狀態(tài)的情況下，將去除液滴所需的能量作為液體體積分?jǐn)?shù) φ 以及特征內(nèi)部和頂部液體的接觸角的函數(shù)進(jìn)行研究。晶圓。對于狀態(tài) I 和 II，可以自發(fā)去除液體。狀態(tài) III 的液體總是需要能量輸入才能移除，因?yàn)闋顟B(tài) III 類似于外部狀態(tài) (VI)，但總是獲得較小的接觸角。

審核編輯：湯梓紅