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關(guān)鍵詞： 單晶片清洗、兆聲波損傷、顆粒去除效率。
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介紹
? ? ? 與批量工具相比，單晶片清潔工具可以減少循環(huán)時(shí)間并提高清潔性能，這一點(diǎn)已經(jīng)得到公認(rèn)。最近，一種獨(dú)特的基于浸入式的單晶片處理器 EmersionTM 被證明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)亞 50 nm 器件結(jié)構(gòu)的無(wú)損兆聲清洗，并具有相應(yīng)的高顆粒去除效率 (PRE) 。在本文中，我們研究了 Emersion 多換能器室的清潔和無(wú)損處理機(jī)制。我們展示了各種操作條件下的顆粒去除效率、聲致發(fā)光成像數(shù)據(jù)和兆聲波損傷結(jié)果。這些結(jié)果用于提出腔室中多個(gè)換能器的操作模型。
? ? ? Emersion 單晶片室采用獨(dú)特的三個(gè)兆聲換能器配置。一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)目標(biāo)是利用整個(gè)晶圓表面的暴露優(yōu)勢(shì)，允許將多個(gè)聲波前應(yīng)用于晶圓。預(yù)計(jì)這些波前的聯(lián)合作用將允許使用降低的兆聲波功率水平并縮短處理時(shí)間，以在不犧牲清潔的情況下消除損壞。
? ? ? 圖 1 所示的示意圖顯示了將三個(gè)換能器并入處理室。底部換能器在功能上類(lèi)似于批量換能器。前換能器向晶片的正面（器件）側(cè)引入斜角聲波前，而后換能器向晶片的背面引入類(lèi)似的波前。通過(guò)垂直掃描提升晶片，以便多次完全通過(guò)上部換能器波前。在處理過(guò)程中，底部傳感器在 30 秒的整個(gè)處理時(shí)間內(nèi)處于開(kāi)啟狀態(tài)。由于上部換能器僅在掃描序列期間開(kāi)啟，因此晶片上任何管芯在兆聲波功率下的暴露時(shí)間限制在幾毫秒內(nèi)，從而最大限度地減少損壞。
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PRE 測(cè)試和結(jié)果
? ? ? 圖 2 總結(jié)了全因子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)研究了換能器配置和功率水平對(duì)顆粒去除效率的影響。PRE 測(cè)試是使用 30 秒稀釋 SC1 工藝對(duì)通過(guò)濕吸附沉積的老化 Si3N4 挑戰(zhàn)晶片進(jìn)行的。三元圖顯示了一個(gè)明確定義的中心區(qū)域，其中實(shí)現(xiàn)了高 PRE 值。該區(qū)域內(nèi)的許多數(shù)據(jù)點(diǎn)是在多個(gè)換能器上使用令人驚訝的低兆聲功率水平（例如 <0.3 W/cm2）獲得的。表 1 總結(jié)了配置和總功率對(duì) PRE 的影響，表明換能器的配置比施加的總功率更重要。最低總功率情況比最高總功率情況產(chǎn)生高得多的 PRE。實(shí)現(xiàn) PRE 值的能力 > 考慮到傳統(tǒng)的 SC1 清潔機(jī)制依賴(lài)于顆粒的蝕刻和底切，因此使用稀釋的 SC1 溶液處理時(shí)間僅為 30 秒的 95% 是不尋常的。因此，換能器相互作用發(fā)揮著重要作用。
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聲致發(fā)光測(cè)試和結(jié)果
? ? ? 上述 PRE 結(jié)果表明，室內(nèi)出現(xiàn)了一些不尋常的聲學(xué)效應(yīng)。最可能的解釋被認(rèn)為是空化事件和可能的蘭姆波產(chǎn)生。為了提供這些現(xiàn)象的直接指示，進(jìn)行了聲致發(fā)光成像。聲致發(fā)光是指當(dāng)坍塌的空化氣泡將其中的氣體加熱到足以產(chǎn)生白熾光的溫度時(shí)發(fā)生的光子發(fā)射。在這些測(cè)試中，光學(xué)成像系統(tǒng)安裝在 Emersion 室的頂部，以定量測(cè)量室中的聲致發(fā)光，如圖 3a 所示。研究了換能器配置和功率的幾種組合。圖 3b 顯示了向下看腔室的典型光強(qiáng)分布。在這張圖片中，前部和底部傳感器的供電值均小于 1W/cm2。暗區(qū)對(duì)應(yīng)于晶片內(nèi)部和背面。大亮點(diǎn)是由于未使用脫氣去離子水的場(chǎng)外試驗(yàn)臺(tái)中的大氣泡破裂所致。相同的數(shù)據(jù)以 3-d 形式繪制在圖 3c 中。很明顯，空化在晶片前表面達(dá)到最大值。
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多傳感器超音速清洗與損傷理論
? ? ? 底部換能器的顆粒去除機(jī)制與批處理罐中類(lèi)似換能器的顆粒去除機(jī)制相同，但由于更高的對(duì)流和聲流流速而得到增強(qiáng)。然而，單獨(dú)作用的底部換能器無(wú)法實(shí)現(xiàn)高 PRE 值。只有在使用兩個(gè)或多個(gè)傳感器的組合時(shí)才能達(dá)到最高的 PRE 值。直接作用于晶片器件側(cè)的前換能器已被證明可顯著改善 PRE，尤其是在與底部換能器協(xié)同作用時(shí)。聲致發(fā)光結(jié)果表明組合換能器的空化強(qiáng)度更大且更均勻?？磥?lái)，以斜角入射的前換能器的附近，將兆聲波能量集中在晶片在掃描過(guò)程中穿過(guò)的流體/空氣界面。優(yōu)化的掃描速率可提高顆粒去除率，但將任何單個(gè)晶片裸片的曝光時(shí)間限制在幾毫秒內(nèi)，以避免損壞器件。
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