摘要

從熱力學和傳輸的角度研究了從半導體晶片上的納米級特征中去除液體。熱力學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、液體所占的體積分數和內部接觸角的情況下，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這些參數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

半導體晶片在轉變?yōu)楣δ苄晕㈦娐窌r經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。為確保質量和可靠性，理想的晶圓清潔工藝應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：濕臺清潔系統、批量噴霧清潔系統和單晶片旋轉清潔系統。1 與前兩種技術不同，單晶片旋轉清洗系統一次處理一個晶片，2——4 在每個晶片的基礎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，單晶片旋轉清洗實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需要越來越精細的電路圖案。對于最先進節(jié)點上的功能，關鍵尺寸目前低于 32 nm，可以小至 14 nm。5,6 單晶圓旋轉清洗已成為應用于這些尺寸特征的主要方法。數字1 提供了單晶片旋轉清潔工具的示意圖。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。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速（至 1000-2000 RPM）來進行干燥。

熱力學模型

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力和能量分析中發(fā)揮重要作用。毛細管長度，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。

上面的熱力學模型假設在蒸發(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，即液體去除僅通過蒸發(fā)和擴散發(fā)生，并進一步假設氣相表現理想。對于這個基線分析，我們還忽略了液體/蒸汽界面的曲率，以促進一維傳輸模型的應用。數字8a 顯示 假設的干燥機制，包括液體蒸發(fā)、特征中的蒸汽擴散以及特征外的蒸汽擴散或對流。

結論

已經開發(fā)了熱力學模型和動態(tài)模型來研究半導體晶圓旋轉清洗過程中的液體去除過程。熱力學模型計算不同狀態(tài)的能量，其中液體可能存在于圓柱特征的內部和外部。能量包括表面張力和拉普拉斯壓力的貢獻?？偣卜治隽似叻N可能的液體狀態(tài)（定義在圖2 作為狀態(tài) I-VII)，包括五個內部狀態(tài)，

允許給定的特征深度、液滴體積和接觸角。詳細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 主要占據相圖。在了解內部和外部平衡狀態(tài)的情況下，將去除液滴所需的能量作為液體體積分數 φ 以及特征內部和頂部液體的接觸角的函數進行研究。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，因為狀態(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