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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)時間并提高清潔性能，這一點已經(jīng)得到公認。最近，一種獨特的基于浸入式的單晶片處理器 EmersionTM 被證明可以實現(xiàn)對亞 50 nm 器件結(jié)構(gòu)的無損兆聲清洗，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損處理機制。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換能器的操作模型。
? ? ? Emersion 單晶片室采用獨特的三個兆聲換能器配置。一個關(guān)鍵的設(shè)計目標是利用整個晶圓表面的暴露優(yōu)勢，允許將多個聲波前應(yīng)用于晶圓。預(yù)計這些波前的聯(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換能器并入處理室。底部換能器在功能上類似于批量換能器。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似的波前。通過垂直掃描提升晶片，以便多次完全通過上部換能器波前。在處理過程中，底部傳感器在 30 秒的整個處理時間內(nèi)處于開啟狀態(tài)。由于上部換能器僅在掃描序列期間開啟，因此晶片上任何管芯在兆聲波功率下的暴露時間限制在幾毫秒內(nèi)，從而最大限度地減少損壞。
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PRE 測試和結(jié)果
? ? ? 圖 2 總結(jié)了全因子設(shè)計實驗的結(jié)果，該實驗研究了換能器配置和功率水平對顆粒去除效率的影響。PRE 測試是使用 30 秒稀釋 SC1 工藝對通過濕吸附沉積的老化 Si3N4 挑戰(zhàn)晶片進行的。三元圖顯示了一個明確定義的中心區(qū)域，其中實現(xiàn)了高 PRE 值。該區(qū)域內(nèi)的許多數(shù)據(jù)點是在多個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 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。實現(xiàn) PRE 值的能力 > 考慮到傳統(tǒng)的 SC1 清潔機制依賴于顆粒的蝕刻和底切，因此使用稀釋的 SC1 溶液處理時間僅為 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，進行了聲致發(fā)光成像。聲致發(fā)光是指當坍塌的空化氣泡將其中的氣體加熱到足以產(chǎn)生白熾光的溫度時發(fā)生的光子發(fā)射。在這些測試中，光學(xué)成像系統(tǒng)安裝在 Emersion 室的頂部，以定量測量室中的聲致發(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)對應(yīng)于晶片內(nèi)部和背面。大亮點是由于未使用脫氣去離子水的場外試驗臺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制與批處理罐中類似換能器的顆粒去除機制相同，但由于更高的對流和聲流流速而得到增強。然而，單獨作用的底部換能器無法實現(xiàn)高 PRE 值。只有在使用兩個或多個傳感器的組合時才能達到最高的 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。聲致發(fā)光結(jié)果表明組合換能器的空化強度更大且更均勻?？磥?，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程中穿過的流體/空氣界面。優(yōu)化的掃描速率可提高顆粒去除率，但將任何單個晶片裸片的曝光時間限制在幾毫秒內(nèi)，以避免損壞器件。
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