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关键词： 单晶片清洗、兆声波损伤、颗粒去除效率。

介绍

      与批量工具相比，单晶片清洁工具可以减少循环时间并提高清洁性能，这一点已经得到公认。最近，一种独特的基于浸入式的单晶片处理器 EmersionTM 被证明可以实现对亚 50 nm 器件结构的无损兆声清洗，并具有相应的高颗粒去除效率 (PRE) 。在本文中，我们研究了 Emersion 多换能器室的清洁和无损处理机制。我们展示了各种操作条件下的颗粒去除效率、声致发光成像数据和兆声波损伤结果。这些结果用于提出腔室中多个换能器的操作模型。

      Emersion 单晶片室采用独特的三个兆声换能器配置。一个关键的设计目标是利用整个晶圆表面的暴露优势，允许将多个声波前应用于晶圆。预计这些波前的联合作用将允许使用降低的兆声波功率水平并缩短处理时间，以在不牺牲清洁的情况下消除损坏。

      图 1 所示的示意图显示了将三个换能器并入处理室。底部换能器在功能上类似于批量换能器。前换能器向晶片的正面（器件）侧引入斜角声波前，而后换能器向晶片的背面引入类似的波前。通过垂直扫描提升晶片，以便多次完全通过上部换能器波前。在处理过程中，底部传感器在 30 秒的整个处理时间内处于开启状态。由于上部换能器仅在扫描序列期间开启，因此晶片上任何管芯在兆声波功率下的暴露时间限制在几毫秒内，从而最大限度地减少损坏。

PRE 测试和结果

      图 2 总结了全因子设计实验的结果，该实验研究了换能器配置和功率水平对颗粒去除效率的影响。PRE 测试是使用 30 秒稀释 SC1 工艺对通过湿吸附沉积的老化 Si3N4 挑战晶片进行的。三元图显示了一个明确定义的中心区域，其中实现了高 PRE 值。该区域内的许多数据点是在多个换能器上使用令人惊讶的低兆声功率水平（例如 <0.3 W/cm2）获得的。表 1 总结了配置和总功率对 PRE 的影响，表明换能器的配置比施加的总功率更重要。最低总功率情况比最高总功率情况产生高得多的 PRE。实现 PRE 值的能力 > 考虑到传统的 SC1 清洁机制依赖于颗粒的蚀刻和底切，因此使用稀释的 SC1 溶液处理时间仅为 30 秒的 95% 是不寻常的。因此，换能器相互作用发挥着重要作用。

声致发光测试和结果

      上述 PRE 结果表明，室内出现了一些不寻常的声学效应。最可能的解释被认为是空化事件和可能的兰姆波产生。为了提供这些现象的直接指示，进行了声致发光成像。声致发光是指当坍塌的空化气泡将其中的气体加热到足以产生白炽光的温度时发生的光子发射。在这些测试中，光学成像系统安装在 Emersion 室的顶部，以定量测量室中的声致发光，如图 3a 所示。研究了换能器配置和功率的几种组合。图 3b 显示了向下看腔室的典型光强分布。在这张图片中，前部和底部传感器的供电值均小于 1W/cm2。暗区对应于晶片内部和背面。大亮点是由于未使用脱气去离子水的场外试验台中的大气泡破裂所致。相同的数据以 3-d 形式绘制在图 3c 中。很明显，空化在晶片前表面达到最大值。

多传感器超音速清洗与损伤理论

      底部换能器的颗粒去除机制与批处理罐中类似换能器的颗粒去除机制相同，但由于更高的对流和声流流速而得到增强。然而，单独作用的底部换能器无法实现高 PRE 值。只有在使用两个或多个传感器的组合时才能达到最高的 PRE 值。直接作用于晶片器件侧的前换能器已被证明可显着改善 PRE，尤其是在与底部换能器协同作用时。声致发光结果表明组合换能器的空化强度更大且更均匀。看来，以斜角入射的前换能器的附近，将兆声波能量集中在晶片在扫描过程中穿过的流体/空气界面。优化的扫描速率可提高颗粒去除率，但将任何单个晶片裸片的曝光时间限制在几毫秒内，以避免损坏器件。

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