《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》不同沉積介質(zhì)對顆粒粘附和去除的影響
書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》
文章：不同沉積介質(zhì)對顆粒粘附和去除的影響
編號：JFKJ-21-772
作者：炬豐科技
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摘要
???本研究的目的是探討不同沉積介質(zhì)對顆粒粘附和去除的影響。使用不同的懸浮介質(zhì):空氣、異丙醇IPA和去離子水，將50 μm的聚苯乙烯膠乳PSL顆粒沉積在涂有熱氧化物和氮化硅的硅片上，然后在干燥環(huán)境中去除。結(jié)果表明，由于在所有沉積介質(zhì)中范德華力較高，沉積在氧化物上的PSL粒子比沉積在氮化物上的更容易去除。此外，沉積在空氣中的干燥顆粒比沉積在液體介質(zhì)中的顆粒更容易去除。當(dāng)顆粒從液體懸浮液中沉積時，在顆粒和基底之間形成液體彎月面，導(dǎo)致毛細(xì)作用力。毛細(xì)作用力會導(dǎo)致像PSL這樣的軟顆粒發(fā)生塑性變形，從而增加顆粒和基底之間的接觸面積，使它們更難去除。液體彎月面在暴露于干燥空氣環(huán)境或真空后不久蒸發(fā)；然而，除了毛細(xì)管力的短時間暴露之外，顆粒的塑性變形將主要由于初始粘附力而發(fā)生。
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介紹
?????顆粒粘附是半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)量損失的主要原因之一，因?yàn)轭w粒會導(dǎo)致短路或開路；然而，顆粒粘附還有其他有用的應(yīng)用。例如，藥物顆粒對特定部位的粘附對制藥工業(yè)很重要.在靜電復(fù)印術(shù)中，要將墨粉顆粒成功地從光電導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到接收器，需要了解顆粒粘附的機(jī)制，在納米制造中，研究人員已經(jīng)使用定向組裝將納米顆粒制成納米線。本文采用空氣、異丙醇異丙醇和去離子水三種不同的沉積介質(zhì)，在熱氧化物和氮化硅晶片上沉積聚苯乙烯乳膠PSL粒子。使用空氣中的旋轉(zhuǎn)器去除這些顆粒，以觀察沉積介質(zhì)對顆粒去除效率PRE的影響。
理論背景
???粘附力和粘附力矩。
--第一個主要的粘附力是無處不在的范德華力。在沒有施加任何外部載荷的情況下，當(dāng)粒子在力范圍內(nèi)時，引力范德華力使粒子與表面接觸。當(dāng)存在液體膜或高濕度時，顆粒和襯底之間可以形成液體半月板。由此產(chǎn)生的毛細(xì)管力對總粘附力有很大的貢獻(xiàn)。在本文中，我們重點(diǎn)關(guān)注這些范德華和毛細(xì)管粘附力。
通過流體動力流動去除顆粒。
--流體動力去除顆粒是從表面去除顆粒的實(shí)用方法之一。流體流動參數(shù)，如速度分布、壁面剪應(yīng)力、阻力和升力等，為流體流動得到了很好的建立。對球體上的水動力力的了解使我們能夠研究到亞微米大小的顆粒的粘附和去除機(jī)制。
顆粒去除機(jī)理。
--如圖所示。粘附在空氣中旋轉(zhuǎn)圓盤圓片上的顆粒受到以下力：吸引粘附力Fa、升力Fl、阻力Fd和離心力分。
所有實(shí)驗(yàn)均在10級潔凈室45%濕度中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中使用的熱氧化物600nm和等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積氮化硅300nm薄膜沉積在150mm的硅晶片上。在每次實(shí)驗(yàn)開始前，使用硫酸和過氧化氫的食人魚溶液混合物清洗晶片。用空氣、IPA和去離子水將PSL直徑為50m干粉的PSL球形顆粒沉積在晶片上。沉積后，使用光刻抗蝕劑旋轉(zhuǎn)器前進(jìn)研究，以相對較低的轉(zhuǎn)速每分鐘旋轉(zhuǎn)，以擴(kuò)散粒子并實(shí)現(xiàn)粒子的均勻沉積。然后，帶有粒子的晶圓在空氣環(huán)境中以每分鐘更高轉(zhuǎn)速的速度旋轉(zhuǎn)。晶圓旋轉(zhuǎn)后，再次掃描晶圓，獲得不同晶圓半徑下的去除效率。為了研究和測量50um PSL粒子與襯底之間的接觸區(qū)域，我們還使用了場發(fā)射掃描電子顯微鏡。
結(jié)果和討論
????圖3顯示了當(dāng)顆粒沉積在空氣、IPA和去離子水介質(zhì)中時，氧化物和氮化物硅片上的PRE作為應(yīng)用去除矩的函數(shù)的比較。結(jié)果表明，需要較高的去除力矩對于所有考慮的沉積介質(zhì)，從氮化物晶片中比氧化物晶片中去除顆粒。這是因?yàn)榈璞?ASiO2=6.510?20J具有更高的哈默克常數(shù)，而二氧化硅具有ASi3N4=1710?20J。從去離子水懸浮液中去除顆粒比從IPA懸浮液中去除顆粒需要更高的去除力矩。這表明，當(dāng)顆粒從液體懸浮液中沉積時，去除矩取決于液體介質(zhì)的表面張力。與空氣相比，去除沉積在液體介質(zhì)中的顆粒需要更高的去除力矩。與在空氣介質(zhì)中去除相比，在去離子水介質(zhì)中去除顆粒需要2個數(shù)量級以上的去除矩。
如圖所示。3、對于沉積在IPA介質(zhì)中的顆粒，獲得相同的PRE所需的去除力矩比干燥顆粒高約1階。此外，沉積在去離子水中的粒子的去除矩比沉積在空氣中的粒子高2階。方程3表明，粘附矩與3/z03成正比。較高的去除力矩是由于毛細(xì)管力引起的接觸半徑的增加。毛細(xì)管力使PSL粒子變形，并使接觸區(qū)域內(nèi)柔軟粗糙PSL顆粒表面，減少等效分離距離，從而增加總附著力。
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結(jié)論
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本文研究了不同的沉積介質(zhì)對顆粒的粘附和去除的影響，以更好地了解顆粒的粘附和去除機(jī)理。PSL顆粒沉積在氧化物和氮化物硅片上的空氣、IPA和去離子水介質(zhì)中。這些粒子的PRE是作為去除矩的函數(shù)來測量的。當(dāng)粒子沉積在空氣介質(zhì)中時，范德華力占主導(dǎo)地位。然而，當(dāng)粒子從液體懸浮液沉積在基底上時，粒子和底板之間形成半月板，產(chǎn)生毛細(xì)力，主導(dǎo)范德瓦爾斯力，使粒子比干顆粒變形得多。具有較高表面張力的液體會產(chǎn)生更大的毛細(xì)管力，從而導(dǎo)致更多的變形。即使液體半月板暴露在干燥的空氣環(huán)境或真空中都會蒸發(fā)，毛細(xì)管力的初始效應(yīng)比干燥的顆粒留下更大的塑性變形。即使在液體半月板消失后，由于毛細(xì)管力引起的塑性變形更大，液體懸浮液中的顆粒仍然比那些干顆粒更容易去除。
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