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引言
本研究首次建立了適用于非中心擺動(dòng)噴嘴的清洗刻蝕旋轉(zhuǎn)計(jì)算模型，用于評估旋轉(zhuǎn)晶片上HF水溶液對二氧化硅薄膜的刻蝕速率。通過與不同噴嘴擺動(dòng)寬度下的測量結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該模型。
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實(shí)驗(yàn)
圖1顯示了本次研究中使用的單晶片濕法蝕刻機(jī)。這種蝕刻機(jī)有一個(gè)直徑200毫米的晶片，在一個(gè)圓柱形容器中以100-1400轉(zhuǎn)/分的速度旋轉(zhuǎn)。HF水溶液(3%)從垂直于晶片表面的4毫米直徑噴嘴以1升/分鐘的流速向下注射1分鐘。如圖1所示，這個(gè)噴嘴從-R位置擺動(dòng)到+R位置。注射后，HF水溶液沿著旋轉(zhuǎn)的晶片表面從注射位置輸送到晶片邊緣，然后最終從晶片邊緣濺射到外部。
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圖1
因?yàn)楸狙芯恐惺褂玫?/span>HF濃度非常低，所以在晶片表面引起的反應(yīng)熱非常低。我們忽略了反應(yīng)熱引起的溫度變化。這項(xiàng)研究中使用的硅片具有100納米厚的二氧化硅薄膜，是通過氧化形成的。在蝕刻之前和之后，使用橢圓儀測量二氧化硅膜的厚度，以便從差異獲得蝕刻速率。實(shí)驗(yàn)獲得的蝕刻速率是溫度和HF及相關(guān)離子(如[H+]和[HF2-])濃度的函數(shù)。
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結(jié)果和討論
為了驗(yàn)證化學(xué)反應(yīng)模型，在使用中心噴嘴評估蝕刻速率行為之后，詳細(xì)研究了擺動(dòng)噴嘴的運(yùn)動(dòng)。首先，當(dāng)用于注射HF水溶液的噴嘴設(shè)置在旋轉(zhuǎn)晶片的中心時(shí)，評估蝕刻速率行為，通過測量和計(jì)算獲得的二氧化硅蝕刻速率的平均值分別由圖3中的黑圈和實(shí)線示出。每個(gè)值都被評估為晶片表面上蝕刻速率的平均值。
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圖3
在100轉(zhuǎn)/分的低轉(zhuǎn)速下測量的平均蝕刻速率為18納米/分鐘；在高于500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，接近20納米/分鐘。測量的特征行為是在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，如200-1400轉(zhuǎn)/分，蝕刻速率有很小的差異。通過計(jì)算獲得的蝕刻速率在圖3中用實(shí)線示出。在100轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下，計(jì)算的蝕刻速率接近17納米/分鐘；在500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)略微增加到18納米/分鐘。在轉(zhuǎn)速高于200轉(zhuǎn)/分時(shí)，計(jì)算出的蝕刻速率保持平穩(wěn)。通過計(jì)算獲得的蝕刻速率被認(rèn)為再現(xiàn)了典型的行為。接下來，獲得在100、500和1400 rpm的轉(zhuǎn)速下晶片上的蝕刻速率分布，如圖4所示。在圖4(a)中，在500和1400 rpm在晶片中心接近20納米/分鐘；它在接近晶片邊緣時(shí)非常輕微地下降。晶片邊緣的蝕刻速率接近19納米/分鐘。在100 rpm下測量的蝕刻速率小于在較高轉(zhuǎn)速下測量的蝕刻速率。在100 rpm下，晶片中心的蝕刻速率接近18納米/分鐘；它在晶片邊緣逐漸減小。
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圖4
圖4(b)中的實(shí)線是計(jì)算結(jié)果。如該圖所示，在100、500和1400 rpm的轉(zhuǎn)速下，晶片中心的計(jì)算蝕刻速率接近20納米/分鐘。當(dāng)接近晶片邊緣時(shí)，它降低到接近15納米/分鐘。在500和1400 rpm下計(jì)算的蝕刻速率在晶片表面上顯示非常相似的值；他們的側(cè)面相互重疊。在100 rpm下計(jì)算的蝕刻速率完全小于在較高轉(zhuǎn)速下的蝕刻速率。雖然通過計(jì)算獲得的從晶片中心到邊緣的蝕刻速率的降低大于通過測量獲得的，但是計(jì)算中的整個(gè)趨勢與測量中的一致，并且是可接受的。因此，本研究中開發(fā)的計(jì)算模型被認(rèn)為成功地考慮了旋轉(zhuǎn)晶片上的關(guān)鍵現(xiàn)象。
雖然本研究可以表達(dá)典型行為，但計(jì)算模型仍需改進(jìn)。因?yàn)橛?jì)算和測量之間的差異，例如蝕刻速率分布中的差異，可能是由于晶片表面的不適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件造成的，所以應(yīng)該進(jìn)一步研究表面反應(yīng)的速率方程。
如圖所示5，由于蝕刻反應(yīng)的消耗，高頻濃度從晶片中心到其邊緣呈單調(diào)且逐漸下降。這一趨勢與100和1400rpm相似。
在本節(jié)中，首先評估使用非中心噴嘴的液體流動(dòng)和蝕刻行為，接下來，研究使用擺動(dòng)噴嘴的蝕刻速率分布，通過使用擺動(dòng)噴嘴的測量獲得的蝕刻速率分布可以從計(jì)算中理解。通過這項(xiàng)研究，圓柱形噴管的假設(shè)對于低成本計(jì)算和擺動(dòng)噴管效應(yīng)的預(yù)測是實(shí)用的。因?yàn)檫@種模型可能已經(jīng)在一些工業(yè)領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用，所以在本研究中闡明它的理論背景將有助于進(jìn)一步發(fā)展，特別是在納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。