扫码添加微信，获取更多半导体相关资料

引言

本研究首次建立了适用于非中心摆动喷嘴的清洗刻蚀旋转计算模型，用于评估旋转晶片上HF水溶液对二氧化硅薄膜的刻蚀速率。通过与不同喷嘴摆动宽度下的测量结果进行比较，验证了该模型。

实验

图1显示了本次研究中使用的单晶片湿法蚀刻机。这种蚀刻机有一个直径200毫米的晶片，在一个圆柱形容器中以100-1400转/分的速度旋转。HF水溶液(3%)从垂直于晶片表面的4毫米直径喷嘴以1升/分钟的流速向下注射1分钟。如图1所示，这个喷嘴从-R位置摆动到+R位置。注射后，HF水溶液沿着旋转的晶片表面从注射位置输送到晶片边缘，然后最终从晶片边缘溅射到外部。

图1

因为本研究中使用的HF浓度非常低，所以在晶片表面引起的反应热非常低。我们忽略了反应热引起的温度变化。这项研究中使用的硅片具有100纳米厚的二氧化硅薄膜，是通过氧化形成的。在蚀刻之前和之后，使用椭圆仪测量二氧化硅膜的厚度，以便从差异获得蚀刻速率。实验获得的蚀刻速率是温度和HF及相关离子(如[H+]和[HF2-])浓度的函数。

结果和讨论

为了验证化学反应模型，在使用中心喷嘴评估蚀刻速率行为之后，详细研究了摆动喷嘴的运动。首先，当用于注射HF水溶液的喷嘴设置在旋转晶片的中心时，评估蚀刻速率行为，通过测量和计算获得的二氧化硅蚀刻速率的平均值分别由图3中的黑圈和实线示出。每个值都被评估为晶片表面上蚀刻速率的平均值。

图3

在100转/分的低转速下测量的平均蚀刻速率为18纳米/分钟；在高于500转/分钟时，接近20纳米/分钟。测量的特征行为是在很宽的转速范围内，如200-1400转/分，蚀刻速率有很小的差异。通过计算获得的蚀刻速率在图3中用实线示出。在100转/分的转速下，计算的蚀刻速率接近17纳米/分钟；在500转/分钟时略微增加到18纳米/分钟。在转速高于200转/分时，计算出的蚀刻速率保持平稳。通过计算获得的蚀刻速率被认为再现了典型的行为。接下来，获得在100、500和1400 rpm的转速下晶片上的蚀刻速率分布，如图4所示。在图4(a)中，在500和1400 rpm在晶片中心接近20纳米/分钟；它在接近晶片边缘时非常轻微地下降。晶片边缘的蚀刻速率接近19纳米/分钟。在100 rpm下测量的蚀刻速率小于在较高转速下测量的蚀刻速率。在100 rpm下，晶片中心的蚀刻速率接近18纳米/分钟；它在晶片边缘逐渐减小。

图4

图4(b)中的实线是计算结果。如该图所示，在100、500和1400 rpm的转速下，晶片中心的计算蚀刻速率接近20纳米/分钟。当接近晶片边缘时，它降低到接近15纳米/分钟。在500和1400 rpm下计算的蚀刻速率在晶片表面上显示非常相似的值；他们的侧面相互重叠。在100 rpm下计算的蚀刻速率完全小于在较高转速下的蚀刻速率。虽然通过计算获得的从晶片中心到边缘的蚀刻速率的降低大于通过测量获得的，但是计算中的整个趋势与测量中的一致，并且是可接受的。因此，本研究中开发的计算模型被认为成功地考虑了旋转晶片上的关键现象。

虽然本研究可以表达典型行为，但计算模型仍需改进。因为计算和测量之间的差异，例如蚀刻速率分布中的差异，可能是由于晶片表面的不适当的边界条件造成的，所以应该进一步研究表面反应的速率方程。

如图所示5，由于蚀刻反应的消耗，高频浓度从晶片中心到其边缘呈单调且逐渐下降。这一趋势与100和1400rpm相似。

在本节中，首先评估使用非中心喷嘴的液体流动和蚀刻行为，接下来，研究使用摆动喷嘴的蚀刻速率分布，通过使用摆动喷嘴的测量获得的蚀刻速率分布可以从计算中理解。通过这项研究，圆柱形喷管的假设对于低成本计算和摆动喷管效应的预测是实用的。因为这种模型可能已经在一些工业领域得到了实际应用，所以在本研究中阐明它的理论背景将有助于进一步发展，特别是在纳米科学技术领域。