《炬丰科技-半导体工艺》 PVA刷接触式清洗过程中超细颗粒清洗现象
书籍：《华林科纳-半导体工艺》
文章：PVA刷接触式清洗过程中超细颗粒清洗现象
编号：JFKJ-21-1109
作者：华林科纳
引言
为了LSI的小型·高性能化， 为了实现高精度的基板表面粗糙度，在制造工序中推进了微细且多层布线化。 要求使用粒径100 nm以下的纳米粒子的CMP（Chemical Mechanical Polishing）工程。 工艺后晶圆上残留纳米粒子，成为产生缺陷产品的原因[1， 2]抛光后的清洗之一是利用软PVA（Polyvinyl Alcohol）刷直接接触清洗晶圆。 通过具有内部孔和结构凹凸的刷子的机械旋转运动和供给的药液流动，附着在表面的纳米粒子从晶圆上脱离[3]。在清洗过程中，观察表面上的抛光纳米粒子的清洗现象。 阐明机制， 对于更有效的纳米粒子清洗是必不可少的。
在本研究中使用渐逝光的PVA刷的氮化膜上的纳米二氧化硅粒子接触清洗现象的观察[4]中，PVA刷与基板表面接触使粒子从表面脱离时，由于PVA刷的散射光明亮，所以很难观察与纳米二氧化硅粒子的相互行为。因此，在本稿中，通过使用与PVA刷不同波长的荧光特殊纳米二氧化硅粒子，识别蓝色散射光的PVA刷和红色荧光的纳米二氧化硅粒子，观察表面附近的接触清洗现象，因此进行报告。
实验
图1显示了PVA刷的接触擦洗。通过向晶圆表面的PVA刷旋转接触和药液供给的并用，使附着在基板上的100 nm以下的二氧化硅研磨粒子脱离。由于该纳米尺度现象在距离表面数百nm的范围内高度发生，本研究中如图2所示，通过使用仅在表面附近局部存在的渐逝光来观察现象。
渐逝光是激光从基板（高折射率）侧以临界角以上入射，在基板表面全反射时，向二氧化硅粒子悬浊液（低折射率）侧渗出数百nm左右而产生的。由于只激发存在于该光领域内的粒子和PVA刷而产生散射传播光，因此可以以高对比度检测出表面附近的现象，进行观察。另外，渐逝光具有从边界面呈指数函数衰减的光强度，例如二氧化硅纳米粒子脱离的情况，可以从光强度逐渐变弱的情况中动态观察。
根据以往的观察方法，观察附着在表面的粒径约为105 nm的纳米二氧化硅粒子由于PVA刷的接近而脱离的情况的结果如图3(a)所示。从8.33 ms的观察图像中，粒子散射光比刷的散射光暗，由于颜色相同，所以很难明确辨别脱离的粒子的举动。根据图3(b)可知，其原因是侵入渐逝光领域内的纳米二氧化硅粒子和PVA刷的散射光两者发生的波长与入射的激光波长基本相同。因此在本稿中，蓝色激光被激发时发射红色荧光的粒子 通过蓝色激光使其产生渐逝光，通过激发将存在于该光领域内的荧光材料封入内部的纳米二氧化硅粒子，只有二氧化硅粒子才会发出红色荧光。此时，PVA刷会像以前一样以蓝色产生散射光，因此，实验中可以对纳米粒子和PVA刷进行颜色识别，可以观察到清洗时的相互行为现象。
光学系统显微镜的装置概要如图5所示。玻璃透镜上含有荧光剂只密封在内部的粒径为100±20nm的纳米二氧化硅粒子将具有的悬浮液滴下。蓝色激光从透镜曲面侧入射，在透镜平面部分和悬浊液的边界上全反射，在悬浊液侧产生渐逝光。预先通过纯水处于湿状态的PVA刷的结节在玻璃表面滑动，动态观察附着在表面上的纳米二氧化硅颗粒脱离的情况。
实验条件为曝光时间20ms， 拍摄度为50fps，取得观察玻璃透镜上的清洗现象的图像。 利用Bandpass filter对来自照相机的暗电流噪音进行去除处理的结果。其次，为了强调PVA刷和荧光二氧化硅粒子的散射光， 将取得的原始图像分为2种颜色后，将蓝色成分图像（PVA刷散射光）的对比度提高到2倍，将红色成分图像（荧光二氧化硅粒子散射光）的对比度提高到4倍，再次进行颜色结合。通过这个实验，尝试观察了与PVA刷一起接近玻璃表面的纳米二氧化硅粒子通过颜色被识别的情况。实验中可以观察到附着在发出蓝色散射光的PVA刷上，或者侵入内部的粒子通过红色荧光被明确识别的现象。在这个现象中，观察到了存在于表面附近的纳米二氧化硅粒子在表面与刷一起行动后，从玻璃表面慢慢脱离的情况。
讨论和总结
通过在使用渐逝光的接触洗涤时观察二氧化硅纳米颗粒的行为时使用荧光颗粒，实现了PVA刷和纳米颗粒的颜色识别，从而可以更清楚地观察基板表面附近的刷和颗粒的相互行为。
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