引言

近年來，微米級低溫固體微粒的熱流體機械高功能性在應用于高熱發射器件的超高熱通量冷卻技術領域受到關注。為了在先進的納米技術領域有效利用這種低溫固體顆粒的高性能，我們實驗室開發了一種新的物理半導體清洗方法，該方法采用低溫噴霧。

在本方法中，為了闡明微觀(SN2)顆粒行為的詳細機理，進行了綜合計算流體動力學分析，以闡明傳統測量難以獲得的微觀低溫單固體顆粒傳熱機理。對于控制方程的表述，單個微SN2顆粒相變的熱流體動力學行為由納維爾-斯托克斯方程、連續性方程和能量方程控制。這種現象的決定性特征是發生在SN2粒子和周圍氣相界面的強烈蒸發(以及后來的冷凝)。除了這些熱流體動力學分析之外，還研究了微SN2噴霧在半導體晶片清洗技術中的應用。從實驗和數值兩個方面闡明了SN2粒子撞擊硅片抗熱機械去除清洗特性。特別研究了超高熱通量冷卻對有機材料熱收縮抗蝕劑去除性能的影響。此外，新發現了超聲霧化微固態氮對晶片超凈性能的影響。

實驗

對于在本方法中使用的晶片樣品，檢查了正KrF光致抗蝕劑涂覆的多晶硅/柵極氧化硅/硅襯底的剝離性能。這些晶圓是按如下方式制造的。首先，熱氧化8英寸p型硅襯底，并在襯底上沉積6納米厚的柵極氧化硅層。使用LPCVD(低壓化學氣相沉積)在柵極氧化物上沉積150納米厚的多晶硅層。將HMDS(六甲基二硅氮烷)層施加到多晶硅表面，以幫助光致抗蝕劑粘附到多晶硅上，然后使用旋涂機在HMDS層上形成500納米厚的光致抗蝕劑層。使用193納米的KrF激發光對光致抗蝕劑進行構圖。門長為0.34m，門寬為10m。多晶硅被電感耦合等離子體蝕刻系統(硅蝕刻系統，應用材料公司)用溴化氫/氧氣化學蝕刻成圖案。這些晶片被切成大約5毫米×5毫米的矩形片。

結果和討論

圖1顯示了撞擊SN2顆粒和變形抗蝕劑的非穩態內應力分布的計算結果。可以看出，SN2顆粒和抗蝕劑之間的相互作用被合理地模擬。晶片抗蝕劑中應力的大小隨著塑性變形的增加而增加。SN2顆粒中的壓力大小和晶片抗蝕劑的壓力隨著SN2顆粒的撞擊和破碎而增加。有可能數值預測了SN2粒子與塑性變形的碰撞，并且該碰撞引起抗蝕劑-多晶硅界面的剪切變形。結果，抗蝕劑去除性能通過撞擊布線圖案之間的窄凹部中的微納SN2顆粒碎片的刮擦效果而得到改善。

圖1 沖擊雙分子親核取代反應粒子和變形抗蝕劑內應力分布的計算結果

圖2顯示了使用由本拉瓦爾噴嘴方法產生的微SN2噴霧進行抗蝕劑去除-清潔的實驗結果(掃描電鏡圖像)。可以有效地去除抗蝕劑，并且也成功地去除了晶片表面上的主要污染物。這種改進的抗蝕劑去除清潔性能是極細(納米級直徑尺寸)SN2顆粒的運動抗蝕劑去除的結果。在技術發展的當前階段，給定稀釋的SN2粒子數密度條件，在布線圖案的凹入部分中有少量殘留的抗蝕劑。然而，我們成功地開發了這種不使用氣態氦的單組分低溫物理抗蝕劑去除-清洗方法。

圖2 用微SN2噴霧清除光刻膠的實驗結果(掃描電鏡圖像)

數值和實驗發現，由于超高的傳熱特性，流體機械力與熱機械力的混合交互作用有助于抗蝕劑去除-清洗過程。特別是研究了超高熱通量冷卻對抗蝕劑材料熱收縮去除抗蝕劑性能的影響，新發現了超聲霧化微小SN2顆粒流對半導體晶片超凈性能的影響。

總結

當微固體氮顆粒與制冷劑一起用于加熱的襯底時，由于在操作期間實現了超高的冷卻熱通量水平，因此獲得了比傳統液體噴霧冷卻更好的冷卻性能。由于微SN2冷卻具有避免膜沸騰狀態的直接接觸和潛熱傳輸的優點，因此在薄邊界層中的超短時間尺度傳熱比在液體噴霧中更有可能。

數值和實驗發現，微固體粒子的沖擊和超高傳熱特性對流體機械力的混合交互作用有助于抗蝕劑去除-清洗過程。一個重要的發現是，超高熱通量冷卻的影響對與抵抗材料熱收縮相關的抗蝕劑去除性能起著重要作用。

所獲得的結果在先進的高熱發射器件低溫冷卻技術領域具有重要意義，但也將有助于納米器件工程的學術領域，這與半導體晶圓清潔技術密切相關。　　

? ? ?審核編輯：湯梓紅