引言
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本文考慮了范德華相互作用的2個數(shù)量級范圍，以考慮了實際粒子的形狀和材料，將這些相互作用與靜電電荷、阻力、表面張力、沖擊波、高加速度和氣溶膠粒子所產(chǎn)生的排斥力進行相互比較，可以預測不同清洗過程的內(nèi)在能力和局限性。已經(jīng)確定了三種顆粒去除過程——能夠去除所有顆粒尺寸和類型的通用過程，甚至來自圖案晶片，具有相同理論能力但實際上受到粒子可及性的限制，最后是無法去除所有顆粒尺寸的清洗。

通過計算施加給細顆粒的主要力，在表中可以看出驅(qū)動粒子粘附/去除機制的四個主要參數(shù)是靜電、范德華、毛細管和阻力。表面張力γlg是由于介質(zhì)分子之間的內(nèi)聚力，并傾向于使界面區(qū)域最小化，它代表每單位界面長度的一個力，對于參考球形粒子，當液體完美地潤濕顆粒材料，氣體/液體界面作用于整個粒子周長時，得到最大的毛細力(見圖1):

圖1 作用于液體/氣體界面的粒子的最大毛細管力示意圖

運動流體的粘度會對粒子產(chǎn)生阻力，在直徑為D的球形粒子放置在流速Vp中的情況下，用斯托克斯定律給出了一個很好的近似，直到雷諾數(shù)為101，其中，μ表示流體粘度：20?C下的水為10?3kg/m/s，這種力理論上只能將粒子平行于表面。可以預期，粒子上或襯底上的粗糙度將使這種切向力轉(zhuǎn)化為發(fā)射動量，在非球形粒子的情況下，阻力通常較高。

本文研究了作用于參考剛性粒子和球形粒子的范德華引力與實際粒子之間的區(qū)別，實際粒子的非理想性的結(jié)果：扁平化、非特定形狀、粗糙度、部分嵌入等，最終可以看作是與基底接觸的附加平面，理想球與剛性球與實際非理想粒子的差值任意用等于接觸表面的分數(shù)f除以同維粒子能夠呈現(xiàn)πR2的最大表面表示，結(jié)果如圖所示2，粒徑為10~150納米。可以看出，范德瓦爾斯力隨粒子的非理想性而迅速增加，并且可以比理想粒子高出2個數(shù)量級以上，這種效應隨著粒徑的增大而減小。

圖2

擴散層的厚度是由于施加在帶電表面形成的反離子上的靜電吸引和它們在本體溶液中的再擴散之間的競爭造成的，因此，高溫和低離子強度可以了擴散層厚度。在圖3顯示了Si和二氧化硅作為襯底材料和最正電粒子材料之一-氧化鋁的Zeta電位相對于pH的演變。

圖3 氧化鋁、Si和二氧化硅Zeta電位與pH之間的演化

為了便于粒子去除和防止任何再沉積，希望在所有粒子類型和襯底上收集的電荷具有相同的符號，從而導致靜電斥力。在A和B區(qū)域都滿足這個條件。

顆粒去除機制

本文討論了常規(guī)和前瞻性顆粒清洗過程的理論性能。這種清洗機制包括通過消耗基底、粒子或兩者都將粒子與基底分離，直到靜電產(chǎn)生的排斥力超過范德瓦爾斯力，這意味著pH必須在A或B區(qū)域進行調(diào)整，靜電力隨距離的減小速度慢于范德華相互作用，因此，無論粒子的大小和電荷如何，釋放距離始終存在。這種理論蝕刻厚度在實踐中通過去除過程的動態(tài)行為而增加。事實上，在分離開始時，由于范德瓦爾斯相互作用，蝕刻速度和粒子的再吸引速度之間發(fā)生了競爭。

晶片導致了一個非常高的速度的非均勻射流，生成的液滴以400m/s的速度投射到襯底上。計算表明，當碰撞時，液滴的前部甚至以大約600m/s[13]的速度加速和撞擊粒子，與連續(xù)射流不同，這里施加的力是由液滴前部施加于粒子表面的激波產(chǎn)生的。當溫度為3000k，壓力為1000atm時，氣泡坍塌過程中釋放的能量密度是相當大的，氣泡越大，勢釋放能越高。當氣泡靠近表面坍塌時，它會誘導液體微射流向表面，達到每秒數(shù)百米的極高速度。這種噴射流會產(chǎn)生非常強烈的局部激波。通過超聲發(fā)光，在高達850kHz的超大氣體范圍內(nèi)觀察到聲空化。然而，我們不可能得出這樣的結(jié)論：由于產(chǎn)生較小氣泡而產(chǎn)生的激波也是由同樣的射流現(xiàn)象引起的。如圖4所示，聲浴中產(chǎn)生的周期性壓力波變化傾向于增加。

圖4 在超聲波激發(fā)下氣泡大小的演化 直到坍塌

在實踐中，加速度受到可接受的硅通量的限制，導致硅熔化，這個閾值在實驗中對應于去除大約100納米的第一個氧化鋁顆粒（樂觀的情況），用方程計算出相應的加速度，在106g范圍內(nèi)，為了提高激光清洗的去除能力，首先將薄層液體從蒸汽濃縮到基底上，在這項工作中，覆蓋2個數(shù)量級的范德華相互作用被認為考慮了實際形狀和材料的大多數(shù)粒子。這個范圍是通過考慮來確定的。哈默克常數(shù)的可能變化，以及理想剛性球與具有有限接觸面積的實粒子之間的差值、扁平效應等。

不同的粒子去除過程可以根據(jù)所使用的物理效應進行分類，如靜電、阻力和毛細管力、沖擊波、加速度或動能。通過比較吸引的范德華力和由這些效應產(chǎn)生的力，就可以預測不同清洗過程的內(nèi)在能力和局限性，特別是對于下一代集成電路必須考慮的細粒子。三種粒子去除過程，即通用過程能夠去除所有顆粒大小和類型甚至圖案晶圓，過程呈現(xiàn)相同的理論能力但實際上受限于粒子的可及性，最后清除不能去除所有的顆粒大小。

　　審核編輯：湯梓紅