使用IPA溶液去除晶圆上静电荷

引言

由于图案密度和晶圆直径的增加，对于非常精细的图案ULSI器件高度坚固的表面进行完整的清洗、清洗和干燥是极其困难的。IPA蒸汽干燥是半导体制造中广泛应用的一种干燥方法。由于IPA具有低表面张力和对水的高溶解度，它适合于IPA蒸汽工艺以完美地消除晶片表面的污染。该干燥系统还具有消除静电的能力，基本上可以达到高质量的表面清洁度。因此，我们采用直接测量静电荷的定量方法，研究了静电荷的去除机理。

从聚合物中去除静电的机理

PFA表面上的静电电荷量：用PFA盘（125英寸4,2毫米厚）的两个表面用棉布摩擦填充，并使用封闭型法Faraday cage测量建立的静态电荷量(见图2)。Faraday cage中的磁盘数量是一个或两个。在两个磁盘的情况下，初始电荷量大约是一个磁盘的两倍，这表明表面积与电荷量成正比。如上所述，随着聚合物上电位的衰减特性，磁盘上的电荷量逐渐减小。

IPA蒸气干燥系统中的干燥原理：当冲洗后的晶圆载体浸入IPA蒸气(沸点=82.4OC)时，由于IPA温度较低，在载体表面凝结成液滴。这些液滴通过与晶片载体上的水混合而生长成更大的液滴；最后，液滴由于重力从表面掉下来。当载流子的表面温度上升到IPA蒸汽的温度时，冷凝停止；此时载流子表面为“干燥”。此外，在上述处理后，载体表面充电器接近0V。

PFA表面上的IPA冷凝和电荷去除：首先，我们研究了在干燥过程中，IPA蒸汽如何去除静态电荷。图3显示了IPA蒸汽浸没时间与PFA载流子电荷势的关系。为了提高载体温度，凸轮在超过IPA沸点100°C加热30min。在这两种情况下，当用棉布摩擦表面时，静电荷上升到-26千伏左右。这些结果表明，表面温度对电荷势本身没有影响。然后，这些带电载流子立即浸入IPA蒸汽中，并测量这两种情况下表面电位随时间的下降。

图3 IPA蒸汽浸没时间与凸轮表面电压之间的相对值

一般材料中的静电清除机构

IPA蒸汽的电荷清除能力：虽然定性地证明了IPA蒸汽本身不能消除静电电荷，而凝聚态IPA具有良好的电荷去除能力，但在本节中，我们试图定量地重新评估这一事实。

所采用的实验程序如下。用红外灯将IPA液体汽化，并记录电荷的转变随时间的函数后，将约10ml带电的IPA液体倒入到Faraday cage中。如果总电荷随着IPA液体的蒸发而减小，那么IPA蒸汽具有电荷去除能力。另一方面，如果Faraday cage中的电荷在蒸发时保持不变，那么IPA蒸汽就没有去除电荷的能力。

图5实验结果显示，实验在IPA不同位置和不同电荷下进行了三次。横轴表示灯照射所经过的时间，纵轴表示电容器上的电位下降，相当于Faraday cage中的电荷量。虽然线路终止超过10min，但这些点代表完全蒸发时间。图5表明初始电荷没有减少，因此我们可以说IPA蒸汽没有去除静态电荷的能力。

图5 IPA蒸汽的静电去除能力

结果和讨论

1）建立了一个Faraday cage，并完成了一个恒定充电系统的开发。利用该仪器，已经成功地进行了静电的定量测量。

2）研究表明，IPA蒸汽不能从带电物质中去除静电电荷。

3）IPA液体能够同样很好地去除正、负静电电荷。

4）从n2气体和IPA液体中的平行板电容器到IPA液体的电荷转移量与表面电荷密度成正比。

5）在IPA-HpO二元系统中，在各种水分浓度范围内保持了电荷去除能力。而当水浓度超过80%时，其能力迅速下降。

6）静态电荷从带电物质快速转移到IPA液体中。

7）带电物质的静电荷去除被认为是通过以下过程发生的。