单晶刀清洗过程:分散现象对冲洗时间的影响

时间:2023-01-31 11:18:52 浏览量:0

Introduction

A  better  understanding  of  wet  processes  in  silicon  wafer  fabrication  is  of  great importance to increase the cleaning efficiency but also to optimize water dispense and process time.  Here we  focus  on  the rinsing process, which  is performed  in  order to eliminate  the  cleaning  solution  which  has  been  dispensed  on  the  wafer  surface,  and consider situations representative of single wafer tools. Central injection of DIW (De- Ionized Water) together with the rotation imposed to the system induces a radial flow along the wafer surface and expulsion of the aqueous solution from the edges. The fluid dynamics  and  chemical  transport  in  the  rinsing  flow  are  studied  focusing  on  the dispersion phenomenon in the radial direction induced by the non homogeneous velocity field  across  the  fluid  layer.  The  study  is  based  notably  on  full  3D  simulations  of dispersion phenomena in thin liquid films for representative conditions of wafer cleaning process after line/via etch.

Hydrodynamics and transport phenomena.

In this work, the rinsing process is analyzed as the miscible displacement of an aqueous solution by pure water. For simplicity, the chemical species as well as residues are seen as a single dissolved solute. As sketched in Fig. 1, deionised water (DIW) is injected from the center, between the wafer and the shield plate. Both are spinning at the same rotation speed. Two main configurations are distinguished (Fig. 1). In the first one, referred to as the confined case (a), the flow rate is sufficiently high for the liquid to completely fill the space between the wafer and the shield plate. The second one, referred to as the free surface case (b), corresponds to the case where the rotation  speed or the shield plate heights are sufficiently high for a free surface flow to form on the wafer surface. In both cases, the velocity field within the liquid film is characterized by significant velocity variations across the fluid layer as well as a variation of the mean velocity in the stream wise direction. As illustrated in Fig.2, this leads to an original dispersion phenomenon compared to the classical situation where the mean velocity is constant, e.g. (1).

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                                                            Figure 1.  Schematic representation of rinsing process in single wafer tool. a_Confined

                                                   case and b_Free surface case.


Dispersion refers to the spreading of the traveling transition zone between the aqueous chemical  solution  and  pure  water  in  the  liquid  film,  induced  by  the  velocity  field heterogeneity. Because of the dispersion phenomenon, the transition zone is much wider than  the  one predicted  assuming that  molecular  diffusion  only is responsible  for the spreading. As a result, the rinsing time is highly dependent on the dispersion phenomena. It  should  be  noted  that  adsorption  phenomena  are  neglected  in  the  analysis.  Hence desorption kinetics at the etched wafer surface are assumed to be much faster than the characteristic travel times studied in the present analysis.

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Figure  2.  Schematics  of  dispersion  phenomena.  a_diffusion  in  a  spatially  uniform velocity field, b_spreading induced by velocity field heterogeneity in confined case.




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