引言

濕式光掩模清洗依賴于兆頻超聲波攪拌來增強工藝，但要可靠地最大化粒子去除效率并最小化損壞，還有許多挑戰。隨著向無薄膜EUV掩模的轉變，光掩模工藝更容易受到污染，增加了改進清潔工藝的緊迫性。這一困難主要是由于無法對聲場進行適當的測量。典型地，關于聲輸出的所有已知信息是驅動頻率和傳送到換能器的電功率，這兩個全局參數很少說明基底上的場分布、基底處聲音的實際振幅或基底處存在的空化水平(穩定和瞬態)。對于給定的超聲過程，空化的振幅在較高的頻率下較低。雖然有幾項關于1兆赫下粒子去除和模式損傷的研究，但對高于該值的頻率下的空化性能知之甚少。

實驗

超聲波源：

考慮了兩種不同的兆頻超聲波設備。一種是一種新穎的設計，包括一個耦合到傾斜的截頂石英錐的換能器，該石英錐具有懸浮在襯底上的平坦表面，留下大約4cm×6cm[4]的橢圓形足跡。它通過注入在錐體任一側的清洗液與襯底耦合。二種設備是傳統的點簇射器，通過以1.5 L/min的速度流動的直徑為4 mm的清潔流體的平滑噴射將噴嘴換能器耦合到基板上方。

聲學測量方法：

兩種換能器配置的聲學性能通過各種方法來表征，這些方法的應用取決于設備的幾何形狀及其應用模式。在所有情況下，試驗均在室溫(22℃)下用去離子水進行，過濾至5 m，脫氣至3.5毫克/升O2。校準的針形水聽器用于測量聲直接場(從聲源傳播)和兩種形式的空化，穩定和瞬態，它們是由直接場的存在產生的。已經表明，兩種形式的氣穴現象都與清洗效率和損壞密切相關。掃描水聽器可以繪制壓力分布圖，并且只有當沒有明顯的駐波時，才能確定換能器的電聲效率。只有在沒有駐波的情況下，聲強的定義才適用。由于高速噴射和氣泡破裂產生的沖擊波，瞬態氣穴現象會產生破壞性影響。為了模擬這種情況，在6 mm的光掩模石英板中嵌入了一個傳感器，一個機動掃描系統被用來自動繪制帶有針水聽器和面罩傳感器的聲場圖（如圖1）。

結果和討論

錐形換能器：

錐形換能器的評估是通過在距離平面1毫米處掃描水聽器，同時輻射到實際上的消聲罐中。圖2所示的3兆赫輻射圖呈現出一個漫射、不規則但相當均勻的場。這是從擴展源中預期的，在擴展源中相干干涉將產生λ/2周期性的圖案，并且能量分布在大面積上。這類似于之前工作中發現的1兆赫錐形換能器的模式。

一旦找到最大壓力的位置，水聽器就被放置在適當的位置，驅動功率從0.5瓦增加到5瓦。使用氣蝕儀進行的信號分析顯示，穩定氣蝕和瞬態氣蝕的數量可以忽略不計。

穴測量方法基于用壓電傳感器檢測聲發射以產生壓力譜。頻譜中的不同分量代表來自直接場、穩定空化和瞬態空化的壓力。直接磁場、穩定和瞬態氣穴現象的頻率和壓力以國際單位制記錄。最后，使用紋影成像來可視化換能器和掩模襯底之間的波傳播行為。紋影成像是一種光學方法，通過檢測折射率的微小變化引起的光衍射，將聲波引起的壓縮轉化為光。

噴嘴傳感器：

點狀噴頭/噴嘴裝置最初與消聲罐表面接觸，壓力分布在包含噴嘴區域的10×10毫米見方的區域。這很好地近似了包含在噴流中的聲輻射，盡管它并不完全相同，因為噴流-空氣界面是完全反射的。不出所料，聲壓集中在小于射流的有限區域，均方根值為幾百千帕.在1瓦和2瓦的設置下，繪制了兩個輻射場圖，以確定模式如何隨功率變化。使用相同的兩個功率設置來使用傳感光掩模生成地圖，這導致圖案不太均勻。不幸的是，不可能將水聽器或光掩模傳感器放置在峰值壓力位置，因為超過1兆帕的壓力可能會損壞水聽器。這四種情況如圖3所示：

隨后，水聽器被放置在峰值壓力位置，用于兩種功率設置(1瓦和2瓦)，并連接到MCT-2000氣穴分析儀。盡管觀察到的壓力約為0.9兆帕和12兆帕，但僅觀察到少量穩定的和可忽略不計的瞬時氣穴現象。噴嘴應用促使通過將水聽器放置在與射流緊密接觸且靠近噴嘴出口的位置來監控波束的可能性。噴嘴和裝有傳感器的光掩模之間的距離是變化的，水聽器和傳感器的值都記錄在每個位置。圖4顯示了P0隨距離變化的周期性波動，其中峰值相隔約500微米。

總結

雖然頻率和發電機功率設置是等效的，但噴嘴和錐形換能器的聲學性能有很大不同。顯然，頻率和電能并不是聲學性能和后續清潔活動的唯一決定因素。

對于相同的輸入功率，來自噴嘴傳感器的直接場壓力輸出大約是來自錐形傳感器的10倍，當然是因為它的占地面積更小。還觀察到，在兩種設計中，空化產生的壓力比直接壓力低兩個數量級(比在較低頻率清潔環境中觀察到的值低得多)。

盡管壓力很高，但氣蝕程度很低，這可能是由于使用了脫氣水，而對于錐形傳感器，則是由于壓力很低。根據射流直徑和水流，估計平均一個水分子從進入腔室到接觸襯底需要16毫秒。這應該是氣泡生長和空化的足夠時間，然而，由于缺乏駐波，輻射壓力可能是推動氣泡穿過邊界層并到達大塊上的原因——直接場去除氣泡就像去除粒子一樣。與噴嘴相反，錐形裝置在大范圍內提供相同的功率，這導致相對較低的氣穴壓力，低于2千帕。

作為一個實際的結果，似乎如果錐形換能器設計可以有效地清潔，這可能是一個解決方案，可以延長工藝窗口的上限，以最小化圖案損壞。
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　　審核編輯：鄢孟繁