一种化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶及其制备方法及刻蚀机的介电窗口氧化钇膜层化学机械抛光后的清洗方法与流程

本发明涉及半导体先进制程领域，并且更具体地，涉及一种化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶及其制备方法及刻蚀机的介电窗口氧化钇膜层化学机械抛光后的清洗方法。

背景技术：

1、在半导体先进制程（如 3d nand、finfet）中，电容耦合等离子体（ccp）或电感耦合等离子体（icp）刻蚀机所采用的介电窗口，需同时具备高介电强度、低射频损耗以及优异的抗等离子体侵蚀能力；传统的石英（sio2）或蓝宝石（al2o3）窗口在长期受到氟基、氯基等等离子体轰击后，会出现表面粗糙化及材料溅射现象，由此产生的颗粒污染物会沉积于晶圆表面，导致工艺良率下降。

2、氧化钇（y2o3）涂层因其极低的溅射产额和良好的化学稳定性，已成为刻蚀机腔室部件、尤其是介电窗口的首选防护材料。

3、然而，新制备的氧化钇涂层表面通常存在微观凸起与喷涂孔洞，需借助化学机械抛光（cmp）进行平坦化处理，以获得超光滑表面（ra<0.5 nm）；在 cmp 过程中，氧化铝（al2o3）基抛光液中所含的亚微米级磨料颗粒（典型尺寸为 0.1–1.0 μm）会通过机械压嵌及范德华力作用牢固吸附于氧化钇表面；若这些残留的氧化铝颗粒未被彻底清除，在后续刻蚀工艺中将可能被等离子体溅射或发生热脱落，进而成为晶圆表面的致命缺陷源。

4、针对这一特定污染问题，现有清洗技术存在严重局限性：物理擦拭法使用无尘布或棉签蘸取溶剂擦拭时，颗粒在压力下与膜面产生相对滑动，导致氧化钇膜表面产生划痕、划道或点蚀，增加光学散射并降低抗激光损伤阈值；超声或兆声清洗法中，单纯使用去离子水或有机溶剂无法克服颗粒与基底之间的短程范德华力，颗粒去除率通常低于50%，而提高超声功率以增强空化效应则会在氧化钇膜上造成空化腐蚀，表现为凹坑或微裂纹，严重时导致涂层剥落；化学酸洗法使用稀磷酸或硫酸可溶解氧化铝颗粒，但氧化钇同样易溶于酸，导致膜层减薄、粗糙度增加甚至完全脱落，且涉及高毒高危化学品；现有商用粘性凝胶多基于化学交联聚合物或添加了多价金属离子交联剂及卤素助剂，在剥离后交联网络不溶于水，容易在表面留下微米级不溶性残留碎片或形成薄层有机残留膜，通过傅里叶变换红外光谱或飞行时间二次离子质谱可检出，导致光学元件雾化、吸收增加或激光损伤阈值显著下降。

5、因此，亟需寻找既能提供足够剥离力以拔除亚微米颗粒，又对氧化钇膜无损伤、且剥离后不留下任何可检测残留物的处理方式。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶及其制备方法及刻蚀机的介电窗口氧化钇膜层化学机械抛光后的清洗方法，该方法不残留任何共价交联物或外来杂质。

2、一种化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶，主要有以下成分制成：低沸点共溶剂、催化剂、聚丙烯酸、功能助剂、超纯水和ph调节剂，其中，低沸点共溶剂：催化剂：聚丙烯酸：功能助剂：超纯水质量比为16~24：0.3~0.6：6~10：1.6~3：60~70，低沸点共溶剂由异丙醇和丙酮组成，功能助剂由甘油和丙二醇组成，异丙醇：丙酮质量比为1：2~2：1, 甘油:丙二醇质量比为1：2~2：1，聚丙烯酸为未经化学交联的线性聚合物，重均分子量为600,000g/mol~900,000g/mol。

3、可选地，催化剂为硝酸、盐酸、硫酸中的一种。

4、可选地，ph调节剂为适量。

5、可选地，ph调节剂为氨水。

6、本发明还提供一种化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶的制备方法。

7、一种上述的化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶的制备方法，包括以下步骤：

8、s1，将超纯水、低沸点共溶剂和硝酸混合；

9、s2，缓慢加入聚丙烯酸，至完全溶解形成均一透明溶液；

10、s3，缓慢加入功能助剂至完全混合；

11、s4，逐滴加入ph调节剂调节溶液ph，然后置于真空干燥器中静置脱泡，形成凝胶液；

12、s5，将脱泡后的凝胶液密封，室温静置熟化，获得化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶

13、可选地，s2中，聚丙烯酸的加入是在75°c~80°c、搅拌下加入的。

14、可选地，s4中，ph调节剂调节溶液ph至7.5~8.5。

15、可选地，s4中，脱泡在-0.08 mpa ~-0.1mpa下，脱泡时间为15分钟~30分钟。

16、本发明还提供一种刻蚀机的介电窗口氧化钇膜层化学机械抛光后的清洗方法。

17、一种刻蚀机的介电窗口氧化钇膜层化学机械抛光后的清洗方法，包括以下步骤：

18、m1，刻蚀机的介电窗口的表面形成氧化钇膜层，形成带氧化钇膜层的刻蚀机的介电窗口，带氧化钇膜层的刻蚀机的介电窗口经化学机械抛光，形成cmp后的刻蚀机的介电窗口；

19、m2，将上述的化学机械抛光后的氧化钇膜层的清洗凝胶均匀涂覆在刻蚀机的介电窗口的氧化钇膜层表面，形成清洗凝胶湿膜；

20、m3，清洗凝胶湿膜在温度20°c~50°c、相对湿度≤50%的环境下静置，直至凝胶形成不粘手的凝胶膜；

21、m4，以平行于氧化钇膜层表面的方向、低角度≤30°缓慢揭起整张凝胶膜；

22、m5，使用高纯氮气吹扫揭膜后的氧化钇膜层表面，去除可能存在的水汽痕迹。

23、可选地，清洗凝胶湿膜厚度100微米~300微米。

24、本发明首先采用物理交联机制，利用聚丙烯酸链间羧基在脱水过程中形成的氢键物理交联网络实现凝胶成膜，而非传统化学交联，从而确保剥离后的凝胶膜可完全溶于水或弱碱液，不残留任何共价交联物或外来杂质；第二，本发明引入低沸点共溶剂（异丙醇和丙酮混合溶液），利用其高挥发性携带水分快速逸出以缩短固化时间，同时降低表面张力以增强对颗粒-基底纳米间隙的渗透，有效克服范德华力；第三，本发明通过聚丙烯酸分子量与ph值（7.5-8.5，氨水调节）的协同调控，实现羧基部分解离、部分保留的平衡状态，同时保证凝胶具有足够的成膜强度（内聚力）和良好的水溶性；第四，本发明采用绝对纯净的配方体系，明确排除多价金属离子、卤素及表面活性剂，仅以聚丙烯酸、水、醇、氨水及可选甘油和丙二醇混合溶液为组分，满足半导体级光学元件对极致纯净度的要求；本发明引入硝酸作为催化剂将部分聚丙烯酸酯化可以使固化时间变短；第六，本发明配合薄层涂覆（湿膜厚度100-300μm）、低温固化（20°c -50°c，≤50%湿度，1分钟~5分钟）及低角度剥离（≤30°）的工艺窗口，实现快速、可控、无损的清洁操作。

25、与现有技术相比，本发明的原理及有益效果在于：

26、本发明通过脱水诱导的物理交联机制，利用水分和低沸点共溶剂挥发使聚丙烯酸链间羧基形成氢键物理交联网络及链缠结而固化成膜，该膜对颗粒的粘附力大于颗粒与基底的范德华力，从而在剥离时拔除颗粒；由于交联为物理可逆过程，剥离后的凝胶膜可完全溶于水或弱碱液，不残留任何共价交联物或外来杂质。

27、本发明利用脱水诱导的物理交联机制：凝胶涂覆后，水和低沸点共溶剂挥发，聚丙烯酸链浓度升高，链间羧基形成氢键物理交联网络，同时高分子链发生缠结，固化成膜；该膜对颗粒的粘附力大于颗粒与基底的范德华力，从而在剥离时“拔除”颗粒。由于交联为物理可逆过程，剥离后的凝胶膜可完全溶于水或弱碱液，不残留任何共价交联物或外来杂质。

28、本发明实现无损清洁，本发明采用非接触式粘附剥离机制，完全避免机械摩擦，通过原子力显微镜验证，清洁前后氧化钇镀膜表面粗糙度ra变化小于0.2nm，无任何新增划痕、凹坑或膜层剥落，有效保障了光学元件的抗激光损伤阈值。

29、本发明高效去除亚微米颗粒，本发明利用低沸点共溶剂降低表面张力以充分渗透颗粒-基底纳米间隙，配合凝胶固化后形成的物理交联网络所提供的强粘附力，对0.5微米氧化铝颗粒的单次去除率可达95%以上，通过光学显微镜或扫描电镜可定量统计。

30、本发明零残留，本发明所有组分均为水溶性且可挥发，凝胶经物理交联固化成膜，剥离后膜面经高纯氮气吹扫。

31、本发明环境友好，本发明原料仅为聚丙烯酸、水、醇及微量氨水，不含强碱、卤素、重金属及表面活性剂，可生物降解，符合现代绿色制造理念。