CN102194726A - 晶圆表面局部定位采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体晶圆亲水表面、疏水表面局部定位采样方法。对工艺处理过程中完全亲水晶圆，或者表面做不到完全疏水面的晶圆、以及因材质的缘故不会成为疏水面的晶圆，采用气相包裹法局部定位采样方法，在采样时避免了因采样液滴在亲水晶圆表面铺展导致采样任务无法完成、采样后采样液滴无法回收的难题。本发明的采样除上述的半导体晶圆表面外，也适用于太阳能面板、液晶屏、以及高纯度材质表面采样。

Description

晶圆表面局部定位采样方法

技术领域

本发明涉及一种亲水面、疏水面晶圆表面局部定位采样方法，特别涉及一种采用气相包裹法对亲水面、疏水面晶圆的局部定位采样方法。

背景技术

半导体制造中常常发生晶圆表面局部污染，导致这些局部面上的IC品质不良甚至报废。因此，晶圆表面局部采样将成为半导体制造中保障品质的一项重要措施。以往的浸泡采样法把整片晶圆浸泡在纯水或药剂中采样，对整块晶圆中不需要采样的部分也进行了采样，采样精度低、效率差，而且需要消耗较多的纯水或药剂，对采样后废液进行处理需要花费额外的成本。本发明提出了一种局部定位采样方法，可以适用于亲水性、疏水性表面晶圆。迄今为止，局部采样方法要求晶圆表面具备完全疏水性，对于未经处理100％亲水性表面的晶圆或者具有部分表面亲水性的晶圆，这种局部定位采样方法并不适用。在使用疏水面晶圆的局部定位采样方法时，亲水采样药剂液滴和疏水性晶圆表面接触，采样液滴在晶圆表面不浸润，可以完成采样任务并且被回收。当亲水采样药剂液滴和亲水性晶圆表面接触时，采样液滴在晶圆表面铺展，使采样任务无法进行下去，并且采样后的采样液滴无法回收，导致采样失败。

发明内容

针对亲水性晶圆表面采样技术难题，本发明提出一种新颖的气相包裹法，在亲水面晶圆进行采样时，可以避免采样药剂液滴在晶圆表面不受限制铺展导致采样失败和采样液滴无法回收的问题。这样可以使用微量的采样液滴，达到对亲水面、疏水面晶圆特定微表面进行采样的目的。

为解决亲水性、疏水性表面采样技术问题，本发明设计了如下的技术方案：

设计了一种特殊的定位采样触头，在触头内部安装采样液输出管道、外部周围加上一个有空隙的套管，在内外部之间的缝隙中注入高速气体。当高速气体接触到晶圆表面时，会向四周发散形成一堵气墙。内部管道输出的采样药剂液滴在亲水面晶圆表面进行采样时，在气体的阻隔作用下采样液滴无法在晶圆表面完全铺展，就好像被气体包裹起来了一样。当触头平行移动的时候，气体包裹推动中心采样液滴随着采样触头移动。采样液滴在采样过程中始终保持液滴状结构完成特定微表面的采样任务，最后采样液滴被回收。这样，即使晶圆表面不是100％的疏水面时，当采样液滴遇到局部亲水面时采样液滴也保持液滴形状进行移动，最后完成采样任务并且可以被回收。当确定晶圆表面为100％疏水性表面时，无须注入高速气体。利用这一方法，输出采样液，精确控制触头的移动即可成功地对亲水面、疏水面晶圆进行局部定位采样。

采样区域如图1所示。晶圆表面受污染区域无论正方形、矩形、弧形、环形、扇形、圆形的各种形状、分布区域和面积大小都可以进行指定采样。

以往利用浸泡采样法，就是把晶圆浸泡在装有纯水尼龙袋中进行采样，需要使用百毫升级的纯水，并且，晶圆背面和端面的污染物混入采样液中，导致分析精度下降，无法反映晶圆表面污染的真实状况。

本发明精确局部采样使用100-200微升/次采样药剂，是以往采样方法用量的千分之几，采样无交叉污染，分析精度可以提高2位数，而且，可以实现对有机物的采样。

根据实物测量，一次采样可以采集晶圆表面80％的污染物，3次采样几乎可以采集晶圆表面90％以上的污染物。其中，金属污染物包括：Li、Be、Na、Mg、Al、K、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Y、Ag、Cd、Ba、Pb、Bi、Ce；非金属离子污染物包括：F^-、Cl^-、NO₃ ^-、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺；分析精度达到ICP-MS检测的下限值0.5X10⁹atoms/cm²。

附图说明

以下对照附图描述本发明的实施例，附图中所示：

图1是正方形或矩形区域采样模式示意图，

图2是弧形区域采样模式示意图

图3是定位采样触头结构与液滴流向示意图

定位采样触头1、高速气体2、采样液输出管道3、采样液回收管道4、气体导管5

具体实施方式：

本发明具体采用如下方式对半导体晶圆表面进行局部定位采样：

图1和图2示出了晶圆采样的定位方法。清洗前通过对晶圆表面进行测试，确定污染物分布区域，然后将测试结果存储在计算机系统；选定要进行清洗的受污染晶圆，运送晶圆至自动采样装置，在随后的采样过程中读出污染区域的数据，对晶圆污染区域进行定位采样。污染物的测试方法可以采用电测法等常规技术。污染物包括金属污染物和非金属离子污染物，其中金属污染物包括：Li、Be、Na、Mg、Al、K、V、Mn、Fe、Co、N i、Cu、Zn、Ga、Sr、Y、Ag、Cd、Ba、Pb、Bi、Ce；非金属离子污染物包括：F^-、Cl^-、NO₃ ^-、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺。

图3示出了晶圆采样装置的工作原理。晶圆自动采样装置包括运送晶圆的机械手、升降机、支承晶圆的盘体以及安装有定位采样触头1的触头臂。定位采样触头1为双层结构，在触头内层结构安装采样液输出管道3和采样液回收管道4，外层结构与内层结构之间具有一定空隙，所述空隙形成气体导管5，当采样所针对的是亲水面或局部具有亲水面的晶圆表面时，在气体导管中注入高速气体2。如果针对100％疏水晶圆表面采样，则无需注入气体。

先由机械手把晶圆放置于上下方向移动自如的升降器上；升降器下降，把晶圆设置于回转自如的支承晶圆的盘体上；同心调整机构把晶圆圆心对准盘体圆心；晶圆旋转并带动固定在盘体下侧的三个转轮一起转动。上述机构使晶圆保持水平、同心，转动。

计算机读取事先测试所得污染分布数据，移动触头臂至指定采样污染区域。计量泵提供采样药剂液体给采样触头1，采样触头输出采样药剂液体并在触头顶端形成液滴，液滴接触晶圆表面并且移动、对晶圆污染区域进行采样。采样结束后，将采样液滴回收到采样计量瓶中，如果计量瓶中采样液滴需要稀释，可以注入纯水至计量瓶上所要求的刻度。

在采样过程中，晶圆的旋转速度、采样起始半径和终止半径、采样液滴扫描送程节距、采样扫描区域(正方形、矩形、弧形、环形、扇形、圆形)、气体的排放量、药液和纯水的输出和回收量由计算机控制。采样模式可以通过触摸屏菜单上选择，或者通过触摸屏输入等待选用。

Claims (12)

1.一种半导体晶圆表面局部定位采样方法，其特征在于：利用定位采样触头对晶圆表面进行采样；采样步骤如下：

(1)采样前对晶圆表面进行数据测试，确定污染物的分布区域；

(2)定位采样触头输出采样药液；

(3)采样药液对测试到的晶圆表面污染物分布区域进行采样；

(4)采样后回收含污染物的药剂；

所述定位采样触头为双层结构，在触头内层结构安装采样液输出管道和采样液回收管道；外层结构为一套管，套装在触头内层结构的外部周围，并与内部结构之间具有缝隙，所述缝隙形成气体导管；

对100％亲水面或有局部亲水面的晶圆表面进行采样操作时，在所述气体导管中注入高速气体；对100％疏水性晶圆表面进行采样操作时，所述气体导管中不注入气体；

所述采样触头安装触头臂上，触头臂依照采样前的数据测试所得污染分布数据结果在采样开始时移动至污染区域。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：定位采样触头中的采样药剂由计量泵提供；采样药剂在计量泵作用下依靠液体的表面张力在触头顶端形成液滴结构。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：采样过程在上下方向移动自如的升降器上进行。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：机械手把晶圆放置于所述升降器上；放置后升降器下降，从而把晶圆设置于回转自如的支承晶圆的盘体上；同心调整机构把晶圆圆心对准盘体圆心；晶圆旋转并带动固定在盘本体下侧的三个转轮一起转动；所述同心调整机构使晶圆保持水平、同心转动。

5.如权利要求1-4所述的方法，其特征在于：晶圆的旋转速度、采样触头起始半径和终止半径、采样液滴扫描送程节距、采样扫描区域、气体的排放量、药液和纯水的输出和回收量由计算机控制。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：采样扫描区域正方形、矩形、弧形、环形、扇形、圆形中的任意一种。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：采样方法通过触摸屏菜单进行选择，或者通过触摸屏输入等待下次选用。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：对污染区域采样结束后，采样液滴回收到采样计量瓶中，完成一次采样的药剂用量为100-200微升/次。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：计量瓶中的采样液滴能够需要进行稀释，稀释方法为将纯水注入至计量瓶上所要求的刻度。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述采样污染物包括金属离子污染物、非金属离子污染物。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于：所述金属污染物包括：Li、Be、Na、Mg、Al、K、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Sr、Y、Ag、Cd、Ba、Pb、Bi、Ce；所述非金属离子污染物包括：F^-、Cl^-、NO₃ ^-、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：分析精度可以达到ICP-MS分析下限0.5x10⁹atoms/cm²。

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