CN111983430A - 晶圆表面处理装置、晶圆表面阴阳离子取样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶圆表面处理装置，用于采集晶圆表面的阴阳离子，包括用于容纳晶圆的微腔室，所述微腔室包括能够打开或关闭所述微腔室的盖板，所述微腔室的侧壁设置有用于引入溶解晶圆表面的阴阳离子的溶解液的液体入口，所述微腔室底部设置有用于引出溶解有晶圆表面的阴阳离子的溶液的液体出口，所述微腔室的侧壁上还设置有惰性气体入口和惰性气体出口，所述惰性气体入口处设置有气体流速控制结构，用于控制惰性气体流入所述微腔室内时间或流速。本发明还涉及一种晶圆表面阴阳离子取样方法。

Description

晶圆表面处理装置、晶圆表面阴阳离子取样方法
技术领域
本发明涉及半导体晶圆技术领域，尤其涉及一种晶圆表面处理装置、晶圆表面阴阳离子取样方法。
背景技术
硅片表面的高密度的可移动阴阳离子会改变器件的电性能，影响到器件的加工性能。如果这些阴阳离子污染物在器件内部移动，停留在电性敏感区域，会引起器件失效。因此，在硅片生产完成后，对硅片表面的阴阳离子进行高精度的检测具有重要意义。
目前，对于硅片表面阴阳离子的测试，采用离子色谱(IC)进行测试，样品收集方法多采用人为手动收集。即用保证绝对干净的真空吸笔吸取硅片背面，将移液枪头提前冲洗干净，用移液枪吸取固定体积的超纯水滴至硅片表面，缓慢晃动真空吸笔，带动硅片，使水滴的滚动路径经过整个硅片表面，将硅片表面的阴阳离子溶解至水中，最后用移液枪将水吸取至测试样品瓶中，进行测试。
上述方法存在以下问题：整个操作过程一直暴露在空气中，空气中的阴阳离子会在采集过程中进一步沾污到硅片表面，导致测试值有误差；另外，工作人员在摇动真空吸笔的过程中，存在不慎将液体洒落的风险，会导致最终浓度偏小；在吸取液体至测试样品瓶的过程中，也会导致样品小部分损失。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆表面处理装置、晶圆表面阴阳离子取样方法，解决晶圆表面阴阳离子采样不准确的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种晶圆表面处理装置，用于采集晶圆表面的阴阳离子，包括用于容纳晶圆的微腔室，所述微腔室包括能够打开或关闭所述微腔室的盖板，所述微腔室的侧壁设置有用于引入溶解晶圆表面的阴阳离子的溶解液的液体入口，所述微腔室底部设置有用于引出溶解有晶圆表面的阴阳离子的溶液的液体出口，所述微腔室的侧壁上还设置有惰性气体入口和惰性气体出口，所述惰性气体入口处设置有气体流速控制结构，用于控制惰性气体流入所述微腔室内的时长或流速。
可选的，所述气体流速控制结构用于在溶解液进入所述微腔室内之前，控制惰性气体从所述惰性气体入口进入所述微腔室、并从所述惰性气体出口流出，以增加惰性气体在所述微腔室内的占比。
可选的，所述气体流速控制结构包括设置于所述惰性气体入口的第一阀门和设置于所述惰性气体出口的第二阀门。
可选的，还包括设置于所述微腔室内部的支撑结构，所述支撑结构包括用于承载晶圆的承载台，所述承载台面向所述微腔室底部的一侧设置有移动结构，所述移动结构用于控制所述承载台在所述微腔室内沿着所述微腔室的深度方向移动。
可选的，所述微腔室呈漏斗状，所述液体出口位于所述微腔室的底部的中心位置。
可选的，所述液体出口处设置有第三阀门。
可选的，所述液体出口处连接有取样器。
本发明实施例还提供一种晶圆表面阴阳离子取样方法，采用上述的晶圆表面处理装置进行取样，包括以下步骤：
打开盖板，将晶圆安装于微腔室内；
扣合盖板，通过惰性气体入口引入惰性气体、且引入微腔室内的惰性气体从惰性气体出口流出；
在微腔室内持续引入惰性气体预设时间后，从溶解液入口引入预设量的溶解液，使得溶解液能够浸没晶圆待测表面；
将溶解有晶圆表面阴阳离子的液体从液体出口引出。
可选的，所述晶圆表面处理装置还包括设置于所述微腔室内部的支撑结构，所述支撑结构包括用于承载晶圆的承载台，所述承载台面向所述微腔室底部的一侧设置有移动结构，所述移动结构用于控制所述承载台在所述微腔室内沿着所述微腔室的深度方向移动；所述晶圆表面阴阳离子取样方法还包括：
通过所述移动结构控制所述承载台沿着所述微腔室的深度方向移动，以使得溶解液浸没晶圆待测表面。
可选的，晶圆待测表面包括晶圆与承载台接触的一面，或者晶圆待测表面包括晶圆与承载台接触的第一面、以及与所述第一面相对设置的第二面。
本发明的有益效果是：采用本发明晶圆表面处理装置进行晶圆表面阴阳离子的采样，晶圆处于封闭的微腔室内，且在取样过程中，在微腔室内通入惰性气体以隔离空气对阴阳离子采样的影响，提高晶圆表面阴阳离子采样的精度。
附图说明
图1表示本发明实施例中晶圆表面处理装置的结构示意图一；
图2表示本发明实施例中晶圆表面处理装置的结构示意图二；
图3表示本发明实施例中晶圆表面阴阳离子取样方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
目前，晶圆表面阴阳离子收集方法多采用人为手动收集。即用保证绝对干净的真空吸笔吸取硅片背面，将移液枪头提前冲洗干净，用移液枪吸取固定体积的超纯水滴至硅片表面，缓慢晃动真空吸笔，带动硅片，使水滴的滚动路径经过整个硅片表面，将硅片表面的阴阳离子溶解至水中，最后用移液枪将水吸取至测试样品瓶中，进行测试。
上述方法存在以下问题：整个操作过程一直暴露在空气中，空气中的阴阳离子会在采集过程中进一步沾污到硅片表面，导致测试值有误差；另外，工作人员在摇动真空吸笔的过程中，存在不慎将液体洒落的风险，会导致最终浓度偏小；在吸取液体至测试样品瓶的过程中，也会导致样品小部分损失。
针对上述技术问题，本发明实施例提供一种晶圆表面处理装置，参考图1和图2，用于采集晶圆表面的阴阳离子，包括用于容纳晶圆的微腔室1，所述微腔室1包括能够打开或关闭所述微腔室1的盖板2，所述微腔室1的侧壁设置有用于引入溶解晶圆表面的阴阳离子的溶解液的液体入口4，所述微腔室1底部设置有用于引出溶解有晶圆表面的阴阳离子的溶液的液体出口5，所述微腔室1的侧壁上还设置有惰性气体入口3和惰性气体出口9，所述惰性气体入口3处设置有气体流速控制结构，用于控制惰性气体流入所述微腔室1内的时长或流速。
所述盖板2扣合，所述微腔室1形成一能够容纳晶圆的封闭腔室，晶圆的待测表面浸没于微腔室1内的溶解液内，以完成采集，代替了人工采集，避免了取样液体损失造成的采样不准确，且通过惰性气体入口3和惰性气体出口9的设置，使得晶圆表面阴阳离子取样环境隔离空气，避免空气中阴阳离子对晶圆的污染，提高了采样的准确性。
本实施例中，所述溶解液为超纯水，但并不以此为限。
本实施例中，所述惰性气体采用N2(氮气)，但并不以此为限，只要不同于晶圆表面的阴阳离子，且难与空气发生反应的惰性气体即可。
为了保证晶圆采样环境为N2环境，可以在晶圆放置于微腔室1内之前，在微腔室1内通入N2，且在晶圆采样的整个过程中，所述惰性气体入口3和所述惰性气体出口9始终保持打开状态的，即微腔室1内的N2始终处于流通状态，以避免空气对晶圆的污染。
本实施例中，所述气体流速控制结构用于在溶解液进入所述微腔室1内之前，控制惰性气体从所述惰性气体入口3进入所述微腔室1、并从所述惰性气体出口9流出，以增加惰性气体在所述微腔室1内的占比。
可选的，所述气体流速控制结构包括设置于所述惰性气体入口3的第一阀门和设置于所述惰性气体出口9的第二阀门。
可以通过所述第一阀门和所述第二阀门的开闭来控制N2的流速，以控制微腔室1内N2的含量，例如，可以控制所述第一阀门的开度大于所述第二阀门的开度，即N2流入所述微腔室1内的流速大于N2流出所述微腔室1的流速，以提升N2在所述微腔室1内的占比，甚至可以充满整个微腔室1。
所述第一阀门和所述第二阀门均可以采用电磁阀，但并不以此为限。
本实施例中，所述晶圆表面处理装置还包括设置于所述微腔室1内部的支撑结构，所述支撑结构包括用于承载晶圆的承载台6，所述承载台6面向所述微腔室1底部的一侧设置有移动结构，所述移动结构用于控制所述承载台6在所述微腔室1内沿着所述微腔室1的深度方向(参考图1中的X方向)移动。
一般情况下，只需采集晶圆的一个表面的阴阳离子，晶圆安装于所述微腔室1内，晶圆的待测表面面向所述微腔室1的底部，即晶圆的待测表面与所述承载台6接触，若所述微腔室1内的溶解液的容量不足以浸没晶圆的待测表面时，可以在所述移动结构的控制下移动所述承载台6，以保证晶圆的待测表面完全浸没于溶解液中。
本实施例中，通过所述移动结构的设置，既可以实现晶圆的一个表面的阴阳离子的取样，也可以实现晶圆的相对的两个表面的阴阳离子的取样，在对晶圆的一个表面的阴阳离子取样时，通过所述移动结构的控制(或者直接通过通入所述微腔室1内的溶解液的容量的控制)使得晶圆的一个待测表面浸没于溶解液中；在对晶圆的相对的两个表面的阴阳离子同时进行取样时，通过所述移动结构的控制(或者直接通过通入所述微腔室1内的溶解液的容量的控制)使得晶圆的两个待测表面均浸没于溶解液中；并且可以分别实现对晶圆的两个相对的待测表面进行取样，例如，可以通过在所述微腔室1内通入预设量的溶解液后，使得溶解液只能够浸没晶圆的一个表面，进行采样后，通过移动结构的设置，向靠近所述微腔室1底部的方向移动所述承载台6，以对晶圆的另一个表面的阴阳离子进行取样。
需要说明的是，一般情况下，通入所述微腔室1内的溶解液是定量的，易于晶圆阴阳离子的取样，所以，本实施例中优选的，通过所述移动结构的设置控制所述承载台移动以保证晶圆的待测表面(至少一个待测表面)完全浸没于溶解液中。
所述移动结构的具体结构形式可以有多种，例如，所述移动结构可以包括设置于所述承载台6面向所述微腔室底部的一侧的连接杆，以及驱动部，所述驱动部可以是气缸，所述连接杆穿过所述微腔室1的底部与位于所述微腔室1外部的气缸连接。
所述驱动部位于所述微腔室1的外部，则为了保证所述微腔室1内的液体不会泄露，所述连接杆与所述微腔室1之间需要设置密封部。
本实施例的一实施方式中，所述移动结构可以包括设置于所述承载台6的面向所述微腔室底部的一侧的传动部，所述传动部在驱动部的控制下带动所述承载台6移动，所述驱动部可以为驱动电机，所述传动部可以包括与所述承载台6连接的传动轴，以及连接于所述传动轴与所述驱动电机之间的齿轮组件，所述驱动电机的控制可以采用无线通信的方式由外部控制单元进行控制。
所述承载台6上(侧面或者承载面上)还可以设置传感器以感应溶解液的位置。从而发送信号至外部控制单元，实现所述承载台6的自动化控制。
本实施例中，所述微腔室1呈漏斗状，所述液体出口5位于所述微腔室1的底部的中心位置。
所述微腔室1的内侧壁为光滑的表面，便于液体的流出，所述微腔室1呈漏斗状，且所述液体出口5位于所述微腔室1的底部的中心位置，便于溶解有晶圆表面的阴阳离子的液体的收集。
本实施例中，所述液体出口5处设置有第三阀门。所述第三阀门的设置可以控制所述溶解液的流速，并在晶圆表面阴阳离子未完全溶解前处于关闭状态，在收集溶解有晶圆表面的阴阳离子的液体时打开，所述微腔室1内可以设置液位传感器以感应所述微腔室1内的溶解液的容量，以保证通入所述微腔室1内的溶解液可以浸没晶圆的待测表面。
所述第三阀门可以采用电磁阀，但并不以此为限。
本实施例中，所述液体出口5处连接有取样器8。
所述液体出口5处连接取样器8进行取样，所述液体通道7与所述液体出口5为一体结构。
本发明实施例还提供一种晶圆表面阴阳离子取样方法，参考图3，采用上述的晶圆表面处理装置进行取样，包括以下步骤：
打开盖板，将晶圆安装于微腔室内；
扣合盖板，通过惰性气体入口引入惰性气体、且引入微腔室内的惰性气体从惰性气体出口流出；
在微腔室内持续引入惰性气体预设时间后，从溶解液入口引入预设量的溶解液，使得溶解液能够浸没晶圆待测表面；
将溶解有晶圆表面阴阳离子的液体从液体出口引出。
为了保证晶圆取样在是N2环境内取样，可以在晶圆放置于所述微腔室内之前打开所述惰性气体入口和所述惰性气体出口，以在所述微腔室内通入N2。
本实施例中，所述晶圆表面处理装置还包括设置于所述微腔室内部的支撑结构，所述支撑结构包括用于承载晶圆的承载台，所述承载台面向所述微腔室底部的一侧设置有移动结构，所述移动结构用于控制所述承载台在所述微腔室内沿着所述微腔室的深度方向移动；所述晶圆表面阴阳离子取样方法还包括：
通过所述移动结构控制所述承载台沿着所述微腔室的深度方向移动，以使得溶解液浸没晶圆待测表面。
本实施例中，晶圆待测表面包括晶圆与承载台接触的一面，或者晶圆待测表面包括晶圆与承载台接触的第一面、以及与所述第一面相对设置的第二面。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆表面处理装置，用于采集晶圆表面的阴阳离子，其特征在于，包括用于容纳晶圆的微腔室，所述微腔室包括能够打开或关闭所述微腔室的盖板，所述微腔室的侧壁设置有用于引入溶解晶圆表面的阴阳离子的溶解液的液体入口，所述微腔室底部设置有用于引出溶解有晶圆表面的阴阳离子的溶液的液体出口，所述微腔室的侧壁上还设置有惰性气体入口和惰性气体出口，所述晶圆表面处理装置还包括设置于所述惰性气体入口处和/或所述惰性气体出口处的气体流速控制结构，用于控制惰性气体流入所述微腔室内的时长或流速。
2.根据权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述气体流速控制结构用于在溶解液进入所述微腔室内之前，控制惰性气体从所述惰性气体入口进入所述微腔室、并从所述惰性气体出口流出，以增加惰性气体在所述微腔室内的占比。
3.根据权利要求2所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述气体流速控制结构包括设置于所述惰性气体入口的第一阀门和设置于所述惰性气体出口的第二阀门。
4.根据权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，还包括设置于所述微腔室内部的支撑结构，所述支撑结构包括用于承载晶圆的承载台，所述承载台面向所述微腔室底部的一侧设置有移动结构，所述移动结构用于控制所述承载台在所述微腔室内沿着所述微腔室的深度方向移动。
5.根据权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述微腔室呈漏斗状，所述液体出口位于所述微腔室的底部的中心位置。
6.根据权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述液体出口处设置有第三阀门。
7.根据权利要求1所述的晶圆表面处理装置，其特征在于，所述液体出口处连接有取样器。
8.一种晶圆表面阴阳离子取样方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的晶圆表面处理装置进行取样，包括以下步骤：
打开盖板，将晶圆安装于微腔室内；
扣合盖板，通过惰性气体入口引入惰性气体、且引入微腔室内的惰性气体从惰性气体出口流出；
在微腔室内持续引入惰性气体预设时间后，从溶解液入口引入预设量的溶解液，使得溶解液能够浸没晶圆待测表面；
将溶解有晶圆表面阴阳离子的液体从液体出口引出。
9.根据权利要求8所述的晶圆表面阴阳离子取样方法，其特征在于，所述晶圆表面处理装置还包括设置于所述微腔室内部的支撑结构，所述支撑结构包括用于承载晶圆的承载台，所述承载台面向所述微腔室底部的一侧设置有移动结构，所述移动结构用于控制所述承载台在所述微腔室内沿着所述微腔室的深度方向移动；所述晶圆表面阴阳离子取样方法还包括：
通过所述移动结构控制所述承载台沿着所述微腔室的深度方向移动，以使得溶解液浸没晶圆待测表面。
10.根据权利要求9所述的晶圆表面阴阳离子取样方法，其特征在于，晶圆待测表面包括晶圆与承载台接触的一面，或者晶圆待测表面包括晶圆与承载台接触的第一面、以及与所述第一面相对设置的第二面。
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