TW436951B - Ion extraction process and apparatus for single side wafers - Google Patents

Description

436951 五、發明說明（1) 發明背景 本發明大體上係關於矽晶圓清 半導體晶片之矽晶圓製造 。雜質係會降解晶圓表面 會造成半導體裝置之金屬 品質與可靠度上具有重大 化物、硫化物、氮化物及 圓表面陽離子污染物之精 程之品質控制。污染程度 以符合積體電路裝置之品 當小的百分比係隨機取樣 —可容許的程度，晶圓製 及消除為止。 之測量方法係不允許測試 相當地重要，因為積體電 一表面上，且僅有在該面 圓所有表面上無機離子污 要係執行水萃取，其中該 造成陰離子（其係水溶性） 係利用一種諸如離子色層 之超軌跡分析方法，以決 整個晶圓之平均污染度， ，係關於 物的裝置 係在於表 成在表面 積體電路 物中，係 要的，以 ，以確保 ，製造晶 陽離子濃 到污染源 。單面的 安裝在晶 題所在。 立之技術 水中一段 至水。該 細管電泳 該技術係 包含測量 潔，且詳細地說 定在一晶圓之單一表面上之無機離子污染 用以測 與方法 對於 面污染 上，且 裝置之 諸如氣 砍晶 維持製 產品可 圓之相 度超過 被確認 先前 資料係 圓之單 針對晶 中，i 時間以 水接著 法（CE) 提供了 上的主要問題， ，使得一薄霧形 成份的腐钱。在 影響的這些污染 氟化物。 確測量係相當重 係必須加以監視 質需求=基本上 來進行測試'5若 造便會中止，直 —s夕晶圓的單面 路裝置主要係僅 上之污染才是問 染物的偵測所建 晶圓係沉浸在純 由晶圓表面轉移 分斬法（iC)或毛 定陰離子濃度。 包括雙面，但不

d369 5 1 五、發明說明（2) 在一單一表面上之污染物。 再者，先前之測量方法係會具有不夠精確及無法重製之 缺點。採樣之晶圓係不僅在製造期間受到污染，且在污染 物測量期間亦會受到污染。在任何開放空間之空氣中傳播 的氣態物質係會被循環通過在萃取過程中所使用之去離子 水，且將其污染。甚至在第一級的潔淨室中亦會包含空氣 傳播的分子物質污染物。當I C或CE測試結果指示出高度之 污染時，這會不當地產生不論係在製造過程中或在測量過 程中所造成之雜質來源。 發明摘要 在本發明之數個目的及特徵之中，係可以提供用以由矽 晶圓之單一表面萃取無機離子污染拘之方法及裝置；提供 此一方法及裝置係可以在晶圓之單面上具有精確的離子無 機污染物樣本；提供此一方法及裝置係可以減小由空氣中 傳播源之污染物；且提供此一方法及裝置在使兩上係相當 具有經濟效果。 簡言之，本發明係關於一種由一矽晶圓之前表面萃取無 機離子污染物以進行化學分析之方法，其包含將一晶圓放 置在一座體上，而可以將晶圓支撐在一大體上呈水平的姿 態，且晶圓之前表面係面部向上。將該晶圓加以隔離，以 防止空氣在前表面上循環，且僅在晶圓之前表面上放置一 層萃取流體。將萃取流體層固定在晶圓之前表面上一段時 間，使得在前表面上之污染物係可以萃取至流體層，且由 前表面萃取一部分的流體層以進行後續的分析。

l· 4369 5 1 五、發明說明（3) 在另一樣態中，本發明係關於一種用以由石夕晶圓前表面 萃取無機離子之裝置。該裝置係包含一容器，其係用以收 納該晶圓，以及一採樣裝置，其係用以由位在晶圓前表面 上之萃取流體層採集樣本。該容器係具有一支撐件，其係 用以將晶圓固定成大致呈水平之姿態，且該晶圓之前表面 係面部向上。該容器係進一步用以防止空氣循環於晶圓之 前表面，且具有一注入孔口 ，其係用以將萃取流體導入至 晶圓之前表面。 本發明之其他目的及特徵將可以由以下之說明t獲得瞭 解。 圖式簡單說明 圖1係本發明之容器的載面視圖，其係具有一矽晶圓被 容置於其中；以及 圖2係本發明之裝置的一概要視圖，其包括容器、兩每 流體源、兩個注射器、注入管、排放管及樣本收集瓶。 在圖式中，相同的參考標號係用以標示相同的元件。 較佳實施例之詳細說明 現請參照圖式，尤其係圖1 ，其中顯示一用以由矽晶圓 單面上萃取無機離子污染物之容器，其整體以標號10來加 以標示。 該容器1 0尺寸及形狀係設計成可以包納一單一大體扁平 之薄晶圓1 2，諸如那些由矽所製成之用以做為積體電路裝 置之半導體晶片。該容器10係具有一伸長之長方形形狀， 然而圓筒狀或其他形狀亦可以具有相同的功效。該容器1 0

436 9 5 1 五、發明說明（4) 係包括一大體上扁平的底部1 4，其係用以放置在一諸如平 台、以及一蓋體1 6之扁平表面上。在較佳實施例中’底部 1 4及蓋體U係由適當的、具有均勻厚度的透明材料所製 成’諸如聚甲基丙烯酸酯（有機玻璃）。 容器1 〇之底部1 4係具有一脊部1 8，其係由一靠近底部之 外緣之位置向上突伸而出。脊部1 8係以包圍該底部1 4之封 閉的幾何形狀延伸而出，且其係設定成距該底部周緣之邊 沿後方一大致相等於蓋體16之厚度的距離。 蓋體1 6係包括一頂部2 0及側壁2 2。當放置在底部1 4上 時’蓋體16之側壁22係與靠近底部外部周緣之脊部18相嚙 合’藉此將容器1 〇封閉。蓋體1 6之側壁22與底部1 4之脊部 18的唾合’係會構成鬆散的密封，這可以防止空氣通入容 器10或由容器1〇跑出來，藉此隔離該内部。 —連接至容器1〇之底部14的平台24係大致位在底部之中 央部位。平台24係具有一均勻的高度，以提供平台24在大 致位在容器下方中間高度上具有一平坦且水平的上表面 26 °該平台24之上表面26係具有複數個支撐突塊28附接於 其上。晶圓12係靜靠在支撐突塊28上。平台24及支撐突塊 2 8係將晶圓1 2固定在一大致水平之方向上，且該晶圓之前 表面27係面部朝上。在較佳實施例中，其係具有四個支樓 突塊28黏合平台2.4之上表靣26，每一支撐突塊係由聚亞脸 酯。 胺 最好，容器1 〇係僅大到足以收納該晶圓12且可使得萃取 操作得以進行即可，此將在下文中詳細說明之。相當具

第8頁 d369 5 1 五、發明說明（5) 優點的是，該容器1 0係僅包含所需要之空氣，藉此減小暴 露至空氣中之污染物。因此，具有不同尺寸之容器最好係 用於不同直徑之晶圓。為了萃取300-mm直徑之晶圓，容器 10之内部尺寸應為355，6-_父3 55.6-111111父76.2-111111，且平 台尺寸應為177. 8-fflm X177. 8-mm X25· 4-顏。就 2 00-mm 直 徑之晶圓而言，容器内部尺寸應為2 54-mmX254-inmX 76.2-mm，且平台尺寸應為 127-mmXl27-mmX25.4-mm 才可 發揮功效。在所有情況下，較小尺寸係高度。 容器10之蓋體16的頂部20係具有一注入孔口30形成於其 中’其係用以導入一萃取流體至容器申。當支樓在平台24 上時’該孔口 30係定位在晶圓12之前表面27上方。在較佳 實施例中’該孔口 3 0係定位在靠近頂部2 〇之令央。 一排放孔口32係形成在蓋體16之其中一側壁22，如圖1 所示， 過排出 流體排 之部分 35中可 動地移 1 0之蓋 注入孔 現請 用以將流體由容器1 0中排出 排出官4係延伸通 結 以 包含一 孔口 3 2，且係可以在其内部可滑動地移動，以促進 出。排出管34其延伸通過排出孔口 32且朝向晶圓丄2 ，係包捲在一套管35中。該排出管34係可以在 滑動地移動，且該套管係可以在排放孔口32中可诉 動。可以想像的是，該排玫孔口 32係可以沿著容： 體U或底部14而定位在任何位置上，或者其可以鱼 =0組合在-起，而這些仍係在本發明之範圍内 ί ϊ Γ發:之示Λ容器用1 °係與裝置之其w 明之方法。用以導入萃取流體層 流體源36、一注射器38、~收納在注入孔口 30之；

436951 五、發明說明（6) 入管體4 0。該流體源3 6係先供應至内含萃取流體及氣體之 瓶子。該氣體係充填該第一供應瓶4 2的全部，其並未由流 體所佔據，且其係加壓至略高於大氣壓力的壓力值，諸如 1 5ps i絕對壓力。該加壓氣體係可以防止周圍空氣進入至 瓶子中，且有助於將流體由瓶子中移出。 在較佳實施例中，該萃取流體係去離子水。使用具有電 阻率1 8 Μ Ω (百萬歐姆）之去離子水係可以得到令人滿意的 結果。在供應瓶4 2中之氣體係氦或氬。高純度之水及氣體 係可以確保在萃取之前係沒有離子性之無機污染物會被導 入至水中，其中無機污染物被導入至水中係會破壞測試結 果。 用以將流體傳導至1 0中之注入管4 0係由第一俣應瓶4 2延 伸至第一閥體44，且接著與位在容器之蓋體16中之注入孔 口 3 0相嚙合。該第一閥體4 4係具有多口變換特徵，且其係 進一步由額外的注入管40連接至第一注射器38。最好，該 注入管40係由多氟龍（TEFLON)所製成。 一採樣裝置係用以由萃取流體之層體中來加以採樣，其 係包括排出管34、套管35、採樣注射器46、以及一樣本收 集瓶48。該排出管34在遠末端處係具有一彎曲狀之採樣頭 5 0。該套管3 5係具有較厚的結構，且比排出管還要堅硬， 並且容易固定成一形狀。該套管35因此有助於使相當柔軟 之排出管34維持一堅硬且長直之截面來通過排放孔口32， 並且維持採樣頭50之彎曲形狀。雖然排出管34係可以針對 裝置之組裝而在套管3 5中可滑動地移動，然而在本發明之

第10頁 4369 5 1 五，發明說明（7) 方法中，管體通常係相對於套管而固定住。排出營34及套 管3 5係可以在排放孔口 3 2中相對於容器1 〇而一起滑動，且 其係在一第一位置（圖1之虛線）與一第二位置（圖1之實線） 之間滑動，其令在該第一位置上，採樣頭50之開〇端係未 超過晶圓Γ2之前表面27的上方，而在該第二位置上，採樣 頭50之開口端係未位在前表面上方，而是仍停留在容器 中。該排出管34最好係由多氟龍（TEFLON)所製成，然而亦 可採用其他材料而不會脫離本發明之範圍。 該排出管3 4係由位在容器t之採樣頭5 0延伸至第二閥體 52 ’且接著延伸至樣本收集瓶48。該樣本收集瓶48係可以 做為一用於流體樣本之容槽。該第二閥體52係具有多口變 換特徵’且係進一步地藉由額外的排出管34而連接至採樣 注射器46以及第二供應瓶54。在萃取過程完成之後，由第 一供應瓶54流出之水係用以清洗及淨化該裝置，如下文所 述。可以想像的是，一供應瓶係可以分別具有第一及第二 供應瓶4 2及5 4的功.用。 本發明用以由矽晶圓1 2之前表面2 7萃取無機離子污染物 以進行化學分析之方法，係由將晶圓由一習知的盒匣（未 顯示）轉移至容器1 〇開始。一習知的晶圓轉移裝置（未顯 示）係用以將晶圓12放置在平台24之支撐突塊28。該晶圓 之刖表面2 7，即欲加以萃取之表面，大體上係水平且面部 向上" 容器10之蓋體16係安裝在底部14上，使得蓋體之側壁22 係與靠近底部之外部周緣的脊部丨8相銜接，以將容器加以

第11頁 丨、4369 5 1 五、發明說a/ϊ (8) 封閉°在周圍室内靠近晶圓之空氣循環因此係被禁止的， 因此減少了晶圓在萃取期間暴露於空氣傳播之污染物的數 萃取流體之層體係接著配置在晶圓12之前表面27。為 此，一注射器38之柱塞56係延伸以在注入管40中產生—真 空’且將去離子水由第一供應瓶42經由注入管及第一間體 44抽引至注射器中。第一閥體44係加以開關變換，以關閉 由第一供應瓶42通出之管路，並且打開通至容器之管 路。該注射器3 8之柱塞5 6係加以壓縮，而將水由注射器遷 出通過第一閥體44及注入孔口 30而到達容器1 〇。該水係掉 落在晶圓1 2之前表面2 7。 ~ 流體量係配置成可以產生一薄層，最好係覆蓋住所有的 別衣面2 7。實際上，已經發現針對3 〇 〇 m m直徑的晶圓而 言’大約40 ml之流體係有效的；針對2〇〇 fflm之晶圊而 言，大 該萃 將離子 可溶於 成，然 性。在 流體層 面轉移 佈》間 分鐘一 約20 m 取流體 污染物 水之離 而最好 此時間 係相當 至流體 歇性地 次= i之k體係可以具有相當良好的功效。 層係靜置在晶圓1 2之前表面27 一段時間，以 由前表面萃取至流體中。會污染前表面27之 子係會溶解於水中。雖然大約1〇分鐘便 係大約15分鐘的時間來確定該方法的儿 =中，溫和地滾動或搖動該容器1〇來擇 具有優點的。該攪拌係有助於將離子由前表 擦f使得流體濃度在該廣體上可 授拌已經証實亦是可行1如每兩分

4369 5 1 五、發明說明（9) 當容器1 0係溫和地攪拌時’晶圓1 2係保持相對於容器而 固定不動，因為複數個支撐突塊28係提供充份的橫向磨擦 支撐，以防止晶圓在平台24上滑動。再者，萃取流體層係 持續地覆蓋晶圓1 2之整個前表面2 7。該流體係繞著前表面 2 7而滾動且重新分佈，但表面張力係會保持流體在前表面 上而避免滑脫。在萃取期間’該排放管34係滑動至第二位 置，在該處，採樣頭5〇之開口端係保持在與晶圓1 2隔開之 位置上。 在萃取期間完成之後，採樣頭50係可以滑動至第一位 置’使得開口端係緊密地與位在晶圓1 2之前表面2 7之流體 層緊密地貼靠在一起。由前表面27上收集一部分之流體層 以做後續的分析s —採樣注射器46之柱塞58係延伸的，進 而在排放管34中產生真空’且將流體由前表面27經由排出 管、排放孔口 32及第二閥體52而抽引至採樣注射器5該容 器1 0亦可加以略微地傾斜，以將萃取流體層朝向採樣頭5〇 ，該排放管3 4亦可加以相 ’或者亦可將開口端放置 ’排放管34之採樣頭50的 面2 7相接觸。 器46之後，該第二閥體52 通至容器10之管路，並且 注射器46之柱塞58係被壓 二閥體52壓入至樣本收集 流體層加以收集，因為僅 之開口端，以有效地收集。再者 對於套管35而轉動、傾斜、滑動 在用以收集水的位置上。實際上 開口端通常係會與晶園1 2之前表 在流體已經被抽引至採樣注射 便加以切換，以關閉由排放管34 通向樣本收集瓶48之管路。採樣 缩的，且將流體由注射器經由第 瓶4 8。實際上，並不需要將整個

Γ 436951 五、發明說明（ίο) 需要大約1 0 m 1的流體來做為後續的分析。 該樣本收集狀4 8係加以移開，且傳送該萃取流體以藉由 適當的超軌跡方法來進行化學分析，諸如習知的離子色層 分析法（1C)或毛細管電泳法（ce)。該分析係提供NH/、

Br-、C Γ、S042-、NO，、Γ及HPO/-，其係存在於晶圓12之前 表面2 7。該採樣頭5 0係向後滑動至第二位置，且該晶圓1 2 係由容器】0中移開。 甴第二供應瓶5 4流出之純水係用以清洗及淨化該排放管 34、第二間體52及採樣注射器46，以用來萃取新的晶圓。. 為此，第二間體52係可切換以打開由管體34通向第二供應 瓶54。採樣注射器46之柱塞58係會延伸的，以將純水抽弓j 至採樣注射器。水係會吸收殘留在採樣注射器中的污 物。柱塞58係被壓縮，以將水經由鉬A ， ’、 田朝向樣本收集瓶48之Μ 放管34而壓擠出來，以便將第二閥彌κ α呆瓶4b之排 濯。瓶體48係已經事先取出，使得水#遐04之円。Γ/先 棄置。 于水會由裝置流出而加以 第二閥體5 2係加以切換’以打開由答 田管體34通至容哭丨〇的 管路。採樣注射器46之柱塞58係進一 王夺ίυ幻 加以壓縮，藉此清洗第二閥體52、管俨7 $向容器1 0來 50的内部。水係流入容器1 0的底部，i 着曲的採樣頭 開。此-清洗方法係可以碟保淨化，地加以移 儿將一個接莫—他I曰 圓之萃取過程中的不利因素加以排除。姑壯印者個0a -¾衷置接著彳Φ可以 預備再次使用。 伐考k j以 由上述說明中可以瞭解的是，本發B日+紅， β Μ之數個目的便可以

436951 五、發明說明（11) 達成，並且可以保留其他的優點。 由於在不脫離本發明之範圍的情況下，在上述說明之實 施例中係仍可以具有各種不同的變化，而這些變化都將包 含在上述的說明及其所附之圖式中，而其中之說明及圖式 都應視為示例性之實例而不具有限制的意涵。

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Claims (1)

1. ί' 43 69 5 1 六、申請專利範圍 1. 一種由一矽晶圓之前表面萃取無機離子污染物以進行 化學分析之方法，其包含： 將一晶圓放置在一座體上，其可以將晶圓支撐在一 大體上呈水平的姿態，且晶圓之前表面係面部向上； 將晶圓加以隔離，以防止空氣在前表面上循環； 僅在晶圓之前表面上放置一層萃取流體； 將萃取流體層固定在晶圓之前表面上一段時間，使 得在前表面上之污染物係可以萃取至流體層； 由前表面萃取一部分的流禮層以進行後續的分析。 2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其令將萃取流體層 的一部分放置在晶圓前表面上之步騾，係包含以萃取流體 將大致整個前表面加以覆蓋。 3. 根據申請專利範圍第2項之方法，其中將萃取流體層 固定在晶圓之前表面上一段時間之步驟係包括授拌流體層 之步驟，藉此促進污染物可以被萃取至流體中。 4. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該萃取流體層 固定在晶圓前表面上之時間，係至少1 0分鐘。 5. 根據申請專利範圍第4項之方法，其中該萃取流體層 之攪拌步驟係間歇性地進行。 6. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中該收集流體層 之部分係進一步包含將萃取流體由晶圓前表面轉移至一容 槽中之步驟，並且維持晶圓及流體可以大致上與空氣循環 相隔離。 7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該放置萃取流

   第16頁 436951 六、申請專利範圍 體層之步驟係包含由一高於晶圓之前表面的位置來傳送萃 取流體，且同時維持該晶圓及流體可以大致上與空氣循環 相隔離。 8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該萃取流體係 去離子水，其係具有大約1 8 Μ Ω之電阻率。 9. 一種用以由矽晶圓前表面萃取無機離子之裝置，該裝 置係包含： 一容器，其係用以收納該晶圓，該容器係具有一支 撐件用以將晶圓固定成大致呈水平之姿態，且該晶圓之前 表面係面部向上，該容器係用以防止空氣循環於晶圓之前 表面，且具有一注入孔口 ，其係用以將萃取流體導入至晶 圓之前表面；以及 一採樣裝置，其係用以由位在晶圓前表面上之萃取 流體層採集樣本。 1 0.根據申請專利範圍第9項之裝置，其中該注入孔口係 位在晶圓前表面之上方，且該容器係具有一排放孔口形成 於其中，用以將流體排出於該容器。 1 U根據申請專利範圍第1 0項之裝置，其中該採樣裝置 係包含一排放管，其係延伸通過該位在容器中之排放孔 口 ，排放管係可以在排放管中相對於容器而在一第一位置 與一第二位置之間可滑動地移動，其中在該第一位置上， 排放管之遠末端係定位在前表面之上方，而在第二位置 上，該排放管之遠末端並未定位在前表面上。 1 2.根據申請專利範圍第1 1項之裝置，其中該採樣裝置

   第17頁 436951 六、申請專利範圍 係進一步包含一採樣注射器，其係可選擇地將流體與排放 管相連通，以及包含一樣本收集瓶，其係可選擇地與注射 器相連通。 1 3,根據申請專利範圍第1 2項之裝置，其進一步包含用 以導引萃取流體層之裝置，該流體導入裝置係包含一流體 源、一注射器及經由注入孔口所收納之注入管，以將萃取 流體傳送至容器中。 1 4.根據申請專利範圍第9項之裝置，其中該容器之支撐 件係包含一平台，其係具有複數個支撐突塊，以將晶圓加 以支撐並防止晶圓之橫向移動。

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