TWI832365B - 高精度氣相分解-液滴收集(vpd-dc)掃描 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及用於在晶圓的表面上執行氣相分解-液滴收集(VPD-DC)的方法及系統，其中移液管替代掃描管的功能並被操作使得掃描液體的鼓包從所述移液管的通道突出並接觸所述晶圓的表面以用於進行掃描。

Description

高精度氣相分解-液滴收集(VPD-DC)掃描
本發明大體涉及晶圓加工處理，並且更具體地涉及對晶圓中的雜質的分析。
半導體工業的發展對晶圓例如矽片的純度提出了嚴格的要求，其規格通常超出高於常規分析技術的靈敏度。VPD-DC（氣相分解-液滴收集）是一種用於將雜質濃縮在晶圓的表面以改善後續分析過程靈敏度的樣品製備方法。
在VPD-DC的第一個步驟中，晶圓的表面氧化物在HF（氟化氫）氣氛中被蝕刻。隨後，使用小液滴在晶圓的表面上掃描，以收集並在液滴內預先濃縮表面雜質。借助於例如電感耦合等離子體質譜(ICPMS)或原子吸收光譜(AAS)的濕化學分析可在該樣品上執行。另選地，液滴被乾燥，以用於乾燥樣品分析，例如全反射X-射線螢光分析(TXRF)。
在實踐中，在處理該耗時費力的工序的過程中的主要改進是全自動化系統的發展，所述全自動化系統允許執行盒到盒VPD-DC處理。這些系統包括緊挨著盒式工位和用於晶圓轉移的機器人模組的、用於容納蝕刻、掃描和可選的乾燥過程的兩個或三個處理模組。用於掃描的處理模組通常包括旋轉晶圓載物台或掃描台、用於液滴沉積的移液管、以及用於捕獲所述液滴並將所述液滴引導到晶圓的表面上的掃描管。一旦剛剛被蝕刻的晶圓被放置在掃描台上、被對準、且其平面/凹口被定向，掃描工序便被啟動。移液管在晶圓的表面上沉積掃描液體的液滴。掃描管然後接起液滴，並且如果適當，例如以螺旋軌跡或僅覆蓋表面的環的軌跡在晶圓的表面上引導所述液滴。在掃描完成之後，移液管再次吸起已攜帶有溶質的掃描液體，並將其轉移以用於進一步的分析。
在VPD-DC的變型實施方式中，即所謂的斜面掃描，掃描液體僅以圓形軌跡沿晶圓的邊緣/斜面被引導。在該變型實施方式中，液滴未被沉積在晶圓的表面上，而是被沉積在基本上是小的凹形高台的形式的液滴保持器上，該液滴保持器被放置在晶圓的圓周邊緣線下方。液滴然後被固定在掃描管和液滴保持器之間，並且當晶圓在掃描台上旋轉時，晶圓的邊緣從側面接觸所固定的液滴。
由於液滴的固有最小尺寸和變形能力，因此僅對很窄的條帶，例如上部斜面的僅1mm寬的條帶，進行精確掃描迄今為止還沒有實質有意義的可能性。然而，掃描非常精確和狹窄的條帶和區域的能力在一些應用中已引起人們的興趣。
本發明旨在提供允許掃描非常精確和狹窄的條帶和區域的系統及方法。
在此背景下，本發明涉及一種在晶圓的表面上進行VPD-DC的方法，該方法包括以下步驟：a)在可旋轉的掃描台上放置經蝕刻的晶圓；b)相對於彼此定位移液管和晶圓，使得移液管的尖端靠近所述晶圓的表面，但不與晶圓的表面接觸；c)操作移液管，使得掃描液體的鼓包從移液管的通道突出並接觸晶圓的表面；以及d)旋轉晶圓，以沿晶圓的表面對從移液管的通道突出的掃描液體的鼓包進行引導。
因此，相比於先前技術，本發明沒有在晶圓的表面沉積掃描液體的液滴、或在斜面掃描的情況下的液滴保持器上沉積掃描液體的液滴，並且不使用掃描管橫跨晶圓的表面或沿晶圓邊緣對液滴進行引導。本發明更確切地說僅依賴於從移液管的尖端突出但從未離開的液體鼓包，並且該液體鼓包並未沉積在晶圓的表面或液滴保持器上。不再需要單獨的掃描桿，因為移液管已經達到了掃描桿的作用。
相比於完整的液滴，僅依賴於從移液管的尖端突出的液體鼓包的方式允許非常精細地控制掃描區域並減小可被掃描的條帶的最小寬度。例如，該方法允許掃描非常精細的條帶，例如在晶圓的上部斜面的小於2mm或甚至小於1mm寬的條帶，這在一些應用中是所需要的。在一些實施方案中，本發明使得如在先前的基於液滴的方法那樣使用小得多的液體體積來進行分析，這是因為由液滴施加的液體體積沒有固有的下限。
晶圓可以是矽片，但本發明還可適用於任何其他類型的晶圓。
大體上，VPD-DC的掃描液體通常為HF和H 2O 2的水性溶液。
在一個實施方案中，該方法為斜面掃描VPD-DC。在該實施方案中，在步驟b)中，移液管和晶圓相對於彼此定位，使得移液管的尖端靠近所述晶圓的斜面，但不與晶圓的斜面接觸。在步驟d)中，晶圓被旋轉，以沿晶圓的斜面對從移液管的通道突出的掃描液體的鼓包進行引導。
通常，尤其是對於斜面掃描VPD-DC的情況，可較佳的是，移液管的尖端具有斜角，以形成有角度的移液管通道開口。該角度與晶圓的斜面的角度近似對應。這導致發明構思內的晶圓的斜面的潤濕得到改善。
在其他實施方案中，特別是如果期望對晶圓的平坦表面進行全部或部分的掃描，則移液管的尖端較佳為均勻平坦的。
僅使用從移液管突出的鼓包來進行掃描過程要求移液管的尖端和晶圓的相對位置具有非常高的精確度。
針對該目的，除了使用線掃描相機在掃描台上對晶圓進行粗略的對準中心操作之外，該方法還包括使用具有高靈敏度的相機在掃描台上對晶圓進行改善的對準中心操作，這允許以小於10µm、較佳地小於8µm、或甚至小於5µm的精確度確定xy平面中的晶圓的邊緣或xz平面中的移液管的尖端的位置。該高靈敏度相機較佳為2D相機。該方法還可使用此類高靈敏度相機對移液管的尖端和晶圓邊緣/斜面的相對位置進行微調。對於對相對位置進行的任何微調改變，使用掃描台的梭動件系統相比於使用機械臂系統可為更佳的，因為梭動件系統在移動中可達到更高的精確度。
在一個實施方案中，可利用高靈敏度的相機監測鼓包的輪廓。該輪廓的照片可被分析，以確定掃描的成功率，例如確定在鼓包和晶圓的表面之間形成的液膜中是否有撕裂。除了指示掃描是否成功之外，該輪廓的照片還傳達了關於鼓包的體積在掃描期間是否發生了改變的資訊。
此外，由於晶圓可以是不完美的並且不是理想的圓形，因此，為了進一步改善特別是在斜面掃描過程中的精確度，該方法包括基於來自高靈敏度的相機的預先錄製好的照片，在掃描期間持續調整所述掃描台和移液管的尖端的相對位置。對於該持續調整過程，同樣地，使用掃描台的梭動件系統為較佳的。
在一個實施方案中，鼓包的體積可在掃描期間被調整，以考慮由蒸發導致的液體的鼓包的假設的體積減小、或由濕度增加導致的鼓包的假設的體積增大。在監測鼓包的輪廓的情況下，如先前描述的，鼓包的體積可基於從掃描期間的照片提取的資訊來進行調整，以考慮鼓包的實際的體積減小或增大。
在初始描述的背景下，本發明還涉及用於在晶圓的表面上執行VPD-DC的系統，該系統包括掃描模組，該掃描模組包括：可旋轉的掃描台，該可旋轉的掃描台用於在其上放置經蝕刻的晶圓；移液管，該移液管用於使掃描液體與放置在掃描台上的晶圓的斜面接觸；控制單元，該控制單元被配置成操作掃描台和移液管，以執行本發明的方法。
除了掃描模組之外，該系統可還包括蝕刻模組，並且較佳地還包括乾燥模組。通常，該系統還包括盒式工作站。用於晶圓轉移的機器人可在各模組之間共用，或者該系統可包括兩個或更多個機器人（或機械臂）。該系統還可包括用於濕探針分析或幹探針分析的裝置，濕探針分析例如是電感耦合等離子體質譜(ICPMS)或原子吸收光譜(AAS)，幹探針分析例如是全反射X-射線螢光分析(TXRF)。該系統較佳地為全自動的，並且包括可操作地連接到系統的所有部件的公共控制單元。
掃描台通常與用於使得掃描台在水平平面上移動的梭動件相關聯。同樣地，該系統通常包括用於操縱移液管並使其在三維空間中或在具有垂直分量的平面中移動的機械臂。
如已結合本發明的方法所描述的，在一些實施方案中，較佳的是移液管的尖端具有斜角以形成有角度的移液管通道開口，而在不同的實施方案中，移液管的尖端可為均勻平坦的。
在一個實施方案中，該系統可以包括高精度相機，較佳為允許以小於10µm、較佳地小於8µm、或甚至小於5µm的精確度確定xy平面中的晶圓的邊緣或xz平面中的移液管的尖端的位置的2D相機。當處於掃描位置中時，相機的取景方向較佳為水平的並且為沿晶圓的切線的。
該系統還可包括較佳為小的凹形高台形式的液滴保持器。當處於掃描位置中時，液滴保持器可被定位在晶圓的周圍邊緣線下方和/或被定位在移液管的尖端的下方。液滴保持器可用於在液體被移液管吸入以用於掃描之前保持一定體積的掃描液體，並在掃描之後收集掃描液體。
該示例示出了本發明的用於檢測晶圓上的表面污染的高精度上部斜面掃描方法和系統。圖1示出了晶圓100的邊緣部分的截面圖，其中在點A和點B之間延伸並且具有通常約為1mm的寬度x的斜面可被識別到。
初始地，該方法包括在掃描台上對晶圓進行粗略對準中心的步驟。更詳細地，該步驟包括對在其上裝載有晶圓的掃描台進行旋轉並使用線掃描相機對晶圓的邊緣拍照。該系統被配置成使得晶圓每旋轉90度拍攝一張照片。四張照片的晶圓的邊緣位置之間的偏差用於計算晶圓在掃描台上的更好的位置。為了到達所計算的改善的位置，機器人提起晶圓並在x方向和y方向上校正偏差。其結果在必要時被線性相機再次控制，並且重複此過程。一旦檢測到相距最遠的晶圓邊緣位置之間的偏差達到小於200µm的目標精確度，對晶圓的粗略對準中心步驟便完成。還可存在反覆運算次數的最大值，例如，在步驟中止之前最多進行四次反覆運算。
粗略定位之後是使用具有低於70µm的非常良好的解析度的2D相機進行的精細定位，2D相機的視野方向是近似水平的並且是沿晶圓的切線的。精細定位步驟包括使用在xy平面上操作的掃描台的梭動件將掃描台和晶圓移動到所謂的斜面位置。在斜面位置中，晶圓的邊緣被定位在液滴保持器上方。該2D相機然後開始捕獲晶圓的邊緣的照片，並且晶圓旋轉450度。分析被捕獲的照片，以計算晶圓在掃描台上的改善的位置。到達改善的位置的方式可實質上參照前述步驟進行描述，其中唯一的區別是目標偏差為80µm。
精細定位之後是凹口定位的步驟，該步驟包括旋轉所述掃描台，直到2D相機發現晶圓的凹口（在執行本發明的斜面掃描VPD-DC之前將凹口預先製造到晶圓中）。一旦凹口位置被識別到，掃描台便旋轉，直到凹口移動到預定義的（角）起始位置。
隨後在下一個步驟中，具有斜角的尖端的（雙）移液管和晶圓相對於彼此定位。圖2示出了從2D相機的視角觀察到的該步驟期間的移液管120的尖端125和晶圓100的斜面104的側視圖。為此，晶圓100和移液管120被移動到所限定的原始位置，其中斜面位置（晶圓）和操作位置（移液管）相互接近。為了處理移液管120，該系統包括機械臂。2D相機然後用於捕獲晶圓的斜面104和移液管的尖端125的實際相對位置。基於照片，該系統計算x方向和z方向上的晶圓的斜面104和移液管的尖端125之間的距離。然後將所測量到的距離與x方向和z方向上的晶圓的斜面104和移液管的尖端125之間的所限定的距離進行比較。得到的偏差被轉換為電機步長，並且將其回饋給用於移動移液管的機械臂的電機和掃描台的梭動件。回應於這些資訊，該機械臂和掃描台的梭動件在所限定的方向上移動以接近期望的位置。相機然後再次捕獲照片，該照片再次被評估，以確認晶圓的斜面104和移液管的尖端125之間在x方向和z方向上具有合適的距離。如果該位置仍然不合適，則重複此過程。如何合適，照片被存儲以作為後續掃描期間的晶圓100和移液管120的位置的參考。
接下來，移液管120用於將預定義量（例如50μl-200μl）的新鮮掃描液轉移到液滴保持器。然後進行沖洗和校準程式，再次吸入液體，並吐出更小部分的液體，以避免因方向改變的後坐力而導致的任何問題。移液管120然後被移動到所限定的掃描位置。
為了進行掃描過程，從移液管120的尖端中擠出例如1µl大小的小體積液體，使得掃描液體的鼓包130從移液管的通道中突出並接觸晶圓的表面。圖3示出了在此步驟期間的移液管的尖端125的側視圖，其中掃描液體的突出的鼓包130接觸晶圓的斜面104。晶圓100然後旋轉不到360度，例如355度，以避免掃描凹口。在掃描之後，掃描台移動回到預設位置，並且移液管120將包含在移液管中的全部液體吐出到液滴保持器上。
鼓包的體積可在掃描期間被調整，以考慮由蒸發導致的液體的鼓包的假設的體積減小、或由濕度增加導致的鼓包的假設的體積增大。例如，每掃描90度可添加相當於初始鼓包體積的20%大小的附加體積量。鼓包體積的添加或減小可遵循預先確定的方式，該方式可為預設的或基於給定環境中的先前實驗。
在掃描期間，從移液管的通道突出的部分液滴的鼓包的輪廓或長度可利用2D相機監測。其照片可被分析，以確定掃描的成功率，例如確定用於將鼓包連接到晶圓的表面的液膜中是否有撕裂。就數值而言，在一個實施方案中，從移液管通道延伸到晶圓的表面/斜面的鼓包的長度應較佳保持在1mm±1µm的範圍內。除了指示掃描是否成功之外，其照片還傳達了關於鼓包的體積在掃描期間是否發生了改變的資訊。
在監測鼓包的輪廓的情境中，監測還可用於基於從掃描期間的照片提取的資訊來調整鼓包的體積，以考慮鼓包的實際的體積減小或增大。
在掃描之後，移液管120將包含被溶解的雜質的液體從液滴保持器轉移到小瓶中。可使用例如650µm(比率為1:4)的水或另一掃描液體來稀釋該液體，並且其被進一步處理。晶圓100可被轉移回到集合體或另一工位。移液管可自清洗並利用清洗溶液對液滴保持器進行清洗。
100:晶圓 104:斜面 120:移液管 125:尖端 130:鼓包
本發明的更多的細節和優點在下文參考非限制性示例和示例性附圖進行描述。附圖示出了：
[圖1]：在根據本發明的方法中待掃描的晶圓的邊緣以及斜面表面；
[圖2]：在定位期間的移液管的尖端和晶圓的邊緣的側視圖；
[圖3]：在掃描期間具有與晶圓的斜面相接觸的掃描液體的突出鼓包的移液管的尖端的側視圖。
100:晶圓
120:移液管
130:鼓包

Claims (7)

  1. 一種在晶圓的表面上執行氣相分解-液滴收集(VPD-DC)的方法，包括以下步驟：a)在可旋轉的掃描台上放置經蝕刻的晶圓；b)相對於彼此定位移液管和晶圓，使得所述移液管的尖端靠近所述晶圓的表面，但不與所述晶圓的表面接觸；c)操作所述移液管，使得掃描液體的鼓包從所述移液管的通道突出並接觸所述晶圓的表面；以及d)旋轉所述晶圓，以沿所述晶圓的表面對從所述移液管的通道突出的所述掃描液體的鼓包進行引導；其中，所述方法為斜面掃描VPD-DC，其中，在步驟b)中，所述移液管和所述晶圓相對於彼此定位，使得所述移液管的尖端靠近所述晶圓的斜面，但不與所述晶圓的斜面接觸，並且其中，在步驟d)中，所述晶圓被旋轉，以沿所述晶圓的斜面對從所述移液管的通道突出的所述掃描液體的鼓包進行引導；且其中，所述方法包括使用相機，較佳地為2D相機，其使所述晶圓在水平掃描台上對準中心，所述2D相機允許以小於10μm、較佳地小於8μm的精確度確定xy平面中的所述晶圓的邊緣的位置。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中，所述方法包括使用相機對xz平面中的所述移液管的尖端和所述xy平面中的所述晶圓的斜面的相對位置進行微調，所述相機較佳為允許以小於10μm、較佳地小於8μm的精確度確定所述晶圓的邊緣和所述移液管的尖端的位置的2D相機。
  3. 根據請求項1或2所述的方法，其中，所述方法包括基於來自相機的預先錄製好的照片，在步驟d)的掃描期間持續調整所述掃描台的位置，所述相機較佳為允許以小於10μm、較佳地小於8μm的精確度確定所述晶圓的邊緣的 位置的2D相機。
  4. 根據請求項1或2所述的方法，其中，所述方法包括使用相機在掃描期間監測所述鼓包的輪廓，所述相機較佳為允許以小於10μm、較佳地小於8μm的精確度確定所述鼓包的輪廓的2D相機。
  5. 根據請求項1或2所述的方法，其中，在步驟d)的掃描期間，考慮到由蒸發導致的所述液體的鼓包的假設或實際的體積減少或增加來調整所述鼓包的體積。
  6. 一種用於在晶圓的表面上執行氣相分解-液滴收集(VPD-DC)的系統，所述系統包括掃描模組，所述掃描模組包括：可旋轉的掃描台，所述可旋轉的掃描台用於在其上放置經蝕刻的晶圓；移液管，所述移液管用於使掃描液體與放置在所述掃描台上的所述晶圓的斜面接觸；相機，較佳為2D相機，其允許以小於10μm的精確度確定xy平面中的所述晶圓的邊緣的位置；及控制單元，所述控制單元被配置成操作所述掃描台和所述移液管，以執行請求項1至5中的任一項所述的方法。
  7. 根據請求項6所述的系統，其中，所述移液管的尖端具有斜角，以形成有角度的移液管通道開口。
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