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引言
? ? ? 為了評(píng)估用各種程序清洗和干燥的晶圓表面的清潔度，我們通過(guò)高靈敏度的大氣壓電離質(zhì)譜(APIMS)成功地分析了這些晶圓表面的排氣量。特別是，通過(guò)將晶片表面的解吸氣體引入APIMS，研究了IPA蒸汽干燥后異丙醇(IPA)的解吸和晶片中的水分。結(jié)果表明，在這些實(shí)驗(yàn)條件下，定性和定量的微量雜質(zhì)小至單分子吸附層的1/10。結(jié)果證實(shí)，濕化學(xué)過(guò)程和干燥方法對(duì)晶片表面條件的影響。
? ? ? 本文介紹在硅片上吸附分子的分析結(jié)果。為了估計(jì)濕式化學(xué)處理后的微污染，表面分析是通過(guò)用大氣壓力電離質(zhì)譜(APIMS)測(cè)量來(lái)自晶片表面的解離氣體來(lái)進(jìn)行的，它顯示出極好的靈敏度(1ppb到低于0.01ppb)。APIMS不僅具有高靈敏度，而且能夠連續(xù)檢測(cè)雜質(zhì)，因此可以以高分辨率監(jiān)測(cè)工藝氣體中微量雜質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)變化。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 為了研究雜質(zhì)分子在超薄載流子氣體環(huán)境中加熱從晶圓表面的解吸，將晶圓表面的解吸氣體與載流子氣體一起運(yùn)輸，并引入APIMS分析儀的離子源。圖1為實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖。它由氣體供應(yīng)系統(tǒng)、具有金屬配件的加熱室、護(hù)套加熱器和分析設(shè)備(APIMS)組成。為了對(duì)從晶片表面剝離的微量雜質(zhì)進(jìn)行可靠的分析，我們利用超精益技術(shù)的概念構(gòu)建了整個(gè)油管系統(tǒng)。
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圖1 實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖
? ? ? ?將樣品插入腔室之前，為了防止空氣侵入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，載體氣體的流量增加到10升/min，載體氣體從開口配件的兩側(cè)吹出。干燥后的樣品晶片在5min內(nèi)放入腔室。關(guān)閉配件后，將載氣以1.2l/min的流量注入腔室30min，以清除系統(tǒng)中的空氣。加熱前，載氣流量降低至0.4l/min，以增加解吸附氣體的濃度。之后，根據(jù)圖2中所示的加熱圖，腔室的溫度升高，此圖中的零時(shí)間點(diǎn)在擬合關(guān)閉時(shí)開始。
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圖2 加熱圖
結(jié)果和討論
識(shí)別跟蹤IPA：
? ? ? 氬氣中微量IPA的定性和定量分析尚未見報(bào)道。在APIMS中，有機(jī)化合物有可能由于離子之間的碰撞而分解成幾個(gè)碎片。因此，為了研究IPA蒸汽干燥后IPA從晶片表面的解吸，識(shí)別IPA對(duì)應(yīng)的離子種類是非常重要的。在第一階段，進(jìn)行了一個(gè)確定與IPA對(duì)應(yīng)的離子的研究。將IPA液滴引入室內(nèi)，每隔幾分鐘測(cè)量一次API質(zhì)譜。
? ? ? 圖3中顯示了開始流動(dòng)載流氣體后四個(gè)不同時(shí)間間隔的API質(zhì)譜。其中腔室溫度保持在室溫(23°C)，載氣流量為1.2l/min，API質(zhì)譜隨時(shí)間變化劇烈。
使用干燥的晶片進(jìn)行了加熱試驗(yàn)，以確定脫吸附的IPA。在這個(gè)測(cè)試中，檢測(cè)了每個(gè)離子增加溫度的離子強(qiáng)度。圖中的加熱圖顯示了質(zhì)量數(shù)為m/z=15、43和59的離子強(qiáng)度的時(shí)間變化。分別是5到7。為了鑒定IPA的代表性片段，使用兩種不同干燥方法處理的晶片進(jìn)行了試驗(yàn)。它們是IPA蒸汽干燥和n2吹干燥。同樣的無(wú)晶圓的實(shí)驗(yàn)作為參考。干燥前，用h2s04-h202溶液清洗晶片。
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從晶片表面看IPA的解吸特性：
? ? ? 上述分析技術(shù)已被應(yīng)用于估計(jì)高純化氬氣中的IPA濃度。建立了一種利用APIMS對(duì)惰性氣體中H20、二氧化碳、02和有機(jī)化合物等雜質(zhì)的定量測(cè)定技術(shù)。采用校準(zhǔn)曲線法估計(jì)了該系統(tǒng)中的IPA濃度。根據(jù)該校準(zhǔn)曲線，最高峰值的IPA濃度為20ppb，如圖4所示。
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圖4 蒸汽干燥用溶劑對(duì)質(zhì)量離子強(qiáng)度的影響
晶片表面水分的解吸特性：
? ? ? 圖5展示了用不同干燥方法干燥的晶圓的水分解吸行為的一個(gè)例子。在加熱后不久就有一個(gè)大峰的水分的解吸行為與上述的IPA非常相似。IPA蒸汽干晶片的解吸水分量略大于n2吹干晶片的解吸水分量。
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葉片表面潔凈室空氣中雜質(zhì)的吸收：
? ? ? 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，干燥的晶片在從濕站運(yùn)輸?shù)椒治鰞x的過(guò)程中暴露在空氣中約5分鐘。為了在晶圓表面明確被吸附的種類，并估計(jì)空氣中雜質(zhì)的吸附量，對(duì)潔凈室空氣進(jìn)行了APIMS分析。
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總結(jié)
? ? ? 為了估計(jì)晶片表面的清潔度，在異丙醇蒸汽干燥后，通過(guò)高度靈敏的大氣壓電離質(zhì)量光譜學(xué)。成功地分析了異丙醇和水分從這些晶片表面解吸。樣品晶片在流動(dòng)的超低溫載流氣體中加熱，并將包含從晶片表面解吸氣體的載流氣體引入APIMS分析儀。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，從晶圓表面得到的解吸微量雜質(zhì)可以定量檢測(cè)到單分子層吸附層的1/10水平。解吸量隨溫度呈線性增加，載氣的組成在加熱后就迅速變化。APIMS分析已被證明能夠高精度地評(píng)估這種快速的變化。
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