日本IAS 硅片金属杂质分析系统 Expert

全自动汽车扫描系统  真空二次离子质谱法专家 TM

硅片金属杂质分析的必备工具

ExpertTM 专为分析硅片中的金属杂质而设计。该系列有三个型号：Expert_FAB、Expert_PS 和 Expert_LAB。FAB 和 PS 型号可与电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）集成，LAB 型号为独立使用型。

硅片中的金属杂质分析是半导体制造中的重要项目之一。随着集成度的提高，需要控制的金属杂质浓度越来越低。全反射 X 射线荧光法（TRXRF）因其无损特性已被应用于生产线（FAB）。然而，TRXRF 的检测限无法满足要求，于是发展出了真空等离子体直流辉光放电法（VPD）作为样品富集方法。结果，检测限提高了约两个数量级，但 TRXRF 不再是无损技术。此外，通过 VPD 制备的化学溶液可以通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）直接分析，检测限更低，包括更轻的元素如锂、钠和镁。因此，ICP-MS 结合 VPD 成为控制硅片中金属杂质的常用技术。

市场上有几款 VPD 设备，但它们是为制备 TRXRF 而开发的，并非为 ICP-MS 分析而设计。

[专家_专业服务]

该型号已上市超过 10 年。它既用于实验室，也用于工厂自动化车间，并且既可以与电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）配合实现全自动操作，也可以在没有 ICP-MS 的情况下独立使用。ICP-MS 就安装在 Expert_PS 主机的旁边。两个负载端口位置以及一个 6 英寸至 12 英寸的光学对准器是标准配置。

[专家_FAB]

该型号是一个完全集成的模型，包括用于半导体晶圆制造的 ICP-MS。ICP-MS 位于 Expert_FAB 的主框架内部。FAB 模型中包含了 PS 模型的多种选择作为标准配置。两个负载端口位置以及 6 英寸至 12 英寸的光学对准器是标准配置。

[专家实验室]

该模式专为实验室使用而设计。所有晶圆处理，如 VPD、干处理和扫描，均可自动完成，扫描后的溶液会回收到小瓶中，应手动转移到 ICP-MS 进行分析。标准配置仅有一个装载端口位置和一个重力对准器，可处理三种连续的晶圆尺寸。

专家的特点

装料口

专家根据型号拥有一到两个装载端口位置，并且有各种晶圆尺寸的组合可供选择，例如 300 毫米（12 英寸）的 FOUP 或 FOSB、200 毫米（8 英寸）的 SMIF、150 毫米（6 英寸）或 200 毫米的适配器。

高频蒸汽产生

PFA 雾化器用于产生用于 VPD 的 HF 蒸汽。冒泡技术一直是产生 HF 蒸汽的常用方法，但 HF 的浓度会随时间变化，从而导致不同的蚀刻时间。

另一方面，PFA 气雾器产生恒定浓度的氢氟酸蒸汽，并提高了蚀刻速度。

双扫描喷嘴

扫描喷嘴容纳扫描溶液，并对晶圆上期望的区域进行扫描，以收集 VPD 处理后晶圆上残留的金属杂质。然而，在大容量蚀刻或干蚀刻后，晶圆表面会变得亲水，因为大容量蚀刻后晶圆表面变得粗糙，干蚀刻后晶圆上仍有有机残留物。因此，使用传统的扫描喷嘴很难容纳扫描溶液。带有真空的双重扫描喷嘴能够很好地容纳喷嘴内部的扫描溶液，并允许对亲水表面进行扫描。

扫描模式

专家能够进行各种扫描模式，如全扫描、径向扫描、扇区扫描、径向扇区扫描和倾斜扫描，作为标准功能。专家还能够进行边缘扫描，即从背面晶圆边缘周围 1 毫米处进行扫描，同时包括倾斜部分。

在视觉（VIS）上的径向扫描结果

扇区扫描设置窗口

在“专家 PS”内部

批量蚀刻和深度轮廓测量

一种特殊气体与氢氟酸（HF）蒸汽一起被引入到 VPD 腔室中，这使得无法仅用氢氟酸蚀刻的大块硅、多晶硅、钨化硅和钛膜能够被蚀刻。利用这一功能，可以分析从沉积膜中扩散到硅衬底中的金属杂质，并且能够对注入晶圆中的掺杂剂和金属杂质进行剖面测量。

通过优化氢氟酸蒸汽和特殊气体的用量，可以控制蚀刻速度和深度。最         大蚀刻速度超过 1.5 微米/小时，均匀度为±10%。

多晶硅层蚀刻

干燥模块

干燥模块用于在将晶圆放回卡盒之前对其进行干燥。

专家测量回收扫描溶液的体积。如果回收的体积小于原始体积，扫描溶液可能仍留在晶圆上，如果晶圆带着剩余的扫描溶液返回卡盒，这会很危险。为避免此类风险，晶圆在返回卡盒之前会先转移到干燥模块。干燥模块也可用于局部大量蚀刻以及为TRXRF测量做准备。

已开发出智能的 VPD-ICP-MS 软件，用于连接 Expert TM 系统和 ICP-MS。

以下是全自动的 VPD - ICP - MS 程序：

1. 定位传感器确定晶圆的位置。

2. 预设的配方编号会自动为每个晶圆设定 VPD 时间、扫描模式和扫描溶液的容量。

3. 第       一块晶圆被转移到对准机，在那里对晶圆的位置（如居中、缺口或平面度）进行调整，且不接触倾斜部分。

4. 晶圆被送入 VPD 腔室，由 PFA 雾化器产生的 HF 蒸汽被引入，随后诸如氧化物或氮化物之类的层被分解。蚀刻通过时间或 EPD 终止。

5. 晶圆被转移到扫描工位，专用扫描喷嘴吸入扫描溶液（最多 1.5 毫升）。

6. 喷嘴在晶圆上移动，从喷嘴中推出约 100 微升扫描溶液，并根据配方中设定的方法对晶圆进行扫描。

7. 喷嘴从晶圆上回收扫描后的溶液，并将溶液收集到小瓶中。

8. 同时，真空进样接口软件（VIS）控制电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），并对标准溶液和质量控制检查溶液进行分析。

9. 当所有标准都通过时，收集到的 VPD 样本会自动进行分析。

10. 所有晶圆信息都被传输到视觉系统（VIS）中，并且在分解层中发现的杂质也被获取。

11. VIS 提供自动的质量保证/质量控制功能，用于检查校准曲线的相关系数、最小灵敏度以及质量控制回收率。如果样本结果超过限值，会按照预先定义的标准对其进行检查，并且用户可以选择自动采取行动。

12. 在扫描第       一个晶圆的同时，对第二个晶圆执行 VPD 操作。

13. 质量控制（QC）检查溶液对每个指定样本进行分析，例如 10 个晶圆样本。

14. 当样本中的浓度高于指定值时，扫描喷嘴会经过长时间的冲洗进行清洁，然后检查空白溶液以确定扫描喷嘴是否清洁。

15. 当扫描溶液受到污染时，会自动使用另一种扫描溶液。

与超高效液相色谱法（OHT）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）相集成，以实现全自动操作

专家系统可以安装在 FAB 中，并使用 SEMI 指定的协议与 CIM-HOST 集成，以实现全自动操作。FOUP 通过使用 SEMI-E84 协议的架空起重机运输（OHT）转移到专家系统中，专家系统根据从 CIM-HOST 发送的有关晶圆和工艺的信息处理 FOUP 中的晶圆，通过 ICP-MS 对扫描溶液进行分析，并将 ICP-MS 的结果发送给 CIM-HOST。在对 FOUP 中的所有晶圆进行分析后，FOUP 通过 OHT 自动移除。

该专家系统被安装在一家大型半导体器件制造商的 FAB 中，自 2008 年以来一直在全天候运行。全          球范围内安装了超过 60 套系统。可视化（VPD 接口软件）具有智能功能，可检查 ICP-MS 的状态，并允许 ICP-MS 全天候无人值守运行。

安全证书

该专家拥有 SEMI-S2、SEMI-S8 和 CE 证书，符合 FAB 使用所需的严格安全法规。