一种晶圆表面杂质取样装置转让专利
申请号 : CN202011187557.2
文献号 : CN112304703B
文献日 : 2021-11-12
发明人 : 徐小明
申请人 : 长江存储科技有限责任公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述装置包括:取样喷嘴和旋转台;其中,所述旋转台用于承载晶圆,并带动所述晶圆旋转;所述旋转台用于承载所述晶圆的表面为承载面;
所述取样喷嘴在所述承载面上与所述旋转台相对设置,所述取样喷嘴朝向所述旋转台的底表面呈长条形,所述长条形的长边沿第一方向延伸;所述第一方向为所述旋转台中心到所述旋转台边缘的方向;
所述取样喷嘴包括同轴设置的外部喷嘴架和内部扫描喷嘴;
所述内部扫描喷嘴用于通过所述底表面喷洒扫描液到所述晶圆上,并回收所述晶圆上的扫描液;
所述外部喷嘴架和内部扫描喷嘴之间构成气体腔室,以将所述扫描液阻隔在所述取样喷嘴内;
所述气体腔室沿第二方向分隔为互不连通的前端气体腔室和后端气体腔室,所述第二方向为所述底表面上垂直于所述第一方向的方向。
2.根据权利要求1所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述取样喷嘴沿第一方向上的长度与所述取样喷嘴沿第二方向上的长度的比值大于等于8,所述第二方向为所述底表面上垂直于所述第一方向的方向。
3.根据权利要求1所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述取样喷嘴沿第一方向上的长度为4cm‑6cm;
所述取样喷嘴沿第二方向上的长度为0.3cm‑0.6cm,所述第二方向为所述底表面上垂直于所述第一方向的方向。
4.根据权利要求1所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述装置还包括:前端气体管道、后端气体管道和扫描液管道;其中,所述前端气体管道与所述前端气体腔室连接,所述后端气体管道与所述后端气体腔室连接;
所述扫描液管道与所述内部扫描喷嘴连接。
5.根据权利要求1所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述装置还包括:第一加压组件和第二加压组件;其中,所述第一加压组件与所述前端气体腔室连接,所述第一加压组件用于独立控制所述前端气体腔室的压力;
所述第二加压组件与所述后端气体腔室连接,所述第二加压组件用于独立控制所述后端气体腔室的压力。
6.根据权利要求1所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述内部扫描喷嘴的下缘与所述旋转台之间的距离小于所述外部喷嘴架的下缘与所述旋转台之间的距离。
7.根据权利要求1所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述外部喷嘴架的下缘与所述旋转台之间的距离可调节。
8.根据权利要求1~7任一项所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述装置还包括:调节螺杆;
所述调节螺杆与所述内部扫描喷嘴活动连接,与所述外部喷嘴架固定连接;
所述调节螺杆用于调节所述外部喷嘴架与所述旋转台之间的距离。
9.根据权利要求8所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述调节螺杆包括第一调节螺杆和第二调节螺杆;所述第一调节螺杆和所述第二调节螺杆用于共同调节所述外部喷嘴架与所述旋转台之间的距离;
所述第一调节螺杆设置在所述取样喷嘴上靠近所述旋转台中心的一侧,所述第二调节螺杆设置在所述取样喷嘴上靠近所述旋转台边缘的一侧。
10.根据权利要求1~7任一项所述的晶圆表面杂质取样装置,其特征在于,所述内部扫描喷嘴包括拱形部和棱台部;所述拱形部的下缘与所述棱台部的上缘连接;
所述棱台部的侧壁从所述棱台部的上缘到所述棱台部的下缘向靠近所述取样喷嘴轴心的方向倾斜。
说明书 :
一种晶圆表面杂质取样装置
技术领域
背景技术
碱土金属杂质污染可导致芯片击穿电压的降低;过渡金属杂质与重金属杂质污染可使芯片
的寿命缩短,或者使芯片工作时的暗电流增大。杂质元素的含量对半导体芯片的性能和产
品寿命均有很大影响,因此,杂质元素的提取和测量对半导体芯片的生产有着十分重要的
意义。
发明内容
中心到所述旋转台边缘的方向;
的方向。
距离;
圆的表面为承载面;所述取样喷嘴在所述承载面上与所述旋转台相对设置,所述取样喷嘴
朝向所述旋转台的底表面呈长条形,所述长条形的长边沿第一方向延伸;所述第一方向为
所述旋转台中心到所述旋转台边缘的方向;所述取样喷嘴包括同轴设置的外部喷嘴架和内
部扫描喷嘴;所述内部扫描喷嘴用于通过所述底表面喷洒扫描液到所述晶圆上,并回收所
述晶圆上的扫描液;所述外部喷嘴架和内部扫描喷嘴之间构成气体腔室,以将所述扫描液
阻隔在所述取样喷嘴内。本申请实施例中的取样喷嘴与旋转台相对的底表面呈长条形,且
该长条形沿第一方向(第一方向为旋转台中心到旋转台边缘的方向)延伸,如此,在旋转台
带动所述晶圆旋转,取样喷嘴从旋转台中心到旋转台边缘的方向进行移动时,取样喷嘴沿
第一方向的扫描范围更大,也就是说,取样喷嘴能够扫描更多的晶圆面积,从而提高了晶圆
表面杂质取样装置的扫描速率和扫描效率,也大大提升了每片晶圆的取样效率。且进一步
地,由于外部喷嘴架和内部扫描喷嘴同轴设置,且外部喷嘴架和内部扫描喷嘴之间构成气
体腔室,在气体腔室的配合下,能够将内部扫描喷嘴喷洒的扫描液阻隔在所述取样喷嘴内,
从而提高了扫描液的回收率。
附图说明
具体实施方式
的具体实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请,并且能
够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施。在其他的例子中,为了避免与本申请发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进
行描述;即,这里不描述实际实施例的全部特征,不详细描述公知的功能和结构。
或者可以存在居间的元件或层。相反,当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、
“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时,则不存在居间的元件或层。应当明白,尽管
可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、
层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分
与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本申请教导之下,下面讨论的第一元件、
部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、
层或部分时,并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
与其它元件或特征的关系。应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语意图还包括
使用和操作中的器件的不同取向。例如,如果附图中的器件翻转,然后,描述为“在其它元件
下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此,示例性
术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度
或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”,当在该说明书中使用时,确定所述特征、整
数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、
元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时,术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所
有组合。
(inductively coupled plasma‑mass spectrometry,ICP‑MS)来实现。如图1a和图1b所示,
目前多使用手动VPD或自动VPD进行前处理,手动VPD即操作人手动移动喷嘴,使喷嘴扫过整
片晶圆后,将喷嘴中的扫描液转移至ICP‑MS中进行杂质元素含量分析测试。然而无论手动
VPD或自动VPD均存在以下问题:
又可能会导致喷嘴前端进气。
为所述旋转台220中心到所述旋转台220边缘的方向(如图4中所示的第一方向);
阻隔在该气体腔室内。
扫描更多的晶圆面积,从而提高了晶圆表面杂质取样装置的扫描速率和扫描效率,如此,大
大提升了每片晶圆的取样效率。
量。其中,所述杂质可以为金属杂质。
台220的承载面,所述内部扫描喷嘴212的轴向截面垂直于所述旋转台220的承载面。
的方向(如图4中所示的第二方向)。
一方向的方向。由于取样喷嘴210沿第一方向上的长度远大于取样喷嘴210沿第二方向上的
长度,大大提高了取样喷嘴沿第一方向(所述旋转台中心到所述旋转台边缘的方向)的扫描
范围,从而提高了晶圆表面杂质取样装置的扫描速率和扫描效率。
方向延伸的立体形状。
取样装置的吞吐量(though put)也由42min/pcs提高至9min/pcs(针对直径为300mm的晶圆
而言)。
述内部扫描喷嘴212沿所述第二方向上的长度的比值大于等于8。所述内部扫描喷嘴212沿
第一方向上的长度为4cm‑6cm;所述内部扫描喷嘴212沿所述第二方向上的长度为0.3cm‑
0.6cm。由于内部扫描喷嘴212沿第一方向上的长度远大于内部扫描喷嘴212沿第二方向上
的长度,大大提高了内部扫描喷嘴212沿第一方向(所述旋转台中心到所述旋转台边缘的方
向)的扫描范围,从而提高了晶圆表面杂质取样装置的扫描速率和扫描效率。
中,所述前端气体管道214与所述前端气体腔室2131连接,所述后端气体管道215与所述后
端气体腔室2132连接;所述扫描液管道与所述内部扫描喷嘴212连接。这里,所述前端气体
管道214用于向所述前端气体腔室2131输送惰性气体(如氮气),所述后端气体管道215用于
向所述后端气体腔室2132输送惰性气体。
217用于回收所述晶圆上的扫描液。
组件可以为真空泵、流速泵、机械泵、分子泵或抽风机等能够产生吸力的装置。
件用于独立控制所述前端气体腔室2131的压力;所述第二加压组件与所述后端气体腔室
2132连接,所述第二加压组件用于独立控制所述后端气体腔室2132的压力。本申请实施例
中可以单独控制前端气体腔室2131的压力和后端气体腔室2132的压力,保证取样喷嘴移动
时前端和后端的推动力适宜,且保证取样喷嘴移动时,内部扫描喷嘴不会出现前端进气、后
端漏液的情况。
转台中心到所述旋转台边缘的方向。第二方向则为所述晶圆表面上垂直于所述第一方向的
方向。第一方向和第二方向如图4中的虚线所示。
端气体腔室的压力
现前端进气、后端漏液的情况,从而扫描时内部扫描喷嘴内能收集更多的扫描液,减少漏
液,同时针对亲水性晶圆也能有更好的液滴聚集能力。
行杂质提取,换言之,使用本申请实施例中的晶圆表面杂质取样装置,可以无需对晶圆进行
前处理来形成疏水性晶圆表面,直接对晶圆进行杂质取样即可。这样,减少了工艺步骤,提
高晶圆杂质取样的效率。
力才能进行控制。基于此,在对亲水性晶圆进行杂质取样时(相较于疏水性晶圆),前端气体
腔室的压力和后端气体腔室的压力往往需要调整的更大。
亲水性晶圆进行杂质取样时,还可以针对性的对后端气体腔室压力和前端气体腔室压力进
行调节和优化,以适应亲水性晶圆的表面特性,确保亲水性晶圆的扫描液的收集,减少漏
液。
气体管道215一体设置。在实际应用时,所述第一加压组件和所述第二加压组件均包括进气
端和出气端,进气端分别与前端气体管道214和后端气体管道215连接,出气端分别与所述
前端气体腔室2131和后端气体腔室2132连接。进气端和出气端内分别设置有导通或隔离进
气端和出气端的压力阀门。所述压力阀门可以通过开关气流通路和/或调整气流通路的流
通截面积来控制气体的压力,以控制气体腔室的压力。其中,所述压力阀门可为手动阀门,
也可为自动阀门。所述自动阀门可包括电控阀门或电磁阀门。
述内部扫描喷嘴212的下缘可以与所述旋转台220的承载面直接接触,以更好的将扫描液喷
洒到晶圆上并回收。由于所述内部扫描喷嘴212的下缘与所述旋转台220之间的距离小于所
述外部喷嘴架211的下缘与所述旋转台220之间的距离,从而从图3所示的正视图中可以看
到从所述外部喷嘴架211下面露出的所述内部扫描喷嘴212。
所述外部喷嘴架211固定连接;所述调节螺杆217用于调节所述外部喷嘴架211与所述旋转
台220之间的距离。在实际应用时,所述调节螺杆217用于调节所述外部喷嘴架211与所述旋
转台上的晶圆之间的距离。
与所述旋转台220之间的距离;所述第一调节螺杆2171设置在所述取样喷嘴210上靠近所述
旋转台220中心的一侧,所述第二调节螺杆2172设置在所述取样喷嘴210上靠近所述旋转台
220边缘的一侧。由于所述取样喷嘴为长条形(外部喷嘴架和内部扫描喷嘴也为长条形),从
而仅通过一个调节螺杆对外部喷嘴架的高度进行调节可能会导致外部喷嘴架前后端出现
不平衡的情况。因此,本申请设置了两个调节螺杆分别对外部喷嘴架的前端和后端进行调
节,保证第一调节螺杆和第二调节螺杆的调节参数一致,则可以确保外部喷嘴架前后端位
于同一水平线,不会出现外部喷嘴架前后端不平衡的情况。本申请实施例中通过第一调节
螺杆和第二调节螺杆实现对外部喷嘴架的精准调节。
的上缘到所述棱台部2122的下缘向靠近所述取样喷嘴210轴心的方向倾斜。所述棱台部
2122的下缘可以与所述旋转台220的承载面接触。如图2所示,所述棱台部2122的侧壁为一
斜面,该斜面可以和气体腔室内的气流配合以防止所述扫描液溢出所述取样喷嘴210。
后的外部喷嘴架与晶圆之间的距离大于未调整的外部喷嘴架与晶圆之间的距离,在调节第
一调节螺杆和第二调节螺杆后,改变外部喷嘴架与晶圆之间的距离,在后端气体腔室213的
压力不变的情况下,外部喷嘴架与晶圆之间的距离越大,气体流速V`3越大(大于气体流速
V3),由伯努利方程 可知,气体流速越大,压力越小,从而压力P
`3越小(小于压力P3),对应内部扫描喷嘴的受到的压力P`4也变小。从而,本申请实施例中可
以在改变外部喷嘴架与晶圆之间的距离的情况下,更加准确的内部扫描喷嘴的前端和后端
的压力。通过改变外部喷嘴架与所述旋转台之间的距离,可以灵活调节气体腔室内气体的
分流能力,确保内部扫描喷嘴能有效回收扫描液。
“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外,这些特定的特征、结
构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解,在本申请的各种实施
例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功
能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例
序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在
本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。