引言

為了評估用各種程序清洗和干燥的晶圓表面的清潔度，我們通過高靈敏度的大氣壓電離質譜(APIMS)成功地分析了這些晶圓表面的排氣量。特別是，通過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。結果表明，在這些實驗條件下，定性和定量的微量雜質小至單分子吸附層的1/10。結果證實，濕化學過程和干燥方法對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果。為了估計濕式化學處理后的微污染，表面分析是通過用大氣壓力電離質譜(APIMS)測量來自晶片表面的解離氣體來進行的，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，而且能夠連續檢測雜質，因此可以以高分辨率監測工藝氣體中微量雜質含量的動態變化。

實驗

為了研究雜質分子在超薄載流子氣體環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輸，并引入APIMS分析儀的離子源。圖1為實驗裝置的示意圖。它由氣體供應系統、具有金屬配件的加熱室、護套加熱器和分析設備(APIMS)組成。為了對從晶片表面剝離的微量雜質進行可靠的分析，我們利用超精益技術的概念構建了整個油管系統。

圖1 實驗裝置的示意圖

將樣品插入腔室之前，為了防止空氣侵入實驗系統，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吹出。干燥后的樣品晶片在5min內放入腔室。關閉配件后，將載氣以1.2l/min的流量注入腔室30min，以清除系統中的空氣。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，根據圖2中所示的加熱圖，腔室的溫度升高，此圖中的零時間點在擬合關閉時開始。

圖2 加熱圖

結果和討論

識別跟蹤IPA：

氬氣中微量IPA的定性和定量分析尚未見報道。在APIMS中，有機化合物有可能由于離子之間的碰撞而分解成幾個碎片。因此，為了研究IPA蒸汽干燥后IPA從晶片表面的解吸，識別IPA對應的離子種類是非常重要的。在第一階段，進行了一個確定與IPA對應的離子的研究。將IPA液滴引入室內，每隔幾分鐘測量一次API質譜。

圖3中顯示了開始流動載流氣體后四個不同時間間隔的API質譜。其中腔室溫度保持在室溫(23°C)，載氣流量為1.2l/min，API質譜隨時間變化劇烈。

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圖3 當IPA液體滴入腔室時，API光譜的時間依賴性：(a)4min后，(b)6min后，(c)7min后，(d)10min后

使用干燥的晶片進行了加熱試驗，以確定脫吸附的IPA。在這個測試中，檢測了每個離子增加溫度的離子強度。圖中的加熱圖顯示了質量數為m/z=15、43和59的離子強度的時間變化。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行了試驗。它們是IPA蒸汽干燥和n2吹干燥。同樣的無晶圓的實驗作為參考。干燥前，用h2s04-h202溶液清洗晶片。

從晶片表面看IPA的解吸特性：

上述分析技術已被應用于估計高純化氬氣中的IPA濃度。建立了一種利用APIMS對惰性氣體中H20、二氧化碳、02和有機化合物等雜質的定量測定技術。采用校準曲線法估計了該系統中的IPA濃度。根據該校準曲線，最高峰值的IPA濃度為20ppb，如圖4所示。

圖4 蒸汽干燥用溶劑對質量離子強度的影響

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例子。在加熱后不久就有一個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。

圖5 改變干燥方法的水濃度隨時間變化

葉片表面潔凈室空氣中雜質的吸收：

在這個實驗中，干燥的晶片在從濕站運輸到分析儀的過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，并估計空氣中雜質的吸附量，對潔凈室空氣進行了APIMS分析。

總結

為了估計晶片表面的清潔度，在異丙醇蒸汽干燥后，通過高度靈敏的大氣壓電離質量光譜學。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。實驗證實，從晶圓表面得到的解吸微量雜質可以定量檢測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估這種快速的變化。

　　審核編輯：湯梓紅