微洁净环境中的颗粒监测

以生 产 技 术瓣微 洁 净 环 境 中 的颗 粒 监 测l 一…l一~ ~ 肠.〕 lo M姆 昌u d n g 乌 ” te 姗 ) (美 国颗 粗 侧 量 系统 公 司 Pa 八狄__、一,一,一~,、 沈健_二_1摘要2引论微 环 境 的 出 现 极 大 地 提 高 了 半 导 体 加 工 过程的洁 净 度。。微 洁 净 环 境 在 半 导 体 加 工 中 的应 用 使 得 工 艺s Q 一 级 或者 设 备 能在 极 高洁 净 度 通 常是 在 符合 I,新 的 微 环境 设 计原 理 例 如 防护 罩 正压,、强 和 机 械臂 的 应用 使 其 性能 明显 地 优 于 传统 的 设二 级 标 准 的洁 净 环 境下运 行,。尽管在 洁 净 度上 有 了。计 安 装 和 调校微洁净环 境的过 程 为精确调 试工艺 设 备 提供了 的 机会 使之 能在 15 0 一级 或 二 级 洁净,如此大 的 改 进 但工 业 界在 微 污 染控 制 方 面 的经 验显 示 仍 然 存 在 着 众 多 潜在 的 颗 粒 源、、工 艺 过 程中的度 的 环境 中开 始运 行,。任何 部 件 的运 动 摩 擦 以 及 气流 扰 动都 会 产生 和,同时 对 微 污 染 控 制 的经 验 表 明 对 一 个微 洁 净 环 境的 真 正 的 挑 战在 于 能 否 长 时 间 内保 持其高扩散 颗粒 然后 这些 颗 粒将 会 漂 移并在 静 电力 作用 下 吸 附在 硅 片表 面 上 显 著 地 降 低 了 芯 片 成 品 率,,二由于 机 械臂 需 要 调整 以 及 密封存 在 的 泄 漏 间题 高级别 的洁 净度 的维持将 是 十 分困 难 的的洁 净度任务。。当硅 片集 成 度越 来 越 高时 颗 粒活 动所 造 成 的 潜在,,成本 的影 响 就 会 越来 越大。为 此 对 如 何 观 察微洁 净 环 境 运 行 过 程 中 的 关,键 颗 粒 活 动情 况 进行 了 研 究,。颗 粒计数 器被 安置在、、多 个设 备 的 防护 罩 中 如离 子 注人 机 硅 片探 针 台 ap a 〔 光 刻 轨道 系 统 (Pho to lith 叱犷 坤 Tr 腼) 和 硅 片组 分类 器 (W a 几r5 0 二 级标 本报 告的度 量 单 位是 颖爪 , 相对 子 互 ( 准 的 微 洁净环 境 每 立 方 米少 于或 等于 1 0 个直 径 3 . 3 微 米 的颗 粒 即 近 似 为 0 . 3 5 颗/ 众 ) 等于 或 大 于 0,,,,s 时t启r总)中。3微 洁净 环境 中的 颗 粒 活 动离子 注 人 机用 于 向硅 片表 面 注 人 掺杂 离 子,所 有 这 些 常 用 设 备 的 微 洁净 环 境 中 的 颖 粒 活动 情 况都 将 被 检 测。. 1 离 子 注入 机 3。许 多 颗 粒活 动情况 都会 直 接导、该致 芯 片 的报 废、颗粒 活 动 的起 因包 括风 扇失 效 轴 承 失 效 密封垫 圈 的 泄 漏 以 及 设备正 常 操作动 作和 末 曾纪录 的 人 为 因 素 上 述类型 的 间题 在工 艺设 备,,工 艺 的关 键 是

真 空 室 不能存 在 其 它 杂质 离 子 不 然它们就会 与 掺杂 离 子 一 起 注人 到 硅片 中。因此 采同样 在 的颗、 ,,用 良 好 的 硅 片 装 载 系 统 和 低 气 流 扰 动 的 预真 空 室 对减 少颗 粒 向硅 片 的输运 是 十 分 重 要 的。运 行 中随时 都 会产 生在某 些 情 况 下,,。颗 粒源 处 在 微 洁 净 环 境 内 部。。预真 空 室 或 泄 漏 的 气 流 人口 也 会 产 生 有 危害,此 时 仅采 用 一个 位 于 中心 位 置 的 颗 粒 监 测 器 是 不粒。颗粒 也 可 能 在 内 部产生 例如 机械 臂的 摩擦p:够的 需 要 进行 多点采样 来 监侧颗粒 的 活动 结 论 ; 过 程 工 程学 告诉 我 们 微 洁净 环 境 系统,或硅 片 的 过度 加 热导致 光刻 胶灰化 而 产生 的烟雾类 颗粒. t , 3除 了 在 最 初 的 安装 和 调 校时要 达 到 高 的 洁净 度 外, 。,试验用 一 台 嘟 h iNE T 究 O ( PM S 公 司 生 产 ) 过 程山m还 需 进行 持 续 的过 程监 测 这 将有 利 于 提 高工 艺 设 备 的加 工 成 品 率监 测 器对 一 个 3 0一工 厂… 中运 行 的 离 子注 人 机 的,预 真 空 室 中 7 个 位 置 进行 持 续 的 取样 监 测 颗粒 传欢 迎 投稿月 m ai ! 泊5 1自 ni no 任 f @0. 马卜 成n e n c.2白 仍年 夕耳(逐必生 产 技 术) 心 集 盛患胳1 O CF M.感器 对 大 于 等 于3 1 2 结果. .. 3 微 米 直径 0。的颗 粒 以基 于 以 上 结 果 过 程 工 程学 认 为,:的 流 量进 行 采 样 和 计 数 在 第一 天 的 1 4:镰 离 子 注人 机 受 到 颗 粒 活 动 的 影 响;,肇 观 察 到 的 颗 粒 活 动 降低 了 芯 片 成 品 率 在 风30 (,l 后 有好 几 个 小时 见图 ) 的 颗 粒计 数 大 于 10 颗 / f s t 这 是 由 于 工 人 对设 备。扇 停 止 时 生 产 的 硅 片 上 可 以 观察 到 失 效 芯 片一;令 离 子注人 机需 要 持 续 的 颗 粒 监 测;进 行预 防 性 的 维 护 所 致 速 地净 化,。在 此 之 后 微 洁 净 环 境迅一,参 使 用 持 续 的 颗 粒监 测 将 显 著 地 减 少 测 试 硅。片 的数 量 最 终 将 降低 硅 片 的加 工成 本:,。颗 粒 计 数 上 升 到 初 40 0 颗 这 种情 况延续 了 6 0 小 时 在 这段 时间 的大 约 2 /。9 在第三天的 149 ,. 2 3硅 片探 针 台 硅 片 探 针 台用 来 测 量 硅 片 上 每 个 芯 片 的 电学。3 处 (约 在 第 五 天 的,0 1,:35 ),观 察 到 了 一 个颗 粒 零,性能有 图形 的 硅 片 从,FO U P中出 来 进 人 具 有 正 压。,计 数 的 状 态 这 是 因 为 工 艺 工 程 师 对 颗粒 计 数 器 进行 了 一 个 零计 数 测 试 在 第六 天 的 10 : 0 5力 的 预 真 空 室 然 后 被 送

到 有更 高 压 力 的测 试 室 通过 输 人 引 脚 向 芯 片 施 加特 定 的 电压 和 电流 然 后 根颗粒 计 数降 到 正 常 的水 平3 1 3 讨论.。据 从 输 出 引 脚 测 得 的 相应 电 流 电 压值 来 辨 别 芯 片是 否 失效 是 调 查 性 的 仪 器 目前 还 没,,.:风扇 失 效3。颗 粒活 动 和 失 效 芯 片 间 的 密 切关 联 意 味。由于M in i Ne t0 1着 保 持 这 一 设 备 的 洁净 是 非 常 重 要 的. 2 1 硅片 探 针 台 # 3 1 & #2有被 整 合 到 各部 门 的 标 准 操 作 程 序 中 因 此 在 颗粒数增 高之 前 有 时 候 就会 被 忽 视工 程 学 的 外 部 目检 时,,。在 首 先进 行 的 过 程,,试验#卜离 子 注人机 似 乎 工作 正 常31 0接 着 对 监 测 器 进 行 了 一 次 零 计数 测 试 观 察 到 颗r 在一 个 运 行 中 的 Zo m m 工 厂 使 用 A i n e t 30 1 PM S 公 司生 产 ) ( 来 监测 硅 片 电 学 测 试探 针 台 E粒计 数 很 快 降 为零 常。,t 这表 明 了 M i 币N e工 作正,T e 歇 P ro b e :预 真 空 室 的颗 粒 情况 颗 粒 传 感 器 采 用.,单点 采 样 以 O于 是 工 艺 工 程 师 停 止 了 硅 片 的 加 工 当 他们,,I C FM。3 微米的 的 流 量对 大 于 等 于 0 .颗 粒 进 行 计数l 结果 #:返 回到离 子 注人 机 时 没有 发 出警 告 到 了 正 常 水平3 1 . 4 结论.发现 风 扇 单 元 没 有 在 工 作, , ,,轴 承失效, ,所 有 的 四个 风 扇 都 已 失 效 无 气 流 吹 出 但 设 备却。在 图2中 能 观 察 到 在 最 初 三 天 中 腔体 内 的/一 旦 风扇 单 元 修 好 颗 粒 计 数 就 回0 颗 粒 密 度 维持 着 少 于 1,护 然而 在 8 月 2,白 一,。个 轴承 发 生 失效 在 下 一 个 三 天 中 颗 粒数 几 次 超 过0 00 1 /s t f。一 旦 轴承 被 更换 颗 粒 计 数又 降 到 了 正 常,一 ‘ ‘ , 对 口 孙 , 口 公 忆 不 七 乃 ‘ 盆 八 u 匕.O 力7 0协 U 。 , 一 V 七 艺 三 炙0 0 马e以自刃斗00 0O 白习 仁: 0 20 1 尸 口 书 竹 它 冷 纷 甲 已 护 内 尸 苗 以 浇 母石 冷 澎一 , 于 卜 石 N 价 公 冉 、 钾 仍 钾 甘 沂 护 姆 叶 6 石二 功 州 O 内 翻 L 的 的 朽 护 朽 入 r 丙 拼 护 仍 切 口二 二 钾 口 的 州 呐 卜 匆 公 段 甲 钾 匕 O 份 6 甘 必 入 闪 甘 甲 们 刊 属 伪 , 叻 公 沪 公 朴 的 M O 甘 尸 俨 妙 公 卜 钾 L 的 朽 O 尸 公 刊 丙 入 户 护 切 仍 甘 Z二 喻 份 N 肠一 寸 杯 6 偷 O 户 护 人 协 卜一 娜 0 召 L ,门 州 吕 鸽D. y ZD ay 310娜a 丫弓 OO句 6图 1 离 子 注 人 机 中的 风 扇 失 效迈)0 23年9 月欢 迎 投稿

E一 m: a ils aan i ino @ foi l nn. esh . cn集 盛患 路峪水平。生 产 技 术曝 这 些 颗 粒活 动主 要由设 备 长 期 运 行 后 产 生 的 一的设 计 来 减 少 上 述 问,试 验 莽2 在 一 个 运 行 中的洁 净环 境,些 问 题所 引 起 ;20m m工 厂 使 用 P毗、L PS 一嘟 改 进 这些 设 备 及 其 微 环 境C3 0 l ( PMS 公 司 生 产 ) 来 监 测 电学 测 试 探 针 台 的 微题 固然 需 要3 2 . 2.,但 为 了保 护 在 上 述 设 备 中 的 硅 片 持。颗粒 传感 器 采用 单 点 采样 以 O IC FM 流。续 的 颗 粒监 测 是 十分 必 要 的硅 片探 针 台#3. 3 微 米 的颗 粒 进 行 计 数 量 对大 于 等 于 0结果# 2,风 扇 失效。试验 在 图 3 中可 以 看10 的 /图 3 显 示 了 风 扇失 效 的影 响,在 第 三种 试 验 中 在 一 个 运 行 中 的 3 0,腼m工厂到 当 风 扇处 于非 正 常 工 作 时 观 察 到 颗 粒 数 通 常一 处 于 10 1 0 /n 使用 一 个 M iN it e31 0过 程 监 测 器 同 时 监测 预 真,尸 之间 有 时 会 超 过,、s t f。一旦空 室 和 测 试 室 内 的 颗粒 数 并 在 预 真 空 室 同 时安 置了 差 分 压力 传 感 器、风 扇 恢 复 至 正 常 工 作 状 态 颗 粒计 数 马 上 有 了 实 质性 的下 降注:。器:,。颗 粒 传 感 器在‘7温 度 传 感器 和 相 对 湿 度 传 感 0 3 个 不 同的位 置 对大 于 等 于 .微米 的 颗 粒 以1 0 C FM 的 流 量进行 持 续采 样 和 计(1 )预 防 性 维 护 压 力 下 降 颗 粒 计 数上 升 ; (2 )风 扇 单 元 失 效 压 力 下 降 颗 粒 计数 上 升 ;,数。:结果如图 4 所示, ,(3 ) 进行 零 计 数 测 试 压力 恒 定 颗 粒 计 数 降至:,在2 4 小 时 内观 察 到 了 大 量 的 颗。,零;s e 粒活 动 颗 粒 计数 于 I0 0 0 4 5 00/ f s 之 间 这些 颗粒 t( ) 风 扇 修 复 压 强 上 升至 正 常 水 平 颗 粒 计 数 4,:活 动 在 计 数图 形 上 非 常 相 似 都 有 一 个 又 陡 又 高 的下 降至 正 常水 平。尖 峰 其 后 都 伴 随 着一 个 相 对 快速 的 回 落 然 后 由,,结论风扇循 环 系 统 恢 复 至 洁净 状 态:。上 述 尖锐 的颗 粒 计,过 程 工程 学 认 为D 1数 峰 的 出 现 与 正 压 力 峰 相 对 应 (见 图 5 ) 表 明 它 们和 F()U P 的 对 位 以 及 硅 片 动 作 过程 相关。蔡 两 个 设 备 中都 存在 颗 粒 活动 ;哪日 目一 斗,-一名 召 O 店 尾 崔节 !一叠,。. 曰. _{ !{1朴 日”口 F. 「箭必对/ {入 J 丽 泰 比 i } }1 牙l; 一扫 州 「 目 l 几 l奋 l闷曰ead n 口I R . p}二。 . 闷止昌薯昙昌毒薯蓦髻图 2 硅 片探 针 台 # l

中的 轴 承 失效石 压 邀 畏 尽髻香 彭髻 息 薯 聋意 彗毒 誉薯 鬓誉 誉誉 誉 髻弩 霆 悬慈 唇图 3 硅 片 探 针 台 莽2 中的 风 扇 失 效,欢 迎 投稿- m E a: l in i a s anf i . o @ On l ne fh S.On0 23年9月诬)生 产 技 术惠 藻标 礁 惑t1.无 月 l t蓄 刊 寸 ) } 烤 污 ) r 丁}厂节}卜, 份,婆 咒 !」 l{ l‘瑞一’l 厂福}二由‘‘ 妇铂! }一!‘落铸1ti毕自 肉钾{ 翔钾, . , . ~吮数 J l皿1.1 1 翻1} 1困 U. I} 卜 } t 仁 厂贫 女 t1一劫. 白l}一 ‘山认祝,甲~ 呼门宁11 翎{ lt 歪 tl尸刊, 冲,,图礴 硅片探针 台 们 产 生 的颗粒讨 论 设 备 产 生 的颗粒:原 因所 致,:,进一 步的 检 查 表 明 这 些 颗 粒 是 由 设 备 产 生 的 是硅 片 探 针测 试 过 程 中 的 自然 副产品 这些 颗 粒 由合理 的 净化 气 流和 换气系统 最终会被清 除 出 二 微洁净 环境,,嚼 吸 盘上 的 颗 粒粘 附在 硅片 的 背面 引 起 光 刻的焦 深 间 题 攀嚼 光刻胶中 的颗 粒将 产生 图 形缺陷 ;一臀 掩 模板 上 的 颗 粒 产 生 的图 形 缺 陷 将 通 过 光,结论刻复制 到 硅 片 的每 一 个芯 片3 念. 1如过 程工程 学认为 : 娜 设 备在 正 常运 行 过 程 中也 会 产 生 大 量 的 颗粒;铃对 这 些设备 进行持续 的颗 粒活 动监 测很 重 要,试验 试 验 在一 个 之 加 如n 工 厂 进 行 由于 这些 光刻 设。,备 的复 杂 性 和 相互 关联 性 采 用 了 多点 同 时 监 测 t 因 为那 时还 没 有 Mjn iN 七 故 我们 在 轨 道 加压界、:,面 和 光刻 机上共安 装 了口珍 日 沁1 通 个 人 少 毗 生 产) , 对 大 于 等 于 众3 微n. 米 的 颗粒 以 0ICM F的。蜘份八脚翻 翻肠心归 染.知峨 峨睡 编赚 动 巨 自 必自 卑州达}f日 吮‘志. 触日川眯. 目脚 御匀 如 扣碑峭.‘一协 本岁甲 甲流量 多点 采样进 行 监测这样,由 虹rn et传 感器以组 成的 阵列 在 覆 盖 率上n N 接近 现有的 Mi i多点采样 系统图 弓 硅片 探 针 合 那 中的 压 力 变 化*3 住2 结 果尤 其是 为了确保换气 系统要 具 有正 常 的功能状 态a C k e rs T『 . 3 光 刻 轨道 系统 ( 3 l。-尽管 大多 数 的颗 粒 传 感 器 纪 录 的 颗粒 数 很 低-,但 是 在 处 于 轨 道 进 人 加 压界 面 的 出 口 处 的 过 滤 器ra光 刻 设 备 包 括 洲C 的 光 刻 轨 道 系 统 <T 叭 娜 ) 其 功能 是 从 FO钟 卸下 已经 图 形化 的 并涂 布 有光刻胶 的 硅 片 随后 把 这 些 硅 片一 次一 片通 过 加 压 界 面 传 迭 到光 刻 机 对光 刻胶 进行 下 一 层 芯 片 图 形 的曝光 曝 光后 的硅片经

由加压 界面 传送 回至 光 七 。 滤 , 刻轨道 系统 然后 送 至一 种在 线 检铡 仪器 届砂,,后 面 观 察 到 了 明 显 的 颗 粒 活动 现 象示,。正 如 图 石所,OQ 次 记 录何 有 很 多 的颗粒 记 数 超过 在第 1 书勺i 武 在大 约 第 8 5 的 次 记 录之 后 颗 粒 活 动变 颗/。2加化不 明 显。. 3 讨 论 : 垫 圈周 边 泄 漏 . 3 3‘,过 程 工 程 学认 为 ; 在 光 刻 轨 道 运 行 时产 生 颗 粒上 利用 激光 束对 硅 片 表 面 进 行 扫推 来 检 测 硅 片 上一,是 正 常现 象。对 过 滤 器 的 进一 步 的 检 查发 现 反 向。,的缺 陷密度,砂光 刻 过 程 是 对洁 净度 要 求 最 为 苛刻 的工 艺之一 文 献 证明颗 粒租 芯片 失敛 何相 关联 度 是 由以下压 力会将颗 粒推 向过滤器 密封垫 圈周 边 一 旦 重 新 设计 能消除 泄偏的垫圈 (新的 垫圈第 肠阳 次观 察后 安装 升 进 人加压 界 面的 颗 粒数蒯良 少欢迎投 藕E 如 角 翻卜 扭引二二我 们还 观迈弓姗年, 月韵in f诊必 On lin e 名卜 的路羁 集 盛患察 到 在 泄 漏 未 被 阻 止 的 时 候 处 于 在线 硅 片扫 描n i 仪 (一h, ,,生 产 技 术的 洁 净对 减 少交 叉 污 染 很 重 要 那 么 保 持 硅 片 组 分e nw a纯r。c面 一 光 刻 机 之 后 ) 中的 硅 片 也具 有 高 得多 的 缺 陷数. 3 4 3.~;) (位 于 光 刻 轨 道 一 加 压 界。类 器 的 洁 净 也十 分 有 必 要. 4 1 试验 3.。结论在 300mm硅 片 组 分类 器 的 预 真 空 室 内安 装 一(PM S 公 司 生 产 ) 来 监 测 颗 粒.过 程工程 学 认 为峋 抑 肋台La s a i 尹 1 10。颗粒传感 器7以 10‘CF M流量在个 不 同位 置 点 同时 采 样 并0 1,对大 于 等 于进行 计数lr o微 米 的颗 粒 另一台 L a俨 as。.安 置 在 微洁 净 环境 的 中…,~,,心 部 位进 行 单 点 采样. 4 3 . 2 结果}以拍00 十且 00 0f A.:l, 6 田O、如图9 : 34 之 间,77,所示,在,9 : 巧一多点采 样检 测 到,匆钧 以扣00了 显 著 的 颗 粒计 数 而 在微 环 境 中单 点 采 样 检 测 到 的O h 邻 ry . tio n图 6 光 刻 轨 道 的 颗 粒泄 漏 豁 在 设 备 正 常运 行 时 也 会 产 生 较颗 粒数 几 乎 为 零 单 点 采 样。,高 的 颗 粒数,错 失 了 明显 的颗 粒 活 动,。: 与 此 相 反 的 是在 9 4 0 左当过 滤 系统 失效 气 流 没 有 得 到 充 分净 化 进 人 加 压界 面 的 颗粒 数就会 上 升 相 应 的 失 效芯 片数 也 上 升 ;馨 为 了 保 证 换 气 系统 能处 于 正 常 的 工 作 状 态,右 单 点 与 多 点技 术 同时检 测 到 了 一 个 较 小 的颗 粒活动。. 4. 3 3

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c7s4.html