Vocus CI-TOF: FOUP排气的快速监测

在半导体的制造过程中，成百上千的过程不是按固定的顺序进行的。在这些加工步骤之间，晶圆被携带并存储在专用的塑料外壳中，称为前开口统一荚(FOUPs)。

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晶圆的特定缺陷与工艺之间的时间间隔(“排队时间”)的增加以及晶圆与从foup内表面逸出的化合物的相互作用有关。¹

敏感和准确测量的除气化合物可以直接的过程变化，以减少与排队时间相关的缺陷，并在用新的批量晶片加载之前改善单独的FOUP的清洁过程。

最显着的是，这些测量可以使用新的表面处理程序和新型聚合物材料来提供复杂的FOUP的开发。亚博网站下载²本研究介绍了TOFWERK VOCUS CI-TOF质谱仪的应用，以便在复制标准清洁程序的过程中恒定跟踪FOUP除气。

实验的程序

利用配备Aim反应器的Vocus CI-TOF质谱仪，使用碘化试剂离子跟踪FOUP的排气(约50 L)(参见图1）.Vocus CI-TOF立即对大气进行采样，并及时报告大气中痕量有机和无机化合物的浓度。

通过喷涂含有硝酸的溶液进行实验（HNO_3.)、醋酸(CH_3.COOH），甲酸（CH₂O₂），氢溴酸（HBr）和盐酸（HCl）进入FOUP并随后用氮气冲洗FOUP以复杂清洁过程。

将相应的质量从溶液中沉积在FOUP中的0.15至1μg。通过渗透管将氢氟酸（HF）加入到FOUP中，发射率为125ng /分钟。

使用n的恒定流动₂(2 L/分钟)，冲洗FOUP的内部体积，以确保FOUP的内部被适当混合，并复制FOUP容器的清洗。这导致FOUP通气率小于60分钟。

测量方案包括三个步骤:(1)定量FOUP背景5分钟，确定干净FOUP背景，(2)在FOUP内定位HF渗透管2分钟，然后立即注入酸溶液;(3)不断量化引入的化合物的混合和随后的衰变，直到浓度恢复到背景值。

图1所示。实验程序的示意图。

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结果

注射酸溶液后，在冲洗引发FOUP内的分析物浓度的衰减之前，偏离内的混合量约为3至4分钟（包括给药溶液的蒸发）。图2一个演示一个硝酸衰变的例子，以及在重复实验之间醋酸衰变的再现性(参见图2 b）.

图2．(a)归一化浓度_(t)(红色)和它的双指数拟合(蓝色)。(b) 1µg(第一次实验)和0.15µg(第二次实验)沉积后的乙酸归一化浓度，表明体系的重现性。

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所有的化合物都表现出双指数衰减，在10到100 pptv的微量浓度下，甚至在注射后100分钟，少数粘性化合物仍然存在。

复合依赖时间常数通过双指数拟合得到(方程1）.它们代表来自FOUP的每种化合物的冲洗时间尺度。τ.₁式1表示快速衰减的e-折叠时间(FOUP中的气体体积交换)，而第二个时间常数(τ₂)表示从FOUP表面释放气体较慢。

C(t)= C.1e- t /τ1+ C2e- t /τ2+ Cb

方程1

τ.₂长得多，依赖于酸与FOUP内表面的相互作用。图2a显示了HNO的双指数拟合示例_3.，它与FOUP壁有相当大的相互作用，因此相对于其他被测试的酸存在的时间更长。

图3显示了HNO的反应_3.在FOUP中达到稳定浓度后，首先进行45分钟的HCl、HF和HBr到氮气的冲洗。表1求和时间常数(τ_我)的双指数拟合图3．

图3。在FOUP冲洗的前45分钟，不同无机酸的指数衰减。酸对冲洗的响应与它们的蒸气压和与内部FOUP表面的表面相互作用有关。

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表1。每个酸的衰减时间常数（τ）所示图3．τ的值₂是根据浓度开始稳定时的拟合情况计算的。资料来源：TOFWERK.

当由容量冲洗控制时，大多数酸在FOUP的最初几分钟内都有类似的反应。但在较长的时间尺度上，某些酸在痕量浓度为10 - 30pptv的情况下占优势，持续数小时，如图4．

图4。Fab环境中常见无机酸浓度衰减。标记显示每个化合物的量化极限。右轴上的箭头显示了VOCUS CI-TOF的1分钟床位。钻石在11小时长的冲洗实验中显示了一个点，其中测量的信号低于仪器的床位。用于HCL和HNO_3.，即使在11小时后，可测量的信号仍然存在。

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在头一小时内，醋酸、甲酸、氢溴酸和氢氟酸均达到接近本底浓度(下降90%)，表明FOUP的内表面没有明显的衰减或记忆(参见表2.）.

简单地说，在一个空的FOUP中清洗这些物质可能很简单，因此很容易预测FOUP清洗过程的最佳终点。

但盐酸和硝酸相对较慢的衰减表明，没有改善这种酸的缓慢分散或不能以充分低浓度射出它们的清洁程序可能会遭受从FOUP的内表面的后来分散的酸，这可以在FOUP氛围中提出空气污染（AMC）问题，从而降低晶片的产量。

表2.总结了Vocus CI-TOF在半导体制造工厂(FAB)中检测有机酸和无机酸的性能。该仪器具有快速的时间响应(对于大多数化合物，T90只有几秒钟)，使得一台仪器可以筛选几个不同的测量点，或者安装在移动平台上，对FAB中的不同测量点进行量化。

表2。VOCUS CI-TOF检测限制和响应时间。资料来源：TOFWERK.

出色的检测极限和简单的独立操作，为FAB作业者在更低浓度下测量空中和表面边界AMC的潜力带来了模式转变，因为线宽被驱动到更小的尺寸。

由于VOCUS CI-TOF和FAB的组合，可以在PPTV浓度和实时实现对FOUP清洁度的更好理解。通过引入新型的在线酸检测技术，工厂运营商的增强能力调节FOUP的可能性 - 以及更普遍的FAB周围环境 - 将减少由掩模劣化或表面污染引起的晶片缺陷。

虽然TOFWERK已经强调了在FOUP清洁中的应用，但在FAB中存在其他几种应用，其中VOCUS CI-TOF是非常合适的，例如，在FAB AMC监测，估算和控制洗涤器效率中检测痕量酸，进料到沉积和蚀刻反应器以及光刻设备中的气体的质量控制。app亚博体育所有这些都可以通过VOCUS CI-TOF与无与伦比的精度和速度见面。

参考文献

1. 宋等．半导体制造过程中与晶圆缝隙相关的出气缺陷的控制。doi.org/10.1109/ASMC.2019.8791794．
2. Gonzalez-Aguirre等．利用先进聚合物和清洁气体净化控制FOUP环境中的HF挥发性污染。2015。doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.219.247．