Vocus CI-TOF:快速监测FOUP排气

在半导体的制造过程中，使用了数百种过程，这些过程不是在一个恒定的序列中发生的。在这些处理步骤之间，晶片被携带和存储在专用的塑料外壳中，称为前开统一荚(FOUPs)。

图片来源:TOFWERK

晶片中的具体缺陷已经与过程（“队列时间”）之间的时间增加，并且晶片与从Foups内的表面分配的化合物的相互作用。¹

对脱气化合物的灵敏而准确的测量可以指导工艺变化，以减少与排队时间相关的缺陷，并改善单独foup在装载新批次晶圆之前的清洗过程。

最重要的是，这些测量可以告知开发复杂的FOUPs使用新的表面处理程序和新型高分子材料。欧洲杯足球竞彩²本研究介绍了TOFWERK Vocus CI-TOF质谱仪在重复标准清洗程序后对FOUP排气进行持续跟踪的应用。

实验程序

借助使用使用碘化物试剂离子的AIM反应器配备有AIM反应器的VOCUS CI-TOF质谱仪进行跟踪FOUP放气（约50L）（参见图1）.Vocus CI-TOF立即对大气进行采样，并及时报告大气中微量有机和无机化合物的浓度。

采用喷施含硝酸溶液的方法进行了实验_3.），醋酸（CH_3.甲酸(CH₂O₂)、氢溴酸(HBr)和盐酸(HCl)进入FOUP，随后用氮气冲洗FOUP，以重复清洗过程。

从溶液中沉积到FOUP的质量为0.15 ~ 1µg。通过渗透管向FOUP中加入氢氟酸(HF)，排放速率为125 ng/min。

用恒定的N流量₂(2升/分钟)，冲洗FOUP的内部体积，以确保FOUP的内部被适当混合，并复制对FOUP容器的清洗。这导致FOUP的通风量小于60分钟。

测量方案中涉及三个步骤：（1）定量FOUP背景5分钟以确定清洁的FOUP背景，（2）将HF渗透管定位在FOUP内两分钟，然后立即注射酸溶液和（3）连续定量引入的化合物的混合和随后的衰减，直至浓度恢复背景值。

图1所示。实验程序示意图。

图片来源:TOFWERK

结果

在注入酸溶液后，FOUP内的混合大约需要3至4分钟(包括所给溶液的蒸发)，然后冲洗触发FOUP内分析物浓度的衰减。图2A演示了一个硝酸衰变的例子，以及在重复实验之间醋酸衰变的重现性(参见图2B.）.

图2．(a)标准化浓度C_(t)和它的双指数拟合(蓝色)。(b)用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。

图片来源:TOFWERK

所有化合物均表现出双指数衰减，少数黏性化合物的微量浓度为10 ~ 100 pptv，甚至注射后100分钟。

使用双指数拟合检索复合依赖的时间常数（方程1）.它们代表了FOUP中每种化合物的冲洗时间。τ₁式1为快速衰变的e折叠时间(FOUP中的气体体积交换)，而第二时间常数(τ₂)表示FOUP表面出气速度较慢。

C(t)= C1e-t /τ.1+ C.2e-t /τ.2+ C.b

方程1

τ₂是相当长的，并且依赖于酸与FOUP内表面的相互作用。图2a显示了HNO的双指数拟合的一个例子_3.，它与FOUP壁有相当大的相互作用，结果比其他测试酸持续时间相对较长。

图3证明了HNO的反应_3.在FOUP中达到稳定浓度后的45分钟内，将HCl、HF和HBr进行氮气冲洗。表1对时间常数τ_我）来自所示的双指数配合图3．

图3。不同无机酸在FOUP冲洗前45分钟的指数衰减。酸对冲刷的响应与它们的蒸气压和与FOUP内表面的相互作用有关。

图像信用：TOFWERK

表格1。每个酸的衰变时间常数(τ)图3．τ的价值₂根据浓度开始稳定时根据配合计算。来源:TOFWERK

当用容量冲洗控制时，在FOUP的最初几分钟内，大多数酸都有类似的反应。但在较长的时间尺度上，某些酸在10 - 30pptv的微量浓度下持续数小时，如图所示图4．

图4。普通无机酸在FAB环境中的浓度衰减。标记物显示了各化合物的定量限。右轴上的箭头表示Vocus CI-TOF的1分钟LOD。菱形表示在长达11小时的冲洗实验中测量信号低于仪器LOD的点。对于HCl和HNO_3.，可测量的信号在11小时后仍然存在。

图片来源:TOFWERK

醋酸、甲酸、氢溴酸和氢氟酸在试验的前一个小时内都达到了接近背景浓度(下降了90%)，这表明FOUP的内表面没有严重的衰减或记忆(参见表2）.

为了简化术语，在否则空置的FOUP中清理这些物质可能简单，因此易于预测FOUP清洁程序的最佳结束点。

但是相对较慢的盐酸和硝酸的衰变表明，清洗程序如果没有改进这种酸的缓慢排气，或者不能在足够低的浓度下发现它们，可能会导致FOUP的内表面稍后的酸排气。这可能会在FOUP气氛中出现空气中的分子污染(AMC)问题，从而降低晶圆的成活率。

表2总结了Vocus CI-TOF在检测半导体制造工厂(FAB)设置相关的有机和无机酸方面的性能。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)，使一台仪器能够筛选多个不同的测量点，或安装在一个移动平台上对FAB中的不同点进行量化。

表2。Vocus CI-TOF检测极限和响应时间。来源:TOFWERK

优良的检测极限和简单的独立操作为FAB运营商在更低浓度下测量机载和地面AMC的潜力提供了范式转变，因为线宽被驱动到更小的尺寸。

由于Vocus CI-TOF和FAB的结合，我们可以在pptv浓度下实时更好地了解FOUP的清洁度。通过引入一种新的在线酸检测技术，提高了FAB操作人员调节FOUP(更普遍的是FAB环境)的潜力，将减少掩膜降解或表面污染导致的晶圆缺陷。

虽然TOFWERK强调了在FOUP清洗中的应用，但Vocus CI-TOF在FAB中还有其他几个应用非常适合，例如，在FAB AMC监测、估计和控制洗涤器效率中痕量酸的检测，注入沉积和蚀刻反应器以及光刻设备中气体的质量控制。2020欧洲杯下注官网所有这些都可以通过Vocus CI-TOF以无与伦比的精度和速度来实现。

参考

1. 宋等．控制半导体制造过程中的晶片槽依赖性分散缺陷。2019年。doi.org/10.1109/asmc.2019.8791794．
2. gonzalez-aguire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．