儲存粒徑小於 100 nm 的校準晶圓標準品的最佳方法是什麼？ 潔淨室通常在 70°F、約 21°C 的溫度下運行，濕度通常在 40% 左右。
當實驗室中使用校準晶圓標準來校準晶圓檢測系統時，沉積在晶圓標準上的 100 nm 以下的顆粒尺寸會受到矽晶圓表面粗糙度的負面影響。 表面粗糙度是由晶圓的自然拋光以及晶圓表面氧化層隨時間的自然生長而產生的。 拋光度是固定元素，不會改變； 但氧化層本身會在晶圓表面生長，當掃描晶圓進行尺寸校準時，它會影響晶圓檢測系統的顆粒檢測靈敏度。 我們呼吸的空氣中氧氣含量約為21%。 每次使用校準晶片標準進行校準時，相同的空氣都會接觸校準晶片標準的矽表面。 當封裝在晶圓載體中時，晶圓通常位於相同的氣穴中，其中充滿相同的空氣/氧氣/濕度含量。 當氧氣和濕氣接觸到非有機表面（例如矽晶片的表面）時，氧氣和濕氣開始形成黏合到矽表面的氧化層。 隨著時間的推移，氧化層變得越來越厚，最終使得在使用晶圓檢測系統（也稱為 SSIS 工具）掃描晶圓時難以檢測到小顆粒。 如果晶圓標準品是用 30 nm 至 80 nm 聚苯乙烯或二氧化矽奈米粒子生產的，則晶圓標準品通常儲存在空氣/氧氣環境中。 隨著時間的推移，矽晶片表面的氧化自然會在晶片的整個表面上形成氧化層。 隨著典型的晶圓檢測系統掃描晶圓，奈米顆粒可能會逐漸消失在雜訊背景中，或變得更難檢測。 是什麼原因導致晶圓檢測系統的光學檢測系統的粒子訊號靈敏度降低？
當雷射光束掃描晶圓表面時，光學偵測器偵測到兩個訊號：直流電訊號和交流電訊號。 當雷射掃描矽表面時，直流訊號的幅度代表矽晶片的表面粗糙度和拋光度。 交流訊號的振幅代表矽晶片表面上每個偵測到的顆粒的尺寸直徑。 雷射檢測到的 40 nm 顆粒將具有非常小的 AC 幅度訊號，而光學檢測電路檢測到的 1 um 顆粒將具有較高的 AC 幅度訊號。 當掃描校準晶圓標準時，直流訊號根據雷射在晶圓上或晶圓周圍來回掃描時檢測到的表面粗糙度水平而以毫伏為單位增加或減少，具體取決於每種晶圓的具體技術檢查工具。 如果表面粗糙度高，則直流訊號電平增加，反之亦然。 由於矽表面的雷射散射，光學雷射在每個時刻偵測到的直流訊號形成雜訊邊界。 增加和減少，通常由光學檢測器以毫伏為單位進行測量，並顯示為顆粒分佈的基線，該基線在晶圓檢查系統的顯示器上成像。 表面的物理拋光度是一個恆定值，隨著技術的進步，300mm 晶圓的拋光度往往比舊的 150mm 晶圓好得多。 因此，300mm 晶圓將允許更小的顆粒沉積在表面上，因為在晶圓掃描期間由光學探測器檢測到的 DC 訊號水平相應較低時，表面拋光效果要好得多。
無論拋光得多好，所有遇到空氣/氧氣/濕度環境的矽表面都會開始形成氧化層。 隨著時間的推移，它繼續增長。 隨著氧化層在 1 或 2 年的時間內生長，由於雷射器檢測到的表面粗糙度增加，晶片表面上檢測到的 DC 雷射訊號的 DC 訊號幅度將隨著時間的推移而增加。 由於30nm或60nm粒子具有非常低的AC振幅訊號； 光學收集器偵測到的粒子交流訊號會被雷射掃描晶圓表面時產生的直流雜訊訊號電平所取代。 顆粒沉積在表面，但如果在雷射掃描過程中被掃描的矽表面散射出高直流訊號雜訊幅度，則代表表面粗糙； 直流訊號雜訊很容易隱藏沉積在晶圓表面的小顆粒。 顆粒就在那裡，但晶圓表面不斷生長的氧化層會產生不斷增加的直流訊號噪聲，從而隱藏了30 nm 顆粒的交流訊號，並且隨著時間的推移會增加到足以隱藏40 nm，然後是50 nm 的顆粒。 nm顆粒等。每次使用校準晶圓標準都會在校準晶圓標準的表面添加不需要的顆粒，並且表面上的氧化物生長不斷增加厚度，幾年後，必須更換晶圓標準，因為正常處理過程中造成的表面缺陷，以及晶圓表面的氧化物生長。
因此，最好將使用 125 nm 以下顆粒尺寸生產的任何校準晶圓標準品儲存在氮氣儲存櫃中。 這有助於減少晶圓標準儲存過程中晶圓表面氧化物的生長，並有助於延長晶圓標準表面上沉積的 100 nm 以下顆粒的校準晶圓標準的使用壽命。 在晶圓標準上沉積大於 100nm 的顆粒通常不會受到表面氧化物生長的影響； 使用大於 100 nm 的顆粒尺寸通常不會影響晶圓檢測系統 (SSIS) 的校準。
約翰·特納， Applied Physics 申請，1 年 2023 月 XNUMX 日
