专利名称：用于单侧晶片的离子提取的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及硅片清洗，具体地讲，涉及在硅片一个面上确定无机离子污染的装置和方法。
在用于半导体芯片的硅片的制造中，一个基本的担心是表面污染。杂质使硅片表面变差，使表面上形成一层“霜”以及能使半导体器件中的金属部件腐蚀。在对于集成电路器件的质量和可靠性有不利影响的诸多污染中有如氯化物，硫酸盐，硝酸盐，氟化物等无机负离子。
对于硅片表面负离子污染的准确测量是保持生长过程质量控制所必须的。必须监视污染水平以保证产品具有为生产集成电路器件所必须的质量。典型的做法是，随机抽样一个小百分数的生产硅片供检测，如果负离子污染超过允许水平，可能要暂停硅片生产直到可以确定并消除污染源为止。
以前的测量方法不能检测硅片的一个面。单个面的数据是具有首要的重要性的，因为集成电路器件一般只位于硅片的一侧，只有在这一侧，污染才是关切的问题。在本领域中建立起来的一种检测硅片所有表面负离子污染的技术是进行水提取，在这过程中，把硅片浸入纯水中一取时间以引起负离子(它是水溶性的)从硅片表面转移到水中。之后用超微量分析方法，例如，色谱仪(IC)或毛细管电泳仪(CE)对水进行分析以确定负离子污染。本技术给出了整个硅片，包括两侧，的平均污染水平，但排除在单个表面对污染的测量。
另外，以前的测量方法还存在着不准确和不可重复的问题，取样的硅片不仅在制造过程中会受到污染并且在污染测量过程中也会受到污染。任意开放环境中，空中的气相成分要流过提取时用的去离子水并使它受到污染。甚至一级的净化室也含有空中分子成分污染。当IC或CE检测结果表明有高等级的污染，就出现了是起源于制作过程的杂质还是起源于测量过程的杂质这样的不确定性。
在本发明的若干个目的和特征中，注意到本发明提供了一种从硅片的一个面上提取无机离子污染的方法和装置，提供了这样一种方法和装置，它可以对硅片的一个面上的离子无机污染准确取样，提供了这样一种方法和装置，它可以把来自空中源的污染减至最小，提供了这样一种方法和装置，它可以经济地使用。
简言之，本发明从硅片前表面提取无机离子污染以进行化学分析的方法包括把硅片安放在一个支撑硅片的底座上，使它水平取向，前表面朝上。硅片被隔离以防止空气在前表面上方流动并在硅片的前表面滴上一层提取液体。这层提取液在硅片前表面上维持一段时间以使前表面上的污染被提取到液体层中，以及把前表面液层上一部分液体收集起来供之后的分析。
在另一方面，本发明的装置从硅片前表面提取无机离子污染。该装置包含一适宜安放硅片的容器，一个取样装置，以从硅片前表面提取液体层取样。该容器有一支座，以使硅片水平安置并前面朝上。该容器还要适合于防止空气在硅片前表面上方流动。该容器有一进口孔，以便能把提取液层引入到硅片的前表面。
本发明其他的目标和特征将在下面部分地明确和指出。
图1是本发明的容器的一个截面图，其中装有一片硅片。
图2本发明的一个装置的示意图，其中包括容器，二个液体源，二个注射器，进口管，输出管和一个样品收集瓶。
在整个图中用对应参考符号指出对应部分。
现参考图，特别是图1，从硅片的一个表面提取无机离子污染的容器一般用10来表示。
该容器10做成这样的大小和形状，以便可以容纳一片通常是平的，薄的晶片12，例如，在集成电路器件半导体芯片制作中用硅制成的晶片，该容器10有伸长的长方形形状，虽然柱形或其他形状可以一样工作。容器10包含一个一般是平的底部14，以便可以放在平的表面，例如桌子上，以及一个盖16。在这个优选的实施方案中，底14和盖16是用适宜的均匀厚度的透明材料制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(普列克斯玻璃)。
容器10的底14在靠近底的外边缘位置有一向上突起的脊18，脊18绕着底14延伸成闭合的几何形状，并安置在离开底的边缘一个恒定距离上，该距离约等于盖16的厚度。
盖16包含一顶部20和边墙22。当把它置于底14之上时，盖16的边墙22与靠近底外边缘的脊18接合从面把容器10关上。盖16的边墙与底14的脊18之间的接合构成一松的密封，它基本防止了空气流进容器10或从容器10流出，从而把内部隔离起来。
在容器10的底部14装有一平台24，它基本上位于底部中央。平台24有均匀的高度以便在容器通常为下中部高度上，提供一个平的水平的平台上表面26。平台24的上表面26有多个和它接触的支撑小块28。硅片12放在支撑小块28上。平台24和支撑小块28支着硅片12使它水平取向并且前表面27朝上。在此优选实施方案中，有几个支撑小块28，粘在平台24的上表面26上。每一个支撑小块由聚氨酯组成。
容器10的大小最好只是为放进晶片12和进行提取操作所必须，而不要过大，这在后面还要仔细叙述。容器10没有包围大于必须的空气体积，从而减少了受到的空气污染，这是有利的。因而对于不同直径的晶片，最好用不同尺寸的容器。对于提取300mm直径的晶片，容器10的内部尺寸是355.6mm×355.6mm×76.2mm，其平台尺寸为177.8mm×177.8mm×25.4mm。对于200mm直径晶片，容器内部尺寸为254mm×254mm×76.2mm而平台尺寸为127mm×127mm×25.4mm是有效的。在所有情况下，较小的尺寸是高度。
容器10的盖16的顶部20有一进口孔30，以便把提取液体引至容器内。孔30位于支在平台24上晶片12前表面27的上方。在本优选实施方案中，孔30位于顶部20的中心附近。
在盖16的一个边墙22上有一出口孔32，如图1所示，用以从容器10取出液体。一输出管34通过出口孔32并可在其中稍稍滑动以有利于液体的取出。经过出口孔32向硅片12延伸的那一部分输出管34包在套管35中。输出管34可以在套管35中稍稍移动，而套管又可以在出口孔32中稍稍移动。可以想象，出口孔可以位于容器10的盖16或底14的任意位置或者可以与进口孔30合用一个孔，这些仍然在本现参照图2，在这里给出了容器10与实现本发明过程的其他装置的关系。为引入一层提取液的装置包括一液源36，一注射器38和通过入口孔30的输入管40，液源3 6是包含提取液和气体的第一个供应瓶42。在第一个供应瓶中没有被液体占有的全部区域充以气体，加压至压力稍大于大气压，例如15(psi)的绝对压力。加压气体防止周围空气进入瓶内并有利于液体从瓶内移去。
在这个优选的实施方案中，提取液体是去离子水。用电阻率为18MΩ(兆欧)的去离子水可以得到满意的结果。在供给瓶42中的气体是氦或氩。水和气体都是高纯的，以保证在提取以前，没有向水中引入离子性无机污染，从而不会损害检测结果。
把液体传送到容器10中去的输入管40从第一个供应瓶42延伸到一个阀门44，接着在穿过容器盖16的进口孔30接合。第一个阀门44具有多通道特性，它还通过另一段输入管40连接到第一个注射器38上。输入管最好用聚四氟乙烯(TEFLON)制成。
从提取液层上取样的取样装置包括输出管34，套管35，取样注射器46和样品收集瓶48。输出管34在一端有一弯曲的取样头50。比起输出管34套管35具有较厚的结构也较硬，因而比较容易保持一定形状。因而套管35就有利于比较柔软的输出管34在经过出口孔时保持挺直并保持取样头50弯曲的形状。虽然为了必要的装置装配，输出管34在套管35中可以滑动，但在本发明的过程中，管子相对于套管通常是不动的。而输出管34与套管35一起，相对于容器10在出口孔中二个位置之间滑动，在第一位置(图1中用虚线表示)，取样头50开口端在硅片12的前表面27的上方，而第二位置(图1中用实线表示)，取样头50的开口端已不在前表面的上方，但仍在容器内。输出管34最好用聚四氟乙烯(TEFLON)制成。虽然也可以用其他材料，但仍没有越出本发明的范围。
输出管34从容器内的取样头50延伸到第二个阀门52，接着再延伸到样品收集瓶48。样品收集瓶48起着液体样品储藏器的作用。第二个阀门52具有多通道特性，它还通过另一段输出管34连接到取样注射器46并到第二个供应瓶54上去。当一提取过程结束后，用从第二个供应瓶54供给的水来冲洗和纯化装置，这在后面将叙述。可以看到用一个供应瓶可以分别完成第一个和第二个供应瓶42，54两者的任务。
本发明从硅片12的前表面27提取无机离子污染以供化学分析的过程开始于把硅片从常规的盒中(没有画出)转移到容器10。一个常规的硅片转移装置(没有画出)用来把硅片12放到平台24的支撑小块28上。硅片的前(光洁的)表面27，也即要被提取的表面，通常面向上的水平放置。
容器的盖16安放在底14上，使盖的边墙22在底的外围边附近与脊18接合以把容器合上。从而防止了在硅片12附近从房间周围来的空气流动，这样在提取这段时间内把硅片所受的空气污染的量减至最少。
接着在硅片12的前表面27上滴入一层提取液。为了做到这点，把注入器38中的活塞56往上拉以在进口管40中造成真空，从而把第一供给瓶42中的去离子水通过进口管和第一个阀44进入注射器。接着把第一个阀44转到关闭从第一供给瓶42到进口管40的通道而开放到容器10的通道。压下注入器38的活塞56，使水从注射器流出通过第一个阀44和进口孔30，进入容器10，水滴到硅片12的前表面27上。
一定量的液体沉积在硅片上形成一个薄层，最好覆盖全部前表面27。在实践中，发现对于300mm直径的硅片，约40ml液体是有效的，对于200mm硅片，约20ml液体就够了。
提取液层在硅片12的前表面27上保持一段时间以从前表面提取离子污染到液体中，污染前表面27的水溶性离子被溶解进水。虽然约10分钟时间已经可以完成，但用15分钟时间对于保证本过程的有效性是更优选的。在这段时间内，轻轻的转动或摇动容器10以搅动液体层是有益的。这种搅动有利于离子从前表面27向液体转移并使整个层内离子浓度更均匀。间断地搅动已显足够，例如每2到3分钟搅动一次。
当容器10被轻轻摇动，硅片12相对于容器仍保持不动，这是因为众多的支撑小块28提供了足够的横向磨擦支持以防止硅片在平台24上滑动，另外提取液层仍然基本覆盖硅片12的全部前表面。液体绕着前表面27翻动并重新分布，但表面张力仍能把液体保持在前表面上并防止溅出。在提取过程中，输出管34拉至第二个位置，在该处取样头50的开口端与硅片12离开。
在提取这段时间结束以后，把取样头50拉到第一个位置，使得开口端紧密靠近硅片12前表面27上的液体层。从前表面27上收集一部分液体层供以后的分析。把取样注射器46的活塞58拉起，在输出管34中建立真空，从前表面27上吸取液体，通过输出管，出口孔32和第二个阀52进入取样注射器。容器10可能需要稍稍倾斜以使提取液层偏向取样头50的开口端以便有效地收集。另外，输出管34可能要旋转，倾斜，相对于套管35滑动或其他处理以便其开口放在水收集的位置。在实践中，输出管的取样头50的开口端通常与硅片12的前表面27接触。
在液体吸入取样注射器46以后，把第二个阀门52转到这样的位置，使从容器10出发的那根输出管道34关闭，而到样品收集瓶48的那根管道打开。把样品注射器46的活塞58往下压，使液体从注射器通过第二个阀门52进入样品收集瓶48。在实践中，不需收集整个液体层，因为为了以后的分析，只需要约10ml的液体。
取走样品收集瓶48并把提取液送去并用适当的超痕量方法，例如常规的离子色谱分析(IC)或毛细管电泳技术(CE)，来作化学分析。该分析提供存在于硅片12的前表面27上的NH+4，Br-，Cl-，SO42-，NO3-，F-和HPO42-等离子的平均浓度。取样头50滑回第二个位置，把硅片12从容器10中取走。
用来自第二个供给瓶54的纯水来清洗和纯化输出管34，第二个阀门52和取样注射器46以备用来对新的硅片进行提取。为此第二个阀门52指向打开来自第二个供给瓶54的管道34。把取样注射器46的活塞58向上提，把纯净水吸入取样注射器。水吸收在取样注射器46内部的残余污染。再把活塞58往下压，使水通过伸到样品收集瓶48的那段输出管34，从而清洗第二个阀门52和管道34的内部，瓶48已事先拿掉，因此水流出该设备供适当处置。
第二个阀门52指向打开来自容器10的那段管道34。把取样注射器46的活塞58进一步往下压以使水流向容器10，从而清洗第二个阀门52的内部，管子34，和弯曲的取样头50。水流进容器10的底部并适宜地移去。此清洗过程保证了净化并排除了从一次硅片提取到另一次提取的任何转移效应。这样该设备被准备好再次使用。
根据以上所述，可以看到本发明的几个目标已经达到并获得其他有利的结果。
因为在不超出本发明的范围下，可以对上述内容作各种改变，因而我们要求在上面叙述和附图所示的全部内容均应当解释为示例性的而不是限制性的。
权利要求
1.一种从硅片的前表面提取无机离子污染物以作化学分析的方法，包括把硅片放在支撑硅片的支座上，支撑硅片总体水平取向并使硅片的前表面向上；隔离硅片以防止在前表面上方的空气流动；只在硅片的前表面上沉积一层提取液体；让该层提取液在前表面上保持一段时间以使在前表面上的污染物被提取到液体层中去；从前表面上收集一部分液体层以便以后分析。
2.按照权利要求1的方法，其中在硅片前表面上沉积提取液体层的步骤包含用提取液基本覆盖全部前表面。
3.按照权利要求2的方法，其中让该层提取液在硅片上保持一段时间的步骤包括搅动液体层的步骤，从而有利于把污染物提取到液体中去。
4.按照权利要求3的方法，其中提取液在硅片前表面上保持的时间至少约10分钟。
5.按照权利要求4的方法，其中搅动提取液层的步骤是间断地进行的。
6.按照权利要求3的方法，其中收集部分液体层的步骤进一步包括把提取液从硅片的前表面转移到一容器中去而又保持硅片和液体基本上与空气流动隔离。
7.按照权利要求1的方法，其中沉积提取液层的步骤包括把提取液从硅片前表面上方的某个位置输送而又保持硅片和液体基本与空气流动隔离。
8.按照权利要求1的方法，其中提取液是电阻系数约为18MΩ的去离子水。
9.一种从硅片的前表面提取无机离子污染物的装置，该装置包含一个适宜于安置硅片的容器，它有一个支座以便支撑硅片总体水平取向并使硅片前表面向上，该容器适合于防止空气在硅片前表面上方流动并有一个进口孔以向硅片的前表面引入一层提取液；和一从硅片前表面上的提取液层中取样的取样装置。
10.一种按照权利要求9的装置，其中入口孔位于硅片前表面的上方，以及其中容器有一出口孔以便从容器中移去液体。
11.按照权利要求10的装置，其中取样装置包含一输出管，它通过容器上的出口孔延伸，输出管可以在出口孔中相对于容器在第一个位置和第二个位置之间滑动，在第一个位置时，输出管的一端位于前表面的上方，而在第二个位置时，输出管的一端不在前表面的上方。
12.按照权利要求11的装置，其中取样装置还进一步包含取样注射器，它可以选择性地与出口管传送液体，以及一个样品收集瓶，它可以选择性地与注射器传送液体。
13.一种按照权利要求12的装置，进一步包含引入提取液层的装置，所述的液体引入装置包含一液体源，一注入注射器，以及通过入口孔把提取液送进容器的输入管。
14.一种按照权利要求9的装置，其中容器的支座包含一个有多个支撑块的平台以便支撑硅片并阻止硅片的横向运动。
全文摘要
从硅片前表面提取无机离子污染物以供化学分析的方法和装置。该硅片放在一个容器内的支座上,使硅片水平放置并把硅片隔离以防止前表面上方空气流动,空气流动可以把污染带入提取液,从而引起在硅片上污染的错误测量。在硅片前表面上沉积一层提取液,并维持一段时间以使前表面的污染被提取到液层中。一部分液层用取样机构收集以供以后的分析。
文档编号G01N1/02GK1326546SQ99813186
公开日2001年12月12日 申请日期1999年10月25日 优先权日1998年11月12日
发明者孙鹏(音译), 马蒂·亚当斯 申请人:Memc电子材料有限公司