TOFWERK半导体无尘室内高效AMC多点监控实例

2023-06-16 13:05:06, Felipe Lopez等 TOFWERK中国-南京拓服工坊



AMC多点采样系统





AMC多点采样系统



       在纳米级别先进制程为主的的半导体制造流程中,保持设备内部、晶圆传输以及无尘室内部无污染对良率至关重要。举例来说,半导体制1厂(fab)的所有区域都需要对潜在AMC污染物浓度进行管控,包含无尘室内部和布置有多层滤膜和原料气体管路的天花板空间,以及多种辅助设备和真空泵所在的底层空间。

       多通路阀门系统,也被称为多点采样系统,是空气分子污染物(AMC)监测能力建设的一个必不可缺的硬件模块。结合配套采样管路和采样泵,该系统中核心分析设备轮流测量来自于不同点源的气体样品,确保制造工艺在最佳环境条件下进行,防止设备和晶圆在制程中以及不同制程间等待过程中受到污染,从而影响到最终的产品良率。

       AMC监测的重要性随着制程工艺的日益精进越来越高。痕量AMC污染就已经可能对晶圆上最终电路质量和性能有重大负面影响,同时也可能会影响到工艺设备的长期稳定性和重复性。可想而知,对高端制造过程中使用的气体和化学品在无尘室空气中的浓度进行精确测量和控制是至关重要的,而这正是多点采样和监控系统的适用之地。

       多点采样系统大大提高了采样效率,使得同一台分析仪器能够测量多个点位,覆盖尽可能大的无尘室面积。我们必须注意的是,每个点位的测量频率跟点位的数目是成反比的。换句话说,点位越多,每个点位在单位时间被测量到的次数会相应减少。这就需要业主在充分考量无尘室测量需求的情况下,合理设置采样点位和点位数目。另外一个可能性就是尽可能优化每个点位所需要的测量时长。


图1. TOFWERK ClearFab AMC检测仪搭配多点采样系统的示意图.

图 2. 12路采样点位的顺序监测结果 (左插图),以及点位和点位之间的快速响应和可忽略不计的残余效应 (右插图).

       TOFWERK的多点采样阀门系统与AMC分析仪相得益彰,不仅仅提供了超快阀门切换和采样速度(毫秒级),同时采用了最多达六种不同的化学电离方法,提供了最大范围的AMC覆盖范围,将每个点位精确稳定测量时长压缩在在几秒钟内。TOFWERK的多点采样阀门和切换系统完全适配与TOFWERK AMC监测仪器。采样点的总数量可以通过在六个基础端口上添加跟多模块来定制,如图1所示。超快的仪器响应和阀门切换使每个点位的采样时间短至10秒,更重要的是,点位和点位之间没有残余效应(图2)1

图 3. 上图: 在某点位上PGMEA的浓度随时间变化曲线,揭示了某次污染事件. 下图: 本次PGMEA污染事件初发期,在PGMEA浓度约30ppb时,系统就已经触发污染警报。

       TOFWERK的多点采样系统已经在某晶圆厂进行了实地测量,对来自不同点位的瞬时污染事件进行了准实时分析。在该次测量中,TOFWERK系统准确地识别了无尘室空气存在的AMC,包括单不限于酸、溶剂和碱类物种。图3和图4分别展示了PGMEA和氯气的污染事件中不同点位上的浓度随时间变化曲线。

       本文中,我们展示了TOFWERK AMC监测仪器前耦合多点采样系统来大幅增加被监测点位数量,在优化前期部署成本的同时,最大效用的在无尘室内部尽早识别并预警可能降低产品良率的AMC污染事件。

图 4. 某半导体无尘室内氯气测量结果. 左图: 在三个点位上(2号,10号和12号)测到的浓度约为50 pptV的重复性氯气污染事件. 灰色数据点是每两分钟所有12个点位的整体测量结果。右图: 某次氯气事件放大图,12后点位浓度最高测得~1ppb,10号点位为最高0.5 ppb,而其他点位测得的氯气浓度则可忽略不计.


[1] 基于AMC污染物的物理化学性质,由于AMC与采样管路内部可能有的相互作用,采样可能会有延迟。这种影响与分析仪器性能无关,与污染物的挥发性、物理吸附或化学吸收性息息相关。




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