[发明专利]晶圆表面的超微量阴阳离子检测系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及半导体晶圆或相似工件的表面处理领域，特别涉及一种晶圆表面的超微量阴阳离子检测系统。

【背景技术】

半导体晶圆是生产集成电路所用的载体。在半导体集成电路制造的工艺流程中，有近100个以上的步骤与晶圆表面清洗和化学处理有关，这些步骤占总生产流程步骤的25％至35％。其中，最应用普遍的湿法处理过程为：先用适当的化学制剂对晶圆表面进行处理，再用大量超纯水(Ultra Pure Water，简称UPW)进行冲洗。留在晶圆表面的各种化学残余都会造成生产工艺中的误差和缺陷，包括不均匀性、晶格缺陷、空穴、漏电、短路以及超载等，直接影响工艺成品率。化学污染是半导体生产中主要的检测分析对象之一。

目前，半导体工艺中使用的化学污染检测技术主要分为点和全面积两种检测方式。点检测主要是应用全反射X射线荧光(TXRF)和飞行时间离子质谱仪(SIMS)，对单面积的晶圆表面上异物颗粒化学成分和污染空间分布的检测。TXRF对检测原子数大于硅的元素的化学污染非常有用，但对更轻的元素检测精度并不灵敏，同时其检测精度在1010原子/平方厘米量级，高于SIA科技发展表中对半导体工艺的要求。SIMS对所有的元素均有很好的检测精度，对人工使用的要求很高，很难实现自动控制，是一种有损检测技术，对工艺质量监控会造成每星期上千美元的芯片浪费。全面积检测则是指利用气相沉积(VPD)方法提取整个晶圆表面的化学污染物，继而利用上述仪器加以检测，以达到全面反应整个晶圆表面的化学污染情况。此外，针对上述仪器的缺点，可联合利用其他化学分析仪器进行检测，比如检测金属的电感耦合等离子体–质谱仪，阴阳离子检测的液相离子色谱等等。

上述化学污染的检测分析方式对处理晶圆的化学制剂残留情况不能实现在线监控，对晶圆处理效果更不能达到化学污染超微量的检测水平。

因此有必要提供一种新的解决方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种晶圆表面的超微量阴阳离子检测系统，用于定性定量分析晶圆表面超微量阴阳离子。

为实现上述目的，本发明提供一种晶圆表面的超微量阴阳离子检测系统，其包括：微腔室处理装置，其包括上腔室部和下腔室部，所述上腔室部和所述下腔室部在一驱动装置的驱动下在一装载和/或移除半导体晶圆的打开位置和一用于容纳该半导体晶圆的关闭位置之间相对移动，当所述上腔室部和所述下腔室部处于关闭位置时形成一微腔室，所述半导体晶圆安装于所述微腔室内，所述上腔室部和/或所述下腔室部包括一个或多个供超纯水进入所述微腔室的入口和一个或多个供超纯水处理液排出所述微腔室的出口；超微量阴阳离子检测装置，其将超纯水处理液中的阴离子和阳离子进行分离，随后分别对分离后的阴阳离子进行浓缩，再分别对浓缩后的阴阳离子进行阴阳离子检测。

进一步的，所述超微量阴阳离子检测装置包括阴阳离子分离装置、阴离子浓缩装置、阳离子浓缩装置、阴离子检测装置和阳离子检测装置。所述阴阳离子分离装置接收来自微腔室处理装置的超纯水处理液，利用电去离子技术基于所述超纯水处理液得到含有阳离子的溶液和含有阴离子的溶液；所述阴离子浓缩装置接收来自所述阴阳离子分离装置的含有阴离子的溶液，先将该含有阴离子的溶液中的阴离子进行浓缩，而后通过所述阴离子检测装置对浓缩后的阴离子进行检测；所述阳离子浓缩装置接收来自所述阴阳离子分离装置的含有阳离子的溶液，先将该含有阳离子的溶液中的阳离子进行浓缩，而后通过所述阳离子检测装置对浓缩后的阳离子进行检测。

更进一步的，所述阴阳离子分离装置包括依次间隔设置的阴极、第二阴离子交换膜、第一阳离子交换膜、第一阴离子交换膜、第二阳离子交换膜和阳极，在第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜之间可填充有离子交换树脂，其中阴极和第二阴离子交换膜之间形成第一极水室，第二阴离子交换膜和第一阳离子交换膜之间形成第一浓水室，第一阳离子交换膜和第一阴离子交换膜和之间形成淡水室，第一阴离子交换膜和第二阳离子交换膜之间形成第二浓水室，第二阳离子交换膜和阳极之间形成第二极水室，来自微腔室处理装置的超纯水处理液进入所述淡水室，来自外部的部分极水溶液流入第一极水室，来自外部的部分极水溶液流入第二极水室，来自外部的超纯水分别流入第一浓水室和第二浓水室。