[发明专利]一种沾污检测系统及检测方法

说明书

本发明公开一种沾污检测系统及检测方法，包括：激光剥蚀机，对样品表面进行剥蚀，并将沾污以气溶胶形式提供给电感耦合等离子体质谱仪，或者化学液溶解单元；化学液溶解单元，利用腐蚀性液体溶解并收集所述激光剥蚀机所剥蚀的表面沾污，并将其浓缩于一个液体样品；电感耦合等离子体质谱仪，通过中央控制单元切换并选择进样，直接测出激光剥蚀机提供的气溶胶，或者测出浓缩液体样品；以及中央控制单元，对系统进行总括控制并以气溶胶做实时沾污分析或以液体样品做总沾污分析。该系统能够兼顾低检测底线的定量分析(液体样品)和图谱式的整个晶圆沾污分布分析(气溶胶)，功能强大但成本低廉。

技术领域

本发明涉及测试分析领域，具体涉及一种沾污检测系统及检测方法。

背景技术

在摩尔定律的强势推动下以鳍式场效应晶体管(FinFET)为主的14纳米代高性能、低功耗器件早已进入我们的生活。但是，要制造如此强大的器件需要引入大量新的化学元素，也由此使得对芯片加工厂的污染监控达到空前的难度。由于每个元素对硅基器件的影响各不相同，有些是必需的，添加以实现功能，有些则是无意中带入的，成为降低器件性能甚至使器件失效的污染源。因此，凡可能涉及到的元素均要严格监控。在元素周期表中，金属元素占多数，而且因其活泼的化学、物理性能，在大部分情况下将成为沾污。在污染监控工作中称之为金属沾污。

之前主流的在线金属沾污检测仪器——全反射荧光光谱分析仪(TXRF)对钠、镁、铝等元素的检测底线是近1E¹¹原子/cm²，对铁、铜等检测底线是1E⁹原子/cm²。以上这些重点监控元素因加入的工序不一样，有时候会成为降低器件性能，甚至使器件失效的主要污染源。然而，全反射荧光光谱分析仪本身已经满足不了元素污染监控需求(≥1E⁹原子/cm²)。虽然有检测底线高等缺点，日本理学(Rigaku)公司研发出的全反射荧光光谱分析仪的扫荡(sweeping)模式可以在一个晶圆上多点收集沾污数据，最终以图谱(mapping)的形式分析整个晶圆表面沾污情况。全反射荧光光谱分析仪的扫荡模式大大增加了其应用领域，如在晶圆边缘3～4点检测出铬、镍和铁等元素的话，基本可以判断不锈钢机械手可能接触到晶圆。同时，兼顾国际半导体技术规划(International Technology Roadmap forSemiconductor，简称ITRS)的晶圆表面沾污浓度，弥补全反射荧光光谱分析仪的高检测底线的气相分解金属沾污收集系统(VPD)被引入到在线监测辅助型仪器中。气相分解金属沾污收集系统的作用是用气相的氟化氢蒸汽腐蚀晶圆表面的自然氧化层，使其亲水表面变成疏水。然后，用特殊的液体收集液以扫描晶圆的方式把散落在整个晶圆表面的金属沾污收集到一个点上，配合全反射荧光光谱分析仪做测试。因为晶圆表面和一个收集点在面积上存在数量级的差异，所以几乎所有元素的晶圆级检测底线降了2个数量级，这样大大提升了全反射荧光光谱分析仪机台的测试灵敏度(100倍以上)。但是，VPD-TXRF是单点分析，只能是定量的，这种方式无法描述上述机械手沾污等情况。

目前，整个半导体相关制造行业的兴起，常规金属沾污检测是各种晶圆加工厂必须考虑的问题。全反射荧光光谱分析仪等机台本身价格较为昂贵。为了满足预算不是特别丰厚的中小型晶圆加工厂对沾污检测需求，兼顾低检测底线的定量分析和图谱式的整个晶圆沾污分析，本发明公开一种能够同时实现上述两种测试方式的沾污检测系统及检测方法。

发明内容

一种沾污检测系统包括：包括：激光剥蚀机，对样品表面进行剥蚀，并将沾污以气溶胶形式提供给电感耦合等离子体质谱仪，或者化学液溶解单元；化学液溶解单元，利用化学腐蚀液溶解所述样品表面沾污，并将其浓缩为一个液体样品；电感耦合等离子体质谱仪，测出激光剥蚀机提供的气溶胶，或者化学液溶解单元提供的液体样品；以及中央控制单元，对系统进行总括控制并以气溶胶做实时沾污分析或以液体样品做总沾污分析。

优选为，所述激光剥蚀机的激光波长是193nm、213nm和266nm中的一种或其组合。