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全自动芯片表面气相分解技术 "Expert"

全自动芯片表面气相分解技术(Vapor Phase Decomposition, VPD),是一种利用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪)针对芯片表面极微量元素分析时的专业样品前处理制备技术。

它是半导体制程中,进行芯片表面金属杂质分析时不可或缺的管理项目。随着半导体工艺流程的越发先进,对半导体中可容许的金属杂质浓度的要求越来越严格。过去生产线上在线检测污染元素所使用的全反射X射线荧光分析仪(TRXRF),虽然具有采用非破坏性分析方法的优点,不过其检测灵敏度低,无法达到越来越严格的污染控制要求;目前新工艺采用全自动芯片表面气相分解技术(Vapor Phase Decomposition, VPD)可大幅改善检测下限,是目前最先进的前处理法,检测下限可改善达到两个数量级;虽然进行VPD化学前处理属于破坏性分析法,但可采用ICP-MS直接分析前处理后的溶液,可以测定更低浓度的金属杂质,因此使用ICP-MS进行芯片金属杂质检测与管理的方法已成为主流。

以往的VPD装置主要是对应全反射X射线荧光分析技术而开发的,所以并不适用于ICP-MS的全自动分析。而本公司的VPD裝置ExpertTM是专门针对ICP-MS分析所设计开发的,具有以下特点。

●特点
- 与OHT及ICP-MS连接的全自动分析
该ExpertTM VPD系统设置在半导体制造工厂(FAB)内,可与工艺处理装置联动进行全自动分析。它可利用OHT吊运装置运输技术(Overhead Hoist Transportation)将FOUP自动运送至Expert,按照FOUP的芯片及菜单信息,对芯片进行表面VPD处理及取样溶液的芯片表面扫描和溶液回收,所回收的溶液自动传送到ICP-MS分析。最后,ICP-MS的分析结果与芯片菜单信息提供给CIM-HOST主计算机进行匹配并进行反馈控制;该系统全程皆通过自动化方式进行。目前我们已有许多相关经验,Expert系统的全自动分析在很多半导体组件制造商的FAB里都是24小时连续运行的,该系统已有五年以上连续运行的记录。
本公司提供的系统包含ICP-MS接口软件的智能功能,可在无人监控的运行状态下确认所联机ICP-MS仪器是否正常工作,我们提供的接口可适用于各品牌的ICP-MS。
- HF蒸气(Vapor)的生成方法
Expert系统供给VPD处理室的HF蒸气的产生方式是使用PFA雾化器。传统VPD设备使用的发泡法(Bubbling)产生HF蒸气,存在着所产生蒸气中的氟酸浓度会随时间而变化的问题,而雾化法可以使氟酸始终保持一定浓度,而且蚀刻速度也快。




- 表面蚀刻及纵深分析
通过在VPD处理室中导入HF蒸气及其他特殊气体,可以蚀刻单用HF无法蚀刻的膜(多晶硅、硅化钨(WSi)、钛(Ti)等)及表面硅。这一技术可用于检测各种镀膜中的无机污染物在基板中的扩散程度,并且可以对植入芯片中的掺杂元素及杂质进行纵向分析。
通过调整特殊气体及HF的浓度可以改变蚀刻速度。最大蚀刻速度约为1.5μm/hr,蚀刻均匀性在±10%以内。










多晶硅的蚀刻
- 双套扫描管
通常蚀刻后的芯片表面会显得较粗糙,此外干式蚀刻后的芯片上也可能残留有机物残渣。这种芯片的表面具亲水性,在扫描过程中套管容易无法保持扫描溶液(Scan Solution),而导致液体残留于芯片表面的现象。本公司开发的双套扫描管是采用在套管外层制造负压,将内层液体保留在内套管中使液体不至于从套管中泄漏的构造;此系统可扫描亲水性芯片,这是以往所办不到的。




- 扫描模式
标准规格的Expert可进行全扫描、径向扫描、扇形扫描、径向扇形扫描、锥形扫描。此外,还提供包含背面的边缘扫描(Edge)以供选择。



- 干燥器(Dry Chamber)
这是用于干燥芯片的模块。用于避免在留有残液的情况下芯片就被回收至芯片盒(Cassette)中的风险。Expert从芯片上回收扫描溶液时,会计算测量回收的液体量。当回收的液体量比设定的体积低时,表示扫描溶液有可能残留在芯片上。在这种情况下若芯片返回芯片盒时,会有扫描溶液被带进匣盒内的危险;为了避免这种情况可以使用干燥器加以改善。
干燥器可用于局部蚀刻(Local Bulk Etching)及TRXRF的前处理。
- 有多种选项可供选择
可任意组合数种选项。例如以一次VPD连续三次重复进行全扫描及分析,或是重复二十次进行0.1μm的深度蚀刻及分析。
- 芯片传送模块(FOUP)
Expert可设置二组标准型FOUP。可任意组合300mm (12”) FOUP及FOSB、200mm(8”)SMIF以及提供150mm(6”)或200mm转接器。另外,目前我们也提供450mm(18”)晶片的对应系统。
- 安全规格
Expert符合SEMI-S2及S8规格以及欧盟规定(CE Mark) 。配备各种标准保险装置(Interlock)、漏水、漏气检测器,适用于安全规定要求严格的半导体工厂的在线生产。



以下链接为本公司用户所发表的VPD-ICPMS使用报告。
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Presentation (PDF) link
VPD system | Online system | ASAS