Vilken är den bästa metoden att lagra Calibration Wafer Standards producerade med partikelstorlekar mindre än 100 nm? Renrum arbetar normalt vid 70F, cirka 21C, och vanligtvis runt 40% luftfuktighet.
När du använder en kalibreringswaferstandard för att kalibrera dina waferinspektionssystem i labbet, påverkas partikelstorlekarna på waferstandarden under 100 nm negativt av kiselskivans ytråhet. Ytjämnhet skapas av den naturliga poleringen av skivan, såväl som den naturliga tillväxten av ett oxidskikt på skivans yta över tiden. Poleringsnivån är ett fast element och ändras inte; men oxidskiktet växer i sig på waferns yta och det påverkar partikeldetekteringskänsligheten av ett Wafer Inspection System när wafern skannar för storlekskalibrering. Luften vi andas har cirka 21 % syrehalt. Samma luft kommer i kontakt med kiselytan på Calibration Wafer Standard varje gång den används för kalibrering. Skivan sitter normalt i samma luftficka när den är innesluten i en waferbärare, som är fylld med samma luft/syre/fuktighetsinnehåll. När syre och fuktighet kommer i kontakt med en oorganisk yta, såsom ytan på kiselskivan, börjar syret och fuktigheten att bilda ett oxidskikt bundet till kiselytan. Med tiden blir oxidskiktet tjockare och tjockare och gör det så småningom svårt att upptäcka små partiklar när man skannar wafern med ett Wafer Inspection System, även kallat ett SSIS-verktyg. Om en waferstandard tillverkas med 30 nm till 80 nm polystyren- eller silikananopartiklar, lagras waferstandarden ofta i en luft/syremiljö. Oxidationen vid kiselskivans yta skulle naturligt bilda ett oxidskikt över hela skivans yta med tiden. Gradvis kan nanopartiklarna försvinna i brusbakgrunden, eller bli mycket svårare att upptäcka, eftersom wafern skannas av ett typiskt Wafer Inspection System. Vad orsakar denna minskning av partikelsignalkänsligheten av det optiska detektionssystemet i ett Wafer Inspection System?
När en laserstråle skannar en waferyta detekterar den optiska detektorn två signaler, en elektrisk DC-signal och en AC-elektrisk signal. När lasern avsöker kiselytan representerar amplituden hos DC-signalen ytråheten och poleringen av kiselskivan. Amplituden för AC-signalerna representerar storleksdiametern för varje detekterad partikel på kiselskivans yta. En 40 nm partikel detekterad av en laser skulle ha en mycket liten AC-amplitudsignal, medan en 1 um-partikel skulle ha en högre AC-amplitudsignal, som detekteras av den optiska detekteringskretsen. Vid skanning av kalibreringsskivans standard ökar och minskar likströmssignalen i millivolt beroende på nivån av ytjämnhet som upptäcks när lasern skannar fram och tillbaka över skivan eller runt skivan, beroende på den specifika tekniken för varje typ av skiva inspektionsverktyg. Om ytråheten är hög ökar DC-signalnivån och vice versa. DC-signalen, som detekteras av den optiska lasern under varje ögonblick, bildar en brusgräns på grund av laserspridningen från kiselytan. Ökar och minskar, vanligtvis mätt i millivolt av den optiska detektorn och visas som baslinjen för partikelfördelningen, som avbildas på bildskärmen i Wafer Inspection System. Ytans fysiska polering är ett konstant värde, och allt eftersom tekniken har förbättrats tenderar 300 mm wafers att ha en mycket bättre polering än de äldre 150 mm wafers. Således skulle en 300 mm skiva möjliggöra för mindre partiklar att avsättas på ytan eftersom ytpoleringen är mycket bättre med en motsvarande lägre nivå av DC-signal, som detekteras av den optiska detektorn under en wafer-scanning.
Ett oxidskikt börjar bildas på alla kiselytor som möter en luft/syre/fuktmiljö, oavsett hur väl polerat. Det fortsätter att växa med tiden. När oxidskiktet växer under en period av 1 eller 2 år, skulle en detekterad DC-lasersignal på skivans yta öka i DC-signalamplitud över tiden på grund av en ökning i ytjämnhet som detekteras av lasern. Eftersom en 30nm eller 60nm partikel har en mycket låg AC-amplitudsignal; en partikels växelströmssignal, som detekteras av den optiska uppsamlaren, blir omkörd av DC-brussignalnivån som genereras av lasern när den skannar ytan på skivan. Partiklarna avsätts på ytan, men om den skannade kiselytan sprider en hög DC-signalbrusamplitud under laserskanningen, vilket representerar en grov yta; DC-signalbruset kan lätt dölja små partiklar avsatta på skivans yta. Partiklarna finns där, men det ständigt växande lagret av oxid på skivans yta producerar ett ständigt ökande DC-signalbrus, som döljer AC-signalen från 30 nm-partiklarna och kan öka tillräckligt med tiden för att dölja 40 nm, sedan 50 nm partiklar etc. Varje användning av Calibration Wafer Standard tillför oönskade partiklar på ytan av Calibration Wafer Standard och oxidtillväxten fortsätter att öka i tjocklek på ytan och efter flera år måste waferstandarden bytas ut p.g.a. ytdefekter orsakade vid normal hantering, samt oxidtillväxt på waferytan.
Av denna anledning är det en bra idé att förvara alla kalibreringswaferstandarder som tillverkats med partikelstorlekar avsatta under 125 nm i ett kvävelagringsskåp. Detta hjälper till att minska oxidtillväxt på waferytan under waferstandardlagring och hjälper till att öka livslängden för Calibration Wafer Standard med partiklar avsatta under 100 nm på waferstandardytan. Partiklar avsatta större än 100 nm på en waferstandard skulle normalt inte påverkas av ytoxidtillväxt; och kalibreringen av ett Wafer Inspection System, SSIS, skulle normalt inte påverkas med partikelstorlekar större än 100 nm.
John Turner, Applied Physics Ansökningar, 1 november 2023