ICPMS测试方法以及ICPMS扫描平台[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110634762 A(43)申请公布日 2019.12.31

(21)申请号 2019109085.8(22)申请日 2019.09.25

(71)申请人 上海华力集成电路制造有限公司

地址 201203 上海市浦东新区良腾路6号(72)发明人 吕亚冰　岳思宇　

(74)专利代理机构 上海浦一知识产权代理有限

公司 31211

代理人 戴广志(51)Int.Cl.

H01L 21/66(2006.01)G01N 21/73(2006.01)G01N 27/62(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图6页

(54)发明名称

ICPMS测试方法以及ICPMS扫描平台(57)摘要

本申请公开了一种ICPMS测试方法以及ICPMS扫描平台，该方法包括：对硅片进行刻蚀；将刻蚀过的硅片固定在ICPMS扫描平台；使VPD液滴在硅片表面滚动，收集硅片表面的金属成份，通过倾斜硅片利用VPD液滴的重力降低VPD液滴在硅片表面的残留；将VPD液滴雾化后进行光谱分析，计算得到VPD液滴中的金属成份含量。本申请通过在ICPMS测试过程中，使VPD液滴在硅片表面滚动收集硅片表面的金属成份时，通过倾斜硅片利用VPD液滴的重力降低了VPD液滴在硅片表面的残留，提高了ICPMS测试的测试结果的准确性和稳定性。CN 110634762 ACN 110634762 A

权　利　要　求　书

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1.一种ICPMS测试方法，其特征在于，包括：对硅片进行刻蚀；

将刻蚀过的硅片固定在ICPMS扫描平台；使VPD液滴在所述硅片表面滚动，收集所述硅片表面的金属成份，通过倾斜所述硅片利用所述VPD液滴的重力降低所述VPD液滴在所述硅片表面的残留；

将所述VPD液滴雾化后进行光谱分析，计算得到所述VPD液滴中的金属成份含量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使VPD液滴在所述硅片表面滚动，收集所述硅片表面的金属成份，包括：

将所述VPD液滴滴在所述硅片的中心；通过扫描管吸附所述VPD液滴；升起所述ICPMS扫描平台的基座，倾斜所述硅片；使所述硅片和所述扫描管做相对运动，收集所述硅片表面的金属成份；降落所述ICPMS扫描平台的基座，使所述硅片回复至水平。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述使所述硅片和所述扫描管做相对运动，包括：

使所述硅片和所述扫描管做相对运动，使所述VPD液滴在所述硅片上呈螺旋运动轨迹从所述硅片的中心滚动至所述硅片的边缘。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使所述硅片和所述扫描管做相对运动，包括：

使所述硅片绕所述硅片的圆心做顺时针圆周运动，使所述扫描管绕所述扫描管的转动轴做逆时针圆周运动；或者，

使所述硅片绕所述硅片的圆心做逆时针圆周运动，使所述扫描管绕所述扫描管的转动轴做顺时针圆周运动。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述升起所述ICPMS扫描平台的基座，倾斜所述硅片，包括：

通过设置于所述基座下方的步进驱动马达升起所述基座，倾斜所述硅片。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行刻蚀之前，还包括：分别将至少一个测试VPD液滴滴在测试硅片的中心；分别使每个测试VPD液滴在所述测试硅片表面滚动，每个测试VPD液滴所在的测试硅片的倾斜角度不同；

根据所述每个测试VPD液滴在所述测试硅片上的残留确定所述硅片的倾斜角度。7.根据权利要求1至6任一所述的方法，其特征在于，所述对硅片进行刻蚀，包括：通过氟化氢蒸汽对所述硅片进行刻蚀。8.一种ICPMS扫描平台，其特征在于，包括：基座；

步进驱动马达，所述步进驱动马达设置于所述基座下方；连接结构，所述连接结构设置于所述基座和所述步进驱动马达之间，用于在ICPMS测试中，通过所述步进驱动马达驱动所述连接结构，所述连接结构驱动所述基座使所述基座倾斜；

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扫描管，所述扫描管设置于所述基座的一侧。9.根据权利要求7所述的ICPMS扫描平台，其特征在于，所述连接结构包括第一铰链结构、第二铰链结构、轴套、丝杆和驱动装置基座；

所述第一铰链结构的一端与所述轴套固定连接，所述第一铰链结构的另一端与所述基座的第一边缘固定连接；

所述轴套与所述丝杆螺纹连接，所述步进驱动马达的联轴器与所述丝杆螺纹连接，所述步进驱动马达和所述驱动装置基座固定连接；

所述第二铰链结构的一端与所述基座的第二边缘固定连接，所述第二铰链结构的另一端和所述驱动装置基座固定连接。

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ICPMS测试方法以及ICPMS扫描平台

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技术领域

[0001]本申请涉及半导造技术领域，具体涉及一种半导造中的ICPMS测试方法以及ICPMS扫描平台。

背景技术

[0002]目前，半导造行业正逐渐向更高的运行速度，更小的器件尺寸方向发展，随着半导体器件尺寸的不断缩小，芯片中的元件密度也不断增加。然而，在半导体的制造过程中的元素污染问题会导致半导体器件的缺陷，作为半导造工艺中的原材料，硅片的表面金属成分将直接影响器件加工的合格率。鉴于此，目前半导造工艺中，通常使用电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICPMS)测试对硅片表面的金属成分进行检测。[0003]相关技术中，ICPMS测试主要分三个步骤：S1，对硅片表层膜质进行刻蚀，使膜质里的金属成份游离在硅片表面；S2，在ICPMS设备的扫描(Pad scan)平台上，通过扫描管吸附化学气相分解(Vapor Phase decomposition，VPD)液滴在硅片表面滚动来收集硅片表面的金属成份；S3，将包含金属成份的VPD液滴雾化后进行光谱分析，从而计算得到VPD液滴中的各种金属成份的含量。

[0004]然而在相关技术中提出的ICPMS测试方法中的步骤S2中，由于硅片表面有一定程度的亲水现象，导致VPD液滴在滚动时会在硅片表面形成拖尾和残留，导致VPD液滴收集不完整，从而在一定程度上导致ICPMS测试的结果的准确性和稳定性较差。发明内容

[0005]本申请提供了一种ICPMS测试方法以及ICPMS扫描平台，可以解决相关技术中提供的ICPMS测试方法的测试结果准确性和稳定性较差的问题。[0006]一方面，本申请实施例提供了一种ICPMS测试方法，包括：[0007]对硅片进行刻蚀；

[0008]将刻蚀过的硅片固定在ICPMS扫描平台；[0009]使VPD液滴在所述硅片表面滚动，收集所述硅片表面的金属成份，通过倾斜所述硅片利用所述VPD液滴的重力降低所述VPD液滴在所述硅片表面的残留；[0010]将所述VPD液滴雾化后进行光谱分析，计算得到所述VPD液滴中的金属成份含量。[0011]可选的，所述使VPD液滴在所述硅片表面滚动，收集所述硅片表面的金属成份，包括：

[0012]将所述VPD液滴滴在所述硅片的中心；[0013]通过扫描管吸附所述VPD液滴；[0014]升起所述ICPMS扫描平台的基座，倾斜所述硅片；[0015]使所述硅片和所述扫描管做相对运动，收集所述硅片表面的金属成份；[0016]降落所述ICPMS扫描平台的基座，使所述硅片回复至水平。

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可选的，所述使所述硅片和所述扫描管做相对运动，包括：

[0018]使所述硅片和所述扫描管做相对运动，使所述VPD液滴在所述硅片上呈螺旋运动轨迹从所述硅片的中心滚动至所述硅片的边缘。[0019]可选的，使所述硅片和所述扫描管做相对运动，包括：[0020]使所述硅片绕所述硅片的圆心做顺时针圆周运动，使所述扫描管绕所述扫描管的转动轴做逆时针圆周运动；或者，

[0021]使所述硅片绕所述硅片的圆心做逆时针圆周运动，使所述扫描管绕所述扫描管的转动轴做顺时针圆周运动。[0022]可选的，所述升起所述ICPMS扫描平台的基座，倾斜所述硅片，包括：[0023]通过设置于所述基座下方的步进驱动马达升起所述基座，倾斜所述硅片。[0024]可选的，所述对硅片进行刻蚀之前，还包括：

[0025]分别将至少一个测试VPD液滴滴在测试硅片的中心；[0026]分别使每个测试VPD液滴在所述测试硅片表面滚动，每个测试VPD液滴所在的测试硅片的倾斜角度不同；

[0027]根据所述每个测试VPD液滴在所述测试硅片上的残留确定所述硅片的倾斜角度。[0028]可选的，所述对硅片进行刻蚀，包括：[0029]通过氟化氢蒸汽对所述硅片进行刻蚀。[0030]另一方面，本申请提供了一种ICPMS扫描平台，包括：[0031]基座；

[0032]步进驱动马达，所述步进驱动马达设置于所述基座下方；[0033]连接结构，所述连接结构设置于所述基座和所述步进驱动马达之间，用于在ICPMS测试中，通过所述步进驱动马达驱动所述连接结构，所述连接结构驱动所述基座使所述基座倾斜；[0034]扫描管，所述扫描管设置于所述基座的一侧。[0035]可选的，所述连接结构包括第一铰链结构、第二铰链结构、轴套、丝杆和驱动装置基座；

[0036]所述第一铰链结构的一端与所述轴套固定连接，所述第一铰链结构的另一端与所述基座的第一边缘固定连接；

[0037]所述轴套与所述丝杆螺纹连接，所述步进驱动马达的联轴器与所述丝杆螺纹连接，所述步进驱动马达和所述驱动装置基座固定连接；

[0038]所述第二铰链结构的一端与所述基座的第二边缘固定连接，所述第二铰链结构的另一端和所述驱动装置基座固定连接。[0039]本申请技术方案，至少包括如下优点：[0040]通过在ICPMS测试过程中，使VPD液滴在硅片表面滚动收集硅片表面的金属成份时，通过倾斜硅片利用VPD液滴的重力降低了VPD液滴在硅片表面的残留，提高了ICPMS测试的测试结果的准确性和稳定性。

附图说明

[0041]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体

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实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0042]图1是本申请一个示例性实施例提供的ICPMS测试方法的流程图；[0043]图2是VPD液滴与水平状态下的硅片接触的受力示意图；[0044]图3是VPD液滴与倾斜状态下的硅片接触的受力示意图；

[0045]图4至图9是本申请一个示例性实施例提供的VPD液滴收集硅片的表面金属的示意图；

[0046]图10是本申请一个示例性实施例提供的VPD液滴收集硅片的表面金属的方法的残留效果图；

[0047]图11是相关技术提供的VPD液滴收集硅片的表面金属的方法的残留效果图；[0048]图12是本申请一个示例性实施例提供的ICPMS测试平台的示意图。

具体实施方式

[0049]下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

[0050]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0051]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。[0052]此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。[0053]相关技术中，ICPMS测试中，通过扫描管吸附VPD液滴在硅片表面滚动收集管片表面的金属成分时，扫描平台呈水平状态，由于硅片表面的微观平整度的影响，同时，VPD液滴与硅片的表面是疏水性，但依然存在亲水现象，因此当VPD液滴滚动时，会在硅片表面产生拖尾和残留的现象，导致VPD液滴收集不完整，从而在一定程度上导致ICPMS测试的结果的准确性和稳定性较差。[0054]实施例1：[0055]参考图1，其示出了本申请一个示例性实施例提供的ICPMS测试方法的流程图，如图1所示，该方法包括：[0056]步骤101，对硅片进行刻蚀。

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步骤102，将刻蚀过的硅片固定在ICPMS扫描平台。

[0058]步骤103，使VPD液滴在硅片表面滚动，收集硅片表面的金属成份，通过倾斜硅片利用VPD液滴的重力降低VPD液滴在硅片表面的残留。[0059]步骤104，将VPD液滴雾化后进行光谱分析，计算得到VPD液滴中的金属成份含量。[0060]综上所述，本实施例中，通过在ICPMS测试过程中，使VPD液滴在硅片表面滚动收集硅片表面的金属成份时，通过倾斜硅片利用VPD液滴的重力降低了VPD液滴在硅片表面的残留，提高了ICPMS测试的测试结果的准确性和稳定性。[0061]参考图2和图3，VPD液滴在硅片表面是一个三相接触的状态，表面亲水性还是疏水性跟各相间表面张力相关，液滴的滚动时的阻力与之关系密切，根据杨氏方程：[0062]cosθ＝(ΓSV-ΓSL)ΓLV[0063]其中，ΓSV是固气界面的表面张力系数，ΓSL是固液界面的表面张力系数，ΓLV是气液界面的表面张力系数。[00]θ(θ＝180°-滚动角)表征了VPD液滴在硅片表面滚动时候的阻力大小(需要说明的是，VPD液滴在硅片表面滚动时的阻力还跟硅片表面的粗糙度、润湿性、界面自由能等其它因素有关)，本申请是利用倾斜时VPD液滴的重力来抵消部分滚动时的阻力，由于重力原因滚动角会变得较小，相应的，阻力也会变小，便于VPD液滴能被扫描管牢牢地吸附住。[0065]实施例2：

[0066]参考实施例1，实施例2和实施例1的区别在于：步骤103中，“使VPD液滴在硅片表面滚动，收集硅片表面的金属成份”包括：将VPD液滴滴在硅片的中心；通过扫描管吸附VPD液滴；升起ICPMS扫描平台的基座，倾斜硅片；使硅片和扫描管做相对运动，收集硅片表面的金属成份；降落ICPMS扫描平台的基座，使硅片回复至水平。[0067]可选的，本实施例中，“使硅片和扫描管做相对运动”的效果为：使VPD液滴在硅片上呈螺旋运动轨迹从硅片的中心滚动至硅片的边缘。可选的，可通过以下方式中的一种实现：(1)使硅片绕硅片的圆心做顺时针圆周运动，使扫描管绕扫描管的转动轴做逆时针圆周运动；(2)使硅片绕硅片的圆心做逆时针圆周运动，使扫描管绕扫描管的转动轴做顺时针圆周运动。

[0068]示例性的，参考图4，硅片301固定在ICPMS扫描平台的基座310上，将VPD液滴302滴在硅片301的中心；参考图5，通过扫描管320吸附VPD液滴302；参考图6，升起基座310，使基座310呈倾斜状态以倾斜硅片301；参考图7，基座310带动硅片301绕圆心做顺时针运动，扫描管320带动VPD液滴302绕扫描管320的转动轴做逆时针圆周运动，使VPD液滴302在硅片301上呈螺旋运动轨迹从硅片301的中心滚动至硅片301的边缘；参考图8和图9，在VPD液滴302滚落至硅片301的边缘时，降落基座310，使硅片301回复至水平。[0069]本实施例中，当VPD液滴滚动时，硅片做逆时针圆周运动，扫描管吸附住VPD液滴做围绕转动轴的顺时针旋转，VPD液滴相对于硅片走螺旋式从内向外的运动，倾斜的角度使得VPD液滴的重力方向与硅片拖动液滴的方向相反，因此能利用液滴重力去抵消部分阻力，具体可参考图2和图3。[0070]实施例3：

[0071]参考实施例2，实施例3和实施例2的区别在于：通过设置于基座下方的步进驱动马达升起基座，倾斜硅片。

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本申请实施例提供的ICPMS测试方法中收集硅片的表面金属成分后的VPD液滴的

残留结果可参考图10，硅片301上没有明显的VPD液滴的残留，相关技术中提供的ICPMS测试方法中收集硅片的表面金属成分后的VPD液滴的残留结果可参考图11，硅片上有明显的拖尾和残留。

[0073]实施例4：

[0074]参考实施例2和实施例3，实施例4和上述实施例的区别在于：在步骤101之前，还包括：分别将至少一个测试VPD液滴滴在测试硅片的中心；分别使每个测试VPD液滴在测试硅片表面滚动，每个测试VPD液滴所在的测试硅片的倾斜角度不同；根据每个测试VPD液滴在测试硅片上的残留确定硅片的倾斜角度。[0075]如上述，可通过测试确定较佳的倾斜角度。示例性的，将第一个VPD测试液滴滴在测试硅片的中心，使基座倾斜角度为α1，使第一个测试VPD液滴在测试硅片表面滚动，得到残留结果；将第二个VPD测试液滴滴在测试硅片的中心，使基座倾斜角度为α2，使第二个测试VPD液滴在测试硅片表面滚动，得到残留结果；……使第n个VPD测试液滴滴在测试硅片的中心，使基座倾斜角度为αn，使第n个测试VPD液滴在测试硅片表面滚动，得到残留结果，n为正整数，n≥2。从上述残留结果中选取最好的结果，将该结果对应的倾斜角度作为硅片的倾斜角度。可选的，使测试液滴在测试硅片表面滚动的方式可参考实施例2。[0076]上述实施例中，可通过氟化氢(HF)蒸汽对硅片进行刻蚀。[0077]实施例5：[0078]参考图12，本申请还提供了一种ICPMS扫描平台，可用于执行上述实施例提供的ICPMS测试方法中收集硅片的表面金属成分的步骤。该扫描平台包括：[0079]基座310；步进驱动马达330，该步进驱动马达330设置于基座310下方；连接结构，该连接结构设置于基座310和步进驱动马达330之间，用于在ICPMS测试中，通过步进驱动马达330驱动连接结构，连接结构驱动基座310使基座310倾斜；扫描管320，该扫描管320设置于基座310的一侧。[0080]可选的，本实施例中，连接结构包括第一铰链结构341、第二铰链结构342、轴套343、丝杆344和驱动装置基座345。其中：

[0081]第一铰链结构341的一端与轴套343固定连接，第一铰链结构341的另一端与基座310的第一边缘固定连接；轴套343与丝杆344螺纹连接，步进驱动马达330的联轴器331与丝杆344螺纹连接，步进驱动马达330和驱动装置基座345固定连接；第二铰链结构342的一端与基座310的第二边缘固定连接，第二铰链结构342的另一端和驱动装置基座345固定连接。[0082]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

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图1

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