TW390963B - Method and apparatus for detecting heavy metals in silicon wafer bulk withhigh sensitivity - Google Patents

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經潢部中央標準局只工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明/ ) 發明背景 發明領域 本發明係有關於用來製造諸如I C與L S I等半導體 裝置的矽晶圓中的重金屬分析。本發明尤有關於製造晶圓 或製造半導體裝置程序中，高靈敏度偵測晶圓塊中所含重 金屬雜質的方法與設備。 相關技藝說明 於製造晶圓或製造半導體程序中，諸如鐵，銅與鎳之 重金屬雜質有時候會污染晶圓表面或晶圓塊內部。咸知， 若此種重金屬雜質存在於半導體裝置之操作區域，半導體 裝置的電氣特性即會劣化，並因此，有礙於操作》由於存 在於晶圓表面的重金屣雜質可直接分析並可經由淸洗去除 ，故沒有什麼大問題。相較之下，晶圓塊中所含重金屬雜 質則難以直接分析，且不易去除。此外，此種重金屬雜質 還會直接影響半導體裝置的特性。因此，高靈敏度偵測晶 圓塊中的重金屬雜質極爲重要。 爲分析此種晶圓塊中的重金屬雜質，傳統上所用者有 化學分析，二次離子質量光譜分析等。 其中，化學分析基本上限於液態樣本分析。因此，評 估諸如半導體晶圓之固態樣本時，例如使用H F溶液對晶 •圓表面進行化學處理，收集處理所用溶液，接著進行原子 吸收光譜分析或I CP (電磁耦合電漿）放射光譜分析以 (邡先閲誚背而之注态事項再填寫本頁) 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規枋（2丨ΟΧ297公笳） -4- 經消部中央標準局負工消费合作社印聚 A7 B7 五、發明説明2() 明確指出其元素。特別是，在半導體領域中使用氣相分解 /無焰原子吸收光譜分析或氣相分解/1CP質量光譜分 析。此等方法缺點在於，分析値的可靠度大受預處理期間 進入樣本中的污染物的影響。復需要大量時間與人力來進 行預處理，執行預處理者須具有某種程度的操作技巧。 亦有一技術曾經公開，其中對一矽晶圓施以熱處理， 俾晶圆塊中雜質聚集到表面或其附近，並進行上述化學處 理以分析晶圓塊內的雜質。惟此技術具有熱處理造成污染 的問題。 又，二次離子質量光譜分析係高靈敏度局部分析元素 之方法，用來微量分析半導體中所含雜質。於此方法中， 將具有數百e V (電子伏特）至數十K e V (千電子伏特 )能量的〇2+，Cs+或Ga+等離子（初級離子）或Ar 等中性粒子之光束照射至一樣本表面。結果，位於樣本表 面的原子即藉由濺射射入真空中。經由施加一電場，於濺 射粒子中萃取離子化粒子（二次離子），並使用一磁場與 一 R F電場，進行質量光譜分析'如此即測出樣本表面上 所含元素類型與濃度。此方法主要用來就一樣本之深度方 向加以分析，例如計量半導體材料中的摻雜物厚度，並用 來分析雜質的行爲。惟，由於需要超高真空，故此方法所 用設備昂貴，且設備的維護複雜，麻煩。 雜質分析亦曾使用全反射X射線螢光分析來進行。全 反射X射線螢光分析係局部存在於樣本「表面」或「表面 附近」的非破壞性微量分析方法.。因此’本質上，此方法 —11--N------ (1fi先閱讀背而之注^事^再填{:,5本頁)

*1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Λ4規拮（210Χ 297公势） -5 - 經濟部中决標準局工消费合作社印聚 A7 B7 五、發明説明3() 與法偵測出樣本塊中的雜質。 藉由化學分析所作塊內重金屬分析固然偵測靈敏度極 髙，惟此種分析需要一預處理，這會污染樣本。此外’由 於分析需要諸如樣本溶解之破壞性分析程序，故複雜且耗 時。 對矽晶圓施以熱處理後進行分析以聚集重金靥雜質於 表面或其附近的方法有造成熱處理所致二度污染的可能性 ，以致於真正分析値難以獲得。 使用二次離子質量光譜分析法來分析塊內重金屬雜質 的缺點在於，靈敏度的改變依元素類型而定，因此，計量 條件的設定與調整不容易》此方法亦係破壞性。 全反射X射線螢光分析法，可簡單且非破壞性分析砂 晶圓中所含重金屬雜質。惟此方法僅分析晶圓表面及其附 近，無法分析晶圓塊內部。亦即，全反射X射線螢光分析 僅適用於1 0 0埃的深度，一般分析中，評估針對2 0_ 3 0埃來進行。 若基於某些理由重金靥中的C u所造成的污染發生在 晶圓表面，此種污染即易於擴散入晶圓塊內部。於此情形 下，縱然晶圓塊內部遭到污染，用來分析或評估晶圓表面 或其附近的分析方法亦無法偵測到污染，或者，偵測到的 污染低於真正値。如同上述，C u所造成的污染難以經由 一般表面分析來偵測。因此，即使在進行重金靥檢驗時， 亦會疏察重金屬所造成的污染，以致於，缺點可能產生在 後續的裝置製造程序中。 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規柢（2j〇x297^Tj -6- L-丨f丨~τ---/kII (对1閱誚背而之注念事項再填寫本頁)

,-ST A7 ___B7_ _ 五、發明説明4() 一般而言，使用晶圓表面分析方法時，除非雜質濃度 大於分析設備偵測限定的對應範圍，否則晶圓表面的雜質 無法偵測。亦即，縱然晶圓塊中有污染，此污染亦無法單 獲藉表面分析偵測。特別是，在C u造成污染情形下，若 晶圓塊污染至1 0 15原子/立方公分的程度，此種污染有 時候無法於晶圖表面偵測到。 發明槪要 鑑於以上，本發明之一目的在於提供一種高靈敏度偵 測晶圓塊中重金屬的方法與設備，其簡單且無需可能造成 二度污染的熱處理等預處理。 爲達到上述目的，本發明提供高靈敏度偵測矽晶圓塊 中重金屬的方法，其中將一電場施加於一矽晶圓表面以聚 集矽晶圓塊中的重金靥至表面或其附近，並分析聚集至表 面或其附近的重金靥。 經濟部中央標準局β工消f合作社印聚 ("先閱誚背而之注念事項再填本) 施加一電場於一矽晶圓表面以聚集矽晶圓塊中的重金 屬至表面或其附近並接著進行重金屬分析時，絕無二度污 染之虞。且可分析重金屬聚集的表面，並可簡單而又高靈 敏度偵測重金屬。 施加一電場俾聚集矽晶圓中的重金鹛至表面或其附近 的程序可藉由矽晶圔表面的電暈放電處理或藉由經一接觸 或非接觸電極施加電壓於矽晶圓表面來進行。 於此情形下，一強電場可極簡單施加於晶圓表面而不 致於造成矽晶圓污染’俾重金靥可有效聚集至晶園表面或 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4坭格（210X297公耸> A7 B7 五、發明説明a() 其附近。 本發明亦提供一高靈敏度偵測矽晶圓塊中的重金屬的 方法，其中一X射線光束照射至一矽晶圓表面，俾矽晶圓 塊中的重金屬聚集至表面或其附近，並分析聚集至表面或 其附近的重金屬。 於此方法中，經由照射一 X射線光束至一矽晶圓表面 ，擴散入矽晶圖塊中且濃度因而低於一分析裝置的偵測限 度的重金靨聚集至晶圓表面或其附近。因此，重金屬可高 靈敏度簡單偵測，且不會造成污染。 X射線光束最好照射於矽晶圓表面3 0分鐘或更久。 並在施加於一 X射線管的電壓至少爲2 0 kV，且流經X 射線管的電流至少爲2 OmA條件下，進行X射線光束照 射。又，X射線光束的入射角最好設定爲0 . 2°或更小 0 於上述條件下照射X射線光束時，重金屬在強X射線 光束作用下充份聚集至晶圓表面。又，藉由X射線光束照 射夠長時間，位於深層位置的重金屬可聚集至晶圓表面或 其附近。甚而，爲了聚集重金屬至一淺層區，最好X射線 光束的入射角設定爲0 . 2°或更小。因此，矽晶圓塊中 的重金屬可高靈敏度偵測，並可極簡單予以分析。 矽晶圓塊中的重金屬聚集至晶圓表面或其附近時，矽 晶圓最好加熱至不超過3 0 0 °C的溫度。 矽晶圓加熱至一低溫時，重金屬迅速擴散，且在一較 短時間內，矽晶圓塊中的重金屬聚集至晶圓表面或其附近 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公犮） 对先閱誚背而之注¾事項再填<?5本頁)

’1T 經满部中央標率局只工消费合作社印黧 經消部中央標準局另工消費合作社印聚 A7 __ B7 五、發明説明e() 〇 最好藉由全反射X射線螢光分析對表面或其附斤的重 金屬聚集層加以分析。 由於全反射X射線螢光分析爲非破壞性，故聚集於表 面或其附近之重金屬可簡單並精確分析。 根據本發明之方法所分析的重金屬可以係c u。 由於C 11在矽中具有極大擴散係數且會造成裝置特性 劣化，故在測定C u所造成的污染程度方面有極迫切的需 要。 爲進行本發明上述方法，分析矽晶圓塊中重金屬的設 備包括施加一電場至矽晶圓表面之裝置，以及分析晶圓表 面上重金屬之裝置。 分析設備包括施加一電場至矽晶圓表面之裝置與分析 晶圓表面上重金靥之裝置之組合時，相較於以個別裝置分 開進行電場施加與分析的情形，重金屬可較容易且較迅速 計量》此外，由於晶圓無需運送與儲存，故可極精確計量 〇 於此情形下，施加一電場至矽晶圓表面可藉由矽晶表 面的電暈放電處理，或藉由經一接觸或非接觸電極施加電 壓於矽晶圓表面來進行》 且，施加一電場於矽晶圓表面俾聚集矽晶圓塊中的重 金屬至晶圓表面或表面附近時，矽晶圓最好加熱至不超過 3 0 0 t的溫度。 最好藉由全反射X射線螢光分析對表面上的重金靥聚 (对尤閲誚背而之注¾事項再填寫本B) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公梦） -9 - 經滴部中央標準局B工消费合作社印^ A7 B7 五、發明説明7() 集層加以分析。 於本發明中，在藉由電場施加或X射線光束照射至矽 晶圓表面將矽晶圓塊中所含重金屬聚集至表面或其附近之 後，進行重金屬分析。因此，實質上無如熱處理所造成的 二度污染之虞。又，可分析重金屬聚集的表面，且重金屬 可高靈敏度簡單分析。 圖式之簡單說明 第1 A與1 B圖係圖表，顯示根據本發明照射一光射 線光束時，所偵測出矽晶圓塊中的C u濃度的按時變化， 其中第1 A圖顯示在一不受污染晶圓用來作爲參考.情形下 所偵測出C u濃度的按時變化，而第1 B圖則顯示在以銅 故意污染且施以熱處理俾表面濃度低於全反射X射線螢光 分析之偵測限度之晶圓情形下所偵測出C u濃度之按時變 化； 第2圖係一圖表，顯示X射線光束照射於一晶圓中央 部位達6 0小時之後所偵測出C u濃度的平面分佈，此晶 圓故意以銅污染並施以熱處理，俾表面漉度低於全反射X 射線螢光分析的偵測限度； 第3圖係一說明圖，顯示一負電場施加於一P型矽晶 圓時所形成之一能帶結構： 第4圖係本發明所用一電晕放電裝置之示意圖； 第5圖係本發明所用經由一接觸型電極施加一電壓至 —矽晶圓表面之裝置之示意圖： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公犮） -10- (邻先閱誚背而之注意事項再填寫本S )

經濟部中央標準局負工消费合作社印聚 A7 B7 五、發明説明4 ) 第6圖係本發明所用經由一非接觸型電極施加—電壓 至一矽晶圓表面之裝置之示意圖； 第7圖係本發明所用一裝置之示意圖； 第8圖係顯示實例1結果之圖表；以及 第9圖係顯示實例2結果之圖表。 兀件對照表 1 載台 2 P型矽晶圓 3 金屬線電極 4 負離子 5 電極 6 電場施加設備 7 表面處理設備 8 高靈敏度偵測設備 本發明與較佳實施例之說明 茲進一步說明本發明 本發明人戳力於硏究高靈敏度偵測矽晶圓塊中重金靥 雜質的方法，此雜質，特別是較其他重金屬更難以偵測的 C u，難以藉用於晶圚表面的傳統分析方法來偵測，經察 ，藉由一X射線光束照射或一電場施加於晶圓表，重金屬 可聚集至一晶圓表面或其附近，且，藉由分析重金靥聚集 區域，可進行重金屬分析。本發.明根據此一發現並透過種 ------------------訂------VI .--L— (对先閲讀背而之·>!.&事項再4寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公犮） -11 - A 7 B7 五、發明説明g() 種操作條件的詳細觀察來完成。 首先說明- X射線照射至一晶圓表面情形。 本發明特徵在於，一X射線光束照射至一矽晶圓鏡面 上一點或全部表面，俾聚集矽晶圓塊中的重金屬至表面或 其附近，並使用-全反射X射線螢光分析器等分析重金屬 藉由照射的X射線光束聚集的區域。 就X射線光束照射裝*而言，可例如使用一全反射X 射線螢光分析器，其可用來分析重金屬，或一 X射線繞射 裝置，其可照射極強X射線光束。藉由使用此等裝置來照 射X射線光束，將雜質聚集至一接近表面區域（自表面算 起2 0 - 5 0埃的區域，或自表面算起1 0 0埃以內的區 域，這可藉由全反射X射線螢光分析或其他分析方法來評 估。 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 使用全反射X射線分析器於X射線照射時，可在相同 裝置上進行後續分析，俾便於進行分析工作。此外，由於 c u等重金屬聚集區域的深度對應於分析進行區域的深度 ，故可極容易且精確進行分析。惟於某些情形下，由於全 反射X射線螢光分析器設計用於分析，故X射線光束的強 度會不夠。於此情形下，可在全反射X射線螢光分析器外 另設置一 X射線照射裝置。 本發明人發現，長時間照射一強度高的X射線光束在 聚集晶圓塊中的C u等重金靥於表面或其附近方面極爲有 效。亦即，使用全反射X射線螢光來分析雜質時，傳統上 使用一X射線光束。惟，在使用全反射X射線螢光光束進 •12· (对先閱讀背而之注意事項再填艿本頁) 本紙張尺度適用中國國家榡隼（CNS ) A4規柢（210X297公# ) 經濟部中央標準局負工消f合作社印製 A7 B7 五、發明说明) 行雜質分析情形下，計量時間，亦即照射X射線以分析的 時間最多爲10-17分鐘。分析期間照射X射線不會使 晶圓塊中的C u等重金屬聚集至晶圓表面。因此’除非自 始存在於晶圓表面的雜質濃度高於偵測限度，否則無法偵 測出此種重金屬。 惟，使用全反射X射線螢光分析法反覆進行雜質分析 時，漸可偵測出在分析之初未偵測到的雜質。偵測此種雜 質所需X射線照射時間隨重金屬所造成污染程度及X射線 光束強度變化。惟，晶圓塊中的污染程度高時，即使在晶 圓表面的雜質濃度低於偵測限度時，可藉由一 X射線光束 照射約3 0分鐘來偵測此種污染。且，甚至在晶圓塊中的 污染程度低時，只要X射線光束的照射時間增加，即可偵 測此種污染。上述現象實際上首度被發現到。 考慮到以下現象，爲了聚集C u等重金靥而照射的X 射線光束強度最好盡量提高。爲偵測矽晶圓中的Cu(藉 不同分析方法偵測出Cu濃度爲1 . 1x1 011原子/平 方公分），使用在管電壓40kV且管電流4OmA下操 作的真空密封管型（白織管型）X射線管，照射一 X射線 光束於晶圓表面。於此檢驗中，矽中C u可在X射線光束 照射約5小時後偵測出。在X射線光束強度爲其原來強度 値的四分之一情況下進行相同計量時，亦即真空密封管型 X射線管於管電壓2 0 k V與管電流2 0mA下操作時， C U在至少2 5小時過後偵測出。此檢驗結果顯示，隨著 X射線光束的強度增加，C u等重金饜的聚集速度增加， 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Λ4規格（210x297公 -13- (ιδίι閲讀背而之注&事項44*?本頁)

經濟部中央標準局贝工消费合作社印掣 A7 B7 五、發明説明1(1 ) 故分析可在較短時間內進行。 本文所用「高靈敏度」一詞並非意指分析所用裝置的 靈敏度增高，反而指的是偵測程序的增進，於此程序中， 一 X射線光束照射於一樣本上以聚集雜質，俾可偵測出此 種使用傳統檢驗方法所無法偵測的雜質。 經由X射線照射程序，雜質聚集於晶圓表層之狀態可 長時間穩定維持。因此，甚至在晶圓擱下一星期後方評估 晶圓中雜質，亦可偵測出雜質。這意謂著，即使用,強度較 全反射X射線螢光分析器高的X射線照射裝置於不同於此 分析的位置與時間來處理晶圓，亦可穩定進行分析。因此 ，可使用照射較強X射線光束的X射線裝置，如旋轉陽極 型管。 用來照射X射線光束以聚集c U等重金屬之真空密封 型X射線管最好在2 0 k V或更大管電壓以及2 OmA或 更大管電流下操作。決定X射線光束強度的操作條件因X 射線管類型與單色器的調整而異。惟，管電壓與管電流低 於此等値時，X射線光束的強度即會不足，以致於重金屬 不可能聚集，或者，雜質偵測所需X射線照射時間遠長於 上述。 基本上，X射線光束的入射角任意設定。惟，入射角 最好等於或小於0.2° 。若入射角超過0·2° ，x射 線光束即易於達到晶圓中一深度位置，從而可能造成， C u等金靥聚集至雜質無法藉諸如全反射X射線螢光分析 器之表面分析方法偵測的深度。一旦發生此一現象，即無 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4現格（210X297公犮） -14- (誚先閱誚背而之注¾事項再4{巧本頁) ''IT'" 經濟部中央標率局员工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明讼 ) 法進行高靈敏度分析。因此，X射線光束入射至晶圓的角 度最好設定爲等於或小於0.2° "X射線光束入射角度 意指所照射X射線與晶圚表面間所形成的角度。 即使全反射X射線螢光分析器用於分析方法以分析一 聚集層，X射線光束之入射角度亦最好設定爲等於或小於 0.2° 。若入射角超過0.2° ，x射線光束即易於到 達晶圓中一深度位置，從而可能造成，背景X射線強度增 加，且因此，雜質無法高靈敏度偵測出。 X射線光束照射至一晶圓的時間可依晶圓塊中重金屬 的深度分佈或濃度分佈自由決定。惟，X射線管在2 0 kV或更大管電壓以及2 0mA或更大管電流下操作時， X射線照射最好進行3 0分鐘或更久。若X射線照射時間 短於3 0分鐘，即使X射線光束強度高，重金屜亦無法充 份聚集至晶圓表面。 在進行照射X射線光束以聚集重金靥至晶圓表面的上 述程序之後，使用全反射X射線螢光分析器等，分析表面 上的重金靥雜質》 其次說明施加一電場於一晶圓表面情形。 本發明高靈敏度偵測矽晶圓塊中的重金屬的方法特徵 在於，施加一電場於一矽晶圓表面，以聚集晶圓塊中的重 金屬至表面或其附近，並分析重金屬聚集的聚集層。 如上所述，藉由一電場施加於晶圓表面，矽晶圓塊中 的重金屬可聚集至晶圓表面或其附近。因此，若分析重金 屬聚集的表層，即無如施以熱處理發生二度污染之虞。又 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公嫠） (对ilwiA背而之注意事項再4寫本頁)

.1T /•VI------ 經濟部中央標準局另工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明也 ) ，由於可分析此表面，故使用可用來分析一樣本表面如化 學分析，二次離子質量光譜分析或全反射X射線螢光分析 等方法，即可易於高靈敏度偵測出重金屬。 藉由施加一電場至晶圓表面即可使矽晶圓塊中的重金 屬聚集之晶圓表面或其附近的原因尙不得而知。惟，咸知 P型矽晶圓在7 0 0°C下會帶正電（物理評論（ehys，Rev· )B41(1990)5770,作者：D.CHlles，W.Schroter 與 W.Bergholz )。因此，若矽晶圓中的Cu與其他重金屬在室溫下帶正電 ，可想而知；在進行一程序使晶圓表面帶負電時，C u與 其他重金靥會被吸引而聚集至晶圓表面或其附近。 例如，在施加一負電場於一P型矽晶圓時，產生如第 3圖所示之能帶結構。此時，表層成聚集狀態，由於能帶 曲折，故於晶圓塊中具有正電荷的重金屬可被吸引至表面 附近。 可使用任一施加電場於矽晶圜表面之方法於本發明， 俾聚集矽晶圓中塊中的重金屬至表面或其附近。例如，可 藉由電暈放電處理，或藉由經一接觸型或非接觸型電極施 加電壓於矽晶圓表面，進行電場施加。 只要一電場施加於此表面，重金屬即沿電場聚集。因 此，晶圓表面無需真正帶負電。故而，使用一藉由例如一 電暈放電處注入負離子使其存在於晶圓表面上的方法可聚 集重金屬於表面。 電暈放電處理係一種將Q - 1 0 kV (千瓦）高電壓 施加於一直經約1 0 0 (微升）金屬線以產生電暈放 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨0父297公#} -16- (ifi先閱誚背而之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標率局只工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明也 ) 電並藉此處理介電質等物件之方法。電晕放電廣泛用於電 子照相技術。 此方法使用第4圖所示之一電晕放電設備。特別是’ 將諸如P型矽晶圓之晶圓置於一載台1上，施加一高電壓 於載台1與一金靥線電極3之間，將其置於矽晶圓2上方 而位於中央處，俾金屬線電極3帶負電。結果’電暈放電 產生在矽晶圓2上方，俾負離子4注入載台1上矽晶圖2 的帶正電表面。 依此方式，將一電場施加於？型矽晶圓’並吸引晶圓 塊中的帶正電金屬至表面。 於此情形下，爲了有效聚集重金羼至晶圓表面’必須 以1 X l〇1()Q/cm2/s e c (秒）進行電暈放電4 分鐘或更久。 經一接觸型或非接觸型電極施加電壓於一矽晶圓表面 的方法可使用第5與6圖所示裝置來進行。 第5圖顯示一電極5與一矽晶圓2之表面接觸情形。 第6圖顯示電極5置於矽晶圓2上方位於大約中央處而成 非接觸狀態。高電壓施加於一P型矽晶圓2背面與電極5 之間俾電極5帶負電時，晶圓塊中帶正電的重金屬即被吸 引至表面。 於此情形下，電極可具有任何形狀，可使用諸如針狀 (探針）或板狀等各種形狀的電極。惟，非接觸型較佳， 原因在於其不可能污染晶圓表面。 於使用電翬放電之方法中，.吸引並聚集至表層的C u ：---Γ----Γν^.-- {对先閱讀t而之注¾事項再填«?本頁)

.•IT 本紙張尺度適用中國國家標準（（：呢）六4規格（2丨0父297公#> •17- 經殊部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明ife ) 等重金屬量可經由每秒注入表面的負離子量增加及/或經 由負離子注入表面期間的時間增加進一步增加。 又，於使用電極之方法中，吸引並聚集至表層的C u 等重金靥可經由所施加電壓增加及/或經由電壓施加時間 增加進一步增加。 於使用電翬放電的方法或使用電極的方法中，矽晶圓 塊不會如進行預處理情形遭到重金牖所引起的二度污染。 因此，重金屬可簡單且有效聚集至矽晶圓表面或其附近。 於本發明中，使用電翬放電或電極等照射- X射線光 束或施加一電場並藉此聚集晶圓塊中重金屬至矽晶圓表面 或其附近時，最好矽晶圓加熱至不超過3 〇 o°c的溫度。 在矽晶圓加熱時，甚至在略微加熱時，重金屬亦迅速 擴散。如此一重金屬可有效聚集於晶圓表面或其附近，且 重金屬聚集至表面或其附近的程序可在極短時間內完成。 此外，注入晶圔表面的離子量以及施加於晶圓的電壓可減 少，並可縮短X射線照射時間。 矽晶園加熱至不超過3 0 0°C的原因在於，若加熱溫 度大於3 〇 o°c，矽晶圆即會如同實際進行新的熱處理， 遭到污染。在以不超過3 0 0 °C溫度低溫加熱情形下，不 會發生來自加熱源及其他構件的雜質污染。 爲了將矽晶圓加熱至不超過3 0 0 °C，於施加一電場 於晶圓表面情形下，將諸如加熱線之加熱器裝入第4圖所 示之電暈放電裝置之載台1中。一置於載台1上之矽晶圓 2可經由載台1加熱，予以加熱。矽晶圖加熱方式不限於 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（2丨0X：297公犮） -18- (对先閱讀背面之注意事項再填巧本S )

經濟部中央標準局貝工消费合作社印14 A7 ______B7 五、發明説明ifc ) 此，晶圓可藉燈加熱，感應加熱等以非接觭方式加熱。 因X射線照射或電場施加而聚集於晶圓表面的重金靥 可使用諸如化學分析，二次離子質量光譜分析或全反射X 射線螢光分析之方法高靈敏度偵測，此等方法可用來分析 矽晶圓表面的重金屬。 於此等方法中，全反射X射線螢光分析特別適用於本 發明。 其原因在於，全反射X射線螢光分析爲非破壞性，易 於精確分析聚集至矽晶圓表面或其附近之重金屬，且不會 在分析期間污染晶圓。 進行本發明上述方法中的電場施加方法時，分開準備 電場施加裝置與表面分析裝置，俾個別進行電場施加方法 與表面分析方法。惟，如第7圖所示，可將一電場施加裝 置6裝入一表面分析裝置7中以作爲一預處理裝置，藉此 形成一高靈敏度偵測設備8，用來高靈敏度偵測矽晶圓中 的重金屬。 亦即，分析矽晶圓塊中重金屬的設備可由施加電場於 矽晶圓表面的裝置與分析晶圓表面上重金屬的裝置組合形 成。 相較於電場施加與分析於個別裝置上分開進行，此情 形之重金屬可較簡單且較迅速計量。此外，由於晶圖無需 運送與儲存，故污染問題不會發生。且可高度精確計量。 於此情形下，施加電場至矽晶圓表面之裝置可如第4 圖所示者，其中矽晶圓表面藉電轚放電來處理。替代地，

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公H -19- ； Γ----^rw.-- {ifi先閱讀背而之注意事項#填寫本頁) 訂 A7 B7 五、發明説明办 ) 可如第5與6圖所示，使用經一接觸型或非接觸型電極施 加電壓於矽晶圓表面之裝置。 由於此等裝置可極容易且簡單地將一電場施加於一砂 晶圓表面，故可極簡單地將其裝入分析裝置中。 於此情形下，可設有一加熱機構，在施加一電場至晶 圓表面俾聚集晶圓塊中的重金屬至表面或其附近時，將一 矽晶圓加熱至不超過3 0 0 °C的溫度。 於例如第4圖所示電暈放電處理情形下，在施加電場 至晶圓表面時將矽晶圓加熱至不超過3 0 0°C溫度的加熱 機構可以係一電阻加熱裝置，其中諸如加熱線之加熱器裝 入載台1內，並藉由載台1加熱將置於載台1上之矽晶圓 2加熱；可以係一燈加熱裝置，其中使繞晶圓2所配置的 輻射燈對晶圓照射諸如紅外線之輻射線；或者可以係一感 應加熱裝置，其中一電壓施加於一感應線圈，俾晶圓藉由 渦流加熱。 經濟部中央標率局貞工消费合作社印聚 與上述電場施加裝置組合的晶圓表層重金靥分析裝置 可爲二次離子質量光譜分析器，全反射X射線螢光分析器 等。惟，全反射X射線螢光分析器特別適用於本發明，其 原因在於，全反射X射線螢光分析器可以非破壞方式分析 一樣本。 實例 其次舉例更詳細說明本發明。惟本發明不限於此等實 例。 -20- ^ Γ------ (誚尤閱讀背而之注念事項再^巧本頁) 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS )八4規格（210Χ297公# } A7 B7_____ 五、發明説明仡 ) 實例1 : 準備二單晶矽晶圓（直徑：200mm (毫米），厚 度·· 725#m (微米）），長時間照射X射線光束於各 晶圓的鏡表面中央。使用一全反射X射線螢光分析器（ Techmos Corp.之產品，TREX610 ) 。X射線源係一鎢靶白 熾管，且分析在管電壓爲4 OkV，管電流爲40mA， 且X射線光束入射角度爲0.09度的條件下進行。 本實例所用二單晶晶圚之一無污染者，另一係一受污 染者，其因使用含C u溶液而被污染，且又施以熱處理， 以致於C u擴散入晶圓塊中，並因此C u的表面濃度減至 低於全反射X射線螢光分析器的偵測限度的程度。 亦即，甚至在特定污染晶圓（intentirnally contaminated wafer )情形下，若C u藉熱處理擴散，接近 表面的污染即不可能偵測到。此實例所用全反射X射線螢 光分析器的偵測限度爲8 . 1 X 1 09原子/平方公分。 經濟部中央標隼局员工消费合作社印製 ("先閱讀背而之注念事項4填寫本頁) 於上述條件下對二種晶圓進行X射線照射。同時藉X 射線照射在全反射X射線螢光分析器上進行聚集至表面的 C u的分析。每隔1小時計量晶圓表面的C u濃度》第 1 A與1 B圖各顯示此分析所偵測出C u漉度的按時變化 〇 第1 A圖顯示無污染晶圓的C u濃度的按時變化。甚 至在X射線照射3 5小時後，C u濃度仍如計量初期階段 保持在偵測限度（8 . 1X109原子/平方公分）以下。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公嫠） -21 - A7 B7__ 五、發明説明命 ) 第1 B圖顯示特定污染晶園中C u濃度的按時變化》 X射線照射5小時後，C U濃度超過偵測限度，並可使用 全反射X射線螢光分析器偵測。甚至此後，偵測到的c.II 濃度隨照射時間增加。 實例2 第2圖顯示一 X射線光束（輸出電壓：30kV，電 流：200mA，入射角：0.090° )持續60小時 照射至一晶圓鏡而中央的計量結果，此晶圔在相同於實例 1的條件下特定污染。接著，使用全反射X射線螢光分析 器計量C u濃度的平面分佈。由第2圖可知，C u僅在X 射線光束照射到的晶圓中央部份偵得。這顯示，經由長時 間X射線照射，C u自晶圓塊聚集至全反射X射線螢光分 析器可偵測C u的表面》 實例3 準備六個單晶矽晶圓（直徑：150mm，厚度： 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 6 2 5 // m )，並在以下述方式處理晶圓之後計量晶圓表 面的C u濃度。使用全反射X射線螢光分析器（Techmos Corp.之產品，TREX 610) 來進行計量。x射線源係一鎢 靶白熾管，且分析係在管電屋爲3 0 kV，管電流爲 2 0 0mA的條件下進行》 本實例所用六單晶晶圓之二用來作爲無污染晶圓。另 二晶圓係因使用含低濃度C u的溶液而污染者，其接著施 -22· (誚先閱讀背而之注念事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4规格（2丨0Χ297公嫠} A7 _ B7 五、發明説明沧) ("*先閱讀背而之注意事項再填艿本頁) 以熱處理，俾C U擴散入晶圖塊中。剩下的二個晶圓係因 使用含高濃度C U而污染者’其接著施以熱處理’以致於 c u擴散入晶圓塊中。 各組中二晶圓之一在上述相同條件下使用全反射X射 線螢光分析器來計量。 各組另一晶圓藉電晕放電予以表面處理。於晶圓在 1 2 5 0 °C下加熱時，使用第4圖所示裝置以1 X 1 0 10 d/cm2/s e c進行電晕放電處理1 20分。處理後， 以上述相同方式在全反射X射線螢光分析器上計置C u之 表面濃度。 第8圖顯示計量結果。 由第8圖可知，不僅在不受污染晶圓情形，且在特定 污染晶圓情形下，經由熱處理C u擴散時，接近晶圓表面 的污染掉到偵測限度以下，並因此污染不可能藉全反射X 射線螢光分析器偵測出。 經濟部中央標準局B工消費合作社印製 相對地，如本發明藉電翬放電對一經污染的晶圓進行 表面處理時，擴散入晶圓塊中且因此於表面無法偵測的 C u變成可以偵測。亦即，藉由電暈放電處理施加一電場 於一晶圓表面，擴散於晶圓塊中的C u被吸引而聚集至表 面。 實例4 爲進一步確定C u藉電暈放電處理聚集於表面，硏究 電暈放電處理時間與C u之表面濃度之間的關係。 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規掐（210X297公釐1 . 〇3 - A7 _ B7 五、發明説明4 ) 準備一 P型單晶矽晶圓（直徑：150mm，厚度： 625#m)，其在使用含低濃度Cu的溶液下受到污染 ，並接著施以熱處理，以致於C u擴散入晶圓塊中。 使用全反射X射線螢光分析器來分析此晶圖表面，以 確定C II之表面濃度低於偵測限度。 接著藉由電翬放電對此晶圓表面處理，所用全部時間 爲6小時，使用全反射X射線螢光分析器每隔2小時計量 C U的表面濃度。於晶圓在2 下加熱時，電翬放電處 以1 X 1 OUq/cii^/s e C每次進行2小時。使用 全反射X射線螢光分析器（Technos Corp.之產品，TREX 610)在相同於實例1之條件下進行計量。亦即，X射線源 爲鎢靶白熾管，且分析在管電壓爲3 0 k V以及管電流爲 2 0 0mA條件下進行。 第9圖顯示計量結果。 由第9圖可知，晶圓表面上所偵得C u濃度隨電晕放 電處理的時間增加。這說明擴散入晶圓塊中的C u藉由電 暈放電被吸引至表面。 經濟部中央標準局月工消費合作社印褽 (邻先閱誚背而之注意事項丹填泠本頁) 本發明不限於上述實施例。上述實施例只是例子，凡 實質上具有如所附申請專利範圍揭露之構造並提供類似作 用與功效者均屬於本發明範圍。 於上述實施例中業已說明一X射線光束照射在晶圓上 —點的情形。惟，本發明不限於此，依目的而定，X射線 光束可照射在晶圓表面上的複數點，某一區域或整個表面 。於此情形下，求得晶園表面的計量濃度或濃度分佈的平 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公犮） A7 B7 五、發明説明厶 ) 均値。 於上述實施例中，一 X射線光束進一步照射至一晶圓 之鏡面（鏡式拋光表面）》惟，X射線照射以聚集諸如 C 11之重金靥並不受晶圓的表面狀態限制。X射線光束可 照射至任何狀態如拋光表面，蝕刻表面或硏磨表面之表面 。惟，爲了藉由使用全反射X射線蛋光達到高靈敏度分析 ，χ射線光束最好照射至鏡面。 又，例如於「藉由一 X射線光束照射或一電場施加於 晶圓表面，使重金屜聚集至一矽晶圓表面」中所用「表面 J 一詞不僅涵蓋重金屬聚集至一矽晶圓前表面情形，且涵 蓋重金屬聚集至矽晶圓後表面情形，甚而涵蓋重金屬聚集 至晶圓全部表層情形。 {"*先閱誚背面之注念事項再填寫本頁) 經漪部中央標準局員工消费合作社印聚 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公# >

Claims (1)

1. 經濟部中央標率局貝工消费合作社印裂 六、申請專利範圍 1.一種以高靈敏度偵測矽晶圓塊中的重金屬的方法 ，該方法包括以下步驟： 將一電場施加於一矽晶圓之一表面，俾聚集矽晶圓塊 中的重金屬至晶圓表面或此表面附近：以及 分析聚集至晶圓表面或此表面附近的重金靥β 2 .如申請專利範圍第1項之以高靈敏度偵測矽晶圓 塊中的重金屬的方法，其中藉由晶圓表面施以電暈放電處 理，進行電場施加，俾聚集矽晶圓塊中的重金屬至表面或 其附近。 3. 如申請專利範圍第1項之以高靈敏度偵測矽晶圓 塊中的重金屬的方法，其中藉由經一接觸或非接觸電極施 加電壓於矽晶圓表面，進行電場施加，俾聚集矽晶圓塊中 的重金屬至表面或其附近。 4. 一種以高靈敏度偵測矽晶圓塊中的重金屬的方法 ，該方法包括以下步驟： 照射一X射線光束至一矽晶圓表面，俾聚集矽晶圓塊 中的重金屬至晶圓表面或此表面附近；以及 分析聚集至晶圓表面或此表面附近的重金屬。 5. 如申請專利範圍第4項之以高靈敏度偵測矽晶圓 塊中的重金靥的方法，其中X射線光束照射至矽晶園表面 三分鐘或更久。 6. 如申請專利範圍第4項之以高靈敏度偵測矽晶圓 塊中的重金屬的方法，其中X射線光束的照射在施加於一 X射線管的電壓爲2 0千瓦或更大且流經X射線管的電流 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國·家標率（CNS ) Α4规格（210X297公釐） -26- 經濟部中央標率局员工消费合作社印袋 B8 C8 ___ D8六、申請專利範園 爲2 0毫安或更大的條件下進行》 7. 如申請專利範圍第4項之以高靈敏度偵測矽晶圓 塊中的重金靥的方法，其中X射線光束入射於矽晶圓表面 的角度最好設定爲0.2°或更小。 8. 如申請專利範圍第1項之以高靈敏度偵測矽晶圓 塊中的重金屬的方法，其中矽晶圖塊中的重金屬聚集至晶 圓表面或其附近時，矽晶圓加熱至不超過3 0 0°C的溫度 〇 9 ·如申請專利範圍第2項之以高靈敏度偵測矽晶圓 塊中的重金臛的方法，其中矽晶圓塊中的重金屬聚集至晶 圓表面或其附近時，矽晶圓加熱至不超過3 0 0°C的溫度 〇 1 0 .如申請專利範圔第3項之以高靈敏度偵測矽晶 圓塊中的重命屬的方法，其中矽晶圓塊中的重金屣聚集至 晶圓表面或其附近時，矽晶圓加熱至不超過3 0 0°C的溫 度。 、1 1 ·如申請專利範圍第4項之以高靈敏度偵測矽晶 圖塊中的重金屬的方法，其中矽晶圓塊中的重金屬聚集至 晶圖表面或其附近時，矽晶圓加熱至不超過3 0 0 °C的溫 度。 1 2 .如申請專利範圍第1項之以高靈敏度偵測矽晶 圓塊中的重金屬的方法，其中聚集於表面的重金屬以全反 射X射線螢光分析法分析。 1 3 .如申請專利範圍第4項之以高靈敏度偵測矽晶 表紙張尺度適用中國B家標♦ ( CNS ) A4规格（210X297公釐） -27- (請先閱讀背面之注$項再缜寫本頁) A8 Β8 C8 ___D8 六、申請專利範圍 圓塊中的重金屬的方法，其中聚集於表面的重金靥以全反 射X射線螢光分析法分析。 (請先《讀背面之注f項再4寫本頁) 1 4 .如申請專利範圍第1項之以高靈敏度偵測矽晶 圓塊中的重金靥的方法，其中待分析之重金靥爲C u。 15.如申請專利範圍第4項之以高靈敏度偵測矽晶 圓塊中的重金屬的方法，其中待分析之重金屬爲C u。 16·—種以高靈敏度偵測矽晶圓塊中的重金屬的設 備，包括： 施加電場至矽晶圓表面之裝置，用來聚集矽晶圓塊中 的重金屬至晶圓表面或此表面附近；以及 分析聚集於晶圓表面或此表面附近的重金屬的裝置 0 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之以高靈敏度偵測矽 晶圓塊中的m金靥的設備，其中藉由晶圓表面施以電暈放 電處理，施加一電場至矽晶圓表面。 經濟部中央揉率局貝工消费合作社印装 1 8 .如申請專利範圍第1 6項之以高靈敏度偵測矽 晶圓塊中的重金屬的設備，其中藉由經一接觸或非接觸電 極施加電壓於矽晶圓表面，施加電場於矽晶圓表面。 1 9 .如申請專利範圍第1 6項之以高靈敏度偵測矽 晶圓塊中的Γί金靥的設備，其中進一步包括一加熱機構， 於一電場施加於晶圓表面俾矽晶圓中的重金屬聚集之晶圆 表面或其附近時，用來將矽晶圓加熱至不超過3 0 0°C的 溫度。 2 0 .如申請專利範圍第1 6項之以髙靈敏度偵測矽 本紙張尺度逋用中國國家樑準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -28- B8 C8 D8 六、申請專利範圍晶圓塊中的m金屬的設備，其中以全反射X射線螢光分析 法分析聚集於晶圓表面或此表面附近的重金屬。 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部中央梂準局w：工消费合作社印裂 本紙張尺度適用中國國家椹準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -29-