Jaka jest najlepsza metoda przechowywania wzorców płytek kalibracyjnych wyprodukowanych z cząsteczkami o wielkości mniejszej niż 100 nm? Pomieszczenia czyste zwykle działają w temperaturze 70 F, około 21 C i zazwyczaj około 40% wilgotności.
W przypadku stosowania wzorca płytek kalibracyjnych do kalibracji systemów kontroli płytek w laboratorium, chropowatość powierzchni płytki krzemowej negatywnie wpływa na wielkość cząstek osadzonych na wzorcu płytki poniżej 100 nm. Chropowatość powierzchni powstaje w wyniku naturalnego polerowania płytki, a także naturalnego wzrostu warstwy tlenku na powierzchni płytki w miarę upływu czasu. Poziom wypolerowania jest elementem stałym i nie zmienia się; ale warstwa tlenku z natury narasta na powierzchni płytki i wpływa na czułość wykrywania cząstek przez system kontroli płytek podczas skanowania płytki w celu kalibracji rozmiaru. Powietrze, którym oddychamy, zawiera około 21% tlenu. To samo powietrze styka się z krzemową powierzchnią wzorca płytki kalibracyjnej za każdym razem, gdy jest on używany do kalibracji. Płytka zwykle znajduje się w tej samej kieszeni powietrznej, gdy jest zamknięta w nośniku wafla wypełnionym tą samą zawartością powietrza/tlenu/wilgotności. Kiedy tlen i wilgoć stykają się z powierzchnią nieorganiczną, taką jak powierzchnia płytki krzemowej, tlen i wilgoć zaczynają tworzyć warstwę tlenku związaną z powierzchnią krzemu. Z biegiem czasu warstwa tlenku staje się coraz grubsza, co ostatecznie utrudnia wykrycie małych cząstek podczas skanowania płytki za pomocą systemu kontroli płytek, zwanego również narzędziem SSIS. Jeśli standard wafla jest wytwarzany z nanocząstek polistyrenu lub krzemionki o średnicy od 30 nm do 80 nm, standard wafla jest często przechowywany w środowisku powietrze/tlen. Utlenianie na powierzchni płytki krzemowej z biegiem czasu w sposób naturalny spowoduje utworzenie warstwy tlenku na całej powierzchni płytki krzemowej. Stopniowo nanocząstki mogą zniknąć w tle szumu lub stać się znacznie trudniejsze do wykrycia, w miarę skanowania płytki przez typowy system kontroli płytek. Co powoduje to zmniejszenie czułości sygnału cząstek przez system detekcji optycznej systemu kontroli płytek?
Kiedy wiązka lasera skanuje powierzchnię płytki, detektor optyczny wykrywa dwa sygnały, sygnał elektryczny prądu stałego i sygnał elektryczny prądu przemiennego. Gdy laser skanuje powierzchnię krzemu, amplituda sygnału prądu stałego reprezentuje chropowatość powierzchni i wypolerowanie płytki krzemowej. Amplituda sygnałów prądu przemiennego reprezentuje średnicę wielkości każdej wykrytej cząstki na powierzchni płytki krzemowej. Cząstka o wielkości 40 nm wykryta przez laser miałaby bardzo mały sygnał amplitudy prądu przemiennego, podczas gdy cząstka o wielkości 1 um miałaby sygnał o wyższej amplitudzie prądu przemiennego, wykrywany przez optyczny obwód detekcyjny. Podczas skanowania wzorca płytki kalibracyjnej sygnał prądu stałego wzrasta i maleje w miliwoltach w zależności od poziomu chropowatości powierzchni wykrytej podczas skanowania lasera tam i z powrotem w poprzek płytki lub wokół płytki, w zależności od konkretnej technologii każdego typu płytki narzędzie inspekcyjne. Jeśli chropowatość powierzchni jest duża, poziom sygnału DC wzrasta i odwrotnie. Sygnał prądu stałego, wykrywany przez laser optyczny w każdym momencie, tworzy granicę szumu w wyniku rozproszenia lasera na powierzchni krzemu. Rosnące i malejące, zwykle mierzone w miliwoltach przez detektor optyczny i wyświetlane jako linia podstawowa rozkładu cząstek, która jest obrazowana na ekranie wyświetlacza systemu kontroli płytek. Fizyczny połysk powierzchni jest stałą wartością, a w miarę ulepszania technologii płytki 300 mm mają zwykle znacznie lepszy połysk niż starsze płytki 150 mm. Zatem płytka o średnicy 300 mm umożliwiłaby osadzenie mniejszych cząstek na powierzchni, ponieważ wypolerowanie powierzchni jest znacznie lepsze przy odpowiednio niższym poziomie sygnału DC, wykrywanego przez detektor optyczny podczas skanowania płytki.
Warstwa tlenku zaczyna tworzyć się na wszystkich powierzchniach krzemowych stykających się ze środowiskiem powietrza/tlenu/wilgotności, niezależnie od tego, jak dobrze są wypolerowane. Z biegiem czasu nadal rośnie. W miarę wzrostu warstwy tlenku w ciągu roku lub dwóch lat wykryty sygnał lasera prądu stałego na powierzchni płytki będzie z czasem zwiększał amplitudę sygnału prądu stałego ze względu na wzrost chropowatości powierzchni wykrywanej przez laser. Ponieważ cząstka o długości 1 nm lub 2 nm ma sygnał o bardzo niskiej amplitudzie prądu przemiennego; Sygnał prądu przemiennego cząstki wykrywany przez kolektor optyczny zostaje wyprzedzony przez poziom sygnału szumu prądu stałego generowany przez laser skanujący powierzchnię płytki. Cząstki osadzają się na powierzchni, ale jeśli skanowana powierzchnia krzemu rozprasza podczas skanowania laserowego dużą amplitudę szumu sygnału prądu stałego, co reprezentuje szorstką powierzchnię; szum sygnału prądu stałego może z łatwością ukryć małe cząsteczki osadzone na powierzchni płytki. Cząsteczki tam są, ale stale rosnąca warstwa tlenku na powierzchni płytki wytwarza stale rosnący szum sygnału prądu stałego, który ukrywa sygnał prądu przemiennego cząstek o długości 30 nm i może z czasem wzrosnąć na tyle, aby ukryć 60 nm, a następnie 30 nm cząstek itp. Każde użycie wzorca płytki kalibracyjnej dodaje niepożądane cząstki na powierzchnię wzorca płytki kalibracyjnej, a wzrost tlenku na powierzchni nadal zwiększa grubość i po kilku latach wzorzec płytki należy wymienić ze względu na wady powierzchni powstałe podczas normalnego użytkowania, a także narost tlenku na powierzchni płytki.
Z tego powodu dobrym pomysłem jest przechowywanie wszelkich wzorców płytek kalibracyjnych wyprodukowanych z cząsteczkami o wielkości poniżej 125 nm w szafce do przechowywania azotu. Pomaga to ograniczyć wzrost tlenków na powierzchni płytki podczas przechowywania standardowego płytki i pomaga wydłużyć żywotność wzorca kalibracyjnego płytki z cząstkami osadzonymi na powierzchni standardowej płytki o średnicy poniżej 100 nm. Cząstki o średnicy większej niż 100 nm osadzone na wzorcu płytki zwykle nie podlegają wzrostowi tlenku powierzchniowego; oraz na kalibrację systemu kontroli płytek, SSIS, zwykle nie ma wpływu cząstki o wielkości większej niż 100 nm.
Jana Turnera, Applied Physics Zgłoszenia, 1 listopada 2023 r
