目前有相當(dāng)多的方法可以用來評估分批式注入機的雜質(zhì)顆粒水平。在我們的案例中，通過每周三次用KLA的SP1機臺對控片的雜質(zhì)顆粒增加進行檢測，該控片用來測量不同摻雜離子的表面電阻。同時，在氬氣氛中進行離子注入的17片整批晶圓也以相同的頻率每隔**進行監(jiān)控。使用氬氣氛的好處包括可以減少不同注入離子間的交*污染和降低氣體使用的成本。這種雙重監(jiān)控方案允許我們獲得多重注入源的變化情況，包括不同天之間，不同種類的離子之間以及不同片之間的注入波動情況。這樣的監(jiān)控結(jié)果允許我們對大部分（即便不是全部）的標準工藝過程中涉及到相關(guān)因素進行詳細的分析。
對分批式注入機中多種離子交替作用引起的失效進行徹底的分析是非常困難的。一種辦法是使用“分離并鑒別”的方法，首先認定在實際注入過程或晶圓轉(zhuǎn)移過程中是否有雜質(zhì)顆粒進入。在異常處理（troubleshooting）的初始階段需要首先建立以無離子束注入時的情況作為基準。對于無離子束失效的情況，下一步是檢測晶圓傳輸裝置或者將該系統(tǒng)中的部件分離出來，如機械手、對準器、升降機等，一直到雜質(zhì)顆粒源被發(fā)現(xiàn)為止。另外，將雜質(zhì)顆粒在晶圓上的分布圖與每片晶圓在傳輸過程傳輸部件的接觸點的位置進行比較。通過大量有重復(fù)性的失效可以得到晶圓的失效分布圖或者得到與根本原因（rootcause）相關(guān)的“信息”。
邊緣圖形失效 在低能量分批式注入機（200mm）觀察到的一個晶圓圖，如圖1所示。為了強調(diào)這種標記效應(yīng)，我們將不同次失效的圖形按照同樣的邊緣圖形對齊合成為一個綜合的失效分布圖。這個綜合分布圖包含68片晶圓的情況，其中每個批次共注入17片晶圓。在所有單個晶圓中，這種邊緣圖形的標記效應(yīng)都是很不明顯的，就像在圖1的矩形條圖表中顯示的那樣。這種圖形一般從每個批次第4片晶圓上開始出現(xiàn)，逐漸地增長到第17片晶圓，呈現(xiàn)了*多數(shù)目的雜質(zhì)顆粒。對于那些只檢查一片晶圓來決定雜質(zhì)顆粒情況的那些晶圓廠（例如每個批次的第1片）可能不會發(fā)現(xiàn)這類問題的存在。
盡管可以進行多次局部測試，但由于這種特殊的圖形標記無法被重復(fù)，因此對于異常處理來說很有挑戰(zhàn)性。另外,雖然這種圖形在無離子束注入時也能觀察到，但是這種圖形與傳輸系統(tǒng)的接觸點看起來也沒有多大的關(guān)聯(lián)。另一種方法是使用白乙烯基卷帶拓印出擋片實驗片邊緣圖形的形狀。通常對晶圓進行手動送樣加載，在晶圓進入注入機過程中，在每個轉(zhuǎn)移位置采集數(shù)字圖像。*直觀的圖像見圖2，從圖中可以看到晶圓從微環(huán)境轉(zhuǎn)移到真空進片室后，在專門的晶圓架上的放置位置。由于晶圓的正反兩面都插入這種專門的晶圓架，會在晶圓上產(chǎn)生一個陰影區(qū)，對應(yīng)在雜質(zhì)顆粒計數(shù)晶圓上就形成了條帶圖形，如同污染源置于晶圓架側(cè)面的情況。對這個陰影區(qū)域的解釋可以分為兩種情況，或者是在無塵微環(huán)境中放置的等待時間內(nèi)空降的雜質(zhì)顆粒沉積，或者是真空進片室的真空泵回復(fù)循環(huán)過程中漂浮分子雜質(zhì)顆粒的沉積。
用去離子水霧做的后續(xù)的測試顯示了從潔凈室進入到微環(huán)境中由于空氣流動引起的問題。在無塵微環(huán)境和潔凈室環(huán)境之間的氣壓呈負微分分布使得空氣反向流過晶圓架的載入口，如圖3中飄起無塵布所示的情況。由于測試晶圓不允許在無塵微環(huán)境中放置兩小時以上，所以不能像在長時間、低能量、高摻雜注入之后加載的標準雜質(zhì)顆粒測試晶圓那樣，使用上文提到的局部測試復(fù)制邊緣圖形。
一種改進方案
通常的無塵微環(huán)境里包括可從周圍潔凈室或者基座中抽取空氣的變速換氣扇，在將空氣流送入晶圓轉(zhuǎn)移區(qū)域之前，通過多層HEPA預(yù)過濾器排出空氣。過濾后的空氣通過注入機底部的氣孔再次排入基座。改進無塵微環(huán)境空氣的影響包括調(diào)整換氣扇的轉(zhuǎn)速來達到理想的空氣流速和調(diào)整氣孔開口達到理想的氣壓分布，達到注入機OEM要求的條件。但即便設(shè)計*完善的無塵微環(huán)境也需要依*潔凈室的空氣循環(huán)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)移晶圓所需要的壓力控制。
為了控制雜質(zhì)顆粒的流動，需要在不同區(qū)域間存在一定的氣壓差來減少潔凈室內(nèi)雜質(zhì)顆粒的交*污染。對于微電子晶圓廠來說，*潔凈的區(qū)域是操作工區(qū)，這里進行的進片加載/卸載過程由于需要往復(fù)出入無塵微環(huán)境，因此晶圓可能污染。對于大部分維護良好的潔凈室來說，這兩部分的氣壓差通常維持在1.25到5Pa范圍內(nèi)。
由于原先的設(shè)計未曾預(yù)料，已經(jīng)安裝好的注入機都沒有為上文提到的空氣壓力微分優(yōu)化裝置留有額外的空間。如圖4所示，五部單獨的空氣循環(huán)裝置（RAH）通過操作區(qū)、設(shè)備底座和#1注入機外圍的主走廊來提供所需的氣流。圖中沒有顯示每個RAH的返回管道，但他們都固定在底座上。另外，墻上的返回通氣孔將底座和主走廊分離。盡管這只是一個非標準的示意圖，但注入機雜質(zhì)顆粒水平在很長一段時間內(nèi)處于控制范圍之內(nèi)，邊緣圖形的標記效應(yīng)在機器運轉(zhuǎn)了兩年之后才會出現(xiàn)。
一旦找到雜質(zhì)顆粒問題的主要原因，可以測量相對空氣壓力（見表）。同**次的觀察結(jié)果相吻合，與操作區(qū)相比，無塵微環(huán)境處于負壓狀態(tài)。當(dāng)然還有一些疑問，比如事實上操作區(qū)與經(jīng)常有人員走動的主走道相比處于負壓狀態(tài)。因此，污染物可以輕易地從走廊通過載入口的底部轉(zhuǎn)移到操作區(qū)中，并且在污染晶圓之前進入無塵微環(huán)境。通過移出用來維護的物件（桌子、工具架、部件等）來完成對操作區(qū)與走廊之間氣壓微分的矯正。這些物件可能部分堵塞返回氣孔并導(dǎo)致分配到走廊RAH裝置的功率降低。改變無塵微環(huán)境到操作區(qū)那部分氣壓微分需要進行多次校正。在無塵微環(huán)境中四個換氣扇中的三個是有缺陷的，并且需要更換。另外，為了保持連接到操作區(qū)
的系統(tǒng)高壓，要將通過ULPA過濾器的空氣面速率維持在75fpm，這就需要提高RAH#64單元的功率，那么分配到RAH#63單元的功率會降低。表中所列的“后”氣壓需要氣壓的后調(diào)整。更重要的是，調(diào)整之后邊緣圖形的情況再也沒有出現(xiàn)過，這種注入機的雜質(zhì)顆?；鶞实内厔萃伦?，在將近三個月之后，如圖5 所示，*終降低到了可接受的程度。失效率降低了20%。
結(jié)論 在設(shè)備安裝之后，不應(yīng)忽略無塵微環(huán)境和周圍潔凈室區(qū)域之間的正向氣壓。潔凈室布局和設(shè)備分布的后續(xù)改變都會改變氣壓分布，這種變化可以通過實時傳感器檢測。一般環(huán)境的換氣扇可以在沒有發(fā)出警報情況下停止，所以應(yīng)該定期進行檢查。我們相信這些細微的改變促成了無法接受的雜質(zhì)顆粒水平，就像糟糕的邊緣圖形和基準所展示的那樣。