Abstract In this work we investigate the behavior of the Si wafers top surface chemistry during transfers or storage between steps in the microelectronic production flow. The study uses a unique 300 mm characterization platform that allows vacuum transfers between separate equipments thanks to the use of specific carriers, thus leading to the concept of quasi insitu characterisations. In order to maximize surface sensitivity, pARXPS (parallel Angle Resolved XPS) analyses is widely used to investigate the Si top surface by considering systematically the grazing photoemission angle. In addition, thanks to a rigorous experimental protocol, the unwanted contribution coming from the setup chain itself is subtracted, and the exact C and O amount of physisorbed species coming from the carrier only is extracted. The results shows that using this simple carrier design, industrially compatible and without embedded pumping, a low level of physisorbed species is possible thanks to the preoutgassing step performed before each transfer. More, this low level can be improved significantly by partially filling the carrier with a low gas pressure (a few Torrs) and the physical phenomenoms explaining this behavior are discussed. Then an innovative improvement, based on using a low pressure of pure H2 is proposed and demonstrated for optimizing furthermore the performances. Beyond Si surfaces, the applications of such an optimized design will be of key interest for preserving the chemical surface integrity of highly more air sensitive materials than Si during transfer between separate equipments.

中文翻译：

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微电子设备间受控微环境转移过程中化学物质在 300 mm Si 晶片上的物理吸附现象研究

摘要 在这项工作中，我们研究了在微电子生产流程中的步骤之间的转移或存储过程中硅晶片顶面化学的行为。该研究使用独特的 300 毫米表征平台，由于使用特定载体，该平台允许在不同设备之间进行真空转移，从而产生准原位表征的概念。为了最大限度地提高表面灵敏度，pARXPS（平行角分辨 XPS）分析被广泛用于通过系统地考虑掠射光发射角来研究 Si 顶面。此外，由于严格的实验协议，来自设置链本身的不需要的贡献被减去，并且仅来自载体的物理吸附物种的准确 C 和 O 量被提取。结果表明，使用这种简单的载体设计、工业兼容且没有嵌入式泵送，由于在每次转移之前进行了预除气步骤，因此可以实现低水平的物理吸附物质。此外，通过用低气压（几托）部分填充载体可以显着改善这种低水平，并讨论了解释这种行为的物理现象。然后提出并展示了基于使用低压纯 H2 的创新改进，以进一步优化性能。除了 Si 表面之外，这种优化设计的应用对于在不同设备之间的转移过程中保持比 Si 对空气敏感的材料的化学表面完整性具有重要意义。由于在每次转移之前进行了预除气步骤，因此可以实现低水平的物理吸附物质。此外，通过用低气压（几托）部分填充载体可以显着改善这种低水平，并讨论了解释这种行为的物理现象。然后提出并展示了基于使用低压纯 H2 的创新改进，以进一步优化性能。除了 Si 表面之外，这种优化设计的应用对于在不同设备之间的转移过程中保持比 Si 对空气敏感的材料的化学表面完整性具有重要意义。由于在每次转移之前进行了预除气步骤，因此可以实现低水平的物理吸附物质。此外，通过用低气压（几托）部分填充载体可以显着改善这种低水平，并讨论了解释这种行为的物理现象。然后提出并展示了基于使用低压纯 H2 的创新改进，以进一步优化性能。除了 Si 表面之外，这种优化设计的应用对于在不同设备之间的转移过程中保持比 Si 对空气敏感的材料的化学表面完整性具有重要意义。这种低水平可以通过用低气压（几托）部分填充载体来显着改善，并讨论了解释这种行为的物理现象。然后提出并展示了基于使用低压纯 H2 的创新改进，以进一步优化性能。除了 Si 表面之外，这种优化设计的应用对于在不同设备之间的转移过程中保持比 Si 对空气敏感的材料的化学表面完整性具有重要意义。通过用低气压（几托）部分填充载体可以显着改善这种低水平，并讨论解释这种行为的物理现象。然后提出并展示了基于使用低压纯 H2 的创新改进，以进一步优化性能。除了 Si 表面之外，这种优化设计的应用对于在不同设备之间的转移过程中保持比 Si 对空气敏感的材料的化学表面完整性具有重要意义。