分析背景簡介
硅片是半導體制造業的基礎材料,硅片表面及少量的金屬污染都可能導致器件功能的失效,所以硅片表面金屬雜質測試是不可或缺的步驟。VPD跟ICPMS 聯用檢測硅片表面金屬雜質是目前最常見的一種手段。目前 VPD也是有成熟的全自動化儀器,它的過程就是利用機械管先將硅片暴露于HF蒸氣部分,以溶解自然氧化物或熱氧化的SiO2表面層。然后轉移至掃描部分,掃描管中吸有掃描液,掃描液一般是3%HF和4% H2O2。掃描管提著掃描液滴在硅片表面上移動,它會收集溶解態Si與所有污染物金屬。掃描結束后,儀器會收集掃描液,并通過離線或在線的方式導入到ICPMS 進行檢測。檢測的難點在于收集的掃描液中各元素的濃度非常低,就是需要檢測限、背景等效濃度非常低,一般要求背景等效濃度低于10ppt。當然還有個難點,就是每次的掃描液只有 0.5-1ml,樣品量非常少。因此這個實驗對ICPMS 的挑戰就是低的檢出限,低檢出限就需要儀器有一個高的靈敏度來,還有就是分析時間必須要短。
挑戰:檢出限低,分析時間快
解決方案:采用高靈敏度的 PQMS,對于干擾 大的元素 K、Na、Fe、Mg、Cu 等 元素采用冷焰,降低分析背景;其 他元素采用熱焰,并借助專利的 iCRC 碰撞反應池 H2 反應模式高效 去除干擾,得最佳檢出限。
本文利用全自動的 VPD 前處理配合 PlasmaQuant MS Q借助冷焰技術與最新一代專利的碰撞反應池技術 (iCRC 技術),解決易干擾元素 K、Na、Fe、Mg、Cu、Zn的空白,同時專利的 3D 聚焦反射鏡技術,使儀器擁有超高靈敏度,最終完成 QQQ-ICPMS 分析工作。
1、樣品和試劑
1.1 雙氧水(H202):35±1%, TAMAAA-10 級;
1.2 氫氟酸(HF):38%, TAMA AA-10 級;
1.3 硝酸(HNO3):68%, TAMA AA-100 級;
1.4 超純水:電阻率,18MQ?cm;
1.5 標準溶液配制:用1%硝酸配制 0、10、20、40、100 ppt 混合標準溶液。
2、儀器
高靈敏度 ICP-MS:PlasmaQuant? MS
ICP-MS 參數設置參見表 1
Table 1:PlasmaQuant? MS 參數設置
3、VPD 前處理
實驗中首先需要利用全自動 VPD 對 8 英寸拋光片進行前處理。主要步驟為:①傳送機械手從片盒中取硅片(Wafer),傳送至定心臺(Aligner)上;②定心臺掃描硅片邊緣,定位硅片中心,并使參考面朝向指定位置后傳送至 VPD 盒(VPD Box );③VPD 盒中通入HF 氣霧進行 VPD 前處理,處理后待掃描;④吸嘴(Nozzle )吸取掃描液(Scan Solution );⑤吸嘴使掃描液部分裸露在吸嘴外; ⑥吸嘴攜帶掃描液按照一定速率掃描已經過 VPD 前處理硅片的表面;⑦掃描后,吸嘴將掃描液排入小瓶(Vial) 中;?ICPMS 的取液管插入小瓶中進行元素定量分析。
4、結果
4.1 各元素檢出限、背景等濃度
本實驗采用冷焰、熱焰切換模式,測試了各元素 0、10、20、40 ppt 標準曲線,線性系數>0.999,檢出限和背景等效濃度均低于 10ppt 的要求。40ppt 的加標回收率落在了89.47-106.3%之間,也是完全滿足客戶的需求。
Table 2 各元素的測試條件、標準曲線及 LOD、BEC、回收率
4.2 穩定性測試
連續 2 小時測試 40ppt 溶液,各元素的 RSD<4%,表現出優異的穩定性,如圖 2 所示。
圖 2 連續測試 2h,各元素的 RSD
4、討論
本實驗在一個方法里面采用 0.5kw 的冷焰模式測試 K、Na、Fe、Mg、Al、Cu、Ni 等易干擾元素,熱焰模式配合 iCRC 技術消除了其余元素的干擾。結果表明,在 0-100ppt 范圍內線性良好,所有元素的 BEC 和 LOD 都非常低;連續 2 小時測試 40ppt 溶液,各元素的 RSD<4%,表現出優異的穩定性,得益于 PlasmaQuant? MS 專利的等離子體聚焦技術。
PlasmaQuant? MS 與 VPD 聯用,可以準確、高效地測定晶圓片中雜質元素。
5、各元素標準曲線截圖
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