PlasmaQuant®MS分析晶圆表面金属杂质

　　分析背景简介

　　硅片是半导体制造业的基础材料，硅片表面及少量的金属污染都可能导致器件功能的失效，所以硅片表面金属杂质测试是不可或缺的步骤。VPD跟ICPMS 联用检测硅片表面金属杂质是目前最常见的一种手段。目前 VPD也是有成熟的全自动化仪器，它的过程就是利用机械管先将硅片暴露于HF蒸气部分，以溶解自然氧化物或热氧化的SiO₂表面层。然后转移至扫描部分，扫描管中吸有扫描液，扫描液一般是3%HF和4% H₂O₂。扫描管提着扫描液滴在硅片表面上移动，它会收集溶解态Si与所有污染物金属。扫描结束后，仪器会收集扫描液，并通过离线或在线的方式导入到ICPMS 进行检测。检测的难点在于收集的扫描液中各元素的浓度非常低，就是需要检测限、背景等效浓度非常低，一般要求背景等效浓度低于10ppt。当然还有个难点，就是每次的扫描液只有 0.5-1ml，样品量非常少。因此这个实验对ICPMS 的挑战就是低的检出限，低检出限就需要仪器有一个高的灵敏度来，还有就是分析时间必须要短。

挑战：检出限低，分析时间快

解决方案：采用高灵敏度的 PQMS，对于干扰 大的元素 K、Na、Fe、Mg、Cu 等 元素采用冷焰，降低分析背景；其 他元素采用热焰，并借助专利的 iCRC 碰撞反应池 H₂ 反应模式高效 去除干扰，得最佳检出限。

　　本文利用全自动的 VPD 前处理配合 PlasmaQuant MS Q借助冷焰技术与最新一代专利的碰撞反应池技术 (iCRC 技术)，解决易干扰元素 K、Na、Fe、Mg、Cu、Zn的空白，同时专利的 3D 聚焦反射镜技术，使仪器拥有超高灵敏度，最终完成 QQQ-ICPMS 分析工作。

　　1、样品和试剂

　　1.1 双氧水（H202）：35±1%, TAMAAA-10 级；

　　1.2 氢氟酸（HF）：38%, TAMA AA-10 级；

　　1.3 硝酸（HNO3）：68%, TAMA AA-100 级；

　　1.4 超纯水：电阻率，18MQ・cm；

　　1.5 标准溶液配制：用1%硝酸配制 0、10、20、40、100 ppt 混合标准溶液。

　　2、仪器

　　高灵敏度 ICP-MS：PlasmaQuant® MS

　　ICP-MS 参数设置参见表 1

Table 1:PlasmaQuant® MS 参数设置

　　3、VPD 前处理

　　实验中首先需要利用全自动 VPD 对 8 英寸抛光片进行前处理。主要步骤为：①传送机械手从片盒中取硅片（Wafer），传送至定心台（Aligner）上；②定心台扫描硅片边缘，定位硅片中心，并使参考面朝向指定位置后传送至 VPD 盒（VPD Box ）；③VPD 盒中通入HF 气雾进行 VPD 前处理，处理后待扫描；④吸嘴（Nozzle ）吸取扫描液（Scan Solution ）；⑤吸嘴使扫描液部分裸露在吸嘴外； ⑥吸嘴携带扫描液按照一定速率扫描已经过 VPD 前处理硅片的表面；⑦扫描后，吸嘴将扫描液排入小瓶（Vial） 中；©ICPMS 的取液管插入小瓶中进行元素定量分析。

　　4、结果

　　4.1 各元素检出限、背景等浓度

　　本实验采用冷焰、热焰切换模式，测试了各元素 0、10、20、40 ppt 标准曲线，线性系数＞0.999，检出限和背景等效浓度均低于 10ppt 的要求。40ppt 的加标回收率落在了89.47-106.3%之间，也是完全满足客户的需求。

Table 2 各元素的测试条件、标准曲线及 LOD、BEC、回收率

　　4.2 稳定性测试

　　连续 2 小时测试 40ppt 溶液，各元素的 RSD＜4%，表现出优异的稳定性，如图 2 所示。

图 2 连续测试 2h，各元素的 RSD

　　4、讨论

　　本实验在一个方法里面采用 0.5kw 的冷焰模式测试 K、Na、Fe、Mg、Al、Cu、Ni 等易干扰元素，热焰模式配合 iCRC 技术消除了其余元素的干扰。结果表明，在 0-100ppt 范围内线性良好，所有元素的 BEC 和 LOD 都非常低；连续 2 小时测试 40ppt 溶液，各元素的 RSD＜4%，表现出优异的稳定性，得益于 PlasmaQuant® MS 专利的等离子体聚焦技术。

　　PlasmaQuant® MS 与 VPD 联用，可以准确、高效地测定晶圆片中杂质元素。

　　5、各元素标准曲线截图