GB T 24578-2009 硅片表面金属沾污的全反射X光荧光光谱测试方法.pdf

1、ICS 29.045 日80华人国家标准GB/T 24578 2009 Test method for measuring surface metal contamination on silicon wafers by total reflection X-ray fluorescence spectroscopy 2009-10阳30发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2010-06-01实施发布前本标准的附录A为规范性附录，附录B为资料性附录。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会提出。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会归口。

2、本标准起草单位z有研半导体材料股份有限公司、万向硅峰电子有限公司。本标准主要起草人z孙燕、李俊峰、楼眷兰、卢立延、张静、程富义。GB/T 24578-2009 I GB/T 24578-2009 硅片表面金属沾污的全反射X光荧光光谱测试方法1 范围1. 1 本标准规定了硅片表面金属沽污的全反射X光荧光光谱测试方法，本方法使用单色X光源全反射X光荧光光谱的方法定量测定硅单晶抛光衬底表面层的元素面密度。1. 2 本标准恶用于N型和P型磁单晶抛光片、外延片等镜面抛光的磁片，尤其适用于清洗后磁片自然氧化层，或经化学方法生长的氧化层中沾肖元素的面密度视i定。1. 3 对良好的镜面抛光片表面，可探测深度约

3、5nm，分析深度随表面程糙度的改善丽增加。1. 4 本方法可检测原子周期表中16(S)92(U)的元素，尤其对确定如下元素有效z钢、钙、铁、饥、铭、锤、铁、钻、蝶、锅、钵、碎、铝、组、银、锡、辑、鸽、销、金、柔和铅。1.5 本方法适用于测量面密度在(l0910勺atoms/c旷的范围的元素。检测极限依赖于原子数、激励能、激励X射线的光通量，设备的本底积分时间以及空白值。对但定的设备参数，无干扰探视i极限是元素原子序数的函数，其变化超过两个数量级，见附录A.1中重复性和栓测极限的相关性讨论。1.6 本方法是非破坏性的。本方法是对其他测试方法的补充觅附录B)。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过

4、本标准的引用丽成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注目期的引用文件，其最新瓶本适用于本标准。GB/T 2828.1 计数抽样检验程序第1部分z按接收质量限(AQL)检索的速批检验抽样计划(GB/T 2828. 1-2003, IS0 2859-1: 1999 , 1DT) GB/T 14264 半导体材料术语SEM1 MF 1526 周全反射X射线荧光光谱法测最磁片表面的金属沾污3 术语和定义GB/T 14264确立的以及下列术语、定义和缩略语适用于本标

5、准。3. 1 角扫描anglescan 作为捺射角踊数，对发射的荧光倍号的测量。3.2 !临界角critical angle 当掠射角低于某一角度时，被削表面发生对人射X射线的全反射，这一角度称为脑界角，即能产生全反射的最大角度。3.3 3.4 掠射角glancing angle TXRF方法中X射线的人射角度。金反射X光荧光光谱TXRFtotal reflection X-Ray fluorescence spectroscopy 全反射X光荧光光谱。1 GB/T 24578-2009 3.5 相对灵敏度因子RSFrelative sensitivity factors 相对灵敏度因子。4

6、方法原理4. 1 图1给出了本方法的原理示意图。来自X射线掘的单色X光以一个低于临界角的倾斜角度掠射到硅持底抛光表面时，发生人射X射线的全反射。X射线的损耗波穿过硅抛光表面呈指数衰减，衰减强度依赖于自然氧化层和硅衬底的总电子嗖辞去拖延撞在表面的探测深度取决于衰减强度，对硅片的所有电阻卒班围，其指数衰减长度4.2 损耗波激发硅片表面原子谱被铿漂移硅探测器或其他回1011 atoms/ cm2的特定元素性关系。4.3 使用由TXRF在那量区域内有一个度的荧光积分计数率素面密度的含在设备软件中。5 干扰因素5.1 X射线荧光光谱学中已知锋与和峰的重叠，能量增益的校准灌，!X射线摞X射线的二次荧光或基

7、体服收进行修正卢详见蹄录A的A.1a5.2 对TXRF的干扰包括za) 掠射角的校准不能重复，测量时将引人变异性。b) 捺射角校准的不正确，测量中将引人偏差。X射线荧光谱，这一能量色散法巴做得了标准样品上含量高于的特定元素面密度虽线，标准样品中至少己知元素西密知的经过标定元事。RSF包眼于z荧光线的蠢蠢，逃避峰。然而没有要求TXRF对扰可通过比较数据系统进行估算，c) 校准样品中己知元素与测试样品上元素的角扫描不词，例如，在测试样品上测量到颗粒的金属沽窍，而在使用的校准样品上被校准的金属位于自然氧化层中，这时将引人一个量值的偏差。2 d) 机械震动将降低探视i器的能量分辨率，还可能影响探测极限

8、。e) 如果样品不是化学机械抛光表面，将导致探测能力的下降、量值的偏移和测量变异性的增如。问样，由于不同清洗工艺造成的表面粗糙度和波纹的差弄也可造成干扰。表图粗糙度对TXRF测量的半定量的影响尚未确定。GB/T 24578 2009 在校准样品中元素面密度的量值俯盖将引人TXRF测量面密度的偏差。若在测试样品处理期间或拇i试过程本身引人表面沾污，且了占污的元素属于本方法的探测元素，将带来测量的偏差。h) 荧光线的RSF偏差将引人测量的偏差。i) 与杂质面密度对应的荧光探提i信号的非线性，可在高总信号计数速率条件下产生探测器的死时间。j) 荧光曲线的平滑程度可影响测量数值的精确性。k) 如果X射

9、线束在硅晶体上发生衍射，该衍射光束进人探测器，激发在探测器窗口或探测器内的金属将产生设备的晦值，通过适当的试验可检甜到这一影响。f) g) 设备6.1 TXRF仪z配备一个单色的X射线源，测试样品操作装置，掠射角的校准方法，一个能最色散光度计的X射线探测器，用于本届扣除、峰积分、RSF和分析软件，以及一个无盘的分析环境例如1.33 Pa 的真空，或氮勺，自前，每台TX盯设备测量都提供了掠射角校准方法。同时，TXRF生产厂商提供了扣除逃逸峰的衰减程序，已经可去除这一信号。6.2 参考片z参考片的数据系统应与陆录A.2中的程序一致，或利用统计基础工具进行设备蠢复性研究得到，以确定在设备制造商的重复

10、性限内该设备是否具有可操作性。6.3 环境z样品传递到设备样品台的区域应达到或优于100级的洁净度。6 抽样为了评价一批硅片的特性，应采用抽样程序。因为大多数的抽样非常依赖个体情况，本方法中没有包含常规的抽样程序。如需仲裁，抽样方案应在测试操作前协议确定，参照GB/T2828. 10 7 样品要求8 用于测量的样品分析面应是经过化学机械抛光的镜面抛光表面。校准元素的标定标定及其制定方法应在当事人间达成一致。证实标定元素的角扫描是与圄2中曲线(a)(残留物)还是与曲线也)(薄膜中)类似。9 9. 1 9.2 3 |工!些界兔入射角(mrad)电镀或戳射镣亚原子层(6);蒸发银盐溶液(0);硅衬底

11、剧。图2入射角度依赖于相对荧光强度的试验曲钱荧光强度的试验曲线倒黑白mwm灰黑。GB/T 24578-2009 9.3 为了标定标准元素的面密度值，应使用当事双方协议认可的其他标定标准测量方法。标定标准应该有一适当的可分析的方法确定标定金庸的面密度。可提供标定标准值的凡种适宜的标准标定方法见技术性附录B的B.2o9.4 TXRF设备检醋的其他元素的标定测量应使用由设备供应离开发并存储于设备计算机程序中的相对灵敏度因子RSF完成。RSF是X封线源能量、产生荧光元素的原子序数以及荧光能量水平的函数，四此，如果X射线源能最改变，RSF应使用不同的设置。10 校准10. 1 将校准样品放人TXRF设备

12、，10.2选择与测试样品相捕的功阳样品和那试样品的测量时i胃、图2中的曲线扮相似，使(a)相似，使用的掠射角10.3 没有测到元素系列衬底组成了一系泪tl量，验证没有设备(cps) 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 硅片的空白(除硫以外10.4 TXRF设备对标定元素的面密度值。本成可由一个常规11 测量步黯11. 1 开启设备11.2 选择并重新记录样品测量的分析条件za) X射线源的电压;b) X射线源的电流;c) 分析室的环境;d) 掠射角ge) 积分时i碍zf) X射线源能量;4 关注的元素的一由TXRF做三次除硫外示例。件下操作，LiF(200)单色分计数率，得到相应

13、元素的, 1 g) 测试样品上的分析位置。11. 3 在一个100级或更好的环境中装载测试样品;11. 4 测量样品的TXRF光谱;11.5 对探测到的元素锋值计算净积分计数率;GB/T 24578 2009 11.6 使用特定校准元素的校准样品数据和其他元素的RSF，根据式(1)计算测试样品上探测到的每种元素的商密度。Du.m = (亡)x(臼Su.m)X (S.)-l X A. . ( 1 ) 式中zD比m一一翻tl试样品u中元F.m一一校准元素sCPSum一一在测试样品CPS.一一-校准样品12 报告报a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) 13 精密度13. 1 重

14、复性重复性测量是在同键在1012atoms/ c时，样品每年检定对该样品镰含量和9.67 keV线)40kV,40 mA,O. 4遍，报告每遍测量的数据读数，分别白，另一个表面沾污时给出了2003年到2007年钮的基础线固定正电极，单色仪(选择, 300 s的积分时间。每次重复棋!盏，根据16次提i量数据计算得到95%置信度下实验室内的平均值及置信区间为(280.55土O.75) X 1010 atoms/ cm2 0 13.2 再现性再现性测量在两个实验室间的进行，任意选择4片抛光片，分别每个样品进行了3次测量，时间间隔为12夭。测量条件是鸽铠的X射线固定正电极，单色仪选择9.67keV线)

15、40kV, 40 mA,O. 050捺射角，测量磁片中心点10mm直径的分析区域，300s的积分时间。每次重复测量4遍，报告每遍测量的数据读数。得到平均5.0 X 1010 atoms/ cm2下，两个实验室间测量的最大差异小于土O.1 X 1010 atoms/ cm2 0附录B.3提供了ASTM1526标准中的实验室内和实验室闰的精密度评估，供参考。13.3 偏整本方法的偏差无法评估，因为本方法没有绝对标准。5 GB/T 24578-2009 附录A规范性附录)重复性和检测极限的相关性A.1 章复性和探甜极限间的关系A. 1. 1 在没有设备峰值的时候，公认的方法确定光子光谱仪中探视i极限

16、CL由式(A.D给出:式中zSb一一空白测量的标准铺盖;S一一灵敏度信号/cm2)。CL口3sb/S.( A.l ) 对一个严格单边的高斯分布取99.6%的置信水平，式(A.口中的数字选择3。但是验证表明在低浓度下，更多的时候可能不是高斯分布。=-=-=-=卉.1. 1. 1 对短期割盘，通常假定空白的标准偏盏是由泊松光子统计学给出，并导出了在技术文献中通常报导的探测极限的公式(A.2)。CL = 3(参考面密度本底计数)1/2 / (净倍号. .( A.2 ) A.1. 1. 2 这一探测极限包括下述关键假定z空白测量的标准偏差仅仅由X射线光子抱松统计给出，没有其他的可变性贡献对该项有意义。

17、这一假定仅对于探测极限的短期估计是正确的。A. 1.2 对于探视i极摄的长期估计，空白测蠢的标准偏差被认为有来自于其他的可变性，丽不仅仅是泊松统计学的贡献，因此长期的探测极限的估计比短期的探测极限大，在空白测景中对可变性的其他贡献可包括但不限于z掠射角校准和X射线束发散。A.2 比较数据系统A. 2.1 引言A. 2.1.1 在一个有资质的测量系统中进行操作，将比较值归为人造品的做法是可用的。像测试期间因设备上人为生成物丽得到的与参照样品形成对照的东西，这种附加物略述了一种途径，可利用多个元素的提i量数据来监控可能来自于设备软件和计算的干扰。A.2. 1.2 TXRF用于计算表面元素沽污使用的

18、数据组。A.2. 1.3 一个具仲裁数据系统(RDS)的仲裁片人造物品)，其每一个数据点都是重复测量数据的均值。在设备上测盘人造物，并对照测量抽样数据组的结果比较其RDS。在这数据组里盏是计算得到的。使用人造物与系统间翻量一致的参数，一致的可接受水平白使用者双方协商取得一致意见。A.2.2 那试方法概述A.2.2.1 选择一合适标准的仲裁片，该片已具有一仲裁数据系统。A.2.2.2 在设备上测量参考片获得样品数据系统SDSoA.2.2.3 如下所示两数相减获得两个不同的数据系统的差DDS由式(A.3): RDS - SDS = DDS 式中zDDS一一在测量:数据和仲裁数据间的测量差值。.(

19、A.3 ) DDS包含了很多值，用于确定可接受的简单的度量标准是最大差值，即在DDS中最大的绝对值。6 雷。GB/T 24578-2009 它是在使用设备完成测试数据和仲裁数据之间最坏情况的不一致描述。A.2.2.4 如果踞试的最大皇室值小于对当事人间都可接受的值，该设备的测量可接受。A.2.2.5 也可使用更复杂的计算，倒如，可比较DDS的元素值连罔统计量(平均值等的各个元素的柱状圈。这些最可描述应用特定的极限或用于提供差值的来源和种类。7 GB/T 24578-2009 B.1 1玄RF是对以下测试方法的补充。附装B(资料性附录)方法补充B. 1. 1 化学分析电子能谱，其元素的表团回密度

20、检测限为1013atoms/ cm2 0 B. 1.2 俄歇电子能谱，其表团面密度测定限为102atoms/ cm2 0 B. 1.3 氮柬卢瑟福背散射谱，对某些元素的检测限为1010atoms/ cm2 ，但不能给出原子序数排列邻近的重元素。B. 1.4 二次离子质谱，可检测原子序数较小的元素，其检测班回为(108 1012) atoms/ cm2 ，但对原子序数在2230的铁和辞之间的过渡元素不能提供足够的探测极眠，且该方法是破坏性的。B. 1.5 气相分解(VPD)原子吸收光谱(AAS)，其表面金属检测蔽围为(10810勺atoms/cm2，但是没有有效空闰信息，并且分析时间比TXRF长

21、，该方法也是破坏性的。，一一-一一-一-一一一二-一-二-命 - 一二-平B.2 校准样品的标定B. 2.1 提供目前工艺水平的化学机械抛光硅片衬底，其表面金属面密度为(1012 1014) atoms/ cm2 0 从标定标准得到的孔荧光信号是没有干扰的，即没有逃逸峰、和峰和其他沾污的荧光峰;无外部沾污掘z曾是革元素不应该是容易增加沾污的元素(如铁)，或随时间扩散到深处的元素如金和铜。因此首选元素是镰或锐。定标是选用一组带有已知不同种类特定元素面密度的片子制作的。B.2.2 校准片的标定应有一璋当的可分析的方法确定标定金属的面密度。可提供标准值的几种适宜的标准标定方法包括:B. 2. 2.1

22、 氮柬卢瑟福背散射光谱(N-RBS):使用这一方法，在土5原子质量单位班围内任何其他金属不能超过标定金属面密度的1%0NRBS的测量是绝对测量，并且应在TXRF区域内进行。其铀的背散射方法也可用标定元素面密度，它包括前向散射卢瑟福背散射(F-RBS)和建离子背散射光谱(HIBS)。B.2.2.2 气相分解z采用气相分解一原子吸收光谱测定法(VPD/AAS)可对一个旋转涂敷制成的沾污进行标定。VPD/AAS黯量方法是破坏性的。由TXRF或SIMS阔的方法显示的站污均匀分布于整个硅片表面。VPD/AAS标定的值依据原子吸收光谱的标准，本方法的精度主要源于VPD元素回收率。B.2.2.3 注人:将参

23、比元素离子注入到一个预先存在的元定型硅的表团，用国态外延生长方法使无定型硅变为单晶硅。如果参比元素在无定型硅中比单晶硅中溶解的多的话，这一过程可将离子注人的参比元素扫到样品表面，应用离子注入流确定的离子齐u量可完成atoms/c旷的量化定标。B.2.2.4 稀释的原子吸收标准溶液z在抛光硅衬底上沉积一些稀释的金属原子吸收标准溶液，形成局部斑点，其尺寸应小于TXRF的分析区域。这个方法假定在溶液干燥期间，标定金属绝对没有丢失。为了分析全部沉积的干了的潜液，TXRF应很容易找到沉积的斑点，根据AAS确定定标数值。沉积的溶液应产生下述两种TXRF角扫描中的一种z(1) 金属荧光计数卒作为角度的函数，

24、该角度在偏于i脂界角80%时，与掠射角无关，见图2中曲线(a)。(2) 金属荧光计数率作为角度的函数，表示位于表面3nm内金属沾污的特性，见图2中曲线坊。B.3 ASTM标准中的精磁度及偏差B. 3.1 精密度z使用单色TXRF设备通过两次循环测量得到评估。B. 3.1. 1 实验室内精度是对2个参考样品和6个未知的表面沾污铁、银、锅、铸在(101110勺atoms/cm2GB/T 24578 2009 的样品上巡回评估，13个实验室参与评估。在每个实验室里，样品每天测量1次，做4天测量。测量条件是鸽铝的X射线旋转正电极。LiF200单色仪(选择9.67keV线)30kV, 200 mA, O

25、. 050掠射角，1. 33 Pa真空环境，10mm直径的分析区域，1000s的积分时间。由每个实验室报告4个数据读数的平均值和4次读数的标准偏差，95%置信度下实验室内相对精度28%，是实验室内一个相对标准俯差10%的2.8倍。B. 3. 1.2 实验室间精度的评估是使用1套参考样品和3个未知样品循环测量得到的。其中1个是空白，参考样品和未知的表面的镰沾污在(1011 1012) atoms/ cm2 0 17个机构参与了评估。每个实验室测量样品若干天。泪tl量条件是鸽钮的X射线旋转正电极。LiF200单色仪选择9.67 keV或更高线)30 kV, 200 mA或更高，0.10的掠射角，1

26、0mm直径的分析区域，1000s的积分时间。95%置信度，在平均15X 1010 atoms/ cm2下，实验室陪精皮士8X 1010 atoms/ cm2 ，在平均45X 101日atoms/cm2下，实验室闰精皮士20X 1010 atoms/ cm2 0 B. 3. 1. 3 除了在B.3. 1. 1,B. 3. 1. 2列出的巡回测试方法外也可使用其他分析方法，但没有对其他分析条件的精度进行评估。B.3.2 偏差z本方法的俯是无法评估，因为本方法没有绝对标准。B. 4 安全一句-二十-本方法使用X射线，对于个人暴露在X射线必须提供防护。特别重要的是保护手或手指不被X光直接照封，并保护眼

27、睛免受二次散射的牺照。推荐使用成片式射线剂量器或放射量测定仪，以及标准核源校准过的GeigerMuller计数器定期栓查手和身体部位的辅射剂量。对于全身不定期暴露于外部X射线不超过3MeV量子辐照能量的个人，现行最大允许剂量为每季度1.25R(3. 22 X 10-4 C/kg) , (相当于0.6mR/h (1. 5X10-1 C/kg h)，这是在联邦条例10章20部分中所规定的。在同样条件下，手和前臂暴露的最大允许剂量为每季度18.75R(4. 85X10-3 C/kg)相当于9.3mR/h(2. 4X10-6 C/kg h)Jo除上述规定外，其他各个政府及管理部门也有相应的安全要求。本

28、方法不涉及安全问题，即使有也与标准的使用相联系。标准使用前，建立合适的安全和保障措施以及确定规章制度的应用范围是标准使用者的责任。9 goNih导NH隅。华人民共和国家标准硅片表面金属沾污的全反射X光荧光光谱测试方法GB/T 24578-2009 国白牛=牛牛牛品且=且=-.吃=巧-=. 二一一一一 - 如甲一一一中二z* 中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷广印刷各地新华书店经销* 印张1字数18千字2010年1月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2010年1月第一瓶* 定价18.00元如有Ep装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533书号:155066 1-39865 G8/T 245782009 打印日期:2010年3月11日F008