(高清版)GBT 24578-2024 半导体晶片表面金属沾污的测定 全反射X射线荧光光谱法

IGB/T24578—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件代替GB/T24578—2015《硅片表面金属沾污的全反射X光荧光光谱测试方法》和GB/T34504—2017《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法》。与GB/T24578—2015和GB/T34504—2017相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：a)更改了范围(见第1章，GB/T24578—2015和GB/T34504—2017的第1章);c)删除了缩略语(见GB/T24578—2015的第4章，GB/T34504—2017的3.2);d)更改了方法原理(见第4章，GB/T24578—2015的第5章和GB/T34504—2017的第4章);e)更改了干扰因素中掠射角校准的影响、样品表面粗糙度和波纹带来的影响[见5.2.3、5.3.2,GB/T24578—2015的6.2.1、6.3.2和GB/T34504—2017的6.2b)、6.2g)];增加了掠射角选择，测试钠、镁、铝元素时的检出限，靶材工作方式的影响，靶材腔室真空度的影响，主腔室氮气f)更改了干扰因素中沾污元素的影响、沾污不均匀的影响[见5.3.4、5.3.5,GB/T34504g)删除了干扰因素中设备主机高架地板振动的影响、设备所在环境、样品载具、操作人员的手套洁净度不良等情况的影响(见GB/T34504—2017的6.3a)、6.3c)];h)更改了试验条件(见第6章，GB/T24578—2015的第9章和GB/T34504—2017的第7章);i)增加了校准中全反射临界角的近似计算公式(见9.2.3);j)更改了设备的校准(见第9章，GB/T24578—2015第10章、第11章和GB/T34504—2017的第8章);k)更改了试验步骤(见第10章，GB/T24578—2015的第12章和GB/T34504—2017的第9章);1)更改了精密度(见第11章，GB/T24578—2015的第13章和GB/T34504—2017的第11章);m)删除了测试结果的计算(见GB/T34504—2017的第10章)。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)与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(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。本文件起草单位：有研半导体硅材料股份公司、天通银厦新材料有限公司、浙江海纳半导体股份有限公司、北京通美晶体技术股份有限公司、深圳牧野微电子技术有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、广东天域半导体股份有限公司、江苏华兴激光科技有限公司、江苏芯梦半导体设备有限公司、哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司、深圳市深鸿盛本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：——本次为第二次修订，并入了GB/T34504—2017《蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量1半导体晶片表面金属沾污的测定全反射X射线荧光光谱法本文件描述了半导体镜面晶片表面深度为5nm以内金属元素的全反射X射线荧光光谱(TXRF)片或外延片表面金属沾污的测定，尤其适用于晶片清洗后自然氧化层或经化学方法生长的氧化层中沾本文件规定的方法能够检测周期表中原子序数16(S)～92(U)注：测试范围在一定条件下能扩展到原子序数11(Na)～92(U)的元素，取决于测试设备提供的X射线源。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T25915.1—2021洁净室及相关受控环境第1部分：按粒子浓度划分空气洁净度等级3术语和定义GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。样品表面平面与包含入射到样品表面的X射线的虚拟平面之间的夹角。注：本方法以小的掠射角入射到晶片表面时，X射线会在晶片表面发生全反射，此时反射的角度等于掠射角。X射线能产生全反射的入射角度。当掠射角低于这一角度时，被测表面发生对入射X射线的全注：如果入射角足够小，X射线不穿过样品被反射，则折射角和反射角交界处的入射角称为临界角。2计数率与标定的特定元素面密度呈线性关系。校准样品在测试区域内至少有一个已知元素的面密计数率，然后在相同条件下测试一个或多个样品，用与每个已知标定元素相关的相对灵敏度因子3——样品台(可自如操作的X,Y,Z);3粗糙度对TXRF法测试的半定量影响尚未确定。4b)相对湿度：不大于60%;c)空气洁净度应不低于GB/T25915.7仪器设备及数据系统及一个无氩的分析环境(如1.33Pa的真空或氦气)。能够提供掠射角校准方法及扣除逃逸峰的衰减程7.2校准样品的数据系统：利用统计基础工具进行仪器重复性研究，确认仪器的重复性。重复性和检出限见A.1。8样品9校准9.1校准元素的标定9.1.2TXRF仪检测的其他元素的标定测试，应通过事先确定并存储于设备程序中的相对灵敏度因子RSF完成。RSF是X射线源、产生荧光9.2设备校准步骤a)全反射临界角的近似计算方法如公式(1)所示：b)也可根据对样品进行角扫描得到的曲线与图2中的曲线进行相似比较，根据被测样品中主要金属沾污类型设置临界角的25%～80%作为掠射角。50——蒸发镍盐溶液； 60.10KaLb10.060.040.020.000.0SKa2.04.06.08.010.09.2.5TXRF仪标定元素的荧光信号求积分并减去本底，获得净积分计数率，得到相应元素的面密度值。本底可由一个常规去卷积程序或一个适宜的线性程序扣除。10.1开启TXRF设备。a)X射线源的电压；b)X射线源的电流；10.4绘制测试样品的TXRF谱线。“u”上检测到的每种元素的面密度。7靶的X射线固定正电极，掠射角0.05°,积分时间300s。计算得到实验室内的平均值2.87×cm²,最大相对标准偏差44.6%。本方法的准确性没有绝对标准，因此偏差无法评估。精密度及偏差的参考资料见B.3。8(资料性)重复性和检出限A.1重复性和检出限的关系A.1.1在没有仪器峰相减的情况下，确定光子光谱检出限CL的共识方法见公式(A.1):在公式(A.1)中选择数字3,适用于严格的单侧高斯分布，满足99.6%的置信水平；但经验表明在低A.1.2对于短期测量，通常假设空白测量的标准偏差由光子的泊松统计量给出，并导出在技术文献中通常报道的检测极限方程式(A.2)。C=3(As×B)¹/2/Cm…………(A.2)这一检出限包括下述关键假定：空白测试的标准偏差仅由X射线光子的泊松统计给出，没有其他的可变性贡献对该项有意义。这一假定仅对于检出限的短期估计有效。A.1.3对于检出限的长期估计，空白测试的标准偏差不仅仅是泊松统计学的贡献，也可能来自于其他的可变性，如空白测试中对可变性的其他贡献可包括但不限于：掠射角校准和X射线束发散。因此长A.2比较数据组A.2.1比较数据组概述A.2.1.1在确定一个测量系统的操作条件时，可将参考样品的值与在测试设备上的测试值进行比较。A.2.1.2用于计算由TXRF测试的表面元素的数据组。A.2.1.3一个具有仲裁数据组(RDS)的标准样片，其中每一个数据点都是多次重复测试数据的平均A.2.1.4用于确定测试样片和被测系统之间参数，以及其差值的可接受程度由使用方之间协商确定。A.2.2.2在设备上测试该标准样片获得其样本数据组SDS。A.2.2.3RDS和SDS之间的数值差DDS,按公式(A.3)进行计算。9RDS—SDS=DDS…………(A.3)B.1方法补充e)气相分解(VPD)原子吸收光谱(AAS),其对表面金属检测范围为10⁸atoms/cm²~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10¹²atoms/cm²~属不能超过标定金属面密度的1%。N-RBS的测试是绝对测试，并且应在TXRF区域内进b)气相分解——采用气相分解-原子吸收光谱测定法(VPD/AAS)可对一个旋转涂敷制成的沾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B.3