GB/T34504-2017
蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法
Measurementmethodforsurfacemetalcontaminationonsapphirepolishedsubstratewafer
- 中国标准分类号（CCS）H17
- 国际标准分类号（ICS）77.040
- 实施日期2018-05-01
- 文件格式PDF
- 文本页数12页
- 文件大小1.05M
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蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法
国家标准 GB/T34504一2017 蓝宝石抛光衬底片表面 残留金属元素测量方法 Measurementmethodforsurfaeemetalcontaminationonsapphire polishedsubstratewafer 2017-10-14发布 2018-05-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/34504一2017 蓝宝石抛光衬底片表面 残留金属元素测量方法 范围 本标准规定了蓝宝石抛光衬底片表面深度为5nm以内的残留金属元素的全反射X光荧光光谱测 试方法
本标准适用于蓝宝石抛光衬底片表面残留的、在元素周期表中l1(Na)92(U)号除去铝和氧)， 且面密度在10”atoms/em~10”atoms/em范围内元素的定量测量
其他用途蓝宝石抛光片表面残 留金属元素的测量可参照本标准执行
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GB/T89792008纯氨、高纯氮和超纯氮 GB/T14264半导体材料术语 GB500732013洁净厂房设计规范 术语定义和缩略语 GB/T14264界定的以及下列术语、定义和缩略语适用于本文件
3.1术语和定义 3.1.1 掠射角glaneingangle 全反射x光荧光光谱(TXRF)测试方法中X射线的人射角度
3.1.2 角扫描anglescan 作为掠射角函数,对发射的荧光信号的测量
3.1.3 临界角critiealangle 能产生全反射的最大角度,当掠射角小于这一角度时,被测表面发生对人射X射线的全反射
3.2缩略语 TXRF全反射x光荧光光谱(totalreflectionX-rayfluorescence) 方法原理 4.1TXRF的激发是以人射角小于0.1"的原级X射线掠射激发样品台上的样品
人射的X射线通过 样品表面发生全反射,由此激发出来的X射线荧光通过Si(Li)探测器进行探测,再通过光谱仪进行定 量分析
X射线的损耗波穿过样品表层呈指数递减,衰减强度与样品的表面粗糙度、总电子密度有关
GB/T34504一2017 本方法对蓝宝石抛光衬底片表面的探测深度取决于衰减强度,其指数衰减长度约为5nm. 4.2本方法的原理如图1所示
由X射线管产生的X射线,经单色仪转化为X单色光射向样品,人射 的X射线束中掠射角小于全反射临界角的射线发生全反射,Si(Li)探测器垂直位于样品反射体的上方， 可记录由样品发射出来的特征X射线
探测器的探头与样品反射体之间距离仅2mm5mm ,可保证 探测器有较大的立体角接收样品产生的特征X射线,同时又能阻止反射体边缘的多重散射光子进人探 测器
探测器接收光子后将光信号转为电脉冲信号,最后经过数据处理系统对残留金属元素进行分析
每台TXRF设备都提供了掠射角校准方法,TXRF设备生产厂商也提供了扣除逃逸峰的衰减程序,可 去除逃逸峰信号
计算机 单色仪 脉冲处理 扫描数 据系统 X射线发生器 探测器位于样品上方2mm~5mm 射线射 入口 探测器 样品的镜面抛光面 旋转靶材 样品台 掠射角0.05”~0.1 图1TXRF方法原理示意图 43用标定标准样品的方法获得这一标准样品上含量高于10'atomsGB/34504一2017 峰与和峰的重叠、能量增益的校准漂移X射线源的稳定性、设备的本底峰等
软件程序和计算的共同 干扰可通过比较数据系统进行估算,见A.2
6.2TXRF方法的干扰因素包括以下内容 掠射角计算的不准确,测量中将引人偏差; a b 掠射角的校准不能重复,否则测量时将引人变异性; 测试标准样品上已知元索与待测样品上元素所用的扫描角不同,将引人一个量值的偏差 c d 与杂质面密度对应的荧光探测信号非线性,将在高-总信号计数率条件下产生探测器的死 时间; 如果X射线束在蓝宝石抛光衬底片上发生衍射,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峰值,影响测试结果; 荧光曲线的平滑程度将影响测量数值的精确性; 相对灵敏度因子(RSF)偏差将引人测量的偏差
g 6.3检测环境和样品表面引起的干扰包括以下内容 TXRF设备主机台所处的高架地板如出现明显振动会影响探测器的能量分辨率和探测深度; b TXRF设备X射线靶材腔室的真空度变动会影响测量精度; TXRF设备主机台所在环境、样品载具,操作人员的手套洁净度不良等情况可能会导致样品在 放人机台前已造成污染; d TXRF设备主机台使用的氮气纯度应达到或优于GB/T89792008中高纯氮的标准,否则会 导致不纯物或污染物进人分析腔内污染样品 污染元素间存在能量重叠或干扰 e f 校准设备时样品洁净度不良会产生干扰; 如果样品表面不够平整、洁净、粗糙度Ra大于3nm,将导致探测能力下降、量值偏移和测量 8 变异性增加; h 在校准样品中元素面密度的量值偏差将会引起TXRF法测量面密度的偏差
测试环境 除另有规定外,测试环境应满足下列要求 测试设备的安装区域洁净度应达到或优于GB500732013中5级 a b 磁场环境;频率在20Hz50Hz之间时受到的磁感应强度应小于0.01T; 温度范围为10C25C,且1个月内温度变化量不大于10C; c d 相对湿度不大于70%无冷凝),且1个月内湿度变化量不大于10%
校准 8.1采用表面镀铝、镍、钼元素的硅片作为标准样品
8.2选择在与测试样品相同的X射线源电压、电流和掠射角的条件下测量标定元素的TXRF光谱
8.3通过标定元素所测得的射线谱计算其测试所需的临界角,其计算方法按式(1)进行 12.396 180
=1.64×× ×10× 式中: 中 全反射的临界角,单位为度(); -测试样片的密度,单位为克每立方厘米(g/cm');
GB/T34504一2017 E -X射线的能量,单位为千电子伏特(keV). 8.4没有测试到元素沾污的一个蓝宝石抛光衬底片作为一个空白,每一个没有测到特别关注的元素的 一系列抛光衬底片组成了一系列特定元素的空白
对所有关注的元素,在测试样品的试验条件下,用 TXRF法对衬底片同一点进行3次测量,验证没有设备的本底信号则形成它们共同的空白
图2中显 示了所有元素的空白(除硫元素外)示例
25000 16 1T5 12 20 10 能量(keV 蓝宝石抛光衬底片的空白(除硫以外)光谱,测试设备;TxRF3760;测试电压;35keV;测试电流;255mA 掠射角:0.05°;靶材旋转时间:500s;单色仪型号:LiF(200)
图2空白(除硫元素外)示例 8.5TXRF设备对标定元素的荧光信号求积分并且减去本底,获得净积分计数率,得到相应元素的面 密度值
本底可由一个常规的去卷积程序或一个适宜的线性程序扣除
8.6为了标定校准元素的面密度值,应使用供需双方协议认可的其他标定测量方法
标定校准元素应 有一适当的可分析方法确定被标定元素的面密度
附录B中B2给出了几种适宜的标定校准元素值的 方法
9 测试步骤 g.1检查氮气、压缩空气、冷却水、温度、洁净房等是否达到设备运行开机标准
g.2开启TXRF设备
9.3将样品盒放人设备中
g.4设定并记录样品测量的分析条件 X射线源的电压; a X射线源的电流; b 选择样品尺寸; e d 掠射角 积分时间; f X射线能量源 选取测试点;在蓝宝石抛光衬底片中心取一点(0,0),另在以抛光衬底片半径R的1/2为半径 8 的圆环上取4点(如图3所示),对选取的各点分别连续测试3次并记录其结果
GB/34504一2017 R/2 图3蓝宝石抛光衬底片测试点示意图 9.5测试样品的TXRF光谱
g.6对探测到的元素峰值计算净积分计数率
9.7使用特定校准元素的标准样品数据和其他元素的RSF,根据式(2)计算测试样品上探测到的每种 元素的面密度: 2 D= wm)×CPS,-×A F)x(Ts. 式中 测试样品u上元素“m”的面密度,单位为原子数每平方厘米(atos/em)3 Dm F -校准元素“”相对于元素“m”的相对灵敏度因子(RSF) s.,m CPS 在测试样品u上探测到的元素“m”的积分计数率; CPs 标准样品上校准元素“”的积分计数率; 校准元素“”的面密度,单位为原子数每平方厘米(atoms/cem='). A 10测试结果的计算 各点平均表面金属残留的各种元素含量按式(3)进行计算 ，-习D 式中 N 测试点的某个残留元素的平均含量,单位为原子数每平方厘米(atomms/em'): 该点不同测试次数时的同一残留元素的含量,单位为原子数每平方厘米(atoms/em'). D 精密度 1.1重复性 mm蓝 重复性测量是在先经过标准样品对设备进行校准后,在同一台测试设备上对C向直径100" 宝石抛光衬底片进行测试,选取坐标为(0,0)点,对同一坐标连续测试3次,记录每次测量的数据读数， 分别计算其平均值和标准偏差,根据测试数据计算得到相对标准偏差小于10%
GB/T34504一2017 11.2允许差 选取同一片C向直径100mm蓝宝石抛光衬底片,在2个实验室间分别对同一坐标点进行3次测 量,2个实验室之间测试结果允许差不大于15%
2试验报告 试验报告应包括如下内容 a 测试样品信息; b 标准样品信息; 设备类型,包括型号和生产厂家; c d 软件版本(类型); 阳极材料; e 单色仪; 晶体晶向,指人射x射线束对应的测试样品晶向; g h测试结果; 操作人员及测试时间
GB/34504一2017 附 录 A 规范性附录 重复性和探测极限 A.1重复性和探测极限的关系 A.1.1在没有设备峰值的时候,光子光谱仪中探测极限C由式(A.1)给出: C，=3sh/S A.1 式中 空白测量的标准偏差; 灵敏度
对一个严格单边的高斯分布取99.6%的置信水平,公式(A.l)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
A.1.2对短期测量,通常假定空白测量的标准偏差是由泊松光子统计学给出,并导出了在文献中通常 报道的探测极限的式(A.2). (A.2 C=3(参考面密度×本底计数)/净信号 这一探测极限包括下述关键假定;空白测量的标准偏差仅由X射线泊松光子统计给出,没有其他 的可变性贡献对该项有意义
这一假定仅对于探测极限的短期估计是正确的
A.1.3对于探测极限的长期估计,空白测量的标准偏差被认为有来自于其他的可变性,而不仅仅是泊 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,在空白测量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
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 设备上人为生成物而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 的测量数据来监控可能来自于设备软件和计算的干扰
TXRF用于计算表面元素沾污使用的数据组 A.2.1.2 A.2.1.3 一个具有仲裁数据系统(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
在设备上测量人造物,并对照测量抽样数据组的结果比较其RDs
在这数据组里差是计算得 到的
使用人造物与系统间测量一致的参数，一致的可接受水平由使用者双方协商取得一致意见
A.2.1.4 A.2.2测试方法概述 .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 在设备上测量参考片获得样品数据系统SDs
A.2.2.2 A.2.2.3两数相减获得两个不同的数据系统的数值差DDS,如式(A.3)所示
RDS一SDS=DDS A.3
GB/T34504一2017 式中 DDs 在测量数据和仲裁数据间的测量差值
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DDSs中最大的绝对值
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如果测试的最大差值小于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,例如,可比较DDS的元素值连同统计量(平均值
等)的各个元素的 柱状图
这些量可描述应用特定的极限或用于提供差值的来源和种类
GB/34504一2017 附录B 资料性附录) TxRr与不同表面金属测试方法的比较及标准样品的标定 B.1表面金属测试方法 B.1.1化学分析电子能谱,其元素的表面面密度检测限为10 ato1ms/cm
B.1.2俄歇电子能谱,其表面面密度测定限为10'atoms/enm" B.1.3氮-束卢瑟福背散射谱,对某些元素的检测限为1o"atoms/cm',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,其检测范围为(10s一10)atoms/cm,但对原子序 数在22 一30的钛和锌之间的过渡元素不能提供足够的探测极限,且方法是破坏性的
B.1.5 10)atoms/cm',但是没 气相分解(VPD)原子服收光请(AAs),其表面金属检测范围为(do" 有有效空间信息,并且分析时间比TXRF长,该方法也是破坏性的
B.2标准样品的标定 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(10210)atoms/enm 从 标定标准得到的K-u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 源;首选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 元素是镍或钮
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标准样品的标定应有一适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氮束-卢瑟福背散射光谱(N-RBS);使用这一方法,在士5原子质量单位范围内任何其他金属 不能超过标定金属面密度的1%
N-RBS的测量是绝对测量,并且应在TXRF区域内进行
其他的背 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)和重离子背散射光谱 HBS) B.2.2.2气相分解:采用气相分解-原子吸收光谱测定法(VPD/AAs)可对一个旋转涂敕制成的沾污进 行标定
VPD/AAs测量方法是破坏性的
由TXRF或sIMs图的方法显示的沾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谐的标准,本方法的精度主要源于VPD元素回收率
B,2.2.3注人;将参比元素离子注人到一个预先存在的无定型硅的表面,用固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,应用离子注人流确定的离子剂量可完成面密度的量化定标
B.3ASTM标准中的精密度及偏差 B.3.1 精密度 B.3.1.1精密度,使用单色TXRF设备通过两次循环测量得到评估
atoms/cm? B.3.1.2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、镍、铜、锌在10 0”atoms/cm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
GB/T34504一2017 4天测量
测量条件是钨钯的X射线旋转正电极
LiF200单色仪(选择9.67keV线)30kV,200 mA， 0.05"掠射角,l.33Pa真空环境,l0mm直径的分析区域,1000、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 对标准偏差10%的2.8倍
B.3.1.3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镍沾污在10'atoms/em'10”atoms/ /em'
17个机构参与了评估
每 个实验室测量样品若干天
测量条件是钨钯的X射线旋转正电极
LiF200单色仪(选择9.67keV或 更高线)30kV,200mA或更高,0.1"的掠射角,10mm直径的分析区域,l000s的积分时间
95%置信 atoms/em 度,在平均15×10”atoms/cm下,实验室间精度士8×10”atoms/em=,在平均45×10" 下,实验室间精度士20×10”atoms/cm'
B.3.1.4除了在B.3.1.2,B.3.1.3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 本方法的偏差无法评估,因为本方法没有绝对标准
B.4 安全 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 直接照射,并保护眼睛免受二次散射的辐照
推荐使用底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计数器定期检查手和身体部位的辐射剂量
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(3.223×10-'c/kg){相当 于0.6mR/h[1.53×10-c/(kgh)]),这是在CodeofFederalRegulations，Title10,Part20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(4.853×10-c/kg){相当于 9.3mR/h[2.43×10-"c/(kgh)])
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
本标准不打算涉及安全问题,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
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蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法GB/T34504-2017
1. 引言
蓝宝石是一种典型的透明大气压硬质材料，具有优异的物理、化学性质和广泛的应用领域。在蓝宝石制备过程中，为了保证其质量，需要对蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素进行测量。本文将介绍GB/T34504-2017标准中的测量方法。
2. 概述
GB/T34504-2017标准主要针对蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素的测量方法进行规定。该方法包括样品的制备、仪器的选择和使用等环节，通过对样品进行前处理和检测分析，可以准确、可靠地测量蓝宝石抛光衬底片表面的金属元素含量。
3. 测量方法
（1）样品制备
将待测样品进行必要的清洗、去污处理后，将其切割成适当大小的样品块。
（2）前处理
将经过样品制备的样品，按照相关标准操作，进行消解或溶解等操作，以提取出目标金属元素，并转化为易于检测的形式。
（3）检测分析
根据具体情况，选择适当的检测方法，如ICP-MS、AAS等，对前处理后的样品进行检测分析，得到目标金属元素的含量信息。
4. 结论
GB/T34504-2017标准中的蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法是一种准确、可靠的测量方法，具有重要的应用价值。通过该方法可以测定蓝宝石抛光衬底片表面金属元素含量，为蓝宝石制备过程中的质量控制提供科学依据。
