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CSI-ICPMS/MS

CSI-ICPMS/MS电子级化学品在线监测系统

随着IC制程工艺的发展,工艺中所用的各种高纯试剂的污染水平控制也越来越严格,污染金属元素容许水平从传统的亚ppb级别发展到直至目前主流的小于10ppt级别,进一步将要求达到小于5ppt级别。

 

半导体高纯化学品连续监测系统CSI(Continuous Chemical Sampling Inspection)是日本埃耶士株式会社(IAS Inc.)专利的用于半导体行业制程中所用高纯试剂污染水平监控的机台,采用ICPMS/MS作为系统联用检测器,可以智能连续监测高纯试剂以及混合化学溶液中的单个纳克/升(ppt)量级超痕量金属非金属元素污染。当采用ICPMS/MS作为系统联用检测器时其性能甚至可以监测亚ppt量级的污染元素。

 

目前半导体工艺常用的污染监测方法是由人工采样至样品瓶中,再携带至实验室分析。为了实现ppt级别污染物控制,尤其是Na, K, Ca, Mg, Fe, Al, Cu, Zn等半导体关键元素的检测,越来越前沿的分析技术被广泛采用,尤其是ICPMS/MS技术。虽然ICPMS/MS技术在理论上已经到达单个ppt甚至亚ppt量级的检测能力,但是,由于操作者本身就是Na, Ca, Fe等污染元素的重要来源,分析流程中使用的各种器皿更是直接的污染元素来源,导致手工方法监控高纯试剂中单个ppt量级污染元素成为极其困难的任务,对于操作者的手工取样,样品制备等经验要求极高。而在更大的挑战在于定量分析工作曲线的制备,检测目标元素的浓度只有落在工作曲线范围内才是可靠的,手工准确配制单个ppt量级的标准曲线溶液基本上是个不可能完成的任务。手工取样分析不仅危险性高,准确性和重现差,而且速度慢。当出现可疑数据时重新取样更是费时费力,很难及时的找出污染源,而在这个耗费的时间过程中间,工艺流水线上就可能已产生许多缺陷产品。

 

 

如上图所示:

  1. CSI系统首先是一个可靠的无污染的定制化取样管道设计,IAS技术专家与客户共同根据FAB现场情况设计和优化高纯试剂的取样点位和取样阀箱,取样管道采用高纯PFA无污染材料并经过严格的高纯处理。典型的取样位点包含槽车、试剂存储罐、试剂混合罐和晶圆清洗槽等等。
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  3. 根据试剂的类型以及污染控制水平,响应速度,试剂消耗等要求的不同,各个取样点的样品传输模式有液态连续传输、气溶胶传输、混合模式传输以及氮气冲压液态间断传输等多种选择。
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  5. CSI系统同时又是与ICPMS或ICPMS/MS的智能联机系统,按程序控制各个位点的样品到达CSI中央取样柜后,根据样品类型不同CSI可控制ICPMS或ICPMS/MS智能地选择不同的操作流程和操作参数,并自动进行MSA工作曲线分析以及系统质控分析等多种智能步骤,保证所获得数据的可靠性。MSA工作曲线完全补偿了不同类型样品间的基体差异,而且可在实际样品中获得单个ppt级别的工作曲线点,保证ppt甚至亚ppt量级污染物测定的准确性。如下图为CSI系统在超高纯38%双氧水分析中获得的单个ppt量级实际工作曲线以及背景等效浓度:

 

  1. CSI系统的管路设计确保避免任何潜在的外来污染以及样品间的交叉污染,样品流经的管路确保不接触任何泵或六通阀等部件,从而获得ppt甚至亚ppt量级的可靠检测能力。传统进样技术采用的泵或六通阀等存在一定的死体积,运动部件的故障率较高,记忆效应较大,而且存在较大的样品交叉污染风险。
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  3. CSI系统还包含OIS智能控制与中央通讯软件系统,不仅智能控制取样点,传输和中央取样柜等操作,同步控制ICPMS或ICPMS/MS的智能分析操作,而且对于数据结果进行质量控制操作,对于异常的结果进行报警提醒并采取响应的对应步骤。更进一步,CSI的数据通过半导体标准通讯协议(SECS)将数据上传至CIM-HOST,与客户的中央数据集成以及控制反馈等完全同步,从而实现真正的无人值守操作。

 

 

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