激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)系統(tǒng)在進(jìn)行元素分析的時(shí)候，需要樣品量極少，對(duì)樣品的破壞性?。粠缀醪恍枰獦悠分苽?；可以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)在線分析。
背景
隨著我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，大型化、高速化、智能化、連續(xù)化將成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，這要求我們?cè)谏a(chǎn)前做好充分的準(zhǔn)備。就比如硅晶片進(jìn)行生產(chǎn)鍍膜刻蝕之前，硅晶片上往往會(huì)有一些污染物的殘留，這時(shí)，應(yīng)使用相對(duì)應(yīng)的清洗劑來(lái)對(duì)硅晶片進(jìn)行清洗。那么， 如何選擇合適的清洗劑呢？這就需要知道其硅晶片表面的污染物成分。而傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)大多都需要進(jìn)行復(fù)雜的樣品制備或?qū)悠吩斐蓸O大的破壞且檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。有沒(méi)有一種技術(shù)，可以快速簡(jiǎn)便地進(jìn)行檢測(cè)，并盡量少地破壞樣品呢？
激光誘導(dǎo)透蝕光譜技術(shù)（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，簡(jiǎn)稱 LIBS）是一種利用原子發(fā)射光譜來(lái)分析物質(zhì)元素組成及其含量的技術(shù)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)系統(tǒng)在進(jìn)行元素分析的時(shí)候，需要樣品量極少，對(duì)樣品的破壞性??；幾乎不需要樣品制備；可以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)在線分析。
海洋光學(xué)MX2500+八通道光譜儀
一體化激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀—ACCULIBS 2500
首先，我們將硅晶片放入樣品倉(cāng)樣品臺(tái)上。Nd:YAG脈沖激光器輸出的脈沖光束經(jīng)聚焦透鏡聚焦到硅晶片表面污漬處，在樣品表面形成高溫高電子密度的等離子體的火花，并發(fā)射出包含原子和離子特征譜線的光譜，將等離子體光譜通過(guò)光纖導(dǎo)入到MX2500+八通道光譜儀平臺(tái)中進(jìn)行信號(hào)處理，并使用海洋光學(xué)LIBS光譜儀軟件進(jìn)行污漬元素成分分析。
樣本準(zhǔn)備
本次樣品為25x25mm的硅晶片，使用海洋光學(xué)LIBS系統(tǒng)進(jìn)行其表面污染物的檢測(cè)。其表面污染物主要為有機(jī)光刻膠質(zhì)及未知成分的小顆粒污染物（厚度為幾十nm、直徑為幾百μm左右）。另外，本次采樣點(diǎn)選取隨機(jī)的表面污染物顆粒點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。
結(jié)論分析—光刻膠污染：
樣品表面污染物會(huì)隨著激光逐層的剝蝕效應(yīng)，其元素被激發(fā)出的元素發(fā)射光譜信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯的減弱趨勢(shì)，并在最初的幾次激發(fā)后譜峰消失。有機(jī)光刻膠含C元素，如樣品光譜中出現(xiàn)C元素原子譜線，且C元素峰的強(qiáng)度會(huì)隨著后續(xù)脈沖次數(shù)的增加而減少，我們會(huì)懷疑樣品有光刻膠污染。我們分析了單個(gè)樣品在隨機(jī)兩處采樣點(diǎn)光譜的247.85nm位置，可發(fā)現(xiàn)疑似C元素的原子譜線，經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)譜線強(qiáng)度隨著后續(xù)脈沖次數(shù)的增加逐次減弱之后消失。在另外一個(gè)采樣點(diǎn)上也發(fā)現(xiàn)了相同的現(xiàn)象。
由于本次測(cè)試未安裝氣體掃吹系統(tǒng)，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，空氣中的元素會(huì)造成干擾，為了排除其影響，我們觀察了O、N兩種空氣中常量元素的發(fā)射峰后，可發(fā)現(xiàn)元素峰強(qiáng)度隨機(jī)波動(dòng)且始終存在，因此可判定，247.85nm處的疑似C元素發(fā)射峰并非空氣中的元素干擾。
由于LIBS技術(shù)原理影響，單次激發(fā)的光譜信號(hào)穩(wěn)定性有限，為了排除由于樣品本身或采樣系統(tǒng)的影響，我們分析了樣品光譜儀的基底Si元素譜線的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)Si元素的譜峰在第一次激發(fā)光譜中較弱，而后較強(qiáng)且持續(xù)存在。同時(shí)，我們測(cè)試了已知無(wú)光刻膠污染的同批次樣品，并未在247.85nm處發(fā)現(xiàn)元素譜峰，因此我們認(rèn)為此樣品含有有機(jī)光刻膠污染情況。
結(jié)論分析—金屬污染：
同C元素一樣，我們分析了9號(hào)樣品表面的疑似金屬污染位置，并分析了激發(fā)光譜，通過(guò)軟件進(jìn)行快速元素輔助分析，在230.6nm處、325.6nm和325.85nm處，以及余下九處發(fā)現(xiàn)同一元素的原子譜線峰，通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)原子光譜，我們發(fā)現(xiàn)這些譜線峰皆符合某種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)原子發(fā)射譜線。且其變化趨勢(shì)均為隨著后續(xù)脈沖次數(shù)的增加而逐次減弱并消失。為了區(qū)分是否為表面污染物，我們并分析了樣品基底的Si元素峰，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度均為由弱至強(qiáng)，而后每次激發(fā)強(qiáng)度變化較小。對(duì)比空白樣品，并未發(fā)現(xiàn)在如上的9個(gè)波長(zhǎng)位置有光譜發(fā)射峰。由此推斷檢測(cè)采樣處的顆粒污染物為含某元素的金屬顆粒。（注：光譜上同顏色的光譜顯示的是同一次激發(fā)的結(jié)果）。