Niedrigenergie-XRF (LE-XRF) in der Halbleitermesstechnik mit dem Sigray AttoMap-System Teil 1 – Vorstellung des Systems
Die Mikroröntgenfluoreszenz (µXRF) hat sich in der Halbleiterindustrie als unschätzbar wertvolle Analysetechnik erwiesen, da sie eine zerstörungsfreie Elementaranalyse mit hoher Empfindlichkeit für Dotierstoffe und dünne Filmdicken ermöglicht. µXRF wird üblicherweise bei hohen Röntgenenergien (>5 keV) durchgeführt und gilt als Messsystem für Elemente mit hoher Ordnungszahl (hoher Z). Häufig wird jedoch übersehen, dass die µXRF bei niedrigeren Röntgenenergien noch leistungsfähiger ist. In diesem Artikel stellen wir einige Anwendungsbeispiele des AttoMap-Systems bei niedrigen Energien für kritische Anwendungen in der Halbleitermesstechnik vor.
Übersicht über das AttoMap-310
Die Durchführung von µXRF bei niedrigen Röntgenenergien bietet gegenüber konventioneller µXRF bei höheren Energien erhebliche Vorteile, darunter eine um Größenordnungen höhere Empfindlichkeit gegenüber Elementen mit niedrigem Z-Wert und sogar eine deutlich verbesserte Empfindlichkeit und kürzere Erfassungszeit für die niedrigere Energie (L- und M-Linien) von Elementen mit hohem Z-Wert, da die Röntgenoptik mit dem Quadrat der Wellenlänge zunimmt. Trotz der zahlreichen Vorteile ist der größte Engpass bei µXRF mit niedriger Energie die geringe Helligkeit von Röntgenquellen, die Röntgenstrahlen mit niedriger Energie erzeugen, sowie die erheblichen Herausforderungen bei der Herstellung von Röntgenoptiken für niedrigere Energien. Das AttoMap-310 verwendet Sigrays patentiertes Röntgenquellendesign, das aktiv gekühlten Diamanten verwendet, um eine hohe Leistungsbelastung zu erreichen, und seine hocheffiziente axialsymmetrische Röntgenoptik. Das System wurde von der Halbleiterindustrie [1] rasch für eine breite Palette von Anwendungen zur Elementanalyse übernommen, darunter:
- Aluminium, zur Austrittsarbeitseinstellung in Transistoren
- Fluor, ein Rückstand aus der Verarbeitung (z. B. Ätzen)
- Germanium, das in SiGe-Strukturen für Gate-All-Around-Anwendungen und als metrologischer Endpunkt für Ätzen verwendet wirdMolybdännitrid, das häufig als Dünnschicht in Gate-Elektroden und in Speicheranwendungen verwendet wird
- Weitere Anwendungen umfassen Bor, Titannitrid, Sauerstoff und Zirkoniumoxid.
Weitere Anwendungen umfassen Bor, Titannitrid, Sauerstoff und Zirkoniumoxid.
AttoMap-310 Mikro-Röntgenfluoreszenzmikroskop (µXRF):
Sigrays AttoMap-310 µXRF ermöglicht eine schnelle Analyse sowohl von Elementen mit niedriger Ordnungszahl (niedriger Z) bis hinunter zu Bor (B) als auch von Fluoreszenzlinien mit niedriger Energie (z. B. L- und M-Linien) von Elementen mit hoher Ordnungszahl. Seine beispiellose Leistung wird durch mehrere wichtigen Innovationen bei kritischen Röntgenkomponenten ermöglicht, darunter:
- Patentierte Röntgenquelle mit mehreren Targets
Sigrays Röntgenquelle ermöglicht es Anwendern, bis zu fünf verschiedene Röntgenzielmaterialien auszuwählen, um die einfallende Röntgenenergie abzustimmen und so die Empfindlichkeit um bis zu zwei bis drei Größenordnungen zu maximieren. Zu den Targets gehören Sigrays patentierte keramische Röntgenquellentargets, die im Vergleich zu herkömmlichen Röntgentargetmaterialien wie Aluminium eine wesentlich höhere Leistungsbelastung und höhere Helligkeit bieten. Besonders vorteilhafte Targets für Halbleiteranwendungen sind Sigrays SiC-Röntgentargets, die eine ultrahelle Si-Linie erzeugen, die eine Anregung der Si-Fluoreszenz des Substrats/Wafer vermeidet, und ein Calcium-basiertes Target für hocheffiziente Sn/Ag-Verhältnismessungen. Andere Targets sind Au, Cr, Cu usw. - Proprietäre Röntgenoptik
Im Gegensatz zu herkömmlichen µXRF-Systemen, die Polykapillaroptiken verwenden, nutzt das AttoMap-310 Sigrays proprietäre axialsymmetrische Röntgenoptik. Diese Optik bietet eine höhere Leistung bei niedrigen Röntgenenergien und kann so ausgelegt werden, dass sie >99% eines Röntgenstrahls innerhalb eines 40 µm Testfeldes liefert (oder auf einen kleinen 3-5 µm achromatischen Röntgenfleck fokussiert). Die Sigray-Optik ermöglicht es auch, den Detektor viel näher an der Probe zu platzieren als Polykapillaroptiken, wodurch eine viel größere Fluoreszenzdetektion erreicht wird. - Goniometer Tisch (θ-2θ)
Der Probentisch und die SDD des AttoMap-310 können gedreht werden, um nahezu streifende Einfallswinkel auf die Proben zu erreichen und so die Empfindlichkeit von Röntgenstrahlen mit niedriger Energie zu maximieren. Rotationswinkel können auch angepasst werden, um Beugungsspitzen in Si-Wafer zu entfernen. - Vakuumgehäuse
Der AttoMap-310 arbeitet mit einer Vakuumkammer, die <10E-5 Torr erreicht und so konzipiert wurde, dass auf Anfrage von Halbleiterkunden ultraniedrige Konzentrationen von Kohlenstoff und Sauerstoff möglich sind.
Im nächsten Teil unserer Serie über Niedrigenergie-Röntgenfluoreszenz (LE-Röntgenfluoreszenz) in der Halbleitermesstechnik stellen wir erste Messergebnisse für Aluminium-, Fluor-, Germanium- und Molybdän-Nitrid-Proben vor.
