Charakterisierung des TXRF Spektrometers Atomika 8300W zur Messung von Oberflächenkontaminationen auf Siliziumwafern

Abstract

Die Methode der Totalreflexionsröntgenfluoreszenzanalyse (kurz: TXRF) ist ein weithin anerkanntes und leistungsstarkes Verfahren zur Analyse der Oberflächenkontamination von Siliziumwafern. Da eine möglichst genaue Kenntnis über den Verunreinigungsgrad der Oberfläche von Siliziumwafern für die Halbleiterindustrie sehr wichtig ist, gibt es eine Vielzahl von automatisierten Analysegeräten, die auf Basis der TXRF arbeiten. Das Spektrometer 8300W der Firma ATOMIKA ist so eine Anlage. Im Zuge dieser Arbeit wurde das Spektrometer von seinem bisherigen Standort in ein anderes Labor gebracht, wo es unter einer Flow Hood wieder aufgebaut wurde, um einen Betrieb unter Reinraumbedingungen zu ermöglichen. Nach erfolgtem Umzug sollte das Spektrometer wieder in Betrieb genommen und für Routinemessungen vorbereitet werden. Dazu wurde das automatische Waferladesystem auf seine Funktionstüchtigkeit überprüft und diverse kleinere Probleme behoben. Weiters wurde eine Strategie entwickelt, die die automatische Messung von Siliziumwafern mit einem Durchmesser von 300mm mit dem Spektrometer erlaubt, was in der ursprünglichen Konfiguration der Anlage nicht möglich war. Der Lithium-Drift-Detektor der Anlage wurde mit Hilfe einer F e − 55 Quelle neu kalibriert und dessen Energieauflösung untersucht. Es wurde die Position der Röntgenröhre und die Position, sowie die Ausrichtung des Multilayers, zunächst für die bereits eingebaute Molybdän Röntgenröhre, als auch für die später eingebaute Wolfram Röntgenröhre justiert, um die Intensität der Fluoreszenzstrahlung, die vom Detektor gemessen wird, zu maximieren. Um die Quantifizierung von unbekannten Proben hinsichtlich der enthaltenen Massen zu ermöglichen wurden zwei neue Referenzwafer hergestellt. Dazu wurde ein flüssiger Nickel Standard entsprechend verdünnt und eine möglichst genau definierte Menge an Nickel auf einen gereinigten Wafer aufgebracht. Die Genauigkeit der automatischen Auswertung durch die Software des Spektrometers wurde mit Hilfe von Multielementstandards überprüft. Die, auf wenige Elemente limitierte, Fähigkeit des Spektrometers Leerwertkorrekturen durchzuführen wurde genauer untersucht und es konnte ein Weg gefunden werden, um weitere Elemente in der Korrektur zu inkludieren. Da die zur Verfügung stehende Dokumentation zu der Bedienung des Spektrometer nicht sehr ausführlich war wurde eine Bedienungsanleitung basierend auf den Erfahrungen, die im Zuge dieser Arbeit gesammelt wurden, erstellt. Zusammenfassend kann man feststellen, dass die volle Funktionsfähigkeit des Spektrometers nach dem Transfer wieder hergestellt, überprüft und validiert wurde. Die Arbeit wurde als Poster auf der TXRF Conference 2017 in Brescia der Fachcommunity vorgestellt.

Total reflection x-ray fluorescence analysis (TXRF) is a widely accepted and powerful method for analyzing the surface contamination of silicon wafers. Since detailed knowled- ge of the surface contamination of silicon wafers is very important for the semi conductor industry a variety of fully automated spectrometers that work on the basis of TXRF are available. The spectrometer 8300W is such a device,built by the company ATOMIKA. As part of this project the spectrometer had to be moved from its previous location into a new laboratory so that it could be placed under a flow hood to enable it to operate in a clean room environment. After the successful transfer it was the goal of the project to bring the spectrometer back into a state of regular operation. To accomplish this goal the operation of the automatic wafer loading system was tested and some minor problems were fixed. Furthermore a strategy for automatically loading wafers with a diameter of 300mm was developed, which was not possible in the original configuration of the spectrometer. The lithium-drift-detector of the spectrometer was re calibrated using a F e − 55 radiation source and its energy resolution was tested. The position of the x-ray tube as well as the multi layer monochromator were adjusted, so that the fluorescence radiation detected by the system could be optimized. This was done for the already installed Mo x-ray tube as well as the W tube by which it was later replaced. To make the quantification of unknown masses possible two new reference wafers were prepared. This was done by contaminating a cleaned wafer with a known volume of a diluted fluid Ni standard material. The accuracy of the automatic quantification process was tested using multi element standards. The ability of the spectrometer to perform blank value corrections was analyzed. Since this ability was restricted to only three elements by default a way to apply it to other elements had to be found. As the available documentation of the operation of the spectrometer was rather limited a new manual, based on the experience collected over the course of this project, was created. The full functionality of the spectrometer was restored, tested and validated after the transfer. This project was presented as a poster at the TXRF conference 2017 in Brescia.