使用安捷倫屏蔽炬系統(tǒng) (STS) 基本消除了可能存在的氬多原子離子干擾。與需要 500–550 W 等離子體功率的傳統(tǒng)冷等離子體條件不同,，Agilent 7500s 能夠在更高,、更穩(wěn)定的等離子體條件下運行，有效消除氬相關(guān)的多原子干擾,。這主要是由于 27.12 MHz 能產(chǎn)生溫度更高的等離子體,，更有效地促進樣品基質(zhì)解離，因此,，相對于低溫 40.68 MHz 發(fā)生器設(shè)計,，可獲得更高的靈敏度。此外,，STS 能高效地將等離子體電位降低到大約 1 eV ― 大大低于非屏蔽等離子體鎖定裝置系統(tǒng),。這樣能實現(xiàn)更好的離子聚焦并更有效地去除干擾，無需樣品預(yù)處理或復(fù)雜的掃描反應(yīng)/碰撞池技術(shù),。使用微流霧化器,、帕爾貼冷卻霧化室、寬徑炬管中心管和高效的 27 MHz 等離子體發(fā)生器可確保樣品基質(zhì)電離,，從而消除對分析穩(wěn)定性的擔(dān)憂,。此外，穩(wěn)定的 Omega II 離子透鏡系統(tǒng)的平坦質(zhì)量響應(yīng)曲線能夠使分析物離子有效傳輸?shù)剿臉O桿質(zhì)量過濾器,，在整個質(zhì)量數(shù)范圍內(nèi)具有相同的高靈敏度,。上述設(shè)計相結(jié)合，最大限度減少了富硅樣品基質(zhì)所產(chǎn)生的離子抑制效應(yīng),，無需再使用 MSA（標準加入法）,、基質(zhì)匹配或內(nèi)標（可能會對進行超痕量分析的樣品造成污染）。

方法樣品前處理將硅片置于潔凈的 PTFE 室中,，然后暴露于 HF 中以溶解 SiO2 表面層,。然后用 250 µL 提取液滴掃描晶圓表面。這一步可以手動完成,，也可使用自動化晶圓掃描儀完成,。提取液滴在晶圓表面上移動時將收集溶解的硅層物質(zhì)。然后將提取液滴從晶圓表面轉(zhuǎn)移到自動進樣器中,，通過 ICP-MS 進行分析,。本研究所用的校準空白和標樣為 0、100、250 和 500 ppt 的 5% HF 和 6%H2O2 溶液,。將高純硅在 HF 和過氧化物中清洗,，然后溶于 10 g HF(49%)、18 g H2O2 (30%) 和 72 g UPW 中,。注意,，硅中可能帶有少量金屬污染，其經(jīng)歷了從晶體生長到晶圓熱處理的所有制造過程,。該最終溶液含有 0.59 ppm Si（經(jīng)獨立驗證）,，作為合成的 SME 基質(zhì)用于測定加標回收率。使用合成基質(zhì)而不是實際 SME 液滴的原因在于,，在不稀釋樣品基質(zhì)的情況下對小樣品體積進行加標存在困難,。與簡單地加標 Si 標準溶液相比，這種樣品前處理方法提供了更嚴格的儀器性能測試,。

ICP-MS 分析采用配備屏蔽炬系統(tǒng)和微流霧化器的 Agilent 7500sICP-MS 進行分析,。以 20 μL/min 的速率自動提升樣品。儀器操作條件如表 1 所示,。

使用安捷倫的多重調(diào)諧 (Multi-tune) 軟件可實現(xiàn) STS 條件和軟提取模式間的自動切換,。多重調(diào)諧可在一次采集中完成數(shù)據(jù)采集，一個樣品瓶只需一次進樣,，從而能節(jié)省時間并減少潛在的樣品污染,。此外，所有結(jié)果數(shù)據(jù)都匯總在一份報告中,。操作模式之間切換的穩(wěn)定時間極短,，從軟提取切換至 STS 條件時僅需 20 秒。之前的研究已經(jīng)證明,，操作模式之間的切換具有長時間穩(wěn)定性,，在 8 小時內(nèi) RSD 可穩(wěn)定在約 3%[3]。

使用獲得的校準曲線來確定 3σ 檢測限,。分析含有 5%HF,、6% H2O2 和 0.59 ppm 硅（典型的天然氧化物層 ―SME 最常見的應(yīng)用）的合成 SME 樣品基質(zhì)，以評估由基質(zhì)引起的任何物理或光譜干擾的程度,。然后以 10 ppt的濃度向合成的 SME 基質(zhì)中加標多元素標準品,。分析加標和未加標的基質(zhì)液滴并計算加標回收率。

結(jié)果與討論表 2 中的結(jié)果顯示了校準基質(zhì)和模擬 SME 基質(zhì)中一組標準半導(dǎo)體元素的檢測限,。請注意,，即使對于 Ca、K和 Fe 等非常難分析的元素,，也獲得了出色的性能,。在校準基質(zhì)中觀察到痕量 Co,，這使得該元素的結(jié)果偏高；但只高出了 1.38 ppt,，仍然符合行業(yè)指南要求,。所有其他元素，包括高硅基質(zhì)中的 Co,，都獲得了亞 ppt 級檢測限,。此外還需注意，上述結(jié)果是在 20 µL/min 的樣品提升速率下得到的,，如果使用更常見的 100 µL/min微流霧化器,，檢測限將得到進一步改善,。代表性校準曲線如圖 1 所示,。

比較分別由校準基質(zhì)和 SME 合成基質(zhì)測得的檢測限，結(jié)果并無顯著差異,。上述結(jié)果表明,，屏蔽炬接口能有效去除基質(zhì)相關(guān)的多原子干擾，同時可有效電離高硅基質(zhì)中具有高電離勢的元素（例如 Zn）,。Howard 等人先前的報道進一步證實了屏蔽炬系統(tǒng)可有效去除基質(zhì)相關(guān)的干擾而不損失靈敏度,，在文章中作者展示了在含有 100、250,、500 和 1000 ppm 硅的 SME 基質(zhì)中加標 495 ppt 多元素時的定量回收率[4],。

如果 SME 樣品基質(zhì)導(dǎo)致等離子體電離能量損失，則將獲得較差的加標回收率結(jié)果,。具有高電離能的元素（例如 Zn）將表現(xiàn)出最大信號損失和低加標回收率,。表 3中的結(jié)果表明所有元素均獲得了出色的加標回收率，從而證明了 SME 樣品基質(zhì)造成的等離子體電離抑制可忽略不計,。定量回收率還表明不存在任何霧化或傳輸干擾,。注意：所有回收率均在不使用內(nèi)標的情況下測定，從而簡化了樣品前處理并消除了潛在的污染源,。

使用表 2 中列出的檢測限計算 450 mm 晶圓上表面金屬的相應(yīng)晶圓檢測限（原子/cm2）,。本研究采用的 SME-ICP-MS 技術(shù)的現(xiàn)有性能超出了 2009 年關(guān)于450 mm 晶圓表面污染所規(guī)定的要求。

結(jié)論SME-ICP-MS 技術(shù)為硅片表面的痕量金屬表征提供了一種靈敏且準確的方法,?？稍诓坏?20 分鐘的時間內(nèi)實現(xiàn)對硅片的前處理和分析，為生產(chǎn)質(zhì)量評估提供實時數(shù)據(jù),。使用 STS 條件可基本消除采用 ICP-MS 分析SME 液滴基質(zhì)時的潛在物理干擾,。將此功能與軟提取操作模式相結(jié)合，可使檢測能力超過國家技術(shù)路線圖2009 年針對 450 mm 晶圓所規(guī)定的要求,。