用于检测抛光液中的金属杂质的方法与流程

1.本发明涉及金属含量检测技术领域，尤其涉及一种用于检测抛光液中的金属杂质的方法。


背景技术：

2.相关硅片的制程工艺中，化学机械抛光是在加压状态下，通过上下定盘使wafer(晶圆)和pad(定盘)间发生相对速度的摩擦，产生mechanical(机械)反应，与此同时，在机械反应期间，持续性的供给slurry(砂浆，或抛光液)，slurry和wafer界面发生chemical(化学)反应，在这两种反应的相互作用下，实现细微研磨，是获得高平坦度、高洁净度硅片的关键步骤。目前，化学机械抛光过程中使用的slurry浆料的成分一般都包含二氧化硅，氧化铝，聚合物，络合剂，分散剂，diw等，若过程中使用的设备或加工浆料纯度不够，含有金属杂质，这些杂质便会在加工过程中吸附在硅片表面或在高温条件下渗入至硅片体内，吸附在硅片表面的金属可以通过后续的清洗工艺去除，而体金属在后续加工过程中很难再去除，从而会对后端制程产生较大影响。因此，为了避免在机械抛光过程中造成金属污染，保证机械抛光过程中使用的slurry浆料的纯度尤为重要。
3.slurry浆料中含有固体的二氧化硅、氧化铝颗粒，聚合物等，聚合物是以胶束结构的形式存在的，无法以水溶液的气溶胶的形式进入等离子体中心区进行去离子化、气化、解离和电离，从而无法通过icp-ms分析法对其进行检测分析。因此，无法对硅片化学机械抛光过程中使用到的slurry进行金属杂质的定性和定量分析。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于检测抛光液中的金属杂质的方法，解决无法对抛光液中的金属进行分析的问题。
5.为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种用于检测抛光液中的金属杂质的方法，包括以下步骤：
6.步骤1：向容纳有第一容量v1的抛光液的第一容器中，加入第二容量的硝酸水溶液，其中，所述抛光液中包含高分子聚合物胶束和sio2颗粒；
7.步骤2：将所述第一容器放入容纳有超纯水的第二容器中，进行超声处理和加热处理，使得所述抛光液和所述硝酸水溶液充分混合，以将所述抛光液中与高分子聚合物通过配位或者共价键作用结合的金属离子释放，并获得第一溶液；
8.步骤3：将所述第一溶液真空抽滤，获得不含固体sio2颗粒的第二溶液；
9.步骤4：将所述第二溶液静置分离，获得仅溶解有金属离子的第三溶液，第三溶液的容量为v2，；
10.步骤4：将所述第三溶液采用icp/ms分析法进行分析测试，获得所述第三溶液中的金属离子的第一浓度n1；
11.步骤5：根据以下公式获得所述抛光液中的金属离子的浓度n2：
12.n2＝n1*v2/v1。
13.可选的，所述硝酸水溶液的成分包括硝酸和超纯水，其中，硝酸的浓度为1％-10％。
14.可选的，所述硝酸水溶液中硝酸的浓度为5％。
15.可选的，所述步骤2中：
16.所述第二容器的底部或侧壁设置有超声结构，通过所述超声结构对所述混合溶液进行超声处理；
17.在进行超声处理的过程中，对所述第二容器进行加热，升温到50-100度，并保持预设时间。
18.可选的，所述步骤“在进行超声处理的过程中，对所述第二容器进行加热，升温到50-100度，并保持预设时间”，中，超声频率为20-60hz，超声功率为200-240w，所述预设时间为5-10分钟。
19.可选的，所述步骤4中，通过分液漏斗将所述第二溶液静置分离，溶解有金属离子的第三溶液下沉，并从所述分液漏斗底部的液体出口排出。
20.可选的，所述分液漏斗采用pfa材质制成。
21.可选的，所述第一容器、所述第二容器采用pfa材质制成。
22.可选的，在通风橱中执行所述步骤1-步骤5，以检测抛光液中的金属杂质含量，在执行所述步骤1-步骤5的过程中，持续向所通风橱中通入惰性气体。
23.本发明的有益效果是：将抛光液中的金属杂质进行萃取，对溶解有金属离子的液体进行检测，获得抛光液中包含的金属种类及浓度。
附图说明
24.图1表示本发明实施例中容纳有抛光液的第一容器的示意图；
25.图2表示本发明实施例中向第一容器中加入硝酸水溶液的示意图；
26.图3表示本发明实施例中进行步骤2的状态示意图；
27.图4表示本发明实施例中进行步骤3后得到的第二溶液的状态示意图；
28.图5表示本发明实施例中进行静置分离的状态示意图；
29.图6表示本发明实施例中检测抛光液中金属的流程示意图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.电感耦合等离子体质谱(icp/ms)，是元素分析中常用的分析仪器。上样过程是通过雾化器将含有待测元素的稀溶液雾化形成气溶胶，由载气带入icp样品气路并到达icp焰炬，实现检测。而在机械抛光过程中使用到的slurry(砂浆，或抛光液)成分复杂，包含二氧化硅颗粒，分散剂，聚合物，碱液，络合剂，diw等，抛光液中的金属离子，一部分吸附于二氧化硅颗粒的表面，一部分与高分子聚合物以配位键或共价键的形成结合，形成有机金属化合物，，且有些金属离子无法溶解，无法以水溶液的气溶胶的形式进入icp-ms仪器的等离子体中心区进行去离子化、气化、解离和电离，因此，无法直接通过icp-ms对其中的金属杂质含量进行分析。
33.如图1-图5所示，针对上述问题，本实施例提供一种用于检测抛光液中的金属杂质的方法，包括以下步骤：
34.步骤1：向容纳有第一容量v1的抛光液的第一容器中，加入第二容量的硝酸水溶液，其中，所述抛光液中包含高分子聚合物和sio2颗粒，参考图1和图2；
35.步骤2：将所述第一容器放入容纳有超纯水的第二容器中，进行超声处理和加热处理，使得所述抛光液和所述硝酸水溶液充分混合，以将所述抛光液中与高分子聚合物通过配位或者共价键作用结合的金属离子释放，并获得第一溶液，参考图3；
36.步骤3：将所述第一溶液真空抽滤，获得不含固体sio2颗粒的第二溶液，参考图4；
37.步骤4：将所述第二溶液静置分离，获得仅溶解有金属离子的第三溶液，第三溶液的容量为v2，参考图5；
38.步骤5：将所述第三溶液采用icp/ms分析法进行分析测试，获得所述第三溶液中的金属离子的第一浓度n1；
39.步骤6：根据以下公式获得所述抛光液中的金属离子的浓度n2：
40.n2＝n1*v2/v141.胶束(micelle)指在水溶液中，表面活性剂浓度达到一定值后开始大量形成的分子有序聚集体。在胶束中，表面活性剂分子的疏水基聚集构成胶束内核，亲水的极性基团构成胶束外层，，而金属离子为亲水性离子，存在于抛光液中的金属离子可能有如下几种存在形式：1)金属离子溶解于胶束结构外层的亲水层中；2)金属原子会与高分子聚合物中的碳原子通过共价键结合，形成c-m 结构的金属有机物；3)部分高分子聚合物中含有可以与金属离子配位的基团，如末端为o，n等电负性大的原子，这些原子可以与金属离子之间形成配位键，形成金属络合物。
42.为了准确测量抛光液中所含的金属种类及浓度，需使得与高分子聚合物结合的金属离子释放出来，将金属离子溶解在水溶液中。本实施例中，采用硝酸水溶液，通过超声和高温处理，打破金属离子与高分子化合物之间的键合，将金属离子充分释放出来，吸附于二氧化硅颗粒表面的金属也可以萃取至diw(超纯水)中。且无法溶解于超纯水中的金属离子，可以通过硝酸吸附。这样对溶解有金属离子的溶液进行icp/ms检测，即可得到抛光液中所含的金属种类及浓度。
43.本实施例的一些实施方式中，所述硝酸水溶液的成分包括硝酸和超纯水，其中，硝酸的浓度为1％-10％，但并不以此为限。
44.本实施例中优选的，所述硝酸水溶液中硝酸的浓度为5％。
45.本实施例的一些实施方式中，所述步骤2中：
46.所述第二容器的底部或侧壁设置有超声结构，通过所述超声结构进行超声处理；
47.在进行超声处理的过程中，对所述第二容器进行加热，升温到50-100度，并保持预设时间。
48.采用超声和高温的方式，分解金属离子与高分子聚合物之间的键结，同时加速了金属离子的萃取，提高了效率。
49.本实施例的一些实施方式中，所述步骤“在进行超声处理的过程中，对所述第二容器进行加热，升温到50-100度，并保持预设时间”，中，超声频率为20-60hz，超声功率为200-240w，所述预设时间为5-10分钟。
50.本实施例的一具体实施方式中，在进行超声处理的过程中，对所述第二容器进行加热，升温到80度，并保持预设时间，但并不以此为限。
51.本实施例的一些实施方式中，所述步骤3中，将所述第一溶液真空抽滤，获得不含固体sio2颗粒的第二溶液，具体包括：连接好真空抽滤装置，真空抽滤装置一般包括具有抽滤嘴的容量瓶5，通过抽滤嘴通过管道与真空泵连接，真空抽滤装置还包括设置于容量瓶5上的漏斗4，漏斗4内设置有过滤纸，在漏斗内放置纳米级别的过滤纸，打开真空泵，将所述第一溶液缓慢倒入漏斗4，在真空泵的作用下，开始进行抽滤过程，抛光液中的sio2颗粒粒径为纳米级，会被滤纸隔绝，不含sio2颗粒的抛光液会在真空泵作用下被抽至所述漏斗4下方的容量瓶5中，参考图4。
52.本实施例的一些实施方式中，所述步骤4中，通过分液漏斗将所述第二溶液静置分离，溶解有金属离子的第三溶液下沉，并从所述分液漏斗底部的液体出口排出。
53.静置分离后，溶解有金属离子的硝酸水溶液密度大下沉，抛光液中被分离出金属离子的其余部分密度小上浮，从而将溶解有金属离子的第三溶液分离出来。
54.本实施例的一些实施方式中，所述分液漏斗采用pfa(聚四氟乙烯)材质制成，避免引入新的金属杂质，提高检测精度。
55.表面活性剂溶于水中，当其浓度较低时呈单分子分散或被吸附在溶液的表面上而降低表面张力。当表面活性剂的浓度增加至溶液表面已经饱和而不能再吸附时，表面活性剂的分子即开始转入溶液内部，由于表面活性剂分子的疏水部分与水的亲和力较小，而亲水部分之间的吸引力较大，当达到一定浓度时，许多表面活性剂分子(一般50～150个)的疏水部分便相互吸引，缔合在一起，形成缔合体，即为胶束。胶束内部为疏水基团聚集形成的疏水内核，胶束外部为亲水基团的链。亲水基团会溶解有部分金属离子，也会与金属离子键合，形成有机金属化合物。本实施例中，在超声和高温作用下，则可以打破亲水基团与金属离子之间的键结，使得与高分子聚合物通过配位或者共价键作用结合的金属离子被释放。
56.所述第一容量和所述第二容量均可以根据实际需要设定，本实施例的一实施方式中，所述第一容量为10ml，所述第二容量为100ml，但并不以此为限，只要保证硝酸水溶液的量可以使得抛光液中的金属离子完全溶解。。
57.本实施例的一些实施方式中，所述第一容器、所述第二容器采用pfa(聚四氟乙烯)材质制成，避免引入新的金属杂质，提高检测精度。
58.本实施例的一些实施方式中，在通风橱中执行所述步骤1-步骤6，以检测抛光液中的金属杂质含量，在执行所述步骤1-步骤6的过程中，持续向所通风橱中通入惰性气体。
59.所述惰性气体可以为氮气，但并不以此为限。
60.采用上述方案，可以使得本实施例的检测抛光液中金属的整个过程均在惰性气体环境中进行，避免环境中金属杂质的引入。
61.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。