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张建 赵紫珺
背景：
晶圆是芯片制造的核心物理载体，其表面及内部是几乎所有电路结构的逐层构建空间。在晶圆生产流程中，晶锭经切割加工得到的薄片被称为 “裸片（bare wafer）”，即未经后续处理的 “原料晶圆”。由于裸片表面存在凹凸不平的瑕疵，无法直接用于印制电路图形，因此需经过研磨与化学刻蚀工艺去除表面缺陷，再通过抛光形成光洁表面，最后经清洗去除残留污染物，最终得到表面洁净的成品晶圆。
晶圆载具是半导体制造中用于晶圆存储、转运及加工的关键设备，在整个生产流程中不可或缺。鉴于晶圆在芯片制造中的核心地位，加之其尺寸持续增大的趋势，对晶圆载具的性能要求与市场需求也随之不断提升。
晶圆和晶圆载具图示
晶圆表面和晶圆载具中的挥发性有机物（VOCs）和半挥发性有机物（SVOCs）残留对芯片制造质量和工艺稳定性具有显著影响。这可能主要表现在这些物质形成的污染膜会导致表面电荷分布不均，影响器件的开关特性、载流子迁移率等关键电学参数从而影响了晶圆的性能；同时也可能对生产工艺的稳定性产生一定影响；并且这些有机物可能会对环境与人员健康存在潜在风险。
晶圆样品分析
采用赛默飞 ISQ7610 GC-MS气质联用仪结合 Markes TD 100-xr热脱附微池采样器对晶圆样品中VOCs与SVOCs进行定性分析。TD 100-xr特有的Sample Stack样品叠加功能，可以将多根吸附管吸附的样品叠加到聚焦冷阱上富集后一次进样，结合高灵敏度的ISQ7610 GC-MS，实现灵敏度数量级般的飞跃。实验共检出晶圆样品中包括二硫化碳在内的超过三十种挥发和半挥发性有机物。
1. ExtractaBrite?离子源超强灵敏度，有效实现痕量组分的检测
2. 免工具维护的进样口设计，使得仪器日常维护简单化
3. Chromeleon?软件直接控制Markes TD 100-xr，更好的整合与兼容性，简化操作流程
4. Chromeleon?软件方便快捷的定性分析流程，结合NIST谱库快速对未知组分定性分析
5. 独有的Sample Stack样品叠加功能可有效提高方法检出限
热脱附-气相色谱质谱仪联用仪
变色龙软件控制Markes TD-100 Xr
（点击查看大图）
TD-100 Xr Sample Stack 样品叠加功能
（点击查看大图）
对晶圆样品检出化合物的定性结果
注：表中☆表示样品检出含量远高于空白含量。
（点击查看大图）
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晶圆载具样品分析
同时采用赛默飞ISQ 7610 GC-MS系统结合Markes TD100 xr同时对两份晶圆载具样品开展了定性与定量分析。载具原料 A#、B# 经采样分析后的空白与样品总离子流图，显示空白中无样品残留，不会对样品测定造成干扰。得益于 GCMS 的高灵敏度，各化合物均呈现出良好的峰型与较高丰度，这为实现精准定性与准确定量提供了可靠基础。
1. ISQ 7610 GC-MS 采用XLXR 检测器，超宽的线性范围，一针进样完成不同浓度范围样品的定量分析
2. Chromeleon?软件可同时进行定性定量分析，有效提升数据分析效率
3. Chromeleon?软件智能报告模板，让报告输出方式多样化
4. 独有的TVOC方法包，针对22种常见VOCs定量的同时，对未知组分快速半定量分析，并对总TVOCs结果智能判读
5. Markes TD 100-xr样品再回收功能，可对样品进行二次或多次分析
晶圆载具原料A#和B#样品和空白TIC图
（点击查看大图）
22种VOCs的TIC图（点击查看大图）
所有化合物校正曲线（点击查看大图）
TVOC 方法包软件界面（点击查看大图）
22种VOCs和其他VOCs定性定量结果
注：表格中化合物值单位为“ng”，其他VOCs数值由甲苯响应系数计算所得。（点击查看大图）
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#
结 论
ISQ 7610 GC-MS单四极杆气质联用系统凭借独特的设计有效保障了数据质量，结合NeverVent?技术支持免卸真空更换色谱柱、维护离子源，提高了样品通量，并始终保持一致的结果品质。搭配 Markes TD 100-xr热脱附仪，可对晶圆及晶圆载具中VOCs 和 SVOCs 进行高效的定性定量分析。
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