金屬材料的液體-粒子分析的製作方法

2023-05-13 02:26:26

專利名稱：金屬材料的液體-粒子分析的製作方法
技術領域：
本申請涉及檢測包含金屬的帝'J品中雜質的方法，以及分析物理氣相沉積靶 材料的方法。
背景技術：
高純度的金屬和高純度的金屬合金在寬範圍的技術領域中越來越重要。高 純度金屬的其中一個極其重要的領域是半導體生產。對於半導體結構，金屬的 純度能夠嚴重影響半導體設備的質量和功能。因而，因為在原材料中存在的雜 質育,確定其在半導體生產中使用的適合度，所以開發用於檢測和/或量化原材 料中存在的雜質的技術變得越來越重要。
物理氣相沉積(PVD)方法廣泛用於在多種基板上形成金屬薄膜，包括但 不限於半導體生產中的半導體基板。圖1是示例性PVD裝置10的一部分的簡 圖。裝置10包括耙組件12。所示革巴組件包括與PVD或'濺射"革巴16界面連接的 支撐板14。可選擇的組件構造(未示出)具有一體式支撐板禾瞎巴。
典型地，裝置10包括在沉積過程中用於支撐基板的 架18。提供與靶 16間隔開的基板20，例如半導體材料晶片。耙16的表面17倉的多稱作濺射表面。 在操作中，鵬的材料18從耙表面17轉移，在包括對反的TO腔內沉積至lJ表 面上，導致形成層或薄膜22。
觀謝利用系統10，最普通的實現方式是釆用真空腔ffi31例如DC磁控、鵬寸 劍寸頻(RF)濺射實現。
各種材料，包括金屬和合金，可使用物理氣相沉積進行沉積。通常靶材料 包括，例如，鋁、鈦、銅、鉭、鎳、鉬、金、銀、鉑和它們的合金。濺射靶通 常由高純度材料製成。但是，靶材料中即使微小的雜質或內含物，例如氧化物 或其它非金屬雜質，也會,影響沉積的膜並育隨成有缺陷或瑕疵的設備。
金屬材料例如PVD靶材料的雜質比如氧化物的傳統分析，通常包括溶解技 術，其中將小樣品材料在酸中溶解。將得至啲溶M濾^姊溶解的粒子存留在 過濾器上。存留在過濾器上粒子的尺寸和數量隨後經過確定以確定金屬材料中
存在的雜質粒子的數量。但是，該傳統技術存在一些問題。第一，在過濾過程 中的粒子團聚使尺寸和數量數據不準確。第二用於檢測粒子的成像系統只能 檢測尺寸大於大約2 的粒子。第三，該過程相對耗費勞動和時間。因而， 需要發展用於金屬材料分析的替換性技術。
發明相
本發明的一個方面包含檢測包含金屬的製品中雜質的方法。提供包含待分 析的金屬材料的製品。去除金屬材料的一部分並溶解在含酸的液體中，生成液 ##品。該液,品受到入射雷射束的照射，檢測從樣品翻寸的光。
本發明的一個方面包含分析物理氣相沉積耙材料的方法。從靶上去除革巴材 料的一部分並用含酸的溶液衝洗。通過溶解所述部分材料所包含的金屬，製備 用於分析的樣品。該樣品受到入射雷射束的照射，檢測TO雷射束以確定樣品 中存在的在特定尺寸範圍內的粒子數量。


本發明的優選實施方案參考下列相關附圖進行說明。 圖1是示例性物理氣相沉積裝置的一部分的簡圖。
圖2根據本申請一個方面的方法的流程圖。
圖3顯示了根據本發明的方法確定的顆粒計數和i!M靶性能的關係。
具體實施例方式
依照本發明的一個方面，存在可用於分析金屬材料的新方法。本發明的方 法微多對於確定金屬質量特別有效，尤其對於其中材料中的雜質和/或粒子缺陷 能夠確定材料的有用性或者用於特定目的的適合性的高純金屬材料而言。
應用本發明方法的一41寺另憾興趣的領域是用於確定和/或定量物理氣相沉 積耙材料中的雜質和/或粒子缺陷。所述方法育,用於在形成耙的過程中在最終 生產步驟前確定材料的適用性，或者能夠在靶形成後在任何濺射活動之前採用， 或者在耙形成後在已經通過濺射方法去除了一部分耙材料之後採用。本發明的 方法對於分析物理氣相沉積的膜和層也是有用的。在特殊情況下，可以對耙禾才 料和產生的膜進行分析以確定沉積層中存在的粒子或雜質是否是靶中存在顆粒 或雜質造成的，或是否另外或其它因素對形成的膜中存在的汙染物作出貢獻。儘管本發明的方法是在分析革E材料和沉積膜方面進行描述的，但是可以理 解該方法能夠適用於分析可選擇的金屬和合金材料。因此，本發明考慮了該敘 述的方法在替換性金屬製品上的使用，特別是在其中存在的粒子和汙染物能夠 影響製品用於特殊目的的適宜性的金屬製品上f頓。
依照本發明的方法主要參考圖2進行敘述。在最初的過程100中，待分析 的材料通過例如切害蜮其它方式去除物理氣相沉積革E或者其它待分析金屬製品 的一部分獲得。在分析之前，該去除的部分然後肯^^，地清洗或衝洗以去除 任何表面汙染物。示例性的衝洗液能夠是例如酸或鹼溶液，在其中耙材料至少 是微溶的(sligMysoluble)。
為了執行本發明的方法，所有的試齊訴卩分析溶漸，地使用高純度或超純 材料製備並在與待分析的材料接觸前另外過濾。
4頓的該材料部分的尺寸不限於特定的量，育,是例如從大約10至U大約30 克。優選地，該樣品質量足夠大以構成所述製品的代表性樣品。應該理解，本 發明考慮了i頓更小的樣品，其中育娥得的材料有限，例如待分析的沉積材料。
如圖2所示，所述待分析的材料部分被用於在後續過程200中製備液, 品。為了本描述的目的，術語"液##品"能夠指代包含液體的樣品，包括但不 限於液,液，並且其可以包含粒子和/或未溶解的材料。典型地，液體樣品基 本由如下物質組成或者由如下物質組成溶液和M31溶解的金屬材料貢獻的汙 染物粒子。
液蹄品的審'j備包含將金屬材料在合適的溶劑中溶解。可使用的合適的溶 劑是具有充分量和強度將金屬材料溶解的酸溶液。替換性的合適溶劑是具有足 夠數量和強度將金屬材料溶解的鹼溶液。本領域技術人員育g夠理解，使用的強 度和特定的酸或鹼能夠根據耙材料的金屬或合金確定。可4吏用依照本發明的方 法分析的示例性的耙材料育^I多是金屬材料或包含金屬的合金，包括但不限於Cu、 Al、 Ti、 Ta、 Ru、 W、 Au、 Ag、 Mo、 Co、 Ni、 Se、 Te、 Ge、 Sn、 Pb，以及它 們的混合物及合金。因此，合適的酸、酸的混合物、鹼或鹼混合物，能夠選擇 以溶解待分析的特定材料。
與傳統的溶解技術相比，分析本發明製備的液體樣品，不需要在溶解金屬 後進行過濾。由於避免了過濾，避免了過濾中粒子的團聚。因此，在粒子計數 過程中遇到的不準確性更少。如圖2所示，製備的液鵬品能夠在過程300中穀微光束照射。過程300 旨,^ffl雷射計數設備實現。可選擇地，過程300可使用從非相干、寬帶光源
計數設備發出的寬帶光束。儘管本發明的該方法在下面結合、雷射分析ia行im，
但是應該理解該方法也適用於使用寬帶光源。
當樣品經受入射的雷射束時，樣品中的粒子導致光束的散射。因此，能執 ，瀬寸探觀涉驟400以提供關於液##品中存在的粒子計數和粒子尺寸的信息。
過程步驟300和400 tt^t也使用包含雷射光源和光學探測器或探觀螺陣列 的液體粒子計數器進行。液體雷射粒子計數器的常規使用一般僅限於水分析和 某些情況下液體化學試齊0/溶劑的純度分析。但是，本研究表明本發明的方法可 使用靈敏度合適的可商業獲得的液體粒子計數器來實施，並能夠準確地分析包 含溶解的金屬樣品的液體中汙染物粒子的含量。可使用的示例性的商業可獲得 的粒子計數器是LIQUILAr計數器(粒子測量系統，Inc. Boulder CO)。
當分析從物理氣相沉積耙材料製備的液體樣品時，該液體樣品中存在的粒 子典型地包含氧化物或其它非金屬粒子/夾，，所述氧化物和/或其它非金屬粒 子/夾雜物在溶解之前就存在於靶材料中。為了本描述的目的，術語夾雜物 (inclusion)指的是存在於金屬/合金中的任何非有機化合物，其不是該金屬/合金 的組分，包括但不限於石墨、碳化物和硫酸鹽。 一般地，這些粒子由粒子尺寸 (粒子直徑)小於大約20貨妹的粒子組成。因此，用於本發明目的的合適的液 彬敫光分析系統具有充分的靈驗來檢測和計數粒子尺寸小於20掉 的粒子。
入射雷射束的波長不限於特定數值。合適的雷射波長可基於所要分析/計數 的特定粒子尺寸範圍確定。
^i&他，為入射光束選擇的特定波長能夠使得該入射光束受到液體樣品溶 液的偏轉或翻射艮小或可忽略。因此，光束的散射能夠基本是由於液體樣品中 的粒子。
能夠提供探測器陣列來執fiTO探測過程400。基於獲得的翻寸圖譜，育灘 確定粒子尺寸。
在液體樣品中存在一定範圍的粒子尺寸的情況下，樣品能夠經歷第一雷射 波長，並在探測由第一雷射弓胞的翻寸圖譜後，液體樣品能夠經歷與第一雷射 束不同波長的第二雷射束。能夠執行使用不同波長的另外輪次的雷射分析，以 最大化粒子尺寸信息。因為液體雷射分析的靈敏度取決于波長，使用短波長能夠探測到小粒子(小至0.2 )。
在特定情況下，高純度耙材料只包含很小粒子尺寸(小於或等於5 )
的粒子/夾雜物。在特定情況下，粒子由尺寸小於大約1微米的粒子組成。能夠
使用本發明的方法來準確地確定在極高純度PVD靶中非金屬粒子/夾雜物的粒 子數量和粒子尺寸。在特定情況下，尺寸可確定至大約lnm的解析度。因此， 本發明的方法能夠檢測和分析比比現有技術許可的小得多的粒子。另外，本發 明的過程比通常採用的溶解/過濾技術消耗勞動少。
參考圖3，示出了粒子計數與濺射耙性能的關係。使用連接到LIQUILAZ SO2粒子計數器的CLS700液體取樣器，從三^同合金濺射靶中得到圖3中所列 的數據。如圖示，使用本發明方法獲得的粒子計數信息與觀察到的用於半導體 生產的特定耙的適宜性很相關。這些結果表明依照本發明分析耙材料能夠確定 汙染物粒子/夾雜物含量，所述含量倉^預測或表明靶的適宜性。依照本發明的 分析育調於在靶生產過程中或使用靶之前分析靶材料。本方法能夠額外地用於 靶和/或膜的分析，以檢修其中沉積的膜或設備構造被汙染或有缺陷的濺射系統。 這些信息能夠表明是否所有或部分的特定耙包含汙染物、粒子和/或夾雜物，或 是否汙染物或缺陷正由其它來源或影響而弓l入。
除了分析物理氣相沉積靶材料和沉積的膜材料以外，本發明的方法能特別 用於例如分析金屬材料，例如MP線圈和陽極材料，的應用中。
權利要求
1、檢測包含金屬的製品中雜質的方法，包括提供包含金屬材料的製品；去除所述金屬材料的一部分；在液體中溶解金屬材料的所述一部分，以產生液體樣品，所述液體是酸溶液或鹼溶液之一；使所述液體樣品經歷入射雷射束和非相干寬帶光束的至少之一；和檢測從所述液體樣品散射的光。
2、 如權利要求1所述的方法，其中在所述金屬材料中存在的所述雜質包 含存在於所述金屬材料中的非金屬粒子和夾雜物的至少之一。
3、 如權利要求1所述的方法，其中在所述金屬材料存在的所述雜質基本 由非金屬粒子和夾雜物的所述至少之一組成。
4、 如權利要求1所述的方法，其中在所述液體樣品中的雜質包含尺寸範 圍小於100拜的粒子。
5、 如權利要求1所述的方法，其中在所述液體樣品中存在的雜質包含粒 子，其中所述樣品中的所有粒子的粒子尺寸小於大約l拜。
6、 如權利要求5所述的方法，進一步包含對所述液j本樣品中的粒子數目 進行計數。
7、 如權利要求1所述的方法，其中所述檢測翻寸光包括獲得散射圖譜， 並且進一步包括基於所述散射圖譜確定在所述液體樣品中存在的顆粒雜質的粒 子尺寸。
8、 如豐又利要求7所述的方法，其中所述確定的粒子尺寸小於lOO(om。
9、 如權利要求7所述的方法，其中所述確定的粒子尺寸直徑小於20拜。
10、 如權禾腰求7所述的方法，其中所述確定的粒子尺寸小於1叫。
11、 如權利要求7所述的方法，其中所述確定的粒子尺寸小於0.5拜。
12、 如豐又利要求1所述的方法，其中所述包含金屬的製品是濺射靶。
13、 如權禾腰求12所述的方法，其中 所述革腿行任何 ]"之前，去除 所述金屬材料的所述一部分。
14、 權利要求12所述的方法，其中艦所述耙進療 ]"後，去除所述金屬 材料的所述一部分。
15、 如權利要求1所述的方法，其中所述包含金屬的製品包含ffl51/人鵬寸 革巴鵬寸而沉積的所述金屬材料的層。
16、 如權利要求1所述的方法，其中所述入射雷射束是具有第一波長的第 一雷射束，和進一步包括在所述液體樣品經歷所述第一入射雷射束後，使所述 液體樣品經歷具有與所述第一波長不同的第二波長的第二入射雷射束。
17、 如權利要求16所述的方法，其中從所述第一雷射束的Mt提供在第一 尺寸範圍內的第一組粒子的粒子尺寸和計數的信息，和其中從所述第二雷射束 的翻寸提供在第二尺寸範圍內的第二組粒子的粒子尺寸和計數的信息。
18、 分析物理氣相沉積耙材料的方法，包含AA0f述耙去除所述耙材料的一部分； 用含酸溶液衝洗材料的所述一部分；通過在液體中溶解由材料的所述一部分包含的金屬來製備用於分析的樣1=1叩S4妙萬述樣品經歷從雷射束和非相干寬帶光束中選擇的入射光束； 檢測所述雷射束的翻寸以確定所述樣品中存在的在粒子尺寸範圍內的粒子 的數量。
19、 如權禾腰求18所述的方法，其中存在於所述樣品中的所述粒子包含非 金屬化合物和夾雜物的至少之一。
20、 如權利要求18所述的方法，其中所述粒子尺寸範圍小於20拜。
21、 如權利要求18所述的方法，其中所述耙材料包含至少一種金屬，選自 Al、 Cu、 Ti、 Ta、 Ru、 W、 Au、 Ag、 Mo、 Co、 Ni、 Se、 Ni、 Se、 Te、 Ge、 Sn 和Pb。
全文摘要
本發明包括檢測包含金屬的製品中雜質的方法。金屬材料的一部分從金屬製品中去除，並在包含酸或鹼的液體中進行溶解以產生液體樣品。該液體樣品受到入射雷射束的照射，檢測從樣品散射的光。本發明包括分析物理氣相沉積的靶材料的方法。部分靶材料從靶中去除，並用包含酸的溶液衝洗。靶材料的所述部分溶解以製備液體樣品。該樣品受到入射雷射束的照射，檢測雷射束的散射用於確定樣品中的特定尺寸範圍內存在的粒子數。
文檔編號G01N21/47GK101356430SQ200680050864
公開日2009年1月28日 申請日期2006年11月21日 優先權日2006年1月13日
發明者B·M·克拉克, J·K·卡多庫斯, S·D·斯特羅瑟斯 申請人:霍尼韋爾國際公司