Determination of trace elements in ultrapure semiconductor grade sulfuric acid using the Agilent 8900 ICP-QQQ in MS/MS mode

Význam tématu

Ve výrobním procesu polovodičů je klíčové minimalizovat jakoukoli kontaminaci látek používaných k čištění křemíkových waferů. Piranhová lázeň na bázi vysokočisté sírové kyseliny a peroxidu vodíku se používá k odstranění organických zbytků po iontové implantaci a její čistota rozhoduje o kvalitě a spolehlivosti finálních součástek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace je ukázat schopnost Agilent 8900 ICP-QQQ v MS/MS režimu stanovit stopové množství 42 prvků v ultraprémé sírové kyselině (9,8 % H₂SO₄) určené pro polovodiče. Studie demonstruje eliminaci S-bazovaných rušivých polyatomických iontů a dosažení sub-ppt hladin detekce.

Použitá metodika

Vzorky byly připraveny desetkrát zředěním 98 % H₂SO₄ ultrapure vodou ve vyčištěných PFA nádobách. Kvantifikace probíhala metodou standardních přídavků (MSA) se směsí certifikovaných standardů. Pro odstranění spektrálních interferencí se využilo MS/MS režimu s krotným kvadrupólem (Q1, ORS4, Q2). Jako reaktivní plyn v buňce ORS4 byly testovány O₂, NH₃, H₂ a He v různých kombinacích. K urychlení pomalých produktových iontů sloužila funkce axiální akcelerace.

Použitá instrumentace

• Agilent 8900 Triple Quadrupole ICP-MS v konfiguraci Semiconductor
• Quartzová hořáková trubice s injektorem 2,5 mm ID
• Quartzová spraye komora a PFA koncentriční nebulizér
• Platinové konické elektrody (18 mm insert), Agilent I-AS autosampler
• Možnost volby suchého paprskového čerpadla a ventilu typu ball

Hlavní výsledky a diskuse

Pro většinu prvků byla dosažena vynikající linearita kalibrace (R > 0,9995) a sub-ppt meze detekce (výjimkou Si 44 ppt, P 2,8 ppt, Zn 1,5 ppt). MS/MS režim eliminoval peak-taily 32S a další polyatomické rušiče. Režim O₂+H₂ zlepšil citlivost pro P o 1,5×. Pro Ti se díky NH₃ mass-shiftu a axiální akceleraci zvýšila citlivost Ti–NH₃ clusteru až pětinásobně. Obnovení přídavků (recoveries) dosahovalo 95–107 % a RSD pod 4,5 % pro všechny analyty.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rutinní kontrolu vysokopríštných chemikálií v polovodičovém průmyslu s extrémně nízkými limity detekce a spolehlivostí měření prvků kritických pro kvalitu waferů. Eliminace spektrálních interferencí zaručuje přesné stanovení i problematických prvků jako Ti, V, Zn či P.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj řízené chemie v CRC pro složitější matice, integrace automatizovaných přípravných linek a rozšíření na jiné vysoce kyselé či alkalické procesní kapaliny. Dalším krokem může být optimalizace více-prvkových analýz s využitím nových reaktivních plynů a zdokonalených iontových drah.

Závěr

Agilent 8900 ICP-QQQ v MS/MS režimu prokázal schopnost přesně a přesně stanovit 42 stopových prvků v ultraprémé sírové kyselině na úrovni sub-ppt. Klíčové byly volba optimálního reaktivního plynu, MS/MS selektivita a axiální akcelerace pro zajištění vysoké citlivosti a spolehlivosti rutinního měření.

Reference

• Agilent 8800 Triple Quadrupole ICP-MS: Understanding oxygen reaction mode in ICP-MS/MS, Agilent publication, 2012, 5991-1708EN
• J. Takahashi, Determination of challenging elements in ultrapure semiconductor grade sulfuric acid by Triple Quadrupole ICP-MS, Agilent publication, 2015, 5991-2819EN