Determination of transition metals at ppt levels in high-purity water and SC2 (D-clean) baths

Význam tématu

Přesná detekce přechodných kovů na úrovni ppt v ultrapure vodách a čistících lázních je zásadní pro kontrolu kvality v polovodičovém průmyslu.
Nízké koncentrace kovů zajišťují optimální účinnost oxidativního čištění a minimalizují poškození povrchu waferů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout a ověřit chromatografickou metodu pro stanovení stopových koncentrací přechodných kovů (Fe, Cu, Ni, Zn, Co, Cd, Mn) v čisté vodě a chemických roztocích SC2 s limitem detekce v řádu ng/L.
Metoda kombinuje aniontovou či kationtovou výměnnou chromatografii na koloně Dionex IonPac CS5A s postcolumn derivatizací činidlem PAR a předkoncentrací na kolonce TCC-2.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava elučního roztoku s PDCA jako silným komplexačním činidlem (7 mM PDCA, 66 mM KOH, 5,6 mM K2SO4, 74 mM kyseliny mravenčí).
• Postcolumn derivatizace 4-(2-pyridylazo)resorcinolem (PAR) s detekcí v oblasti viditelného spektra při 530 nm.
• Předkoncentrace vzorků (10–30 mL) na koloně Dionex IonPac TCC-2 při průtoku 2 mL/min po dobu 5–15 minut.
• Úprava vzorků přidáním 2 mM HCl, čištění nádobí 10 mM HCl a minimalizace kontaminace na celém analytickém pracovišti.

• Thermo Scientific Dionex DX-500 nebo ICS-5000+ HPIC systém v mikrobré konfiguraci.
• Gradientní pumpa GP40, UV/Vis detektor AD20, LC30, RP-1 postcolumn pumpa, knižní reakční cívka, TCC-2 koncentrátorová kolona.
• Dionex IonPac CS5A analytická (2 × 250 mm) a CG5A ochranná kolona (2 × 50 mm).

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrace standardů 1 µg/L pro sedm kovů ukázala výbornou separaci a linearitu.
• Voda typu I (10 a 30 mL) vykázala koncentrace Fe3+ ~45 ng/L, detekční limit pro 30 mL činil ~15 ng/L.
• RSD retenčních časů a ploch píků byly nižší než 2 % při vícenásobných denních analýzách.
• Vzorky SC2 lázně obsahovaly Fe3+, Cu2+ a Zn2+ v koncentracích 80, 75 a 106 ng/L.

Přínosy a praktické využití metody

• Robustní stanovení stopových kovů v ultrapure vodách a čistících roztocích s detekčním limitem v řádu ng/L.
• Minimalizace zkreslení způsobeného kontaminací díky použití PEEK metal-free tokových cest a pečlivé přípravě vzorků.
• Metoda je vhodná pro rutinní kontrolu čistících lázní ve výrobě polovodičů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Adaptace metody na široké spektrum kovů a složitější matice pomocí modifikace komplexačních činidel.
• Automatizace předkoncentrační části pro vyšší průtok a efektivitu analýz.
• Propojení s hmotnostní spektrometrií pro zlepšení selektivity a citlivosti stanovení.

Závěr

Vyvinutá metoda s iontovou chromatografií, postcolumn derivatizací PAR a předkoncentrací na TCC-2 kolonce poskytuje citlivé a spolehlivé stanovení přechodných kovů na úrovni ng/L v ultrapure vodě a SC2 lázních, čímž podporuje kvalitu polovodičových procesů.

Reference

1. W. M. Moreau, Semiconductor Lithography Principles, Practices, and Materials, Plenum Press, 1988.
2. Suggested Guidelines for Pure Water used in Semiconductor Processing, SEMI Doc 2796, 1998.
3. Dionex Transition Metal System Installation and Troubleshooting Manual, P/N 031355.