Determination of an Anionic Fluorochemical Surfactant in a Semiconductor Etch Bath

Význam tématu

Perfluorované aniontové povrchově aktivní látky zlepšují smáčivost kyselých leptacích roztoků v polovodičovém průmyslu a předcházejí vzniku vzduchových bublin a vadám v leptaných strukturách. Přesné stanovení těchto látek v nízkých koncentracích (mg/L) je klíčové pro optimalizaci spotřeby drahých fluorosurfaktantů a zajištění kontinuální kvality výrobního procesu.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo vyvinout spolehlivou metodu pro kvantitativní stanovení fluorochemického surfaktantu FC-93 v etch bath roztoku (HF/NH4F) na úrovni jednotek mg/L. Byla navržena on-line technika koncentrace a odstranění matrice s následnou iontovou chromatografií a vodivostní detekcí.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek byl injikován do 100µL smyčky a převeden na polymerní koncentrační kolonu IonPac NG1, která zachytila surfaktant a propustila anorganickou matrici. Po důkladném proplachu destilovanou vodou (2 mL/min, 20 min) byla analyta eluce v opačném směru na analytický systém OmniPac PAX-500 s konstantním poměrem eluentské fáze 55 % 20mM NaOH/45 % acetonitrilu. Detekce probíhala chemicky potlačenou vodivostní detekcí ASRS (4 mm) v režimu external water.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosáhla nízkého pozadí (0,3–3 µS) a šumu ~10 nS. Blank vstřik ukázal absenci kontaminace. Po 20minutovém proplachu nedocházelo k interferenci od fluoridů. Limit detekce při objemu 100 µL byl 5 mg/L. Pětičetné opakování vzorku 5 mg/L dalo průměrnou plochu 29 625 cps (RSD = 0,49 %) a retenční čas 6,27 min (RSD = 2,16 %). Lineární odezva byla potvrzena v rozmezí 5–15 mg/L (y=6 164,7x–472,9; r²=0,9998).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda poskytuje přesné a reprodukovatelné stanovení nízkých koncentrací fluorosurfaktantu přímo v leptacích roztocích. Umožňuje kontrolu dávkování surfaktantu, prodloužení životnosti etch bath i minimalizaci výrobních vad bez potřeby předúpravy mimo chromatograf.

Budoucí trendy a možnosti využití

Pro dosažení ještě nižších detekčních limitů lze zvážit použití větší vzorkové smyčky nebo hmotnostní spektrometrie v tandemové konfiguraci. Podobné on-line techniky odstranění matrice lze adaptovat na jiné fluorosurfaktanty či agresivní průmyslové roztoky.

Závěr

Navržená metoda on-line koncentrace a chromatografické analýzy umožňuje robustní a rychlé stanovení aniontového fluorochemického surfaktantu FC-93 v kyselém leptacím roztoku s vynikající linearitou, citlivostí a reprodukovatelností.

Reference

1. Dionex Corporation, OmniPac Guidebook (P/N 34517).
2. Dionex Corporation, Determination of Trace Anions in Isopropyl Alcohol, Application Note 85.
3. Kaiser E.; Wojtusik M. J. J. Chromatogr. A. 1994, 671, 253–258.