Measuring Inorganic Impurities in Semiconductor Manufacturing

Význam tématu

Detekce stopových kovových kontaminantů v plynných prekurzorech používaných v polovodičovém a chemickém průmyslu je klíčová pro zajištění kvality finálních výrobků. Kovové karbonyly (např. Ni(CO)₄, Fe(CO)₅) vznikající v oxidu uhelnatém nebo arsinu mohou způsobit závažné poruchy či nebezpečí pro zařízení i uživatele.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout metodu pro stanovení Ni(CO)₄, Fe(CO)₅ a dalších kovových karbonylů v CO a AsH₃ s detekčními limity na úrovni stovek ppt. Vyžaduje to citlivou detekci a spolehlivou kalibraci bez dostupnosti plynných standardů kovových karbonylů.

Použitá metodika a instrumentace

• GC-ICP-QQQ: Agilent 7890B GC spojený s Agilent 8800 ICP-QQQ (MS/MS režim) pro rozlišení spektrálních interferencí pomocí dvojitého kvadrupólu.
• Deans Switch s PEEK částmi a inertními průtokovými cestami zabraňuje kontaminaci stříhacího ventilu kovem karbonylem.
• Vícenásobné režimy buněčného plynu: He pro Ni on-mass, H2 pro Fe on-mass, O2 pro masový posun (PO+, SO+, GeO+, AsO+).
• Simultánní ústa standardů a vzorku (bílé standardy se vstřikovaly do centrifugu) pro online metodu standardních přídavků.

Hlavní výsledky a diskuse

• Lineární kalibrace Ni(CO)₄ (m/z 58) a Fe(CO)₅ (m/z 56) umožnila DLs ~70–80 ppt (2×S/N) a 140 ppt (t-student) pro Fe.
• Metoda MS/MS v masovém posunu O₂ odstranila interferující m/z 31, 32 (PO+, SO+), H₂ režim odstranil C–, Ar–polyatomy na Si. DLs silanu, fosfinu, germanu a sirovodíku dosáhly 10–100 ppt.
• Spolehlivá reprodukovatelnost těchto DLs naznačuje, že přístrojové zázemí i chromatografický systém jsou dostatečně robustní.

Přínosy a praktické využití metody

• Jedna GC injekce pokryje více analyzovaných kovových karbonylů za použití různých režimů ORS buněk, bez potřeby více detektorů či metod.
• Online standardní přídavky a inertní průtokové cesty minimalizují riziko kontaminace a chyb kalibrace.
• Metoda s DLs ve stovkách ppt splňuje i budoucí požadavky průmyslu pro ještě nižší úrovně kovových kontaminací.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Dálší zlepšení citlivosti pro Sb(CO)₄, Mo(CO)₆ nebo W(CO)₆ s cílem sledu kovových karbonylů v širším spektru průmyslových plynů.
• Integrace s kontinuálním online monitoringem pro průběžnou kontrolu kvality plynů v reálném čase.
• Automatizace kalibrace i vzorkování pomocí pokročilých průtokových a mikrofluidních systémů.

Závěr

GC-ICP-QQQ s MS/MS režimem představuje vysoce citlivou a selektivní metodu pro stanovení kovových karbonylů ve vysoce čistých plynech. Umožňuje sub-ppb detekci Ni(CO)₄, Fe(CO)₅ a dalších doplňujících analyzovaných hydridů se dvěma ladicími režimy v jedné chromatografické analýze.

Reference

• Stedman D.H. et al., Science, 208, 1029 (1980)
• Harper A., Analyst, 116, 149 (1991)
• Geiger W.M. a Soffey E., Agilent 8800 ICP-QQQ Application Handbook, 2020, 37–40
• Geiger W.M., Raynor M.W., Trace Analysis of Specialty and Electronic Gases, Wiley, 2013