使用安捷倫8900 ICP-MS測定高純度過氧化氫中的超痕量元素

SEMI 標準 C30-1110 包括高純 H2O2 中允許的硫酸鹽和磷酸鹽最大濃度的性能指標，其限值為 30 ppb。該限值相當于元素濃度為 10 ppb 的硫和磷，當前這兩種污染物無法通過 ICP-QMS 進行測量。而近期發(fā)展起來的串聯(lián)四極桿 ICP-MS (ICP-MS/MS) 能夠獲得更低的硫、磷檢測限，使其可以監(jiān)測所有的 SEMI 元素。本應用簡報介紹了使用 Agilent 8900 ICP-MS/MS 測定H2O2 中 ppt 至亞 ppt 級雜質(zhì)的結果。測定了所有 SEMI 規(guī)格中規(guī)定的元素和幾個其他元素。此外，通過測量硫和磷元素濃度來評估硫酸鹽和磷酸鹽是否符合 SEMI 規(guī)格。繼 2012 年推出的 Agilent 8800 ICP-MS/MS 大獲成功之后，8900 ICP-MS/MS 是安捷倫的第二代 ICP-MS/MS。8900 采用串聯(lián)質(zhì)譜儀布局，配有兩個四極桿質(zhì)譜儀，可在 MS/MS 模式下運行。本研究使用的 8900 型號具有更高靈敏度，配備軸向加速的新型 ORS4 碰撞/反應池 (CRC)以及專用氬氣流路可提供更低的硫和硅背景。

與傳統(tǒng) ICP-QMS 相比，ICP-MS/MS 是一種用于解決光譜干擾問題的更可靠、一致的方法，因為 ICP-MS/MS 在CRC 之前還增加了一個額外的四極桿質(zhì)量過濾器 (Q1)。在 MS/MS 模式中，Q1 控制可進入反應池的離子，確保池中的反應過程是一致的，從而大程度降低基質(zhì)元素或其他分析物離子形成非目標產(chǎn)物離子的風險。對反應過程的控制不僅可以確保得到更一致的結果，還可使用反應性強的池氣體，且不存在形成元素間產(chǎn)物離子重疊的風險。使用 ICP-QMS 時，非目標離子進入反應池并可能穿過反應池，出現(xiàn)在譜圖中與目標分析物產(chǎn)物離子發(fā)生重疊，也可能與池氣體反應形成新的干擾產(chǎn)物離子。無論是在哪種情況下，非目標離子或產(chǎn)物離子都有可能出現(xiàn)在譜圖中，造成誤差。當 ICP-MS/MS 用于這類應用時，可降低或消除該風險，因此 ICP-MS/MS 適用于復雜基質(zhì)樣品中的準確多元素測定。ICP-MS/MS 使用高選擇性反應化學過程還能更有效地去除背景干擾，因此對于分析高純度試劑（如半導體級 H2O2）中的超痕量污染物，性如本簡報所述。

實驗部分采用標準 Agilent 8900 #200 半導體配置 ICP-MS/MS儀器。該 8900 #200 配備 PFA-100 霧化器、帕爾貼冷卻石英霧化室、石英炬管、鉑尖采樣錐和截取錐以及 s透鏡。霧化器在自吸模式下操作，能夠減小蠕動泵管線引起樣品污染的可能性。在高級半導體應用中，關鍵要求是達到每種分析物絕對低的檢測限。為實現(xiàn)這一目標，測量超痕量污染物的實驗室可使用多重調(diào)諧方法，其中在測量各種溶液的過程中依次采用多個調(diào)諧步驟。該方法可優(yōu)化調(diào)諧條件，使其在對分析物保持最高靈敏度的同時，能夠除去不同類型的干擾物。本研究使用了幾種適合多種分析物測定的反應池氣體（He、H2、O2 和 NH3）。由于 H2O2 屬于低基質(zhì)樣品，因此還要利用冷等離子體條件測量元素，該模式可提供低的 BEC。調(diào)諧參數(shù)如表 1 所示，其他采集參數(shù)如表 2 所示。表 3 和表 4 中顯示了 Q1 和 Q2設置以及定量分析結果。

使用 TAMAPURE-AA-10 過氧化氫 (35%, TamaChemicals, Japan) 作為樣品基質(zhì)。為穩(wěn)定加標元素，將超純硝酸 (TAMAPURE-AA-10) 加入到 H2O2 樣品中，所用比例為 1 份 70% HNO3 對 1000 份樣品，最終得到的酸濃度為 0.07%。作為高純度半導體樣品分析的典型方法，采用標準加入法 (MSA) 進行校準。配制混合多元素標準溶液 (SPEX CertiPrep, NJ, US)，并將其以10、20、30、40、50 ppt 的濃度加標至空白 H2O2 基質(zhì)中，形成標樣添加校準溶液。樣品溶液在臨分析前進行配制。所有樣品前處理和分析均在 10000 級潔凈室中進行。

結論采用 Agilent 8900 ICP-MS/MS 可使多種元素（包括 SEMI C30-1110 中規(guī)定的所有元素以及其他痕量元素）在高純 35% 過氧化氫中均以亞 ppt 至ppt 級測出。在 0 ppt 至 50 ppt 濃度范圍獲得了出色的線性校準曲線。幾乎所有元素均獲得了亞 ppt級定量結果，其余元素具有幾個 ppt 的檢測限（除Si 以外，其檢測限為 25 ppt）。在持續(xù) 3 小時40 分鐘的高純 35% 過氧化氫樣品分析序列中，加標分析物在 10 ppt（S 為 100 ppt）濃度下獲得了 1.0%–8.1% RSD 的重現(xiàn)性。結果證明 Agilent8900 半導體配置 ICP-MS/MS 儀器適用于高純半導體級試劑和制程化學品的常規(guī)分析。