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被這個痕量有機胺分析方案美到了,實驗猿兄弟集美們沖??!

來源:賽默飛色譜及質(zhì)譜   2025年07月15日 09:03  

 

超凈室是半導體制造的“隱形基石”,其重要性遠超單一設(shè)備(如光刻機)。它不僅保障了芯片生產(chǎn)的良率與可靠性,還為技術(shù)迭代和產(chǎn)業(yè)升級提供了底層支撐。超凈室對空氣潔凈度的嚴苛要求(如ISO 1-5級), 超凈室需滿足ISO 14644-1潔凈度分級、SEMI(國際半導體設(shè)備與材料協(xié)會)等行業(yè)規(guī)范,確保產(chǎn)品符合全球市場準入要求。

 

芯片制造的工藝流程冗長復雜,多個工藝流程分布在不同區(qū)域,特別是在光刻、刻蝕、清洗、擴散和離子注入等工藝,會產(chǎn)生揮發(fā)性有機化合物(VOCs)廢氣、酸性、堿性廢氣,這些潔凈室內(nèi)的廢氣及其產(chǎn)生的顆粒物統(tǒng)稱為氣態(tài)分子污染物AMC(Airborne molecular contamination)。AMC超標,影響晶圓良率,導致生產(chǎn)成本急劇上升。小分子有機胺類物質(zhì)是AMC的主要成分,可能來源于建筑材料、清潔劑或人員活動,這類物質(zhì)在空氣中反應形成鹽類顆粒物,沉積在晶圓表面,其痕量殘留可導致半導體光刻膠變質(zhì)、可能對精密電子元器件制造、生物醫(yī)藥生產(chǎn)等關(guān)鍵工藝造成嚴重影響。

現(xiàn)有方法局限性

 

• 2024 年 6 月 5 日,全國半導體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會材料分技術(shù)委員召開了團標準制定的工作會

• 團標規(guī)定了對6種陰和6種陽離子(F-、Cl-、Br-、NO3-、PO43-、SO42-、Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+) 的離子色譜分析方法

× 對于有機胺分析的標準與方案仍存在空缺

× 傳統(tǒng)氣相氣質(zhì)法需衍生化和使用吸附管捕集氣體胺,前處理復雜步驟,操作繁瑣,熱不穩(wěn)定胺類易發(fā)生裂解,定量誤差顯著且單次分析耗時較長。

× 離子色譜電導檢測易受無機離子和基質(zhì)干擾,靈敏度較低,且僅依賴保留時間定性,易誤判。

× LCMSMS具有靈敏度高和特異性好的優(yōu)勢,但由于基于反相/親水作用色譜(HILIC),需通過調(diào)節(jié)流動相pH或添加離子對試劑保留極性胺類。LC-MS/MS 更適用于同時檢測非離子型有機胺污染物(如酰胺、雜環(huán)胺)。某次超凈室污染事件中,LC-MS/MS因基質(zhì)干擾誤判為“乙胺污染”,后經(jīng)IC-MS/MS確認實際為三甲胺。

哎呀,腦袋刮疼,

一聽說分析有機胺就腦袋瓜疼!

注 意:

賽默飛,掌管科學服務的神,

又來派發(fā)優(yōu)質(zhì)方案啦!

 

 

本研究創(chuàng)新點

 

 

將IC-MS/MS技術(shù)應用于超凈室有機胺分析,結(jié)合離子色譜的高效分離與高分辨質(zhì)譜的高選擇性,實現(xiàn)無需衍生化痕量有機胺直接檢測,精確二級子離子定量,靈敏度高結(jié)果準確可靠。用于檢測超凈室空氣中甲胺、二甲胺、乙胺等8種低分子量有機胺。通過優(yōu)化色譜分離條件與質(zhì)譜參數(shù),目標物在8分鐘內(nèi)實現(xiàn)基線分離,方法檢出限(LOD)為0.05–0.5 μg/L,定量限濃度連續(xù)進樣6針 RSD<8%。

 

 

為什么選擇高分辨質(zhì)譜?

 

 

最初我們曾經(jīng)在IC-QQQ上嘗試該方案,但由于有機胺廣泛存在于實驗室環(huán)境和系統(tǒng)中,加上相鄰分子量化合物的干擾,多數(shù)化合物具有很高的基線噪音,導致靈敏度和特異性較差。而Exploris Orbitrap 120 具有12萬的分辨率(mz=200時),對于分子量小于150aum的有機胺實際分辨率可達20萬以上,具有極強的分辨能力,質(zhì)量精度輕松達到亞ppm級。

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實驗部分

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儀器與試劑

 

• 儀器:賽默飛離子色譜系統(tǒng)(配備CS17陽離子分析柱、甲磺酸自動淋洗液發(fā)生罐和2mm陽離子抑制器)+ Exploris Orbitrap 120(ESI正離子模式);  

 • 標準品:甲胺鹽酸鹽、三乙胺、嗎啉等8種有機胺標準溶液; 

色譜與質(zhì)譜條件

 

• 色譜條件:淋洗液梯度(5→30 mmol/L甲烷磺酸),流速0.5 mL/min,柱溫40°C;  

 • 質(zhì)譜參數(shù):離子源溫度400°C,離子傳輸管溫度300°C,F(xiàn)ull MS+PRM采集模式。 

結(jié)果展示

 

8中有機胺的色譜圖

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8中有機胺的線性曲線

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產(chǎn)品及方案優(yōu)勢

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賽默飛離子色譜獨有的電解淋洗液發(fā)生器不但可以簡化操作,無需外接試劑和手配淋洗液,僅需一瓶超純水,即可通過電解獲得純度和濃度精準的梯度淋洗液,獲得8種小分子有機胺類的分離;同時離子色譜特有的電解抑制器技術(shù),可以將甲基磺酸梯度淋洗液經(jīng)過抑制器抑制后去除背景,獲得較低的背景電導率,使離子色譜分離后的溶液可以直接引入質(zhì)譜實現(xiàn)聯(lián)用。

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Orbitrap 具有超高的分辨率的同時,還具備高靈敏度、超高質(zhì)量精度、長期質(zhì)量軸穩(wěn)定了及實時正負切換等優(yōu)勢,已成為全球科學家蛋白和小分子化合物定量和定量研究的首選平臺。

應對化合物定量時既可以選擇Full Scan和SIM進行一級定量,也可以選擇PRM(平行反應監(jiān)測)進行二級定量,特別是有機胺的分析,精確二級子離子定量表現(xiàn)出很明顯的靈敏度和抗干擾優(yōu)勢,相比用一級精確質(zhì)量數(shù)定量,PRM模式可提高有機胺定量靈敏度2~5倍。

1) OE 120 PRM模式示意圖:

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2) 三乙醇胺PRM模式獲得的二級離子全掃譜圖:靈活選擇合適的子離子

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3) 乙醇胺full scan和PRM模式靈敏度對比

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總結(jié):

今天向大家介紹了一個基于離子色譜串聯(lián)串聯(lián)高分辨質(zhì)譜分析有機胺的方法,能夠精準識別超凈室環(huán)境中痕量有機胺污染,相比許多傳統(tǒng)方法,具有操作簡便、抗干擾能力強和靈敏度高的優(yōu)勢,適用于超凈室日常監(jiān)測與污染事件診斷。未來將進一步開發(fā)在線預濃縮模塊,提升對超低濃度(ppt級)胺類的檢測能力。

 

 

 

參考文獻:

[1] Smith A, et al. J Chromatogr A. 2020;1621:461051.  

 [2] ISO 14644-1:2015 Cleanrooms and associated controlled environments.

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