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使用安捷倫8900 ICP-MS測定高純度過氧化氫中的超痕量元素
閱讀：716 發布時間：2025-1-15SEMI 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。而近期發展起來的串聯四極桿 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 級雜質的結果。測定了所有 SEMI 規格中規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 采用串聯質譜儀布局，配有兩個四極桿質譜儀，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 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元素或其他分析物離子形成非目標產物離子的風險。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，出現在譜圖中與目標分析物產物離子發生重疊，也可能與池氣體反應形成新的干擾產物離子。無論是在哪種情況下，非目標離子或產物離子都有可能出現在譜圖中，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。為實現這一目標，測量超痕量污染物的實驗室可使用多重調諧方法，其中在測量各種溶液的過程中依次采用多個調諧步驟。該方法可優化調諧條件，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。調諧參數如表 1 所示，其他采集參數如表 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。為穩定加標元素，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 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分析。