[发明专利]酸性溶液内金属的分析

说明书

相关申请

本申请要求2004年10月5日提交的美国临时申请No.60/615,817的优先权，其内容在此通过参考引入。

背景技术

1.发明领域

本发明一般地涉及溶液的分析。更具体地，本发明涉及酸性溶液内金属的分析和检测。

2.相关现有技术的讨论

溶液样品的基体(matrix)对通过现代分析仪器检测和量化痕量分析物具有突出的影响。例如，酸性基体可妨碍检测和量化金属。对于许多不同的分析工具来说，存在检测、鉴定和/或测量酸性基体内金属的难度。例如，酸性基体可妨碍检测和量化离子色谱内的痕量金属。酸性基体在质谱，例如电感耦合等离子体质谱中也是成问题的。

质谱通常是测量在溶液内十亿分之份数(ppb)和亚-ppb水平，例如万亿分之份数(ppt)的元素和化合物所选择的技术。例如，本发明的受让人Metara，Inc.开发了自动的进程内(in-process)质谱(IPMS)工具，该工具首先允许使用者，例如半导体制造者检测和量化湿法工艺浴和清洁溶液中的化学物质。与常规的质谱仪器不同的是，IPMS技术是自动化的，且不要求人的干预。相反，使用常规的质谱仪，例如电感耦合质谱仪(ICP-MS)要求训练有素的人的注意。

ICP-MS的使用典型地是“开环”的，因为由使用者首先确立校准曲线。一般地，通过ICP-MS仪器处理感兴趣的分析物的逐渐浓缩(或稀释)的溶液，并记录结果。例如，可处理10ppm的溶液，然后20ppm的溶液如此等等。在建立这一校准曲线之后，使用者然后可分析感兴趣的溶液。通过比较来自分析物的响应与校准曲线，使用者可确定分析物的含量。若例如响应位于10ppm至20ppm校准曲线记录值之间的一半处，可假设15ppm的量化值。

但ICP-MS工具随着时间流逝易于发生响应偏移。此外可存在因校准标准基体和样品基体之间的差别而引起的响应偏移。例如，若酸性基体在组成上变化，则必需反复校准过程。这些响应偏移可能是快速的，从而要求有经验的技术人员经常再校准。因此，常规的质谱分析对于要求连续和自动化操作，例如在半导体制造中的应用来说是不合适的。然而，与常规的技术相反，IPMS仪器是“闭环”的，因此没有响应偏移的缺点。

在IPMS仪器中，处理器控制感兴趣的溶液的自动取样，用校准标准物对样品进行掺加，电离该掺料样品，通过质谱仪处理该电离的掺料样品，产生比值响应(ratio response)，并分析该比值响应，以测定在样品内分析物的含量。与现有技术的开环技术不同的是，响应偏移不是问题-偏移以相同的方式影响掺料和样品，因此在比值响应中被消除了。因此，可在不需要人工干预或者再校准的情况下，实施自动化操作。另外，在一个实施方案中，通过使用大气压电离(API)，例如电喷雾来电离掺料样品，从而确保稳定和可靠的操作。而且，使用API提高分子物种的表征。此外，IPMS技术可用于分析痕量或者体相浓度。

尽管IPMS技术的新型和有利的性能，但使用这一技术，在检测和分析酸性基体内的金属方面仍存在挑战。而且，这些挑战还存在于其它分析技术，例如离子色谱法内。酸性基体的一个实例是在半导体制造过程中常用的清洁溶液(它被称为标准清洁2溶液(SC2)，它是各种比例的盐酸(HCl)、过氧化氢(H₂O₂)和水的溶液)。可使用SC2，通过形成可溶的氯化物络合物，从硅片表面上除去金属残渣。在半导体制造中所使用的SC2的最常见比值为1份37％HCl和1份30％H₂O₂和6份超纯水(UPW)。

半导体器件几何尺寸的连续降低要求对处理溶液，例如SC2内的污染物的增强的控制。对污染物的控制是重要的，因为在器件的制造过程中，SC2与电子电路直接接触。因此，定量测定和监控在新鲜和废的SC2溶液内的金属污染物在例如优化半导体制造产率方面是非常重要的。