msFineAnalytic AI를 이용한 반도체 제조용 용매의 불순물 정성 분석 [GC-TOFMS 애플리케이션]
엠에스팁 No.434
개요
반도체 소자의 신뢰성은 실리콘 웨이퍼의 청결도에 따라 결정됩니다. 따라서 세척액의 불순물로 인한 오염을 방지하는 것이 중요합니다. 세척액을 초순도 수준으로 처리하려면 제거할 불순물의 화학 성분을 식별하는 것이 중요합니다. 이를 위해 가스 크로마토그래피-질량분석기(GC-MS)가 널리 사용됩니다.
최근에는 GC-고해상도 질량분석기(GC-HRMS)를 이용한 정밀질량 분석, 전자 이온화(EI) 질량 스펙트럼의 NIST 데이터베이스, 연성 이온화(SI)를 이용한 분자 이온 분석 등 정성 분석에 사용되는 기술이 점점 더 정교해지고 있습니다. 한편, 정밀 질량 분석을 통해 얻은 데이터의 양이 엄청나기 때문에 MS 데이터 분석에 대한 전문 지식과 해석에 막대한 시간이 필요합니다.
JEOL의 최신 분석 소프트웨어인 msFineAnalytic AI는 EI와 SI에서 수집한 GC-HRMS 데이터를 신속하게 분석하고, 화학 공식을 결정하고, 화학 구조를 예측하도록 설계되었습니다. 이 작업에서는 msFineAnalytic AI를 사용하여 웨이퍼 표면 세척 용액인 2-메톡시-1-메틸에틸 아세테이트(PGMEA)의 불순물을 식별했습니다.
측량
상용 PGMEA(≥99.5%)를 샘플로 사용했습니다. GC 컬럼으로는 PGMEA와 마찬가지로 불순물의 극성이 클 것으로 예상되어 Rtx-BAC PLUS1을 사용하였다. 이온화 방법으로는 EI와 FI(Field Ionization)를 사용하였다. msFineAnalytic AI는 이후 수집된 데이터 분석에 사용되었습니다. 표 1은 측정 조건을 보여준다.
결과 및 토론
그림 1은 EI와 FI의 총 이온 전류 크로마토그램(TICC)을 보여줍니다. 공기와 PGMEA 외에 불순물로 간주되는 성분이 총 12개 검출됐다. 공기와 물 이외의 구성 요소는 EI 및 FI TICC 모두에서 검증되었습니다. 일부 구성 요소의 경우 분자 이온에서 예측된 공식이 NIST 데이터베이스 검색 결과와 일치하지 않았습니다.
그러나 msFineAnalytic AI에는 NIST 데이터베이스 외에 화학 구조에서 추정된 EI 질량 스펙트럼의 AI 데이터베이스가 포함되어 있습니다. AI 데이터베이스에 대해 조사한 결과 이러한 구성 요소는 조각 이온 패턴과 잘 일치하고 분자 이온에 의해 예측된 화학 공식을 갖는 화합물로 밝혀졌습니다.
PGMEA와 쉽게 혼합될 수 있는 물 분자와 PGMEA의 합성 원료로 사용되는 1-메톡시프로판-2-올[1]도 불순물로 확인됐다.
PGMEA의 구조이성질체인 2-메톡시프로필아세테이트(XNUMX-methoxyprofile Acetate)도 불순물로 확인됐다.
표 1. 측정 조건
그림 1. PGMEA의 EI 및 FI TICC
그림 2. 머무름 시간 6.61분에서 구성 요소의 EI 및 FI 질량 스펙트럼
상단: EI, 하단: FI
그림 2와 3은 각각 그림 1에서 ▼로 표시된 피크의 질량 스펙트럼과 예측된 화학 구조를 보여줍니다. 이는 머무름 시간 6.61분에서 감지되었습니다.
그림 2의 EI 질량 스펙트럼에서는 분자 이온이 검출되지 않았습니다. 이 성분의 분자 이온은 FI 질량 스펙트럼에서 검출되었으며, 이는 연성 이온화 사용의 중요성도 입증합니다. 검출된 분자 이온의 정확한 질량은 C8H18O3를 화학식으로 암시했습니다. EI 질량 스펙트럼에 대한 NIST 데이터베이스 검색에서는 750 이상의 유사성을 나타내는 화합물이 발견되지 않았습니다.
그러나 그림 3의 AI 구조 분석 결과 3-(3-hydroxybutan-2-yloxy)butan-2-ol이 생성되었으며, 이는 C8H18O3의 화학식을 가지며 측정된 EI 단편 패턴과 AI 예측 EI 단편 패턴 간에 좋은 일치를 보여주었습니다.
그림 3. EI 및 FI 질량 스펙트럼 6.61분의 유지 시간으로 구성 요소의
여름
이 작업의 결과는 msFineAnalytic AI의 효율성을 입증합니다. 이는 정성 분석을 위한 강력하고 효율적인 도구로, 화학식 결정 및 화학 구조 예측에 소요되는 시간과 노동력을 절약해 줍니다. msFineAnalytics를 탑재한 GC-HRMS 시스템은 PGMEA를 포함한 유기용매 내 불순물의 정성 분석 외에도 반도체 소자 세정 전후의 ROSE 테스트 용액을 검사함으로써 반도체 표면의 유기 오염물질에 대한 정성 분석에도 효과적일 것으로 기대됩니다.
참조
[1] Arif Hussain, Yus Donald Chaniago, Amjad Riaz, 이문용,. 인디애나 화학. 결의안. 2019, 58, 6, 2246−2257.
DOI: 10.1021/acs.iecr.8b04052
