摘要：本文介紹了一種使用反應池電感耦合等離子體質譜分析光刻膠的簡單方法。利用配備高靈敏度八極桿反應池系統(tǒng) (ORS) 的 Agilent 7500cs ICP-MS 分析光刻膠中的所有元素。ORS 消除了 B、Mg、Al、K、Ca、Ti、 Cr、Fe 和 Zn 等元素測量時的所有等離子體和基質多原子離子干擾，否則這些干擾物質將限制標準四極桿 ICP-MS 在本應用中的操作。在樣品前處理過程中，只需用合適的溶劑將光刻膠樣品（30% 樹脂）稀釋 10 倍，然后即可利用 7500cs 直接進行分析。

前言：集成電路 (IC) 的制造是一個復雜的過程，需在數(shù)周內完成許多步驟。在缺少持續(xù)檢測的情況下，可能在制造過程的任何步驟中（特別是重要的光刻階段）無意間引入金屬污染物。一旦在硅片表面上生長或沉積了一層材料（例如氧化物層），即可施加光敏液體光刻膠層。固化后，光刻膠可防止其覆蓋的區(qū)域受到蝕刻或電鍍?？刮g劑有多種不同類型。在本應用簡報中，介紹了對正性抗蝕劑（p 型）的分析，這類抗蝕劑暴露于紫外 (UV) 光時變?yōu)榭扇軤顟B(tài)。利用正性抗蝕劑處理晶圓時，具有所需模板的掩模在 UV 光源和晶圓之間對準。UV 光照射透過掩模的透明部分，從而使模板暴露在光敏抗蝕劑上。曝光的抗蝕劑變得可溶于顯影劑（例如，四甲基氫氧化銨，TMAH，2.38%），并從晶圓表面上除去。然后，使用濕法或干法蝕刻工藝將“掩模圖案”蝕刻到晶圓上，除去剩余的未顯影/ 硬化的光刻膠，并重復該過程。

光刻膠中的金屬雜質可能導致終半導體器件的電氣性能和可靠性下降。因此，對于這些雜質的可接受限值在不斷降低。目前，光刻膠中各種金屬雜質（如 Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu 和 Zn）的可接受含量在 10–30 ppb 范圍內，并將很快降至 10 ppb 以下。因此，監(jiān)測光刻膠中超痕量水平的這些元素至關重要，并且通常由光刻膠供應商和某些集成電路制造商進行。

通常利用酸消解或干法灰化對光刻膠樣品進行前處理，然后利用石墨爐原子吸收光譜 (GFAAS) 進行分析。盡管這種方法非常耗時并存在潛在危險，但是仍然得到廣泛應用。另外，使用酸消解或干法灰化進行樣品前處理可能導致?lián)]發(fā)性元素（如硼和砷）損失。此方法的其他局限性包括，可能由裝置、酸混合物及其他試劑引入污染物，并且 GFAAS 的樣品通量也較低。近開發(fā)出一種不同的方法。該方法利用適當溶劑進行簡單稀釋，然后使用電感耦合等離子體質譜 (ICP-MS) 直接分析光刻膠中的多種元素。許多溶劑都適合用作光刻膠稀釋劑，其中包括 N-甲基-2-吡咯烷酮 (NMP)、丙二醇單甲醚 (PGME) 和乳酸乙酯。溶劑中的雜質含量會大地影響對光刻膠中雜質的檢測能力。盡管如此，市面上很難找到超高純度溶劑。本報告介紹了利用 PGME 進行簡單稀釋后，使用 ICP-MS 對光刻膠進行分析。在分析之前，在實驗室中對溶劑進行了純化。

儀器 ：Agilent 7500cs ICP-MS 儀器配備八極桿反應池系統(tǒng) (ORS)，用于去除可能干擾某些元素測量的多原子物質，如表 1 所示。本研究中使用配備有機溶劑引入工具包（部件號 G1833-65038）的 7500cs。該工具包包括具有錐形頭的石英窄徑中心管炬管（內徑 1.5 mm）以及用于有機溶劑的霧化室廢液管接頭。安捷倫石英同心霧化器（部件號 G1820-65138）以 68 µL/min 的樣品提升速率自吸進樣。安捷倫*的經過專門設計的錐形中心管炬管（部件號 G1833- 65424）特別適合用于分析光刻膠，因為該炬管需要較窄的中心管且不易發(fā)生堵塞。石英霧化室的溫度保持在 –5 °C。碳的去除光刻膠的高碳含量（通常由載體溶劑、光活性化合物和聚合物組成）可能導致碳沉積到采樣錐上，終導致孔口堵塞和靈敏度下降。為防止這種情況，在氬氣管線中加入少量氧氣以燃燒碳。通過炬管之前的 T 型接頭加入氧氣。出于安全原因，氧氣不應與霧化室中的氬氣混合，建議使用經氬氣稀釋的氧氣 (20%)。使用鉑尖接口錐代替鎳接口錐，因為加入氧氣后會產生反應性更高的等離子體，在此環(huán)境中鎳接口錐會快速劣化。

質譜干擾的去除本研究中使用的光刻膠不僅包含碳、氫和氧，還包含以磺酸形式存在的硫，從而引起潛在的基質多原子離子干擾，如表 1 所示。隨著高靈敏度 7500cs 反應池 ICP-MS 的推出，可使用 ORS 反應池內的受控環(huán)境或利用安捷倫冷等離子體技術來減少這些質譜背景離子的干擾。本報告展示了使用 7500cs ORS 在氦氣和氫氣模式下獲得的數(shù)據(jù)。

實驗部分：利用簡單的分析方法對光刻膠樣品進行分析，所用的操作參數(shù)如表 2 所示。將可選的氧氣 (20%) 與氬氣混合氣體流速設置為 0.2 L/min，并將炬管采樣深度設置為 8 mm。使用空白 PGME 和 1 ppb 調諧溶液（含有 7 Li、59 Co、 89 Y 和 205 Tl 的 PGME），對離子透鏡參數(shù)和 ORS 氣體流速進行優(yōu)化。在無氣體模式下，通過大程度提高 Li、Y 和 Tl 的響應，對操作條件進行調諧。在氫氣模式下，大程度提高了 59 Co 的每秒計數(shù) (cps) 信號響應，并大程度減小了質量數(shù)為 40 的 Ar 和質量數(shù)為 52 的 ArC 的信號響應。在氦氣模式下，大程度提高了 59 Co 的響應，并大程度減小了質量數(shù) 63 和 64 處的背景計數(shù)。ICP-MS ChemStation 軟件具有多重調諧功能，能夠將不同的調諧條件自動組合到一次分析運行中。所有元素的結果均列于一份報告中。

由于光刻膠與水接觸后會發(fā)生沉淀，因此確保 ICP-MS 進樣系統(tǒng)中不含水非常重要。使用水溶液時，在等離子體點火后，需要引入 PGME 溶液至少 10 分鐘以除去水。在此過程中，將氧氣加入等離子體氣體中。

樣品前處理樣品前處理僅包括用 PGME 按 1:10 的比例稀釋光刻膠樣品。定量方法由于光刻膠和 PGME 之間存在粘度差異，因此單獨分析各個樣品，并從光刻膠數(shù)據(jù)中扣除 PGME 的結果以得到凈分析值。使用基質匹配的 PGME 和光刻膠標準品對每個樣品進行校準。首先，在 PGME 中加入多元素標準品 (SPEX)，使終加標濃度分別為 0.5、1.0 和 2.0 ppb。根據(jù)此外部校準法來測定溶劑中的分析物濃度。未加入內標 (ISTD)，以避免污染風險。外部校準法避免了耗時的標樣加入過程（需要對每個樣品加標）。針對光刻膠重復該過程。以 0、 0.2、0.5、1.0 和 2.0 ppb 的終加標濃度對光刻膠（用 PGME 稀釋至樹脂為 3%）進行加標。所有其他光刻膠樣品濃度均根據(jù)此外部校準來測定。同樣不使用 ISTD。用稀釋倍數(shù)對獲得的濃度進行校正。由校準曲線獲得各種元素的檢測限。