HPLC
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceThermo Fisher Scientific
Význam tématu
V oblasti polovodičového a mikroelektronického průmyslu je precizní řízení složení kyselého měděného pokovovacího roztoku klíčové pro dosažení požadovaných fyzikálně-chemických vlastností nanesené vrstvy. Přítomnost a měnící se koncentrace speciálních přísad (accelerátor, leveler) a jejich vedlejších produktů výrazně ovlivňuje kvalitu pokovení, jeho rovnoměrnost a mikrostrukturální charakteristiky.
Cíle a přehled studie
Cílem popsaného přístupu je vyvinout chromatografickou metodu, která:
- Umožní selektivní a kvantitativní stanovení hlavních přísad v kyselém měděném lázni (accelerátor, leveler).
- Detekuje a identifikuje organické vedlejší produkty vznikající během provozu a stárnutí lázně.
- Zajistí dostatečnou citlivost a reprodukovatelnost i v silně kyselém a vysoce intenzivním kovovém matrickém prostředí.
Použitá instrumentace
- Kapalinový chromatograf Dionex DX-600 s PEEK kapalinovou cestou
- Gradientní pumpa GP50
- Absorpční detektor AD25 (nebo PDA-100)
- Autosampler AS50 s PEEK vzorkovacími smyčkami (10 µL, 500 µL)
- Chromatografický software PeakNet
- Polymerní reversed-phase kolony IonPac NS1 (4 × 250 mm) a guard NG1 (4 × 35 mm)
Použitá metodika
Pro přípravu mobilních fází byly použity roztoky síranu v následujících koncentracích: 100 mN, 150 mN H2SO4 a 10 % acetonitril v 150 mN H2SO4. Vyvinuty byly dva separační režimy:
- Strmý gradient (5 %→90 % acetonitrilu, 1,0 mL/min, detekce 190 nm, injekce 10–500 µL).
- Mírný („shallow“) gradient (0,25 %→9 % acetonitrilu, 2,0 mL/min, detekce 200–325 nm, extrakce jednoho kanálu na 246 nm, injekce 10–500 µL).
Vzorky se připravují přímým odběrem z pracovního roztoku, případně po přídavku známých koncentrací standardů pro kalibraci a identifikaci vedlejších produktů.
Hlavní výsledky a diskuse
Oba gradientní režimy umožnily oddělit signály hlavních přísad od masivního matričního signálu (síran a kovové ionty). Strmý gradient poskytl robustní separaci těchto látek a umožnil stanovit dvě piky accelerátoru (5,8 a 6,5 min) a leveleru (~17,3 min). Mírný gradient zvýšil rozlišení dvou komponent accelerátoru a vedlejších produktů vznikajících ve stárnoucí lázni. Použití PDA detektoru umožnilo identifikaci absorpčních maxim (accelerátor: 246 nm, leveler: 190–200 nm) a rozpoznání dvou nových vedlejších piků (označených jako Byprodukt A a B) při 3,4 a 6,2 min. Kalibrace přísad prokázala lineární závislost signálu vůči koncentraci (r2 > 0,99) a opakovatelnost (RSD < 10 %).
Přínosy a praktické využití metody
Metoda nabízí:
- Kvantitativní monitoring klíčových přísad i nízkokoncentrovaných vedlejších produktů v reálných provozních lázních.
- Vysokou odolnost vůči silně kyselému a kovově bohatému prostředí díky PEEK komponentám a polymerní chromatografii.
- Možnost prediktivní údržby a optimalizace složení lázně pro zlepšení uniformity a mechanických vlastností měděných vrstev.
Budoucí trendy a možnosti využití
Další rozvoj může směřovat k:
- Nasazení hmotnostní spektrometrie v tandemovém uspořádání (LC-MS) pro detailní identifikaci struktury vedlejších produktů.
- Automatizovanému on-line sledování složení lázně s cílem minimalizovat lidskou chybu a zkrátit dobu odezvy při úpravě receptury.
- Adaptaci metody na jiné elektrodepozice a povrchové úpravy v mikroelektronice.
Závěr
Popsaná chromatografická analýza s využitím IonPac NS1/NG1 a PEEK komponent prokázala schopnost citlivě a selektivně stanovit jak primární přísady, tak vznikající organické vedlejší produkty v kyselém měděném pokovovacím roztoku. Metoda je reprodukovatelná, pružně upravitelná pro různé koncentrace a nabízí robustní platformu pro řízení kvality průmyslových procesů.
Reference
- Hurtubise R., Too E., Cheng C. C., Future Fab Intl., 1998, 243–245.
- Lin X. W., Pramanik D., Solid State Technol., 1998, 41(10), 63–79.
- Plieth W., Electrochimica Acta, 1992, 37(12), 2115–2121.
- Kelly J. J., Tian C., West A. C., J. Electrochem. Soc., 1999, 146, 2540–2545.
- Tench D., Ogden C., J. Electrochem. Soc., 1978, 125, 194.
- Ogden C., Tench D., Plat. Surf. Fin., 1978, 66, 30.
- Haak R., Ogden C., Tench D., Plat. Surf. Fin., 1982, 69, 62.
- Freitag W. O., Ogden C., Tench D., White J., Plat. Surf. Fin., 1983, 70, 55.
- Reid J. D., Plat. Surf. Fin., 1988, 75, 108–112.
- Heberling S., Campbell D., Carson S., PC Fab., 1989, 12(8), 72.
- Taylor T., Ritzdorf T., Lindberg F., Carpenter B., Solid State Technol., 1989, 41(11), 47–57.
- Weiss J., J. Chromatogr., 1986, 353, 303–307.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.