【要旨】 株式会社东丽研究中心（所在地：东京都中央区日本桥本町一丁目7番2号、社长：真壁芳树、以下「TRC」）通过高度优化诱导耦合电浆质谱仪※1的单一微小粒子分析法（spICP-MS※2）之样品制备方法与测定条件，开发出一项能以国内最高水准感度，分析半导体制造过程中造成问题的杂质金属纳米粒子之粒子浓度与粒径分布的技术。TRC将运用此项技术，针对半导体制造用药液中的纳米粒子展开委托分析服务。 随着半导体微细化技术的进步，纳米※3尺寸的微小粒子（纳米粒子）即使含量极微，也会成为导致断路或短路等不良现象的因素。因此，从确保良率的观点来看，制造过程中使用的药液纯度管理变得日益重要。 spICP-MS是一种高感度分析手法，能逐一检测液体中存在的金属纳米粒子，并同时测定粒径与粒子数浓度。TRC通过建构能最大限度发挥该手法特长的独家分析系统，实现了对药液中所含极微量杂质纳米粒子的检测与定量评估。通过本项服务，预期将有助于药液的进一步高纯度化，以及提升先进半导体制造的良率。 【背景】 在半导体追求高性能化与省电化的过程中，组件的微细化正进一步加速。另一方面，金属纳米粒子造成的污染被视为导致集成电路断路或短路的原因之一。半导体制造过程中使用了光阻剂※4、酸、有机溶剂等多种药液，这些药液中所含的杂质金属纳米粒子对组件可靠度与良率的影响不容忽视，因此业界强烈需求能高感度且定量评估药液中极微量金属纳米粒子的技术。 spICP-MS是一种能检测分散于液体中、浓度低至数ppt※5（100亿分之一%）的金属纳米粒子的分析手法，对于药液等杂质金属纳米粒子的评估相当有效。然而，过去存在着因样品制备所用试剂衍生的杂质、样品中的金属离子与夹杂物、测定设备内的污染所导致的杂讯信号影响，以及因测定条件的些微差异造成感度变动，导致微量、微小粒子检测困难的课题。 【技术与分析例】 针对上述课题，TRC结合了样品制备所用溶剂的高纯度化、为保持设备内部洁净状态的运作管理，以及根据测定对象药液与粒子调整的优化测定条件，建构出能最大限度发挥spICP-MS特长的分析系统。其结果，实现了对半导体制造用药液中存在的极微量金属纳米粒子进行高感度且稳定的检测与评估。 作为展现本技术有效性的一例，图1显示了以spICP-MS确认半导体制造过程中作为光阻剂溶剂及清洗剂使用的丙二醇单甲醚乙酸酯（PGMEA※6）中，杂质金属纳米粒子含量的结果。 若直接测定市售的高纯度PGMEA，会检测出大量的铝（Al）及铁（Fe）等金属纳米粒子。此结果显示，即使是一般被视为「高纯度」的药液中，金属纳米粒子仍作为杂质存在。若使用此PGMEA进行样品制备，将难以判断检测出的粒子是源自样品本身，还是源自调制所用的PGMEA。另一方面，若将此溶剂纯化后再进行相同的分析，则几乎检测不到金属纳米粒子，这显示通过使用适当纯化的试剂，能进行更高感度且可靠度更高的杂质评估。此外，从纯化后的PGMEA中检测出的Fe粒子，换算为溶剂中浓度仅为0.04 ppt，达成了极高的检测感度。 此外，本手法亦能通过溶解于适当溶剂中，对树脂内含的金属纳米粒子进行评估，对于推断以固体树脂为原料的药液中之污染源亦相当有效。对树脂中极微量金属纳米粒子的分析，唯有通过使用经纯化后的高纯度溶剂来溶解树脂，方能实现。今后，通过将适用范围扩大至各种溶剂与材料，将能对应更广泛的分析需求。 图1 PGMEA中金属杂质金属纳米粒子的分析结果 【今后展望】 在AI及数据中心用半导体等产品需求扩大的背景下，预计半导体制造技术的精进将持续进行。本技术作为能高感度评估药液中杂质纳米粒子的手段，期待能在从研究、技术开发到量产工程等广泛场景中获得应用。 TRC秉持「以先进技术贡献社会」的基本理念，将持续推动微小粒子检测技术的进一步升级与对应样品的扩充，通过满足包含半导体在内的多样化分析需求，协助客户解决课题。 【用语说明】 ※1 诱导耦合电浆质谱仪 Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry。简称为ICP-MS。是一种将样品溶液以电浆离子化，并利用质谱仪测定其中所含金属元素种类与含量的手法。在现代分析手法中拥有最高水准的感度，擅长检测与测定极低浓度的金属杂质。 ※2 spICP-MS Single Particle ICP-MS的简称。利用ICP-MS设备检测液体中每一颗粒子所含金属元素的种类与含量。从金属元素的含量求出个别粒子的体积，并假设为球状来算出粒径。此外，亦可从检测出粒子的频率算出样品液中的粒子浓度。 ※3 纳米 长度单位。nm。1nm相当于1mm的100万分之一。 ※4 光阻剂 由高分子树脂、感光材、溶剂组成的液状药剂。具有对光反应并产生化学变化的特性，在半导体制造过程中用于制作电路图形时使用。 ※5 ppt 浓度单位。