【要旨】

株式會社東麗研究中心（所在地：東京都中央區日本橋本町一丁目7番2號、社長：真壁芳樹、以下「TRC」）透過高度優化誘導耦合電漿質譜儀※1的單一微小粒子分析法（spICP-MS※2）之樣品製備方法與測定條件，開發出一項能以國內最高水準感度，分析半導體製造過程中造成問題的雜質金屬奈米粒子之粒子濃度與粒徑分佈的技術。TRC將運用此項技術，針對半導體製造用藥液中的奈米粒子展開委託分析服務。

隨著半導體微細化技術的進步，奈米※3尺寸的微小粒子（奈米粒子）即使含量極微，也會成為導致斷路或短路等不良現象的因素。因此，從確保良率的觀點來看，製造過程中使用的藥液純度管理變得日益重要。

spICP-MS是一種高感度分析手法，能逐一檢測液體中存在的金屬奈米粒子，並同時測定粒徑與粒子數濃度。TRC透過建構能最大限度發揮該手法特長的獨家分析系統，實現了對藥液中所含極微量雜質奈米粒子的檢測與定量評估。透過本項服務，預期將有助於藥液的進一步高純度化，以及提升先進半導體製造的良率。

【背景】

在半導體追求高性能化與省電化的過程中，元件的微細化正進一步加速。另一方面，金屬奈米粒子造成的污染被視為導致積體電路斷路或短路的原因之一。半導體製造過程中使用了光阻劑※4、酸、有機溶劑等多種藥液，這些藥液中所含的雜質金屬奈米粒子對元件可靠度與良率的影響不容忽視，因此業界強烈需求能高感度且定量評估藥液中極微量金屬奈米粒子的技術。

spICP-MS是一種能檢測分散於液體中、濃度低至數ppt※5（100億分之一%）的金屬奈米粒子的分析手法，對於藥液等雜質金屬奈米粒子的評估相當有效。然而，過去存在著因樣品製備所用試劑衍生的雜質、樣品中的金屬離子與夾雜物、測定裝置內的污染所導致的雜訊訊號影響，以及因測定條件的些微差異造成感度變動，導致微量、微小粒子檢測困難的課題。

【技術與分析例】

針對上述課題，TRC結合了樣品製備所用溶劑的高純度化、為保持裝置內部潔淨狀態的運作管理，以及根據測定對象藥液與粒子調整的最佳化測定條件，建構出能最大限度發揮spICP-MS特長的分析系統。其結果，實現了對半導體製造用藥液中存在的極微量金屬奈米粒子進行高感度且穩定的檢測與評估。

作為展現本技術有效性的一例，圖1顯示了以spICP-MS確認半導體製造過程中作為光阻劑溶劑及清洗劑使用的丙二醇單甲醚乙酸酯（PGMEA※6）中，雜質金屬奈米粒子含量的結果。

若直接測定市售的高純度PGMEA，會檢測出大量的鋁（Al）及鐵（Fe）等金屬奈米粒子。此結果顯示，即使是一般被視為「高純度」的藥液中，金屬奈米粒子仍作為雜質存在。若使用此PGMEA進行樣品製備，將難以判斷檢測出的粒子是源自樣品本身，還是源自調製所用的PGMEA。另一方面，若將此溶劑純化後再進行相同的分析，則幾乎檢測不到金屬奈米粒子，這顯示透過使用適當純化的試劑，能進行更高感度且可靠度更高的雜質評估。此外，從純化後的PGMEA中檢測出的Fe粒子，換算為溶劑中濃度僅為0.04 ppt，達成了極高的檢測感度。

此外，本手法亦能透過溶解於適當溶劑中，對樹脂內含的金屬奈米粒子進行評估，對於推斷以固體樹脂為原料的藥液中之污染源亦相當有效。對樹脂中極微量金屬奈米粒子的分析，唯有透過使用經純化後的高純度溶劑來溶解樹脂，方能實現。今後，透過將適用範圍擴大至各種溶劑與材料，將能對應更廣泛的分析需求。

圖1 PGMEA中金屬雜質金屬奈米粒子的分析結果

【今後展望】

在AI及資料中心用半導體等產品需求擴大的背景下，預計半導體製造技術的精進將持續進行。本技術作為能高感度評估藥液中雜質奈米粒子的手段，期待能在從研究、技術開發到量產工程等廣泛場景中獲得應用。

TRC秉持「以先進技術貢獻社會」的基本理念，將持續推動微小粒子檢測技術的進一步升級與對應樣品的擴充，透過滿足包含半導體在內的多樣化分析需求，協助客戶解決課題。

【用語說明】

※1 誘導耦合電漿質譜儀

Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry。簡稱為ICP-MS。是一種將樣品溶液以電漿離子化，並利用質譜儀測定其中所含金屬元素種類與含量的手法。在現代分析手法中擁有最高水準的感度，擅長檢測與測定極低濃度的金屬雜質。

※2 spICP-MS

Single Particle ICP-MS的簡稱。利用ICP-MS裝置檢測液體中每一顆粒子所含金屬元素的種類與含量。從金屬元素的含量求出個別粒子的體積，並假設為球狀來算出粒徑。此外，亦可從檢測出粒子的頻率算出樣品液中的粒子濃度。

※3 奈米

長度單位。nm。1nm相當於1mm的100萬分之一。

※4 光阻劑

由高分子樹脂、感光材、溶劑組成的液狀藥劑。具有對光反應並產生化學變化的特性，在半導體製造過程中用於製作電路圖形時使用。

※5 ppt

濃度單位。意指1兆分之一，為Parts Per Trillion的簡稱。1ppt相當於1%的100億分之一。

※6 PGMEA

Propylene Glycol Methyl Ether Acetate（丙二醇單甲醚乙酸酯）。為無色透明溶劑，在半導體製造以外的領域亦用於油墨與染料中。

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