TOFWERK Aim技术为半导体AMC广谱监控提供实时、易解读分析方案

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2024.1.10

以TOFWERK Aim技术为核心的半导体AMC实时监控方案

TOFWERK

Vocus CI-TOF

01

质子转移反应（PTR）电离:关键AMC分析物的离子碎片干扰

     化学电离质谱法使用的是相对‘软’的电离技术，但在电离过程中，也有相当可能会产生离子碎片，从而导致复杂样品的质谱图解读难度攀升。尽管质子转移反应（PTR）是一种强大的普适VOCs分析工具，但在分析半导体制造（无尘室）环境中的关键AMC污染物时，不同AMC物种所产生的离子碎片以及之间的相互干扰对上述物种的定量分析是一个分析难题。

     为了解决这一问题，基于PTR原理的AMC监测器在反应腔中采用了多种可切换的电离方式，以及梯级能量扫描。这些结果输入到复杂的数学匹配模型中，可以解卷积以分离同标称元素（isobar）和同分异构体（isomer），也可以在某种程度上处理碎片问题。然而，这一过程非常容易出错（尤其是物种浓度变化区间较大的时候）且速度较慢（因离子源切换需要等待反应气体和压强平衡），通常需要五分钟或更久才能生成一个数据点。这种基于模型的AMC测量方法也很难处理未预先编程到数据库的化合物，因此在不断变化的浓度环境下，它可能产生错误的浓度或化合物分布。尤其是当FAB环境中因为制程改进或者新制程引入新的AMC化合物时，新物种及其干扰碎片可能会以无法预测的方式复杂化质谱图，因此解卷积算法可能错误地解释空气中的化合物和浓度。

02

TOFWERK Aim反应腔的天生优势

      在工厂环境中更有效的测量AMC的方案是使用相对于PTR电离压强更高的电离方法——TOFWERK Aim反应腔。它利用紫外光在反应腔中产生超纯且高选择性试剂离子，从而产生简单易懂的质谱图。通过加成反应，而不是PTR反应，这种超‘软’、几乎无碎片的电离方式不需要复杂的算法。相反，Aim反应腔只需要简单物种校准信息就能将质谱图转换成准确的浓度信息，因此可以实时报告浓度，无需循环使用多种电离能量和反应腔条件。如图1显示，与使用PTR反应腔对同种化合物检测谱图的直观对比。AIM电离方法产生的碎片可以忽略不计。使用PTR反应腔时，仅一种化合物就产出多达13个峰，形成了拥挤而错综复杂的质谱图，而Aim反应腔仅产生一个峰。

图1 使用PTR反应腔（上图）和Aim反应腔（下图）检测易‘碎’化合物。下图是使用Aim反应腔生成的质谱图。由于采用了‘软’电离技术，质谱图更加简洁易懂

03总结

      得益于TOFWERK的飞行时间质谱强大的设计原理和电离源研发经验，TOFWERK Aim反应腔可以实时生成易解释的结果，而且结果可靠、重复性高、长期稳定性强。TOFWERK Aim反应腔的软电离技术和TOFWERK高质量TOF质谱仪相结合，可以根据精确质量分析有效地报告准确浓度，利用其高分辨率TOF分离潜在的同标称分子干扰，并测量实时的同位素分布。TOFWERK AMC监测器不仅能毫秒级切换试剂离子，还能以几乎瞬时切换TOF极性，可实时（少于三秒）进行多达六种选择性离子化学反应和对应物种检测分析。