試験の目的半導体分野の極微量分析では、シリコンウェハー中の不純物分析など、Siマトリックス試料の測定が不可欠です。ここではHF/

H2 O2液性のSiマトリックス試料中のTi、Fe、Ni、Co、Mo、Wの6元素について、2時間連続測定を実施して、その検出性能と長時間安定性を評価しました。また、iCAP Qs ICP-MSのコールドプラズマがSiマトリックスの影響により感度低下などの影響を受けないことを実証しました。

測定試料下記のSiマトリックス試料を調製しました。【連続測定における安定性評価用】・ 検 量 線 試 料：HF/H2 O2液 性、0、1000 ng/L （Ti、Fe、Ni、Co、

Mo、Wの6元素）・ 連続測定試料：HF/H2 O2液性Si 500 mg/L試料に各元素の標準溶液を添加したもの

（添加量：各元素50～100 ng/L相当）【Siマトリックス濃度による影響評価用】・ 25元素の標準溶液1 µg/LにSiマトリックスを添加したもの（Si

濃度0、100、500、1000 mg/L）

試験内容【連続測定における安定性評価】最初に検量線を作成し、その後、Siマトリックス試料 （500 mg/L） を50試料分連続測定して安定性評価を行いました。

【Siマトリックス濃度による影響評価】Siマトリックスによる不純物元素の信号強度に対する減感の影響を確認するため、1 µg/Lの標準溶液にSiマトリックスを添加した試料溶液を測定し、各元素の信号強度を比較しました。

装置と機器構成iCAP Qs ICP-MSとESI社製SC-2DXオートサンプラーを用いて、連続測定を行いました。主な試料導入系の構成と機器パラメーターを表1に示します。元素によってコールドプラズマモードとHe KEDモードを切り替えながら、測定を行いました。

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iCAP Qs ICP-MSによるSiマトリックス試料中の極微量元素分析

サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社

キーワードICP-MS／極微量分析／Siマトリックス／コールドプラズマ／安定性試験

概要このテクニカルノートでは、Thermo Scientific™ iCAP™ Qs ICP-MSを用いたSiマトリックス試料中の極微量金属元素分析について、その検出性能と安定性を報告します。

表1：メソッドパラメーター

パラメーター 設定ネブライザー PFA100ネブライザー（自然吸引）

スプレーチャンバー PFA製サイクロン型インジェクター サファイア製 内径2.0 mm

インターフェイス Ptチップ高感度分析用

測定モード コールドモード He KEDモード高周波出力 530 W 1550 W

ネブライザーガス流量 1.1 L/min 0.8 L/min

コリジョンセルガス流量 ― 4.2 mL/min（He）

KED設定電圧 ― +3 V

表2： HF/H2O2液性における検出限界（DL）およびバックグラウンド相当濃度（BEC）

測定元素 同位体 測定モード DL（ng/L）

BEC（ng/L）

Ti 48 KED 1.8 11.2

Fe 56 Cold 0.8 0.9

Ni 58 Cold 0.3 0.4

Co 59 Cold 0.6 0.7

Co 59 KED 0.7 3.9

Cu 65 Cold 1.1 0.5

Mo 95 KED 0.9 2.1

W 182 KED 0.2 0.3

（DLとBECは測定試料中不純物量や測定環境に依存します）

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図2：Siマトリックス濃度による不純物検出感度の影響

結果今回の検量線試料の測定より得られた各元素の検出限界（DL）とバックグラウンド相当濃度（BEC）を表2に示します。いずれの元素もシングルng/Lの検出限界値が得られ、HF/H2 O2液性において極微量分析が可能であることを確認しました。Siマトリックスを500 mg/L含む試料の安定性評価の結果を図1

に示します。不純物元素の定量値は100 ng/L未満の低濃度であるにもかかわらず、50試料の測定値の相対標準偏差は10%未満であり、長時間安定性が確認されました（表3）。これにより、コールドプラズマにSiマトリックス試料を導入しても十分な感度と安定性が得られること、および2条件の切り替え測定の再現性も優れていることを実証しました。

Siマトリックス濃度の異なる標準溶液の測定結果を図2に示します。Si濃度（0～1000 mg/L）によって大きく感度が変動することなく、安定した結果が得られることを確認しました。コールドプラズマにSiの高マトリックス試料を導入しても、高感度分析できることが実証できました。

まとめiCAP Qs ICP-MSは、HF/H2 O2液性やSiマトリックスを高濃度で含有する試料に対しても、ng/Lレベルの極微量分析が可能です。オートサンプラーを使用したルーチン分析に対して、非常に安定した極微量分析を提供します。

Si 0 mg/L試料における各元素1 µg/Lの信号強度を100%として、Siマトリックス濃度を変えたときの信号強度比を回収率として表示

表3：Siマトリックス 500 mg/L試料の50回連続測定の安定性

測定元素 同位体 測定モード

平均値（ng/L） 標準偏差

RSD（%）

Ti 48 KED 43.9 3.2 7.4

Fe 56 Cold 46.9 1.8 3.8

Ni 58 Cold 81.5 3.8 4.6

Co 59 KED 43.2 2.3 5.4

Co 59 Cold 43.3 2.1 4.9Cu 65 Cold 88.0 2.7 3.0

Mo 95 KED 56.5 3.0 5.2

W 182 KED 57.8 2.4 4.1

図1：Siマトリックス500 mg/L試料の50回連続測定結果

1 4 72 5 83 6 9 10 11 14 1712 15 1813 16 19 20 31 34 3732 35 3833 36 39 4021 24 2722 25 2823 26 29 30 41 44 4742 45 4843 46 49 50