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半導(dǎo)體行業(yè)解決方案之LC和SEC分離技術(shù)的應(yīng)用案例

2024-04-26 09:31:26

針對(duì)半導(dǎo)體工藝流程使用到的各種高分子組分,使用GPC(凝膠滲透色譜)或APC(超高效聚合物色譜)進(jìn)行相對(duì)分子量表征是必備的分析手段。而針對(duì)小分子組分的色譜分離,液相色譜的拆分必不可少。合作伙伴禾川化學(xué),在其【案例分享】分析技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)中的應(yīng)用中,分享了大量利用ACQUITY Arc UHPLC系統(tǒng) 和GPC/APC針對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用方案,快來(lái)***睹為快吧。




分析技術(shù)的需求

***內(nèi)新材料相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展比***外晚,尤其是半導(dǎo)體、新能源等行業(yè)。如何將先進(jìn)的分析方法用于卡脖子行業(yè)的新品研發(fā)中,解決企業(yè)遇到的具體問(wèn)題?

先進(jìn)材料分析的重點(diǎn)在于:

 卡脖子行業(yè)原材料的采購(gòu)受控,價(jià)格高且***外長(zhǎng)期壟斷,如何通過(guò)測(cè)試做***內(nèi)尋找材料,進(jìn)行***產(chǎn)化的替代?

 產(chǎn)品質(zhì)量事故及客戶質(zhì)量投訴調(diào)查,通過(guò)分析,可以快速查找異物或者不良產(chǎn)生原因,發(fā)現(xiàn)真正原因并及時(shí)挽回?fù)p失;

 運(yùn)用科學(xué)合理的分析手段,對(duì)標(biāo)***產(chǎn)品,進(jìn)行“配方逆向工程”,目的是積累科技情報(bào),為研發(fā)提供思路;

 將分析與研發(fā)相結(jié)合,讓分析參與新項(xiàng)目工業(yè)化轉(zhuǎn)化,深入?yún)⑴c研發(fā),持續(xù)創(chuàng)新與改進(jìn),開(kāi)拓分析技術(shù)領(lǐng)域的新方法。

半導(dǎo)體行業(yè)痕量分析技術(shù)

智能手機(jī)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)以及自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展持續(xù)推動(dòng)著對(duì)半導(dǎo)體材料的需求,為滿足對(duì)半導(dǎo)體器件的更高性能要求并提高器件質(zhì)量,必須在生產(chǎn)過(guò)程中控制硅片的污染。

痕量***詞的含義隨著痕量分析技術(shù)的發(fā)展有所變化,痕量分析包括測(cè)定痕量元素在試樣中的總濃度,及用探針技術(shù)測(cè)定痕量元素在試樣中或試樣表面的分布狀況。半導(dǎo)體行業(yè)中所使用的試劑***般是“電子***試劑”、“超凈高純化學(xué)試劑”等,也就是濕電子化學(xué)品,其主體成分純度大于99.99%,雜質(zhì)離子和微粒數(shù)符合嚴(yán)格要求的化學(xué)試劑,其中雜質(zhì)離子的含量控制在ppb甚至ppt***別,因此測(cè)試痕量物質(zhì)的儀器選擇很重要。   

目前半導(dǎo)體相關(guān)測(cè)試主要有以下幾種方法:

  • 電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-OES/AES)

  • 電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)

  • 原子吸收光譜(AAS)

  • 激光電離質(zhì)譜和共振電離質(zhì)譜(LIMS&RIMS)

  • 輝光放電質(zhì)譜(GDMS)

  • 二次離子質(zhì)譜(SIMS)

  • 離子色譜法(IC)

  • 俄歇電子能譜(AES)

  • 高分辨質(zhì)譜(UHPLC-QTOF)

  • 超高效聚合物色譜(APC)

液相色譜(SEC)技術(shù)在半導(dǎo)體中的應(yīng)用案例

***.液相(UPLC、UHPLC、制備色譜)在半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)品線中的應(yīng)用


1.光刻膠產(chǎn)品中光引發(fā)劑、光致產(chǎn)酸劑的含量分析
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光刻膠中的光致產(chǎn)酸劑純度測(cè)試

  • 設(shè)備:Waters Arc UHPLC
  • 測(cè)試條件:AtlantisTM dC18 ,5 μm  4.6×150 mm

  • 乙腈:水=70:30(V/V),波長(zhǎng)306 nm,柱溫30,流速1.0 mL/min

兩次測(cè)試的重復(fù)性好,主要成分與雜質(zhì)定量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<0.5%。
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三嗪類光致產(chǎn)酸劑的含量測(cè)試

  • 設(shè)備:Waters Arc UHPLC
  • 條件:C18柱,流動(dòng)相:甲醇:水=80:20,流速1.0 mL/min,柱溫30℃,波長(zhǎng)328 nm。


2.電鍍添加劑中各組分的含量分析

鍍錫添加劑中各組分消耗量的檢測(cè)(如何將不同的添加劑組分同時(shí)分析出來(lái));鍍銅添加劑(電鍍液中含有大量硫酸銅、硫酸,如何監(jiān)測(cè)微量添加劑的含量變化),為了兼顧多種組分的分析,需要UV、RID或PDA檢測(cè)器。

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電鍍添加劑的色譜分析

  • 色譜柱:AtlantisTM dC18 ,5 μm  4.6×150 mm
  • 流動(dòng)相:梯度淋洗,采用10%乙腈和90%水( v/v ) 至90%乙腈:10%水( v/v ) ,保持 5min

  • 測(cè)試條件:流速1.0 ml/min,溫度35 ℃

  • 檢測(cè)波長(zhǎng):214 nm

采用Waters UHPLC 對(duì)硫酸亞錫電鍍添加劑進(jìn)行測(cè)試方法的開(kāi)發(fā),采用添加劑劑中常用的鄰苯二酚、對(duì)苯二酚、芐叉丙酮、多種表面活性劑做混標(biāo)測(cè)試,得到較具有較好分離度圖譜,可以準(zhǔn)確分析鍍液中各組分的含量。
UHPLC的測(cè)試結(jié)果,對(duì)進(jìn)***步了解鍍液中各組分的消耗量,何時(shí)需要補(bǔ)加添加劑,有較好的指導(dǎo)意義。

  • 不足之處:添加同***物質(zhì)的不同牌號(hào)(如TX-10、TX-15、TX-20的混合物),UHPLC分離后無(wú)法得出牌號(hào),采用APC做補(bǔ)充分析。

液相色譜的拓展應(yīng)用




①與集成電路相關(guān)產(chǎn)品合成原材料的純度測(cè)試、副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)定性(可以配合制備色譜以及Q-TOF的分析)

②去膠液、去膜液藥水中組分含量的測(cè)試

③蝕刻液、粗化藥水(如中粗化、微蝕劑)中關(guān)鍵組分(如各種唑類)的含量變化監(jiān)測(cè)

④普通PCB電鍍藥水/FPC電鍍藥水、高分子導(dǎo)電膜中關(guān)鍵小分子組分的含量監(jiān)測(cè)或成分分析


二.APC(或GPC)在半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)品分析與生產(chǎn)中的應(yīng)用


1.正型、負(fù)型光刻膠的分子量測(cè)試

  • 解決方案:采用Waters APC測(cè)試分子量,可以分析不同聚合物低聚物的占比,甚至可以得出0.01%以上單體殘留、副產(chǎn)物的含量。

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光刻膠分子量測(cè)試

  • 流動(dòng)相:四氫呋喃;分別用ACQUITY的APC模式與GPC進(jìn)樣模式測(cè)試,結(jié)果如下:

表1-2  GPC測(cè)試的分子量分布








通過(guò)上述對(duì)照,同***濃度的同***樣品,使用APC檢測(cè)具有以下優(yōu)勢(shì):

1)低分子量段的優(yōu)良分離度,各出峰對(duì)稱性好,可用工作站***積分 

2)更高響應(yīng)值

3)保留時(shí)間更短,測(cè)試速度更快 

4)可以將分子量在300-2000之間的低聚物,按照聚合度的不同,***分離,對(duì)研究低聚物的分布更有參考意義 

5)APC測(cè)試可獲得更好的重復(fù)性,RSD%在1以下