超凈室是半導體制造的“隱形基石”，其重要性遠超單一設備（如光刻機）。它不僅保障了芯片生產的良率與可靠性，還為技術迭代和產業(yè)升級提供了底層支撐。超凈室對空氣潔凈度的嚴苛要求（如ISO 1-5級）, 超凈室需滿足ISO 14644-1潔凈度分級、SEMI（國際半導體設備與材料協(xié)會）等行業(yè)規(guī)范，確保產品符合全球市場準入要求。
芯片制造的工藝流程冗長復雜，多個工藝流程分布在不同區(qū)域，特別是在光刻、刻蝕、清洗、擴散和離子注入等工藝，會產生揮發(fā)性有機化合物（VOCs）廢氣、酸性、堿性廢氣，這些潔凈室內的廢氣及其產生的顆粒物統(tǒng)稱為氣態(tài)分子污染物AMC（Airborne molecular contamination）。AMC超標，影響晶圓良率，導致生產成本急劇上升。小分子有機胺類物質是AMC的主要成分，可能來源于建筑材料、清潔劑或人員活動，這類物質在空氣中反應形成鹽類顆粒物，沉積在晶圓表面，其痕量殘留可導致半導體光刻膠變質、可能對精密電子元器件制造、生物醫(yī)藥生產等關鍵工藝造成嚴重影響。
現有方法局限性
• 2024 年 6 月 5 日，全國半導體設備和材料標準化技術委員會材料分技術委員召開了團標準制定的工作會
• 團標規(guī)定了對6種陰和6種陽離子(F-、Cl-、Br-、NO3-、PO43-、SO42-、Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+) 的離子色譜分析方法
× 對于有機胺分析的標準與方案仍存在空缺
× 傳統(tǒng)氣相氣質法需衍生化和使用吸附管捕集氣體胺，前處理復雜步驟，操作繁瑣，熱不穩(wěn)定胺類易發(fā)生裂解，定量誤差顯著且單次分析耗時較長。
× 離子色譜電導檢測易受無機離子和基質干擾，靈敏度較低，且僅依賴保留時間定性，易誤判。
× LCMSMS具有靈敏度高和特異性好的優(yōu)勢，但由于基于反相/親水作用色譜（HILIC），需通過調節(jié)流動相pH或添加離子對試劑保留極性胺類。LC-MS/MS 更適用于同時檢測非離子型有機胺污染物（如酰胺、雜環(huán)胺）。某次超凈室污染事件中，LC-MS/MS因基質干擾誤判為“乙胺污染”，后經IC-MS/MS確認實際為三甲胺。
哎呀，腦袋刮疼，
一聽說分析有機胺就腦袋瓜疼！
注 意：
賽默飛，掌管科學服務的神，
又來派發(fā)優(yōu)質方案啦！
本研究創(chuàng)新點
將IC-MS/MS技術應用于超凈室有機胺分析，結合離子色譜的高效分離與高分辨質譜的高選擇性，實現無需衍生化痕量有機胺直接檢測，精確二級子離子定量，靈敏度高結果準確可靠。用于檢測超凈室空氣中甲胺、二甲胺、乙胺等8種低分子量有機胺。通過優(yōu)化色譜分離條件與質譜參數，目標物在8分鐘內實現基線分離，方法檢出限（LOD）為0.05–0.5 μg/L，定量限濃度連續(xù)進樣6針 RSD<8%。
為什么選擇高分辨質譜？
最初我們曾經在IC-QQQ上嘗試該方案，但由于有機胺廣泛存在于實驗室環(huán)境和系統(tǒng)中，加上相鄰分子量化合物的干擾，多數化合物具有很高的基線噪音，導致靈敏度和特異性較差。而Exploris Orbitrap 120 具有12萬的分辨率（mz=200時），對于分子量小于150aum的有機胺實際分辨率可達20萬以上，具有極強的分辨能力，質量精度輕松達到亞ppm級。
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實驗部分
儀器與試劑
• 儀器：賽默飛離子色譜系統(tǒng)（配備CS17陽離子分析柱、甲磺酸自動淋洗液發(fā)生罐和2mm陽離子抑制器）+ Exploris Orbitrap 120（ESI正離子模式）；
• 標準品：甲胺鹽酸鹽、三乙胺、嗎啉等8種有機胺標準溶液；
色譜與質譜條件
• 色譜條件：淋洗液梯度（5→30 mmol/L甲烷磺酸），流速0.5 mL/min，柱溫40°C；
• 質譜參數：離子源溫度400°C，離子傳輸管溫度300°C，Full MS+PRM采集模式。
結果展示
8中有機胺的色譜圖
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8中有機胺的線性曲線
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產品及方案優(yōu)勢
賽默飛離子色譜獨有的電解淋洗液發(fā)生器不但可以簡化操作，無需外接試劑和手配淋洗液，僅需一瓶超純水，即可通過電解獲得純度和濃度精準的梯度淋洗液，獲得8種小分子有機胺類的分離；同時離子色譜特有的電解抑制器技術，可以將甲基磺酸梯度淋洗液經過抑制器抑制后去除背景，獲得較低的背景電導率，使離子色譜分離后的溶液可以直接引入質譜實現聯(lián)用。
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Orbitrap 具有超高的分辨率的同時，還具備高靈敏度、超高質量精度、長期質量軸穩(wěn)定了及實時正負切換等優(yōu)勢，已成為全球科學家蛋白和小分子化合物定量和定量研究的首選平臺。
應對化合物定量時既可以選擇Full Scan和SIM進行一級定量，也可以選擇PRM（平行反應監(jiān)測）進行二級定量，特別是有機胺的分析，精確二級子離子定量表現出很明顯的靈敏度和抗干擾優(yōu)勢，相比用一級精確質量數定量，PRM模式可提高有機胺定量靈敏度2~5倍。
1) OE 120 PRM模式示意圖：
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2) 三乙醇胺PRM模式獲得的二級離子全掃譜圖：靈活選擇合適的子離子
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3) 乙醇胺full scan和PRM模式靈敏度對比
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總結：
今天向大家介紹了一個基于離子色譜串聯(lián)串聯(lián)高分辨質譜分析有機胺的方法，能夠精準識別超凈室環(huán)境中痕量有機胺污染，相比許多傳統(tǒng)方法，具有操作簡便、抗干擾能力強和靈敏度高的優(yōu)勢，適用于超凈室日常監(jiān)測與污染事件診斷。未來將進一步開發(fā)在線預濃縮模塊，提升對超低濃度（ppt級）胺類的檢測能力。
參考文獻：
[1] Smith A, et al. J Chromatogr A. 2020;1621:461051.
[2] ISO 14644-1:2015 Cleanrooms and associated controlled environments.
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