解密超纯水分析

  提到对水的需求，半导体工业自己无疑就是一支庞大队伍。几乎在生产计算机、汽车和移动电话所需芯片的每个环节都要使用到超纯水。

  半导体芯片的生产要硅晶片，而这些硅晶片一定要经过彻底清洁才能用。一个8英寸的硅晶片，有可能可以生产100个芯片，需要2000加仑超纯水才可以做到符合使用上的要求的纯净度。据国际半导体设备与材料组织（Semi）估计，2007年生产的硅晶片总量达1，730万英寸，所消耗的超纯净水足以填满50万个奥运会专用游泳池。

  随着全球对电子科技类产品需求的增长，半导体产业开始向缺水地区渗透。过度用水将会给当地居民、农民甚至是野生动物带来威胁。因此，生产商开始关注水的再循环和废水再利用问题。这样，水的纯净度变得更重要。水的纯净度越高，意味着清除杂质的效率就越高，所消耗的水量也越少。

  进行超纯水的分析时，有必要进行多方面标准评估，从颗粒物含量到细菌含量，还包括一些金属阳离子的浓度。国际半导体设备与材料组织认为超纯水所含16种金属阳离子数应该在50ppt（万亿分之一）以下。

  为了达到上述要求，人们一般会用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术对超纯水进行仔细的检测分析。ICP-MS技术非常灵敏，然而，这一领域仍有很大的改进空间。

  配备了动态反应池（Dynamic Reaction Cell）技术的电感耦合等离子体质谱可以在极低的浓度下快速检测所有金属污染物。

  检测的第一步，是通过雾化器将超纯水样本雾化，保证水滴的直径在1 微米左右。然后让这些水滴通过氩等离子体，氩等离子体能让水滴迅速蒸发，将金属从其他有可能与之发生化学反应的物质中分离出来，并从各原子中分离出一个电子，形成一个独立的离子。这些离子通过自动调焦系统被投射到质谱仪上，最后经过一个可测量离子数目的探测器来测定活跃于水滴表面的离子数。

  动态反应池能消除或明显降低复杂基体中多原子干扰的能力，多原子干扰会增加阳离子的数量，降低设备的测量能力。

  在竞争激烈的半导体产业中，拥有能够分析超纯水的设备，将有利于提高产量、增加生产效率。

  （David Armstrong是珀金埃尔默ICP-MS部门的专家，Yoko Kishi是日本IAS公司的董事；于美娜翻译自Chemistry World）