JP2003307511A - クリーンルーム内の大気中の有機物の分析方法 - Google Patents

クリーンルーム内の大気中の有機物の分析方法

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atmosphere
clean room
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graphite carbon
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Makoto Imai
眞 今井
Toshikazu Taira
敏和 平
Kiyoji Sakata
潔治 坂田
Akiko Hayashi
明子 林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】クリーンルーム内の大気中の有機物を、多孔質
高分子系吸着剤を用いたときより正確に分析する方法を
提供する。 【解決手段】吸着剤として、グラファイトカーボン系吸
着剤を用いるクリーンルーム内の大気中の有機物の分析
方法。グラファイトカーボン系吸着剤にクリーンルーム
内の大気を接触させて該大気中の有機物を該吸着剤に吸
着させる第1工程と、該吸着剤を加熱して該吸着剤に吸
着した有機物を熱脱離させる第2工程と、前記第2工程
により熱脱離した有機物を分離分析装置を用いて分析を
行う第3工程とからなる分析方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、クリーンルーム内
の大気中に存在する有機物の分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】クリーンルーム、例えば半導体デバイス
等を製造しているクリーンルーム内の大気において、当
該大気中の有機物が製品の歩留まりや品質に対して悪影
響を及ぼすことが知られており、そのような有機物の測
定および管理が必要とされている。その測定には、吸着
剤として多孔質高分子系吸着剤が使用され、より具体的
には、クリーンルーム内の大気をポンプなどを用いて多
孔質高分子系の吸着剤を充填した吸着管に吸引して吸着
剤に有機物を吸着させ、吸着剤に吸着された有機物を熱
脱離させ、熱脱離した有機物をガスクロマトグラフィー
/質量分析法(GC/MS)などにより分析する方法(熱
脱着法)が用いられている(ISO/TC209/WG8国内委員
会;「クリーンルーム及び関連する制御環境中における
分子状汚染物質に関する空気清浄度の表記方法及び測定
方法指針(案)」,「付属書3 クリーンルームおよび
関連する制御環境空気中の有機物質の測定方法」,空気
清浄,Vol.37 No6 (2000) )。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような多孔質高分子系の吸着剤を用いる方法では、本来
の分析対象である大気中の有機物には由来しない何らか
の有機物が検出され、分析が不正確になるという問題が
あった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意検討した結果、吸着剤としてグラファイ
トカーボン系吸着剤を用いることにより、クリーンルー
ム内の大気中の有機物をより正確に分析できることを見
出し本発明を完成した。
【0005】本発明の分析方法に使用するグラファイト
カーボン系吸着剤は、例えば、非多孔性のグラファイト
結晶性カーボンからなる吸着剤等があげられ、分析対象
となる有機物の種類にもよるが、その比表面積は通常5
〜250m2/gの範囲である。高沸点有機物を効率的に
分析するためには、比表面積が10〜30m2/gである
ことが望ましく、そのような吸着剤としては、例えば、
スペルコジャパン社製、商品名「Carbopack」
などがあげられる。また、低沸点有機物を効率的に分析
するためには、比表面積が80〜150m 2/gであるこ
とが望ましく、そのような吸着剤としては、例えば、ス
ペルコジャパン社製、商品名「Carbotrap」な
どがあげられる。低沸点有機物と高沸点有機物の両方を
効率的に分析するためには、吸着剤として比表面積の異
なる2種類のグラファイトカーボン系吸着剤を組み合わ
せて用いることが好ましく、そのような組み合わせとし
ては、例えば、比表面積が10〜30m2/gのグラファ
イトカーボン系吸着剤と、比表面積が80〜150m2/
gのグラファイトカーボン系吸着剤を組み合わせること
がより好ましい。
【0006】本発明の分析方法は、代表的には、グラフ
ァイトカーボン系吸着剤にクリーンルーム内の大気を接
触させて該大気中の有機物を該吸着剤に吸着させる第1
工程と、該吸着剤を加熱して該吸着剤に吸着した有機物
を熱脱離させる第2工程と、前記第2工程により熱脱離
した有機物を分析する第3工程とからなる。
【0007】ここに、第1工程においては、グラファイ
トカーボン系吸着剤にクリーンルーム内の大気を接触さ
せて該大気中の有機物を前記吸着剤に吸着させる。
【0008】吸着剤と大気とを接触させるに際し、その
態様は特に制限されるものではないが、前記吸着剤を吸
着管に充填し、この吸着管に前記クリーンルーム内の大
気を通気する方法が好ましい。大気を通気する手段とし
ては、例えば、ポンプが用いられる。
【0009】この場合、吸着剤を充填する吸着管は、通
常筒状であり、市販の熱脱着装置に使用できるサイズ
(例えば直径6mm×16cm)であることが好まし
く、また、吸着管の材質は、通常、ガラス製またはステ
ンレス等の金属製である。
【0010】吸着剤は略球状であることが好ましく、そ
の粒径範囲は、小さすぎると通気時の負荷圧力が高くな
るので、20〜40メッシュが好ましい。
【0011】低沸点有機物と高沸点有機物の両方を効率
的に分析するためには、比表面積の異なる2種類のグラ
ファイトカーボン系吸着剤を組み合わせて用いることが
好ましく、これらの吸着剤を吸着管内に2層以上に充填
して用いることがより好ましい。2層に充填して用いる
場合、大気吸入口側の層(第1層)が、低表面積のグラ
ファイトカーボン系吸着剤であることが好ましい。この
とき、第1層として用いる吸着剤の比表面積が10〜3
0m2/gであり、第2層として用いる吸着剤の比表面積
が80〜150m2/gであることがより好ましい。ま
た、各吸着剤の充填量は、第1層:第2層=2:1〜
1:1の範囲内であることが適当である。
【0012】各吸着剤層の間にガラスウール、セラミッ
クス多孔板等の通気性の層を設けることが好ましい。吸
着剤層の外側にガラスウール、セラミックス多孔板等の
通気性の層を設けてもよい。具体的な態様は、例えば、
図1に示すとおりである。
【0013】第2工程においては、前記吸着剤を加熱し
て吸着剤に吸着した有機物を熱脱離させる。通常は、吸
着管に充填された前記吸着剤に、ヘリウムなどの不活性
ガス(以下、キャリアガスという)を流しながら熱脱離
を行う。高沸点有機物を正確に分析するためには、熱脱
離させる温度は280℃以上が好ましく、300℃以上
がより好ましい。熱脱離させる温度の上限は、特に限定
されないが、通常400℃、好ましくは350℃であ
る。熱脱離の時間は好ましくは5分以上、より好ましく
は10分間以上である。
【0014】第3工程においては、前記第2工程により
熱脱離した有機物を分析する。ここで、熱脱離させた有
機物は、通常、これをキャリアガスにより、液体窒素な
どの冷媒で冷却したコールドトラップ管に導入し凝縮さ
せたのち分析に供する。有機物を分析する方法として
は、ガスクロマトグラフィー(GC)、ガスクロマトグラフ
イー/質量分析法(GC/MS)、液体クロマトグラフィー
等があげられる。例えば、ガスクロマトグラフィー(G
C)においては、凝縮された有機物を必要に応じ加熱
し、キャリアガスによりガスクロマトグラフの分離カラ
ムに導入してそれぞれの成分に分離、分析するか、また
GC/MSにおいては、GCにより、それぞれの成分に
分離された有機物を質量分析法により定性および定量分
析する。GC/MSであることが、感度および選択性の
観点から好ましい。
【0015】
【実施例】本発明を、実施例によりさらに詳しく説明す
る。
【0016】(実施例1)直径6mm×16cmのガラ
ス管に、第1層として、グラファイトカーボン系吸着剤
(スペルコジャパン社製、商品名「Carbopack
Y」、比表面積24m2/g、20/40メッシュ)1
00mg、第2層として、グラファイトカーボン系吸着
剤(スペルコジャパン社製、商品名「Carbotra
p」、比表面積100m2/g、20/40メッシュ)5
0mgを充填した吸着管を作製した。この吸着管を用い
て、第1層側の吸気口からクリーンルーム(A)の空気
を0.5L/minで24時間通気し、雰囲気中の有機
物を吸着捕集した。吸着捕集後の吸着管を加熱脱離濃縮
装置(GLサイエンス社製、CP4020型)にセット
し、300℃で10分間熱脱離させ、液体窒素で冷却濃
縮後、280℃に加熱してガスクロマトグラフィー/質
量分析計(アジレントテクノロジ社製、HP-5973
N型)で分析した。また、同時にシリコンウェーハを2
4時間暴露させ、その表面に付着した有機物をウェーハ
熱脱離/ガスクロマトグラフ−質量分析計で測定した。
これらの分析結果(トータルイオンクロマトグラム)を
図2に示す。実施例1により、本発明の方法によれば、
クリーンルーム雰囲気中に存在し、シリコンウェーハに
付着する有機物(有機酸(MW300))を分析できるの
みならず、シリコンウェーハに付着する以外の大気中の
有機物についても検出することができることがわかる。 (比較例1)上記ガラス管に、多孔質高分子系吸着剤
(スペルコジャパン社製、TenaxTA)200mg
を充填したこと以外は、実施例1と同様にして吸着管を
作製した。この吸着管を用いて、実施例1と同様にし
て、クリーンルーム(A)の空気を0.5L/minで
1時間通気したところ、本来、有機酸(MW300)が検出
されるピークの近辺に、多孔質高分子系吸着剤の分解に
由来するピーク群が発生したため、有機酸(MW300)
ピ−クの測定ができなかった。
【0017】(実施例2)実施例1で作製した吸着管を
用いて、クリーンルーム(B)の空気を0.5L/mi
nで1時間通気した。通気後の吸着管を実施例1と同様
にして加熱脱離し、冷却濃縮後、ガスクロマトグラフィ
ー/質量分析法で分析した。得られたトータルイオンク
ロマトグラムを図3 b)に示した。 (比較例2)比較例1で作製した吸着管を用いた以外は
実施例2と同様にしてクリーンルーム(B)の空気を分
析した。得られたトータルイオンクロマトグラムを図3
a)に示した。実施例2によれば、保持時間34〜38
分のピーク付近にバックグラウンドピークが存在せず、
本発明の方法によれば、吸着剤分解物の影響を受けず有
機物を分析できることがわかった(図3 b))。これに対
して、比較例2によれば、保持時間34〜38分のピー
ク付近に吸着剤の分解に由来するピーク群が存在し、有
機物の正確な分析が難しい(図3 a))。
【0018】(実施例3)実施例1で作製した吸着管を
用いて、低沸点化合物の多いクリーンルーム(C)の大
気を0.5L/minで1時間通気した。通気後の吸着
管を実施例1と同様にして加熱脱離し、冷却濃縮後、ガ
スクロマトグラフ−質量分析計で測定した。得られたト
ータルイオンクロマトグラムから、トルエンの検量線を
用いて総有機物量を求めた。結果を表1に示した。なお
吸着剤の分解に由来するバックグラウンド等は除外して
測定した。 (比較例3)比較例1で作成した吸着管を用いた以外は
実施例と同じ方法でクリーンルーム(C)の空気を分析
した。比表面積の異なる2種類のグラファイトカーボン
系吸着剤を用いることにより、広い沸点領域の有機物の
捕集率をあげることができ、多孔質高分子系吸着剤と同
様の捕集率で定量できることがわかった。
【0019】
【表1】
【0020】(実施例4)1種類のグラファイトカーボ
ン系吸着剤(スペルコジャパン社製、商品名「Carb
opack Y」、比表面積24m2/g、20/40メ
ッシュ)200mgを充填したこと以外は、実施例1と
同様にして吸着管を作製した。この吸着管を用いて、ク
リーンルーム(D)の空気を0.5L/minで2時間
通気した。通気後の吸着管を実施例1と同様にして加熱
脱離冷却濃縮後、ガスクロマトグラフ−質量分析計で測
定した。得られたトータルイオンクロマトグラムから、
トルエンの検量線を用いて総有機物量を求めた。なお吸
着剤に由来するバックグラウンド等はなかった。 (実施例5)実施例1で作成した捕集管を用いた以外
は、実施例4と同じ方法を用いて、クリーンルーム
(D)の空気を測定した。なお吸着剤に由来するバック
グラウンド等はなかった。実施例1で作成した吸着管を
用いた定量値を100とした時の定量値の比率を表2に
示した。比表面積の小さいグラファイトカーボンブラッ
ク系吸着剤1種類を用いるよりも(実施例4)比表面積
の異なるグラファイトカーボンブラック系吸着剤を2種
用いる(実施例5)方が有機物の検出率が高いことがわか
った。
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】本発明の分析方法によれば、吸着剤とし
てグラファイトカーボン系吸着剤を用いることにより、
クリーンルーム内の大気中の有機物をより正確に分析で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に用いる吸着管の一例を示す構成図
である。
【図2】 クリーンルーム内の有機物の分析結果。a)は
ウエ−ハ熱脱離ガスクロマトグラフ質量分析計で分析し
た結果であり、b)は本発明の方法で分析した結果であ
る。
【図3】 クリーンルーム内の有機物の分析結果。a)は
吸着剤として多孔質高分子系吸着剤を用いて分析した結
果であり、b)は吸着剤としてグラファイトカーボン系
吸着剤を用いて分析した結果である。
【符号の説明】
a…吸着管、b…ガラスウール、c…第1層吸着剤、d
…第2層吸着剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 30/04 G01N 30/04 A 30/72 30/72 A 30/88 30/88 C (72)発明者 坂田 潔治 千葉県袖ヶ浦市北袖9番1号 株式会社住 化分析センター内 (72)発明者 林 明子 千葉県袖ヶ浦市北袖9番1号 株式会社住 化分析センター内 Fターム(参考) 2G052 AA03 AB11 AC13 AD02 AD22 AD26 AD42 BA02 BA14 CA02 CA04 CA12 EB01 EB04 EB11 EB13 ED01 ED06 ED09 GA24 GA27 JA09 JA11 JA13 3L058 BF09

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クリーンルーム内の大気中の有機物を分析
    するに際し、当該有機物の吸着剤として、グラファイト
    カーボン系吸着剤を用いることを特徴とするクリーンル
    ーム内の大気中の有機物の分析方法。
  2. 【請求項2】グラファイトカーボン系吸着剤にクリーン
    ルーム内の大気を接触させて該大気中の有機物を該吸着
    剤に吸着させる第1工程と、該吸着剤を加熱して該吸着
    剤に吸着した有機物を熱脱離させる第2工程と、前記第
    2工程により熱脱離した有機物を分析する第3工程とか
    らなることを特徴とする請求項1記載の分析方法。
  3. 【請求項3】グラファイトカーボン系吸着剤が充填され
    た吸着管に、クリーンルーム内の大気を通気することを
    特徴とする請求項1または2記載の分析方法。
  4. 【請求項4】比表面積の異なる2種以上のグラファイト
    カーボン系吸着剤を用いることを特徴とする請求項1〜
    3のいずれかに記載の分析方法。
  5. 【請求項5】比表面積が10〜30m2/gのグラファイ
    トカーボン系吸着剤と、比表面積が80〜150m2/g
    のグラファイトカーボン系吸着剤とを用いることを特徴
    とする請求項4記載の分析方法。
  6. 【請求項6】ガスクロマトグラフィーまたはガスクロマ
    トグラフィー/質量分析法(GC/MS)により分析すること
    を特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の分析方
    法。
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