JPH0915207A - ガスの高感度分析装置 - Google Patents

ガスの高感度分析装置

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JPH0915207A
JPH0915207A JP7163999A JP16399995A JPH0915207A JP H0915207 A JPH0915207 A JP H0915207A JP 7163999 A JP7163999 A JP 7163999A JP 16399995 A JP16399995 A JP 16399995A JP H0915207 A JPH0915207 A JP H0915207A
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JP
Japan
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gas
atmospheric pressure
mass spectrometer
sensitivity
line
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Pending
Application number
JP7163999A
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English (en)
Inventor
Koji Makihara
康二 牧原
Atsushi Oki
厚志 大木
Masakazu Nakamura
雅一 中村
Takahiko Kijima
貴彦 来島
Shigeki Hayashi
茂樹 林
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Osaka Oxygen Industries Ltd
Original Assignee
Osaka Oxygen Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体製造に使用される特殊材料ガス中に存
在する微量成分をppb単位で分析するための装置を提
供すること。 【構成】 被計測ガスであるサンプルガスから不純物を
分離する機構を備えた高清浄度化を図ったガスクロマト
装置と、ガスクロマト装置と大気圧イオン化質量分析計
を接続する圧力変動を緩和する機構を備えた流路と、大
気圧イオン化質量分析装置へ導入されるガス流量を少量
化する機構を備えた大気圧質量分析装置で構成された微
量成分濃度が10ppt以上の高感度で計測可能である
ことを特徴とする高感度ガス分析装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体特殊材料ガスを
含む各種ガス微量不純物分析装置に関する。半導体デパ
イスの高集積化に伴い成膜、不純物導入、エッチングな
どに用いられる半導体材料ガスの高純度化が不可欠とな
る。これら半導体材料ガスの高純度化に於いては、品質
の現状把握、品質の改良、改良後の品質管理において高
感度分析計が必要となる。今後要求される半導体材料ガ
ス中の不純物濃度は、ppb、サブppbレベルへ推移
していくためサブppbでの分析技術が必要となる。
【0002】
【従来技術】He、Ar、N2 、H2 ガス中の微量ガス
成分分析計として大気圧イオン化質量分析計が知られて
いる。しかし、半導体産業に使用されるS14 、PH
3 、AsH3 等の特殊材料ガス中に含まれる微量成分を
大気圧イオン化質量分析計で測定しようとすると、これ
らの特殊材料ガスは、イオン化ポテンシャルは低いので
不可能である。すなわち分析を目的とする特殊材料ガス
中の微量成分、例えばO2 、H2 O、CO2 、CH4
のイオン化ポテンシャルと特殊材料ガスのイオン化ポテ
ンシャルとがほぼ等しいため、大気圧イオン化質量分析
計では、微量成分は精度良く分析できなかった。
【0003】さらにHe、Ar、N2 、H2 の計測にお
いても微量成分間で電荷交換反応やクラスター化が発生
し、混入している微量成分やその濃度により正確な分析
値を得ることが困難になる場合がある。また半導体特殊
材料ガスの微量成分分析装置としてHIDやGC−MS
が知られているが、微量成分の検出下限界値は約数10
ppb程度であり、更なる高感度化が求められる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、幅広い研究
の結果、ガスクロマトグラフ装置と大気圧イオン化質量
分析計を組合せると、半導体特殊材料ガスを含む各種の
ガス中に存在する微量成分の定量分析が可能となった。
【0005】本発明は、微量ガス成分分析計の代表であ
る大気圧イオン化質量分析計とガスクロマト装置を合体
させ、大気圧イオン化質量分析計では計測不可能であっ
た半導体材料ガス中の微量成分を計測可能にせしめ、且
つ従来のガスクロマトグラフ検出器より高感度な分析を
可能にせしめたものである。また大気圧イオン化質量分
析計で高感度に計測するため、ガスクロマト装置の高清
浄度化、圧力変動緩和機構、大気圧質量分析装置へのキ
ャリア流量を低減せしめるための機構を備えたことを特
徴とする。
【0006】本発明の態様 (1)被計測ガスであるサンプルガスから不純物を分離
する機構を備えた高清浄度化を図ったガスクロマト装置
と、ガスクロマト装置と大気圧イオン化質量分析計を接
続する圧力変動を緩和する機構を備えた流路と、大気圧
イオン化質量分析装置へ導入されるガス流量を少量化す
る機構を備えた大気圧質量分析装置で構成された微量成
分濃度が10ppt以上の高感度で計測可能であること
を特徴とする高感度ガス分析装置。
【0007】(2)(高清浄化/2成分) ガスクロマト装置は接ガス部の放出ガス低減、滞留部の
低減、低放出ガス部品の採用し高清浄度化を図り、キャ
リアガスにイオン化エネルギーの高い超高純度不活性ガ
スを用いることで、単位時間当たりに大気圧イオン化質
量分析装置に導入されるガス成分をキャリアガスとカラ
ム分離された単一微量不純物の2成分にすることで微量
成分のイオン化効率を向上させ高感度分析を可能とさせ
たことを特徴とする上記1記載の高感度分析装置。
【0008】(3)(圧力変動が無く再現性の良い分析
が可) 大気圧イオン化質量分析計へ供給されるサンプルガスを
含むキャリアガス圧力の変動を緩和する機構を備えたこ
とで、安定且つ再現性のある計測を可能にしたことを特
徴とする上記1記載の高感度分析装置。
【0009】(4)(圧力変動が無いことによるサンプ
リング量増加効果) 請求項3記載のガスクロマト装置へのサンプルガス導入
により発生する圧力変動を緩和する機構を備えることに
より、被計測ガスであるサンプルガスをより多くサンプ
リングが可能となり、絶対微量成分量が稼げることで高
感度分析を可能とさせることを特徴とする上記1記載の
高感度分析装置。
【0010】(5)(希釈率低下のための施策) 大気圧イオン化質量分析計に導入するキャリアガス流量
を、大気圧放電可能な状態で且つ一定流量で質量分析計
差動排気部に導入可能が維持できる程度に最小化する機
能を大気圧放電部出口ならび差動排気入り口に設けるこ
とで高感度分析を可能とさせることを特徴とする上記1
記載の高感度分析装置。
【0011】
【作用】以上のように本発明により、計測不可能であっ
た半導体材料ガス中の微量不純物をサブppbレベルで
分析可能となった。
【0012】
【実施例】以下に実施例を示して本発明を更に詳しく説
明する。
【0013】(実施例1)本実施例は、本発明により開
発された計測装置を説明するものである。図1に装置概
略を示す。評価装置を分類すると、サンプリング系1
e、ガス成分分離部2e、大気圧イオン化質量分析計3
eからなる。ガス成分分離部2eと恒温槽1a内に配置
されている。先ずサンプリング系1e部の機能を説明す
る。評価ガスは、減圧弁等のガスラインを介してライン
1から導入される。前段のガスラインのパージを行う場
合は、バルブV−1を用いてライン3を介して排気パー
ジを行う。パージされている間は、ライン2からバルブ
V−1を用いてライン4を介してガス成分分離部2eな
らびに大気圧イオン化質量分析計3eへキャリアガスが
供給される。ガスラインを十分パージにより清浄化した
後、サンプルループ管6に評価ガスを導入するため、バ
ルブV−1、バルブV−4、バルブV−3を用いてライ
ン1、ライン4、サンプルループ6、圧力計3cを介し
てバルブV−3を用いることでライン8から評価ガスで
十分パージした後、バルブV−3を閉としサンプルルー
プ6に評価ガスを導入する。評価ガスをサンプルループ
6へ導入している間は、ライン5からバルブV−2、V
−3を用いてキャリアガスをガス成分分離部2e、大気
圧質量分析計3eへ供給する。サンプルループ6に評価
ガスを導入した後、ライン5からの系内パージを停止
し、ライン14からバルブV−14を用いてキャリアガ
スを供給し、サンプルループ6内の評価ガスをガス成分
分離部2eに導入する。導入された評価ガスは、カラム
1bならびカラム2bで各成分における沸点や極性によ
り分離される。分離された成分は、ライン11を介して
供給され、ライン14のキャリアガスと混合され、ライ
ン13を流れて大気圧質量分析計3eへ導入され計測さ
れる。ライン13の配管径は、ライン11の配管径より
大きくし、連続分析を行う場合に生じるサンプリング系
1eの圧力変動を緩和するものである。またライン12
に流れるキャリア流量は、高感度分析を行うために大気
圧質量分析計3eにおける放電空間1dで大気圧力を維
持できる最少流量とする。容易に放電空間1dを定常的
に大気圧としライン14の流量を最少流量に調整できる
よう、排気ライン14にはオリフィスが装備されてい
る。またこの最少流量を容易に調整可能とするために放
電電極2dによりイオン化された成分は、オリフィス3
dを通過し、スリット4dを介して4重極質量分析部5
dに導入される。
【0014】(実施例2)本実施例は、アルシン中のゲ
ルマンを計測した結果である。従来用いられていた最高
感度分析装置、GC−MSならびHIDでは約5〜数1
0ppbが検出限界であった。本発明を用いてアルシン
中の1ppbゲルマンを計測した結果を図2に示す。S
/N(signal to nolze ratio)
−2で約0.1ppbが十分計測可能であることがわか
った。
【0015】(実施例3)本実施例は、実施例1の図1
に示すサンプリング系1eの滞留部による計測への影響
を計測し、滞留部を除去することでアルシン中のメタン
を高感度に計測した結果である。CH4 5ppbを含む
AsH3 を計測した結果を図3に示す。(a)は、図−
1に示すバルブV−1、V−2、V−3、V−4、V−
5または配管類の接続部において滞留部の存在するサン
プリング系1eを用いた場合の評価結果。(b)は図1
に示すバルブV−1、V−2、V−3、V−4、V−5
に集積化バルブまたは配管類の接続部において滞留部を
排除したサンプリング系1eを用いた場合の評価結果。
【0016】(実施例4)本実施例は、実施例3(b)
のサンプリング系1eに用いられている集積化バルブの
水分を中心とする放出ガスの最大要因であるプラスチッ
クシート材料を排除し、メタルシートに変更しノイズを
低減した結果である。同じくCH4 5ppbを含むAs
3 を計測した結果を図4に示す。
【0017】(実施例5)本実施例は、実施例1の図1
に示したサンプルループ6のサンプル量を利用すること
で更に高感度分析が可能になることを明らかにした結果
である。体積1ccのサンプルループ6に圧力1kg/
cm2 導入した場合と、圧力2kg/cm2 導入した場
合の比較を行った。評価計測ガスには、C26 5pp
bを含むPH3 を用いた。尚、本評価系は、図1に示す
バルブV−1、V−2、V−3、V−4、V−5にメタ
ルシート製の集積化バルブまた配管類の接続部において
滞留部の排除したサンプリング系1eを用いた場合の結
果である。計測結果を図5に示す。図中(a)は、圧力
1kg/cm2 導入した場合、(b)は圧力2kg/c
2 の場合の結果である。圧力変動によるベースの乱れ
(ノイズの増加)は、観測されておらず、サンプリング
圧力の増加にともない信号量の増加が得られた。
【0018】(実施例6)本実施例は、実施例1の図1
に示すライン14の排気にオリフィスを装備することに
より、ライン12から補充されるキャリアガスの流量最
小化を図ることで高感度化を図った結果である。評価ガ
スには、C26 5ppbを含むPH3 を用いた。ライ
ン12から100cc/min、200cc/min、
300cc/minのキャリアガス(高純度He)を供
給した場合のピークを図6に示す。サンプル量は、評価
ガスを1ccのサンプルループに圧力1kg/cm2
導入したものである。尚、本評価系は、図1に示すバル
ブV−1、V−2、V−3、V−4、V−5にメタルシ
ート製の集積化バルブまた配管類の接続部において滞留
部の排除したサンプリング系1eを用いた場合の結果で
ある。図中(a)は100cc/min、(b)は20
0cc/min、(c)は300cc/minのキャリ
アガスを供給した結果である。
【0019】
【発明の効果】本発明は以上の説明のように、従来高感
度での計測不可能であった半導体材料ガス中の不純物を
サブppbで観測することが初めて可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において製作した高感度ガス分析装置の
概略図。
【図2】本発明による高感度分析装置の感度を示す結
果。
【図3】サンプリング系1eの滞留部の影響とその改良
効果。
【図4】サンプリング系1eの滞留部の影響、放出ガス
低減対策による改良効果。
【図5】高感度化を図るためのサンプリング量の効果。
【図6】大気圧放電を維持するために補充されるキャリ
アガスの少量化による効果。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 来島 貴彦 埼玉県鶴ヶ島市富士見4−14−6 (72)発明者 林 茂樹 大阪府堺市大仙中町2−13−309

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高清浄度化を図ったガスクロマト装置
    と、ガスクロマト装置と大気圧イオン化質量分析計を接
    続する圧力変動を緩和する機構を備えた流路と、大気圧
    質量分析装置で構成された微量成分濃度が10ppt以
    上の高感度で計測可能であることを特徴とする高感度ガ
    ス分析装置。
  2. 【請求項2】 ガスクロマト装置は接ガス部の放出ガス
    低減、滞留部の低減、低放出ガス部品の採用し高清浄度
    化を図り、キャリアガスにイオン化エネルギーの高い超
    高純度不活性ガスを用いることで、単位時間当たりに大
    気圧イオン化質量分析装置に導入されるガス成分をキャ
    リアガスとカラム分離された単一微量不純物の2成分に
    することで微量成分のイオン化効率を向上させ高感度分
    析を可能とさせたことを特徴とする請求項1記載の高感
    度分析装置。
  3. 【請求項3】 大気圧イオン化質量分析計へ供給される
    サンプルガスを含むキャリアガス圧力の変動を緩和する
    機構を備えたことで、安定且つ再現性のある計測を可能
    にしたことを特徴とする請求項1記載の高感度ガス分析
    装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のガスクロマト装置へのサ
    ンプルガス導入により発生する圧力変動を緩和する機構
    を備えることにより、被計測ガスであるサンプルガスを
    より多くサンプリングが可能となり、絶対微量成分量が
    稼げることで高感度分析を可能とさせることを特徴とす
    る請求項1記載の高感度分析装置。
  5. 【請求項5】 大気圧イオン化質量分析計に導入するキ
    ャリアガス流量を、大気圧放電可能な状態で且つ一定流
    量で質量分析計差動排気部に導入可能が維持できる程度
    に最小化する機能を大気圧放電部出口ならび差動排気入
    り口に設けることで高感度分析を可能とさせることを特
    徴とする請求項1記載の高感度分析装置。
JP7163999A 1995-06-29 1995-06-29 ガスの高感度分析装置 Pending JPH0915207A (ja)

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Cited By (5)

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