JPH04353761A

JPH04353761A - 特殊ガス中の不純物量測定方法及びその測定装置

Info

Publication number: JPH04353761A
Application number: JP3155880A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1991-05-30
Publication date: 1992-12-08
Also published as: EP0651247A1; WO1992021966A1; EP0651247A4; US5447053A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造用の
特殊ガス（シランガス、ジシランガス等）を配管系に供
給した場合における該特殊ガス中に含まれる不純物量を
知るための測定方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【関連技術】近年の半導体製造技術の進展は著しく、特
に超微細構造、高集積化の追求は急務となっているが、
それに伴い製造装置の環境も超高純度（いわゆるｐｐｔ
レベルの純度）に保たれる必要が生じる。その結果、例
えばシリコン基盤の製造に必要な超高純度の一般ガス（
アルゴンガス、窒素ガス等）や特殊ガス（例えばシラン
ガス）等の試料ガスをガス流路たる配管系を介して供給
しようとする場合、該試料ガスに含まれる水分等の不純
物量が如何なる関係にあるかをｐｐｔレベルで詳細に知
る必要が生じる。

【０００３】なお、従来より知られている一般ガス（ア
ルゴンガス、窒素ガス等）中の不純物吸着量の測定法と
しては、一般ガスが流れるサンプル管の管端部に微量分
析計（大気圧イオン化質量分析計）を接続し、該サンプ
ル管の管端部から流出する不純物量を測定する手法があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
殊ガスは腐食性、発火性、等の性質を有し、測定系に損
傷を与え、また取扱いが不便であるので、一般ガスにつ
いての上記測定の手法は採用することができない。した
がって、特殊ガスの場合、不純物量やそのガス流量との
関係等についての確認手段がなく、換言すれば大雑把な
推測に留まり、上記超微細構造の半導体製造等に対処す
るには満足すべきものではなかった。

【０００５】本発明は、上記従来の課題を解決するべく
なされたものであり、取扱いに不便な特殊ガス中に含ま
れる不純物量等の測定を容易に、しかもｐｐｔレベルで
行える装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
、請求項１〜請求項３の発明は、内面が不動態化処理さ
れたサンプル管内に超高純度の不活性ガスを流す第１の
工程と、該サンプル管内を超高純度レベルまでベーキン
グする第２の工程と、該サンプル管内を所定温度の雰囲
気にする第３の工程と、該サンプル管内に特殊ガスを所
定量だけ流す第４の工程と、該サンプル管内に残留する
前記特殊ガスを排気する第５の工程と、該サンプル管内
を前記超高純度レベルに至るまでベーキングする第６の
工程と、該第６の工程でのベーキングによりサンプル管
の内面から脱離した不純物量を測定する第７の工程と、
から成る構成としている。

【０００７】請求項４の発明は、超高純度の不活性ガス
を供給する第１のガス供給源と、特殊ガスをガス流量制
御計を介して供給する第２のガス供給源と、前記不活性
ガスまたは特殊ガスの流れを選択的に切り替え可能な第
１の切り替えバルブと、該第１の切り替えバルブに一端
側開口部が接続されたサンプル管の他端側開口部に接続
されると共に、二方に切り替え可能な第２の切り替えバ
ルブと、前記サンプル管を保持するための保持手段と、
前記第２の切り替えバルブの一方に接続される排気手段
と、該第２の切り替えバルブの他方に接続される微量分
析計と、前記サンプル管内を任意の一定温度に制御可能
な加熱手段とを備える構成としている。この場合、前記
不活性ガス及び特殊ガスは、少なくとも各ガスの純度レ
ベルを低下させない程度に放出ガスが規制された接ガス
部を通過するように構成されると好適である。

【０００８】また、前記微量分析計は、大気圧イオン質
量分析計であると好適である。

【０００９】

【作用】まず、内面が不動態化処理されたサンプル管内
に超高純度の不活性ガス（すなわちｐｐｔレベルの不純
物濃度を有するアルゴンガス等）を流すことにより、該
サンプル管内を予め高純度レベルの雰囲気にする。次い
で、加熱手段を作動させて該サンプル管内を超高純度レ
ベル（バックグラウンド程度）の雰囲気にすべく所定の
高温度でベーキングする。続いて、該サンプル管内を冷
却し所定の温度雰囲気にするべく前記加熱手段を制御す
る。その後、該サンプル管内に所定の不純物濃度レベル
の特殊ガス（シランガス等）を所定量（所定流量で、か
つ、所定時間）だけ流す。続いて、特殊ガスの流入を停
止し、排気手段により該サンプル管内の試料ガスを可及
的に短時間で放逐させる。その後、前記加熱手段により
サンプル管内を前記超高純度レベルに至るまでベーキン
グを行い、その間に該サンプル管から脱離した不純物量
を検出する。

【００１０】

【実施例】図１は本発明に係る測定方法を実施するため
の装置の一実施例を示すものである。同図に示すように
、第１のガス供給源たる純化器１のガス入口側には例え
ばアルゴンのような不活性ガスの原料ガスの供給源（図
示省略）がガス継ぎ手１ａを介して接続され、そのガス
出口側には第１及び第２のガス供給ライン２、３が接続
されている。該第１のガス供給ライン２には第２のガス
供給源たる特殊ガス（シランガス）のボンベ４、レギュ
レータ５、及びガス流量制御計（ＭＦＣ）６が上流側か
らその順序で接続されている。なお、第１のガス供給ラ
イン２における前記レギュレータ５の上流側には第１の
バルブ７が設けられ、前記ボンベ４は第２のバルブ８を
介して前記第１のバルブ７の下流側、すなわち前記第１
のガス供給ライン２に接続されている。

【００１１】さらに、第２のガス供給ライン３には第３
のバルブ９が設けられ、前記ＭＦＣ６の下流側には第４
のバルブ１０及び第５のバルブ１１が分岐して設けられ
ている。

【００１２】なお、前記純化器１からは超高純度のアル
ゴンガスが得られ、前記ボンベ６は所定濃度の超高純度
の特殊ガス（例えばシランガスが５％で水素ガスが９５
％のもの）が充填されている。

【００１３】前記第３、第４、第５のバルブ９、１０、
１１は集積化された第１の切り替えバルブを構成してお
り、第３及び第５のバルブ９、１１と第４のバルブ１０
との開弁、閉弁は排他的に行われる。また、第３及び第
４のバルブ９、１０は保持手段たる第１の継ぎ手１３を
介してサンプル管１４の一端側開口部に接続され、該サ
ンプル管１４の他端側開口部は他の保持手段たる第２の
継ぎ手１５を介し第２の切り替えバルブを構成する第７
及び第８のバルブ１６、１７に接続されている。

【００１４】一方、前記第２のガス供給ライン３には第
９のバルブ１８が接続され、該第９のバルブ１８はバイ
パスライン１９を介して前記第２の切り替えバルブを構
成する第１０のバルブ２０が接続され、該第１０のバル
ブ２０の下流側と前記第７のバルブ１６の下流側との合
流部は中継管２１に接続されている。

【００１５】また、前記サンプル管１４にはその管長方
向に沿うゾーン毎に適数の加熱ヒータ２２〜２４が付設
されており、当該各ゾーンに対応して温度検出器２５〜
２７が夫々設けられている。各ヒータ２２〜２４は、夫
々サンプル管１４の割り宛てられた当該ゾーンを温度検
出器２５〜２７の出力により精度良く温度制御可能に設
けられている。

【００１６】前記中継管２１には微量分析計としての大
気圧イオン化質量分析計（ＡＰＩＭＳ）２８が接続され
ており、該ＡＰＩＭＳ２８の検出部には流況計２９を介
して排気手段が接続されている。

【００１７】なお、前記第６のバルブ１２には洗浄手段
３０が接続されており、また、該洗浄手段３０にはガス
流量計（ＭＦＭ）３１を介して前記第８のバルブ１７が
接続されている一方、前記中継管２１には小加熱ヒータ
３２が接続されている。また、前記第１及び第２の切り
替えバルブ、ガス継ぎ手等の接ガス部はオールメタル製
であり、通過する前記アルゴンガスやシランガスの純度
を低下させない程度に放出ガスが規制されている。

【００１８】次に、上記のように構成された本実施例に
よる測定方法につき説明する。

【００１９】まず、サンプル管１４は、例えば、管径が
１／４インチで管長が２メートルのステンレス管であり
、さらに内面が不動態化処理、すなわち電解研磨され、
かつ、酸化皮膜が形成されたものを用意し、これを前記
両継ぎ手１３、１５の間に取り付ける。

【００２０】続いて、第１のバルブ７を開弁し、第２の
バルブ８を閉弁する一方、第３、第５、第６、及び第７
のバルブ９、１１、１２、１６を夫々開弁し、第４、第
８、第９及び第１０のバルブ１０、１７、１８、２０を
夫々閉弁する。すなわち、第１及び第２のガス供給ライ
ン２、３には超高純度のアルゴンガスが流れ、第１のガ
ス供給ライン２とに流入したアルゴンガスは洗浄手段２
９に流れ込み、第２のガス供給ライン３に流入したアル
ゴンガスはサンプル管１４内をパージする。このときサ
ンプル管１４にアルゴンガスが流入しているか否かは流
況計２９により確認することができ、さらにそのときの
アルゴンガスの純度等はＡＰＩＭＳ２８により測定する
ことができる。

【００２１】次いで、加熱ヒータ２２、２３、２４を制
御し、サンプル管１４内を、例えば４５０℃の高温雰囲
気に設定、すなわちベーキングを行う。

【００２２】次いで、上記各バルブの開閉状態から、第
１のバルブ７を閉弁する一方、第２のバルブ８を開弁す
る。これにより、ボンベ４からシランガスが第１のガス
供給ライン２に流出し、レギュレータ５により所定の水
分濃度（例えば１０ｐｐｂ）で、かつ、所定流量（例え
ば１．２ｌ／ｍｉｎ）で流出し、洗浄手段３０に向けて
流れる。

【００２３】続いて、第７のバルブ１６を閉弁する一方
、第８、第９、及び第１０のバルブ１７、１８、２０を
開弁する。これにより、バイパスライン１９のパージが
アルゴンガスにより行える。

【００２４】次に、加熱ヒータ２２、２３、２４を制御
し、前記ベーキングされたサンプル管１４内を冷却して
所定の温度（例えば２５℃）に一定に保つ。

【００２５】該サンプル管１４内が一定温度に保たれた
ら、第４のバルブ１０を開弁する一方、第３、第５及び
第６のバルブ９、１１、１２を閉弁する。これにより、
該サンプル管１４内に前記流量でシランガスが流入する
が、この流入により、サンプル管１４の内壁にはシラン
ガスに含まれる水分が吸着をし始める。このシランガス
の流入開始時及びＭＦＣ６の表示値を記録しておけば、
サンプル管１４内に流入するシランガスの量が推定でき
る。

【００２６】続いて、第４のバルブ１０を閉弁し、第３
、第５、第６のバルブ９、１１、１２を開弁する。これ
により、サンプル管１４内へのシランガスの流入は停止
する一方、サンプル管１４内に残留していたシランガス
は純化器１からのアルゴンガスにより極短時間で放逐さ
れ、洗浄手段２９により所定濃度以下に希釈された状態
で排出される。シランガスがサンプル管１４内から放逐
されたか否か、及びその放逐量はＭＦＭ３０を監視する
ことにより容易に可能である。このシランガスの放逐量
は水分の含有量の真値を求める際の補正に必要である。

【００２７】次いで、第７のバルブ１６を開弁し、第８
、第９、１０のバルブ１７、１８、２０を夫々閉弁する
。これにより、サンプル管１４内には超高純度のアルゴ
ンガスのみが流れるが、かかる状態で加熱ヒータ２２、
２３、２４を作動させ、前記サンプル管１４内が前記バ
ックグラウンドの純度レベルに至るべく、すなわち前記
ベーキングを行う。このベーキングが完了したか否か、
そして、その完了するまでの間にサンプル管１４の内壁
から脱離する水分量はＡＰＩＭＳ２８により確認できる
。

【００２８】なお、小加熱ヒータ３２を制御することに
より中継管２１内を所定の高温度に保つことができ、ま
た、サンプル管１４からのガス流出状態は流況計２９に
より確認できる。

【００２９】続いて、第１のバルブ７を開弁し、第２の
バルブ８を閉弁すると、第１及び第２のガス供給ライン
２、３にアルゴンガスによりパージされる状態、すなわ
ち当初の状態に戻る。

【００３０】以下上記手順を繰り返し、サンプル管１４
内を他の雰囲気温度（例えば４０℃、６０℃、８０℃等
）に設定した場合におけるシランガス中の水分量を測定
する。

【００３１】図２は、前記サンプル管１４に前記所定濃
度のシランガスを所定流量（０．５ｌ／ｍｉｎ）で流し
た場合における水分含有量の測定を行った結果を示すも
のである。同図から理解できるように、シランガスの流
入量Ｑが少ない領域では該流入量Ｑと水分含有量ｑとは
比例関係にある一方、流入量Ｑが所定量Ｑ０を越えると
、サンプル管１４の内壁への水分吸着の飽和のため水分
含有量も飽和することが理解できる。

【００３２】なお、図中仮想線で示すように（直線Ｔ１
、Ｔ２、Ｔ３、…）、サンプル管１４内の温度をＴ１、
Ｔ２、Ｔ３…の順で上昇させると、水分の含有量の飽和
値が低下することを示している。

【００３３】

【発明の効果】以上のように請求項１〜請求項３の発明
によれば、内面が不動態化処理されたサンプル管内に超
高純度の不活性ガスを流す第１の工程と、該サンプル管
内を少なくともバックグラウンドの純度レベルまでベー
キングする第２の工程と、該サンプル管内を所定温度の
雰囲気にする第３の工程と、該サンプル管内に特殊ガス
を所定量だけ流す第４の工程と、該サンプル管内に残留
する前記特殊ガスを排気する第５の工程と、該サンプル
管内を前記純度レベルに至るまでベーキングする第６の
工程と、該ベーキングによりサンプル管の内面から脱離
した不純物量を測定する第７の工程と、から成る構成と
したので、取扱いに不便なシランガスのような特殊ガス
中の不純物量に関する情報を容易にしかも高精度で得る
ことができ、例えば半導体製造における超微細構造の作
成等に十分な貢献ができる。

【００３４】請求項４の発明によれば、超高純度の不活
性ガスを供給する第１のガス供給源と、特殊ガスをガス
流量制御計を介して供給する第２のガス供給源と、前記
不活性ガスまたは特殊ガスの流れを選択的に切り替え可
能な第１の切り替えバルブと、該第１のバルブに一端側
開口部が接続されたサンプル管の他端側開口部に接続さ
れると共に、二方に切り替え可能な第２の切り替えバル
ブと、前記サンプル管を保持するための保持手段と、前
記第２の切り替えバルブの一方に接続される排気手段と
、該第２のバルブの他方に接続される微量分析計と、前
記サンプル管内を任意の一定温度に制御可能な加熱手段
とを備える構成としたので、上記測定方法につき従前の
装置を流用しつつ容易にしかも高精度で実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る不純物量の測定方法に使用される
装置の一実施例を示すガスフロー構成図である。

【図２】図１に示す装置により測定された結果を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１　　ガス純化器（第１のガス供給源）４　　ボンベ（
第２のガス供給源）６　　ガス流量制御計９、１０、１１　　第３、第４、第５のバルブ（第１の
切り替えバルブ）１４　　サンプル管１６、１７、２０　　第７、第８、第１０のバルブ（第
２の切り替えバルブ）１３、１５　　第１、第２の継ぎ手（保持手段）２８　
　ＡＰＩＭＳ（微量分析計）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　内面が不動態化処理されたサンプル管
内に超高純度の不活性ガスを流す第１の工程と、該サン
プル管内を超高純度レベルまでベーキングする第２の工
程と、該サンプル管内を所定温度の雰囲気にする第３の
工程と、該サンプル管内に特殊ガスを所定量だけ流す第
４の工程と、該サンプル管内に残留する前記特殊ガスを
排気する第５の工程と、該サンプル管内を前記超高純度
レベルに至るまでベーキングする第６の工程と、該第６
の工程でのベーキングによりサンプル管の内面から脱離
した不純物量を測定する第７の工程と、から成ることを
特徴とする特殊ガス中の不純物量測定方法。
【請求項２】　　前記特殊ガスは、シランガスであるこ
とを特徴とする請求項１記載の特殊ガス中の不純物量測
定方法。
【請求項３】　　前記不活性ガスは、アルゴンガスであ
ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の特
殊ガス中の不純物吸着量測定方法。
【請求項４】　　超高純度の不活性ガスを供給する第１
のガス供給源と、特殊ガスをガス流量制御計を介して供
給する第２のガス供給源と、前記不活性ガスまたは特殊
ガスの流れを選択的に切り替え可能な第１の切り替えバ
ルブと、該第１の切り替えバルブに一端側開口部が接続
されたサンプル管の他端側開口部に接続されると共に、
二方に切り替え可能な第２の切り替えバルブと、前記サ
ンプル管を保持するための保持手段と、前記第２の切り
替えバルブの一方に接続される排気手段と、該第２の切
り替えバルブの他方に接続される微量分析計と、前記サ
ンプル管内を任意の一定温度に制御可能な加熱手段とを
備えたことを特徴とする特殊ガス中の不純物量測定装置
。
【請求項５】　　前記不活性ガス及び特殊ガスは、少な
くとも各ガスの純度レベルを低下させない程度に放出ガ
スが規制された接ガス部を通過することを特徴とする請
求項４に記載の特殊ガス中の不純物量測定装置。
【請求項６】　　前記微量分析計は、大気圧イオン質量
分析計であることを特徴とする請求項４または請求項５
に記載の特殊ガス中の不純物量測定装置。