JPH05142202A - ガス分析方法および装置 - Google Patents

ガス分析方法および装置

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JPH05142202A
JPH05142202A JP3310411A JP31041191A JPH05142202A JP H05142202 A JPH05142202 A JP H05142202A JP 3310411 A JP3310411 A JP 3310411A JP 31041191 A JP31041191 A JP 31041191A JP H05142202 A JPH05142202 A JP H05142202A
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JP
Japan
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gas
monosilane
water
vapor
phase
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JP3310411A
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English (en)
Inventor
Takashi Irie
隆史 入江
Yasuhiro Mitsui
泰裕 三井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】モノシランガスに含まれる微量の気相水分を分
析する方法および装置を提供する。 【構成】モノシランガスを導入するガス配管と、気相水
分を一定濃度含有するガスを導入する配管を結合し、上
記2種のガスを混合して分析器15に導入する構成。モ
ノシランのガス1の導入配管には、吸着剤6などの水分
除去手段を設置した部分と、その水分除去手段を通過し
ないバイパス配管7を有する。検量線を測定する際に
は、水分除去手段を通してモノシランガス1を供給す
る。検量線の基準は、大気圧イオン化質量分析計を分析
器15に用いた場合には、モノシラン水のクラスタイオ
ン(質量数と電荷の比が49等)を用いる。 【効果】大気圧イオン化質量分析計を用いた場合、迅速
かつ高感度に気相水分の濃度分析が可能。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン半導体デバイ
ス材料として不可欠なモノシランガスの純度分析に関わ
り、特にモノシランガスに含まれる微量の気相水分の分
析法を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】窒素、アルゴン等のように製造装置のパ
ージや材料ガス成分のキャリアガスとして使用されてい
るガスについては、大気圧イオン化質量分析計と微量の
水分を制御された濃度で気相中に発生させる水分発生手
段とを組み合わせることによって、1ppbかそれ以下
まで微量の気相水分の定量が可能になっている。この点
に関しては、プロシーディグズ・オブ・マイクロコンタ
ミネーション・コンファレンス・アンド・エクスポジシ
ョン 1991年 168頁から180頁(Proc.of mic
rocontamination Conf. & Expo. 1991, pp.168-180)に
記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例において
は、モノシランガスについては、質量スペクトルが知ら
れておらず、気相水分濃度の検量線の基準となるイオン
が決定されていなかった。そのため、当然検量線の測定
例もなかった。また、モノシランガスは、大気圧イオン
化質量分析計のイオン源でコロナ放電によってイオン化
される時、同時に固体の反応生成物を発生する。これが
イオン源の内部に堆積することによって、放電の不安定
化を招くため、長時間にわたる連続測定が難しいという
問題があった。また、検量線を測定するときには、濃度
が決定された微量の気相水分を、モノシランガス中に混
合する必要がある。しかし、上記の従来の水分発生技術
では、ガスの気流中に水だめを設置するため、モノシラ
ンが水だめの水と反応を起こしてしまい、危険であるだ
けでなく、正確な水分発生が困難であるという問題があ
った。
【0004】
【課題を解決するための手段】発明者は、大気圧イオン
化質量分析計を用いた場合、モノシランと水のクラスタ
イオンが検出され、そのイオン強度がモノシランガス中
の水分濃度によって決定されることを見出した。このイ
オンを気相水分濃度の検量線の基準イオンにすることに
より、上記課題は解決される。また、検量線を測定する
時には、水と反応しないガスをキャリアガスとして利用
し、水分発生手段に流すことによって気相水分を含有さ
せ、そのガスをモノシランガスに混合させることにすれ
ば、モノシランガスを直接水だめに接触させなくてす
む。従って、安定にかつ精度よくモノシランガス中に微
量の気相水分を添加できる。また、キャリアガスによっ
てモノシランガスが希釈されるため、イオン源内への反
応生成物の堆積が低減され、安定に測定可能な時間を延
ばすことができる。
【0005】
【作用】本発明によって、モノシランガスに含まれる気
相水分は以下のようにして分析される。以下、<A+>
は、Aという原子の正イオンを表わすものと約束する。
モノシランのガスを水分を除去する手段に通過させて、
含まれている気相水分を除去する。ついで、その水分を
除去したモノシランガスに、気相水分を一定濃度含んだ
ガスを混合して、大気圧イオン化質量分析計に導入し、
質量スペクトルを測定する。発明者は、気相水分を含む
ガスとして水素ガスを使用した場合、<SiH32O+
>、<SiH3(H2O)2+>が生成されることを見出
した。これらのイオンは、モノシランと水のクラスタイ
オンである。特に、<SiH32O+>は水1分子を含
む構造であるので、その強度は気相水分濃度に比例して
増加することが理論的に予想されるが、発明者は、図2
に示すように、実験的にその比例関係を確認した。<S
iH32O+>に限らず、モノシランと水のクラスタイ
オンの強度は気相水分濃度に相関して変化するため、検
量線の基準イオンとして利用できる。
【0006】検量線作成時においては、水分発生手段に
は水と反応しないキャリアガスを導入し、微量の気相水
分を混合した後に、モノシランガスと混合する。この方
法によって、水分発生装置で水とモノシランが反応して
二酸化珪素が発生する問題が避けられる。さらに、大気
圧イオン化質量分析計は高感度なので、希釈しても微量
不純物の検出が可能であること、および迅速分析が可能
であることから、モノシランのガスの使用量が少なくて
すみ、経済的である。以下、分析方法を実施例で具体的
に説明する。
【0007】
【実施例】本発明の一実施例を図1によって説明する。
分析対象のモノシランガス1は、ボンベ2から取り出さ
れ、圧力調整器3によって圧力が、流量コントローラ4
で流量が調整されたあと、流路切り換えバルブ5によっ
て、吸着剤6を通過する配管またはバイパス管7のどち
らかに流れる。一方、一定濃度の気相水分を含むガス1
3は、未精製の希釈用ガス8を純化器9で精製して得ら
れるガス11を用い、流量コントローラ10で流量を調
整したあと、水分発生装置12を通過させることによっ
て調製される。ガス1とガス13は混合されて混合ガス
14となり、分析器15に導入される。分析器15を通
ったガスは排気される(排気ガス16)。
【0008】水分発生装置12としては、例えば従来例
(図4)で示されている装置を用いることができる。水
分発生装置12から分析器15までは、ヒータ等の温度
保持手段17によって、約120℃から150℃に保持
する。これは、気相水分が配管内面に吸着することによ
る、気相水分濃度の精度の低下を防止するためである。
【0009】本実施例によって、モノシラン中の気相水
分濃度は以下のようにして分析される。
【0010】流路切り換えバルブ5を調整して、モノシ
ランガス1(流量L1)を吸着剤6を通過する配管に流
す。吸着剤6によって、モノシランガスに含まれる気相
水分濃度が低減される。このガスに水分発生装置12で
一定濃度の気相水分を含ませたガス(流量L2)を混合
し、分析器15で測定する。分析器として大気圧イオン
化質量分析計を用い、水分を含むガスとして水素ガスを
用いた場合、水分発生装置12の調整によって水分濃度
を変えて測定を行なうと、水分濃度とm/z(質量数と
電荷の比)49のイオンの強度との間に図2に示すよう
な比例関係が成り立つ。発明者は、このイオンがSiH
32O+の構造をもつ、モノシランと水のクラスタイオ
ンであることを確認した。水1分子を含むイオン構造で
あるために、気相水分濃度の一次関数になることが理論
的に予想される。実験的にも、直線関係が気相水分濃度
に関して約200ppb以下では成り立っていた。従っ
て、この気相水分濃度領域では第2図を気相水分の検量
線として使用することによって分析が可能となる。
【0011】もとのモノシランガス1中に含まれている
気相水分の定量は、次のように行なう。流路切り換えバ
ルブ5を調整して、モノシランガス1がバイパス配管7
を流れるようにする。水分発生装置12では、水分の発
生を停止し、精製されたガス11がそのまま流れだして
ガス13になるように調整する。ガス1とガス13の流
量はL1、L2のままに保つ。この時観測されたm/z4
9のイオン強度が図2で示すIだった場合、検量線から
得られる気相水分濃度はCである。これをもとのモノシ
ランガス1中に含まれる気相水分濃度C0に換算するに
は、C0=C×(L1+L2)/L1とすればよい。
【0012】なお、図2の水分濃度0でのイオン強度I
Bは、この実験装置のガス配管内面に吸着した水分や、
ガス11に含まれる気相水分、吸着剤6で除去できず残
った気相水分等に起因したバックグラウンドである。バ
ックグラウンド濃度は、図2の直線が水分濃度軸と交わ
る点が示す水分濃度の絶対値CBで決定される。流量を
一定に保持した場合バックグラウンドはほぼ一定である
ため、このバックグラウンド濃度が、もとのモノシラン
ガス中の水分濃度の検出下限(Climit)を決定す
る。それは、Climit=CB×(L1+L2)/L1
となる。検出下限を下げるためには、バックグラウンド
水分を下げなければならない。このために、配管には内
面電界研磨されたステンレス管等を用い、継手バルブ等
を極力排除した溶接構造が重要である。
【0013】図3に本発明の別の実施例を示す。
【0014】モノシランガス1に含まれる気相水分濃度
が図2で示す直線領域を超えて高い場合には、図3に示
すように、純化器9を通って精製されたガス11を分岐
してガス18とし、流量コントローラ19で流量を制御
した後に、流路切り換えバルブ5の上流側でガス1と混
合してガス1を希釈する方法が有効である。ガス1(流
量L11)とガス18(流量L12)の和を流量L1になる
ように設定し吸着剤6を経由して流す。そして、実施例
1の場合と同様に一定濃度の気相水分を含むガス13
(流量L2)と混合し、検量線を測定する。ついで、ガ
ス1とガス18の混合ガスをバイパス管7を経由して流
し、水分発生装置12では水分発生を停止した状態にし
て、気相水分濃度を測定する。この時測定された、ガス
1とガス18の混合ガス中の気相水分濃度がC2である
とする。このC2には、ガス18に含まれる気相水分濃
度が入っているので、それを補正しなければならない。
そこで、ガス1を停止し、ガス18単独で流量L1とし
て(すなわちL11=0、L12=L1)検量線の測定を行
ない、ついで気相水分濃度を分析する。この場合例えば
ガス18が水素のときは、大気圧イオン化質量分析計で
は、m/z19すなわち<H3O+>が気相水分濃度に
比例して増加するイオンであることが知られているた
め、これを検量線の基準イオンとする。ガス18単独の
場合の気相水分濃度がC3の場合、もとのモノシランガ
ス1中の気相水分濃度Cは、C=(L1×C2−L12×C
3)/L11でもとめられる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、半導体の材料ガスとし
て重要なモノシランガスについて、不純物である微量の
気相水分を計測できるという大きな効果がある。また、
大気圧イオン化質量分析計によって迅速な分析ができる
ため、モノシランガスの使用量が少なくてすみ、経済的
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す装置構成図。
【図2】モノシランガスを含むガス中の気相水分の検量
線の例を示す図。
【図3】本発明の別の実施例を示す装置構成図。
【図4】従来例を示す装置構成図。
【符号の説明】 1…モノシランガス、2…ボンベ、3…圧力調整器、
4,10,19…流量コントローラ、5…流路切り換え
手段、6…吸着剤、7…バイパス配管、8…未精製の希
釈用ガス、9…純化器、11…精製されたガス、12…
水分発生装置、13…気相水分を一定濃度含むガス、1
4…ガス1とガス13の混合ガス、15…分析器、16
…排気ガス、17…温度保持手段、18…ガス11のか
ら分岐されたガス。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオンを発生するイオン源と、該イオンを
    質量によって分離し、個々に強度を測定する質量分析計
    と、モノシランガスと該モノシランガスの供給手段とか
    らなる装置において、モノシランガス中に含まれる微量
    の気相水分を、質量分析計で観測される水とモノシラン
    のクラスタイオンの強度から定量することを特徴とす
    る、ガス分析装置。
  2. 【請求項2】上記ガス分析装置のモノシランガス供給手
    段は、流路切り換え手段によって切り換えられる2系統
    のガス流路からなり、一方には、気相水分の除去手段を
    設置したことを特徴とする請求項1記載のガス分析装
    置。
  3. 【請求項3】上記ガス分析装置のイオン源の直前に、気
    相中に水分を発生させる手段から供給される一定濃度の
    気相水分を含有するガスを導入する手段を追加してなる
    請求項1記載のガス分析装置。
  4. 【請求項4】請求項2記載の流路切り換え手段の上流側
    に、気相水分を除去したガスを導入する手段を追加した
    ことを特徴とする請求項1記載のガス分析装置。
  5. 【請求項5】請求項3記載の気相水分を含むガスおよび
    請求項4記載の気相水分を除去したガスとして、特に水
    素ガスであることを特徴とする、請求項1記載のガス分
    析装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998009162A1 (fr) * 1996-08-27 1998-03-05 Nippon Sanso Corporation Procede d'analyse des impuretes contenues dans des gaz et analyseur correspondant
JP2007225395A (ja) * 2006-02-22 2007-09-06 Tokyo Metropolitan Univ 全反射レーザー照射法を用いた質量分析測定の定量化
JP2011203164A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Hitachi High-Tech Control Systems Corp ガス分析装置及びガス分析方法

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WO1998009162A1 (fr) * 1996-08-27 1998-03-05 Nippon Sanso Corporation Procede d'analyse des impuretes contenues dans des gaz et analyseur correspondant
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