JP2002040008A

JP2002040008A - 並列型分離分析装置及び分析方法

Info

Publication number: JP2002040008A
Application number: JP2000223396A
Authority: JP
Inventors: Shuji Kozono; 修治小園
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】材料中の微量不純物元素を短時間で効率的に
分析する分離分析装置、連続流れ分析方法、高純度タン
タルまたは高純度タンタル化合物及びそれを用いて形成
された高誘電体薄膜を提供する。【解決手段】複数の分離装置を並列に接続し、並列に
接続された複数の分離装置の少なくとも一つを用いて分
析を行い、その他の分離装置の少なくとも一つを洗浄
し、分析と洗浄を同時に行う分析方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、材料中の不純物元
素を短時間で効率的に分析するための分離分析装置、連
続流れ分析方法、高純度タンタルまたは高純度タンタル
化合物及びそれを用いて形成された強誘電体薄膜に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】多成分から必要とする目的成分を分離す
るためには、イオン交換分離法、溶媒抽出法、沈殿分離
法、気液分離法、蒸留法等の分離手段を単独、あるいは
組み合わせて用いる分離装置に多成分を含む試料を通
し、目的とする成分のみを得る方法が最も一般的に用い
られる。この分離には数秒〜数分の短時間で行われる場
合もあるが、数時間〜数日の長期間かかる場合もある。
また、目的成分の分離後に、分離装置を洗浄・再生する
工程が必要となるが、この工程においても、上記の分離
操作と同様に長時間かかる場合がある。しかしながら、
分析時間の長短にかかわらず、分析装置には通常１つの
分離装置が備わっているだけであり、分析時間を短縮で
きる分析装置あるいは分析方法が望まれている。

【０００３】目的成分の分離あるいは分離装置の洗浄・
再生に長時間を要する場合、分離装置が１個だけでは、
分離操作と分離後の洗浄・再生の操作を同時に行うこと
ができないので非効率的である。特に、特定の元素ある
いは化合物中に含まれる微量の不純物元素の分析を目的
とする場合、分離すべき主成分あるいは目的成分の種類
によっては、数分〜数十分の時間がかかる場合があり、
また分離操作後の分離装置の洗浄・再生工程をいかに効
率的に行うかということも非常に重要となる。

【０００４】例えば、近年半導体用途としての需要が増
えてきている、タンタルあるいはタンタルアルコキシド
を代表とするタンタル化合物中に含まれる不純物元素の
分析を例にして説明すると、強誘電体薄膜の構成元素で
あるタンタルはタンタルアルコキシドが原料として使用
され、薄膜の性能は含まれる不純物濃度により大きく左
右されるので、原料であるタンタルアルコキシド中に含
まれる不純物の含有量は１μｇ／ｇ以下であることが要
求されている。ここで問題となる不純物は、鉄、クロ
ム、ニッケル等の遷移金属、ナトリウム、マグネシウム
等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属、カドミウム、
鉛等の重金属、ホウ素、リン等またはそれらの化合物で
ある。

【０００５】タンタルあるいはタンタル化合物中に含ま
れる１μｇ／ｇ以下の超微量不純物元素を高感度に定量
するためには、測定装置による不純物元素の検出以前
に、主成分であるタンタルを分離除去する操作が不可欠
であり、不純物元素の分離法及び定量法について種々の
報告がなされている。

【０００６】例えば金属元素については、ＪＩＳＨ１
６８３（タンタル中の鉄定量方法）等に規定されてい
る。しかしながら、このＪＩＳ分析法は、（１）μｇ／ｇレベル以上の分析方法についての規定で
あること（２）バッチ法であるため、操作に時間がかかり、また
キャリア溶液等の流速等の条件を厳密に制御することが
難しいこと等の問題がある。

【０００７】また、非金属元素であるホウ素の分離法及
び定量法としては、試料溶液にアルコール（メタノー
ル）を加え、ホウ素をホウ酸トリメチルとして蒸留し、
水酸化ナトリウム水溶液に吸収後、滴定法または吸光光
度法によりホウ素を定量する方法（ＪＩＳＧ１２２
７；鉄及び鋼中のほう素定量方法）が広く知られてい
る。しかし、この方法をタンタル中ホウ素の定量に適用
する場合、（１）蒸留の際にフッ素が存在するとホウ素のホウ酸ト
リメチルとしての蒸留が非常に困難になり、フッ化水素
酸を用いなければ溶解しないタンタル試料中のホウ素分
離手段として不適であること（２）蒸留装置及び蒸留操作が複雑で、煩雑であること（３）蒸留操作及び定量操作に時間がかかり、環境から
の汚染が深刻になること（４）滴定法や吸光光度法では１μｇ／ｇレベルの分析
を行うに足りる十分な感度を有しないこと等の問題があ
る。

【０００８】また、試料溶液中のホウ素をフッ化水素酸
存在下メチレンブルー等とイオン対を生成させ、ジクロ
ロエタンに抽出後、吸光光度法により定量する方法（Ｊ
ＩＳＧ１２２７；鉄及び鋼中のほう素定量方法）が報告
されているが、この方法は、（１）ホウ素の他に分離すべきタンタルも抽出されるこ
と（２）抽出操作を伴うため、試薬や器具等からの汚染物
が混入しやすいこと等の問題がある。

【０００９】以上説明したように、従来の分析方法を用
いてタンタルあるいはタンタル化合物中に含まれる不純
物元素を分析しようとすると、（１）目的成分の分離あるいは分離装置の洗浄・再生に
長時間を要する場合、分離操作と分離後の洗浄・再生の
操作を同時に行うことができないので非効率的であるこ
と（２）バッチ法であるため、操作に時間がかかり、また
キャリア溶液等の流速等の条件を厳密に制御することが
難しいこと（３）試料溶液中にフッ素が存在するとホウ素のホウ酸
トリメチルとしての蒸留が非常に困難になること（４）装置及び操作が複雑で、煩雑であること（５）器具や試薬等からの汚染が起こりやすく、また分
析操作に時間がかかり、環境からの汚染も深刻な問題と
なること（６）１μｇ／ｇレベルの分析を行うに足りる十分な感
度を有していないこと（７）タンタルが抽出分離できないこと、等の問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであって、本発明は材料中の不純
物元素を短時間で効率的に分析することができる分離分
析装置、連続流れ分析方法、高純度タンタルまたは高純
度タンタル化合物及びそれを用いて形成された高誘電体
薄膜を提供することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、複数の分離装置を並
列に接続し、並列に接続された複数の分離装置の少なく
とも一つを用いて分析を行い、その他の分離装置の少な
くとも一つを洗浄し、分析と洗浄を同時に行う分析方法
を用いれば前記の課題を解決でき、単時間で高感度に不
純物元素を分析することができることを見出し、本発明
を完成させるに至った。本発明は以下の（１）〜（１
５）に示される並列型分離分析装置、連続流れ分析方
法、高純度タンタルまたは高純度タンタル化合物及びそ
れを用いて形成された高誘電体薄膜である。

【００１２】（１）送液装置、分離装置、試料導入バル
ブ、溶液切り替えバルブ、不純物除去装置及び測定装置
を備えた連続流れ分析装置において、複数の分離装置を
備え、各分離装置は並列に接続されており、分離装置の
少なくとも一つを分析に供し、その他の分離装置の少な
くとも一つを洗浄し、分析と洗浄を同時に行うように分
離装置が接続されていることを特徴とする並列型分離分
析装置。（２）分析に供される分離装置と洗浄が行なわれる分離
装置に、それぞれ組成の異なる溶液を同時に流すように
分離装置が接続されている上記（１）に記載の並列型分
離分析装置。（３）分離装置は、分離手段としてイオン交換分離法、
溶媒抽出法、沈殿分離法、気液分離法及び蒸留法から選
ばれる方法を用いるものである上記（１）または（２）
に記載の並列型分離分析装置。（４）不純物除去装置は、不純物を除去する手段として
イオン交換分離法、溶媒抽出法、沈殿分離法、気液分離
法及び蒸留法から選ばれる方法を用いるものである上記
（１）〜（３）のいずれかに記載の並列型分離分析装
置。（５）測定装置は誘導結合プラズマ質量分析装置を用い
るものである上記（１）〜（４）のいずれかに記載の並
列型分離分析装置。

【００１３】（６）金属材料中の不純物元素の分析に用
いられるものである上記（１）〜（５）のいずれかに記
載の並列型分離分析装置。（７）複数の分離装置を並列に接続し、並列に接続され
た複数の分離装置の少なくとも一つを用いて分析を行
い、その他の分離装置の少なくとも一つを洗浄し、分析
と洗浄を同時に行うことを特徴とする連続流れ分析方
法。（８）分析に用いる分離装置と洗浄を行う分離装置にそ
れぞれ組成の異なる溶液を同時に流す上記（７）に記載
の連続流れ分析方法。（９）分離装置は、分離手段としてイオン交換分離法、
溶媒抽出法、沈殿分離法、気液分離法及び蒸留法から選
ばれる方法を用いるものである上記（７）または（８）
に記載の連続流れ分析方法。（１０）金属材料中の不純物元素の分析に用いられるも
のである上記（７）〜（９）のいずれかに記載の連続流
れ分析方法。

【００１４】（１１）金属材料がタンタルもしくはタン
タル化合物またはニオブもしくはニオブ化合物である上
記（１０）に記載の連続流れ分析方法。（１２）誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて不純物
元素を分析する上記（１０）または（１１）に記載の連
続流れ分析方法。（１３）不純物元素の総含有量が１０００ｎｇ／ｇ以下
であることを特徴とする高純度タンタルまたは高純度タ
ンタル化合物。（１４）前記高純度タンタル化合物が高純度ペンタエト
キシタンタルである上記（１３）に記載の高純度タンタ
ルまたは高純度タンタル化合物。（１５）不純物元素の総含有量が１０００ｎｇ／ｇ以下
である高純度タンタルまたは高純度タンタル化合物を用
いて形成されたことを特徴とする強誘電体薄膜。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。本発明は目的成分と非目的成分の分離に最も適し
た分離装置を、少なくとも２個以上並列に接続し、分離
に用いる分離装置と、洗浄・再生を行う分離装置に同時
に液を流すことにより、目的成分と非目的成分との分離
及び分離装置の洗浄・再生が同時に行われ、もって分析
時間を短縮し、分析操作を効率的に行うことができる。
また、本発明の分析方法を用いて材料中の不純物元素を
分析する場合において、特に高純度金属または高純度金
属化合物中の超微量不純物元素を、連続流れ系を用いて
環境からの汚染を防ぎつつ短時間で分離し、引き続いて
１μｇ／ｇ以下の分析を行うに十分な感度を有する高感
度測定装置に直接導入し、不純物元素の定量分析を行う
ことができる。

【００１６】本発明において、「分離装置を複数個並列
に接続した並列型分離装置」とは、目的とする成分の分
離に最も適した分離装置を複数個並列に接続した装置で
あり、その分離装置のうちの少なくとも二つ以上に、分
離のために用いる溶液と洗浄・再生のために用いる溶液
を同時に流すことができるものをいう。この場合、目的
とする成分とは、液体の他、気体・固体状態であるもの
を含む。また、本発明において、「高純度金属または高
純度金属化合物中の超微量不純物」とは、高純度金属ま
たは高純度金属化合物中に含まれる１μｇ／ｇ以下の不
純物元素を意味し、試料の形態としては、固体のほか、
液体または気体であるもののいずれでもよい。この場
合、単にこれらの試料を直接分析装置に供することでは
なく、鉱酸等により溶液化した試料溶液を分析装置に供
し分析することができる。分析装置に供された試料溶液
は、分離装置により金属または金属化合物と不純物元素
が分離され、分離された不純物元素の一部または全部を
引き続いて高感度測定装置に導入させて不純物元素を高
感度に分析する。

【００１７】先ず、本発明の並列型分離分析装置につい
て説明する。以下の説明においては、５族元素であるタ
ンタル中の超微量不純物の分離分析装置を例示するが、
本発明の並列型分離分析装置がタンタル中の超微量不純
物の分離分析装置に限定されないことは言うまでもな
い。タンタル中の超微量不純物の分離分析装置は、例え
ば、送液装置、分離装置、試料導入バルブ、溶液切り替
えバルブ、不純物除去装置、配管及び測定装置から構成
される。送液装置は、（１）タンタルと不純物元素の分
離、（２）測定装置の系内洗浄及び（３）測定装置の感
度校正、等に使用する鉱酸、標準溶液等の溶液を一定量
または適宜調節された流速で送液するためのものであ
り、腐食性の高い鉱酸を送液する場合には、好ましくは
タイゴンチューブを用いたペリスタリックポンプによる
送液方式を用いるのがよい。このポンプの流速は必要と
する溶液の流速に合わせて任意に変えることができるも
のとする。また、本発明の分離分析装置は、少なくとも
二つの分離装置に送液して分離と洗浄・再生を同時に行
うが、組成の異なる溶液を別々に、それぞれ任意の流速
で送液することができる。従って、溶液の種類が複数に
なる場合には、ポンプを複数個用いてもよい。

【００１８】分離装置は、試料溶液中のタンタルと不純
物元素を分離させるための装置であって、分離手法とし
てはイオン交換分離法、溶媒抽出法、沈殿分離法、気液
分離法、蒸留法等から選ばれる、タンタルと不純物元素
を効果的に分離できる手法であればいずれの分離手法を
用いてもよく、これらの分離手法を備えた分離装置を並
列に複数配置するものとする。イオン交換分離法を例に
挙げて説明すると、好ましくはテフロンあるいはポリプ
ロピレン製の細管にイオン交換樹脂を詰め、キャリア液
を流すことにより樹脂が流出することがないように、樹
脂の両端をテフロンウールなどを詰めたものが適してい
る。イオン交換分離法を用いてマトリックス成分と分析
目的元素との分離を行う場合、テフロンやポリプロピレ
ン製の管の内径と長さにより分離性能が変化するが、管
の内径と長さは分析試料の性質によって任意の値を取る
ことができる。好ましくは、内径が１〜１０ｍｍ、長さ
が１０〜３００ｍｍの管が使いやすくてよい。また、イ
オン交換樹脂の種類については、分離しようとする試料
によって任意の種類の樹脂を使用することができる。

【００１９】この分離装置を用いたタンタルと不純物元
素の分離工程においては、タンタルと不純物元素分離後
の系内の洗浄・再生に数十分の時間を要することがあ
る。従って、分離装置が一つだけの従来の分析装置で
は、単位時間当たりの分析可能試料数が少なく、非効率
的である。本発明の分離分析装置は、前記の分離装置を
複数個備えることにより、単位時間当たりの分析可能試
料数をできるだけ多くすることを目的とするものであ
る。本発明の並列型分離分析装置は、分離装置を複数
個、並列に接続するようにし、複数の分離装置のうちの
少なくとも一つを分析に供して、その他の分離装置の少
なくとも一つをタンタルと不純物元素分離後の系内の洗
浄・再生に供することにより、タンタルと不純物元素の
分離工程と、タンタルと不純物元素分離後の系内の洗浄
・再生工程が同時に行えることになるため、単位時間当
たりの分析可能試料数が増加する。ここでいう複数個と
は、一工程にかかる分析時間に応じて任意に決められる
ものである。

【００２０】試料導入バルブは、ペリスタリックポンプ
から送液するキャリア溶液に試料溶液を導入するもので
あり、分離装置よりも前であれば必要に応じて任意の位
置に設置することができる。また、試料導入バルブは、
好ましくは接液部分が耐腐食性の高いテフロン製または
ポリプロピレン製のものがよく、付属するテフロン管の
内径及び長さによって、導入する試料量が任意に決める
ことができるものがよい。

【００２１】溶液切り替えバルブは、キャリア溶液の流
れを切り替えて、任意の分離装置に任意のキャリア液を
流すことができるようにするためのもので、好ましくは
接液部分が耐腐食性の高いテフロン製またはポリプロピ
レン製のものがよい。この溶液切り替えバルブは、通常
のキャリア液の切り替えに使用するほか、タンタルと不
純物元素分離後の系内の洗浄・再生液が測定装置に流入
し、測定装置系内を汚染することがないよう、測定装置
系内を常に清浄な溶液にて洗浄し、ベースラインを低い
状態に保つような溶液を流すよう、測定装置の入り口前
に設置することができる。また、試料導入バルブ及び溶
液切り替えバルブは、目的とする分析におけるキャリア
溶液の種類や連続流れ系における流路系に応じて任意の
個数設置することができる。

【００２２】不純物除去装置は、キャリア液中に分析目
的元素が不純物として含まれている場合、分析の際にベ
ースラインを上昇させ、超微量域の分析が不可能もしく
は困難となることを防ぐ目的で設置するものである。こ
の不純物除去手段としては、イオン交換分離法の他、溶
媒抽出法や気液分離法、沈殿分離法等、不純物元素を効
果的に分離できる手段であればいずれの除去手段を用い
てもよいが、イオン交換樹脂を詰めたカラムが上記目的
に適しており、効果的で好ましい。イオン交換樹脂カラ
ムの内径及び長さは、分離しようとするキャリア液中の
不純物元素濃度、キャリア液流速及び目標とするベース
ラインのレベルにより任意に変化させることができる。
また、不純物除去装置を設置する場所は、試料導入バル
ブよりも前の位置であれば任意の場所に設置してよい。

【００２３】配管は、使用するキャリア溶液の種類及び
性質に合わせて選択することができる。特に塩酸、硝
酸、フッ化水素酸等の腐食性の高い鉱酸に対しては、テ
フロン製やポリプロピレン製のものが耐食性が優れてお
り、好ましく用いられる。また、測定装置は誘導結合プ
ラズマ発光分析装置または誘導結合プラズマ質量分析装
置を用いることが好ましく、さらに好ましくは、より高
感度である誘導結合プラズマ質量分析装置を用いるのが
よい。

【００２４】次に、本発明の分析方法について、図４に
示した並列型分離分析装置概略図を用いて説明する。図
４は、タンタル中に含まれる超微量ホウ素の分析を行う
装置の１例を示す概略図であるが、本発明の分析方法は
ホウ素の分析に限定されるものではない。

【００２５】（１）ペリスタリックポンプ９ａを用いて
キャリア溶液１（１４）を流し、系内を予備洗浄する。
この際、キャリア溶液１中に含まれる分析目的成分のた
め、測定装置のベースラインが上昇することを防ぐた
め、必要に応じてペリスタリックポンプ９ａの入口また
は出口に不純物除去装置１３を設置する（図４ではペリ
スタリックポンプの入口に設置）。また、キャリア溶液
１を流す陰イオン交換樹脂カラム１２は、複数個（任意
の数を設置することが可能であり、図４では３個のカラ
ムを図示）のカラムのいずれか１個とする。（図４中、
太字実線がホウ素の分離流路を表す。）（２）（１）において、キャリア液１を流さない他のカ
ラムには洗浄・再生液１７を流しておく。（図４中、点
線が洗浄・再生液の流路を表す。）（３）試料導入バルブ１０ｂを切り替えることにより、
試料溶液１８の一定量をキャリア溶液１の流れの中に導
入する。

【００２６】（４）（３）で導入した試料溶液１８は一
定流速で陰イオン交換樹脂カラム１２に導入され、タン
タルと不純物元素の分離を行う。（５）必要ならば（３）で導入した試料溶液中のタンタ
ル及び不純物元素を一旦陰イオン交換樹脂カラム１２に
導入・全量吸着させた後、溶液切り替えバルブ１０ａを
切り替え、別のキャリア溶液２（１５）を流して不純物
元素のみを溶出させることもできる。（６）（４）または（５）でタンタルと分離・溶出した
不純物元素を含むキャリア溶液を、誘導結合プラズマ質
量分析装置１６に直接導入させる。この際１μｇ／ｇ以
下の超微量域の分析を行うに十分な感度を有していれ
ば、分離・溶出した不純物元素を全量測定装置に導入し
なくてもよい。（７）測定装置による定量分析が終了後、溶液切り替え
バルブ１０ｇを切り替えて、分析に使用したカラムに洗
浄・再生液１７が流れるようにすると共に、これまで洗
浄・再生液１７が流れていた、別のカラムにキャリア液
１が流れるようにして、以下（１）〜（７）の操作を繰
り返す。

【００２７】以上説明したように、本発明の分析方法を
用いたタンタル中の超微量不純物元素の分離・定量方法
は、（１）陰イオン交換カラムにおけるタンタルと不純物元
素の分離が、ペリスタリックポンプによる一定流量のキ
ャリア液の送液下で行われるため、分離が再現性よく行
われる（２）蒸留分離や溶媒抽出等の操作を必要としないた
め、短時間でタンタルと不純物元素の分離を行うことが
できる（３）連続流れ分析系であるので、一旦試料をキャリア
溶液中に導入させれば自動的にタンタルと不純物元素の
分離操作及び測定装置による定量分析が行われる（４）分離装置を並列に接続するので、カラムの洗浄・
再生が分析操作と並行して行われるので、単位時間当た
りの分析可能処理数を多くすることができる（５）溶液切り替えバルブを適宜用いることにより、測
定装置系内を常にベースラインが低い状態で保つことが
できる（６）不純物除去装置を設置しているので、キャリア溶
液からの分析目的元素による不純物混入が非常に少な
く、ベースラインが常に低い状態で定量分析を行うこと
ができる等の特徴を有しており、タンタル中の不純物元素の総含
有量が１０００ｎｇ／ｇ以下であることを確認すること
ができる。

【００２８】本発明の並列型分離分析装置及び分析方法
は、上記説明においてはタンタル中に含まれる超微量不
純物について用いる装置あるいは方法として説明した
が、本発明の並列型分離分析装置及び分析方法を用いて
分析できる対象物は特に制限はない。好ましくは、金属
あるいは金属化合物中に含まれる不純物元素の分析に用
いることができ、好ましく分析できる化合物としては、
タンタルの他に、酸化タンタル（III）、酸化タンタル
（Ｖ）、ペンタエトキシタンタル、塩化タンタル（II
I）、塩化タンタル（Ｖ）、ペンタイソプロポキシタン
タル、ペンタメトキシタンタル、ホウ化タンタル、窒化
タンタル、ケイ化タンタル、ニオブ、酸化ニオブ（II
I）、酸化ニオブ（Ｖ）、ペンタエトキシニオブ、塩化
ニオブ（III）、塩化ニオブ（Ｖ）、ペンタイソプロポ
キシニオブ、ペンタメトキシニオブ、ホウ化ニオブ、窒
化ニオブ、ケイ化ニオブを例示することができる。

【００２９】また、本発明の並列型分離分析装置及び分
析方法を用いて分析できる不純物元素としては、好まし
くは、例えば、長周期律表１族では、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、
Ｒｂ、Ｃｓ、２族では、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ、３族
ではＳｃ、Ｙ、ランタノイド元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）、アクチノイド元素（Ｔｈ、Ｕ）、４
族ではＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、５族では、Ｖ、Ｎｂ、６族で
は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、７族では、Ｍｎ、８族では、Ｆ
ｅ、９族ではＣｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、１０族では、Ｎｉ、１
１族ではＣｕ、Ａｇ、１２族ではＺｎ、Ｃｄ、１３族で
は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、１４族では、Ｓｉ、
Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、１５族ではＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、
１６族ではＳｅ、Ｔｅ等を例示することができる。

【００３０】また、本発明は、前記の分析方法を用いて
不純物の総含有量が１０００ｎｇ／ｇ以下であることが
確認できた高純度タンタルまたは高純度タンタル化合物
を用いて形成された強誘電体薄膜を提供するものであ
り、該強誘電体薄膜は好ましくは不純物の総含有量が１
０００ｎｇ／ｇ以下である高純度ペンタエトキシタンタ
ルを用いて形成される。強誘電体薄膜は表面弾性波デバ
イスや光関連デバイス作成用の基板材料として用いら
れ、例えば、特開平４−３０１３２９号公報に記載され
た作製方法を用いて作製することができる。高純度タン
タルまたは高純度タンタル化合物を用いて形成された強
誘電体薄膜は、不純物の含有量が極めて少ないので、膜
中の結晶欠陥減少、酸化膜耐電圧の向上等、性能の改善
を行うことができ、上記基板材料として好適に用いるこ
とができる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。（実施例１）図１はペリスタリックポンプ１、溶液切り
替えバルブ２、試料導入バルブ３（試料導入量０．１５
ｍｌ）、陰イオン交換樹脂カラム４（内径３ｍｍ、長さ
１６０ｍｍ）、及びテフロン管（内径０．８ｍｍ）を用
いて作成した連続流れ系タンタル及びホウ素の分離分析
装置を示しており、図１に示した装置を用いて、陰イオ
ン交換樹脂カラム４へのタンタル及びホウ素の吸着度を
調べた。尚、陰イオン交換樹脂は市販の強塩基型及び弱
塩基型（いずれも５０−１００ｍｅｓｈのもの）を用い
てそれそれ調べ、キャリア液１（図１中の５）は０．１
ｍｏｌ／Ｌの濃度のフッ化水素酸溶液を流速２．０ｍｌ
／分で送液した。

【００３２】上記の分離装置に、試験液６（タンタル試
料をフッ化水素酸及び硝酸で溶解し、ホウ素標準溶液を
添加後に希釈して、タンタル濃度１００ｍｇ／ｍｌ、ホ
ウ素濃度４０μｇ／ｍｌに調製した溶液）を試料導入バ
ルブ３より陰イオン交換樹脂カラム４に導入し、陰イオ
ン交換樹脂カラム４から溶出する溶液を試料溶液導入直
後から６分間にわたり、１分ごとにポリプロピレンボト
ル７に分取した。分取した溶液中に含まれるタンタル及
びホウ素を、タンタルは誘導結合プラズマ発光分析法に
より、ホウ素は誘導結合プラズマ質量分析法によりそれ
ぞれ測定し、その結果を表１に示した。

【００３３】

【表１】強塩基型では、タンタル、ホウ素のいずれも検出されな
かった。これは樹脂に両元素が吸着していることを示す
ものである。一方、弱塩基型ではタンタル及びホウ素の
両者が溶出しており、両元素の分離は困難であることが
分かった。

【００３４】（実施例２）実施例１で使用した強塩基型
陰イオン交換樹脂カラム４（内径及び長さは実施例１と
同じ）を使用し、上記実施例１と同様に試験液６を導入
し、タンタル及びホウ素をカラムに吸着させた。次に溶
液切り替えバルブ２を切り替えて、４種の濃度のキャリ
ア液２（図１中の８）（２、３、４及び５ｍｏｌ／ｌの
塩酸）をそれぞれ流し、陰イオン交換樹脂カラム４から
溶出する溶液を５分間にわたり、２０秒ごとにポリプロ
ピレンボトル７に分取した。分取した各溶液中に含まれ
るタンタル及びホウ素を、タンタルは誘導結合プラズマ
発光分析法により、ホウ素は誘導結合プラズマ質量分析
法により、それぞれ測定し、ホウ素の測定結果を図２、
タンタルの測定結果を図３に示した。

【００３５】図２及び図３に示した結果から、塩酸濃度
を濃くすることによりホウ素の溶出量は増え、同時にタ
ンタルの溶出量も増えるが、その溶出はホウ素の溶出に
比べると割合として小さいということが分かった。試験
液中のタンタル／ホウ素比が２５００：１であるのに対
して、塩酸溶出液中のタンタル／ホウ素比（キャリア液
を塩酸に切り替えた後２〜３分間の溶出時）は約３２：
１である。

【００３６】（実施例３）図４に示す並列型分離分析装
置を用いてタンタル中の超微量ホウ素の定量分析を行っ
た。図４中、試料導入バルブ１１の試料導入量は０．１
５ｍｌ、強塩基型陰イオン交換樹脂カラム１２（内径４
ｍｍ、長さ１６０ｍｍ）は３個備えている。ホウ素の定
量は、表２に示した時間プログラムに従い、各バルブの
切り替え等を行うことにより実施した。

【００３７】

【表２】

【００３８】本発明の並列型分離分析装置を用いること
により、目的成分の分離と、カラムの洗浄・再生を同時
に行うことができた。分析速度は、１時間当たり６試料
であり、分離装置が１個のみの場合（１時間当たり１試
料）と比較して単位時間当たりの分析可能試料数を約６
倍多くすることができた。また、図４に示した装置を用
いて市販のタンタル中のホウ素含有量を定量したとこ
ろ、もとの金属中換算で１５０±１０ｎｇ／ｇ（ただし
３回繰り返し測定の平均値及び標準偏差値）であり、市
販の酸化タンタル中のホウ素含有量を定量したところ、
もとの酸化物試料換算で２６±３ｎｇ／ｇ（同）であ
り、本発明を用いればタンタル及びタンタル化合物中の
超微量ホウ素が効率的に定量できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の並列型分
離分析装置を用いることにより、非目的成分と目的成分
の分離及びカラムの洗浄・再生を同時に行い、材料中の
微量不純物の分離を短時間で効率的に行い、単位分析時
間の試料処理数を多くすることができる。また不純物除
去装置を用いることにより、キャリア液中の分析目的元
素によるベースラインの上昇を抑えた状態に保ち、連続
流れ系を用いることにより、分析操作における環境から
の汚染を極力小さくできる利点を有している。本発明の
分析方法を用いれば、材料中の微量不純物元素の含有量
を１μｇ／ｇ以下のレベルで分析することが可能であ
り、特に表面弾性波デバイスや光関連デバイス作成用の
基板材料として用いられる強誘電体薄膜においては、膜
中の結晶欠陥や酸化膜耐電圧異常等を少なくするために
不純物の含有量が極めて少ない材料を用いて形成される
ことが重要であり、本発明の並列型分離分析装置及び分
析方法は、強誘電体薄膜の材料に用いられるペンタエト
キシタンタル等の分析に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係るタンタルおよびホウ
素の分離装置を示す概略図である。

【図２】本発明の１実施例に係る溶離液（塩酸）濃度
と溶出ホウ素量の関係を示したグラフである。

【図３】本発明の１実施例に係る溶離液（塩酸）濃度
と溶出タンタル量の関係を示したグラフである。

【図４】本発明を実施する分離分析装置の１例を示し
た並列型分離分析装置概略図である。

【符号の説明】

１ペリスタリックポンプ２溶液切り替えバルブ３試料導入バルブ４陰イオン交換樹脂カラム５キャリア液１６試験液７ポリプロピレンボトル８キャリア液２９ａ、９ｂペリスタリックポンプ１０ａ〜１０ｊ溶液切り替えバルブ１〜１０１１試料導入バルブ１２陰イオン交換樹脂カラム１３不純物除去装置１４キャリア液１１５キャリア液２１６誘導結合プラズマ質量分析装置１７洗浄・再生液１８試料溶液１９廃液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送液装置、分離装置、試料導入バルブ、
溶液切り替えバルブ、不純物除去装置及び測定装置を備
えた連続流れ分析装置において、複数の分離装置を備
え、各分離装置は並列に接続されており、分離装置の少
なくとも一つを分析に供し、その他の分離装置の少なく
とも一つを洗浄し、分析と洗浄を同時に行うように分離
装置が接続されていることを特徴とする並列型分離分析
装置。
【請求項２】分析に供される分離装置と洗浄が行なわ
れる分離装置に、それぞれ組成の異なる溶液を同時に流
すように分離装置が接続されている請求項１に記載の並
列型分離分析装置。
【請求項３】分離装置は、分離手段としてイオン交換
分離法、溶媒抽出法、沈殿分離法、気液分離法及び蒸留
法から選ばれる方法を用いるものである請求項１または
２に記載の並列型分離分析装置。
【請求項４】不純物除去装置は、不純物を除去する手
段としてイオン交換分離法、溶媒抽出法、沈殿分離法、
気液分離法及び蒸留法から選ばれる方法を用いるもので
ある請求項１〜３のいずれかに記載の並列型分離分析装
置。
【請求項５】測定装置は誘導結合プラズマ質量分析装
置を用いるものである請求項１〜４のいずれかに記載の
並列型分離分析装置。
【請求項６】金属材料中の不純物元素の分析に用いら
れるものである請求項１〜５のいずれかに記載の並列型
分離分析装置。
【請求項７】複数の分離装置を並列に接続し、並列に
接続された複数の分離装置の少なくとも一つを用いて分
析を行い、その他の分離装置の少なくとも一つを洗浄
し、分析と洗浄を同時に行うことを特徴とする連続流れ
分析方法。
【請求項８】分析に用いる分離装置と洗浄を行う分離
装置にそれぞれ組成の異なる溶液を同時に流す請求項７
に記載の連続流れ分析方法。
【請求項９】分離装置は、分離手段としてイオン交換
分離法、溶媒抽出法、沈殿分離法、気液分離法及び蒸留
法から選ばれる方法を用いるものである請求項７または
８に記載の連続流れ分析方法。
【請求項１０】金属材料中の不純物元素の分析に用い
られるものである請求項７〜９のいずれかに記載の連続
流れ分析方法。
【請求項１１】金属材料がタンタルもしくはタンタル
化合物またはニオブもしくはニオブ化合物である請求項
１０に記載の連続流れ分析方法。
【請求項１２】誘導結合プラズマ質量分析装置を用い
て不純物元素を分析する請求項１０または１１に記載の
連続流れ分析方法。
【請求項１３】不純物元素の総含有量が１０００ｎｇ
／ｇ以下であることを特徴とする高純度タンタルまたは
高純度タンタル化合物。
【請求項１４】前記高純度タンタル化合物が高純度ペ
ンタエトキシタンタルである請求項１３に記載の高純度
タンタルまたは高純度タンタル化合物。
【請求項１５】不純物元素の総含有量が１０００ｎｇ
／ｇ以下である高純度タンタルまたは高純度タンタル化
合物を用いて形成されたことを特徴とする強誘電体薄
膜。