JP2004526952A - 自動化されたインプロセスによる同位体及び質量の分析 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】改良された形態の同位体希釈質量分析計を用いて、自動化されたインプロセス分析を行なうための方法とそれに関連する装置を開示する。元素及びスペシエーション閾値測定を行なうもので、機器の定量検出限界及びその近傍で機能することができ、品質保証のために最適化することができる。システムは自動化され、元素又は種の不純物の同定と定量化のための無人運転に適用することができる。本発明の方法の望ましい実施例では、試料は少なくとも一種の元素又は種(38)の濃縮同位体スパイクと平衡にした後、大気圧イオン発生器(32)の中でイオン化され、マイクロプロセッサによって処理される。コントローラ(20)を通じて、試料とスパイクの送達と平衡を調整し、また、大気圧イオン発生器と質量分析計(36)の操作を調整する。本発明の方法はまた、定性的に用いることもできる。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
【技術分野】
【０００１】
１．発明の技術分野
本発明は、改良された形態の同位体希釈質量分析法を用いるインプロセス自動分析方法及び分析装置に関する。より具体的には、元素及び化学形態別分析(スペシエーション)の閾値測定方法であり、計測による検出限界又はその付近で、品質保証のために最適化されている。その閾値測定方法は、自動化され、インプロセスの大気圧インターフェイス質量分析計(ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ)の無人運転に用いられている。ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ装置は、流体中の元素の不純物(contaminant)又は化合物及び種(species)を、同定及び定量化することができるように作られている。
【発明の開示】
【０００２】
２．先行技術の説明
１０億分の１(ｐｐｂ)を測定するために質量分析装置を用いることは知られており、気体中や、水溶液、その他溶液中の元素又は化合物を、ｐｐｂ及びｐｐｂ以下のレベルで測定する場合にしばしば用いられる。質量分析計は、通常は、熟練した技術者が操作し、較正(calibration)が恒常的に行われる。しかしながら、多くの場合、質量分析計の無人運転が望まれている。無人運転が要求されるのは、例えば、遠隔操作、２４時間体制の監視、又は、不良環境若しくは人間の作業が極めて制限される状況などである。無人運転が望まれる例の一つとして、半導体産業のウエットプロセス槽の不純物の監視と制御がある。半導体産業はクリーンルーム環境が必要であり、そこでは、人の干渉はできるだけ少ないことが望ましい。リアルタイムの原位置(インサイチュー)センサーをクリーンルームプロセスに設置することは、半導体産業が抱える問題を低減する上で主要な課題である［International Technology Roadmap for semiconductors 1999 Edition: Defect Reduction, Sematech, Austin, (pg. 270)(1999)を参照］。
【０００３】
無人運転を達成するための方法は、高精度であることと、装置に不可避のドリフトに関する定誤差の補償を行なうことなく、元素濃度の閾値レベルを自動的に監視することである。一旦閾値レベルを越えると、従来の較正作業を行なうことなく、元素濃度を得ることができる。これまでの較正法は、較正標準を用いて、機器の応答と標準の濃度を関連づける較正曲線を作成するものである。較正曲線は、未知の試料の濃度を決定するために用いられる。代表的な較正曲線は、図１(曲線Ａ)に示されている。機器応答がドリフトする場合、又は標準と試料間でマトリックスの差異によって生じる応答シフトがある場合、これまでの技術では、正確な結果が得られない。質量分析計は、図１(曲線Ｂ)に示すように較正曲線の変化を起こす急激なドリフトに対して特に影響を受けやすい。この急激なドリフトが起こると、熟練技術者による再較正が頻繁に必要となる。試料マトリックスと標準マトリックスを一致させるには、試料と標準との間で、イオン化効率、イオン化抑制又は増加を同一のままに維持されなければならない。
【０００４】
実際の状況では試料導入速度の変化は不可避であるから、試料マトリックスと標準マトリックスとの粘度の違いもまた、機器応答の不一致を生ずる。溶液の粘性又はイオン化効率を変化させるマトリックスの効果は、図１(曲線Ｃ)に示すように、較正に変化をもたらす結果となる。本発明は、改良されたＩＤＭＳを用いることにより、従来から行われている較正作業を必要とすることなく、機器の検出限界又は検出限界の近くで、品質保証を得るための最適化された測定値を得るものである。
【０００５】
ＩＤＭＳは、分析される試料に対して濃縮同位体標準を添加することに基づいている。これについては、米国特許第５４１４２５９号を参照することができ、その開示は、引用を以て本明細書に明示的に組み込まれる。試料と標準が平衡した後、試料の天然同位体比は、濃縮標準によって変化し、新しい同位体比が質量分析計で測定される。濃縮同位体比の他に、濃縮同位体標準の濃度が既知の場合、変化した天然元素同位体の測定比は、試料の元素濃度を与える。この方法は、誤差の明確な可能性は極く僅かである。これらの可能性の各々は、較正し除去することができ、測定の最終的誤差として、２つの同位体の比の決定における不確かさが残る。
この不確かさは、同位体比の測定を行う質量分析計の能力に起因する。濃度が既知の濃縮同位体比の標準が、正確に制御された方法で試料オンラインに導入される場合、測定される各元素又は種について、通常の干渉は全て除去される。変化した同位体比のみが、試料濃度を得るために必要であるので、流量とイオン化効率の物理的及び化学的な違いは、本質的に除去される。それゆえ、ＩＤＭＳは、非分光学的干渉に対応するだけでなく、長期及び短期の両方の機器ドリフトを最終的に訂正する技術である。この手法により、一般的に、超微量分析の品質管理を必要とする機器及びプロセスに対し、正確な検出がもたらされる。さらにまた、従来のＩＤＭＳは、誘導結合プラズマ質量分析(ＩＣＰ−ＭＳ)及び熱イオン化質量分析(ＴＩＭＳ)の両方に主として用いられている。ＩＣＰ−ＭＳとＴＩＭＳの計測は、無人モードでの運転に適しているとは思われない［Fassett, J. D., Paulsen, P. J. Isotope-dilution mass spectrometry for accurate elemental analysis, Anal. Chem.（1989）61 643A-649A; Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227; Rottmann, L., Heumann, K. G., Determination of Heavy Metal Interactions with Dissolved Organic Materials in Natural Aquatic Systems by Coupling High-Performance Liquid Chromatography System with an Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer. Anal. Chem., (1994) 66, 3709-3715; Heumann, K. G., Rottmann, L., Vogl, J., Elemental Speciation with Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma Isotope Dilution Mass Spectrometry. J. Anal. Atom. Spectro. (1994) 9 1351-1355; Horn, M., Heumann, K. G., Comparison of Heavy Metal Analysis in Hydrofluoric Acid used in Microelectronic Industry by ICP-MS and Thermal Ionization Isotope Dilution Mass Spectrometry, Fresenius J.Anal. Chem., (1994) 350 286-292を参照のこと］。
【０００６】
ＩＣＰ−ＭＳ機器と共に内部標準としてオンラインＩＤＭＳを用いる方法が提案されており、濃縮同位体標準が試料の流れに連続的に導入され、ＩＣＰ−ＭＳ機器への導入前に混合される(ことにより平衡にされる)［Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227; Rottmann, L., Heumann, K. G., Determination of Heavy Metal Interactions with Dissolved Organic Materials in Natural Aquatic Systems by Coupling High-Performance Liquid Chromatography System with an Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer. Anal. Chem., (1994) 66, 3709-3715; Heumann, K. G., Rottmann, L., Vogl, J., Elemental Speciation with Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma Isotope Dilution Mass Spectrometry. J. Anal. Atom. Spectro. (1994) 9 1351-1355を参照のこと］。
元素のスペシエーションのためにオンラインＨＰＬＣ/ＩＣＰ−ＩＤＭＳ方法が試験された。公開されたケースでは、天然水の中にある腐植物複合物(humic complexes)の中の重イオンを、高分解能ＩＣＰ−ＩＤＭＳを用いて、ＩＤＭＳ較正標準として導入される鉄、銅又はモリブデンのどちらかで濃縮されたスパイクと共に測定した。元素標準は、試料中で分析される元素に基づいて選択される［Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227; Rottmann, L., Heumann, K. G., Determination of Heavy Metal Interactions with Dissolved Organic Materials in Natural Aquatic Systems by Coupling High-Performance Liquid Chromatography System with an Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer. Anal. Chem., (1994) 66, 3709-3715; Heumann, K. G., Rottmann, L., Vogl, J., Elemental Speciation with Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma Isotope Dilution Mass Spectrometry. J. Anal. Atom. Spectro. (1994) 9 1351-1355を参照のこと］。
「分析される種の定量的なクロマトグラフ分離」は、この方法の前提条件の一つであり、「(種が不特定のスパイクについて)スパイク生成工程が行われる前に定量的分離することは必須である」と記載されている。また、「(種が不特定のスパイクについて、)分離された種とスパイクとの間の平衡は、(ＩＣＰ−ＭＳの中で)高温のアルゴンプラズマにより、....保証される」と記載されている［Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227を参照のこと］。それらの方法では、ＨＰＬＣの分離とＩＣＰ−ＭＳの測定は、必須の２つの要素である。
【０００７】
半導体製造業者がシリコンウェハからサブミクロンデバイスを作る際、化学物質の純度に依存する。不純物を含む化学物質は、デバイスが動作しないようにする傾向がある。それ故、湿った化学物質が、実際に純粋なものか、適当な純度であるかを知ることは重要である。純度を決定する現在の方法は、高価で、遅く、オフラインの化学分析器となる。この問題は、３００ｍｍウエハと銅の相互接続へ移行する場合のように、デバイスの収縮継続と共に大きくなる。自社及び契約による分析研究所は、化学的アッセイを行なうための時間フレームは２４〜７２時間である。時間情報が欠如すると、その１つとして、これら高価な化学物質を処理することがいつ処理されるのか知ることができないことがある。
【０００８】
シリコンウエハ洗浄槽の中の金属の濃度を監視する方法において、インラインＩＣＰ−ＭＳを使用することが提案されている。シリコンウエハ洗浄槽内の金属をインライン監視を行なうためにＩＣＰ−ＭＳを利用する点については、<http://www.micromagazine.com/archive/99/02/shive.html>(Feb.1999)を参照することができる。
【０００９】
超微量分析のために同位体希釈質量分析を行なうことは、すでに知られている［Fassett, J. D. and Kingston, H. M., Determination of Nanogram Quantities of Vanadium in Biological Material by Isotope Dilution Thermal Ionization Mass Spectrometry With Ion Counting Detection, Anal. Chem., (1985) 57 2474-2478を参照のこと］。
この刊行物での超微量分析は、従来の方法にＩＤＭＳを用いており、バッチ処理のスパイク標準物におけるスパイクは同位体で濃縮される。これら同位体は、低濃度の試料及びブランクにスパイクが生成され、どの種の情報についても、バッチ試料法を用いて除去される。多くのＩＤＭＳプロトコルにとって、全ての種について完全な変化が行われることが、試料内に存在する多くの種が同時に存在しないようにするための要件である。さらにまた、この変換は、同位体スパイク及び試料同位体が、異なる種の形態で存在することを防止する。その結果、元素の種の決定と評価は両方とも不可能である。実際、これまでのＩＤＭＳ技術では、これらは起こらないようになっている。
【００１０】
米国特許第５０１２０５２号（ヘイズ特許）は、気体の同位体モニタリング方法を開示しており、Ｃ−１２とＣ-１４の比に基づい対象物の起源の決定を補助するために、有機成分のオンライン連続燃焼である気体について同位体監視を行なう方法を記載している。この方法は、気体クロマトグラフ及び水素炎イオン化検出器(ＦＩＤ)と、質量分析前にパラジウムセパレータ及び酸素供給燃焼反応器とを必要とする。この方法は、燃焼チャンバと、質量分析の前にパラジウムセパレータを用いる必要がある。この方法及び機器の目的は、同位体標準と比較を行ない、特にＣ−１２及びＣ-１４を用いて気体の起源を同定するためにカーボンの同位体比を求めることである。遷移金属又は他の金属の微量分析を行なうことを企図したものはなく、定量化は、同位体希釈測定に基づいていない。この方法は、金属には応用されないであろう。
【００１１】
米国特許第５５７２０２４号は、スキマーコーンの直径と圧力を操作することにより、誘導結合プラズマ(ＩＣＰ)デバイスから質量分析計への導入を安静化する方法と装置を開示している。この発明は、広く知られたＩＣＰ−ＭＳ及びＫＭＩＰ−ＭＳ(高周波誘導プラズマ)技術において、比の測定精度を向上させたものである。質量分析計のインレットの改良により、同位体のさらに正確な測定が可能となることが記載されている。それは、プラズマデバイスを必要とするが、質量分析計の感度も低下させ。
【００１２】
米国特許第５８７２３５７号は、エレクトロスプレー質量分析において、広い質量スペクトル範囲に亘って較正を可能とする有機化合物の一連のキャリブラント(calibrant)組成物と、質量分析計を較正するために、これら有機物のキャリブラント組成物を使用する方法を開示している。その発明は、新しい有機物に基づくキャリブラント組成物を提供するが、その適用を、これらキャリブラント組成物の使用に限定している。
【００１３】
米国特許第６０３２５１３号は、大気圧イオン化源におけるイオン化を改善するための中空電極を開示しており、試料気体の流れを、より容易にイオン化されるキャリア気体に置換するものである。この開示は、ガス分析に限定しており、質量分析の測定前に、気体の流れの置換と中空電極の使用を必要とする。この技術は、本発明の要点である同位体を用いた測定には適用できない。
【００１４】
ＩＤＭＳを用いたフローインジェクション分析(ＦＩＡ)をＩＣＰ−ＭＳに導入することは知られている［Viezian, Mikilos; Alexandra Laszitity, Zioaru Wang and Ramom M. Barnes, On-Line Isotope Dilution and Sample Dilution by Flow Injection and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, J. Anal. Atom. Spectro., (1990) 5 125-133を参照のこと］。この技術は、ＦＩＡを用いて、ＩＣＰ−ＭＳへ導入する前に、濃縮同位体スパイクと試料を混合させる。スパイクと試料は同時に導入され、ＩＣＰ−ＭＳへ導入する前に、中性キャリア液体の内部にゾーンを形成する。固定試料ループの体積で、スパイクと試料の量が制御される。２種類の溶液を物理的な混合が、合流点とネブライザー間で起こる。従来のＩＤＭＳ方法では、濃縮スパイクの種が不明であるため、種の情報を得られない。さらに、不活性試薬を用いたオンライン希釈を提案している。その技術は、ＦＩＡを用いて容易にできる技術である。
【００１５】
自動キャリブラント装置は、米国特許第５７０３３６０号に開示されている。これは、質量分析計を較正又は調整するために、標準の参照溶液を、質量分析計ＥＳＩ又は大気圧化学イオン化装置(ＡＰＣＩ)に自動的に導入する。この特許では、切換えバルブが、ＥＳＩ又はＡＰＣＩに対して所望の標準を導入するために用いられる。標準参照溶液と試料溶液の供給源は異なるため、マトリックス効果は除去されない。
【００１６】
米国特許第５７０３３６０号は、質量分析計の質量軸を調整し、機器の機能を評価し、機器を再較正するために、１種又は２種の従来の標準参照溶液を用いることを開示している。この技術は、２つの逐次(sequential)較正標準を導入するものであり、質量分析計の無人運転に問題となる短期又は長期のドリフトを除去することができない。米国特許第５７０３３６０号を参照のこと。
【００１７】
大気圧イオン化(ＡＰＩ)技術として、エレクトロスプレー(ＥＳ)イオン化と大気圧化学イオン化(ＡＰＣＩ)がある。この技術は、ペプチド、蛋白質、核酸、炭水化物のような生物分子の特性を明らかにするために広く使用されされている［Cole, R. B. Electrospray Ionization Mass Spectrometry: Fundamentals Instrumentation & Applications; John Wiley & Sons, Inc.: New York, 1997を参照のこと］。これはまた、無機金属イオン、有機金属イオン及び錯金属イオンの存在を定性的に決定するために使用されるが、その情報を定量化することは、大きな問題を残したままである。化学的ノイズ及び信号抑制(マトリックス効果)による高いバックグラウンドは、多くの分析物の定量化に対する上限界因子となる［Stewart, I.I., Electrospray Mass Spectrometry: a Tool for Elemental Speciation, Spectrochim. Acta. Part-B. (1999) 54B 1649-1695を参照のこと］。衝突誘起解離(ＣＩＤ)は、エネルギー的衝突を生成し、質量スペクトルを単純化し、バックグラウンドを低下させ、感度を増加させる。しかしながら、安定な運転は、溶液伝導度の狭い範囲で限定され、定量化の間、固有の非線形信号応答を起こす。
【００１８】
スペシエーションされた(speciated)同位体希釈質量分析(ＳＩＤＭＳ)は、種の定量化とそれらの変形を評価するために開発された。米国特許第５４１４２５９号を参照されたい。ＳＩＤＭＳでは、これらの測定を達成するために、所定の種が、特異的に同位体にラベル化され及び導入される。対象となる種は、予め知られており、具体的に評価される。
【００１９】
要約すると、元素濃度の閾値レベルを自動的に且つ正確に監視し、流体内の元素不純物又は化合物及び種を定量化する装置の無人運転を達成するための装置及びそれに関連する方法が開発されている。
【００２０】
発明の要旨
本発明は、従来のＩＤＭＳ方法を改良したもので、質量分析計の検出限界及び検出限界近傍での測定を向上させ、改善する。これらの改良は、超微量元素測定及び化学形態別分析測定(speciated measurement)の両方の品質を保証するものである。
【００２１】
本発明の方法及び装置は、ＩＣＰ−ＭＳの代わりに、ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ機器と共に用いられることが好ましい。ＨＰＬＣ及びＩＣＰ−ＭＳのどちらも、ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ装置では必須の機器ではない。本発明の方法では、クロマトグラフの分離は、必要ではない。スパイクと試料の種間の平衡は、動的な前処理によって達成される。前処理は、前濃縮及び決定前に同じ種に変換するためのもので、試料及びスパイクの錯化(complex)、酸化、又はその他であってよい。
【００２２】
本発明は、標識種(labeled species)(同時に複数種である場合が多い)が溶液の中で作られ、構造情報が評価されるまでは、組成と構造の決定は予め行われない。定量化は、元素イオンとスペシエーション情報について行われ、リアルタイム及びインプロセスの濃縮安定同位体の非錯塩との動的平衡により、最初に確立されたインプロセスについてなされる。この方法は、質量分析計の動的標識化と二重性を与える。さらにまた、同時種(simultaneous species)の評価は、分離することなく行なってもよいし、順次分離して行なってもよい。動力学とシーケンスは、公知の方法とは大きく異なっている。
【００２３】
従来のＩＤＭＳとは異なり、本発明の方法は、質量分析計の検出限界及び検出限界の近くで、測定を向上させ、改善する。装置は、インプロセス測定方法に用いるために開発されたもので、質量分析計と結合された大気圧インターフェイス(ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ)を用いている。ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ装置は、平衡のために高温のアルゴンプラズマを用いることなく、又、測定前にＨＰＬＣの分離を行なうことなく、流体中の元素不純物又は化合物及び種を同定し定量化するために作られている。
【００２４】
本発明は、流体(液体及び気体)を取り扱うインプロセスの質量分析計(ＩＰ−ＭＳ)のための方法及び装置を提供するもので、質量分析計は、インプロセスの自動化及び無人化運転に最適化された安定同位体比を用いる。超微量元素及び種の情報について、定性的及び定量的の両方の分析を利用可能である。
本発明の方法は、種の情報及び定量的元素を評価することができる大気圧イオン化(ＡＰＩ)システムである質量分析計インターフェイスを使用する。流体操作システムは、非配位子形態又は交換可能性の高い配位子の形態で、分離された同位体を混合する。安定濃縮同位体は、装置の検出限界又は検出限界の近傍にて、比の測定のために最適化されており、効果的な閾値の監視と定量的評価が可能となる。
【００２５】
本発明の一実施例の方法及び装置では、ＩＰ−ＭＳは、無人方式での運転が可能であり、オペレータの較正及び分析が一般的に行われる有人運転プロトコルからは実質的に逸脱している。比の測定値を利用するので、較正曲線との直接的な比較は不要である。従来の機器を操作する場合、元素濃度の比較を必要とし、機器のドリフトにより、定量化のために再較正が頻繁に必要となるのに比べると、実質的な相違がある。比は、測定の検出限界又は検出限界の近傍での精度及び品質保証を得るために最適化される。
【００２６】
本発明の他の実施例の方法及び装置では、試料のスパイク生成のために用いられる濃縮同位体比を最適化することにより、ＩＰ−ＭＳは、測定限界又はその近傍での濃度の定量的評価を向上させる。この方法では、検出の閾値及び測定の不確かさ(uncertainty)を明確に定める検出限界又はその近傍で、最適な同位体比が得られる。検出限界及び検出限界近くでの比の最適化は、選択された両の同一元素の中で、天然同位体及び複数の濃縮同位体の両方を混合することによって達成される。従来のＩＤＭＳ法ではこの測定値が非常に広い範囲に亘って不確かであったが、本発明では改善されている。
【００２７】
発明のさらに別の実施例の方法及び装置は、準連続的(semi-continuous)プロセスにおける元素の既知の濃縮同位体を、評価される化学溶液から得たインプロセス試料の流れと混合することにより、スペシエーション情報無しで元素を定量化する。イオン化電圧は、元素の定量化を最適化するために、種の情報を質量分析計の源で直接除去できるように、意図的に十分高く設定される。
【００２８】
本発明がさらに目的とする方法及び装置では、配位子が結合されていないか又は廃位子の結合が弱い最適化濃縮同位体を混合することにより、濃縮同位体は、問題にされている試薬の流れの化学的性質で決まる主要種(dominant species)への種変換が可能となる。これらの種は、非常に低い電圧とより温和なイオン化条件を用いて直接評価されるので、代わりの方法で自動的に制御される同じ装置を用いて、試料溶液の種情報が保存される。
【００２９】
本発明がさらに追加の目的とする方法及び装置では、最適なイオン化によって最大感度及び検出限界を得ることができるように、安定な最適化同位体を導入した後に、追加の溶液操作を行なう。また、最適なイオン化によって最大感度及び検出限界を得ることができるように、流体のマトリックスを変化させるために、他の溶液操作を行なうこともできる。
本発明の他の目的とする方法及び装置では、最適化された安定同位体を試料と混合し、得られた溶液を、元素及び／又は種によって分離又は前濃縮を行ない、順次、評価し、最適化し、最大感度を求める。
【００３０】
発明の好ましい一実施例は、自動化された同位体希釈質量分析の方法であり、分析されるべき試料を準備し、試料に関する元素又は種について複数の濃縮安定同位体スパイクを生成し、それを平衡化することを含んでいる。平衡化されたスパイクと試料は、大気圧下でイオン化される。イオンは、次に、質量分析計に導入されて、同位体比が決定され、その決定による情報は、マイクロプロセッサに送られる。マイクロプロセッサは、コントローラを介して、その方法の運転制御を行なう。情報はまた、マイクロプロセッサから、監視されているシステムへも送られる。
【００３１】
半導体産業のウエハ洗浄で用いられる洗浄槽のように、洗浄槽の中の不純物のレベルを超微量レベルで監視するような特定の用途では、不純物レベルが許容上限に接近したとき、早期警告が発せられ、限界に達した場合又は限界を超えた場合に警報音が発せられる。
【００３２】
対応する装置を提供するものである。
本発明の目的は、改良された形態の同位体希釈質量分析を用いて、自動化されたインプロセス分析のための方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、自動運転及び無人運転を行なえるシステムを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、流体中の元素不純物又は化合物及び種を、定性的及び定量的に同定するための方法及び装置を提供することである。
【００３３】
本発明のさらなる目的は、インラインの使用に適し、熟練者でなくても操作することができる信頼性の高い高感度システムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、作業者による較正と分析、較正曲線との直接比較が不要な無人運転を行なうためのシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、定量的測定の誤差源である機器の安定パラメータをできるだけ少なくするか又は除去する同位体比の決定法を用いることである。
【００３４】
本発明のさらなる目的は、モードによって、種又は元素の定量化分析を行なったり、種又は元素の単なる相対的分析を行なうようできるシステムを提供することである。
本発明の目的は、完全に自動化された総合的分析化学実験手段であって、迅速且つ正確な方法で、ウエット槽(wet bath)が汚染されているかどうかを判断することにより、不純物による収率の低下を最小にすることのできる手段を提供することである。
本発明のさらなる目的は、シリコンウエハ槽を有するクリーンルームで使用可能であり、前記槽で用いられる高価な試薬の高寿命化を達成できるシステムを提供することである。
【００３５】
本発明のさらなる目的は、自動化された方法で、１時間当たり何回も信頼性のある検定(assays)を行なえるシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、同位体比を求めることにより、流体中に超微量含まれる種を、正確且つ迅速に検出できるシステムを提供することである。
本発明のこれら及び他の目的は、本明細書に添付された図面と共に、本発明の以下の説明から、さらに完全に理解されるであろう。
【００３６】
好ましい実施例の説明
本明細書で用いる「種(specie)」という語は、元素種、イオン種、分子種、有機金属種のような錯体種の他、本発明を用いて行なう定性分析及び定量分析に適した全ての種を意味するものとする。
本明細書で用いる「スパイク(spike)」という語は、種及び/又は元素の濃縮同位体を意味する。
本明細書で用いる「比(ratio)」という語は、種及び/又は元素の同位体の比を意味する。
【００３７】
本明細書で用いる「流体(fluid)」という語は、「種又は元素」又は「スパイク」のどちら一方又は双方を含む質量の流れ(mass stream)を意味し、液体又は気体に限定されない。
本明細書で用いる「閾値(threshold)」という語は、「種又は元素」のレベルに関するもので、閾値を超える「種又は元素」の定量的決定を、本発明を用い行なうものである。
また、「機器の定性的検出限界(quantitative detection limit of an instrument)」は、機器が定量的に検出できる特定の元素又は種について、その濃度の最低レベルを意味する。
【００３８】
本発明では、試料に標準の同位体濃縮スパイクを加えることにより、測定前に、種が試料内の同位体と平衡に達することが可能となり、定量情報と種の情報は、同じ溶液の中で利用可能となる。本発明の目的は、閾値検出ではなく、定量情報を得ることであるから、閾値検出レベルで数学的評価を行なうための比を最適化するために、濃縮混合の調整を行なうが、これは従来の方法では行われなかったものである。
【００３９】
本発明の方法及び装置は、超微量元素、不純物及び種について、インプロセスの自動分析に利用することができる。本発明は、流体を取り扱うインプロセス/質量分析計(ＩＰ−ＭＳ)分析に関する方法及び装置を提供するもので、インプロセスの自動運転及び無人運転を行なうために最適化された安定同位体比を用いる。超微量元素及び種の情報に関する定性分析及び定量分析は、本発明の方法及び装置を通して利用可能である。その方法は、大気圧イオン化(ＡＰＩ)システムである質量分析計インターフェイスを使用するもので、元素の定量測定と種の評価の両方が可能となる。流体処理システムは、交換性の高い配位子形態で、分離及び最適化された同位体を導入し、被試験流体に存在する種に動的に変換される。安定な濃縮同位体は、比の測定のために最適化され、検出閾値及びその近傍で効果的なモニタリングが可能になる。
本発明の一実施例では、好ましくないマトリックス効果を取り除くために、標準の濃縮スパイクを試料へ積極的に混合する。
【００４０】
質量分析計は、一般的には、数日から１週間のような長い時間に亘って、無人方式で運転することができない機器である。これらの機器では、較正及び動作条件の安定性が変化して起こる固有の変動によって、定量化能力が実質的に変化する。また、試薬や試料が変化すると、質量の流れ及び機器の物理的条件に影響を与え、時間と共に変化する。これらの状況は全て、質量分析計及び流体処理システムの両方について、通常は、手操作による独立した較正及び再較正によって処理される。
本発明の方法及び装置では、ＩＰ−ＭＳは、無人方式で運転されるもので、操作者による較正及び分析が行われる有人運転プロトコルとは大きく異なる。本発明では、比の測定値を用いるので、較正曲線との直接的な比較は不要である。同位体比を利用するので、これらの物理的及び時間依存性の変化は除去されるので、定量測定の誤差源となる機器の安定性パラメータは除去される。
【００４１】
本発明のインプロセス同位体希釈方法を用いることにより、信号抑制及び非線形信号応答の問題が実質的に解消されるから、無機質要素(inorganic elements)の定量及び無人運転が可能となる。
【００４２】
図２を参照し、本発明の好ましい方法についてより詳細に説明する。説明の便宜のために、半導体産業のウエハ製造におけるクリーンルームで使用されるタイプのウエット槽の監視について説明するが、本発明の方法がそれに限定されるものでないことは理解されるであろう。本発明の方法は、種及び元素の不純物レベルに関して、超微量レベル及び機器の定量的検出限界における定性的及び定量的分析の両分析を行なうことができる。複数の槽の各々には、水溶液又は有機溶媒溶液が入れられており、ウエハは、一の槽から次の槽へ順次取り出されて洗浄が行われる。その結果、各槽内の不純物が許容限界内にあるかどうかを決定することが重要になる。それを誤ると、不良製品が発生し、コストが非常に高くつき、多大の時間を要する。本発明は、各槽を逐次的に分析するか、又は２以上の槽の試料を同時に分析することを企図している。また、不純物が存在する場合、特定の種又は元素の同定結果に基づいて、具体的にどの槽が汚染されているかを突き止める手段を提供する。なお、不純物源の決定は、種の組成、槽の成分、その中で起こる化学反応に基づいて行なうことができる。
【００４３】
元素種は、溶液の化学反応、及びインプロセスの特定の化学反応のプロセスによって制御される。例えば、表１に記載されるように、半導体産業の洗浄槽及びエッチング槽の純粋溶液に存在する種は、水和物(aqueous hydrates)、フッ化物、塩化物、アンモニア及び水酸化物のようなドミナントアニオン錯体によって確認される。高い生成定数Ｋfを有する他の配位子が導入されない場合、配位子錯体イオン及び分子の安定性は維持される。その結果、１体積％〜１０体積％のＨＦ水溶液の高純度溶液内の金属イオンの大半は、フッ化物イオン配位子錯体によって占められる。ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ(体積比１：１：６)の溶液中では、ドミナント配位子は、塩化物の配位子である。例えば、鉄(III)は、さらに安定化傾向のフッ化物生成定数を有しており、Ｋf1が２ｘ１０5、Ｋf2が２ｘ１０9、及びＫf3が４ｘ１０12である(３つの全てが結合したＫfは４ｘ１０26)。クロム(III)では、Ｋf1は２ｘ１０4 、Ｋf2は６ｘ１０8及びＫf3は２ｘ１０10である([ＣｒＦ]complexに結合したＣｒ(III)は、３ｘ１０22)。ＨＣｌ溶液では、Ｃｒ(I)は、Ｋf2が約３ｘ１０5であり、鉄(III)では、Ｋf1、Ｋf2、Ｋf3及びＫf4は、夫々、３０、１３４、９８及び１.０である。その他の溶液でも、水酸化物、アンモニア、水、過酸化水素及び硫酸塩について、異なる配位子生成定数を有するものがある。イオンがフッ化物錯体、塩化物錯体又は水酸化物として存在している場合には、反応は、溶液の配位子と反応生成物で制御され、平衡であるので、槽内の相互作用の基礎的な化学的性質を変化させる。同位体スパイクを、例えば＋３の酸化状態の鉄、例えば硝酸塩のように非常に弱い配位子に加えることにより、スパイクの配位子は、溶液の中で優勢的に存在する種に動的に変換され、その後、オンライン又はインラインプロセスは、洗浄槽の中の元素種の不純物又は化学プロセスと平衡になる。化学反応が、例えばウエハ洗浄のプロセスの中で起こる場合、シリカマトリックス及びマスキング剤との反応が起こり、溶液中に存在するＦｅ(II)、Ｆｅ(III)、鉄の有機金属又は安定な配位子種などの異なる種が生成する。化学形態別質量分析試験により、異なる配位子の種の存在が認められる。これは、従来の方法に情報調節を追加するものであり、その化学情報は元素種の不純物を超えており、インプロセス化学に化学的特異性の次元を加えるものである。さらにまた、不純物が、ＨＦ槽のような溶液から発生し、硫酸槽又は水槽の中で測定される場合、その発生源の配位子を保持することにより、汚染源の同定が可能となる。このデータは、この方法を用いて得られる錯体情報に追加される。
【００４４】
他の実施例では、強力なキレート剤又は錯化剤が、試料とスパイクの両方に加えられ、定量測定は、錯体に対して行われる。種におけるこの化学的変換は、溶液の化学反応を制御し、測定精度を向上させ、分析対象の検出に有害になり得る化学反応パラメータが制御可能となる。
【００４５】
図２に示されるように、１又は複数の槽の試料が、システムの試料導入部(2)に供給される。試料(試料は、槽単位で個々に採取されて処理されたり、又は複数の槽から同時に採取されて処理されるか若しくは混合して処理されるので、便宜上、単に試料と称するときは１又は複数の槽を意味する)の一部は、試料分析ステージ(6)に導入される。ここでは、試料が、所望のｐＨレベルであるかどうか、適切な量の試薬を有しているかどうか、所望の物理的及び/又は化学的特性(例えば、温度など)を有しているかどうかについて決定される。この情報は、破線で示されるマイクロプロセッサ(10)に導入され、後述の如く取り扱われる。
【００４６】
本発明のシステムは、定性的及び定量的による種の同定、又は定性的及び定量的による元素の同定を、無人の自動化された方法で決定できるようにしており、３つの方法が、本発明のシステムの中で使用される。
【００４７】
種の存在を、定性的に決定することが望まれる場合、試料導入部から導入された試料は、化学的改質(chemical modification)ステップ(12)に導入される。ここでは、試料分析部(6)からマイクロプロセッサ(10)に供給された情報は、データの収集及び分析部(14)に入力される。次に、データの収集及び分析部(14)は、情報(16)を分配し、該情報(16)はコントローラ(20)に供給される。コントローラ(20)は、出力信号を、リード(12)を通って化学的改質部(12)へ供給し、該化学的改質部にて、試料処理の次の段階の前に、試料について、ｐＨ若しくは試薬成分の如き化学的性質、又は温度の如き物理的特性の全ての調節が行われる。
改質された試料は、次に、溶液処理ユニットに送られる。試料を定性的に評価することが目的の場合、試料は、大気圧イオン化ユニット(32)に送られる。イオン化ユニット(32)の望ましい形態は、エレクトロスプレーイオナイザである。このユニットは、元素と種を含む溶液の構成成分をイオン化するもので、所望により、試料は脱溶媒和される(desolvate)。このユニットのアウトプットは、質量分析計(36)に送られる。このアウトプットは、飛行時間型質量分析計又は四重極質量分析計であることが好ましい。質量分析計からの情報は、マイクロプロセッサ(10)のデータ収集及び分析ユニット(14)に送られ、該ユニット(14)からユニット(16)に送られ、情報が分配される。機器の動作制御に用いられる情報は、試料導入部(2)、スパイク導入部(38)、化学的改質部(12)、溶液処理部(26)、大気圧イオン化部(32)及び質量分析計(36)へ戻され、適当に処理される。
さらにまた、情報が不純物の所望濃度から逸脱し、早期警告が発せられるか、警報又はシャットダウンの指令が発せられる場合、情報は、システムインターフェイス(40)にも送られ、機器による監視が行われる物理的システムの動作を制御する。この情報はまた、操作者に供給される。操作者には、警告や警報の情報だけではなく、最新のデータ、長期的傾向の他、最適化情報などの他の情報に関するデータも供給される。
本発明の方法について他の運転モードを検討し、元素の定量的な決定が所望される場合、試料導入部(2)は、試料をスパイク導入部に送り、分離された濃縮同位体が、希釈モード又は弱錯体モードで混合され、それらは、試料と混合されて、平衡となる。平衡になった試料は、化学的改質部(12)及び溶液処理部(26)を通過し、液体クロマトグラフ部(48)、そして大気圧イオン化部(32)に送られる。その後、スペシエーション処理(50)が行われ、次に質量分析計(36)へ送られる。質量分析計のアウトプットはマイクロプロセッサ(10)で処理され、必要に応じて、コントローラ(12)及び/又はシステムインターフェイス(40)に送られる。
元素モードでは、電圧の範囲は、２００Ｖ〜１０００Ｖ、好ましくは３５０Ｖ〜４００Ｖであり、種モードでは、２Ｖ〜３０Ｖである。この方法では、監視される不純物の種又は元素の各々に対して、濃縮同位体は、スパイク導入部(38)に供給される。試料が気体の試料である場合、溶液処理部(26)からガスクロマトグラフ部(56)に送られ、処理される。
【００４８】
定量的元素の決定を行なう場合、大気圧イオン化部(32)のアウトプットは、元素モード(60)による処理部に送られて、次に、処理試料は質量分析計に入る。
【００４９】
図３は、本発明の方法に使用可能な装置の一形態を示しており、図２に図示及び説明した好ましい方法に関するものである。１又は複数の試料リザーバ(100)は、試料の一部を試料導入装置(102)に供給する。試料は、逐次導入されて個々に処理されるか、又は、必要に応じて、同時に導入されて、混合処理される。試料の一部は、試料アナライザー(106)に送られ、例えば、ｐＨ、試薬濃度及び温度のような化学的及び物理的特性を決定し、次に、アウトプットがマイクロプロセッサ(10)に送られる。マイクロプロセッサは、その中にデータの収集及び分析ユニット(114)を有しており、次に、データが処理され、情報分配ユニット(116)に送られる。情報は、前記ユニットからコントローラ(20)に送られ、必要に応じて化学的改質装置(112)にフィードバックされ、所望により、試料の化学的及び物理的特性の調節が行われる。
試料導入装置(102)は、前述の通り、化学的改質装置(112)及びスパイク導入装置(138)の両方と協動して作用する。化学的改質装置のアウトプットは、溶液処理ユニット(126)に送られ、次に、処理される流体が気体の場合はガスクロマトグラフ(156)に送られ、液体の場合は液体クロマトグラフ(148)に送られる。試料は、どちらか一方から、大気圧イオン発生器(132)に送られ、そのアウトプットは、質量分析計(136)に送られて処理される。
【００５０】
通常の場合、図４及び図５の２つの例に示されるように、質量分析計は時間と共にドリフトして不安定になる。これらの例では、エレクトロスプレー質量分析計(ＥＳ−ＭＳ)と誘導結合プラズマ質量分析計(ＩＣＰ−ＭＳ)が、時間と共に通常の不安定性を示している。両方とも、定量化能力が変化し、比較的短期間で能力が低下する。さらに、同位体比を測定することにより、これらの不安定性が正常化され、それに関連して定量的能力が回復する。同位体比の測定を用いることにより、処理流体の流れについて、自動化された無人運転が可能となる。物理的及び化学的組成が異なる複数の流体の連続的分析も可能となる。流体の組成が変化すると、通常は、手操作による較正と再較正の工程が必要となるが、較正によるのではなく、同位体比を直接評価するので、これらの工程は不要となる。
【００５１】
図４は、ＡＰＩ(ＥＳ)−ＥＳにおいて、１５分間に亘るＡｇ−１０７の信号応答のドリフトを示している。１％ＨＮＯ3の中で１ｐｐｍ濃度のＡｇを、ＥＳ−ＥＳに導入した。 測定は、５回繰り返し行なった。同位体１０７のカウントは、ＥＳ−ＥＳ応答のドリフトが２５％もあり、この測定時間では代表的な値である。
【００５２】
図５は、ＩＣＰ−ＭＳの時間経過によるデータの実際の測定値を示す。１０ｐｐｂのＮｉ、Ｃｕ、Ｚｕ及びＡｇ(ニッケル、銅、亜鉛及び銀)を含む試料を、連続的にＩＣＰ−ＭＳに導入した。データは、１０分間隔で６回採取した。これらの４元素に対する従来の較正(較正曲線を作成する既知の標準の導入)は、実験の最初に行なった。１０分間隔の測定値を集めた結果を、較正曲線と比較し、その結果を図示している。この図では、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｕ及びＡｇについて、６０分間におけるＩＣＰ−ＭＳ応答のドリフトの傾向を示している。例えば、Ａｇの応答は、３０分間で、１０ｐｐｂから８.３ｐｐｂまで約１７％下方へドリフトし、次の３０分間で、８.７ｐｐｂまで上方へドリフトする。このドリフトは溶液が同じであるから、質量分析計のドリフト傾向を示している。粘度、組成、その他について溶液が変化すると、信号出力が変化し、これらの更なる変化は、機器のドリフトに加えられる。
【００５３】
図６、図７及び図８は、本発明が、これら２つの装置について、無人の自動化されたインプロセス分析を行なうために必要な定量的質量分析能力を維持できることを示しており、また、この方法の効果と、この方法を実行するのに必要な装置の効果を示している。表１に記載された半導体洗浄工程に用いられる流体を逐次測定するには、一般的には、各試料を逐次採取し、これを再較正する必要がある。
前述したように、機器ドリフトがあると、較正を頻繁に行なう必要があり、従来の較正方法で用いられていた装置は、自動化された無人運転をすることができない。本発明を用いることにより、繰り返し行われた従来の較正工程は不要となり、無人化された自動インプロセスの分析を直接行なうことが可能となる。本発明は、開示を簡素化するために、２つの装置、特にＡＰＩ(ＥＳ)−ＭＳ及びＩＣＰ−ＭＳに関して説明する。
【００５４】
図６は、ID API(ES)-MSによるＡｇの測定結果であり、比と、デコンボリュートした(de-convoluted)結果を示している。１％の硝酸の中に１ppmのＡｇを含む液に、Ａｇ−１０９スパイクを定量的に添加した。同じ装置条件の下で、測定を５回繰り返して行なった。同位体107及び109のカウントを取り出し、109/107の比を計算した。109/107の測定比は、1.2303±0.016であった(図の上ラインとして示しており、変動(variance)は1.3％である)。試料の濃度は、測定比に基づいてデコンボリュートし、最終結果は0.904±0.05であった(図の下のラインとして示しており、変動は5.5％である)。この場合、約25％の変動を示す図４と比較すると、１５分間の試験時間における精度は著しく改善された。これは、本発明により、ES-MSの測定精度が改善されたことを示している。
【００５５】
図７は、６０分の測定を行なう間、本発明の概念をICP-MS装置に適用することによりデコンボリュートした結果を示している。１０ppbのＮｉ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＡｇ(ニッケル、銅、亜鉛及び銀)を含む試料に、既知量の濃縮同位元素Ｎｉ−６２、Ｃｕ−６５、Ｚｎ−６８及びＡｇ−１０９の各スパイクを添加した。スパイクを添加した試料を、ICP-MSに連続的に導入し、１０分間隔で６回、データを再び収集した。各１０分間の総合結果を抽出し、同位体比Ｎｉ62/60、Ｃｕ65/63、Ｚｎ68/63、及びＡｇ109/107を計算した。デコンボリュートした濃度を計算し、その結果を図に示している。例えば、Ａｇの最終結果は9.94±0.03ppbである。これは、従来の較正が時間を長くすることによって得られた測定値よりも、遙かに正確で精度が高い。４種類の成分Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇの全てについて、本発明の実施例と従来の較正との更なる比較を、図８により詳細に示している。
【００５６】
図８は、従来の較正(図５参照)と、この実施例(図７参照)ではICP-MS装置に実施した本発明の概念との比較を示している。図８の左側の４列は、従来の較正によって得られた結果であり、Ｎｉは９.１±０.４、Ｃｕは９.２±０.４、Ｚｎは８.８±０.４、Ａｇは８.７±０.４ppbである。右側の４列は、本発明の概念をIDMS測定に適用することによって得られた結果であり、Ｎｉは１０.１１±０.０３、Ｃｕは９.８１±０.０５、Ｚｎは９.９７±０.０５、Ａｇは９.９４±０.０３ppbである。これらの結果は、６０分間の試験時間では、従来の較正よりも、正確で精度が高い。
【００５７】
様々なイオン化インターフェイスを有する複数の質量分析計において、精密さと正確さの両方を改善することは、本発明の一般的な適用例として、質量分析計システムがより長い時間に亘って機能することが可能となり、装置のドリフトと従来の較正によって生じる誤差を低減することが可能となる。
IDMS分析では、６０分間に亘って、従来の較正よりも少なくとも１オーダの大きさが精密で正確であることは明らかである。
【００５８】
表１は、半導体産業で用いられるシリコンウエハ洗浄液及び試薬の代表例を示している［Kern W., "Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology: Science, Technology and Applications", Noyes Publications,1993］。
【００５９】
【表１】
【００６０】
本発明の方法及び装置の目標は、これら溶液中の不純物濃度を、リアルタイムに近い分析化学測定することである。一般的に、測定すべき主な不純物として、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｎａ、Ｐ、Ｂ、Ａｓ、Ｓｂ及びＺｎから成る群から選択される少なくとも１つの成分を挙げることができるが、有意濃度で存在するものであればどんな元素でもさらに測定することが望ましい。評価を必要とする濃度範囲は、中程度のppbから低pptであり、機器検出限界が徐々に減少するにつれて、この範囲は連続的に低下する。
このように、測定の特徴は以前として同じであるから、超微量測定の最適化を発展させる必要があるが、基本的な理論的考え方は同じものを用いる。例えば、チップ製造分野の半導体産業でのウエット槽のように、その技術は、使用に際して重要な品質制御評価手段である。ウエハの回路が縮小されるにつれて、これらの不純物は最終製品の実施可能性(viability)に更に大きな衝撃を与える。
【００６１】
質量分析計の検出限界又は検出限界近傍で本発明の方法を使用することにより、比の測定が改善される。流体中の元素と種の成分の濃度が質量分析計の検出限界をかなり越えているとき、市販の同位体の使用が可能である。これらの測定を、機器の検出閾値で行なう必要があるとき、不確定要素があるため、分析がより難しくなる。このような場合、検出限界測定の確かさを高めることが要求される。これらレベルでの比測定を最適化するために、スパイク流体の同位体比を変えることができる。
特別に準備されたこれらスパイク流体により、これらの測定がどのように向上するかを示す例を以下に説明する。検出限界又は検出限界近傍に於ける最適比は、名目上通常とされる濃度又は高濃度での測定よりもより難しい。検出閾値を明確にし、IP/MS測定の不確かさ(uncertainty)を明らかにし、最適化することができる比を求めることにより、検出限界閾値は最適化される。検出限界及び検出限界近傍での比の最適化は、閾値レベルに最適化された適量のスパイクを用いることにより、及び／又は、別々の量の同じ元素の天然同位体と複数の濃縮同位体を混合することによって達成される。この技術は、広範囲に亘って不確定要素を含む従来のIDMS方法にはなかったものである。
【００６２】
この機器の量的検出限界又は検出限界近傍に於ける元素不純物の測定は、将来、機器の検出限界が薄れていくにつれてさらに発展するだろう。例えば、半導体産業のように多くの産業の要請があるので、元素の不純物レベルは、さらに低下するであろう。機器の測定感度が低下するので、質量分析計の検出限界に於ける測定及び正確な測定の必要性については、相対的に同様な関係のままである。必要性と能力の両方が同時に薄れていくので、これらの概念は、検出限界閾値測定の最適化を持続したまま、機器の検出限界と共に発展し、有用な特性値は維持される。
【００６３】
本発明のシステムについて、コンピュータモデルによる検討をさらに行ない、その結果を図９及び図１０に示している。
【００６４】
図９は、機器の定量検出限界において、０.０５ppbのＮｉの閾値測定結果を示している。第１の評価(最も左の評価)は、従来の較正曲線法を用いて、機器の定量検出限界(０.０５ppb)での定量測定結果を示している。この場合、機器の定量検出限界は、機器信号の標準偏差の１０倍と定義され、これは信号の平方根に等しい。この従来の測定の不確かさは、そのような測定の３倍の標準偏差で表される。
新規な方法を用いて閾値を決定するのに、モンテカルロシュミレーションを用いた。この方法では、平均値０、標準偏差１の正規分布数２００組が、各スパイクのシュミレーションに適用される。試料とスパイクの体積比は１:１である。デコンボリュートした濃度の不確かさは、各スパイク数２００のシミュレーションの９０％信頼度を表す。図９の最も左以外の部分は、シミュレーション結果を示している。これらのシュミレーション結果は、本発明の閾値同位体希釈方法を用いて、機器の定量検出限界での閾値測定が向上しており、適用性及び測定精度が向上することを示している。
【００６５】
０.０５ppbから０.２ppb(第３番目から第６番目まで)の最適なスパイク濃度のウィンドウがあり、試料内に０.０５ppbのＮｉが存在すると、従来の較正方法(左から第１番目)と比較して、精度は向上する。この傾向は、実験的及び／又は理論的に得られる最適なスパイク比の範囲があることを示している。この最適範囲は、本発明の定量方法に用いるのが好ましい。
【００６６】
図９に於いて、測定は従来の較正と同位体希釈質量分析のどちらかを用いて測定した例を示しており、ＩＤＭＳのスペクトロメトリーを用いたものが良い精度を示している。検出限界近傍で本発明を使用することにより、定量測定の精度が向上する。
【００６７】
図１０は、試料濃度が機器の定量検出限界をほんの少し下回ったときに、機器の定量検出限界閾値を評価するために、本発明の閾値同位体希釈方法が使用可能であることを示している。この場合、機器は図９と同じ条件で運転される。図１０の第１番目(左から)は、試料濃度(０.０１ppb)が機器の定量検出限界(０.０５ppb)より低いため、試料の定量測定が通常は不可能であることを示している。
このように、通常の検出限界より下の測定での定量化が可能である。通常は、確立された値よりも小さいが、ここでは特定範囲の測定が可能になる。特定範囲の量のスパイクを添加すると、より小さい値を定量値に変換することが可能となることに留意されるべきである。このスパイク比は各元素に固有のもので、最適な比は固有であるから、分析対象物の特異的元素群を定量的に評価するために混合するスパイク溶液について実験的又は理論的に定められる。傾向として、同位体の種の濃度は０.０１ppbから０.５ppbであることが示されている。
【００６８】
図１０は、試料濃度が機器の検出限界をほんの少し下回ったとき、検出限界閾値を評価する為に、閾値同位体希釈方法を使用できる可能性があることを示している。図１０の第１番目(左から)は、試料濃度(０.０１ppb)が機器の定量検出限界(０.０５ppb)より低いため、試料の定量測定が通常は不可能であることを示している。しかし、最適なＮｉ−６２の濃縮同位体濃度(０.１ppb、９８.８３％濃縮｛左から４番目｝)のスパイクを添加することにより、閾値測定は、試料内のＮｉを０.０１ppbレベルで定量化することができる。
このように、通常の検出限界より下の測定での定量化が可能である。通常は、確定された値よりも小さいが、ここでは特定範囲の測定が可能になる。スパイク比は、より小さい値を定量値に変換できる臨界値が望ましい。このスパイク比は各元素に固有のもので、最適な比は固有であるから、分析対象物の特異的元素群を定量的に評価するために混合するスパイク溶液について実験的に求められる。
【００６９】
図１０では、機器の定量検出限界より下である０.０１ppbＮｉの閾値測定結果を示している。機器信号の標準偏差は、信号の平方根に等しい。従来の測定法の不確かさは、そのような測定の３倍の標準偏差で表される。新規な方法を用いて閾値を決定するのに、モンテカルロシュミレーションを用いた。この方法では、平均値０、標準偏差１の正規分布数２００組が、各スパイクのシュミレーションに適用される。試料とスパイクの体積比は１:１である。デコンボリュートした濃度の不確かさは、各スパイク数２００のシミュレーションの９０％信頼度を表す。
【００７０】
IP-MS装置の異なる動作モードを用いて、２種類の情報を利用できる。流体中の元素の定量化と、元素形態について種の固有の情報は重要である。プロセス中で起こる化学反応は、これらの両パラメータによって記載される。プロセスの化学全体を記載するのに、両パラメータを用いることが望ましく、両パラメータが方法と装置に組み込まれる。
【００７１】
元素について定量情報を得るために、また、同位体比を決定するために、流体内の種に関する情報を除去することができる。これは、機器の動作パラメータを衝突誘導分裂(ＣＩＤ)モードに変更することによって達成される。ＣＩＤは質量スペクトルを単純化するのに役立ち、これによってバックグラウンドを減少させ、感度が向上する。例えば、質量分析計源での種の情報を除去できるように十分高いイオン化電圧に意図的に設定する。分子情報を除去し、相対的に絶縁された元素信号を得るために、試料採取用コーン上及び試料採取システムの種々要素の電圧を約２００ボルトから１０００ボルトとする。図１１は、この機器構成における元素情報の最適化を示している。分子情報は、定量化に用いられる比測定を不明瞭にする。このため、この測定の定量的側面を明確にし、最適化する条件が用いられる。
【００７２】
図１１において、ＣＩＤは質量分析を単純化することができ、バックグラウンドを減少させ、感度を向上させる。通常の運転条件下(コーン電圧は３０Ｖ)及びＣＩＤ条件下(コーン電圧は３００Ｖ)でES-MS機器を用いて元素測定したときの比較を示している。図１１ａのスペクトラムは、通常の条件下で測定したときの１％ＨＮＯ3にＮｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇを６ｐｐｍ混合した溶液のスペクトルである。図１ｂのスペクトルはＣＩＤ条件下で測定された同じ溶液のスペクトルである。
【００７３】
分子の種を評価することによって、溶液の中で生ずる元素及び分子の種が決定される。これらの評価は、変化前のもとの流体の流れと同位体標識流体について行われる。IP-MSでこれらの測定を行なうために、APIの操作は、種を破壊しないように行われる。即ち、機器は低コーン電圧、低コーンガス流れ及び温和な脱溶媒温度のように穏やかなイオン化条件にて行われる。錯体配位子又は分子性結合形態の中で発生する元素は、この運転モードで明らかにされる。これら錯体は、プロセス中に起こる化学反応を表しており、定量評価に用いられ、条件の傾向及びプロセスの代替法を確認するのに、極めて重要な情報要素である。
【００７４】
これらの種を定量化し、化学反応を評価するために、同位体標識種が動的に作り出される。方法と装置は、試料内で発生する種を、準備された最適なスパイク試薬溶液から作り出す。これらのスパイク試薬(濃縮同位体溶液)は、錯体又は配位子を形成しない対イオン又は弱い配位子を形成する対イオンの溶液の中で、比の異なる(ratio-separated)安定同位体に最適化される。硝酸塩は非常に弱い対イオン配位子を形成する好例である。硝酸塩配位子形成定数(Ｋf)は、フッ化物錯体よりも、一般的にかつ一様に、数オーダ小さく、塩化物及び硫酸塩よりも数オーダ弱い。濃縮同位体スパイクの溶液を試料の試薬溶液(例えば、表１に記載のもの)と混合したとき、スパイク又は同位体イオンは、試薬溶液の溶液種に対応する。不純物の濃度(この例でのことで、他の流体の濃度は慎重に選択される)は、比較的豊富な溶液成分と比べて非常に小さく、溶液内でこれら種を形成させる。種のスパイク生成と同位体の標識は、例えばシリコンウエハ材料の処理のために動的に実現される。これら流れのスパイク溶液を混合することにより、これら溶液内で同じ種を自然発生させ、同位体比の測定結果を用いて、同じ様に濃度を決定する能力がもたらされる。
【００７５】
異なる条件で運転している同じ装置から利用できる定量測定情報と定性測定情報を結合させることが望ましく、また、これらの例及びその他の例に記載された流体を十分に理解し評価するのに必要である。両情報は、記載されたように、単一の機器から得ることができる。
【００７６】
流体試料を変えることは、複数種類の流体の定量的測定及び定性的測定の両測定を最適にするのに必要である。この流体処理は、幾つかの方法で行なうことができる。例えば、ｐＨを調整する為に、試料を中和剤と直接混ぜ合わせることができる。表１の溶液を検討すると、ＮＨ4ＯＨ(塩基)と、ＨＦ、ＨＣｌ及びＨ2ＳＯ4の酸を中和させる必要があり、互いに中和するために混合される。これらの試料を他の溶液と混合し、酸と塩基を中和させる能力は、流体処理システムの一部でもある。酸を塩基で又は塩基を酸で直接中和させることもまた、流体処理システムの一部である。後者の場合は、他の試料ではなく試薬が中和溶液となる。
【００７７】
流体処理システムの他の要素は、キレート(chelating)、イオン交換において、また、システム全体の流体及び試料採取部に組み込まれた正及び逆相クロマトグラフィーのカラムにおける金属イオンを収集及び蓄積したものである。これらの操作は、溶液の定量的及び定性的測定並びに溶液の評価を最適にするために行われる。
流体処理システムの他の要素として、配位子、キレート剤、界面活性剤、溶媒及び／又は質量分析計中のイオン化及び／又は信号を増幅させる他の薬剤のような改質物質(modifying agents)を添加することにより、信号を自動的に誘導体化し(derivatisation)、化学的増幅効果がもたらされる。
【００７８】
流体処理システムの要素は、混合、化学的改質、計量、希釈、前濃縮の他、流体試料の流れを定量的及び定性的に操作するのに用いられる流体処理などの他の特性を含んでいる。 本発明の方法及び装置の動作を制御し、そこで得られるデータを処理するために、当業者が開発した適当なソフトウエアが用いられるだろう。
【００７９】
説明の便宜上、半導体産業のクリーンルームに用いられるウエット槽内の不純物を監視する例について説明したが、本発明はそれに限定されるものでなく、当該分野の専門家であれば、環境、薬学、バイオ技術、食品加工、化学製造、試薬及び標準品の製造のような使用などの数多くに適用可能であり、当該分野の専門家であれば、調製と保証の両方について明らかであろう。
【００８０】
それゆえ、本発明は、溶液の不純物を、オンラインかつインプロセスにて、正確且つ迅速に監視することができ、製造効率を高めることができるる全自動の総合化学的分析方法及び関連する装置を提供するものであることは理解されるだろう。
【００８１】
特定の実施例を例示して説明したが、当該分野の専門家であれば、請求の範囲に記載された発明から逸脱することなく、数多くの変形を成し得ることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】較正曲線のドリフトを説明するために、較正と応答の関係をプロットしたグラフである。
【図２】本発明の方法を説明する概略図である。
【図３】本発明の装置の形態を説明する概略図である。
【図４】質量分析計のドリフトを説明する、時間に対する全カウントのプロットである。
【図５】同じく質量分析計のドリフトを説明するために、時間に対する１０億分の１濃度をプロットしたグラフである。
【図６】デコンボリュートした濃度と比を、時間に対してプロットしたグラフである。
【図７】時間に対して濃度をプロットしたグラフである。
【図８】通常の較正とＩＤＭＳに対する濃度を示す棒グラフである。
【図９】スパイクを添加した幾つかの試料の濃度に対して、デコンボリュートした濃度をプロットしたグラフである。
【図１０】スパイクを添加した濃度に対して、デコンボリュートした濃度をプロットしたグラフである。
【図１１】一対の質量スペクトルを示す図である。
【０００１】
１．発明の技術分野
本発明は、改良された形態の同位体希釈質量分析法を用いるインプロセス自動分析方法及び分析装置に関する。より具体的には、元素及び化学形態別分析(スペシエーション)の閾値測定方法であり、計測による検出限界又はその付近で、品質保証のために最適化されている。その閾値測定方法は、自動化され、インプロセスの大気圧インターフェイス質量分析計(ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ)の無人運転に用いられている。ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ装置は、流体中の元素の不純物(contaminant)又は化合物及び種(species)を、同定及び定量化することができるように作られている。
【発明の開示】
【０００２】
２．先行技術の説明
１０億分の１(ｐｐｂ)を測定するために質量分析装置を用いることは知られており、気体中や、水溶液、その他溶液中の元素又は化合物を、ｐｐｂ及びｐｐｂ以下のレベルで測定する場合にしばしば用いられる。質量分析計は、通常は、熟練した技術者が操作し、較正(calibration)が恒常的に行われる。しかしながら、多くの場合、質量分析計の無人運転が望まれている。無人運転が要求されるのは、例えば、遠隔操作、２４時間体制の監視、又は、不良環境若しくは人間の作業が極めて制限される状況などである。無人運転が望まれる例の一つとして、半導体産業のウエットプロセス槽の不純物の監視と制御がある。半導体産業はクリーンルーム環境が必要であり、そこでは、人の干渉はできるだけ少ないことが望ましい。リアルタイムの原位置(インサイチュー)センサーをクリーンルームプロセスに設置することは、半導体産業が抱える問題を低減する上で主要な課題である［International Technology Roadmap for semiconductors 1999 Edition: Defect Reduction, Sematech, Austin, (pg. 270)(1999)を参照］。
【０００３】
無人運転を達成するための方法は、高精度であることと、装置に不可避のドリフトに関する定誤差の補償を行なうことなく、元素濃度の閾値レベルを自動的に監視することである。一旦閾値レベルを越えると、従来の較正作業を行なうことなく、元素濃度を得ることができる。これまでの較正法は、較正標準を用いて、機器の応答と標準の濃度を関連づける較正曲線を作成するものである。較正曲線は、未知の試料の濃度を決定するために用いられる。代表的な較正曲線は、図１(曲線Ａ)に示されている。機器応答がドリフトする場合、又は標準と試料間でマトリックスの差異によって生じる応答シフトがある場合、これまでの技術では、正確な結果が得られない。質量分析計は、図１(曲線Ｂ)に示すように較正曲線の変化を起こす急激なドリフトに対して特に影響を受けやすい。この急激なドリフトが起こると、熟練技術者による再較正が頻繁に必要となる。試料マトリックスと標準マトリックスを一致させるには、試料と標準との間で、イオン化効率、イオン化抑制又は増加を同一のままに維持されなければならない。
【０００４】
実際の状況では試料導入速度の変化は不可避であるから、試料マトリックスと標準マトリックスとの粘度の違いもまた、機器応答の不一致を生ずる。溶液の粘性又はイオン化効率を変化させるマトリックスの効果は、図１(曲線Ｃ)に示すように、較正に変化をもたらす結果となる。本発明は、改良されたＩＤＭＳを用いることにより、従来から行われている較正作業を必要とすることなく、機器の検出限界又は検出限界の近くで、品質保証を得るための最適化された測定値を得るものである。
【０００５】
ＩＤＭＳは、分析される試料に対して濃縮同位体標準を添加することに基づいている。これについては、米国特許第５４１４２５９号を参照することができ、その開示は、引用を以て本明細書に明示的に組み込まれる。試料と標準が平衡した後、試料の天然同位体比は、濃縮標準によって変化し、新しい同位体比が質量分析計で測定される。濃縮同位体比の他に、濃縮同位体標準の濃度が既知の場合、変化した天然元素同位体の測定比は、試料の元素濃度を与える。この方法は、誤差の明確な可能性は極く僅かである。これらの可能性の各々は、較正し除去することができ、測定の最終的誤差として、２つの同位体の比の決定における不確かさが残る。
この不確かさは、同位体比の測定を行う質量分析計の能力に起因する。濃度が既知の濃縮同位体比の標準が、正確に制御された方法で試料オンラインに導入される場合、測定される各元素又は種について、通常の干渉は全て除去される。変化した同位体比のみが、試料濃度を得るために必要であるので、流量とイオン化効率の物理的及び化学的な違いは、本質的に除去される。それゆえ、ＩＤＭＳは、非分光学的干渉に対応するだけでなく、長期及び短期の両方の機器ドリフトを最終的に訂正する技術である。この手法により、一般的に、超微量分析の品質管理を必要とする機器及びプロセスに対し、正確な検出がもたらされる。さらにまた、従来のＩＤＭＳは、誘導結合プラズマ質量分析(ＩＣＰ−ＭＳ)及び熱イオン化質量分析(ＴＩＭＳ)の両方に主として用いられている。ＩＣＰ−ＭＳとＴＩＭＳの計測は、無人モードでの運転に適しているとは思われない［Fassett, J. D., Paulsen, P. J. Isotope-dilution mass spectrometry for accurate elemental analysis, Anal. Chem.（1989）61 643A-649A; Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227; Rottmann, L., Heumann, K. G., Determination of Heavy Metal Interactions with Dissolved Organic Materials in Natural Aquatic Systems by Coupling High-Performance Liquid Chromatography System with an Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer. Anal. Chem., (1994) 66, 3709-3715; Heumann, K. G., Rottmann, L., Vogl, J., Elemental Speciation with Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma Isotope Dilution Mass Spectrometry. J. Anal. Atom. Spectro. (1994) 9 1351-1355; Horn, M., Heumann, K. G., Comparison of Heavy Metal Analysis in Hydrofluoric Acid used in Microelectronic Industry by ICP-MS and Thermal Ionization Isotope Dilution Mass Spectrometry, Fresenius J.Anal. Chem., (1994) 350 286-292を参照のこと］。
【０００６】
ＩＣＰ−ＭＳ機器と共に内部標準としてオンラインＩＤＭＳを用いる方法が提案されており、濃縮同位体標準が試料の流れに連続的に導入され、ＩＣＰ−ＭＳ機器への導入前に混合される(ことにより平衡にされる)［Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227; Rottmann, L., Heumann, K. G., Determination of Heavy Metal Interactions with Dissolved Organic Materials in Natural Aquatic Systems by Coupling High-Performance Liquid Chromatography System with an Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer. Anal. Chem., (1994) 66, 3709-3715; Heumann, K. G., Rottmann, L., Vogl, J., Elemental Speciation with Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma Isotope Dilution Mass Spectrometry. J. Anal. Atom. Spectro. (1994) 9 1351-1355を参照のこと］。
元素のスペシエーションのためにオンラインＨＰＬＣ/ＩＣＰ−ＩＤＭＳ方法が試験された。公開されたケースでは、天然水の中にある腐植物複合物(humic complexes)の中の重イオンを、高分解能ＩＣＰ−ＩＤＭＳを用いて、ＩＤＭＳ較正標準として導入される鉄、銅又はモリブデンのどちらかで濃縮されたスパイクと共に測定した。元素標準は、試料中で分析される元素に基づいて選択される［Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227; Rottmann, L., Heumann, K. G., Determination of Heavy Metal Interactions with Dissolved Organic Materials in Natural Aquatic Systems by Coupling High-Performance Liquid Chromatography System with an Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer. Anal. Chem., (1994) 66, 3709-3715; Heumann, K. G., Rottmann, L., Vogl, J., Elemental Speciation with Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma Isotope Dilution Mass Spectrometry. J. Anal. Atom. Spectro. (1994) 9 1351-1355を参照のこと］。
「分析される種の定量的なクロマトグラフ分離」は、この方法の前提条件の一つであり、「(種が不特定のスパイクについて)スパイク生成工程が行われる前に定量的分離することは必須である」と記載されている。また、「(種が不特定のスパイクについて、)分離された種とスパイクとの間の平衡は、(ＩＣＰ−ＭＳの中で)高温のアルゴンプラズマにより、....保証される」と記載されている［Rottmann, L., Heumann, K. G., Development of an on-line Isotope Dilution Technique with HPLC/ICP-MS for the accurate determination of elemental species. Fresenius J. Anal. Chem., (1994) 350 221-227を参照のこと］。それらの方法では、ＨＰＬＣの分離とＩＣＰ−ＭＳの測定は、必須の２つの要素である。
【０００７】
半導体製造業者がシリコンウェハからサブミクロンデバイスを作る際、化学物質の純度に依存する。不純物を含む化学物質は、デバイスが動作しないようにする傾向がある。それ故、湿った化学物質が、実際に純粋なものか、適当な純度であるかを知ることは重要である。純度を決定する現在の方法は、高価で、遅く、オフラインの化学分析器となる。この問題は、３００ｍｍウエハと銅の相互接続へ移行する場合のように、デバイスの収縮継続と共に大きくなる。自社及び契約による分析研究所は、化学的アッセイを行なうための時間フレームは２４〜７２時間である。時間情報が欠如すると、その１つとして、これら高価な化学物質を処理することがいつ処理されるのか知ることができないことがある。
【０００８】
シリコンウエハ洗浄槽の中の金属の濃度を監視する方法において、インラインＩＣＰ−ＭＳを使用することが提案されている。シリコンウエハ洗浄槽内の金属をインライン監視を行なうためにＩＣＰ−ＭＳを利用する点については、<http://www.micromagazine.com/archive/99/02/shive.html>(Feb.1999)を参照することができる。
【０００９】
超微量分析のために同位体希釈質量分析を行なうことは、すでに知られている［Fassett, J. D. and Kingston, H. M., Determination of Nanogram Quantities of Vanadium in Biological Material by Isotope Dilution Thermal Ionization Mass Spectrometry With Ion Counting Detection, Anal. Chem., (1985) 57 2474-2478を参照のこと］。
この刊行物での超微量分析は、従来の方法にＩＤＭＳを用いており、バッチ処理のスパイク標準物におけるスパイクは同位体で濃縮される。これら同位体は、低濃度の試料及びブランクにスパイクが生成され、どの種の情報についても、バッチ試料法を用いて除去される。多くのＩＤＭＳプロトコルにとって、全ての種について完全な変化が行われることが、試料内に存在する多くの種が同時に存在しないようにするための要件である。さらにまた、この変換は、同位体スパイク及び試料同位体が、異なる種の形態で存在することを防止する。その結果、元素の種の決定と評価は両方とも不可能である。実際、これまでのＩＤＭＳ技術では、これらは起こらないようになっている。
【００１０】
米国特許第５０１２０５２号（ヘイズ特許）は、気体の同位体モニタリング方法を開示しており、Ｃ−１２とＣ-１４の比に基づい対象物の起源の決定を補助するために、有機成分のオンライン連続燃焼である気体について同位体監視を行なう方法を記載している。この方法は、気体クロマトグラフ及び水素炎イオン化検出器(ＦＩＤ)と、質量分析前にパラジウムセパレータ及び酸素供給燃焼反応器とを必要とする。この方法は、燃焼チャンバと、質量分析の前にパラジウムセパレータを用いる必要がある。この方法及び機器の目的は、同位体標準と比較を行ない、特にＣ−１２及びＣ-１４を用いて気体の起源を同定するためにカーボンの同位体比を求めることである。遷移金属又は他の金属の微量分析を行なうことを企図したものはなく、定量化は、同位体希釈測定に基づいていない。この方法は、金属には応用されないであろう。
【００１１】
米国特許第５５７２０２４号は、スキマーコーンの直径と圧力を操作することにより、誘導結合プラズマ(ＩＣＰ)デバイスから質量分析計への導入を安静化する方法と装置を開示している。この発明は、広く知られたＩＣＰ−ＭＳ及びＫＭＩＰ−ＭＳ(高周波誘導プラズマ)技術において、比の測定精度を向上させたものである。質量分析計のインレットの改良により、同位体のさらに正確な測定が可能となることが記載されている。それは、プラズマデバイスを必要とするが、質量分析計の感度も低下させ。
【００１２】
米国特許第５８７２３５７号は、エレクトロスプレー質量分析において、広い質量スペクトル範囲に亘って較正を可能とする有機化合物の一連のキャリブラント(calibrant)組成物と、質量分析計を較正するために、これら有機物のキャリブラント組成物を使用する方法を開示している。その発明は、新しい有機物に基づくキャリブラント組成物を提供するが、その適用を、これらキャリブラント組成物の使用に限定している。
【００１３】
米国特許第６０３２５１３号は、大気圧イオン化源におけるイオン化を改善するための中空電極を開示しており、試料気体の流れを、より容易にイオン化されるキャリア気体に置換するものである。この開示は、ガス分析に限定しており、質量分析の測定前に、気体の流れの置換と中空電極の使用を必要とする。この技術は、本発明の要点である同位体を用いた測定には適用できない。
【００１４】
ＩＤＭＳを用いたフローインジェクション分析(ＦＩＡ)をＩＣＰ−ＭＳに導入することは知られている［Viezian, Mikilos; Alexandra Laszitity, Zioaru Wang and Ramom M. Barnes, On-Line Isotope Dilution and Sample Dilution by Flow Injection and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, J. Anal. Atom. Spectro., (1990) 5 125-133を参照のこと］。この技術は、ＦＩＡを用いて、ＩＣＰ−ＭＳへ導入する前に、濃縮同位体スパイクと試料を混合させる。スパイクと試料は同時に導入され、ＩＣＰ−ＭＳへ導入する前に、中性キャリア液体の内部にゾーンを形成する。固定試料ループの体積で、スパイクと試料の量が制御される。２種類の溶液を物理的な混合が、合流点とネブライザー間で起こる。従来のＩＤＭＳ方法では、濃縮スパイクの種が不明であるため、種の情報を得られない。さらに、不活性試薬を用いたオンライン希釈を提案している。その技術は、ＦＩＡを用いて容易にできる技術である。
【００１５】
自動キャリブラント装置は、米国特許第５７０３３６０号に開示されている。これは、質量分析計を較正又は調整するために、標準の参照溶液を、質量分析計ＥＳＩ又は大気圧化学イオン化装置(ＡＰＣＩ)に自動的に導入する。この特許では、切換えバルブが、ＥＳＩ又はＡＰＣＩに対して所望の標準を導入するために用いられる。標準参照溶液と試料溶液の供給源は異なるため、マトリックス効果は除去されない。
【００１６】
米国特許第５７０３３６０号は、質量分析計の質量軸を調整し、機器の機能を評価し、機器を再較正するために、１種又は２種の従来の標準参照溶液を用いることを開示している。この技術は、２つの逐次(sequential)較正標準を導入するものであり、質量分析計の無人運転に問題となる短期又は長期のドリフトを除去することができない。米国特許第５７０３３６０号を参照のこと。
【００１７】
大気圧イオン化(ＡＰＩ)技術として、エレクトロスプレー(ＥＳ)イオン化と大気圧化学イオン化(ＡＰＣＩ)がある。この技術は、ペプチド、蛋白質、核酸、炭水化物のような生物分子の特性を明らかにするために広く使用されされている［Cole, R. B. Electrospray Ionization Mass Spectrometry: Fundamentals Instrumentation & Applications; John Wiley & Sons, Inc.: New York, 1997を参照のこと］。これはまた、無機金属イオン、有機金属イオン及び錯金属イオンの存在を定性的に決定するために使用されるが、その情報を定量化することは、大きな問題を残したままである。化学的ノイズ及び信号抑制(マトリックス効果)による高いバックグラウンドは、多くの分析物の定量化に対する上限界因子となる［Stewart, I.I., Electrospray Mass Spectrometry: a Tool for Elemental Speciation, Spectrochim. Acta. Part-B. (1999) 54B 1649-1695を参照のこと］。衝突誘起解離(ＣＩＤ)は、エネルギー的衝突を生成し、質量スペクトルを単純化し、バックグラウンドを低下させ、感度を増加させる。しかしながら、安定な運転は、溶液伝導度の狭い範囲で限定され、定量化の間、固有の非線形信号応答を起こす。
【００１８】
スペシエーションされた(speciated)同位体希釈質量分析(ＳＩＤＭＳ)は、種の定量化とそれらの変形を評価するために開発された。米国特許第５４１４２５９号を参照されたい。ＳＩＤＭＳでは、これらの測定を達成するために、所定の種が、特異的に同位体にラベル化され及び導入される。対象となる種は、予め知られており、具体的に評価される。
【００１９】
要約すると、元素濃度の閾値レベルを自動的に且つ正確に監視し、流体内の元素不純物又は化合物及び種を定量化する装置の無人運転を達成するための装置及びそれに関連する方法が開発されている。
【００２０】
発明の要旨
本発明は、従来のＩＤＭＳ方法を改良したもので、質量分析計の検出限界及び検出限界近傍での測定を向上させ、改善する。これらの改良は、超微量元素測定及び化学形態別分析測定(speciated measurement)の両方の品質を保証するものである。
【００２１】
本発明の方法及び装置は、ＩＣＰ−ＭＳの代わりに、ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ機器と共に用いられることが好ましい。ＨＰＬＣ及びＩＣＰ−ＭＳのどちらも、ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ装置では必須の機器ではない。本発明の方法では、クロマトグラフの分離は、必要ではない。スパイクと試料の種間の平衡は、動的な前処理によって達成される。前処理は、前濃縮及び決定前に同じ種に変換するためのもので、試料及びスパイクの錯化(complex)、酸化、又はその他であってよい。
【００２２】
本発明は、標識種(labeled species)(同時に複数種である場合が多い)が溶液の中で作られ、構造情報が評価されるまでは、組成と構造の決定は予め行われない。定量化は、元素イオンとスペシエーション情報について行われ、リアルタイム及びインプロセスの濃縮安定同位体の非錯塩との動的平衡により、最初に確立されたインプロセスについてなされる。この方法は、質量分析計の動的標識化と二重性を与える。さらにまた、同時種(simultaneous species)の評価は、分離することなく行なってもよいし、順次分離して行なってもよい。動力学とシーケンスは、公知の方法とは大きく異なっている。
【００２３】
従来のＩＤＭＳとは異なり、本発明の方法は、質量分析計の検出限界及び検出限界の近くで、測定を向上させ、改善する。装置は、インプロセス測定方法に用いるために開発されたもので、質量分析計と結合された大気圧インターフェイス(ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ)を用いている。ＩＰ−ＡＰＩ−ＭＳ装置は、平衡のために高温のアルゴンプラズマを用いることなく、又、測定前にＨＰＬＣの分離を行なうことなく、流体中の元素不純物又は化合物及び種を同定し定量化するために作られている。
【００２４】
本発明は、流体(液体及び気体)を取り扱うインプロセスの質量分析計(ＩＰ−ＭＳ)のための方法及び装置を提供するもので、質量分析計は、インプロセスの自動化及び無人化運転に最適化された安定同位体比を用いる。超微量元素及び種の情報について、定性的及び定量的の両方の分析を利用可能である。
本発明の方法は、種の情報及び定量的元素を評価することができる大気圧イオン化(ＡＰＩ)システムである質量分析計インターフェイスを使用する。流体操作システムは、非配位子形態又は交換可能性の高い配位子の形態で、分離された同位体を混合する。安定濃縮同位体は、装置の検出限界又は検出限界の近傍にて、比の測定のために最適化されており、効果的な閾値の監視と定量的評価が可能となる。
【００２５】
本発明の一実施例の方法及び装置では、ＩＰ−ＭＳは、無人方式での運転が可能であり、オペレータの較正及び分析が一般的に行われる有人運転プロトコルからは実質的に逸脱している。比の測定値を利用するので、較正曲線との直接的な比較は不要である。従来の機器を操作する場合、元素濃度の比較を必要とし、機器のドリフトにより、定量化のために再較正が頻繁に必要となるのに比べると、実質的な相違がある。比は、測定の検出限界又は検出限界の近傍での精度及び品質保証を得るために最適化される。
【００２６】
本発明の他の実施例の方法及び装置では、試料のスパイク生成のために用いられる濃縮同位体比を最適化することにより、ＩＰ−ＭＳは、測定限界又はその近傍での濃度の定量的評価を向上させる。この方法では、検出の閾値及び測定の不確かさ(uncertainty)を明確に定める検出限界又はその近傍で、最適な同位体比が得られる。検出限界及び検出限界近くでの比の最適化は、選択された両の同一元素の中で、天然同位体及び複数の濃縮同位体の両方を混合することによって達成される。従来のＩＤＭＳ法ではこの測定値が非常に広い範囲に亘って不確かであったが、本発明では改善されている。
【００２７】
発明のさらに別の実施例の方法及び装置は、準連続的(semi-continuous)プロセスにおける元素の既知の濃縮同位体を、評価される化学溶液から得たインプロセス試料の流れと混合することにより、スペシエーション情報無しで元素を定量化する。イオン化電圧は、元素の定量化を最適化するために、種の情報を質量分析計の源で直接除去できるように、意図的に十分高く設定される。
【００２８】
本発明がさらに目的とする方法及び装置では、配位子が結合されていないか又は廃位子の結合が弱い最適化濃縮同位体を混合することにより、濃縮同位体は、問題にされている試薬の流れの化学的性質で決まる主要種(dominant species)への種変換が可能となる。これらの種は、非常に低い電圧とより温和なイオン化条件を用いて直接評価されるので、代わりの方法で自動的に制御される同じ装置を用いて、試料溶液の種情報が保存される。
【００２９】
本発明がさらに追加の目的とする方法及び装置では、最適なイオン化によって最大感度及び検出限界を得ることができるように、安定な最適化同位体を導入した後に、追加の溶液操作を行なう。また、最適なイオン化によって最大感度及び検出限界を得ることができるように、流体のマトリックスを変化させるために、他の溶液操作を行なうこともできる。
本発明の他の目的とする方法及び装置では、最適化された安定同位体を試料と混合し、得られた溶液を、元素及び／又は種によって分離又は前濃縮を行ない、順次、評価し、最適化し、最大感度を求める。
【００３０】
発明の好ましい一実施例は、自動化された同位体希釈質量分析の方法であり、分析されるべき試料を準備し、試料に関する元素又は種について複数の濃縮安定同位体スパイクを生成し、それを平衡化することを含んでいる。平衡化されたスパイクと試料は、大気圧下でイオン化される。イオンは、次に、質量分析計に導入されて、同位体比が決定され、その決定による情報は、マイクロプロセッサに送られる。マイクロプロセッサは、コントローラを介して、その方法の運転制御を行なう。情報はまた、マイクロプロセッサから、監視されているシステムへも送られる。
【００３１】
半導体産業のウエハ洗浄で用いられる洗浄槽のように、洗浄槽の中の不純物のレベルを超微量レベルで監視するような特定の用途では、不純物レベルが許容上限に接近したとき、早期警告が発せられ、限界に達した場合又は限界を超えた場合に警報音が発せられる。
【００３２】
対応する装置を提供するものである。
本発明の目的は、改良された形態の同位体希釈質量分析を用いて、自動化されたインプロセス分析のための方法及び装置を提供することである。
本発明の他の目的は、自動運転及び無人運転を行なえるシステムを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、流体中の元素不純物又は化合物及び種を、定性的及び定量的に同定するための方法及び装置を提供することである。
【００３３】
本発明のさらなる目的は、インラインの使用に適し、熟練者でなくても操作することができる信頼性の高い高感度システムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、作業者による較正と分析、較正曲線との直接比較が不要な無人運転を行なうためのシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、定量的測定の誤差源である機器の安定パラメータをできるだけ少なくするか又は除去する同位体比の決定法を用いることである。
【００３４】
本発明のさらなる目的は、モードによって、種又は元素の定量化分析を行なったり、種又は元素の単なる相対的分析を行なうようできるシステムを提供することである。
本発明の目的は、完全に自動化された総合的分析化学実験手段であって、迅速且つ正確な方法で、ウエット槽(wet bath)が汚染されているかどうかを判断することにより、不純物による収率の低下を最小にすることのできる手段を提供することである。
本発明のさらなる目的は、シリコンウエハ槽を有するクリーンルームで使用可能であり、前記槽で用いられる高価な試薬の高寿命化を達成できるシステムを提供することである。
【００３５】
本発明のさらなる目的は、自動化された方法で、１時間当たり何回も信頼性のある検定(assays)を行なえるシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、同位体比を求めることにより、流体中に超微量含まれる種を、正確且つ迅速に検出できるシステムを提供することである。
本発明のこれら及び他の目的は、本明細書に添付された図面と共に、本発明の以下の説明から、さらに完全に理解されるであろう。
【００３６】
好ましい実施例の説明
本明細書で用いる「種(specie)」という語は、元素種、イオン種、分子種、有機金属種のような錯体種の他、本発明を用いて行なう定性分析及び定量分析に適した全ての種を意味するものとする。
本明細書で用いる「スパイク(spike)」という語は、種及び/又は元素の濃縮同位体を意味する。
本明細書で用いる「比(ratio)」という語は、種及び/又は元素の同位体の比を意味する。
【００３７】
本明細書で用いる「流体(fluid)」という語は、「種又は元素」又は「スパイク」のどちら一方又は双方を含む質量の流れ(mass stream)を意味し、液体又は気体に限定されない。
本明細書で用いる「閾値(threshold)」という語は、「種又は元素」のレベルに関するもので、閾値を超える「種又は元素」の定量的決定を、本発明を用い行なうものである。
また、「機器の定性的検出限界(quantitative detection limit of an instrument)」は、機器が定量的に検出できる特定の元素又は種について、その濃度の最低レベルを意味する。
【００３８】
本発明では、試料に標準の同位体濃縮スパイクを加えることにより、測定前に、種が試料内の同位体と平衡に達することが可能となり、定量情報と種の情報は、同じ溶液の中で利用可能となる。本発明の目的は、閾値検出ではなく、定量情報を得ることであるから、閾値検出レベルで数学的評価を行なうための比を最適化するために、濃縮混合の調整を行なうが、これは従来の方法では行われなかったものである。
【００３９】
本発明の方法及び装置は、超微量元素、不純物及び種について、インプロセスの自動分析に利用することができる。本発明は、流体を取り扱うインプロセス/質量分析計(ＩＰ−ＭＳ)分析に関する方法及び装置を提供するもので、インプロセスの自動運転及び無人運転を行なうために最適化された安定同位体比を用いる。超微量元素及び種の情報に関する定性分析及び定量分析は、本発明の方法及び装置を通して利用可能である。その方法は、大気圧イオン化(ＡＰＩ)システムである質量分析計インターフェイスを使用するもので、元素の定量測定と種の評価の両方が可能となる。流体処理システムは、交換性の高い配位子形態で、分離及び最適化された同位体を導入し、被試験流体に存在する種に動的に変換される。安定な濃縮同位体は、比の測定のために最適化され、検出閾値及びその近傍で効果的なモニタリングが可能になる。
本発明の一実施例では、好ましくないマトリックス効果を取り除くために、標準の濃縮スパイクを試料へ積極的に混合する。
【００４０】
質量分析計は、一般的には、数日から１週間のような長い時間に亘って、無人方式で運転することができない機器である。これらの機器では、較正及び動作条件の安定性が変化して起こる固有の変動によって、定量化能力が実質的に変化する。また、試薬や試料が変化すると、質量の流れ及び機器の物理的条件に影響を与え、時間と共に変化する。これらの状況は全て、質量分析計及び流体処理システムの両方について、通常は、手操作による独立した較正及び再較正によって処理される。
本発明の方法及び装置では、ＩＰ−ＭＳは、無人方式で運転されるもので、操作者による較正及び分析が行われる有人運転プロトコルとは大きく異なる。本発明では、比の測定値を用いるので、較正曲線との直接的な比較は不要である。同位体比を利用するので、これらの物理的及び時間依存性の変化は除去されるので、定量測定の誤差源となる機器の安定性パラメータは除去される。
【００４１】
本発明のインプロセス同位体希釈方法を用いることにより、信号抑制及び非線形信号応答の問題が実質的に解消されるから、無機質要素(inorganic elements)の定量及び無人運転が可能となる。
【００４２】
図２を参照し、本発明の好ましい方法についてより詳細に説明する。説明の便宜のために、半導体産業のウエハ製造におけるクリーンルームで使用されるタイプのウエット槽の監視について説明するが、本発明の方法がそれに限定されるものでないことは理解されるであろう。本発明の方法は、種及び元素の不純物レベルに関して、超微量レベル及び機器の定量的検出限界における定性的及び定量的分析の両分析を行なうことができる。複数の槽の各々には、水溶液又は有機溶媒溶液が入れられており、ウエハは、一の槽から次の槽へ順次取り出されて洗浄が行われる。その結果、各槽内の不純物が許容限界内にあるかどうかを決定することが重要になる。それを誤ると、不良製品が発生し、コストが非常に高くつき、多大の時間を要する。本発明は、各槽を逐次的に分析するか、又は２以上の槽の試料を同時に分析することを企図している。また、不純物が存在する場合、特定の種又は元素の同定結果に基づいて、具体的にどの槽が汚染されているかを突き止める手段を提供する。なお、不純物源の決定は、種の組成、槽の成分、その中で起こる化学反応に基づいて行なうことができる。
【００４３】
元素種は、溶液の化学反応、及びインプロセスの特定の化学反応のプロセスによって制御される。例えば、表１に記載されるように、半導体産業の洗浄槽及びエッチング槽の純粋溶液に存在する種は、水和物(aqueous hydrates)、フッ化物、塩化物、アンモニア及び水酸化物のようなドミナントアニオン錯体によって確認される。高い生成定数Ｋfを有する他の配位子が導入されない場合、配位子錯体イオン及び分子の安定性は維持される。その結果、１体積％〜１０体積％のＨＦ水溶液の高純度溶液内の金属イオンの大半は、フッ化物イオン配位子錯体によって占められる。ＨＣｌ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ(体積比１：１：６)の溶液中では、ドミナント配位子は、塩化物の配位子である。例えば、鉄(III)は、さらに安定化傾向のフッ化物生成定数を有しており、Ｋf1が２ｘ１０5、Ｋf2が２ｘ１０9、及びＫf3が４ｘ１０12である(３つの全てが結合したＫfは４ｘ１０26)。クロム(III)では、Ｋf1は２ｘ１０4 、Ｋf2は６ｘ１０8及びＫf3は２ｘ１０10である([ＣｒＦ]complexに結合したＣｒ(III)は、３ｘ１０22)。ＨＣｌ溶液では、Ｃｒ(I)は、Ｋf2が約３ｘ１０5であり、鉄(III)では、Ｋf1、Ｋf2、Ｋf3及びＫf4は、夫々、３０、１３４、９８及び１.０である。その他の溶液でも、水酸化物、アンモニア、水、過酸化水素及び硫酸塩について、異なる配位子生成定数を有するものがある。イオンがフッ化物錯体、塩化物錯体又は水酸化物として存在している場合には、反応は、溶液の配位子と反応生成物で制御され、平衡であるので、槽内の相互作用の基礎的な化学的性質を変化させる。同位体スパイクを、例えば＋３の酸化状態の鉄、例えば硝酸塩のように非常に弱い配位子に加えることにより、スパイクの配位子は、溶液の中で優勢的に存在する種に動的に変換され、その後、オンライン又はインラインプロセスは、洗浄槽の中の元素種の不純物又は化学プロセスと平衡になる。化学反応が、例えばウエハ洗浄のプロセスの中で起こる場合、シリカマトリックス及びマスキング剤との反応が起こり、溶液中に存在するＦｅ(II)、Ｆｅ(III)、鉄の有機金属又は安定な配位子種などの異なる種が生成する。化学形態別質量分析試験により、異なる配位子の種の存在が認められる。これは、従来の方法に情報調節を追加するものであり、その化学情報は元素種の不純物を超えており、インプロセス化学に化学的特異性の次元を加えるものである。さらにまた、不純物が、ＨＦ槽のような溶液から発生し、硫酸槽又は水槽の中で測定される場合、その発生源の配位子を保持することにより、汚染源の同定が可能となる。このデータは、この方法を用いて得られる錯体情報に追加される。
【００４４】
他の実施例では、強力なキレート剤又は錯化剤が、試料とスパイクの両方に加えられ、定量測定は、錯体に対して行われる。種におけるこの化学的変換は、溶液の化学反応を制御し、測定精度を向上させ、分析対象の検出に有害になり得る化学反応パラメータが制御可能となる。
【００４５】
図２に示されるように、１又は複数の槽の試料が、システムの試料導入部(2)に供給される。試料(試料は、槽単位で個々に採取されて処理されたり、又は複数の槽から同時に採取されて処理されるか若しくは混合して処理されるので、便宜上、単に試料と称するときは１又は複数の槽を意味する)の一部は、試料分析ステージ(6)に導入される。ここでは、試料が、所望のｐＨレベルであるかどうか、適切な量の試薬を有しているかどうか、所望の物理的及び/又は化学的特性(例えば、温度など)を有しているかどうかについて決定される。この情報は、破線で示されるマイクロプロセッサ(10)に導入され、後述の如く取り扱われる。
【００４６】
本発明のシステムは、定性的及び定量的による種の同定、又は定性的及び定量的による元素の同定を、無人の自動化された方法で決定できるようにしており、３つの方法が、本発明のシステムの中で使用される。
【００４７】
種の存在を、定性的に決定することが望まれる場合、試料導入部から導入された試料は、化学的改質(chemical modification)ステップ(12)に導入される。ここでは、試料分析部(6)からマイクロプロセッサ(10)に供給された情報は、データの収集及び分析部(14)に入力される。次に、データの収集及び分析部(14)は、情報(16)を分配し、該情報(16)はコントローラ(20)に供給される。コントローラ(20)は、出力信号を、リード(12)を通って化学的改質部(12)へ供給し、該化学的改質部にて、試料処理の次の段階の前に、試料について、ｐＨ若しくは試薬成分の如き化学的性質、又は温度の如き物理的特性の全ての調節が行われる。
改質された試料は、次に、溶液処理ユニットに送られる。試料を定性的に評価することが目的の場合、試料は、大気圧イオン化ユニット(32)に送られる。イオン化ユニット(32)の望ましい形態は、エレクトロスプレーイオナイザである。このユニットは、元素と種を含む溶液の構成成分をイオン化するもので、所望により、試料は脱溶媒和される(desolvate)。このユニットのアウトプットは、質量分析計(36)に送られる。このアウトプットは、飛行時間型質量分析計又は四重極質量分析計であることが好ましい。質量分析計からの情報は、マイクロプロセッサ(10)のデータ収集及び分析ユニット(14)に送られ、該ユニット(14)からユニット(16)に送られ、情報が分配される。機器の動作制御に用いられる情報は、試料導入部(2)、スパイク導入部(38)、化学的改質部(12)、溶液処理部(26)、大気圧イオン化部(32)及び質量分析計(36)へ戻され、適当に処理される。
さらにまた、情報が不純物の所望濃度から逸脱し、早期警告が発せられるか、警報又はシャットダウンの指令が発せられる場合、情報は、システムインターフェイス(40)にも送られ、機器による監視が行われる物理的システムの動作を制御する。この情報はまた、操作者に供給される。操作者には、警告や警報の情報だけではなく、最新のデータ、長期的傾向の他、最適化情報などの他の情報に関するデータも供給される。
本発明の方法について他の運転モードを検討し、元素の定量的な決定が所望される場合、試料導入部(2)は、試料をスパイク導入部に送り、分離された濃縮同位体が、希釈モード又は弱錯体モードで混合され、それらは、試料と混合されて、平衡となる。平衡になった試料は、化学的改質部(12)及び溶液処理部(26)を通過し、液体クロマトグラフ部(48)、そして大気圧イオン化部(32)に送られる。その後、スペシエーション処理(50)が行われ、次に質量分析計(36)へ送られる。質量分析計のアウトプットはマイクロプロセッサ(10)で処理され、必要に応じて、コントローラ(12)及び/又はシステムインターフェイス(40)に送られる。
元素モードでは、電圧の範囲は、２００Ｖ〜１０００Ｖ、好ましくは３５０Ｖ〜４００Ｖであり、種モードでは、２Ｖ〜３０Ｖである。この方法では、監視される不純物の種又は元素の各々に対して、濃縮同位体は、スパイク導入部(38)に供給される。試料が気体の試料である場合、溶液処理部(26)からガスクロマトグラフ部(56)に送られ、処理される。
【００４８】
定量的元素の決定を行なう場合、大気圧イオン化部(32)のアウトプットは、元素モード(60)による処理部に送られて、次に、処理試料は質量分析計に入る。
【００４９】
図３は、本発明の方法に使用可能な装置の一形態を示しており、図２に図示及び説明した好ましい方法に関するものである。１又は複数の試料リザーバ(100)は、試料の一部を試料導入装置(102)に供給する。試料は、逐次導入されて個々に処理されるか、又は、必要に応じて、同時に導入されて、混合処理される。試料の一部は、試料アナライザー(106)に送られ、例えば、ｐＨ、試薬濃度及び温度のような化学的及び物理的特性を決定し、次に、アウトプットがマイクロプロセッサ(10)に送られる。マイクロプロセッサは、その中にデータの収集及び分析ユニット(114)を有しており、次に、データが処理され、情報分配ユニット(116)に送られる。情報は、前記ユニットからコントローラ(20)に送られ、必要に応じて化学的改質装置(112)にフィードバックされ、所望により、試料の化学的及び物理的特性の調節が行われる。
試料導入装置(102)は、前述の通り、化学的改質装置(112)及びスパイク導入装置(138)の両方と協動して作用する。化学的改質装置のアウトプットは、溶液処理ユニット(126)に送られ、次に、処理される流体が気体の場合はガスクロマトグラフ(156)に送られ、液体の場合は液体クロマトグラフ(148)に送られる。試料は、どちらか一方から、大気圧イオン発生器(132)に送られ、そのアウトプットは、質量分析計(136)に送られて処理される。
【００５０】
通常の場合、図４及び図５の２つの例に示されるように、質量分析計は時間と共にドリフトして不安定になる。これらの例では、エレクトロスプレー質量分析計(ＥＳ−ＭＳ)と誘導結合プラズマ質量分析計(ＩＣＰ−ＭＳ)が、時間と共に通常の不安定性を示している。両方とも、定量化能力が変化し、比較的短期間で能力が低下する。さらに、同位体比を測定することにより、これらの不安定性が正常化され、それに関連して定量的能力が回復する。同位体比の測定を用いることにより、処理流体の流れについて、自動化された無人運転が可能となる。物理的及び化学的組成が異なる複数の流体の連続的分析も可能となる。流体の組成が変化すると、通常は、手操作による較正と再較正の工程が必要となるが、較正によるのではなく、同位体比を直接評価するので、これらの工程は不要となる。
【００５１】
図４は、ＡＰＩ(ＥＳ)−ＥＳにおいて、１５分間に亘るＡｇ−１０７の信号応答のドリフトを示している。１％ＨＮＯ3の中で１ｐｐｍ濃度のＡｇを、ＥＳ−ＥＳに導入した。 測定は、５回繰り返し行なった。同位体１０７のカウントは、ＥＳ−ＥＳ応答のドリフトが２５％もあり、この測定時間では代表的な値である。
【００５２】
図５は、ＩＣＰ−ＭＳの時間経過によるデータの実際の測定値を示す。１０ｐｐｂのＮｉ、Ｃｕ、Ｚｕ及びＡｇ(ニッケル、銅、亜鉛及び銀)を含む試料を、連続的にＩＣＰ−ＭＳに導入した。データは、１０分間隔で６回採取した。これらの４元素に対する従来の較正(較正曲線を作成する既知の標準の導入)は、実験の最初に行なった。１０分間隔の測定値を集めた結果を、較正曲線と比較し、その結果を図示している。この図では、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｕ及びＡｇについて、６０分間におけるＩＣＰ−ＭＳ応答のドリフトの傾向を示している。例えば、Ａｇの応答は、３０分間で、１０ｐｐｂから８.３ｐｐｂまで約１７％下方へドリフトし、次の３０分間で、８.７ｐｐｂまで上方へドリフトする。このドリフトは溶液が同じであるから、質量分析計のドリフト傾向を示している。粘度、組成、その他について溶液が変化すると、信号出力が変化し、これらの更なる変化は、機器のドリフトに加えられる。
【００５３】
図６、図７及び図８は、本発明が、これら２つの装置について、無人の自動化されたインプロセス分析を行なうために必要な定量的質量分析能力を維持できることを示しており、また、この方法の効果と、この方法を実行するのに必要な装置の効果を示している。表１に記載された半導体洗浄工程に用いられる流体を逐次測定するには、一般的には、各試料を逐次採取し、これを再較正する必要がある。
前述したように、機器ドリフトがあると、較正を頻繁に行なう必要があり、従来の較正方法で用いられていた装置は、自動化された無人運転をすることができない。本発明を用いることにより、繰り返し行われた従来の較正工程は不要となり、無人化された自動インプロセスの分析を直接行なうことが可能となる。本発明は、開示を簡素化するために、２つの装置、特にＡＰＩ(ＥＳ)−ＭＳ及びＩＣＰ−ＭＳに関して説明する。
【００５４】
図６は、ID API(ES)-MSによるＡｇの測定結果であり、比と、デコンボリュートした(de-convoluted)結果を示している。１％の硝酸の中に１ppmのＡｇを含む液に、Ａｇ−１０９スパイクを定量的に添加した。同じ装置条件の下で、測定を５回繰り返して行なった。同位体107及び109のカウントを取り出し、109/107の比を計算した。109/107の測定比は、1.2303±0.016であった(図の上ラインとして示しており、変動(variance)は1.3％である)。試料の濃度は、測定比に基づいてデコンボリュートし、最終結果は0.904±0.05であった(図の下のラインとして示しており、変動は5.5％である)。この場合、約25％の変動を示す図４と比較すると、１５分間の試験時間における精度は著しく改善された。これは、本発明により、ES-MSの測定精度が改善されたことを示している。
【００５５】
図７は、６０分の測定を行なう間、本発明の概念をICP-MS装置に適用することによりデコンボリュートした結果を示している。１０ppbのＮｉ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＡｇ(ニッケル、銅、亜鉛及び銀)を含む試料に、既知量の濃縮同位元素Ｎｉ−６２、Ｃｕ−６５、Ｚｎ−６８及びＡｇ−１０９の各スパイクを添加した。スパイクを添加した試料を、ICP-MSに連続的に導入し、１０分間隔で６回、データを再び収集した。各１０分間の総合結果を抽出し、同位体比Ｎｉ62/60、Ｃｕ65/63、Ｚｎ68/63、及びＡｇ109/107を計算した。デコンボリュートした濃度を計算し、その結果を図に示している。例えば、Ａｇの最終結果は9.94±0.03ppbである。これは、従来の較正が時間を長くすることによって得られた測定値よりも、遙かに正確で精度が高い。４種類の成分Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇの全てについて、本発明の実施例と従来の較正との更なる比較を、図８により詳細に示している。
【００５６】
図８は、従来の較正(図５参照)と、この実施例(図７参照)ではICP-MS装置に実施した本発明の概念との比較を示している。図８の左側の４列は、従来の較正によって得られた結果であり、Ｎｉは９.１±０.４、Ｃｕは９.２±０.４、Ｚｎは８.８±０.４、Ａｇは８.７±０.４ppbである。右側の４列は、本発明の概念をIDMS測定に適用することによって得られた結果であり、Ｎｉは１０.１１±０.０３、Ｃｕは９.８１±０.０５、Ｚｎは９.９７±０.０５、Ａｇは９.９４±０.０３ppbである。これらの結果は、６０分間の試験時間では、従来の較正よりも、正確で精度が高い。
【００５７】
様々なイオン化インターフェイスを有する複数の質量分析計において、精密さと正確さの両方を改善することは、本発明の一般的な適用例として、質量分析計システムがより長い時間に亘って機能することが可能となり、装置のドリフトと従来の較正によって生じる誤差を低減することが可能となる。
IDMS分析では、６０分間に亘って、従来の較正よりも少なくとも１オーダの大きさが精密で正確であることは明らかである。
【００５８】
表１は、半導体産業で用いられるシリコンウエハ洗浄液及び試薬の代表例を示している［Kern W., "Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology: Science, Technology and Applications", Noyes Publications,1993］。
【００５９】
【表１】
本発明の方法及び装置の目標は、これら溶液中の不純物濃度を、リアルタイムに近い分析化学測定することである。一般的に、測定すべき主な不純物として、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｎａ、Ｐ、Ｂ、Ａｓ、Ｓｂ及びＺｎから成る群から選択される少なくとも１つの成分を挙げることができるが、有意濃度で存在するものであればどんな元素でもさらに測定することが望ましい。評価を必要とする濃度範囲は、中程度のppbから低pptであり、機器検出限界が徐々に減少するにつれて、この範囲は連続的に低下する。
このように、測定の特徴は以前として同じであるから、超微量測定の最適化を発展させる必要があるが、基本的な理論的考え方は同じものを用いる。例えば、チップ製造分野の半導体産業でのウエット槽のように、その技術は、使用に際して重要な品質制御評価手段である。ウエハの回路が縮小されるにつれて、これらの不純物は最終製品の実施可能性(viability)に更に大きな衝撃を与える。
【００６１】
質量分析計の検出限界又は検出限界近傍で本発明の方法を使用することにより、比の測定が改善される。流体中の元素と種の成分の濃度が質量分析計の検出限界をかなり越えているとき、市販の同位体の使用が可能である。これらの測定を、機器の検出閾値で行なう必要があるとき、不確定要素があるため、分析がより難しくなる。このような場合、検出限界測定の確かさを高めることが要求される。これらレベルでの比測定を最適化するために、スパイク流体の同位体比を変えることができる。
特別に準備されたこれらスパイク流体により、これらの測定がどのように向上するかを示す例を以下に説明する。検出限界又は検出限界近傍に於ける最適比は、名目上通常とされる濃度又は高濃度での測定よりもより難しい。検出閾値を明確にし、IP/MS測定の不確かさ(uncertainty)を明らかにし、最適化することができる比を求めることにより、検出限界閾値は最適化される。検出限界及び検出限界近傍での比の最適化は、閾値レベルに最適化された適量のスパイクを用いることにより、及び／又は、別々の量の同じ元素の天然同位体と複数の濃縮同位体を混合することによって達成される。この技術は、広範囲に亘って不確定要素を含む従来のIDMS方法にはなかったものである。
【００６２】
この機器の量的検出限界又は検出限界近傍に於ける元素不純物の測定は、将来、機器の検出限界が薄れていくにつれてさらに発展するだろう。例えば、半導体産業のように多くの産業の要請があるので、元素の不純物レベルは、さらに低下するであろう。機器の測定感度が低下するので、質量分析計の検出限界に於ける測定及び正確な測定の必要性については、相対的に同様な関係のままである。必要性と能力の両方が同時に薄れていくので、これらの概念は、検出限界閾値測定の最適化を持続したまま、機器の検出限界と共に発展し、有用な特性値は維持される。
【００６３】
本発明のシステムについて、コンピュータモデルによる検討をさらに行ない、その結果を図９及び図１０に示している。
【００６４】
図９は、機器の定量検出限界において、０.０５ppbのＮｉの閾値測定結果を示している。第１の評価(最も左の評価)は、従来の較正曲線法を用いて、機器の定量検出限界(０.０５ppb)での定量測定結果を示している。この場合、機器の定量検出限界は、機器信号の標準偏差の１０倍と定義され、これは信号の平方根に等しい。この従来の測定の不確かさは、そのような測定の３倍の標準偏差で表される。
新規な方法を用いて閾値を決定するのに、モンテカルロシュミレーションを用いた。この方法では、平均値０、標準偏差１の正規分布数２００組が、各スパイクのシュミレーションに適用される。試料とスパイクの体積比は１:１である。デコンボリュートした濃度の不確かさは、各スパイク数２００のシミュレーションの９０％信頼度を表す。図９の最も左以外の部分は、シミュレーション結果を示している。これらのシュミレーション結果は、本発明の閾値同位体希釈方法を用いて、機器の定量検出限界での閾値測定が向上しており、適用性及び測定精度が向上することを示している。
【００６５】
０.０５ppbから０.２ppb(第３番目から第６番目まで)の最適なスパイク濃度のウィンドウがあり、試料内に０.０５ppbのＮｉが存在すると、従来の較正方法(左から第１番目)と比較して、精度は向上する。この傾向は、実験的及び／又は理論的に得られる最適なスパイク比の範囲があることを示している。この最適範囲は、本発明の定量方法に用いるのが好ましい。
【００６６】
図９に於いて、測定は従来の較正と同位体希釈質量分析のどちらかを用いて測定した例を示しており、ＩＤＭＳのスペクトロメトリーを用いたものが良い精度を示している。検出限界近傍で本発明を使用することにより、定量測定の精度が向上する。
【００６７】
図１０は、試料濃度が機器の定量検出限界をほんの少し下回ったときに、機器の定量検出限界閾値を評価するために、本発明の閾値同位体希釈方法が使用可能であることを示している。この場合、機器は図９と同じ条件で運転される。図１０の第１番目(左から)は、試料濃度(０.０１ppb)が機器の定量検出限界(０.０５ppb)より低いため、試料の定量測定が通常は不可能であることを示している。
このように、通常の検出限界より下の測定での定量化が可能である。通常は、確立された値よりも小さいが、ここでは特定範囲の測定が可能になる。特定範囲の量のスパイクを添加すると、より小さい値を定量値に変換することが可能となることに留意されるべきである。このスパイク比は各元素に固有のもので、最適な比は固有であるから、分析対象物の特異的元素群を定量的に評価するために混合するスパイク溶液について実験的又は理論的に定められる。傾向として、同位体の種の濃度は０.０１ppbから０.５ppbであることが示されている。
【００６８】
図１０は、試料濃度が機器の検出限界をほんの少し下回ったとき、検出限界閾値を評価する為に、閾値同位体希釈方法を使用できる可能性があることを示している。図１０の第１番目(左から)は、試料濃度(０.０１ppb)が機器の定量検出限界(０.０５ppb)より低いため、試料の定量測定が通常は不可能であることを示している。しかし、最適なＮｉ−６２の濃縮同位体濃度(０.１ppb、９８.８３％濃縮｛左から４番目｝)のスパイクを添加することにより、閾値測定は、試料内のＮｉを０.０１ppbレベルで定量化することができる。
このように、通常の検出限界より下の測定での定量化が可能である。通常は、確定された値よりも小さいが、ここでは特定範囲の測定が可能になる。スパイク比は、より小さい値を定量値に変換できる臨界値が望ましい。このスパイク比は各元素に固有のもので、最適な比は固有であるから、分析対象物の特異的元素群を定量的に評価するために混合するスパイク溶液について実験的に求められる。
【００６９】
図１０では、機器の定量検出限界より下である０.０１ppbＮｉの閾値測定結果を示している。機器信号の標準偏差は、信号の平方根に等しい。従来の測定法の不確かさは、そのような測定の３倍の標準偏差で表される。新規な方法を用いて閾値を決定するのに、モンテカルロシュミレーションを用いた。この方法では、平均値０、標準偏差１の正規分布数２００組が、各スパイクのシュミレーションに適用される。試料とスパイクの体積比は１:１である。デコンボリュートした濃度の不確かさは、各スパイク数２００のシミュレーションの９０％信頼度を表す。
【００７０】
IP-MS装置の異なる動作モードを用いて、２種類の情報を利用できる。流体中の元素の定量化と、元素形態について種の固有の情報は重要である。プロセス中で起こる化学反応は、これらの両パラメータによって記載される。プロセスの化学全体を記載するのに、両パラメータを用いることが望ましく、両パラメータが方法と装置に組み込まれる。
【００７１】
元素について定量情報を得るために、また、同位体比を決定するために、流体内の種に関する情報を除去することができる。これは、機器の動作パラメータを衝突誘導分裂(ＣＩＤ)モードに変更することによって達成される。ＣＩＤは質量スペクトルを単純化するのに役立ち、これによってバックグラウンドを減少させ、感度が向上する。例えば、質量分析計源での種の情報を除去できるように十分高いイオン化電圧に意図的に設定する。分子情報を除去し、相対的に絶縁された元素信号を得るために、試料採取用コーン上及び試料採取システムの種々要素の電圧を約２００ボルトから１０００ボルトとする。図１１は、この機器構成における元素情報の最適化を示している。分子情報は、定量化に用いられる比測定を不明瞭にする。このため、この測定の定量的側面を明確にし、最適化する条件が用いられる。
【００７２】
図１１において、ＣＩＤは質量分析を単純化することができ、バックグラウンドを減少させ、感度を向上させる。通常の運転条件下(コーン電圧は３０Ｖ)及びＣＩＤ条件下(コーン電圧は３００Ｖ)でES-MS機器を用いて元素測定したときの比較を示している。図１１ａのスペクトラムは、通常の条件下で測定したときの１％ＨＮＯ3にＮｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇを６ｐｐｍ混合した溶液のスペクトルである。図１ｂのスペクトルはＣＩＤ条件下で測定された同じ溶液のスペクトルである。
【００７３】
分子の種を評価することによって、溶液の中で生ずる元素及び分子の種が決定される。これらの評価は、変化前のもとの流体の流れと同位体標識流体について行われる。IP-MSでこれらの測定を行なうために、APIの操作は、種を破壊しないように行われる。即ち、機器は低コーン電圧、低コーンガス流れ及び温和な脱溶媒温度のように穏やかなイオン化条件にて行われる。錯体配位子又は分子性結合形態の中で発生する元素は、この運転モードで明らかにされる。これら錯体は、プロセス中に起こる化学反応を表しており、定量評価に用いられ、条件の傾向及びプロセスの代替法を確認するのに、極めて重要な情報要素である。
【００７４】
これらの種を定量化し、化学反応を評価するために、同位体標識種が動的に作り出される。方法と装置は、試料内で発生する種を、準備された最適なスパイク試薬溶液から作り出す。これらのスパイク試薬(濃縮同位体溶液)は、錯体又は配位子を形成しない対イオン又は弱い配位子を形成する対イオンの溶液の中で、比の異なる(ratio-separated)安定同位体に最適化される。硝酸塩は非常に弱い対イオン配位子を形成する好例である。硝酸塩配位子形成定数(Ｋf)は、フッ化物錯体よりも、一般的にかつ一様に、数オーダ小さく、塩化物及び硫酸塩よりも数オーダ弱い。濃縮同位体スパイクの溶液を試料の試薬溶液(例えば、表１に記載のもの)と混合したとき、スパイク又は同位体イオンは、試薬溶液の溶液種に対応する。不純物の濃度(この例でのことで、他の流体の濃度は慎重に選択される)は、比較的豊富な溶液成分と比べて非常に小さく、溶液内でこれら種を形成させる。種のスパイク生成と同位体の標識は、例えばシリコンウエハ材料の処理のために動的に実現される。これら流れのスパイク溶液を混合することにより、これら溶液内で同じ種を自然発生させ、同位体比の測定結果を用いて、同じ様に濃度を決定する能力がもたらされる。
【００７５】
異なる条件で運転している同じ装置から利用できる定量測定情報と定性測定情報を結合させることが望ましく、また、これらの例及びその他の例に記載された流体を十分に理解し評価するのに必要である。両情報は、記載されたように、単一の機器から得ることができる。
【００７６】
流体試料を変えることは、複数種類の流体の定量的測定及び定性的測定の両測定を最適にするのに必要である。この流体処理は、幾つかの方法で行なうことができる。例えば、ｐＨを調整する為に、試料を中和剤と直接混ぜ合わせることができる。表１の溶液を検討すると、ＮＨ4ＯＨ(塩基)と、ＨＦ、ＨＣｌ及びＨ2ＳＯ4の酸を中和させる必要があり、互いに中和するために混合される。これらの試料を他の溶液と混合し、酸と塩基を中和させる能力は、流体処理システムの一部でもある。酸を塩基で又は塩基を酸で直接中和させることもまた、流体処理システムの一部である。後者の場合は、他の試料ではなく試薬が中和溶液となる。
【００７７】
流体処理システムの他の要素は、キレート(chelating)、イオン交換において、また、システム全体の流体及び試料採取部に組み込まれた正及び逆相クロマトグラフィーのカラムにおける金属イオンを収集及び蓄積したものである。これらの操作は、溶液の定量的及び定性的測定並びに溶液の評価を最適にするために行われる。
流体処理システムの他の要素として、配位子、キレート剤、界面活性剤、溶媒及び／又は質量分析計中のイオン化及び／又は信号を増幅させる他の薬剤のような改質物質(modifying agents)を添加することにより、信号を自動的に誘導体化し(derivatisation)、化学的増幅効果がもたらされる。
【００７８】
流体処理システムの要素は、混合、化学的改質、計量、希釈、前濃縮の他、流体試料の流れを定量的及び定性的に操作するのに用いられる流体処理などの他の特性を含んでいる。 本発明の方法及び装置の動作を制御し、そこで得られるデータを処理するために、当業者が開発した適当なソフトウエアが用いられるだろう。
【００７９】
説明の便宜上、半導体産業のクリーンルームに用いられるウエット槽内の不純物を監視する例について説明したが、本発明はそれに限定されるものでなく、当該分野の専門家であれば、環境、薬学、バイオ技術、食品加工、化学製造、試薬及び標準品の製造のような使用などの数多くに適用可能であり、当該分野の専門家であれば、調製と保証の両方について明らかであろう。
【００８０】
それゆえ、本発明は、溶液の不純物を、オンラインかつインプロセスにて、正確且つ迅速に監視することができ、製造効率を高めることができるる全自動の総合化学的分析方法及び関連する装置を提供するものであることは理解されるだろう。
【００８１】
特定の実施例を例示して説明したが、当該分野の専門家であれば、請求の範囲に記載された発明から逸脱することなく、数多くの変形を成し得ることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】較正曲線のドリフトを説明するために、較正と応答の関係をプロットしたグラフである。
【図２】本発明の方法を説明する概略図である。
【図３】本発明の装置の形態を説明する概略図である。
【図４】質量分析計のドリフトを説明する、時間に対する全カウントのプロットである。
【図５】同じく質量分析計のドリフトを説明するために、時間に対する１０億分の１濃度をプロットしたグラフである。
【図６】デコンボリュートした濃度と比を、時間に対してプロットしたグラフである。
【図７】時間に対して濃度をプロットしたグラフである。
【図８】通常の較正とＩＤＭＳに対する濃度を示す棒グラフである。
【図９】スパイクを添加した幾つかの試料の濃度に対して、デコンボリュートした濃度をプロットしたグラフである。
【図１０】スパイクを添加した濃度に対して、デコンボリュートした濃度をプロットしたグラフである。
【図１１】一対の質量スペクトルを示す図である。
Claims (38)
- 自動化された同位体希釈質量分析方法であって、
分析されるべき試料を準備し、
試料に関する元素又は種について、少なくとも一種の濃縮安定同位体のスパイクを生成し
元素又は種の濃縮安定同位体スパイクを試料に導入して、スパイクと試料を平衡にし、
大気圧イオン化法によって、平衡状態のスパイクと試料からイオンを作り出し、
同位体比を求めるために、イオンを質量分析計に導入し、
得られた同位体比の情報をマイクロプロセッサに送達することを含んでいる方法。 - 試料として液体試料を用いることを含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 試料として水溶液を用いることを含んでいる請求項２の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 複数の濃縮安定同位体元素のスパイク生成を行なうことを含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 複数の濃縮安定同位体種のスパイク生成を行なうことを含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 試料中の１種以上の不純物レベルを検出する工程を含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 機器の検出限界の近傍で不純物を検出することを含んでいる請求項６の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 超微量レベルの不純物を検出することを含んでいる請求項６の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 平衡した後で、イオン化前に、元素又は種を予め濃縮することを含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 濃縮は、液体クロマトグラフィーによって行なうことを含んでいる請求項９の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 濃縮によって、少なくとも１種の種を分離することを含んでいる請求項９の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 方法を元素又は種の定量分析に用いることを含んでいる請求項１の方法。
- 元素を、元素又は種の定量分析に用いることを含んでいる請求項１の方法。
- 一部の工程の動作を制御するために、マイクロプロセッサで受信した情報を用いることを含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 監視される試料をシステムから得て、マイクロプロセッサで受信した情報の一部を、試料を得たシステムに送達することを含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 半導体製造のクリーンルームに用いられる複数のウエット槽の中の不純物の濃度を監視するために方法を用いることを含んでいる請求項１の方法。
- 方法を複数のウエット槽に順次用いることを含んでいる請求項１６の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 方法を複数のウエット槽に同時に用いることを含んでいる請求項１６の方法。
- 気体の試料を試料として用いることを含んでいる請求項１の方法。
- エレクトロスプレーイオン化法を大気圧イオン化法として用いることを含んでいる請求項１の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 約２〜３０ボルトでイオン化を行なうことを含んでいる請求項５の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 約２００〜１０００ボルトでイオン化を行なうことを含んでいる請求項４の自動化された同位体希釈質量分析方法。
- 方法をウエット槽が種又は元素の起源かどうかを判断するために用いることを含んでいる請求項１６の方法。
- 平衡にする際、少なくとも１種の種又は元素の濃縮安定同位体スパイクを、試料内に含まれる種又は元素と平衡にすることを含んでいる請求項１の方法。
- 自動化された同位体希釈質量分析装置であって、
試料を受け取る装置と、
濃縮安定同位体の元素又は種と試料を平衡にするために、少なくとも１種の前記元素又は種のスパイクを試料に導入するスパイク導入装置と、
平衡になった試料及び元素又は種のスパイクを受け取り、元素又は種をイオン化する大気圧イオン発生器と、
質量分析計で得られた決定に関する情報を受け取るマイクロプロセッサと、を具えている装置。 - 試料を分析し、該試料の分析情報をマイクロプロセッサに送達する試料分析器を含んでいる請求項２５の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- マイクロプロセッサによって処理された情報を受信し、装置の他の部分へフィードバックすることを含んでいる請求項２６の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- 試料が大気圧イオナイザーに入る前に、コントローラからの信号に応答して、試料の特性を変化させる試料改質装置を含んでいる請求項２５の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- コントローラは、試料を受け取る装置、スパイク導入装置、化学的改質装置、大気圧イオン発生器及び質量分析計について、動作の調整を行なう請求項２８の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- 化学的改質装置と大気圧イオン発生器の間に配備された溶液処理装置と、
大気圧イオン発生器へ送達する前に、平衡試料と、元素又は種の濃縮安定同位体スパイクとを予め濃縮するために、溶液処理ユニットに連繋された少なくと１つのクロマトグラフと、を含んでいる請求項２８の自動化された同位体希釈質量分析装置。 - クロマトグラフは、液体クロマトグラフ及び気体クロマトグラフからなる群から選択される少なくとも１種のクロマトグラフを含んでいる請求項３０の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- 試料を受け取る装置は、化学改質装置に連通する出口導管を有するスパイク導入装置に連通する第１出口導管と、化学改質装置に連通する第２の導管とを有しており、試料は、定量分析を行なう際、元素又は種の濃縮安定同位体スパイクと混合されるか、又は、定量分析を行なうために、元素又は種のスパイクと混合することなく、化学改質装置の中へ直接導入される請求項３０の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- 大気圧イオン発生器はエレクトロスプレーイオナイザーである請求項２５の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- 大気圧イオン発生器は、複数の濃縮安定同位体元素のイオン化を第１電圧で行ない、複数の濃縮体安定同位体種のイオン化を第１電圧よりも低い第２電圧で行なうように作られている請求項２５の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- 第１電圧は約２００〜１０００ボルトであり、第２電圧は約２〜３０ボルトである請求項３４の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- マイクロプロセッサからの情報を受信し、監視されるシステムにフィードバックするシステムインターフェースを含んでいる請求項２４の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- システムインターフェースは、監視される不純物の濃度が許容上限値に接近すると警告を発することができ、不純物濃度が許容上限値に達するか越えると警報を発することができる請求項３６の自動化された同位体希釈質量分析装置。
- 大気圧イオン発生器は大気圧化学的イオナイザーである請求項２５の自動化された同位体希釈質量分析装置。
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|---|---|---|---|---|
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| CN104576289B (zh) * | 2014-12-31 | 2017-08-25 | 聚光科技(杭州)股份有限公司 | 一种可调真空压力的电感耦合等离子体质谱仪 |
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Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3796879A (en) * | 1972-03-24 | 1974-03-12 | Searle & Co | Automated multiple sample processing for well type radioactivity counters |
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| US5414259A (en) * | 1994-01-05 | 1995-05-09 | Duquesne University Of The Holy Ghost | Method of speciated isotope dilution mass spectrometry |
| CA2283177A1 (en) * | 1997-03-14 | 1998-09-24 | Fred P. Abramson | A device for continuous isotope ratio monitoring following fluorine based chemical reactions |
| JPH1197321A (ja) * | 1997-09-18 | 1999-04-09 | Toshiba Corp | 汚染源特定方法 |
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| US6410914B1 (en) * | 1999-03-05 | 2002-06-25 | Bruker Daltonics Inc. | Ionization chamber for atmospheric pressure ionization mass spectrometry |
| GB2349270B (en) * | 1999-04-15 | 2002-02-13 | Hitachi Ltd | Mass analysis apparatus and method for mass analysis |
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2001
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010512515A (ja) * | 2006-12-07 | 2010-04-22 | アプライド アイソトープ テクノロジーズ，インコーポレイテッド | 固相及び触媒で可能な自動同位体希釈並びに種別同位体希釈質量分析 |
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| WO2021205953A1 (ja) * | 2020-04-08 | 2021-10-14 | ビーエルテック株式会社 | 流れ分析装置及び流れ分析方法 |
| KR20220108185A (ko) * | 2020-04-08 | 2022-08-02 | 비엘 텍 케이.케이. | 흐름 분석 장치 및 흐름 분석 방법 |
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| US11906407B2 (en) | 2020-04-08 | 2024-02-20 | Bl Tec K.K. | Flow analysis device and flow analysis method |
Also Published As
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| Wu et al. | Application of inductively coupled plasma mass spectrometry for total metal determination in silicon-containing solid samples using the microwave-assisted nitric acid–hydrofluoric acid–hydrogen peroxide–boric acid digestion system | |
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