JP2012112846A - 検出方法及び検出センサー - Google Patents
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Abstract
Description
特に、ドライエッチングガスとして用いられてきた四フッ化炭素、オクタフルオロシクロブタンなどの飽和フルオロカーボン類は地球温暖化への悪影響から使用が制限されており、これらの代替物として、オクタフルオロシクロペンテン(C5F8)、ヘキサフルオロブタジエン(C4F6)、ヘキサフルオロシクロブテン(C4F6)などの分子内に炭素の不飽和結合を有するフッ化炭化水素化合物が開発されてきている。これらの炭素の不飽和結合を有するフッ化炭化水素化合物(以下、「フッ素化不飽和炭化水素」という)は、選択比が高く微細加工のための高性能なマテリアルとして知られ、各半導体プロセスにおいて一部使用されている。これらは、地球温暖化係数は改善されているものの、元来その蒸気圧の高さや毒性の課題から管理基準濃度2ppmの規制が布かれている。さらには、現存する環境負荷の観点から、またプロセス現場において環境中のガスコンタミ源ともなり、高感度に検出する技術等が求められている。
前者の手法は、C5F8やC4F6と過マンガン酸塩との反応により、過マンガン酸塩の消色を利用した方法である(特許文献1)。しかしながら、以下のデメリットがある。
(1)反応が鈍く、測定できる濃度が50ppm以上の濃い条件でしか感知が難しい、(2)検出するまでの時間が50ppmで平均約19分以上と長くかかる、(3)無機物を使用しているため加工性に難点があり、検出のための形態が制限される、(4)強い酸化剤である過マンガン酸塩を使用するため、ボロン誘導体などの水素化物や錯化物などの試剤により消色が起こり誤報の原因となる。
(1)熱分解を行うため大きなエネルギーを消費する、(2)高温における熱分解を行うため、洗浄剤、絶縁体等で多用されるフッ素系液体などのガスからも同様の酸性ガスが発生し誤報の原因となる、(3)高温における熱分解を行うため、非常に危険な酸性ガスHFを発生させてしまう、(4)最終的にはその非常に危険な酸性ガスを検出しているので、他の類似の酸性ガスそのものが混入した場合、これも誤報の原因となる。
本発明は、上記の従来の技術における実状に鑑みてなされたものであって、高温熱分解や強い酸化剤を使用せずに室温付近で検出でき、簡便にC5F8やC4F6等のフッ素化不飽和炭化水素の検出方法を提供することを目的とするものである。
[1]フッ素化不飽和炭化水素と、下記の一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物との反応を用いて、前記のフッ化物を検出することを特徴とするフッ化物の検出方法。
[2]前記反応による光学的変化を検出することを特徴とする[1]に記載の検出方法。
[3]前記反応による発光状態変化を検出することを特徴とする[1]に記載の検出方法。
[4]前記一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物以外の有機物が共存する態様を用いて検出することを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の検出方法。
[5]前記のフッ素化不飽和炭化水素が、C5F8又はC4F6或いはこれらの混合物であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の検出方法。
[6]前記C5F8が、オクタフルオロシクロペンテンである[5]に記載の検出方法。
[7]前記C4F6が、ヘキサフルオロブタジエン又はヘキサフルオロシクロブテン或いはこれらの混合物である[5]に記載の検出方法。
[8]前記反応における、吸光度、反射率、赤外振動、発光、蛍光、燐光、屈折率、液晶状態、及びX線による光電子運動エネルギーの変化の群から選ばれる1つ又は2つ以上の光学的変化を検出することを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の検出方法。
[9]前記反応における、発光状態の変化を用いることにより、濃度が0.1%以下のフッ素化不飽和炭化水素を検出することを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の検出方法。
[10]フッ素化不飽和炭化水素を検出するために用いられる検出剤であって、下記の一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を有効成分とすることを特徴とするフッ素化不飽和炭化水素の検出剤。
[11]フッ素化不飽和炭化水素を検出するためのセンサーであって、検出部に、下記の一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を用いたことを特徴とするフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
[12]前記一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を含む液体が多孔質材に含浸されていることを特徴とする[11]に記載のフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
[13]前記多孔質材が、セルロース、ポリマー又は多孔質アルミナである[12]に記載のフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
[14]前記一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を含有するポリマーを用いることを特徴とする[11]〜[13]のいずれかに記載のフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
ここで、一般的な炭化水素基とは、有機化学における一般的な官能基;ヘテロ原子、典型元素、遷移金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびそれらのイオンから選ばれるコンポーネントも含み、複素環の場合もある。例えば一例として、アルキル、アルケン、アルキン、フェニル、ナフチル、アントラセニル、ヒドロキシ、アルコキシ、アルデヒド、ケトン、エーテル、クラウンエーエル、ポリエチレングリコール、カルボン酸エステル、カルボン酸塩、アセタール、エポキシ、アミノ、アミド、イミノ、ニトロ、シアノ、イソシアノ、チオイソシアノ、アゾ、アゾキシ、ポルフィリン、チオール、スルフィド、ジスルフィド、スルフィン酸エステル、スルホン酸エステル、それら酸の塩、ピリジン、ピロール、ピロリジン、ピペリジン、モルフォリン、ピペラジン、キノリン、アルリジン、チオフェン、フラン、遷移金属錯体などの置換基が結合もしくは途中に入り込む形で結合し、またそれらを介して有機ポリマー(オリゴマーも含む)が結合した化合物群を意味する。
例えば、2-Methyl-1-methylimidazoline、2-Methyl-1-propylimidazoline、2-Naphthyl-1-propylimidazoline、2-(4-Dimethylaminophenylethylyl)-1-methylbenzimidazoleなどがある。
例えば一例として、C2F4、C3F6、C4F6、c−C4F8、c−C5F8、CF3OCF=CF2、C2F5OCF=CF2(c−はcyclic:環状を表し、c-C5F8は、前述のC5F8と同じである、C4F6には前述の2種類がある)等があり、それらすべてイミダゾリン骨格を有する化合物との反応による光学的変化を引き起こす。またこれらの一部は、半導体プロセスでエッチングガスとして使われることが多い。
混合する有機物としては、一般的な有機溶媒(例えば、エタノールやエチレングリコールやグリセリンなどのアルコール類、ジメチルホルムアミド(DMF)やN−メチル-2-ピロリドン(NMP)やヘキサメチルリン酸トリアミド(HMPA)などのアミド類、テトラヒドロフラン(THF)やジオキサンなどのエーテル類)、ジイソプロピルアミン(LDA用)やトリイソブチルアミンやジシクロヘキシルメチルアミンやペンタメチルピペリドンなどの有機液体、ウレア類などの有機固体、セルロースやポリエチレンやポリブタジエンやポリエチレンアクリレートやポリイミドポリ安息香酸などの有機ポリマー、などが挙げられる。
一般式(I)で表されるイミダゾリン誘導体の含有量は、0.1〜99.9質量%の範囲である。好ましくは、10〜80質量%の範囲である。
これらの種々の形態を用いた検出の形態としては、例えば、
(1)検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだ液体へ接触させる態様、
(2)検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだポリマー膜に接触させる態様、
(3)検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだセルロースに接触させる態様、
(4)検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだテープ上もしくはシート上に接触させる態様、
(5)検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだビーズもしくは粒子を内包した筒の内部に接触させる態様、
(6)検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだビーズもしくは粒子を固定したテープに接触させる態様
などがあり、あらゆる態様を含む。例えば、検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだ液体へバブリングする態様や検出対象とするフッ素化不飽和炭化水素を、イミダゾリン骨格を有する化合物を含んだセルロースに通過させる態様のように、検知対象とするフッ化物があらゆる基材の物質に接触する。尚、イミダゾリン骨格を有する化合物を含有する、もしくは有するポリマーとは、有機ポリマー(オリゴマーも含む)中に物理的にイミダゾリン誘導体が混合されている場合、もしくは、イミダゾリン誘導体が化学的な結合形態をとっている場合を意味する。
検出対象とする流体を接触させる態様の際に、検出対象とする流体を流す速度、すなわち流量が設定されるが、これに限定されることはない。反応を促進させる観点からは、流量は800mL/分以上が好ましい。装置の観点からは、200〜2000mL/分が好ましい。省エネの観点からは、20〜500mL/分が好ましい。
吸光度の変化は、紫外可視光領域における波長の光の透過率の変化に起因するもので、本発明における紫外可視光領域とは、真空紫外線を含む紫外光領域から紫、青、緑、黄、橙、赤色を含む可視光領域の光の領域を意味し、波長では200〜800nmの範囲が好ましい。光源の観点から特に300〜700nmの範囲が最も好ましい。可視光においては、それを目視し、比色によっても検出ができる。
1-Propyl-2-methylimidazolをアセトニトリルに溶解させ約0.25mmol/Lの溶液を作製した。その溶液を発光スペクトル用のセルに導入し、窒素ベースのガス状の濃度約20ppmのC5F8を流量約50mL/分で30秒バブリングし、励起光350nmによる発光スペクトルを観測した。450nm前後±50nmにおいて約430nmにピークを有する特徴的なスペクトルが得られた。このスペクトルはバブリング直後から5分後までその強度を増強させることがわかった。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8を検出できた。
1-Proryl-2-methylimidazolineをアセトニトリルに溶解させ約2.5mmol/Lの溶液を作製した。その溶液を発光スペクトル用のセルに導入し、窒素ベースのガス状の濃度約2ppmのC5F8を流量約200mL/分で10秒バブリングし、励起光365nmによる発光スペクトルを観測した。本実施例では発光スペクトルにおける450nmの強度をモニタリングし、その結果、その強度が2分以内に増大することがわかった。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8を検出できた。
1-Propyl-2-methylimidazolineをアセトニトリルに溶解させ、吸収スペクトル用のセルに導入し、窒素ベースのガス状の濃度約10%(105ppm)のC5F8を1〜5mLバブリングしたところ、300nm前後±100nmにおいてスペクトル変化が観測され、特に約255nmのピーク強度が時間とともに(約8分まで)増大することがわかった。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、ガス状の不飽和炭化水素のフッ化物の一種であるC5F8を検出できた。
1,2-dimethylbenzimidazole約146mgを有機溶媒の1種であるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)1mLに混合した。そこへ濃度約1MのC5F8のacetone溶液1mLを加えると黄褐色の変化が、紫外可視吸収420nm前後±100nmにおいて確認できた。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8を検出できた。
1-Propyl-2-methylimidazolineをアセトニトリルに溶解させ、吸収スペクトル用のセルに導入し、窒素ベースのガス状の濃度約100%(106ppm)のC5F8を1mLバブリングしたところ、300nm前後±100nmにおいてスペクトル変化が観測され、特に約255nmと約365nmのピーク強度が時間とともに増大することがわかった。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8を検出できた。
2-Naphtyl-1-propylimidazoline5mgを、エタノール5mLと0.5mLのPEG200(低分子量ポリエチレングリコール)に溶解させ、その混合溶液を、ポリスチレンビーズ(200−400mesh)500mgに浸み込ませた。得られた粉体を自然乾燥後、約2時間ロータリーポンプで減圧下におき十分に乾燥させた。次に、乾燥した粉体をキャピラリーガラス管に約1cmほど詰め、窒素ベースのガス状の濃度約1%(104ppm)のC5F8を約10mL通したところ、励起光365nmにおいて、明らかな蛍光が顕微鏡により観測された。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8を検出できた。
2-Naphtyl-1-propylimidazoline8mgを、エタノール5mLと0.5mLのPEG200(低分子量ポリエチレングリコール)に溶解させ、その混合溶液を、ポリスチレンビーズ(200−400mesh)500mgに浸み込ませた。得られた粉体を自然乾燥後、約30分間ロータリーポンプで減圧下におき乾燥させた。次に、乾燥した粉体を両面テープで貼ったガラス板に押し付けて固定し、発光用セル内に設置した。そこへ約365nmの紫外線を照射しながら、窒素ベースのガス状の濃度約2ppmのC5F8を流量約500mL/分で1分ずつ通しながら、励起光450nmによる490〜560nmの範囲において発光スペクトルを記録したところ、明らかな発光の増強が観測された。特に、510nm前後の変化が観測された。尚、発光スペクトル測定中には約365nmの紫外線は照射しない。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8を検出できた。
2-(4-Dimethylaminophenylvinyl)-1-methylbenzimidazol約10mgをBis(pentamethylene)urea50mgにとかし、Poly(butadiene)80mgに混ぜたものをガラス上に展開し、乾燥しフィルム状にした。室温ではBis(pentamethylene)urea固体状であるが、60℃では、ゲルのような液体状になり反応性が増す。そこで60℃ホットプレート上でセル内に固定した該フィルムに、ドライ窒素ベースのガス状の濃度約50ppmのC5F8を流量約2L/分で流し、発光の状態を観測した。発光の測定には、励起波長460nmの光を用い、その際、該基板表面から発せられる490〜560nmの光を観測した。その結果、約520nm前後に特異的な発光が観測され、その発光強度が系統的に変化することがわかった。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8の混合ガスを、イミダゾリン誘導体を含んだテープ上もしくはシート上に吹き付ける態様で検出できた。
2-(4-Dimethylaminophenylvinyl)-1-decylbenzimidazole約5mgおよび溶媒の1種であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)0.5mLを含んだクロロホルム混合液を約45℃に加熱し、そこへドライ窒素ベースのガス状の飽和C5F8をバブリングし、吸収スペクトルの状態を観測した。その結果、約480nm前後に特異的な吸収が観測されることがわかった。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8の混合ガスを、その態様によることなく検出できた。
2-Naphtyl-1-propyimidazoline5mgを、エタノール5mLと0.5mLのPEG200(低分子量ポリエチレングリコール)に溶解させ、その混合溶液を、ポリスチレンビーズ(200−400mesh)500mgに浸み込ませた。得られた粉体を自然乾燥後、約2時間ロータリーポンプで減圧下におき十分に乾燥させた。次に、乾燥した粉体をキャピラリーガラス細管に約1cm詰め、窒素ベースのガス状の濃度約1%(104ppm)のC4F6を約10mL通したところ、励起光365nmにおいて、明らかな蛍光が顕微鏡により観測された。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素の一種であるC5F8を検出できた。
2-Naphtyl-1-propylimidazoline約100mgと3−ヒドロキシフラボン約300mgを溶媒の1種であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)5mLへ混合した。そこへドライ窒素ベースのガス状の濃度約500ppmのC5F8を約5mLバブリングしたところ、可視吸収変化が500〜600nmにおいて確認できた。
以上、光学的変化の手法の一つを使うことにより、フッ素化不飽和炭化水素であるC5F8を検出できた。
Claims (14)
- フッ素化不飽和炭化水素と、下記の一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物との反応を用いて、フッ素化不飽和炭化水素を検出することを特徴とする検出方法。
- 前記反応による光学的変化を検出することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
- 前記反応による発光状態変化を検出することを特徴とする請求項1に記載の検出方法。
- 前記一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物以外の有機物が共存する態様を用いて検出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の検出方法。
- 前記フッ素化不飽和炭化水素が、C5F8又はC4F6或いはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の検出方法。
- 前記C5F8が、オクタフルオロシクロペンテンである請求項5に記載の検出方法。
- 前記C4F6が、ヘキサフルオロブタジエン又はヘキサフルオロシクロブテン或いはこれらの混合物である請求項5に記載の検出方法。
- 前記反応における、吸光度、反射率、赤外振動、発光、蛍光、燐光、屈折率、液晶状態、及びX線による光電子運動エネルギーの変化の群から選ばれる1つ又は2つ以上の光学的変化を検出することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の検出方法。
- 前記反応における、発光状態の変化を用いることにより、濃度が0.1%以下のフッ素化不飽和炭化水素を検出することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の検出方法。
- フッ素化不飽和炭化水素を検出するために用いられる検出剤であって、下記の一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を有効成分とすることを特徴とするフッ素化不飽和炭化水素の検出剤。
- フッ素化不飽和炭化水素を検出するためのセンサーであって、検出部に、下記の一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を用いたことを特徴とするフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
- 前記一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を含む液体が多孔質材に含浸されていることを特徴とする請求項11に記載のフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
- 前記多孔質材が、セルロース、ポリマー又は多孔質アルミナである請求項12に記載のフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
- 前記一般式(I)で表されるイミダゾリン骨格を有する化合物を含有するポリマーを用いることを特徴とする請求項11〜13のいずれか一項に記載のフッ素化不飽和炭化水素の検出センサー。
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