JP2793077B2 - 水素化物ガス検出用テ−プ - Google Patents

水素化物ガス検出用テ−プ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素化物ガスをセルロ
−ステ−プ上の呈色剤と反応させて生じる反応痕から光
学的に検出するのに最適なガス検出用テ−プに関する。
【0002】
【従来の技術】金属水素化物、例えばシラン(Si
4)、アルシン(AsH3)、ホスフイン(PH3)、ジボラ
ン(B2H6)などは無色、無臭の気体であるため、人の五
感による検出が極めて困難である。このためこれら毒性
の強いガスを取り扱う半導体工業などでは水素化物ガス
に感応するガス検出装置が設置されている。これら水素
化物ガスに対する電気化学的ガスセンサや半導体ガスセ
ンサの検出感度が極めて低いので、通常、反応により光
学的変化を生じる試薬との呈色反応させ、この時に生じ
た反応痕の濃度を光学濃度測定装置により測定して検出
することが行われている。
【0003】このような呈色剤としては硝酸銀(AgN
O3)がよく知られている。硝酸銀を使用した水素化物検
出用テ−プは、通気性を備えたセルロ−ステ−プに硝酸
銀を担持させ、硝酸銀が水素化物ガスに晒されて還元さ
れた時に銀コロイドの反応痕を形成させるように構成さ
れている。この反応痕の光学的濃度を測定することによ
り水素化物の濃度を容易に知ることができる。しかしな
がら、硝酸銀は感光性が極めて高いため、硝酸銀を使用
した水素化物ガス検出テ−プは通常、遮光状態での保管
が必要となるが、それでも24時間程度で褐色に変色す
るという大きな問題を抱えている。このような問題を解
消するために、硝酸銀や吸湿剤を含浸させたセルロ−ス
テ−プに硝酸銀などの強酸を添加して、光による銀コロ
イドの生成を可及的に抑えて耐光性を向上させたものが
提案されている(特開昭58-99753号公報)。硝酸銀が添
加された水素化物検出用テ−プは、遮光容器に収容して
保管すれば変色を招くことなく半年位は保存が可能であ
る。
【0004】しかしながら、耐光性を向上させるために
添加されている硝酸が試薬担持体であるセルロ−スをニ
トロ化してしまうため、長期間の間にテ−プの機械的強
度が急激に低下する。このような問題は、ガスサンプリ
ング手段や光学的濃度検出手段を組込んだ自動測定装置
に使用した場合に大きな問題となる。つまり、自動測定
のためには一定周期でガス検出用テ−プの未使用部分を
測定エリアに対向露出させる必要上、通常検出テ−プ
は、保存リ−ルに収容され、使用時に測定エリアを経由
するようにして巻取りリ−ルに掛け渡され他状態で測定
装置にセットされており、1回のガスサンプリングが終
了した段階で一定長だけ未使用部分を測定エリアに繰出
されていく。この繰出し時にかなり大きな張力がテ−プ
に作用するため、機械的強度が低下している場合には、
切断されてしまい測定が中断するという問題がある。
【0005】このような問題を解消するために本出願人
は、先に耐光性を向上させるために、硝酸に替えてパラ
トルエンスルホン酸を使用したものを提案した(特開平
2-275352号公報)。このテ−プは、長期間に渡って変色
もまたセルロ−スのニトロ化も生じないため、常に製造
時と同一の性能を維持できて、極めて使い勝手が高いと
いう特徴がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、呈色剤
として硝酸銀を使用している関係上、測定感度がサンプ
リングガスや環境の湿度に大きく左右されるため、測定
結果に大きな誤差を含むという不都合がある。本発明は
このような事情に鑑みてなされたものであって、その目
的とするところは耐光性、及び機械的強度に優れてい
て、そのうえに環境湿度の如何に関わりなく検出感度が
一定した水素化物ガス検出用テ−プを提供することであ
る。本発明の第二の目的は、水素化物ガスのうち、呈色
反応による検出が従来困難とされていたシランの検出を
可能ならしめた水素化物検出用テ−プを提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ガス吸着剤及び保湿剤を含
有する多孔性セルロ−ス紙片に、過塩素酸銀を呈色剤と
して、またパラトルエンスルホン酸を耐光性向上剤とし
て含浸させた。
【0008】
【作用】テ−プ上に担持されている過塩素酸銀が水素化
物ガスと反応し、ガスの濃度に応じてた量だけ還元され
てコロイド銀を析出し反応痕を生じる。反応痕の濃度が
水素化物の濃度に比例するので、これの光学的濃度を測
定することにより水素化物ガスの濃度を知ることができ
る。
【0009】
【実施例】そこで、以下に本発明の詳細を実施例に基づ
いて説明する。試薬を担持するセルロ−ステ−プは、植
物繊維を梳いて通気性を有するシ−ト体に整形し、これ
を漂白して可及的に白色としたものにケイ酸(H2Si
O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化アルミニウム(A
l2O3)等のガス吸着剤を被覆した後、テ−プ状に裁断し
て構成されている。
【0010】このガス吸着剤は、気体や液体さらには溶
解物質を担持するもので、反応に必要な水分や、水素化
物ガスを吸着してテ−プ上の過塩素酸銀との反応を促進
させる作用をする。このセルロ−ステ−プに、1平方米
当り過塩素酸銀を1.3乃至2.5グラム、パラトルエ
ンスルホン酸を1乃至3グラム、グリセリンを25グラ
ム含浸担持させる。
【0011】セルロ−ステ−プにこれら試薬を担持させ
る手法としては、メタノ−ルなどの有機溶媒に、過塩素
酸銀を濃度0.5〜2.0w/vパ−セント、パラトル
エンスルホン酸を1w/vパ−セント、グリセリンを1
5vパ−セント溶解させてなる調製液に、上述したセル
ロ−ステ−プを浸漬し、溶液としてセルロ−ス内に含浸
させる。ついでテ−プを調製液から引上げ、テ−プに含
まれている有機溶媒を室温で蒸発させるという工程を経
ることにより、試薬だけをテ−プに残留させることがで
きる。
【0012】図2は、ガス検出テ−プを用いてガス濃度
を測定するための装置の一例を示すものであって、図中
符号1は、テ−プ2の搬送経路に対向させて配置された
ガス吸引部で、テ−プ2に対向する面には直径1センチ
メ−トル程度の通孔3が穿設されており、パイプ4を介
して図示しない吸引ポンプからの負圧が作用するように
構成されている。
【0013】5は、ガス吸引部1の通孔3に対向するテ
−プ2の他面側に配置された測定ヘッド部5で、吸引部
1の通孔と対向する位置に通孔が形成された遮光容器と
して構成されており、内部に発光素子7と受光素子8
を、テ−プ2上に形成された反応痕を検出できるような
関係でもって配置収容し、さらに一端に被検ガスの導入
口9を設けて構成されている。上述したガス検出用テ−
プをリ−ル10,11にテ−プをセットし、吸引部4に
図示しないポンプからの吸引圧を作用させると、導入口
9から測定ヘッド部5に被検ガスが吸込まれる。この被
検ガスは、通孔6から検出用テ−プ2を経由して通孔3
から外部に排出される。被検ガスが検出用テ−プ2を通
過する過程でテ−プ2上の過塩素酸銀が水素化物である
アルシンと選択的に反応し、アルシンの濃度に対応した
コロイド銀がテ−プ表面に析出する。
【0014】このようにして所定のサンプリング時間、
例えば20秒程度が経過した時点で、吸引を停止して反
応痕の光学的濃度の測定工程に移る。発光素子7からの
光は、テ−プ表面に形成された反応痕の光学的濃度に応
じて吸収を受けるので、測定開始前の光学的濃度、つま
りテ−プのバックグランドとの光学的な濃度差を求める
ことによりテ−プを通過した水素化物ガスの濃度、もし
くは積算量を知ることができる。1サンプリング分の測
定が終了した時点で、巻取りリ−ル10を駆動してリ−
ル11に収容されているテ−プの未使用部分を測定領域
に移動させる。
【0015】図3は、上述の測定装置を用いてアルシン
の濃度を替えながら光学的濃度の変化を測定した結果を
示すものであって、図中符号(A)、(B)は、上述し
た本発明の水素化物ガス検出用テ−プの、また図中符号
(C)は、呈色剤に硝酸銀を使用した従来の水素化物ガ
ス検出用テ−プの測定結果を示すもので、本発明のガス
検出用テ−プによれば検出出力がアルシンの濃度に対し
て極めて高い直線性を示すばかりでなく、硝酸銀を使用
した従来の水素化物ガス検出用テ−プよりも高い感度を
備えていることが判明した。
【0016】また、上述のガス検出用テ−プを、20ワ
ットの蛍光燈の直下30cmの所に載置し、変色が目視
で確認できるまでの時間を測定するという耐光性の加速
試験を実施したところ、20時間程度で肉眼により認識
可能な変色が生じた。一方、特開昭58-99753号公報に記
載されている従来の水素化物ガス検出用テ−プを同様の
方法により耐光性を調査したところ6時間程度で変色し
た。この結果、本発明のガス検出用テ−プは、従来の水
素化物ガス検出用テ−プに対して測定感度が優れている
ばかりでなく、耐光性も3倍程度高いことが判明した。
【0017】さらに、サンプリング管の途中に加湿手段
を接続し、被検出水素化物ガスの濃度を一定に保持し
て、湿度だけをドライガスといわれる相対湿度5パ−セ
ントからほぼ飽和状態となるまで変化させながら検出出
力の変化を調査したところ、図1における符号(A)に
示したように湿度に関わりなくほぼ一定の検出出力が得
られた。
【0018】一方、硝酸銀を呈色剤に使用する従来の水
素化物検出用テ−プを用いて同様の調査を行ったとこ
ろ、図1において符号(B)に示したように同一濃度の
ガスに対する検出出力が湿度につれて上昇し、検出感度
が湿度に大きく左右されることが判明した。また、湿度
依存性が比較的小さい特開平2-275352号公報に示された
水素化物検出テ−プを用いて同様の調査を行ったとこ
ろ、やはり湿度変化に対する出力の変動は少ないもの
の、同図に符号(C)に示したようにやはり実用上無視
できない程度の感度変化が生じた。
【0019】[実施例1]過塩素酸銀を2乃至4グラム
w/vパ−セント、パラトルエンスルホン酸1乃至5w
/vパ−セント、更にグリセリン25v/vパ−セント
をそれぞれメタノ−ルに溶解した調製液に、ガス吸着剤
が被覆されているセルロ−ステ−プを浸漬させ、引上げ
てからテ−プに含まれているメタノ−ルを室温で蒸発さ
せる。このような手法により1平方メ−トル当たり過塩
素酸銀1.3乃至2.6グラム、パラトルエンスルフォ
ン酸0.6乃至3グラム、グリセリン25グラムを保持
したテ−プを得ることができる。この検出テ−プを用い
てフォスフィン(PH3)を検出したところ、図4に示
したように高い直線性でもって検出することができた。
また、過塩素酸銀の濃度が検出感度に及す影響を調べた
ところ、図5に示したように平方米当り0.5グラム以
上であれば実用的な検出感度を得ることができ、また1
グラム/平方米乃至4グラム/平方米程度であればあら
ゆる濃度に対応することができる。尚、4グラム/平方
米以上とすることは、一応、ガスの検出は可能である
が、検出感度が低下するばかりでなく呈色剤の消費量も
多くなるため、経済的理由から得策ではない。
【0020】[実施例2]過塩素酸銀2乃至4w/vパ
−セント、パラトルエンスルホン酸1乃至5w/vパ−
セント、グリセリン25〜26v/vパ−セントの他
に、2価のアルコ−ルであるエチレングリコ−ル1乃至
15w/vパ−セントをそれぞれメタノ−ルなどの有機
溶媒100ミリリットルに溶解した調製液を用い、セル
ロ−ステ−プに過塩素酸銀1.3乃至2.6グラム/平
方米、パラトルエンスルホン酸0.6乃至3グラム/平
方米、グリセリン25グラム/平方メ−トル及びエチレ
ングリコ−ル1乃至15グラム/平方米を担持させた検
出テ−プを製作した。この実施例による水素化物検出用
テ−プにおいても前述の第1実施例と同様に、湿度に対
する感度、機械的強度、および耐光性に優れているばか
りでなく、エチレングリコ−ルが水素化物ガスと過塩素
酸銀との反応を促進させるため、あらゆる種類の水素化
物ガスに対する検出感度を向上するという大きな特徴を
備えている。特に比較的検出感度が低かったシラン(S
iH4)に対しては図6の(A)、(B)に示したよう
に、硝酸銀を指示薬に使用した水素化物ガス検出用テ−
プの検出出力(C)に比較しても3乃至4倍程度の高い
検出感度を示すようになった。なおエチレングリコ−ル
を含まない第1実施例に示した検出用テ−プは、100
倍程度の高い濃度のシランガスに対してやっと他の水素
化物ガスに対する出力を示すだけであった。このことか
ら本発明に係る水素化物検出用テ−プは、半導体工業に
使用される水素化物ガスの検出に適用することができ、
水素化物ガスを高い信頼性でモニタ−することができ
る。
【0021】なお、上述の実施例においては水素化物ガ
ス内、アルシン、ジボラン、フォスフィン、シランに例
を採って説明したが、ジシラン(Si26)、セレン化
水素(SeH2)、ゲルマン(GeH4)、硫化水素(H2
S)などの他の水素化物ガスの検出に対しても検出感度
を備えていることを確認した。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
ガス吸着剤及び保湿剤を含有する多孔性テ−プ状担体
に、呈色剤として過塩素酸銀を、また耐光性向上剤とし
てパラスルフォン酸を含浸させたので、被検ガスに含ま
れる水分による検出感度の変動を防止できてサンプリン
グガスや周囲環境の湿度に関わりなく水素化物ガスを一
定の感度で検出することができるばかりでなく、強酸を
必要とすることなく保存中の耐光性を向上させることが
できるため、テ−プのニトロ化による機械的強度の低下
をも防止できる。この結果、長期間の保存によっても製
造当時の性能を発揮させることができる。
【0023】また、第2の発明においては、過塩素酸
銀、パラスルフォン酸に加えてチレングリコ−ルを添加
したので、エチレングリコ−ルが過塩素酸銀と水素化物
ガスとの反応を促進させることになって、湿度に対する
検出感度の変動を防止して水素化物ガスをより一層高い
感度で検出することができ、特に従来、呈色反応による
検出が困難とされていたシランを検出対象に加えること
ができて、同一の装置によりほとんど全ての種類の水素
化物ガスを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】湿度に対する水素化物ガス検出感度の変化を示
す線図であって、図中(A)は本発明による水素化物検
出用テ−プの感度変化を、図中(B)(C)は、呈色剤
として硝酸銀を用いた従来の水素化物ガス検出用テ−プ
の感度変化を示すものである。
【図2】本発明の水素化物ガス検出用テ−プを用いるガ
ス検出器の原理を示す図である。
【図3】同図(A)(B)は、本発明の水素化物ガス検
出用テ−プによるアルシンの濃度と検出出力との関係を
示す線図であり、また同図(C)は硝酸銀を呈色剤に用
いた従来の水素化物ガス検出用テ−プによるアルシンの
検出出力を示す線図である。
【図4】同図(A)(B)は、それぞれ本発明の水素化
物検出用テ−プによるフォスフィンの濃度と検出出力と
の関係を示す線図であり、また同図(C)は硝酸銀を呈
色剤に用いた従来の水素化物検出用テ−プによるフォス
フィンの検出出力を示す線図である。
【図5】過塩素酸銀の濃度と検出出力との関係を示す線
図である。
【図6】同図(A)(B)はそれぞれ第一実施例の水素
化物ガス検出用テ−プにエチレングリコ−ルを添加した
場合のシランの検出出力であり、また同図(C)は硝酸
銀を呈色剤に用いた従来の水素化物検出用テ−プによる
シランの検出出力を示す線図である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガス吸着剤及び保湿剤を含有する通気性
    セルロ−ス紙片に、過塩素酸銀を呈色剤として、またパ
    ラトルエンスルホン酸を耐光性向上剤として含浸させて
    なる水素化物ガス検出用テ−プ。
  2. 【請求項2】 ガス吸着剤及び保湿剤を含有する通気性
    セルロ−ス紙片に、過塩素酸銀を呈色剤として、またパ
    ラトルエンスルホン酸を耐光性向上剤として、さらにエ
    チレングリコ−ルを増感剤として含浸させてなる水素化
    物ガス検出用テ−プ。
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