JP3804798B2 - Evaporation supply device for liquid organometallic compounds - Google Patents
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Description
本発明は、誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置(ICP)への液体有機金属化合物の気化供給装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for vaporizing and supplying a liquid organometallic compound to an inductively coupled plasma (Electrically Coupled Plasma) emission spectrometer (ICP).
近年、化合物半導体の結晶成長法として有機金属化合物を用いた有機金属気相成長法(MOCVD)が注目を集めている。MOCVD法は、化合物半導体のエピタキシャル薄膜を作製する上でよく用いられる結晶成長手段の一つであって、例えば(CH3)3Ga、(CH3)3In、或いは(CH3)3Al等の有機金属化合物を原料とし、その熱分解反応を利用して薄膜の結晶成長を行う方法である。 In recent years, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) using an organometallic compound has attracted attention as a crystal growth method for compound semiconductors. The MOCVD method is one of crystal growth means often used for producing an epitaxial thin film of a compound semiconductor. For example, (CH 3 ) 3 Ga, (CH 3 ) 3 In, (CH 3 ) 3 Al, etc. The organic metal compound is used as a raw material, and the crystal growth of the thin film is performed by utilizing the thermal decomposition reaction.
MOCVDにより得られる半導体薄膜の品質は、原料として用いられる有機金属化合物の化学的純度により大きく左右されるため、この技術が開発された当初から現在に至るまで、常により高純度な有機金属化合物が求め続けられてきた。 Since the quality of the semiconductor thin film obtained by MOCVD depends greatly on the chemical purity of the organometallic compound used as a raw material, from the beginning of this technology to the present, there has always been a higher purity organometallic compound. I have been asking.
しかしながら、有機金属化合物は、化学的な活性と毒性が非常に強いためにその取り扱いが困難で、未だ有機金属化合物中の微量不純物分析法が確立されたとは言い難い状況にある。 However, organometallic compounds are very difficult to handle because of their very strong chemical activity and toxicity, and it is still difficult to say that a method for analyzing trace impurities in organometallic compounds has been established.
現在までに報告されている有機金属化合物の微量不純物分析法は、分析装置としてはICPを用いたものが殆どであるが、ICP測定時の有機金属化合物の形態並びにICPへの有機金属化合物の導入方法・装置としては、大別して以下に示す6種類の方法が知られている。 Most of the methods for analyzing trace impurities of organometallic compounds that have been reported so far use ICP as the analyzer, but the form of organometallic compound at the time of ICP measurement and introduction of organometallic compound into ICP As methods / apparatuses, the following six types of methods are broadly known.
〈1〉加水分解法:有機金属化合物を加水分解した後、得られた水溶液をネブライザーで
エアロゾルにしてICPトーチまで供給する方法。
[例えば、Journal of Crystal Growth 77(198
6)47−54]
〈2〉溶液法:キシレン等の溶媒で希釈した有機金属化合物の混合溶液を、ネブライザー
でエアロゾルにしてICPトーチまで供給する方法。
[例えば、ANALYST,MAY 1990,VOL.115]
〈3〉Flow Injection法:有機金属化合物をジエチルエーテルと混合し、
一旦、アダクトを形成させた後、ネブライザーに通じてエアロゾルとする。次に、
そのエアロゾルをMembrane drying tubeに導入することによ
り、ジエチルエーテルを系外に除去し、残った有機金属化合物だけをICPトーチ
に供給するとした方法。
[例えば、Spectrochimica Acta.Vol.44B,No.1
0,pp.1041−1048,1989]
〈4〉Electrothermal Vaporization法:瞬時に3,000
℃程度にまで昇温可能な加熱器内に有機金属化合物を入れ、発生した有機金属化合
物の蒸気をキャリアーガスで同伴し、直接ICPトーチに導入する方法。
[例えば、JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SP
ECTROMETRY,DECEMBER 1994,VOL.9]
〈5〉直接蒸気導入法:SUS製容器内に封入された有機金属化合物にキャリアーガスを
吹き込み、得られた有機金属化合物の蒸気を直接ICPトーチに導入する方法。
[例えば、Journal of Electronic Materials,
Vol.18,No.5,1989]
〈6〉Exponential Dilution法:所定量の有機金属化合物を加熱器
内に入れて加熱し、発生した有機金属化合物の蒸気をキャリアーガスにより直接I
CPトーチに導入する方法。
[例えば、EUROPIAN PATENT APPLICATION,EP04
47747A2]
<1> Hydrolysis method: After hydrolyzing an organometallic compound, the obtained aqueous solution is aerosolized with a nebulizer and supplied to an ICP torch.
[For example, Journal of Crystal Growth 77 (198
6) 47-54]
<2> Solution method: A method in which a mixed solution of an organometallic compound diluted with a solvent such as xylene is aerosolized with a nebulizer and supplied to an ICP torch.
[For example, ANALYST, MAY 1990, VOL. 115]
<3> Flow Injection method: an organometallic compound is mixed with diethyl ether,
Once the adduct is formed, it is passed through a nebulizer to make an aerosol. next,
By introducing the aerosol into a membrane drying tube, diethyl ether was removed from the system, and only the remaining organometallic compound was supplied to the ICP torch.
[For example, Spectrochimica Acta. Vol. 44B, no. 1
0, pp. 1041-1048, 1989]
<4> Electrothermal Vaporization method: 3,000 instantaneously
A method in which an organometallic compound is placed in a heater capable of raising the temperature to about 0 ° C., and the generated organometallic compound vapor is entrained with a carrier gas and directly introduced into the ICP torch.
[For example, JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SP
ECTROMETRY, DECEMBER 1994, VOL. 9]
<5> Direct vapor introduction method: A method in which a carrier gas is blown into an organometallic compound sealed in a SUS container, and the resulting organometallic compound vapor is directly introduced into the ICP torch.
[For example, Journal of Electronic Materials,
Vol. 18, no. 5, 1989]
<6> Exponential Dilution Method: A predetermined amount of an organometallic compound is put in a heater and heated, and the generated organometallic compound vapor is directly I by carrier gas.
Method to introduce to CP torch.
[For example, EUROPIAN PATENTION APPLICATION, EP04
47747A2]
上記6種類の方法には一長一短があり、いずれも完成された有機金属化合物の分析法/ICPへの導入法とは言えないが、i)有機金属化合物の前処理が不要、ii)有機金属化合物を希釈せずに分析できるため、高感度な分析が可能、iii)不純物の経時的な濃度変化が無い、iv)測定に必要なサンプル量が微少量で済む等の理由から、〈6〉のExponential Dilution法が優れていると言われている。 The above six methods have advantages and disadvantages, and none of them are analytical methods for completed organometallic compounds / introduction methods to ICP, but i) no pretreatment of organometallic compounds is necessary, ii) organometallic compounds Because it can be analyzed without diluting, high-sensitivity analysis is possible, iii) there is no change in concentration of impurities over time, and iv) the amount of sample required for measurement is very small. The Exponential Dilution method is said to be excellent.
しかしながら、このようなExponential Dilution法を用いると、例えば有機金属化合物が充填されている容器から、シリンジ等の分注器を用いて有機金属化合物をサンプリングする必要があることから、i)サンプリング時や加熱器への導入時に被毒、火傷等、人体が損傷を受ける可能性がある、ii)サンプリング操作のときに有機金属化合物を汚染する可能性がある、iii)分析回数ごとにサンプリングを繰り返し行わなければならない等の問題があった。 However, when such an Exponential Dilution method is used, for example, it is necessary to sample the organometallic compound from a container filled with the organometallic compound using a dispenser such as a syringe. Human body may be damaged due to poisoning, burns, etc. when introduced into the heater, ii) Organometallic compounds may be contaminated during sampling operation, iii) Repeated sampling every analysis There was a problem such as having to.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、人体に対して有害な有機金属化合物を安全に取り扱えるだけではなく、高価な有機金属化合物を極少量しか用いなくても、非常に高感度で再現性のあるICP分析が可能な液体有機金属化合物の気化供給装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and not only can safely handle organometallic compounds that are harmful to the human body, but can be reproduced with very high sensitivity even if only a very small amount of expensive organometallic compounds are used. An object of the present invention is to provide an apparatus for vaporizing and supplying a liquid organometallic compound capable of performing reliable ICP analysis.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、1)液体有機金属化合物を充填した液体原料容器から液体原料の流量を制御する液体用マスフロコントローラーを経て、液体原料を気化する気化装置に接続された液体原料経路と、
2)キャリアーガス源からキャリアーガス用マスフロコントローラーを経て前記気化装置に接続されたキャリアーガス経路とを有し、
3)更に、前記気化装置の下流側に設置したインラインモニターを経て誘導結合型プラズマ(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置(ICP)の試料導入口に通じるガス経路に、校正用標準ガスの流量制御に必要な気体用マスフロコントローラーを設置したガス経路を接続させる
ことにより、シリンジ等の分注器による煩雑で危険な液体有機金属化合物のサンプリング操作が不要となり、人体に対する安全性が格段に向上するだけではなく、サンプリング時の汚染を回避することができたり、高価な有機金属化合物を極少量しか用いなくても、非常に高感度で再現性の高いICP分析が可能になること、更に、本発明の液体有機金属化合物の気化供給装置は、複数の校正用標準ガスを同時に発生させることができるため、広範な不純物の定性・定量分析を瞬時に行うことができること、これらの結果、極めて安全性が高く、しかも非常に高感度で再現性の高いICP分析を行うことができることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have 1) vaporize a liquid raw material from a liquid raw material container filled with a liquid organometallic compound through a liquid mass flow controller for controlling the flow rate of the liquid raw material. A liquid feed path connected to the vaporizer;
2) a carrier gas path connected to the vaporizer from a carrier gas source via a carrier gas mass flow controller;
3) Further, the flow rate control of the calibration standard gas is performed in the gas path leading to the sample inlet of the inductively coupled plasma (ICP) through an inline monitor installed on the downstream side of the vaporizer. By connecting a gas path equipped with a mass flow controller for gas necessary for the operation, sampling of complicated and dangerous liquid organometallic compounds by a dispenser such as a syringe becomes unnecessary, and the safety to the human body is greatly improved. In addition to avoiding contamination during sampling, ICP analysis with extremely high sensitivity and high reproducibility is possible even with a very small amount of expensive organometallic compound. The apparatus for vaporizing and supplying a liquid organometallic compound of the invention can generate a plurality of calibration standard gases simultaneously. As a result, it is possible to perform qualitative and quantitative analysis of a wide range of impurities instantaneously, and as a result, it is possible to perform ICP analysis that is extremely safe, extremely sensitive, and highly reproducible. The present invention has been made.
従って、本発明は、以下の気化供給装置を提供する。
[I](1)液体有機金属化合物が収容された液体原料容器と、前記液体有機金属化合物を気化する気化装置と、前記容器と気化装置とを接続し、前記液体有機金属化合物の流量を制御する液体用マスフロコントローラーが介装された液体原料経路と、
(2)キャリアーガス源と、このキャリアーガス源と前記気化装置とを接続し、キャリアーガス用マスフロコントローラーが介装されたキャリアーガス経路と、
(3)一端が前記気化装置のガス導出路に接続されていると共に、他端が誘導結合型プラズマ発光分光分析装置の試料導入口に接続され、インラインモニターが介装された試料ガス経路と、
(4)更に校正用標準ガスが充填されたガスボンベと、このガスボンベと前記試料ガス経路のインラインモニター介装位置より下流側の所用部とを接続し、校正用標準ガスの流量を制御する標準ガス用マスフロコントローラーが介装された標準ガス経路とを具備していることを特徴とする液体有機金属化合物の気化供給装置、
[II]複数の校正用標準ガスボンベが配設されていると共に、これらの標準ガスの流量を制御する標準ガスマスフロコントローラーがそれぞれ介装された複数の標準ガス経路を備えた(1)記載の気化供給装置。
Accordingly, the present invention provides the following vaporization supply apparatus.
[I] (1) A liquid source container containing a liquid organometallic compound, a vaporizer for vaporizing the liquid organometallic compound, and the container and the vaporizer are connected to control the flow rate of the liquid organometallic compound. A liquid material path in which a liquid mass flow controller is installed,
(2) a carrier gas source, a carrier gas path connecting the carrier gas source and the vaporizer, and having a carrier gas mass flow controller interposed therebetween;
(3) a sample gas path in which one end is connected to the gas outlet path of the vaporizer and the other end is connected to the sample inlet of the inductively coupled plasma emission spectrometer, and an inline monitor is interposed;
(4) A standard gas for controlling the flow rate of the calibration standard gas by connecting the gas cylinder filled with the calibration standard gas and the gas cylinder and a required part downstream of the in-line monitor interposition position of the sample gas path. A vaporizing and supplying apparatus for a liquid organometallic compound, characterized in that it comprises a standard gas path in which a mass flow controller is interposed
[II] The vaporization according to (1), wherein a plurality of standard gas cylinders for calibration are provided, and a plurality of standard gas passages each including a standard gas mass flow controller for controlling the flow rate of these standard gases are provided. Feeding device.
本発明の液体有機金属化合物の気化供給装置は、原料容器に充填されている液体有機金属化合物の流量をマスフロコントローラーで正確に計測・制御した後に気化装置でガス化させ、完全にガス化した有機金属化合物ガスの濃度をインラインモニターで確認することにより、常に正確な濃度を有する有機金属化合物ガスをICP装置に導入することができる。また、校正用標準ガスを直接ICP装置に供給できるため、有機金属化合物ガス中に残存する不純物濃度の定性・定量分析をインラインで行うことが可能である。そのため、シリンジ等の分注器による煩雑で危険な液体有機金属化合物のサンプリング操作が不要となり、人体に対する安全性が格段に向上するだけではなく、サンプリング時の汚染を回避することができたり、或いは高価な有機金属化合物を極少量しか用いなくても、非常に高感度で再現性の高いICP分析が可能になる。 The liquid organometallic compound vaporization supply device of the present invention was completely gasified by gasifying with a vaporizer after accurately measuring and controlling the flow rate of the liquid organometallic compound filled in the raw material container with a mass flow controller. By confirming the concentration of the organometallic compound gas with an in-line monitor, it is possible to always introduce an organometallic compound gas having an accurate concentration into the ICP apparatus. In addition, since the calibration standard gas can be directly supplied to the ICP apparatus, it is possible to perform in-line qualitative and quantitative analysis of the impurity concentration remaining in the organometallic compound gas. Therefore, the sampling operation of a complicated and dangerous liquid organometallic compound by a dispenser such as a syringe is not required, and not only the safety to the human body is greatly improved, but also contamination during sampling can be avoided, or Even if only a very small amount of expensive organometallic compound is used, ICP analysis with very high sensitivity and high reproducibility becomes possible.
以下、本発明につき図面を参照して更に詳しく説明する。
図1は、本発明の第1発明に係る液体有機金属化合物の気化供給装置の一実施例を示し、図中1は液体有機金属化合物(MO)を収容する液体原料容器、2はアルゴンガス等のキャリアーガス源、3は気化装置である。また、G1は液体原料容器1と気化装置3とを接続する液体原料経路であり、この経路G1には、前記液体有機金属化合物の流量を制御する液体用マスフロコントローラーMFC−1が介装されていると共に、このMFC−1介装位置より上流側及び下流側にそれぞれ開閉バルブV1及びV2が介装されている。なお、前記経路G1の容器1側の端部はディップチューブとして構成され、その先端は有機金属化合物中に浸漬されている。G2は、前記キャリアーガス源2と気化装置3とを接続するキャリアーガス経路で、この経路G2には、キャリアーガスの流量を制御するキャリアーガス用マスフロコントローラーMFC−2が介装され、この介装位置より上流側には開閉バルブV3が介装されている。更に、G3は容器1とキャリアーガス源2とを接続する経路で、上流側には調圧器4、下流側には開閉バルブV4がそれぞれ介装されている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a vaporized supply apparatus for a liquid organometallic compound according to the first invention of the present invention. In the figure, 1 is a liquid raw material container for storing a liquid organometallic compound (MO), 2 is an argon gas, etc. The
10はICP装置であり、前記気化装置3のガス導出路とICP装置10の試料導入口とは、試料ガス経路G4によって接続されている。この経路G4には、インラインモニター5が介装され、更にこれより下流側には開閉バルブV5が介装されている。なお、11はプラズマトーチ、12はインジェクター、13はRFコイル、14はプラズマ炎を示す。
また、6は校正用標準ガスが充填されたガスボンベで、このガスボンベ6は、標準ガス経路G5によって、前記試料ガス経路G4の前記インラインモニター5介装位置と開閉バルブV5介装位置との間の部位と接続されている。ここで、経路G5には、上流側より下流側に向けて順次調圧器4’、校正用標準ガスの流量を制御する標準ガス用マスフロコントローラーMFC−3、開閉バルブV6がそれぞれ介装されている。この場合、前記標準ガス経路G5の前記開閉バルブV6介装位置より下流側部位には、一端がキャリアーガス源2と接続され、上流側より下流側に向けて順次開閉バルブV7、気体用マスフロコントローラーMFC−4、開閉バルブV8がそれぞれ介装されたキャリアーガス経路G6の他端が連結されており、また、標準ガス経路G5の調圧器4’介装位置とMFC−3介装位置との間の部位に、一端がキャリアーガス源2に接続され、開閉バルブV9が介装されたキャリアーガス経路G7の他端が連結されている。更に、標準ガス経路G5のMFC−3介装位置と開閉バルブV6介装位置との間の部位には、開閉バルブV10が介装されたパージ経路G8が分岐されている。
Reference numeral 6 denotes a gas cylinder filled with a calibration standard gas. This gas cylinder 6 is located between the
なお、前記試料ガス経路G4のインラインモニター5介装位置と開閉バルブV5介装位置との間にも、開閉バルブV11を介装するパージ経路G9が分岐されている。
Note that a purge path G9 having an opening / closing valve V11 is also branched between the
前記気化装置3は、その内部に気液混合部及びノズル部が互いに近接して配置され、前記気液混合部において液体有機金属化合物を流量制御しながらキャリアーガスと混合し、このとき生成した気液混合体を前記ノズル部から噴霧状態で放出して前記液体有機金属化合物を気化し、この気化によって発生した有機金属化合物ガスを前記キャリアーガスとともに前記ノズル部の下流側のガス導出路から取り出すようにしてある。更に前記気化装置3には、加温器が設置してあり、前記有機金属化合物ガスを効率よく、安定した状態でガス化することができる。
The
インラインモニター5はガス経路G4内の原料濃度を測定する装置で、ICPに供給する原料ガス濃度が設定値になっているかどうかを確認するために配置されている。その測定原理としては、前記インラインモニター5に内蔵されている赤外吸収セルに有機金属化合物ガスを通過させることにより、そのガス特有の赤外吸収を赤外線検出器で測定し濃度に変換している。ここで、濃度を計測された有機金属化合物ガスは、そのままガス経路G4を経由してICP10に導入されるが、ガス経路内の有機金属化合物ガスの濃度を更に安定させるためには、必要に応じ開閉バルブV5を閉弁、開閉バルブV11を開弁した状態で経路G9よりガスパージを行うことが効果的である。
The in-
また、バルブ切り替えの際に多少の圧力変動が生じる可能性があるが、それを軽減させるためには、図2のように、開閉バルブV5とV11を一体化した2連式ブロックバルブ(空気作動式)を用いることにより、圧力変動もなく瞬時に供給経路を変更することができる。 In addition, there is a possibility that some pressure fluctuation may occur at the time of valve switching. In order to reduce this, as shown in FIG. 2, a double block valve (pneumatic operation valve) in which the open / close valves V5 and V11 are integrated. By using (Equation), the supply path can be changed instantaneously without pressure fluctuation.
前記校正用標準ガスは、液体有機金属化合物(MO)中に残存する不純物濃度を定量するために必要な基準ガスであるが、分析対象となる不純物と同じ元素を含有している化合物を高純度アルゴンガスで希釈し、それをAPI−MS(Atmosphere Pressure Ionization−Mass Spectrometer)等の高性能分析装置でガス濃度を精密に分析することで作製される。この校正用標準ガスは、標準ガス用マスフロコントローラーMFC−3を介装した経路G5を通じてICPに導入されるが、この際に前記マスフロコントローラーMFC−3でICPへの供給ガス流量を任意に変えることで、分析対象となる不純物濃度の検量線(不純物濃度対ICPのピーク感度)を作成することができる。 The calibration standard gas is a reference gas necessary for quantifying the concentration of impurities remaining in the liquid organometallic compound (MO), but the compound containing the same element as the impurity to be analyzed has a high purity. It is prepared by diluting with argon gas and precisely analyzing the gas concentration with a high-performance analyzer such as API-MS (Atmosphere Pressure Ionization-Mass Spectrometer). The calibration standard gas is introduced into the ICP through the path G5 having the standard gas mass flow controller MFC-3 interposed. At this time, the flow rate of gas supplied to the ICP is arbitrarily set by the mass flow controller MFC-3. By changing, a calibration curve of impurity concentration to be analyzed (impurity concentration vs. ICP peak sensitivity) can be created.
校正用標準ガスに使用可能な化合物は、目的とする金属が含有され、適当な蒸気圧を有し、多種類の化合物を混合したときでも互いに複雑な化学変化を起こさないものがよく、例えばシリコン不純物を測定しようとする場合にはテトラメチルシラン、ゲルマニウム不純物であればテトラメチルゲルマンが好ましい。また、化合物を希釈するガスはアルゴンが最適で、その濃度は0.1〜1,000ppm、好ましくは1〜100ppmである。また、前記校正用標準ガスは、正確な金属濃度をAPI−MS等の高性能分析装置で検定しなければならない。前記校正用標準ガスは、マスフロコントローラーMFC−3を通り、ICPに導入されることにより各元素に対応したピーク強度が測定されるが、このピーク強度と標準ガス濃度から得られた検量線を用いることで、有機金属化合物ガス中の不純物濃度を正確に求めることができる。 A compound that can be used as a calibration standard gas contains a target metal, has an appropriate vapor pressure, and does not cause a complicated chemical change even when various kinds of compounds are mixed. Tetramethylsilane and tetramethylgerman are preferred when impurities are to be measured. The gas for diluting the compound is optimally argon, and its concentration is 0.1 to 1,000 ppm, preferably 1 to 100 ppm. The calibration standard gas must be calibrated with a high-performance analyzer such as API-MS for an accurate metal concentration. The calibration standard gas passes through the mass flow controller MFC-3 and is introduced into the ICP to measure the peak intensity corresponding to each element. The calibration curve obtained from the peak intensity and the standard gas concentration is used as a calibration curve. By using it, the impurity concentration in the organometallic compound gas can be accurately obtained.
前記校正用標準ガスのガス経路内濃度を更に安定させるためには、必要に応じ開閉バルブV6を閉弁、開閉バルブV10を開弁した状態で、経路G8よりガスパージを行うことが効果的である。 In order to further stabilize the concentration of the calibration standard gas in the gas path, it is effective to perform gas purging from the path G8 with the on-off valve V6 closed and the on-off valve V10 opened as necessary. .
また、バルブ切り替えの際に多少の圧力変動が生じる可能性があるが、それを軽減させるためには、図3のように、開閉バルブV6とV10を一体化した2連式ブロックバルブ(空気作動式)を用いることにより、圧力変動もなく瞬時に供給経路を変更することが可能となる。 In addition, there is a possibility that some pressure fluctuation may occur at the time of valve switching. In order to reduce this, as shown in FIG. 3, a double block valve (pneumatic operation valve) in which the open / close valves V6 and V10 are integrated. By using (Equation), it is possible to change the supply path instantaneously without pressure fluctuation.
有機金属化合物ガスや校正用標準ガスを配管経路に通じて輸送すると、配管内壁に有機金属化合物や金属成分が吸着されるため、これがメモリー効果となって分析結果に悪影響を与えることがある。そこで、この影響を排除するために、前記経路G4の前記気化装置3の下流側から前記インラインモニター5に至る配管及び前記インラインモニター5の下流側からICP10に至る配管、並びに経路G5の開閉バルブV6の下流側の配管、経路G6の開閉バルブV8の下流側の配管、更には経路G9の上流側の配管には、テープヒーター等の加熱器7を付設することが好ましい。
When the organometallic compound gas or the calibration standard gas is transported through the piping path, the organometallic compound or the metal component is adsorbed on the inner wall of the piping, which may have a memory effect and adversely affect the analysis result. Therefore, in order to eliminate this influence, a pipe from the downstream side of the
また、校正用標準ガスのメモリー効果を瞬時に除去するために、開閉バルブV7、気体用マスフロコントローラーMFC−4、開閉バルブV8を通って、経路G6よりパージガスを流すことが可能である。 In order to instantaneously remove the memory effect of the calibration standard gas, the purge gas can be flowed from the path G6 through the opening / closing valve V7, the gas mass flow controller MFC-4, and the opening / closing valve V8.
図4は、第2発明の実施例を示す。この例は、2種の校正用標準ガスをそれぞれ充填するガスボンベ6a,6bをそれぞれ配設したもので、これらガスボンベ6a,6bにはそれぞれ上流側より下流側に向けて順次調圧器4’a,4’b、標準ガス流量を制御する標準ガス用マスフロコントローラーMFC−3a,MFC−3b、及び開閉バルブV6a,V6bを介装する標準ガス経路G5a,G5bの一端が接続されていると共に、これら経路G5a,G5bの他端は標準ガス供給経路G5cの一端に接続され、この経路G5cの他端が前記試料ガス経路G4のインラインモニター5介装位置と開閉バルブV5介装位置との間の部位に接続されている。また、前記両経路G5a,G5bには、それぞれバルブV8a,V8b,V9a,V9bを介装する経路G6,G7が接続し、更にバルブV10a,V10bを介装するパージ経路G8a,G8bが分岐しており、その他の構成は図1と同様である。
FIG. 4 shows an embodiment of the second invention. In this example,
なお、校正用標準ガスの種類は3種以上でもよく、この場合、それらのボンベに上記と同様の標準ガス経路を設ければよい。 Note that the number of calibration standard gases may be three or more, and in this case, a standard gas path similar to the above may be provided in these cylinders.
前記校正用標準ガスは、分析対象となる不純物の種類に対応するため、最終的には分析に必要な元素の数だけ必要となる。装置の簡略化のためには、測定対象となる全ての金属含有化合物を一本の圧力容器に仕込んだ、多元素校正用標準ガスを作製するべきであるが、化合物の種類によっては化学反応で不揮発性の化合物を生じたり、或いは別の化合物に変わったりすることもある。そこで、互いに混合しても安定な化合物同士を幾つかのグループに分割する必要性が生じ、複数の校正用標準ガスとそれに応じた供給経路が要求されることになるが、ICPの操作性等を考慮すると前記校正用標準ガスの種類と気体用マスフロコントローラーの使用台数、並びにガス経路は2−5系統であることが望ましい。 Since the calibration standard gas corresponds to the type of impurities to be analyzed, the number of elements necessary for the analysis is finally required. In order to simplify the equipment, a standard gas for multi-element calibration should be prepared in which all the metal-containing compounds to be measured are charged in a single pressure vessel. A non-volatile compound may be produced, or it may be changed to another compound. Therefore, it becomes necessary to divide the stable compounds into several groups even if they are mixed with each other, and a plurality of calibration standard gases and supply paths corresponding thereto are required. In view of the above, it is desirable that the type of calibration standard gas, the number of gas mass flow controllers used, and the gas path are 2-5 systems.
更に、本発明の液体有機金属化合物の気化供給装置は、第1発明及び第2発明の液体有機金属化合物(MO)を充填した液体原料容器1から気化装置3に至る液体原料経路G1の配管長を出来るだけ短くし、また配管外径も1/8インチ以下のものを使用したり、更に前記原料容器1に付設した前記メインバルブV1も出来るだけ小さなサイズを用いることで、前記液体用マスフロコントローラーMFC−1内、気化装置3内、メインバルブV1、或いは液体原料経路G1内のデッドボリュームを最小限に留めることができる。
Furthermore, the liquid organic metal compound vaporization supply apparatus of the present invention is a pipe length of the liquid raw material path G1 from the liquid
本発明の液体有機金属化合物の気化供給装置において、第1発明、第2発明の液体用マスフロコントローラーMFC−1から気化装置3に供給される液体有機金属化合物(MO)原料の流量は0.005〜1g/毎分、より好ましくは0.01〜0.1g/毎分であり、また気化装置3に供給されるキャリアーガスの流量は10〜3,000ml/毎分、より好ましくは50〜1,000ml/毎分の範囲である。
In the apparatus for vaporizing and supplying a liquid organometallic compound of the present invention, the flow rate of the liquid organometallic compound (MO) raw material supplied to the
更に、本発明の液体有機金属化合物の気化供給装置において、第1発明、第2発明の標準ガス用マスフロコントローラーMFC−3の流量が0.1〜100ml/毎分、より好ましくは1〜10ml/毎分の範囲である。 Furthermore, in the apparatus for vaporizing and supplying a liquid organometallic compound according to the present invention, the flow rate of the mass flow controller MFC-3 for standard gas according to the first and second inventions is 0.1 to 100 ml / min, more preferably 1 to 10 ml. / The range is every minute.
開閉バルブV3を開き、事前にキャリアーガス流量を設定したキャリアーガス用マスフロコントローラーMFC−2にキャリアーガスを通じることで、気化装置3からガス経路G4よりインラインモニター5を経由してICPにキャリアーガスが輸送される。この状態で行ったICP測定の結果をブランクとする。
By opening the open / close valve V3 and passing the carrier gas through the carrier gas mass flow controller MFC-2 for which the carrier gas flow rate has been set in advance, the carrier gas is transferred from the
調圧器4で所定の圧力に調整したキャリアーガスを、開閉バルブV4を経由して液体原料容器1に通じることで、前記液体原料容器1内の内圧が高まる。この状態でメインバルブV1を開くと液体有機金属化合物(MO)がディップチューブからメインバルブV1を通り、液体用マスフロコントローラーMFC−1付近にまで達するが、更に開閉バルブV2を開くことで前記液体有機金属化合物が前記液体用マスフロコントローラーMFC−1に到達し、それと同時に流量制御を開始する。
By passing the carrier gas adjusted to a predetermined pressure by the
これにより、一定流速の前記液体有機金属化合物(MO)が経路G1を通り気化装置3まで供給されるが、ここでキャリアーガス用マスフロコントローラーMFC−2から大量に輸送されているキャリアーガスで希釈・混合されるとともに、気化装置3内で所定温度、例えば150℃まで瞬時に加熱され、完全にガス化した有機金属化合物は、経路G4を通ってインラインモニター5まで高速で輸送される。
As a result, the liquid organometallic compound (MO) having a constant flow rate is supplied to the
前記インラインモニター5は、キャリアーガスに希釈・混合された有機金属化合物ガス濃度を測定し、所定の濃度になっているか否かを判断する。前記インラインモニター5から排出された前記有機金属化合物ガスは、経路G4から開閉バルブV5を経由してICP10に導入される。
The in-
また、前記有機金属化合物ガス内の不純物量を正確に定量するために、校正用標準ガスを標準ガス用マスフロコントローラーMFC−3を通り、経路G5より更に経路G4を経由してICP10に導入することができる。
Further, in order to accurately quantify the amount of impurities in the organometallic compound gas, the calibration standard gas is introduced into the
ここで、ICP分析の対象となる液体有機金属化合物(MO)は、MOCVD用原料として用いられるものであれば特に制限はないが、III−V族やII−VI族半導体などの所謂化合物半導体材料の微量分析に顕著な効果を発揮する。 Here, the liquid organometallic compound (MO) to be subjected to ICP analysis is not particularly limited as long as it is used as a raw material for MOCVD, but so-called compound semiconductor materials such as III-V and II-VI semiconductors. It has a remarkable effect on trace analysis.
具体的な化合物の名称としては、トリメチル(エチル)ガリウム、トリメチル(エチル)インジウム、トリメチル(エチル)アルミニウム、ジメチル(エチル)亜鉛、ターシャリーブチルホスフィン、ターシャリーブチルアルシン等が挙げられるが、これに限定される訳ではなく、常温・常圧で僅かにでも蒸気圧がある液体の有機金属化合物、有機化合物、水素化金属化合物、ハロゲン化金属化合物であるならば、全ての化合物が分析対象となる。但し、分析対象となる金属不純物に蒸気圧がなく、キャリアーガスによる輸送ができなければ基本的に分析はできない。 Specific compound names include trimethyl (ethyl) gallium, trimethyl (ethyl) indium, trimethyl (ethyl) aluminum, dimethyl (ethyl) zinc, tertiary butylphosphine, tertiary butylarsine, and the like. It is not limited, and all compounds can be analyzed as long as they are liquid organometallic compounds, organic compounds, metal hydride compounds, metal halide compounds that have a slight vapor pressure at normal temperature and normal pressure. . However, analysis is basically impossible unless the metal impurity to be analyzed has vapor pressure and cannot be transported by carrier gas.
より具体的に前記装置の作動例を示すと下記の通りである。
まず、ICP−AESのプラズマトーチを点灯させ、プラズマが安定に燃焼していることを確認する。開閉バルブV5を開弁し、キャリアーガス(アルゴン)を気体用マスフロコントローラーMFC−2で流量制御をしておく。キャリアーガスの流量は、アルゴンプラズマを安定して燃焼させるために必要な500〜700ml/毎分に設定する。この時、キャリアーガスは気化装置3、インラインモニター5を通じてICPに供給される。
More specifically, the operation example of the apparatus is as follows.
First, the ICP-AES plasma torch is turned on to confirm that the plasma is combusting stably. The on-off valve V5 is opened, and the flow rate of the carrier gas (argon) is controlled by the gas mass flow controller MFC-2. The flow rate of the carrier gas is set to 500 to 700 ml / min necessary for stably burning the argon plasma. At this time, the carrier gas is supplied to the ICP through the
調圧器4の圧力を2kg/cm2に設定した後に開閉弁V9を閉弁し、メインバルブV1を開弁したあとに緩やかにメインバルブV4を開弁する。この状態で開閉バルブV2を開弁すると液体用マスフロコントローラーMFC−1がすぐに流量制御を開始し、一定流速の液体有機金属化合物を気化装置3に供給し始める。液体用マスフロコントローラーMFC−1の設定値は、0.01〜0.1g/毎分の範囲であることが分析結果に対して好結果をもたらす。
After setting the pressure of the
気化装置3に達した液体有機金属化合物(MO)は、ここで大量のキャリアーガスで希釈・混合されるが、更に加温器で瞬時に150℃まで加熱されることにより、経路G4からインラインモニター5まで高速で輸送される。インラインモニター5で濃度を計測された有機金属化合物ガスは、そのままガス経路G4より、開閉バルブV5を経由してICPに導入されるが、ガス経路内の有機金属化合物ガスの濃度を更に安定させるためには、開閉バルブV5を閉弁、開閉バルブV11を開弁した状態で、経路G9より2〜5分間程ガスパージを行うことが効果的である。また、このバルブ切り替えの際に多少の圧力変動が生じる可能性があるが、それを軽減させるためには図2のように開閉バルブV5とV11を一体化した2連ブロックバルブ(空気作動式)を用いることにより、圧力変動もなく瞬時に供給経路を変更することができる。
The liquid organometallic compound (MO) that has reached the
このようにして、濃度と流量が明確に既定された有機金属化合物ガスがICPに供給されることにより、迅速で高精度、しかも人体に対して非常に安全性の高いICP分析が可能になる。 In this way, by supplying an organometallic compound gas whose concentration and flow rate are clearly defined to the ICP, it is possible to perform an ICP analysis that is quick, highly accurate, and extremely safe for the human body.
校正用標準ガスに使用可能な化合物は、目的とする金属が含有され、適当な蒸気圧を有し、多種類の化合物を混合したときでもお互いに複雑な化学変化を起こさないものがよく、例えばシリコン不純物を測定しようとする場合にはテトラメチルシラン、ゲルマニウム不純物であればテトラメチルゲルマンが好ましい。また、化合物を希釈するガスはアルゴンが最適で、その濃度は0.1〜1,000ppm、好ましくは1〜100ppmである。また前記校正用標準ガスは、正確な金属濃度をAPI−MS等の高性能分析装置で検定しなければならない。前記校正用標準ガスは、マスフロコントローラーを通り、経路G5、更にはG4を経由してICPに導入されることにより各元素に対応したピーク強度が測定されるが、このピーク強度と標準ガス濃度から得られた検量線を用いることで、有機金属化合物ガス中の不純物濃度を正確に求めることができる。 The compound that can be used for the calibration standard gas is preferably one that contains the target metal, has an appropriate vapor pressure, and does not cause complex chemical changes to each other even when various types of compounds are mixed. Tetramethylsilane and tetramethylgerman are preferred when silicon impurities are to be measured. The gas for diluting the compound is optimally argon, and its concentration is 0.1 to 1,000 ppm, preferably 1 to 100 ppm. The calibration standard gas must be calibrated with a high-performance analyzer such as API-MS for the exact metal concentration. The calibration standard gas passes through the mass flow controller, and is introduced into the ICP via the path G5 and further through G4, whereby the peak intensity corresponding to each element is measured. This peak intensity and the standard gas concentration By using the calibration curve obtained from the above, the impurity concentration in the organometallic compound gas can be accurately determined.
前記校正用標準ガスのガス経路内濃度を更に安定させるためには、開閉バルブV6を閉弁、開閉バルブV10を開弁した状態で経路G8より2〜5分程ガスパージを行うことが効果的である。また、バルブ切り替えの際に多少の圧力変動が生じる可能性があるが、それを軽減させるためには図3のように、開閉バルブV6とV10を一体化した2連式ブロックバルブ(空気作動式)を用いることにより、圧力変動もなく瞬時に供給経路を変更することが可能となる。 In order to further stabilize the concentration in the gas path of the calibration standard gas, it is effective to perform gas purging for about 2 to 5 minutes from the path G8 with the on-off valve V6 closed and the on-off valve V10 opened. is there. In addition, there is a possibility that some pressure fluctuation may occur when switching the valve. In order to alleviate this, as shown in FIG. 3, a double block valve (air operated type) in which the open / close valves V6 and V10 are integrated. ) Can be used to change the supply path instantly without pressure fluctuation.
更に、本発明の液体有機金属化合物の気化供給装置は複数の校正用標準ガスを同時に発生させることができるため、広範な不純物の定性・定量分析を瞬時に行うことができる。この場合、校正用標準ガスを複数系統に分割することにより、標準ガスに用いる各化合物の化学反応を防止し得る。 Furthermore, since the liquid organometallic compound vaporization supply apparatus of the present invention can simultaneously generate a plurality of calibration standard gases, a wide range of qualitative and quantitative analysis of impurities can be instantaneously performed. In this case, the chemical reaction of each compound used for the standard gas can be prevented by dividing the calibration standard gas into a plurality of systems.
これらの結果、極めて安全性が高く、しかも非常に高感度で再現性の高いICP分析を行うことができる。 As a result, it is possible to perform ICP analysis with extremely high safety, extremely high sensitivity, and high reproducibility.
1 液体原料容器
2 キャリアーガス源
3 気化装置
4 調圧器
5 インラインモニター
6 校正用標準ガスボンベ
7 加熱器
10 ICP装置
MFC−1〜MFC−4 マスフロコントローラー
V1〜V11 開閉バルブ
G1〜G9 経路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
(2)キャリアーガス源と、このキャリアーガス源と前記気化装置とを接続し、
キャリアーガス用マスフロコントローラーが介装されたキャリアーガス経路と、
(3)一端が前記気化装置のガス導出路に接続されていると共に、他端が誘導結合型プラズマ発光分光分析装置の試料導入口に接続され、インラインモニターが介装された試料ガス経路と、
(4)更に校正用標準ガスが充填されたガスボンベと、このガスボンベと前記試料ガス経路のインラインモニター介装位置より下流側の所用部とを接続し、校正用標準ガスの流量を制御する標準ガス用マスフロコントローラーが介装された標準ガス経路
とを具備していることを特徴とする液体有機金属化合物の気化供給装置。 (1) A liquid raw material container containing a liquid organometallic compound, a vaporizer for vaporizing the liquid organometallic compound, and a liquid for controlling the flow rate of the liquid organometallic compound by connecting the container and the vaporizer A liquid material path with a mass flow controller,
(2) connecting a carrier gas source, the carrier gas source and the vaporizer;
A carrier gas path in which a mass flow controller for carrier gas is interposed;
(3) a sample gas path in which one end is connected to the gas outlet path of the vaporizer and the other end is connected to the sample inlet of the inductively coupled plasma emission spectrometer, and an inline monitor is interposed;
(4) A standard gas for controlling the flow rate of the calibration standard gas by connecting the gas cylinder filled with the calibration standard gas and the gas cylinder and a required part downstream of the in-line monitor interposition position of the sample gas path. A vaporization supply device for a liquid organometallic compound, comprising a standard gas path in which a mass flow controller for a gas is interposed.
The vaporization supply apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of standard gas passages in which a plurality of standard gas cylinders for calibration are arranged and a standard gas mass flow controller for controlling the flow rate of these standard gases is provided.
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