JP4044851B2

JP4044851B2 - 揮発有機物の測定方法および測定用サンプリング器具

Info

Publication number: JP4044851B2
Application number: JP2003016986A
Authority: JP
Inventors: 修一石割; 温子花渕; 治夫加藤
Original assignee: Renesas Technology Corp; Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Renesas Technology Corp; Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP2004226336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は揮発有機物の測定方法および測定用サンプリング器具に係り、特に半導体製造設備を構成するクリーンルームの構築材料の表面から揮発する有機物の測定に好適な揮発有機物の測定方法および測定用サンプリング器具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体製造はクリーンルーム内で行われ、特に製造過程で半導体ウェハに不純物が吸着することを防止しなければならない。特に、クリーンルーム雰囲気中に存在する有機化合物が半導体ウェハ表面に吸着すると、ウェハに形成された集積回路の電気特性に影響を与える問題がある。
【０００３】
有機化合物はさまざまな有機材料から発生するが、クリーンルームそのものを構築するのに使用されるプラスチック材、および切断できない材料表面から発生することが問題となり、したがって、これらクリーンルーム構築部材の固体表面から揮発する有機化合物のうちウェハ表面に吸着するものを評価する必要がある。その吸着する有機化合物の代表的なものとしてジオクチルフタル酸（ＤＯＰ）がある。ＤＯＰはプラスチック材中の可塑性の添加剤として多く使用されている。ＤＯＰの性状は沸点が３６０℃であり、常温ではわずかに揮発する。通常クリーンルーム雰囲気中には０.１から１ｎｇ／Ｌの微量含まれている。
【０００４】
従来の既設クリーンルームの構成プラスチック材、および切断できない材料表面から微量に揮発する吸着性の強い有機化合物を含め精度良く測定する手法が提示されている。例えば、非特許文献１で記述されている現場測定法が用いられる。この測定法を実施するためのシステム概要図を図１０に示す。クリーンルーム構築材料である評価対象部材１の表面にチャンバ２を被せ、試験チャンバ２内にキャリアガスを導入し、試験チャンバ２内で揮発した有機化合物をキャリアガスに同伴させて試験チャンバ外に排出し、排気経路の配管に接続された捕集管３で有機物を捕集するようにしている。このような評価装置の配管、試験チャンバ２（大きさは約２０ｃｍの幅、高さ）、接続部の材質は、材料がステンレス製またはガラス製と記述されている。なお、キャリアガスはチャンバ２への導入前にフィルタなどから構成される不純物除去部４により清浄化処理されるようになっている。その後、捕集管は取り外され、次いで熱脱着式ガスクロマトグラフに装着され、有機物が測定される。
【０００５】
チャンバ２には様々な形態のものがあり、例えば図１１に示されるような矩形容器チャンバ２Ａが用いられる。これは側面にキャリアガス導入口５を設け、天端面に設けた排出口６から揮発有機物が同伴しているキャリアガスを排出し、これを捕集管に通して有機物を捕集するようにしている。また、図１２に示されるようにチャンバ２Ｂは、二重チャンバの釣鐘型形状としたものである。両チャンバの間の通路を通して下方から内部にキャリアガスを給気導入する。そして、内側チャンバの上端から揮発性有機物が同伴されているキャリアガスを排出させ、排気経路の配管に接続された捕集管で有機物を捕集するようにしている。
【０００６】
【非特許文献１】
「クリーンルーム構成材料から発生する分子状汚染物質の測定方法指針（案）」（日本空気清浄協会）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の測定方法における問題点は固体表面から発生した有機化合物のうち吸着性の強いものは、測定用の容器、または配管内面に吸着され、捕集管に到達できず、発生した有機化合物の種類・量を精度良く測定することが出来ないということである。
【０００８】
本発明の目的は、クリーンルーム構築部材などの固体表面から発生する有機化合物、とくに半導体ウェハ表面に強く吸着し、電気特性に影響を与える有機化合物をサンプリング時でのサンプリング容器、配管内面での影響を少なくして測定精度を向上させることができる揮発有機物の測定方法および測定用サンプリング器具を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る揮発有機物の測定方法は、固体表面から揮発する有機物を測定する方法であって、揮発有機物の吸着剤を装填した吸着管をサンプリング容器の内部に着脱可能に配置して、前記吸着管と前記サンプリング容器とで二重管構造を形成し、前記サンプリング容器に形成された揮発室の開口部を前記固体表面に当接して密閉し、前記揮発室に吸着剤を介して有機物を捕捉除去することにより自浄化処理したキャリアガスを導入するとともに、前記揮発室に吸込口を臨ませた前記吸着管に前記キャリアガスを通流させることにより前記キャリアガスに同伴した揮発有機物を前記吸着管内の吸着剤にて吸着させ、前記吸着管を前記サンプリング容器からはずした後、前記吸着管にて捕捉した揮発有機物を測定することを特徴としている。このとき、前記キャリアガスの吸着剤およびサンプリング容器と前記吸着管とを加熱により予め清浄化してサンプリングするようにすればよい。
【００１０】
本発明に係る揮発有機物の測定用サンプリング器具は、固体表面から揮発する有機物を測定するサンプリング器具であって、サンプリング容器の先端開口側に揮発室を形成するとともに、前記サンプリング容器の内部に前記揮発室へ吸込口を臨ませて吸着管を着脱装着可能とした吸着管装着部と前記揮発室へ導入するキャリアガス中から有機物を捕捉する吸着剤を備えたキャリアガス給気路とを形成し、前記吸着管の内部に揮発有機物の吸着剤を設け、前記吸着管を前記吸着管装着部に配設して、前記サンプリング容器と前記吸着管とで二重管構造を構成し、前記サンプリング容器の揮発室開口部を前記固体表面に当接して密閉してキャリアガスを導入することによりキャリアガスに同伴した揮発有機物を前記吸着管内の吸着剤にて吸着させ、揮発有機物を測定可能としたものである。
【００１１】
すなわち、本発明は、吸着性の強い有機化合物をすべて吸着管に捕集することは大変むずかしいので、揮発させるチャンバを小型化し、かつチャンバを加熱清浄できる構造、揮発用気体の気流により容器表面に吸着を少なくする構造、および揮発用気体を自浄できる構造としてボンベガス、ガス配管、清浄カラムの接続をなくし、複雑な構造から妨害を少なくした構造にすればよいとの知見によって得られたものである。揮発有機物測定用の吸着管の吸着材としては、有機物全てを捕捉できるテナックス吸着剤、シリコン表面に吸着する有機化合物のみを選択的に吸着できるシリコン粉末吸着剤を用いればよい。あるいは、シリコン粉末吸着剤とテナックス吸着剤を直列に接合することにより、シリコンに吸着する有機化合物と非吸着性有機化合物を同時に測定する構造としてもよい。固体表面からの揮発サンプリング後、吸着管を熱脱着式ガスクロマトグラフで測定する方式である。これにより、吸着性の強い有機化合物を含めて、精度良く測定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る揮発有機物の測定方法および測定用サンプリング器具の具体的実施形態を、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【００１３】
図１は、実施形態に係る揮発有機物測定用サンプリング器具１０を示している。このサンプリング器具１０は、図２に示す吸着管１２を着脱可能に装着できるようにして構成されている。図２に示した吸着管１２は、揮発有機化合物を捕捉するもので、ガスクロマトグラフに直接装着できるように構成されている。すなわち、円筒形状とされた石英管１４の一端側の先端部を先細にして吸込口１６を形成し、他端側の開口部にはフッ素樹脂材料からなる栓１８を装着するようにしている。石英管１４の内部には吸着剤２０が装填されるが、前記吸込口１６との間を仕切る石英ガラスフィルタ２２が設けられ、その内部に吸着剤２０として全有機物を捕捉することができるテナックス剤、活性炭、ゼオライト剤から選択して、あるいは複数の吸着剤を縦列充填するようにしている。吸着剤２０として、シリコン表面に選択的に吸着する有機物の捕捉用として用いる場合にはシリコンの粉末を使用する。シリコン以外の固体表面に吸着する有機化合物を測定する際は、その材質で吸着管を作成し、その材質の粉末を吸着剤とすることにより捕捉することができる。石英管１４の内部に収容した吸着剤２０は固定用の石英ウール２４が内部の一定位置に保持される。
【００１４】
図３はサンプリング器具１０の断面図であり、これは円筒状の石英からなる外側のサンプリング容器２６の内部に前記吸着管１２を装着できるようにして着脱ができるようにした装着スリーブ２８を設けて、二重管構造として構成されている。サンプリング容器２６の下端開口部分には揮発室３０を形成するようにしており、石英ガラスフィルタ３２で仕切られて中央部分に前記吸着管装着スリーブ２８の先端が開口されている。サンプリング容器２６と装着スリーブ２８の間に形成される円環空間はキャリアガス給気路３４とされ、内部にはキャリアガスを浄化する吸着剤３６を充填させ、上面を石英ウール３８で固定保持するようにしている。これにより給気路３４にキャリアガスを供給すると、吸着剤３６を通過する際にガス中の有機化合物が捕捉されたクリーンな状態でキャリアガスが揮発室３０に導入される。このサンプリング容器１０は揮発室３０の先端開口を測定対象の固体表面に接合して揮発室３０を密閉して使用されるのである。
【００１５】
実際の測定時には、図１に示しているように、サンプリング容器１０の中心部に吸着管１２を差込挿入してサンプリングユニットを構成する。組み立てたサンプリングユニットを測定する固体表面４０に設置するが、これは揮発室３０の開口を測定対象のクリーンルーム内の固体表面４０に押し当て、内部を密閉した状態で、吸着管１２に装着してあるフッ素樹脂栓１８に形成している吸引通路１８ａを吸引ポンプ（図示せず）などに接続するのである。これにより、吸着管１２の内部が負圧になり、サンプリング容器２６の上部でフッ素樹脂栓１８の周囲に形成された導入口４２からクリーンルームエア（キャリアガス）が導入される。クリーンルームエアは吸着剤３６を通過して清浄化され、下部の石英ガラスフィルタ３２の全面から清浄ガスが揮発室３０内に放出される。揮発室３０内ではキャリアガスが中心に配置された吸着管１２の吸込口１６に向かう流れとなるため、固体表面４０から揮発した有機化合物はその中心方向に向けて流れる清浄エアに導かれ、サンプリング容器２６の内壁に吸着されずに、固定表面から１ｃｍ程度の近い位置に吸入口を臨ませた吸着管１２内で吸着される。一定時間サンプリング後、サンプリングユニットから吸着管１２をはずし、後述する図６に示した保管・輸送管に入れ、熱脱型ガスクロマトグラフ質量分析装置で測定する。
【００１６】
このようなサンプリング器具１０および吸着管１２を測定に用いる場合、測定に先立って予め清浄化処理を行う。この吸着管１２およびサンプリング器具１０の清浄方法は次のように行えばよい。図４に吸着管１２の清浄方法の概要図を示している。吸着管１２を加熱炉またはリボンヒータなどの加熱手段４４で加熱しながら、内部に不活性ガス（ヘリウム、窒素ガス）を流し、吸着剤１２を清浄化する。また、図５に示すように、サンプリング器具１０の清浄法を行う場合にも、サンプリング容器２６内の吸着剤３６が装填されているキャリアガス給気路３４、および揮発室３０のみに気体を流せるフッ素樹脂製（ＰＴＦＥ製）栓４６，４８を容器２６の上下開口部分に装着する。つぎに加熱炉、またはリボンヒータなどの加熱手段５０で加熱しながら、不活性ガス（ヘリウム、窒素ガス）を流し、吸着剤を清浄化する。
【００１７】
次に、吸着管１２およびサンプリング器具１０の保管および搬送を行う場合には次のようになす。雰囲気中の吸着性有機化合物は吸着が強く清浄処理を行った後の保管、サンプリング場所まで搬送するにはフッ素樹脂栓で密封する。すなわち、図６と図７に吸着管１２およびサンプリング器具１０の保管および搬送の概要図を示した。吸着管１２はフッ素樹脂栓で蓋をした密封容器５１の内部に収容して保管および搬送をなす。また、サンプリング器具１０は容器２６の上下開口を密封栓５２で蓋をして保管・搬送するようにすればよい。
【００１８】
なお、図３に示した固体表面揮発有機化合物サンプリング器具１０において、揮発した有機化合物がサンプリング容器２６の揮発室３０の容器内壁面に付着してしまうと、誤差が生じる可能性がある。したがって、揮発室３０の内壁全面を石英フィルタによって形成し浄化キャリアガスを導入するようにすれば、さらに微量の揮発有機化合物を測定するサンプリングに利用できる。例えば、サンプリング器具１０の下部の石英フィルタ３２を円錐状フィルタ３２Ａ（図８）、または釜状フィルタ３２Ｂ(図９)として清浄化したエア気流が石英フィルタ部全面から放出されることにより、揮発有機化合物のサンプリング器具への付着による誤差を低減できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、固体表面から揮発するとくに吸着性の強い有機化合物の微量を正確に評価することができる。これにより既設クリーンルーム構成材料（床、塗装、壁など）から揮発する有機化合物を正確に評価することができ、揮発量の大きな構成材料を改善することにより、クリーンルーム雰囲気への有機化合物を低減でき、最終的には吸着有機化合物により製品特性が影響される半導体素子や液晶の製造の信頼性や歩留向上に貢献することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る吸着管を装着したサンプリング器具の断面図である。
【図２】揮発有機化合物捕捉用の吸着管の断面図である。
【図３】揮発用気体自浄機能付き固体表面揮発有機化合物サンプリング器具の断面図である。
【図４】揮発有機化合物捕捉用吸着管の清浄法を示す断面図である。
【図５】揮発用気体自浄機能付き固体表面揮発有機化合物サンプリング器具の清争法を示す断面図である。
【図６】揮発有機化合物捕捉用の吸着管の保管・搬送形態を示す断面図である。
【図７】揮発用気体自浄機能付き固体表面揮発有機化合物サンプリング器具の保管・搬送形態を示す断面図である。
【図８】サンプリング器具の変形例の断面図である。
【図９】サンプリング器具の他の変形例の断面図である。
【図１０】従来の揮発有機物測定システムの説明図である。
【図１１】従来の測定チャンバの構成例を示す断面図である。
【図１２】従来の測定チャンバの他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０………サンプリング器具、１２………吸着管、１４………石英管、１６………吸込口、１８………フッ素樹脂栓、２０………吸着剤、２２………石英ガラスフィルタ、２４………石英ウール、２６………サンプリング容器、２８………吸着管装着スリーブ、３０………揮発室、３２………石英ガラスフィルタ、３４………キャリアガス給気路、３６………吸着剤、３８………石英ウール、４０………固体表面、４２………キャリアガス導入口、４４………加熱手段、４６、４８………フッ素樹脂製栓

Claims

固体表面から揮発する有機物を測定する方法であって、
揮発有機物の吸着剤を装填した吸着管をサンプリング容器の内部に着脱可能に配置して、前記吸着管と前記サンプリング容器とで二重管構造を形成し、
前記サンプリング容器に形成された揮発室の開口部を前記固体表面に当接して密閉し、前記揮発室に吸着剤を介して有機物を捕捉除去することにより自浄化処理したキャリアガスを導入するとともに、前記揮発室に吸込口を臨ませた前記吸着管に前記キャリアガスを通流させることにより前記キャリアガスに同伴した揮発有機物を前記吸着管内の吸着剤にて吸着させ、
前記吸着管を前記サンプリング容器からはずした後、前記吸着管にて捕捉した揮発有機物を測定することを特徴とする揮発有機物の測定方法。
前記キャリアガスの吸着剤および前記サンプリング容器と前記吸着管とを加熱により予め清浄化してサンプリングすることを特徴とする請求項１に記載の揮発有機物の測定方法。
固体表面から揮発する有機物を測定するサンプリング器具であって、
サンプリング容器の先端開口側に揮発室を形成するとともに、前記サンプリング容器の内部に前記揮発室へ吸込口を臨ませて吸着管を着脱装着可能とした吸着管装着部と前記揮発室へ導入するキャリアガス中から有機物を捕捉する吸着剤を備えたキャリアガス給気路とを形成し、
前記吸着管の内部に揮発有機物の吸着剤を設け、前記吸着管を前記吸着管装着部に配設して、前記サンプリング容器と前記吸着管とで二重管構造を構成し、
前記サンプリング容器の揮発室開口部を前記固体表面に当接して密閉してキャリアガスを導入することによりキャリアガスに同伴した揮発有機物を前記吸着管内の吸着剤にて吸着させ、揮発有機物を測定可能としたことを特徴とする揮発有機物の測定用サンプリング器具。