JPH047558Y2 - - Google Patents

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JPH047558Y2
JPH047558Y2 JP9404085U JP9404085U JPH047558Y2 JP H047558 Y2 JPH047558 Y2 JP H047558Y2 JP 9404085 U JP9404085 U JP 9404085U JP 9404085 U JP9404085 U JP 9404085U JP H047558 Y2 JPH047558 Y2 JP H047558Y2
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oil
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analysis chamber
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、質量分析計を利用してガス中の不
純物を分析する分析装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to an analysis device that analyzes impurities in gas using a mass spectrometer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

質量分析計を利用してガス中の不純物を分析す
る分析装置としては、分析室に試料ガスを直接導
入して不純物の分圧を測ることにより不純物を分
析する装置と、質量分析計とガスクロマトグラフ
とを組み合わせ、ガスクロカラムの分離、濃縮効
果によつて不純物を分析する装置(以下
「GCMS」という)とがある。
Analyzers that use mass spectrometers to analyze impurities in gas include devices that directly introduce sample gas into the analysis chamber and measure the partial pressure of impurities to analyze impurities, and mass spectrometers and gas chromatographs. There is a device (hereinafter referred to as "GCMS") that combines this and analyzes impurities using the separation and concentration effects of a gas chromatography column.

前者は、さらに分析室の真空排気システムの違
いから、ターボ分子ポンプと油回転ポンプとを組
み合わせたものと、油拡散ポンプと油回転ポンプ
とを組み合わせたものとに区別されるが、いずれ
のタイプによつても、試料ガスを流さない場合の
分析室の到逹真空度は10-8〜10-9Torrであり、
分析室構成部材からの脱ガスを完全排気をするこ
とができず、その脱ガス成分であるH2、O2
N2、CO、CO2等が残存する。したがつて、試料
ガス分析時に、分析室にはバツクグラウンドとし
て上記H2、O2、N2、CO、CO2等が存在すること
となり、試料ガス中の測定対象不純物成分が、こ
れらのバツクグラウンド成分と同種の成分である
場合の検出においては、その不純物成分がバツク
グラウンドの分圧以上の分圧をもつ濃度でなけれ
ばならないため、最小分析濃度は、数ppmが限度
である。
The former is further divided into those that combine a turbomolecular pump and an oil rotary pump, and those that combine an oil diffusion pump and an oil rotary pump, depending on the vacuum evacuation system of the analysis room. According to
It is not possible to completely exhaust the degassing from the components of the analysis chamber, and the degassing components H 2 , O 2 ,
N2 , CO, CO2 , etc. remain. Therefore, during sample gas analysis, the above-mentioned H 2 , O 2 , N 2 , CO, CO 2 , etc. are present as a background in the analysis chamber, and the impurity components to be measured in the sample gas are When detecting a component of the same type as a ground component, the impurity component must have a concentration that has a partial pressure greater than the background partial pressure, so the minimum analysis concentration is limited to several ppm.

一方、一般に前者よりも最小分析濃度が小さい
(分析精度が高い)といわれるGCMSにおいて
も、ガスクロカラム等のリークならびにカラム部
材および充填剤からの脱ガスを完全に防ぐことは
できないため、大気成分であるO2、N2等を分析
対象物とした場合には、0.1ppm以下の濃度につ
いては正確な分析ができないこと、ppmオーダー
またはそれ以下の定量については、数10〜数
100ppmオーダーで作成した検量線から推定して
定量するので信頼性に乏しいこと等の限界があ
る。
On the other hand, even with GCMS, which is generally said to have a lower minimum analysis concentration (higher analysis accuracy) than the former, it is not possible to completely prevent leaks from gas chromatography columns and degassing from column members and packing materials. When analyzing certain O 2 , N 2, etc., it is impossible to perform accurate analysis for concentrations below 0.1 ppm, and quantification on the ppm order or lower requires several tens to several digits.
Since it is estimated and quantified from a calibration curve prepared on the order of 100 ppm, there are limitations such as poor reliability.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

一方、近年、半導体工業等において用いられる
ガス、例えばH2ガス等は、6ナイン(純度
99.9999%)、7ナイン、さらには8ナインといつ
た高純度のものが要求されるようになつており、
この要求に応えるべくガス中の不純物成分が、
個々について1ppbのレベルまで検出でき、しか
もすべての不純物成分についての分析が可能であ
るような分析装置が必要となつてきた。
On the other hand, in recent years, gases used in the semiconductor industry, such as H 2 gas, have a purity of 6 nines (purity
99.9999%), 7 nines, and even 8 nines are now required.
In order to meet this demand, impurity components in the gas are
There is now a need for an analytical device that can detect individual substances down to a level of 1 ppb, and that can also analyze all impurity components.

しかしながら、従来の分析装置、例えば分析室
に試料ガスを直接導入する装置においては、油拡
散ポンプと油回転ポンプを組み合わせて分析室を
真空排気するタイプと、ターボ分子ポンプと油回
転ポンプを組み合わせて真空排気するタイプのい
ずれのタイプでも、すでに述べたように分析室の
真空度が10-8〜10-9Torrに限られているため、
不純物の最小分析濃度がppmオーダーに限られて
いる。また、GCMSにおいても、すでに述べた
ようにガスクロカラム等のリークならびに脱ガス
防止に限界があること、ppmオーダーまたはそれ
以下の検量線は推定によつていること等の理由に
よりppbオーダーで正確な分析値を与えることは
困難である。
However, conventional analytical devices, such as devices that directly introduce sample gas into the analysis chamber, use a combination of an oil diffusion pump and an oil rotary pump to evacuate the analysis chamber, or a combination of a turbomolecular pump and an oil rotary pump. In either type of evacuation, as mentioned above, the degree of vacuum in the analysis chamber is limited to 10 -8 to 10 -9 Torr.
The minimum analytical concentration of impurities is limited to ppm order. In addition, in GCMS, as already mentioned, there are limits to preventing leaks and degassing in gas chromatography columns, etc., and calibration curves on the ppm order or lower are based on estimation, so it is not possible to accurately measure ppb orders. It is difficult to give analytical values.

このように、従来の分析装置は、いずれも試料
ガスの不純物をppbオーダーで正確に分析でき
ず、上記産業界の要求に充分応えることはできな
い。
As described above, none of the conventional analyzers can accurately analyze impurities in a sample gas on the order of ppb, and cannot fully meet the above-mentioned demands of the industrial world.

この考案は、このような事情に鑑みなされたも
ので、ガス中の不純物成分が個々について1ppb
のレベルまで検出でき、しかもすべての不純物成
分についての分析が可能であるような分析装置の
提供を目的とする。
This idea was made in view of these circumstances, and the impurity components in the gas were individually reduced to 1 ppb.
The purpose of the present invention is to provide an analyzer that can detect up to the level of impurities and analyze all impurity components.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するため、この考案のガス中
の不純物分析装置は、質量分析計の分析管が接続
されている分析室の排気部と、油回転ポンプの吸
気部とが、オイルレスターボ分子ポンプとゲート
バブルと冷却トラップと油拡散ポンプをこの順で
備えた流路で接続され、ソープシヨンポンプまた
はダイヤフラムポンプ等のオイルレスポンプが、
切換手段を備えた分岐流路によつて上記流路に接
続されており、分析室の真空度を10-11Torr以下
に設定しうるようになつているという構成をとる
ものである。
In order to achieve the above object, the gas impurity analyzer of this invention has an oil-less turbo molecule that connects the exhaust part of the analysis chamber to which the analysis tube of the mass spectrometer is connected and the intake part of the oil rotary pump. An oil-less pump such as a soap pump or diaphragm pump is connected by a flow path that includes a pump, a gate bubble, a cooling trap, and an oil diffusion pump in this order.
It is connected to the above flow path by a branch flow path equipped with a switching means, and is configured such that the degree of vacuum in the analysis chamber can be set to 10 -11 Torr or less.

つぎに、この考案を実施例にもとづいて詳しく
説明する。
Next, this invention will be explained in detail based on examples.

第1図はこの考案の一実施例の構成を示してい
る。1は分析室で、最小検知分圧が10-13〜10-14
Torr、分解能がM/△M=2000程度の質量分析
計(図示せず)の分析管2と電離真空計のヌード
ゲージ3とが接続されている。上記分析室1はケ
ーシング4で被覆されており、ケーシング4と分
析室1との間の空間には、液体窒素が導入され
る。これは、上記分析室1内を液体窒素で超低温
に冷却し、常温では実現出来ない高真空状態を実
現するために設けられたものである。5はベーク
用ヒータであり、上記ケーシング4に液体窒素を
導入するに先立つて上記分析室1を加熱し、分析
室構成部材に吸蔵されているO2等の吸蔵ガスを
追い出すことにより分析室の真空度を高める作用
をする。上記分析室1の排気口6はオイルレスタ
ーボ分子ポンプ7の吸気口8に接続されており、
このオイルレスターボ分子ポンプ7の排気口9は
油の逆拡散を防止するためのゲートバルブ10お
よび冷却トラツプ11を備えた流路Aを介して油
拡散ポンプ12の吸気口13に接続されている。
上記油拡散ポンプ12は、10-8Torr以下の真空
では分析室1内の残留ガスの殆どがH2になるこ
とに鑑み、H2を効率よく排気するために用いら
れる。油拡散ポンプ12の排気口14から油回転
ポンプ15に延びる流路Bには、ピラニー真空計
17とストツプバルブ18とが設けられている。
19はリークバルブでゲートバルブ10と冷却ト
ラツプ11を結ぶ流路Aから延びるリーク流路C
に設けられており、油拡散ポンプ12の真空状態
を解除する時に開成するようになつている。上記
リーク路Cは不活性ガスボンベ(図示せず)と接
続されておりリークバルブ19を開成するとAr、
N2といつた不活性ガスが油拡散ポンプ12に流
入し、油の酸化、水分混入等による劣化を起すこ
となく真空状態を解除しうるようになつている。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of this invention. 1 is the analysis room, where the minimum detectable partial pressure is 10 -13 to 10 -14
An analysis tube 2 of a mass spectrometer (not shown) having a resolution of approximately M/ΔM=2000 and a nude gauge 3 of an ionization vacuum gauge are connected. The analysis chamber 1 is covered with a casing 4, and liquid nitrogen is introduced into the space between the casing 4 and the analysis chamber 1. This is provided to cool the inside of the analysis chamber 1 to an ultra-low temperature with liquid nitrogen and to achieve a high vacuum state that cannot be achieved at room temperature. Reference numeral 5 denotes a baking heater, which heats the analysis chamber 1 before introducing liquid nitrogen into the casing 4 and expels occluded gas such as O 2 stored in the constituent members of the analysis chamber. It acts to increase the degree of vacuum. The exhaust port 6 of the analysis chamber 1 is connected to the intake port 8 of the oilless turbo molecular pump 7,
The exhaust port 9 of this oil-less turbomolecular pump 7 is connected to the inlet port 13 of the oil diffusion pump 12 via a flow path A equipped with a gate valve 10 and a cooling trap 11 to prevent back diffusion of oil. .
The oil diffusion pump 12 is used to efficiently exhaust H 2 in view of the fact that in a vacuum of 10 −8 Torr or less, most of the residual gas in the analysis chamber 1 becomes H 2 . A Pirani vacuum gauge 17 and a stop valve 18 are provided in a flow path B extending from the exhaust port 14 of the oil diffusion pump 12 to the oil rotary pump 15.
19 is a leak valve; a leak passage C extends from passage A connecting gate valve 10 and cooling trap 11;
It is opened when the vacuum state of the oil diffusion pump 12 is released. The leak path C is connected to an inert gas cylinder (not shown), and when the leak valve 19 is opened, Ar
An inert gas such as N 2 flows into the oil diffusion pump 12 so that the vacuum state can be released without causing deterioration due to oxidation of the oil, contamination of moisture, etc.

ストツプバルブ18と油回転ポンプ15とを結
ぶ流路からはリーク流路Dが延びており空気中に
開放されている。リークバルブ20を開成すると
油回転ポンプ15に空気が流入して真空状態を解
除するようになつている。
A leak passage D extends from the passage connecting the stop valve 18 and the oil rotary pump 15 and is open to the air. When the leak valve 20 is opened, air flows into the oil rotary pump 15 and the vacuum state is released.

オイルレスターボ分子ポンプ7の排気口9とゲ
ートバルブ10を結ぶ流路にはストツプバルブ2
2、ピラニー真空計16を備えた分岐流路Eを介
してソープシヨンポンプ21が接続されており、
分析室1ならびにオイルレスターボ分子ポンプ7
の粗引きの際に使用される。一方、試料ガスを分
析室1に導入するための入口23は、ストツプバ
ルブ24、フイルター25、バリアブルリークバ
ルブ26、ゲートバルブ27をこの順に備えた流
路Fによつて分析室1に接続されている。この流
路Fは、分岐流路GとHとを備えており、流路G
はストツプバルブ28を介してパージ用高純度
Arの流入口29に接続されている。流路Hはパ
ージバルブ30を有しており、パージバルブ30
の開成により排気口となる。
A stop valve 2 is provided in the flow path connecting the exhaust port 9 of the oilless turbo molecular pump 7 and the gate valve 10.
2. A soap pump 21 is connected via a branch channel E equipped with a Pirani vacuum gauge 16;
Analysis room 1 and oil-less turbo molecular pump 7
Used for roughing. On the other hand, an inlet 23 for introducing sample gas into the analysis chamber 1 is connected to the analysis chamber 1 through a flow path F that includes a stop valve 24, a filter 25, a variable leak valve 26, and a gate valve 27 in this order. . This flow path F includes branch flow paths G and H, and the flow path G
high purity for purging via stop valve 28
It is connected to the Ar inlet 29. The flow path H has a purge valve 30, and the purge valve 30
When opened, it becomes an exhaust port.

この構成において、試料ガスとして、例えば
N2ガスを導入してその不純物成分の分析を行う
場合、つぎのような操作によつて行う。この場
合、理解を容易にするため、操作を、(イ)真空度の
調整、(ロ)検量線の作成、(ハ)試料ガスの分析、の3
段階に分けて説明する。
In this configuration, the sample gas is, for example,
When N 2 gas is introduced and its impurity components are analyzed, the following operation is performed. In this case, in order to make it easier to understand, the following three operations will be performed: (a) adjusting the degree of vacuum, (b) creating a calibration curve, and (c) analyzing the sample gas.
I will explain it in stages.

(イ) 真空度の調整 まず、ストツプバルブ28を開成し、パージ用
高純度Arを充分流して流路全体をパージした上
でストツプバルブ28を閉じる。このとき、ベー
ク用ヒータ5のスイツチを入れ、分析室1内を加
熱して分析室構成部材に吸蔵されている吸蔵ガス
をつぎの真空排気時に追い出すようにする。
(a) Adjustment of the degree of vacuum First, the stop valve 28 is opened, and the high purity Ar for purging is sufficiently flowed to purge the entire channel, and then the stop valve 28 is closed. At this time, the bake heater 5 is turned on to heat the inside of the analysis chamber 1 so that the occluded gas stored in the members constituting the analysis chamber is expelled during the next evacuation.

つぎに、粗引きおよび本引きからなる真空排気
を行い、分析室1内を高真空状態にする。上記粗
引きは、ゲートバルブ10を閉じた状態で、スト
ツプバルブ22を開きソープシヨンポンプ21を
作動させ、流路Eを利用して行う。ピラニー真空
計16が1Torr程度になつたところでオイルレス
ターボ分子ポンプ7を始動させ、充分な回転数に
なるまで待機する。その間に冷却トラツプ11、
油拡散ポンプ12、油回転ポンプ15からなるオ
イルレスターボ分子ポンプ7の排気ラインの作動
準備を行う。まず冷却トラツプ11に液体窒素を
入れストツプバルブ18を開けて油回転ポンプ1
5を作動させる。ピラニー真空計17が1Torr程
度になつたところで油拡散ポンプ12を始動さ
せ、油拡散ポンプ12が充分な排気能力を持つ状
態になるまで待機する。
Next, evacuation consisting of rough evacuation and main evacuation is performed to bring the inside of the analysis chamber 1 into a high vacuum state. The rough evacuation is performed using the flow path E by opening the stop valve 22 and operating the soap pump 21 with the gate valve 10 closed. When the Pirani vacuum gauge 16 reaches about 1 Torr, the oilless turbo molecular pump 7 is started and waits until the rotation speed reaches a sufficient number. Meanwhile, cooling trap 11,
The exhaust line of the oil-less turbo molecular pump 7 consisting of the oil diffusion pump 12 and the oil rotary pump 15 is prepared for operation. First, fill the cooling trap 11 with liquid nitrogen, open the stop valve 18, and oil rotary pump 1.
Activate 5. When the Pirani vacuum gauge 17 reaches approximately 1 Torr, the oil diffusion pump 12 is started, and the system waits until the oil diffusion pump 12 has sufficient exhaust capacity.

油拡散ポンプ12が充分な排気能力を持つ状態
になり、すでに始動を開始してあつたオイルレス
ターボ分子ポンプ7が充分な回転数になればスト
ツプバルブ22を閉じ、ゲートバルブ22を閉
じ、ゲートバルブ10を開ける。これで流路Eを
利用した分析室1およびオイルレスターボ分子ポ
ンプ7の粗引きが完了し、同時に流路A、Bを利
用した本引きに移る。
When the oil diffusion pump 12 has sufficient exhaust capacity and the oilless turbo molecular pump 7, which has already started, reaches a sufficient rotation speed, the stop valve 22 is closed, the gate valve 22 is closed, and the gate valve is closed. Open 10. This completes the rough evacuation of the analysis chamber 1 and the oilless turbomolecular pump 7 using the flow path E, and at the same time moves on to the main evacuation using the flow paths A and B.

このような流路を変えた粗引きを行うことによ
り分析室1に対する油の逆流を防止する。すなわ
ち、オイルレスのソープシヨンポンプ21を使用
して1Torr程度まで粗引きした後、真空状態で性
能を発揮するオイルレスターボ分子ポンプ7を始
動させ充分な回転数になり油の逆流を阻止しうる
状態になつたところで、ソープシヨンポンプ21
から油拡散ポンプ12および油回転ポンプ15の
流路に切換えることにより、油拡散ポンプ12お
よび油回転ポンプ15から分析室1への油の逆流
を完全に防止しうる。その結果、分析室1内は、
気化した逆流油によつて汚染されることなく、長
時間にわたつて超高真空下にあつても正確な分析
結果が得られることになる。
By performing rough evacuation by changing the flow path, backflow of oil into the analysis chamber 1 is prevented. That is, after rough evacuation to about 1 Torr using the oil-less soap pump 21, the oil-less turbo molecular pump 7, which exhibits its performance in a vacuum state, is started and reaches a sufficient rotation speed to prevent oil from flowing back. When the condition is reached, soap pump 21
By switching from the flow path to the oil diffusion pump 12 and oil rotary pump 15, backflow of oil from the oil diffusion pump 12 and oil rotary pump 15 to the analysis chamber 1 can be completely prevented. As a result, inside analysis room 1,
Accurate analysis results can be obtained even under ultra-high vacuum for long periods of time without being contaminated by vaporized backflow oil.

なお、分析室1内への油の浸入を防ぐためにオ
イルレスの磁気浮上式ターボ分子ポンプを使用
し、これと油回転ポンプと組み合わせ、双方を駆
動し粗引きを行つても分析室1内への油の浸入は
完全には防止できない。すなわち、上記磁気浮上
式ターボ分子ポンプは、高回転で高真空度の状態
にならないと充分に性能を発揮しないのであり、
それまでは油回転ポンプから分析室1への油の逆
流を遮断できない。
In order to prevent oil from entering the analysis chamber 1, an oil-less magnetic levitation turbo molecular pump is used, and this is combined with an oil rotary pump to drive both of them to prevent oil from entering the analysis chamber 1. Oil infiltration cannot be completely prevented. In other words, the above-mentioned magnetic levitation type turbomolecular pump does not exhibit sufficient performance unless it is in a high rotation and high vacuum state.
Until then, the backflow of oil from the oil rotary pump to the analysis chamber 1 cannot be blocked.

つぎに、上記の状態から油拡散ポンプ12およ
び油回転ポンプ15からなる排気流路A、Bを利
用して排気をすすめ、分析室1内が10-9Torr程
度の真空になつたら、さきに入れておいたベーク
用ヒータ5のスイツチを切りケーシング4に液体
窒素を導入し分析室1内を超低温に冷却して、分
析室1内を10-11Torr以下の真空度にする。分析
室1内の圧力の読み取りは電離真空計のヌードゲ
ージ3によつて行う。
Next, from the above state, proceed with evacuation using the exhaust channels A and B consisting of the oil diffusion pump 12 and the oil rotary pump 15, and once the inside of the analysis chamber 1 has become a vacuum of about 10 -9 Torr, proceed to The bake heater 5 that has been put in is turned off, liquid nitrogen is introduced into the casing 4, and the inside of the analysis chamber 1 is cooled to an ultra-low temperature to bring the inside of the analysis chamber 1 to a degree of vacuum of 10 -11 Torr or less. The pressure inside the analysis chamber 1 is read by the nude gauge 3 of the ionization vacuum gauge.

(ロ) 検量線の作成 N2ガスの分析を始める前に、予測される対象
不純物成分について検量線を作成する。まず、対
象不純物成分、例えばCO2が0.1%含まれた高純
度Arガスを作製して、これを標準ガスとする。
この場合、標準ガス1に対しCO2は1c.c.で、正
確に取扱い得る量なので精度よく作製できる。つ
ぎに、この標準ガスを試料ガス入口23から、前
記の真空度調整によつて10-11Torrにされた分析
室に、10-10〜10-7Torrの圧力範囲で導入する。
そして、この圧力範囲で、質量分析計の出力電流
値を読み取り、圧力と出力電流値の関係図を作成
する。
(b) Creating a calibration curve Before starting the analysis of N2 gas, create a calibration curve for the predicted target impurity components. First, high-purity Ar gas containing 0.1% of the target impurity component, for example CO 2 , is prepared and used as a standard gas.
In this case, CO 2 is 1 c.c. per 1 standard gas, which is an amount that can be handled accurately, so it can be produced with high precision. Next, this standard gas is introduced from the sample gas inlet 23 into the analysis chamber, which has been adjusted to 10 -11 Torr by adjusting the vacuum level, at a pressure in the range of 10 -10 to 10 -7 Torr.
Then, within this pressure range, the output current value of the mass spectrometer is read, and a relationship diagram between pressure and output current value is created.

ここに、標準ガス中のCO2濃度は0.1%だから、
CO2の分圧も標準ガスの圧力の1/1000である。
したがって、上記圧力と出力電流値の関係図は、
CO2の分圧と出圧電流値の関係図に変換すること
ができる。この関係図が分析の際、不純物の定量
に用いる検量線となる。同様にしてCO2以外にも
分析すべき不純物成分があれば、それについての
検量線を作成する。検量線は測定対象とする不純
物成分の個々について作成してもよいし、あるい
はモル比を明らかにした混合ガスとして作成して
もよい。
Here, since the CO 2 concentration in the standard gas is 0.1%,
The partial pressure of CO 2 is also 1/1000 of the pressure of standard gas.
Therefore, the relationship diagram between pressure and output current value above is as follows:
It can be converted into a relationship diagram between the partial pressure of CO 2 and the output current value. This relationship diagram becomes the calibration curve used to quantify impurities during analysis. Similarly, if there are impurity components other than CO 2 to be analyzed, a calibration curve for them is created. The calibration curve may be created for each impurity component to be measured, or it may be created for a mixed gas with a defined molar ratio.

(ハ) 試料ガスの分析 分析開始までに、すでに述べたような分析室1
の真空度調整を行い、分析室が10-11Torr以下に
なつていることを確認した上でストツプバルブ2
8を開成してパージ用高純度Arを導入し、バリ
アブルリークバルブ26を調整して分析室内を
10-8Torrにする。ここで、10-11Torr以下の超真
空度に排気した分析室1に試料ガスを導入する
と、分析室1内の分析管近傍のバツクグランドの
分圧は、導入試料ガスの流れにより脱ガス成分の
拡散が抑えられることにより、導入する前よりも
一桁程度低い圧力になるため、Arを10-8Torrに
導入した場合のバツクグランドの分圧は10-12
Torr以下となり、しかも排気しにくいH2のみと
なる。この状態で分析室一内のガスの測定をすれ
ば高純度Ar中に1ppm程度の不純物成分があつた
としても分圧としては10-14Torrになり検出され
ず、Ar以外にはバツクグランド成分だけが検出
されることになる。すなわち10-12Torr以下のH2
のみが検出される。この状態が確認できれば試料
ガスの分析準備完了となる。次にストツプバルブ
28を閉じてストツプバルブ24を開くことによ
りパージ用高純度Arから試料ガスに切換え、試
料ガスN2を分析室1に導入し、バリアブルリー
クバルブ26で調整して10-4Torrの圧力で分析
する。試料ガス中の対象不純物成分がH2である
ときは10-12Torr以下では分析精度がでないが、
他の不純物成分については10-12Torr以下でも分
析精度は充分にでるといえる。このときの質量分
析計の出力電力値を読み取り、さきに準備してお
いた検量線に照らして不純物の分圧に換算すれ
ば、以下の算出式により不純物の濃度を知ること
ができる。
(c) Analysis of sample gas Before starting the analysis, the analysis room 1
After adjusting the vacuum level in the analysis chamber and confirming that it is below 10 -11 Torr, close the stop valve 2.
8 and introduce high-purity Ar for purging, adjust the variable leak valve 26 and release the inside of the analysis chamber.
Set to 10 -8 Torr. When a sample gas is introduced into the analysis chamber 1, which is evacuated to an ultra-vacuum level of 10 -11 Torr or less, the background partial pressure near the analysis tube in the analysis chamber 1 is reduced by the degassed components due to the flow of the introduced sample gas. By suppressing the diffusion of Ar, the pressure becomes about an order of magnitude lower than before introduction, so when Ar is introduced at 10 -8 Torr, the background partial pressure is 10 -12
Torr or less, and only H 2 is difficult to exhaust. If you measure the gas in the analysis chamber in this state, even if there is an impurity component of about 1 ppm in high-purity Ar, the partial pressure will be 10 -14 Torr and it will not be detected, and background components other than Ar will be detected. only will be detected. i.e. H2 below 10 -12 Torr
only detected. If this state is confirmed, preparation for analysis of the sample gas is completed. Next, close the stop valve 28 and open the stop valve 24 to switch from high-purity Ar for purging to the sample gas, introduce the sample gas N 2 into the analysis chamber 1, and adjust the pressure with the variable leak valve 26 to 10 -4 Torr. Analyze with. When the target impurity component in the sample gas is H 2 , analysis accuracy is poor below 10 -12 Torr;
As for other impurity components, it can be said that sufficient analytical accuracy is achieved even at 10 -12 Torr or less. If the output power value of the mass spectrometer at this time is read and converted to the partial pressure of the impurity by comparing it with the calibration curve prepared earlier, the concentration of the impurity can be determined using the following calculation formula.

(算出式) 不純物の濃度(ppb)=不純物の分圧(Torr)
×109/分析室の圧力(Torr) この式にあてはめて考えれば、不純物成分が
H2のときは10ppb、不純物成分がH2以外の場合
には1ppb程度の濃度まで正確に分析できる。
(Calculation formula) Impurity concentration (ppb) = impurity partial pressure (Torr)
×10 9 /Analysis chamber pressure (Torr) If we apply this equation, we can calculate that the impurity components are
It can accurately analyze concentrations down to 10 ppb for H 2 and about 1 ppb when the impurity component is other than H 2 .

なお、上記の実施例は、初期の粗引きを行うソ
ープシヨンポンプ21を流路Eを介してオイルレ
スターボ分子ポンプ7の排気口9とゲートバルブ
10を結ぶ流路に接続しているが、第2図に示す
ように、ソープシヨンポンプ21を、流路E′を介
して、油拡散ポンプ12の排気口14とストツプ
バルブ18を結ぶ流路に接続してもよい。このよ
うにしても前記実施例と同様の効果を得ることが
できる。
In the above embodiment, the soap pump 21 that performs initial roughing is connected to the flow path connecting the exhaust port 9 of the oilless turbo molecular pump 7 and the gate valve 10 via the flow path E. As shown in FIG. 2, the soap pump 21 may be connected to a flow path connecting the exhaust port 14 of the oil diffusion pump 12 and the stop valve 18 via a flow path E'. Even in this case, the same effects as in the embodiment described above can be obtained.

また、上記2つの実施例では、いずれも初期の
粗引きポンプとしてソープシヨンポンプを用いて
いるが、これに代えてオイルレスダイヤフラムポ
ンプを用いてもよい。
Furthermore, in both of the above two embodiments, a soap pump is used as the initial roughing pump, but an oilless diaphragm pump may be used instead.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

以上のように、この考案のガス中の不純物分析
装置は、分析室の排気部と油回転ポンプの吸気部
とを、オイルレスターボ分子ポンプ、ゲートバル
ブ、冷却トラツプ、油拡散ポンプを備えた流路で
接続し、ソープシヨンポンプ(またはオイルレス
ダイヤフラムポンプ)を切換手段を備えた分岐流
路によつて上記流路に接続しているため、分析室
内を、10-11Torrという高真空にでき、1ppbのレ
ベルまでガス中の不純物を分析することができ
る。しかも、この装置によれば、定量分析のため
に用いられる不純物の分圧と質量分析計の出力電
流値の関係図の作成も容易であり、極微量分析に
おいても標準ガスの範囲内での定量となり、従来
のGCMSよりもはるかに信頼性の高い分析が可
能となる。また、前記切換手段の操作により、分
析室を粗引きする際、ソープシヨンポンプを使用
するため始動、停止を繰り返してもオイルレスタ
ーボ分子ポンプならび分析室への油の逆流がな
く、長期にわたつて分析精度が損なわれることが
ないのである。このように、この考案のガス中の
不純物分析装置は、ガス中の不純物成分につい
て、H2で10ppb、他の成分で1ppb程度まで正確
に分析でき、しかもすべての不純物成分について
の分析ができる。したがって、半導体産業等で用
いられる、6ナイン、7ナイン、さらには8ナイ
ンといつた高純度ガスの分析に極めて有用であ
る。
As described above, the gas impurity analyzer of this invention connects the exhaust part of the analysis chamber and the intake part of the oil rotary pump to a flow system equipped with an oil-less turbo molecular pump, a gate valve, a cooling trap, and an oil diffusion pump. Since the soap pump (or oilless diaphragm pump) is connected to the above flow path by a branch flow path equipped with a switching means, it is possible to create a high vacuum of 10 -11 Torr in the analysis chamber. , can analyze impurities in gases down to the 1ppb level. Furthermore, with this device, it is easy to create a diagram of the relationship between the partial pressure of impurities used for quantitative analysis and the output current value of the mass spectrometer, and even in ultra-trace analysis, it is possible to perform quantitative analysis within the range of standard gases. This enables much more reliable analysis than conventional GCMS. In addition, by operating the switching means, the soap pump is used when roughing the analysis chamber, so even if it is started and stopped repeatedly, there is no backflow of oil to the oilless turbomolecular pump and the analysis chamber, and it can be used for a long period of time. Therefore, the accuracy of analysis is not compromised. In this way, the gas impurity analyzer of this invention can accurately analyze impurity components in gas down to 10 ppb for H 2 and 1 ppb for other components, and can analyze all impurity components. Therefore, it is extremely useful for analyzing high purity gases such as 6 nines, 7 nines, and even 8 nines used in the semiconductor industry.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの考案の一実施例を示した構成図、
第2図はソープシヨンポンプの接続位置を変えた
実施例の構成図である。 1……分析室、2……質量分析計の分析管、7
……オイルレスターボ分子ポンプ、10……ゲー
トバルブ、11……冷却トラツプ、12……油拡
散ポンプ、15……油回転ポンプ、21……ソー
プシヨンポンプ、E、E′……分岐流路。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of this invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment in which the connection position of the soap pump is changed. 1...Analysis room, 2...Analysis tube of mass spectrometer, 7
...Oilless turbo molecular pump, 10...Gate valve, 11...Cooling trap, 12...Oil diffusion pump, 15...Oil rotary pump, 21...Sorption pump, E, E'...Branch flow path .

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 質量分析計の分析管が接続されている分析室の
排気部と、油回転ポンプの吸気部とが、オイルレ
スターボ分子ポンプとゲートバルブと冷却トラツ
プと油拡散ポンプをこの順で備えた流路で接続さ
れ、ソープシヨンポンプまたはダイヤフラムポン
プ等のオイルレスポンプが、切換手段を備えた分
岐流路によつて上記流路に接続されており、分析
室の真空度を10-11Torr以下に設定しうるように
なつていることを特徴とする質量分析計を利用し
たガス中の極微量不純物分析装置。
The exhaust part of the analysis chamber to which the analysis tube of the mass spectrometer is connected and the intake part of the oil rotary pump form a flow path equipped with an oil-less turbo molecular pump, a gate valve, a cooling trap, and an oil diffusion pump in this order. An oil-less pump such as a soap pump or a diaphragm pump is connected to the above flow path by a branch flow path equipped with a switching means, and the vacuum level of the analysis chamber is set to 10 -11 Torr or less. An apparatus for analyzing ultra-trace impurities in gas using a mass spectrometer, which is characterized by being able to analyze trace impurities in gas.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007139569A (en) * 2005-11-17 2007-06-07 Nohmi Bosai Ltd Gas detector

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007139569A (en) * 2005-11-17 2007-06-07 Nohmi Bosai Ltd Gas detector

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