JPS6195229A - 超高純度ガス中の不純物測定方法 - Google Patents

超高純度ガス中の不純物測定方法

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JPS6195229A
JPS6195229A JP59217070A JP21707084A JPS6195229A JP S6195229 A JPS6195229 A JP S6195229A JP 59217070 A JP59217070 A JP 59217070A JP 21707084 A JP21707084 A JP 21707084A JP S6195229 A JPS6195229 A JP S6195229A
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JP
Japan
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optical path
ultra
high purity
cell
long optical
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Application number
JP59217070A
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English (en)
Inventor
Masamichi Ipponmatsu
正道 一本松
Masaru Matsumoto
勝 松本
Masao Wada
和田 昌夫
Hirobumi Hamada
浜田 博文
Tomoyuki Miyata
宮田 知幸
Hiroaki Nagase
長瀬 博昭
Yoshio Takeda
良夫 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、半導体製造用ガス(SiH4(シラン)、
PH3(ホスフィン)、NH3など)、半導体雰囲気ガ
スなどの超高純度ガス中の不純物の濃度を測定する方法
に関するものである。
従来の技術 従来の超高純度ガス中の不純物測定方法としては、ガス
クロマトグラフィ (QC)やガスクロマトグラフ質量
分析装置(GC−MS)などを用いる方法がある。
また、近時、米国のスペクトラ・フィジックス社のモデ
ル5P5900赤外分光光度計が市販されている。この
赤外分光光度計は、赤外半導体レーザと超高純度ガス蕃
封入する減圧長光路セルを備えたもので、約1m(7)
長さの減圧長光路セル内にレーザ光線を導入し、減圧長
光路セル内でレーザ光線を反射によって100回程炭柱
復させ、その間に減圧長光路セルの超高純度ガス中の不
純物の吸光によりレーザ光線の強度を減衰させ、その減
衰量に基づいて不純物濃度を測定するものである。
発明が解決しようとする問題点 上記のガスクロマトグラフィ (GC)やガスクロマト
グラフ質量分析装置(GC−MS)などを用いる方法に
は、つぎのような問題があった。
■ 1回の測定に10〜30分もの長い時間がかかり、
しかも、連続測定ができない。
■ H2O,NH3,PH3(ホスフィン〕などの強吸
着性の物質の場合は、分析装置の内壁やカラムに付着し
やすく、測定誤差が大きすぎて実際上、測定ができない
■ Co、Co2.CH4などの場合には、検出限界が
100〜10ppb  (lppb = 10−’)レ
ベルとかなり大きい。つまり、高精度な測定ができない
■ 前記■に関連して、測定値1ポイント当たりの測定
費用が高い。
また、上記のモデル5P5000赤外分光光度計は、減
圧長光路セル内に超高純度ガスを封入した状態で測定す
るバッチ式のものであって、連続測定ができないばかり
か、セル内壁などへの吸着によって、測定しようとする
不純物成分(特にH2O)の濃度が変化するという欠点
を有していた。
発明の目的 この発明の目的は、上記の問題点の解決を図り、連続的
に測定できるとともに、その測定精度がきわめて高い超
高純度ガス中の不純物測定方法の提供、および上記機能
に加えて、複数点での並行測定が同時的に行える超高純
度ガス中の不純物測定方法を提供することである。
問題点を解決するための手段 この発明が上記問題点を解決するために講じた技術的手
段(発明の構成)は、つぎのとおりである。
すなわち、この発明の超高純度ガス中の不純物測定方法
は、減圧長光路セル内にレーザ光線を導入して、この減
圧長光路セル内の超高純度ガス中の不純物の吸光により
前記レーザ光線の強度を減衰させ、その減衰量に基づい
て不純物濃度を測定する方法であって、前記減圧長光路
セル内に超高純度ガスを流動させながら前記前記減圧長
光路セルに対する超高純度ガスの流量を制御することに
より前記減圧長光路セルの内圧を実質的に一定に保持し
外状態において不純物濃度を測定するものである。
作用      □ この発明の上記構成によれば、つぎの作用がある。
(a)  M圧長光路セルに対する超高純度ガスの流量
を制御することにより前記減圧長光路セルの内圧を実質
的に一定に保持し、定常状態において超高純度ガス中の
不純物濃度を測定するから、封入バッチ式の場合(モデ
ル5P5000赤外分光光度計)と同様な状態を現出す
ることができる。したがって、減圧長光路セル内に超高
純度ガスを流動させながら連続的に不純物濃度の測定を
行うことができる。つまり、セル内壁や配管への微量不
純物の吸着の影響を受けることなく、連続的に不純物濃
度の測定を行うことができる。
すなわち、測定の精度および能率を飛躍的に向上するこ
とができる。
(b)GCやGC−MSなどに比べて、■ル−ザ光線と
減圧長光路セルを用いた測定方法であるため、1回の測
定時間が短縮され、かつ連続測定が可能である。
■′超高純度ガスを連続的に流動させながらの測定であ
るため、H2O,NH3,PH3(ホスフィン〕などの
強吸着性の物質の測定も可能である。
■′上記■′と同様の理由により、co、Co2゜CH
4などの場合には、検出限界を約1 ppb以下のレベ
ルにすることができる。つまり、高精度な測定が可能と
なる。
■′連続測定が可能であるため、測定値1ポイント当た
りの測定費用が安くなる。
有効な実施態様 この発明の有効な実施態様として、つぎのちのを挙げる
ことができる。
すなわち、上記発明の構成において、前記減圧長光路セ
ルとして複数の減圧長光路セルを用い、これら各減圧長
光路セル群に対してレーザ光線の導入を順次的に切換え
て不純物濃度を測定する方法である。
実施態様の作用 上記の実施態様の構成によれば、つぎの作用がある。
減圧長光路セルとして複数の減圧長光路セルを用い、こ
れら各減圧長光路セル群に対してレーザ光線の導入を順
次的に切換えるようにしであるため、単一の減圧長光路
セルしか測定対象とできなかったモデル5psooo赤
外分光光度計に比べて、測定対象としての減圧長光路セ
ルが多く、その分測定の能率をさらに向上することがで
きる。
実施例 1       超高純度ガス中の不純物測定方法に使
用する装置の一例を第1図に示す。この第1図に示す装
置は、この発明の実施例の超高純度ガス中の不純物測定
方法に用いるものである。
図において、1は半導体レーザ発振器、2は光源切換え
用の可動反射鏡、3はグレーティング(回折格子)、4
は反射鏡、5は測定点切換え用の可動反射鏡、6は入光
反射鏡、7は減圧長光路セル、8は測定点切換え用の可
動反射鏡、9はレーザ光線検出器、10は情報処理シス
テム、11は減圧長光路セルフに対する超高純度ガス導
入管、12は減圧長光路セルフからの超高純度ガス排出
管、13は導入管11に介装した定量弁(マスフローコ
ントローラ)、14は排出管12に介装した排気弁、1
5は減圧長光路セルフの内圧計測兼流量制御のための制
御装置、16は真空ポンプである。
減圧長光路セルフは、1つだけが図示されているが、実
際には複数の減圧長光路セルフ・・が並設されている。
このセルフには、モデル5psooo赤外分光光度計の
セルを用いている。
半導体レーザ発振器1は、赤外領域のレーザ光    
 、・1線をスキャンしながら照射するものであり、ま
た、半導体レーザ素子へ印加する電流量を変化すること
により、レーザ光の波長を調整するものである。
可動反射鏡2は、波長を□異にするレーザ光線の選択を
するものであり、必要な波長のレーザ光線のみを反射鏡
4に入光するように構成されている。
グレーティング3は、目的以外の発振波長のレーザ光を
カットするものぞある。
測定点切換え用の可動反射鏡5,8は、1つの減圧長光
路セルフにおける測定が終了したのち、直ちにつぎの減
圧長光路セルフに対してレーザ光線を入光・受光するよ
うに情報処理システム10によってコントロールされる
。′鎖線矢印Aは、別の減圧長光路セルフの入光反射鏡
6に至る光路、鎖線矢印Bはその別の減圧長光路セルフ
から測定点切換え用の可動反射鏡8への入光の光路をそ
れぞれ示す。
減圧長光路セルフは、長さが約1mで、導入したレーザ
光線を、その内部において反射によって100回程炭柱
復させ、その間に減圧長光路セルフ内の超高純度ガス中
の不純物の吸光によりレーザ光線の強度を減衰させるも
のである。
減圧長光路セルフ内には、不純物を含んだ超高純度ガス
が流動される。
検出器9は、減圧長光路セルフ内で減衰されたレーザ光
線を入光してその強度を計測するものである。
情報処理システム10は、検出器9によって計゛ 測さ
れたレーザ光の強度から、減圧長光路セルフ内における
不純物による吸光度を演算して、不純物濃度を測定する
ものである。
制御装置15は、定量弁13および排気弁14をコント
ロールして、減圧長光路セルフ内の圧力を常時約、0.
01〜IOT、、、の範囲内の適当な圧力に調整する。
半導体レーザ発振器′Lから検出器9に至るまでの光路
を、N 2 + A ’などの不活性ガスで満たしてお
くことが望ましい。
この装置を用いた超高純度ガス中の不純物測定方法によ
れば、 (i)従来のGC−MSに比べると、ガス成分によって
少し異なるが、約10倍の検出恣度をもつとともに、H
20,NH3,PH3などの強吸着成分についても、高
精度に測定することができる。
(ii)1測定点、1不純初成分の測定に要する時間は
、約1秒以下であり、多数の測定点を連続的かつ高速度
に測定することができる。
具体的実施例(1) 〔対象ガス〕 超高純度N2 (はぼ100%)超高純
度Ar(はぼ100%) 〔対象不純物)  Co、Co2.H20,CH4〔測
定時間〕  1秒/1成分 〔セル内圧力)   IOT、、。
(S/N比) 1゜ 超高純度N2ガスを第1の減圧長光路セルフに流動させ
、超高純度Arガスを第2の、減圧長光路セルフに流動
させて測定を行ったところ、第1表に示す結果を得た。
N2とArとについての4成分の測定に要する合計時間
は、約8秒である。
また、結果は、N2とArとで全く同一であった。  
             (以下余白)第1表 表中で、±5は、この範囲でレーザ光線をスキャンする
ことを表す。結果は、各減圧長光路セルア、7内に導入
するレーザ光線の波長を時間的Gこ変化させて測定した
ものである。
この表から明らかなように、検出限界が、従来のGC−
MSの100〜10 ppbに比べて、約数10倍も高
くなっている。また、測定時間も従来の30分と比べて
圧倒的に短いただの8秒ですむ。
セル内圧力を107.、、としであるのは、プレッシャ
ー・ブロードニング(圧力が高くなると、スペクトル線
の幅が広がる現象)を避け、シャープなスペクトル線を
得ることにより、プレ・ノシャー・ブロードニングを受
けたセル以外の光路中にある不純物の吸収と区別するた
めである。
10 T、?、程度であると、非常にシャープなスペク
トルが得られ、セル以外の光路中の不純物に起因する吸
収と区別することができた。
具体的実施例(2) 〔対象ガス〕 超高純度NH3(はぼ100%)超高純
度PH3(はぼ100%) 〔対象不純物〕 H20 〔測定時間〕 1秒/1成分 [セル内圧力]   l0T0.。
(S/N比〕 1 上側と同様にセル内圧力をLOTo、rとしであるので
、プレッシャー・ブロードニングを避け、シャープなス
ペクトル線を得ることができ、プレッシャー・ブロード
ニングを受けたセル以外の光路中にある不純物の吸収と
区別することができる。
すなわち、非常にシャープなスペクトルが得られ、セル
以外の光路中の不純物に起因する吸収と区別することが
できた。
超高純度NH3ガスを第1の減圧長光路セルフに流動さ
せ、超高純度PH3ガスを第2の減圧長光路セルフに流
動させて測定を行ったところ、第2表に示す結果を得た
。NH3とPH3とについての1成分の測定に要する合
計時間は、約2秒である。
第2表 この場合は、従来、通常の方法では不可能であったもの
が測定可能となった。
なお、他の実施例として、上記実施例において、減圧長
光路セルフを単一化し、かつ測定点切換え用の可動反射
鏡5.8を普通の反射鏡に交換した装置を用いる方法を
挙げることができる。
発明の効果 この発明によれば、つぎの効果がある。
(a)  減圧長光路セルに対する超高純度ガスの流量
を制御することにより前記減圧長光路セルの内圧を実質
的に一定に保持し、定常状態において超高純度ガス中の
不純物濃度を測定するから、セル内壁や配管への微量不
純物の吸着の影響を受けることな(、連続的に不純物濃
度の測定を行うことができる。
すなわち、測定の精度および能率を飛躍的に向上するこ
とができる。
山)  GC−9’GC−MSなどに比べて、■ル−ザ
光線と減圧長光路セルを用いた測定方法であるため、1
回の測定時間が短縮され、かつ連続測定が可能である。
■′超高純度ガスを連続的に流動させながらの測定であ
るため、H2O,NH3,PH3(ホスフィン〕などの
強吸着性の物質の測定も可能である。
■′上記■′と同様の理由により、co、Co2゜i 
     CH4などの場合には、検出限界を約1 p
pb以下のレベルにすることができる。つまり、高精度
な。
測定が可能となる。
■′連続測定が可能であるため、測定値lポイント当た
りの測定費用が安くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の超高純度ガス中の不純物測定方法の
一実施例に使用する測定装置の概略構成図である。 l・・・半導体レーザ発振器、2・・・可動反射鏡、5
・・・可動反射鏡、7・・・減圧長光路セル、8・・・
可動反射鏡、9・・・レーザ光線検出器、10・・・情
報処理システム、1,3・・・定量弁、14・・・排気
弁、15・・・制御装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)減圧長光路セル内にレーザ光線を導入して、この
    減圧長光路セル内の超高純度ガス中の不純物の吸光によ
    り前記レーザ光線の強度を減衰させ、その減衰量に基づ
    いて不純物濃度を測定する方法であって、前記減圧長光
    路セル内に超高純度ガスを流動させながら前記前記減圧
    長光路セルに対する超高純度ガスの流量を制御すること
    により前記減圧長光路セルの内圧を実質的に一定に保持
    した状態において不純物濃度を測定する超高純度ガス中
    の不純物測定方法。
  2. (2)前記減圧長光路セル内に導入するレーザ光線の波
    長を時間的に変化させる特許請求の範囲第(1)項記載
    の超高純度ガス中の不純物測定方法。
  3. (3)前記減圧長光路セルとして複数の減圧長光路セル
    を用い、これら各減圧長光路セル群に対してレーザ光線
    の導入を順次的に切換えて不純物濃度を測定する特許請
    求の範囲第(1)項記載の超高純度ガス中の不純物測定
    方法。
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