KR102156360B1 - 특수 가스 내의 입자 오염의 온라인 모니터링용 장치 - Google Patents
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Abstract
특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치는 단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분광기(sp-ICPMS) 및 가스 교환 장치(GED)를 포함한다. 상기 가스 교환 장치는 상기 sp-ICPMS에 결합된다. 상기 가스 교환 장치는 내식성 외측 튜브 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 내측 튜브를 포함하며, 상기 내식성 외측 튜브의 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 PTFE로 표면 처리된 스테인레스 강이다. 상기 내식성 외측 튜브와 상기 PTFE 내측 튜브 사이에 갭이 형성된다. 상기 PTFE 내측 튜브의 길이는 1 미터 이상이다. 아르곤 가스가 상기 갭 안에 흐르고, 특수 가스가 PTFE 내측 튜브 안에 흐른다.
Description
본 개시는 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체의 제조 중에 특수 가스의 사용이 보통 여러 가지 공정에서 요구된다. 예를 들면, NH3 및 SiH2Cl2가 질화규소 층을 형성하기 위한 원료로서 채용되고, NH3 및 O2가 웨이퍼 세정을 위해 채용되고, HF가 이산화 규소(SiO2)의 식각을 위해 사용되는 등이다. 그러나 이들 특수 가스가 금속 입자를 함유하면, 매우 소량이더라도, 가공해야 할 물체의 표면에 금속 입자가 떨어져서 수율 손실을 초래할 수 있다.
그러므로 운반 가스(conveying gas)에서 입자 오염(particle contamination)의 온라인 모니터링은 큰 도전이 된다. 최근에 입자 오염을 모니터링하기 위해 일반적으로 사용되는 장치, 예를 들어, 주사 이동성 입자 정립기(scanning mobility particle sizer, SMPS) 또는 고속 이동성 입자 정립기(fast mobility particle sizer, FMPS)가 있다. 그러나 입자 크기가 나노 미터 수준보다 작은 한, 그 포집 효율(collection efficiency)은 20 % 이하로 감소될 것이다.
따라서, 단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분광기(single particle inductively coupled plasma mass spectrometry, sp-ICPMS)를 이용한 검출 기술이 현재 개발되고 있다. 그럼에도 불구하고 그러한 검출 기술은 아직 실제로는 온라인으로 적용되지 않고 있으며, 특수 가스 내의 입자 오염 모니터링에 대한 연구는 수행되고 있지 않다.
본 개시는 단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분광기(sp-ICPMS)에 결합된 가스 교환 장치(gas exchange device, GED)를 포함하는, 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치를 소개한다. 가스 교환 장치는 내식성(corrosion resistant) 외측 튜브 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 내측 튜브를 포함하며, 내식성 외측 튜브의 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 PTFE로 표면 처리된 스테인리스 강이다. PTFE 내측 튜브는 내식성 외측 튜브의 안쪽에 배치되고, 내식성 외측 튜브와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 내측 튜브 사이에 갭이 형성되며, PTFE 내측 튜브의 길이는 1 m 이상이다. 갭은 아르곤 가스를 흘리기 위해 채용되고, PTFE 내측 튜브는 특수 가스를 흘리기 위해 채용된다.
본 개시를 더욱 상세하게 설명하기 위해 도면을 수반하는 몇몇 예시적인 구현예를 아래에서 상세하게 설명한다.
가스 교환 장치와 협력하여 sp-ICPMS를 채용함으로써 특수 가스 내의 입자 오염을 정량화하고 모니터링하는 것을 성공적으로 달성할 수 있다.
첨부된 도면은 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 그의 일부를 구성한다. 도면은 예시적인 구현예를 도시하고, 발명의 상세한 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시의 일 구현예에 따른 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치를 도시한 기능적 블록 다이어그램이다.
도 2는 도 1에 나타난 가스 교환 장치의 일례를 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1에 나타난 가스 교환 장치의 다른 일례를 도시한 개략도이다.
도 4a는 도 1에 나타난 장치를 위한 어댑터 장치(adaptor device)의 일례를 도시한 분해 다이어그램이다.
도 4b는 도 4a에 나타난 어댑터 장치의 조립 다이어그램이다.
도 5는 본 개시의 다른 구현예에 따른 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치를 도시한 개략적인 다이어그램이다.
도 6a는 실험예 1의 NH3의 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 6b는 실험예 2의 N2O 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 6c는 실험예 3의 CO2 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 6d는 실험예 4의 CF4의 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 7은 실험예 5의 성분 분석 다이어그램이다.
도 1은 본 개시의 일 구현예에 따른 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치를 도시한 기능적 블록 다이어그램이다.
도 2는 도 1에 나타난 가스 교환 장치의 일례를 도시한 개략도이다.
도 3은 도 1에 나타난 가스 교환 장치의 다른 일례를 도시한 개략도이다.
도 4a는 도 1에 나타난 장치를 위한 어댑터 장치(adaptor device)의 일례를 도시한 분해 다이어그램이다.
도 4b는 도 4a에 나타난 어댑터 장치의 조립 다이어그램이다.
도 5는 본 개시의 다른 구현예에 따른 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치를 도시한 개략적인 다이어그램이다.
도 6a는 실험예 1의 NH3의 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 6b는 실험예 2의 N2O 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 6c는 실험예 3의 CO2 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 6d는 실험예 4의 CF4의 가스 농도와 아르곤 유속의 관계를 나타내는 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 7은 실험예 5의 성분 분석 다이어그램이다.
구현예들을 아래에 제공하며, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 예시된 구현예들이 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다. 또한, 도면은 예시적인 목적으로 제공되고, 원래의 크기에 따라 도시되지 않으며, 상이한 구성 요소들이 하나의 도면에 표시되기 위해 과장되거나 수축될 수 있다. 또한, 이해의 편의상 동일한 구성 요소는 이하에서 동일 기호로 표시될 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "포함하다(comprise)", "포함하다(include)", "갖고 있다(have)", "포함하다(contain)" 등의 용어는 모두 열린 용어(open terms)인데, 즉 포함하지만 이에 한정되는 것은 아님을 의미한다.
도 1은 본 개시의 일 구현예에 따른 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치를 도시한 기능적 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치는 가스 교환 장치(100) 및 단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분광기(sp-ICPMS)(102)를 포함하고, 가스 교환 장치(100)는 sp-ICPMS(102)에 결합(coupling)되어 있다. 본 구현예에서, sp-ICPMS(102)는 기존의 sp-ICPMS일 수 있고, sp-ICPMS(102) 내에서는, 가스 교환 장치(100)로부터의 가스 입력이 분무되고, 그에 따라, 그 안에 포함된 입자 또는 에어로졸이 유도 결합 플라즈마(미도시) 내로 가이드 되어, 해리되고 이온화된 다음, 검출을 위해 질량 분광기로 들어간다.
본 개시에서 입자 질량을 정량화하는 방법은: 금속 원소 표준을 이용하여 검량선(calibration curve)을 확립함으로써 금속 원소 질량과 측정 신호 사이의 관계식을 얻는 단계; 입자가 sp-ICPMS(102)에 들어간 후 얻어진 신호값을 이용하여 상기 관계식을 연산함으로써 입자 질량을 얻는 단계; 및 아래의 수학식 (1)에 의해 입자의 입자 크기를 얻는 단계;를 포함한다:
수학식 (1)에서 d는 입자 크기를 나타내고, WP는 적분 시간 내에 전달된 질량을 나타내고, ρ는 입자 밀도를 나타낸다. 입자량 농도(particle quantity concentration)가 측정된 신호들의 개수(count)를 계산하는데 사용되는데, 여기서, 하나의 신호는 하나의 입자를 나타내고, 입자량 농도는 아래의 수학식 (2)를 계산함으로써 얻어질 수 있다.
수학식 (2)에서 CNP는 입자량 농도, f는 측정된 입자 개수, Q는 시료의 도입 속도, η는 전달 효율, t는 총 측정 시간을 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타난 가스 교환 장치의 일례를 도시한 개략도이다.
도 2에서 가스 교환 장치(100)는 내식성 외측 튜브(200) 및 내식성 외측 튜브(200) 안쪽에 배치된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 내측 튜브(202)를 포함한다. 내식성 외측 튜브(200)와 PTFE 내측 튜브(202) 사이에 갭(204)이 형성되어 있다. 내식성 외측 튜브(200)의 재질은, 예를 들어, PTFE 튜브 또는 PTFE로 표면 처리된 스테인레스 강 튜브를 포함하고, PTFE 내측 튜브(202)의 길이(L1)는 1 m 이상이다. 본 구현예에서, 갭(204) 안에 아르곤 가스가 흐르고, PTFE 내측 튜브(202) 안에 특수 가스가 흐르고, PTFE 내측 튜브(202) 안의 특수 가스의 유속 대 갭(204) 안의 아르곤 가스의 유속은, 예를 들어, 1:2 이상이다. 그러므로 1 미터 이상의 길이를 갖는 PTFE 내측 튜브(202)에 의해, 특수 가스는 아르곤 가스와 완전히 교환되고, 이에 따라 특수 가스가 없는 가스가 sp-ICPMS(102)로 들어간다. 특수 가스는 독성이거나 sp-ICPMS(102) 내의 플라즈마를 불안정하게 할 수 있는 NH3, HCl, NF3, CO2, N2O, BF3, AsH3, PH3, GeH4, CF4 또는 HF를 포함한다.
도 2는 가스 유입 튜브(206)를 통해 제공되는 아르곤 가스 및 가스 배출 튜브(208)로부터 배출되는 특수 가스를 더 도시한다. 가스 교환 속도를 증가시키는 관점에서, PTFE 내측 튜브(202)는 예를 들어 50% 내지 70%의 다공도(porosity)를 갖고, PTFE 내측 튜브(202)의 기공 크기는 예를 들어 200 nm와 500 nm 사이이다. 그러므로 PTFE 내측 튜브(202)로 유입되는 특수 가스 및 이에 의해 운반되는 금속 입자(미도시)가 직면하게 되는 효과는, 특수 가스가 PTFE 내측 튜브(202)의 기공을 통해 갭(204)으로 침투하여 갭(204) 내의 아르곤 가스를 교환하는 반면, 금속 입자는 여전히 PTFE 내측 튜브(202)에 남아있게 된다는 것이다.
도 3은 도 1에 나타난 가스 교환 장치의 다른 일례를 도시한 개략도이며, 여기에서 명확성을 위해 일부 구성 요소가 생략되었다.
도 3에서 아르곤 가스는, 가스 유입 튜브(206)과 연결된 가스 공급 장치(300)(예를 들어, 가스 실린더)로부터, 내식성 외측 튜브(200)와 PTFE 내측 튜브(202) 사이의 갭으로 공급된다. 특수 가스는 가스 파이프 라인(302)을 통해 PTFE 내측 튜브(202)로 도입된다. 한편, 특수 가스는 수집 장치(304)에 먼저 저장될 수 있거나, 또는 대안적으로 시험 대상의 특수 가스가 기계(미도시)로부터 PTFE 내측 튜브(202)로 직접 전달될 수 있다. 또한, 특수 가스가 튜브 내에서 응축되는 것을 방지하고 가스 교환 속도를 증가시키기 위해, 내식성 외측 튜브(200)는 부가적으로 내식성 외측 튜브(200) 안의 온도를 증가시키기 위한 가열 장치(306)와 함께 배치될 수 있다.
또한, 본 구현예의 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치에서, 부식성이 있고 생물학적 환경에 유해한 특수 가스의 누출을 방지하기 위하여, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 어댑터 장치가 추가로 배치될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 도 1에 나타난 장치를 위한 어댑터 장치의 분해 다이어그램 및 조립 다이어그램이다. 먼저 도 4a를 참조하면, 어댑터 장치(400)는 적어도 제 1 커넥터(402), 제 2 커넥터(404) 및 제 1 커넥터(402)와 제 2 커넥터(404) 사이에 위치한 어댑터(406)를 포함한다. 내측/외측 튜브 누출 방지 커넥터(leakproof connector)(408)로서 기능하기 위한 긴 꼬리 커넥터(long-tail connector)가 제 2 커넥터(404) 안쪽에 더 배치되는데, 이때, 그것의 긴 꼬리 단부(long-tail end)는 제 1 커넥터(402) 쪽을 향하도록 배치된다. 어댑터(406)의 내면(412)은 특수 가스가 사용될 때 부식되는 것을 피하기 위해 전체적으로 테프론 필름으로 입혀져 있다. 또한, 안전을 위해 제 3 커넥션(410)이 어댑터 장치(400)에 추가로 배치되어 배기 장치(미도시)와의 연결을 위한 누출 방지 커넥터로서 작용할 수 있다.
어댑터 장치(400)는 본 구현예의 장치에 채용될 때, 도 1에 도시된 가스 교환 장치(100)와 sp-ICPMS(102) 사이에 배치된다. 제 1 커넥터(402)는 가스 교환 장치에 결합될 수 있고, 제 2 커넥터(404)는 sp-ICPMS에 결합될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 내식성 외측 튜브(200) 및 PTFE 내측 튜브(202)는 제 1 커넥터(402)에 고정되고(locked), PTFE 내측 튜브(202)는 어댑터(406) 내로 연장되어 내측/외측 튜브 누출 방지 커넥터(408)에 의하여 PTFE 내측 튜브(202)와 단단히 맞물린다. 따라서, PTFE 내측 튜브(202)에 큰 압력 변화가 발생하더라도 특수 가스가 밖으로 누출되지 않는다.
도 4b에서 내측/외측 튜브 누출 방지 커넥터(408)의 긴 꼬리 단부의 외경(outer diameter)은 PTFE 내측 튜브(202)의 내경(inner diameter), r과 대략 동일하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
어댑터 장치(400)의 배치에 의해 독성이 있고 환경에 유해한 특수 가스가 누출되는 것을 방지하는 효과를 또한 달성할 수 있다. 마찬가지로, 어댑터 장치(400)는 가스 파이프 라인(302), 내식성 외측 튜브(200) 및 PTFE 내측 튜브(202) 사이에 또한 배치될 수 있다. 예를 들어, 가스 파이프 라인(302)이 제 2 커넥터(402) 및 내측/외측 튜브 누출 방지 커넥터(408)와 연결될 수 있고, 제 1 커넥터(402)가 내식성 외측 튜브(200) 및 PTFE 내측 튜브(202)과 연결될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다른 구현예에 따른 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하기 위한 장치를 도시하는 개략적인 다이어그램이며, 여기에서 이전의 구현예와 관련된 요소 라벨 및 일부 내용이 이제부터 참조되고, 동일하거나 유사한 요소는 동일거나 유사한 참조 라벨에 의하여 표시되고, 그러므로 동일한 기술적 세부 사항들의 설명은 여기에서 반복되지 않는다. 설명에서 생략된 부분은 앞에서 기술한 구현예들로부터 참조될 수 있으며, 아래의 구현예에서 반복되지 않을 것이다.
도 5에서 특수 가스 내의 입자 오염을 온라인 모니터링하는 장치는 가스 교환 장치(100) 및 sp-ICPMS(102) 외에 표준 도입 장치(standard introduction device)(500)를 더 포함한다. 표준 도입 장치(500)는 가스 교환 장치(100) 및 sp-ICPMS(102) 사이에 연결되고, sp-ICPMS(102)로 들어가는 입자들의 질량을 정량화하기 위하여 채용된다. 예를 들어, 표준 도입 장치(500)는 분무기(nebulizer)(502) 및 블랭크 용액(blank solution)(506)과 연결된 액체 샘플링 및 스위칭 밸브(508) 및 STD(standard) 용액(504)을 가질 수 있다. 분무기(502)로 전달되는 용액의 유형은 액체 샘플링 및 스위칭 밸브(508)를 제어함으로써 선택할 수 있다. 따라서 분무기(502)는 상이한 농도의 금속 원소를 함유하는 STD 용액을 마이크로액적(microdroplet)으로 분무할 수 있고, 그 다음 마이크로액적은 측정을 위해 sp-ICPMS(102)로 보내진다. 이런 방식으로 농도와 신호 강도 사이의 관계를 나타내는 관계 다이어그램을 확립하고, 특수 가스 내의 입자들의 질량을 정량화하기 위한 관계식을 선형 회귀(linear regression)에 의해 얻음으로써 정량화 효과를 얻을 수 있다. 이 경우 분무기(502)는 사이클론 스프레이 챔버, 초음파 분무기 또는 단일 마이크로액적 생성 장치와 함께 작동되는 공압식 분무기(pneumatic nebulizer)일 수 있다.
본 개시에 의해 달성할 수 있는 효과를 증명하기 위한 실험예들을 아래에 제공한다. 그러나 본 개시는 아래에서 설명되는 내용에 한정되지 않는다.
실험예 1
이 실험예에서는 도 2에 도시된 바와 같은 가스 교환 장치를 채용하는데, PTFE 내측 튜브의 길이는 1 m이고, PTFE 내측 튜브의 다공도는 50 % 내지 70 %이며, PTFE 내측 튜브의 기공 크기는 대략 200 nm 내지 500 nm이다. 다음에 PTFE 내측 튜브(202)의 일 단부로부터 NH3를 공급하고, 내측 튜브와 외측 튜브 사이의 갭으로 아르곤 가스를 공급하며, NH3의 유속을 1L/분으로 고정하고, 아르곤 가스의 유속은 질량 유속계를 사용하여 제어하며, 이를 그후 푸리에 변환 적외선 분광기(Fourier transform infrared spectrometer)로 측정한다. 아르곤 유속의 변화에 따라 PTFE 내측 튜브의 다른 단부(유출 단부)의 NH3 가스 농도를 측정하여 내측 튜브 내의 가스/외측 튜브 내의 가스의 교환 비율을 여러가지 시나리오에서 구하고, 그 결과를 도 6a 에 나타내었다.
실험예 2
이 실험예에서는 실험예 1에서 채용한 동일한 장치를 또한 채용하여 N2O에 대하여 동일한 측정을 수행하였고, 그 결과를 도 6b에 나타내었다.
실험예 3
이 실험예에서는 실험예 1에서 채용한 동일한 장치를 또한 채용하여 CO2에 대하여 동일한 측정을 수행하였고, 그 결과를 도 6c에 나타내었다.
실험예 4
이 실험예에서는 실험예 1에서 채용한 동일한 장치를 또한 채용하여 CF4에 대하여 동일한 측정을 수행하였고, 그 결과를 도 6d에 나타내었다.
도 6a 내지 도 6d에 따르면, 특수 가스 유속 대 아르곤 유속의 비율이 예를 들어 1:2 이상인 시나리오에서 각 샘플의 잔류 가스 농도가 극적으로 감소되어, 즉, 교환 비율이 모두 99 %를 초과하여, 가스 교환의 결과를 효과적으로 달성할 수 있다.
실험예 5
이 실험예에서는 도 1에 도시된 가스 교환 장치 및 sp-ICPMS를 채용하여 NH3 가스 내의 금속 입자 오염을 측정한다. 가스 교환 장치와 관련하여 NH3 유속을 1L/분으로 고정하고, 아르곤 유속을 2L/분으로 고정하고, 가스 교환 장치의 내측 튜브의 출구단을 연결 튜브를 통하여 sp-ICPMS으로 연결하고, sp-ICPMS의 측정 시간을 5분으로 설정하고, Al, Cu, Fe 등의 다양한 원소를 선택하여, 도 7에 도시된 바와 같이 순간적인 데이터(instant data)를 얻는다.
실험예 6
실험예 1에서 채용된 장치를 NH3 가스에 대한 가스 교환을 위해 채용하고, 교환된 가스를 일단이 sp-ICPMS에 연결되고 타단이 분무기와 연결된 연결 튜브를 통해 보낸다. 전체 실험 구성은 도 5에 도시된 바와 같다. 분무기를 액체 원소 표준을 에어로졸로 분무하는데 채용하고, 에어로졸은 측정을 위해 sp-ICPMS로 보낸다. 사용된 원소 표준의 농도는 0, 100 및 200 ng/kg이고, 농도 및 얻어진 신호값에 따라 원소 검량선(element calibration curve)을 얻을 수 있다. 도 7에서 얻어진 각각의 신호값을 검량선에 치환하여 원소 질량을 얻을 수 있고, 원소 질량을 상기 수학식 (1)을 통하여 입자 직경으로 변환하고, 농도는 각각의 측정된 원소 질량을 NH3의 도입 질량으로 나눈 값의 합이며, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
| 원소 | 밀도 (g/cm3) |
LOD (nm) |
<100nm (갯수) |
100~500nm (갯수) | >500nm (갯수) |
농도 (ng/g) |
| Na | 0.96 | 19.2 | - | 2 | - | 1.4 |
| Mg | 1.73 | 5.1 | - | 9 | 1 | 25.0 |
| Al | 2.70 | 7.9 | - | 83 | 4 | 217.0 |
| K | 0.86 | 25.3 | - | 8 | - | 7.7 |
| Fe | 7.87 | 12.8 | 11 | 75 | - | 105.4 |
| Ni | 8.91 | 9.0 | - | - | - | ND |
| Cu | 8.96 | 5.7 | - | 54 | - | 54.8 |
| Zn | 7.14 | 7.4 | - | - | - | ND |
| Cr | 19.3 | 3.7 | - | - | - | ND |
* ND는 값이 장치의 최소 눈금보다 작음을 나타낸다.표 1에 의하면, NH3에 함유된 각 원소의 입자 직경 분포 및 그의 전체 농도를 얻을 수 있고, 이때 입자 직경 분포가 주로 100 내지 500 nm의 범위에 있고, 원소들 중 Al 및 Fe가 더 많은 총 입자 수와 또한 더 큰 농도를 갖는다. 따라서 가스 교환 장치와 협력하여 sp-ICPMS를 채용함으로써 특수 가스 내의 입자 오염을 정량화하고 모니터링하는 것을 성공적으로 달성할 수 있다.
전술한 설명에 비추어, 본 개시에서, sp-ICPMS가 내측 및 외측 튜브를 포함하는 가스 교환 장치와 협력하여 작동된다. 내측 튜브는 특정 재질과 크기로 설계되어 있어서 가스 교환 속도를 현저히 증가시키고 특수 가스를 모니터링하는데 기여할 수 있다. 또한, 특수 설계된 어댑터 장치를 사용하여 전체 가스 교환 장치가 압력에 견딜 수 있고, 특수 가스의 모니터링에 적합하며, 안전에 관한 염려로부터 자유로울 수 있다. 또한, 표준 도입 장치를 추가로 채용함으로써 가스 교환 후 샘플을 직접 정량화하고 모니터링할 수 있다.
본 개시의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 개시된 구현예의 구조에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 전술한 관점에서, 본 개시는 다음의 특허 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 본 개시의 수정 및 변형을 포괄하는 것으로 의도된다.
Claims (11)
- 특수 가스 내의 입자 오염의 온라인 모니터링 장치로서,
상기 온라인 모니터링 장치는
단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분광기(sp-ICPMS); 및
상기 sp-ICPMS에 결합된 가스 교환 장치;를 포함하고,
상기 가스 교환 장치는,
내식성 외측 튜브로서, 상기 내식성 외측 튜브의 재료가 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 또는 PTFE로 표면 처리된 스테인레스 강을 포함하는, 내식성 외측 튜브; 및
PTFE 내측 튜브로서, 상기 PTFE 내측 튜브는 상기 내식성 외측 튜브의 안쪽에 배치되고, 상기 내식성 외측 튜브와 상기 PTFE 내측 튜브의 사이에 갭이 형성되어 있고, 상기 PTFE 내측 튜브의 길이가 1 미터 이상인, PTFE 내측 튜브;를 포함하고,
상기 갭은 아르곤 가스를 흘리기 위해 채용되고, 상기 PTFE 내측 튜브는 상기 특수 가스를 흘리기 위해 채용되며,
상기 온라인 모니터링 장치는 상기 가스 교환 장치와 상기 sp-ICPMS 사이에 배치된 어댑터 장치를 더 포함하고, 상기 어댑터 장치는,
상기 가스 교환 장치에 결합된 제 1 커넥터;
상기 sp-ICPMS에 결합된 제 2 커넥터;
상기 제 1 커넥터와 상기 제 2 커넥터 사이에 위치한 어댑터; 및
상기 제 2 커넥터 안쪽에 배치된 내측/외측 튜브 누출 방지 커넥터(leakproof connector)를 포함하고,
상기 내측/외측 튜브 누출 방지 커넥터는 상기 PTFE 내측 튜브와 단단히 맞물린 긴 꼬리 커넥터(long-tail connector)인, 온라인 모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 아르곤 가스는 가스 공급 장치에 의해 상기 내식성 외측 튜브와 상기 PTFE 내측 튜브 사이의 상기 갭으로 공급되는 온라인 모니터링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 특수 가스는 가스 파이프 라인을 통해 상기 PTFE 내측 튜브로 공급되는 온라인 모니터링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 PTFE 내측 튜브의 다공도(porosity)는 50 % 내지 70 %인 온라인 모니터링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 PTFE 내측 튜브의 기공의 크기는 200 nm 내지 500 nm 인 온라인 모니터링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 특수 가스는 NH3, HCl, NF3, CO2, N2O, BF3, AsH3, PH3, GeH4, CF4 또는 HF 를 포함하는 온라인 모니터링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 PTFE 내측 튜브 내의 상기 특수 가스의 유속 대 상기 갭 내의 상기 아르곤 가스의 유속의 비율은 1:2 이상인 온라인 모니터링 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 긴 꼬리 커넥터의 긴 꼬리 단부의 외경은 상기 PTFE 내측 튜브의 내경과 동일한 온라인 모니터링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 긴 꼬리 커넥터의 긴 꼬리 단부의 외경은 상기 PTFE 내측 튜브의 내경보다 크고 상기 PTFE 내측 튜브의 외경보다 작은 온라인 모니터링 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스 교환 장치와 상기 sp-ICPMS 사이에 연결되고, 상기 sp-ICPMS에 진입하는 가스의 유속을 정량화하기 위해 채용되는 표준 도입 장치(standard introduction device)를 더 포함하는 온라인 모니터링 장치.
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