KR19980026263A - 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법 - Google Patents

반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법 Download PDF

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KR19980026263A
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Abstract

청정용품의 분석에 정확성을 기할 수 있는 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법에 관한 것이다.
본 발명의 분석장치는, 순수를 포함하고 있는 탱크형태로 이루어지며, 표준기체공급원에서 특정농도의 복수의 구성기체가 섞인 표준기체를 공급받아 버블(Bubble)을 발생시켜 상기 표준기체에 일정량의 수증기를 포함시키는 습기 발생기, 청정용품의 시편이 그 내부에 거치되며, 운반가스공급원에서 운반가스를 공급받아 상기 시편에서 아웃개싱시킨 불순물을 혼합시키는 공간을 이루는 주챔버, 상기 습기 발생기 및 상기 주챔버와 각각 연결되고, 그 내부로 유통되는 가스의 양을 제어하는 캘리브레이션 시스템, 상기 캘리브레이션 시스템에서 공급되는 가스의 각 구성성분의 존재빈도를 구할 수 있는 대기압이온화 질량분석기를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물의 농도를 확인하여 공정불량원으로 작용하는 청정용품을 제거하여 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법
본 발명은 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체소자 제조공정에 사용되는 청정용품에서 아웃개싱(Out gasing)되는 불순물에 대한 분석에 정확성을 기할 수 있는 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법에 관한 것이다.
통상, 반도체소자에서는 미세한 입자에 의해서도 반도체 제품의 불량이 발생하므로, 반도체소자 제조공정이 진행되는 클린룸(Clean room) 내부는 높은 청정도가 요구된다.
그래서 일반적으로 먼지가 나지 않는 방진복, 방진화, 방진모 등의 청정용품을 착용한 작업자는 밀폐된 공간에서 강한 공기류에 의해서 방진복이나 방진화에 부착된 먼지나 이물질을 제거하는 에어 샤워(Air shower)를 실시한 후 클린룸 내부로 들어간다.
그러나, 청정용품에서는 리튬이온(Li+), 나트륨이온(Na+) 등의 이온성 불순물과 기타 불순물이 필연적으로 발생하므로 청정용품에서 아웃개싱(Out gasing)되는 불순물에 대한 분석작업이 필요하다.
종래의 청정용품 분석방법을 살펴보면, 먼저 반도체소자 제조공정에 사용되는 청정용품을 특정 크기로 잘라서 시편을 제작한다.
이어서, 제작된 시편을 용기에 담긴 초순수에 담가서 24 시간 내지 36 시간 정도의 대기시간을 가진다.
따라서, 용기에 담긴 초순수 내부에는, 시편에서 용출된 리튬이온(Li+), 나트륨이온(Na+), 칼슘이온(Ca2+), 마그네슘이온(Mg2+) 등의 이온성 불순물이 존재하게 된다.
이어서, 하이 퍼포먼스 이온 크로마토그래피(High Performance Ion Chromatography ; HPIC)를 이용하여 시편에서 초순수로 용출된 이온성 불순물을 분석하는 작업이 이루어진다.
이러한, 분석작업에 의해서 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물이 반도체소자 제조공정에서 불량원으로 작용하는지의 여부를 판단하게 된다.
그러나, 종래의 반도체 제조용 청정용품 분석작업은, 현실과 달리 공기가 아닌 초순수 내에 용출된 시편의 이온성 불순물을 분석하는 작업이므로 시편에서 초순수로 용출된 불순물이 공정과정에서 클린룸 내부로 아웃개싱되지 않을 수도 있으므로 청정용품 평가작업에 정확성이 결여되는 문제점이 있었다.
또한, 온도변화에 따라서 청정용품에서 불순물이 아웃개싱되는 정도를 확인할 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 반도체소자 제조공정에 사용되는 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물에 대한 평가작업에 정확성을 기할 수 있는 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 온도변화에 따라서 반도체소자 제조공정에 사용되는 청정용품에서 불순물이 아웃개싱되는 정도를 확인할 수 있는 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법을 제공하는 데 있다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 표준기체공급원
12, 16, 26, 30, 34, 35, 36, 46, 47 : 밸브
14 : 습기 발생기 20 : 캘리브레이션 시스템
22 : 대기압이온화 질량분석기(APIMS) 24 : 운반가스공급원
28 : 정제기 32 : 분자거름 포집기
38 : 도어 40 : 받침부
42 : 히팅코일 44 : 주챔버
48 : 펌프
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 청정용품 분석장치는, 순수를 포함하고 있는 탱크형태로 이루어지며, 표준기체공급원에서 특정농도의 복수의 구성기체가 섞인 표준기체를 공급받아 버블(Bubble)을 발생시켜 상기 표준기체에 일정량의 수증기를 포함시키는 습기 발생기, 청정용품의 시편이 그 내부에 거치되며, 운반가스공급원에서 운반가스를 공급받아 상기 시편에서 아웃개싱시킨 불순물을 혼합시키는 공간을 이루는 주챔버, 상기 습기 발생기 및 상기 주챔버와 각각 연결되고, 그 내부로 유통되는 가스의 양을 제어하는 캘리브레이션 시스템, 상기 캘리브레이션 시스템에서 공급되는 가스의 각 구성성분의 존재빈도를 구할 수 있는 대기압이온화 질량분석기를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 습기 발생기의 외부에는 상기 습기 발생기의 온도를 제어하는 히팅코일(Heating coil)이 감겨짐이 바람직하다.
상기 운반가스공급원과 상기 주챔버 사이에는 운반가스에 포함된 수분을 제거하는 분자거름 포집기(Molecular sieve trap)가 설치되고, 상기 운반가스공급원과 분자거름 포집기 사이에는 상기 운반가스에 포함된 이물질을 제거하는 정제기가 설치됨이 바람직하다.
또한, 상기 분자거름 포집기는 액체질소가 담긴 탱크 저면에 상기 운반가스가 공급되도록 구성됨이 바람직하다.
상기 주챔버에는 진공펌프가 연결됨이 바람직하다.
또한, 상기 주챔버에는 자동으로 열림 및 닫힘동작이 가능한 도어가 설치되고, 내부에는 자동으로 움직임이 가능한 받침부가 형성되고, 외부에는 상기 주챔버의 온도를 조절할 수 있는 히팅코일이 감겨짐이 바람직하다.
또한, 상기 주챔버와 캘리브레이션 시스템 사이에는 분기라인이 형성되어 공정진행 전후 상기 운반가스가 공급되면서 라인내의 잔류가스를 퍼지하도록 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 분자거름 포집기와 상기 주챔버 사이에서 상기 캘리브레이션 시스템이 연결되는 하나의 라인이 형성되어 상기 하나의 라인에서 분기된 새로운 분기라인이 형성되어 공정진행 전후 상기 운반가스가 공급되면서 라인내의 잔류가스를 퍼지하도록 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 청정용품 분석방법은, 특정농도의 다수의 구성기체가 섞인 표준기체를 초순수가 담긴 용기 저면에 공급하여 버블을 발생시키는 단계, 상기 버블에 포함된 각 성분 이온들의 존재빈도를 구하고 상기 각 성분의 준재빈도와 표준기체에 섞인 다수의 구성기체들의 특정농도를 비교하여 그 관계를 이용하여 표준그래프를 작성하는 단계, 정제수단에 의해서 운반용 가스를 정제하여 상기 정제된 운반용 가스가 청정용품의 시편이 담긴 주챔버에 공급되는 단계, 상기 주챔버에 공급된 운반용 가스에 의해서 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물과 운반용 가스가 혼합되는 단계, 및 상기 운반용 가스에 포함된 불순물의 존재빈도를 구하고 상기 불순물의 존재빈도와 상기 표준그래프를 이용하여 상기 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물의 농도를 구하는 단계를 구비하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 반도체 제조용 청정용품 분석장치 및 그 분석방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도1을 참조하면, 표준기체(일정량의 불순물이 혼합된 특정농도의 메탄, 이산화탄소, 산소 등이 혼합된 상태임)를 공급하는 표준기체공급원(10)과 캘리브레이션 시스템(Calibration system : 20) 및 대기압이온화 질량분석기(Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometer ; APIMS) (22)가 하나의 공급라인으로 순차적으로 연결되어 있다.
상기 캘리브레이션 시스템(20)은, 통과되는 기체의 양을 조절할 수 있는 복수의 유량조절기가 설치되어 있다.
또한, 상기 대기압이온화 질량분석기(22)는, 이온화부와 분석부 및 검출부가 구성되어 있어서, 공급되는 물질을 이온화시켜 이온화된 각 성분들의 갯수 즉 존재빈도를 구한 후, 각 존재빈도와 공급되는 물질의 농도를 비교하여 그 관계를 이용하여 그래프를 작성하도록 되어 있다.
또한, 표준기체공급원(10)과 캘리브레이션 시스템(20) 사이에는 밸브(12)와 습기 발생기(Moisture generator : 14) 및 밸브(16)가 순차적으로 설치되어 있다.
상기 습기 발생기(14) 내부에는, 일정량의 순수가 담겨져 있으며, 외부에는 내부에 담긴 순수의 온도를 제어할 수 있는 히팅코일(Heating coil)이 감겨질 수 있다.
또한, 상기 표준기체공급원(10)과 캘리브레이션 시스템(20)을 연결하는 라인과 별도로, 운반가스공급원(24)과 켈리브레이션 시스템(20)이 하나의 공급라인과 여기서 분리된 두개의 분기라인에 의해서 연결되어 있다.
상기 하나의 공급라인 상에는 밸브(26)와 필터링공정이 진행되는 정제기(28) 그리고 밸브(30)와 분자거름 포집기(Molecular sieve trap : 32)가 순차적으로 설치되어 있다. 상기 분자거름 포집기(32) 내부에는 일정량의 액화질소가 담겨져 있다.
상기 하나의 공급라인에서 양분된 두개의 분기라인 가운데 도면상 상부에 위치하는 분기라인 상에는 밸브(34)가 설치되고, 밸브(34) 이후의 분기라인에서 분기되는 새로운 분기라인이 형성되어 밸브(35)가 설치되어 있다.
또한, 상기 하나의 공급라인에서 양분된 두 개의 분기라인 가운데 도면상 하부에 위치하는 분기라인 상에는 밸브(36)와 주챔버(44)가 설치되고, 주챔버(44) 이후의 분기라인에서 분기되는 새로운 분기라인이 형성되어 밸브(47)가 설치되어 있다.
상기 주챔버(44)에는 자동으로 열림 및 닫힘 동작을 수행하는 도어(38)와 청정용품을 받치고 자동으로 움직임이 가능한 받침부(40)와, 콘트롤러(Controller : 도시되지 않음)에 의해서 주챔버(44)의 온도조절이 가능한 히팅코일(42)이 외부에 감겨져 있다.
또한, 펌핑동작을 수행하는 펌프(48)가 주챔버(44)와 연결되어 있다.
따라서, 표준기체공급원(10)에서 공급되는 표준기체가 밸브(12)를 통과하여 순수가 담긴 습기 발생기(14)의 저면에 공급됨에 따라서 순수와 표준기체가 혼합되어 버블(Bubble)이 발생한다.
이때, 습기 발생기(14) 외부에 감겨진 히팅코일을 이용하여 순수의 온도를 제어하여 표준기체와 수증기 일정량이 혼합될 수 있도록 한다.
습기 발생기(14)에서 수증기와 혼합된 표준기체는, 밸브(16)를 통과하여 캘리브레이션 시스템(Calibration system : 20)에 설치된 유량조절기에 의해서 그 양이 제어된다.
이어서, 표준기체는 대기압이온화 질량분석기(22)로 공급되어, 표준기체에 포함된 각 이온들이 분리되어 증폭됨으로서 각 이온들의 갯수 즉 존재빈도가 얻어진다.
이어서, 측정된 각 존재빈도와 표준기체 각 구성성분들의 특정농도를 비교함으로서 표준그래프가 얻어진다.
이어서, 자동으로 열림 및 닫힘 동작을 수행하는 도어(38)와, 청정용품을 받치고 자동으로 움직임이 가능한 받침부(40)가 구비되고 온도조절이 가능한 히팅코일(42)이 감겨진 주챔버(44)에 청정용품의 시편을 투입한다.
이어서, 운반용 가스로 사용되는 질소(N2)가스가 운반가스공급원(24)에서 밸브(26)를 통과하여 정제기(28)로 공급된다. 정제기(28)에서는 질소가스에 포함된 이물질을 제거하는 필터링공정이 진행된다.
이어서, 밸브(30)를 통과한 질소가스는 분자 거름 포집기(Molecular sieve trap : 32)로 공급되어 질소가스에 포함된 수분을 제거하는 작업이 진행된 후, 밸브(36)를 통과하여 온도조절이 가능한 주챔버(44)로 공급된다.
주챔버(44)로 공급된 질소가스는, 청정용품의 시편을 통과하며 시편에 존재하는 불순물을 아웃개싱 시킨다. 이에 따라서, 시편에 포함된 이온성 불순물과 혼합된 질소가스는 밸브(46)를 통과하여 캘리브레이션 시스템(20)에 공급되며 그 양이 조절되어 다시 대기압이온화 질량분석기(22)로 공급된다.
상기 대기압이온화 질량분석기(22)에서는 질소가스 즉 운반용 가스와 혼합된 이온성 불순물의 존재빈도가 산출되고, 산출된 각 존재빈도와 이미 제작된 표준그래프를 비교함으로서 불순물의 농도가 산출된다. 산출된 각 불순물의 농도에 의해서 작업자는 청정용품의 사용여부를 판단한다.
전술한, 청정용품 평가공정이 진행되기 전후에는, 운반가스공급원(24)에서 공급되는 질소가스가 분기된 라인들에 설치된 밸브(35, 47)를 통해서 외부로 배기되면서, 공급라인 상에 잔존하는 이물질을 제거하는 퍼지(Purge)공정이 진행된다.
따라서, 본 발명에 의하면 온도의 변화에 따라서 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물의 농도를 확인할 수 있으므로 이를 기초로하여 공정불량의 원인으로 작용하는 불량 청정용품을 제거하여 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (13)

  1. 순수를 포함하고 있는 탱크형태로 이루어지며, 표준기체공급원에서 특정농도의 복수의 구성기체가 섞인 표준기체를 공급받아 버블(Bubble)을 발생시켜 상기 표준기체에 일정량의 수증기를 포함시키는 습기 발생기;
    청정용품의 시편이 그 내부에 거치되며, 운반가스공급원에서 운반가스를 공급받아 상기 시편에서 아웃개싱시킨 불순물을 혼합시키는 공간을 이루는 주챔버;
    상기 습기 발생기 및 상기 주챔버와 각각 연결되고, 그 내부로 유통되는 가스의 양을 제어하는 캘리브레이션 시스템;
    상기 캘리브레이션 시스템에서 공급되는 가스의 각 구성성분의 존재빈도를 구할 수 있는 대기압이온화 질량분석기를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 습기 발생기의 외부에는 상기 습기 발생기의 온도를 제어하는 히팅코일(Heating coil)이 감겨짐을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 운반가스공급원과 상기 주챔버 사이에는 운반가스에 포함된 수분을 제거하는 분자거름 포집기(Molecular sieve trap)가 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 운반가스공급원과 분자거름 포집기 사이에는 상기 운반가스에 포함된 이물질을 제거하는 정제기가 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분자거름 포집기는 액체질소가 담긴 탱크 저면에 상기 운반가스가 공급되도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 운반가스공급원에서는 질소가스가 공급됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주챔버에는 진공펌프가 연결됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주챔버에는 자동으로 열림 및 닫힘동작이 가능한 도어가 설치됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주챔버 내부에는 자동으로 움직임이 가능한 받침부가 형성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주챔버 외부에는 상기 주챔버의 온도를 조절할 수 있는 히팅코일이 감겨짐을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 주챔버와 캘리브레이션 시스템 사이에는 분기라인이 형성되어 공정진행 전후 상기 운반가스가 공급되면서 라인내의 잔류가스를 퍼지하도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 분자거름 포집기와 상기 주챔버 사이에서 상기 캘리브레이션 시스템 이 연결되는 하나의 라인이 형성되어 상기 하나의 라인에서 분기된 새로운 분기라인이 형성되어 공정진행 전후 상기 운반가스가 공급되면서 라인내의 잔류가스를 퍼지하도록 구성됨을 특징으로 하는 상기 반도체 제조용 청정용품 분석장치.
  13. 특정농도의 다수의 구성기체가 섞인 표준기체를 초순수가 담긴 탱크 저면에 공급하여 버블을 발생시키는 단계;
    상기 버블에 포함된 각 성분 이온들의 존재빈도를 구하고 상기 각 성분의 준재빈도와 표준기체에 섞인 다수의 구성기체들의 특정농도를 비교하여 그 관계를 이용하여 표준그래프를 작성하는 단계;
    정제수단에 의해서 운반용 가스를 정제하여 상기 정제된 운반용 가스가 청정용품의 시편이 담긴 주챔버에 공급되는 단계;
    상기 주챔버에 공급된 운반용 가스에 의해서 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물과 운반용 가스가 혼합되는 단계; 및
    상기 운반용 가스에 포함된 불순물의 존재빈도를 구하고 상기 불순물의 존재빈도와 상기 표준그래프를 이용하여 상기 청정용품에서 아웃개싱되는 불순물의 농도를 구하는 단계를 구비하여 이루어지는 반도체 제조용 청정용품 분석방법.
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