使用C等含氟蚀刻气体的场所₄F₆和 C₅F₈配备气体泄漏探测器，用于在使用气体时管理房间内的气体浓度。然而，制冷剂和清洁剂中含有的含氟气体有时会引发探测器误报。气体（包括液体蒸气）不会与检测剂发生反应，因为它们仅由单键组成，没有双键，因此即使在更换制冷剂期间也不会产生误报。

这种选择性检测原理被认为适用于性能比C更高的下一代含氟蚀刻气体₄F₆和 C₅F₈和其他含卤素气体，并且有望作为泄漏检测技术扩展到广泛的应用，该技术仅检测具有不良生物效应的高反应性气体。

开发的检测剂（左）以及该剂与含氟气体接触时颜色变化（右） 可选择性、高灵敏度地检测含氟蚀刻气体。

先进的半导体制造工艺使用含氟气体，例如 C₄F₆和 C₅F₈作为蚀刻气体，以便在半导体表面处理中获得高选择性。由于考虑到这些蚀刻气体对环境和生物的不利影响，工厂安装了大量的气体探测器来快速检测这些气体的泄漏，努力将这些气体在环境中的浓度保持在2 ppm或更低。然而，目前使用的气体检测器依赖于高热分解，并且对含氟制冷剂和清洁剂蒸气也很敏感，因此需要一种能够区分蚀刻气体与制冷剂和清洁剂蒸气的检测技术。

AIST 一直在开发利用有机化合物和其他试剂（其特性在与微量物质发生反应时发生变化）来检测液体中的金属离子和空气中的特定气体的技术。

在这项研究中，研究人员寻找一种与特定含氟气体选择性反应时会变色的有机化合物，并致力于开发使用这种有机化合物的检测剂和检测器。

新开发的检测剂是多种物质的混合物，其核心是具有蝴蝶状结构的两个环的杂环有机氮化合物（例如C₇H₁₂N₂：1,5-二氮杂双环[4,3,0]非5-烯），如图1所示。分子中心的N=C-N部分与含氟气体分子的双键发生反应，产生新的共轭分子，从而改变其在紫外和可见光波长区域的吸收特性。

图1：蚀刻气体检测剂核心有机氮化合物的分子结构 弯曲部分的分子结构为-(CH2)N-，由一个或多个碳原子组成的烃链。

当蚀刻气体与浸有检测剂的滤纸接触时，滤纸的颜色从白色变为棕色（其反射率降低）。该反应灵敏且快速，足以检测浓度仅为 2 ppm (00002%) 的蚀刻气体 (C₅F₈）并在一分钟内改变颜色（一分钟内反射率变化约 4%）（图 2）。而且，由于颜色变化的程度与蚀刻气体的浓度（从0到50 ppm）成正比，因此检测器还指示目标气体的浓度。

另一方面，制冷剂和清洁剂中使用的全氟化碳和类似化合物也是含氟气体，但不具有双键。因此，当检测剂与制冷剂全氟化碳蒸气接触时，即使浓度超过蚀刻气体的10,000倍，它也不会发生反应并且不会改变反射率（图2）。如果考虑反射率的噪声水平 (02%)，则可以认为该试剂的选择性因子为 200,000。检测剂也不与用作制冷剂和清洁剂的全氟醚蒸气发生反应。

目前半导体工厂普遍使用的气体检测器使用pH指示剂或类似手段来检测目标气体高温分解产生的氟化氢。因此，这些探测器有时会因无法识别蚀刻气体和制冷剂蒸气的化学结构差异而发出误报（表 1）。为了避免误报，需要采取措施，例如在更换制冷剂时禁用蚀刻气体探测器，从而扰乱现场的蚀刻过程。由于使用开发的检测剂时不需要采取此类措施，因此该试剂有望有助于提高半导体制造的生产率。

图2：引入蚀刻气体后检测剂显色的变化（C5F8) 和全氟化碳制冷剂蒸气 作为着色的指标，纵轴显示 350 nm 处反射率的变化，在该处颜色变化显着。

为了证明使用这种试剂进行检测的有用性，研究人员创建了一个原型蚀刻气体泄漏检测器（图3）。从气体采样管 (A) 取出的气体被送入反射率测量室 (B)，与浸渍有检测剂的滤纸接触。通过用LED（C）照射滤纸并测量反射光的强度（即颜色的变化），可以检测到微量的蚀刻气体（这种技术称为“光电光度测定”）。由于原型不需要用于样气高温分解的反应器，因此可以将原型（包括结果显示面板（D））舒适地安装在单个公文包中，其尺寸与传统气体泄漏检测器相当。

图 3：高灵敏度蚀刻气体泄漏检测仪原型 由(A)气体采样管、(B)反射率测量室组成 内部检测剂，(C) LED 光源，(D) 结果显示面板。

检测剂利用了这样一个事实：当双键碳原子与高负电性卤素原子结合时，双键会不稳定。同样，新的检测剂可以发现其他含卤素气体（例如1,1,2,2-四氯乙烯和1,2-二溴乙烯）以及含氟气体的双键并与其发生反应。对于含卤素气体来说，仅由单键组成的气体（例如全氟化碳制冷剂）化学性质稳定且无毒，而那些具有双键的气体则¹通常具有反应性，并因其不良生物效应而引起关注。因此，预计使用这种检测剂还可以快速、选择性地检测含卤素气体和液体或含有它们的溶液的泄漏，其不利的生物效应值得关注。

¹包括通过与检测剂反应形成双键的那些（例如，仅由单键组成的全氟化碳，其中一些氟被氢取代）。

研究人员计划通过在实际工厂环境中的演示来改进检测剂。它们还旨在通过针对不同目的优化检测剂和检测系统的复杂性，实现泄漏检测器的实际应用，从而进一步提高制造现场的安全性和生产效率。研究人员将与对所开发技术感兴趣的公司合作，进行旨在实际应用的“桥接”研究，包括制造气体探测器的公司和制造含卤素气体和液体的公司（例如下一代含氟蚀刻气体、塑料和功能材料的原材料、农业化学品和农药、医药中间体）以及使用这些产品的公司。

与检测剂相关的研究很快将在欧洲科学期刊上发表，四面体字母.