米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米材料研究部[研究部主任佐佐木刚]纳米粒子功能设计组Toru Nakamura首席研究员等用于尖端半导体制造工艺蚀刻中氟气成分（1分钟内2ppm）的检测剂，并且还原型制作了配备该检测剂的紧凑型检漏仪。
C4F6，C5F8）的场所用于蚀刻用途的设备，在使用过程中会安装气体泄漏检测器来控制室内浓度，但也可能与制冷剂和清洁剂中含有的氟基气体成分发生反应，导致气体检测错误。新开发的检测剂可检测蚀刻气体成分。双键反应并产生颜色。同样的氟化气体成分（包括液体蒸气）也用作制冷剂和清洁剂全氟化碳等没有双键单键组成，因此不会与开发的检测剂发生反应，因此在更换制冷剂时不会出现误报。
这个原则是C4F6，C5F8更高性能的新一代氟基蚀刻气体成分等卤素人们认为它可以类似地应用于其他气体成分，并且有望作为一种泄漏检测技术得到广泛应用，该技术仅对高反应性且可能对生物体产生影响的气体成分做出响应。
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开发的检测剂（左）以及检测剂与氟气成分接触时颜色变化（右）
可以选择性、灵敏地检测蚀刻用氟基气体成分。 |
在尖端半导体制造工艺中，半导体表面处理高选择比得到，C4F6,C5F8用作蚀刻气体。由于担心这些蚀刻气体对环境和生物体的影响，我们在工厂内安装了许多气体探测器，以快速检测是否有泄漏，并进行控制以将环境中的浓度保持在2 ppm以下。然而，目前使用的利用高热分解的气体检测器也对氟化制冷剂和清洁剂蒸气做出响应，因此需要开发能够区分和检测制冷剂和清洁剂蒸气中的蚀刻气体成分的技术。
AIST 正在开发利用有机化合物检测液体中的金属离子和空气中特定气体成分的技术，这些有机化合物在与微量成分发生反应时性质会发生变化。
这次，我们致力于寻找通过与特定的氟基气体成分选择性反应而改变颜色的有机化合物，并开发使用这些有机化合物的检测剂和检测器。
此次研发的检测剂是多种物质的混合物，核心物质是分子中具有两个环状结构的蝴蝶型物质杂环有机氮化合物（例如 C7H12N2:1,5-二氮杂双环[4,3,0]non-5-烯），具有如图1所示的分子结构。分子中心的N=C-N部分与氟基气体分子的双键发生反应，生成新的共轭分子，改变其在从紫外到可见光的波长下的吸收特性。
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图1作为蚀刻气体成分检测剂核心的有机氮化合物的分子结构
弯曲部分的分子结构为-(CH2)N-，是由一个或多个碳组成的烃链。 |
当蚀刻气体成分与浸渍有该检测剂的滤纸接触时，滤纸的颜色从白色变为棕色（反射率降低）。该反应灵敏且快速，蚀刻气体成分 (C5F8)，1分钟内颜色发生变化（1分钟内反射率变化约4%），并且可以检测到气体成分（图2）。此外，由于显色程度与0至50ppm之间的蚀刻气体浓度成正比，因此还可以知道目标气体的浓度。
另一方面，制冷剂和清洁剂中使用的全氟化碳是氟基气体，但不具有双键。因此，即使检测剂与浓度比蚀刻气体成分高一万倍以上的全氟化碳制冷剂蒸气接触，也完全不会发生反应，也观察不到反射率的变化（图2）。考虑到反射噪声水平(02%)，可以看出选择性超过200,000倍。此外，还用作制冷剂和清洗剂全氟醚不与蒸汽发生反应。
目前半导体工厂常用的气体检测仪检测的是氟化氢，氟化氢是目标气体成分高温分解产生的pH 指示剂因此，可能无法区分蚀刻气体和制冷剂蒸气等成分的化学结构，从而导致误报（表1）。为了避免这种情况，需要采取措施，例如每次更换制冷剂时停止蚀刻气体检测器的运行，并相应地中断周围的蚀刻过程。新开发的检测剂消除了对此类措施的需要，并有望提高生产率。
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图2 蚀刻气体(C5F8)引入全氟化碳蒸气作为制冷剂后检测剂的成分和显色程度的变化
作为显色指标，我们选择特性变化显着的 350 nm 处的反射率变化作为纵轴。 |
此外，为了证明使用该检测剂的检测方法的有效性，我们创建了蚀刻气体泄漏检测器原型（图3）。从气体采样管（A）吸入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) 照射该滤纸并测量反射光的强度，可以检测颜色变化或微量蚀刻气体成分（光电光度测定）。由于不需要用于采样气体成分高温分解的反应器，甚至包括结果显示面板 (D)，因此该系统可以轻松地安装到单个业务案例中，这与传统的气体泄漏检测器相当。
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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)内部装有检测剂的反射率测量室、(C)LED光源和(D)结果显示面板组成。 |
该检测剂利用了当具有双键的碳原子与具有高电负性的卤素元素结合时双键变得不稳定的事实。因此，开发的检测剂检测分子中的双键，不仅与氟基气体发生反应，还与其他卤素基气体发生反应（例如，1,1,2,2-四氯乙烯、1,2-二溴乙烯）。即使在卤素气体中，仅由单键组成的气体（例如用于制冷剂的全氟化碳）化学性质稳定且无毒，但那些具有双键的气体1 具有反应活性，许多人担心它们对生物体的影响。因此，认为通过使用该检测剂，可以快速且选择性地检测可能对生物体产生影响的卤素基气体、液体或含有它们的溶液的泄漏。
1 包括通过与检测剂反应在分子内形成双键的物质（例如仅由单键组成的全氟化碳，其中一些氟被氢取代）。
未来，我们将继续通过实际环境演示改进检测剂，根据应用优化检测剂，提高检测系统的精密度，旨在将其作为检漏仪投入实际使用，为提高生产现场的安全性和生产效率做出贡献。为此，我们将与对该技术感兴趣的气体检测仪制造公司、卤素基气体和液体（下一代氟基蚀刻气体、塑料和功能材料原料、农药和杀虫剂、医药中间体等）制造公司以及使用这些产品的公司合作，进行面向实际应用的“转化”研究。