用氦离子化(DID)气相色谱仪分析高纯四氟化碳

　　四氟化碳是目前微电子工业中用量最大的等离子蚀刻气体之一,其组分及混合气体可广泛应用于硅、二氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃及钨薄膜材料的蚀刻。 在电子器件表面清洗、太阳能电池的生产、激光技术、气相绝缘、低温制冷、泄漏检验剂、控制宇宙火箭姿态、印刷电路生产中的去污剂等方面也大量使用。

　　国外主要发达国家都有高纯四氟化碳的生产。随着我国半导体电子工业的迅速发展,四氟化碳的年使用量超过300万t ,并逐年增加,这就带来了四氟化碳产品的质量检测问题。建立一种简便快捷、准确度高的检测四氟化碳产品的方法,以满足四氟化碳的迅速发展。

　　高纯四氟化碳产品中的H2、O2、N2、CO2、C2F6、SF6指标是其重要杂质指标之一,对这几种杂质进行检测是进行产品分析的基础,也是 四氟化碳产品等级判定的基础。如果在产品检测时能够同时将以上杂质组分定量分析,将大大提高产品分析的效率。据此本文通过查阅相关资料,结合对气体分析的 经验,开展了高纯四氟化碳产品中的H2、O2、N2、CO2、C2F6、SF6杂质的同时检测方法的研究。

　　1　试验方法

　　1·1　方法简述

　　气相色谱法是一种常用的气体分析方法之一,它具有简便快捷、灵敏度高等优点,对于气态样品的检测一般利用该方法进行。在气相色谱法分析样品的过 程中,所选用的色谱柱、柱温、检测器等条件直接影响样品分析的分离度和检测限。本文通过对色谱条件优化后,建立了利用气相色谱仪进行分析的方法。

　　本方法所使用的检测器为氦离子化放电检测器(Discharge Ionization Detector),简称DID检测器,对杂质组分的检测限能够达到0·01×10-6,灵敏度高,能够满足微量组分分析的要求。

　　由于所分析的样品为高纯四氟化碳(纯度≥99·99%),故主成分可能会对样品中微量杂质组分的分析造成影响,因此考虑采用阀切割方法,利用预 处理柱将主成分与其他组分分离后,由切割阀将主成分切割并放空,使其无法进入检测器,当主成分完全切割后,切割阀复位,其他杂质组分通过预处理柱进入分离 柱,由分离柱完全分离后进入检测器,从而达到分析样品杂质组分的目的。

　　1·2　方法原理

　　1·2·1　DID检测器工作原理

　　该检测器分上下两室,上室为放电室,下室为电离室,两室之间有一狭路相通。在放电室内的放电电极( Discharge Electrodes)上施以适当的电压,电极之间产生放电,从而获得一束高能紫外光;另外电极放电将高纯氦气中的He激发至亚稳态He*。高能紫外光和 亚稳态He*通过狭缝被引入电离室,两者或单独或共同作用,将经色谱柱分离随载气进入检测器的样品气中各个组分电离,产生的离子被电离室内的极化电极 (Polarization E2lectrodes)收集,经过放大即得到相应的谱峰信号,谱峰信号的大小与被测成分的浓度呈现良好的线性关系。由于亚稳态He*的能量为24·8 eV,通过非弹性碰撞可将包括组分气体在内的几乎所有的分子电离,所以放电离子化检测器(DID)是一种能够检测多种物质的通用性检测器。