(57)【要約】【課題】  ガス検知センサのセンサ部の表面吸着物のみを測定可能とする表面吸着物測定方法および測定装置を提供すること。【解決手段】  真空室２０内に被検ガスの有無を検出するガス検知センサ２３本体を格納し、真空室２０内に設けられた電源によりこのガス検知センサ２３のセンサ部２４近傍に設けられたＰｔ薄膜ヒータ２７に通電してセンサ部２４のみを加熱昇温させ、センサ部２４の吸着物のみをガス化して質量分析計２６へと導き分析することとした。これにより、センサ部２４以外のガス検知センサ２３の本体からの脱離ガスは発生せず、センサ部２４の表面からの脱離ガスのみが測定可能となるので、ガス検知センサ２３のセンサ部２４の表面吸着物のみを測定可能とする表面吸着物測定方法および測定装置を提供することが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中にガス検知センサ本体を格納し、当該ガス検知センサのセンサ部近傍に設けられたヒータに通電して当該センサ部のみを加熱昇温させ、当該センサ部の吸着物のみをガス化して質量分析計へと導き分析することを特徴とするガス検知センサの表面吸着物測定方法。
【請求項２】
被検ガスの有無を検出するガス検知センサであって、当該ガス検知センサのセンサ部の近傍に当該センサ部を加熱するための薄膜ヒータを備えていることを特徴とするガス検知センサ。
【請求項３】
前記薄膜ヒータは、前記センサ部の直下に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のガス検知センサ。
【請求項４】
前記薄膜ヒータは、Ｐｔ薄膜で構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のガス検知センサ。
【請求項５】
質量分析計と、当該質量分析計に繋がれ内部にガス検知センサを載置するためのステージを有する真空室と、を備え、
前記真空室内には、請求項２乃至４の何れかに記載のガス検知センサに備える薄膜ヒータに電圧を印加するための電圧印加手段を備えていることを特徴とするガス検知センサの表面吸着物測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検知センサの表面吸着物測定方法および測定装置に関し、より詳細には、ガス検知センサのセンサ部の表面吸着物のみを測定可能とする吸着物測定方法および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス検知センサのセンサ部には、一般に、ＳｎＯ２やＺｎＯその他の酸化物を主成分とする酸化物半導体を主材料とする薄膜が用いられ、センサ部の電気抵抗をモニタすることでガス検知を行なっている（特許文献１などを参照）。例えば、センサ部表面に酸素が吸着するとセンサ抵抗が上昇するが、被検ガスがこの吸着酸素と反応を起こすと吸着酸素はセンサ部表面から脱離してセンサ抵抗が低下する。従って、センサ部の抵抗変化をモニタすることで、雰囲気中の被検ガスを検知することができることとなる。このような原理に基づいて作動するガス検知センサのガスセンシングメカニズムを詳細に解明するためには、センサ部表面に吸着しているガス種やその吸着程度などを正確に知ることが必要となる。
【０００３】
試料表面の吸着物を分析するための技術としては「昇温脱離ガス分析法」（TDS: Thermal Desorption Spectroscopy）が知られており（例えば特許文献２参照）、この方法では、真空中でルツボに納めた測定試料を熱電対等の温度センサにより温度測定しながら熱源により加熱昇温させ、測定試料に吸着されたガスを脱離させて質量分析計へと導いて脱離ガスの成分などを分析する。
【０００４】
図１は、上述のＴＤＳ法によってガス検知センサのセンサ部表面吸着物を測定しようとする場合の測定系の構成を説明するための図で、真空排気された真空室１０内に加熱装置１１を設け、この加熱装置１１の上に試料ホルダ１２を介して検体であるガス検知センサ１３を載せる。加熱装置１１へ通電しガス検知センサ１３の全体を昇温させると、センサ部１４に吸着した物質がガス化して脱離し、このときの脱離ガス１５を質量分析計１６に導いて成分分析することとなる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１-１８３４２０号公報
【特許文献２】特開平９−２４３５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような方法では、測定時にガス検知センサ１３全体の温度が上昇してしまうことから、センサ部１４に吸着した物質のみならずセンサ部１４以外のガス検知センサ１３の本体に吸着した物質までがガス化することなってしまい、センサ部１４のみの正確な吸着物評価を行なうことが困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ガス検知センサのセンサ部の表面吸着物のみを測定可能とする表面吸着物測定方法および測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かかる目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ガス検知センサの表面吸着物測定方法であって、真空中にガス検知センサ本体を格納し、当該ガス検知センサのセンサ部近傍に設けられたヒータに通電して当該センサ部のみを加熱昇温させ、当該センサ部の吸着物のみをガス化して質量分析計へと導き分析することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、被検ガスの有無を検出するガス検知センサであって、当該ガス検知センサのセンサ部の近傍に当該センサ部を加熱するための薄膜ヒータを備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガス検知センサにおいて、前記薄膜ヒータは、前記センサ部の直下に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のガス検知センサにおいて、前記薄膜ヒータは、Ｐｔ薄膜で構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、ガス検知センサの表面吸着物測定装置であって、質量分析計と、当該質量分析計に繋がれ内部にガス検知センサを載置するためのステージを有する真空室と、を備え、前記真空室内には、請求項２乃至４の何れかに記載のガス検知センサに備える薄膜ヒータに電圧を印加するための電圧印加手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、真空室内に被検ガスの有無を検出するガス検知センサ本体を格納し、真空室内に設けられた電源によりこのガス検知センサのセンサ部近傍に設けられたＰｔ薄膜ヒータに通電してセンサ部のみを加熱昇温させ、センサ部の吸着物のみをガス化して質量分析計へと導き分析することとしたので、ガス検知センサのセンサ部の表面吸着物のみを測定可能とする表面吸着物測定方法および測定装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。  
図２は、本発明の表面吸着物測定方法によってガス検知センサのセンサ部のみの表面吸着物を測定しようとする場合の本発明の測定装置の構成例を説明するための図で、真空排気された真空室２０内に試料ステージ２１を設け、この試料ステージ２１の上に試料ホルダ２２を介してガス検知センサ２３を載せる。このガス検知センサ２３のセンサ部２４の下部近傍にはセンサ部２４のみを局所的に加熱することが可能なヒータ２７が設けられている。そして、このヒータ２７へ図示しない電圧印加機構（電源）により電圧印加して通電することにより、ガス検知センサ２３の本体を昇温させることなくセンサ部２４のみを昇温させてセンサ部２４の表面に吸着した物質をガス化して脱離させ、この脱離ガス２５を質量分析計２６に導いて成分分析する。
【００１５】
図３は、上述した表面吸着物測定方法で用いられるガス検知センサのヒータの構成例を説明するための図で、図３（ａ）はガス検知センサの平面図、図３（ｂ）は断面図である。基板３１はＳｉ基板であり、その表面にはＳｉ酸化膜（ＳｉＯ２）３２が形成されている。Ｓｉ酸化膜３２の上には、所定の間隔で一対のＰｔのヒータ電圧印加電極３３が設けられており、この電極間には金属薄膜ヒータ３４および酸化スズセンサ部３５が形成されている。また、ヒータ電圧印加電極３３の端部にはコンタクト接点３６が設けられており、図示しない電源とコンタクト接点３６とは、リード線３７により接続される。
【００１６】
図３に示したガス検知センサは、例えば以下のような工程を経て得ることができる。基板３１として、その表面に厚さ０．５μｍのＳｉ酸化膜３２が形成された厚さ４００μｍのＳｉ基板を用い、この基板３１を有機溶剤などでよく洗浄した後、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置でＰｔヒータ電圧印加電極３３を成膜する。このときの成膜条件は、Ａｒガス圧力１Ｐａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ２とし、成膜されるＰｔの厚さは約２００ｎｍである。
【００１７】
このヒータ電圧印加電極３３の成膜に続いて、金属薄膜ヒータ３４としてＰｔ−Ｗを成膜し、コンタクト接点３６としてＡｕを成膜する。金属薄膜ヒータでＰｔ−Ｗの他の材料としてＰｔ系合金（Ｐｔ−Ｗ、Ｐｔ−Ｔａ）やＮｉ−Ｃｒ合金が挙げられる。金属ヒータおよびコンタクト接点の成膜はＲＦマグネトロンスパッタリング装置により行ない、成膜条件はＡｒガス圧力１Ｐａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ２である。ヒータの膜厚は４００ｎｍ、コンタクト接点の膜厚は１００ｎｍとする。
【００１８】
さらに、この金属薄膜ヒータ３４の上に酸化スズセンサ部３５を成膜する。酸化スズ（ＳｎＯ２）の成膜はマグネトロンスパッタリング装置を用いた反応性スパッタリング法によって実行される。なお、この際の成膜条件は、ＡｒとＯ２の混合（Ａｒ＋Ｏ２）ガス圧力２Ｐａ、基板温度３００℃、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ２である。この条件で成膜することで、柱状構造を有する膜厚４００ｎｍのＳｎＯ２薄膜が得られる。
【００１９】
図４は、上述した手順で作製されたガス検知センサからの脱離ガスを、本発明の表面吸着物測定装置を用いて測定した場合の、ガス検出強度の通電時間依存性の例を説明するための図である。ここで示した実験では、酸化スズセンサ部表面からの付着物の脱離ガスのみが定量的に評価可能かどうかを確認するために、予めセンサ全体をＳＦ６ガス雰囲気中に暴露してセンサ表面のみならずセンサ全体を硫黄（Ｓ）汚染処理を行なった後、このガス検知センサを図２に図示した真空室中に格納して１×１０−９Ｔｏｒｒ以下まで排気し、電源により金属薄膜ヒータ３４に通電して酸化スズセンサ部３５を昇温させている。また、比較のために、センサ全体のＳ汚染処理後にこのセンサ部のみを純水洗浄して表面に付着したＳを予め除去した試料についても脱離ガスを評価している。なお、ここでは１秒毎に０．０８ｍＷずつ印加電力を上昇させる電圧印加条件としている。図４の横軸はこのときの通電時間であり、縦軸は質量電荷比Ｍ／ｚをＳＯ２の質量電荷比に相当する６４として測定した脱離ガスの検出強度である。
【００２０】
硫黄汚染処理後の洗浄を行わなかったガス検知センサ（試料１）からは、通電時間が約２０秒を経過した時点で徐々にＳＯ２の脱離が検出され始め７０秒経過まで上昇した後に徐々に低下している。一方、硫黄汚染処理後にセンサ部を洗浄したガス検知センサ（試料２）からは、ＳＯ２ガスは検知されなかった。
【００２１】
この実験結果は以下のことを意味している。すなわち、本発明の表面吸着物測定方法においてガス検知センサの本体に付着したガスが脱離しているとすれば、試料２の測定中にもＳＯ２ガスが検知されるはずである。しかしながら図４に示した実験結果によれば試料２からはＳＯ２ガスは検知されておらず、ガス検知センサの本体からの脱離ガスの発生は生じていないものと判断される。つまり、試料１で検知されているＳＯ２ガスはセンサ部の表面からの脱離ガスであり、本発明の表面吸着物測定方法および測定装置により、ガス検知センサのセンサ部の表面吸着物のみが測定可能となることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＴＤＳ法によってガス検知センサの表面吸着物を測定しようとする場合の測定系の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の表面吸着物測定方法によってガス検知センサのセンサ部のみの表面吸着物を測定しようとする場合の測定系の構成例を説明するための図である。
【図３】本発明の表面吸着物測定方法で用いられるヒータの構成例を説明するための図で、（ａ）はガス検知センサの平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明のガス検知センサからの脱離ガス検出強度の通電時間依存性の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０、２０    真空室
１１    加熱装置
１２、２２    試料ホルダ
１３、２３    ガス検知センサ
１４、２４    センサ部
１５、２５    脱離ガス
１６、２６    質量分析計
２１    試料ステージ
２７    ヒータ
３１    基板
３２    Ｓｉ酸化膜
３３    ヒータ電圧印加電極
３４    金属薄膜ヒータ
３５    酸化スズセンサ部
３６    コンタクト接点
３７    リード線
【図１】
2006053042.tif 000003
【図２】
2006053042.tif 000004
【図３】
2006053042.tif 000005
【図４】
2006053042.tif 000006