【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インラインガス分析計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記インラインガス分析計は、例えば、半導体製造装置に供給されるプロセスガスが流れる配管に直装され、前記ガス中に含まれる特定の成分ガス（以下、測定対象成分という）の濃度を検出するのに用いられる。
【０００３】ところで、前記プロセスガスは、一般に、低圧（例えば１／１０００〜１／１００気圧）であり、また、これに含まれる測定対象成分は、微量でありしたがって濃度がきわめて低い。このような低圧・低濃度の測定対象成分を、例えば、非分散型赤外線吸収の原理（ＮＤＩＲ方式）の赤外線ガス分析計によって濃度測定を行う場合、高感度に測定を行うためには、例えば図３に示すように、プロセスガスＧが流れるプロセス配管３１に対して直管状のガスセル３２を流路と直交するように設け、このガスセル３２の一端側に光源３３を設け、他端側に検出器部３４を設ける必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図３に示すインラインガス分析計においては、光路長（光源３３と検出器部３４との間の長さ）と配管３１の径とがマッチングしないことが多く、したがって、ガスセル３２におけるサンプルガスの置換特性が悪くなり、高感度かつ高精度な測定が必ずしも得られなかった。
【０００５】これに対して、例えば、特開平７−１９８６０８号公報や特開平９−２１８１４９号公報には、サンプルガス流れるガスセルの内壁に反射面を対向して形成するとともに、前記ガスセルの一端側に光導入部を、他端側に光導出部を形成し、光導入部を経てガスセル内に導入した光をガスセル内において多重反射させた後、光導出部からガスセル外部に導出させるようにした分析計が記載されている。
【０００６】しかしながら、上記いずれの分析計においても、光源を出た光を広がりなく検出器に入射させることが困難であり、必ずしも高精度に測定を行うことができなかった。
【０００７】この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、配管中を流れる測定対象成分を高感度かつ高精度に測定することのできるインラインガス分析計を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、この発明のインラインガス分析計は、ガスが流れる配管内に形成され、光の多重反射が可能なガスセル相当部と、前記ガスセル相当部の近傍に設けられ、焦点位置の調整が可能な光源部および複数の波長を検出する検出器部からなることを特徴としている（請求項１）。
【０００９】そして、この発明のより具体的な一つのインラインガス分析計は、ガスが流れる配管の管壁に二つの光透過性窓を対向またはほぼ対向するように形成し、これらの窓にそれぞれ一部を光透過部として残して配管内部に面する光反射面を形成し、一方の窓の光透過部の外方に光源およびカセグレン鏡を備えた光源部を、前記光源を出た光がカセグレン鏡を経て一方の窓の光透過部に対して斜め入射するように設けるとともに、他方の窓の光透過部の外方に複数の波長の光を検出するための検出器部を設け、光源部を出た光が一方の窓の光透過部から配管内に入り、その後、二つの窓の光反射面間において複数回反射した後、他方の窓の光透過部を経て検出器部に入射するように構成されている（請求項２）。
【００１０】また、この発明のより具体的な他のインラインガス分析計は、ガスが流れる配管の管壁に二つの光反射部を互いに対向またはほぼ対向するように形成し、一方の光反射部の配管の長手方向に適宜の間隔をおいて二つの光透過孔を形成し、一方の光透過孔の外方に光源およびカセグレン鏡を備えた光源部を、前記光源を出た光がカセグレン鏡を経て他方の光反射部に対して斜め入射するように設けるとともに、他方の光透過孔の外方に複数の波長の光を検出するための検出器部を設け、光源部を出た光が一方の光透過孔を経て配管内に入り、その後、二つの光反射面間において複数回反射した後、他方の光透過孔を経て検出器部に入射するように構成されている（請求項３）。
【００１１】請求項１〜３のいずれに記載のインラインガス分析計においても、光源部を出た光は、配管内において複数回反射し、その反射回数に応じた長い光路長が得られるので、光の利用効率が向上し、高感度および高精度の測定が可能になる。また、焦点位置の調整が可能な光源部を用いることにより、光源を出た光を広がることなく、検出器に入射させることが可能になり、光の利用効率が向上し、高感度および高精度の測定が可能になる。
【００１２】そして、請求項４に記載してあるように、カセグレン鏡の主鏡と副鏡の位置および検出器部における測定用検出器と比較用検出器の位置をそれぞれ調整することができるようにした場合、測定対象成分に応じて最適となるように条件設定を行うことができ、より高感度より高精度な測定が可能になる。
【００１３】また、請求項５に記載してあるように、光源部と検出器部を一つの取り付けベースに設けるようにした場合、光源部と検出器部を同時に管理したり、調整を行うことができるとともに、配管に対する取り付けや取り外しを容易かつ簡便に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態を示すものである。この図１において、１はプロセス配管（以下、単に配管という）で、その内部を矢印で示す方向に、例えば、半導体製造に用いられるプロセスガスＧが流れている。
【００１５】２，３は配管１の対向またはほぼ対向する管壁１ａに、互いに対向またはほぼ対向するように形成される窓である。これらの窓２，３は、配管１の管壁１ａに例えば矩形状に形成される開口を封止するように適宜厚さの例えばサファイアのように赤外光透過性かつ適宜の機械的強度を有する平板な窓材２Ａ，３Ａを、配管１の長さ方向と平行になるように設けたもので、適宜の止着部材４およびシール部材５によって配管１内部の気密性を損なわないように設けられる。
【００１６】そして、前記窓２，３には、それぞれ、赤外光１０を良好に透過させる光透過部と赤外光１０を良好に反射する光反射面が形成されている、すなわち、窓２，３の外面の一部分２ａ，３ａを残した大部分２ｂ，３ｂに例えばアルミニウムをコーティングして反射膜６を形成し、この反射膜６が形成されてない前記一部分２ａ，３ａを光透過部とし、反射膜６が形成された前記大部分２ｂ，３ｂを光反射面とするのである。この場合、窓２，３においては、例えば、一方の窓２の上部に光透過部２ａが形成され、下部に光反射面２ｂが形成される一方、他方の窓３の上部に光反射面３ｂが形成され、下部に光透過部３ａが形成され、光反射部２ｂ，３ｂがほぼ対向するように、反射膜６を形成する。
【００１７】７は窓２の光透過部２ａの外方に設けられる光源部で、赤外光源８とカセグレン鏡９を備えている。赤外光源８は、所定の波長領域の赤外光１０を発する。また、カセグレン鏡９は、主鏡９ａと副鏡９ｂを備えており、それぞれ独立して位置調整できるように構成されている。そして、この光源部７は、赤外光源８を出た赤外光１０がカセグレン鏡９を経て窓２の上部側に形成された光透過部２ａに対して斜め入射するように、つまり、光源部７を出た赤外光１０の光軸が水平に対して若干下方に傾くように、設けられている。さらに、光源部７は、全体として、前記光透過部２ａに対する赤外光１０の入射角度を適宜調整することができるように構成されている。
【００１８】そして、前記光透過部２ａに対して斜め入射した赤外光１０は、窓２に対向して設けられる窓３の上部側の光反射面３ｂに入射し、この光反射面３ｂにおいて反射して窓２の光透過部２ａの直ぐ下方に位置する光反射面２ｂに入射し、この光反射面２ｂにおいて光反射面３ｂ側に反射し、以下、図中において仮想線で示すように、光反射面２ｂ，３ｂの間において反射を複数回繰り返し、窓２の下部側の光反射面２ｂから窓３の下部側の光透過部３ａを水平より下方に傾いた状態で通過して、後述する検出器部１１に至り、測定用検出器１２および比較用検出器１３の受光面において焦点を結ぶ。
【００１９】１１は窓３の光透過部３ａの外方に設けられる検出器部で、複数の波長の赤外光１０を検出するために、上下に並設される測定用検出器１２および比較用検出器１３と、これらの検出器１２，１３の前面側（光入射側）にそれぞれ設けられる特定波長を選択的に透過させるバンドパスフィルタ１４，１５からなる。また、１６は光透過部３ａと検出器部１１との間に介装されるチョッパで、図示していないモータによって適宜の周期で所定の方向に回転して、光透過部３ａを経て検出器部１１に向かう赤外光１０をチョッピングするものである。
【００２０】そして、前記検出器部１１およびチョッパ１６は、光透過部３ａを透過して外部に出てくる赤外光１０が斜め下方に傾いているところから、この赤外光１０と直角となるように、検出器１２，１３それぞれの受光面やチョッパ１６のチョッパ面が上方にやや傾いた状態に設けられている。特に、検出器部１１における測定用検出器１２および比較用検出器１３は、共通の取り付けベース（図示していない）に互いの間隔を調整できるように取り付けられるとともに、その受光面の傾きを適宜調整できるように構成されている。
【００２１】上述の説明から理解されるように、この実施の形態においては、プロセスガスＧが流れる配管１の一部に窓２，３を形成するとともに、これらの窓２，３に、光透過部２ａ，３ａおよび光反射面２ｂ，３ｂを形成し、光透過部２ａを介して配管１内に導入された赤外光１０を光反射面２ｂ，３ｂにおいて複数回反射させた後、光透過部３ａを配管１外に導出するように構成し、前記配管１の一部１Ａをガスセルと同様の機能を有するように構成している。つまり、前記配管１の一部１Ａは、ガスセル相当部ということができる。
【００２２】そして、上記ガスセル相当部１Ａでは、光源部７を出た赤外光１０は、平板な窓２に対して斜め入射し、光反射面２ｂ，３ｂ間を所謂多重反射し、例えば総反射回数がＮとすると、光路長は配管１の直径の（Ｎ＋１）倍よりやや長い距離となる。この場合、前記赤外光１０は、光反射面２ｂ，３ｂにおいて単に反射されるだけではなく、窓２，３を構成する厚みのある窓部材２Ａ，３Ａを通過し、この通過の際、スネルの法則により屈折が生ずる。そして、このときの屈折角は波長に依存する。この実施の形態では、測定用と比較用の２波長であるので、今、例えば、測定用波長（測定対象成分の赤外光における吸収ピークの波長）が５μｍであり、屈折率ｎＳ ＝１．６２であり、比較用波長が３μｍで、屈折率ｎＲ ＝１．７１とすると、光路長１ｍ当たり、焦点位置では、１．７ｍｍのずれが生ずる。したがって、検出器部１１における検出器１２，１３の間隔を、観測波長に応じて最適の状態となるように調整すればよい。この場合、必要により、窓材２Ａ，３Ａの厚みを調整することにより、焦点位置におけるズレ量を変化させるようにしてもよい。
【００２３】上記構成のインラインガス分析計においては、配管１内にプロセスガスＧが流れている状態で、光源部７から赤外光１０を発すると、この赤外光１０は、窓２の光透過部２ａを経て、所定の角度だけ傾斜した状態で配管１のガスセル相当部１Ａ内に入り、プロセスガスＧを横断して窓３の光反射面３ｂに至り、この光反射面３ｂにおいて反射して窓２の光反射面２ｂに入射し、この光反射面２ｂにおいて再び反射面３ｂ側に反射し、以下、光反射面２ｂ，３ｂの間において反射を複数回繰り返し、窓２の下部側の光反射面２ｂから窓３の下部側の光透過部３ａを水平より下方に傾いた状態で通過する。この光透過部３ａを通過した赤外光１０は、チョッパ１６のチョッピングを受けて検出器部１１の測定用検出器１２および比較用検出器１３の受光面においてそれぞれ焦点を結ぶ。
【００２４】前記測定用検出器１２および比較用検出器１３からは、それぞれ検出信号Ｓ，Ｒが出力され、これを演算制御部（図示していない）において（Ｒ−Ｓ）なる演算を行うことにより、プロセスガスＧ中に含まれる測定対象成分の濃度に比例した信号が得られ、これによって、測定対象成分の濃度が得られる。
【００２５】上述のように、上記構成のインラインガス分析計においては、光源部７を出た赤外光１０は、プロセスガスＧが流れている配管１内において複数回反射し、その反射回数に応じた長い光路長が得られるので、光の利用効率が向上し、高感度および高精度の測定を行うことができる。この場合、前記プロセスガスＧの流れる状態にはなんらの悪影響が及ぼされることがなく、所望のプロセスガスＧを半導体製造のユースポイントに供給することができる。
【００２６】上述のように、光源部７を出た赤外光１０を、プロセスガスＧが流れている配管１内において複数回反射させることにより、その反射回数に応じた長い光路長を得ることができるが、測定対象成分を測定したい感度に応じて、前記反射回数を設定すればよく、その場合、平板な窓２の光透過部２ａに対する入射角を調整すればよい。
【００２７】上記入射角の調整に際しては、光源部７におけるカセグレン鏡９の主鏡９ａと副鏡９ｂにおける角度調整を行うとともに、検出器部１１における測定用検出器１２と比較用検出器１３における角度調整を行うようにすればよい。そして、測定対象成分の吸収波長に応じて、検出器１２，１３における離間間隔を適宜調整することにより、最適条件の下で所望の測定を行うことができ、より高感度より高精度な測定が可能となる。
【００２８】なお、窓材２Ａ，３Ａとしては、上記サファイアよりなる板のほか、フッ化カルシウムやフッ化バリウム、あるいは、ＺｎＳよりなる板を用いてもよく、フッ化カルシウムやフッ化バリウムよりなる板の場合、プロセスガスＧが反応性の高いフッ化物を含むような場合、好適に用いることができ、また、ＺｎＳよりなる板の場合、耐熱性に優れているので、プロセスガスＧが高温の場合、好適に用いることができる。
【００２９】図２は、この発明の第２の実施の形態を示すものである。この図２においては、光源部７と検出器部１１を一体化して配管１の一方の管壁１ａ側に設けるようにしている。すなわち、２１，２２は配管１の管壁１ａに例えば矩形状に形成される開口を封止するように設けられる光反射部で、例えばサファイアよりなる平板な板部材２１Ａ，２２Ａの一方の面に例えばアルミニウムを全面的にコーティングして光反射面２１ａ，２２ａとし，これらの光反射面２１ａ，２２ａが外方になるようにして、配管１の長さ方向と平行になるように設けたもので、適宜の止着部材およびシール部材（いずれも図示していない）によって配管１内部の気密性を損なわないように設けられている。そして、一方の光反射部２１の上部側および下部側には、光透過孔２１ｂ，２１ｃが適宜の間隔をおいて開設されている。
【００３０】そして、２３は光源部７、検出器部１１およびチョッパ１６を、前記光透過孔２１ｂ，２１ｃに対応するように取り付ける取り付け部材で、光透過孔２１ｂ，２１ｃに対応する位置に、適宜の長孔２３ａ，２３ｂが形成されている。そして、一方の長孔２３ａに対応する位置には、赤外光源８とカセグレン鏡９を備えた光源部７が設けられ、他方の長孔２３ｂに対応する位置には、チョッパ１６と検出器部１１がこの順で設けられている。この場合、光源部７、検出器部１１およびチョッパ１６は、上記第１の実施の形態と同様に、所定の角度傾けた状態でそれぞれ設けられていることはいうまでもない。
【００３１】そして、２４はカセグレン鏡９の主鏡９ａの位置調整を行うつまみ、２５はカセグレン鏡９の副鏡９ｂの位置調整を行うつまみ、２６はチョッパ１６の位置調整を行うつまみ、２７は検出器部１１における検出器１２，１３の位置調整を行うつまみである。
【００３２】このように構成されたインラインガス分析計においては、光源部７を出た赤外光１０は、長孔２３ａおよび上部側の光透過孔２１ｂを通過して配管１内部に入り、反射面２２ａと反射面２１ａとの間で複数回反射した後、下部側の光透過孔２１ｃおよび長孔２３ｂに至り、さらに、チョッパ１６を経て検出器部１１に入射する。
【００３３】つまり、この第２の実施の形態のインラインガス分析計においても、上記第１の実施の形態のインラインガス分析計と同様に、光源部７を出た赤外光１０が配管１内において多重反射した後、検出器部１１に入射する。この実施の形態における作用効果は、第１の実施の形態のそれと同じであるのでその説明は省略する。
【００３４】そして、この第２の実施の形態においては、光源部７、チョッパ１６および検出器部１１を一つの取り付けベース２３に取り付けるようにしているため、これらを同時に管理したり、調整を行うことができるとともに、配管１に対する取り付けや取り外しを容易かつ簡便に行うことができる。
【００３５】上述した実施の形態においては、測定用検出器１２は単一であり、プロセスガスＧ中の一つの測定対象成分を測定するように構成されていたが、この発明はこれに限られるものではなく、複数の測定対象成分に対応できるように、測定用検出器１２を複数配置してもよいことは言うまでもない。
【００３６】また、チョッパ１６は、検出器部１１側ではなく、光源部７側に設けるようにしてあってもよい。
【００３７】そして、上述の実施の形態においては、配管１内のプロセスガスＧ中の特定成分を測定するものであったが、これに限られるものではなく、配管内を流れるガスに含まれる成分の定量分析に用いてもよいことはいうまでもない。
【００３８】さらに、上述の実施の形態においては、所謂赤外線ガス分析を行うものであったが、光源８として紫外光を発するものを用い、紫外線ガス分析を行うようにしてもよく、その場合、窓２，３などをそれに応じた適宜の素材で構成する必要があることはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、焦点位置の調整が可能な光源部を用いていることにより、光源を出た光を広がることなく、検出器に入射させることが可能となり、したがって、光の利用効率が大幅に向上し、配管中を流れるガスが低圧であったり、ガス中に含まれる測定対象成分が低濃度であっても、これを高感度かつ高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態におけるインラインガス分析計の要部の構成を概略的に示す図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態におけるインラインガス分析計の要部の構成を概略的に示す図である。
【図３】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…配管、１Ａ…ガスセル相当部、１ａ…管壁、２，３…光透過性窓、２ａ，３ａ…光透過部、２ｂ，３ｂ…光反射面、７…光源部、８…光源、９…カセグレン鏡、１０…光、１１…検出器部、２１，２２…光反射部、２１ｂ，２１ｃ…光透過孔、２３…取り付けベース、Ｇ…ガス。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-line gas analyzer.
[0002]
[Prior art]
The in-line gas analyzer is, for example, directly mounted on a pipe through which a process gas supplied to a semiconductor manufacturing apparatus flows, and detects the concentration of a specific component gas (hereinafter, referred to as a measurement target component) contained in the gas. Used for
Incidentally, the process gas is generally at a low pressure (for example, 1/1000 to 1/100 atm), and the components to be measured contained therein are very small and therefore have a very low concentration. When such low-pressure, low-concentration components to be measured are measured by, for example, an infrared gas analyzer based on the principle of non-dispersive infrared absorption (NDIR method), in order to perform the measurement with high sensitivity, for example, a diagram shown in FIG. As shown in FIG. 3, a straight tubular gas cell 32 is provided to the process pipe 31 through which the process gas G flows so as to be orthogonal to the flow path, a light source 33 is provided at one end of the gas cell 32, and a detector is provided at the other end. The part 34 needs to be provided.
[0004]
However, in the in-line gas analyzer shown in FIG. 3, the optical path length (the length between the light source 33 and the detector section 34) and the diameter of the pipe 31 do not match. Therefore, the replacement characteristic of the sample gas in the gas cell 32 was deteriorated, and high-sensitivity and high-accuracy measurement could not always be obtained.
On the other hand, for example, JP-A-7-198608 and JP-A-9-218149 disclose that a reflection surface is formed on the inner wall of a gas cell in which a sample gas flows, and that one end side of the gas cell is formed. The light introducing section is formed on the other end side, and the light guiding section is formed on the other end side. After the light introduced into the gas cell through the light introducing section is multiple-reflected in the gas cell, the light is guided from the light guiding section to the outside of the gas cell. An analyzer is described.
However, in any of the above analyzers, it is difficult to make the light emitted from the light source incident on the detector without spreading, and it has not always been possible to perform measurement with high accuracy.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and an object thereof is to provide an in-line gas analyzer capable of measuring a component to be measured flowing in a pipe with high sensitivity and high accuracy. It is.
[0008]
In order to achieve the above object, an in-line gas analyzer according to the present invention is formed in a pipe through which a gas flows, and includes a gas cell equivalent portion capable of multiple reflection of light, and a gas cell equivalent portion. And a detector unit for detecting a plurality of wavelengths, the light source unit being capable of adjusting a focal position.
According to a more specific one of the in-line gas analyzers of the present invention, two light-transmitting windows are formed on a pipe wall of a pipe through which gas flows so as to face or almost face each other, and these windows are respectively provided. A light reflecting surface facing the inside of the pipe is formed leaving a part as a light transmitting portion, and a light source portion provided with a light source and a Cassegrain mirror outside the light transmitting portion of one window, light emitted from the light source is A light-transmitting portion of one window is provided obliquely through a Cassegrain mirror and a detector portion for detecting light of a plurality of wavelengths is provided outside the light-transmitting portion of the other window, and a light source is provided. The light exiting the part enters the pipe through the light transmitting part of one window, and then is reflected multiple times between the light reflecting surfaces of the two windows, and then enters the detector part through the light transmitting part of the other window. (Claim 2).
In another more specific in-line gas analyzer of the present invention, two light reflecting portions are formed on a pipe wall of a pipe through which gas flows so as to face or substantially face each other, and one of the light reflecting portions is formed. Two light transmission holes are formed at appropriate intervals in the longitudinal direction of the pipe, and a light source unit having a light source and a Cassegrain mirror is provided outside one of the light transmission holes. And a detector section for detecting light of a plurality of wavelengths is provided outside the other light transmission hole, and the light exiting the light source section is provided outside the other light transmission hole. It is configured to enter the pipe through one light transmission hole, and then be reflected a plurality of times between two light reflection surfaces, and then enter the detector unit through the other light transmission hole. ).
In the in-line gas analyzer according to any one of the first to third aspects, light emitted from the light source is reflected a plurality of times in the pipe, and a long optical path length corresponding to the number of reflections is obtained. The light use efficiency is improved, and high-sensitivity and high-accuracy measurement becomes possible. In addition, by using a light source unit whose focal position can be adjusted, light emitted from the light source can be made incident on the detector without spreading, thereby improving light use efficiency, and achieving high sensitivity and high accuracy. Can be measured.
As described in claim 4, the positions of the primary mirror and the secondary mirror of the Cassegrain mirror and the positions of the measurement detector and the comparison detector in the detector section can be respectively adjusted. In this case, the conditions can be set so as to be optimal according to the component to be measured, so that a measurement with higher sensitivity and higher accuracy can be performed.
Further, when the light source section and the detector section are provided on one mounting base as described in claim 5, the light source section and the detector section are simultaneously managed or adjusted. And installation and removal from the pipe can be performed easily and easily.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a process pipe (hereinafter, simply referred to as a pipe), in which a process gas G used for semiconductor manufacturing flows, for example, in a direction indicated by an arrow.
Reference numerals 2 and 3 denote windows formed in the pipe wall 1a of the pipe 1 so as to face or substantially face each other. These windows 2 and 3 have an appropriate thickness, for example, sapphire, and have an infrared light transmitting property and an appropriate mechanical strength so as to seal an opening formed in, for example, a rectangular shape in the pipe wall 1 a of the pipe 1. The flat window members 2A and 3A are provided so as to be parallel to the length direction of the pipe 1, and provided so as not to impair the airtightness inside the pipe 1 by an appropriate fastening member 4 and a sealing member 5. Can be
Each of the windows 2 and 3 has a light transmitting portion for transmitting the infrared light 10 well and a light reflecting surface for reflecting the infrared light 10 well. For example, aluminum is coated on most of the outer surfaces 2b and 3b of the outer surfaces of the outer surfaces 2a and 3a to form a reflection film 6, and the portions 2a and 3a where the reflection film 6 is not formed are used as light transmitting portions. The large portions 2b and 3b on which the reflection film 6 is formed are used as light reflection surfaces. In this case, in the windows 2 and 3, for example, a light transmitting portion 2a is formed on an upper portion of one of the windows 2, and a light reflecting surface 2b is formed on a lower portion, while a light reflecting surface 3b is formed on an upper portion of the other window 3. Is formed, the light transmitting portion 3a is formed at the lower portion, and the reflecting film 6 is formed so that the light reflecting portions 2b and 3b are substantially opposed.
Reference numeral 7 denotes a light source provided outside the light transmitting portion 2a of the window 2, and includes an infrared light source 8 and a Cassegrain mirror 9. The infrared light source 8 emits infrared light 10 in a predetermined wavelength range. The Cassegrain mirror 9 includes a primary mirror 9a and a secondary mirror 9b, and is configured to be able to adjust the position independently of each other. The light source unit 7 is configured so that the infrared light 10 emitted from the infrared light source 8 is obliquely incident on the light transmitting unit 2 a formed on the upper side of the window 2 via the Cassegrain mirror 9, that is, the light source The optical axis of the infrared light 10 exiting the section 7 is provided so as to be slightly inclined downward with respect to the horizontal. Furthermore, the light source unit 7 is configured so that the incident angle of the infrared light 10 with respect to the light transmitting unit 2a can be appropriately adjusted as a whole.
The infrared light 10 obliquely incident on the light transmitting portion 2a is incident on the light reflecting surface 3b on the upper side of the window 3 provided opposite to the window 2, and the light is reflected on the light reflecting surface 3b. The light is reflected and enters the light reflecting surface 2b located immediately below the light transmitting portion 2a of the window 2, and is reflected on the light reflecting surface 3b side by the light reflecting surface 2b. The reflection is repeated a plurality of times between the light reflecting surfaces 2b and 3b, and passes through the light transmitting portion 3a on the lower side of the window 3 from the light reflecting surface 2b on the lower side of the window 2 in a state inclined downward from the horizontal. The light reaches the detector section 11 described later, and focuses on the light receiving surfaces of the measurement detector 12 and the comparison detector 13.
Reference numeral 11 denotes a detector provided outside the light transmitting portion 3a of the window 3. The detector 11 is provided with a measuring detector 12 arranged vertically above and below to detect infrared light 10 having a plurality of wavelengths. And a band-pass filter 14, 15 provided on the front side (light incident side) of each of the detectors 12, 13 for selectively transmitting a specific wavelength. Reference numeral 16 denotes a chopper interposed between the light transmitting section 3a and the detector section 11, which is rotated in a predetermined direction by a motor (not shown) at an appropriate cycle, and passes through the light transmitting section 3a. This is for chopping the infrared light 10 directed to the portion 11.
The detector section 11 and the chopper 16 are arranged so that the infrared light 10 passing through the light transmitting section 3a and coming out is inclined obliquely downward. As a result, the light receiving surfaces of the detectors 12 and 13 and the chopper surface of the chopper 16 are provided so as to be slightly inclined upward. In particular, the measurement detector 12 and the comparison detector 13 in the detector unit 11 are mounted on a common mounting base (not shown) so that the distance between them can be adjusted, and the inclination of the light receiving surface is appropriately adjusted. It is configured to be adjustable.
As can be understood from the above description, in this embodiment, windows 2 and 3 are formed in a part of the pipe 1 through which the process gas G flows, and light transmission Parts 2a, 3a and light reflecting surfaces 2b, 3b are formed, and after the infrared light 10 introduced into the pipe 1 through the light transmitting part 2a is reflected by the light reflecting surfaces 2b, 3b a plurality of times, the light is transmitted. The portion 3a is configured to be led out of the pipe 1, and a portion 1A of the pipe 1 is configured to have the same function as the gas cell. That is, a part 1A of the pipe 1 can be regarded as a gas cell equivalent part.
In the gas cell equivalent section 1A, the infrared light 10 emitted from the light source section 7 is obliquely incident on the flat window 2 and is so-called multiple reflected between the light reflecting surfaces 2b and 3b. Assuming that the number of reflections is N, the optical path length is slightly longer than (N + 1) times the diameter of the pipe 1. In this case, the infrared light 10 is not only reflected on the light reflecting surfaces 2b and 3b, but also passes through thick window members 2A and 3A constituting the windows 2 and 3, and at this time, the Snell Refraction occurs according to the law of The angle of refraction at this time depends on the wavelength. In this embodiment, since there are two wavelengths for measurement and for comparison, the wavelength for measurement (wavelength of the absorption peak in infrared light of the component to be measured) is 5 μm, and the refractive index n S = 1 Assuming that the comparison wavelength is 3 μm and the refractive index n R = 1.71, a shift of 1.7 mm occurs at the focal position per 1 m of the optical path length. Therefore, the interval between the detectors 12 and 13 in the detector unit 11 may be adjusted so as to be in an optimum state according to the observation wavelength. In this case, if necessary, the shift amount at the focal position may be changed by adjusting the thickness of the window members 2A and 3A.
In the inline gas analyzer having the above configuration, when the process light G is flowing through the pipe 1 and the infrared light 10 is emitted from the light source 7, the infrared light 10 The gas enters the gas cell equivalent portion 1A of the pipe 1 through the transmitting portion 2a at a predetermined angle, crosses the process gas G, reaches the light reflecting surface 3b of the window 3, and is reflected by the light reflecting surface 3b. Then, the light enters the light reflecting surface 2b of the window 2 and is reflected again to the reflecting surface 3b side at the light reflecting surface 2b. Thereafter, the reflection between the light reflecting surfaces 2b and 3b is repeated a plurality of times. The light passes through the light transmitting portion 3a on the lower side of the window 3 from the light reflecting surface 2b while being inclined downward from the horizontal. The infrared light 10 that has passed through the light transmitting portion 3a is focused on the light receiving surfaces of the measurement detector 12 and the comparison detector 13 of the detector 11 by being chopped by the chopper 16.
The detection signals S and R are output from the measurement detector 12 and the comparison detector 13, respectively, and these are subjected to an operation (RS) in an operation control unit (not shown). As a result, a signal proportional to the concentration of the measurement target component contained in the process gas G is obtained, whereby the concentration of the measurement target component is obtained.
As described above, in the in-line gas analyzer having the above-described configuration, the infrared light 10 emitted from the light source unit 7 is reflected a plurality of times in the pipe 1 through which the process gas G flows, and the number of reflections increases. Since a correspondingly long optical path length can be obtained, light use efficiency is improved, and high-sensitivity and high-accuracy measurement can be performed. In this case, the flow of the process gas G is not adversely affected at all, and the desired process gas G can be supplied to the use point of semiconductor manufacturing.
As described above, the infrared light 10 emitted from the light source unit 7 is reflected a plurality of times in the pipe 1 through which the process gas G flows, thereby obtaining a long optical path length according to the number of reflections. The number of reflections may be set according to the sensitivity at which the measurement target component is to be measured. In this case, the angle of incidence of the flat window 2 with respect to the light transmitting portion 2a may be adjusted.
When adjusting the incident angle, the angles of the primary mirror 9a and the secondary mirror 9b of the Cassegrain mirror 9 in the light source unit 7 are adjusted, and the measurement detector 12 and the comparison detector 13 in the detector unit 11 are adjusted. The angle may be adjusted. Then, by appropriately adjusting the spacing between the detectors 12 and 13 in accordance with the absorption wavelength of the component to be measured, desired measurement can be performed under optimum conditions, and higher sensitivity and higher precision measurement can be performed. It becomes possible.
As the window members 2A and 3A, a plate made of calcium fluoride, barium fluoride, or ZnS may be used in addition to the plate made of sapphire, and a plate made of calcium fluoride or barium fluoride may be used. In the case of a plate, when the process gas G contains a highly reactive fluoride, it can be suitably used. In the case of a plate made of ZnS, the process gas G is excellent in heat resistance. In this case, it can be suitably used.
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the light source unit 7 and the detector unit 11 are integrated and provided on one tube wall 1 a side of the pipe 1. That is, reference numerals 21 and 22 denote light reflecting portions provided on the tube wall 1a of the pipe 1 so as to seal, for example, an opening formed in a rectangular shape, and are provided on one surface of the flat plate members 21A and 22A made of, for example, sapphire. For example, the light reflecting surfaces 21a and 22a are entirely coated with aluminum to form the light reflecting surfaces 21a and 22a, and the light reflecting surfaces 21a and 22a are provided outward so as to be parallel to the length direction of the pipe 1. It is provided so that the airtightness inside the pipe 1 is not impaired by an appropriate fastening member and a sealing member (neither is shown). Light transmission holes 21b and 21c are opened at appropriate intervals on the upper side and the lower side of one light reflection portion 21.
Reference numeral 23 denotes a mounting member for mounting the light source unit 7, the detector unit 11 and the chopper 16 so as to correspond to the light transmitting holes 21b and 21c. Long holes 23a and 23b are formed. The light source unit 7 including the infrared light source 8 and the Cassegrain mirror 9 is provided at a position corresponding to the one long hole 23a, and the chopper 16 and the detector unit are provided at the position corresponding to the other long hole 23b. 11 are provided in this order. In this case, it goes without saying that the light source unit 7, the detector unit 11, and the chopper 16 are each provided at a predetermined angle as in the first embodiment.
Reference numeral 24 denotes a knob for adjusting the position of the primary mirror 9a of the Cassegrain mirror 9, reference numeral 25 denotes a knob for adjusting the position of the secondary mirror 9b of the Cassegrain mirror 9, reference numeral 26 denotes a knob for adjusting the position of the chopper 16, and reference numeral 27 denotes a knob. This knob adjusts the positions of the detectors 12 and 13 in the detector unit 11.
In the in-line gas analyzer configured as described above, the infrared light 10 emitted from the light source unit 7 passes through the long hole 23a and the upper light transmission hole 21b, enters the inside of the pipe 1, and is reflected. After being reflected a plurality of times between the surface 22a and the reflection surface 21a, the light reaches the lower light transmission hole 21c and the elongated hole 23b, and further enters the detector unit 11 via the chopper 16.
That is, in the in-line gas analyzer of the second embodiment, similarly to the in-line gas analyzer of the first embodiment, the infrared light 10 emitted from the light source 7 is After the multiple reflection at, the light enters the detector unit 11. The operation and effect of this embodiment are the same as those of the first embodiment, and therefore description thereof is omitted.
In the second embodiment, since the light source 7, the chopper 16 and the detector 11 are mounted on one mounting base 23, they are simultaneously managed and adjusted. It is possible to easily and simply attach and detach the pipe 1 to and from the pipe 1.
In the above-described embodiment, the measuring detector 12 is single, and is configured to measure one component to be measured in the process gas G. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, a plurality of measurement detectors 12 may be arranged so as to be able to cope with a plurality of components to be measured.
Further, the chopper 16 may be provided on the light source section 7 side instead of the detector section 11 side.
In the above embodiment, the specific component in the process gas G in the pipe 1 is measured. However, the present invention is not limited to this, and the component contained in the gas flowing in the pipe 1 is measured. It is needless to say that it may be used for quantitative analysis of.
Further, in the above-described embodiment, the so-called infrared gas analysis is performed. However, the light source 8 that emits ultraviolet light may be used to perform the ultraviolet gas analysis. It is needless to say that the windows 2 and 3 need to be made of an appropriate material corresponding thereto.
[0039]
As described above, according to the present invention, the use of the light source unit capable of adjusting the focal position allows the light emitted from the light source to enter the detector without spreading. Therefore, light utilization efficiency is greatly improved, and even if the gas flowing through the pipe is at a low pressure or the concentration of the component to be measured contained in the gas is at a low concentration, it is measured with high sensitivity and high accuracy. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of an in-line gas analyzer according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of an in-line gas analyzer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piping, 1A ... Gas cell equivalent part, 1a ... Tube wall, 2, 3 ... Light transmissive window, 2a, 3a ... Light transmissive part, 2b, 3b ... Light reflection surface, 7 ... Light source part, 8 ... Light source, 9 ... Cassegrain mirror, 10 ... light, 11 ... detector part, 21 and 22 ... light reflection part, 21b, 21c ... light transmission hole, 23 ... mounting base, G ... gas.
