JP2014002038A - 気体透過率測定装置および気体透過率測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で膜の気体透過率を測定可能な気体透過率測定装置および気体透過率測定方法を提供する。
【解決手段】透過率被測定基材１２を挟むことにより、透過率被測定基材の上側に第１のサブチャンバ３２５が形成され、透過率被測定基材の下側に第２のサブチャンバ３１５、１４、１５が形成されるチャンバ１０と、第１のサブチャンバに連通し、透過率被測定気体を供給する透過率被測定気体供給源２３０と、第２のサブチャンバに、透過率被測定気体よりも質量の小さい不活性ガスを供給する不活性ガス供給源２４０と、第２のサブチャンバ内を排気する排気手段２０と、第２のサブチャンバの底部に設けられ、冷却および加熱可能なトラップ１６と、第２のサブチャンバに接続され、透過率被測定気体を検出する検出手段Ｇ６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体透過率測定装置および気体透過率測定方法に関し、特に、水蒸気透過率測定装置および水蒸気透過率測定方法に関する。

ＩＴ関連分野やエネルギー分野では、有機薄膜を利用したデバイスの実用化が目覚ましい。これらのデバイスは、微量であっても水分等の影響を受けやすいので、有機薄膜の水分等の透過率を高精度で測定する装置や測定方法が望まれており、種々の測定装置や方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、これらの測定装置や測定方法では、測定精度が十分でなく、さらに高精度の気体透過率測定装置や気体透過率測定方法が望まれている。

特許第４７５９０９６号公報

本発明の主な目的は、高精度で膜の気体透過率を測定可能な気体透過率測定装置および気体透過率測定方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
透過率被測定基材を挟むことにより、前記透過率被測定基材の上側に第１のサブチャンバが形成され、前記透過率被測定基材の下側に第２のサブチャンバが形成されるチャンバと、
前記第１のサブチャンバに連通し、透過率被測定気体を供給する透過率被測定気体供給源と、
前記第２のサブチャンバに、前記透過率被測定気体よりも質量の小さい不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、
前記第２のサブチャンバ内を排気する排気手段と、
前記第２のサブチャンバの底部に設けられ、冷却および加熱可能なトラップと、
前記第２のサブチャンバに接続され、前記透過率被測定気体を検出する検出手段と、を備える気体透過率測定装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
透過率被測定基材の上側の第１のチャンバに透過率被測定気体を供給して、透過率被測定気体を前記透過率被測定基材の下側の第２のチャンバに前記透過率被測定基材に対して透過させ、
前記第２のチャンバの底部に設けられたトラップを冷却して前記トラップに前記透過率被測定気体を吸着させ、
その後、前記トラップを加熱し、前記トラップを加熱中に、前記トラップに吸着されていた前記透過率被測定気体を検出することを備える気体透過率測定方法が提供される。

本発明によれば、高精度で膜の気体透過率を測定可能な気体透過率測定装置および気体透過率測定方法が提供される。

図１は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置を説明するための概略断面図である。 図２は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率測定方法を説明するための概略断面図である。 図３は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率測定方法を説明するための概略断面図である。 図４は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率測定方法を説明するための概略断面図である。 図５は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率測定方法を説明するための概略断面図である。 図６は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率測定方法を説明するための概略断面図である。 図７は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率測定方法を説明するための概略断面図である。 図８は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率測定方法を説明するための概略断面図である。 図９は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法を説明するための概略断面図である。 図１０は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法を説明するための概略断面図である。 図１１は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法を説明するための概略断面図である。 図１２は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置を使用した透過率測定方法によって１時間ごとに測定したＴＤＳスペクトルの水のイオン電流を示す図である。 図１３は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置を使用した透過率測定方法によって１時間ごとに測定したＴＤＳスペクトルの水のイオン電流から得たイオン電流の積分値を示す図である。 図１４は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置を使用した透過率測定方法によって求めた被測定基材を使用した場合の水蒸気透過量を示す図である。 図１５は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法で、容器２５の圧力が２．０Ｐａのときのイオン電流を示す図である。 図１６は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法で、容器２５の圧力が０．２５Ｐａのときのイオン電流を示す図である。 図１７は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法で、容器２５の圧力が０．００５Ｐａのときのイオン電流を示す図である。 図１８は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法で得た、イオン電流の積分値と水蒸気透過量との関係を示す図である。 図１９は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法での、バックグラウンドのイオン電流を示す図である。 図２０は、本発明の一実施の形態の透過率測定装置による透過率の標準値の測定方法で得た、イオン電流の積分値と水蒸気透過量との関係を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１を参照すれば、本発明の一実施の形態の透過率測定装置１は、チャンバ１０と、透過率測定用ガス供給系２３０と、ヘリウム（Ｈｅ）ガス供給系２４０と、検量線作成用容器系２５０と、質量分析器Ｇ６と、超高真空排気系２０、２１、２２と、コントローラ１００とを備えている。

チャンバ１０は、チャンバ１１と、チャンバ１１の下側に設けられたチャンバ１４とチャンバ１４の下側に設けられたとチャンバ１５とを備えている。チャンバ１１は、天井壁１１１と、側壁１１２、底壁１１３とを備えている。底壁１１３には開口部１１４が設けられている。チャンバ１４は、側壁１４１を備えている、チャンバ１４の天井部および底部は、それぞれ開口部１４２、１４３となっている。チャンバ１５は、側壁１５１と、底壁１５２とを備えている、チャンバ１５の天井部は、開口部１５３となっている。

チャンバ１１の底壁１１３の開口部１１４と、チャンバ１４の天井部の開口部１４２はほぼ同じ大きさであり、チャンバ１１とチャンバ１４とは、チャンバ１１の底壁１１３の開口部１１４と、チャンバ１４の天井部の開口部１４２とを介して連通している。チャンバ１４の底部の開口部１４３と、チャンバ１５の天井部の開口部１５３はほぼ同じ大きさであり、チャンバ１４とチャンバ１５とは、チャンバ１４の底部の開口部１４３と、チャンバ１５の天井部の開口部１５３との間に設けられたゲートバルブＶ１を介して連通している。なお、ゲートバルブＶ１に代えて、バタフライバルブを使用してもよい。

チャンバ１１の底壁１１３上にはフランジ３１０が固着されて設けられている。フランジ３１０は、側壁３１１を備えている、フランジ３１０の天井部および底部は、それぞれ開口部３１２、３１３となっている。フランジ３１０の底部の開口部３１２と、チャンバ１１の底部の開口部１１４はほぼ同じ大きさであり、フランジ３１０とチャンバ１１とは、フランジ３１０の底部の開口部３１２と、チャンバ１１の底壁１１３の開口部１１４とを介して連通している。フランジ３１０の側壁３１１の上面３１４上にはガスケット１３１が設けられている。

チャンバ１１内には、上部のフランジ３２０が上下移動可能に設けられている。フランジ３２０は、ベーローズを使用した直線導入機（図示せず）により上下移動される。フランジ３２０は、天井壁３２１と、側壁３２２とを備えている。フランジ３２０の側壁３２２の下面３２３にはガスケット１３２が設けられている。フランジ３２０が下降して、ガスケット１３１とガスケット１３２との間に被測定基材１２を挟み込んで固定する。ガスケット１３１とガスケット１３２の大きさは同じであり、内径も同じである。

チャンバ１１の天井壁１１１には、圧力計Ｇ２が接続されている。チャンバ１５の底壁１５２には、トラップ１６が設けられている。

ヘリウムガス供給系２４０は、ヘリウムガス供給管２４１〜２４４を備えている。ヘリウムガス供給源２４にはヘリウムガス供給管２４４が接続されている。ヘリウムガス供給管２４４には流量調整バルブＶ１４が設けられている。流量調整バルブＶ１４の下流側のヘリウムガス供給管２４４には、ヘリウムガス供給管２４３、２４２、２４１が並列に上流側からこの順に接続されている。

ヘリウムガス供給管２４１は、チャンバ１１の側壁１１２に接続され、側壁１１２を介してチャンバ１１内に連通している。ヘリウムガス供給管２４２は、チャンバ１４の側壁１４１に接続され、側壁１４１を介してチャンバ１４内に連通している。ヘリウムガス供給管２４３は、チャンバ１５の側壁１５１に接続され、側壁１５１を介してチャンバ１５内に連通している。

ヘリウムガス供給管２４１にはバルブＶ１１が設けられている。ヘリウムガス供給管２４２にはバルブＶ１２が設けられている。ヘリウムガス供給管２４３にはバルブＶ１３が設けられている。ヘリウムガス供給管２４２のバルブＶ１２とチャンバ１４の側壁１４１との間には、圧力計Ｇ３が接続されている。ヘリウムガス供給管２４３のバルブＶ１３とチャンバ１５の側壁１５１との間には、圧力計Ｇ４が接続されている。

超高真空排気系２０は排気管２０１を備えている。排気管２０１の一端は、チャンバ１５の側壁１５１に接続され、側壁１５１を介してチャンバ１５内に連通している。排気管２０１の他端は、ターボ分子ポンプ等の超高真空ポンプ（図示せず）に接続されている。排気管２０１にはバルブＶ２が設けられている。バルブＶ２の下流側の排気管２０１には四重極型質量分析器Ｇ６が接続されている。

超高真空排気系２１は排気管２１１を備えている。排気管２１１の一端は、チャンバ１１の側壁１１２に接続され、側壁１１２を介してチャンバ１１内に連通している。排気管２１１の他端は、ターボ分子ポンプ等の超高真空ポンプ（図示せず）に接続されている。排気管２１１にはバルブＶ４が設けられている。バルブＶ４の下流側の排気管２１１と、バルブＶ２の上流側の排気管２０１との間には排気管２１２が接続されている。排気管２１２にはバルブＶ３が設けられている。

透過率測定用ガス供給系２３０は、ガス供給管２３１を備えている。ガス供給管２３１の一端は、チャンバ１１の天井壁１１１を貫通して、チャンバ１１内のフランジ３２０の天井壁３２１に接続されている。ガス供給管２３１の一端には、ガス源２３が接続されている。ガス供給管２３１にはバルブＶ５が設けられている。ガス供給管２３１のバルブＶ５とガス源２３との間には、圧力計Ｇ１が接続されている。

検量線作成用容器系２５０は、容器２５と、容器２５にそれぞれ接続された配管２５１〜２５４とを備えている。配管２５１は、チャンバ１１の天井壁１１１とバルブＶ５との間のガス供給管２３１に接続されている。配管２５１にはバルブＶ６が設けられている。
配管２５２は、バルブＶ５の上流側のガス供給管２３１に接続されている。配管２５２にはバルブＶ８が設けられている。バルブＶ８とガス供給管２３１との間の配管２５２には流量調整バルブＶ７が設けられている。配管２５３は、ターボ分子ポンプ等の超高真空ポンプ（図示せず）に接続され、超高真空排気系２２として構成されている。配管２５３にはバルブＶ９が設けられている。配管２５４には、圧力計Ｇ５が接続されている。圧力計Ｇ５と容器２５との間の配管２５４にはバルブＶ１０が設けられている。

コントローラ１００は、ゲートバルブＶ１、バルブＶ２〜Ｖ６、流量調整バルブＶ７、バルブＶ８〜Ｖ１３、流量調整バルブＶ１４、圧力計Ｇ１〜Ｇ５、四重極型質量分析器Ｇ６、フランジ３２０を上下動させる直線導入機（図示せず）の駆動系（図示せず）、超高真空排気系２０、２１、２２の超高真空ポンプ（図示せず）、トラップ１６への液体窒素導入系（図示せず）およびトラップ１６の加熱系（図示せず）等に接続され、これらの動作の制御およびこれらからのデータの取得等を行う。

次に、図２〜８を参照して、本発明の一実施の形態の透過率測定装置１による、透過率測定方法を説明する。なお、測定は、コントローラ１００の制御によって行われる。

本実施の形態では、水蒸気の透過率を測定する。ガス源２３には水を入れておく。透過率測定用ガス供給系２３０のガス供給管２３１は、飽和水蒸気で満たされている。

まず、図２に示すように、被測定基材１２をチャンバ１１内に挿入し、フランジ３１０の上面３１４上のガスケット１３１上に搭載する（ステップ１０１）。

次に、ゲートバルブＶ１を開け、バルブＶ３、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を閉じた状態で、バルブＶ２、Ｖ４を開けてチャンバ１１、１４、１５内を超高真空（１×１０^−６Ｐａ以下）まで排気する（ステップ１０２）。

次に、図３に示すように、バルブＶ２、Ｖ４を閉じ、バルブＶ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を開けて、チャンバ１１、１４、１５内にヘリウムガスを導入する（ステップ１０３）。導入するヘリウムガスは、圧力計Ｇ１と圧力計Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が同一の圧力になるよう調節する。

次に、図４に示すように、上部のフランジ３２０を下げて、ガスケット１３１とガスケット１３２との間に被測定基材１２を挟み込んで固定する（ステップ１０４）。ガスケット１３１とガスケット１３２には、バイトン（登録商標）のＯリングを使用している。

次に、バルブＶ５を開けて、水蒸気を、透過率測定用ガス供給系２３０から、フランジ３２０とガスケット１３２と被測定基材１２とによって形成される空間３２５に導入する（ステップ１０５）。被測定基材１２を透過した水蒸気は、フランジ３１０とガスケット１３１と被測定基材１２とによって形成される空間３１５と、チャンバ１４、１５内に導入される。

その後、６０分間放置し、水蒸気を６０分間透過させる（ステップ１０６）。

次に、図５に示すように、ゲートバルブＶ１を閉じ、トラップ１６に液体窒素を導入してトラップ１６を冷却する（ステップ１０７）。冷却すると、チャンバ１５内の圧力が下がるので、バルブＶ１３を開けて、チャンバ１５内にヘリウムを導入して、圧力計Ｇ３とＧ４が同圧になるように調整する。

次に、図６に示すように、ゲートバルブＶ１を開けて、フランジ３１０とガスケット１３１と被測定基材１２とによって形成される空間３１５と、チャンバ１４内に存在する測定成分（水蒸気）をトラップ１６に５分間吸着させる（ステップ１０８）。

次に、図７に示すように、ゲートバルブＶ１を閉じ、バルブＶ３を開けて、チャンバ１５内のヘリウムを排気する（ステップ１０９）。その後、バルブＶ２を開けてチャンバ１５内を超高真空に排気する（ステップ１１０）。

次に、図８に示すように、トラップ１６を加熱して、質量分析器Ｇ６で昇温脱離（ＴＤＳ）スペクトルを３０分間得る（ステップ１１１）。なお、ＴＤＳスペクトルについては、後述する。

その後、ステップ１０６の操作に戻り、ステップ１１１までの操作を繰り返し、質量分析器Ｇ６にＴＤＳスペクトルの測定を１時間ごとに繰り返す。

本実施の形態では、まず、チャンバ１１、１４、１５内にヘリウムガスを導入（ステップ１０３）している。この場合に導入するヘリウムガスは、透過率測定用ガス供給系２３０の圧力計Ｇ１とチャンバ１１、１４、１５の圧力計Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４とが同一の圧力になるように調節している。これにより、その後、上部のフランジ３２０を下げて、ガスケット１３１とガスケット１３２との間に被測定基材１２を挟み込んで固定し（ステップ１０４）、バルブＶ５を開けて、水蒸気を、透過率測定用ガス供給系２３０から、フランジ３２０とガスケット１３２と被測定基材１２とによって形成される空間３２５に導入した場合に、被測定基材１２より上側の透過率測定用ガス供給系２３０および空間３２５の圧力と、被測定基材１２より下側のフランジ３１０とガスケット１３１と被測定基材１２とによって形成される空間３１５と、チャンバ１４、１５内の圧力とを等しくでき、被測定基材１２として有機薄膜等を使用した場合にも、被測定基材１２の変形を抑制または防止できる。その後、６０分間放置し、水蒸気を６０分間透過させ（ステップ１０６）た後も同様である。

そして、その後、ゲートバルブＶ１を閉じ、トラップ１６に液体窒素を導入してトラップ１６を冷却する（ステップ１０７）と、チャンバ１５内の圧力が下がる。この場合に、その後、そのまま、ゲートバルブＶ１を開けると、被測定基材１２より下側の空間３１５と、チャンバ１４、１５内の圧力は、被測定基材１２より上側の透過率測定用ガス供給系２３０および空間３２５の圧力よりも低くなり、被測定基材１２として有機薄膜等を使用した場合には、被測定基材１２が変形してしまう。この変形を防止するために、ゲートバルブＶ１を開ける前に、バルブＶ１３を開けて、チャンバ１５内にヘリウムを導入して、圧力計Ｇ３とＧ４が同圧になる、すなわち、チャンバ１４とチャンバ１５とが同圧になるように調整している。その後、圧力計Ｇ３とＧ４が同圧になってから、ゲートバルブＶ１を開けて、空間３１５と、チャンバ１４内に存在する測定成分（水蒸気）をトラップ１６に５分間吸着させている（ステップ１０８）。

ここで、ヘリウムガスは水蒸気よりも質量が小さいので、水蒸気を６０分間透過させ（ステップ１０６）ている間に、大部分の水蒸気は、チャンバ１４より下側のチャンバ１５に移動し、チャンバ１４内には、あまり残っていない。従って、水蒸気を６０分間透過させた後に、トラップ１６に液体窒素を導入してトラップ１６を冷却し（ステップ１０７）、その後、チャンバ１５内の圧力が下がった後に、バルブＶ１３を開けて、チャンバ１５内にヘリウムを導入して、チャンバ１４とチャンバ１５とが同圧にしておけば、その後、
ゲートバルブＶ１を開けて、空間３１５と、チャンバ１４内に存在する測定成分（水蒸気）をトラップ１６に５分間吸着させて（ステップ１０８）も、吸着される水蒸気の量は少ないので、被測定基材１２より下側の空間３１５と、チャンバ１４、１５内の圧力は、あまり下がらず、その結果、被測定基材１２として有機薄膜等を使用した場合でも、被測定基材１２の変形を抑制または防止できる。

なお、ステップ１０７で、ゲートバルブＶ１を閉じないで、トラップ１６に液体窒素を導入してトラップ１６を冷却して、被測定基材１２より下側の空間３１５と、チャンバ１４、１５内の水蒸気をトラップ１６に吸着させてもいい。この場合、吸着に伴い、チャンバ１４、１５内の圧力が下がるので、バルブＶ１３、Ｖ１４の少なくとも一方を開けて、チャンバ１４、１５内にヘリウムを導入して、圧力計Ｇ３、Ｇ４とＧ１が同圧になるようにすることが好ましい。こうすることで、被測定基材１２より下側の圧力と、上側の圧力を等しくすることができ、被測定基材１２として有機薄膜等を使用した場合でも、被測定基材１２の変形を抑制または防止できる。

次に、透過率の標準値の求め方を説明する。この場合には、被測定基材１２をチャンバ１１内に入れないで測定する。

まず、図９に示すように、上部のフランジ３２０を下げて、ガスケット１３１とガスケット１３２とを合わせる（ステップ２０１）。被測定基材１２は、ガスケット１３１とガスケット１３２との間には挟みこまない。

次に、ゲートバルブＶ１を開け、バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を閉じた状態で、バルブＶ２を開けて、フランジ３２０、フランジ３１０、ガスケット１３２とガスケット１３１とで形成される空間３３５、チャンバ１４、１５内を、超高真空（１×１０^−６Ｐａ以下）まで排気する（ステップ２０２）。

次に、バルブＶ８を閉じておき、バルブＶ９、１０を開けて容器２５を超高真空（１×１０^−６Ｐａ以下）まで排気する（ステップ２０３）。

次に、バルブＶ８を開けて、水蒸気を、透過率測定用ガス供給系２３０から導入し、流量調整バルブＶ７で真空計Ｇ５が２．０Ｐａになるよう調節する（ステップ２０４）。

次に、図１０に示すように、トラップ１６に液体窒素を導入する（ステップ２０５）。

次に、バルブＶ８，Ｖ９を同時に閉じ真空計Ｇ５の圧力を確認する（ステップ２０６）。

次に、バルブＶ１０を閉じ、バルブＶ２を閉じる（ステップ２０７）。

次に、バルブＶ６を開けて、容器２５内の水分を放出しトラップ１６に吸着させる（ステップ２０８）。

水分をトラップ１６に５分間吸着させた後、図１１に示すように、ゲートバルブＶ１、バルブＶ６を閉じてバルブＶ２を開け排気する（ステップ２０９）。

次に、トラップ１６を加熱しながら、四重極型質量分析器Ｇ６でＴＤＳスペクトルを得る（ステップ２１０）。

同様にして、圧力計Ｇ５が０．２５Ｐａ、および０．００５Ｐａになるようにして、ステップ２０２〜ステップ２１０を繰り返して、それぞれＴＤＳスペクトルを得た。

得られたＴＤＳスペクトルを、図１５、図１６、図１７に示す。ＴＤＳスペクトルの横軸は温度であり、縦軸は、四重極型質量分析器Ｇ６のイオン電流である。トラップ１６を液体窒素から加熱していくと、加熱時間に応じてトラップ１６が昇温し、所定の温度になると、トラップ１６から水が脱離する。ＴＤＳスペクトルの水に相当するピークの初めの時間から終わりの時間までの積分値がトラップ１６から脱離する水の総量に対応する量となる。本実施の形態では、１００ｓｅｃから５００ｓｅｃの間を積分した。図１５より、容器２５の圧力が２．０Ｐａのときは、水（ｍ／ｅ＝１８）のイオン電流の積分値は、４．１８×１０^−８（Ａ＊ｓ（アンペア・秒））であった。図１６より、容器２５の圧力が０．２５Ｐａのときは、水（ｍ／ｅ＝１８）のイオン電流の積分値は、９．８６×１０^−９（Ａ＊ｓ（アンペア・秒））であった。図１７より、容器２５の圧力が０．００５Ｐａのときは、水（ｍ／ｅ＝１８）のイオン電流の積分値は、６．２１×１０^−１０（Ａ＊ｓ（アンペア・秒））であった。

本実施の形態における被測定基材１２の水蒸気透過面（ガスケット１３１とガスケット１３２の内側）は、直径４０ｍｍの円形である。従って、その透過面積は、１．２５７×１０^−３ｍ^２である。１０^−６（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）の透水率の場合、直径４０ｍｍの円を透過する水分量は、１×^−６×１．２５７×１０^−３＝１．２５７×１０^−９（ｇ／ｄａｙ）である。１時間当たりの水蒸気透過量は、１．２５７×１０^−９／２４＝５．２３７５×１０^−１１（ｇ／ｈｒ）となる。これをｍｏｌで表すと、水１８ｇが１ｍｏｌであるから、５．２３７５×１０^−１１（ｇ／ｈｒ）／１８（ｇ）＝２．９０９７２×１０^−１２（ｍｏｌ／ｈｒ）となる。１ｍｏｌは、０℃、１気圧（１×１０^５Ｐａ）で２２．４リットルであるから、２．９０９７×１０^−１２ｍｏｌは、２２．４リットルの容器内では、２．９０９７×１０^−１２×１×１０^５＝２．９０９７×１０^−７Ｐａ の圧力になる。本実施の形態における容器２５の容積は４．０６ｃｃ（４．０６×１０−^３ｌ）であるので、容器２５内に２．９０９７×１０^−１２ｍｏｌの水蒸気があると、容器２５内の圧力は、ボイルの法則から、０℃で、２．９０９７×１０^−７Ｐａ×２２．４リットル／４．０６×１０^−３ｌ＝１．６０５×１０^−３（Ｐａ）になる。４０℃の容器では、１．６０５×１０^−３（Ｐａ）×３１３．１５／２７３．１５＝１．８４×１０^−３（Ｐａ）となる。

上記のようにして、圧力と水蒸気透過量は変換でき、容器２５の圧力が、２Ｐａ、０．２５Ｐａ、０．００５Ｐａの場合は、それぞれ、１．０８７×１０^−３ｇ／ｍ^２／ｄａｙ、１．３６×１０^−４ｇ／ｍ^２／ｄａｙ、２．７２×１０^−６ｇ／ｍ^２／ｄａｙに相当する。

上記のようにして求めた、容器２５の圧力が、それぞれ２Ｐａ、０．２５Ｐａ、０．００５Ｐａの場合の、イオン電流の積分値（Ａ＊ｓ）と、水蒸気透過量（ｇ／ｍ^２／ｄａｙ）との関係を図１８に示す。このようにして、イオン電流の積分値と、水蒸気透過量との関係を予め求めておけば、被測定基材１２を使用した場合のイオン電流の積分値から、被測定基材１２の水蒸気透過量が測定できる。

上記では、検量線作成用容器系２５０の容器２５に、予め所定の圧力の水蒸気を導入しておき、その後、バルブＶ６を開けて、容器２５内の水分を放出しトラップ１６に吸着させたが、Ｖ６を閉じたまま、上記を同様の測定をした場合のＴＤＳスペクトルを図１９に示す。この場合の、水（ｍ／ｅ＝１８）のイオン電流の積分値は、６．５２×１０^−１１（Ａ＊ｓ）であった。この値も、上記のようにして求めた、イオン電流の積分値と水蒸気透過量との関係を示す図にプロットすると、図２０のようになる。この場合は、水蒸気が存在しない場合であり、測定のバックグラウンドを示す値である。従って、測定した、水蒸気透過量から、このバックグラウンドの水蒸気透過量を差し引くと、実際の水蒸気透過量を求めることができる。

図１８や図２０から、本実施の形態によれば、１０^−６ｇ／ｍ^２／ｄａｙのオーダーの水蒸気透過量の絶対量が測定できることがわかる。有機ＥＬ発光デバイスでは、フレキシブルデバイスが開発されているが、このようなフレキシブルデバイスでは、基板や保護膜に、有機薄膜等が用いられる。有機薄膜等を用いたフレキシブルデバイスでは、ガラス板等とは異なり、水分の影響を受けやすいので、水蒸気透過量の少ない有機薄膜等を使用することが望まれる。有機ＥＬ発光デバイスでは、基板や保護膜に用いられる有機薄膜等の水蒸気透過量は、１０^−６ｇ／ｍ^２／ｄａｙのオーダー以下であることが望ましいとされている。しかしながら、今まで、このような微量の水蒸気透過を測定する手法は開発されておらず、また、水蒸気透過量の絶対量を得る方法もなかった。本実施の形態によって、１０^−６ｇ／ｍ^２／ｄａｙのオーダーの水蒸気透過量の絶対量を得ることができ、また、１０^−６ｇ／ｍ^２／ｄａｙのオーダーの有機薄膜等の水蒸気透過量を測定できるようになった。

図１２は、上述のステップ１０１〜ステップ１１１の方法によって、１時間ごとに測定したＴＤＳスペクトルの水（ｍ／ｅ＝１８）のイオン電流を示す図である。このデータから、１時間ごとの水（ｍ／ｅ＝１８）のイオン電流の積分値を得た。その結果を図１３に示す。そして、上述のようにして求めたイオン電流の積分値と、水蒸気透過量との関係から、被測定基材１２を使用した場合の水蒸気透過量（ＷＶＴＲ）を求めた。その結果を図１４に示す。

以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

１０ チャンバ
１２ 被測定基材
１４ チャンバ
１５ チャンバ
１６ トラップ
２０ 超高真空排気系
２３０ 透過率被測定用ガス供給系
２４０ ヘリウムガス供給系
３１５ 空間
３２５ 空間
Ｇ６ 質量分析器

Claims (13)

1. 透過率被測定基材を挟むことにより、前記透過率被測定基材の上側に第１のサブチャンバが形成され、前記透過率被測定基材の下側に第２のサブチャンバが形成されるチャンバと、
   前記第１のサブチャンバに連通し、透過率被測定気体を供給する透過率被測定気体供給源と、
   前記第２のサブチャンバに、前記透過率被測定気体よりも質量の小さい不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、
   前記第２のサブチャンバ内を排気する排気手段と、
   前記第２のサブチャンバの底部に設けられ、冷却および加熱可能なトラップと、
   前記第２のサブチャンバに接続され、前記透過率被測定気体を検出する検出手段と、を備える気体透過率測定装置。
2. 前記トラップを冷却する冷却手段と、
   前記トラップを加熱する加熱手段と、
   前記トラップを冷却し、その後、前記トラップを加熱し、前記トラップを加熱中に、前記トラップに吸着されていた前記透過率被測定気体を検出するように、前記冷却手段と、前記加熱手段と、前記検出手段とを制御するコントローラと、をさらに備える請求項１記載の気体透過率測定装置。
3. 前記コントローラは、前記透過率被測定基材に対して前記透過率被測定気体を透過させる前に、前記不活性ガスを前記不活性ガス供給源から前記第２のサブチャンバに供給しておくように前記不活性ガス供給源を制御する請求項１または２記載の気体透過率測定装置。
4. 前記第２のサブチャンバを上下の第３のサブチャンバと第４のサブチャンバとに分割するバルブをさらに備え、
   前記コントローラは、前記透過率被測定基材に対して前記透過率被測定気体を所定の時間透過させた後に、前記バルブを閉じ、その後、前記トラップを冷却し、前記不活性ガスを前記不活性ガス供給源から前記下側の前記第４のサブチャンバに供給して、前記上側の第３のサブチャンバ内と前記下側の第４のサブチャンバ内とを同圧にし、その後、前記バルブを開け、その後、前記トラップを加熱し、前記トラップを加熱中に、前記トラップに吸着されていた前記透過率被測定気体を検出するように、前記冷却手段と、前記加熱手段と、前記検出手段と、前記バルブと、前記不活性ガス供給源とを制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の気体透過率測定装置。
5. 所定の圧力の前記透過率被測定気体を所定の容量分、前記チャンバに供給する透過率被測定気体供給手段をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の気体透過率測定装置。
6. 前記透過率被測定気体は水蒸気であり、前記不活性ガスはヘリウムガスである請求項１〜５のいずれか一項に記載の気体透過率測定装置。
7. 前記透過率被測定基材は有機薄膜である請求項１〜６のいずれか一項に記載の気体透過率測定装置。
8. 透過率被測定基材の上側の第１のチャンバに透過率被測定気体を供給して、透過率被測定気体を前記透過率被測定基材の下側の第２のチャンバに前記透過率被測定基材に対して透過させ、
   前記第２のチャンバの底部に設けられたトラップを冷却して前記トラップに前記透過率被測定気体を吸着させ、
   その後、前記トラップを加熱し、前記トラップを加熱中に、前記トラップに吸着されていた前記透過率被測定気体を検出することを備える気体透過率測定方法。
9. 前記透過率被測定基材に対して前記透過率被測定気体を透過させる前に、前記不活性ガスを前記第２のチャンバに供給しておく請求項８記載の気体透過率測定方法。
10. 前記透過率被測定基材に対して前記透過率被測定気体を所定の時間透過させた後に、前記第２のチャンバを上下の第１のサブチャンバと第２のサブチャンバとに分割するバルブを閉じ、
    その後、前記トラップを冷却し、前記不活性ガスを前記下側の前記第２のサブチャンバに供給して、前記上側の第１のサブチャンバ内と前記下側の第２のサブチャンバ内とを同圧にし、
    その後、前記バルブを開け、
    その後、前記トラップを加熱し、前記トラップを加熱中に、前記トラップに吸着されていた前記透過率被測定気体を検出することを備える請求項８または９記載の気体透過率測定方法。
11. 所定の圧力の前記透過率被測定気体を所定の容量分、前記チャンバに供給することにより、前記透過率被測定気体の透過率の標準値を求めておき、前記標準値に基づき、前記透過率被測定気体の前記透過率被測定基材に対する透過率を求める請求項８〜１０のいずれか一項に記載の気体透過率測定方法。
12. 前記透過率被測定気体は水蒸気であり、前記不活性ガスはヘリウムガスである請求項８〜１１のいずれか一項に記載の気体透過率測定方法。
13. 前記透過率被測定基材は有機薄膜である請求項８〜１２のいずれか一項に記載の気体透過率測定方法。