JP2018009898A - 測定セル及びガス分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定セルの光入射窓及び光出射窓を所望の温度に加熱するだけでなく、温度制御の応答性及び温度分布の均一性を向上する。【解決手段】過酸化水素を導入する導入ポートＰ１及び過酸化水素を導出する導出ポートＰ２を有する測定セル２であって、セル内部の過酸化水素に近赤外光を照射するための石英ガラスからなる光入射窓２２と、セル内部の過酸化水素を透過した近赤外光を出射するための石英ガラスからなる光出射窓２３とを有し、光入射窓２２及び光出射窓２３において近赤外光が通過する部位Ｘに、近赤外光を透過する導電性発熱膜２４が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスの濃度を測定するための測定セル、及びこれを用いてガスの濃度を測定するガス分析装置に関するものである。

例えば半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエハの洗浄などに過酸化水素水をベースとした薬液を気化した処理ガスが用いられている。そして、この処理ガスにおける過酸化水素の濃度を管理するために、当該処理ガスに近赤外光を当てて、その吸光度を測定することにより、処理ガスにおける過酸化水素の濃度を測定している。

従来、この測定に用いられる測定セルとしては、特許文献１に示すように、処理ガス中の過酸化水素の結露や液化を防止するために、例えばシリコンヒータ等のヒータを有するものが考えられている。この測定セルでは、測定セルの光入射窓及び光出射窓にヒータを設けてしまうと光を透過させることができないため、光入射窓及び光出射窓を覆わずに、光入射窓及び光出射窓が設けられたセル本体の外周にヒータを設けて、その予熱によって光入射窓及び光出射窓を加熱するように構成している。

しかしながら、光入射窓及び光出射窓以外の部分にヒータを設けて窓を加熱する構成では、光入射窓及び光出射窓の加熱不足により、過酸化水素等の結露や液化が生じてしまうという問題がある。また、光入射窓及び光出射窓を間接的に加熱する構成のため、光入射窓及び光出射窓の温度制御の応答性が悪いという問題もある。さらに、光入射窓及び光出射窓を所定温度以上に加熱するためには、その周辺温度を所定温度以上に加熱しなければならずエネルギー効率が悪いだけでなく、光入射窓及び光射出窓に生じる温度分布が大きくなってしまう。

なお、特許文献２に示すように、測定セルの外部に設けられた光源ケーシングの窓及び光検出器ケーシングの窓にヒータを設けて、当該ヒータによりケーシングの窓を加熱することによって測定セルの光入射窓及び光出射窓を加熱する構成がある。

しかしながら、測定セルの光入射窓及び光出射窓を直接加熱するものではなく、また、光入射窓及び光出射窓において、光の透過を妨げない周辺部位にヒータを設けているので、上記の特許文献１と同様に、光入射窓及び光出射窓の加熱不足の問題、温度制御の応答性の問題、及び温度分布の問題が生じ得る。

特開２００２−１４８１８３号公報 特開平３−２５３４８号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、測定セルの光入射窓及び光出射窓を所望の温度に加熱するだけでなく、温度制御の応答性及び温度分布の均一性を向上することをその主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る測定セルは、過酸化水素を含む試料ガスを導入する導入ポート及び前記試料ガスを導出する導出ポートを有する測定セルであって、セル内部の試料ガスに近赤外光を照射するための石英ガラスからなる光入射窓と、セル内部の試料ガスを透過した近赤外光を出射するための石英ガラスからなる光出射窓とを有し、前記光入射窓及び前記光出射窓において前記近赤外光が通過する部位に、前記近赤外光を透過する導電性発熱膜が設けられていることを特徴とする。

この測定セルによれば、測定セルの光入射窓及び光出射窓において近赤外光が通過する部位に導電性発熱膜が設けられているので、当該導電性発熱膜に電圧を印加することにより、近赤外光が通過する部位を直接的に加熱することができ、印加する電圧を制御することによって、近赤外光が通過する部位を所望の温度に加熱することができる。これにより、光入射窓及び光入射窓における近赤外光が通過する部位で過酸化水素が結露したり液化したりすることを好適に防ぐことができる。また、導電性発熱膜が近赤外光が通過する部位に設けられているので、その温度制御の応答性及び温度分布の均一性を向上させることができる。さらに、光入射窓及び光射出窓が、近赤外光を透過する石英ガラスから形成されており、当該窓に近赤外光を透過する導電性発熱膜が形成されているので、過酸化水素の濃度測定に好適に用いることができる。

光入射窓及び光射出窓を直接加熱することによって、温度制御の応答性及び温度分布の均一性をさらに向上するためには、前記導電性発熱膜は、前記光入射窓及び前記光射出窓に密着して設けられていることが望ましい。

導電性発熱膜に電圧を印加する電極が近赤外線の通過を阻害しないようにするためには、前記入射窓及び前記出射窓において、前記近赤外光が通過する部位とは異なる位置に設けられていることが望ましい。

前記導電性発熱膜は、酸化インジウム（ＩＴＯ）からなることが望ましい。この酸化インジウムは、高い導電率及び透過性を有するので、光入射窓及び光射出窓の加熱に好適である。

このように構成した本発明によれば、測定セルの光入射窓及び光出射窓において近赤外光が通過する部位に導電性発熱膜が設けられているので、光入射窓及び光出射窓を所望の温度に加熱するだけでなく、温度制御の応答性及び温度分布の均一性を向上することができる。

本実施形態のガス分析装置の構成を示す模式図である。 同実施形態の測定セルの構成を模式的に示す断面図である。 同実施形態の測定セルの構成を模式的に示す光軸方向から視た側面図である。

以下に本発明に係る測定セルを用いたガス分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態のガス分析装置１００は、例えば半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエハの洗浄などに過酸化水素水をベースとした薬液を気化した処理ガスに含まれる過酸化水素の濃度を測定するものである。

具体的にこのガス分析装置１００は、図１に示すように、過酸化水素を含む処理ガス（試料ガス）が導入される測定セル２と、当該測定セル２に波長８００ｎｍ〜２５００ｎｍの近赤外光を照射する光源３と、測定セル２を通過して射出された近赤外光の強度を検出する光検出器４とを備えている。そして、ガス分析装置１００は、光検出器４により得られた光強度信号を用いて吸光度を算出して過酸化水素の濃度を算出する。

次に、測定セル２の詳細について図２及び図３を参照して説明する。

測定セル２は、処理ガスを導入する導入ポートＰ１及び処理ガスを導出する導出ポートＰ２を有するセル本体２１と、当該セル本体２１に設けられた光入射窓２２及び光出射窓２３とを備えている。

セル本体２１は、例えば石英ガラス製のもので、円筒形状をなすものである。このセル本体２１の側周壁に導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２が設けられている。また、セル本体２１の軸方向一端部に光入射窓２２が設けられており、軸方向他端部に光出射窓２３が設けられている。半導体プロセスにおいては、金属コンタミの問題があるため、セル本体２１は石英ガラス製が望ましいが、金属コンタミが実質的に問題とならない半導体プロセスや例えば食品加工用途などのその他の用途においては、セル本体２１を例えばＳＵＳ３１６等の金属製のものとしても良い。

光入射窓２２及び光出射窓２３は、例えば近赤外光等の光を透過するとともに、過酸化水素等の処理ガス成分に対して耐蝕性を有する円板状の石英ガラスから形成されている。

そして、光入射窓２２及び光出射窓２３の内面又は外面の少なくとも一方に、近赤外光を透過する透明導電膜（導電性発熱膜）２４が形成されている。この透明導電膜２４は、電圧が印加されることにより発熱して光入射窓２２及び光出射窓２３を加熱するものである。具体的に透明導電膜２４は、酸化インジウム（ＩＴＯ）からなるものであり、光入射窓２２及び光射出窓２３に例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着法等により形成されている。つまり、透明導電膜２４は、光入射窓２２及び光出射窓２３に密着して設けられている。その他、透明導電膜２４は、接着剤やテープなどを用いて光入射窓２２及び光射出窓２３に張り付けても良いし、オプティカルコンタクト等のそのほかの接合方法を用いて密着して設けるようにしても良い。この透明導電膜２４は、光入射窓２２及び光出射窓２３において、近赤外光が通過する部位Ｘ（図３参照）を含む領域に設けられている。本実施形態では、石英ガラスの中央部が近赤外光の通過部位Ｘとなる。

ここで、透明導電膜２４による処理ガスへのコンタミ又は処理ガスに含まれる過酸化水素等の成分による透明導電膜２４への腐食の問題から、透明導電膜２４は、光入射窓２２及び光射出窓２３の外面に設けられていることが好ましい。本実施形態では透明導電膜２４は、石英ガラスの外面全体に設けられている。

また、透明導電膜２４には、当該透明導電膜２４に電圧を印加するための一対の電極２５が接続されている。この一対の電極２５は、光入射窓２２及び光出射窓２３において、近赤外光が通過する部位Ｘ（図３参照）とは異なる位置、例えば石英ガラスの周辺部に設けられている。

なお、一対の電極２５は、光入射窓２２及び光出射窓２３に形成された透明導電膜２４と電気的な接続がされたものであれば、セル本体２１に設けられたものであっても良い。また、測定セル２において、光入射窓２２及び光出射窓２３における結露及び液化を防ぐだけでなく、セル本体２１内面における結露及び液化を防ぐためには、セル本体２１の外面に従来のシリコンヒータ等のヒータや、透明導電膜を形成しても良い。

その他、本実施形態の測定セル２のセル本体２１は、外部の支持部材５により挟持されることにより保持されている。具体的には、セル本体２１の側周壁において導入ポートＰ１及び導出ポートＰ２の間を例えばクランプ等の支持部材５により保持されている。

このように構成した本実施形態の分析装置１００によれば、光入射窓２２及び光出射窓２３に透明導電膜２４において近赤外光が通過する部位Ｘに導電性発熱膜２４が設けられているので、当該透明導電膜２４に電圧を印加することにより、近赤外光が通過する部位Ｘを直接的に加熱することができ、印加する電圧を制御することによって、近赤外光が通過する部位Ｘを所望の温度に加熱することができる。また、透明導電膜２４が近赤外光が通過する部位Ｘに設けられているので、近赤外光が通過する部位Ｘの温度制御の応答性及び近赤外光が通過する部位Ｘの温度分布の均一性を向上させることができる。さらに、光入射窓２２及び光射出窓２３が、近赤外光を透過する石英ガラスから形成されており、当該窓２２、２３に近赤外光を透過する透明導電膜２４が形成されているので、過酸化水素の濃度測定に好適に用いることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、透明導電膜２４としては、ＩＴＯ膜の他に、近赤外光を透過するものであれば種々のものを用いることができる。例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化すず（ＳｎＯ_２）からなるものであっても良い。このように透明導電膜２４は、導電性を有し、過酸化水素の吸収波長に対して少なくとも過酸化水素の濃度測定が行える程度の透光性を有し、また、発熱するものであれば、いかなる材質ものであっても良い。なお、透光性は、過酸化水素の吸収波長を可及的に透過して吸収しないものであることが望ましい。

また、各窓における透明導電膜２４の形成範囲は、近赤外光の通過部位を含む範囲であれば、窓全体に形成されたものの他、通過部位のみ等の窓の一部に形成されたものであっても良い。なお、温度分布の均一性を向上させる観点からすれば、窓全体に形成することが望ましい。

さらに、近赤外光の通過範囲の温度を過酸化水素水等の結露や液化を防ぐことができる温度に加熱できるものであれば、通過部位を取り囲むなどのように、各窓２２、２３において通過部位を含まない領域に形成されたものであっても良い。

さらに、透明導電膜２４は、所定の形成パターンにより形成されたものであっても良い。

その上、１つの透明導電膜２４に対して一対の電極２５を複数対設けるようにしても良い。

加えて、光入射窓２２又は光出射窓２３において、１つの透明導電膜２４を形成する他、２つ以上の透明導電膜２４を形成するようにしても良い。

前記実施形態では、過酸化水素を含む試料ガスを測定セルに導入して過酸化水素の濃度を測定するものであったが、過酸化水素以外の試料ガスを測定セルに導入してその試料ガスに含まれる所定成分の濃度を測定するものであっても良い。この場合、測定セルに照射される光は近赤外光に限られず、前記所定成分の濃度測定に適した波長の光が照射される。この場合、透明導電膜は、導電性を有し、前記所定成分の濃度測定に適した吸収波長に対して少なくとも前記所定成分の濃度測定が行える程度の透光性を有し、発熱する膜であればよい。なお、透光性は、所定成分の吸収波長を可及的に透過して吸収しないものであることが望ましい。また、測定セル、特に光入射窓及び光射出窓は、試料ガスに対して腐食性を有する材料から形成されたものであればよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・ガス分析装置
Ｐ１ ・・・導入ポート
Ｐ２ ・・・導出ポート
２ ・・・測定セル
２２ ・・・光入射窓
２３ ・・・光出射窓
２４ ・・・導電性発熱膜（透明導電膜）
Ｘ ・・・近赤外光が通過する部位

Claims (6)

1. 過酸化水素を含む試料ガスを導入する導入ポート及び前記試料ガスを導出する導出ポートを有する測定セルであって、
   セル内部の試料ガスに近赤外光を照射するための石英ガラスからなる光入射窓と、
   セル内部の試料ガスを透過した近赤外光を出射するための石英ガラスからなる光出射窓とを有し、
   前記光入射窓及び前記光出射窓において前記近赤外光が通過する部位に、前記近赤外光を透過する導電性発熱膜が設けられている測定セル。
2. 前記導電性発熱膜は、前記光入射窓及び前記光射出窓に密着して設けられている請求項１記載の測定セル。
3. 前記光入射窓及び前記光出射窓において、前記近赤外光が通過する部位とは異なる位置に前記導電性発熱膜に電圧を印加する一対の電極が設けられている請求項１又は２記載の測定セル。
4. 前記導電性発熱膜は、酸化インジウム（ＩＴＯ）からなる請求項１乃至３の何れか一項に記載の測定セル。
5. 試料ガスを導入する導入ポート及び前記試料ガスを導出する導出ポートを有する測定セルであって、
   セル内部の試料ガスに光を照射するための光入射窓と、
   セル内部の試料ガスを透過した光を出射するための光出射窓とを有し、
   前記光入射窓及び前記光出射窓において前記光が通過する部位に、前記光を透過する導電性発熱膜が設けられている測定セル。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の測定セルを備えたガス分析装置。