JP6653881B2 - インライン型濃度計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置に有機金属（ＭＯ）ガス等の原料流体を供給するラインに組み込まれ、吸光光度法の原理に基づいてガス供給ライン中のガス濃度を計測するためのインライン型濃度計測装置に関する。

従来、半導体製造装置の原料流体供給ラインに組み込まれるインライン型濃度計が知られている（例えば特許文献１等）。

図８は、関連する濃度計測装置の一例の概略構成を示している。図８において、発光ダイオード等で構成された光源１から発せられた所定波長の光は、光ファイバー２を通じて光入射部３に伝送され、光入射部３に設けられた石英ガラスやサファイアガラス等の窓材４を介して、ガス流路５に入射され、ガス流路５内でガスによる吸収を受けた後、対向する窓材６を通過してフォトダイオード７を備える受光部８に受光される。フォトダイオード７は検出した光を電気信号に変換して出力し、その出力信号は電気配線９を通じて、ＣＰＵを内蔵する制御演算部１０に送られ、制御演算部１０が所定の演算処理を行ってガス濃度を表示部１１に表示する。制御演算部１０は、光源１に電力供給する電源１２も制御する。光源１は、１又は２以上の波長の光を発することができる。

図８のガス流路５は、詳細な断面図を図９に示すように、ガス流路５が形成された金属製の測定セル本体１５と、測定セル本体１５にガスケット１６を介して接続された光入射部３と、測定セル本体１５にガスケット１７を介して接続された受光部８と、を備えている。ガス流路５は、光入射部３と受光部８との間に直線状に貫通形成されて光路Ｌとなる光路用ガス流路部５ａと、光路用ガス流路部５ａに連通し測定セル本体１５の底面１５ａに開口する左右一対の連通部５ｂ、５ｃと、を備えている。光入射部３は、窓材４と光ファイバー２とが取り付けられている。受光部８は、窓材６とフォトダイオード７とが取り付けられている。測定セル本体１５の底面１５ａには、ガス流入側の継手２０とガス流出側の継手２１が接続される。

特開２０００−２０６０４５号公報

しかしながら、図９に示す構造のインライン型濃度計測装置は、ＭＯガスを流すと窓材４、６上への有機金属材料が堆積し、窓材４，６を頻繁に交換しなければならなくなるという問題があった。

本発明者等は、鋭意研究の結果、図１０に拡大して示すように、例えば窓材４に関して、窓材４の付近にガスが滞留しやすくなるデッドスペースＤが生じているために、ＭＯガスを流すと窓材４上への有機金属材料が堆積しやすくなっていることを見出した。窓材６（図９）についても同様である。

そこで、上記問題を解消するため、本発明に係るインライン型濃度計測装置の第１の態様は、ガス流路が形成された測定セル本体と、該測定セル本体に接続されて窓材を備える光入射部と、前記測定セル本体に接続されて窓材を備える受光部と、を備え、前記ガス流路は、前記光入射部の窓材と前記受光部の窓材との間に直線状に形成されて光路となる光路用ガス流路部と、前記測定セル本体に形成されたガス流入口から前記光路用ガス流路部に連通する第一連通部と、前記測定セル本体に形成されたガス流出口から前記光路用ガス流路部に連通する第二連通部と、を備え、前記第一連通部が前記ガス流入口から前記光入射部の窓材に向けて斜めに延びる。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第２の態様は、上記第１の態様において、前記第二連通部が前記ガス流出口から前記受光部の窓材に向けて斜めに延びる。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第３の態様は、ガス流路が形成された測定セル本体と、該測定セル本体に接続されて窓材を備える光入射部と、前記測定セル本体に接続されて窓材を備える受光部と、を備え、前記ガス流路は、前記光入射部の窓材と前記受光部の窓材との間に直線状に形成されて光路となる光路用ガス流路部と、前記測定セル本体に形成されたガス流入口から前記光路用ガス流路部に連通する第一連通部と、前記測定セル本体に形成されたガス流出口から前記光路用ガス流路部に連通する第二連通部と、を備え、前記第二連通部が前記ガス流出口から前記受光部の窓材に向けて斜めに延びる。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第４の態様は、上記第１又は第３の態様において、前記第一連通部の流路断面積が、前記光路用ガス流路部の流路断面積より小さい。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第５の態様は、上記第１又は第３の態様において、前記光入射部が、光ファイバーを保持するとともに前記窓材を前記測定セル本体との間で挟持する保持体と、を備え、前記測定セル本体及び前記保持体の一方に嵌合凹部が形成されるとともに、該嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が前記測定セル本体及び前記保持体の他方に形成され、前記窓材は、前記嵌合凹部の凹底と前記嵌合凸部と突端面との間で挟持されている。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第６の態様は、上記第５の態様において、前記嵌合凹部が段付凹部に形成されるとともに、前記嵌合凸部が前記段付凹部に嵌合する段付凸部に形成され、前記嵌合凹部の段部と前記嵌合凸部の段部とが互いに当接することによりシール面が形成されている。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第７の態様は、上記第１又は第３の態様において、前記受光部が、フォトダイオードを保持するとともに前記窓材を前記測定セル本体との間で挟持する保持体を備え、前記測定セル本体及び前記保持体の一方に嵌合凹部が形成されるとともに、該嵌合凹部に嵌合する嵌合凸部が前記測定セル本体及び前記保持体の他方に形成され、前記窓材は、前記嵌合凹部の凹底と前記嵌合凸部と突端面との間で挟持されている。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第８の態様は、上記第７の態様において、前記嵌合凹部が段付凹部に形成されるとともに、前記嵌合凸部が前記段付凹部に嵌合する段付凸部に形成され、前記嵌合凹部の段部と前記嵌合凸部の段部とが互いに当接することによりシール面が形成されている。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第９の態様は、上記第１又は第３の態様において、前記光入射部が、前記光路用ガス流路部に入射する入射光を平行光にするためのコリメートレンズを備える。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第１０の態様は、上記第１又は第３の態様において、前記窓材が、前記光路用ガス流路部の光路と斜めに交差するように構成されている。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第１１の態様は、上記第１又は第３の態様において、前記第一連通部にガスを送るガス流入路が連通して設けられ、該ガス流入路の流路断面積が前記第一連通部の流路断面積より大きい。

本発明によれば、前記測定セル本体に形成されたガス流入口から前記光路用ガス流路部に連通する第一連通部を、前記ガス流入口から前記光入射部の窓材に向けて斜めに延びる構成としたので、窓材の表面にガスの流れを生じさせることで、窓材付近のガスの滞留を無くすことにより、前記光入射部の窓材の表面への望ましくない材料の堆積を減少させることができる。

また、前記第二連通部についても、前記ガス流出口から前記受光部の窓材に向けて斜めに延びるようにすることで、前記受光部の窓材の表面への望ましくない材料の堆積を減少させることができる。

また、前記第一連通部の流路断面積を前記光路用ガス流路部の流路断面積より小さくすることにより、前記光路用ガス流路部より前記第一連通部の流速を上げて、有機金属材料等の光入射部への堆積を減少させることができる。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の第１実施形態を一部省略して示す要部断面図である。 本発明に係るインライン型濃度計測装置の第２実施形態を、カップリングを外した状態で示す断面図である。 図２のインライン型濃度計測装置を、カップリングを結合した状態で示す断面図である。 本発明に係るインライン型濃度計測装置の第３実施形態を示す断面図である。 本発明に係るインライン型濃度計測装置の第４実施形態を示す断面図である。 本発明に係るインライン型濃度計測装置の第５実施形態を示す断面図である。 本発明に係るインライン型濃度計測装置の第６実施形態を示す断面図である。 関連する濃度測定装置の基本構成を示す概略構成図である。 関連するインライン型濃度計測装置の要部を示す断面図である。 図９の一部を拡大して示す断面図である。

本発明に係るインライン型濃度計測装置の実施形態について、以下に図面を参照して説明する。なお、背景技術を含め全図及び全実施形態を通じて同一又は類似の構成部分に同符号を付し、以下の説明において重複説明を省略する場合がある。

図１は、本発明に係るインライン型濃度計測装置の第１実施形態を示している。第１実施形態のインライン型濃度計測装置は、ガス流路５が形成された測定セル本体１５と、該測定セル本体１５に接続されて窓材４を備える光入射部３と、測定セル本体１５に接続されて窓材６を備える受光部８と、を備える。ガス流路５は、光入射部３の窓材４と受光部８の窓材６との間に直線状に形成されて光路となる光路用ガス流路部５ａと、測定セル本体１５に形成されたガス流入口５Ｂ１から光路用ガス流路部５ａに連通する第一連通部５Ｂと、測定セル本体１５に形成されたガス流出口５Ｃ１から光路用ガス流路部５ａに連通する第二連通部５Ｃと、を備える。第一連通部５Ｂは、ガス流入口５Ｂ１から光入射部３の窓材４に向けて斜めに延びている。

測定セル本体１５は、図１に示す例では、左右のブロック体１５Ｌ、１５Ｒと、左右のブロック体１５Ｌ、１５Ｒを連結する管体１５Ｍと、を備えている。管体１５Ｍは、連続する筒状であるが、図１では中間部を図示省略されている。測定セル本体は、種々形状を採用でき、例えば、筒状の管体に代えて、図７に示されているように全体形状を直方体として一つのブロック体で形成することもできる。

ガス流入口５Ｂ１及びガス流出口５Ｃ１は、測定セル本体１５の表面（図示例では底面）に形成された凹所１５ｂ、１５ｃに開口している。この凹所１５ｂ、１５ｃには、ガスケットを介して継手Ｊ１，Ｊ２が接続される（図２、図３参照）。

また、第二連通部５Ｃは、ガス流出口５Ｃ１から受光部８の窓材６に向けて斜めに延びている。

第一連通部５Ｂの流路断面積は、光路用ガス流路部５ａの流路断面積より小さく形成されており、望ましくは、第一連通部５Ｂの流路断面積は、光路用ガス流路部５ａの流路断面積の１／２以下である。

光入射部３は、光ファイバー２を保持するとともにガス流路５に面した窓材４を測定セル本体１５との間で挟持する保持体２５を備える。測定セル本体１５に嵌合凹部１５ｄが形成されるとともに、嵌合凹部１５ｄに嵌合する嵌合凸部２５ａが保持体２５に形成されている。窓材４は、嵌合凹部１５ｄの凹底面と保持体２５の嵌合凸部２５ａと突端面との間で挟持されている。

窓材４，６には、サファイアガラス板が好適に用いられ得る。保持体２５と測定セル本体１５との間にガスケット２６が介在されている。第一連通部５Ｂは、窓材４上に開口して光路用ガス流路部５ａと連通している。

嵌合凹部１５ｄが段部１５ｅの付いた段付凹部に形成されるとともに、嵌合凸部２５ａが段付の嵌合凹部１５ｄに嵌合する段部２５ｂの付いた段付凸部に形成され、嵌合凹部１５ｄの段部１５ｅと嵌合凸部２５ａの段部２５ｂとが互いに当接することによりその当接面にシール面を形成している。

受光部８は、ガス流路５に面した窓材６と、フォトダイオード７と、フォトダイオード７を保持するとともに窓材６を測定セル本体１５との間で挟持する保持体３０と、を備え、測定セル本体１５に嵌合凹部１５ｆが形成されるとともに、嵌合凹部１５ｆに嵌合する嵌合凸部３０ａが保持体３０に形成されている。窓材６は、嵌合凹部１５ｆの凹底面と保持体３０の嵌合凸部３０ａの突端面との間で挟持されている。

嵌合凹部１５ｆが段部１５ｇの付いた段付凹部に形成されるとともに、嵌合凸部３０ａが段部１５ｇの付いた嵌合凹部１５ｆに嵌合する段部３０ｂのついた段付凸部に形成され、嵌合凹部１５ｆの段部１５ｇと嵌合凸部３０ａの段部３０ｂとが互いに当接することによりその当接面がシール面を形成している。

図２及び図３は、本発明に係るインライン型濃度計測装置の第２実施形態を示す。第２実施形態のインライン型濃度計測装置は、光路用ガス流路部５ａが形成されている管体１５Ｍが、雄雌のカップリング１５Ｍ１、１５Ｍ２によって中間部で着脱可能に接続される。符号１５Ｍ３は、シーリング用のガスケットである。ガス流入口５Ｂ１、ガス流出口５Ｃ１には、其々、図示しない配管に接続するための継手Ｊ１，Ｊ２がシーリング用ガスケットＳ１，Ｓ２を介して接続されている。継手Ｊ１にガス流入路Ｐ１が形成されている。ガス流入路Ｐ１は、第一連通路５Ｂと連通する。ガス流入路Ｐ１の流路断面積は、第一連通路５Ｂの流路断面積より大きい。そのため、ガス流入路Ｐ１を通過したガスは、第一連通路５Ｂを通過する際に流速が増す。継手Ｊ２にはガス流出路Ｐ２が形成されている。

図４は、本発明に係るインライン型濃度計測装置の第３実施形態を示す。上記第１実施形態及び第２実施形態では窓材４、６が光路と直交する例を示したが、第３実施形態のインライン型濃度計測装置は、窓材４、６が光路Ｌと斜めに交差するように構成されている。斯かる構成を得るため、測定セル本体１５は、保持体１５Ｌ、１５Ｒが取り付けられる面が斜めにカットされている。光路Ｌに直交する面に対する窓材４，６の傾斜角度θは、例えば１０°〜４５°とすることができる。窓材４、６を光路Ｌに対して傾斜させることにより、窓材４、６での光の反射による測定誤差の影響の軽減を図ることができる。

図５は、本発明に係るインライン型濃度計測装置の第４実施形態を示す。第４実施形態のインライン型濃度計測装置は、光路用ガス流路部５ａに入射する光を平行光にするコリメートレンズ４０を光入射部３に備えている。コリメートレンズ４０は、窓材４の裏側、すなわち窓材４を挟んで光路用ガス流路部５ａと反対の側に配設され得る。光路用ガス流路部５ａへの入射光をコリメートレンズ４０により平行光とすることでセル内への光量を増加させ、測定精度の向上を図ることができる。図示例において、コリメートレンズ４０は、筒体４１内に収容されて固定されている。筒体４１が保持体２５の孔２５ｈに挿入され、筒体４１に溶接されたフランジ４２が保持体２５にボルト４３で固定されている。筒体４１の後部外周面に形成された螺子部４１ａに、光ファイバー２を保持しているコネクタ２ａが接続されている。

図６及び図７は、本発明に係るインライン型濃度計測装置の第５実施形態及び第６実施形態を示す。第５実施形態及び第６実施形態のインライン型濃度計測装置は、いずれも、光路用ガス流路部５ａが高さ方向に向けられた縦型タイプを示している。図７に示された第６実施形態は、光路用ガス流路部５ａの長さが、図６に示された第５実施形態の光路用ガス流路部５ａの長さより長いタイプである。第５実施形態及び第６実施形態の測定セル本体１５は、一つのブロック体で形成されている。測定セル本体１５の中心部を上下方向に光路用ガス流路部５ａが貫通している。測定セル本体１５の一方の側面にガス流入口５Ｂ１が形成され、他方の側面にガス流出口５Ｃ１が形成されている。第一連通部５Ｂによってガス流入部５Ｂ１と光路用ガス流路部５ａとが連通している。第一連通部５Ｂは、光入射部３の窓材４に向けて斜めに延びている。第二連通部５Ｃによって光路用ガス流路部５ａとガス流出口５Ｃ１とが連通している。第二連通部５Ｃは、ガス流出口５Ｃ１から受光部８の窓材６に向けて斜めに延びている。第一連通部５Ｂ及び第二連通部５Ｃの流路断面積は、光路用ガス流路部５ａの流路断面積より小さく形成されている。測定セル本体１５の左右の側面に中間ブロックＭ１，Ｍ２が連結され、中間ブロックＭ１，Ｍ２に継手Ｊ１，Ｊ２が取り付けられている。中間ブロックＭ１及び継手Ｊ１を連通するガス流入路Ｐ１が、第一連通部５Ｂに連通する。中間ブロックＭ２及び継手Ｊ２を連通するガス流出路Ｐ２が、第２連通部５Ｃに連通する。ガス流入路Ｐ１の流路断面積は、第一連通路５Ｂの流路断面積より大きく形成されている。そのため、ガス流入路Ｐ１を通過したガスは、第一連通路５Ｂを通過する際に流速が増す。このような縦型タイプのインライン型濃度計測装置は、第１〜第４実施形態のような横長タイプのものに比べ、接地面積を小さくすることができる。

上記構成を備えるインライン型濃度計測装置は、測定セル本体１５に形成されたガス流入口５Ｂ１から光路用ガス流路部５ａに連通する第一連通部５Ｂを、ガス流入口５Ｂ１から光入射部３の窓材４に向けて斜めに延びるようにしたことにより、第一連通部５Ｂから流入するガスの流れが窓材４の表面に向けられるので、窓材４の表面付近でのガスの滞留を防ぎ、窓材４の表面への有機金属材料等の付着を減少させることができる。

また、第一連通部５Ｂの流路断面積を光路用ガス流路部５ａの流路断面積より小さくすることにより、光路用ガス流路部５ａより第一連通部５Ｂの流速を上げて、有機金属材料等の光入射部３の窓材４への堆積を減少させることができる。

また、第一連通部５Ｂの流路断面積を、第一連通部５Ｂにガスを送るガス流入路Ｐ１の流路断面積より小さくすることにより、第一連通部５Ｂの流速を上げて、有機金属材料等の光入射部３の窓材４への堆積を減少させることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。上記実施形態では、測定セル本体に嵌合凹部を形成して保持体に嵌合凸部を形成したが、その逆に、測定セル本体に嵌合凸部を形成して保持体に嵌合凹部を形成することもできる。

２ 光ファイバー
３ 光入射部
４ 窓材
５ ガス流路
５ａ 光路用ガス流路部
５Ｂ 第一連通路
５Ｂ１ ガス流入口
５Ｃ 第二連通路
５Ｃ１ ガス流出口
６ 窓材
７ フォトダイオード
８ 受光部
１５ 測定セル本体
１５ｄ 嵌合凹部
１５ｅ 段部
１５ｆ 嵌合凹部
１５ｇ 段部
２５ 保持体
２５ａ 嵌合凸部
２５ｂ 段部
３０ 保持体
３０ａ 嵌合凸部
３０ｂ 段部
Ｐ１ ガス流入路

Claims (11)

1. ガス流路が形成された測定セル本体と、該測定セル本体に接続されて窓材を備える光入射部と、前記測定セル本体に接続されて窓材を備える受光部と、を備え、
   前記ガス流路は、第１の端部と第２の端部とを有し前記第１の端部に配置された前記光入射部の窓材と前記第２の端部に配置された前記受光部の窓材との間に直線状に形成されて光路となる光路用ガス流路部と、前記測定セル本体に形成されたガス流入口から前記光路用ガス流路部に連通する第一連通部と、前記測定セル本体に形成されたガス流出口から前記光路用ガス流路部に連通する第二連通部と、を備え、
   前記測定セル本体は、前記光入射部の窓材を嵌合凹部の底面において支持するブロック体であって前記嵌合凹部に対応する嵌合凸部を有する前記光入射部の保持体との間で前記光入射部の窓材を挟持するブロック体を含み、前記第一連通部は、前記ブロック体において前記ガス流入口から前記光路用ガス流路部の前記第１の端部に延びる直線状の穴として形成されており、
   前記第一連通部は、前記第１の端部よりも前記ガス流入口が前記光路用ガス流路部の中心直交面に対してより近く位置するようにして、前記ガス流入口から前記第１の端部に配置された前記光入射部の窓材の露出面周縁部に向けて前記ブロック体の内部を斜めに直線状に延び、
   前記第１の端部において鋭角に折れ曲がる流路に沿って流れるガスによって前記光入射部の窓材の露出面全体にガスの流れを発生させ、前記ガスが滞留するガス滞留部が形成されないように構成されていることを特徴とするインライン型濃度計測装置。
2. 前記第二連通部が前記ガス流出口から前記受光部の窓材に向けて斜めに延びていることを特徴とする請求項１に記載のインライン型濃度計測装置。
3. ガス流路が形成された測定セル本体と、該測定セル本体に接続されて窓材を備える光入射部と、前記測定セル本体に接続されて窓材を備える受光部と、を備え、
   前記ガス流路は、第１の端部と第２の端部とを有し前記第１の端部に配置された前記光入射部の窓材と前記第２の端部に配置された前記受光部の窓材との間に直線状に形成されて光路となる光路用ガス流路部と、前記測定セル本体に形成されたガス流入口から前記光路用ガス流路部に連通する第一連通部と、前記測定セル本体に形成されたガス流出口から前記光路用ガス流路部に連通する第二連通部と、を備え、
   前記測定セル本体は、前記受光部の窓材を嵌合凹部の底面において支持するブロック体であって前記嵌合凹部に対応する嵌合凸部を有する前記受光部の保持体との間で前記受光部の窓材を挟持するブロック体を含み、前記第二連通部は、前記ブロック体において前記ガス流出口から前記光路用ガス流路部の前記第２の端部に延びる直線状の穴として形成されており、
   前記第二連通部は、前記第２の端部よりも前記ガス流出口が前記光路用ガス流路部の中心直交面に対してより近く位置するようにして、前記ガス流出口から前記第２の端部に配置された前記受光部の窓材の露出面周縁部に向けて前記ブロック体の内部を斜めに直線状に延び、
   前記第２の端部において鋭角に折れ曲がる流路に沿って流れるガスによって前記受光部の窓材の露出面全体にガスの流れを発生させ、前記ガスが滞留するガス滞留部が形成されないように構成されていることを特徴とするインライン型濃度計測装置。
4. 前記第一連通部の流路断面積が、前記光路用ガス流路部の流路断面積より小さいことを特徴とする請求項１又は３に記載のインライン型濃度計測装置。
5. 前記光入射部の保持体が、光ファイバーを保持するとともに前記窓材を前記測定セル本体との間で挟持し、
   前記窓材は、前記嵌合凹部の凹底と前記嵌合凸部の突端面との間で挟持されていることを特徴とする請求項１に記載のインライン型濃度計測装置。
6. 前記嵌合凹部が段付凹部に形成されるとともに、前記嵌合凸部が前記段付凹部に嵌合する段付凸部に形成され、前記嵌合凹部の段部と前記嵌合凸部の段部とが互いに当接することによりシール面を形成していることを特徴とする請求項５に記載のインライン型濃度計測装置。
7. 前記受光部の保持体が、フォトダイオードを保持するとともに前記窓材を前記測定セル本体との間で挟持し、
   前記窓材は、前記嵌合凹部の凹底と前記嵌合凸部の突端面との間で挟持されていることを特徴とする請求項３に記載のインライン型濃度計測装置。
8. 前記嵌合凹部が段付凹部に形成されるとともに、前記嵌合凸部が前記段付凹部に嵌合する段付凸部に形成され、前記嵌合凹部の段部と前記嵌合凸部の段部とが互いに当接することによりシール面を形成していることを特徴とする請求項７に記載のインライン型濃度計測装置。
9. 前記光入射部が、光路用ガス流路部に入射する入射光を平行光にするためのコリメートレンズを備えることを特徴とする請求項１又は３に記載のインライン型濃度計測装置。
10. 前記光入射部の窓材および前記受光部の窓材のうちの少なくとも一方が、前記光路用ガス流路部の光路と斜めに交差するように構成されていることを特徴とする請求項１又は３に記載のインライン型濃度計測装置。
11. 前記第一連通部にガスを送るガス流入路が連通して設けられ、該ガス流入路の流路断面積が前記第一連通部の流路断面積より大きいことを特徴とする請求項１又は３に記載のインライン型濃度計測装置。
    
    

Images