KR102525333B1 - 농도 측정 장치 - Google Patents

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케이이치 하세가와
코우지 니시노
노부카즈 이케다
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가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

복수의 가스 공급 라인이 접속된 합류 블록(14)을 흐르는 가스의 농도를 측정하기 위한 농도 측정 장치(20)는 합류 블록에 형성된 유로에 입사시키는 광을 발하는 광원(40)과, 유로로부터 출사한 광을 수취하는 광검출기(44)와, 광검출기의 출력에 의거하여 유로를 흐르는 가스의 농도를 구하는 연산 제어 회로(46)를 구비하고, 광원으로부터의 광을 유로에 입사시키기 위한 투광성 입사창(26, 23) 및 유로를 통과한 광을 출사시키기 위한 투광성 출사창(28, 23) 중 적어도 어느 하나가 합류 블록(14)에 대하여 밀봉고정되어 있다.

Description

농도 측정 장치
본 발명은 농도 측정 장치에 관한 것이고, 특히 가스를 투과한 광의 흡광도에 의거하여 가스의 농도를 검출하는 농도 측정 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에 사용되는 가스 공급 시스템은 가스 종류마다 설치한 유량 제어기를 통해서 다종류의 가스를 프로세스 쳄버로 전환해서 공급하도록 구성되어 있다. 반도체 제조에 사용되는 가스의 종류는 해마다 증가하는 경향이 있고, 가스 공급 라인의 수 및 사용되는 유체 제어 장치의 수도 많아지고 있다.
복수의 가스 공급 라인을 형성하는 수단으로서, 본원 출원인에 의해 개발된 집적화 가스 공급 시스템 IGS(등록상표)가 널리 이용되고 있다. 집적화 가스 공급 시스템에서는 베이스 플레이트 상에 유로 블록(조인트 블록), 개폐 밸브, 유체 제어기 등을 배치·고정함으로써, 각 가스 공급 라인이 형성된다.
또한, 집적화 가스 공급 시스템에 있어서, 각 공급 라인의 출구측을 공통의 매니폴드 블록(합류 블록)에 접속하는 구성이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1). 각 라인에 접속된 매니폴드 블록의 출구는 유로를 통해서 프로세스 쳄버에 접속되어 있고, 각 공급 라인에 설치된 개폐 밸브를 제어함으로써 임의의 가스를 공급하는 것이 가능하다.
한편, 가스 공급 라인에 조립되어 가스 농도를 측정하도록 구성된 농도 측정 장치(인라인식 농도 측정 장치)가 알려져 있다. 특허문헌 2에는, 유로의 일부로서 조립된 측정 셀에 광입사창을 통해서 광원으로부터 소정 파장의 광을 입사시키고, 측정 셀내를 통과한 투과광으로부터 흡광도를 측정하는 농도 측정 장치가 개시되어 있다. 측정된 흡광도로부터는 람베르트·베르의 법칙 등에 따라서 유체의 농도를 구할 수 있다.
일본 특허공개 2012-197941호 공보 국제공개 제2018/021311호
종래의 인라인식 농도 측정 장치는 집적화 가스 공급 시스템의 하류측, 보다 구체적으로는 집적화 가스 공급 시스템과 프로세스 쳄버 사이의 유로의 도중에 별도 배치되어 있었다. 예를 들면, 특허문헌 2에 기재된 수직형의 측정 셀(측정 셀 내의 유로가 라인 유로와 직교하는 타입)을 사용한 반사형 농도 측정 장치는 비교적 콤팩트한 설계이고, 광학계의 설치부가 측정 셀의 상단에 집약되어 있기 때문에, 유로의 도중이어도 설치가 비교적 용이하다.
그러나, 종래의 농도 측정 장치는 소형화가 진행되고 있다고는 해도, 설치를 위한 스페이스를 확보하는 것이 필요하다. 이 때문에, 각종의 기기가 접속되어 있고, 그 주위에 잉여의 스페이스가 거의 존재하지 않는 최근의 반도체 제조 장치에 있어서는 가능한 한 설치 스페이스를 필요로 하지 않고 가스 공급 시스템에 조립되어 적절하게 가스의 농도를 측정할 수 있는 인라인식의 농도 측정 장치가 요구되고 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 콤팩트한 형태로 가스 공급 시스템에 조립되는 농도 측정 장치를 제공하는 것을 그 주된 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치는, 복수의 가스 공급 라인이 접속된 합류 블록을 흐르는 가스의 농도를 측정하도록 구성된 농도 측정 장치로서, 상기 합류 블록에 형성된 유로에 입사시키는 광을 발하는 광원과, 상기 유로로부터 출사한 광을 수취하는 광검출기와, 상기 광검출기의 출력에 의거하여 상기 유로를 흐르는 가스의 농도를 구하는 연산 제어 회로를 구비하고, 상기 합류 블록에 대하여 상기 광원으로부터의 광을 상기 유로에 입사시키기 위한 투광성 입사창 및 상기 유로를 통과한 광을 출사시키기 위한 투광성 출사창 중 적어도 어느 하나가 밀봉고정되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 합류 블록은 상기 복수의 가스 공급 라인이 각각 접속되는 복수의 서브 유로와, 상기 복수의 서브 유로가 접속되는 메인 유로를 갖고, 상기 입사창와 상기 출사창이 상기 메인 유로의 양단부에 밀봉고정되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 입사창은 상기 합류 블록에 대하여 콜리미터를 갖는 제 1 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되고, 상기 광원과 상기 제 1 밀봉 부재가 광전송로 부재에 의해 연결되어 있고, 상기 출사창은 상기 합류 블록에 대하여 제 2 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되고, 상기 광검출기와 상기 제 2 밀봉 부재는 광전송로 부재에 의해 연결되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 입사창은 상기 합류 블록에 대하여 상기 광원 및 콜리미터를 갖는 제 1 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되고, 상기 출사창은 상기 합류 블록에 대하여 상기 광검출기를 갖는 제 2 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 합류 블록은 상기 복수의 가스 공급 라인이 각각 접속되는 복수의 서브 유로와, 상기 복수의 서브 유로가 접속되는 메인 유로를 갖고, 상기 입사창은 상기 출사창을 겸하는 공통창 부재이고, 상기 공통창 부재는 상기 메인 유로의 일단부에 밀봉고정되고, 상기 유로에 입사한 광을 반사하는 반사 부재는 상기 메인 유로에 고정되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 공통창 부재와 상기 광원을 접속하기 위한 광전송로 부재와, 상기 공통창 부재와 상기 광검출기를 접속하기 위한 광전송로 부재가 별개로 설치되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 합류 블록은 상기 복수의 가스 공급 라인이 각각 접속되는 복수의 서브 유로와, 상기 복수의 서브 유로가 접속되는 메인 유로를 갖고, 상기 입사창은 상기 출사창을 겸하는 공통창 부재이고, 상기 공통창 부재는 측정용 구멍부를 밀봉하도록 고정되어 있고, 상기 측정용 구멍부에 입사한 광을 반사하는 반사 부재는 상기 공통창 부재와 대향하도록 배치되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 공통창 부재를 밀봉고정하기 위한 밀봉 부재와 접속되고 상기 측정용 구멍부에 따라 연장되는 지지 부재를 갖고, 상기 반사 부재는 상기 지지 부재에 의해 지지되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 메인 유로는 상기 합류 블록의 길이 방향을 따라 연장되는 관통공에 의해 형성되어 있고, 상기 복수의 서브 유로의 각각은 상기 메인 유로와 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 합류 블록의 표면으로부터 상기 메인 유로에 도달하도록 형성된 구멍에 의해 형성되어 있다.
어느 실시형태에 있어서, 상기 합류 블록은 상기 복수의 가스 공급 라인이 베이스 플레이트 상에 형성된 집적화 유닛의 출구측에 있어서 상기 베이스 플레이트 상에 고정된 유로 블록이다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 콤팩트한 형태로 가스 공급 시스템에 조립되는 농도 측정 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치가 조립된 가스공급계를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시형태 1의 농도 측정 장치의 가스 유닛이 설치되는 합류 블록을 나타내는 사시도이다.
도 3은 실시형태 1의 농도 측정 장치의 가스 유닛을 나타내는 도면이고, (a)는 위로부터 보았을 때의 종단면, (b)는 측면도이다.
도 4는 다른 형태의 합류 블록을 나타내는 도면이고, (a)는 사시도, (b)는 측면도이다.
도 5는 실시형태 1의 농도 측정 장치의 전기 유닛을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시형태 2의 농도 측정 장치의 가스 유닛을 나타내는 도면이고, (a)는 위로부터 보았을 때의 종단면, (b)는 측면도이다.
도 7은 실시형태 3의 농도 측정 장치의 가스 유닛을 나타내는 도면이고, (a)는 위로부터 보았을 때의 종단면, (b)는 측면도이다.
도 8은 실시형태 4의 농도 측정 장치의 가스 유닛을 나타내는 도면이고, (a)는 상면도면, (b)는 횡단면도이다.
도 9는 실시형태 5의 농도 측정 장치의 가스 유닛을 나타내는 도면이고, (a)는 측방으로부터 보았을 때의 횡단면도, (b)는 단면 방향으로부터 보았을 때의 횡단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 장치의 실제 사용에 있어서는 상하를 반대로 하거나, 상하 방향을 수평 방향으로 변경하는 등, 배치의 방향을 적당하게 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 농도 측정 장치가 조립된 가스 공급 시스템(1)을 나타낸다. 가스 공급 시스템(1)은 가스 공급원(3)으로부터의 가스를 복수의 가스 공급 라인(5)이 설치된 집적화 유닛(10)을 통해서 반도체 제조 장치의 프로세스 쳄버(7)에 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 프로세스 쳄버(7)에는 진공 펌프(9)가 접속되어 있고, 프로세스 쳄버(7) 및 유로를 진공 처리한 상태에서 가스의 공급을 행할 수 있다.
집적화 유닛(10)은 베이스 플레이트 상에 복수의 공급 라인(5)이 형성된 구성을 갖고 있다. 각 공급 라인(5)은 베이스 플레이트 상에 유로 블록(조인트 블록), 개폐 밸브, 필터, 및 유량 제어 장치 등을 나사 등에 의해 고정하고, 이들을 예를 들면 메탈 개스킷을 통해서 상호 접속함으로써 임의의 형태로 형성된다. 집적화 유닛(10)은 각 공급 라인(5)에 설치된 유량 제어 장치(12)를 사용하여, 개별적으로 가스의 유량을 제어할 수 있다. 또한, 도 1에는, 간단하게 하기 위해서, 유량 제어 장치(12), 그 전후의 개폐 밸브, 및 합류 후의 출구 개폐 밸브만을 나타내고 있지만, 필요에 따라서 바이패스 유로 등의 다른 각종의 요소가 설치되어 있어도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
가스 공급 시스템(1)에 있어서, 집적화 유닛(10)에 설치된 각 공급 라인(5)은 집적화 유닛(10)의 출구측에 배치된 합류 블록(14)에 접속되어 있다. 합류 블록(14)은 각 공급 라인(5)이 접속되는 복수의 서브 유로와, 복수의 서브 유로가 공통으로 접속되는 1개의 메인 유로를 갖는 매니폴드 블록이고, 집적화 유닛(10)의 출구측에 있어서 베이스 플레이트 상에 고정된 유로 블록이다. 합류 블록(14)의 출구는 프로세스 쳄버(7)와 접속되어 있고, 각 공급 라인으로부터 임의의 가스를 합류 블록(14)을 통해서 공급할 수 있다. 또한, 집적화 유닛(10)에는 복수의 합류 블록(14)이 설치되어 있어도 좋고, 이 경우 각 합류 블록에는 공급 라인의 일부가 접속된다.
그리고, 본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치(20)는 상기의 합류 블록(14)을 이용해서 형성된 가스 유닛(22)과, 가스 유닛(22)과 광학적 또는 전기적으로 접속된 전기 유닛(24)에 의해 구성되어 있고, 합류 블록(14)을 흐르는 가스의 농도를 측정할 수 있도록 구성되어 있다.
농도 측정 장치(20)를 구성하는 가스 유닛(22)은 가스의 온도(예를 들면 100℃∼150℃)에 따라서는 고온으로 될 가능성이 있기 때문에, 적합하게는 고온 내성을 갖는 광학계를 이용하여 형성되어 있다. 한편, 전기 유닛(24)은 전형적으로는 가스 유닛(22)과 이간된 실온 환경하에 설치되어 온도의 영향을 받기 어렵게 되어 있다. 이하, 실시형태 1∼5에 관한 농도 측정 장치에 대해서 구체적으로 설명한다.
(실시형태 1)
도 2는 실시형태 1의 농도 측정 장치(20)를 구성하는 가스 유닛(22)이 형성되는 합류 블록(14)을 나타내는 사시도이고, 도 3(a) 및 (b)는 합류 블록(14)에 설치된 가스 유닛(22)을 나타내는 종단면도 및 측면도이다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시형태에서 사용되는 합류 블록(14)은 집적화 유닛이 설치된 베이스 플레이트(16) 상에 고정되어 있고, 합류 블록(14)의 길이 방향(D1)을 따라 연장되는 길고 가는 관통공에 의해 형성되는 메인 유로(L1)를 갖고 있다. 또한, 메인 유로(L1)에는 복수의 서브 유로(L2)가 접속되어 있다. 서브 유로(L2)의 각각은 합류 블록(14)의 상면으로부터 메인 유로에 도달하도록 형성된 구멍에 의해 형성되어 있고, 메인 유로(L1)와 교차하는 방향(여기에서는 직교하는 방향)으로 연장되어 있다.
메인 유로(L1) 및 서브 유로(L2)를 형성하는 관통공 및 구멍은 드릴에 의한 천공에 의해 합류 블록(14)에 용이하게 형성될 수 있다. 합류 블록(14)은 집적화 유닛을 구성하는 다른 유로 블록과 마찬가지로, 예를 들면 스테인레스강(특히는 SUS316L)제이어도 좋다.
합류 블록(14)의 상면에 형성된 서브 유로(L2)의 입구측의 개구부에는 집적화 유닛에 설치된 각 공급 라인(보다 구체적으로는, 각 라인의 최종단에 설치된 개폐 밸브의 출구)이 접속된다. 이 구성에 있어서, 집적화 유닛의 임의의 공급 라인을 흐르는 가스(Gas A, Gas B, Gas C)를 합류 블록(14)의 서브 유로(L2)를 통해서 메인 유로(L1)로 흐르게 할 수 있다. 또한, 도 2 및 도 3에 나타내는 형태에서는, 합류 블록(14)으로서 3개의 공급 라인이 접속되는 3연 블록을 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 임의의 수의 가스 공급 라인이 접속되는 블록을 사용할 수 있다.
또한, 합류 블록(14)에는 메인 유로(L1)와 연통하는 L자형의 유출로(L3)가 형성된 출구 블록(14A)이 고정되어 있다. 또한, 합류 블록(14)에는 출구 블록(14A)의 유출로(L3)와 메인 유로(L1)를 연결하기 위한 유로가 형성되어 있다. 출구 블록(14A)은 개스킷을 통해서 합류 블록(14)에 나사 고정에 의해 견밀하게 고정되어 있어서, 메인 유로(L1)로부터 유출로(L3)를 통해서 가스를 유출시킬 수 있다.
출구 블록(14A)의 상면에 형성된 유출로(L3)의 개구부는 도시하지 않은 개폐 밸브(차단 밸브)에 접속되어 있다. 차단 밸브를 사용함으로써, 집적화 유닛으로부터의 가스류의 정지를 보다 확실하게 행할 수 있다. 또한, 차단 밸브의 유출로는 가스 출구가 되는 관상 조인트가 설치된 유로 블록에 접속되어 있고, 차단 밸브를 개방하고 있을 때에는 관상 조인트를 통해서 하류의 유로 및 프로세스 쳄버에 가스가 공급된다.
또한, 합류 블록(14)으로서는 복수의 서브 유로(L2)와 메인 유로(L1)를 갖고 베이스 플레이트(16)에 고정되는 것인 한, 도 2에 나타내는 형태 이외의 각종의 것을 사용하는 것이 가능하다. 도 4(a) 및 (b)는 다른 형태의 합류 블록(14)을 나타낸다. 도 4(a) 및 (b)에 나타내는 합류 블록(14)은 측면에 조인트부(14b)를 갖고, 조인트부(14b)와 상면 개구부를 연통하는 L자형의 유출로(L3)가 설치된 출구 블록(14B)을 이용하여 구성되어 있다. 출구 블록(14B)의 유출로(L3)는 도 2에 나타낸 출구 블록(14A)의 유출로(L3)와는 달리, 메인 유로(L1)와는 직접적으로는 연통하고 있지 않다.
도 4(a) 및 (b)에 나타내는 합류 블록(14)에 있어서, 출구용 서브 유로(L2')(서브 유로 중 하나)의 상면 개구부와, 출구 블록(14B)의 상면 개구부는 양자에 걸치도록 배치된 차단 밸브(18)에 접속되어 있다. 이 구성에 있어서, 메인 유로(L1)와 연통하는 출구용 서브 유로(L2')는 메인 유로(L1)로부터의 가스를 차단 밸브(18)를 통해서 출구 블록(14B)의 유출로(L3)로 흐르게 하기 위해서 사용된다. 그리고, 출구 블록(14B)의 측면 조인트부(14b)로부터 유로를 통해서 프로세스 쳄버로 가스를 공급할 수 있다.
이와 같이, 합류 블록(14)으로서는 각종의 것이 사용될 수 있지만, 이하에서는 도 2에 나타낸 합류 블록(14)을 사용해서 가스 유닛(22)을 형성하는 예를 설명한다. 다만, 다른 형태의 합류 블록(14)에 있어서도, 이하에 설명하는 실시형태와 마찬가지로, 가스 유닛(22)을 형성하는 것이 가능한 것은 말할 필요도 없다.
도 3(a) 및 (b)는 본 실시형태의 농도 측정 장치(20)의 가스 유닛(22)의 구성을 나타낸다. 도 3(a)에 나타나 있는 바와 같이, 가스 유닛(22)은 합류 블록(14)의 메인 유로(L1)의 단부에 배치된 투광성 입사창(26) 및 투광성 출사창(28)을 갖고 있다. 입사창(26) 및 출사창(28)은 밀봉 부재(27, 29)를 사용해서 합류 블록(14)의 양단부에 밀봉고정되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 메인 유로(L1)는 합류 블록(14)의 길이 방향을 따라 연장되도록 형성된 관통공의 양단을 각각 밀봉 부재(27, 29)(여기에서는, 블라인드 조인트)로 밀봉함으로써 형성되어 있다. 그리고, 이 밀봉 부재를 이용하여, 농도 측정 장치(20)를 구성하는 가스 유닛(22)의 광학계가 배치된다.
입사창(26)을 고정하기 위한 밀봉 부재(27)(이하, 제 1 밀봉 부재라고 칭하는 경우가 있음)에는 콜리미터가 설치되어 있다. 또한, 출사창(28)을 고정하기 위한 밀봉 부재(29)(이하, 제 2 밀봉 부재라고 칭하는 경우가 있음)에는 집광 렌즈가 설치되어 있다. 입사창(26) 및 출사창(28)은 메인 유로(L1)를 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있고, 입사창(26)으로부터 입사해서 메인 유로(L1)를 직진한 광을 출사창(28)으로부터 출사시킬 수 있다. 합류 블록(14)의 메인 유로(L1)는 측정광의 광로로서 이용된다.
입사창(26)을 고정하는 제 1 밀봉 부재(27)에는 콜리미터에 접속되는 광전송로 부재, 구체적으로는 광파이버(30)가 설치되어 있다. 광파이버(30)는 전기 유닛(24)으로부터 가스 유닛(22)으로 측정광(여기에서는 자외광)을 전송하기 위해서 사용된다. 전송된 광은 콜리미터에 의해 평행광으로 변환되고 나서, 입사창(26)을 통해서 메인 유로(L1)에 입사된다.
또한, 출사창(28)을 고정하는 제 2 밀봉 부재(29)에는 집광 렌즈에 의해 집광된 광을 수취하는 광파이버(31)가 설치되어 있다. 광파이버(31)는 가스 유닛(22)의 메인 유로(L1)를 통과한 광을 전기 유닛(24)으로 전송하기 위해서 사용된다.
또한, 본 명세서에 있어서, 광이란, 가시광뿐만 아니라 적어도 적외선, 자외선을 포함하고, 임의의 파장의 전자파를 포함할 수 있다. 또한, 투광성이란, 메인 유로(L1)에 입사되는 광에 대한 내부 투과율이 농도 측정을 행할 수 있을 정도로 충분히 높은 것을 의미한다.
입사창(26) 및 출사창(28)은, 예를 들면 두께 0.5mm∼2mm, 직경 5mm∼30mm의 원형 사파이어 플레이트에 의해 형성되어 있다. 입사창(26) 및 출사창(28)으로서는 자외광 등의 농도 측정에 사용하는 검출광에 대하여 내성 및 고투과율을 갖고, 기계적·화학적으로 안정한 사파이어가 적합하게 사용되지만, 다른 안정한 소재, 예를 들면 석영 유리를 사용할 수도 있다.
입사창(26) 및 출사창(28)을 메인 유로(L1)에 대하여 보다 확실하게 밀봉고정하기 위해서, 입사창(26) 및 출사창(28)과 제 1 및 제 2 밀봉 부재(27, 29) 사이에는 메탈 개스킷(예를 들면 SUS316L제)이 배치되어 있어도 좋다. 이 메탈 개스킷에는 압괴되어 밀봉성을 향상시키는 환형상 볼록부가 설치되어서 있어도 좋다. 입사창(26) 및 출사창(28)을 교환할 때에 메탈 개스킷을 새것으로 교환함으로써 밀봉성을 확보할 수 있다.
합류 블록(14)에 있어서의 입사창(26) 및 출사창(28)의 부착부에는 도 3(a)에 나타나 있는 바와 같이 메인 유로(L1)의 단부의 확경부가 형성되어 있어도 좋고, 이 확경부의 저면(지지면)에 입사창(26) 및 출사창(28)의 둘레 가장자리부를 지지시킴으로써, 입사창(26) 및 출사창(28)을 밀봉성 높게 안정적으로 밀봉고정할 수 있다. 확경부의 지지면에는 입사창(26) 및 출사창(28)에 적합한 형상을 갖는 끼워맞춤용의 오목부가 형성되어 있어도 좋다. 또한, 확경부의 지지면과 입사창(26) 및 출사창(28) 사이에도, 상기의 환형상 볼록부를 갖는 메탈 개스킷을 배치하여 밀봉성 및 메인터넌스성을 향상시켜도 좋다.
제 1 및 제 2 밀봉 부재(27, 29)로서 사용되는 블라인드 조인트로서는, 예를 들면 밀봉재가 도포된 수나사를 둘레면에 갖는 금속 플러그이어도 좋고, 이것을 합류 블록(14)의 양단에 형성된 암나사에 나사 체결함으로써, 입사창(26) 및 출사창(28)을 지지면에 대하여 압박하면서 밀봉고정할 수 있다. 다만, 제 1 및 제 2 밀봉 부재(27, 29)는 메인 유로(L1)를 적절하게 밀봉하면서 입사창(26) 및 출사창(28)을 고정할 수 있는 것인 한, 임의의 형태가 것이어도 좋고, 예를 들면 코킹 고정되는 것 이어도 좋다.
상기한 바와 같이 구성된 가스 유닛(22)은 이간해서 설치된 전기 유닛(24)으로부터 입사광을 수취하고, 또한 메인 유로(L1)를 통과한 후의 광을 전기 유닛(24)으로 보낼 수 있다. 가스 유닛(22)은 집적화 유닛의 합류 블록(14)을 사용해서 형성되어 있으므로, 비교적 심플한 구성으로 가스 공급 시스템에 컴팩트하게 조립되어, 종래 필요했던 가스 유닛의 설치 스페이스를 삭감할 수 있다. 또한, 전기 유닛(24)으로서는 종래 사용되고 있었던 유닛을 이용하는 것이 가능해서, 저비용화를 실현할 수 있다.
도 5는 본 실시형태에서 사용되는 전기 유닛(24)의 구성을 나타낸다. 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 전기 유닛(24)은 합류 블록(14)(도 3 참조)에 입사시키기 위한 광을 발하는 광원(40)과, 합류 블록(14)으로부터 출사한 광을 수취하는 광검출기(44)와, 광검출기(44)가 출력하는 검출 신호(수광한 광의 강도에 따른 검출 신호)에 의거하여 가스의 농도를 연산에 의해 구하는 연산 제어 회로(46)를 구비하고 있다. 또한, 전기 유닛(24)에는 광원(40)으로부터의 참조광을 수광하는 참조광 검출기(48)도 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 전기 유닛(24)은 광파이버(30, 31)에 의해 가스 유닛(22)과 광학적으로 접속되어 있다.
광원(40)은 서로 다른 파장의 자외광을 발하는 2개의 발광 소자(여기에서는 LED)(41, 42)를 구비하고 있다. 발광 소자(41, 42)에는 발진 회로를 이용하여 다른 주파수의 구동 전류가 흐르고, 주파수 해석(예를 들면 고속 푸리에 변환이나 웨이브렛 변환)을 행함으로써, 광검출기(44)가 검출한 검출 신호로부터 각 파장 성분에 대응한 광의 강도를 측정할 수 있다.
발광 소자(41, 42)로서는 LED 이외의 발광 소자, 예를 들면 LD(레이저 다이오드)를 사용할 수도 있다. 또한, 복수의 다른 파장의 합파광을 광원으로 사용하는 대신에, 단일 파장의 광원을 이용할 수도 있고, 이 경우 합파기나 주파수 해석 회로는 생략할 수 있다. 발광 소자는 3개 이상 설치되어 있어도 좋고, 설치한 것 중 선택된 임의의 발광 소자만을 사용해서 입사광을 생성하도록 구성되어 있어도 좋다. 광원(40)에는 측온 저항체가 부착되어 있어도 좋다. 또한, 발광 소자가 발하는 광은 자외광에 한정되지 않고 가시광이나 적외광이어도 좋다. 광의 파장은 측정 대상의 가스의 흡광 특성에 의거하여 적당하게 선택되어도 좋지만, 본 실시형태에서는 자외광을 흡수하는 유기 금속 가스(예를 들면 트리메틸갈륨(TMGa)이나 트리메틸알루미늄(TMAl))의 농도 측정을 행하기 위해서, 자외광을 사용하고 있다.
광원(40) 및 참조광 검출기(48)는 빔 스플리터(49)에 부착되어 있다. 빔 스플리터(49)는 광원(40)으로부터의 광의 일부를 참조광 검출기(48)에 입사시킴과 아울러, 나머지 광을 광파이버(30)를 통해서 가스 유닛(22)으로 인도하도록 기능한다. 광검출기(44) 및 참조광 검출기(48)를 구성하는 수광 소자로서는 포토다이오드나 포토트랜지스터가 적합하게 사용된다.
연산 제어 회로(46)는, 예를 들면 회로 기판 상에 설치된 프로세서나 메모리 등으로 구성되고, 입력 신호에 근거해서 소정의 연산을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 실현될 수 있다. 또한, 도시하는 형태에서는 연산 제어 회로(46)는 전기 유닛(24)에 내장되어 있지만, 그 구성요소의 일부(CPU 등) 또는 전부가 전기 유닛(24)의 외측에 설치되어 있어도 좋다.
이상에 설명한 농도 측정 장치(20)에 있어서, 합류 블록(14)의 메인 유로(L1)를 통과한 파장(λ)의 광은 메인 유로(L1)에 존재하는 가스에 의해, 가스의 농도에 따라 흡수된다. 그리고, 연산 제어 회로(46)는 광검출기(44)로부터의 검출 신호를 주파수 해석함으로써, 해당 파장(λ)에서의 흡광도(Aλ)를 측정할 수 있고, 또한 이하의 식(1)에 나타내는 람베르트·베르의 법칙에 의거하여 흡광도(Aλ)로부터 몰농도(CM)를 산출할 수 있다.
Aλ=-log10(I/I0)=α'LCM ···（1)
상기의 식(1)에 있어서, I0은 메인 유로(L1)에 입사되는 입사광의 강도, I는 메인 유로(L1) 내의 가스 중을 통과한 광의 강도, α'은 몰흡광계수(㎡/mol), L은 메인 유로(L1)의 광로 길이(m), CM은 몰농도(mol/㎥)이다. 몰흡광계수(α')는 물질에 의해 결정되는 계수이다. I/I0은 일반적으로 투과율이라고 칭해지고 있고, 투과율(I/I0)이 100%일 때에 흡광도(Aλ)는 0이 되고, 투과율(I/I0)이 0%일 때에 흡광도(Aλ)는 무한대가 된다.
또한, 상기 식에 있어서의 입사광 강도(I0)에 대해서는 메인 유로(L1) 내에 흡광성 가스가 존재하지 않을 때(예를 들면 자외광을 흡수하지 않는 가스가 충만하여 있을 때나, 진공으로 되어 있을 때)에 광검출기(44)에 의해 검출된 광의 강도를 입사광 강도(I0)라고 간주해도 좋다. 또한, 메인 유로(L1)의 광로 길이(L)는 도 3에 나타나 있는 바와 같이 입사창(26)의 가스 접촉측의 표면으로부터 출사창(28)의 가스 접촉측의 표면까지의 거리이고, 이 거리는 미리 알고 있다.
이상과 같이 하여, 본 실시형태의 농도 측정 장치(20)는 메인 유로(L1)를 통과한 광의 흡광도에 의거하여 가스의 농도를 구할 수 있다. 다만, 농도 측정 장치(20)는 합류 블록(14)의 메인 유로(L1)를 흐르는 가스의 압력 및 온도도 고려하여, 가스의 농도를 구하도록 구성되어 있어도 좋다. 이하, 압력 및 온도를 고려해서 혼합 가스 중에 포함되는 측정 가스(즉, 측정 대상의 가스)의 농도를 구하는 형태에 대하여 설명한다.
상기한 바와 같이, 람베르트·베르의 식(1)이 성립되지만, 상기의 몰농도(CM)는 단위체적당 가스의 물질량을 가리키므로, CM=n/V로 나타낼 수 있다. 여기에서, n은 가스의 물질량(mol), 즉 몰수이고, V는 체적(㎥)이다.
그리고, 측정 대상이 가스이므로, 이상 기체의 상태 방정식 PV=nRT로부터 몰농도 CM=n/V=P/RT가 유도되고, 이것을 람베르트·베르의 식에 대입하고, 또한 -ln(I/I0)=ln(I0/I)을 적용하면, 하기의 식(2)이 얻어진다.
ln(I0/I)=αL(P/RT) ···(2)
식(2)에 있어서, R은 기체 정수=0.0623(Torr·㎥/K/mol)이고, P는 압력(Torr)이고, T는 온도(K)이다. 또한, 식(2)의 몰흡광계수(α)는 투과율의 자연대수에 대한 몰흡광계수(α)이고, 식(1)의 α'에 대하여, α'=0.434α의 관계를 만족시키는 것이다.
여기에서, 압력 센서가 검출할 수 있는 압력은 측정 가스와 캐리어 가스를 포함하는 혼합 가스의 전압(Pt)(Torr)이다. 한편, 흡수에 관계되는 가스는 측정 가스뿐이고, 상기의 식(2)에 있어서의 압력(P)은 측정 가스의 분압(Pa)에 대응한다. 그래서, 측정 가스의 분압(Pa)을 가스 전체 중에 있어서의 측정 가스 농도(Cv)(체적%)와 전압(Pt)에 의해 나타낸 식인 Pa=Pt·Cv를 이용하여 식(2)을 나타내면, 압력 및 온도를 고려한 아세톤의 농도(체적%)와 흡광도의 관계는 측정 가스의 흡광계수(αa)를 이용하여, 하기의 식(3)에 의해 나타낼 수 있다.
ln(I0/I)=αaL(Pt·Cv/RT) ···(3)
또한, 식(3)을 변형하면, 하기의 식(4)이 얻어진다.
Cv=(RT/αaLPt)·ln(I0/I) ···(4)
따라서, 식(4)에 의하면, 각 측정치(가스 온도(T), 전압(Pt) 및 투과광 강도(I))에 의거하여 측정광 파장에 있어서의 측정 가스 농도(체적%)를 연산에 의해 구하는 것이 가능하다. 이렇게 하면, 가스 온도나 가스 압력도 고려해서 혼합 가스 중에 있어서의 흡광 가스의 농도를 구할 수 있다. 또한, 흡광계수(αa)는 기지 농도 (예를 들면 100% 농도)의 측정 가스를 흘렸을 때의 측정치(T, Pt, I)로부터 식(3) 또는 (4)에 따라서 미리 구해 둘 수 있다. 이렇게 하여 구해진 흡광계수(αa)는 메모리에 격납하여 두고, 식(4)에 의거하여 미지 농도의 측정 가스의 농도 연산을 행할 때는 흡광계수(αa)를 메모리로부터 판독해서 사용할 수 있다.
메인 유로(L1)를 흐르는 가스 온도(T)를 측정하기 위한 온도 센서는 별도로 합류 블록(14)에 부착해도 좋고, 또는 집적화 유닛에 설치한 유량 제어 장치(12)가 온도 센서를 갖고 있을 경우에는 이 온도 센서의 출력을 가스 온도(T)로서 사용해도 좋다. 또한, 전압(Pt)을 측정하기 위한 압력 센서는 별도로 합류 블록(14)에 부착해도 좋고, 또는 유량 제어 장치(12)가 하류측의 압력 센서를 갖고 있을 경우에는 이 압력 센서를 이용해서 전압(Pt)을 측정하는 것도 가능하다.
(실시형태 2)
도 6(a) 및 (b)는 실시형태 2의 농도 측정 장치가 구비하는 가스 유닛(22a)을 나타내는 종단면도 및 측면도이다. 본 실시형태에 있어서도, 가스 유닛(22a)은 집적화 유닛에 고정된 합류 블록(14)(도 2, 도 4 참조)을 이용해서 구성되어 있다. 이하, 실시형태 1과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 첨부함과 아울러, 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 실시형태의 가스 유닛(22a)은 합류 블록(14)의 양단에 광원으로서도 이용되는 LED 내장 밀봉 부재(27a)와, 광검출기로서도 이용되는 포토다이오드 내장 밀봉 부재(29a)가 설치되어 있다. 밀봉 부재(27a)는 입사창(26)을 밀봉고정하기 위해서 사용되고, 밀봉 부재(29a)는 출사창(28)을 밀봉고정하기 위해서 사용된다.
이와 같이, 본 실시형태의 가스 유닛(22a)은 광원 및 광검출기를 포함하도록 구성되어 있으므로, 가스 유닛(22a)과 접속되는 전기 유닛에는 광원 및 광검출기를 설치할 필요는 없다. 본 실시형태에 있어서, 전기 유닛은 실시형태 1과 동일한 연산 제어 회로(46)를 구비하고 있으면 좋다.
본 실시형태의 농도 측정 장치에 있어서, 가스 유닛(22a)은 전기 유닛에 설치된 연산 제어 회로로부터, 배선 케이블(32)을 통해서 밀봉 부재(27a)에 내장된 LED의 발광을 제어하는 신호를 수취하고, 입사창(26)을 통해서 메인 유로(L1)에 측정광을 입사시킨다. 또한, 메인 유로(L1)를 통과한 광은 출사창(28)을 통해서 밀봉 부재(29a)의 포토다이오드에 의해 수광된다. 그리고, 포토다이오드에 의해 전기신호로 변환되고, 배선 케이블(33)을 통해서 전기 유닛의 연산 제어 회로로 보내진다. 연산 제어 회로는 수취한 전기신호에 의거하여 실시형태 1과 마찬가지로 메인 유로(L1)를 흐르는 가스의 농도를 연산에 의해 구할 수 있다.
이상과 같이 구성된 실시형태 2의 농도 측정 장치도 비교적 심플한 구성으로 가스 공급 시스템에 컴팩트하게 조립되어, 종래 필요했던 가스 유닛의 설치 스페이스를 삭감할 수 있다.
(실시형태 3)
도 7(a) 및 (b)는 실시형태 3의 농도 측정 장치가 구비하는 가스 유닛(22b)을 나타내는 종단면도 및 측면도이다. 본 실시형태에 있어서도, 가스 유닛(22b)은 집적화 유닛에 고정된 합류 블록(14)(도 2, 도 4 참조)을 이용해서 구성되어 있다. 이하, 실시형태 1과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 첨부함과 아울러, 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 실시형태의 가스 유닛(22b)에서는 합류 블록(14)의 일방의 단부에 입사창과 출사창을 겸용하는 공통창 부재(23)가 밀봉 부재(27b)에 의해 밀봉고정되어 있다. 또한, 합류 블록(14)의 타방의 단부에는 반사 부재(25)가 밀봉 부재(29b)에 의해 밀봉고정되어 있다. 반사 부재(25)의 반사면은 입사광의 진행 방향 또는 유로의 중심축에 대하여 수직으로 설치되어 있고, 메인 유로(L1)를 직진한 광을 동 방향으로 반사시킬 수 있다.
반사 부재(25)는, 예를 들면 사파이어 플레이트(실시형태 1 및 2의 출사창(28))의 이면에 스퍼터링에 의해 반사층으로서의 알루미늄층이 형성된 것이어도 좋다. 또한, 반사 부재(25)는 반사층으로서 유전체 다층막을 포함하는 것이어도 좋고, 유전체 다층막을 사용하면, 특정 파장 영역의 광(예를 들면 근자외선)을 선택적으로 반사시킬 수 있다. 유전체 다층막은 굴절률이 다른 복수의 광학 피막의 적층체(고굴절률 박막과 저굴절률 박막의 적층체)에 의해 구성되는 것이고, 각 층의 두께나 굴절률을 적당하게 선택함으로써, 특정 파장의 광을 반사하거나 투과시키거나 할 수 있다.
또한, 유전체 다층막은 임의의 비율로 광을 반사시킬 수 있기 때문에, 예를 들면 입사광이 반사 부재(25)에 의해 반사될 때, 입사한 광을 100% 반사하는 것은 아니고, 일부(예를 들면 10%)는 투과하도록 하고, 반사 부재(25)의 외측에 설치한 광검출기 등에 의해 투과한 광을 수광할 수도 있어서, 투과한 광을 참조광으로서 이용하는 것도 가능하다.
본 실시형태의 가스 유닛(22b)은 실시형태 1과 동일한 전기 유닛(24)과 광학적으로 접속되어 있다. 다만, 광의 입사 및 출사를 합류 블록(14)의 편측의 단부에 서 행하므로, 밀봉 부재(27b)에는 입사용 광파이버(30)와 출사용 광파이버(31)의 양방이 접속되어 있다.
본 실시형태의 농도 측정 장치에 있어서, 전기 유닛(24)에 설치된 광원(40)으로부터의 광은 광파이버(30)에 의해 메인 유로(L1)의 공통창 부재(23)로 도광되고, 공통창 부재(23)로부터 메인 유로(L1)로 입사된다. 또한, 메인 유로(L1)를 통과해서 반사 부재(25)에 의해 반사된 광은 공통창 부재(23)로부터 출사되고, 광파이버(31)에 의해 전기 유닛의 광검출기(44)로 도광된다.
이와 같이, 메인 유로(L1)로 도광하기 위한 광파이버(30)와, 메인 유로(L1)로부터 출사한 광을 도광하기 위한 광파이버(31)를 별개로 설치함으로써, 미광의 영향을 저감할 수 있다. 다만, 다른 형태에 있어서, 광파이버 번들 등의 입사광용과 출사광용을 겸하는 한 개의 광전송로 부재를 이용하여, 광원 및 측정광 검출기와, 측정 셀을 접속하도록 해도 좋다.
반사형 농도 측정 장치의 구성은, 예를 들면 특허문헌 2에 기재되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 광학계의 설계에 관해서는 특허문헌 2에 기재된 각종의 형태를 적용하는 것이 가능하다.
이상과 같이 구성된 실시형태 3의 농도 측정 장치도 비교적 심플한 구성으로 가스 공급 시스템에 컴팩트하게 조립되어, 종래 필요했던 가스 유닛의 설치 스페이스를 삭감할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 메인 유로(L1)의 광로 길이(L)는 입사창(26)의 가스 접촉측의 표면으로부터 반사 부재(25)의 가스 접촉측의 표면까지의 거리의 2배로서 규정된다. 이 때문에, 동일한 치수이면서, 2배의 광로 길이를 얻을 수 있다. 이것에 의해, 소형화했음에도 불구하고 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실시형태 3의 농도 측정 장치에서는, 합류 블록(14)의 편측에서만 광입사 및 광출사를 행하므로, 부품수를 삭감할 수 있다.
(실시형태 4)
도 8(a) 및 (b)는 실시형태 4의 농도 측정 장치가 구비하는 가스 유닛(22c)을 나타내는 상면도 및 측방으로부터의 횡단면도이다. 본 실시형태의 가스 유닛(22c)도 집적화 유닛에 고정된 합류 블록(14)을 이용해서 구성되어 있다. 이하, 실시형태 3과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 첨부함과 아울러, 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 실시형태의 가스 유닛(22c)은 실시형태 1∼3과는 달리 메인 유로(L1)가 아니라 서브 유로(L2)와 동일한 방향으로 광을 입사시킴과 아울러, 투과광의 강도를 측정하도록 구성되어 있다. 가스 유닛(22c)은 광학계의 배치를 위해서 서브 유로(L2) 중 하나를 이용하고 있고, 합류 블록(14)의 상면에 농도 측정을 위한 광학계를 배치하고 있다. 또한, 가스 유닛(22c)은 실시형태 3과 마찬가지로 반사형 농도 측정 장치를 구성하고 있다. 이하, 광학계가 배치된 서브 유로(L2)를 가스 공급 라인에 접속된 서브 유로(L2)와 구별하기 위해서, 측정용 구멍부라고 칭하는 경우가 있다. 측정용 구멍부는 전형적으로는 서브 유로(L2)와 평행한 방향으로 연장되는 구멍이다.
가스 유닛(22c)은 합류 블록(14)의 상면에 설치된 콜리미터(50)와, 공통창 부재(23)를 밀봉고정하기 위한 창누름 부재(52)를 갖고 있고, 콜리미터(50) 및 창누름 부재(52)가 밀봉 부재(27b)으로서 기능하고 있다. 콜리미터(50)에는 콜리미터 렌즈(50a)가 설치되어 있고, 광파이버(30)로부터의 광을 평행광으로 하고 나서 공통창 부재(23)를 통해서 서브 유로(L2) 방향을 따라 측정용 구멍부로 광을 입사시킬 수 있다. 콜리미터(50) 및 창누름 부재(52)는 볼트 구멍(55)에 볼트를 끼워넣음으로써 합류 블록(14)에 고정할 수 있다.
또한, 합류 블록의 하면측에는 반사 부재(25)가 공통창 부재(23)와 대향하도록 설치되어 있다. 반사 부재(25)는 밀봉 부재(29b)에 의해 밀봉고정되어 있다. 반사 부재(25)에 의해 반사된 광은 측정용 구멍부로 되돌아오고, 공통창 부재(23)를 통해서 콜리미터(50)에 입력된다. 그리고, 광파이버(31)를 통해서 전기 유닛의 광검출기로 전송된다. 본 실시형태에 있어서도, 광검출기의 출력에 의거하여 가스 농도를 연산에 의해 구할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 광로 길이(L)는 수직방향에 있어서의 공통창 부재(23)와 반사 부재(25) 사이의 거리의 2배로서 구해진다.
본 실시형태에서는, 메인 유로(L1)를 광로로서 사용하고 있지 않으므로, 메인 유로(L1)의 양단에 광학계를 배치할 필요가 없다. 이 때문에, 도 8(a) 및 (b)에 나타나 있는 바와 같이, 메인 유로(L1)는 관통공이 아니라, 가장 안쪽의 서브 유로(L2)까지 연장되는 긴 구멍을 밀봉 부재(54)로 밀봉함으로써 형성되어 있다. 또한, 다른 형태에 있어서, 밀봉 부재(54) 대신에 조인트 부재를 설치하고, 이것을 가스 출구로서 사용하여 하류측으로 가스를 흘르게 하는 구성을 채용해도 좋다.
(실시형태 5)
도 9(a) 및 (b)는 실시형태 5의 농도 측정 장치가 구비하는 가스 유닛(22d)을 나타내는 측방으로부터의 횡단면도 및 단면으로부터의 횡단면도이다. 본 실시형태의 가스 유닛(22d)도 집적화 유닛에 고정된 합류 블록(14)을 이용해서 구성되어 있다. 이하, 실시형태 3, 4와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 첨부함과 아울러, 상세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 9(a) 및 (b)에 나타나 있는 바와 같이, 가스 유닛(22d)은 실시형태 4와 마찬가지로 서브 유로(L2)의 방향을 따라 광을 왕복시키는 반사형 농도 측정 장치를 구성하고 있다. 다만, 실시형태 4와 같이 합류 블록(14)의 하면측에 반사 부재를 밀봉고정하는 것은 아니고, 합류 블록(14)의 상면에 설치한 공통창 부재(23)의 밀봉 부재(27b)와 접속된 지지 부재(58)를, 반사 부재(25)를 지지하기 위해서 사용하고 있다.
가스 유닛(22d)에 있어서, 밀봉 부재(27b)는 콜리미터(50)와 창수납 부재(56)로 구성되어 있다. 지지 부재(58)는 창수납 부재(56)로부터 연장 설치되어 있고, 반사 부재(25)를 부착한 상태에서 측정용 구멍부를 따라 상방으로부터 삽입 가능하다.
이상의 구성에 의하면, 합류 블록(14)에 특별히 가공을 행하지 않고 서브 유로(L2)의 1개를 이용하여, 합류 블록(14)의 상방으로부터 반사 부재(25)를 유로의 하방에 배치시킬 수 있다. 본 실시형태에서는 콜리미터(50), 공통창 부재(23)에 추가해서, 반사 부재(25)까지도 일체화할 수 있으므로 편리성이 높다.
지지 부재(58)는 메인 유로(L1)에 도달하는 길이를 갖는 것이 가스 농도 측정을 양호하게 행하기 때문에 바람직하다. 지지 부재(58)는 도시하는 바와 같은 판형상의 것에 한정되지 않고, 원통 형상이고 일측면을 절삭한 것이어도 좋고, 2개의 봉재로 구성되어 있어도 좋다. 지지 부재(58)는 측정광의 광로를 가로지르지 않고, 또한 광로에 가스가 도달하는 것을 저해하는 것이 아닌 한, 임의의 형태를 가질 수 있다.
이상, 실시형태 1∼5에 관한 농도 측정 장치에 대해서 설명했지만, 농도 측정 장치 모두 합류 블록을 이용해서 가스 공급 시스템에 컴팩트하게 조립되고, 합류 블록을 흐르는 각종의 가스의 농도를 적절하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정 해석되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 각종의 변경이 가능하다.
본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치는 가스 공급 시스템에 조립되어 가스의 농도를 측정하기 위해서 적합하게 이용된다.
1: 가스 공급 시스템
3: 가스 공급원
5: 공급 라인
7: 프로세스 쳄버
9: 진공 펌프
10: 집적화 유닛
12: 유량 제어 장치
14: 합류 블록
16: 베이스 플레이트
20: 농도 측정 장치
22: 가스 유닛
23: 공통창 부재
24: 전기 유닛
25: 반사 부재
26: 입사창
27: 밀봉 부재
28: 출사창
29: 밀봉 부재
30, 31: 광파이버
32, 33: 배선 케이블
40: 광원
44: 광검출기
46: 연산 제어 회로
48: 참조광 검출기

Claims (10)

  1. 복수의 가스 공급 라인이 접속된 합류 블록을 흐르는 가스의 농도를 측정하도록 구성된 농도 측정 장치로서,
    상기 합류 블록에 형성된 유로에 입사시키는 광을 발하는 광원과,
    상기 유로로부터 출사한 광을 수취하는 광검출기와,
    상기 광검출기의 출력에 의거하여 상기 유로를 흐르는 가스의 농도를 구하는 연산 제어 회로를 구비하고,
    상기 합류 블록에 대하여, 상기 광원으로부터의 광을 상기 유로에 입사시키기 위한 투광성 입사창 및 상기 유로를 통과한 광을 출사시키기 위한 투광성 출사창 중 적어도 어느 하나가 밀봉고정되어 있고,
    상기 합류 블록은 상기 복수의 가스 공급 라인이 베이스 플레이트 상에 형성된 집적화 유닛의 출구측에 있어서 상기 베이스 플레이트 상에 고정된 유로 블록이며,
    상기 합류 블록은, 상기 복수의 가스 공급 라인이 각각 접속되는 복수의 서브 유로와, 상기 복수의 서브 유로가 접속되는 메인 유로를 갖고,
    상기 메인 유로는 상기 합류 블록의 길이 방향을 따라 연장되는 관통공에 의해 형성되어 있고, 상기 복수의 서브 유로의 각각은 상기 메인 유로와 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 합류 블록의 표면으로부터 상기 메인 유로에 도달하도록 형성된 구멍에 의해 형성되어 있는 농도 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사창와 상기 출사창은 상기 메인 유로의 양단부에 밀봉고정되어 있는 농도 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입사창은 상기 합류 블록에 대하여 콜리미터를 갖는 제 1 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되고, 상기 광원과 상기 제 1 밀봉 부재는 광전송로 부재에 의해 연결되어 있고,
    상기 출사창은 상기 합류 블록에 대하여 제 2 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되고, 상기 광검출기와 상기 제 2 밀봉 부재는 광전송로 부재에 의해 연결되어 있는 농도 측정 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 입사창은 상기 합류 블록에 대하여 상기 광원 및 콜리미터를 갖는 제 1 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되고,
    상기 출사창은 상기 합류 블록에 대하여 상기 광검출기를 갖는 제 2 밀봉 부재에 의해 밀봉고정되어 있는 농도 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사창은 상기 출사창을 겸하는 공통창 부재이고, 상기 공통창 부재는 상기 메인 유로의 일단부에 밀봉고정되고, 상기 유로에 입사한 광을 반사하는 반사 부재는 상기 메인 유로에 고정되어 있는 농도 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공통창 부재와 상기 광원을 접속하기 위한 광전송로 부재와, 상기 공통창 부재와 상기 광검출기를 접속하기 위한 광전송로 부재가 별개로 설치되어 있는 농도 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사창은 상기 출사창을 겸하는 공통창 부재이고, 상기 공통창 부재는 측정용 구멍부를 밀봉하도록 고정되어 있고, 상기 측정용 구멍부에 입사한 광을 반사하는 반사 부재는 상기 공통창 부재와 대향하도록 배치되어 있는 농도 측정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공통창 부재를 밀봉고정하기 위한 밀봉 부재와 접속되고 상기 측정용 구멍부를 따라 연장되는 지지 부재를 갖고, 상기 반사 부재는 상기 지지 부재에 의해 지지되어 있는 농도 측정 장치.
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