KR19990063580A - 조정 가능한 분사기가 구비된 플라즈마 토오치와 이 토오치를사용하는 가스 분석기 - Google Patents

조정 가능한 분사기가 구비된 플라즈마 토오치와 이 토오치를사용하는 가스 분석기 Download PDF

Info

Publication number
KR19990063580A
KR19990063580A KR1019980063916A KR19980063916A KR19990063580A KR 19990063580 A KR19990063580 A KR 19990063580A KR 1019980063916 A KR1019980063916 A KR 1019980063916A KR 19980063916 A KR19980063916 A KR 19980063916A KR 19990063580 A KR19990063580 A KR 19990063580A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
plasma
torch
injector
plasma torch
Prior art date
Application number
KR1019980063916A
Other languages
English (en)
Inventor
마르띤 까르
에릭 꼬프르
크리스띠앙 트라씨
Original Assignee
쉬에르 피에르
레르 리뀌드, 소시에떼 아노님 뿌르 레뛰드 에 렉스쁠로와따시옹 데 프로세데 죠르쥬 끌로드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR9716620A external-priority patent/FR2773300B1/fr
Priority claimed from FR9716619A external-priority patent/FR2773299B1/fr
Application filed by 쉬에르 피에르, 레르 리뀌드, 소시에떼 아노님 뿌르 레뛰드 에 렉스쁠로와따시옹 데 프로세데 죠르쥬 끌로드 filed Critical 쉬에르 피에르
Publication of KR19990063580A publication Critical patent/KR19990063580A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

분석의 목적으로 가스를 여기시키기 위한 플라즈마 토오치로서, 분석할 가스의 공급원에 연결되도록 주관의 형태로 형상화한 분사기(12)와, 상기 분사기(12)와 동축이며 그 연속된 내측 및 외벽 사이를 구획하는 이중 벽체(28, 30; 42A, 42B)로 된 외측 원통형 슬리브(14, 42) 및 이 슬리브(14, 42)의 배출구에서 플라즈마(P)를 생성하기 위하여 상응하는 공급원에 연결되는 원통형의 플라즈마 가스 공급용 환형 통로(32)를 포함한다. 상기 분사기의 직경은 가변적이다.

Description

조정 가능한 분사기가 구비된 플라즈마 토오치와 이 토오치를 사용하는 가스 분석기
본 발명은 가스 분석을 위한 가스 여기용 플라즈마 토오치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 플라즈마 토오치를 사용하는 가스 분석기에 관한 것이다.
현재, 가스 분석 기법은 분석 전에 그 농도를 측정하여야 하는 불순물을 가스로부터 추출하는 여과, 가수 분해, 스파아징(sparging)과 같은 간접적 기술이다.
따라서, 예를 들어 여과 분석 기법에서는 가스가 함유하고 있는 불순물을 보유할 목적으로 분석 대상이 되는 가스를 여과하기 위한 막(膜)을 이용한다. 다음에, 이들 불순물을 산용액에 용해시키고, 이어서 예를 들어 분광법에 의하여 그 불순물의 성질과 농도를 측정할 목적으로 분석한다.
이들 종래의 분석 기법에는 몇 가지 결점이 있다.
우선, 그 불순물의 성질 때문에, 특히 분석할 입자의 추출 단계가 있기 때문에, 이들 기법은 연속적으로 분석할 가스의 성질에는 부적합하다.
더욱이, 이들 기법에 의해서도 시료의 총량에 상응하는 평균 농도만을 얻게 되므로, 이들 기법에 의해 얻는 결과는 비교적 부정확하다. 따라서, 이들 기법에서는 농도의 순간적인 변화가 검출되지 않는다.
그 밖에, 어떠한 불순물 입자는 이러한 기법을 이용하여 가스로부터 추출할 수 없는 휘발성 화합물의 형태인 것으로 보인다. 따라서, 얻은 결과는 저평가되는 것으로 보인다.
끝으로, 이들 기법은 가스를 오염시킨다는 심각한 위험을 수반하고 비교적 복잡한 장치를 필요로 한다.
직접적인 가스 분석 기법을 이용하여 이들 결점을 치유하려는 노력이 시도되어 왔다.
이 기법에 따르면, 분석할 가스가 시료 내에 존재하는 화학종을 해리시켜 자유 원자로 되게 하고, 이어서 그 결과로서 생긴 원자를 여기시키고 선택적으로 이온화시킬 수 있는 플라즈마와 같은 열원에 도입된다. 다음에, 이들 여기된 원자는 이들이 방사하는 여러 가지 파장을 측정하고, 이들이 이온화한 경우에는 그 질량을 측정함으로써 검출된다.
이 기법에 의해 가스를 연속적으로 분석할 수 있지만, 특히 플라즈마를 발생시키는 데 사용되는 유도자 근처에서의 로렌쯔 힘(Lorentz force)의 작용에 의해 생성되는 가스 재순환 운동 때문에 역시 다수의 결점이 있다.
이들 재순환 운동은 플라즈마 주변에 가스를 강제로 밀어 넣어 분해 생성물이 토오치에 퇴적되므로 토오치가 불량하게 오염되고, 광학적 검출이 방해될 뿐만 아니라, 유도 코일과 플라즈마 사이의 에너지 전달이 변경되는 원인이 된다.
더욱이, 주변 영역에서의 가스 흐름이 덜 여기됨으로써 측정의 정확성이 떨어지게 된다.
이 주제에 대한 본 출원인이 완성한 연구에 의하면, 분석할 가스의 성질(예를 들어, 이원자 가스인지의 여부)에 따라, 분석할 가스를 이 플라즈마로 도입할 때 플라즈마가 꺼지게 되는 주요 위험이 있다.
본 발명은 목적은 전술한 결점을 해결하기 위한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 플라즈마 토오치의 개략적인 축단면도이고,
도 2는 내측관이 외측관 내부에서 수직으로 활주 가능한 2개의 동축관을 이용함으로써 본 발명에 따라 그 직경이 변화할 수 있는 분사기의 부분 측단면도이며,
도 3은 분사기에 의해 플라즈마 내에 분석할 가스를 안내하기 위한 가스를 이용할 수 있게 되어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 토오치의 축단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 가스 분석기의 도식도이며,
도 5는 농도의 함수로서 입자의 광도 변화를 나타내는 곡선의 그래프이고,
도 6은 슬리브 내에 중간관을 설치함으로써 차폐 가스를 이용하게 되는 본 발명에 따른 플라즈마 토오치의 개략적인 축단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 플라즈마 토오치
12 : 분사기
14 : 슬리브
32 : 환형 통로
P : 플라즈마
따라서, 본 발명의 주제는 특히 가스 분석의 목적으로 가스를 여기시키기 위한 플라즈마 토오치에 관한 것으로, 이 플라즈마 토오치는 분석할 가스의 공급원에 연결되도록 주관(主管)의 형태로 구성한 분사기와, 이 분사기와 동축(同軸)으로서 연속된 내벽 및 외벽을 구획하는 이중 벽체의 외측 원통형 슬리브와, 이 슬리브의 배출구에서 플라즈마를 생성시키기 위하여 상응하는 공급원에 연결시키는 원통형의 플라즈마 가스 공급용 환형 통로를 포함하고, 상기 분사기의 직경은 가변적인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 플라즈마 토오치에는 1개 이상의 다음의 특징이 더 포함될 수 있다.
- 상기 분사기는 최소한 2개의 동축관, 즉 1개의 외측관과 다른 1개의 내측관으로 형성되고, 상기 내측관은 상기 외측관 내부에서 수직으로 활주할 수 있는 구성을 채용함으로써, 상기 분사기의 직경은 가변성으로서 최소한 2개의 값을 취한다.
- 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 분사기의 직경은 0.8 내지 3 ㎜의 범위에 있다.
- 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 분사기의 직경은 1.3 내지 2 ㎜의 범위에 있다.
- 상기 분사기에는 주관과 동축이며 내측 및 외측 통로로 된 2개의 동축 통로를 구획하는 추가의 외측관이 포함되는데, 상기 내측 및 외측 통로 중 하나의 통로는 분석할 가스를 토오치에 공급하기 위한 것이고, 나머지 하나의 통로는 분석할 가스를 플라즈마 내에서 안내하기 위한 가스를 공급하기 위한 것이다.
- 상기 플라즈마 및/또는 안내 가스는 아르곤이나 헬륨 또는 플라즈마를 생성할 수 있는 가스 또는 이들 가스의 혼합 가스로 이루어진다.
- 상기 슬리브의 외벽은 토오치의 외벽을 이루는 것이다.
- 상기 토오치는 그 외벽의 단부면 근처에 배치되고, 플라즈마 가스의 경로에서 전자기장을 생성하여 상기 가스에 플라즈마를 생성하기 위한 고주파 전원에 연결되는 코일을 포함한다.
- 상기 토오치에는 상기 슬리브와 동축이고 상기 슬리브 내의 외벽과 내벽 사이에 놓이는 원통형 중간관이 더 포함되고, 상기 슬리브의 외벽과 상기 원통형 중간관은 고체 퇴적물로부터 상기 토오치의 외벽의 내측면을 차폐하기 위한 가스를 공급하는 통로를 구획한다.
상기 차폐용 가스를 공급하기 위한 통로는 휘발성 성분을 형성하도록 상기 슬리브의 외벽에 퇴적되기 쉬운 고체 입자와 반응하기에 적절한 화합물을 함유하는 가스를 공급하기 위한 통로를 형성한다.
본 발명의 주제는 가스 분석기이기도 하다. 이 가스 분석기에는 전술한 플라즈마 토오치와 광학 검출 수단이 구비되어 있는데, 상기 플라즈마 토오치는 분석할 가스를 플라즈마 가스 공급원에 공급하기 위한 공급원에 연결되고, 필요한 경우, 상기 플라즈마 토오치는 플라즈마 가스 내에서 상기 토오치의 출구에서 생성되는 플라즈마에서 분석할 가스를 안내하기 위한 가스 공급원에 연결되고, 상기 광학 검출 수단은 플라즈마에 존재하는 불순물에 의해 방사되는 광도(光度)를 측정할 수 있고 처리기에 연결되어 있는데, 이 처리기는 상기 광도의 측정값과 상기 처리기에 관련된 메모리에 저장되어 있고 미리 눈금 설정에 의해 얻은 1개 이상의 소정의 대조값으로부터 불순물의 농도를 계산하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 상기 가스 분석기에는 표본 시료 생성기(75)가 더 포함되고, 상기 생성기는,
1종 이상의 성분으로 이루어진 용해된 염 용액의 공급원,
분무기 및
용제 탈취기로 이루어지고,
상기 생성기의 1개의 출구는 토오치에 분석할 가스를 공급하기 위한 통로에 연결된다.
첨부한 도면을 참조하여 실시예로서 기재하는 다음의 설명에 의해 본 발명의 추가의 특징과 장점을 설명하겠다.
도 1에는, 불순물의 농도를 측정하기 위하여 불순물을 함유하는 가스의 화학종을 해리시켜 자유 원자를 생성하고, 이에 따라 얻은 원자를 여기시키는 플라즈마 토오치가 도시되어 있다.
예를 들어, 분석할 가스는 할로겐화 가스 또는 불화 가스와 같은 반도체 제조 분야에 사용되는 가스로 이루어지고, 불순물은 니켈, 철, 망간 등의 금속 성분으로 이루어진다.
도 1에는 통상 참조 부호 10으로 표시되는 플라즈마 토오치가 도시되어 있는데, 이 플라즈마 토오치(10)는 관형(管形) 중앙 분사기(12), 이중 벽체(28, 30)로 된 외측 원통형 슬리브(14) 및 고주파 전원(18)에 접속된 코일(16)로 이루어져 있다.
분사기의 주관(20)에는 토오치(10)에 분석할 가스(가스 공급원은 도면에 도시되지 않음)를 공급하기 위한 가스 공급원에 연결시킬 통로(26)가 내부에 구획되어 있다.
따라서, 도 1에는 슬리브(14)에 내벽(28)과 이 내벽(28)의 자유단을 넘어 연장되는 외벽(30)이 구비되어 있음이 도시되어 있다. 이들 벽은 각종 용도에 적합한 재료, 즉 융합(融合) 실리카와 같이 고온에 견딜 수 있는 재료로 만들어져 있다.
상기 슬리브(14)의 내벽 및 외벽의 사이에는 작동시 슬리브의 출구에서 플라즈마를 생성할 목적상, 예를 들어 아르곤과 같은 플라즈마 공급용 가스 공급원에 연결된 원통형의 환형 통로(32)가 구획되어 있다.
슬리브의 연속된 외벽(30)은 토오치(10)의 외벽을 형성하고 그 단부면 부근에는 코일(16)이 장착되어 있다. 전술한 바와 같이, 상기 코일(16)은 주파수가 5 ㎒ 내지 100 ㎒인 전류를 코일에 공급할 수 있는 기존의 고주파 전원에 연결되어 있다.
전원(18)이 작동함에 따라, 통상적인 것과 같이, 상기 코일에 의해 토오치(10)의 축(X - X')을 향해 반경 방향으로 감소하는 전자기장이 형성된다.
예를 들어, 환형 통로(32)를 통하여 20 ℓ/분의 유량으로 공급되는 플라즈마 가스는 상기 전자기장이 거의 최고값을 이루는 영역으로 보내진다. 이 전자기장은 플라즈마 가스의 하전 입자를 가속함으로써 플라즈마 가스 내에서 플라즈마를 생성한다.
전술하고 도 1에서 화살표 F1으로 나타낸 바와 같이, 플라즈마는 하전 입자에 인가되는 로렌쯔 힘의 효과로 인하여 재순환 운동을 하게 된다.
이 로렌쯔 힘의 효과 때문에, 가스의 속도는 축방향 영역에서 음(陰)이다. 즉, 상기 입자는 가스의 유동 방향에 대해 토오치의 상류 방향으로 움직이는데, 이 운동은 분석할 가스의 도입과는 반대 방향이다.
더욱이, 축(X - X')에 대해 반경 방향으로 변위된 영역 내에서, 상기 로렌쯔 힘에 의해 분석할 가스가 주변 영역으로 이동되는 경향이 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 분석할 가스는 축 영역에서 화살표 F2로 나타낸 방향으로 통상 수 ㎖/분에서 수 백 ㎖/분 정도의 유속으로 내측 공급 통로에 도입된다.
마지막으로, 상세하게 후술하는 바와 같이, 도 1에는 여기된 분술물 입자에 의해 방사된 방사선의 파장으로부터 가스 내의 분술물 농도를 계산하는 처리기(36)에 광전기 검출기(34)가 연결되어 있음이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 가변 직경 분사기의 실시예가 도 2에 도시되어 있다.
이 도면에서, 분사기(12)는 2개의 동축관, 즉 외측관(20)과 내측관(90)으로 이루어져 있는데, 내측관(90)은 외측관 내부에서 수직으로 활주할 수 있다.
상기 도면에 도시된 실시예의 경우에 있어서, 이러한 활주의 효과는 마이크로 실린더(92)에 작용하는 공압(空壓)의 작용(91)에 의해 생긴다.
이 도면에는 상기 마이크로 실린더 봉과 내측관(90)에 고정된 부착편(93)이 도시되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 전술한 기구에 의해 마이크로 실린더로 구동되는 상기 내측관은 외측관(20) 내부에서 수직으로 활주할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 분사기는 다음의 2 가지 구성을 채용할 수 있다고 볼 수 있다.
- 내측관(90)의 높은 위치, 즉 내측관의 상단은 외측관의 상단 수준으로 복귀한다. 분석할 가스가 분사되고 나서 분사기의 내측관의 "작은" 직경부를 경유하여 플라즈마로 들어간다.
내측관(90)의 낮은 위치(그러한 낮은 위치의 예가 도 2에 도시되어 있다), 즉 내측관의 상단이 외측관의 상단 아래에 위치하게 된다. 분석할 가스가 분사되고 나면, 분사기의 외측관의 "큰" 직경부를 경유하여 플라즈마로 들어간다.
내측관의 상단이 외측관의 상단에 대해 낮아지는 정도의 크기는 통상 1 내지 2 ㎝ 가량일 수 있다.
본 기술 분야의 숙련자에게 명백한 바와 같이, 상기 도면에 도시된 분사기는 2개의 동축관(20, 90)으로 구성된 분사기인데, 이 분사기는 분사점의 직경이 2 가지 값 사이에서 변화할 수 있게 되어 있지만, 본 발명의 범위에서 벗어나는 일이 없이 상기 분사기는 최외측관 내부의 활주 간극에 따라, 분사점의 직경이 수 개의 가능한 값에 걸쳐 변화될 수 있는 수 개(2개 이상)의 동축관으로 구성되는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 토오치의 또 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다.
도 3에 도시된 실시예의 경우에 있어서, 전술한 본 발명의 유리한 실시예 중 하나의 실시예에 따라, 토오치에는 주관(20)과 동축인 2개의 동축 통로를 구획하는 추가의 외측관(22)과 내측 및 외측의 동축 통로로 이루어진 어느 정도 특수한 중앙 분사기(12)가 포함되어 있는데, 상기 내측관과 외측관 중의 하나는 토오치에 분석할 가스를 공급하기 위한 것이고, 다른 하나는 플라즈마 내에서 상기 분석할 가스를 안내하기 위한 가스를 토오치에 공급하기 위한 것이다.
본 출원인에 의해 완성된 연구에 따르면, 그러한 구성은 "안내" 가스를 분사기의 주관(20)과 상기 추가의 외측관(22) 사이의 중간에 있는 환형 공간에 공급하면서 내측관 내의 분석할 가스를 주관(20)에 전달하기에 유리한 것이다.
안내 가스는, 예를 들어 수 백 ㎖/분 가량의 유량으로 공급되므로 분석할 가스가 플라즈마(P)에 안내된다. 따라서, 이러한 안내 동작은 분석할 가스에 대한 로렌쯔 힘의 작용에 역행하는 것이므로, 분석할 가스가 편향되는 것을 방지하는 데 도움이 된다(즉, 전체 시료가 플라즈마에 도달하는 것이 보장된다).
더욱이, 화살표 F3에 의해 나타낸 바와 같이, 분석할 가스 대신에 그 성분이 완전히 제어되는 안내 가스가 토오치의 주위에 집중되므로, 안내 가스를 적절하게 선정함으로써 분석할 가스의 성분 중 입자 형성 부분이 외측벽(30)에 퇴적되는 것이 방지된다. 안내 가스는 헬륨 또는 아르곤 또는 이들 가스의 혼합물로 이루어지는 것이 좋다.
본 발명의 경우에 있어서, 분사기 내부에 안내 가스를 분사하는 것은 임의적이라는 것을 이해할 수 있다.
슬리브(28, 30)와 토오치의 분사기 사이의 간극에 아르곤류(流)를 분사하여 플라즈마(P)의 인접 단부를 슬리브의 단면으로부터 변위시키는 것이 유리하다.
본 기술 분야의 숙련자에게 명백한 바와 같이, 본 도면에는 분석할 가스와 이 가스를 플라즈마에 안내하기 위한 가스를 분사할 수 있게 하는 이중벽으로 된 관형 분사기가 도시되어 있다.
그러나, 도시된 바와 같은 복잡한 도면의 파악을 용이하게 하기 위하여, 본 발명에 따라 분석할 가스의 분사 직경을 변화시키는 수단은 여기에 도시되어 있지 않다.
따라서, 외측관(도 2의 실시예 중의 20)에 동축이며 상기 외측관 내에서 활주할 수 있는 내측관(90)의 존재를 도시함에 있어, 분석할 가스용의 단일 분사관(20)을 도시하였는데, 그 이유는 이러한 도시가 도 3을 매우 복잡하게 하는 것으로 생각되기 때문이다.
이하, 도 4를 참조하여 가스 분석기를 설명하겠다.
본 도면에는 분석기가 도식적으로 나타나 있는데, 상기 분석기는 도 1과 도 2에 도시된 토오치에 유사한 것으로, 고주파 전류 발생기(56)에 연결된 본 발명에 따른 플라즈마 토오치(54)와 처리기(66)에 연결된 광검출기(58)가 포함되어 있다.
본 도면에는, 바람직하게는 대기압하 또는 약간의 감압하에서 플라즈마를 생성시키기 위해 아르곤(Ar)이 공급되는 토오치의 외부 원통형 슬리브가 도시되어 있다.
더욱이, 상기 분사기(62)는 분석할 가스가 플라즈마에 도입되도록 하여야 하므로, 아르곤과 같은 불활성 가스가 공급되고 분석할 가스의 혼합비를 높일 수 있게 해주는 제1 입구(66)와 제2 혼합기(70)의 출구에 연결되어 있는 제2 입구(68)를 포함하는 제1 혼합기(64)에 연결되어 있다.
상기 제2 혼합기에는 분석할 가스(G)가 공급되는 제1 입구(72)와 표준 시료 생성기(75)의 출구에 연결된 제2 입구(74)가 구비되어 있는데, 상기 생성기는,
- 1종 이상의 성분으로 이루어진 용해된 염의 공급원(80),
- 분무기(78),
- 용제 탈취기(76)
로 이루어지고, 상기 표준 시료 생성기(75)의 1개의 출구는 토오치에 분석할 가스를 공급하기 위한 통로에 연결되어 있다.
상기 용제 탈취기(76)에는 분무기(78)로부터 나오는 에어러졸(aerosols)을 도입할 수 있는 입구가 구비되어 있다.
더욱이, 분무기(78)에는 아르곤과 같은 불활성 가스를 도입할 수 있는 가스 입구(86)가 마련되어 있다.
분석기의 눈금 설정을 위하여, 농도가 알려져 있고 측정할 성분의 형태와 가장 가까운 형태(기체, 액체 또는 고체)로 된 피검 성분들을 가스(G)의 시료에 도입한다. 따라서, 가스 중의 오염 성분은 고체 또는 기체일 수 있고, 드물게는 액체일 수 있다. 그러나, 화학 가스에 가끔 존재하는 고체 입자는 입도가 1 미크론 미만안 것으로 알려져 있다. 이러한 입도의 입자는 급속하게 휘발되고 아르곤 플라즈마 내에서 가스상 화합물에 의해 발생되는 광도와 동일한 광도를 발생한다.
따라서, 설명의 목적상, 주어진 금속 성분에 관하여 분석기의 눈금을 설정하기 위하여, 통상적으로 수증기, 용제 및 관련 입자를 함유하는 에어러졸이 분무기(78)에 의해 미지의 금속성 불순물의 염 용액(80)으로부터 생성된다.
가스의 유입류(86)(예를 들어, 아르곤)에 의해 상기 에어러졸이 용제 탈취기로 이송된다.
이어서, 용제 탈취기(76) 내에서는 용제 탈취 작용이 일어나는데, 이 작용은 물 및 존재 가능한 용제[이 용제는 출구(82)를 경유하여 용제 탈취기(76)로부터 제거된다]를 증발 및 응축시키기 위해 에어러졸을 가열하는 것으로 이루어지므로, 이 작용에 의하여 최초로 도입되어 건조되거나 실질적으로 건조된 입자를 이송하는 가스를 특히 시료(80) 중의 입자의 농도에 따라 조절된 양으로 회수할 수 있게 된다.
분무/용제 탈취에 의한 금속 입자 시료의 생성에 관한 더 상세한 사항에 대해서는 다음의 문헌, 즉 씨. 헬로우(C. Helou)의 "HF 플라즈마를 이용하는 방출 분광학에 의한 가스 중의 미량 성분의 분석(Analysis of trace elements in gases by emission spectroscopy using an HF plasma)"이라는 박사 학위 논문(프랑스 리용의 클라우드 베르나드 대학, 1981년) 또는 "고온 화학 공정[High Temperature Chemical Processes, vol.2, 439 ~ 447(1993)]"이라는 학술지에 발표된 트레시(C. Trassy) 등의 명의로 된 보문(報文) 등을 참조할 수 있다.
이와 같이 하여 얻은 표준 시료는 가스(G)에 유사하지만 어떠한 불순물도 없는 가스 또는 아르곤에 의해 플라즈마(P)에 강제 분사된다.
불순물에 의해 방사되는 광도는 광검출기(58)[단색화기(monochromator) 및/또는 다색화기(polychromator)]에 의해 검출된 후 분석기(60)의 메모리(84)에 저장된다.
분석기의 눈금이 설정되고 나면, 가스(G)는 혼합기(70)에 이송되어 플라즈마(P)에 분사된다.
이어서, 가스(G) 중의 불순물에 의해 방출되는 광도는 분석기(60)에 전달된다.
이 분석기에는 미리 얻어 메모리(84)에 저장해 둔 대조값과 분석할 불순물의 검출된 광도를 비교하기 위한 통상의 계산 수단이 있다.
따라서, 가스(G)에 함유된 입자의 정확한 농도는, 예를 들어 시료의 확인, 즉 상기 가스(G)로부터 측정한 값과 파장 및 강도가 동일한 시료의 대응하는 신호를 확인함으로써 얻게 된다.
본 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, [소위, "규제된 첨가"법(method of "metered additions")은] 변형례로서, 플라즈마 중의 입자의 농도(C)와 플라즈마 중의 입자의 광도(I) 간의 관련 함수의 계산으로부터 가스(G) 내의 입자의 농도(C)를 측정하는 것도 역시 가능하다.
사실상, 소정 형태의 입자가 없는 (즉, 그 농도가 "0"인) 가스에 대해서는, 대응하는 파장의 광도가 "0"인 것으로 알려져 있다. 따라서, 농도 C1의 시료와 혼합된 순수 가스에 의해 방사되는 광도(I1)의 단일 측정치로부터 농도(C)와 광도(I)를 연결하여 곡선(A)의 기울기를 측정할 수 있다.
더욱이, 동일한 플라즈마 조건, 특히 동일한 플라즈마 온도에 대해, 광도(I)와 불순물의 농도(C)를 연결하여 가스로부터 얻은 곡선(B)의 기울기는 순수한 상태의 동일한 가스로부터 얻은 곡선(A)의 기울기와 동일하다는 것을 알게 된다.
따라서, 미지 농도(Cp)의 입자가 들어 있는 분석할 가스(G)를 분석하려면, 필요로 하는 모든 것은 이 가스를 시료(80)로부터 얻은 기지 농도(C2)의 입자에 첨가하고 상응하는 광도(I2)를 측정하는 것이다. 따라서, 농도(Cp)는 분석기(60)의 계산 수단을 이용하여 곡선(B)을 외삽(外揷)시켜 얻는다.
도 4와 관련하여 설명한 분석기를 이용하여 본 출원인에 의해 완성된 연구에 따르면, 아르곤 또는 헬륨이나 질소와 같은 불활성 가스인 분석할 가스에서 금속성 불순물을 분석하는 경우와, 삼원자 가스 또는 3개 이상의 원자가 함유된 가스에서 금속성 불순물을 분석하는 경우의 모든 경우에 있어서, 분석할 가스가 단원자 또는 이원자 가스인 경우에는 직경이 0.8 내지 2 ㎜, 바람직하게는 1.3 내지 1.7 ㎜의 범위에 있는 분사관을 사용하는 한편, 분석할 가스가 (실란 또는 암모니아와 같은) 삼원자 또는 3개 이상의 원자를 함유하는 가스인 경우에는 직경이 1 내지 3 ㎜, 바람직하게는 1.8 내지 2.3 ㎜의 범위에 있는 분사관을 사용하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다.
이들 직경의 범위는 표시의 수단으로 주어진 것인데, 실험에 사용되는 시스템의 전체 규모와 작동 주파수를 고려하면, 이들 직경 범위는 그 매개 변수가 변경되면 그에 맞추어져야 함을 알 수 있다.
마지막으로, 덜 상세하기는 하지만, 도 6에는 슬리브 내에 중간관이 들어 있는 본 발명에 따른 플라즈마 토오치의 도식적인 축단면도가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 토오치에는, 사실상 슬리브의 내벽 및 외벽(42A, 42B) 사이에 놓이고 슬리브(42)와 동축인 중간관(40)이 들어 있는데, 상기 중간관(40)과 슬리브의 외벽(42A)은 고체 퇴적물이 생성되지 않도록 토오치 외벽(42A)을 차폐하기 위한 가스 공급 통로(45)를 구획하고 있다.
더욱이, 도 6에 도시된 토오치에는 고주파 전원(48)에 의해 전류가 공급되는 코일(46)이 토오치 단부면 근처에 배치되고, 처리기(52)에 연결된 광검출기(50)가 마련되어 있다.
상기 연속된 간극(42A, 40, 42B)은 파악이 용이하도록 의도적으로 과장시켜 놓았는데, 상기 중간관(40)은 실제로 토오치의 외벽(42A)에 매우 근접하여 있다(그 크기는 1 ㎜ 또는 0.1 ㎜ 가량이다).
따라서, 공급 통로(45)는 휘발성 성분을 형성하도록 토오치의 외벽(42A)의 내측면에 퇴적되기 쉬운 화합물과 반응할 수 있는 차폐 가스의 공급원(도시하지 않음)에 연결된다.
따라서, 하나의 예로서, 분석할 가스가 반도체 제조 분야에서 이용되는 가스인 실란(SiH4)을 함유하는 경우, 차폐 가스는 아르곤과 임의로 혼합될 수도 있는 염소를 함유하고 있는데, 이 차폐 가스는 실리콘과 반응하여 SiCl4를 형성한다. SiCl4성분은 휘발성 화합물종이므로 어떠한 실리콘 성분의 퇴적물도 형성되지 않는다.
도 6에 도시된 실시예의 경우에 있어서, 토오치에는 분석할 가스를, 다른 한편으로는 "안내" 가스를 분사하기 위한 이중벽(38A, 38B)의 중앙 분사기(38)가 포함되어 있음을 알 수 있다.
안내 가스가 분사기에 분사되게 하는 구조에 대해서는 여기서 다시 설명하지 않겠다.
여기에서도, 도 6에 도시된 토오치의 슬리브와 분사기 사이의 간극에 아르곤을 분사하여 플라즈마(P)의 근접 단부를 슬리브의 단부면으로부터 변위시키는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 불순물 농도의 순간적인 변화를 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 토오치의 오염도 방지된다.

Claims (12)

  1. 가스 분석을 위한 가스 여기용 플라즈마 토오치에 있어서, 분석할 가스의 가스 공급원에 연결되도록 주관 형태의 분사기(12)와, 이 분사기(12)와 동축이며 연속된 내측 및 외벽 사이를 구획하는 이중 벽체(28, 30; 42A, 42B)의 외측의 원통형 슬리브(14, 42) 및 상기 슬리브(14, 42)의 배출구에서 플라즈마(P)를 생성하기 위하여 상응하는 공급원에 연결되는 원통형의 플라즈마 가스 공급용 환형 통로(32)로를 포함하고, 상기 분사기의 직경은 가변적인 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분사기는 1개의 외측관(20)과 이 외측관 내부에서 수직으로 활주(91, 92, 93)할 수 있는 1개 이상의 내측관(90)으로 된 2개 이상의 동축관으로 구성됨으로써, 상기 분사기의 직경은 2개 이상의 값을 취하도록 가변적인 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 토오치는 마이크로 실린더(92)에 작용할 수 있는 공압 작용을 포함하고, 상기 마이크로 실린더(92)의 봉은 상기 내측관(90)에 체결되는 부착편(93)에 연결됨으로써 상기 1개 이상의 내측관(90)는 상기 외측관(20) 내부에서 활주하게 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 분사기의 직경은 1 내지 3 ㎜의 범위, 양호하게는 1.8 내지 2.3 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 분사기는 그 직경이 0.8 내지 2 ㎜의 범위, 양호하게는 1.3 내지 1.7 ㎜의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 분사기는 주관과 동축이며 2개의 동축의 내측 및 외측 통로를 구획하는 추가의 외측관을 포함하고, 상기 내측 및 외측 통로는 각각 하나의 통로는 분석할 가스를 토오치에 공급하기 위한 것이고, 나머지 하나의 통로는 분석할 가스를 플라즈마 내에서 안내하기 위한 가스를 공급하기 위한 것임을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 슬리브(14)의 외벽(30)은 토오치(10)의 외벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 플라즈마 및/또는 안내 가스는 아르곤 및/또는 헬륨으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 슬리브(42)와 동축이고 상기 슬리브의 외벽(42A)과 내벽(42B) 사이에 놓이는 중간관(40)을 더 포함하고, 상기 슬리브의 외벽(42A)과 상기 중간관(40)은 고체 퇴적물이 생성되지 않도록 상기 슬리브의 외벽(42A)의 내측면을 차폐하기 위한 가스 공급용 통로를 구획하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 차폐 가스 공급용 통로(45)은 휘발성 성분을 형성하도록 상기 슬리브의 외벽(42A)에 퇴적되는 고체 입자와 반응하기에 적절한 화학 성분을 함유하는 가스 공급용 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토오치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 플라즈마 토오치(54)와 광학 검출 수단(58)이 구비된 가스 분석기로서,
    상기 플라즈마 토오치(54)는 분석할 가스(G)를 플라즈마 가스 공급원에 공급하기 위한 공급원에 연결되고, 필요한 경우, 상기 플라즈마 토오치(54)는 플라즈마 가스 내에서 상기 토오치(54)의 출구에서 생성되는 플라즈마(P)에서 분석할 가스 안내용 가스 공급원에 연결되고,
    상기 광학 검출 수단(58)은 플라즈마에 존재하는 불순물에 의해 방사되는 광도(I)를 측정할 수 있고, 처리기(60)에 연결되어 있으며, 이 처리기(60)는 상기 광도(I)의 측정값과 상기 처리기(60)에 관련된 메모리(84)에 저장되어 있고 미리 눈금 설정에 의해 얻은 1개 이상의 소정의 대조값으로부터 불순물의 농도를 계산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
  12. 제11항에 있어서, 기준 시료 생성기(75)를 더 포함하고, 상기 생성기(75)는
    1개 이상의 성분으로 이루어진 용해된 염 용액의 공급원(80),
    분무기(78),
    용제 탈취기(76)
    로 이루어지고, 상기 생성기(75)의 1개의 출구는 토오치에 분석할 가스 공급용 통로에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 분석기.
KR1019980063916A 1997-12-29 1998-12-28 조정 가능한 분사기가 구비된 플라즈마 토오치와 이 토오치를사용하는 가스 분석기 KR19990063580A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR97-16620 1997-12-29
FR9716620A FR2773300B1 (fr) 1997-12-29 1997-12-29 Torche a plasma et installation d'analyse de gaz utilisant une telle torche
FR97-16619 1997-12-29
FR9716619A FR2773299B1 (fr) 1997-12-29 1997-12-29 Torche a plasma a injecteur reglable et installation d'analyse d'un gaz utilisant une telle torche

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19990063580A true KR19990063580A (ko) 1999-07-26

Family

ID=26234031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980063916A KR19990063580A (ko) 1997-12-29 1998-12-28 조정 가능한 분사기가 구비된 플라즈마 토오치와 이 토오치를사용하는 가스 분석기

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6236012B1 (ko)
EP (1) EP0930810A1 (ko)
JP (1) JPH11248632A (ko)
KR (1) KR19990063580A (ko)
CN (1) CN1235274A (ko)
SG (1) SG71892A1 (ko)
TW (1) TW412636B (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7511246B2 (en) 2002-12-12 2009-03-31 Perkinelmer Las Inc. Induction device for generating a plasma
US8633416B2 (en) * 2005-03-11 2014-01-21 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Plasmas and methods of using them
US7742167B2 (en) 2005-06-17 2010-06-22 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Optical emission device with boost device
US8622735B2 (en) * 2005-06-17 2014-01-07 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Boost devices and methods of using them
JP4489680B2 (ja) 2005-10-03 2010-06-23 株式会社アドテック プラズマ テクノロジー マイクロ波プラズマ発生方法および装置
DE102006037995B4 (de) * 2006-08-14 2009-11-12 Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) Analyseverfahren für Festkörperproben und Vorrichtung zur Durchführung desselben
FR2928641B1 (fr) * 2008-03-14 2010-03-26 Centre Nat Rech Scient Procede de purification de silicium pour applications photovoltaiques
JP5965743B2 (ja) * 2012-06-27 2016-08-10 株式会社日立ハイテクサイエンス Ｉｃｐ装置及び分光分析装置並びに質量分析装置
CA2879076C (en) 2012-07-13 2020-11-10 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Torches and methods of using them
CN104363689B (zh) * 2014-11-18 2017-02-08 聚光科技(杭州)股份有限公司 一种分析电源、矿粉分析装置及方法
EP3241230A4 (en) * 2014-12-29 2018-09-19 Fluidigm Canada Inc. Mass cytometry apparatus and methods

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4482246A (en) * 1982-09-20 1984-11-13 Meyer Gerhard A Inductively coupled plasma discharge in flowing non-argon gas at atmospheric pressure for spectrochemical analysis
JPS59182345A (ja) 1983-03-31 1984-10-17 Shimadzu Corp 液体クロマトグラフ発光分析装置
JPS60201239A (ja) * 1984-03-26 1985-10-11 Shimadzu Corp Ｉｃｐ発光分光分析用プラズマト−チ
FR2604787B1 (fr) * 1986-10-03 1989-05-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif d'analyse d'elements par spectrometrie a plasma inductif engendre par de l'air
JPS63210754A (ja) * 1987-02-27 1988-09-01 Shimadzu Corp Ｉｃｐ発光分析用試料導入装置
US4766287A (en) * 1987-03-06 1988-08-23 The Perkin-Elmer Corporation Inductively coupled plasma torch with adjustable sample injector
FR2616614B1 (fr) * 1987-06-10 1989-10-20 Air Liquide Torche a plasma micro-onde, dispositif comportant une telle torche et procede pour la fabrication de poudre les mettant en oeuvre
US4926021A (en) * 1988-09-09 1990-05-15 Amax Inc. Reactive gas sample introduction system for an inductively coupled plasma mass spectrometer
US5083004A (en) * 1989-05-09 1992-01-21 Varian Associates, Inc. Spectroscopic plasma torch for microwave induced plasmas
US5051557A (en) * 1989-06-07 1991-09-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Department Of Health And Human Services Microwave induced plasma torch with tantalum injector probe
GB8917570D0 (en) * 1989-08-01 1989-09-13 Vg Instr Group Plasma source mass spectrometry
US5233156A (en) * 1991-08-28 1993-08-03 Cetac Technologies Inc. High solids content sample torches and method of use
JPH05180772A (ja) * 1991-12-27 1993-07-23 Nkk Corp レーザー気化／誘導結合プラズマ分析方法及びプラズマ トーチ
US5908566A (en) * 1997-09-17 1999-06-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Modified plasma torch design for introducing sample air into inductively coupled plasma

Also Published As

Publication number Publication date
US6236012B1 (en) 2001-05-22
CN1235274A (zh) 1999-11-17
EP0930810A1 (fr) 1999-07-21
SG71892A1 (en) 2000-04-18
JPH11248632A (ja) 1999-09-17
TW412636B (en) 2000-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4926021A (en) Reactive gas sample introduction system for an inductively coupled plasma mass spectrometer
US5818581A (en) Elemental analysis method and apparatus
US4833294A (en) Inductively coupled helium plasma torch
US20110133074A1 (en) Analytical method and analytical system
KR19990063580A (ko) 조정 가능한 분사기가 구비된 플라즈마 토오치와 이 토오치를사용하는 가스 분석기
EP0475636B1 (en) Method for analysis of gases using plasma
US20140264000A1 (en) Method and apparatus for control of a plasma for spectrometry
JPH08505258A (ja) プラズマ源質量分析計における干渉の低減
WO2014154501A1 (en) Apparatus and method for mixing a liquid sample to be introduced in an analysis device
Pisonero et al. High efficiency aerosol dispersion cell for laser ablation-ICP-MS
Dvořák et al. Radical theory of hydride atomization confirmed after four decades–determination of H radicals in a quartz hydride atomizer by two-photon absorption laser-induced fluorescence
US9165751B1 (en) Sample atomization with reduced clogging for analytical instruments
JP2017133985A (ja) プラズマ分光分析装置
Novosád et al. Plasma pencil as an excitation source for atomic emission spectrometry
US5939648A (en) System and method of introducing a sample for analytical atomic spectrometry allowing concomitant analysis of mercury
Matoušek et al. Continuous flow chemical vapour generation of silver for atomic absorption spectrometry using tetrahydroborate (iii) reduction—system performance and assessment of the efficiency using instrumental neutron activation analysis
Camuna-Aguilar et al. A comparative study of three microwave induced plasma sources for atomic emission spectrometry—I. Excitation of mercury and its determination after on-line continuous cold vapour generation
Koropchak et al. Aerosol particle size effects on plasma spectrometric analysis
AU602098B2 (en) Method and apparatus for electrothermal atomization of samples
JPH04216440A (ja) 誘導結合型アルゴンプラズマ発光分光分析用プラズマ内に化合物を噴射させる装置及び方法
JP2005251546A (ja) 高融点マトリックスサンプル用ｉｃｐ−ｍｓプラズマインターフェース
Bings et al. Two-dimensional spatially resolved excitation and rotational temperatures as well as electron number density measurements in capacitively coupled microwave plasmas using argon, nitrogen and air as working gases by spectroscopic methods
JP2001512617A (ja) 元素選択検出法、その方法を使用するマイクロプラズマ質量分析計、マイクロプラズマイオン源、及びそれらの応用
US20230197431A1 (en) Direct Single Particle Compositional Analysis
Barnett Determination of lead and nickel in animal bone by microwave-induced plasma atomic emission spectrometry with sample introduction by electrothermal vaporization

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid