KR20190050978A - 흡광도계 및 이 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치 - Google Patents

흡광도계 및 이 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치 Download PDF

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KR20190050978A
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마사카즈 미나미
유헤이 사카구치
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가부시키가이샤 호리바 에스텍
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Abstract

고온의 샘플 가스를 측정하는 경우에, 광원부로부터 수광부까지의 거리를 길게 하지 않아도, 광원부나 수광부를 샘플 가스의 열로부터 보호할 수 있어, 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있는 흡광도계를 얻는다. 샘플 가스를 수용하는 수용 공간(11)을 구비하는 샘플 수용부(10)와, 수용 공간(11) 내에 광을 조사하는 광원부(20)와, 수용 공간(11) 내로부터 출사한 광을 수광하는 수광부(30)와, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측에 인접하여 설치되는 제1 단열부(40a) 및 샘플 수용부(10)의 수광부(30)측에 인접하여 설치되는 제2 단열부(40b)와, 제1 단열부(40a)에 인접하여 설치되는 제1 냉각부(50a) 및 제2 단열부(40b)에 인접하여 설치되는 제2 냉각부(50b)를 구비한다.

Description

흡광도계 및 이 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치
본 발명은, 흡광도계 및 이 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치에 관한 것이다.
샘플 가스의 농도를 측정하는 적외 분광법(IR)을 이용한 흡광도계로서는, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 샘플 가스를 수용하는 수용 공간을 사이에 두고 대향하도록 마련된 한 쌍의 투광창(透光窓)을 구비하는 샘플 수용부와, 일방측의 투광창을 통해서 수용 공간 내에 광을 조사하는 광원부와, 수용 공간 내를 통과하여 타방측의 투광창으로부터 출사한 광을 수광하는 수광부와, 샘플 수용부의 광원부측 및 수광부측에 인접하여 설치되고, 서로 마주하는 투광창에 면하는 관통공을 가지는 단열부를 가지는 것이 있다.
상기 종래의 흡광도계에 의하면, 고온의 샘플 가스를 측정하는 경우에도, 샘플 가스의 열이 단열부에서 차단되기 때문에, 광원부 및 수광부까지 전해지기 어려워지고, 이것에 의해, 샘플 가스의 열에 의한 광원부 및 수광부의 손상을 방지할 수 있다.
그런데, 상기 종래의 흡광도계는, 버블 링(bubble ring) 방식의 반도체 제조 장치에서도 이용되지만, 근래, 이 버블 링 방식의 반도체 제조 장치에 의해서 반송되는 재료 가스의 기원이 되는 재료로서, 종래의 재료에 비해 기화 속도가 느리고, 기화했을 때 얻어지는 재료 가스의 양이 매우 적은 저증기압의 재료가 사용되게 되었다. 그리고, 이러한 저증기압 재료를 기화하여 생성한 재료 가스에 의해서 반도체를 제조하는 경우에는, 가능한 한 재료 가스의 농도를 높게 유지하기 위해서 재료가 분해하지 않는 최대한의 온도까지 가열하기 때문에, 흡광도계에 도입되는 샘플 가스의 온도가 300℃ 이상이 되는 경우도 있다.
이러한 300℃ 이상이나 되는 고온의 샘플 가스를 상기 종래의 흡광도계에 의해서 측정하려고 하면, 샘플 가스의 열로부터 광원부 및 수광부를 보호하기 위해서, 단열부의 두께를 상당히 두껍게 할 필요가 있고, 이것에 따라서 광원부로부터 수광부까지의 거리도 길게 되고, 이것이 원인이 되어 수광부에서 수광되는 광의 강도가 저하되며, 그 결과, 측정 정밀도가 저하되어 버린다.
특허 문헌 1 : 일본특허공개 2007－101433
그래서, 본 발명은, 고온의 샘플 가스를 측정하는 경우에, 광원부로부터 수광부까지의 거리를 길게 하지 않아도, 광원부나 수광부를 샘플 가스의 열로부터 보호할 수 있고, 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있는 흡광도계를 얻는 것을 주된 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 관한 흡광도계는, 샘플 가스를 수용하는 수용 공간을 사이에 두고 대향하도록 장착되는 한 쌍의 투광창(透光窓)을 구비하는 샘플 수용부와, 상기 일방측의 투광창을 통해서 상기 수용 공간 내에 광을 조사하는 광원부와, 상기 수용 공간 내를 통과하여 상기 타방측의 투광창으로부터 출사한 광을 수광하는 수광부를 구비하는 것으로서, 상기 샘플 수용부와 상기 광원부 또는 상기 수광부 중 어느 일방 또는 쌍방과의 사이에 개재하는 단열부와, 상기 적어도 하나의 단열부와 마찬가지로, 상기 샘플 수용부와 상기 광원부 또는 상기 수광부와의 사이에 개재하는 냉각부를 더 구비하며, 상기 단열부가 상기 냉각부에 대해서 상기 샘플 수용부측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에서의 단열부는, 샘플 수용부를 통해서 전달되는 샘플 가스의 열이 광원부 또는 수광부까지 전달되는 것을 어느 정도 차단하는 것이며, 샘플 수용부를 형성하는 재료에 비해 열전달율이 낮은 재료에 의해서 형성되어 있다. 이것에 대해서, 본 발명에서의 냉각부는, 샘플 수용부를 통해서 냉각부에 전달되는 샘플 가스의 열이 광원부 또는 수광부까지 전달되기 전에 냉각하는 것이며, 예를 들면, 냉각부 자체의 온도를 저하시켜 냉각하는 것, 냉각부 자체의 방열 효율을 향상시켜 냉각하는 것, 또는, 이들 조합 등이 포함된다. 즉, 본 발명에서의 냉각부는, 샘플 수용부를 통해서 냉각부에 전달되는 열이 광원부 또는 수광부까지 전달되지 않도록 상기 열의 온도 저하를 촉진하는 것, 구체적으로는, 적어도 광원부측 또는 수광부측에 대향하는 면의 온도가 상기 광원부 또는 상기 수광부의 온도 이하로 유지되는 것이면 좋다.
이러한 것이면, 샘플 수용부로부터 전해지는 샘플 가스의 열이 냉각부에 의해서 강제적으로 냉각되기 때문에, 단열부의 두께를 얇게 해도, 광원부나 수광부가 고온(예를 들면, 300℃ 이상)의 샘플 가스의 열에 의해서 데미지를 받지 않고, 이것에 따라서 광원부로부터 수광부까지의 거리를 짧게 하는 것이 가능하게 되며, 그 결과, 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있다. 또, 샘플 수용부에 설치된 투광창과 냉각부와의 사이에 단열부가 개재하기 때문에, 투광창의 외측면(수용 공간측의 면과 반대측의 면)이 냉각부에 의해서 직접 냉각되지 않고, 이것에 의해, 투광창의 내외에서 큰 온도차가 생기지 않고, 투광창의 내측면(수용 공간측의 면)에 결로가 발생 하기 어렵게 되어, 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있다. 덧붙여서, 투광창에 결로가 생기면, 그 결로에 의해서 광이 차단되어 광의 강도가 저하되고, 그 결과, 측정 정밀도가 저하되어 버린다.
상기 흡광도계는, 상기 샘플 수용부, 상기 광원부, 상기 수광부, 상기 샘플 수용부와 상기 광원부와의 사이에 개재하는 상기 단열부, 상기 단열부와 마찬가지로 상기 샘플 수용부와 상기 광원부와의 사이에 개재하는 상기 냉각부, 상기 샘플 수용부와 상기 수광부와의 사이에 개재하는 상기 단열부, 상기 단열부와 마찬가지로 상기 샘플 수용부와 상기 수광부와의 사이에 개재하는 상기 냉각부로부터 선택되는, 서로 대향하도록 배치된 적어도 하나의 조(組)가 그 대향하는 면을 밀착시켜 인접하고 있는 것이 보다 바람직하고, 서로 대향하도록 배치된 모든 조(組)가 그 대향하는 면을 밀착시켜 인접하고 있는 것이 더 바람직하다. 인접하는 조(組)가 증가할수록, 광원부로부터 수광부까지의 거리가 짧게 되고, 그 결과, 측정 정밀도도 증가한다.
또, 적어도 하나의 투광창이, 상기 샘플 수용부에 대해서 고정 프레임을 매개로 하여 장착되어 있고, 상기 고정 프레임이 금속재료에 의해서 형성되어 있는 것이라도 좋다. 종래의 흡광도계에서는, 샘플 수납부에 대해서 투광창을 장착하기 위한 씰로서 열전도성이 낮은 러버제의 것이 사용되어 있고, 샘플 수용부로부터 전해지는 열이 러버제의 씰에 의해 차단되어 효율 좋게 투광창에 전해지지 않으며, 이것에 의해, 투광창의 온도 상승이 방해되고, 투광창과 샘플 가스와의 사이에 큰 온도차가 생겨, 투광창의 내측면(수용 공간측의 면)에 결로가 발생하며, 그 결로에 의해서 광이 차단되어 광의 강도가 저하되고, 그 결과, 측정 정밀도가 저하되는 문제가 생기고 있었지만, 투광창을 샘플 수용부에 장착하는 고정 프레임으로서 열전도성이 높은 금속제의 것을 사용하는 것에 의해, 샘플 수용부로부터 전해지는 열이 고정 프레임을 매개로 하여 효율 좋게 투광창에 전해지고, 이것에 의해, 투광창과 샘플 가스와의 사이에 큰 온도차가 생기지 않고, 투광창의 내측면(수용 공간측의 면)에 결로가 발생하기 어렵게 되어, 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있다.
또, 상기 냉각부 내에 냉각재를 강제적으로 유통시키는 것이라도 좋다. 게다가, 상기 냉각부가, 블록체로 이루어져 있으며, 상기 블록체의 내부에, 냉각재가 유통하는 유통로가 형성되어 있고, 상기 유통로의 도입 포트로부터 유통로 내에 도입된 냉각재가, 상기 유통로의 도출 포트로부터 유통로 밖으로 도출되는 것이라도 좋다. 게다가, 상기 샘플 수용부와 상기 광원부 및 상기 수광부 쌍방과의 사이에 단열부가 개재되어 있음과 아울러, 상기 각 단열부와 마찬가지로 상기 샘플 수용부의 상기 광원부 또는 상기 수광부의 사이에 냉각부가 개재되어 있고, 상기 샘플 수용부에 대해서 수광부측에 설치된 냉각부의 유통로 내로부터 도출 포트를 통해서 도출된 냉각재가, 상기 샘플 수용부에 대해서 광원부측에 설치된 냉각부의 유통로 내에 도입 포트를 통해서 도입되는 것이라도 괜찮으며, 이러한 것이면, 두 개의 냉각부를 사용하고 있음에도 불구하고, 펌프 등의 냉각재를 강제적으로 유통시키는 장치에 접속되는 도입 포트 및 도출 포트를 1개씩 마련하면 충분하여, 접속 작업이 용이하게 되고, 또, 냉각재를, 수광부측의 냉각부에 유통시킨 후, 광원부측의 냉각부에 유통시키고 있기 때문에, 광원부에 비해 내열성이 낮은 수광부를 낮은 온도로 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치는, 재료를 가열(예를 들면, 300℃ 이상으로 가열)하여 생성한 재료 가스를 캐리어 가스에 혼합하여 반송하고, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스를 혼합한 혼합 가스를, 샘플 가스로서 상기 흡광도계의 샘플 수용부에 통과시켜 측정하는 것이다.
이러한 것이면, 반도체 제조 장치에 의해서 반송되는 재료 가스의 원재료로서 저증기압 재료를 사용했다고 해도, 고온의 혼합 가스를 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 또, 종래의 반도체 제조 장치에서는, 성막실에 설치되는 플라즈마 발생 장치 등의 각 장치에서 냉각재를 순환하는 방식의 냉각부가 사용되어 있는 것이 있고, 이러한 반도체 제조 장치에서 본 발명에 관한 흡광도계를 사용하는 경우에는, 그 냉각재를 흡광도계에도 유용할 수 있다.
또, 상기 반도체 제조 장치에서, 상기 재료 가스를 예열한 캐리어 가스에 혼합하여 반송해도 괜찮다. 이 경우, 재료 가스에 혼합하는 캐리어 가스를 예열하기 때문에, 캐리어 가스의 혼합에 따른 재료 가스의 온도 저하를 억제할 수 있고, 이것에 의해, 흡광도계에 고온의 혼합 가스를 유통시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관한 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치는, 상기 샘플 가스가, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스에 추가로 희석 가스를 더한 혼합 가스인 것이다.
또, 상기 반도체 제조 장치에서, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스에 예열한 희석 가스를 더해도 괜찮다. 이 경우, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스에 더하는 희석 가스를 예열하기 때문에, 희석 가스의 혼입에 따른 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스의 온도 저하를 억제할 수 있고, 이것에 의해, 흡광도계에 고온의 혼합 가스를 유통시킬 수 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 고온의 샘플 가스를 측정하는 경우에도, 광원부로부터 수광부까지의 거리를 길게 할 필요가 없고, 이것에 의해, 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 흡광도계의 구성을 개략적으로 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 냉각부를 둘레면을 따라서 절단한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 흡광도계를 이용한 반도체 제조 장치의 동작 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 5는 다른 실시 형태에 관한 흡광도계를 나타내는 평면도이다.
도 6은 다른 실시 형태에 관한 샘플 수용부를 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 다른 실시 형태에 관한 샘플 수용부를 나타내는 부분 단면도이다.
도 8은 다른 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치를 나타내는 모식도이다.
이하에, 본 발명에 관한 흡광도계를 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 흡광도계(100)는, 소정 파장의 적외선을 샘플 가스에 조사하고, 그 감쇠율(투과율)로부터 샘플 가스에 포함되는 측정 대상 물질의 특성을 산출하는, 이른바 적외 분광법(IR)을 이용한 것이다. 또, 적외 분광법을 이용한 흡광도계로서는, 푸리에 변환 적외 분광법(FTIR)을 이용한 것이나 비분산형 적외 분석법(NDIR)을 이용한 것이 있지만, 본 발명은, 어느 적외 분광법을 이용한 흡광도계에도 적용할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 흡광도계(100)는, 버블 링(bubble ring) 방식의 반도체 제조 장치(200)에 이용된다. 구체적으로는, 버블 링 방식의 반도체 제조 장치(200)에서, 저증기압 재료를 기화하여 이루어지는 재료 가스를 캐리어 가스와 함께 반송하고, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스로 이루어지는 혼합 가스 중의 재료 가스의 유량을 직접적 또는 간접적으로 나타내는 유량 지표값, 또는, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스에 추가로 희석 가스를 더하여 이루어지는 혼합 가스 중의 재료 가스의 유량을 직접적 또는 간접적으로 나타내는 유량 지표값를 측정할 때에 이용된다. 또, 이 경우, 각 혼합 가스가 샘플 가스가 된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 흡광도계(100)는, 샘플 가스를 수용하는 수용 공간(11)을 구비하는 샘플 수용부(10)와, 수용 공간(11) 내에 광을 조사하는 광원부(20)와, 수용 공간(11) 내로부터 출사한 광을 수광하는 수광부(30)와, 샘플 수용부(10)와 광원부(20)와의 사이에 개재하고, 또한, 상기 샘플 수용부(10)에 인접하여 설치되는 제1 단열부(40a)와, 샘플 수용부(10)와 수광부(20)와의 사이에 개재하고, 또한, 상기 샘플 수용부(10)에 인접하여 설치되는 제2 단열부(40b)와, 제1 단열부(40a)와 마찬가지로 샘플 수용부(10)와 광원부(20)와의 사이에 개재하고, 또한, 상기 제1 단열부(40a) 및 상기 광원부(20)에 인접하여 설치되는 제1 냉각부(50a)와, 제2 단열부(40b)와 마찬가지로 샘플 수용부(10)와 수광부(30)와의 사이에 개재하고, 또한, 상기 제2 단열부(40b) 및 상기 수광부(30)에 인접하여 설치되는 제2 냉각부(50b)를 구비하고 있다. 따라서, 제1 단열부(40a)는, 제1 냉각부(50a)에 대해서 샘플 수용부(10)측에 배치되고, 제2 단열부(40b)는, 제2 냉각부(50b)에 대해서 샘플 수용부(10)측에 배치된다. 이것에 의해, 본 실시 형태에서는, 단열부와 냉각부가 구분되어 배치되고, 단열부가 냉각부에 대해서 샘플 수용부측에 위치 결정되어 있다.
샘플 수용부(10)는, 양단을 개구시킨 원통 모양으로 형성된 플로우 타입의 것이며, 원통체의 축방향으로 신장되는 중공이 샘플 가스를 수용하는 수용 공간(11)으로 되어 있다. 그리고, 샘플 가스는, 일단의 개구로부터 도입되고, 수용 공간(11)을 통과하여, 타단의 개구로부터 도출되도록 되어 있다. 따라서, 샘플 가스가 수용 공간(11)의 축방향으로 흐르도록 되어 있다. 또, 샘플 수용부(10)의 수용 공간(11)을 넘어 대향하는 측벽에는, 수용 공간(11)의 축방향(샘플 가스가 흐르는 방향)과 직교하는 방향으로 신장하여 관통하는 한 쌍의 가로 구멍(12, 12)이 형성되어 있다. 각 가로 구멍(12)은, 외부측이 내부측에 비해 넓은 폭으로 된 계단 형상의 내벽을 가지고 있다. 또, 각 가로 구멍(12)을 막도록 투광창(13)이 고정 프레임(14)을 매개로 하여 장착되어 있다. 이 한 쌍의 투광창(13, 13)을 통해서, 샘플 수용부(10)의 외부로부터 조사된 광이 수용 공간(11)을 축방향과 직교하는 방향으로 횡단하여 통과할 수 있도록 되어 있다. 또, 샘플 수용부(10)는, 금속재료에 의해서 형성되어 있고, 측벽에 장착된 히터(도시하지 않음)에 의해서 수용 공간(11) 내를 일정 온도로 조정할 수 있도록 되어 있다. 투광창(13)은, 사파이어 유리 등으로 이루어지는 투광성을 가지는 판 모양의 것이다.
고정 프레임(14)은, 링 모양으로 형성되어 있고, 가로 구멍(12)과 중공 부분을 연통시켜 그 가로 구멍(12)의 외측의 개구에 배치하여 샘플 수용부(10)에 고정된다. 그리고, 투광창(13)은, 고정 프레임(14)의 중공을 덮도록 그 고정 프레임(14)의 내주(內周)를 따라서 형성된 홈에 끼워넣어진 상태로 고정되어 있다. 또, 고정 프레임(14)은, 금속재료에 의해서 형성되어 있다. 따라서, 본 실시 형태는, 샘플 수용부(10)의 수용 공간(11)을 통과하는 가로 구멍(12)을 막도록 투광창(13)을 금속제의 고정 프레임(14)을 매개로 하여 장착된 구성으로 되어 있다.
광원부(20)는, 광을 조사하는 광원(21)을 광원 유지 구조체(22)에 의해서 유지한 구조로 되어 있다. 그리고, 광원부(20)는, 샘플 수용부(10)에 대해서 제1 단열부(40a) 및 제1 냉각부(50a)를 매개로 하여 장착되어 있다. 또, 광원(21)으로서는, 예를 들면, 필라멘트를 가열하여 발광시키는 백열 타입의 것이나, LED, 레이저 장치를 사용할 수 있다.
광원 유지 구조체(22)는, 광원(21)을 케이스체(23) 내에 부수(付隨) 부재를 매개로 하여 고정한 구조로 되어 있다. 또, 부수 부재는, 케이스체(23) 내에 광원(21)을 고정하기 위한 부재이며, 예를 들면, 본 실시 형태에서는, 케이스체(23)가, 샘플 수용부(10)에 대향하는 방향을 향해 개구하고 있고, 그 개구를 막도록 장착되는 커버체(24)를 나타내고 있다. 커버체(24)에는, 샘플 수용부(10)의 일방측의 투광창(13)에 면하는 부분에 삽통공(揷通孔)(25)이 형성되어 있고, 그 삽통공(25)에 조사 방향을 향하여 광원(21)이 고정되어 있다. 이것에 의해, 광원(21)으로부터 조사된 광이 커버체(24)의 삽통공(25)을 통과하여 일방측의 투광창(13)을 향해 진행한다.
수광부(30)는, 광을 검출하는 광 검출기(31)를 광 검출기 유지 구조체(32)에 의해서 유지한 구조로 되어 있다. 그리고, 수광부(30)는, 샘플 수용부(10)에 대해서 제2 단열부(40b) 및 제2 냉각부(50b)를 매개로 하여 장착되어 있다.
광 검출기 유지 구조체(32)는, 광 검출기(31)를 케이스체(33) 내에 부수 부재를 매개로 하여 고정한 구조로 되어 있다. 또, 부수 부재는, 케이스체(33) 내에 광 검출기(31)를 고정하기 위한 부재이며, 예를 들면, 본 실시 형태에서는, 케이스체(33)가, 샘플 수용부(10)에 대향하는 방향을 향해 개구하고 있고, 그 개구를 막도록 장착되는 커버체(34)를 나타내고 있다. 커버체(34)에는, 샘플 수용부(10)의 타방측의 투광창(13)에 면하는 부분으로부터 내부로 신장되는 삽통공(35)이 형성되어 있고, 그 삽통공(35)의 안쪽측의 종단(終端)에 광 검출기(31)가 고정되어 있다. 또, 삽통공(35)은, 샘플 수용부(10)의 타방측의 투광창(13)으로부터 출사한 광의 진행 방향을 따라서 내측으로 신장된 후, 직각으로 굴곡한 형상으로 되어 있다. 그리고, 삽통공(35)에는, 굴곡 개소에 반사 미러(36)가 설치되어 있고, 이 반사 미러(36)에 의해서 샘플 수용부(10)의 타방측의 투광창(13)으로부터 출사한 광의 진행 방향을 굴곡시키고, 그 굴곡시킨 광을 삽통공(35)의 안쪽측의 종단에 설치된 광 검출기(31)로 도달하도록 안내하고 있다. 또, 반사 미러(36)는, 샘플 수용부(10)의 타방측의 투광창(13)으로부터 출사한 광의 진행 방향을 굴곡시킬 뿐만 아니라, 광 검출기(31)로 집광하는 역할도 하고 있다. 또, 도시하지 않지만, 케이스체(33) 내에는, 광 검출기(31)에서 검출된 광의 강도에 기초하여, 샘플 가스에 포함되는 측정 대상 물질의 농도나 분압(分壓) 등의 특성을 산출하는 정보 처리 장치가 마련되어 있다.
제1 단열부(40a) 및 제2 단열부(40b)는, 블록 모양의 단열재로 이루어져 있으며, 샘플 수용부(10)를 형성하는 재료보다도 열전도율이 낮은 재료로 이루어져 있다. 그리고, 제1 단열부(40a)는, 샘플 수용부(10)로부터 전해지는 샘플 가스의 열이 광원부(20)측으로 전해지는 것을 어느 정도 차단하는 역할을 가지고 있으며, 내면을 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측의 면에 밀착시켜 인접하고 있음과 아울러, 외면을 제1 냉각부(50a)의 내면에 밀착시켜 인접하고, 샘플 수용부(10)와 제1 냉각부(50a)의 사이에 끼워진 상태로 장착되어 있다. 또, 제2 단열부(40b)는, 샘플 수용부(10)로부터 전해지는 샘플 가스의 열이 수광부(30)측으로 전해지는 것을 어느 정도 차단하는 역할을 가지고 있고, 내면을 샘플 수용부(10)의 수광부(30)측의 면에 밀착시켜 인접하고 있음과 아울러, 외면을 제2 제2 냉각부(50b)의 내면에 밀착시켜 인접하고, 샘플 수용부(10)와 제2 냉각부(50b)의 사이에 끼워진 상태로 장착되어 있다. 또, 제1 단열부(40a) 및 제2 단열부(40b)에서의 샘플 수용부(10)의 투광창(13, 13)에 면하는 부분에는, 각각 내면으로부터 외면으로 관통하는 관통공(41a, 41b)이 형성되어 있다.
제1 냉각부(50a) 및 제2 냉각부(50b)는, 각각 열전도성이 뛰어난 편평(扁平) 모양의 블록체(51a, 51b)로 이루어져 있다. 그리고, 제1 냉각부(50a)는, 제1 단열부(40a)에 의해 완전하게 차단할 수 없는 샘플 수용부(10)로부터 전해지는 샘플 가스의 열을 냉각하여 광원부(20)가 가열되지 않도록 하는 역할을 가지고 있고, 블록체(51a)의 내면을 제1 단열부(40a)의 외면에 밀착시켜 인접하고 있음과 아울러, 블록체(51a)의 외면을 광원부(20)의 내면에 밀착시켜 인접하고, 광원부(20)와 제1 단열부(40a)의 사이에 끼워진 상태로 장착되어 있다. 또, 제1 냉각부(50a)는, 적어도 광원부(20)의 대향하는 면이 상기 광원부(20)의 온도 이하의 온도로 유지되도록 냉각된다. 또, 제2 냉각부(50b)는, 제2 단열부(40b)에 의해 완전하게 차단할 수 없는 샘플 수용부(10)로부터 전해지는 샘플 가스의 열을 냉각하여 수광부(30)가 가열되지 않도록 하는 역할을 가지고 있으며, 블록체(51b)의 내면을 제2 단열부(40b)의 외면에 밀착시켜 인접하고 있음과 아울러, 블록체(51b)의 외면을 수광부(30)의 내면에 밀착시켜 인접하고, 수광부(30)와 제2 단열부(40b)의 사이에 끼워진 상태로 장착되어 있다. 또, 제2 냉각부(50b)는, 적어도 수광부(30)의 대향하는 면이 상기 수광부(30)의 온도 이하의 온도로 유지되도록 냉각된다.
제1 냉각부(50a) 및 제2 냉각부(50b)의 블록체(51a, 51b)의 내부에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 냉각재가 흐르는 유통로(52a, 52b)가 형성되어 있고, 유통로(52a, 52b)는, 한 쌍의 개구를 가지고, 유통로(52a, 52b)의 일방의 개구가 유통로(52a, 52b) 내에 냉각재를 도입하는 도입 포트(53a, 53b)를 형성하고, 유통로(52a, 52b)의 타방의 개구가 유통로(52a, 52b) 밖으로 냉각재를 도출하는 도출 포트(54a, 54b)를 형성하고 있다. 또, 블록체(51a, 51b)에서의 샘플 수용부(10)의 투광창(13, 13)에 면하는 부분에는, 내면으로부터 외면으로 관통하는 관통공(55a, 55b)이 형성되어 있다. 또, 블록체(51a, 51b)의 내부에 형성된 유통로(52a, 52b)는, 관통공(55a, 55b)을 둘러싸도록 형성되어 있다. 이것에 의해, 유통로(52a, 52b) 밖으로부터 도입 포트(53a, 53b)를 통해서 유통로(52a, 52b) 내에 도입한 냉각재가, 관통공(55a, 55b)을 따라서 유통하고, 유통로(52a, 52b) 내로부터 도출 포트(54a, 54b)를 통해서 유통로(52a, 52b) 밖으로 도출된다. 또, 냉각재는, 유통로(52a, 52b) 내를 유동하는 것이면, 액체 모양의 것이라도 좋고, 기체 모양이라도 괜찮지만, 안전성·코스트·열전달율을 고려하면, 물을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 도시하고 있지 않지만, 제1 냉각부(50a)의 도출 포트(54a) 및 제2 냉각부(50b)의 도입 포트(53b)는, 냉각재를 강제적으로 유통시키는 펌프에 접속되어 있고, 제2 냉각부(50b)의 도출 포트(54b)는, 제1 냉각부(50a)의 도입 포트(53a)에 접속되어 있다.
또, 제1 냉각부(50a)의 관통공(55a)은, 제1 단열부(40a)에 형성된 관통공(41a)과 연통함과 아울러, 광원부(20)에 형성된 삽통공(25)과 연통하고, 이것에 의해, 광원부(20)의 광원(21)으로부터 샘플 수용부(10)의 일방측의 투광창(13)까지 신장되는 하나의 연통 구멍이 형성되고, 이 연통 구멍이 광원(21)으로부터 조사되는 광의 통로가 된다. 또, 제2 냉각부(50b)의 관통공(55b)이, 제2 단열부(40b)에 형성된 관통공(41b)과 연통함과 아울러, 수광부(30)에 형성된 삽통공(35)과 연통하고, 이것에 의해, 수광부(30)의 광 검출부(31)로부터 샘플 수용부(10)의 타방측의 투광창(13)까지 신장되는 하나의 연통 구멍이 형성되며, 이 연통 구멍이 광원(21)으로부터 조사되는 광의 통로가 된다.
본 실시 형태의 흡광도계의 동작을 설명하면, 먼저, 광원부(20)의 광원으로부터 조사된 광이 삽통공(25)을 통과하여 광원 유지 구조체(22)로부터 방출(放出)되고, 제1 냉각부(50a) 및 제1 단열부(40a)의 관통공(55a, 41a)을 통과하여 샘플 수용부(10)에 도달한다. 이어서, 샘플 수용부(10)에 도달한 광은, 일방측의 투광창(13)으로부터 수용 공간(11) 내로 입사하고, 그 수용 공간(11)을 흐르는 샘플 가스를 통과하여 감쇠된 상태로 타방측의 투광창(13)으로부터 수용 공간(11) 밖으로 출사한다. 이어서, 타방측의 투광창(13)으로부터 출사한 광은, 제2 단열부(40b) 및 제2 냉각부(50b)의 관통공(41b, 55b)을 통과하여 수광부(30)에 도달한다. 마지막으로, 수광부(30)에 도달한 광은, 삽통공(35)에 입사하고, 반사 미러(36)에서 굴곡되어 광 검출기(31)로 안내된다. 그리고, 광 검출기(31)에서 검출된 광의 강도에 기초하여, 샘플 가스에 포함되는 측정 대상 물질의 농도나 분압 등의 특성을 정보 처리 장치에 의해서 산출한다. 또, 동작중에는, 펌프로부터 유출한 냉각재가, 수광부(30)를 냉각하는 제2 냉각부(50b)에 대해서, 도입 포트(53b)를 통해서 유통로(52b) 내에 도입되고, 그 유통로(52b) 내를 관통공(55b)을 따라서 유통한 후, 도출 포트(54b)를 통해서 유통로(52b) 밖으로 도출되며, 이어서, 광원부(20)를 냉각하는 제1 냉각부(50a)에 대해서, 도입 포트(53a)를 통해서 유통로(52a) 내에 도입되고, 그 유통로(52a) 내를 관통공(55a)을 따라서 유통한 후, 도출 포트(54a)를 통해서 유통로(52a) 밖으로 도출되어, 펌프로 되돌아가 순환한다.
다음으로, 본 실시 형태의 흡광도계(100)를 이용한 반도체 제조 장치(200), 구체적으로는, 버블 링 방식의 반도체 제조 장치(200)의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 반도체 제조 장치(200)는, 재료를 수용하는 탱크(210)와, 탱크(210)의 액상(液相) 공간에 대해서 캐리어 가스를 도입하는 캐리어 가스 도입로(220)와, 탱크(210)의 기상 공간으로부터 재료 가스 및 캐리어 가스를 도출하는 도출로(221)와, 도출로(221)에 희석 가스를 도입하는 희석 가스 도입로(222)와, 캐리어 가스 도입로(220)에 설치되는 캐리어 가스 유량 조절부(230) 및 캐리어 가스 예열기(240)와, 희석 가스 도입로(222)에 설치되는 희석 가스 유량 조절부(250) 및 희석 가스 예열기(260)와. 도출로(221)에 설치되는 측정부(270)와, 유량 제어부(281) 및 제어 한계 검지부(282)를 구비한 정보 처리 장치(280)를 가지고 있으며, 측정부(270)를 구성하는 측정 장치 중 하나로서 본 실시 형태의 흡광도계(100)가 이용된다. 또, 도시하지 않지만, 캐리어 가스 도입로(220)의 시단(始端)은, 캐리어 가스 공급 기구에 접속되어 있고, 희석 가스 도입로(222)의 시단은, 희석 가스 공급 기구에 접속되어 있으며, 도출로(221)의 종단(終端)은, 혼합 가스를 공급하는 성막실(成膜室)에 접속되어 있고, 이것에 의해, 성막 장치를 구성한다.
탱크(210)는, 히터(211)에 의해서 수용된 재료를 가열할 수 있도록 되어 있고, 탱크(210) 내의 온도를 온도계(212)에 의해서 감시하며, 탱크(210) 내의 온도가 미리 정해진 설정 온도로 유지되도록 되어 있다.
캐리어 가스 유량 조절부(230)는, 탱크(210)에 도입하는 캐리어 가스의 유량을 조절하는 것이며, 소위 MFC(매스 플로우 컨트롤러)이다. 캐리어 가스 유량 조절부(230)는, 크게는, 캐리어 가스 도입로(220)를 흐르는 캐리어 가스의 유량을 측정하는 유량계(231)와, 캐리어 가스 도입로(220)에서의 유량계(230)보다도 하류측에 설치되고, 개도를 조절하여 탱크(210)에 도입하는 캐리어 가스의 유량을 조절하는 밸브(232)를 구비하고 있으며, 유량 제어부(281)로부터 송신되는 설정 유량과 유량계(231)에서 측정되는 측정 유량을 비교하여, 양 유량이 일치하도록 밸브(232)의 개폐를 조절하여, 캐리어 가스 도입로(220)에 유량 제어부(281)로부터 송신되는 설정 유량의 캐리어 가스가 흐르도록 조절한다.
캐리어 가스 예열기(240)는, 캐리어 가스 도입로(220)에서의 캐리어 가스 유량 조절부(230)보다도 하류측에 설치되어 있고, 탱크(210)에 도입하는 캐리어 가스를 탱크(210)에 도입되기 직전에 예열하는 것이며, 캐리어 가스의 도입에 의한 탱크(210) 내의 온도 저하를 억제하는 역할을 가지고 있다.
희석 가스 유량 조절부(250)는, 도출로(221)에 도입하는 희석 가스의 유량을 조절하는 것이며, 소위 MFC(매스 플로우 컨트롤러)이다. 희석 가스 유량 조절부(250)는, 크게는, 희석 가스 도입로(222)를 흐르는 희석 가스의 유량을 측정하는 유량계(251)와, 희석 가스 도입로(222)에서의 유량계(251)보다도 하류측에 설치되며, 개도를 조절하여 도출로(221)에 합류하는 캐리어 가스의 유량을 조절하는 밸브(252)를 구비하고 있으며, 유량 제어부(281)로부터 송신되는 설정 유량과 유량계(251)에서 측정되는 측정 유량을 비교하여, 양 유량이 일치하도록 밸브(252)의 개폐를 조절하여, 희석 가스 도입로(222)에 유량 제어부(281)로부터 송신되는 설정 유량의 희석 가스가 흐르도록 조절한다.
희석 가스 예열기(260)는, 희석 가스 유량 조절부(250)보다도 하류측에 설치되어 있고, 탱크(210)에 도입하는 희석 가스를 탱크(210)에 도입시키기 직전에 예열하는 것이며, 희석 가스의 도입에 의한 탱크(210) 내의 온도 저하를 억제하는 역할을 가지고 있다.
측정부(270)는, 압력 센서(271)와 본 실시 형태의 흡광도계(100)로 구성되어 있고, 모두 도출로(221)의 희석 가스 도입로(222)가 접속되는 위치보다도 하류측에 설치되어 있다. 그리고, 압력 센서(271)는, 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스의 압력(전압(全壓))을 측정하고, 본 실시 형태의 흡광도계(100)는, 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스 중의 재료 가스의 분압(유량 지표값)을 측정한다. 또, 본 실시 형태의 흡광도계(100)는, 샘플 수용부(10)의 일단측의 개구를 도출로(221)의 상류측에 접속함과 아울러, 샘플 수용부(10)의 타방측의 개구를 도출로(221)의 하류측에 접속하고 있고, 이것에 의해, 샘플 수용부(10)의 수용 공간(11)의 축방향을 따라서 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스가 통과한다.
정보 처리 장치(280)는, 범용 또는 전용의 컴퓨터이며, 메모리에 소정의 프로그램을 격납하고, 상기 프로그램에 따라서 CPU나 그 주변기기를 협동 동작시키는 것에 의해서, 유량 제어부(281) 및 제어 한계 검지부(282)로서의 기능을 발휘한다. 유량 제어부(281)는, 흡광도계(100)로부터 취득한 혼합 가스 중의 재료 가스의 분압을 참조하여, 혼합 가스 중의 재료 가스의 유량이 미리 정해진 목표 유량에 가까워지도록, 양 유량 조절부(230, 250)에 필요한 설정 유량을 송신하여, 캐리어 가스 및 희석 가스의 유량을 제어하는 것이다. 또, 유량 제어부(281)에는, 각종 정보를 입력할 수 있는 터치 패널 등의 입력부(283)가 구비되어 있다. 또, 제어 한계 검지부(282)는, 유량 제어부(281)에 접속되고, 유량 제어부(281)로부터 취득한 각종 정보에 근거하여, 유량 제어부(281)에 의한 캐리어 가스의 유량 조절에 의해서는, 혼합 가스 중의 재료 가스의 소정 성능에서의 유량 제어를 담보할 수 없는 상황인 제어 한계 상황에 있는 것을 검지하고 그 취지를 출력하는 기능을 발휘한다. 또, 제어 한계 검지부(282)에는, 각종 정보를 표시할 수 있는 표시부(284)가 구비되어 있다.
다음으로, 본 실시예의 반도체 제조 장치의 동작 순서를 도 4에 나타내는 플로우차트에 기초하여 설명한다.
먼저, 유량 제어부(281)에, 입력부(283)를 이용하여 성막 처리에 최적인 혼합 가스 중의 재료 가스의 목표 농도, 캐리어 가스 및 희석 가스의 초기 설정 유량을 각각 입력한다(스텝 S1).
다음으로, 유량 제어부(281)는, 캐리어 가스 유량 조절부(230)에 캐리어 가스의 초기 설정 유량을 송신함과 아울러, 희석 가스 유량 조절부(250)에 희석 가스의 초기 설정 유량을 송신한다. 이것에 의해, 캐리어 가스 유량 조절부(230)가, 캐리어 가스 도입로(220)에 흐르는 캐리어 가스의 유량을 초기 설정 유량으로 조절함과 아울러, 희석 가스 유량 조절부(250)가, 희석 가스 도입로(222)에 흐르는 희석 가스의 유량을 초기 설정 유량으로 조절하고, 그 결과, 반도체 제조 장치(200) 내에 각 가스가 유통하기 시작한다(스텝 S2).
다음으로, 혼합 가스가 압력 센서(271) 및 본 실시 형태의 흡광도계(100)를 통과하면, 일정 주기로(스텝 S3), 압력 센서(271)가 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스의 압력을 측정함과 아울러, 흡광도계(100)가 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스 중의 재료 가스의 분압을 측정한다(스텝 S4).
다음으로, 유량 제어부(281)는, 압력 센서(271)에서 측정된 측정 압력 및 흡광도계(100)에서 측정된 측정 분압(측정 유량 지표값)을 수신하고, 측정 압력 및 목표 농도를 이용하여, 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스 중의 재료 가스가 목표 농도였다고 가정한 경우에 필요하게 되는 혼합 가스 중의 재료 가스의 목표 분압(목표 유량 지표값)을 식 (1)에 의해서 산출한다(스텝 S5).
P vapor set = C × P total　　(1)
또, P vapor set는 혼합 가스 중의 재료 가스의 목표 분압, C는 혼합 가스 중의 재료 가스의 목표 농도, P total는 혼합 가스의 압력이다.
다음으로, 유량 제어부(281)는, 흡광도계(100)에서 측정된 측정 분압을 수신하고, 측정 분압과 목표 분압을 비교하여(스텝 S6), 측정 분압이 목표 분압보다도 작은 경우에는, 캐리어 가스 도입로(220)를 흐르는 캐리어 가스의 유량을 증가시키는 설정 유량을 캐리어 가스 유량 조절부(230)에 송신함과 아울러, 희석 가스 도입로(222)를 흐르는 희석 가스의 유량을 감소시키는 설정 유량을 희석 가스 유량 조절부(250)에 송신한다. 이것에 의해, 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스 중의 재료 가스의 유량이 최적인 유량에 가까워지도록, 캐리어 가스 유량 조절부(230)가, 캐리어 가스 도입로(220)에 흐르는 캐리어 가스의 유량을 상기 설정 유량으로 조절함과 아울러, 희석 가스 유량 조절부(250)가, 희석 가스 도입로(222)에 흐르는 희석 가스의 유량을 상기 설정 유량으로 조절하는 유량 상승 제어가 실시된다(스텝 S7).한편, 측정 분압이 목표 분압보다도 큰 경우에는, 캐리어 가스 도입로(220)를 흐르는 캐리어 가스의 유량을 감소시키는 설정 유량을 캐리어 가스 유량 조절부(230)에 송신함과 아울러, 희석 가스 도입로(222)를 흐르는 희석 가스의 유량을 증가시키는 설정 유량을 희석 가스 유량 조절부(250)에 송신한다. 이것에 의해, 도출로(221)를 흐르는 혼합 가스 중의 재료 가스의 유량이 최적인 유량에 가까워지도록, 캐리어 가스 유량 조절부(230)가, 캐리어 가스 도입로(220)에 흐르는 캐리어 가스의 유량을 상기 설정 유량으로 조절함과 아울러, 희석 가스 유량 조절부(250)가, 희석 가스 도입로(222)에 흐르는 희석 가스의 유량을 상기 설정 유량으로 조절하는 유량 하강 제어가 실시된다(스텝 S8).
또, 제어 한계 검지부(282)는, 스텝 S4와 스텝 S5와의 사이에서, 다음과 같은 동작을 실시한다. 상술하면, 먼저, 전(前)주기에서 유량 상승 제어가 실시되었는지 아닌지를 판단하고(스텝 S40), 전(前)주기에서 유량 상승 제어가 실시되어 있었다고 판단한 경우에는, 그 유량 상승 제어를 실시하기 직전에 흡광도계(100)에서 측정된 전(前)주기의 측정 분압과, 그 유량 상승 제어를 실시한 직후에 흡광도계(100)에서 측정된 현(現)주기의 측정 분압을 비교하여, 본래, 유량 상승 제어에 의해서 전(前)주기의 측정 분압보다도 크게 될 현(現)주기의 측정 분압이 전(前)주기의 측정 분압보다도 작게 되는 역전 상황이 되어 있는지 아닌지를 판단하여(스텝 S41), 상기 역전 상황이 되어 있다고 판단한 경우에는, 그 역전 상황이 n회 연속하여 생기고 있는지 아닌지를 판단하며(스텝 S42), n회 연속하여 생기고 있는 경우에는, 제어 한계 상황이 되어 있다고 판단하여 그 취지를 출력하고(스텝 S43), 표시부(284)에 경고를 표시한다(스텝 S44). 한편, 스텝 S40에서, 전(前)주기에서 유량 상승 제어가 실시되어 있지 않다고 판단한 경우에는, 전(前)주기에서 유량 하강 제어가 실시되었는지 아닌지를 판단하고(스텝 S45), 전(前)주기에서 유량 하강 제어가 실시되고 있었다고 판단한 경우에는, 그 유량 하강 제어를 실시하기 직전에 흡광도계(100)에서 측정된 전(前)주기의 측정 분압과, 그 유량 하강 제어를 실시한 직후에 흡광도계(100)에서 측정된 현(現)주기의 측정 분압을 비교하여, 본래, 유량 하강 제어에 의해서 전(前)주기의 측정 분압보다도 작아져야 할 현(現)주기의 측정 분압이 전(前)주기의 측정 분압보다도 커지는 역전 상황이 되어 있는지 아닌지를 판단하여(스텝 S46), 상기 역전 상황이 되어 있다고 판단한 경우에는, 그 역전 상황이 m회 연속하여 생기고 있는지 아닌지를 판단하고(스텝 S47), m회 연속하여 생기고 있는 경우에는, 제어 한계 상황이 되어 있다고 판단하여 그 취지를 출력하고(스텝 S43), 표시부(284)에 경고를 표시한다(스텝 S44).
또, 스텝 S44에서 표시부(284)에 경고를 표시한 후, 그것 이상 동일한 상황이 계속 되지 않도록 가스 제어 시스템을 자동으로 정지시켜도 좋고, 표시부(284)에 표시된 경고를 확인한 작업원이 가스 제어 시스템을 수동으로 정지하도록 해도 괜찮다. 또, 스텝 S4와 스텝 S5와의 사이에서의 동작을 대신하거나 또는 더하여, 캐리어 가스의 유량을 증가시켜도, 그 소정 기간 후(예를 들면, x주기 후, x는 미리 정해진 정수(整數)), 측정 분압이 캐리어 가스의 유량의 증가에 따라서 거의 비례하도록 증가하고 있으면 얻어졌을 값보다 작은 값(예를 들면, 상기 얻어졌을 값의 1/2 이하, 1/3 이하 또는 1/4 이하 등의 값)까지 밖에 증가하고 있지 않으면, 제어 한계 상황이 되어 있다고 판단하고, 한편, 캐리어 가스의 유량을 감소시켜도, 그 소정 기간 후(예를 들면, y주기 후, y는 미리 정해진 정수), 측정 분압이 캐리어 가스의 유량의 감소에 따라서 거의 비례하도록 감소하고 있으면 얻어졌을 값보다 큰 값(예를 들면, 상기 얻어졌을 값의 1/2 이상, 1/3 이상 또는 1/4 이상 등의 값)까지 밖에 감소하고 있지 않으면, 제어 한계 상황이 되어 있다고 판단하는 동작을 실시해도 괜찮다.
또, 스텝 1에서, 입력부(283)를 이용하여 유량 제어부(281)에, 성막 처리에 최적인 혼합 가스의 목표 총유량을 입력하고, 스텝 S7 및 스텝 S8의 유량 제어에서, 캐리어 가스 및 희석 가스의 유량을 증감시킬 때에, 혼합 가스의 유량이 목표 총유량에 가까워지도록 캐리어 가스 및 희석 가스의 설정 유량을 결정해도 괜찮다.
구체적으로는, 유량 제어부(281)에서, 압력 센서(271)에서 측정된 측정 압력 및 흡광도계(100)에서 측정된 측정 분압을 수신함과 아울러, 이들 측정값을 측정했을 때에 캐리어 가스 유량 조절부(230)에서 설정되어 있는 캐리어 가스의 설정 유량 및 희석 가스 유량 조절부(250)에서 설정되어 있는 희석 가스의 설정 유량을 수신하고, 스텝 S7 및 스텝 S8의 유량 제어에서, 측정 압력, 측정 분압, 캐리어 가스의 설정 유량 및 희석 가스의 설정 유량을 이용하여, 혼합 가스의 산출 총유량을 식 (2)에 의해서 산출하며, 그 혼합 가스의 산출 총유량이 미리 정해진 혼합 가스의 목표 총유량이 되도록 캐리어 가스 및 희석 가스의 설정 유량을 결정한다.
Q total = (Qc＋Qd)/(1－P vapor ir/P total)　　(2)
또, Q total는 혼합 가스의 산출 총유량, Qc는 캐리어 가스의 설정 유량, Qd는 희석 가스의 설정 유량, P vapor ir는 혼합 가스 중의 재료 가스의 측정 분압, P total는 혼합 가스의 압력(전압(全壓))이다.
본 실시 형태에서는, 유량 제어를 실시할 때에, 캐리어 가스의 유량과 희석 가스의 유량을 모두 증감시키고 있지만, 어느 일방의 유량만을 증감시켜 유량 제어를 실시할 수도 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 일정 주기마다 상기 각 역전 상황이 되고 있는지 아닌지를 판단하고, 어느 상황이 n, m회(n, m주기) 연속한 경우에, 제어 한계 상황이 되어 있다고 판단하여 그 취지를 출력하고 있지만, 상기 각 역전 상황이 되고 있는지 아닌지를 감시하고, 어느 상황이 t시간 계속된 경우에, 제어 한계 상황이 되고 있다고 판단하여 그 취지를 출력하도록 해도 괜찮다.
＜그 외의 실시 형태＞
본 발명에 관한 흡광도계는, 상기 실시 형태의 흡광도계(100)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시 형태의 흡광도계(100)에서는, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측 및 수광부(30)측의 쌍방에 단열부 및 냉각부를 함께 설치하고 있지만, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측 또는 수광부(30)측 중 어느 일방 또는 쌍방에 단열부를 설치하고, 적어도 하나의 단열부에 쌍이 되는 냉각부를 설치하는 구성이면, 어떠한 구성이라도 좋다.
구체적으로는, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측에 제1 단열부(40a) 및 제1 냉각부(50a)를 설치하고, 수광부(30)측에 제2 단열부(40b) 및 제2 냉각부(50b)를 설치하지 않는 구성, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측에 제1 단열부(40a) 및 제1 냉각부(50a)를 설치하지 않고, 수광부(30)측에 제2 단열부(40b) 및 제2 냉각부(50b)를 설치하는 구성, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측에 제1 단열부(40a) 및 제1 냉각부(50a)를 설치하고, 수광부(30)측에 제2 단열부(40b)만을 설치하는 구성, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측에 제1 단열부(40a)만을 설치하고, 수광부(30)측에 제2 단열부(40b) 및 제2 냉각부(50b)를 설치하는 구성이라도 좋고, 이들 구성도 본 발명에 관한 흡광도계에 포함된다. 이들 구성은, 광원부(20) 또는 수광부(30) 중 어느 일방이 열내성(熱耐性)을 가지는 경우에 적용되고, 그 열내성을 가지는 쪽의 단열부 및 냉각부 중 어느 일방 또는 쌍방을 생략한 상기 어느 하나의 구성을 적용한다. 또, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측 및 수광부(30)측 쌍방에 단열부(40a, 40b)를 설치한 경우, 그 쌍방의 단열부(40a, 40b)를 일체로 연결해도 좋고, 샘플 수용부(10)의 광원부(20)측 및 수광부(30)측 쌍방에 냉각부(50a, 50b)를 설치한 경우, 그 쌍방의 냉각부(50a, 50b)를 일체로 연결해도 괜찮다. 또, 상기 실시 형태의 흡광도계에서는, 샘플 수용부(10)에 대해서 단열부(40a, 40b) 및 냉각부(50a, 50b)를 각각 직선 모양으로 늘어놓아 배치하고 있지만, 도 5에 나타내는 바와 같이 샘플 수용부(10)에 대해서 단열부(40a, 40b) 및 냉각부(50a, 50b)를 굴곡시키면서 늘어놓아 배치한 것이라도 좋다. 이 경우, 광의 통로가 되는 상기 연통 구멍도 굴곡하기 때문에, 상기 연통 구멍을 따라서 광이 진행하도록 연통 구멍 내에 반사 미러를 장착할 필요가 있다.
또, 상기 실시 형태에 관한 흡광도계(100)에서는, 광원부(20), 제1 냉각부(50a), 제1 단열부(40a) 및 샘플 수용부(10)를 이 순서로 서로 인접시켜 배치하고, 수광부(30), 제2 냉각부(50b), 제2 단열부(40b) 및 샘플 수용부(10)를 이 순서로 서로 인접시켜 배치하고 있지만, 반드시 인접시킬 필요는 없고, 예를 들면, 샘플 수용부(10)와 제1 단열부(40a)와의 사이, 제1 단열부(40a)와 제1 냉각부(50a)와의 사이, 제1 냉각부(50a)와 광원부(20)와의 사이, 샘플 수용부(10)와 제2 단열부(40b)와의 사이, 제2 단열부(40b)와 제2 냉각부(50b)와의 사이, 제2 냉각부(50b)와 수광부(30)와의 사이에, 간극이나 다른 부재를 개재시킬 수도 있다.
또, 상기 실시 형태에 관한 흡광도계(100)와 같이, 제1 단열부(40a), 제2 단열부(40b), 제1 냉각부(50a) 및 제2 냉각부(50b)의 광원부(20)로부터 사출되는 광의 광로 상에는, 관통공을 형성하는 것이 바람직하지만, 상기 광의 광로 상에 유리등의 투광성을 가지는 부재를 설치해도 괜찮다.
본 발명에 관한 샘플 수용부(10)에 대한 투광창(13)의 고정 방법은, 상기 실시 형태의 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가로 구멍(12)의 둘레의 벽에 형성된 단차에 설치되는 링 모양의 제1 고정 프레임(14a)과 상기 가로 구멍(12)의 개구에 고정되는 링 모양의 제2 고정 프레임(14b)에 의해서 투광창(13)을 끼우도록 고정해도 괜찮다. 이 경우에는, 샘플 수용부(10)에 대해서 투광창(13)을 고정하는 고정 프레임(14)이 2개의 부재로부터 구성된다. 게다가, 도 7에 나타내는 바와 같이, 가로 구멍(12)의 둘레의 벽에 형성된 단차에 투광창(13)을 설치하고, 상기 가로 구멍(12)의 개구에 고정되는 링크 모양의 고정 프레임(14)에 의해서 투광창(13)을 단차에 밀어 붙이도록 고정해도 괜찮다.
상기 실시 형태와 같이 두 개의 냉각부를 사용하는 경우에는, 세갈래 모양의 접속관을 두 개 사용하고, 일방의 접속관의 두 개의 개구를 양 냉각부의 도입 포트에 접속함과 아울러 남은 하나의 개구를 펌프에 접속하고, 타방의 접속관의 두 개의 개구를 양 냉각부의 도출 포트에 접속함과 아울러 남은 하나의 개구를 펌프에 접속하는 것에 의해, 펌프와 양 냉각부를 연결해도 괜찮다. 이 경우에는, 펌프로부터 도출되는 냉각재가 양 갈래로 나뉘어 양 냉각부에 도입되기 때문에, 양 냉각부를 균등하게 냉각할 수 있다. 또, 이 경우에도, 미리 두 개의 접속관을 양 냉각부에 장착해 두는 것에 의해, 상기 실시 형태의 흡광도계(100)와 마찬가지로 펌프에 대한 접속 작업을 간략화할 수 있다.
또, 상기 각 실시 형태의 냉각부로서는, 예를 들면, 상기 각 실시 형태와 같이 펌프나 팬 등에 의해서 냉각재를 순환시켜 냉각하는 것 및 펠티에 소자의 저온측 등과 같이 그 자체의 온도 저하를 이용하여 냉각하도록 냉각부 자체의 온도를 저하시켜 강제적으로 냉각하는 것이나, 히트 싱크 등과 같이 복수의 방열 핀에 의해서 방열을 촉진하여 냉각하는 것과 같이 냉각부 자체의 방열 효율을 향상시켜 냉각하는 것 등을 채용할 수 있으며, 또한, 이들을 조합시킨 것을 채용할 수도 있다. 또, 상기 각 실시 형태의 단열부에 사용되는 단열재로서는, 예를 들면, 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulfide)(PPS)나 폴리 에테르 에테르 케톤(PEEK) 등의 열가소성 수지, 세라믹, 유리 섬유를 기재로 한 무기계 적층판 등을 사용할 수 있다.
또, 본 발명에 관한 흡광도계(100)를 이용한 반도체 제조 장치는, 상기 실시 형태의 반도체 제조 장치(200)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 8에 나타내는 반도체 제조 장치(300)와 같이, 상기 실시 형태의 반도체 제조 장치(200)가 가지는 희석 가스 도입로(222)를 배제하고, 탱크(210)에 캐리어 가스 도입로(220)를 통해서 도입되는 캐리어 가스만에 의해 탱크(210) 내에서 재료를 기화하여 생성된 재료 가스를 반송하도록 해도 괜찮다. 또, 반도체 제조 장치(300)는, 상기 실시 형태의 반도체 제조 장치(200)로부터 희석 가스 도입로(222)와 그 희석 가스 도입로(222)에 설치된 희석 가스 유량 조절부(250) 및 희석 가스 예열기(260)를 배제한 것 외에는, 반도체 제조 장치(200)와 동일한 구성을 구비하고 있다. 따라서, 측정부(270)의 측정 대상은, 탱크(210)로부터 도출로(221)를 통해서 도출되는 캐리어 가스 및 재료 가스로 이루어지는 혼합 가스가 된다.
본 발명에 관한 반도체 제조 장치에서, 측정부는, 혼합 가스 중의 재료 가스의 농도를 직접적 또는 간접적으로 나타내는 값인 유량 지표값을 적어도 하나 측정할 수 있도록 되어 있으면 좋고, 혼합 가스에 관한 다른 값을 측정할 수 있도록 해도 괜찮다. 또, 상기 실시 형태의 반도체 제조 장치(200)에서는, 유량 지표값이 되는 혼합 가스 중의 재료 가스의 분압 이외에 혼합 가스의 압력을 측정할 수 있도록 되어 있다.
상기 실시 형태의 반도체 제조 장치(200)에서는, 유량 지표값으로서 혼합 가스 중의 재료 가스의 분압을 이용했지만, 유량 지표값은, 혼합 가스 중의 재료 가스의 농도를 직접적 또는 간접적으로 나타내는 값이면 특별히 한정되지 않는다. 또, 상기 실시 형태의 반도체 제조 장치(200)에서는, 일정 주기로 유량 지표값을 측정하여 유량 제어를 행하고 있지만, 연속적으로 농도 지표값을 측정하여 농도 제어를 행해도 괜찮다.
상기 각 실시 형태에서는, 캐리어 가스 유량 조절부(230) 및 희석 가스 유량 조절부(250)로서, 유량계(231, 251)의 하류측에 밸브(232, 252)를 배치한 것을 사용하고 있지만, 유량계(231, 251)의 상류측에 밸브(232, 252)를 배치한 것을 사용해도 괜찮다.
<산업상의 이용 가능성>
고온의 샘플 가스를 측정하는 경우에, 광원부로부터 수광부까지의 거리를 길게 하지 않아도, 광원부나 수광부를 샘플 가스의 열로부터 보호할 수 있어, 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있는 흡광도계를 얻는다.
100 : 흡광도계 10 : 샘플 수용부
20 : 광원부 30 : 수광부
40a : 제2 단열부 40b : 제2 단열부
50a : 제2 냉각부 50b : 제2 냉각부
200, 300 : 반도체 제조 장치 210 : 탱크
220 : 캐리어 가스 도입로 221 : 도출로
222 : 희석 가스 도입로 230 : 캐리어 가스 유량 조절부
240 : 캐리어 가스 예열기 250 : 희석 가스 유량 조절부
260 : 희석 가스 예열기 270 : 측정부
280 : 정보 처리 장치 281 : 유량 제어부
282 : 제어 한계 검지부

Claims (9)

  1. 샘플 가스를 수용하는 수용 공간을 사이에 두고 대향하도록 장착되는 한 쌍의 투광창(透光窓)을 구비하는 샘플 수용부와,
    상기 일방측의 투광창을 통해서 상기 수용 공간 내에 광을 조사하는 광원부와,
    상기 수용 공간 내를 통과하여 상기 타방측의 투광창으로부터 출사한 광을 수광하는 수광부를 구비하는 것으로서,
    상기 샘플 수용부와 상기 광원부 또는 상기 수광부 중 어느 일방 또는 쌍방과의 사이에 개재하는 단열부와,
    상기 적어도 하나의 단열부와 마찬가지로, 상기 샘플 수용부와 상기 광원부 또는 상기 수광부와의 사이에 개재하는 냉각부를 더 구비하며,
    상기 단열부가 상기 냉각부에 대해서 상기 샘플 수용부측에 배치되는 것을 특징으로 하는 흡광도계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부 내에 냉각재를 강제적으로 유통시키는 흡광도계.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플 수용부, 상기 광원부, 상기 수광부, 상기 샘플 수용부와 상기 광원부와의 사이에 개재하는 상기 단열부, 상기 단열부와 마찬가지로 상기 샘플 수용부와 상기 광원부와의 사이에 개재하는 상기 냉각부, 상기 샘플 수용부와 상기 수광부와의 사이에 개재하는 상기 단열부, 상기 단열부와 마찬가지로 상기 샘플 수용부와 상기 수광부와의 사이에 개재하는 상기 냉각부로부터 선택되는, 서로 대향하도록 배치된 적어도 하나의 조(組)가 그 대향하는 면을 밀착시켜 인접하고 있는 흡광도계.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부가, 블록체로 이루어져 있으며, 상기 블록체의 내부에는, 냉각재가 유통하는 유통로가 형성되어 있고, 상기 유통로의 도입 포트로부터 유통로 내에 도입된 냉각재가, 상기 유통로의 도출 포트로부터 유통로 밖으로 도출되는 흡광도계.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 샘플 수용부와 상기 광원부 및 상기 수광부 쌍방과의 사이에 단열부가 개재하고 있음과 아울러, 상기 각 단열부와 마찬가지로, 상기 샘플 수용부의 상기 광원부 또는 상기 수광부와의 사이에 냉각부가 개재하고 있고, 상기 샘플 수용부에 대해서 수광부측에 설치된 냉각부의 유통로 내로부터 도출 포트를 통해서 도출된 냉각재가, 상기 샘플 수용부에 대해서 광원부측에 설치된 냉각부의 유통로 내에 도입 포트를 통해서 도입되는 흡광도계.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 투광창이, 상기 샘플 수용부에 대해서 고정 프레임을 매개로 하여 장착되어 있고, 상기 고정 프레임이 금속재료에 의해서 형성되어 있는 흡광도계.
  7. 재료를 가열하여 생성한 재료 가스를 캐리어 가스에 혼합하여 반송하고, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스를 혼합한 혼합 가스를, 샘플 가스로서 청구항 1에 기재된 흡광도계의 샘플 수용부에 통과시켜 측정하는 반도체 제조 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 재료 가스를 예열한 캐리어 가스에 혼합하여 반송하는 반도체 제조 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 샘플 가스가, 상기 재료 가스 및 상기 캐리어 가스에 추가로 예열한 희석 가스를 더한 혼합 가스인 반도체 제조 장치.
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