TW202100982A - 濃度測量裝置 - Google Patents

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Abstract

測量流動在連接有複數個氣體供給線之合流塊體(14)之氣體的濃度用的濃度測量裝置(20)，具備：發出對形成在合流塊體的流路射入之光的光源(40)、接收從流路射出之光的光檢測器(44)、基於光檢測器的輸出來求出在流路流動之氣體之濃度的演算控制電路(46)，使來自光源之光射入流路用的透光性之射入窗(26、23)、以及使通過流路的光射出用的透光性之射出窗(28、23)的至少任一個，是對於合流塊體(14)密封固定。

Description

濃度測量裝置
本發明，關於濃度測量裝置，特別是關於、基於穿透氣體之光的衰減度來檢測出氣體之濃度的濃度測量裝置。
半導體製造裝置所使用的氣體供給系統，是構成為透過設在每種氣體的流量控制器，來將多種類之氣體切換供給至製程腔室。半導體製造所使用之氣體的種類有年年增加的傾向，氣體供給線的數量及所使用之流體控制裝置的數量亦變多。
作為形成複數個氣體供給線的手段，廣泛利用有本案申請人所開發之整體化氣體供給系統IGS(註冊商標)。整體化氣體供給系統，是在基底板件上，配置、固定流路塊體(接頭塊體)、開閉閥、流體控制器等，藉此形成各氣體供給線。
且，整體化氣體供給系統中，已知有將各供給線的出口側連接於共通的歧管塊體(合流塊體)的構造(例如專利文獻1)。連接於各線的歧管塊體之出口，是透過流路而連接於製程腔室，控制設在各供給線的開閉閥藉此可供給任意的氣體。
另一方面，已知有組裝於氣體供給線來測量氣體濃度地構成的濃度測量裝置(入線式濃度測量裝置)。於專利文獻2揭示有濃度測量裝置，其透過光射入窗而從光源將既定波長的光射入至作為流路之一部分而組裝進去的測量元件，由通過測量元件內的穿透光來測量衰減度。由所測量之衰減度，而可依據比爾-朗伯定律等來求出流體的濃度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2012-197941號公報 [專利文獻2]國際公開第2018/021311號
[發明所欲解決之問題]
以往之入線式濃度測量裝置，是在整體化氣體供給系統的下游側，更具體來說，是在整體化氣體供給系統與製程腔室之間之流路的途中另外配置。例如，專利文獻2所記載之使用垂直型之測量元件(測量元件內的流路與線流路正交的類型)的反射型之濃度測量裝置，是比較緊湊的設計，由於光學系統之安裝部集中在測量元件的上端，故即使在流路的途中亦比較容易設置。
但是，以往的濃度測量裝置，雖然在小型化有所進展，但依然有必要確保設置用的空間。因此，對於連接有各種機器，且在其周圍幾乎不存在剩餘空間之近年的半導體製造裝置來說，要求有盡可能不需要設置空間，便可組裝進氣體供給系統來適當地測量氣體之濃度的入線式之濃度測量裝置。
本發明，是有鑑於上述課題而完成者，其主要的目的在於提供以緊湊的態樣來組裝進氣體供給系統的濃度測量裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之實施形態的濃度測量裝置，構成為測量流動在連接有複數個氣體供給線之合流塊體之氣體的濃度，具備：發出對形成在前述合流塊體的流路射入之光的光源、接收從前述流路射出之光的光檢測器、基於前述光檢測器的輸出來求出在前述流路流動之氣體之濃度的演算控制電路，對於前述合流塊體，密封固定有：使來自前述光源的光射入前述流路用的透光性之射入窗及使通過前述流路的光射出用的透光性之射出窗的至少任一個。
某實施形態中，前述合流塊體，具有：供前述複數個氣體供給線各自連接的複數個輔助流路、供前述複數個輔助流路連接的主流路，前述射入窗與前述射出窗，密封固定在前述主流路的兩端部。
某實施形態中，前述射入窗，對於前述合流塊體，藉由具有準直器的第1密封構件來密封固定，前述光源與前述第1密封構件是藉由光傳送路構件而連結，前述射出窗，對於前述合流塊體，藉由第2密封構件來密封固定，前述光檢測器與前述第2密封構件是藉由光傳送路構件來連結。
某實施形態中，前述射入窗，對於前述合流塊體，藉由具有前述光源及準直器的第1密封構件來密封固定，前述射出窗，對於前述合流塊體，藉由具有前述光檢測器的第2密封構件來密封固定。
某實施形態中，前述合流塊體，具有：供前述複數個氣體供給線各自連接的複數個輔助流路、供前述複數個輔助流路連接的主流路，前述射入窗，是兼任前述射出窗的共通窗構件，前述共通窗構件被密封固定在前述主流路的一端部，將射入前述流路的光予以反射的反射構件被固定在前述主流路。
某實施形態中，將前述共通窗構件與前述光源予以連接用的光傳送路構件、將前述共通窗構件與前述光檢測器予以連接用的光傳送路構件，是個別設置。
某實施形態中，前述合流塊體，具有：供前述複數個氣體供給線各自連接的複數個輔助流路、供前述複數個輔助流路連接的主流路，前述射入窗，是兼任前述射出窗的共通窗構件，前述共通窗構件，固定成將測量用穴部予以密封，將射入前述測量用穴部的光予以反射的反射構件被配置成與前述共通窗構件相對向。
某實施形態中，具有支撐構件，其與將前述共通窗構件予以密封固定用的密封構件連接，且沿著前述測量用穴部延伸，前述反射構件是藉由前述支撐構件來支撐。
某實施形態中，前述主流路，是藉由沿著前述合流塊體之長邊方向延伸的貫通孔來形成，前述複數個輔助流路的各個，是藉由往與前述主流路交錯的方向延伸，且從前述合流塊體的表面到達前述主流路的方式來設置的穴來形成。
某實施形態中，前述合流塊體，是在使前述複數個氣體供給線形成在基底板件上的整體化單元之出口側中，固定在前述基底板件上的流路塊體。 [發明之效果]
根據本發明的實施形態，來提供以緊湊的狀態來組裝進氣體供給系統的濃度測量裝置。
以下，雖參照圖式來說明本發明的實施形態，但本發明並不限定於以下的實施形態。且，在裝置的實際使用之際，可上下顛倒，或是將上下方向變更成水平方向等，適當設定配置的方向。
圖1，表示組裝有本發明之實施形態之濃度測量裝置的氣體供給系統1。氣體供給系統1，構成為可將來自氣體供給源3的氣體，透過設有複數個氣體供給線5的整體化單元10，來供給至半導體製造裝置的製程腔室7。於製程腔室7，連接有真空泵9，可在對製程腔室7及流路抽真空的狀態來進行氣體的供給。
整體化單元10，具有在基底板件上形成複數個供給線5的構造。各供給線5，是在基底板件上，將流路塊體(接頭塊體)、開閉閥、過濾器、及流量控制裝置等藉由螺絲等來固定，將該等透過例如金屬墊片而互相連接藉此以任意的態樣來形成。整體化單元10，可使用設在各供給線5的流量控制裝置12，來個別地控制氣體的流量。又，在圖1，為了簡要，僅表示流量控制裝置12、其前後的開閉閥、以及合流後的出口開閉閥，但亦可因應必要，而設置旁通流路等之其他各種要件自不用說。
氣體供給系統1中，設在整體化單元10的各供給線5，連接於配置在整體化單元10之出口側的合流塊體14。合流塊體14是歧管塊體，其具有：供各供給線5連接的複數個輔助流路、供複數個輔助流路共通地連接的一個主流路，在整體化單元10的出口側是固定在基底板件上的流路塊體。合流塊體14的出口，與製程腔室7連接，可從各供給線透過合流塊體14來供給任意的氣體。又，在整體化單元10，設有複數個合流塊體14亦可，該情況時，在各合流塊體連接有供給線的一部分。
而且，本發明之實施形態的濃度測量裝置20，是藉由利用上述合流塊體14來形成的氣體單元22、與氣體單元22光學性或電性連接的電氣單元24所構成，且構成為可測量流動在合流塊體14之氣體的濃度。
構成濃度測量裝置20的氣體單元22，因氣體的溫度(例如100℃~150℃)而有成為高溫的可能性，故較佳使用具有高溫耐性的光學系統來形成。另一方面，電氣單元24，典型來說是設置在與氣體單元22分離的室溫環境下，不易受到溫度的影響。以下，針對實施形態1~5的濃度測量裝置進行具體的說明。
(實施形態1) 圖2，是表示形成有構成實施形態1之濃度測量裝置20的氣體單元22的合流塊體14的立體圖，圖3(a)及(b)，是表示設在合流塊體14的氣體單元22的縱剖面圖及側面圖。
如圖2所示般，在本實施形態所使用的合流塊體14，是固定在設有整體化單元的基底板件16上，且具有主流路L1，該主流路L1藉由往合流塊體14的長邊方向D1延伸之細長的貫通孔來形成。且，於主流路L1，連接有複數個輔助流路L2。輔助流路L2的各個，是藉由從合流塊體14的上面到達主流路的方式來設置的穴來形成，且往與主流路L1交錯的方向(在此為正交的方向)延伸。
形成主流路L1及輔助流路L2的貫通孔及穴，可藉由鑽頭所致之穿孔而容易地形成在合流塊體14。合流塊體14，與構成整體化單元之其他的流路塊體同樣地，例如以不銹鋼(特別是SUS316L)製即可。
在合流塊體14之上面所形成之輔助流路L2之入口側的開口部，連接有設在整體化單元的各供給線(更具體來說，是設在各線之最終段的開閉閥之出口)。該構造中，在整體化單元之任意的供給線所流動之氣體Gasa、Gasb、GasC，可透過合流塊體14的輔助流路L2而流動至主流路L1。又，在圖2及圖3所示的態樣，作為合流塊體14，是使用連接有三個供給線的三連塊體，但並不限於此，可使用連接有任意數量之氣體供給線的塊體。
且，於合流塊體14，固定有出口塊體14A，其形成有與主流路L1連通的L字型之流出路L3。且，於合流塊體14，形成有將出口塊體14A的流出路L3與主流路L1予以連結用的流路。出口塊體14A，透過墊片而藉由螺絲鎖固來牢固地固定於合流塊體14，可從主流路L1透過流出路L3來使氣體流出。
在出口塊體14A之上面所形成之流出路L3的開口部，連接於未圖示的開閉閥(遮斷閥)。藉由使用遮斷閥，可使來自整體化單元之氣體流的停止更確實地進行。且，遮斷閥的流出路，連接於設有成為氣體出口之管狀接頭的流路塊體，在開放遮斷閥時透過管狀接頭而將氣體供給至下游的流路及製程腔室。
又，作為合流塊體14，只要是具有複數個輔助流路L2與主流路L1且固定在基底板件16者的話，可使用圖2所示之態樣以外的各種東西。圖4(a)及(b)，表示其他態樣的合流塊體14。圖4(a)及(b)所示的合流塊體14，在側面具有接頭部14b，使用設有將接頭部14b與上面開口部予以連通之L字型的流出路L3的出口塊體14B來構成。出口塊體14B的流出路L3，與圖2所示之出口塊體14A的流出路L3不同，並沒有與主流路L1直接連通。
圖4(a)及(b)所示之合流塊體14中，出口用輔助流路L2’(輔助流路的一個)的上面開口部與出口塊體14B的上面開口部，是連接於配置成跨越兩者的遮斷閥18。該構造中，與主流路L1連通的出口用輔助流路L2’，用來使來自主流路L1的氣體透過遮斷閥18流動至出口塊體14B的流出路L3。而且，可從出口塊體14B的側面接頭部14b，透過流路來將氣體供給至製程腔室。
如上述般，作為合流塊體14雖能使用各種東西，但在以下，是說明以使用圖2所示的合流塊體14來形成氣體單元22的例子。但是，在其他態樣的合流塊體14也是，可與以下所說明的實施形態同樣地形成氣體單元22自不用說。
圖3(a)及(b)，表示本實施形態之濃度測量裝置20之氣體單元22的構造。如圖3(a)所示般，氣體單元22，具有配置在合流塊體14之主流路L1之端部的透光性之射入窗26及透光性之射出窗28。射入窗26及射出窗28，使用密封構件27、29而密封固定在合流塊體14的兩端部。
本實施形態中，主流路L1，沿著合流塊體14之長邊方向延伸地形成的貫通孔之兩端，是各自以密封構件27、29(在此為盲栓)密封藉此形成。而且，利用該密封構件，配置有構成濃度測量裝置20的氣體單元22之光學系統。
在用來固定射入窗26的密封構件27(以下有時稱為第1密封構件)，設有準直器。且，在用來固定射出窗28的密封構件29(以下有時稱為第2密封構件)，設有聚光透鏡。射入窗26及射出窗28，配置成夾著主流路L1而相對向，從射入窗26射入而在主流路L1直進的光，可從射出窗28射出。合流塊體14的主流路L1，是作為測量光的光路來利用。
在固定射入窗26的第1密封構件27，設有連接於準直器的光傳送路構件，具體來說是設有光纖30。光纖30，用來從電氣單元24將測量光(此處為紫外線)傳送至氣體單元22。所傳送的光，藉由準直器變換成平行光之後，透過射入窗26而射入主流路L1。
且，在固定射出窗28的第2密封構件29，設有接收以聚光透鏡所聚光之光的光纖31。光纖31，用來將通過氣體單元22之主流路L1的光，傳送至電氣單元24。
又，本說明書中，所謂光，不只是可見光線，還至少包含紅外線、紫外線，可含有任意波長的電磁波。且，所謂透光性，代表著對於射入主流路L1之光的內部透光率，充分高到可進行濃度測量之程度。
射入窗26及射出窗28，例如，藉由厚度0.5 mm~2mm、直徑5mm~30mm的圓形藍寶石板來形成。作為射入窗26及射出窗28，對於使用在紫外線等之濃度測量的檢測光而言具有耐性及高透光率，適合使用對機械性、化學性為穩定的藍寶石，但亦可使用其他穩定的素材，例如石英玻璃。
為了將射入窗26及射出窗28對主流路L1更確實地密封固定，在射入窗26及射出窗28與第1及第2密封構件27、29之間，配置有金屬墊片(例如SUS316L製)亦可。在該金屬墊片，設有被壓扁來提升密封性的環狀凸部亦可。在交換射入窗26及射出窗28時，將金屬墊片交換成新的，藉此可確保密封性。
在合流塊體14之射入窗26及射出窗28的安裝部，如圖3(a)所示般，形成有主流路L1之端部的擴徑部亦可，在該擴徑部的底面(支撐面)支撐射入窗26及射出窗28的周緣部，藉此可將射入窗26及射出窗28以高密封性來穩定地密封固定。在擴徑部的支撐面，形成有嵌合用的凹部亦可，其具有適合射入窗26及射出窗28的形狀。且，在擴徑部的支撐面與射入窗26及射出窗28之間，亦配置具有上述環狀凸部的金屬墊片，來提升密封性及維護性亦可。
作為第1及第2密封構件27、29來使用的盲栓，例如，可為在周面具有塗布過密封材的公螺紋的金屬栓，將其螺鎖固定於形成在合流塊體14之兩端的母螺紋，藉此可將射入窗26及射出窗28對支撐面一邊按壓一邊密封固定。但是，第1及第2密封構件27、29，只要是可將主流路L1適當地密封並固定射入窗26及射出窗28者的話，可為任意的態樣，例如，為填縫固定亦可。
如上述般構成的氣體單元22，可從分離設置的電氣單元24接收射入光，且，將通過主流路L1之後的光送到電氣單元24。氣體單元22，是使用整體化單元的合流塊體14來形成，故以比較簡單的構造來緊湊地組裝進氣體供給系統，可刪減以往必要之氣體單元的設置空間。且，作為電氣單元24，可利用以往使用的單元，而實現低成本化。
圖5，表示本實施形態所使用之電氣單元24的構造。如圖5所示般，電氣單元24，具備：發出用來射入合流塊體14(參照圖3)之光的光源40、接收從合流塊體14射出之光的光檢測器44、基於光檢測器44所輸出的檢測訊號(因應所接受之光的強度的檢測訊號)來藉由演算而求出氣體之濃度的演算控制電路46。且，在電氣單元24，亦設有參考光檢測器48，其接受來自光源40的參考光。在本實施形態，電氣單元24，是藉由光纖30、31，來與氣體單元22光學性連接。
光源40，具備發出彼此不同波長之紫外線的兩個發光元件(在此為LED)41、42。在發光元件41、42，使用振盪電路而流動有不同頻率的驅動電流，並藉由進行頻率解析(例如高速傅立葉變換或小波變換)，而可從光檢測器44所檢測到的檢測訊號，測量出與各波長成分對應之光的強度。
作為發光元件41、42，亦可使用LED以外的發光元件，例如LD(雷射二極體)。且，不是將複數之不同波長的合波光作為光源，而是利用單一波長的光源亦可，該情況時，可省略合波器或頻率解析電路。發光元件，設置三個以上亦可，構成為僅使用由已設置之中所選擇之任意的發光元件來產生射入光亦可。在光源40安裝有電阻溫度感測器亦可。此外，發光元件所發出的光，並不限於紫外線，亦可為可見光或紅外線。光的波長，是基於測量對象之氣體的吸光特性而適當選擇即可，但在本實施形態，為了進行吸收紫外線之有機金屬氣體(例如，三甲基鎵(TMGa)和三甲基鋁(TMAl))的濃度測量，而使用紫外線。
光源40及參考光檢測器48是安裝在分束器49。分束器49，是作用成使來自光源40之光的一部分射入至參考光檢測器48，並將剩餘的光透過光纖30而導引至氣體單元22。作為構成光檢測器44及參考光檢測器48的受光元件，較佳使用有光二極體或光電晶體。
演算控制電路46，例如，藉由設在電路基板上的處理器或記憶體等來構成，含有基於輸入訊號來實行既定之演算的電腦程式，可藉由硬體與軟體的組合來實現。又，在圖示之態樣，演算控制電路46是內藏於電氣單元24，但其構成要件的一部分(CPU等)或全部都設置在電氣單元24的外側亦可。
以上說明的濃度測量裝置20中，通過合流塊體14之主流路L1的波長λ之光，是藉由存在於主流路L1的氣體，對應於氣體的濃度而被吸收。然後，演算控制電路46，將來自光檢測器44的檢測訊號予以頻率解析，藉此可測量該波長λ下的衰減度Aλ，此外，基於以下之式(1)所示之比爾-朗伯定律，而可從衰減度Aλ算出莫耳濃度CM 。
Figure 02_image001
上述的式(1)中，I0 是射入主流路L1之射入光的強度，I是在主流路L1內的氣體中通過之光的強度，α’是莫耳衰減係數(m2 /mol)，L是主流路L1的光路長(m)，CM 是莫耳濃度(mol/m3 )。莫耳衰減係數α’是由物質來決定的係數。I/I0 ，一般稱之為透光率，透光率I/I0 為100%時衰減度Aλ為0，透光率I/I0 為0%時衰減度Aλ為無限大。
又，上述式中的射入光強度I0 ，是在主流路L1內不存在吸光性氣體時(例如，充滿著不吸收紫外線的氣體，或是被抽真空時)，將藉由光檢測器44所檢測之光的強度視為射入光強度I0 即可。且，主流路L1的光路長L，如圖3所示般，是從射入窗26之接氣側的表面到射出窗28之接氣側的表面為止的距離，該距離事先就知道。
如以上所述，本實施形態的濃度測量裝置20，可基於通過主流路L1之光的衰減度，來求出氣體的濃度。但是，濃度測量裝置20，亦可構成為考慮到流動在合流塊體14之主流路L1的氣體之壓力及溫度，來求出氣體的濃度。以下，針對考慮到壓力及溫度來求出混合氣體中所含之測量氣體(亦即測量對象的氣體)之濃度的態樣，進行說明。
如上述般，比爾-朗伯的式(1)成立，但上述的莫耳濃度CM ，是指每單位體積的氣體物質量，故可表示成CM =n/V。在此，n是氣體物質量(mol)亦即莫耳數，V是體積(m3 )。
而且，測量對象為氣體，故由理想氣體的狀態方程式PV=nRT，導出莫耳濃度CM =n/V=P/RT，將此帶入比爾-朗伯的式，且適用於-ln(I/I0 )=ln(I0 /I)的話，得到以下的式(2)。
Figure 02_image003
式(2)中，R為氣體常數=0.0623(Torr・m3 /K/mol)，P為壓力(Torr)，T為溫度(K)。且，式(2)的莫耳衰減係數α，是透光率對自然對數的莫耳衰減係數α，對於式(1)的α’，符合α’=0.434α的關係。
在此，壓力感測器可檢測的壓力，是含有測量氣體與載體氣體的混合氣體之全壓Pt(Torr)。另一方面，跟吸收有關的氣體，只有測量氣體，上述之式(2)的壓力P，對應於測量氣體的分壓Pa。於是，將測量氣體的分壓Pa，使用以氣體全體中之測量氣體濃度Cv(體積%)與全壓Pt來表示之式Pa=Pt・Cv來表示式(2)的話，考慮到壓力及溫度的丙酮之濃度(體積%)與衰減度的關係，是使用測量氣體的衰減係數αa ，而可藉由以下的式(3)來表示。
Figure 02_image005
且，使式(3)變形的話，可得到以下的式(4)。
Figure 02_image007
於是，根據式(4)，基於各測量值(氣體溫度T、全壓Pt、及穿透光強度I)，可藉由演算來求出測量光波長之測量氣體濃度(體積%)。如此一來，亦可考慮到氣體溫度或氣體壓力來求出混合氣體中的吸光氣體之濃度。又，衰減係數αa ，可從流動已知濃度(例如100%濃度)之測量氣體時的測量值(T、Pt、I)，依據式(3)或(4)來事先求得。如此求出的衰減係數αa ，是儲存於記憶體，在基於式(4)來進行未知濃度之測量氣體的濃度演算時，可從記憶體讀取衰減係數αa 來使用。
用來測量流動在主流路L1之氣體溫度T的溫度感測器，亦可另外安裝於合流塊體14，或是，當設在整體化單元的流量控制裝置12具有溫度感測器的情況時，將該溫度感測器的輸出作為氣體溫度T來使用亦可。且，用來測量全壓Pt的壓力感測器，亦可另外安裝於合流塊體14，或是，當流量控制裝置12具有下游側的壓力感測器的情況時，利用該壓力感測器來測量全壓Pt亦可。
(實施形態2) 圖6(a)及(b)，是表示實施形態2之濃度測量裝置所具備之氣體單元22a的縱剖面圖及側面圖。本實施形態中也是，氣體單元22a，利用固定在整體化單元的合流塊體14(參照圖2、圖4)來構成。以下，針對與實施形態1相同的構成要件，附上相同的參考符號並省略詳細說明。
本實施形態的氣體單元22a，是在合流塊體14的兩端設有：亦作為光源來利用之內藏LED的密封構件27a、亦作為光檢測器來利用之內藏光二極體的密封構件29a。密封構件27a，用來密封固定射入窗26，密封構件29a，用來密封固定射出窗28。
如上述般，本實施形態的氣體單元22a，構成為含有光源及光檢測器，故在與氣體單元22a連接的電氣單元，沒有必要設置光源及光檢測器。本實施形態中，電氣單元，只要具備與實施形態1相同的演算控制電路46即可。
本實施形態的濃度測量裝置中，氣體單元22a，從設在電氣單元的演算控制電路，透過配線電纜32來接收用來控制內藏在密封構件27a之LED之發光的訊號，並透過射入窗26來將測量光射入主流路L1。且，通過主流路L1的光，是透過射出窗28而以密封構件29a的光二極體接受光。然後，在光二極體變換成電氣訊號，並透過配線電纜33而傳送至電氣單元的演算控制電路。演算控制電路，基於所接收的電氣訊號，而與實施形態1同樣地，可藉由演算來求出流動於主流路L1之氣體的濃度。
如上述般構成之實施形態2的濃度測量裝置，也是以比較簡單的構造來緊湊地組裝進氣體供給系統，可刪減以往必要之氣體單元的設置空間。
(實施形態3) 圖7(a)及(b)，是表示實施形態3之濃度測量裝置所具備之氣體單元22b的縱剖面圖及側面圖。本實施形態中也是，氣體單元22b，利用固定在整體化單元的合流塊體14(參照圖2、圖4)來構成。以下，針對與實施形態1相同的構成要件，附上相同的參考符號並省略詳細說明。
在本實施形態的氣體單元22b，使兼任射入窗與射出窗的共通窗構件23藉由密封構件27b來密封固定於合流塊體14之一方的端部。且，使反射構件25藉由密封構件29b密封固定於合流塊體14之另一方的端部。反射構件25的反射面，是對於射入光的行進方向或流路的中心軸設置成垂直，可將在主流路L1直進的光，往同方向反射。
反射構件25，例如是在藍寶石板(實施形態1及2的射出窗28)的內面藉由濺鍍來形成作為反射層的鋁層即可。且，反射構件25，作為反射層為含有介電質多層膜者亦可，若使用介電質多層膜的話，可選擇性反射特定波長區域的光(例如近紫外線)。介電質多層膜，是藉由折射率不同之複數個光學被膜的疊層體(高折射率薄膜與低折射率薄膜的疊層體)所構成者，適當選擇各層的厚度或折射率，藉此可將特定波長的光予以反射或穿透。
且，介電質多層膜，可用任意的比率來反射光，故例如，在射入光被反射構件25反射之際，並非將所射入之光予以100%反射，而是使一部分(例如10%)穿透，藉由設置在反射構件25之外側的光檢測器等，來接受穿透的光亦可，將穿透的光作為參考光來利用亦可。
本實施形態的氣體單元22b，與實施形態1同樣地與電氣單元24光學性連接。但是，光的射入及射出，是在合流塊體14之單側的端部進行，故於密封構件27b，連接有射入用的光纖30與射出用的光纖31之雙方。
本實施形態的濃度測量裝置中，來自設在電氣單元24之光源40的光，是藉由光纖30而導光至主流路L1的共通窗構件23，並從共通窗構件23射入主流路L1。且，通過主流路L1而被反射構件25反射的光，從共通窗構件23射出，並藉由光纖31而往電氣單元的光檢測器44導光。
如上述般，用來導光至主流路L1的光纖30、用來將從主流路L1射出的光予以導光的光纖31，是個別地設置，藉此可降低雜散光的影響。但是，在其他態樣中，使用光纖束等之兼任射入光用與射出光用的一條光傳送路構件，來連接光源及測量光檢測器、測量元件亦可。
反射型之濃度測量裝置的構造，例如記載於專利文獻2。本實施形態中，關於光學系統的設計，可適用專利文獻2所記載之各種的態樣。
如上述般構成之實施形態3的濃度測量裝置，也是以比較簡單的構造來緊湊地組裝進氣體供給系統，可刪減以往必要之氣體單元的設置空間。
且，在本實施形態，主流路L1的光路長L，是規定成從射入窗26之接氣側的表面到反射構件25之接氣側的表面為止之距離的兩倍。因此，即使是相同尺寸，亦可得到兩倍的光路長。藉此，即使小型化，亦可提升測量精度。且，在實施形態3的濃度測量裝置，僅在合流塊體14的單側進行光射入及光射出，故可刪減零件個數。
(實施形態4) 圖8(a)及(b)，是表示實施形態4之濃度測量裝置所具備之氣體單元22c的俯視圖及從側方觀看的橫剖面圖。本實施形態的氣體單元22c，也是利用固定在整體化單元的合流塊體14來構成。以下，針對與實施形態3相同的構成要件，附上相同的參考符號並省略詳細說明。
本實施形態的氣體單元22c，與實施形態1~3不同，構成為並非對主流路L1，而是對與輔助流路L2相同的方向來射入光，並測量穿透光之強度。氣體單元22c，為了光學系統之配置而利用輔助流路L2的一個，在合流塊體14的上面配置濃度測量用的光學系統。且，氣體單元22c，與實施形態3同樣地，構成反射型的濃度測量裝置。以下，為了跟連接於氣體供給線的輔助流路L2做區別，有時將配置有光學系統的輔助流路L2稱呼為測量用穴部。測量用穴部，典型來說，是往與輔助流路L2平行的方向延伸的穴。
氣體單元22c，具有：設在合流塊體14之上面的準直器50、用來密封固定共通窗構件23的窗按壓構件52，準直器50及窗按壓構件52，是作為密封構件27b來發揮功能。於準直器50，設有準直器透鏡50a，可使來自光纖30的光成為平行光之後通過共通窗構件23而沿著輔助流路L2方向將光射入測量用穴部。準直器50及窗按壓構件52，是將螺栓插入螺栓穴55，而可固定於合流塊體14。
且，在合流塊體的下面側，使反射構件25設置成與共通窗構件23相對向。反射構件25，被密封構件29b給密封固定。被反射構件25反射的光，回到測量用穴部，並通過共通窗構件23而輸入至準直器50。然後，透過光纖31而往電氣單元的光檢測器傳送。在本實施形態也是，可基於光檢測器的輸出藉由演算來求出氣體濃度。又，本實施形態的光路長L，是作為垂直方向之共通窗構件23與反射構件25之間的距離之兩倍來求出。
在本實施形態，由於沒有將主流路L1作為光路來使用，故沒有必要在主流路L1的兩端配置光學系統。因此，如圖8(a)及(b)所示般，主流路L1並非貫通孔，而是將延伸至最深的輔助流路L2為止的長穴，以密封構件54密封藉此來形成。且，其他的態樣中，是取代密封構件54而設置接頭構件，將此作為氣體出口來使用，而採用使氣體往下游側流動的構造亦可。
(實施形態5) 圖9(a)及(b)，是表示實施形態5之濃度測量裝置所具備之氣體單元22d的從側方觀看的橫剖面圖及從端面觀看的橫剖面圖。本實施形態的氣體單元22d，也是利用固定在整體化單元的合流塊體14來構成。以下，針對與實施形態3、4相同的構成要件，附上相同的參考符號並省略詳細說明。
如圖9(a)及(b)所示般，氣體單元22d，與實施形態4同樣地，構成為沿著輔助流路L2之方向使光往復之反射型的濃度測量裝置。但是，並非如實施形態4那般在合流塊體14的下面側密封固定反射構件，而是將支撐構件58用來支撐反射構件25，該支撐構件58與設在合流塊體14之上面的共通窗構件23之密封構件27b連接。
氣體單元22d中，密封構件27b，是由準直器50、窗承接構件56所構成。支撐構件58，從窗承接構件56延伸設置，在安裝有反射構件25的狀態下，可沿著測量用穴部而從上方插入。
根據以上的構造，不必對合流塊體14進行特別的加工，便可利用輔助流路L2的一個，而從合流塊體14的上方，將反射構件25配置在流路的下方。在本實施形態，除了準直器50、共通窗構件23以外，就連反射構件25也可一體化故便利性較高。
支撐構件58，具有到達主流路L1的長度，能良好地進行氣體濃度測量為佳。支撐構件58，不限於圖示般的板狀者，為將圓筒狀的一側面予以切削者亦可，以兩根棒材來構成亦可。支撐構件58，只要不橫跨測量光的光路，且，不妨礙氣體到達光路的話，可為任意的態樣。
以上，雖針對實施形態1~5的濃度測量裝置進行了說明，但不論哪一個濃度測量裝置，都是利用合流塊體來緊湊地組裝進氣體供給系統，可適當地測量流動在合流塊體之各種氣體的濃度。又，本發明，並不限定解釋成上述的實施形態，在不超脫本發明之主旨的範圍，可有各種變更。 [產業上的可利用性]
本發明之實施形態的濃度測量裝置，較佳利用在組裝進氣體供給系統來測量氣體的濃度。
1:氣體供給系統 3:氣體供給源 5:供給線 7:製程腔室 9:真空泵 10:整體化單元 12:流量控制裝置 14:合流塊體 16:基底板件 20:濃度測量裝置 22:氣體單元 23:共通窗構件 24:電氣單元 25:反射構件 26:射入窗 27:密封構件 28:射出窗 29:密封構件 30,31:光纖 32,33:配線電纜 40:光源 44:光檢測器 46:演算控制電路 48:參考光檢測器
[圖1] 表示組裝有本發明之實施形態之濃度測量裝置的氣體供給系統的圖。 [圖2] 表示設有實施形態1之濃度測量裝置之氣體單元的合流塊體的立體圖。 [圖3] 表示實施形態1之濃度測量裝置之氣體單元的圖，(a)是從上觀看時的縱剖面，(b)是側視圖。 [圖4] 表示其他態樣之合流塊體的圖，(a)是立體圖，(b)是側視圖。 [圖5] 表示實施形態1之濃度測量裝置之電氣單元的圖。 [圖6] 表示實施形態2之濃度測量裝置之氣體單元的圖，(a)是從上觀看時的縱剖面，(b)是側視圖。 [圖7] 表示實施形態3之濃度測量裝置之氣體單元的圖，(a)是從上觀看時的縱剖面，(b)是側視圖。 [圖8] 表示實施形態4之濃度測量裝置之氣體單元的圖，(a)是俯視圖，(b)是橫剖面圖。 [圖9] 表示實施形態5之濃度測量裝置之氣體單元的圖，(a)是從側方觀看時的橫剖面圖，(b)是從端面方向觀看時的橫剖面圖。
1:氣體供給系統
3:氣體供給源
5:供給線
7:製程腔室
9:真空泵
10:整體化單元
12:流量控制裝置
14:合流塊體
20:濃度測量裝置
22:氣體單元
24:電氣單元

Claims (10)

  1. 一種濃度測量裝置，構成為測量流動在連接有複數個氣體供給線之合流塊體之氣體的濃度，具備： 發出對形成在前述合流塊體的流路射入之光的光源、 接收從前述流路射出之光的光檢測器、 基於前述光檢測器的輸出來求出在前述流路流動之氣體之濃度的演算控制電路， 對於前述合流塊體，密封固定有：使來自前述光源的光射入前述流路用的透光性之射入窗及使通過前述流路的光射出用的透光性之射出窗的至少任一個。
  2. 如請求項1所述之濃度測量裝置，其中， 前述合流塊體，具有：供前述複數個氣體供給線各自連接的複數個輔助流路、供前述複數個輔助流路連接的主流路， 前述射入窗與前述射出窗，密封固定在前述主流路的兩端部。
  3. 如請求項2所述之濃度測量裝置，其中， 前述射入窗，對於前述合流塊體，藉由具有準直器的第1密封構件來密封固定，前述光源與前述第1密封構件是藉由光傳送路構件而連結， 前述射出窗，對於前述合流塊體，藉由第2密封構件來密封固定，前述光檢測器與前述第2密封構件是藉由光傳送路構件來連結。
  4. 如請求項2所述之濃度測量裝置，其中， 前述射入窗，對於前述合流塊體，藉由具有前述光源及準直器的第1密封構件來密封固定， 前述射出窗，對於前述合流塊體，藉由具有前述光檢測器的第2密封構件來密封固定。
  5. 如請求項1所述之濃度測量裝置，其中， 前述合流塊體，具有：供前述複數個氣體供給線各自連接的複數個輔助流路、供前述複數個輔助流路連接的主流路， 前述射入窗，是兼任前述射出窗的共通窗構件，前述共通窗構件被密封固定在前述主流路的一端部，將射入前述流路的光予以反射的反射構件被固定在前述主流路。
  6. 如請求項5所述之濃度測量裝置，其中，將前述共通窗構件與前述光源予以連接用的光傳送路構件、將前述共通窗構件與前述光檢測器予以連接用的光傳送路構件，是個別地設置。
  7. 如請求項1所述之濃度測量裝置，其中， 前述合流塊體，具有：供前述複數個氣體供給線各自連接的複數個輔助流路、供前述複數個輔助流路連接的主流路， 前述射入窗，是兼任前述射出窗的共通窗構件，前述共通窗構件，固定成將測量用穴部予以密封，將射入前述測量用穴部的光予以反射的反射構件是被配置成與前述共通窗構件相對向。
  8. 如請求項7所述之濃度測量裝置，其中，具有支撐構件，其與將前述共通窗構件予以密封固定用的密封構件連接，且沿著前述測量用穴部延伸，前述反射構件是藉由前述支撐構件來支撐。
  9. 如請求項2至8中任一項所述之濃度測量裝置，其中，前述主流路，是藉由沿著前述合流塊體之長邊方向延伸的貫通孔來形成，前述複數個輔助流路的各個，是藉由以往與前述主流路交錯的方向延伸，且從前述合流塊體的表面到達前述主流路的方式來設置的穴來形成。
  10. 如請求項1至8中任一項所述之濃度測量裝置，其中，前述合流塊體，是在使前述複數個氣體供給線形成在基底板件上的整體化單元之出口側中，固定在前述基底板件上的流路塊體。
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