TWI736118B - 濃度測定裝置 - Google Patents

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Abstract

濃度測定裝置(100)，具備：具有氣體流通的流道之測定胞(4)，往測定胞發出入射光之光源(1)，檢測由測定胞射出的光之光檢測器(7)，檢測測定胞內的氣體壓力之壓力感測器(20)，檢測測定胞內的氣體溫度之溫度感測器(22)，以及根據壓力感測器的輸出(P)、溫度感測器的輸出(T)、光檢測器的輸出(I)、以及根據吸光係數α演算氣體的濃度之演算電路(8)；演算電路(8)，係以使用根據溫度感測器(22)的輸出而決定之吸光係數α來演算濃度的方式構成。

Description

濃度測定裝置
本發明係關於濃度測定裝置，特別是藉由檢測通過測定胞的光的強度而測定測定胞內的氣體濃度之濃度測定裝置。
從前，以被組裝進把由有機金屬(MO)等液體材料或固體材料所生成的原料氣體往半導體製造裝置供給之氣體供給管線的途中，測定流通的氣體濃度的方式構成的濃度測定裝置(所謂的沿線(in-line)式濃度測定裝置)係屬已知。
在這種濃度測定裝置，於測定氣體流通的測定胞，透過光射入窗使來自光源的特定波長的光射入，使通過測定胞內的光在受光元件受光而測定吸光度。此外，由測定的吸光度，可以依照比爾-朗伯定律(Beer-Lambert law)求出測定氣體的濃度(例如參照專利文獻1～3)。
於本說明書，把供檢測測定氣體的濃度之用的種種透過光檢測構造統稱為測定胞。於測定胞，不僅包含由氣體供給管線分歧而個別配置的胞構造，也包含如專利文獻1～3所示的設在氣體供給管線途中的沿線(in-line)式透過光檢測構造。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2014-219294號公報 [專利文獻2] 國際公開第2018/021311號公報 [專利文獻3] 日本特開2018-25499號公報
[發明所欲解決之課題]
為了根據吸光度測定測定胞內的氣體濃度，必須把具有適合氣體的吸光特性的波長之光射入測定胞。此外，測定氣體的濃度，根據比爾-朗伯的公式，使用吸光係數(顯示氣體吸光的容易度之係數)藉由演算而求出。此時使用的吸光係數，係在濃度測定前預先求出者，係被賦予關聯至氣體種類或測定光的波長者。
然而，根據本案發明人的實驗，得知由於測定胞內的氣體溫度、或各個濃度測定裝置在不同裝置間的測定差(以下稱之為機器差)，即使相同氣體種類也會有吸光特性不同的場合，此時採用從前的方法會有測定精度降低之虞。
本發明係有鑑於上述課題而完成之發明，主要目的在於提供測定精度提高之濃度測定裝置。 [解決課題之手段]
本發明的實施型態之濃度測定裝置，具備：具有氣體流通的流道之測定胞，往前述測定胞發出入射光之光源，檢測由前述測定胞射出的光之光檢測器，檢測前述測定胞內的氣體壓力之壓力感測器，檢測前述測定胞內的氣體溫度之溫度感測器，以及根據前述壓力感測器的輸出、前述溫度感測器的輸出、前述光檢測器的輸出、以及預先收容於記憶體的複數吸光係數演算前述氣體的濃度之演算電路；前述演算電路，係以使用根據前述溫度感測器的輸出而由前述複數吸光係數決定之吸光係數來演算濃度的方式構成。
於某一實施型態，前述演算電路，係以根據前述溫度感測器的輸出，與前述光源發出的測定光的峰波長所決定的吸光係數來演算濃度的方式構成。
於某一實施型態，前述演算電路，使用對應於3個溫度與3個測定光之峰波長的組合的9個吸光係數之中的某一來演算濃度。
於某一實施型態，前述演算電路，以使用被決定的吸光係數α，根據下式求出前述氣體濃度C的方式構成，於下列式，I0 為入射至測定胞的入射光的強度，I為通過測定胞的光的強度，R為氣體常數，T為測定胞內的氣體溫度，L為測定胞的光徑長，P為測定胞內的氣體壓力；
Figure 02_image001
於某一實施型態，前述演算電路，以使用被依各氣體的種類而設定的補正因子，補正基準氣體的吸光係數而演算濃度的方式構成。
於某一實施型態，前述基準氣體為丙酮氣體。 [發明之效果]
根據本發明之實施型態，可以防止氣體的溫度或裝置的機器差導致精度降低，可以更為正確地測定濃度。
以下，參照圖式同時說明本發明之實施型態，但本發明並不以下列實施型態為限。
圖1顯示在本發明的實施型態所用的濃度測定裝置100的全體構成之圖。濃度測定裝置100，具備：具有被組入氣體供給管線的測定胞4之氣體單元50A，與氣體單元50A隔開配置的光源1，以及具有演算電路8等的電氣單元50B。氣體單元50A與電氣單元50B，藉由光纖10a、10b以及感測器纜線(未圖示)連接著。
氣體單元50A，隨著測定氣體的種類不同，例如有被加熱至100℃～150℃程度的可能性。但是，氣體單元50A不一定限定在高溫使用，使用常溫(室溫)或常溫以下的氣體的場合，亦有在不使成為高溫(不加熱)的狀態下使用的場合。此外，與氣體單元50A隔開的電氣單元50B，典型為維持在室溫。於電氣單元50B，被連接著對濃度測定裝置100送出動作控制訊號，或者由濃度測定裝置100接收測定濃度訊號之外部控制裝置亦可。
於氣體單元50A，設置著具有測定氣體的流入口4a，流出口4b以及沿著長邊方向的流道4c之測定胞4。此外，於測定胞4的一方端部，設有透光性之窗部(在此為透光性板)3，於測定胞4之另一方端部設有反射構件5。又，於本說明書，光不限於可見光，至少還包含紅外線、紫外線，可包含任意波長之電磁波。此外，所謂透光性，意味著對於往測定胞4的入射光的內部透過率為可以進行濃度測定的程度之充分地高。
測定胞4的窗部3，藉由按壓構件被固定於胞本體2，於按壓構件，安裝著被連接光纖10a之準直儀(collimator)6。準直儀6，可以使來自光源1的光作為平行光射入測定胞4，此外，可以接收來自反射構件5的反射光。準質儀6，最好是以流過測定胞4的測定對象氣體為高溫時也可以高精度地進行濃度測定的方式被設計。
測定胞4的流入口4a與流出口4b係配置於流道4c的兩側(紙面之流道4c的左側與右側)，在被組入氣體供給管線時，氣體單元50A係以整體上於水平方向流通氣體的方式構成。另一方面，流道4c，係在與氣體供給管線之全體的流向直交之方向延伸著。本說明書中，稱這樣的構成為縱型的測定胞4，使用縱型的測定胞4的話，在被組入氣體供給管線時可以實現省空間化，同時可得到容易維修之優點。又，圖示之測定胞4中，流入口4a被配置於反射構件5的附近、流出口4b被配置於窗部3的附近，而於其他的態樣，流入口4a被配置於窗部3的附近、流出口4b被配置於反射構件5的附近亦可。此外，並不一定意味流道4c必須在與全體的流向直交的方向延伸。
窗部3，對於紫外光等的濃度測定上使用之檢測光具有耐受性以及高透過率，適宜使用機械上化學上安定的藍寶石，使用其他安定的素材，例如石英玻璃亦可。測定胞4的胞本體2(流道形成部)係例如SUS316L製。
此外，反射構件5，於胞本體2的下面，藉由按壓構件而被固定著。反射構件5的反射面，係以與入射光的行進方向或流道的中心軸成為垂直的方式被設置。
反射構件5，具有例如於藍寶石板的背面藉由濺鍍而形成反射層的鋁層之構成亦可。此外，反射構件5，為包含作為反射層的介電質多層膜者亦可，使用介電質多層膜的話，則可以選擇性地反射特定波長範圍的光(例如近紫外線)。介電質多層膜，係藉由折射率不同的複數光學被膜的層積體(高折射率薄膜與低折射率薄膜之層積體)而構成者，藉由適當選擇各層的厚度或折射率，可以使特定波長的光或反射或透過。
此外，介電質多層膜能以任意的比例反射光，因而，例如，入射光藉由反射構件5被反射時，亦可並不100%反射入射的光，而使一部分(例如10%)透過，藉由設置於反射構件5的下部(與流道4c相接的面相反側的面)之光檢測器等，接收透過的光，利用透過的光作為參照光，也可以代替參照光檢測器9。
此外，於本實施型態的氣體單元50A，設置供檢測流過測定胞4內的測定氣體的壓力用之壓力感測器20，以及供測定測定氣體的溫度用之溫度感測器22。氣體單元50A，以能測定濃度測定時測定氣體的壓力以及溫度之方式被構成。
壓力感測器20以及溫度感測器22之輸出，係透過未圖示的感測器纜線而被輸入電氣單元50B的演算電路8。溫度感測器22，可以設置複數個。溫度感測器22，使用測溫電阻體之外，也可以使用熱敏電阻或熱電偶等。壓力感測器20，例如，可以使用具備形成壓力檢知面的隔膜之內藏矽單晶感測晶片型的壓力感測器。壓力感測器20及溫度感測器22，只要能測定存在於測定胞4內的流道4c之氣體的壓力及溫度，可設置於任意位置。
另一方面，於電氣單元50B，設置著產生射入測定胞4內的光之光源1，接收由測定胞4射出的光之測定光檢測器7，以基於測定光檢測器7輸出的檢測訊號(因應接收到的光的強度之訊號)演算測定氣體的濃度之方式構成的演算電路8，以及接收來自光源1的參照光之參照光檢測器9。
在本實施型態，光源1係具備發出波長互異的紫外光之2個發光元件(在此為LED)1A,1B。於發光元件1A,1B，係可以藉由使用電子振盪器使不同頻率的驅動電流流動、進行頻率解析(例如，快速傅立葉變換或小波變換)，而由測定光檢測器7檢測出的檢測訊號，測定各波長成分所對應之光的強度。發光元件1A,1B，也可以使用LED以外的發光元件，例如LD(雷射二極體)。此外，取代將複數不同波長的合波光用於光源，而利用單一波長的光源亦可，此場合，可以省略合波器或頻率解析電路。發光元件，可以設置3個以上，以僅使用設置的中被選擇的任意發光元件生成入射光之方式構成亦可。於光源1安裝測溫電阻體亦可。再者，發光元件發出的光，不限於紫外光，可見光或紅外光亦可。
光源1及參照光檢測器9被安裝在分光鏡11。分光鏡11，係發揮使來自光源1的光的一部分射入參照光檢測器9，同時將餘光導往測定胞4之功能。作為構成測定光檢測器7及參照光檢測器9之受光元件，適宜使用例如光二極體或光電晶體。
演算電路8，例如，藉由被設在電路基板上的處理器或記憶體等而被構成，包含基於輸入訊號實行特定的演算之電腦程式，可以藉由硬體與軟體之組合而實現。又，圖示的態樣中，演算電路8被內藏於電氣單元50B，但其構成要素的一部分(CPU等)或全部當然也可以設置於電氣單元50B外側的裝置。
於濃度測定裝置100，來自光源1的光，藉由光纖10a而被導光至測定胞4的窗部3。此外，於測定胞4，藉由反射構件5而被反射的光，藉由光纖10b被導光至測定光檢測器7。本實施型態中，供導光至測定胞4用之光纖10a、以及供引導由測定胞4射出的光用之光纖10b為個別設置，藉此，可以減低雜散光的影響。
但是，於其他態樣，使用光纖束等之兼作入射光用與射出光用之一根的光傳送構件，作成將光源及測定光檢測器、與測定胞連接起來亦可。使用這樣的一根的光傳送構件之反射型濃度測定裝置，例如，專利文獻2所揭示，於本發明之其他實施型態，也可以採用同樣的構成。
於前述已說明之測定胞4，往復於測定胞4內的光的光徑長，可依照窗部3與反射構件5之距離的2倍來規定。於濃度測定裝置100，被射入測定胞4，之後，藉由反射構件5而被反射的波長λ的光，係藉由存在於測定胞4內的流道4c之氣體，取決於氣體的濃度而被吸收。接著，演算電路8，係可以藉由將來自測定光檢測器7的檢測訊號予以頻率解析，測定在該波長λ下的吸光度Aλ，進而，可以根據下列式(1)所示的比爾-朗伯定律，由吸光度Aλ算出莫耳濃度CM 。
Figure 02_image003
於上述式(1)，I0 為射入測定胞的入射光強度、I為通過測定胞內氣體中之光強度、α’為莫耳吸光係數(m2 /mol)、L為測定胞的光徑長(m)、CM 為莫耳濃度(mol/m3 )。莫耳吸光係數α’係取決於物質的係數。I/I0 一般上稱為透過率，透過率I/I0 為100%時係光度Aλ為0，透過率I/I0 為0%時係光度Aλ為無限大。
又，於上列式之入射光強度I0 ，在測定胞4內不存在吸光性的氣體時(例如，充滿著不吸收紫外光的氣體時，或被抽真空時)，藉由測定光檢測器7被檢測出的光強度可視為入射光強度I0 。
測定胞4的光徑長L，如前述，能以窗部3與反射構件5之距離的2倍來規定，所以，與在測定胞的兩端部具備光入射窗與光射出窗之濃度測定裝置相比，可以得到2倍光徑長。藉此，儘管小型化，也能提高測定精度。此外，濃度測定裝置100中，僅在測定胞4的窗部3側進行光的入射及射出，所以得以削減零件件數。
如以上所說明，濃度測定裝置100，係可以使用比爾-朗伯的式(1)而求出氣體的莫耳濃度CM 。但是，為了更加提高測定精度，本實施型態中，並未使用預先設定的唯一的莫耳吸光係數α’而由式(1)求出莫耳濃度CM ，而是作成使用根據由溫度感測器22所輸出的溫度等被選擇出的吸光係數，此外，也參照溫度感測器22的輸出或壓力感測器20的輸出後求出氣體濃度。又，吸光係數，係可以藉由在進行濃度測定之前之出貨時等就預先收容於記憶體等，在濃度測定時從記憶體讀出並使用。
以下，於本實施型態，說明藉由流通具有已知濃度的丙酮氣體，求出用於濃度演算的吸光係數之方法。又，在以下，作為用於測定的光，使用對應於丙酮氣體被吸收的具有特定波長的光(具體上為近紫外線)，針對吸光係數求出與該波長相對應者。丙酮氣體之場合，測定光的波長被設定於例如290nm～310nm。
如上述，藉由比爾-朗伯的式(1)，成立下列式(1a)。於式(1a)，與比爾-朗伯之式(1)同樣，I0 為入射光強度，I為透過光強度，α為莫耳吸光係數，L為光徑長，CM 為測定對象的氣體(在此為丙酮)的莫耳濃度。此式(1a)，在光徑長一定之場合，顯示吸光度與莫耳濃度成正比，莫耳吸光係數α，係對應於顯示莫耳濃度與吸光度的關係之線性函數的斜率(該物質的吸光容易度)。
Figure 02_image005
又，上列式(1a)之莫耳吸光係數α係使用透過率(I/I0 )的自然對數時的莫耳吸光係數α，相對於前述式(1)之使用透過率(I/I0 )的常用對數時的莫耳吸光係數α’(吸光度Aλ所對應之莫耳吸光係數)，具有α’=0.434α的關係。這是由於log10 e=0.434的緣故。以下，例示地說明使用透過率的自然對數ln(I/I0 )之場合的莫耳吸光係數α，但針對使用透過率的常用對數log10 (I/I0 )之場合的莫耳吸光係數α’當然也適用同樣的說明。
前述的丙酮的莫耳濃度CM ，係指每單位體積的氣體物質量，可以表示為CM =n/V。在此，n為氣體物質量(mol)亦即莫耳數，V為體積(m3 )。接著，測定對象為氣體，所以由理想氣體狀態方程式PV=nRT，導出莫耳濃度CM =n/V=P/RT，將此代入上列式(1)，此外，適用-ln(I/I0 )= ln(I0 /I)的話，可導出下列式(2)。於式(2)，R為氣體常數=0.0623(Torr･m3 /K/mol)，P為壓力(Torr)，T為溫度(K)。
Figure 02_image007
在此，壓力感測器20可以檢測的壓力，係包含丙酮與運載氣體之混合氣體的全壓Ptotal (Torr)。另一方面，與吸收有關係的氣體僅丙酮，上列式(2)之壓力P係與丙酮的分壓Pace 相對應。於是，使用將丙酮的分壓Pace 、藉由氣體全體中的丙酮濃度Cace (體積%：以下，簡單表示為%)與全壓Ptotal 來表示的式之Pace =Ptotal ･Cace 以表示式(2)的話，考慮了壓力及溫度之丙酮的濃度(%)與吸光度之關係，可以使用丙酮的吸光係數αace ，並藉由下列式(3)來表示。
Figure 02_image009
此外，藉由將上列式(3)變形，可導出下列式(4)。
Figure 02_image011
從而，根據上列式(3)或(4)可知，基於流通具有已知的丙酮濃度Cace 的氣體(例如不含運載氣體的100%濃度的丙酮氣體)時之各測定值(氣體溫度T、全壓Ptotal 、以及透過光強度I)，可以得到測定光波長之對應於丙酮濃度(%)之吸光係數αace 。
此外，可以藉由將求出的吸光係數預先收容於記憶體，依照上列式(4)，基於(T、Ptotal 、I)的測定結果，藉由演算而求出未知濃度的丙酮濃度。上列式(3)以及(4)，考慮測定對象為氣體(在此為丙酮氣體)，對比爾-朗伯的式子適用理想氣體狀態方程式，此外，也使用濃度測定裝置100的壓力感測器20及溫度感測器22可以測定的氣體壓力(全壓Ptotal )及氣體溫度T以作為求出氣體濃度(%)而被導出的式子。
又，使用流通100%濃度的丙酮氣體時被求出的吸光係數αace 進行濃度演算之場合，也有已知濃度(設定濃度)、與由演算而來的輸出濃度之關係不一致之場合。該場合，也可以作成對各濃度x%預先設定補正值Jx(100%濃度時為1)，補正設定濃度與輸出濃度的關係，使用基於測定出的透過率而決定的補正值Jx進行直線性補正之後，輸出補正濃度。
如前述，可以藉由預先求出丙酮的吸光係數αace ，由測定值(T、Ptotal 、I)將丙酮濃度藉由演算而求出。然而，根據本發明人的實驗確認，即使採用上列式(3)或(4)，不同丙酮溫度的差異，也會造成濃度測定誤差不同。又，上列式(4)，係考慮到氣體溫度T之式子，但是，實驗結果可知，為了更正確地測定濃度，最好是進行更進一步的補正。
不同氣體溫度造成測定誤差上產生差異的原因之一，可舉出即使是濃度相同的丙酮氣體，不同氣體溫度會造成被測定的透過率(I/I0 )不同。
圖2係顯示具有300nm的峰強度之發光元件(LED)的分光光譜A2(當測定胞中沒有吸光時檢測光的光譜)，與都流通100%濃度丙酮氣體時溫度所導致的透過率特性B1、B2、B3之差異之圖。橫軸係波長(nm)，縱軸係在分光光譜A2中的光強度(更具體而言，在最大強度Imax下規格化的強度)，透過率特性B1～B3係透過率(I/I0 )。透過率特性B1係顯示氣體溫度為100℃的場合；透過率特性B2係顯示氣體溫度為130℃的場合；透過率特性B3係顯示氣體溫度為150℃的場合。又，圖2所示的透過率特性B1~B3，係以將流通100%濃度丙酮氣體時檢測光的分光光譜(未圖示)、除以沒有丙酮氣體的吸收時檢測光的分光光譜A2之結果作為透過率而顯示。
如圖2所示，100%濃度丙酮氣體，與使用時主要氣體溫度(以下稱之為基準溫度)之130℃時的透過率特性B2相比，100℃時的透過率特性B1有較高的傾向。此外，150℃時的透過率特性B3，與透過率特性B2相比，有較低之傾向。該傾向，對於作為測定光被設想的例如290～310nm的紫外光是同樣的。
因此，儘管流通著相同100%濃度丙酮氣體，不同氣體溫度，得以測定出透過率進而吸光度不同者。更詳細而言，在如圖2所示使用具有300nm波長峰的分光光譜A1的光進行測定之場合，儘管丙酮濃度自身同為100%且一定，氣體溫度為130℃時透過率為τ2值，氣體溫度為100℃時透過率為τ1值，氣體溫度為150℃時透過率為τ3值。
從而，使用流通100%濃度且130℃的丙酮氣體時所求出的吸光係數αace ，依照上列式(4)進行濃度演算的話，有不能正確求出100℃或150℃的氣體濃度之情形。這是由於即使濃度相同，根據氣體溫度導致吸光容易度不同之緣故。
為了解決此問題，本實施型態中，作成預先求出各溫度下的吸光係數αace ，同時將這些作為被賦予關聯至溫度的複數吸光係數αace 並收容在記憶體，在進行濃度測定時，基於此時被計測的氣體溫度，而決定使用適切的吸光係數αace 。
圖3係表示使用由流通100%濃度且130℃的丙酮氣體所得到的吸光係數αace 、 T2 進行100℃(=T1)、130℃(=T2)、150℃(=T3)的丙酮氣體的濃度演算後的演算濃度、與實際的丙酮濃度之誤差關係之圖C1～C3。橫軸係顯示實際的丙酮濃度(已知的設定濃度)，縱軸係以滿刻度誤差(%)顯示與實際的丙酮濃度之偏差量。
如以圖C2所示，丙酮氣體的溫度為130℃時，使用吸光係數αace 、 T2 的演算濃度、與實際濃度之間的誤差為0(換言之，使用誤差為0的吸光係數αace 、 T2 )。另一方面，如圖C1所示，100℃丙酮氣體之場合，使用130℃的吸光係數αace 、 T2 利用演算求出的濃度、與實際濃度之間發生誤差。同樣地，如圖C3所示，150℃丙酮氣體之場合，使用130℃的吸光係數αace 、 T2 利用演算求出的濃度、與實際濃度之間發生誤差。
更具體而言，由於針對100℃丙酮氣體使用過大的吸光係數αace 、 T2 ，如由式(4)可知，演算濃度被輸出比實際濃度還要小的數值，此外，由於針對150℃丙酮氣體使用過少的吸光係數αace 、 T2 ，演算濃度被輸出比實際濃度還要大的數值，因而發生圖C1及C3所顯示的誤差。
前述的誤差大小，在流通100%濃度丙酮氣體時為最大，在流通0%濃度丙酮氣體時(亦即沒有吸光)為0，此外，濃度與誤差大小存在著線性關係。從而可知，也預先求出100%濃度時的基準溫度以外的吸光係數 αace 、 T1 、αace 、 T3 ，且如果使用這些進行100℃附近、150℃附近的氣體濃度演算的話，則對於任何濃度都能得到誤差少的演算結果。
吸光係數αace 、 T1 以及αace 、 T3 ，與吸光係數 αace 、 T2 同樣地，可以分別由流通100℃及150℃的100%濃度丙酮氣體時的各測定值(T、Ptotal 、I)，依照式(3)及(4)而演算求出。
圖4的表，係顯示測定光波長(LED峰波長(nm))為300nm時各個胞溫度(℃)的吸光係數，如前述作法，使用300nm的測定光，分別對於100℃、130℃、150℃的丙酮氣體，由式(4)求出吸光係數αace 、 T1 、αace 、 T2 、 αace 、 T3 ，且全部收容於記憶體。
又，於前述，係將各溫度下的吸光係數全部收容於記憶體之態樣，但並不以此為限，作成將成為基準的130℃的吸光係數作為基準吸光係數予以收容，同時收容各溫度下的補正係數，使用乘上根據測定溫度被決定的補正係數之吸光係數，進行濃度演算亦可。
此外，於前述說明了分別對於3個溫度T1、T2、T3求出吸光係數之態樣，但本發明之實施型態並不以此為限。藉由使用2個以上任意數的、被賦予關聯至氣體溫度的吸光係數，得以減低取決於氣體溫度所發生的濃度測定誤差。此外，在針對2個溫度T1、T2分別設定吸光係數αT1 、αT2 時，測定溫度於T1與T2之間之場合，也可以藉由將測定溫度代入直交平面座標(T1、αT1 )與(T2、αT2 )連結的直線式而求出吸光係數。
其次，不僅對前述的氣體溫度，也對於測定光的波長，設定不同的吸光係數之態樣加以說明。
圖5係顯示具有3個不同峰波長(297.5nm、300.0nm、以及302.5nm)的測定光的分光光譜A1、A2、A3，以及隨溫度所形成的透過率特性B1、B2、B3之圖。圖5，係於圖2進而追加不同濃度測定裝置的機器差會產生的測定光的分光光譜差異之圖。
此外，圖6係針對氣體的溫度T1、T2、T3以及測定光的波長L1、L2、L3之組合，顯示分別設定的9個吸光係數αace 、 L1 、 T1 、αace 、 L1 、 T2 、αace 、 L1 、 T3 、αace 、 L2 、 T1 、αace 、 L2 、 T2 、αace 、 L2 、 T3 、αace 、 L3 、 T1 、αace 、 L3 、 T2 、 αace 、 L3 、 T3 之表。
如圖5所示，即使是依照相同設計而製作出的濃度測定裝置，測定光的實際峰波長也會有些微不同。這是因為光源(LED)的峰波長自身多與最初時有所不同的緣故。此外，特別是也考慮到紫外線LED的光譜，會由初期的光譜隨使用時間經過而變動。
此場合，將初期被設定的對300nm波長的吸光係數、適用於使用不同波長(在此，為297.5nm及302.5 nm)的測定光時的測定結果來進行濃度演算之場合，有演算濃度上發生誤差之可能性。這是因為，與前述溫度時同樣地，即使相同100%濃度的丙酮氣體，不同測定光波長，會導致透過率不同之緣故。具體而言，如圖5所示，即使於相同100%濃度、130℃丙酮氣體之場合，相對於測定光峰波長為300nm時透過率成為τ2，297.5nm時成為τ4值，302.5nm時成為τ5值。
從而，如圖6所示，藉由預先設定分別根據溫度T1、T2、T3及波長L1、L2、L3而決定的9個矩陣狀的吸光係數，且記憶於記憶體，可以在每種場合下有更為正確的濃度測定。當然，也可以設定9個以上的吸光係數，或是在觀察於矩陣記載的吸光係數之間的數值時，選擇最近的吸光係數，或者，藉由對矩陣的數值進行補正而決定適切的吸光係數亦可。
以此方式，藉由在不同波長L1、L2、L3下使用不同的吸光係數，不論機器差會導致的測定光波長差異都可以進行濃度測定。濃度測定裝置，係可以在進行濃度測定之前，藉由預先進行檢測測定光波長的峰之步驟，而以該裝置決定應該使用的吸光係數。
此外，於前述說明了使用丙酮氣體時的濃度測定，但對於其他種類氣體也同樣地，藉由預先設定賦予關聯至溫度或測定光波長之複數吸光係數，而得以提高濃度測定的精度。進行其他種類氣體的濃度測定之場合，可以前述之方式預先設定吸光係數，但藉由先將丙酮氣體相對的吸光係數收容於記憶體，同時因應氣體種類予以補正吸光係數，而決定該氣體種類相對的吸光係數亦可。
圖7(a)，係顯示圖6所示的丙酮氣體的吸光係數矩陣相對應之、補正因子矩陣之圖。如圖7(a)所示，對於被收容於記憶體之9個丙酮氣體的吸光係數，設定對應於3個溫度與3個測定光波長的組合之9個補正因子(以下稱之為MO因子)。各補正因子，可以藉由將對於測定對象氣體已測定的吸光係數、除以丙酮氣體的吸光係數而求出。以此方式，以9個丙酮氣體的吸光係數作為基準氣體(在此為丙酮氣體)的吸光係數並收容於記憶體，同時藉由對不同測定氣體(在此為有機金屬(MO)氣體)種類設定補正矩陣，而對應於各種氣體，得以更為正確地進行濃度測定。又，不同濃度測定裝置的光學系統設計等所產生的濃度測定誤差，可以於出貨前等，藉由使用基準氣體求出吸光係數之過程而預先校正，抑制出貨後因測定測定氣體濃度時的機器差造成的誤差。
圖7(b)，係顯示MO因子(補正因子)、與溫度及測定光波長的關係之一例之圖。圖7(b)所示之例中，溫度愈高，補正因子愈大；測定光波長愈長，補正因子愈大。這樣的傾向，係相關於具有與圖2所示的丙酮氣體同樣的透過率特性之氣體，在求出補正因子時會顯示的傾向。但是，對於具有不同的透過率特性的氣體，當然會顯示其他傾向。
以上具體說明了根據本發明的實施型態之濃度測定裝置，但本發明並不以前述實施型態為限，在不逸脫本發明的要旨的範圍可以進行種種變更。例如，測定所使用的光，因應不同氣體種類，也可以利用紫外區域以外的波長區域的光。
此外，於前述說明了使用反射構件之反射型濃度測定裝置，但不使用反射構件，而使用以由測定胞的一端側使入射光入射、由測定胞的另一端側取出測定光之方式構成之透過型濃度測定裝置亦可。 [產業上利用可能性]
相關於本發明的實施型態之濃度測定裝置，可適切地利用在半導體製造裝置等，測定種種的氣體濃度。
1:光源 2:胞(cell)本體 3:窗部 4:測定胞 4a:流入口 4b:流出口 4c:流道 5:反射構件 6:準直儀(collimator) 7:測定光檢測器 8:演算電路 9:參照光檢測器 10a:光纖(入射光用) 10b:光纖(射出光用) 20:壓力感測器 22:溫度感測器 50A:氣體單元 50B:電氣單元 100:濃度測定裝置
[圖1] 顯示相關於本發明的實施型態之濃度測定裝置的全體構成之模式圖。 [圖2] 顯示具有300nm的峰波長之發光元件的分光光譜A1，與流通以100℃、130℃、以及150℃下的100%丙酮氣體時的透過率特性B1～B3之圖。 [圖3] 顯示使用一定的吸光係數的場合之氣體溫度導致的誤差發生之圖。 [圖4] 係顯示對應於測定光的波長(300nm)者，分別設定於3個溫度T1(100℃)、T2(130℃)、T3(150℃)的吸光係數之表。 [圖5] 顯示具有3個不同峰波長的測定光的分光光譜A1、A2、A3，以及不同氣體溫度的透過率特性B1、B2、B3之圖。 [圖6] 係顯示3種測定光的波長L1(297.5nm)、L2(300nm)、L3(302.5nm)，以及分別設定於3個溫度T1(100℃)、T2(130℃)、T3(150℃)的9個吸光係數之表。 [圖7] (a)為顯示被設定在各測定光的波長及溫度的補正因子(MO因子)之表，(b)顯示補正因子的傾向之一例。
1:光源
1A,1B:發光元件
2:胞(cell)本體
3:窗部
4:測定胞
4a:流入口
4b:流出口
4c:流道
5:反射構件
6:準直儀(collimator)
7:測定光檢測器
8:演算電路
9:參照光檢測器
10a:光纖(入射光用)
10b:光纖(射出光用)
11:分光鏡
20:壓力感測器
22:溫度感測器
50A:氣體單元
50B:電氣單元
100:濃度測定裝置

Claims (5)

  1. 一種濃度測定裝置，其特徵為具備：具有氣體流通的流道之測定胞，往前述測定胞發出入射光之光源，檢測由前述測定胞射出的光之光檢測器，檢測前述測定胞內的氣體壓力之壓力感測器，檢測前述測定胞內的氣體溫度之溫度感測器，以及根據前述壓力感測器的輸出、前述溫度感測器的輸出、前述光檢測器的輸出、以及預先收容於記憶體的複數吸光係數演算前述氣體的濃度之演算電路；前述演算電路，係以使用根據前述溫度感測器的輸出而由前述複數吸光係數決定之吸光係數來演算濃度的方式構成；前述演算電路，以使用對氣體的每一種類設定的補正因子，補正基準氣體的吸光係數而演算濃度的方式構成。
  2. 如請求項1之濃度測定裝置，其中前述演算電路，係以使用根據前述溫度感測器的輸出，與前述光源發出的測定光的峰波長所決定的吸光係數來演算濃度的方式構成。
  3. 如請求項2之濃度測定裝置，其中以使用對應於3個溫度與3個測定光之峰波長的組合的9個吸光係數之中的任一來演算濃度的方式構成。
  4. 如請求項1至3之任一之濃度測定裝置，其中前述演算電路，以使用被決定的吸光係數α，根據下式求出前述氣體濃度C的方式構成，於下列式，I0為入射至測定胞的入射光的強度，I為通過測定胞的光的強度，R 為氣體常數，T為測定胞內的氣體溫度，L為測定胞的光徑長，P為測定胞內的氣體壓力；C=In(I0/I)×(R．T)/(α．L．P)。
  5. 如請求項1至3之任一之濃度測定裝置，其中前述基準氣體為丙酮氣體。
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