JPH08247938A - 赤外線ガス分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セル窓は一つで済み構造も簡単で且つシ−ル
部が堅牢でガス漏れに対する信頼性も高い赤外線ガス分
析計を提供する。 【構成】 セルブロックに測定ガス流通用の通路１ａと
該通路に対して直角方向に赤外線投射用空間１ｂを設
け、この空間１ｂにセル窓２とハ−フミラ−３と赤外線
光源４をそれぞれ設け、通路１ａに面するように配置し
たセル窓２の該通路１ａを挟んで対向する位置には凹面
鏡５を設け、更に前記ハ−フミラ−３の反射光方向には
検出器６を設けた赤外線ガス分析計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、測定用のセル窓が一
つで構成されガス供給管路（インライン）に直接設置す
ることが可能であり、内部構造も簡単で且つシ−ル構造
も堅牢な赤外線ガス分析計に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料ガス成分を特定の赤外線波長を吸収
させることにより測定する赤外線ガス分析計は、図３に
示すように、光源Ｌの前方に試料ガスを連続的に導入、
排出させる測定セルＣを配置し、該測定セルＣ方向に赤
外線を投射して検出器Ｄで受光しプリアンプＰで増幅
し、試料ガス中の測定成分濃度に応じた赤外線の吸収量
の変化を計測するように構成される。そして前記光源Ｌ
と検出器Ｄとの間に試料セルＣが配置され且つ赤外線を
通過させるという構成上従来の赤外線ガス分析計では少
なくとも２枚のセル窓Ｃ１及びＣ２が必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半導体製造装置におい
ては各種の半導体用特殊材料ガス、例えばモノシラン
（SiH₄）、ホスフィン（PH₃ ）、アルシン（AsH₃）等は
ガスボンベに充填され所定の成分ガス及び各成分濃度を
所定の流量で混合させてから半導体製造装置に供給され
るが、これらのガスは有毒且つ可燃性のものが多く流量
や成分濃度は厳重にチェックする必要がある。或いは病
院等の医療機関で手術を行う際使用される笑気ガスの取
り扱い及び供給量は厳重にチェックされる。かかる有毒
ガスや可燃性ガス或いは取り扱いに慎重を要するガス等
を測定する場合には赤外線ガス分析計がモニタ−として
使用されることが多い。そしてこのような赤外線ガス分
析計で試料ガスを測定かつ制御する場合、測定セル本体
とセル窓との間の気密性は確実に保たれなければならな
い。通常、セル窓としては赤外線をよく透過する光学結
晶材料を用いるが、測定セル（本体）の構造材である金
属（例えば、ステンレスやアルミニウム合金）と接着さ
せたり又はシ−リング部材によりシ−ル構造とする。し
かしながら光学結晶材料と金属部材との接着は難しく該
接着部からのガス（特に有毒ガス）の漏洩がよく問題と
なり、このような漏洩に対する信頼性をいかに確保する
かは常に重要な課題となっている。

【０００４】この発明は上記する課題に着目してなされ
たものであり、セル窓は一つで済み構造も簡単で且つシ
−ル部が堅牢でガス漏れに対する信頼性も高い赤外線ガ
ス分析計を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、この発明は上記す
る課題を解決するために、赤外線ガス分析計が、セル
ブロックに測定ガス流通用の通路と該通路に対して所定
角度（直角方向）方向に赤外線投射用空間を設け、該空
間の前記通路に面するようにセル窓を、該空間の中間部
にはハ−フミラ−を斜方向に、また該空間の端部には赤
外線光源を、それぞれ設け、前記通路に面するように配
置したセル窓の該通路を挟んで対向する位置には凹面鏡
を設け、更に前記ハ−フミラ−の反射光方向には該ハ−
フミラ−で反射した光を受光するよう検出器を設けたこ
とを特徴とする。或いは、前記ハ−フミラ−に代え、
赤外線を透過する支持部材で周囲を支持され且つ遮蔽し
ない範囲の部分から投射される赤外線が直接凹面鏡に達
する程度の大きさの両面ミラ−としたことを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】赤外線ガス分析計を上記手段としたときの作用
について添付図とその符号を用いて説明する。の手段
では、光源４より投射される赤外線はハ−フミラ−３を
通過しセル窓２及び通路１ａを通過して凹面鏡５で受光
される。このとき通路１ａを通過する試料ガスにより特
定波長の赤外線は吸収され凹面鏡５に至る。該凹面鏡５
で受光された赤外線は反射且つ集光されてセル窓２を通
過してハ−フミラ−３で反射し、検出器６に達して試料
ガス成分の濃度が検出される。このとき赤外線は途中の
前記通路１ａで再び試料ガスにより吸収されることにな
る。即ち、光源４より投射された赤外線は検出器６に至
るまでに通路１ａの試料ガスにより二重に吸収されるこ
とになる。またの手段では、光源４より投射される赤
外線は両面ミラ−７で一部は遮蔽され、他はセル窓２及
び通路１ａを通過して凹面鏡５で受光される。このとき
通路１ａを通過する試料ガスにより特定波長の赤外線は
吸収され凹面鏡５に至る。該凹面鏡５で受光された赤外
線は反射且つ集光されてセル窓２を通過して両面ミラ−
７で反射し、検出器６に達する。このとき赤外線は途中
の前記通路１ａで再び試料ガスにより吸収されることに
なる。即ち、光源４より投射された赤外線は検出器６に
至るまでに通路１ａの試料ガスにより二重に吸収される
ことになる。そして検出器６によって試料ガス成分の濃
度が検出される。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例について図面
を参照して説明する。図１はこの発明の赤外線ガス分析
計の内部構造を示す断面図である。セルブロック１には
試料ガス（例えば半導体用特殊材料ガス或いは笑気ガス
等の供給ガス）流通用の通路１ａが穿設されている。該
セルブロック１の両側には図示しないが配管用継手が取
り付けられるように雌ねじが設けてある。前記通路１ａ
に対して所定角度（直角）上方向には赤外線投射用空間
１ｂが穿設され、該空間１ｂの前記測定ガス用の通路１
ａに面する位置にはセル窓２が設置されているが、この
場合、セルブロック１と該セル窓２とは強固に固着さ
れ、例えば金属スパッタリング、鑞付け等により強固に
固着される。また、該空間１ｂの中央部にはハ−フミラ
−３が斜方向（この実施例ではほぼ４５度）に設置され
ている。更に、該空間１ｂの上端部には赤外線光源４が
設置されている。該光源４用のリ−ド線４ａはセル１０
にハ−メチックシ−ルされる。

【０００８】次に、前記セルブロック１の空間１ｂに配
置したセル窓２の通路１ａを挟んで対向する位置には凹
面鏡５が設置されている。この凹面鏡５はセルブロック
１の通路１ａに面する位置に直接形成しても良いし、或
いはセルブロック１に穴を穿設して別個に製作した凹面
鏡５を嵌め込むようにして設置しても良い。

【０００９】また、前記ハ−フミラ−３を設置した空間
１ｂの横方向（該ハ−フミラ−３の前方）にも穴１ｃが
穿設され、ここには前記ハ−フミラ−３で反射した光を
受光するように検出器６が設置されている。該検出器６
としてツイン形の検出器を用いる場合、比較側検出素子
６ａの前部には試料ガスと同一の吸収波長域を有するバ
ンドパスフィルタを、試料側検出素子６ｂの前部には試
料ガスの吸収波長域を全く有しないバンドパスフィルタ
を配置する。或いは比較側にガスフィルタを配置しても
良い。この検出器６の比較側検出素子６ａ及び試料側検
出素子６ｂのそれぞれにプリアンプ６ｃ、６ｄが接続さ
れ増幅して測定するようになっている。

【００１０】この発明の構成は以上のようであるが、次
にその動作について説明する。光源４より投射される赤
外線はハ−フミラ−３を通過しセル窓２及び通路１ａを
通過して凹面鏡５で受光される。このとき通路１ａを通
過する試料ガスにより特定波長の赤外線は吸収され凹面
鏡５に至る。該凹面鏡５で受光された赤外線は反射且つ
集光されてセル窓２を通過してハ−フミラ−３で反射
し、検出器６に達して試料ガス成分濃度が検出される。
このとき赤外線は途中の前記通路１ａで再び試料ガスに
より吸収されることになる。即ち、光源４より投射され
た赤外線は検出器６に至るまでに通路１ａの試料ガスに
より二重に吸収されることになる。またこのとき、ハ−
フミラ−３の表面では約二分の一光量が検出器６に入射
されることになる。そして検出器６は、いずれにも感応
しない比較検出素子６ａ及び測定試料成分のみを検出す
る試料検出素子６ｂとで構成され、各検出素子からの信
号をプリアンプ６ｃ、６ｄにより増幅演算して試料ガス
成分濃度を検出する。

【００１１】図２（Ａ）はこの発明の赤外線ガス分析計
の第２の実施例の内部構造を示す断面図である。この実
施例でもセルブロック１には測定ガス流通用の通路１ａ
が穿設され、該通路１ａに対して所定角度（直角）上方
向には赤外線投射用の空間１ｂが穿設され、該空間１ｂ
の上部端部には赤外線光源４が設置されている。そして
該空間１ｂの前記測定ガス用の通路１ａに面する位置に
はセルブロック１に金属スパッタリング等で強固に固着
されたセル窓２が設置され、該セル窓２に対向する位置
には凹面鏡５が設置されている。図１に示す実施例では
セルブロック１の空間１ａの途中にはハ−フミラ−３を
設置したが、この実施例では前記ハ−フミラ−３の代わ
りに両面ミラ−７が斜方向に設置されている。この場
合、該両面ミラ−７は支持部材８により周囲を支持され
て設置される。また、前記両面ミラ−７の大きさ（直
径）は、図２（Ａ）のＷ矢視図である図２（Ｂ）に示す
ように、光源４から投射される赤外線が該両面ミラ−７
に遮蔽されない範囲の部分９より直進する赤外線が直接
凹面鏡５に達する程度の大きさとしてある。前記支持部
材８としては微細な針金でも良く、或いは赤外線を透過
する樹脂やガラス等であっても良い。

【００１２】この第２の実施例では、光源４より投射さ
れる赤外線は両面ミラ−７で一部は遮蔽され、他はセル
窓２及び通路１ａを通過して凹面鏡５で受光される。こ
のとき通路１ａを通過する試料ガスにより特定波長の赤
外線は吸収され凹面鏡５に至る。該凹面鏡５で受光され
た赤外線は反射し且つ集光されてセル窓２を通過して両
面ミラ−７で反射し、検出器６に達する。このとき赤外
線は途中の前記通路１ａで再び試料ガスにより吸収され
ることになる。即ち、光源４より投射された赤外線は検
出器６に至るまでに通路１ａの試料ガスにより二重に吸
収されることになる。そして検出器６によって試料成分
の濃度が検出される。

【００１３】この発明の赤外線ガス分析計の詳細は以上
のようであるが、この赤外線ガス分析計を設置する通路
の前又は後方に、即ち、セルブロック１に接続する管路
の前後に試料ガスの流量検出器（例えば熱線素子、風速
計を利用したもの）を設けて試料ガス流量とこの発明の
赤外線ガス分析計との両信号をもって上記した半導体用
特殊材料ガス或いは笑気ガス等供給時の安全モニタ−と
して使用することも可能である。即ち、赤外線ガス分析
計の検出器６と試料ガス供給装置及び流量検出器とを制
御装置に接続しておき、該赤外線ガス分析計の検出器６
で検出する数値範囲と別個に設置した流量検出器で検出
する数値がほぼ同一の範囲にあるときは所定量の供給を
続けるように制御装置で制御し、若しいずれかが異常な
数値を示したら試料ガスの供給を停止するように制御す
ることも可能である。

【００１４】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の赤外線
ガス分析計によれば、一つのセル窓で済み構造も簡単で
製作容易な赤外線ガス分析計とすることができる。ま
た、この赤外線ガス分析計は一つのセル窓であることか
らシ−ル部分が少なく堅牢な耐圧性に優れ供給用の管路
（インライン）にも直接設置することができる。更に、
小形かつ安価に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の赤外線ガス分析計の内部構造を示す
断面図である。

【図２】図２（Ａ）はこの発明の赤外線ガス分析計の第
２の実施例の内部構造を示す断面図であり、図２（Ｂ）
は図２（Ａ）のＷ矢視断面図である。

【図３】従来の赤外線ガス分析計の構成概要を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ セルブロック １ａ ガス通路 １ｂ 空間 ２ セル窓 ３ ハ−フミラ− ４ 光源 ５ 凹面鏡 ６ 検出器 ７ 両面ミラ− ８ 支持部材 ９ 赤外線が両面ミラ−に遮蔽されない範囲

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セルブロックに測定ガス流通用の通路と
   該通路に対して所定角度方向に赤外線投射用空間を設
   け、該空間の前記通路に面するようにセル窓を、該空間
   の中間部にはハ−フミラ−を斜方向に、また該空間の端
   部には赤外線光源を、それぞれ設け、前記通路に面する
   ように配置したセル窓の該通路を挟んで対向する位置に
   は凹面鏡を設け、更に前記ハ−フミラ−の反射光方向に
   は該ハ−フミラ−で反射した光を受光するよう検出器を
   設けたことを特徴とする赤外線ガス分析計。
2. 【請求項２】 ハ−フミラ−に代え、赤外線を透過する
   支持部材で周囲を支持され且つ遮蔽しない範囲の部分か
   ら投射される赤外線が直接凹面鏡に達する程度の大きさ
   の両面ミラ−としたことを特徴とする請求項第１項記載
   の赤外線ガス分析計。