JPH11248632A - 調整可能なインゼクタ―を有するプラズマト―チおよびその様なト―チを用いる気体分析装置 - Google Patents

調整可能なインゼクタ―を有するプラズマト―チおよびその様なト―チを用いる気体分析装置

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JPH11248632A
JPH11248632A JP10370101A JP37010198A JPH11248632A JP H11248632 A JPH11248632 A JP H11248632A JP 10370101 A JP10370101 A JP 10370101A JP 37010198 A JP37010198 A JP 37010198A JP H11248632 A JPH11248632 A JP H11248632A
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Martine Carre
マルタン・カール
Eric Coffre
エリック・コッフル
Christian Trassy
クリスティアン・トラシー
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • 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

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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】気体を分析することを目的として気体を励起さ
せるプラズマトーチおよびその様なプラズマトーチを用
いる気体分析装置を提供すること。 【解決手段】気体を分析することを目的とする気体を励
起させるためのこのプラズマトーチは、分析される気体
を供給するためのソースに接続されることを意図する管
状インゼクターおよびインゼクターと同軸で、プラズマ
を発生させることを目的とする対応する供給源に接続さ
れることを意図するプラズマガスを供給するための円筒
形環状チャンネルを規定する外側円筒形スリーブを具備
する。インゼクターの直径は変化し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体を分析するこ
とを目的として気体を励起させることを意図するプラズ
マトーチに関する。
【０００２】本発明は、その様なプラズマトーチを用い
る気体分析装置にもまた関する。
【０００３】
【従来の技術】現在のところ、気体分析技術は、その濃
度が定量されるべきである不純物が分析の前に気体から
抽出される、ろ過、加水分解または散布のような間接技
術である。
【０００４】従って、例えば、ろ過分析技術は、それが
含む不純物を保持することを目的として分析される気体
をろ過するために膜を用いる。次に、これらの不純物は
酸溶液中に溶解され、次いで、その性質および濃度を定
量することを目的として、例えば分光分析により分析さ
れる。
【０００５】これらの従来の分析技術は多数の欠点を有
している。
【０００６】何よりもまず、その性質のため、および特
に分析される粒子を抽出する工程が存在するために、こ
れらの技術は連続的に分析される気体の品質については
適切でない。
【０００７】その上、それらは比較的不正確な結果を与
える。と言うのは、これらの技術は得られる試料の全体
量に対応する平均濃度値を与えるのみであるからであ
る。それゆえ、それらは、検出される濃度について瞬間
の変化を与えない。
【０００８】加えて、一部の不純物粒子は、その様な技
術を用いて気体から抽出され得ない揮発性化合物の形態
を取りやすい。得られる結果は、この様に、実際より少
なく見積もられやすい。
【０００９】最後に、これらの技術は気体を汚染する些
細なとはいえない危険を伴い、比較的複雑な装備を必要
とする。
【００１０】直接気体分析技術を用いることによりこれ
らの欠点を改善することが試みられてきた。
【００１１】この技術によれば、分析される気体試料
は、試料中に存在する化学種を遊離原子に解離し、次い
で励起し、場合に応じて得られた原子をイオン化するこ
とが可能な、プラズマのような熱源に導入される。次
に、これらの励起された原子は、それらが発光するさま
ざまな波長を測定することにより、または、もしそれら
がイオン化されているならば、それらの質量を測定する
ことにより検出される。
【００１２】この技術は気体が連続的に分析されること
を可能とするけれども、それもまた、特にプラズマを発
生させるために用いられる誘導子近くのローレンツ力の
作用により作り出される気体再循環運動のために多数の
欠点を有する。
【００１３】これらの再循環運動は、気体をプラズマの
周辺にもたらし、分解生成物をトーチ上に堆積させ、そ
れゆえ、光学的検出を妨げ、並びに誘導コイルとプラズ
マとの間のエネルギー移動を変化させて、後者の望まし
からぬ汚染を引き起こす。
【００１４】更に、この周辺領域における気体の流れは
より少なく励起され、それにより測定の精度を下げる働
きをする。
【００１５】この主題について本出願人によりなされた
研究は、さらに、分析される気体の性質に依存して（例
えば、それが２原子気体であるかないかに依存して）、
分析される気体をこのプラズマに導入するときプラズマ
が吹き飛ばされるという重要な危険が存在することを例
証した。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上述の
欠点を克服することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の主題
は、特に、分析される気体を供給するためのソースに接
続されることが意図される主管の形態で形成されたイン
ゼクターおよび２重壁を備え、インゼクターと同軸であ
り、その連続した内壁および外壁の間にスリーブの出口
でプラズマを発生させることを目的として対応する供給
源に接続されることを意図するプラズマガスを供給する
ための円筒形環状チャンネルを規定する外側円筒形スリ
ーブを具備し、前記インゼクターの直径が変化し得るこ
とを特徴とする、気体を分析することを目的として気体
を励起させるためのプラズマトーチである。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明によるプラズマトーチはさ
らに１以上の以下の特徴を含み得る。
【００１９】−以下の形状を採用することにより少なく
とも２つの値を取って、インゼクターの直径は変化し得
る、すなわち、インゼクターは少なくとも２本の同軸管
から形成され、一方は内側で他方は外側であり、内側管
は外側管の内部を垂直にスライドすることが可能であ
る。
【００２０】−本発明の態様の１つによれば、注入管の
直径は、０．８から３ｍｍの範囲内に存在する。
【００２１】−本発明の態様の１つによれば、注入管の
直径は、１．３から２ｍｍの範囲内に存在する。
【００２２】−前記インゼクターは、主管と同軸で、２
つの同軸チャンネル、すなわち内側および外側同軸チャ
ンネルを規定する付加的な外管を含み、それぞれ、これ
らの一方は分析される気体をトーチに供給することが意
図され、他方は、プラズマにおいて分析される前記気体
をガイドするための気体をトーチに供給することが意図
される。
【００２３】−前記プラズマガスおよび／または前記ガ
イド気体は、アルゴンもしくはヘリウムもしくはプラズ
マを作り出すことが可能ないずれか他の気体またはその
様な気体の混合物を含む。
【００２４】−スリーブの外側壁はトーチの外側壁を形
成する。
【００２５】−トーチは、トーチの外側壁の末端面の近
くに配置され、プラズマガスの経路において電磁場を作
り出し、前記気体において前記プラズマを作り出すこと
を目的として高周波数電源に接続されるコイルを含む。
【００２６】−さらにトーチは、前記スリーブと同軸で
スリーブの内側に存在する中間円筒管を含み、その内側
壁とその外側壁との間に、中間円筒管およびスリーブの
外側壁は、固形堆積物からトーチの外側壁の内部表面を
シールドするための気体を供給するためのチャンネルを
規定する。
【００２７】−シールド気体を供給するための前記チャ
ンネルは、揮発性化合物を形成するために、トーチの外
側壁上に形成されやすい固体堆積物と反応するのに適切
な化合物を含む気体を供給するためのチャンネルを形成
する。
【００２８】また、本発明の主題は、プラズマガスを供
給するためのソースに分析される気体を供給するための
ソースに接続され、有利には、プラズマガスにおけるト
ーチの出口で発生するプラズマにおいて分析される気体
をガイドするための気体のソースにもまた接続される上
記定義のプラズマトーチおよびプラズマにおいて存在す
る不純物により発光する光の強度を測定することが可能
であり、光の強度の測定値及びプロセシングユニットに
関連するメモリーにおいて貯蔵され、先の較正により得
られる少なくとも１つのあらかじめ決められた対照値か
ら不純物の濃度を計算するための手段を含むプロセシン
グユニットに接続される光学的検出手段を含むことを特
徴とする気体分析装置である。
【００２９】１つの特定の特徴によれば、その分析装置
は、標準試料の製造のためのユニットを含み、 −１以上の元素の溶解した塩の溶液のソース、 −噴霧ユニット、 −溶媒除去ユニット を具備し、製造ユニットの１つの出口は分析される気体
をトーチに供給するためのチャンネルに接続される。
【００３０】
【実施例】更なる特徴および利点は、例として与えら
れ、添付の図面を参照する以下の記載から明らかになる
であろう。
【００３１】−図１は、先行技術によるプラズマトーチ
の概略の軸方向断面図を示す。
【００３２】−図２は、２つの同心管を用いることによ
り本発明による変化し得る直径を有するインゼクターの
部分的軸方向断面図を示し、その内側管はその外側管内
を垂直にスライドすることが可能である。
【００３３】−図３は本発明によるプラズマトーチの軸
方向断面図を示し、そのインゼクターはプラズマにおい
て分析される気体をガイドするための気体の使用を可能
とする。
【００３４】−図４は本発明による気体分析装置の概略
図である。
【００３５】−図５は、濃度の関数として粒子の光強度
における変化を例示する曲線を示す。
【００３６】−図６は、本発明によるプラズマトーチの
概略の軸方向断面図を示し、それは、スリーブの中にシ
ールド気体の使用を可能とする中間管を含む。
【００３７】図１において示されているのは、遊離原子
を発生させ、不純物の濃度を定量することを目的として
このように得られる原子を励起させるために不純物を含
む気体の化学種を解離することを意図するプラズマトー
チである。
【００３８】例えば、分析される気体は、ハライドまた
はフッ素化気体のような半導体製造の分野において用い
られる気体からなり、不純物は、ニッケル、鉄、マンガ
ンなどのような金属元素からなる。
【００３９】図１は、一般的な参照番号１０により示さ
れるプラズマトーチを示し、管の形態で形成された中央
インゼクター１２、２重壁を備えた（２８／３０）外側
円筒形スリーブ１４、および高周波数電源１８に接続さ
れたコイル１６を含む。
【００４０】インゼクターの壁２０は、内部で、分析さ
れる気体をトーチ１０に供給するためのソースに接続さ
れることを意図するチャンネル２６を規定する（ソース
はこの図においては示されていない）。
【００４１】それゆえ、スリーブ１４は、内側壁２８お
よび内側壁２８の自由末端を超えて伸びる外側壁３０を
有することが図１において見られ得る。これらの壁は、
例えば溶融シリカのような、すなわち高温に耐えること
が可能な、考えられる用途にとって適切な材料で作られ
る。
【００４２】それらの間のスリーブ１４の内側および外
側壁は、スリーブの出口でプラズマを発生させることを
目的として、例えばアルゴンのようなプラズマガスを供
給するためのソースに、実施において、接続される円筒
形環状チャンネル３２を規定する。
【００４３】スリーブの連続外側壁３０はトーチ１０の
外側壁を形成し、その末端面近くにコイル１６を装備す
る。すでに言及された様に、後者は、５ＭＨｚないし１
００ＭＨｚの周波数で電流をコイルに供給することが可
能な通常の高周波数電源に接続されている。
【００４４】電源１８の作用により、コイルは、通常の
様に、トーチ１０の軸Ｘ−Ｘ’に向かって放射状に減少
する電磁場を発生させる。
【００４５】たとえば２０リットル／分の流量で環状チ
ャンネル３２を経由して供給されるプラズマガスは、電
磁場がほぼその最大値を有する領域に送られる。この場
は、その荷電された粒子を加速することによりプラズマ
ガス中にプラズマを作り出す。
【００４６】すでに言及した様に、そして図１において
矢印Ｆ１により示される様に、プラズマは、荷電された
粒子に適用されるローレンツ力の効果により再循環運動
を受ける。これらの力の効果により、気体の速度は軸領
域において消極的である、すなわち、粒子は、気体流動
方向に関して、トーチの上流に向かう方向において動
き、この運動は、分析される気体の導入の反対である。
【００４７】更に、軸Ｘ−Ｘ’について放射状にずれる
領域において、これらの力は分析される気体を周辺領域
に送り込む傾向がある。
【００４８】図１において見られ得る様に、分析される
気体は、通常数ｍｌ／分から数百ｍｌ／分台の流量で軸
領域において矢印Ｆ２により示される方向において内側
供給チャンネル２６に導入される。
【００４９】最後に、以下で詳細に記載されるであろう
が、光電検出装置３４が、励起された不純物の粒子によ
り発される放射の波長の値から気体における不純物の濃
度を計算するプロセシングユニット３６に接続されるこ
とが図１においてみられる。
【００５０】図２においてみられるものは、本発明によ
る可変直径インゼクターの１つの態様である。
【００５１】ここでのインゼクター１２は、２本の同軸
管、すなわち外側管（２０）および内側管（９０）から
形成され、内側管９０は外側管の中を垂直にスライドす
ることが可能である。
【００５２】ここで示される態様の事例においては、こ
のスライディング効果は、マイクロシリンダー９２上に
働く空気圧作動体（ニューマティックアクチュエーショ
ン）９１により得られる。
【００５３】マイクロシリンダーのロッドおよび内側管
９０に固定される付属片（アタッチメントピース）９３
が存在することもまたこの図においては注意されるであ
ろう。
【００５４】従って、直前に記載された機構によりマイ
クロシリンダーにより駆動されるこの内側管は、外側管
２０の内部を垂直にスライドし得る。
【００５５】従って、この態様によれば、インゼクター
は２つの形状を採用し得ると考えられ得る。すなわち、 −その上方末端がそのとき、外側管の上方末端のレベル
に押し戻される内側管９０の高い位置。分析される気体
が注入され、次いでインゼクターの内側管の「小さな」
直径を経由してプラズマに入る。
【００５６】−その上方末端がそのとき外側管の上方末
端の下に位置する内側管９０の低い位置（その様な低い
位置の例が図２において示されている）。分析される気
体が注入され、次いで、インゼクターの外側管の「大き
な」直径を経由してプラズマに入る。
【００５７】内側管の上方末端が外側管の上方末端に関
して低くなる量は、典型的には１から２ｃｍ台の大きさ
であろう。
【００５８】当業者にとっては明白に明らかであろう
が、ここで示されるインゼクターは２本の同軸管２０お
よび９０からなるインゼクターであり、注入点の直径が
２つの値の間で変化することを可能とするが、本発明の
範囲からまったく逸脱することなく、インゼクターは、
最も外側の管の内部の管のスライドクリアランスに依存
して注入点の直径がいくつかの可能な値にわたって変化
することを可能とする（３以上の）いく本かの同軸管か
らなる構造を有し得ることが考えられ得る。
【００５９】図３において示されるものは、本発明によ
るプラズマトーチのもう１つの態様である。
【００６０】図３において示される態様の場合において
は、ここでのトーチは、上記の発明の有利な態様の１つ
にしたがって、主管２０と同軸で、したがって２つの同
軸チャンネルの内側および外側同軸チャンネルの範囲を
定める付加的な外管２２を具備する幾分か特別の中央イ
ンゼクター１２を含み、それぞれ、チャンネルの一方は
分析される気体をトーチに供給することを意図し、他方
はプラズマにおいて分析される前記気体をガイドするた
めの気体をトーチに供給することを意図することが注意
されるであろう。
【００６１】本出願人によりなされた研究は、実際、そ
の様な形状は壁２０に対して内側の管の内部に分析され
る気体を送るために有利であり、一方、「ガイド」気体
はインゼクターの付加壁２２と主管２０との間の中間環
状スペースに送られることを例証した。
【００６２】ガイド気体は、例えば、数百ｍｌ／分台の
流量で送られ、したがってプラズマＰにおいて分析され
る気体をガイドする。従って、このガイド作用は分析さ
れる気体上のローレンツ力の作用に反対に働き、したが
って分析される気体が反れることを防止する働きをする
（すなわち試料全体がプラズマに達することを保証する
ようにである）。
【００６３】更にその上、矢印Ｆ３により示される様
に、その組成が完全に制御されるガイド気体は、分析さ
れる気体の代わりにトーチの周辺に寄せられるので、従
って、分析される気体の組成の一部を形成する粒子は、
適切にガイド気体を選ぶことにより外側壁３０上に堆積
することが防止される。有利には、ガイド気体はヘリウ
ムまたはアルゴンまたはその様な気体の混合物を含む。
【００６４】本発明の場合においては、インゼクターの
内部のガイド気体の注入は任意であることが理解される
であろう。
【００６５】有利には、スリーブの末端面からプラズマ
Ｐの近位端にずらすようにアルゴンの流れをスリーブ２
８／３０とトーチのインゼクターとの間の間隙に注入す
ることが可能である。
【００６６】当業者にとっては明白に明らかであろう
が、この図は、分析される気体およびプラズマにおいて
分析される気体をガイドするための気体の注入を可能と
する２重壁を備えた管状インゼクターを示す。
【００６７】しかしながら、わかるように、比較的雑然
としている図の見易さのために、本発明による分析され
る気体の注入の直径を変化させる手段はここでは示され
なかった。
【００６８】従って、分析される気体のための単一の注
入管２０は、例えば、外側管２０に同軸でこの外側管２
０の内部をスライドすることが可能な内側管（図２にお
ける態様）の存在を示すことなく示される。と言うの
は、その様な例示はこの図３を過剰に込み入らせるであ
ろうと考えられるからである。
【００６９】気体分析装置はこれから図４を参照して記
載される。
【００７０】この図は、例えば高周波数電流発生装置５
６と結びついた図１および２のコンテキストにおいて記
載されるトーチと同様のもののような本発明によるプラ
ズマトーチ５４およびそれ自体プロセシングユニット６
０に接続される光検出装置５８を含む、模式的に示され
た分析装置を示す。
【００７１】この図は、トーチ５４の外側円筒形スリー
ブは好ましくは大気圧またはわずかに減少した圧力でプ
ラズマを作り出すためにアルゴン（Ａｒ）が供給される
ことを示す。
【００７２】更にその上、プラズマへの分析される気体
の導入を可能としなければならないので、インゼクター
６２は、アルゴンのような不活性気体を供給される第１
の入口６６を具備し、分析される気体のエントレインメ
ントの速度を増加させることを可能とする第１のミキサ
ー６４および第２のミキサー７０の出口に接続される第
２の入口６８に接続される。
【００７３】この第２のミキサーは、分析される気体Ｇ
が供給される第１の入口７２および標準試料の製造のた
めのユニット７５の出口に接続される第２の入口を有
し、そのユニットは、 −１以上の元素の溶解した塩の溶液のソース８０、 −噴霧ユニット７８、 −溶媒除去ユニット７６ を具備し、ユニット７５の１つの出口は分析される気体
をトーチに供給するためのチャンネルに接続される。
【００７４】ユニット７６はユニット７８から来るエア
ロゾルを入れることを可能とする入口を有する。
【００７５】その上、ユニット７８は、アルゴンのよう
な不活性気体を入れることを可能とする気体入口８６を
有する。
【００７６】分析装置を較正するために、既知の濃度
で、定量される元素のそれに最も近い所定の（液体、固
体または気体の）形態において測定される元素が気体Ｇ
の試料に導入される。従って、気体において、汚染元素
は固体または気体形態であり得るし、よりまれには液体
形態であり得る。しかしながら、化学気体においてしば
しば存在する固体粒子は１ミクロン未満のサイズを有す
ることが知られている。その様なサイズで、これらの粒
子は急速に気化し、アルゴンプラズマ中で、気体性化合
物により発生するのと同一の光の強度を発生させる。
【００７７】従って、例示として、所定の金属元素によ
り分析装置を較正するために、典型的には水蒸気、溶媒
および問題の粒子を含むエアロゾルが噴霧ユニット７８
により問題の金属性不純物の塩の溶液８０から発生す
る。
【００７８】気体（例えばアルゴン）の流入８６はこの
エアロゾルを溶媒除去ユニットに輸送する。
【００７９】ついで、水および可能な溶媒（これは出口
８２を経由してユニット７６から除去される）を気化
し、凝縮させるためにエアロゾルガスを加熱することに
おいて起こるユニット７６における溶媒除去操作が続
き、このようにして特に試料８０における粒子の濃度に
依存して制御された含有量で最初に導入され、この時乾
燥されるかまたは実質的に乾燥される粒子を輸送する気
体を回収することを可能とする。
【００８０】噴霧／溶媒除去により金属粒子の試料を作
り出すことについてのより細かな詳細については、読者
は以下の論文、すなわち、１９８１年、フランス、リヨ
ン市、クロード・ベルナール大学の博士論文、Ｃ．エル
ーによる「アナリズ・ド・トラス・デレマン・ダン・レ
・ガーズ・パー・スペクトロスコピー・デミスィオン・
ニューティリザン・タン・プラズマ・ＨＦ（ＨＦプラズ
マを用いる発光分光分析による気体中の痕跡元素の分
析）」または学術雑誌高温化学プロセス（Ｈｉｇｈ Ｔ
ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅ
ｓｓｅｓ）第２巻、４３９〜４４７ページ（１９９３
年）におけるＣ．トレーシー（Ｔｒａｓｓｙ）らの名義
の論文を参照し得る。
【００８１】このように作り出された標準試料は、いず
れの不純物も存在しない気体Ｇと同様の気体またはアル
ゴンによりプラズマＰに向けられる。
【００８２】不純物により発される光の強度は光検出装
置５８（モノクロメーターおよび／またはポリクロメー
ター）により検出され、次いで、分析ユニット６０のメ
モリー８４において貯蔵される。
【００８３】分析装置を較正した後、気体Ｇはミキサー
７０に送られ、プラズマＰに注入される。
【００８４】気体Ｇにおける不純物により発される光の
強度は次いで分析ユニット６０に送られる。
【００８５】この分析ユニットは、測定される不純物の
検出された光の強度をあらかじめ得られておりメモリー
８４において貯蔵されてある対照値と比較するための通
常の計算手段を有する。
【００８６】従って、気体Ｇにおいて含まれる粒子の正
確な濃度は、例えば、その対応するシグナルが気体Ｇか
ら測定される値と同一である波長および強度を有する試
料の同定により得られる。
【００８７】当業者にとって周知である様に、（いわゆ
る「計量付加（ｍｅｔｅｒｅｄ ａｄｄｉｔｉｏｎ
ｓ）」の方法）、変形として、プラズマにおける粒子の
光強度Ｉを後者における粒子の濃度Ｃに結び付ける関数
の計算から気体Ｇにおける粒子の濃度Ｃを定量すること
もまた可能である（図５）。
【００８８】実際、所定のタイプの粒子を欠いている気
体について、すなわちその濃度がゼロであるとき、対応
する波長での光の強度がゼロであることが知られてい
る。従って、濃度Ｃ１の試料と混合された純粋な気体に
より発される光強度Ｉ１の単独の測定から強度Ｉを濃度
Ｃと結び付ける曲線Ａの傾きを定量することは可能であ
る。
【００８９】更にその上、同一のプラズマ状態につい
て、特に同じプラズマ温度について、気体から得られ、
強度Ｉを不純物の濃度Ｃと結び付ける曲線Ｂの傾きは、
純粋状態における同じ気体から得られた曲線Ａのそれと
同一であることが知られている。
【００９０】従って、粒子の未知の濃度Ｃp を有する分
析される気体Ｇを測定するために、必要とされる全ての
ことは、この気体に試料８０から採取された既知の濃度
Ｃ２を有する粒子を加え、対応する強度Ｉ２を測定する
ことである。従って、濃度Ｃp の値は、分析ユニット６
０の計算手段を用いて曲線Ｂを外挿することにより得ら
れる。
【００９１】図４のコンテキストにおいて記載される分
析装置を用いての本出願人によりなされた研究では、ア
ルゴンまたは代わりにヘリウムまたは窒素のような不活
性気体であった分析される気体において金属性不純物を
分析する場合および３原子性気体または４原子以上を含
む気体において金属性不純物を分析する場合の両方にお
いて、単原子性または２原子性である分析される気体の
場合においては０．８から２ｍｍおよび好ましくは１．
３ｍｍから１．７ｍｍの範囲内にある注入管直径を用い
ることが有利であり、一方、（シランまたは代わりにア
ンモニアのような）３原子性であるかまたは４原子以上
を含む分析される気体については、注入管直径は１から
３ｍｍ、しかし好ましくは１．８から２．３ｍｍの範囲
内にあることを例証することを可能とした。
【００９２】これらの直径範囲は指標として与えられ、
系および実験について用いられる操作周波数の全体のジ
オメトリーを考慮して、もしこれらのパラメーターが修
正されるべきであるならば、それは適合させるべきこと
が理解されるであろう。
【００９３】最後に、そしてそれほど詳細でない様式に
おいて、図６は、スリーブの内部に中間管を含む本発明
によるプラズマトーチの概略の軸方向断面図を示す。
【００９４】図６において示されるトーチは、実際、ス
リーブの外側壁および内側壁（４２Ａおよび４２Ｂ）の
間に存在するスリーブ４２と同軸の中間管４０を有し、
中間管４０およびスリーブの外側壁４２Ａは固体堆積物
に対してトーチの外側壁（４２Ａ）をシールドするため
の気体を供給するためのチャンネル４５を規定する。
【００９５】更にその上、図６において示されるトーチ
は、高周波数電源４８により供給され、トーチの末端面
近くに配置されるコイル４６およびプロセシングユニッ
ト５２に接続された光検出装置５０を備える。
【００９６】見易さのために、連続する間隙４２Ａ／４
０／４２Ｂは故意に誇張されており、管４０は実際に
は、トーチの外側壁４２Ａに極めて近接している（大き
さの程度は１ｍｍまたは更に０．１ｍｍである）。
【００９７】それゆえ、供給チャンネル４５は、揮発性
化合物を形成させるためにトーチの外側壁４２Ａの内部
表面上に堆積しやすい種と反応することが可能なシール
ド気体を供給するためのソース（図示せず）に接続され
る。
【００９８】従って、例として、もし分析される気体
が、半導体製造分野において用いられる気体であるシラ
ン（ＳｉＨ4 ）を含むならば、シールド気体は、場合に
応じてアルゴンと混合され、ＳｉＣｌ4 を形成するよう
にケイ素と反応する塩素を含む。後者の化合物は揮発性
種であるので、従って、ケイ素系の沈殿は避けられる。
【００９９】図６において示される態様の場合において
は、ここでのトーチは、一方で分析される気体および他
方で「ガイド」気体を注入するための２重壁（３８Ａ、
３８Ｂ）を有する中央インゼクター３８を含むことが注
意されるべきである。
【０１００】インゼクターにガイド気体が注入されるこ
とを可能とする構造はここでは再び言及されない。
【０１０１】ここでまた、有利には、スリーブの末端面
からプラズマＰの近位端をずらすように図６において示
されるトーチのスリーブとインゼクターとの間の間隙に
アルゴンの流れを注入することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行技術のプラズマトーチの軸方向断面図であ
る。
【図２】本発明によるインゼクターの部分的軸方向断面
図である。
【図３】本発明によるプラズマトーチの軸方向断面図で
ある。
【図４】本発明による気体分析装置の概略図である。
【図５】濃度の関数として粒子の光の強度における変化
を例示する線図である。
【図６】本発明によるプラズマトーチの軸方向断面図で
ある。
【符号の説明】
１０，５４…プラズマトーチ １２，３８，６２…中央インゼクター １４…外側円筒形スリーブ １６，４６…コイル １８，４８，５６…高周波数電源 ２０…インゼクターの壁 ２２…付加的な外管 ２６…チャンネル ２８…内側壁 ３０…外側壁 ３２…円筒形環状チャンネル ３４，５０，５８…光電検出装置 ３６，５２，６０…プロセシングユニット ３８Ａ，３８Ｂ…ガイド気体を注入するための２重壁 ４０…中間管 ４２…スリーブ ４２Ａ…スリーブの外側壁 ４２Ｂ…スリーブの内側壁 ４５…シールド気体を供給するためのチャンネル ６４…第１のミキサー ６６…インゼクターの第１の入口 ６８…インゼクターの第２の入口 ７０…第２のミキサー ７５…標準試料製造のためのユニット ７６…溶媒除去ユニット ７８…噴霧ユニット ８０…溶液のソース ８４…メモリー ８６…気体入口 ９０…インゼクターの内側管 ９１…空気圧作動体 ９２…マイクロシリンダー ９３…アタッチメントピース Ａ，Ｂ…曲線 Ｃ…粒子の濃度 Ｆ１…プラズマの再循環運動 Ｆ３…ガイド気体 Ｇ…分析される気体 Ｉ…光の強度 Ｐ…プラズマ Ｘ−Ｘ’…トーチの軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・コッフル フランス国、78190 トラップ、リュ・カ ルノー、６ (72)発明者 クリスティアン・トラシー フランス国、38402 サン−マルタン−デ ール、リュ・ドゥ・ラ・ピッスィーヌ 1340、ラボラトワール・イーピーエム・イ ーエヌエスエイチエムジー内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 分析される気体を供給するためのソース
    に接続されることを意図する主管の形態で形成されるイ
    ンゼクター、および２重壁を備え、該インゼクターと同
    軸であり、その連続する内側および外側壁の間にスリー
    ブの出口でプラズマを発生させることを目的として対応
    する供給源に接続されることを意図するプラズマガスを
    供給するための円筒形環状チャンネルを規定する外側円
    筒形スリーブを含み、前記インゼクターの直径が変化し
    得ることを特徴とする、気体を分析することを目的とす
    る気体を励起させるためのプラズマトーチ。
  2. 【請求項２】 以下の形状、すなわち、前記インゼクタ
    ーが、１本の外側管および少なくとも１本の他の内側管
    の少なくとも２本の同軸管から形成され、前記少なくと
    も１本の内側管は外側管の内部を垂直にスライドするこ
    とが可能であることを採用することにより、前記インゼ
    クターの直径は少なくとも２つの値を取って変化し得る
    ことを特徴とする請求項１記載のプラズマトーチ。
  3. 【請求項３】 そのロッドがそれ自体前記内側管に固定
    される付属片に接続されるマイクロシリンダー上に作用
    することが可能な空気圧作動体を含み、従って、前記の
    少なくとも内側管が前記外側管の内部をスライドするこ
    とを可能とすることを特徴とする請求項２記載のプラズ
    マトーチ。
  4. 【請求項４】 前記インゼクターの直径が１から３ｍｍ
    および好ましくは１．８から２．３ｍｍの範囲にあるこ
    とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の
    プラズマトーチ。
  5. 【請求項５】 前記インゼクターの直径が０．８から２
    ｍｍおよび好ましくは１．３から１．７ｍｍの範囲にあ
    ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記
    載のプラズマトーチ。
  6. 【請求項６】 前記インゼクターは主管と同軸の付加的
    な外管を含み、内側および外側の同軸チャンネルの２つ
    の同軸チャンネルを規定し、それぞれ、これらの一方は
    分析される気体をトーチに供給することを意図し、他方
    はプラズマ中で分析される前記気体をガイドするための
    気体をトーチに供給することを意図する請求項１ないし
    ５のいずれか１項記載のプラズマトーチ。
  7. 【請求項７】 スリーブの外側壁がトーチの外側壁を形
    成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１
    項記載のプラズマトーチ。
  8. 【請求項８】 前記プラズマおよび／またはガイド気体
    がアルゴンおよび／またはヘリウムを含むことを特徴と
    する請求項１ないし７のいずれか１項記載のプラズマト
    ーチ。
  9. 【請求項９】 さらに、スリーブの外側壁と内側壁との
    間に存在する前記スリーブと同軸の中間管を含み、該中
    間管とスリーブの外側壁とは固形堆積物からスリーブの
    外側壁の内部表面をシールドするための気体を供給する
    ためのチャンネルを規定することを特徴とする請求項１
    ないし８のいずれか１項記載のプラズマトーチ。
  10. 【請求項１０】 シールド気体を供給するための前記チ
    ャンネルは、揮発性化合物を形成するためにスリーブの
    外側壁上に堆積しやすい固体粒子と反応するのに適切な
    化合物を含む気体を供給するためのチャンネルを形成す
    ることを特徴とする請求項９記載のプラズマトーチ。
  11. 【請求項１１】 プラズマガスを供給するためのソース
    に分析される気体を供給するためのソースに接続され、
    もし必要とされるならば、プラズマガスにおいてトーチ
    の出口で発生するプラズマにおいて分析される気体をガ
    イドするための気体のソースに接続される請求項１ない
    し１０のいずれか１項記載のプラズマトーチおよびプラ
    ズマにおいて存在する不純物により発される光の強度を
    測定することが可能であり、光の強度の測定値およびプ
    ロセシングユニットに関連するメモリーにおいて貯蔵さ
    れ、先立つ較正により得られる少なくとも１つのあらか
    じめ決められた対照値から不純物の濃度を計算するため
    の手段を含むプロセシングユニットに接続されている光
    学的検出手段を具備することを特徴とする気体分析装
    置。
  12. 【請求項１２】 さらに標準試料の製造のためのユニッ
    トを含み、それは −１以上の元素の溶解した塩の溶液のソース、 −噴霧ユニット、 −溶媒除去ユニット を具備し、製造ユニットの１つの出口が、分析される気
    体をトーチに供給するためのチャンネルに接続されるこ
    とを特徴とする請求項１１記載の分析装置。
JP10370101A 1997-12-29 1998-12-25 調整可能なインゼクタ―を有するプラズマト―チおよびその様なト―チを用いる気体分析装置 Pending JPH11248632A (ja)

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