KR20170103779A - 광학적 가스 농도측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법 - Google Patents

광학적 가스 농도측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법 Download PDF

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마사아키 나가세
코지 니시노
노부카즈 이케다
미치오 야마지
시게토시 수가와
리히토 쿠로다
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가부시키가이샤 후지킨
고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠
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Abstract

[과제] 간단한 수단으로 극미량 영역의 농도까지 비파괴로 정확 또한 신속하게 소정의 화학성분의 농도를 측정할 수 있는 농도 측정 방법, 및, 피측정 대상중의 화학성분의 농도를 정확·신속하게 또한 나노 오더의 극미량 농도영역까지 실시간으로 측정할 수 있고, 여러가지 모양과 형태에 있어서 구현화될 수 있는 만능성을 구비하는 농도 측정 방법을 제공한다. [해결 수단] 피측정 대상에 대해서의 광흡수율이 다른 제1 파장의 광과, 제2 파장의 광을 피측정 대상에 각각 타임 셰어링법으로 조사하고, 각 파장의 광의 해당 조사에 의해 피측정 대상을 광학적으로 통해 오는 각 파장의 광을 공통의 수광 센서에서 수광하고, 해당 수광에 따라서 상기 수광 센서로부터 출력하는 제1 파장의 광에 관한 신호와 제2 파장의 광에 관한 신호의 차동신호를 형성하고, 해당 차동신호에 근거해서 피측정 대상에 있어서의 화학성분의 농도를 도출한다.

Description

광학적 가스 농도측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법{OPTICAL GAS CONCENTRATION MEASUREMENT METHOD, AND METHOD FOR MONITORING GAS CONCENTRATION BY SUCH METHOD}
본 발명은, 기체(가스)중의 소정의 화학성분의 농도에 관한 광학적 가스 농도측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법에 관한 것이다.
반도체의 제조에 있어서는, 반도체 제조장치의 처리 쳄버내에 동일 라인으로부터 혼합 가스를 공급하는 것이 자주 행해진다. 이 혼합 가스의 공급에 있어서는, 성분 가스의 혼합비를 처리 프로세스 기간중 일정하게 유지하거나, 의도적으로 순시에 변경하거나 할 필요가 있다. 그 때문에, 가스 공급 라인중에 가스 유량 계측기구·가스 유량 조정 기구를 구비한, 예를 들면 플로 콘토롤 시스템 콤포넌트(FCSC)등의 유량제어장치가 배설된다. 이 FCSC에 있어서는, 혼합 가스를 구성하는 각 성분 가스의 단위시간당의 유량(이후, 「단위유량」이라고 적는 경우가 있다)이 어느 정도 정확하게 계측할 수 있는지가 중요해진다.
오늘과 같이, 원자 오더 레벨로부터 나노 오더 레벨에서의 성막 혹은 에칭과 같은 처리 프로세스의 실시 기회가 많은 반도체 제조 프로세스에 있어서는, 처리 쳄버에의 도입 직전의 혼합 가스중의 각 성분 가스의 단위유량을 미량영역까지 정확하게 또한 순시에 계측하는 것이 필요하다.
종래의 유량제어장치에서는, 혼합전의 단일성분 가스에서의 유량을 계측하고, 그 유량계측값으로부터 혼합 가스의 목적의 혼합비를 산출하는 것이 일반적이다.
그러나, 처리 쳄버에 도입되는 시점에서의 혼합 가스의 혼합비(이후, 「실제 혼합비」라고 적는 경우가 있다)가, 유량계측값으로부터 산출된 혼합비(이후, 「계측혼합비」라고 적는 경우가 있다)와 프로세스 실행중 항상 동일하다고 하는 보증이 반드시 있는 것은 아니다. 그 때문에, 종래에 있어서는, 각 단일성분 가스의 유량계측을, 상시 혹은 소정의 시간간격으로 실시하고, 어느쪽인가의 단일성분 가스의 유량이 변동하면 그 변동 값을 기초로 원래의 소정의 혼합비가 되도록 각 단일성분 가스의 유량을 조정하는 피드백 기구를 구비하고는 있다(예를 들면, 특허문헌1).
한편, 비분산식 적외선 흡수 방식에 의해 재료 가스의 분압을 측정하는 분압측정 센서를 사용하여, 이 센서의 분압계측값에 근거해서 재료 가스의 농도를 연산으로 산출하는 가스 농도 측정 시스템의 예가 있다(예를 들면, 특허문헌2).
또한, MOCVD(유기금속화합물을 사용하는 CVD: Metal Organic Compound Chemical Vapor Deposition)에 있어서도, 균일한 막을 형성하기 위해서는, 유기금속화합물의 공급 농도를 막형성 프로세스 기간중, 일정하게 되도록, 혹은, 원하는 성분분포의 막이 되도록 성분분포에 대응해서 공급 농도에 변동을 주도록, 유기금속화합물의 공급 농도를 제어할 필요가 있다. 일반적으로는, 유기금속화합물은, 버블링등을 통해 캐리어 가스에 혼입되어서 처리 쳄버에 공급된다. 사용되는 유기금속화합물은 단일에 한하지 않고 복수종 사용되는 경우도 있다. 복수종의 유기금속화합물의 원료 가스를 설계 값대로 공급하는 방법으로서, 예를 들면, 적외선 가스 분석 수단을 사용하는 방법이 있다(예를 들면, 특허문헌3).
또, 버블링을 사용하는 계에서는, 이하와 같은 과제도 있다(문헌4).
성막시에는, 소정수의 유기금속 가스가 복수의 버블링 용기의 각 용기의 2차측으로부터 개폐 밸브에 공급되고, 해당 개폐 밸브의 개폐에 의해 합성된 유기금속 가스가 반응로에 공급되어 성막된다.
예를 들면, InGaP성막시에는, 유기금속, 예를 들면, TMI(트리메틸 인듐) 공급 라인 및 TMG(트리메틸 갈륨) 공급 라인, 및 PH3(포스핀)공급 라인 및 AsH3(아루신) 공급 라인이 반응로에 공급되고, 유기금속 기상성장법 (MOCVD법)에 의해 성막된다.
화합물 반도체(GaAs기판사용)의 반도체 레이저나 LED등에서는, 다층막을 MOCVD법으로 성막하고 있다. 종래의 화합물 반도체의 기상성장장치에 의해 다층막을 성막할 경우, 어떤 층을 성막한 후, 다음 성막용 유기금속 가스를 복수의 개폐 밸브를 개폐해서 반응로에 공급하지만, 밸브를 열었을 때, 반응로에의 유량이 갑자기 과대하게 흐르고, 지정 유량값에 안정할 때까지의 시간 지연이 생기기 때문에, 성막된 막 두께의 균일성이 나빠지는 것이 있다.
또한, 반응로의 내압을 항상 일정하게 하기 때문에, 성막시에는 반응로내의 전체 유량을 항상 일정하게 할 필요가 있다. 다시 말해, 반응로의 내압이 일정하지 않을 경우에는, 내압변동에 의해 막 두께가 불균일해진다. 이 때문에, 어떤 층의 성막시에 유기금속 가스를 지정 유량으로 공급하지만, 소정의 반응로내의 전체 유량에 차지 않을 경우에는, 매스 플로우 콘트롤러에 의해 유량보상을 위한 캐리어 가스를 필요량 공급하도록 하고 있다.
그렇지만, 유기금속 가스의 지정 유량값이 전체 성막시와는 다른 값이 될 경우, 유량보상의 캐리어 가스 유량도 변경하지만, 해당의 매스 플로우 콘트롤러의 유량변경에 있어서, 변경 값에 안정할 때까지의 시간 지연이 있기 때문에, 반응로의 내압이 일정해질 때까지의 시간 지연이 생기고, 성막의 균일성이 나빠진다. 보상의 캐리어 가스 유량의 일정 유량값이 될 때까지의 시간 지연 때문에, 성막간의 급준성이 나쁘고, 생성된 반도체의 특성이 나빠지는 것이 있다.
특허문헌1: 일본 특허공개2012-138407호 공보
특허문헌2: 일본 특허공개2010-109304호 공보
특허문헌3: 일본 특허공개2006-324532호 공보
특허문헌4: 특허3124376호 공보
이상에 적은 각 특허문헌에 기재된 농도 측정법 혹은 농도조정법에는, 이하와 같은 과제가 존재한다.
특허문헌1에서는, 처리 쳄버의 상류측에서 유량계측해서 피드백을 걸고 있는 것에 지나지 않으므로, 여전히, 계측혼합비와 실제 혼합비가 동일한 것인가 아닌가의 과제는 해결되지 않고 있다. 게다가, 가스의 혼합 상태를 균일하게 하기 위해서는, 혼합 위치로부터 처리 쳄버에의 도입 위치까지의 공급 라인의 길이를 충분히 취할 필요가 있지만, 그 경우는 계측혼합비와 실제 혼합비를 동일이라고 간주하는 것은 한층 곤란하다. 계측혼합비와 실제 혼합비의 동일성을 담보하는데, 혼합 위치와 도입 위치를 가능한 한 가깝게 하는 것이 생각되지만, 그 경우는, 균일혼합의 보증이 담보되기 어려워진다고 하는 과제가 생긴다. 전술한 과제에 더하여 이러한 과제도 해결하려고 하면 그 기구가 점점 복잡해져 한층의 고도의 콘트롤 기술을 요하게 된다. 덧붙여, 특허문헌1의 구성에서는, 유량계측이므로 가스종을 특정할 수 없다.
특허문헌2의 경우는, 분압측정이므로, 본건에서 말하는 곳의 정밀도가 높은 측정에는 맞지 않고, 하물며 미량 오더 영역에서의 분압측정이 되면 측정 오차가 커지는 것은 부정하지 않을 수 없다.
특허문헌3에 개시된 방법은, 가스 혼합실로부터 반응실에 공급되는 혼합 가스중의 각 원료 가스의 농도를 측정하는 제1의 적외선 가스 분석 수단과, 상기 반응실로부터 배출된 배출 가스중의 각 원료 가스의 농도를 측정하는 제2의 적외선 가스 분석 수단과, 상기 제1 및 제2의 적외선 가스 분석 수단의 측정 결과로부터 상기 반응실내에서의 각 원료 가스의 소비량을 연산하고, 각각의 연산 값과 미리 결정한 설계 값과의 차이를 제어량으로 해서, 상기 유량제어 수단과 가스 공급원 온도제어부와 기판 온도제어부와의 내의 어느쪽인가 하나를 각각에 조정하는 구성이기 때문에, 반응실 내벽면등 성막이외에서 소비되는 원료 가스가 고려되지 않고 있으므로, 균일막 두께로 균일성분의 박막을 형성하는 것은 어렵다. 게다가, 특허문헌3에는 적외선 가스 분석 수단의 구체예가 표시되지 않고 있으므로, 나노 오더 레벨의 균일막 두께로 균일성분의 박막을 형성하게 되면, 유기금속화합물을 소정의 농도로 일정시간, 처리 쳄버에 공급하는데도 유기금속화합물의 공급 농도를 엄중하게 관리하지 않으면 안되고, 농도 측정의 높은 정밀도가 요구되지만, 이 요구를 충족시키는 것은 간단하지 않다.
이상의 설명으로부터 이해되는 것처럼, 간단한 수단으로 극미량 영역의 농도까지 비파괴로 정확 또한 신속하게 가스(기체) 분위기중에 있어서의 소정의 화학성분의 농도를 측정할 수 있는 가스 농도 측정 방법은 오늘까지 제공되지 않고 있다.
또한, 별달리는, 피측정 대상(기체분위기)중의 복수의 화학성분의 농도를 동일한 측정계·동일조건에서 고정밀도로 실시간으로 측정할 수 있는 가스 농도 측정법도 지금까지 제공되지 않는다.
또, 피측정 대상중의 화학성분의 농도를 정확·신속하게 또한 나노 오더 극미량 농도영역까지 실시간으로 측정할 수 있고, 여러가지 모양과 형태에 있어서 구현환될 수 있는 만능성을 구비하는 가스 농도 측정 방법도 지금까지 제공되지 않는다.
또한, 게다가는, 피측정 대상중의 복수의 화학성분의 농도를 간단한 구성으로 정확 또한 신속하게 실시간으로 측정할 수 있는 가스 농도 측정 방법도 지금까지 제공되지 않는다.
본 발명은 상기 점을 감안해 예의 연구하여서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바의 하나는, 간편한 구성으로 측정 대상으로 삼는 화학성분의 가스 농도를 정확 또한 신속하게 실시간으로 측정할 수 있는 가스 농도 측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적의 하나는, 간편한 구성으로, 피측정 대상중의 화학성분의 가스 농도를 정확·신속하게 또한 나노 오더의 극미량 농도영역까지 실시간으로 측정할 수 있고, 여러가지 모양과 형태에 있어서 구현화될 수 있는 만능성을 구비하는 농도 측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 더욱 다른 목적의 하나는, 비파괴·비접촉으로, 측정 목적인 화학성분의 가스 농도를 간단한 구성으로 또한 신속·정확하게 극미량 영역까지 측정할 수 있는 농도 측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 하나 다른 원하는 하나는, 전기 회로, 전자소자등의 시스템의 구성 요소의 특성변동, 환경변동에 근거하는 측정 오차의 배제가 적어도 실질적으로 가능한 상태에서, 측정 목적인 화학성분의 가스 농도를 극미량 영역까지 측정할 수 있는 농도 측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 더욱 다른 목적의 하나는, 피측정 대상중의 측정 목적인 복수의 화학성분의 가스 농도를 성분마다 간단한 구성으로 정확 또한 신속하게 실시간으로 측정할 수 있는 가스 농도 측정 방법 및 그 방법에 의한 가스 농도 모니터 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제1의 관점은, 가스 유로를 구비한 광학적 가스 농도 측정 수단이 소정위치에 배설되어 있는 가스 공급 라인으로부터 원료 가스를 처리 쳄버내에 도입해서 화학처리 또는 물리처리를 실시할 때에, 상기 가스 유로중의 상기 원료 가스에, 상기 원료 가스에 대하여 흡수성이 있는 제1 파장의 광과, 상기 원료 가스에 대하여 흡수성이 없거나 실질적으로 없거나 혹은 상기 제1 파장의 광보다도 흡수성이 비교적 낮은 제2 파장의 광을, 같거나 실질적으로 같은 광로를 따라 타임 셰어링법에 의해 조사하고, 상기 광로로부터 출사하는 상기 제1 파장의 광에 근거하는 제1출사광과 상기 제2 파장의 광에 근거하는 제2출사광을 상기 광로의 종단측에 배치된 광검출기에서 수광하고, 해당 수광에 의해 상기 광검출기가 출력하는 상기 제1출사광에 근거하는 제1 신호에 따른 제1 차동회로 입력 신호와 상기 제2출사광에 근거하는 제2 신호에 따른 제2 차동회로 입력 신호를 차동회로에 입력하고, 해당 입력에 따라서 상기 차동회로로부터 출력되는 출력 신호에 근거하는 측정 값을 미리 기억 수단에 기억되어 있는 데이터와 대조해서 상기 원료 가스의 농도를 도출하는 것을 특징으로 하는 광학적 가스 농도 측정 방법에 있다.
본 발명의 제2 관점은, 가스 유로를 구비한 광학적 가스 농도 측정 수단이 소정위치에 배설되어 있는 가스 공급 라인으로부터 원료 가스를 처리 쳄버내에 도입해서 화학처리 또는 물리처리를 실시할 때에, 상기 가스 유로중의 상기 원료 가스에, 해당 원료 가스에 대해서의 광흡수율이 다른 제1 파장의 광과, 제2 파장의 광을 상기 원료 가스에 각각 타임 셰어링법으로 조사하고, 각 파장의 광의 해당 조사에 의해 상기 원료 가스를 광학적으로 통해 오는 상기 각 파장의 광을 공통의 수광 센서로 수광하고, 해당 수광에 따라서 상기 수광 센서로부터 출력하는 상기 제1 파장의 광에 관한 신호와 제2 파장의 광에 관한 신호의 차동신호를 형성하고, 해당 차동신호에 근거해서 상기상기 피측정 대상에 있어서의 화학성분의 농도를 도출하는 것을 특징으로 하는 광학적 가스 농도 측정 방법에 있다.
본 발명에 의하면, 간단한 수단으로 극미량 영역의 농도까지 비파괴로 정확 또한 신속하게 소정의 화학성분(기체성분)의 농도를 측정할 수 있다.
또한, 달리는, 피측정물(기체분위기)중의 복수의 화학성분의 농도를 동일한 측정계·동일조건에서 고정밀도로 실시간으로 측정할 수 있다.
또, 피측정 대상중의 화학성분의 농도를 정확·신속하게 또한 나노 오더의 극미량 농도영역까지 실시간으로 측정할 수 있고, 여러가지 모양과 형태에 있어서 구현화될 수 있는 만능성을 구비한 가스 농도 측정 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법의 원리를 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 2는, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 적합한 실시형태 예의 하나의 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 3은, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법의 적합한 실시 형태예의 하나를 설명하기 위한 흐름도.
도 4는, 도 3의 예에 있어서의 신호 출력 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트.
도 5는, 검량선을 구하기 위한 흐름도.
도 6은, 가스 농도GC와 「-log(1-ΔT)」과의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 적합한 실시형태 예의 하나의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도.
도 8은, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 농도 측정 시스템의 다른 적합한 실시형태 예의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도.
도 9는, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 농도 측정 시스템의 또 하나 다른 적합한 실시형태 예의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도.
도 10은, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 더욱 또 하나의 다른 적합한 실시형태 예의 하나의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도.
도 11은, 본 발명에 있어서 채용되는 차동신호 형성부의 적합한 일례를 설명하기 위한 회로도.
도 12는, 본 발명에 있어서 채용되는 차동신호 형성부의 다른 적합한 일례를 설명하기 위한 회로도.
도 13은, 본 발명에 있어서 채용되는 차동신호 형성부의 더욱 다른 적합한 일례를 설명하기 위한 회로도.
도 14는, 본 발명에 있어서 채용되는 차동신호 형성부의 더욱 또 하나의 다른 적합한 일례를 설명하기 위한 회로도.
도 15는, 가스 농도에 대한 측정된 흡광도의 값과, 계측한 신호에 중첩하는 노이즈의 표준편차의 3배의 값과의 관계를 나타내는 그래프.
도 16은 본 발명에 따른 가스 농도 측정 장치의 가스 농도 측정부의 주요 구성의 개략을 설명하기 위한 모식적 개략 구성 설명도.
도 17은, 본 발명의 가스 농도 측정 방법을 적용해서 가스 농도를 측정하는 측정 시스템의 적합한 일례를 설명하기 위한 모식적 구성도.
도 18은, 본 발명의 가스 농도 측정 방법을 적용한 전자 디바이스의 생산 라인의 적합한 일례를 설명하기 위한 모식적 구성도.
도 1은, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법의 원리를 설명하기 위한 타이밍 차트다.
도 18에 있어서, 광원1, 2의 점등은, 도시된 것처럼 펄스 폭T11(점등 시간)에서 규칙적으로 ON·OFF 된다(펄스 폭T11은 광원1, 2를 점등하는 광원점등 펄스PL의 펄스 폭이다).
수광 센서는, 도시된 것처럼 펄스 폭T12(수광 센서가 수광하고, 그 수광량에 따른 출력 신호를 출력하고 있는 시간)에서, 규칙적으로 점등된다 (펄스 폭T12는, 수광 센서를 ON/OFF구동하는 센서 구동 펄스SP의 펄스 폭).
도 18에 있어서는, 센서 구동 펄스SP의 ON·OFF의 타이밍은, 광원점등 펄스PL의 펄스 폭T11내이지만, 본 발명에 있어서는, 이것에, 한정되지 않는다. 다시 말해, 센서 구동 펄스SP의 ON·OFF의 타이밍은, 광원점등 펄스PL의 ON·OFF의 타이밍과 같아도 좋다.
T11, T12, T13의 관계를 식으로 나타내면, 다음과 같다.
T13 < T12≤ T11 ······(1)
센서 구동 펄스SP가 ON이 되면, ON상태에 있어서 수광 센서에 입사한 광에 의해 생기는 (광)전하가, 수광 센서의 후단에 설치한 적분 앰프 또는 축적 용량에 축적된다. 이 전하축적에 의한 전하축적량의 시간변화를 나타낸 것이, 신호SBG(배경광만의 경우), 신호S1BG(광원1+배경광), S2BG(광원2+배경광)이다. 즉, 타이밍t1, t3, t5는, 상기한 적분 앰프 또는 축적 용량에의 수광 센서로부터의 신호의 신호 입력 시작 타이밍이며, 타이밍t2, t4, t6은, 상기한 적분 앰프 또는 축적 용량에의 수광 센서로부터의 신호의 신호 입력 종료 타이밍이다.
다음에, 본 발명에 있어서의 신호 판독에 대해서 설명한다.
본 발명에 있어서는, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법을 구현화하기 위한 광학적 가스 농도 측정 장치를 기동시켜, 해당 장치가 놓여져 있는 공간에 있어서의 배경광의 절대값의 신호는, 신호 샘플링 타이밍ST1, ST2에서 신호Δ1, Δ2로서 판독할 수 있다(절대값 출력X).
제1 파장의 광(Lλ1)을 발하는 광원1로부터의 광을 수광 센서에서 수광할 경우는, 신호 샘플링 타이밍ST3, ST4에서 신호Δ3, Δ4로서 판독할 수 있다.
제2 파장의 광(Lλ2)을 발하는 광원2로부터의 광을 같은 수광 센서에서 수광할 경우는, 신호 샘플링 타이밍ST5, ST6에서 신호Δ5, Δ6로서 판독할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 차이신호로서 (Δ6-Δ5)을 판독하는 것으로, 배경광에 영향을 받지 않는(광원2에 의한 신호-광원1에 의한 신호)의 차이신호를 얻을 수 있다.
더욱, 신호 판독 정밀도를 상승시키기 위해서는,
(Δ6-Δ5)-(Δ4-Δ3): (광원2+배경광에 의한 신호)-(광원1+배경광에 의한 신호) ···(2)
로서 차이신호를 얻으면 좋다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 절대값 출력X를 이용하여, 온도변화 등에 의한 피측정 대상의 흡광도의 변화, 광원의 광량변화등이 생겨도 측정 데이터를 교정할 수 있다.
광원1, 2에 의한 수광신호를 차이출력 신호로서 출력 함으로써, 회로계의 노이즈를 제거할 수 있으므로, 미약한 농도이여도 고정밀도에서 검출할 수 있다.
도 2에는, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 적합한 실시형태 예의 하나인 광학적 가스 농도 측정 시스템(100)의 구성 예의 블록도가 도시된다.
도 2에 나타내는 광학적농도 측정 시스템(100)은, 광학적 가스 농도 측정 서브시스템(100-1)과 제어·조작 서브시스템(100-2)으로 구성되어 있다.
광학적 가스 농도 측정 서브시스템(100-1)은, 광학적 가스 농도 측정 장치(100-3)를 구비하고 있다.
광학적농도 측정 서브시스템(100-1)은, 광원부(101), 집광 광학부(102), 수광 센서부(106), 차동신호 형성부(108), 신호 격납/처리부(110), 표시부(112)를 구비한다.
제어·조작 서브시스템(100-2)은, 제어부(113), 조작부(114)로 구성되어 있다.
원하는 화학성분의 농도가 측정되는 피측정 대상(104)은, 측정시에 집광 광학부(102)와 수광 센서부(106)의 사이의 소정의 위치에 배치된다.
도 2에 나타내는 광원부(101)는, 제1 파장의 광(Lλ1)을 발하는 광원101a와, 제2 파장의 광(Lλ2)을 발하는 광원101b의 2개의 광원으로 구성되어 있지만, 본 발명에 있어서는, 이것에 한정되는 것이 아니고, 제1 파장의 광(Lλ1)과 제2 파장의 광(Lλ2)을 발하는 단일광원이여도 좋다.
상술한 것 같은 2종이상의 다른 파장의 광을 조사가능한 발광부는, 1종의 파장의 광을 조사가능한 발광소자를 2개이상 가질 수 있다. 더욱, 상기 발광부는 2종이상의 다른 파장의 광을 조사가능한 발광소자(다파장 발광소자)를 적어도 1개 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 장치 내부에 설치하는 발광소자의 수를 줄이므로, 장치의 소형화가 가능하게 된다.
2개의 광원을 채용할 경우는, 대략 동일한 광축상에서 조사할 수 있도록 2개의 광원을 될 수 있는 한 접근시켜서 배설하는 것이 측정 값의 정밀도를 높이므로 바람직하다.
단일광원에서 2개의 파장의 광(Lλ1, Lλ2)을 조사할 경우는, 광(Lλ1)과 광(Lλ2)은, 피측정 대상(104)에 조사되기 전에 파장선택 광학 필터 등의 수단으로 선택적으로 분리된다.
단일광원에서 2개의 파장의 광(Lλ1, Lλ2)을 조사할 경우는, 분광 필터 등의 광학적 파장선택 필터를 사용하여, 조사 타이밍에 맞춰서 해당의 파장의 광이 조사되도록 장치의 설계가 이루어진다.
제1 파장의 광(Lλ1)과 제2 파장의 광(Lλ2)은, 단일파장의 광이여도 좋지만, LED 등 광원의 입수 용이나 비용을 고려하면, 파장에 밴드 폭을 갖는 다파장의 광을 채용하는 것이 바람직하다. 그와 같은 광은, 중심파장(피크 강도의 파장)이, λ1 또는 λ2인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 광(Lλ1)은, 농도 측정되는 화학성분에 대하여 흡수성이 있는 파장의 광이다. 이것에 대하여, 광(Lλ2)은, 해당 화학성분에 대하여 흡수성이 없거나 실질적으로 없거나, 또는, 해당 화학성분에 대한 흡수성이 해당 광(Lλ1)보다도 비교적 낮은 파장의 광이다.
본 발명에 있어서는, 광(Lλ2)으로서는, 해당 화학성분에 대한 흡수성이 없거나, 광(Lλ1)의 흡수성과의 차이가 클수록, 측정 정밀도가 향상하므로, 이러한 광(Lλ2)을 채용하는 것이 바람직하다.
동일한 피측정 대상에서 복수의 화학성분의 농도를 측정할 경우는, 광(Lλ1)은, 측정되는 화학성분의 수만 준비된다. 다시 말해, N개의 화학성분일 경우는, 광(Lλ1)은, n개의 광(Lλ1n: n은 정의 정수)이 준비된다.
광(Lλ1n: n은 정의 정수) 중의 해당의 1개의 광은, 해당의 하나의 화학성분만에 대하여 흡수성을 나타내고, 다른 화학성분 중 어느것에 대해서도 흡수성을 나타내지 않거나 실질적으로 나타내지 않는 파장 혹은 파장 영역의 광이 선택된다. 광원부의 광원은, 이 조건의 광을 발광하는 것이 선택되어서 사용되는 것은 말할 필요도 없다.
광(Lλ1)과 광(Lλ2)은, 타임 셰어링법에 따라서 피측정 대상(104)에 조사된다.
광(Lλ1)과 광(Lλ2)은, 피측정 대상(104)에 조사될 때는, 동일 광축 또는 실질적으로 동일한 광축상에서 조사되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 만일, 피측정 대상(104)중에 있어서, 농도 측정의 대상인 화학성분이 공간적·시간적으로 불균일 분포이거나, 얼룩분포이거나 할 경우라도, 광(Lλ1)과 광(Lλ2)의 피측정 대상(104) 가운데를 투과하는 위치가 동일 또는 실질적으로 동일함과 동시에 측정 시간이 극히 단시간이기 때문에, 측정 오차의 영향이 극히 적게 높은 정밀도로 측정할 수 있는 이점이 있다.
광(Lλ1) 또는 광(Lλ2)으로 이루어진 조사 광(103)은, 피측정 대상(104)에 조사되고, 그 결과, 투과 광(105)이 피측정 대상(104)의 정반대측에서 출사한다.
투과 광(105)은, 수광 센서부(106)에 있는 수광 센서의 수광면에 입사된다.
수광 센서부(106)는, 이 수광에 응답해서 전기신호(107)를 출력한다.
신호(107)는, 광(Lλ1)에 근거하는 신호107a와, 광(Lλ2)에 근거하는 신호107b 중 어느 것인가의 신호다.
신호107a와 신호107b는, 설정된 시간차이로 순차 혹은 동시에 차동신호 형성부(108)에 입력된다.
설정된 시간차이로 입력될 경우는, 먼저 입력된 쪽의 신호는, 경우에 따라서는, 차동신호를 형성하기 위한 타이밍에 맞춰서 차동신호 형성부(108)내의 소정회로에 소정시간 홀드되는 것도 있다.
신호(107)의 입력에 따라서 차동신호 형성부(108)로부터 출력되는 차동출력 신호(109)는, 신호 격납/처리부(110)에 전송되어서 출력 신호(111)를 출력하기 위해 격납/처리가 실시된다.
출력 신호(111)는 표시부(112)에 전송된다. 출력 신호(111)를 수신한 표시부(112)는, 측정한 화학성분의 농도표시를 표시부(112)의 표시 화면에 출력 신호(111)에 따른 값으로서 표시한다.
이상의 일련의 흐름은, 조작부(114)로부터의 지령에 따라서 제어부(113)에 의해 제어된다.
수광 센서부(106)를 구성하는 수광 센서는, 포토다이오드와 같은 단일소자이어도 좋고, 소정수의 수광화소가 1차원 배열한 라인 센서, 2차원 배열한 에어리어 센서이어도 좋다.
측정해야 할 화학성분이 피측정 대상체(104)중에서 불균일할 경우는, 측정의 위치 의존성에 의한 오차가 측정 정밀도를 하강시킬 가능성이 있어서, 라인 센서나 에어리어 센서를 채용하는 것이 바람직하다. 특히, 피측정 대상체(104)의 광축에 수직하고 투과 광(105)이 출사하는 출사면을 덮는 크기의 수광면을 흔드는 에어리어 센서의 채용은, 측정 정밀도를 한층 더 향상시키는 일이 생기므로 바람직하다.
광(Lλ1)과 광(Lλ2)은, 지금까지 단일파장의 광으로 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 이것에 반드시 한정될 일은 없고, 파장에 밴드 폭(파장 영역)을 갖게 해도 좋다. 다시 말해, 본 발명에서는, 소정의 파장 영역의 광속을 사용할 수도 있다.
다음에, 도 3, 도 4에 근거하여, 도 2의 시스템(100)에서 실제로 광학적으로 농도 측정하는 예를 설명한다.
도 3은, 본 발명에 따른 광학적 가스 농도 측정 방법의 적합한 실시 형태 예의 하나를 설명하기 위한 흐름도다.
조작부(114)의 측정 스타트용의 버튼 스위치 등이 눌리면, 농도 측정이 시작된다(스텝201).
스텝202에 있어서, 소정의 위치에 피측정 대상인 검체(104)가 적절하게 설치되어 있는지도 포함시켜서 검체(104)의 유무가 판단된다. 검체(104)가 적절하게 설치되어 있는 것이 판단되면, 스텝202에서, 검체(104)중의 측정해야 할 화학성분의 농도를 측정하는데 필요 또한 적절한 제1 광(Lλ1)과 제2 광(Lλ2)이 선택된다.
제1 광(Lλ1)과 제2 광(Lλ2)의 선택은, 제1 광(Lλ1)용의 광원101a와 제2 광(Lλ2)용의 광원101b를 광학적 농도 측정 시스템(100)의 소정 위치에 설치, 혹은 분광기에서 분광하는 것으로 이루어진다.
광원의 설치에 의한 경우는, 검체(104)중의 측정해야 할 화학성분의 흡수 스펙트럼으로부터 제1 광(Lλ1)과 제2 광(Lλ2)의 선택을 미리 할 수 있으므로, 스텝201 전에, 스텝203을 배치할 수 있다.
다음에, 스텝204에서, 측정해야 할 화학성분의 농도값을 측정 데이터에 근거해서 도출하기 위한 검량선의 취득 시작이 실행된다.
검량선의 취득에는, 광학적 가스 농도 측정 시스템(100)의 기억부에 미리 기억되어 있는 검량선의 데이터를 판독하는 것으로 실행되는 것 외, 도 5에서 설명된 것처럼, 다시 검량선을 작성하는 것에 의해서도 실행할 수 있다.
검량선의 취득이 완료하면, 스텝206에서 나타낸 것처럼 검체(104)의 측정이 시작된다.
측정이 시작되면, 검체(104)에는, 소정의 간격의 타임 셰어링으로, 제1 광(Lλ1)과 제2 광(Lλ2)이 소정의 시간, 조사된다.
검체(104)를 투과해 온 제1 광(Lλ1)과 제2 광(Lλ2)은, 수광 센서부(106)에 세트되어 있는 수광 센서로 수광된다(스텝207).
수광 센서가, 제1 광(Lλ1)과 제2 광(Lλ2)의 각 투과 광을 타임 셰어링으로 수광하면, 수광마다 수광량에 따른 크기의 출력 신호가 각기 출력된다. 이 출력 신호에 따라서, 「-log(1-ΔT)」이 산출된다(스텝208).
다음에, 스텝209에서,「-log(1-ΔT)」이 검량선의 범위인가 아닌가가 판정된다.
「-log(1-ΔT)」이 검량선의 범위이면, 검량선 데이터를 기초로 검체(104)중의 목적으로 하는 화학성분의 농도가 도출된다(스텝210).
도 4는, 도 3의 예에 있어서의 신호 출력 타이밍을 설명하기 위한 타이밍 차트다. 다시 말해, 도 4는, 제1 광원(101a)의 출력OUT1, 제2 광원(101b)의 출력OUT2, 수광 센서의 출력OUT3, 차동신호의 출력OUT4 및 가스 농도GC의 시간응답을 나타내는 타이밍 차트다.
도 4에 나타낸 것 같이, 시간과 함께 단계적으로 증가하는 가스 농도GC의 모양이, 예를 들면, 도 4에 나타내는, T1 내지 T4의 타이밍에서 출력 신호(차동신호 출력OUT4)를 검출하고, 이 검출한 출력 신호 값과 미리 취득되어 있는 검량선으로부터 도출되는, 목적의 가스의 농도의 변화로서 측정할 수 있다.
제1 광원의 출력OUT1과 제2 광원의 출력OUT2가, 도 4에 나타낸 바와 같은 타이밍에서 상호간의 소정간격과 반복 간격으로 동일축상에 출력되면, 타이밍T1이전에서는, 측정 목적의 가스가 존재하지 않으므로, 수광 센서의 출력OUT3은, 같은 크기의 펄스S11, 펄스S21로서 출력된다.
타이밍T1과 T2의 기간, 타이밍T2와 T3과의 기간, 타이밍T3과 T4와의 기간에서는, 펄스S12, S22, S13, S23, S14, S24가 출력된다. 파슬S12, S13, S14의 크기는 펄스S11과 같은 크기인 것에 대해서, 파슬S22, S23, S24의 크기는, 측정 목적의 가스의 흡광의 정도에 따라서 단계적으로 낮게 되어 있다.
다시 말해, 제2 광원으로부터의 광이 측정 목적의 가스에 흡수되어 수광 센서에 수광되는 광량이 가스 농도에 따라서 단계적으로 감소하기 때문에, 파슬S22, S23, S24의 크기는, 측정 목적의 가스의 농도의 정도에 따라서 단계적으로 낮아진다.
도 5에 의해, 가스 농도의 측정전에 미리 검량선을 취득하는 방법의 일례를 설명한다. 도 5는, 검량선을 구하기 위한 흐름도다.
검량선을 얻기 위해서는, 검량선 취득 장치를 이용한다.
검량선의 취득이 시작되면(스텝ST1), 스텝ST2에 있어서, 광학측정 셀의 준비를 할 수 있었던 것인가 아닌가가 판단된다.
광학측정 셀의 준비를 할 수 있으면, 스텝ST3에 이행한다. 스텝ST3에 있어서, 소정의 캐리어 가스가 소정단위량으로 셀내에 도입되어 있는지가 판단된다.
소정의 캐리어 가스가 소정단위량으로 셀내에 도입되어 있다고 판단되면, 스텝ST4에 이행한다.
이 캐리어 가스에 대해서는 생략하고, 셀내가 소정의 진공도로 되어있는지의 판단의 스텝으로 변하게 해도 좋다. 이 셀내가 소정의 진공도로 되어 있는지의 판단도 생략할 수 있다.
어떻든간에, 스텝ST4에 이행하기 전까지, 셀내를 크리닝 해 두는 것이 보다 정확한 검량선을 얻는데 필요하다.
스텝ST4에서는, 복수의 농도의 측정 대상의 가스를 순차 셀에 도입하고, 각 농도의 가스의 흡광도를 측정한다.
측정이 완료하면, 스텝ST5에 이행한다.
스텝ST5에서는, 흡광도의 측정 데이터를 기초로 검량선을 작성한다.
이렇게 해서 작성된 검량선의 일례가 도 6에 나타낸다.
도 6은, 가스 농도GC와 「-log(1-ΔT)」과의 관계를 나타낸 그래프다.
검량선이 작성되면, 검체의 농도 측정으로 이행할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 적합한 실시형태 예의 몇 가지를 도 7 내지 도 10에 의해 설명한다.
도 7은, 투과 광에 의한 가스 농도 측정의 예다.
주요부(500)에 있어서는, 광원부는, 제1 광(Lλ1)을 발하는 제1 광원(101a)과 제2 광(Lλ2)을 발하는 제2 광원(101b)으로 구성되어 있다.
제1 광원(101a)으로부터 발생한 제1 광(Lλ1)은, 집광 광학부(102)에서 광축상에 집광되어 조사 광(103a)으로서 광축상을 지나가서 피측정 대상체(104)에 조사된다. 조사 광(103a)의 가운데, 피측정 대상체(104)중에서 흡수해 끊어지지 않는 양의 광이 투과 광(105a)으로서 피측정 대상체(104)로부터 출사된다.
투과 광(105a)은, 수광 센서부(106)의 수광면에 입사된다. 투과 광(105a)이, 수광 센서부(106)에서 수광되면, 투과 광(105a)의 광량에 따라서 광전변환된 전기신호(107)가 수광 센서부(106)로부터 출력된다. 수광 센서부(106)로부터 출력된 신호(107)는, 차동신호 형성 회로로 구성된 차동신호 형성부(108)에 입력한다.
제2 광원(101b)으로부터 발생한 제2 광(Lλ2)도 제1 광(Lλ1)과 마찬가지로 조사 광(103b)으로서 광축상을 지나가서 피측정 대상체(104)에 조사되고, 그것에 따라서 투과 광(105b)이 피측정 대상체(104)로부터 출사한다.
제2 광(Lλ2)의 경우는, 피측정 대상체(104)중에 있어서 흡수되지 않는가, 흡수된다고 하여도 제1 광(Lλ1)에 비교해 흡수성이 낮으므로, 조사 광(103b)과 투과 광(105b)에 관해서는, 그 광량은, 같거나 실질 동일하거나, 또는, 그 광량차이가 조사 광(103a)과 투과 광(105a)과의 광량차이보다 적다.
도 7은, 본 발명의 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 다른 적합한 실시형태 예의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도다. 도 6의 예의 경우가 투과 광에 의한 측정인 것에 대해서, 도 7의 경우는, 반사광에 의한 측정인 이외는, 도 6의 예와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 8은, 본 발명의 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 또 하나 다른 적합한 실시형태 예의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도다.
도 7의 예의 경우가 투과 광에 의한 측정인 것에 대해서, 도 8의 경우는, 반사광에 의한 측정인 이외는, 도 7의 예와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9는, 본 발명의 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 더욱 또 하나 다른 적합한 실시형태 예의 하나의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도다. 도 7의 예의 경우가 투과 광에 의한 측정인 것에 대해서, 도 9의 경우는, 확산 광에 의한 측정인 이외는, 도 7의 예와 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 10은, 본 발명의 가스 농도 측정 방법을 구현화하는 광학적 가스 농도 측정 시스템의 더욱 또 하나 다른 적합한 실시형태 예의 하나의 주요부를 설명하기 위한 모식적 구성 설명도다. 도 10의 경우는, 도 7의 예의 경우의 집광 광학부(102)에 분기형 광파이버(801)를 채용하고 있는 이외는, 도 7과 같으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 11에는, 본 발명에 있어서 채용되는 차동신호 형성부의 적합한 일례를 설명하기 위한 회로도가 나타내어진다.
차동신호 형성부(900)는, (전하)적분 앰프(902), 샘플/홀드 회로(903), 차동 앰프(904)로 구성되어 있다.
청과물등의 농도 측정하는 대상인 피측정 대상체(104)에 농도 측정용의 소정의 파장의 광이 조사되어 생기는 투과 광, 반사광 혹은 산란 광이, 수광용의 포토다이오드(901)로 수광되면, 그 수광량에 따른 전기신호P1이 포토다이오드(901)로부터 출력된다. 전기신호P1은 적분 앰프(902)에 입력된다.
적분 앰프(902)는, 검체(107)의 가스 농도의 미소한 변화까지 측정할 수 있게 고감도화하기 위해서 설치되어 있다.
적분 앰프(902)의 출력 신호는, 샘플/홀드 회로(903)에 입력된다.
샘플/홀드된 아날로그 신호는 차동 앰프(904)에 입력된다.
「본 발명을 구현화한 가스 농도의 측정 예」
다음에, 본 발명을 구현화한 예를 가스 농도의 측정 예로 설명한다.
복수의 다른 파장광을 사용하여, 해당 복수의 광을 타임 셰어링으로 조사 함으로써 농도를 측정하는 농도 측정 방법의 적합한 실시형태의 하나를 기술한다.
이하에서는, 주로, 측정에 투과 광을 사용하는 가스 농도 측정 예의 적합한 실시형태의 하나를 설명한다.
측정에 투과 광을 사용하는 대신에, 반사광을 사용할 경우나, 산란 광을 사용할 경우라도 본 발명의 범주에 들어가는 것은, 미리 알릴 것까지도 없이 해당 기술분야에 있어서는 당연한 것이다.
본 발명을 가스 농도 측정 장치로서 구현화하기 위해서는, 해당 측정 장치를, 측정 목적에 적합하는 것을 전제로 용이하게 입수가능한 통상의 광원과 수광소자로서의 포토다이오드, 전자회로 부품등으로 구성할 수 있으므로, 이하의 설명에서는 해당 분야의 기술자에 있어서 자명한 것은 생략하고, 요점을 간략히 기재하기로 한다.
검체(피측정 대상)는, 예를 들면, 가스 배관을 흐르는 가스다.
가스 배관(가스 공급 라인)에는, 측정에 사용하는 광(측정 광hλ)이 입사하는 입사면과 상기 가스 배관속을 투과해서 외부에 출사하는 출사면이 설치되어 있다.
해당 입사면, 해당 출사면은, 측정 광hλ에 대하여 투과율이 「1」 또는 거의 「1」인 재료로 구성된다.
상기 가스 배관속을 흐르는 가스는 단일종의 가스이여도 복수의 혼합 가스종이여도 목적의 가스 농도는 측정할 수 있다.
이하에서는, 검체로서의 가스의 종류로서는, 단일종의 경우, 예를 들면, 트리메틸 갈륨(TMGa)일 경우에 대해서 기술한다.
검체의 가스의 종류로서는, 그 외, 트리메틸 인듐(TMIn)이나 4사염화 티탄(TiCl4)등도 들 수 있다.
트리메틸 갈륨(TMGa)의 가스 농도 측정에서는, 예를 들면, 제1 광원(101a)으로서는, 중심 광파장이 500nm의 광(Lλ1)을 발광하는 LED가 채용되고, 그 광강도는, 1.OmW/cm2/nm로 된다.
제2 광원(101b)으로서는, 중심 광파장이 230nm의 광(Lλ2)을 발광하는 LED가 채용되고, 그 광강도는 1.OmW/cm2/nm로 된다.
본 발명에 있어서는, 제1 광원(101a)으로부터 방사되는 광(Lλ1)103a와 제2 광원(101b)으로부터 방사되는 광(Lλ2)103b가, 각각 별도의 시각에(타임 셰어링)검체(104)를 투과하고, 수광 센서부(106)의 수광 센서에 입사된다. 수광 센서로서는, 예를 들면, 하마마쓰 포토닉스사제의 포토다이오드(S1336-18BQ)를 사용할 수 있다. 이 경우의 수광 센서의 수광감도는 광파장500nm에 있어서 0.26A/W이며, 광파장230nm에 있어서, 0.13A/W다.
수광 센서부(106)의 출력 신호(107)는, 차동신호 형성 회로(108)에 입력되고, 그것에 따라서 차동신호 형성 회로(108)로부터 출력 신호(109)가 출력된다.
제1 광원(101a)은, 검체(104)의 가스의 농도에 의존해서 흡광도가 변화되는 광을 방사하는 광원이, 제2 광원(101b)은, 검체(104)의 가스의 농도에 의존해서 흡광도가 변화하지 않거나 또는 실질적으로 변화하지 않는 광을 방사하는 광원이, 각각 채용된다.
이상의 가스 농도의 측정 예에서는, 투과 광을 측정하는 도 7의 경우에 대해서 설명하고 있지만, 당연하면서 도 8에 나타내는 반사광을 사용하는 구성의 경우나, 도 9에 나타내는 산란 광을 사용하는 구성의 경우에도 적용할 수 있는 것은 다시 상세히 설명할 것 까지도 없다.
또한, 도 7에 나타내는 구성에서는, 제1 광원(101a)의 광로와 제2 광원(101b)의 광로는, 집광 광학부(102)가 없으면, 피측정 대상(104)에 있어서 다르지만, 동일 광로에 될 수 있는 한 가깝게 되도록, 제1 광원(101a)과 제2 광원(101b)을 될 수 있는 한 근접하게 배치하는 것이 바람직하다.
혹은, 집광 광학부(102) 대신에 도 10에 도시한 바와 같이 분기형 광파이버(801)를 채용하면, 실질적으로 동일 광로로 할 수 있으므로 바람직하다.
도 11에, 차동신호 형성 회로의 적합한 예의 하나의 구성을 설명하기 위한 구성도를 나타낸다.
도 11에 나타내는 차동신호 형성 회로(900)에는, 검체(107)의 가스 농도의 미소한 변화까지 측정할 수 있게 고감도화하기 위해서 (전하)적분 앰프(902)가 설치되어 있다.
(전하)적분 앰프(902)의 출력 신호는, 샘플/홀드 회로(903)에 입력된다.
샘플/홀드된 아날로그 신호는 ADC(1301)에 입력된다.
ADC(1301)로부터는 제1 광원에 근거하는 광 신호와 제2 광원에 근거하는 광 신호와 그것들의 차동신호가 출력된다.
도 4는, 제1 광원(101a)의 출력OUT1, 제2 광원(101b)의 출력OUT2, 수광 센서의 출력OUT3, 차동신호의 출력OUT4 및 가스 농도GC의 시간응답을 나타내는 타이밍 차트다.
여기에서, 광원의 출력이란, 점등 시간에 방사되는 광량에서, 지향성이 높은 광의 경우는, 수광 센서에서 수광되는 광의 광량에 실질적으로 해당한다.
본 발명에 있어서는, 도 7 내지 도 9에 기재되는 것 같이 집광 광학부(102)에 의해, 광원(101a, 101b)으로부터의 광을 집광하고, 혹은 도 10에 나타낸 바와 같이, 분기형 광파이버(801)를 채용할 수 있으므로, 광원(101a, 101b)의 방사면을 집광 광학부(102)의 입사면에, 혹은 분기형 광파이버(801)의 입사면에 근접 또는 접촉시켜서, 광원(101a, 101b)을 배설하면, 광원(101a, 101b)의 점등 시간에 방사되는 광량은, 수광 센서에서 수광되는 광의 광량에 근사 또는 실질적으로 해당시킬 수 있다.
일반적으로, 흡광도는 하기의 식으로 주어진다.
Figure pct00001
여기서, 「I0」은 입사 광의 강도를, 「I」는 투과 광의 강도를, 「K」는 가스 농도를 나타낸다. α는 계수이며, 검체(104)중의 광로길이 및 검체(104)중의 농도 측정 대상인 가스의 흡광계수등으로 결정되는 값이다.
또한, 「ΔT」는 흡광도 차이를 나타낸다. 본 실시형태에서는 제1 광원(101a)에 대하여 α가 실질적으로 「0」이 됨과 아울러, 제2 광원(101b)에 대하여 α가 2.18×10-4/ppm이 되도록 상기 광로길이를 설정했다. 제1 광원(101a)으로부터 방사되는 광(Lλ1)의 투과 광의 강도를 「I1」으로 하고 제2 광원(101b)으로부터 방사되는 광(Lλ2)의 투과 광의 강도를 「I2」로 하면, 「I1」은, 제1 광원의 광파장에 대하여 가스 농도에 관계되지 않고 투과율 차이가 실질적으로 「0」인 것을 사용하면, 식(1)은 식(2)와 같이 변형할 수 있다.
Figure pct00002
여기서, 「X」는 차동신호의 출력값에서, 「I2-I1」와 마찬가지다.
본 방식에서는, 가스 농도에 의해 흡수율이 변화하는 제1 광원(101a)의 출력OUT1과, 흡수율이 가스 농도에 따라서 변화하지 않는 제2 광원(101b)의 출력OUT2를 사용해서, 검체(104)의 흡광도를 고정밀도로 계측할 수 있다.
그 때문에, 가스 농도가 기지의 레퍼런스 샘플을 사용하고, 그 때마다, 검량선을 작성하기 위한 측정을 할 필요가 없다.
가스 농도계로서 측정계나 가스의 온도등이 변화되었다고 하여도 안정하게 흡수율의 변화를 측정할 수 있다.
가스 농도가 「0」일 경우의 제1 광원(101a)에 근거하는 적분 앰프(902)에 있어서의 적분 전하량(1)과 제2 광원(101b)에 근거하는 적분 앰프(902)에 있어서의 적분 전하량(2)이 같거나, 또는 실질적으로 동일하도록 셋업한다.
여기서, 본 실시형태에서는, 6.1×10-9C가 되도록, 제1 광원(101a)의 출력시의 적분 시간(1)과 제2 광원(101b)의 출력시의 적분 시간(2)을 조정했다.
본 실시형태에서의 적분 시간(1)과 적분 시간(2)은, 각각 4.Omsec, 2.Omsec로 했다.
이때, 가스 농도에 대한 측정된 흡광도의 값과, 계측한 신호에 중첩하는 노이즈의 표준편차의 3배의 값과의 관계를 도 15에 나타낸다.
또한, 이 전하량을 사용해서 측정을 행했을 경우, 노이즈의 주성분은 포톤 쇼트 노이즈인 것이 확인되었다.
결과로부터, 전하량의 값이 6.1×10-9C이면, 신호 전하량의 2승근에 비례하는 포톤 쇼트 노이즈의 영향이 상대적으로 작기 때문에, 99％의 신뢰도로 흡광도 차이ΔT를 5×10-5까지 측정할 수 있었다. 다시 말해, 가스 농도는 0.1ppm의 정밀도로 측정할 수 있었다.
더욱, 본 발명의 실시형태에서는, 온도가 변화되었다고 하여도 광파장이 다른 2개의 광에 근거하는 신호의 차이로부터 출력을 얻고 있기 때문에, 온도에 의해 변화하는 투과율의 변동분을 캔슬할 수 있다. 그 때문에, 만일, 측정중에 온도변동이 있었다고 하여도 안정한 감도를 고정밀도로 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서는, 본 발명을 구현화한 가스 농도 측정 기기에, Wi-Fi, Blue tooth(등록상표), NFC등의 근거리 통신용의 통신 모듈, 혹은 위성통신용의 통신 모듈을 내장한 것으로, 네트워크상의 정보단말장치로서 기능시킬 수 있다.
예를 들면, 반도체의 제조 라인의 가스 공급 라인에 소형·경량·간편의 특징이 있는 본 발명에 따른 비파괴 타입의 소형 가스 농도 측정기를 세트하고, 반도체의 제조중의 가스 흐름을 모니터링 하고, 처방전대로의 단위유량(골짜기 시간당의 유량)과, 유량비로 소정의 가스가 공급되어 있는지 감시할 수 있다.
소형 가스 농도 측정기에는, 무선 혹은 유선으로 통신할 수 있는 통신 모듈을 내장하면, 소정의 가스의 농도변화를 시시각각 제조 라인의 중앙관리 시스템에 전송할 수 있고, 전송되어 오는 데이터에 근거해서 중앙관리 시스템으로부터 가스 농도를 적절하게 관리·조정할 수 있다.
이 시스템에서는, 제조 라인에 다수의 소형 가스 농도 측정기를 세트해서 반도체를 제조할 경우에 네트워크 관리를 용이하게 할 수 있고, 그 성능을 보다 효과적으로 발휘할 수 있다.
본 발명의 구현화에 있어서, 차동신호 형성부(회로 구성부)의 적합한 예의 하나를 도 11에 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 도 12 내지 도 14에 나타내는 각 차동신호 형성부(회로 구성부)도 적합한 예의 하나로서 채용된다.
도 12 내지 도 14에 있어서, 도 11에 나타내는 부번의 것과 같은 기능을 하는 것에는, 도 11에 나타내는 부번과 같은 부번을 부착하고 있다.
도 12의 경우는, 차동신호 출력(905)용의 회로에 더하여, 차동전 신호 출력(906)용의 회로가 부가되어 있는 것 외는, 도 11의 경우와 같다.
차동전 신호 출력(906)용의 회로를 부가 함으로써, 도 11의 경우에 비교하여, 온도변화 등에 의한 흡광도의 절대값의 변동이나, 광원의 광출력에 시간적인 변동이 발생했다고 하여도, 그것들의 변동분을 측정해서 교정할 수 있는 점에서 이점이 있다.
도 13의 경우는, 도 12의 경우에 비교하여, 샘플/홀드 회로(903a, 903b)로부터 차동 앰프(904a, 904b)에 신호가 전송되는 계통이 2계통과, ADC(1301)가 더욱 설치된다. ADC(1301)에서 A/D변환된 신호 출력(1302)이 출력된다.
이 구성에 의해, 도 12에 비교하여, 적분 앰프의 오프셋을 제거할 수 있는 점에서 이점이 있다.
도 14는, 도 13의 경우의 예를 보다 구체적으로 회로 설계한 예다.
적분 앰프(902)와 같은 적분(축적)앰프부(1401)와, 1/10배 앰프부(1402)가 설치되고, 각 차동 앰프부(904a, 904b)에는, 차동출력을 갖기 위해서 각각 2개의 계장 앰프가 설치되어 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 차동 앰프의 오프셋을 제거할 수 있는 점에서 이점이 있다.
즉, 상기의 식(2)로 나타내어지는 차동신호를,
G×(Δ6-Δ4)-G×(Δ5-Δ3) ····(3)
G: 계장 앰프(AD8222)를 사용한 차동증폭기의 증폭율로서, 신호 레벨의 차이가 작은, (Δ6과 Δ4) 및 (Δ5와 Δ3)의 조합의 신호의 차이값을 증폭하고, 그 후, 더욱 차이를 취함으로써, 큰 신호 범위의 미소한 차이를 고정밀도로 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 가스 농도 측정용의 가스 유로장치의 적합한 실시형태의 일례를 설명한다.
도 16에, 가스 농도 측정용의 가스 유로장치(1600)의 개략이 모식적으로 나타내어진다.
가스 유로장치(1600)는, 가스 농도 측정 셀(1601)을 구비하고 있다.가스 농도 측정 셀(1601)에는, 가스 유로(1602)가 설치되어 있고, 가스 유로 상류에는, 가스를 가스 유로(1602)에 도입하기 위한 가스 도입로(1603), 가스 유로 하류측에는, 가스 유로(1602)내의 가스를 도출하기 위한 가스 도출로(1604)가 설치되어 있다.
광원(1605)으로부터 발생하는 가스 농도 측정용의 광을 가스 유로(1602)내의 가스에 조사하기 위해서 가스 유로(1602)의 상류측에 광도입창(1607)이 설치된다. 가스 유로의 하류측에는, 검출용의 수광소자(1606)에 가스 농도 검출용의 광이 조사되도록 수광창(1608)이 설치된다.
가스 도입로(1603)로부터 도입되는 가스는, 가스 유로(1602)속을 광원(1605)으로부터 발생하는 광의 조사 방향(화살표A로 나타낸다)을 따라 흘려진다(화살표B로 나타낸다).
본 발명에 있어서는, 가스 유로(1602)는, 직상 형상의 원통, 각통 등의 직진 구조의 것이 바람직하다.
광도입창(1607)과 수광창(1608)을 구성하는 재료로서는, 측정 광을 효율적으로 투과하는 재료를 사용하는 것이, 광도입창(1607)과 수광창(1608)에서 흡수되는 것에 의한 광량보정을 하지 않아서 좋으므로 바람직하다.
UV광 등의 단파장의 광을 측정 광에 사용할 경우는, 사파이어 등의 UV광 투과 재료를 사용한다.
광원(1605)으로부터 발생하는 광의 파장은, 농도 측정 대상의 가스가 흡수하고, 분해, 중합, 원자간 결합의 절단등을 일으키지 않는 파장 영역으로부터 소망에 따라서 선택된다.
바람직하게는, 농도 측정하는 가스가 흡수는 하지만, 분해등의 화학반응을 하지 않는 파장 영역의 광을 사용하는 것이 바람직하다.
가스 농도 측정 셀(1601)은, 예를 들면, 도 2에 나타내는 광학적 농도 측정 시스템(100)에 있어서의 검체(104)의 위치에 세트하면, 광학적 농도 측정 시스템(100)을 사용하여, 원하는 가스의 농도를 측정할 수 있다.
혹은, 광원(1605)과 광검출기(1606)를 소정위치에 세트한 상태(가스 농도 측정 장치1600)에서, 도 17에 나타내는 가스 농도 측정 장치의 위치에 세트해서 사용할 수도 있다.
본 발명에 있어서는, 수광 센서부(106)나 광검출기(1606)의 구성 요소인, 포토다이오드나 포토트랜지스터 등의 수광소자로부터의 출력 신호에 근거하여 형성되는 신호(예를 들면, 전기신호107, 107a, 107b)는, 전기 회로에 있어서 발생할 수 있는 전기적 노이즈를 될 수 있는 한 경감하기 위해서 전압신호로 되는 것이 바람직하다.
차동신호 형성부(900, 1000, 1300, 1400)내에 있어서의 신호도 가능한 한 전압신호로서 형성 혹은 처리되는 것이 바람직하다.
도 17은, 본 발명의 가스 농도 측정 장치를 설치해서 가스 농도를 모니터링 하면서 가스를 공급하는 가스 공급 장치의 일례를 나타낸 것이다.
가스 공급 장치(1700)는, 승화성의 화학물질의 가스의 농도를 측정하는 기능을 갖는 버블링 기능을 갖춘 가스 공급 시스템이다.
도 17에 있어서, 가스 공급 장치(1700)는, 버블링 장치(1700-1)와 가스 공급부(1700-2)를 구비하고 있다.
버블링 장치(1700-1)는, 항온 수조(1703)내에, 농도 측정 가스의 원료가 납입되는 소스 탱크(1704)가 넣어져 있다.
가스 공급부(1700-2)는, N2등의 농도 측정 가스에 대하여 불활성 가스의 공급 라인과 버블링 장치(1700-1)로부터 공급되는 농도 측정 가스의 공급 라인을 구비하고 있다.
가스 도입 파이프(1711)로부터 도입되는 불활성 가스는, 3개의 공급 라인으로 분리되어서 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
제1 공급 라인(1707)은, 퍼지 라인이며, 가스 농도 측정 수단(1710)내의 가스 유로내를 퍼지 할 때에 사용되는 가스 공급 라인이다. 제1 공급 라인(1707)에는, 가스 흐름의 상류측으로부터, 매스 플로우 콘트롤러(1701-1), 밸브1702-1, 밸브1702-4가 순차로 소정위치에 배설되어 있다.
제2 공급 라인(1708)은, 농도 측정 가스를 적당하게 희석하기 위한 가스 공급 라인이며, 상류측으로부터, 매스 플로우 콘트롤러1701-2, 밸브1702-2, 압력 가지(1706), 매스 플로우 콘트롤러1701-4, 밸브1702-5가 순차로 소정위치에 배설되어 있다.
제1 공급 라인(1707)과 제2 공급 라인(1708)은, 밸브1702-4와 밸브1702-5의 하류에서 합류되어, 가스 농도 측정 수단(1710)과 접속되어 있다.
제2 공급 라인(1708)에는, 매스 플로우 콘트롤러(1701-4)와 밸브(1702-5)와의 사이에, 가스 배기용의 배기 라인(1713-1)이 설치되어 있다.
가스의 배기는, 밸브(1702-6)의 개폐에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 매스 플로우 콘트롤러(1701-4)에도 가스 배기 라인(1713-2)이 설치되어 있고, 밸브(1702-7)의 개폐량에 따라서 가스 배기하도록 되어 있다.
제3 공급 라인(1709)은, 버블링 되어서 공급되는 농도 측정 대상의 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인이다.
제3 공급 라인(1709)은, 압력 가지(1706)와 매스 플로우 콘트롤러(1701-4)와의 사이에서, 제2 공급 라인(1708)에 결합되어 있다. 제3 공급 라인(1709)에는, 상류측으로부터, 밸브(1702-3), 압력 콘트롤러(1705)가, 소정의 위치에 배설되어 있다.
버블링 할 때는, 매스 플로우 콘트롤러(1701-3)로부터 공급되는 불활성 가스는, 제3 공급 라인(1709)의 도중에 결합되어 있는 버블링 가스 도입 라인(1714-1)을 통해서, 소스 탱크(1704)내의 원료액(1715)내에 도입된다.
원료액(1715)은, 측정 대상의 가스의 원료이며, 가스 성분의 액화한 것, 혹은, 가스 성분을 용매중에 용존시킨 용액이여도 좋다.
버블링 가스 도입 라인(1714)에는, 밸브(1702-8, 1702-9)가 배설되어 있다.
밸브링에 의해 소스 탱크(1704)내에 발생하는 버블링 가스는, 버블링 가스 도출 라인(1714-2)을 통해서, 제3 공급 라인(1709)에 공급된다.
버블링 가스 도출 라인(1714-2)의 하류단은, 밸브(1702-3)와 압력 콘트롤러(1705)와의 사이에 있어서, 제3 공급 라인(1709)에 연결시켜져 있다.
버블링 가스 도출 라인(1714-2)에는, 상류측으로부터 순서대로 밸브171702-10, 1702-11이 배설되어 있다.
가스 농도 측정 수단(1710)은, 예를 들면, 상술한 바와 같이, 가스 농도 측정 장치(1600)를 사용할 수 있다.
가스 농도 측정 수단(1710)의 하류에는, FT-IR(푸리에 변환 적외분광 광도계)(1712)이 설치되어 있다.
FT-IR(1712)을 통과한 가스는, 예를 들면 성막용 등의 반응실에 도입되기 위해 더욱 하류측에 급송된다(화살표 1700A).
FT-IR(1712)은 필요에 따라서 설치되는 것으로, 본 발명에 있어서는 필수는 아니다.
가스 농도 측정 수단(1710)의 측정 값과의 비교가 필요할 경우에, 설치된다.
본 발명에 있어서는, 고비점이나 승화성의 재료등의 비교적 가스화 온도가 높은 화학재료의 가스의 농도를 측정할 경우는, 적어도, 가스 농도 측정 장치(1600)나 가스 농도 측정 셀(1601)은, 측정 대상의 가스가 가스 상태를 유지할 수 있는 온도로 유지하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 가스 농도 측정 장치(1600)나 가스 농도 측정 셀(1601)을 측정 대상의 가스가 가스 상태를 유지할 수 있는 환경온도의 분위기내에 배설하거나, 가스 농도 측정 셀(1601)내의 적어도 가스 유로(1602)내의 분위기 온도가 측정 대상의 가스가 가스 상태를 유지할 수 있는 온도가 유지되도록, 가스 농도 측정 장치(1600)나 가스 농도 측정 셀(1601)의 적당한 개소에 히터 등의 가열수단을 설치하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 17의 장치로 실제로 측정하는 일례를 설명한다.
우선, 측정의 준비로서, 측정전에, 매스 플로우 콘트롤러(MFC1)(1701-1)를 통해 트리메틸 갈륨(TMGa)등의 MO재료를 가스 상태로 가스 유통 라인내에 공급하기 전에, 사용하는 측정 광인 UV광에 흡수가 없는 질소(N2)가스로 가스 유통 라인내를 퍼지 한다.
그 때의 밸브의 개폐는, 밸브1702-7 개, 밸브1702-6 개, 밸브1702-5 폐, 밸브1702-4 개다.
이 사이, 매스 플로우 콘트롤러(MFC3)(1701-3)에서 소스 탱크내에 N2가스를 공급하고, 밸브링 한다.
매스 플로우 콘트롤러(MFC2)(1701-2, 1701-3)의 유량비를 콘트롤 해서 MO재료의 가스 농도를 변화시킨다(검량선 작성시).
이것에 의해 가스 농도 측정 수단(1710)에 설치되어 있는 측정 셀에 공급하는 가스 유량이 변화하므로, 매스 플로우 콘트롤러(MFC4)(1701-4)에서 일정 유량으로 하고, 나머지의 가스는 밸브(1702-7)를 통해 외부에 배출한다.
MO재료의 가스 농도를 일정 농도로 하기 때문에 측정 셀에 MO재료의 가스를 공급하지 않을 때도 질소 퍼지가 필요하다.
측정할 때는, 밸브1702-6 폐, 밸브1702-5 개, 밸브1702-4 폐의 각각을 동시에 행하여 측정 셀내에 MO재료의 가스를 공급한다.
측정후는, 밸브1702-4 개, 밸브1702-5 폐, 밸브1702-6 개를 동시에 행하여 가스 유통 라인내를 질소 가스로 치환한다.
다음에, 실제의 측정 값을 피드백 하고, 유량비등을 콘트롤 하는 일례를 이하에 설명한다.
도 17에서, 모니터 농도가 목표농도에 대하여 편차가 있을 경우, 매스 플로우 콘트롤러(MFC2)(1701-2) 유량을 변화시키고, 편차를 작게 하도록 제어한다. 다시 말해, 목표농도가 높을 경우, 매스 플로우 콘트롤러(MFC2)(1701-2)의 유량을 상승시키고, 목표농도가 낮을 경우, 매스 플로우 콘트롤러(MFC2)(1701-2)의 유량을 하강시킨다(케이스A).
또는, 탱크(1704)의 내압을 변화시킨다. 다시 말해, 목표농도가 높을 경우는, 압력 콘트롤러(UPCUS)(1705)의 제어압을 상승시켜 탱크(1704) 내압을 상승시키고, 목표농도가 낮을 경우는, 압력 콘트롤러(UPCUS)(1705)의 제어압을 하강시켜서 탱크(1704) 내압을 하강시킨다(케이스B).
탱크(1704)의 용량이 클 경우는, 단시간으로 대처할 수 있는 케이스A를 선택해서 콘트롤 하는 것이 바람직하다.
도 15에, 가스(TMGa)가스 농도에 대하여 측정된 흡광도의 값과, 계측한 신호에 중첩하는 노이즈의 표준편차의 3배의 값과의 관계를 나타낸다.
도 18은, 본 발명의 가스 농도 측정 방법을 적용한 전자 디바이스의 생산 라인의 적합한 일례를 설명하기 위한 모식적 구성도다. 도 18에 있어서, 도 17과 같은 것은, 도 17의 부번으로 나타내고 있다.
도 18의 경우가, 도 17의 경우와 다른 것은, 생산 라인(1800)에 있어서의 가스 유량의 감시와 콘트롤이 중앙관리실(1802)에 있는 중앙 모니터·콘트롤 시스템(1803)으로부터의 지시로 이루어져 있다고 하는 것이다.
생산 라인(1800)과 중앙관리실(1802)에 있는 중앙 모니터·콘트롤 시스템(1803)과의 사이는, 무선으로 교신된다. 물론, 유선 교신 수단을 사용해도 지장이 있지 않다.
생산 라인(1800)에 있어서의, 매스 플로우 콘트롤러(1801-1∼1801-3), 압력 콘트롤러(1805), 가스 농도 측정 수단(1710)의 각각에는, 무선통신 안테나를 구비한 통신 수단(1804)과 교신함과 아울러 해당의 기기를 콘트롤 하는 기능을 갖춘 통신 수단(1806-1∼1806-6)이 설치되어 있다.
도 18에 나타내는 각 밸브에는, 도시되지 않지만, 통신 수단(1806-1∼1806-6)과 같은 통신 수단이 설치되어 있고, 밸브의 개폐 콘트롤은, 중앙 모니터·콘트롤 시스템(1803)으로부터의 지시로 이루어진다.
100 광학적 가스 농도 측정 시스템
100-1 광학적 가스 농도 측정 서브시스템
100-2 제어·조작 서브시스템
100-3 광학적 가스 농도 측정 장치
101 광원부
101a, 101b 광원
102 집광 광학부
103, 103a, 103b 조사 광
104 피측정 대상
105, 105a, 105b 투과 광
106 수광 센서부
107, 107a, 107b 전기신호
108 차동신호 형성부
109 차동출력 신호
110 신호 격납/처리부
111 출력 신호
112 표시부
113 제어부
114 조작부
201∼211 스텝
500, 600, 700, 800 광학적 가스 농도 측정 시스템
801 분기형 광파이버
801a, 801b 분기 광학로
802a, 802b 조사 광
900, 1000, 1300, 1400 차동신호 형성부(회로 구성)
901 포토다이오드
902 적분 앰프
903, 903a, 903b 샘플/홀드 회로
904, 904a, 904b 차동 앰프
905 차동신호 출력
906 차동전 신호 출력
1301 ADC
1302 신호 출력
1401 적분 앰프부
1402 1/10배 적분 앰프부
1600 가스 유로장치
1601 가스 농도 측정 셀
1602 가스 유로
1603 도입로
1604 도출로
1605 광원
1606 광검출기
1607 광도입창
1608 수광창
1700 가스 공급 장치
1700A, 1700B, 1700C 가스의 흐름 방향
1700-1 버블링 장치
1700-2 가스 공급부
1701-1∼1701-4, 1801-1∼1801-4 매스 플로우 콘트롤러
1702-1∼1702-11 밸브
1703 항온수조
1704 소스 탱크
1705 압력 콘트롤러
1706 압력 게이지
1707 제1 공급 라인
1708 제2 공급 라인
1709 제3 공급 라인
1710 가스 농도 측정 수단
1711 가스 도입 파이프
1712 FT-IR
1713-1, 1713-2 배기 라인
1714-1 버블링 가스 도입 라인
1714-2 버블링 가스 도출 라인
1715 원료액
1800 생산 라인
1802 중앙관리실
1803 중앙 모니터·콘트롤 시스템
1804, 1806-1∼1806-6 통신 수단
Lλ1 제1 파장의 광
Lλ2 제2 파장의 광

Claims (6)

  1. 가스 유로를 구비한 광학적 가스 농도 측정 수단이 소정위치에 배설되어 있는 가스 공급 라인으로부터 원료 가스를 처리 쳄버내에 도입해서 화학처리 또는 물리처리를 실시할 때에, 상기 가스 유로중의 상기 원료 가스에,
    상기 원료 가스에 대하여 흡수성이 있는 제1 파장의 광과, 상기 원료 가스에 대하여 흡수성이 없거나 실질적으로 없거나 혹은 상기 제1 파장의 광보다도 흡수성이 비교적 낮은 제2 파장의 광을, 같거나 실질적으로 같은 광로를 따라 타임 셰어링법에 의해 조사하고,
    상기 광로로부터 출사하는 상기 제1 파장의 광에 근거하는 제1출사광과 상기 제2 파장의 광에 근거하는 제2출사광을 상기 광로의 종단측에 배치된 광검출기에서 수광하고,
    해당 수광에 의해 상기 광검출기가 출력하는 상기 제1출사광에 근거하는 제1 신호에 따른 제1 차동회로 입력 신호와 상기 제2출사광에 근거하는 제2 신호에 따른 제2 차동회로 입력 신호를 차동회로에 입력하고,
    해당 입력에 따라서 상기 차동회로로부터 출력되는 출력 신호에 근거하는 측정 값을 미리 기억 수단에 기억되어 있는 데이터와 대조해서 상기 원료 가스의 농도를 도출하는 것을 특징으로 하는 광학적 가스 농도 측정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 신호와 상기 제2 신호가 전압신호인, 광학적 가스 농도 측정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 차동회로 입력 신호와 상기 제2 차동회로 입력 신호가 전압신호인, 광학적 가스 농도 측정 방법.
  4. 가스 유로를 구비한 광학적 가스 농도 측정 수단이 소정위치에 배설되어 있는 가스 공급 라인으로부터 원료 가스를 처리 쳄버내에 도입해서 화학처리 또는 물리처리를 실시할 때에, 상기 가스 유로중의 상기 원료 가스에, 해당 원료 가스에 대해서의 광흡수율이 다른 제1 파장의 광과, 제2 파장의 광을 상기 원료 가스에 각각 타임 셰어링법으로 조사하고, 각 파장의 광의 해당 조사에 의해 상기 원료 가스를 광학적으로 통해 오는 상기 각 파장의 광을 공통의 수광 센서로 수광하고,
    해당 수광에 따라서 상기 수광 센서로부터 출력하는 상기 제1 파장의 광에 관한 신호와 제2 파장의 광에 관한 신호의 차동신호를 형성하고,
    해당 차동신호에 근거해서 상기상기 피측정 대상에 있어서의 화학성분의 농도를 도출하는 것을 특징으로 하는 광학적 가스 농도 측정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제1 신호와 제2 신호가 전압신호인, 광학적 가스 농도 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차동신호가 전압신호인, 광학적 가스 농도 측정 방법.
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Patent event code: PA01051R01D

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