JP2002357551A - ガス中の窒素測定方法及び装置 - Google Patents
ガス中の窒素測定方法及び装置Info
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Abstract
窒素濃度を高感度に測定できるガス中の窒素の測定方法
及び装置を提供する。 【解決手段】 放電により生じた光の強度に応じて窒素
濃度を測定するための波長として、215±2nm,2
26±2nm,238±2nm,242±2nm,24
6±1nm,256±2nm,260±2nm,266
±2nm,271±1nm,276±4nm,285±
2nm,294±1nm,300±2nmのうちの少な
くとも一つを使用する。
Description
方法及び装置に関し、特に、クリプトンガスやキセノン
ガス中に存在する微量窒素を連続的に測定する方法及び
装置に関する。
ば、クリプトンガスやキセノンガスは、半導体製造分
野、電機部品製造分野等の様々な分野で利用されている
が、特に半導体製造分野では、大規模集積回路製造のた
め、高純度な希ガスの供給が要求されている。ガスの純
度は、半導体製造プロセスの歩留まりに大きな影響を与
えるため、連続的にそれらの純度を監視する必要があ
る。
特に配管のパージ等に使用され、不純物として混入しや
すく、さらに不活性であることから、精製器による除去
が最も困難で、除去能力を早く低下させる不純物として
知られている。
であるため、分析時のガス消費量が少ないもの、あるい
は排気することなく、含有する微量窒素濃度をリアルタ
イムで連続監視できるモニターの必要性が高まってい
る。
微量窒素の測定には、GC−MS(ガスクロマトグラフ
ィー質量分析計)が用いられていたが、GC−MSは高
価であるうえ、間欠的にしか測定できないため、窒素濃
度のリアルタイム連続監視には不向きであるという欠点
があった。
CD(熱伝導度検出器ガスクロマトグラフィー)やGC
−PID(光イオン化検出器ガスクロマトグラフィー)
も利用されているが、これらも間欠的にしか測定ができ
ないため、リアルタイム連続監視には不向きであった。
(ガスクロマトグラフィー)に使用するキャリヤーガス
(例えばヘリウム等)とを混合してしまうため、測定の
終了したガスを廃棄する必要があり、測定対象となる試
料ガスがクリプトンガス、キセノンガス等の高価な希ガ
スである場合、ランニングコストが高くなるだけでな
く、回収したとしても試料ガスと他のガスとの分離を行
う際の精製コストが高くなるという欠点があった。
ス中の窒素を分析する方法として、グロー放電を利用し
た発光分析方法がある。この方法は、陽極及び陰極から
成る一対の金属電極を備えた放電管内の前記電極間に試
料ガスを供給しながら直流電圧を印加することによって
放電させ、これによって生じた窒素の発光を分離、検出
する方法である。しかしながら、グロー放電は、原理的
に気体の正イオンが陰極に衝突し、二次電子を放出させ
ると同時に、陰極表面を分解して金属粒子を放出するこ
とがあるため、ガスを汚染するおそれがあるだけでな
く、時間経過とともに電極が劣化してしまい、安定した
発光を得ることが困難であるという問題点があった。
ス等の絶縁物質で覆い、ガスと金属電極とを接触させる
ことなく放電させる無声放電を利用した簡易型窒素分析
計が市販されている。この分析計は、大気圧下で放電を
維持するのに十分に高い交流電圧を電極に印加してい
る。試料ガスは、一定流量で放電管内に供給され、放電
管内において電子衝突等によりエネルギーを吸収するこ
とによって励起される。これは、気体分子が高いエネル
ギー準位から低いエネルギー準位に落下する際に、輻射
エネルギーの放出、つまり発光をもたらす。この発光波
長は、励起された気体成分に固有であるため、窒素の発
光波長のみを干渉フィルターで抽出して強度を検出する
ことにより、気体中の窒素濃度を測定することができ
る。特に、この簡易型窒素分析計で利用されるアルゴン
中の窒素濃度は、337±5nmや357±5nmの波
長の光を干渉フィルターで分離し、電気信号に変換する
ことにより測定している。
号公報にも記載されているように、前記のような簡易型
窒素分析計は、不純物気体より高いイオン化ポテンシャ
ルを有するベースガスを使用する必要があるため、クリ
プトンガスやキセノンガス中の窒素濃度を測定すること
が困難であり、アルゴンガスやヘリウムガスといった希
ガス中の窒素しか測定ができなかった。
リプトンガスやキセノンガス中の窒素濃度を測定するた
めには、前段にGCを取付けてクリプトンガスやキセノ
ンガス中の窒素をアルゴンガス又はヘリウムガス中の窒
素となるように濃縮変換して測定する必要があるため、
リアルタイムで窒素濃度を測定することができないばか
りでなく、装置コストが高くなるという問題点があっ
た。
ス中の窒素濃度を測定するとき、酸素や水分等の不純物
が試料ガスに含まれると、正確な窒素濃度が測定できな
いという共存影響の問題が知られている。このため、分
析計の試料ガス導入管にこれらの不純物を除去するため
の精製器を設けることが推奨されている。しかし、精製
器を設けると、それが破過する前に交換しなければなら
ないという問題がある。
フィー)を用いず、連続的かつ試料ガスを廃棄すること
なく窒素濃度を正確かつ高感度に測定できるとともに、
共存影響を回避するための精製器を必要とせず、また、
分析計の連続稼動性を損なうことなく、共存影響の発生
やプラズマの異常発生を判定することもでき、未知不純
物の検知も可能なガス中の窒素測定方法及び装置を提供
することを目的としている
め、本発明のガス中の窒素測定方法は、試料ガスを放電
管内に導入して、放電により生じた光を集光し、窒素に
特有の波長を抽出して検出器に導入し、検出された光の
強度に応じて窒素の濃度を連続的に測定する方法におい
て、窒素濃度を測定するための波長として、215±2
nm,226±2nm,238±2nm,242±2n
m,246±1nm,256±2nm,260±2n
m,266±2nm,271±1nm,276±4n
m,285±2nm,294±1nm,300±2nm
のうちの少なくとも一つを使用することを特徴としてい
る。
測定方法において、窒素の測定に共存影響を及ぼす不純
物を含まないガスにおける発光強度を基準発光強度とし
てあらかじめ測定し、前記試料ガスの発光強度を測定し
た測定発光強度と前記基準発光強度とを比較して測定発
光強度が基準発光強度より一定範囲を超えて小さくなっ
たときに、放電の異常又は負の共存影響を及ぼす不純
物、例えば酸素や水分の混入のいずれかが発生したと判
定することを特徴としている。
試料ガスを放電管内に導入して、放電により生じた光を
集光し、窒素に特有の波長を抽出して検出器に導入し、
検出された光の強度に応じて窒素の濃度を連続的に測定
する装置において、前記検出器の前段に、215±2n
m,226±2nm,238±2nm,242±2n
m,246±1nm,256±2nm,260±2n
m,266±2nm,271±1nm,276±4n
m,285±2nm,294±1nm,300±2nm
のうちの少なくとも一つを透過する干渉フィルター又は
分光器を設置したことを特徴としている。
影響を及ぼす不純物を含まないガスを測定したときの発
光強度を基準発光強度として記憶する手段と、試料ガス
を測定したときの測定発光強度を前記基準発光強度と比
較する手段と、測定発光強度が基準発光強度より一定範
囲を超えて小さくなったときに、放電の異常又は負の共
存影響を及ぼす酸素や水のような不純物の混入のいずれ
かが発生したと判定する手段とを備えていることを特徴
としている。
成分として、クリプトンガス、キセノンガス、クリプト
ンとキセノンとの混合ガス、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ンのいずれか1つ以上とクリプトンとの混合ガス、アル
ゴン、ヘリウム、ネオンのいずれか1つ以上とキセノン
との混合ガス、アルゴン、ヘリウム、ネオンのいずれか
1つ以上とキセノンとクリプトンとの混合ガスのいずれ
かであることを特徴としている。
で覆った放電管を利用した分析計の一例を示す系統図で
あって、アルゴンガス中の窒素とクリプトンガス中の窒
素とにおける窒素の発光スペクトルの差異を確認するた
めに用いたものである。
等で覆われた内部電極12を、該内部電極12の外周部
に外部電極13をそれぞれ配置して交流電源14に接続
し、一方の管端には石英窓15を設けるとともに、管両
端部には試料ガス導入経路16と試料ガス導出経路17
とをそれぞれ設けている。
21からメインライン22に供給される。メインライン
22からは、試料ガスを放電管11方向に分岐する分析
ライン23が分岐しており、メインライン22を流れる
試料ガスの一部が分析ライン23に分岐し、圧力制御装
置24及び流量制御装置25を通り、所定圧力、所定流
量で試料ガス導入経路16から放電管11内に導入され
る。放電管11から試料ガス導出経路17に導出したガ
スは、圧力制御装置26,タンク27を通ってライン2
8から流出する。放電管11内での放電により生じた光
は、石英窓15を通ってレンズ18で集光され、分光光
度計19で強度が測定される。
21から供給するガスとしてアルゴンガスとクリプトン
ガスとを使用し、これに、添加ガス用の流量制御器31
からバルブ32を経て窒素を含有するアルゴンガスとク
リプトンガスとをそれぞれ導入し、窒素を含有するアル
ゴンガスと、窒素を含有するクリプトンガスとにおける
それぞれの発光スペクトルを測定した。
含まないときの図3(A)と、窒素を含むときの図3
(B)とから明らかなように、窒素が存在する場合には
337nm付近に大きなシグナルが得られるが、クリプ
トンガスの場合は、窒素を導入しないときの図4(A)
と窒素を導入したときの図4(B)とに見られるよう
に、窒素が存在していても、337nm付近にはシグナ
ルを得ることができなかった。
場合は、図4(B)から、215±2nm,226±2
nm,238±2nm,242±2nm,246±1n
m,256±2nm,260±2nm,266±2n
m,271±1nm,276±4nm,285±2n
m,294±1nm,300±2nmを中心波長とする
シグナルが明確に得られていることが分かる。
である。なお、以下の説明において、前記図2に示した
分析計の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。
流量制御装置21を経てメインライン22に流れ、試料
ガスの一部は、該メインライン22の途中で放電管11
に向かう分析ライン23に分岐し、圧力制御装置24及
び流量制御装置25によって圧力及び流量が制御されて
放電管11内に導入され、放電管11内の圧力を安定化
させる圧力制御装置26を経てタンク27に回収され
る。タンク27には昇圧手段29が設けられており、タ
ンク内に回収したガスをライン28からメインライン2
2に戻すことにより、試料ガスを廃棄せずに再利用しな
がら窒素不純物を連続測定することができるように形成
されている。
12,13には、放電用高圧電源14から高電圧の交流
が印加される。放電によって発生した光は、放電管11
に設けられた石英窓15からレンズ18を通って集光さ
れ、干渉フィルター41を通ることによって特定の波長
が選択され、選択された波長のみが検出器42に導入さ
れ、発光強度に応じた電気信号に変換される。この電気
信号は、アンプ43によって信号増幅され、表示部44
に出力される。また、検出器42には、駆動用電源とし
て検出器用高圧電源45が設けられている。
ライン28からメインライン22に戻す際に、メインラ
イン22の圧力が放電管11の内部圧力よりも低いとき
は、タンク27に設けた昇圧手段29を動作させなくて
もよく、また、圧力制御装置26を昇圧装置としてもよ
い。さらに、測定する不純物は、窒素のみに限定される
ものではなく、その他、水分、メタン等を同時に測定す
ることが可能である。
の発光波長を選択的に透過するものが用いられるが、試
料ガス中に存在する他のガス成分からの発光に影響され
ず、かつ、不純物濃度測定のための干渉フィルターとし
て、窒素の場合は、透過する光の中心波長が、215±
2nm,226±2nm,238±2nm,242±2
nm,246±1nm,256±2nm,260±2n
m,266±2nm,271±1nm,276±4n
m,285±2nm,294±1nm,300±2nm
のうち少なくとも一つを選択して用いる。
8±5nm又は280±5nmを、メタンを同時に測定
する場合は、430±5nmを中心波長とする光を透過
する干渉フィルター41を用いればよい。これらの半値
幅は、一つの発光ピークのみを抽出する場合は、1〜5
nmが好ましいが、複数の発光ピークをまとめて抽出し
たいときは、5〜30nmの広範囲の干渉フィルターを
利用してもよい。また、干渉フィルター41の代わり
に、分光器等の他の特定波長抽出手段を利用してもよ
い。
合、前記波長で測定を行うと発光強度が強すぎて検出器
42を飽和させ、正確な測定結果が得られないことがあ
る。このような場合には、発光強度が弱くなるように放
電電圧を5000V程度まで低下させたり、検出器42
への入射光量を低減したり、低感度な波長(例えば窒素
の場合は、260±2nm)を選択して測定するなどの
方法を採用すればよい。
されて放電管11内に導入される試料ガスの管内での線
速度は、0.3cm/min(25℃、1atm)以上
であればよいが、図5に示すように、線速度が60〜1
00cm/minの範囲で検出器42の出力差(PMT
出力差)が大きくなるので、この範囲の線速度になるよ
うにガス流量を設定することが好ましい。
kPaGの範囲ならば任意に選択することができるが、
図6に示すように、圧力の高い方が検出器42の出力差
(PMT出力差)が大きくなるので、大気圧以上に設定
しておくことが好ましい。なお、電極12,13に印加
する電圧は、電極間の放電を維持する上で交流1000
0Vが適当である。
量線を作成しておき、同一条件で測定したときの発光強
度から算出することができる。不純物濃度を求める方法
は、表示部44に演算装置を組込み、その演算機能によ
り濃度を算出して表示してもよいし、表示部44の代わ
りにパソコンを用いて演算させてもよい。
とが望ましいが、フォトダイオードやフォトダイオード
アレイを用いて光信号を電気信号に変換してもよい。ま
た、検出器42と検出器用高圧電源45、アンプ43の
代わりに、これらが一体化した検出器モジュールを使用
してもよい。
るため、放電管11の試料ガス導出経路17に圧力制御
装置26を設けることが好ましいが、比較的ラフな濃度
測定や装置のコストダウンを図りたいときなどは、これ
を設置しなくても測定は可能である。
スは、クリプトンガス、キセノンガスに限定されるもの
ではなく、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の純ガス及び
これらの混合ガスであってもよい。
定可能とすることにより、高純度な希ガスの純度を連続
的に監視することを主目的とするものであり、主な用途
として、高純度希ガス供給装置の制御モニタリングが挙
げられる。このような高純度希ガス供給装置は、多種類
のガスを使用する半導体製造プロセス等に設置されるこ
とが多く、複数のガス種が同プロセスにおいて混入され
ることがある。このような場合には、不純物窒素だけで
なく、他の成分が混入したことを定性的にでも検知でき
るものであることが望ましい。
は、一般に共存物質の影響(共存影響)を受けやすいこ
とが知られている。本発明でも同様であって、成分によ
って度合いは異なるものの、感度やベースラインの変化
といった共存影響が観測される。この影響が大きい場合
には、測定対象成分の感度が著しく低下し、実際には測
定対象成分が共存影響のない場合に十分に検出できる量
で存在していても、測定対象成分を検出できずに存在し
ていないかのような情報を発信する可能性がある。ガス
の供給装置の制御モニターとしては、このような誤った
情報発信は、供給装置の誤作動を導くおそれがある。
を及ぼす物質の濃度をあらかじめ測定しておき、該物質
の濃度に応じて窒素濃度を補正する方法が考えられる。
図7は、この共存影響を考慮した分析装置の一形態例を
示す系統図であってメインライン22に不純物センサー
51を設けたものである。なお、図7において、前記図
1に示した分析計の構成要素と同一の構成要素には同一
の符号を付して詳細な説明は省略する。
ンサーを用いるが、その他、水分、アルゴン、ヘリウム
等の試料ガス中に混入が予想される共存物質を検知する
ものを使用することができる。この分析計は、不純物セ
ンサー51からの不純物濃度信号を受信して窒素濃度を
補正するものであり、試料ガス中の不純物量が変動して
も正確な窒素濃度を算出することが可能である。しか
し、このような分析計は、複数の分析計又はセンサーか
らの信号を送受信して演算するシステムになるため、分
析対象によっては、例えば単一のガスを利用するプロセ
スの管理には複雑で高コストとなる。
響がある場合にはベースラインが変化することを知見
し、この現象を積極的に利用することによって他成分の
共存、すなわち、他成分の混入が発生したことを検知で
きることを見出した。例えば、アルゴンやヘリウムが試
料ガス中に共存すると、クリプトン中の窒素の発光にお
けるベースラインを上昇させる傾向にある。このような
場合には、実際に窒素濃度が増加した場合も有り得るの
で、このようなベースラインを上昇させる成分について
は、その混入を感知するのは困難である。
度を著しく低下させる成分であり、マトリックスガスで
ある希ガスの種類によって度合いは異なるが、水分も同
様の影響を示すことを見出した。したがって、ベースラ
インが低下した場合には、分析計又は測定になんらかの
異常が発生したと考えてよい。酸素や水は空気の主成分
であり、ガス配管等の外部リークやガス分離プロセスの
異常等によって容易に混入する可能性のある成分である
から、これらの混入を感知できることは、実用上極めて
有用である。このように、ベースラインの低下を監視す
ることによって不純物成分の混入を感知することが可能
であり、さらに、なんらかの原因で放電が途絶えた場合
にもベースラインの低下が見られるので、放電の異常を
直ちに感知できる。
及び共存影響成分が十分に低い濃度である高純度ガスを
通気してあらかじめ発光強度を測定し、そのときの発光
強度(ベースレベル)を基準発光強度として記憶させて
おき、試料ガスを通気して測定した発光強度、即ち測定
発光強度と前記基準発光強度と比較し、測定発光強度が
基準発光強度より一定範囲を超えて小さくなったときに
は、共存影響を及ぼす成分の混入が発生したか、放電の
停止等の装置の異常が発生して正常な測定値を示すこと
ができなくなっているかとの判定を行い、警報等により
供給装置の運転者に伝えることが可能となる。
光強度と基準発光強度とを比較する手段、比較結果に基
づく判定を行う手段は、記憶演算素子を有する装置を設
けることで容易に可能であり、例えば、あらかじめ分析
計の制御及び測定のために設けられた記憶演算装置をそ
のまま兼用すればよく、市販のパソコン等を用いること
ができる。異常発生の判定基準は、例えば基準発光強度
の再現性を求め、その変動幅の3倍の変化をしきい値と
し、このしきい値以下に測定発光強度が低下したときに
異常が発生したと判定することができるが、監視対象と
なるプロセスの特性に応じたしきい値を適宜設定すれば
よい。
ゴンガスを、流量制御装置31からは窒素を含有するア
ルゴンガスをそれぞれ供給し、バルブ32を開閉するこ
とにより、窒素を含まないアルゴンガスと窒素を含むア
ルゴンガスとを順次放電管11内に流入させ、放電によ
って発生したそれぞれの発光スペクトルを分光光度計1
9で測定した。なお、放電電圧は交流10000V、放
電管内圧力は大気圧、放電管に供給するガスの総流量は
50cc/min、アルゴンガス中の窒素濃度は0及び
0.44%とした。
(A),(B)に示す。図3(B)のスペクトルから、
アルゴンガス中の窒素は、337nmや357nm付近
に強い発光シグナルが得られることがわかる。
プトンガスを、流量制御装置31からは窒素を含有する
クリプトンガスをそれぞれ供給し、バルブ32を開閉す
ることにより、窒素を含まないクリプトンガスと窒素を
含むクリプトンガスとを順次放電管11内に流入させ、
それぞれの発光スペクトルを分光光度計19で測定し
た。なお、ガス種を代えた以外、その他の測定条件は参
考例1と同じにした。
(A),(B)に示す。図4(B)のスペクトルから、
クリプトンガス中の窒素の発光は、アルゴンガス中の窒
素の場合とは全く異なり、337nmや357nm付近
に発光シグナルは得られず、238nmや248nm付
近に強い発光シグナルが得られることがわかる。
プトンガスを、流量制御装置31からは窒素を含有する
クリプトンガスをそれぞれ供給し、流量制御装置31に
よって窒素濃度を所望濃度に調節した。窒素を一定濃度
含むクリプトンガス及び窒素を含まないクリプトンガス
を放電管11にそれぞれ供給し、ガスの総流量を、線速
度が15〜200cm/minの範囲で変化させて発光
強度を測定した。ここで用いた放電管は、図8及び図9
に示すように、放電管長さLが230mmで、放電管1
1の内径R1が25mm、内部電極12の外径R2が1
5mmであり、流路断面積は314mm2である。測定
条件は、放電電圧:交流10000V、放電管内圧力:
50kPaG、クリプトンガス中窒素濃度:0ppm及
び10ppm、測定波長:238nmとした。
す。この結果から、最初は線速度の増加と共に窒素の発
光強度が増加していくが、線速度が80cm/minを
越えると下降していく傾向にあり、流量条件としては6
0〜100cc/minの線速度が好ましいことがわか
る。
圧力を0〜200kPaGの範囲で変化させたときの発
光強度を測定した。その他の条件は実施例2と同じにし
た。その結果、図6に示すように、圧力が高くなるほど
感度が良くなる傾向にあることがわかる。
プトンガスとアルゴンガスとの混合ガスを、流量制御装
置31からは窒素をそれぞれ供給し、バルブ32を開閉
し、窒素を含まないクリプトンガスとアルゴンガスとの
混合ガスと、窒素を含むクリプトンガスとアルゴンガス
との混合ガスとを順次放電管11内に流入させ、それぞ
れの発光スペクトルを分光光度計19で測定した。測定
結果を図10(A),(B)に示す。
V、放電管内圧力:大気圧、ガスの総流量:50cc/
min、クリプトンガス中のアルゴンガス濃度:20
%、クリプトンガス+アルゴンガス混合ガス中の窒素濃
度:236ppmとした。窒素を含まないときの図10
(A)と窒素を含むときの図10(B)とから、クリプ
トンガスとアルゴンガスとからなる混合ガス中の窒素の
発光は、アルゴンガス中の窒素の場合とは全く異なり、
337nmや357nm付近には発光シグナルは得られ
ず、238nmや248nm付近に強い発光シグナルが
得られることがわかる。
m、11.1ppm、21.8ppm、32.0pp
m、51.5ppm、69.5ppm)5種類のクリプ
トンガスガスを15分間隔で切り換えて放電管11に導
入した。測定条件は、放電電圧:交流10000V、放
電管内圧力:大気圧、ガス総流量49.5cc/mi
n、測定波長:238nmとした。窒素濃度に対する発
光強度の関係を図11に、発光強度の時間経過ステップ
を図12にそれぞれ示す。この結果から、窒素濃度と発
光強度との間には直線性があり、比例関係があることが
わかる。
m、298ppm、596ppm)3種類のキセノンガ
スガスを放電管11に導入したときの窒素の発光強度を
測定した。測定条件は、放電電圧:交流10000V、
放電管内圧力:大気圧、ガス総流量47.6cc/mi
n、測定波長:246nmとした。得られた窒素濃度と
発光強度との関係を図13に示す。この結果から、両者
の関係には直線性があり、窒素濃度と発光強度とには比
例関係があることがわかる。
m、2ppm、4ppm、6ppm、8ppm、10p
pm)6種類のアルゴンガスガスを放電させたときの窒
素の発光強度を測定した。測定条件は、放電電圧:10
000VAC、放電管内圧力:大気圧、ガス総流量48
cc/min、測定波長:238nmとした。得られた
窒素濃度と発光強度との関係を図14に示す。この結果
から、両者の関係には直線性があり、窒素濃度と発光強
度とには比例関係があることがわかる。
プトンガスを、流量制御装置31からはアルゴンガスを
それぞれ供給し、流量制御装置31を調節してアルゴン
ガス濃度を変化させ、アルゴンガス濃度による発光強度
の変化を測定した。測定条件は、放電電圧:交流100
00V、放電管内圧力:大気圧、ガスの総流量:47.
9cc/min、アルゴンガス濃度:0〜100%、測
定波長:238nmとした。測定結果を図15に示す。
ンガスが混入すると、クリプトンガスだけが放電してい
るときのベースラインよりも増加するため、アルゴン
(不純物)の混入を検出することが可能であることがわ
かる。また、アルゴンガスに代えてヘリウムガスを混入
した場合も同様であった。
プトンガスを、流量制御装置31からは酸素ガスをそれ
ぞれ供給し、バルブ32を開閉することにより、酸素を
含むクリプトンガスと酸素を含まないクリプトンガスと
を交互に放電管11内に流入させるようにし、それぞれ
の発光強度を測定した。ガス種及び濃度以外の条件は実
施例6と同じにした。測定結果を図16に示す。
スが混入すると、ベースラインは、クリプトンガスだけ
が放電しているときよりも減少するため、酸素(不純
物)の混入を検出することが可能であることがわかる。
リプトンガス及び窒素を28ppm含有するクリプトン
ガスを、流量制御装置31からは酸素ガスをそれぞれ供
給し、流量制御装置31を調節することにより、純クリ
プトンガス及び窒素を28ppm含有するクリプトンガ
スに酸素ガスを所定の濃度(0ppm、20ppm、4
0ppm、60ppm、80ppm)となるように添加
し、それぞれの発光強度を測定した。ガス種及び濃度以
外の条件は実施例7と同じにした。測定結果を図17に
示す。この結果から、図18に示すように、酸素が共存
すると窒素の発光強度が減少し、クリプトン中の窒素の
感度が悪くなることがわかる。
の窒素濃度の補正方法を説明する。まず、図18から、
酸素濃度(X[ppm])とクリプトン中の窒素の感度
(Y[V/ppm])との間には、 Y=0.00000591X2−0.000905X+
0.0527 という関係式が成り立ち、例えば、酸素濃度が0ppm
のときのクリプトン中の窒素の感度は0.0527[V
/ppm]であり、酸素濃度が40ppmのときのクリ
プトン中の窒素の感度は0.0259[V/ppm]で
あると算出できる。
プトンのベースライン(Z[V])との間には、 Z=0.0000351X2−0.00515X+2.
65 という関係式が成り立つことから、酸素濃度が0ppm
のときの純クリプトンのベースラインは2.65[V]
であり、酸素濃度が40ppmのときの、純クリプトン
のベースラインは2.51[V]であると算出できる。
m、窒素が28ppm含まれているときの出力は3.2
5Vとなるが、このとき電圧値から算出した補正前の窒
素濃度は、 (3.25−2.65)÷0.0527=11.4[p
pm] となり、実際の濃度(28ppm)より低く見えてしま
うことがわかる。
度を算出すると、 (3.25−2.51)÷0.0259=28.6[p
pm] となり、試料ガス中の酸素濃度を測定することにより、
窒素濃度を実際の数値に補正できることがわかる。
各種ガス中に微量に存在する窒素の濃度を高い精度で測
定することができ、しかも、連続的に安定した状態で測
定することができる。さらに、他のガスを添加せずに分
析できるため、分析コストの低減が図れるとともに、分
析後のガスをそのまま再利用することが可能であり、高
価なクリプトンガスやキセノンガスを廃棄することなく
再使用することで、これらのガスを使用する装置等にお
けるガスコストの低減も図れる。
分析計の一例を示す系統図である。
無による発光スペクトルを示す図である。
有無による発光スペクトルを示す図である。
速度と検出器の出力差との関係を示す図である。
力と検出器の出力差との関係を示す図である。
す系統図である。
る。
る。
ンガスとの混合ガス中の窒素の有無による発光スペクト
ルを示す図である。
濃度と発光強度との関係を示す図である。
ップを示す図である。
関係を示す図である。
関係を示す図である。
ゴンガス濃度と発光強度との関係を示す図である。
を加えたときの発光強度の変化を示す図である。
を含有するクリプトンガス中に酸素ガスを加えた時の発
光強度の変化を示す図である。
を含有するクリプトンガス中に酸素ガスを加えた時のク
リプトンガス中の窒素の感度の変化を示す図である。
…交流電源、15…石英窓、16…試料ガス導入経路、
17…試料ガス導出経路、18…レンズ、19…分光光
度計、21…流量制御装置、22…メインライン、23
…分析ライン、24…圧力制御装置、25…流量制御装
置、26…圧力制御装置、27…タンク、28…ライ
ン、29…昇圧手段、31…流量制御器、32…バル
ブ、41…干渉フィルター、42…検出器、43…アン
プ、44…表示部、45…検出器用高圧電源、51…不
純物センサー
Claims (7)
- 【請求項1】 試料ガスを放電管内に導入して、放電に
より生じた光を集光し、窒素に特有の波長を抽出して検
出器に導入し、検出された光の強度に応じて窒素の濃度
を連続的に測定する方法において、窒素濃度を測定する
ための波長として、215±2nm,226±2nm,
238±2nm,242±2nm,246±1nm,2
56±2nm,260±2nm,266±2nm,27
1±1nm,276±4nm,285±2nm,294
±1nm,300±2nmのうちの少なくとも一つを使
用することを特徴とするガス中の窒素測定方法。 - 【請求項2】 前記試料ガスが、希ガス成分として、ク
リプトンガス、キセノンガス、クリプトンとキセノンと
の混合ガス、アルゴン、ヘリウム、ネオンのいずれか1
つ以上とクリプトンとの混合ガス、アルゴン、ヘリウ
ム、ネオンのいずれか1つ以上とキセノンとの混合ガ
ス、アルゴン、ヘリウム、ネオンのいずれか1つ以上と
キセノンとクリプトンとの混合ガスのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1記載のガス中の窒素測定方法。 - 【請求項3】 請求項1記載のガス中の窒素測定方法に
おいて、窒素の測定に共存影響を及ぼす不純物を含まな
いガスにおける発光強度を基準発光強度としてあらかじ
め測定し、前記試料ガスの発光強度を測定した測定発光
強度と前記基準発光強度とを比較して測定発光強度が基
準発光強度より一定範囲を超えて小さくなったときに、
放電の異常又は負の共存影響を及ぼす不純物の混入のい
ずれかが発生したと判定することを特徴とするガス中の
窒素測定方法。 - 【請求項4】 前記負の共存影響を及ぼす不純物が酸素
及び水の少なくともいずれか一種であることを特徴とす
る請求項3記載のガス中の窒素測定方法。 - 【請求項5】 試料ガスを放電管内に導入して、放電に
より生じた光を集光し、窒素に特有の波長を抽出して検
出器に導入し、検出された光の強度に応じて窒素の濃度
を連続的に測定する装置において、前記検出器の前段
に、215±2nm,226±2nm,238±2n
m,242±2nm,246±1nm,256±2n
m,260±2nm,266±2nm,271±1n
m,276±4nm,285±2nm,294±1n
m,300±2nmのうちの少なくとも一つを透過する
干渉フィルター又は分光器を設置したことを特徴とする
ガス中の窒素測定装置。 - 【請求項6】 前記試料ガスが、希ガス成分として、ク
リプトンガス、キセノンガス、クリプトンとキセノンと
の混合ガス、アルゴン、ヘリウム、ネオンのいずれか1
つ以上とクリプトンとの混合ガス、アルゴン、ヘリウ
ム、ネオンのいずれか1つ以上とキセノンとの混合ガ
ス、アルゴン、ヘリウム、ネオンのいずれか1つ以上と
キセノンとクリプトンとの混合ガスのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項5記載のガス中の窒素測定装置。 - 【請求項7】 窒素の測定に共存影響を及ぼす不純物を
含まないガスを測定したときの発光強度を基準発光強度
として記憶する手段と、試料ガスを測定したときの測定
発光強度を前記基準発光強度と比較する手段と、測定発
光強度が基準発光強度より一定範囲を超えて小さくなっ
たときに、放電の異常又は負の共存影響を及ぼす不純物
の混入のいずれかが発生したと判定する手段とを備えて
いることを特徴とする請求項5記載のガス中の窒素測定
装置。
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