JP2013145249A - Gas monitoring device - Google Patents

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勲 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas monitoring device capable of evaluating absorption strength of gas absorbed onto a crystal oscillator.SOLUTION: In a gas monitoring device 1 which comprises: a casing 2 which has an air introduction section 21, to introduce air to be a monitoring object or clean air, at one end and an air exhaust section 22, to exhaust the introduced air, at the other end; and a crystal oscillator 3 mounted inside the casing 2, the air to be the monitoring object and the clean air are alternately supplied to the air introduction section 21. By continuously obtaining a residual absorption amount of a substance remained on a surface of the crystal oscillator 3, absorption strength of the substance can be evaluated. Also, because the air to be the monitoring object is thoroughly contacted onto the entire surface of the crystal oscillator 3, the gas monitoring device 1 allows the substance to be the monitoring object to be effectively absorbed onto the crystal oscillator 3.

Description

本発明は、水晶振動子を用いたガスモニタリング装置に関する。   The present invention relates to a gas monitoring device using a crystal resonator.

水晶振動子を用いたガスモニタリング方法として、水晶振動子に電極を設けて形成した汚染センサをクリーンルーム等のチャンバー内に配置して、その汚染センサの電極にケミカル物質を付着させ、その水晶振動子の共振周波数の変化からケミカル汚染度をリアルタイムでモニタするようにしたチャンバー内のケミカル汚染度モニタ方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。   As a gas monitoring method using a crystal resonator, a contamination sensor formed by providing an electrode on the crystal resonator is placed in a chamber such as a clean room, and a chemical substance is attached to the electrode of the contamination sensor. There has been proposed a method for monitoring the degree of chemical contamination in a chamber in which the degree of chemical contamination is monitored in real time from the change in the resonance frequency (see, for example, Patent Document 1).

また、水晶振動子を用いたガスモニタリング装置として、センサと、センサに接続された共振回路と、共振回路に接続された周波数検出器とを備えたケミカルフィルタ終点検知モニタが提案されている。ここで用いられるセンサは、固有の共振周波数で振動する円盤状の水晶振動子と、振動子の両側面に金などで形成された金属電極と、それぞれの電極の接続端子と、金属電極上に形成された周囲の所要のガス成分を吸着するための膜層とを有している。このケミカルフィルタ終点検知モニタによれば、汚染分子が吸着されると、その分だけ膜層の重量が増加するため、水晶振動子の共振周波数が低下する。この共振周波数を周波数検出器により測定することにより、ケミカルフィルタ処理ガス中の汚染分子の基板付着量を測定するようになっている（たとえば、特許文献２参照）。   Further, as a gas monitoring apparatus using a crystal resonator, a chemical filter end point detection monitor including a sensor, a resonance circuit connected to the sensor, and a frequency detector connected to the resonance circuit has been proposed. The sensor used here includes a disk-shaped crystal resonator that vibrates at a specific resonance frequency, metal electrodes formed of gold or the like on both sides of the resonator, connection terminals of the respective electrodes, and metal electrodes. And a film layer for adsorbing the required surrounding gas components. According to this chemical filter end point detection monitor, when the contaminating molecules are adsorbed, the weight of the film layer increases accordingly, and the resonance frequency of the crystal resonator decreases. By measuring the resonance frequency with a frequency detector, the amount of contaminating molecules in the chemical filter processing gas adhering to the substrate is measured (for example, see Patent Document 2).

図６は、ガスモニタリング装置を示す模式図であり、図７は、図６に示したガスモニタリング装置を用いたモニタリング結果を示す図である。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a gas monitoring device, and FIG. 7 is a diagram showing a monitoring result using the gas monitoring device shown in FIG.

図６に示すガスモニタリング装置７０１は、上述した先行技術を踏まえ、本願の発明者らがケミカル汚染物質の汚染濃度をより正確に計測すべく提案したものであって、一端部にモニタリング対象となる空気を導入する空気導入部７２１を設け、他端部に導入した空気を排出する空気排出部７２２を設けたケーシング７０２と、該ケーシング７０２の内部に装填された水晶振動子７０３とを備えている。このガスモニタリング装置７０１によれば、図７に示すように、時間とともに汚染物質が水晶振動子７０３に吸着されることになる（特願２００８−１５１６１２号参照）。   A gas monitoring apparatus 701 shown in FIG. 6 is proposed by the inventors of the present application to more accurately measure the contamination concentration of chemical contaminants based on the above-described prior art, and is a monitoring target at one end. An air introduction part 721 for introducing air is provided, and a casing 702 provided with an air discharge part 722 for discharging the air introduced to the other end part, and a crystal resonator 703 loaded in the casing 702 are provided. . According to this gas monitoring device 701, as shown in FIG. 7, contaminants are adsorbed to the crystal resonator 703 over time (see Japanese Patent Application No. 2008-151612).

特開２０００−１８０３３２号公報JP 2000-180332 A 特開２００２−１６８７４８号公報JP 2002-168748 A

しかしながら、上述したガスモニタリング装置７０１では、水晶振動子７０３に吸着されたガスの吸着強度を評価することは難しい。   However, in the gas monitoring device 701 described above, it is difficult to evaluate the adsorption strength of the gas adsorbed by the crystal resonator 703.

また、上述したガスモニタリング装置７０１では、モニタリング対象となる空気が水晶振動子７０３にどのように当たるかによって、吸着されるケミカル汚染物質の吸着量が変化することが実験によりわかった。たとえば、同一条件下において、図８に示すように、モニタリング対象となる空気が垂直に当たるように水晶振動子７０３を配置した場合（以下、垂直配置の場合という）には吸着量が９８ng/cm２となるのに対して、図９に示すように、モニタリング対象となる空気と平行となるように水晶振動子７０３を配置した場合（以下、水平配置の場合という）に吸着量が１３３ng/cm２となる。垂直配置の場合が水平配置の場合よりも吸着量が少ないのは、垂直配置の場合に水晶振動子７０３の影となる面（裏面）が空気と接触しにくいことによるものであると解される。一方、水平配置の場合は水晶振動子７０３の全体が空気に触れることから、垂直配置の場合の２倍の吸着量となることが予想されたが、約１．４倍の吸着量しか得られなかった。この結果は、空気導入部７２１から導入される空気の流速を半分（１／２）にした場合、１．５倍にした場合も同様である。このことからモニタリング対象となる空気の流れる方向と水晶振動子７０３との関係には最適なものがあると解される。 Further, in the gas monitoring device 701 described above, it has been experimentally found that the amount of adsorbed chemical pollutant varies depending on how the air to be monitored hits the crystal resonator 703. For example, under the same conditions, as shown in FIG. 8, when the crystal resonator 703 is arranged so that the air to be monitored is vertically applied (hereinafter referred to as a vertical arrangement), the adsorption amount is 98 ng / cm 2. On the other hand, as shown in FIG. 9, when the crystal resonator 703 is arranged so as to be parallel to the air to be monitored (hereinafter referred to as horizontal arrangement), the adsorption amount is 133 ng / cm 2. It becomes. The reason why the amount of adsorption is smaller in the case of the vertical arrangement than in the case of the horizontal arrangement is understood to be due to the fact that the surface (back surface) which is a shadow of the crystal resonator 703 in the vertical arrangement is difficult to contact with air. . On the other hand, in the case of the horizontal arrangement, the entire crystal unit 703 is exposed to air, so it was predicted that the amount of adsorption was twice that of the case of the vertical arrangement, but only about 1.4 times the amount of adsorption was obtained. There wasn't. This result is the same when the flow rate of the air introduced from the air introduction part 721 is halved (1/2) or 1.5 times. From this, it is understood that there is an optimum relationship between the direction of the air to be monitored and the crystal resonator 703.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モニタリング対象となる空気の流れる方向と水晶振動子との関係を最適化するガスモニタリング装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a gas monitoring device that optimizes the relationship between the flow direction of air to be monitored and a crystal resonator.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モニタリング対象となる空気が導入される空気導入部と、導入された空気が排出される空気排出部を設けたケーシングと、該ケーシングの内部に装填された水晶振動子とを備えたガスモニタリング装置であって、前記空気導入部が、モニタリング対象となる空気が水晶振動子の一方の面に斜めに当たり、その後、一方の面に沿って流れるように、ケーシングの側部に設けた第一導入部と、モニタリング対象となる空気が水晶振動子の他方の面に斜めに当たり、その後、他方の面に沿って流れるように、ケーシングの側部に設けた第二導入部とを有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides an air introduction part into which air to be monitored is introduced, a casing provided with an air exhaust part from which the introduced air is exhausted, A gas monitoring device including a quartz crystal resonator loaded in a casing, wherein the air introduction unit is configured such that the air to be monitored strikes one surface of the crystal resonator diagonally, and then the one surface The first introduction part provided on the side of the casing so as to flow along the air, and the air to be monitored obliquely strikes the other surface of the crystal unit, and then flows along the other surface of the casing. It has the 2nd introduction part provided in the side part, It is characterized by the above-mentioned.

本発明にかかるガスモニタリング装置は、ケーシングの側部に設けた第一導入部から導入されたモニタリング対象となる空気が水晶振動子の一方の面に斜めに当たり、その後、一方の面に沿って流れるとともに、ケーシングの側部に設けた第二導入部から導入された計測対象となる空気が水晶振動子の他方の面に斜めに当たり、その後、他方の面に沿って流れるので、モニタリング対象となる物質を水晶振動子に効率的に吸着させることができる。   In the gas monitoring device according to the present invention, the air to be monitored introduced from the first introduction portion provided on the side portion of the casing strikes one surface of the crystal resonator obliquely, and then flows along the one surface. In addition, since the air to be measured introduced from the second introduction portion provided on the side portion of the casing strikes the other surface of the crystal resonator obliquely and then flows along the other surface, the substance to be monitored Can be efficiently adsorbed to the crystal unit.

図１は、本発明の実施の形態１であるガスモニタリング装置を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a gas monitoring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、強固に吸着された物質Ａのモニタリング結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a monitoring result of the substance A that is strongly adsorbed. 図３は、容易に離脱される物質Ｂのモニタリング結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a monitoring result of the substance B that is easily detached. 図４は、本発明の実施の形態２であるガスモニタリング装置を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a gas monitoring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 図５は、本発明の実施の形態３であるガスモニタリング装置を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a gas monitoring apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 図６は、先行技術であるモニタリング装置を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a monitoring device that is a prior art. 図７は、図６に示したモニタリング装置を用いたモニタリング結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a monitoring result using the monitoring device shown in FIG. 図８は、モニタリング対象となる空気が垂直に当たるように水晶振動子を配置したモニタリング装置を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a monitoring device in which a crystal resonator is arranged so that air to be monitored hits vertically. 図９は、モニタリング対象となる空気と平行となるように水晶振動子を配置したモニタリング装置を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a monitoring device in which a crystal resonator is arranged so as to be parallel to the air to be monitored.

以下に、本発明にかかるガスモニタリング装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a gas monitoring apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

（実施の形態１）
まず、図１〜図３に基づいて、本発明の実施の形態１であるガスモニタリング装置について説明する。なお、図１は、本発明の実施の形態１であるガスモニタリング装置を示す模式図であり、図２は、吸着強度が大きな物質Ａのモニタリング結果を示す図、図３は、吸着強度が小さな物質Ｂのモニタリング結果を示す図である。 (Embodiment 1)
First, the gas monitoring apparatus which is Embodiment 1 of this invention is demonstrated based on FIGS. 1-3. 1 is a schematic diagram showing the gas monitoring apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a monitoring result of the substance A having a high adsorption strength, and FIG. 3 is a low adsorption strength. It is a figure which shows the monitoring result of the substance B.

図１に示すガスモニタリング装置１は、半導体や液晶デバイスの生産・開発用のクリーンルームの内部に設置され、ケミカル汚染物質をリアルタイムで計測できるようにしたものである。   A gas monitoring apparatus 1 shown in FIG. 1 is installed inside a clean room for production and development of semiconductors and liquid crystal devices, and can measure chemical contaminants in real time.

図１に示すように、ガスモニタリング装置１は、ケーシング２の内部に水晶振動子（ＱＣＭ）３を装填したものである。   As shown in FIG. 1, the gas monitoring device 1 has a casing 2 in which a crystal resonator (QCM) 3 is loaded.

ケーシング２は、円筒形状をした箱体であって、モニタリング対象となる空気（クリーンルームの室内空気）あるいは清浄な空気が導入される空気導入部２１を一端部に設け、導入された空気が排出される空気排出部２２を他端部に設けてある。   The casing 2 is a box having a cylindrical shape, and is provided with an air introduction part 21 into which air to be monitored (room air in a clean room) or clean air is introduced at one end, and the introduced air is discharged. An air discharge portion 22 is provided at the other end portion.

空気導入部２１には、バルブ（選択供給手段）４が接続してある。バルブ４は、モニタリング対象となる空気あるいは清浄な空気を選択し、選択された空気を空気導入部２１から供給するようになっている。バルブ４には、バルブ切換コントローラ（切換制御手段）４１が接続してある。バルブ切換コントローラ４１は、バルブ４を切換制御するもので、本実施の形態にかかるバルブ切換コントローラ４１は、予め設定した時間ごとに選択された空気を一方から他方に切り換えるようになっている。たとえば、モニタリング対象となる空気が選択され、モニタリング対象となる空気が空気導入部２１から供給されている場合に、予め設定された時間が経過すると、選択された空気がモニタリング対象となる空気から清浄な空気に切り換えられ、清浄な空気が空気導入部２１から供給されるようになる。同様に、清浄な空気が選択され、清浄な空気が空気導入部２１に供給されている場合に、予め設定された時間が経過すると、選択された空気が清浄な空気からモニタリング対象となる空気に切り換えられ、モニタリング対象となる空気が空気導入部２１に供給されるようになる。すなわち、モニタリング対象となる空気と清浄な空気とが予め設定された時間ごとに切り替わり、空気導入部２１に供給されることになる。なお、予め設定された時間は、任意に設定されるが、ここでは、三時間が設定されているものとする。   A valve (selective supply means) 4 is connected to the air introduction part 21. The valve 4 selects air to be monitored or clean air, and supplies the selected air from the air introduction unit 21. A valve switching controller (switching control means) 41 is connected to the valve 4. The valve switching controller 41 controls the switching of the valve 4, and the valve switching controller 41 according to the present embodiment switches the air selected every time set in advance from one to the other. For example, when air to be monitored is selected and air to be monitored is supplied from the air introduction unit 21, when the preset time has elapsed, the selected air is purified from the air to be monitored. Therefore, clean air is supplied from the air introduction unit 21. Similarly, when clean air is selected and clean air is supplied to the air introduction unit 21, when a preset time has elapsed, the selected air is changed from clean air to air to be monitored. The air to be monitored is supplied to the air introduction unit 21 by switching. That is, the air to be monitored and the clean air are switched at predetermined time intervals and supplied to the air introduction unit 21. The preset time is arbitrarily set, but here, it is assumed that three hours are set.

空気排出部２２は、吸引ポンプ（空気排出手段）接続される開口であって、吸引ポンプが稼働すると、モニタリング対象となる空気あるいは清浄な空気が空気導入部２１を介してケーシング２の内部に一定速度で強制的に導入され、その後、空気排出部２２を介してケーシング２の外部に排出されるようになっている。   The air discharge part 22 is an opening connected to a suction pump (air discharge means), and when the suction pump is operated, air to be monitored or clean air is constant inside the casing 2 through the air introduction part 21. It is forcibly introduced at a speed and then discharged to the outside of the casing 2 through the air discharge part 22.

水晶振動子３は、水晶片３１と、水晶片３１の両側表面に設けられた一対の電極３２と、電極３２の少なくとも一方に積層されたシリコンウエハ３３とを有しており、ケミカル汚染物質は、シリコンウエハ３３に吸着されるようになっている。   The crystal unit 3 includes a crystal piece 31, a pair of electrodes 32 provided on both side surfaces of the crystal piece 31, and a silicon wafer 33 laminated on at least one of the electrodes 32. The silicon wafer 33 is attracted.

水晶振動子３の電極３２には、共振回路５１が接続されている。共振回路５１は、水晶振動子３を共振させるためのもので、電源５２が接続され、電源５２から電力が供給されるようになっている。また、共振回路５１には、周波数カウンタ５３が接続され、水晶振動子３が共振した周波数をカウントするようになっている。   A resonance circuit 51 is connected to the electrode 32 of the crystal unit 3. The resonance circuit 51 is for resonating the crystal resonator 3, and is connected to a power source 52 so that power is supplied from the power source 52. In addition, a frequency counter 53 is connected to the resonance circuit 51 so as to count the frequency at which the crystal resonator 3 resonates.

周波数カウンタ５３には、データ処理装置（ＰＣ）５４が接続されている。データ処理装置５４は、シリコンウエハがケミカル汚染物質を吸着することにより生じる重力変化を水晶振動子３が共振周波数変化として出力することを用い、周波数カウンタ５３がカウントした周波数からシリコンウエハがケミカル汚染物質を吸着することにより生じる重量変化を算出するようになっている。また、データ処理装置５４は、清浄な空気からモニタリング対象となる空気への切換直前において水晶振動子３に吸着された物質の残存吸着量を継続して求めるとともに、継続して求めた物質の残存吸着量から物質の吸着強度を求めるようになっている。   A data processing device (PC) 54 is connected to the frequency counter 53. The data processing device 54 uses the fact that the quartz crystal vibrator 3 outputs the change in gravity caused by the silicon wafer adsorbing the chemical contaminant as the change in the resonance frequency, and the silicon wafer becomes the chemical contaminant from the frequency counted by the frequency counter 53. The change in weight caused by adsorbing is calculated. In addition, the data processing device 54 continuously obtains the residual adsorption amount of the substance adsorbed on the quartz crystal resonator 3 immediately before switching from clean air to air to be monitored, and continuously obtains the remaining substance. The adsorption strength of the substance is obtained from the adsorption amount.

上述した実施の形態１であるガスモニタリング装置１は、モニタリング対象となる空気が選択され、モニタリング対象となる空気がバルブ４から空気導入部２１を介してケーシングの内部に供給されると、図２および図３に示すように、時間の経過とともにケミカル汚染物質の吸着量（重量）が増加する。ここで、単位時間あたりの変化量（吸着速度）と空気量との関係をみれば、ケミカル汚染物質の空気中濃度が推定できる。また、平均的な吸着量変化のデータを用意しておけば、これと日々のデータを比較することによって、異常事態の発生や室内汚染物質濃度の変動を感知することもできる。   In the gas monitoring apparatus 1 according to Embodiment 1 described above, when air to be monitored is selected and the air to be monitored is supplied from the valve 4 to the inside of the casing via the air introduction unit 21, FIG. And as shown in FIG. 3, the adsorption amount (weight) of a chemical contaminant increases with progress of time. Here, if the relationship between the amount of change per unit time (adsorption rate) and the amount of air is observed, the concentration of chemical pollutants in the air can be estimated. In addition, if data on the average amount of adsorption change is prepared, it is possible to detect the occurrence of an abnormal situation and the fluctuation of the indoor pollutant concentration by comparing this with daily data.

そして、予め設定された時間が経過すると、バルブ切換コントローラ４１によって、選択された空気がモニタリング対象となる空気から清浄な空気に切り換えられ、清浄な空気がバルブ４から空気導入部２１を介してケーシング２の内部に供給される。すると、図２および図３に示すように、時間の経過とともにケミカル汚染物質の吸着量（重量）が減少する。これは、清浄な空気によって、水晶振動子３からケミカル汚染物質が脱離したことを意味する。   When a preset time elapses, the valve switching controller 41 switches the selected air from the air to be monitored to the clean air, and the clean air is moved from the valve 4 through the air introduction unit 21 to the casing. 2 is supplied inside. Then, as shown in FIGS. 2 and 3, the amount (weight) of adsorption of chemical contaminants decreases with time. This means that chemical contaminants are detached from the crystal unit 3 by clean air.

したがって、モニタリング対象となる空気と清浄な空気とが予め設定された時間ごとに切り替わり空気導入部２１に供給されると、図２および図３に示すように、ケミカル汚染物質の吸着量は、増加と減少を繰り返すことになる。   Therefore, when the air to be monitored and the clean air are switched at predetermined time intervals and supplied to the air introduction unit 21, the amount of adsorption of chemical contaminants increases as shown in FIGS. And will continue to decrease.

そして、データ処理装置５４が、清浄な空気からモニタリング対象となる空気への切換直前において水晶振動子３に吸着されたケミカル汚染物質の吸着量（残存吸着量）を継続して求めれば、当該物質の吸着強度を求めることができる。   If the data processing device 54 continuously obtains the amount of adsorption (residual adsorption amount) of the chemical contaminant adsorbed on the quartz crystal resonator 3 immediately before switching from clean air to air to be monitored, the substance The adsorption strength can be obtained.

すなわち、図２および図３に示すように、ケミカル汚染物質の吸着量が最小となる時点（清浄な空気からモニタリング対象となる空気への切換直前）の吸着量をプロットすれば、当該物質の吸着強度を求めることができる。吸着強度は、直線で近似することができ、たとえば、図２に示すＡ物質の吸着強度ＹＡは、ＹＡ＝ａＸ＋ＣＡで表すことができ、図３に示すＢ物質の吸着強度ＹＢは、ＹＢ＝ｂＸ＋ＣＢで表すことができる。したがって、この直線の傾きがケミカル汚染物質の吸着強度として評価される。なお、図２および図３において、傾きはａ＞ｂとなるので、Ａ物質はＢ物質よりも吸着強度が大きく、半導体や液晶デバイスの生産に悪影響を与えると解される。 That is, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, if the adsorption amount at the time when the adsorption amount of the chemical pollutant becomes minimum (immediately before switching from clean air to air to be monitored) is plotted, the adsorption of the substance The strength can be determined. The adsorption intensity can be approximated by a straight line. For example, the adsorption intensity Y A of the substance A shown in FIG. 2 can be expressed by Y A = aX + C A , and the adsorption intensity Y B of the substance B shown in FIG. , Y B = bX + C B. Therefore, the slope of this straight line is evaluated as the adsorption strength of chemical contaminants. 2 and 3, since the slope is a> b, it is understood that the substance A has a higher adsorption strength than the substance B, which adversely affects the production of semiconductors and liquid crystal devices.

ところで、水晶振動子（ＱＣＭ）表面への汚染物質の表面濃度の変化は下記数式１によって表されることが知られている（「有機汚染物質／アウトガスの発生メカニズムとトラブル対策事例集」技術情報協会、２００８年１月、ｐ．１１９−１２７参照）。   By the way, it is known that the change in the surface concentration of contaminants on the surface of the crystal unit (QCM) is expressed by the following formula 1 (Technical information on "Organic contaminants / outgas generation mechanism and troubleshooting examples" Association, January 2008, p.119-127).

Figure 2013145249
Figure 2013145249

清浄空気を導入した場合には、Ｃｘ≒０となるので、上記数式１は、下記数式２に近似できる。   When clean air is introduced, Cx≈0, and the above formula 1 can be approximated to the following formula 2.

Figure 2013145249
Figure 2013145249

したがって、物質Ｘの脱離速度定数（Ｋｄｅ，ｘ）が大きければ物質Ｘの表面濃度はすばやく減少し、０に近づくことになる。一方、物質Ｘの脱離速度定数（Ｋｄｅ，ｘ）が小さければ物質Ｘの表面濃度は減少しにくく、物質Ｘは脱離しないで表面に残存し、ある表面濃度に漸近することになる。このことは、上述した実施の形態１により求められた吸着強度と整合する。   Therefore, if the desorption rate constant (Kde, x) of the substance X is large, the surface concentration of the substance X decreases quickly and approaches zero. On the other hand, if the desorption rate constant (Kde, x) of the substance X is small, the surface concentration of the substance X is difficult to decrease, and the substance X does not desorb but remains on the surface and approaches a certain surface concentration. This is consistent with the adsorption strength obtained by the first embodiment described above.

上述した実施の形態１であるガスモニタリング装置１は、モニタリング対象となる空気と清浄な空気とが交互に空気導入部２１に供給されるので、吸着強度が大きな物質は水晶振動子３の表面に残存し、吸着強度が小さな物質は水晶振動子３の表面から脱離する。したがって、水晶振動子３の表面に残存した物質の残存吸着量を継続して求めれば、当該物質の吸着強度を評価することができる。   In the gas monitoring apparatus 1 according to the first embodiment described above, air to be monitored and clean air are alternately supplied to the air introduction unit 21, so that a substance having a large adsorption strength is applied to the surface of the crystal unit 3. The substance that remains and has a low adsorption strength is detached from the surface of the crystal unit 3. Therefore, if the residual adsorption amount of the substance remaining on the surface of the crystal unit 3 is continuously obtained, the adsorption strength of the substance can be evaluated.

上述した実施の形態１であるガスモニタリング装置１は、クリーンルームの室内空気のモニタリングのほかに、各種材料から放出されるアウトガスのモニタリングにも適用できる。より具体的には、シリコンウエハや基板に吸着されやすいガス成分がクリーンルームを構成する材料から発生するか否かを評価する際にも適用できる。したがって、ケミカル汚染物質の影響を考慮してクリーンルームを設計・建設・運用することができる。すなわち、適切なケミカルフィルタの使用（フィルタ種類・稼働時間の最適化）やケミカル汚染物質が放出されない材料の選択が可能となり、低コスト、低消費エネルギーが実現できる。   The gas monitoring apparatus 1 according to the first embodiment described above can be applied not only to monitoring indoor air in a clean room, but also to monitoring outgas emitted from various materials. More specifically, the present invention can also be applied when evaluating whether or not a gas component that is easily adsorbed on a silicon wafer or a substrate is generated from a material constituting a clean room. Therefore, a clean room can be designed, constructed and operated in consideration of the influence of chemical contaminants. In other words, it is possible to use an appropriate chemical filter (optimization of filter type and operating time) and to select a material that does not release chemical contaminants, thereby realizing low cost and low energy consumption.

（実施の形態２）
つぎに、図４に基づいて、本発明の実施の形態２であるガスモニタリング装置を説明する。なお、図４は、本発明の実施の形態２であるガスモニタリング装置を示す模式図である。また、実施の形態１であるガスモニタリング装置と共通する構成については説明を省略する。 (Embodiment 2)
Next, based on FIG. 4, a gas monitoring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing a gas monitoring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. Moreover, description is abbreviate | omitted about the structure which is common in the gas monitoring apparatus which is Embodiment 1. FIG.

図４に示すガスモニタリング装置１０１は、半導体や液晶デバイスの生産・開発用のクリーンルームの内部に設置され、ケミカル汚染物質をリアルタイムで計測できるようにしたものである。   A gas monitoring apparatus 101 shown in FIG. 4 is installed in a clean room for production / development of semiconductors and liquid crystal devices so that chemical pollutants can be measured in real time.

図４に示すように、ガスモニタリング装置１０１は、ケーシング１０２の内部に水晶振動子（ＱＣＭ）１０３を装填したものである。ケーシング１０２は、円筒形状をした箱体であって、長手方向（図４において左右方向）に平行に水晶振動子１０３が装填してある。また、ケーシング１０２には、モニタリング対象となる空気が導入される空気導入部１２１と、導入された空気が排出される空気排出部１２２とが設けてある。   As shown in FIG. 4, the gas monitoring apparatus 101 has a casing 102 in which a crystal resonator (QCM) 103 is loaded. The casing 102 is a cylindrical box, and a crystal unit 103 is loaded in parallel to the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 4). Further, the casing 102 is provided with an air introduction part 121 into which air to be monitored is introduced and an air exhaust part 122 through which the introduced air is discharged.

空気導入部１２１は、モニタリング対象となる空気が水晶振動子１０３の一方の面に斜めに当たり、その後、一方の面に沿って流れるように、ケーシング１０２の側部に斜めに設けた第一導入部１２１ａと、モニタリング対象となる空気が水晶振動子１０３の他方の面に斜めに当たり、その後、他方の面に沿って流れるようにケーシング１０２の側部に斜めに設けた第二導入部１２１ｂとにより構成されている。   The air introduction part 121 is a first introduction part provided obliquely on the side of the casing 102 so that the air to be monitored strikes one surface of the crystal unit 103 obliquely and then flows along one surface. 121a and a second introduction part 121b provided obliquely on the side of the casing 102 so that the air to be monitored strikes the other surface of the crystal unit 103 obliquely and then flows along the other surface. Has been.

空気排出部１２２は、空気導入部１２１の下流となる端部に設けられた開口であって、吸引ポンプ（空気排出手段）が接続されている。   The air discharge part 122 is an opening provided at an end part downstream of the air introduction part 121, and is connected to a suction pump (air discharge means).

上述した実施の形態２であるガスモニタリング装置１０１は、吸引ポンプが稼働すると、第一導入部１２１ａと第二導入部１２１ｂとからモニタリング対象となる空気が一定速度で導入され、導入された空気は水晶振動子１０３の表面（一方の面と他方の面）に斜めに当たり、表面に沿って流れる。そして、モニタリング対象となる空気に含まれるケミカル汚染物質は、水晶振動子１０３の表面に吸着されることになる。   In the gas monitoring apparatus 101 according to the second embodiment described above, when the suction pump is operated, air to be monitored is introduced at a constant speed from the first introduction unit 121a and the second introduction unit 121b, and the introduced air is It strikes the surface (one surface and the other surface) of the crystal unit 103 obliquely and flows along the surface. Then, chemical contaminants contained in the air to be monitored are adsorbed on the surface of the crystal unit 103.

上述した実施の形態２であるガスモニタリング装置１０１は、第一導入部１２１ａと第二導入部１２１ｂとから導入された空気が水晶振動子１０３の表面（一方の面と他方の面）に斜めに当たり、表面に沿って流れるので、モニタリング対象となる物質を水晶振動子１０３に効率的に吸着させることができる。   In the gas monitoring apparatus 101 according to the second embodiment described above, the air introduced from the first introduction part 121a and the second introduction part 121b strikes the surface (one face and the other face) of the crystal unit 103 obliquely. Since it flows along the surface, the substance to be monitored can be efficiently adsorbed to the crystal unit 103.

（実施の形態３）
つぎに、図５に基づいて、本発明の実施の形態３であるガスモニタリング装置を説明する。なお、図５は、本発明の実施の形態３であるガスモニタリング装置を示す模式図である。また、実施の形態１であるガスモニタリング装置と共通する構成については説明を省略する。 (Embodiment 3)
Next, a gas monitoring apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a gas monitoring apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. Moreover, description is abbreviate | omitted about the structure which is common in the gas monitoring apparatus which is Embodiment 1. FIG.

図５に示すガスモニタリング装置２０１は、半導体や液晶デバイスの生産・開発用のクリーンルームの内部に設置され、ケミカル汚染物質をリアルタイムで計測できるようにしたものである。   A gas monitoring apparatus 201 shown in FIG. 5 is installed inside a clean room for production and development of semiconductors and liquid crystal devices, and can measure chemical contaminants in real time.

図５に示すように、ガスモニタリング装置２０１は、ケーシング２０２の内部に水晶振動子（ＱＣＭ）２０３を装填したものである。ケーシング２０２は円筒形状をした箱体であって、モニタリング対象となる空気（クリーンルームの室内空気）が導入される空気導入部２２１を一端部に設け、導入された空気が排出される空気排出部２２２を他端部に設けてある。   As shown in FIG. 5, the gas monitoring apparatus 201 has a quartz crystal (QCM) 203 loaded inside a casing 202. The casing 202 is a cylindrical box, and is provided with an air introduction portion 221 into which air to be monitored (room air in a clean room) is introduced at one end, and the air discharge portion 222 from which the introduced air is discharged. Is provided at the other end.

空気導入部２２１は、クリーンルームに臨む開口であって、クリーンルームの空気は空気導入部２２１からケーシング２０２の内部に導入されるようになっている。空気排出部２２２は、吸引ポンプ（空気排出手段）に接続される開口であって、吸引ポンプを稼働すると、空気導入部２２１からケーシングの内部にモニタリング対象となる空気が一定速度で強制的に導入され、その後、空気排出部２２２からケーシング２０２の外部に排出されるようになっている。   The air introduction part 221 is an opening facing the clean room, and the air in the clean room is introduced into the casing 202 from the air introduction part 221. The air discharge part 222 is an opening connected to a suction pump (air discharge means), and when the suction pump is operated, the air to be monitored is forcibly introduced from the air introduction part 221 into the casing at a constant speed. After that, the air is discharged from the air discharge part 222 to the outside of the casing 202.

水晶振動子２０３は、ケーシング２０２に対して回転可能に装填してあり、ケーシング２０２の外部に設けられた駆動手段（たとえば、モータ）によって一定速度で回転するようになっている。水晶振動子２０３の回転速度は、１回転／１０分程度のゆっくりした速度が好ましい。これは、水晶振動子２０３の回転速度が速いと水晶振動子２０３の共振状態に影響を与えることによるものである。また、回転方向は一方向でもよいが所定時間ごとに回転方向を変更してもよい。   The crystal unit 203 is rotatably mounted on the casing 202, and is rotated at a constant speed by driving means (for example, a motor) provided outside the casing 202. The rotation speed of the crystal unit 203 is preferably a slow speed of about 1 rotation / 10 minutes. This is because when the rotational speed of the crystal unit 203 is high, the resonance state of the crystal unit 203 is affected. The rotation direction may be one direction, but the rotation direction may be changed every predetermined time.

上述した実施の形態３であるガスモニタリング装置２０１は、吸引ポンプが稼働すると、空気導入部２２１からモニタリング対象となる空気が一定速度で導入され、導入された空気は水晶振動子の周りを通って空気配排出部から排出される。このとき、水晶振動子は回転しているので、モニタリング対象となる空気が水晶振動子の全体に行き渡る。   In the gas monitoring apparatus 201 according to the third embodiment described above, when the suction pump is operated, the air to be monitored is introduced from the air introduction unit 221 at a constant speed, and the introduced air passes around the crystal resonator. It is discharged from the air distribution unit. At this time, since the crystal unit is rotating, the air to be monitored spreads over the entire crystal unit.

上述した実施の形態３であるガスモニタリング装置２０１は、水晶振動子２０３を回転させることにより、モニタリング対象となる空気が水晶振動子２０３の表面全体に行き渡るので、モニタリング対象となる物質を水晶振動子２０３に効率的に吸着させることができる。   The gas monitoring apparatus 201 according to the third embodiment described above rotates the crystal resonator 203 so that the air to be monitored reaches the entire surface of the crystal resonator 203. 203 can be adsorbed efficiently.

なお、上述した実施の形態３であるガスモニタリング装置２０１は、ケーシング２０２の一端部に空気導入部２２１を設けることとしたが、上述した実施の形態２であるガスモニタリング装置と同様に、ケーシング２０２の側部に斜めに第一導入部と第二導入部とを設けるようにしてもよい。   In the gas monitoring device 201 according to the third embodiment described above, the air introduction unit 221 is provided at one end of the casing 202. However, similar to the gas monitoring device according to the second embodiment described above, the casing 202 is provided. You may make it provide a 1st introduction part and a 2nd introduction part diagonally in the side part.

１ ガスモニタリング装置
２ ケーシング
２１ 空気導入部
２２ 空気排出部
３ 水晶振動子
３１ 水晶片
３２ 電極
３３ シリコンウエハ
４ バルブ（選択供給手段）
４１ バルブ切換コントローラ（切換制御手段）
５１ 共振回路
５２ 電源
５３ 周波数カウンタ
５４ データ処理装置
１０１ ガスモニタリング装置
１０２ ケーシング
１０３ 水晶振動子
１２１ 空気導入部
１２１ａ 第一導入部
１２１ｂ 第二導入部
１２２ 空気排出部
２０１ ガスモニタリング装置
２０２ ケーシング
２０３ 水晶振動子
２２１ 空気導入部
２２２ 空気排出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas monitoring apparatus 2 Casing 21 Air introduction part 22 Air discharge part 3 Crystal vibrator 31 Crystal piece 32 Electrode 33 Silicon wafer 4 Valve (selection supply means)
41 Valve switching controller (switching control means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 Resonant circuit 52 Power supply 53 Frequency counter 54 Data processing apparatus 101 Gas monitoring apparatus 102 Casing 103 Quartz vibrator 121 Air introduction part 121a First introduction part 121b Second introduction part 122 Air discharge part 201 Gas monitoring apparatus 202 Casing 203 Crystal oscillator 221 Air introduction part 222 Air discharge part

Claims (1)

モニタリング対象となる空気が導入される空気導入部と、導入された空気が排出される空気排出部を設けたケーシングと、該ケーシングの内部に装填された水晶振動子とを備えたガスモニタリング装置であって、
前記空気導入部は、
モニタリング対象となる空気が水晶振動子の一方の面に斜めに当たり、その後、一方の面に沿って流れるように、ケーシングの側部に設けた第一導入部と、
モニタリング対象となる空気が水晶振動子の他方の面に斜めに当たり、その後、他方の面に沿って流れるように、ケーシングの側部に設けた第二導入部と
を有することを特徴とするガスモニタリング装置。 A gas monitoring device comprising: an air introduction part into which air to be monitored is introduced; a casing provided with an air exhaust part from which the introduced air is discharged; and a crystal resonator loaded in the casing. There,
The air introduction part is
A first introduction portion provided on the side of the casing so that the air to be monitored hits one surface of the crystal resonator obliquely and then flows along one surface;
A gas monitoring device comprising: a second introduction portion provided on a side portion of the casing so that air to be monitored strikes the other surface of the crystal resonator obliquely and then flows along the other surface. apparatus.
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