JP7305200B2 - 濃度測定方法 - Google Patents

濃度測定方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7305200B2
JP7305200B2 JP2020548533A JP2020548533A JP7305200B2 JP 7305200 B2 JP7305200 B2 JP 7305200B2 JP 2020548533 A JP2020548533 A JP 2020548533A JP 2020548533 A JP2020548533 A JP 2020548533A JP 7305200 B2 JP7305200 B2 JP 7305200B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
concentration
fluid
measured
light
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020548533A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2020066769A1 (ja
JPWO2020066769A5 (ja
Inventor
正明 永瀬
秀和 石井
功二 西野
信一 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikin Inc
Original Assignee
Fujikin Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikin Inc filed Critical Fujikin Inc
Publication of JPWO2020066769A1 publication Critical patent/JPWO2020066769A1/ja
Publication of JPWO2020066769A5 publication Critical patent/JPWO2020066769A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7305200B2 publication Critical patent/JP7305200B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/59—Transmissivity
    • G01N21/5907—Densitometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/031—Multipass arrangements
    • G01N2021/0314—Double pass, autocollimated path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/1717—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with a modulation of one or more physical properties of the sample during the optical investigation, e.g. electro-reflectance
    • G01N2021/1731—Temperature modulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8578—Gaseous flow
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/121—Correction signals
    • G01N2201/1211—Correction signals for temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/12—Circuits of general importance; Signal processing
    • G01N2201/121—Correction signals
    • G01N2201/1218—Correction signals for pressure variations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)

Description

本発明は、濃度測定方法に関し、特に、測定セル内を通過した光の強度を検出することによって流体の濃度を測定する方法に関する。
従来、有機金属（ＭＯ）等の液体材料や固体材料から形成された原料ガスを半導体製造装置へと供給するガス供給ラインに組み込まれ、ガス供給ラインを流れるガスの濃度を測定するように構成された濃度測定装置（いわゆるインライン式濃度測定装置）が知られている。
この種の濃度測定装置では、流体が流れる測定セルに、入射窓を介して光源から所定波長の光を入射させ、測定セル内を通過した透過光を受光素子で受光することにより吸光度を測定する。また、測定された吸光度から、ランベルト・ベールの法則に従って流体の濃度を求めることができる（例えば、特許文献１～３）。
なお、本明細書において、内部に導入された流体の濃度を検出するために用いられる種々の透過光検出構造を広く、測定セルと呼ぶことにする。測定セルには、ガス供給ラインから分岐して別個に配置されたセル構造だけでなく、特許文献１～３に示されるようなガス供給ラインの途中に設けられたインライン式の透過光検出構造も含まれる。
特開２０１４－２１９２９４号公報 国際公開第２０１８／０２１３１１号 特開２０１８－２５４９９号公報
測定セル内の流体濃度を吸光度に基づいて測定するためには、流体が吸収できる波長の光を入射させる必要がある。しかしながら、本発明者の知見によれば、測定セル内の温度によって、同じガス種であっても吸光特性が変化する可能性があり、このために濃度測定の精度が低下するおそれがあることがわかった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、より測定精度が向上した濃度測定方法を提供することをその主たる目的とする。
本発明の実施形態による濃度測定方法は、被測定流体が流れる流路を有する測定セルと、前記測定セルへの入射光を発する光源と、前記測定セルから出射した光を検出する光検出器と、前記光検出器の出力に基づいて前記被測定流体の吸光度および濃度を演算する演算部と、前記測定セル内の前記被測定流体の温度を測定する温度センサとを有し、前記演算部は、前記光検出器の検出信号に基づいて、ランベルト・ベールの法則に基づいて流体濃度を求めるように構成されている装置を用いて行う濃度測定方法であって、前記被測定流体として温度によって分子構造が変化するガスを前記測定セル内に流す工程と、前記被測定流体によって吸光される波長の光を前記光源から前記測定セルへ入射させるとともに、前記測定セルから出射した前記光の強度を前記光検出器によって測定する工程と、前記温度センサによって測定された温度と、前記光検出器の出力とに基づいて、前記被測定流体の濃度を演算する工程とを含む。
ある実施形態において、前記被測定流体は、トリメチルアルミニウムである。
ある実施形態において、前記測定セルへ入射させる光の波長は、前記トリメチルアルミニウムによって吸収されやすい２２０ｎｍ～２４０ｎｍの範囲以外の波長である。
ある実施形態において、前記測定セルへ入射させる光の波長は、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
ある実施形態において、前記トリメチルアルミニウムを含むガスの前記測定セル内での温度が、室温以上１５０℃以下である。
本発明の実施形態によれば、流体の温度変化が生じたときにもより正確に濃度を測定することができる。
本発明の実施形態に係る濃度測定装置の全体構成を示す模式図である。 ＴＭＡｌの温度による透過率の違いを示すグラフである。 ＴＭＡｌの温度による透過率の違いを示すグラフである。 ＴＭＡｌの二量体および単量体を説明するための図である。 ＴＭＡｌ濃度と吸光度との関係が温度ごとに異なることを示すグラフである。 ＴＭＡｌ濃度測定の例示的なフローを示すフローチャートである。 二芯式の濃度測定装置を示す模式図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態で用いられる濃度測定装置１００の全体構成を示す模式図である。濃度測定装置１００は、ガス供給ラインに組み込まれる測定セル４を有する高温ガスユニット５０と、高温ガスユニット５０と離間して配置され光源１および演算部８などを含む電気ユニット５２とを備えている。高温ガスユニット５０と電気ユニット５２とは、光ファイバ１０ａおよびセンサケーブル１０ｂによって接続されている。
高温ガスユニット５０は、被測定流体の種類によって例えば１００℃～１５０℃程度にまで加熱される可能性があるが、これと離間する電気ユニット５２は典型的には室温（クリーンルーム雰囲気）に維持されている。電気ユニット５２には、濃度測定装置１００に動作制御信号を送信したり、濃度測定装置１００から測定濃度信号を受信したりする外部制御装置５４が接続されている。なお、ここでは「高温ガスユニット」としているが、必ずしも高温で使用するとは限らず、常温（室温：例えば２５℃）や常温以下で流体となっているガスを用いる場合は、加熱しない状態で使用する場合もある。
高温ガスユニット５０には、被測定流体の流入口４ａ、流出口４ｂおよびこれらの間を長手方向に沿って延びる流路４ｃを有する測定セル４が設けられている。測定セル４の一方の端部には、流路４ｃに接する透光性の窓部（透光性プレート）３が設けられている。また、測定セル４の他方の端部には、入射した光を反射させるための反射部材５が設けられている。なお、本明細書において、光とは、可視光線のみならず、少なくとも赤外線、紫外線を含み、任意の波長の電磁波を含み得る。また、透光性とは、測定セル４に入射させる前記の光に対する内部透過率が濃度測定を行い得る程度に十分に高いことを意味する。
測定セル４の窓部３は、窓押さえ部材３０によってセル本体４０に固定されている。窓押さえ部材３０には、光ファイバ１０ａが接続されたコリメータ６が取り付けられている。コリメータ６は、コリメータレンズ６ａを有しており、光源１からの光を測定セル４に平行光として入射させることができ、また、コリメータ６は、反射部材５からの反射光を受光し、これを光ファイバ１０ａに伝送することができる。コリメータ６は、測定セル４を流れる被測定対象のガスが高温のときにも破損なく高精度に濃度測定を行えるように設計されている。
本実施形態では、高温ガスユニット５０において、測定セル４内を流れる被測定流体の圧力を検出するための圧力センサ２０が設けられている。また、測定セル４には、被測定流体の温度を測定するための温度センサ１１（ここでは測温抵抗体）が設けられている。圧力センサ２０および温度センサ１１の出力は、センサケーブル１０ｂを介して電気ユニット５２に入力される。温度センサ１１は、複数が設けられていてもよい。また、温度センサ１１としては、測温抵抗体以外にも、サーミスタや熱電対などを用いることもできる。
電気ユニット５２には、測定セル４内に入射させる光を発する光源１と、測定セル４から出射した光を受光する測定光検出器７と、測定光検出器７から出力される、受光した光の強度に応じた検出信号に基づいて被測定流体の濃度を演算するように構成された演算部８と、光源１からの参照光を受光する参照光検出器９とが設けられている。
本実施形態では、測定光検出器７と参照光検出器９とがビームスプリッタ１２を挟んで対向して配置されている。ビームスプリッタ１２は、光源１からの光の一部を参照光検出器９に入射させ、また、測定セル４からの検出光を測定光検出器７に入射させる。測定光検出器７および参照光検出器９を構成する受光素子としては、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタが好適に用いられる。
演算部８は、例えば、回路基板上に設けられたプロセッサやメモリなどによって構成され、入力信号に基づいて所定の演算を実行するコンピュータプログラムを含み、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現され得る。
濃度測定装置１００において、光源１と測定セル４とは、導光部材である光ファイバ１０ａによって接続されている。光源１からの光は、光ファイバ１０ａによって測定セル４の窓部３に導光される。また、光ファイバ１０ａは、反射部材５によって反射された光を測定光検出器７に導光する機能も兼ね備えている。光ファイバ１０ａは、入射光用の光ファイバと検出光用の光ファイバとを含むものであってもよいし、光ファイババンドルの態様で提供されるものであってもよい。また、後述するように、別の態様において、入射光を測定セル４に導光するための光ファイバと、測定セル４から出射した光を導光するための光ファイバとは、別個に設けられていてもよい。
本実施形態では、測定セル４の流入口４ａと流出口４ｂとが流路４ｃの両側（紙面における流路４ｃの右側と左側）に配置され、ガス供給ラインに組み込まれたときに、濃度測定装置１００は全体として水平方向にガスを流すように構成されている。一方、流路４ｃは、ガス供給ラインにおける全体の流れ方向に直交する方向に延びている。本明細書では、このような構成を、縦型の測定セル４と呼んでおり、縦型の測定セル４を用いれば、ガス供給ラインに組み込まれたときに省スペース化を実現できるとともに、メンテナンスがしやすいという利点が得られる。なお、図示する測定セル４では、流入口４ａが反射部材５の近傍に配置され、流出口４ｂが窓部３の近傍に配置されているが、他の態様において、流入口４ａが窓部３の近傍に配置され、流出口４ｂが反射部材５の近傍に配置されていてもよく、また流路４ｃは必ずしも全体の流れ方向に対して直交する方向に延びなければならないと言う事はない。
窓部３としては、紫外光等の濃度測定に用いる検出光に対して耐性および高透過率を有し、機械的・化学的に安定なサファイアが好適に用いられるが、他の安定な素材、例えば石英ガラスを用いることもできる。測定セル４のセル本体４０（流路形成部）は例えばＳＵＳ３１６Ｌ製であってよい。
測定セル４の窓部３の反対側の端部に配置された反射部材５は、押さえ部材３２によって、ガスケット（図示せず）を介して、セル本体４０の下面に設けられた取り付け凹部の支持面に固定されている。反射部材５の反射面は、入射光の進行方向または流路の中心軸に対して垂直になるように設けられており、反射光は入射光と実質的に同じ光路を通って窓部３へと反射される。
反射部材５は、例えば、サファイアプレートの裏面にスパッタリングによって反射層としてのアルミニウム層が形成された構成を有している。反射部材５は、サファイアプレートの裏面に反射ミラーが配置された態様であってもよい。また、反射部材５は、反射層として誘電体多層膜を含むものであってもよく、誘電体多層膜を用いれば、特定波長域の光（例えば近紫外線）を選択的に反射させることができる。誘電体多層膜は、屈折率の異なる複数の光学被膜の積層体（例えば、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜との積層体）によって構成されるものであり、各層の厚さや屈折率を適宜選択することによって、特定の波長の光を反射したり透過させたりすることができる。
また、誘電体多層膜は、任意の割合で光を反射させることが出来るため、例えば、入射光が反射部材５によって反射される際、入射した光を１００％反射するのではなく、一部（例えば１０％）は透過するようにし、反射部材５の下部（流路４ｃに接する面とは反対側の面）に設置した光検出器または光検出器に接続された光学機器によって、透過した光を受光することもでき、透過した光を参照光として利用し、参照光検出器９の代替とすることも可能である。
以上に説明した測定セル４において、測定セル４内を往復する光の光路長は、窓部３と反射部材５との距離の２倍によって規定することができる。濃度測定装置１００において、測定セル４に入射され、その後、反射部材５によって反射された光は、測定セル４内の流路４ｃに存在するガスによって、ガスの濃度に依存して吸収される。そして、演算部８は、測定光検出器７からの検出信号を周波数解析することによって、当該吸収波長λでの吸光度Ａλを測定することができ、さらに、以下の式（１）に示すランベルト・ベールの法則に基づいて、吸光度Ａからガス濃度Ｃを算出することができる。
Ａλ＝－ｌｏｇ10（Ｉ／Ｉ0）＝αＬＣ ・・・（１）
上記の式（１）において、Ｉ0は測定セルに入射する入射光の強度、Ｉは測定セル内のガス中を通過した光の強度、αはモル吸光係数（ｍ2／ｍｏｌ）、Ｌは光路長（ｍ）、Ｃは濃度（ｍｏｌ／ｍ3）である。モル吸光係数αは物質によって決まる係数である。
なお、上記式における入射光強度Ｉ0については、測定セル４内に吸光性のガスが存在しないとき（例えば、紫外光を吸収しないパージガスが充満しているときや、真空に引かれているとき）に測定光検出器７によって検出された光の強度を入射光強度Ｉ0と見なしてよい。
測定セル４の光路長Ｌは、上記のように、窓部３と反射部材５との距離の２倍として規定することができるので、光入射窓と光出射窓とを測定セルの両端部に備える従来の濃度測定装置に比べて、２倍の光路長を得ることができる。これにより、小型化したにも関わらず、測定精度を向上させることができる。また、濃度測定装置１００では、測定セル４の片側に設けた１つの窓部３を介して１つの光学機器のみを用いて光入射および受光を行うので、部品点数を削減することができる。
さらに、濃度測定装置１００では、圧力センサ２０が設けられており、測定セル４内のガスの圧力を測定することができる。したがって、圧力センサ２０からの出力に基づいて、光検出器の出力によって測定された吸光度を所定圧力（例えば、１気圧）のときの吸光度に補正することができる。そして、補正した吸光度に基づいて、特許文献３に記載の濃度測定装置と同様に、ランベルト・ベールの法則から、被測定流体の濃度を演算により求めることができる。このように、演算部８が、測定光検出器７および圧力センサ２０を用いて被測定流体の濃度を演算するので、濃度測定をより精度よく行うことができる。また、測定セル４を流れるガスの温度を測定する温度センサ１１を設けているので、温度による補正を含む濃度検出を実行することもできる。
以下、濃度測定装置１００を用いて、被測定流体としてのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）ガスの濃度を測定する方法について説明する。
図２は、アルゴンガス中に約１％のＴＭＡｌが含まれたガスにおける温度による透過率の違いを示すグラフである。なお、透過率は、入射光強度Ｉ0と透過光強度Ｉの比（Ｉ／Ｉ0）によって規定され、上記の式（１）からわかるように、透過率（Ｉ／Ｉ0）を用いて吸光度Ａλを規定することができる。透過率１００％は、測定セル４における光の吸収が生じなかったことを意味し、透過率０％は、測定セル４において光が完全に吸収されたことを意味する。
図２には、測定セルへの入射光の波長と透過率との関係が、測定セル内のガスの温度（Ｔ１：室温、Ｔ２：４０．０℃、Ｔ３：５９．８℃、Ｔ４：８０．２℃、Ｔ５：９９．６℃、Ｔ６：１２０．０℃、Ｔ７：１３９．４℃）のそれぞれについて示されている。
また、図３（ａ）～（ｄ）は、２５℃、５０℃、８０℃、１００℃における、ＴＭＡｌ混入ガス（濃度約１％）と、ＴＭＡｌ非混入ガス（具体的には１００％Ｎ2ガス）とを切り替えて流したときの入射光強度Ｉ0と透過光強度Ｉの差（Ｉ0－Ｉ）に対応する出力を示すグラフである。
図２および図３からわかるように、ＴＭＡｌの透過率特性は、温度によって大きく異なるものとなる。具体的には、温度が高い程、吸光の程度が増大し、また、吸光のピーク波長が長波長側へとシフトする。
このことは、図４に示すように、ＴＭＡｌが、室温では３中心２電子結合(Three-Center Two-Electron Bond)による二量体Ｄ(dimer)として安定状態を呈するのに対して、温度が上昇するにつれて二量体が分解して単量体Ｍ(monomer)の割合が増加することに起因するものと考えられる。高温では、ガス中に含まれるＴＭＡｌの単量体の割合が増加するために、特に２２０～２４０ｎｍの波長域で紫外線の吸収が大きくなるものと考えられる。なお、ＴＭＡｌの二量体の分子式は、[Ａｌ（ＣＨ3）3]2で表され、その分子量は１４４．１８であり、単量体分子式および分子量はＡｌ（ＣＨ3）3および７２．０９である。
このため、ピーク吸光波長域である２２０～２４０ｎｍを用いた場合には、温度を考慮しないで吸光度から濃度を測定しようとすると、正確に濃度を求めることが困難である。したがって、本実施形態では、ＴＭＡｌの濃度測定を行うときには、ピーク吸収波長から長波長側にずらした波長域の紫外光を入射させることにより、温度依存性が低減した状態で、濃度測定を行うようにしている。
より具体的には、想定されるＴＭＡｌガス温度が室温～１５０℃程度であるとき、ピーク吸収波長付近の２２０ｎｍ～２４０ｎｍではなく、例えば２５０ｎｍ～２６０ｎｍの紫外光、特に、２５５ｎｍ近辺の紫外光を用いるようにしている。このようにすれば、ガス温度による吸光特性の変化の影響を受けにくくすることができる。また、吸光特性の温度による影響をより受けにくくするために、より波長が長い２６０ｎｍ～３００ｎｍ（例えば、２８０ｎｍまたは３００ｎｍ）の紫外光を用いてもよい。
また、上記のように、２５０ｎｍ～２６０ｎｍの紫外光を用いた場合にも、図２からわかるように、同じ約１％濃度のＴＭＡｌガスであっても、温度が高いほど透過率が低くなり（すなわち吸光度が高くなり）、室温と約１４０℃とでは、透過率に２０％程度の差が生じることがわかる。また、２６０ｎｍ～３００ｎｍの紫外線を用いた場合も、程度は小さくなるものの、依然として温度による透過率の差異が発生する。このため、温度センサ１１から得られる測定温度を用いて、温度による透過率または吸光度の補正を行ったうえで、濃度を演算により求めることが好適である。
上記の補正を行うためには、吸光度あるいは吸光係数の補正係数を温度ごとに定めておき、温度センサ１１の出力に基づいて決定した補正係数で、検出光強度の測定から得られた吸光度を補正することによって補正後の吸光度を求めるようにすればよい。補正後の吸光度からは、ランベルト・ベールの式にしたがって濃度を求めることができる。
上記の補正係数は、温度の関数として与えられていてもよいし、各温度ごとの補正係数がテーブルに格納されていてもよい。補正係数は、例えば、典型的な濃度測定温度である１４０℃での係数を１とすると、１４０℃より低温では１よりも大きい値に設定され、１４０℃より高温では１未満の値に設定される。
また、図５に示すように、ＴＭＡｌ濃度と吸光度Ａλ＝－ｌｏｇ10（Ｉ／Ｉ0）との関係（グラフの傾き）を温度ごとまたは温度の関数として設定しておき、温度に応じて多点補正を施すことによって、温度に対応した濃度測定を行うことが可能である。より具体的には、測定された温度に基づいて傾きを補正した線形式に従って、検出光強度および測定温度に基づいて濃度Ｃを演算により求めることが可能である。
図６は、本実施形態による濃度測定方法を示す例示的なフローチャートである。
まず、図６のステップＳ１に示すように、測定セル４にＴＭＡｌを含むガスが流れていない状態（例えば、１００％アルゴンガスが流れている状態または測定セル内が真空引きされている状態）で、光源１から波長２５０ｎｍ～３００ｎｍの紫外光を測定セルへと入射させるとともに、測定光検出器７によって測定セル内を通過した光の強度を検出し、これを入射光強度Ｉ0に設定する。
次に、ステップＳ２に示すように、測定セル４に、温度によって分子構造が変化するガスである、ＴＭＡｌを含むガスを流す。そして、ガスが安定して流れている状態において、ステップＳ３に示すように、光源１から測定セル４に上記と同じ波長の紫外光を入射させるとともに、測定光検出器７によって測定セル４を通過した光の強度Ｉを検出する。また、ガスが安定して流れている状態において、温度センサ１１を用いて、測定セル４を流れるガスの温度Ｔも測定される。
次に、ステップＳ４に示すように、吸光度Ａλを、Ａλ＝－ｌｏｇ10（Ｉ／Ｉ0）から求めるともに、測定温度Ｔに基づいて補正係数β（Ｔ）を決定する。
その後、ステップＳ５に示すように、測定により得られた吸光度Ａλおよび補正係数β（Ｔ）に基づいて、補正したランベルト・ベールの式（Ａλ＝α・β（Ｔ）・ＬＣ）から、濃度Ｃを演算によって求める。
以上、本発明の実施形態による濃度測定装置を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定解釈されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、測定に用いられる光としては、紫外領域以外の波長領域の光も利用可能である。また、本発明においてはＴＭＡｌにおける吸光度の補正について示したが、温度の上昇に伴い、二量体が分解して単量体になるような材料（温度によって分子構造が変化する材料）であれば同様の傾向が出るものと推定されるため、同様の補正により吸光度を求める事が出来る。
また、上記には図１に示したように、入射光と出射光とを１本の光ファイバ１０ａで導光する装置を説明したが、二芯式の濃度測定装置を用いることも好適である。このような二芯式の濃度測定装置は、例えば、特許文献２（図８等）に記載されている。
図７に示すように、二芯式の濃度測定装置では、測定セル４と、電気ユニット５２とが、入射光ファイバ１０ｃと出射光ファイバ１０ｄとによって接続されている（ここでは、測定セル４に設けた温度センサおよびこれに接続されるセンサケーブル等は省略している）。発光素子１３Ａ、１３Ｂからの光は、入射用ファイバ１０ｃによって導光され、窓部３を介して測定セル４に入射される。また、反射部材５によって反射され測定セル４から出射した測定光は、出射光ファイバ１０ｄによって導光され、測定光検出器７で受光される。このように入射光と出射光とを別経路で導光することによって、迷光の影響を低減し得る。また、図７に示すように、窓部３の窓面法線方向をコリメータの光軸方向から例えば１～５°程度傾けて配置することによっても迷光の発生を低減し得る。測定セル４のガス流入口とガス流出口とは、図１に示した態様とは異なり、測定セル４の同じ側面に設けられていてもよい。
また、上記には反射部材を用いる反射型の濃度測定装置を説明したが、反射部材を用いることなく、測定セルの一端側から入射光を入射させ、測定セルの他端側から測定光を取り出すように構成された透過型の濃度測定装置を用いることもできる。
本発明の実施形態にかかる濃度測定方法は、温度によって分子構造が変化するガスの濃度を測定するために好適に利用される。
１ 光源
３ 窓部
４ 測定セル
４ａ 流入口
４ｂ 流出口
４ｃ 流路
５ 反射部材
６ コリメータ
７ 測定光検出器
８ 演算部
９ 参照光検出器
１０ａ 光ファイバ
１０ｂ センサケーブル
１１ 温度センサ
２０ 圧力センサ
１００ 濃度測定装置

Claims (7)

  1. 被測定流体が流れる流路を有する測定セルと、前記測定セルへの入射光を発する光源と、前記測定セルから出射した光を検出する光検出器と、前記光検出器の出力に基づいて前記被測定流体の吸光度および濃度を演算する演算部と、前記測定セル内の前記被測定流体の温度を測定する温度センサとを有し、前記演算部は、前記光検出器の検出信号に基づいて、ランベルト・ベールの法則に基づいて流体濃度を求めるように構成されている装置を用いて行う濃度測定方法であって、
    前記被測定流体として温度が上昇するにつれて二量体に対する単量体の割合が増加するガスを前記測定セル内に流す工程と、
    前記被測定流体によって吸光される波長の光を前記光源から前記測定セルへ入射させるとともに、前記測定セルから出射した前記光の強度を前記光検出器によって測定する工程と、
    前記温度センサによって測定された温度に基づいて、二量体に対する単量体の割合が変化することによって生じる温度による前記被測定流体の吸光度の変化を補正するための補正係数を決定する工程と、
    前記補正係数と、前記光検出器の出力とに基づいて、前記被測定流体の濃度を演算する工程と
    を含む、濃度測定方法。
  2. 前記被測定流体は、トリメチルアルミニウムである、請求項１に記載の濃度測定方法。
  3. 前記測定セルへ入射させる光の波長は、前記トリメチルアルミニウムによって吸収されやすい２２０ｎｍ～２４０ｎｍの範囲以外の波長である、請求項２に記載の濃度測定方法。
  4. 前記測定セルへ入射させる光の波長は、２５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項３に記載の濃度測定方法。
  5. 前記トリメチルアルミニウムを含むガスの前記測定セル内での温度が、室温以上１５０℃以下である、請求項２から４のいずれかに記載の濃度測定方法。
  6. 前記補正係数は、被測定流体の温度ごとの補正係数が格納されたテーブルを用いて決定される、請求項１から５のいずれかに記載の濃度測定方法。
  7. 前記被測定流体の濃度を演算する工程は、補正したランベルト・ベールの式であるＡλ＝α・β（Ｔ）・Ｌ・Ｃに基づいて濃度を演算する工程を含み、ここで、Ａλは前記被測定流体の吸光度、αは吸光係数、β（Ｔ）は前記補正係数、Ｌは前記測定セルの光路長、Ｃは濃度である、請求項１から６のいずれかに記載の濃度測定方法。
JP2020548533A 2018-09-28 2019-09-18 濃度測定方法 Active JP7305200B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018185495 2018-09-28
JP2018185495 2018-09-28
PCT/JP2019/036481 WO2020066769A1 (ja) 2018-09-28 2019-09-18 濃度測定方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JPWO2020066769A1 JPWO2020066769A1 (ja) 2021-08-30
JPWO2020066769A5 JPWO2020066769A5 (ja) 2022-07-12
JP7305200B2 true JP7305200B2 (ja) 2023-07-10

Family

ID=69950684

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020548533A Active JP7305200B2 (ja) 2018-09-28 2019-09-18 濃度測定方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11460396B2 (ja)
JP (1) JP7305200B2 (ja)
KR (1) KR102514737B1 (ja)
CN (1) CN112703391A (ja)
TW (1) TWI719650B (ja)
WO (1) WO2020066769A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114324212A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 杭州谱育科技发展有限公司 流体检测装置和方法
CN117470795B (zh) * 2023-12-27 2024-03-29 成都千嘉科技股份有限公司 非分光型红外气体传感器及其气体测试方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007232742A (ja) 1998-05-15 2007-09-13 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 対象物内部品質測定装置および測定方法
JP2015114260A (ja) 2013-12-13 2015-06-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 排ガス分析装置
JP2016080431A (ja) 2014-10-14 2016-05-16 住友電気工業株式会社 光プローブ、測定装置及び測定方法
JP2018025499A (ja) 2016-08-12 2018-02-15 株式会社フジキン 濃度測定装置
US10030086B1 (en) 2017-07-21 2018-07-24 Chevron Phillips Chemical Company Lp Methods for determining transition metal compound concentrations in multicomponent liquid systems

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5886719A (ja) * 1981-11-18 1983-05-24 Clarion Co Ltd 薄膜気相成長装置
JPH0743296A (ja) 1993-07-24 1995-02-14 Horiba Ltd 気体試料の濃度・温度同時計測方法
US6137581A (en) 1998-05-15 2000-10-24 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Measurement apparatus for measuring internal quality of object
US6527089B2 (en) * 2000-04-06 2003-03-04 Avid, L.L.C. Caliper drive for a bicycle ball bearing mechanical disc brake caliper
US20160351443A1 (en) * 2001-07-18 2016-12-01 Regents Of The University Of Colorado A Body Corporate Inorganic ald film on an organic polymer surface
KR20060066561A (ko) * 2004-12-13 2006-06-16 한국표준과학연구원 오존 농도의 절대 측정을 위한 자외선 흡수 광도계의 광흡수용 시료셀과 평행광 선택 투과기
JP5885699B2 (ja) 2013-05-09 2016-03-15 株式会社フジキン 脆性破壊性光透過窓板の固定構造及びこれを用いた脆性破壊性光透過窓板の固定方法
WO2015119127A1 (ja) * 2014-02-07 2015-08-13 株式会社村田製作所 ガス濃度検出装置
SG11201703289YA (en) * 2014-11-23 2017-06-29 Fujikin Kk Optical gas concentration measuring method, and method for monitoring gas concentration by said method
CN106062533A (zh) * 2015-01-20 2016-10-26 株式会社东芝 呼气测量装置和呼气测量方法以及气室
JP6912766B2 (ja) 2016-07-29 2021-08-04 国立大学法人徳島大学 濃度測定装置
US10697889B2 (en) * 2017-07-21 2020-06-30 Chevron Phillips Chemical Company Lp Methods for determining transition metal compound concentrations in multicomponent liquid systems

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007232742A (ja) 1998-05-15 2007-09-13 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 対象物内部品質測定装置および測定方法
JP2015114260A (ja) 2013-12-13 2015-06-22 三菱日立パワーシステムズ株式会社 排ガス分析装置
JP2016080431A (ja) 2014-10-14 2016-05-16 住友電気工業株式会社 光プローブ、測定装置及び測定方法
JP2018025499A (ja) 2016-08-12 2018-02-15 株式会社フジキン 濃度測定装置
US10030086B1 (en) 2017-07-21 2018-07-24 Chevron Phillips Chemical Company Lp Methods for determining transition metal compound concentrations in multicomponent liquid systems

Also Published As

Publication number Publication date
CN112703391A (zh) 2021-04-23
TW202028718A (zh) 2020-08-01
JPWO2020066769A1 (ja) 2021-08-30
US20220003662A1 (en) 2022-01-06
TWI719650B (zh) 2021-02-21
KR20210027428A (ko) 2021-03-10
KR102514737B1 (ko) 2023-03-29
US11460396B2 (en) 2022-10-04
WO2020066769A1 (ja) 2020-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6786099B2 (ja) 濃度測定装置
KR20180104090A (ko) 농도 측정 장치
JP7305200B2 (ja) 濃度測定方法
KR102454649B1 (ko) 농도 측정 장치
WO2020158506A1 (ja) 濃度測定装置
JP7492269B2 (ja) 濃度測定装置
JP7244900B2 (ja) 反射部材の表裏識別方法
TWI762233B (zh) 濃度測定方法及濃度測定裝置
US20210396657A1 (en) Concentration measurement device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220701

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220701

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230417

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230526

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230612

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230621

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7305200

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150