KR20220035249A - 농도 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
농도 측정 장치(100)는 광원(22) 및 광검출기(24)를 갖는 전기 유닛(20)과, 측정 셀(1)을 갖는 유체 유닛(10)과, 광원으로부터의 광을 측정 셀에 전송하기 위한 제 1 광전송 부재(11)와, 측정 셀로부터의 광을 광검출기에 전송하기 위한 제 2 광전송 부재(12)와, 유체 유닛에 설치된 렌즈(3A)로서, 제 1 위치에 제 1 광전송 부재로부터의 광이 입사하고, 제 2 위치로부터 제 2 광전송 부재에 광을 출사하도록 배치된 렌즈(3A)와, 측정 셀을 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(5)와, 측정 셀을 흐르는 유체의 농도를 검출하는 연산 회로(28)를 구비하고 있으며, 유체의 굴절률에 의한 측정 오차를 저감하기 위해서, 광검출기의 출력과, 압력 센서가 출력하는 압력 및 유체의 농도에 관련지어진 보정 팩터에 의거하여 유체의 농도를 연산한다.
Description
본 발명은 농도 측정 장치에 관한 것이며, 특히 측정 셀 내를 투과한 광의 강도에 의거하여 유체의 농도를 측정하는 농도 측정 장치에 관한 것이다.
종래, 반도체 제조 장치에 원료 가스를 공급하는 가스 공급 라인에 포함되어, 가스의 농도를 측정하도록 구성된 농도 측정 장치(소위, 인라인식 농도 측정 장치)가 알려져 있다. 원료 가스로서는, 예를 들면 액체 재료나 고체 재료로부터 얻어지는 유기 금속(MO) 가스가 예시된다.
이 종류의 농도 측정 장치에서는 가스가 흐르는 측정 셀에 광원으로부터의 소정 파장의 광을 입사시키고, 측정 셀을 통과한 투과광을 수광 소자에서 수광함으로써 흡광도를 측정한다. 또한, 측정한 흡광도로부터, 람베르트·비어의 법칙에 의거하여 측정 가스의 농도를 구할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼3).
본 명세서에 있어서, 유체의 농도를 검출하기 위해서 사용되는 각종 투과광 검출 구조를 널리 측정 셀이라고 부르고 있다. 측정 셀에는 유체 공급 라인으로부터 분기되어 별개로 배치된 측정 셀뿐만 아니라, 특허문헌 1∼3에 나타내어지는 바와 같은 유체 공급 라인의 도중에 설치된 인라인식의 투과광 검출 구조도 포함된다.
상기 농도 측정 장치의 측정 셀에서는, 통상 콜리메이터를 이용하여 평행광을 셀 내에 입사시키고 있다. 예를 들면, 특허문헌 3에 기재된 반사형의 농도 측정 장치에서는 측정 셀의 일단부에 배치된 투광성 창부의 앞쪽에 콜리메이트 렌즈로서의 볼록 렌즈가 배치되어 있고, 측정 셀의 타단부에는 반사 부재가 배치되어 있다. 이 구성에 있어서, 볼록 렌즈를 통해서 평행광으로서 셀 내에 입사한 광은 타단부의 반사 부재에 의해 반사되고, 셀 내를 일 왕복한 광이 다시 볼록 렌즈를 통해서 광검출기에 도광된다.
반사형의 측정 셀에 있어서 입사광과 반사광을 다른 경로에서 도광하는 경우, 입사광(광선 지름은, 예를 들면 수 밀리 정도)은 렌즈의 중심, 즉 렌즈의 광축으로부터 벗어난 위치에 조사되고, 입사광은 렌즈를 통과할 때에 굴절 작용을 받는다. 또한, 렌즈로부터 출사한 광은 측정 셀의 단부에 설치된 투광성의 창부의 창면에 대하여 완전히 수직으로는 입사하지 않고, 측정 셀의 중심축 방향에 대하여 약간 경사진 각도로 입사한다. 그리고, 셀 내를 나아가 반사 부재에 의해 반사된 광도 또한, 측정 셀의 중심축 방향에 대하여 약간 경사진 각도로 셀 내를 나아간 후에 창부에서 굴절되고, 렌즈의 중심으로부터 벗어난 위치를 통과하여 출사한다(도 2 참조).
이렇게 약간 경사진 각도로 광을 측정 셀에 입사시키는 경우, 측정 셀 내의 가스의 굴절률이 변화되면, 창부와 가스의 계면에 있어서의 굴절각이 미묘하게 변화된다. 본 발명자는 셀 내의 매질의 굴절률의 변화에 의해, 측정 셀 내를 전파하는 광의 광로도 미묘하지만 변화되고, 이것에 의해 농도 측정의 오차가 증가할 수 있는 것을 발견했다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 측정 셀 내의 매질의 굴절률 변화에 의한 농도 측정 오차의 증가를 억제할 수 있는 농도 측정 장치를 제공하는 것을 그 주된 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치는 측정 셀을 갖는 유체 유닛과, 상기 광원으로부터의 광을 상기 측정 셀에 전송하기 위한 제 1 광전송 부재와, 상기 측정 셀로부터의 광을 상기 광검출기에 전송하기 위한 제 2 광전송 부재와, 상기 유체 유닛에 설치된 렌즈로서, 상기 렌즈의 광축과는 다른 제 1 위치에 상기 제 1 광전송 부재로부터의 광이 입사되고, 또한/또는 상기 렌즈의 광축과는 다른 제 2 위치로부터 상기 제 2 광전송 부재에 광을 출사하도록 배치된 렌즈와, 상기 측정 셀을 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 광검출기에 접속되어, 상기 측정 셀을 흐르는 유체의 농도를 검출하는 연산 회로를 구비하고, 상기 연산 회로는 상기 유체의 굴절률에 대응하는 측정 오차를 보정하기 위해서 상기 광검출기의 출력과, 상기 압력 센서가 출력하는 압력 및 상기 유체의 농도에 관련지어진 보정 팩터에 의거하여 상기 유체의 농도를 연산에 의해 구하도록 구성되어 있다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 연산 회로는 상기 압력 센서가 출력하는 압력 및 상기 유체의 농도에 관련지어진 보정 팩터를 기재하는 테이블을 격납한 메모리를 갖고, 상기 테이블로부터 판독된 보정 팩터를 이용하여 농도를 측정한다.
소정 실시형태에 있어서, 상기 농도 측정 장치는 상기 측정 셀을 흐르는 가스의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 갖고, 상기 연산 회로는 측정 가스에 관련지어진 흡광계수(αa)를 이용하여, 하기 식에 의거하여 혼합 가스 중의 측정 가스의 체적 농도(Cv+ΔCn)를 구하도록 구성되어 있으며, 하기 식에 있어서 I0은 상기 측정 셀에 입사되는 입사광의 강도, I는 상기 측정 셀을 통과한 광의 강도, R는 기체 정수, T는 상기 측정 셀 내의 가스 온도, L은 광로 길이, Pt는 상기 측정 셀 내의 가스 압력, I(n)은 굴절률 변화에 의거한 광량 변화이며, ΔCn은 (RT/αaLPt)-ln(I0/I)과 상기 가스 압력에 의거하여 결정되는 보정 팩터이다.
Cv+ΔCn=(RT/αaLPt)·ln(I0/I+I(n))=(RT/αaLPt)·ln(I0/I)+ΔCn
본 발명의 실시형태에 의하면, 측정 셀 내의 매질의 굴절률 변화에 의한 측정 오차의 증가를 억제하여, 향상된 정밀도로 농도 측정을 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 농도 측정 장치의 측정 셀에 있어서의 광학계를 나타내는 도면이다.
도 3은 셀 내의 매질의 굴절률이 변화되었을 때의 측정 셀에 있어서의 광학계를 나타내는 도면이다.
도 4는 셀 내의 매질의 굴절률이 변화되었을 때의 창부 근방에서의 광로의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 측정 셀 내의 가스 압력(셀 압력)과 광량 변화의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 측정 셀 내의 가스의 굴절률과 광량 변화의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 가스의 농도와 압력에 의해 결정되는 농도 보정 팩터를 기재하는 테이블을 나타내는 도면이다.
도 2는 농도 측정 장치의 측정 셀에 있어서의 광학계를 나타내는 도면이다.
도 3은 셀 내의 매질의 굴절률이 변화되었을 때의 측정 셀에 있어서의 광학계를 나타내는 도면이다.
도 4는 셀 내의 매질의 굴절률이 변화되었을 때의 창부 근방에서의 광로의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 측정 셀 내의 가스 압력(셀 압력)과 광량 변화의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 측정 셀 내의 가스의 굴절률과 광량 변화의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 가스의 농도와 압력에 의해 결정되는 농도 보정 팩터를 기재하는 테이블을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 농도 측정 장치(100)의 전체 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 농도 측정 장치(100)는 가스 공급 라인에 포함되는 측정 셀(1)을 갖는 유체 유닛(10)과, 유체 유닛(10)과 격리해서 배치되는 전기 유닛(20)을 구비하고 있다. 유체 유닛(10)과 전기 유닛(20)은 입사용의 광파이버 케이블(11)(제 1 광전송 부재), 출사용의 광파이버 케이블(12)(제 2 광전송 부재), 및 센서 케이블(도시하지 않음)에 의해 광학적 및 전기적으로 접속되어 있다.
유체 유닛(10)은 사용 온도는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 실온 환경 하에서의 사용도 가능하지만, 측정 가스의 종류에 의해 100℃∼200℃ 정도까지 가열될 가능성이 있다. 한편, 유체 유닛(10)과는 격리된 전기 유닛(20)은 고온 내성이 낮기 때문에 통상은 실온 환경 하에 배치되어 있다. 전기 유닛(20)에는 농도 측정 장치(100)에 동작 제어 신호를 송신하거나, 농도 측정 장치(100)로부터 측정 농도 신호를 수신하거나 하기 위한 외부 제어 장치가 접속되어 있다.
유체 유닛(10)에는 측정 가스의 유입구(1a), 유출구(1b) 및 이들이 접속된 길이 방향으로 연장되는 유로(1c)를 갖는 측정 셀(1)이 형성되어 있다. 측정 셀(1)의 일방의 단부에는 유로에 접하는 투광성의 창부(2)(여기서는, 사파이어 플레이트)가 설치되고, 측정 셀(1)의 타방의 단부에는 반사 부재(4)가 설치되어 있다. 본 명세서에 있어서, 광이란 가시광선뿐만 아니라, 적어도 적외선, 자외선을 포함하고, 임의의 파장의 전자파를 포함할 수 있다. 또한, 투광성이란 측정 셀에 입사시키는 광에 대한 내부 투과율이 농도 측정을 행할 수 있을 정도로 높은 것을 의미한다.
측정광의 파장은 측정 대상의 가스의 흡광 특성에 의거하여 적당히 선택되어도 좋지만, 본 실시형태에서는 자외광을 흡수하는 유기 금속 가스(예를 들면, 트리메틸갈륨(TMGa)) 등의 농도 측정 및 수분 검지를 행하기 위해서 근자외광(예를 들면, 파장 200㎚∼400㎚)을 사용하고 있다.
측정 셀(1)의 창부(2)의 근방에는 2개의 광파이버 케이블(11, 12)이 접속된 콜리메이터(3)가 부착되어 있다. 콜리메이터(3)는 콜리메이트 렌즈로서의 볼록 렌즈(3A)(도 2 참조)를 갖고 있으며, 광원으로부터의 광을 측정 셀(1)에 창부(2)를 통해서 평행광으로서 입사시킴과 아울러, 반사 부재(4)로부터의 반사광을 수광하도록 구성되어 있다. 반사 부재(4)의 반사면은 입사광의 진행 방향 또는 유로의 중심축에 대하여 수직이 되도록 형성되어 있다. 측정 셀(1)의 유로(1c)는 측정광의 광로로서도 이용된다.
창부(2)로서는 근자외광 등의 농도 측정에 사용하는 검출광에 대하여 내성 및 고투과율을 갖고, 측정 셀을 흐르는 가스(유체)에 대해서도 내성이 있고, 기계적·화학적으로 안정한 사파이어 플레이트가 적합하게 사용된다. 단, 다른 안정한 소재, 예를 들면 석영 유리를 사용할 수도 있다. 측정 셀(1)의 본체(유로 형성부)는, 예를 들면 SUS316L제이다.
반사 부재(4)는, 예를 들면 사파이어 플레이트의 이면에 반사층으로서의 알루미늄층이나 유전체 다층막이 형성된 것이라도 좋다. 반사층으로서 유전체 다층막을 사용하면, 특정 파장 영역의 광을 선택적으로 반사시킬 수 있다. 유전체 다층막은 굴절률이 다른 복수의 광학 박막의 적층체(고굴절률막과 저굴절률막을 교대로 적층한 것)에 의해 구성되고, 각 층의 두께나 굴절률을 적절하게 선택함으로써, 특정한 파장의 광을 반사하거나 투과시키거나 할 수 있다. 또한, 유전체 다층막은 임의의 비율로 광을 반사시키도록 설계할 수 있기 때문에 일부(예를 들면, 10%)의 광을 투과시키고, 반사 부재(4)의 하부에 설치된 광검출기에 의해 참조광으로서 검출해도 좋다.
또한, 본 실시형태와 같이 근자외광을 측정광으로서 사용하는 경우에 창부(2)로서 불화칼슘(CaF2)계의 창재를 사용할 수도 있다. 자외광용 불화칼슘 창재 (예를 들면, SIGMAKOKI CO., LTD.제)에 있어서 약 300㎚의 자외광의 투과율은 약90% 이상이고, 또한 굴절률은 약 1.45 정도이다. 이것에 대하여, 사파이어(Al2O3)의 경우에는 약 300㎚의 자외광에 대한 투과율이 약 85%이며, 굴절률이 약 1.81 정도이다. 이렇게, 불화칼슘은 사파이어와 비교해서 자외광에 대한 투과율이 높고 굴절률이 낮다고 하는 성질을 갖고 있다. 따라서, 불화칼슘 창재를 사용하면, 셀 내의 매질의 굴절률의 변화가 발생했을 때에도, 광로의 변화가 비교적 작게 되어, 굴절률 변화에 의거한 농도 측정 오차의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
유체 유닛(10)은 측정 셀(1) 내를 흐르는 측정 가스의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(5)와, 측정 가스의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(6)를 더 구비하고 있다. 압력 센서(5) 및 온도 센서(6)의 출력은 도시하지 않은 센서 케이블을 통해서 전기 유닛(20)에 보내진다. 압력 센서(5) 및 온도 센서(6)의 출력은 가스 농도를 측정하기 위해서 사용된다.
본 실시형태의 농도 측정 장치(100)에 있어서, 전기 유닛(20)은 측정 셀(1)내에 입사되는 광을 발생시키는 광원(22)과, 측정 셀(1)로부터 출사된 광을 수광 하는 광검출기(24)와, 광검출기(24)가 출력하는 검출 신호(수광한 광의 강도에 따른 검출 신호)에 의거하여 측정 가스의 농도를 연산하는 연산 회로(28)를 구비하고 있다.
광원(22)은 서로 다른 파장의 자외광을 발하는 2개의 발광 소자(여기서는, LED)(23a, 23b)를 이용하여 구성되어 있다. 발광 소자(23a, 23b)에는 발진 회로를 이용하여 다른 주파수의 구동 전류가 흘려지고, 주파수 해석(예를 들면, 고속 푸리에 변환이나 웨이블렛 변환)을 행함으로써, 광검출기(24)가 검출한 검출 신호로부터 각 파장 성분에 대응한 광의 강도를 측정할 수 있다. 발광 소자(23a, 23b)로서는 LD(레이저 다이오드)를 사용할 수도 있다. 또한, 복수의 다른 파장의 합파광을 광원에 사용하는 대신에 단일 파장의 광원을 이용할 수도 있고, 이 경우 합파기나 주파수 해석 회로는 생략할 수 있다.
발광 소자(23a, 23b)는 하프 미러(23c)에 대하여 모두 45°의 각도로 광을 조사하도록 배치되어 있다. 또한, 하프 미러(23c)를 사이에 두고 일방의 발광 소자 (23b)와 대향하도록 참조 광검출기(26)가 설치되어 있다. 광원(22)으로부터의 광의 일부는 참조 광검출기(26)에 입사되고, 광학 소자의 열화 등을 조사하기 위해서 사용된다. 나머지 광은 볼 렌즈(23d)에 의해 집광되고 나서, 입사광용의 광파이버 케이블(11)에 입사된다. 광검출기(24) 및 참조 광검출기(26)를 구성하는 수광 소자로서는, 예를 들면 포토다이오드나 포토트랜지스터가 사용된다.
연산 회로(28)는, 예를 들면 회로 기판 상에 설치된 프로세서나 메모리 등에 의해 구성되고, 입력 신호에 의거해서 소정의 연산을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 실현될 수 있다. 또한, 도시하는 형태에서는 연산 회로(28)는 전기 유닛(20)에 내장되어 있지만, 그 구성요소의 일부(CPU 등) 또는 전부가 전기 유닛(20)의 외측의 장치에 설치되어 있어도 좋은 것은 말할 것도 없다.
도 2는 측정 셀(1)에 있어서의 입사광(L1)과 출사광(반사광)(L2)의 광로의 일례를 나타낸다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 입사용과 출사용으로 별개의 광파이버 케이블(11, 12)을 사용하는 경우, 입사광(L1) 및 반사광(L2)은 콜리메이터가 갖는 볼록 렌즈(3A)의 중심 또는 광축(x1)으로부터 어긋난 위치를 통과한다.
이 경우, 측정 셀(1)에 설치된 창부(2)에는 창면 법선 방향(또는 측정 셀의 축 방향)으로부터 약간 경사진 각도로 입사광(L1)이 입사된다. 그리고, 창부(2)에서 굴절한 후, 측정 셀(1)의 내부의 공간에 출사된다.
여기서, 창부(매질(A))(2)의 굴절률을 nA라고 하고, 측정 셀 내의 매질(B)의 굴절률을 nB라고 하고, 창부(2)로부터 셀 내 매질에의 입사각을 θA라고 하고, 출사각(굴절각)을 θB라고 하면, 스넬의 법칙에 의해 하기 관계가 성립된다. 또한, 하기식에 있어서의 nAB는 매질 A에 대한 매질 B의 상대 굴절률이다.
(sinθA/sinθB)=nB/nA=nAB
상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 출사각(θB)은 셀 내 매질의 굴절률(nB) 또는 상대 굴절률(nAB)에 의존해서 변화된다. 이 때문에, 셀 내 매질의 굴절률(nB)이 변화되었을 때, 예를 들면 셀 내가 진공으로부터 소정 농도의 측정 가스로 변했을 때에는 출사각(θB) 및 셀 내를 나아가는 광(L1, L2)의 광로도 약간 변화된다. 여기서, sinθB=nA·sinθA/nB이므로, 출사각(θB)은 굴절률(nB) 또는 상대 굴절률(nAB)이 커질수록 작아진다.
도 3은 측정 셀 내가 진공으로부터 아세톤/N2 가스로 변화되었을 때의 광로의 변화를 나타내는 도면이다. 아세톤/N2 가스를 통과하는 입사광 및 반사광을 L1', L2'로 해서 파선으로 나타내고 있다. 또한, 도 4는 창부(2)의 외측(렌즈측)이 공기(질소)이고, 창부가 사파이어 유리이며, 측정 셀 내의 유로(1c)가 진공으로부터 200torr의 아세톤 가스로 변화되었을 때의 광로의 변화를 나타내는 도면이다.
진공의 굴절률이 1.000000인 것에 대하여, 0℃, 1atm에 있어서의 아세톤의 굴절률은 약 1.001079이며, N2의 굴절률은 약 1.000298이다. 또한, Ar 가스의 굴절률은 약 1.000283이고, 반도체 제조 프로세스에 있어서의 드라이 에칭용 가스 또는 클리닝 가스로서 사용되는 SF6 가스의 굴절률은 약 1.000769이다. 또한, 도 4에서는 공기의 굴절률을 1.000298로 하고, 사파이어의 굴절률을 1.75449(입사광의 파장 1060㎚)로 하고, 200Torr의 아세톤의 굴절률을 1.000284로 하고, 창재에의 입사각을 1°라고 가정해서 출사각의 계산을 행하고 있다.
셀 내가 진공으로부터 아세톤/N2 가스로 변화되면, 매질의 굴절률(nB)이 약간 커지기 때문에 창부(2)로부터 셀 내 매질에 입사할 때의 광의 굴절각(θB)은 작아진다. 또한, 반사 부재로서 이면측에 반사층을 설치한 투광성 플레이트를 사용하는 경우, 셀 내 매질로부터 반사 부재(4)로 입사할 때의 광의 굴절각 및 반사 부재(4)로부터 셀 내 매질로 입사할 때의 광의 굴절각도 셀 내 매질의 굴절률 변화에 따라 약간 변화된다.
그 결과, 도 3에 있어서 파선(L1', L2')으로 나타내도록 진공 시와는 다른 광로를 통과하여 반사광(L2')이 광파이버 케이블(12)에 입사된다. 이것에 의해, 검출할 수 있는 반사광 강도가 저하되는 경우가 있고, 굴절률 변화에 의거한 측정 오차가 발생된다. 진공 시에 최대의 광량이 얻어지도록 광학계가 설계되어 있는 경우, 셀 내 매질의 진공에 대한 상대 굴절률이 클수록 측정 오차가 커지는 경향이 있다. 또한, 광학계의 설계에 따라서는 셀 내 매질의 굴절률의 증가에 의해 측정 오차가 감소하는 경우도 있을 수 있다.
구체적인 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이 1.000000°(이해하기 쉽도록, 도 4에서는 보다 큰 각도로 나타내고 있다)의 입사각으로 사파이어제의 창부(2)에 입사된 광은 창부(2)의 양 계면에서 굴절되고, 셀 내가 진공인 경우에는 1.000298°의 출사각으로 출사된다. 이것에 대하여, 셀 내가 200Torr, 100% 체적 농도의 아세톤으로 채워져 있는 경우에는 1.000014°의 출사각으로 출사된다. 이것에 의해, 광검출기(24)(도 1 참조)가 검출하는 광의 강도는 가스에 의한 흡수가 없는 경우라도 약간 변화되는 경우가 있다.
상기한 바와 같이 셀 내 매질의 굴절률에 의해 측정 오차에 차이가 생기지만, 아세톤/N2 가스와 같은 혼합 가스를 사용하는 경우, 셀 내 매질의 굴절률은 혼합 가스 중의 아세톤의 농도에 따라 변화된다. 보다 구체적으로는, 보다 굴절률이 높은 아세톤의 농도가 높을수록 광로의 어긋남이 커지고, 측정 정밀도가 저하되는 경향이 있다. 단, 아세톤 농도가 100체적%일 때에 최대 광량을 얻어지도록 광학계가 설계되어 있는 경우 등에 있어서는 아세톤 농도가 저하될수록 측정 오차가 증가되는 경우도 있다.
또한, 가스의 농도뿐만 아니라 가스의 압력 및 온도도 굴절률과 관련성을 갖고 있다. 이하의 식은 굴절률의 온도 의존 및 압력 의존을 나타내고 있다.
n(P, T)=1+(n(0℃, 1atm)/(1+αT))×P/1.01325×105
상기 식에 있어서, n(P, T)은 압력 및 온도를 고려한 굴절률, n(0℃, 1atm)은 0℃, 1atm일 때의 굴절률, α는 팽창률, T는 온도, P는 압력이다. 이렇게 굴절률은 압력에 따라 변화되므로, 압력 센서(5)의 측정 결과에 의거하여 보정을 행함으로써 측정 오차를 저감시킬 수 있다. 또한, 상기 식에 나타내는 바와 같이 온도(T)에 의해서도 굴절률은 변화되므로, 온도 센서(6)에 의한 측정 온도에 따른 보정을 부가적으로 행할 수도 있다.
도 5는 셀 내의 가스의 압력(Torr)과, 광검출기(24)가 검출하는 광량의 변화(진공 시를 1로서 규격화한 값)의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 6은 도 5에 나타낸 그래프의 데이터에 있어서, 온도(T)가 23℃에서 일정하다고 가정한 후에, 상기 식에 의거하여 굴절률을 구하고, 구한 굴절률을 가로축에 있어서 굴절률과 광량의 변화의 관계를 나타내는 것이다.
도 5에 있어서, N2 가스, SF6 가스, C4F8 가스의 각각에 대해서, 측정광파장이 300㎚인 경우와, 측정광파장이 365㎚인 경우에서의 압력과 광량의 변화의 관계를 나타내고 있다. N2 가스, SF6 가스, C4F8 가스 모두 300㎚ 및 365㎚의 파장의 광을 흡수하는 경우는 없는 것이 확인되어 있다. 또한, 도 6에서는 N2 가스 및 SF6 가스에 대해서 굴절률과 광량 변화의 관계를 나타내고 있다.
도 5 및 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 셀 내의 가스의 압력의 증가와 함께, 광량의 변화가 증대하는 경향이 있고, 마찬가지로 굴절률의 증가와 함께 광량의 변화가 증대하는 경향이 있다. 또한, 굴절률과 광량의 변화의 관계는 가스 종류나 측정광파장에 의하지 않고 마찬가지의 경향이 있는 것을 확인할 수 있다. 이렇게, 굴절률과 압력에는 상관관계가 있으므로, 굴절률의 변화에 의한 측정 오차(광량 변화)의 증가를 수정하기 위해서는 압력에 따른 보정을 행하는 것이 적합하다고 생각된다.
또한, 상술한 바와 같이, 굴절률은 셀 내의 가스의 농도의 변화에 따라서도 변화된다. 따라서, 농도와 압력에 의거한 보정 팩터를 구해 두고, 이 보정 팩터를 이용하여 농도 연산을 보정함으로써, 굴절률의 변화에 대응하는 보정을 행하고, 보다 정확하게 농도를 구하는 것이 가능하다.
도 7은 압력(P1∼Pn)과 농도(n1∼nn)에 관련지어진 농도의 보정 팩터(ΔCn)를 기록하는 테이블(TB)을 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 농도(n1∼nn)와, 압력(P1∼Pn)에 대응하는 복수의 보정 팩터(ΔC11∼ΔCnn)가 테이블(TB)에 기록되어 있다. 후술하는 바와 같이, 측정 셀 내의 가스의 농도의 측정을 행할 때에는 반사광의 광 강도(I)의 측정을 행함과 아울러, 테이블(TB)로부터 판독한 보정 팩터(ΔCn)를 이용하여, 농도를 연산에 의해 구할 수 있다. 이것에 의해, 가스에 의한 흡수가 아니라, 굴절률에 기인하는 광량 변화에 의해 생기는 오차를 농도로 환산해서 보정하고, 향상된 정밀도로 농도 측정을 행하는 것이 가능해진다.
또한, 측정된 압력 또는 흡광도로부터 연산에 의해 구한 농도가 압력(P1∼Pn) 또는 농도(n1∼nn)와 다를 때에는 가장 가까운 압력 및 농도에 대응하는 보정 팩터(ΔCn)를 선택하면 좋다. 또한, 예를 들면 압력이 P1과 P2 사이이며, 농도가 n1과 n2 사이일 때에는, ΔC11과 ΔC21과 ΔC12와 ΔC22의 평균으로부터 ΔCn을 결정하는 등하고, 테이블(TB)에 기재된 보정 팩터(ΔC11∼ΔCnn)로부터 적절한 보정 팩터를 연산에 의해 구하도록 해도 좋다.
이하, 본 실시형태의 농도 측정 장치를 사용한 농도 측정의 순서를 설명한다. 도 1에 나타낸 측정 셀(1)에 있어서, 측정 셀(1)의 내부를 왕복하는 광의 광로 길이는 창부(2)와 반사 부재(4)의 거리의 2배에 의해 규정할 수 있다. 농도 측정 장치(100)에 있어서, 측정 셀(1)에 입사되고, 그 후 반사 부재(4)에 의해 반사된 파장(λ)의 광은 가스의 농도에 의존해서 흡수된다. 그리고, 연산 회로(28)는 광검출기(24)로부터의 검출 신호를 주파수 해석함으로써, 상기 파장(λ)에서의 흡광도(Aλ)를 측정할 수 있고, 또한 이하의 식(1)에 나타내는 람베르트·비어의 법칙에 의거하여 흡광도(Aλ)로부터 몰농도(CM)를 산출할 수 있다.
Aλ=-log10(I/I0)=α'LCM …（1)
식(1)에 있어서, I0은 측정 셀에 입사하는 입사광의 강도, I는 측정 셀 내의 가스 중을 통과한 광의 강도, α'는 몰흡광계수(㎡/mol), L은 광로 길이(m), CM은 몰농도(mol/㎥)이다. 몰흡광계수(α')는 물질에 의해 결정되는 계수이다. I/I0은 일반적으로 투과율이라고 불리고 있으며, 투과율(I/I0)이 100%일 때에 흡광도(Aλ)는 0이 되고, 투과율(I/I0)이 0%일 때에 흡광도(Aλ)는 무한대가 된다. 또한, 상기 식에 있어서의 입사광 강도(I0)에 대해서는 측정 셀(1) 내에 흡광성의 가스가 존재하지 않을 때(예를 들면, 자외광을 흡수하지 않는 가스가 충만해 있을 때나, 진공으로 배기되어 있을 때)에 광검출기(24)에 의해 검출된 광의 강도를 입사광 강도(I0)로 간주해도 좋다.
또한, 농도 측정 장치(100)는 측정 셀(1)을 흐르는 가스의 압력 및 온도도 고려해서 가스의 농도를 구하도록 구성되어 있어도 좋다. 이하, 구체예를 설명한다. 상기 람베르트·비어의 식(1)이 성립하지만, 상기 몰농도(CM)는 단위체적당의 가스의 물질량이므로, CM=N/V로 나타낼 수 있다. 여기서, N은 가스의 물질량(mol), 즉 mol수이며, V는 체적(㎥)이다. 그리고, 측정 대상이 가스이므로, 이상 기체의 상태방정식 PV=NRT로부터, 몰농도 CM=N/V=P/RT가 유도되고, 이것을 람베르트·비어의 식에 대입하고, 또한 -ln(I/I0)=ln(I0/I)를 적용하면, 하기 식(2)이 얻어진다.
ln(I0/I)=αL(P/RT) … (2)
식(2)에 있어서, R은 기체 정수=0.0623(Torr·㎥/K/mol)이고, P는 압력(Torr)이며, T는 온도(K)이다. 또한, 식(2)의 몰흡광계수는 투과율의 자연 대수 에 대한 α이며, 식(1)의 α'에 대하여 α'=0.434α의 관계를 충족시키는 것이다.
여기서, 압력 센서가 검출될 수 있는 압력은 측정 가스와 캐리어 가스를 포함하는 혼합 가스의 전압(Pt)(Torr)이다. 한편, 흡수에 관계되는 가스는 측정 가스뿐이며, 상기 식(2)에 있어서의 압력(P)은 측정 가스의 분압(Pa)에 대응한다. 그래서, 측정 가스의 분압(Pa)을 가스 전체 중에 있어서의 측정 가스 농도(Cv)(체적%)와 전압(Pt)에 의해 나타낸 식인 Pa=Pt·Cv를 이용하여 식(2)을 나타내면, 압력 및 온도를 고려한 측정 가스의 농도(체적%)와 흡광도의 관계는 측정 가스의 흡광계수(αa)를 이용하여, 하기 식(3)에 의해 나타낼 수 있다.
ln(I0/I)=αaL(Pt·Cv/RT) … (3)
또한, 식(3)을 변형하면, 하기 식(4)이 얻어진다.
Cv=(RT/αaLPt)·ln(I0/I) … (4)
따라서, 식(4)에 의하면 각 측정값(가스 온도(T), 전압(Pt), 및 투과광 강도(I))에 의거하여 측정광 파장에 있어서의 측정 가스 농도(체적%)를 연산에 의해 구하는 것이 가능하다. 이렇게 하면, 가스 온도나 가스 압력도 고려해서 혼합 가스중에 있어서의 흡광 가스의 농도를 구할 수 있다. 또한, 측정 가스의 흡광계수(αa)는, 이미 알려진 농도(예를 들면, 100% 농도)의 측정 가스를 흘렸을 때의 측정값(T, Pt, I)으로부터 식(3) 또는 (4)를 따라 미리 구해 둘 수 있다. 이렇게 해서, 구해진 흡광계수(αa)는 메모리에 격납되어 있으며, 식(4)에 의거하여 미지 농도의 측정 가스의 농도 연산을 행할 때에는 흡광계수(αa)를 메모리로부터 판독하여 사용할 수 있다.
단, 상기에 설명한 바와 같이, 광검출기(24)에 의해 검출되는 투과광 강도(I)는 셀 내의 매질의 굴절률의 변화에 의해 생기는 광량의 변화분을 포함하고 있는 것으로 생각된다. 이 굴절률에 의거한 광량의 변화는 가스에 의한 흡수에 의해 생기는 것은 아니므로, 흡광도 및 농도를 보다 정확하게 구할 때에는 굴절률의 변화에 의한 광량의 변화분을 보정하는 것이 바람직하다. 굴절률(n)을 고려한 농도(Cv')의 식은 다음 식(5)과 같이 주어진다.
Cv'=RT/αaLPt)·ln(I0/I(n)) … (5)
여기서, I(n)은 셀 내의 매질의 굴절률을 고려한 투과광 강도를 나타내고 있으며, I(n)=I+ΔI(n), 즉 광검출기가 검출한 투과광 강도(I)와, 굴절률에 의한 광강도 변화분의 합에 대응한다.
이 굴절률 변화에 의거한 광강도의 변화분(ΔI(n))에 의해 발생되는 농도 측정의 변화분(오차분)을 ΔCn이라고 하면, 굴절률 변화를 고려해서 농도를 구하는 식은 하기 식(6)에 의해 주어진다.
Cv+ΔCn
=(RT/αaLPt)·ln(I0/(I+ΔI(n)))
=(RT/αaLPt)·ln(I0/I)+ΔCn …（6)
따라서, 상기 식(4)에 의거하여 보정 전의 농도(Cv)를 산출함과 아울러, 굴절률분의 광강도 변화를 나타내는 ΔCn을 도 7에 나타낸 테이블(TB)을 참조해서 특정하고, 이것에 의해 굴절률의 변화가 보상된 농도를 구할 수 있다. 테이블(TB)에 기재되는 ΔCn은 상기한 바와 같이, 압력과 농도에 의해 결정되는 것이며, 측정 가스의 농도와 셀 내 압력을 변화시켰을 때의 광강도 변화(광검출기(24)의 출력의 변화)를 측정 가스가 흡수하지 않는 파장의 광을 이용하여 측정함으로써 얻어진다.
이상, 본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정 해석되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 각종 변경이 가능하다. 예를 들면, 측정에 사용되는 광으로서는 가스의 종류에 따라, 자외 영역 이외의 파장 영역의 광을 이용하는 것도 가능하다.
(산업상의 이용가능성)
본 발명의 실시형태에 의한 농도 측정 장치는 반도체 제조 장치 등에 대하여 사용되고, 각종 가스의 농도를 측정하기 위해서 적합하게 이용된다.
1: 측정 셀 2: 창부
3: 콜리메이터 3A: 볼록 렌즈
4: 반사 부재 5: 압력 센서
6: 온도 센서 10: 유체 유닛
11: 광파이버 케이블(입사용) 12: 광파이버 케이블(출사용)
20: 전기 유닛 22: 광원
24: 광검출기 26: 참조 광검출기
28: 연산 회로 100: 농도 측정 장치
3: 콜리메이터 3A: 볼록 렌즈
4: 반사 부재 5: 압력 센서
6: 온도 센서 10: 유체 유닛
11: 광파이버 케이블(입사용) 12: 광파이버 케이블(출사용)
20: 전기 유닛 22: 광원
24: 광검출기 26: 참조 광검출기
28: 연산 회로 100: 농도 측정 장치
Claims (3)
- 광원 및 광검출기를 갖는 전기 유닛과,
측정 셀을 갖는 유체 유닛과,
상기 광원으로부터의 광을 상기 측정 셀에 전송하기 위한 제 1 광전송 부재와,
상기 측정 셀로부터의 광을 상기 광검출기에 전송하기 위한 제 2 광전송 부재와,
상기 유체 유닛에 설치된 렌즈로서, 상기 렌즈의 광축과는 다른 제 1 위치에 상기 제 1 광전송 부재로부터의 광이 입사되고, 또한/또는 상기 렌즈의 광축과는 다른 제 2 위치로부터 상기 제 2 광전송 부재에 광을 출사하도록 배치된 렌즈와,
상기 측정 셀을 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서와,
상기 광검출기에 접속되어, 상기 측정 셀을 흐르는 유체의 농도를 검출하는 연산 회로를 구비하고,
상기 연산 회로는 상기 유체의 굴절률에 대응하는 측정 오차를 보정하기 위해서, 상기 광검출기의 출력과, 상기 압력 센서가 출력하는 압력 및 상기 유체의 농도에 관련지어진 보정 팩터에 의거하여 상기 유체의 농도를 연산에 의해 구하도록 구성되어 있는 농도 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 연산 회로는 상기 압력 센서가 출력하는 압력 및 상기 유체의 농도에 관련지어진 보정 팩터를 기재하는 테이블을 격납한 메모리를 갖고, 상기 테이블로부터 판독된 보정 팩터를 이용하여 농도를 측정하는 농도 측정 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 측정 셀을 흐르는 가스의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 갖고,
상기 연산 회로는 측정 가스에 관련지어진 흡광계수(αa)를 이용하여, 하기 식 에 의거하여 혼합 가스 중의 측정 가스의 체적 농도(Cv+ΔCn)를 구하도록 구성되어 있고, 하기 식에 있어서 I0은 상기 측정 셀에 입사하는 입사광의 강도, I는 상기 측정 셀을 통과한 광의 강도, R는 기체 정수, T는 상기 측정 셀 내의 가스 온도, L은 광로 길이, Pt는 상기 측정 셀 내의 가스 압력, I(n)은 굴절률 변화에 의거한 광량 변화이며, ΔCn은 (RT/αaLPt)·ln(I0/I)와 상기 가스 압력에 의거하여 결정되는 보정 팩터인 농도 측정 장치.
Cv+ΔCn=(RT/αaLPt)·ln(I0/I+I(n))=(RT/αaLPt)·ln(I0/I)+ΔCn
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014219294A (ja) | 2013-05-09 | 2014-11-20 | 株式会社フジキン | 脆性破壊性板材の固定構造及びこれを用いた脆性破壊性板材から成る光透過窓板の固定方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0843301A (ja) * | 1994-05-11 | 1996-02-16 | Kdk Corp | 液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法及び装置 |
| JPH10221020A (ja) * | 1997-02-07 | 1998-08-21 | Nikon Corp | 測長システム |
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| AU2003218012A1 (en) * | 2002-03-08 | 2003-09-22 | Sensy Medical Inc. | Compact apparatus for noninvasive measurement of glucose through near-infrared spectroscopy |
| EP1917496A4 (en) * | 2005-08-26 | 2010-07-28 | Zetetic Inst | APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING AND COMPENSATING THE EFFECTS OF ATMOSPHERIC TURBULANCES WAVING FRONT INTERFEROMETRY |
| CN105556282A (zh) * | 2013-09-24 | 2016-05-04 | 通用电气健康护理生物科学股份公司 | 光学吸收监测*** |
| TW201512648A (zh) * | 2013-09-27 | 2015-04-01 | Frank Jiann-Fu Yang | 智慧型自動化化學物質定性及定量之檢測裝置及檢測方法 |
| US9459201B2 (en) * | 2014-09-29 | 2016-10-04 | Zyomed Corp. | Systems and methods for noninvasive blood glucose and other analyte detection and measurement using collision computing |
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| CN207263633U (zh) * | 2017-10-16 | 2018-04-20 | 中国计量大学 | 一种基于开放式空气腔的光纤干涉仪气体传感器 |
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