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3l54l〇 A7 ______ B7 五、發明説明(1 ) <發明之領域> (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於,利用以半導體雷射作爲光源之紅外光 譜分析,分析被測定氣體中所含有的微量成份之方法,及 使用此方法之紅外光譜分析裝置。 <背景技術> 分析氣體狀態的試料之方法,紅外光譜分析是經常被 使用之方法。以下,簡單敘述紅外光譜分析之原理。多原 子分子,係對應於構成該分子之原子間之結合,而具有各 分子固有之振動能級。所以,當接收到具有相等於各分子 的振動能級值之光子能量之波長之電磁波,則會當作自己 的振動能量而予以吸收,這是我們所熟知者。而其吸收量 係與分子的存在量成正比。將該振動能級值換算成光子能 量時,則通常係相當於紅外線領域之波長》 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 所以,紅外光譜分析,係使紅外線領域之光透過被測 定氣體,測定吸收光譜,藉由將其解析來進行分析,所以 從被吸收的光之波長,來進行辨認被測定氣體內之測定對 象氣體分子(不純物),可以從吸收量,來進行該分子之 定量。 例如,半導體產業,使用各種的半導體材料氣體,但 是在積集度較高之半導體製造過程中’即使在半導體材料 中有極微量之不純物例如水分之存在,也會有害。所以, 半導體材料氣體中的不純物的管理’係工程管理項目中最 重要的。 本紙張尺度適用中國國家樓準(CNS,) Λ4規格(210X 297公釐)_ 4 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 ____B7_ 五、發明説明(2 ) 於是,申請人首先提出,利用以波長1. 3〜 1. 55/zm帶來振盪之InGaAsP系之波長可變型 雷射,來測定氣體中之水分之方法之發明(日本特開平5 一99845號公報)。 在該公報中所記載之水分分析裝置,係具備有:在室 溫之下以波長1. 3〜1. 55帶振盪之半導體雷射 ;及從此處將於室溫下被振盪之雷射光予以分歧,導引至 測定用氣體單元,然後送至測定用光檢測器之測定線;及 將上述雷射光分歧,導引至參考用單元,然後送至參考用 光檢測器之參考線;及將上述雷射光分歧,送至能量監視 用光檢測器之能量監視線;而上述各檢測器,係使用在室 溫下於1. 3〜1. 5 5 帶有感度之光檢測器而構成 者。 使用此裝置來測定水分之方法,係藉由改變注入半導 體雷射之電流,來拂掠(sweep )雷射振盪波長,以測定 吸收光譜。而,例如選擇在1. 38vm帶之H20之吸 收峰值,藉由其吸收強度及事先所作成之檢量線,來測定 氣體中的水分者。此方法非常簡便,而且在現場即可測量 ,而且工程管理上也可以利,是非常優良之方法,應用於 半導體材料氣體之分析,是眾人所期待的。 此處,以第2 2圖及2 3圖表示公開於上述公報之吸 收光譜之例。第2 2圖係氣體成分只有H20之吸收光譜 。第2 3圖係對於氮氣中含有H20之試料之吸收光譜。 測定此處所獲得之吸收強度(峰值高度),從事先所作成 ^纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨0X 297公釐)_ ζ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(3 ) 之檢量線(如圖2 4所示)可獲得水分濃度。 如圖所示,在第2 2圖中,H20之吸收峰值有4個 。又,在第2 3圖之氮氣基底之試料,係成爲1個寬頻之 吸收帶;在該波長領域內,沒有氮氣之吸收,又不會有氮 氣及水分之反應所造成之生成物。所以,第2 3圖之寬的 吸收帶,係圖2 2之接近的4根峰值寬化相重疊,結果成 爲1個吸收帶所造成者。 將上述日本特開平5 - 9 9 8 4 5號公報所記載之方 法,原封不動地應用於半導體材料氣體中之不純物分析時 ,在不純物所造成之吸收峰值的附近,沒有由被測定氣體 等所造成之妨害峰值時,檢測感度也不會很高。 又,依據被測定氣體之種類,或打算測定之不純物之 種類,在水分等之不純物之吸收峰值的附近,會存在半導 體材料氣體之吸收峰值,這種情況時,由於接近峰值的重 疊而使測定精度更差。因此,上述的方法,在作要求高精 度之半導體材料氣體中之微量不純物的分析等時,仍有難 以令人滿足之處。 而包含上述特開平5 - 9 9 8 4 5號公報所記載之方 法在內,通常其紅外光譜分析之被測定氣體之壓力,由於 可以用足夠的強度獲得操作的簡單及測定對象氣體(不純 物)之吸收量,所以可以在1氣壓附近以上進行測定》 當被測定氣體中的測定對象氣體(不純物)之濃度很 高時,即使以這樣的壓力測定,也不產生問題。 但是,在紅外光譜分析時,一般當被測定氣體之壓力 本紙伕尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 315410 A7 B7 ___ 五、發明説明U ) 變高時,不純物所造成之吸收峰值之寬度很寬,所以當被 測定氣體中之不純物濃度很低時,吸收峰值之分辨能力會 降低,測定精度會變差。 本發明即爲了解決這些問題而設計者,其目的係提供 使用半導體雷射之紅外光譜分析,使被測定氣體中之微量 的不純物濃度,可以高感度且高精度來加以分析之方法及 裝置。 <發明之開示> 爲了解決上述問題,本發明之氣體的紅外光譜分析方 法,係使紅外線領域之光透過被測定氣體,然後測定吸收 強度,藉此分析被測定氣體中之不純物之方法,係使被測 定氣體在減壓狀態及於不純物氣體分子所形成之群組在被 解離之狀態下,進行分析者。藉由將被測定氣體減壓,而 能提高吸收峰值之分辨能力。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 - - In n n I^-^^^1 ^^^1 11« n ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 並且,藉由於不純物氣體分子所形成之群組在被解離 之狀態下,進行分析的話,則能夠在安定的狀態下進行正 確的分析。 另外,若以光子能量在0 · 5 e V以上之光’照射被 測定氣體之狀態下,進行\分析的話,則可以使群組解離 〇 此外,上述光子能量爲0. 5eV以上之光,對於上 述被測定氣體之照射密度爲DP(光子數/ s e c · cm2 ),而上述被測定氣體中之分子數爲N (分子)時,Dd 本紙張尺度適用中國國家標準(CN’S ) A4規格(210X 297公釐) ~ 經濟部中央標準局員4消費合作社印製 A7 __ B7 五、發明説明(5 ) 2N/2爲最理想。 被測定氣體的理想之壓力範圍,係會隨所要求之分辨 能力或測定對象之不純物的種類而變化,但是只要在1 0 〜5 〇 〇 T 〇 r r的範圍內設定,即可獲得良好之感度及 精度。 本發明之方法,最理想的是將透過被測定氣體之光拂 掠,來測定吸收光譜。拂掠之光的波長範圍,最好是選擇 能獲得不純物所造成之強吸收峰值之範圍,可以在 1. 19〜2. OOi/m之範圍內選擇。 利用吸收光譜辨識被測定氣體中之不純物之種類,及 其分量之方法,係將被測定氣體之吸收光譜,與另外測定 之只有不純物的吸收光譜作比較,藉由確定關於該不純物 之複數的吸收峰值,來辨識該不純物,然後在該複數之吸 收峰值之中,選擇在附近沒有妨害峰值之最強峰值,從該 最強峰值之吸收強度來進行不純物之量的測定,是最理想 的。 這時,使光透過被測定氣體,然後測定吸收光譜之同 時,另外,使同樣波長之光透過只有不純物者,來測定其 吸收光譜,像這樣作也可以。 上述吸收峰值,如使用檢量吸收強度變化之微小分量 而獲得之微小值吸收峰值,則可以提高檢知感度》 又,如果從複數之吸收峰值之相對強度來辨識不純物 ,則可以正確地進行辨識。 又,本發明之紅外光譜分 析裝置,係具備有:振盪紅外線領域之光的波長之可變型 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) ~~' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -*° 經濟部中央標準局員工消t合作杜印製 A7 ____B7_五、發明説明(6 ) 半導體雷射;及使從該雷射所振盪之光透過被測定氣體之 手段;及測定透過被測定氣體之雷射光強度之手段,爲一 種藉由紅外光譜分析被測定氣體中之不純物之裝置,其特 徵爲具備有將上述被測定氣體減壓之手段,及對於被測定 氣體,以光子能量爲0 · 5 eV以上之光照射之手段。 本發明之裝置係因爲具備有對於被測定氣體,以光子 能量量爲0 · 5 e V以上之光照射之手段,所以能夠在於 使群組解離的狀態下,進行分析。 只要是具備有:將上述半導體雷射所振盪之光分歧, 使該分歧光的一方透過被測定氣體,同時使另一方透過只 透過不純物之手段;及測定透過被測定氣體之光的吸收光 譜之手段;及測定只透過不純物氣體之光的吸收光譜之手 段者;則可以同時獲得被測定氣體之吸收光譜及只有不純 物的吸收光譜,所以可進行這些吸收光譜之正確的比較^ 更者,上述吸收光譜只要具備有檢測出吸收強度變化 的微小量,測定微小值吸收光譜之手段,則可以使用微小 值吸收峰值作不純物之測定,而可以提高檢知感度。 將透過被測定氣體之光的吸收光譜,與只透過不純物 氣體之光的吸收光譜作比較,在具有透過被測定氣體之光 的吸收光譜之吸收峰值之中,辨識與具有只透過不純物氣 體之光的吸收光譜之吸收峰值之吸收波長一致之吸收峰值 ,只要具備有檢測出該吸收峰值之吸收強度之手段,則可 以迅速地進行不純物之分析。 <圖式說明> 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2LOX297公縻) ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明(7 ) 圖1係表示本發明之紅外光譜分析裝置之一實施例之 構成圖。 圖2係利用本發明之方法所測定之Η 2 0之微小值吸 收光譜之例。 圖3係用來說明由於群的形成而造成之吸收峰值波長 之誤差之圖表。 圖4係用來說明由於群形成而造成水分濃度與吸收峰 值強度之非比例性之圖。 圖5係表示本發明之實施例所測定之Η20之吸收光 譜之壓力依存性之圖。 圖6係表示本發明之實施例所測定之Η 2◦之微小值 吸收光譜之壓力依存性之圖。 圖7係將第6圖部份擴大之圖。 圖8係將第6圖部份擴大之圖。 圖9係將第6圖部份擴大之圖。 圖1 0係將第6圖部份擴大之圖。 圖11係將第6圖部份擴大之圖。 圖1 2係將第6圖部份擴大之圖。 圖1 3係表示本發明之實施例所測定之C Η 4之微小 值吸收光譜之壓力依存性之圖。 圖1 4係表示圖1 3之部份擴大圖。 圖1 5係表示圖1 3之部份擴大圖》 圖1 6係表示本發明之實施例所測定之Η 2 0 / H C j?之微小值吸收光譜。 木紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210X 297公釐) ------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貰) 訂 _ 10 -
經濟部中央標準局員工消費合作社印$L A7 B7 五、發明説明(8 ) 圖1 7係表示本發明之實施例所測定之C 0 2 / H C j?之微小值吸收光譜。 圖1 8係本發明之實施例所測定之C 0 2 / N 2之微小 值吸收光譜。 圖1 9係本發明之實施例所測定之C Η 4之微小值吸 收光譜。 圖2 0係表示本發明之實施例之結果,即表示使半導 體雷射之光強度及樣本氣體之壓力變化時之吸收峰值波長 之位移量之變化圖。 圖2 1係表示本發明之實施例之結果,即表示照射光 之照射密度及樣本氣體中之分子數及吸收峰值波長位移之 關係圖。 圖2 2係使用習知之水分分析方法所測定之水的吸收 光譜之例。 圖2 3係使用習知之水分分析方法所測定之含有水分 氮氣之吸收光譜之例。 圖2 4係表示習kl之水分分析方法之水分濃度及吸收 峰值強度之關係之檢測量線之例。 <實施例> 本案之發明者,針對紅外光譜分析,研究各種能使其 吸收峰值之分辨能力提高之手段。 首先就測定時之壓力作了檢討。一般在氣體中之紅外 吸收,當氣體之壓力高時,由於分子衝突之影響,使吸收 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210 X 297公釐)_丨j _ — —II 1--· II ·!1 m n 1^1 ^^^1 I ^^^1 In I n m In,一*4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明(9 ) 峰值擴散,峰值之寬度變大’使分辨能力降低。當將此氣 體之壓力降下,則吸收強度也下降’峰值的寬度變小’分 辨能力提高》所以’本發明係使被測定氣體在減壓狀態下 ,進行紅外光譜分析’藉此,使該氣體中所含有的不純物 ,可以利用高感度且高精度來測定。 又,習知之以被測定氣體在1氣壓附件至1氣應以上 之狀態進行測定,相對於此’本發明係藉由進行減壓而能 使測定精度提高。所以,本發明所謂之減壓狀態,係指被 測定氣體之全壓爲1氣壓未滿之狀態。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一般而言,被測定氣體之壓力在100TO r Γ左右 以上之大範圍,只要壓力變大則吸收峰值之寬度也變大, 所以吸收峰值之高度變小。所以,當測定對象之不純物的 量爲微量時,當壓力太大時,峰值之幅變寬,使分辨能力 降低。另一方面,當被測定氣體之壓力在lOOTo r r 以下爲很小時,吸收峰值之寬度,係隨著壓力降低而變小 (吸收峰值之高度變高),但是,不會變成無阻小。即, 接近與多普勒效應(Doppler effect)所造成之所謂的多 普勒極限之壓力無關之一定值。所以,即使使壓力變的過 小,吸收峰值之寬度變鈍,而且由於吸收峰之高度也變低 ,所以產生檢測感度之下降。 所以,在測定被測定氣體中所含之微量不純物時,使 被測定氣體之全壓在1 0〜5 0 0To r r左右之範圍內 ,則可以獲得良好之測定感度及測定精度。該適當之減壓 之程度,係依照不純物之種類,或依照被要求之分辨能力 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210'〆297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ______B7__ 五、發明説明(10 ) ’而分別設定者。 又,當不純物爲微量時,對於射入被測定氣體之光量 ’由於不純物之光吸收量很微小,所以信號雜音比(S/ N比),會顯著地變小。於是,檢測吸收量之變化率,即 吸收強度變化之微小值,藉由使用微小值吸收峰值,而可 以使測定感度提高。這種情況時之適當之減壓之程度,也 爲 10 〜500T〇 r r。 即,爲了獲得微小值吸收峰值,對於光源之半導體雷 射,可以使用將交流成分a · s i n (wt)重疊於直流 成分I。,然後將電流i = I〇+a · s i n (wt)三頻 率調製法。這時,當被測定氣體之壓力很大時,微小值吸 收峰值之寬度也變大,所以調製振幅a也變大,隨此,雜 音(雜訊)也變大。由此理由,使適於測定之壓力的上限 被決定。另一方面,將被測定氣體減壓,當到達多普勒極 限領域時,微小值吸收峰值之高度變低,檢測感度降低。 由此理由,使適於測定之壓力的下限被決定。 其次,就測定之波長範圍作了檢討。本發明係可獲得 不純物(測定對象氣體)之吸收峰值之波長範圍,藉由選 擇可獲得強度很大的峰值之範圍,而能提高分析之精度。 在半導體材料氣體中之不純物中,由於H2◦分子 影響最大,所以首先以Η 2 0分子作爲不純物爲例’則 Η20分子表示出在廣大的波長領域有非常長的吸收峰值 ,特別是Η2〇分子之吸收強度,選擇1位以上之 1 3 5〜1. 4 2 /zm的範圍之波長領域’是最理想的 本紙伕尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)_ n _ ~ —--------私-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 A7 B7 五、發明説明(11 ) 〇 又,對於其他的測定對象氣體(不純物),有效之波 長域之例爲, 二氧化碳(C〇2)···]·· 43 〜1. 46em 氣化氫(HF) ...... 1. 2 5〜1. 35/zm 甲院(CH4) ......... 1. 2 9〜1. 5 0;am 甲硅烷(S i Η 4 ) ......... 1 . 1 9 〜2 . Ο 0 仁 m 溴化氫(HBr) ......... 1. 3 4〜1- 37;um 羥基(_〇H) ......... 1 · 4 0 〜1 · 4 5 在本發明中,從所獲得之吸收光譜,進行被測定氣體 中之不純物的辨識時,以別的方法測定只有不純物的吸收 光譜,確定不純物之複數之吸收峰值,藉此,可進行正確 之辨識。 又,像這樣進行辨識時,如果使用複數之峰值之相對 強度,則可以確定地辨識不純物,而可以提高測定感度及 測定精度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 而在進行被分辨出之不純物之量的測定時’選擇在辨 識時所使用之複數的吸收峰值之中,附近沒有妨礙峰值之 最強峰值,從該最強峰值之吸收強度,進行不純物之量的 測定,則可進行正確之測定。 又,測定吸收強度時,不只使用吸收量光譜’藉由使 用吸收量之變化率,即吸收強度變化之微小值吸收光譜’ 而可以更提高測定感度。要獲得微小值吸收光譜’可使用 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 14 - 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明(12 ) 上述之頻率調製法。 像這樣,對於不純物,選擇適當之減壓狀態,及適當 之波長範圍進行測定’藉此可使測定精度提高,而且本案 之發明者發現,藉由含有不純物之被測定氣體之種類及測 定時之雷射光強度,而使獲得吸收峰值之波長移位,而其 吸收強度也變化之情況,重復作了檢討》 第2圖係表示於氯化氫(HCj?)中含有 7 0 p pm的水分(H20)之氣體,於減壓狀態( 1 0丁〇 r r )下,進行紅外光譜分析之結果的例子之圖 ,爲吸收強度變化之微小值吸收光譜。又,在此測定的同 時,對Η20 (20Το γ r)也同樣地進行紅外光譜分 析。 在第2圖中,橫軸表示振盪波長,縱軸表示吸收強度 變化之微小值。又,爲了避開只有水分之光譜(圖中細線 所示)及樣本氣體(圖中粗線所示)之重疊,而將樣本氣 體之光譜之底線上移1位》 如此圖中可見到,只有水分的光譜與在氯化氫中含有 水分之樣本氣體之光譜之兩者,因H2〇而發生之4個尖 的突起之吸收峰值位置(波長)及吸收強度(吸收量)都 - 致 〇 但是’例如詳細檢討第2圖所獲得之波長 1. 38075vm左右之吸收峰值,則如圖3所示,可 瞭解到由於測定條件而使此吸收峰值位置(波長)位移。 在第3圖中’ A係氮(N2)中的H20以雷射光強度 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4現格(210X297公釐) " -15 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 〇154χ〇 ------ Β7 五、發明説明(13 ) 0' 7mW來測定時之情況;B係以雷射光強度2. 05 mW來測定HCj?中的H20時之情況:C係以雷射光強 度〇 7mW來測定HCj?中的H20時之情況。又,被 測定氣體中的壓力,與一個都是1 〇 〇Το r r。 又第3圖中’點線係表示以參考單元而獲得之h20 峰值之基準位置。 如此處所示,HCj?中之H2◦以高強度之雷射光來 測定之B中,吸收峰值波長係與基準位置一致,而相對於 此’以低強度之雷射光所測定之C,係比基準位置還偏右 〇 第4圖係表示H C {中的H2〇濃度與吸收強度之雷 射之關係;實線係以雷射光強度2 . 0 5 m W測定時之情 況;點線係表示以雷射光強度0 . 7 m W來測定時之情況 。如此處所示,雷射光強度爲2 . 0 5mW時,H20濃 度與吸收強度顯示出良好比例關係,所獲得之圖係可作爲 檢量線所使用者,當雷射光強度爲0 . 7 m W很小時,隨 著H20濃度的增高,從直線起之偏移會變大,而所獲得 之圖不能作檢量線作用。 因此,當測定時之雷射光強度不適當時,會產生吸收 峰值波長從基準位置起位移之情況。而位移之吸收波長之 附近,當有其他的成分之吸收峰值存在時,要作定位之辨 識是困難的。又,吸收峰值波長位移的同時,吸收量也會 變化,所以無法獲得檢量線,無法正確地檢測其量。 本案之發明者,就第3圖之吸收峰值波長之位移或第 本纸張尺度適;fl中國國家標準(CNS ) Α4規格(2丨0X 297公釐) n I - I -I - - —J 私ί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、\=β 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _ _B7_ 五、發明説明(14 ) 4圖這樣的吸收強度之非比例性的原因’作了詳細研究, 其結果,發現是因爲被測定氣體中不純物之分子形成群而 造成者。 即,水分子(H20),氯化氫(HCj?),氨( NH3)等具有極性之氣體分子很多。例如HC j?分子, 其中的Η帶正電,而C j?帶負電,具有極性。具有這樣的 極性之氣體分子’這此極性分同之間原本與無極性分子藉 由庫倫力結合,形成複數的分子所構成之群’這是我們已 經知道的。 即,在第3圖之C,被測定氣體之HC j?及不純物之 H2◦都是極性分子’ H C j?分子及H2◦分子結合而形成 群。相對於此,第3圖之A,由於被測定氣體之N2爲無 極性分子,所以即使不純物之H2◦爲極性分’因爲其含 有量很少,所以H20分子不會在1^2氣體中形成群。 習知之氣體之光譜分析方法,對於這樣的群的形成完 全沒有考慮,但是本案之發明者’發現群形成之狀態下進 行氣體之光譜分析,則隨著測定條件吸收峰值會從基準位 置位移,吸收強度也會變化。 所以,本發明係使被測定氣體中之不純物之分子所形 成之群解離之狀態’來進行光譜分析’藉此可安定地進行 正確之分析。 使群解離之方法,有照射比群形成之能量爲大之光能 量之方法。具體之方法係’由於群形成之能量爲 〇 5eV未滿,所以對於未被測定氣體’以光子能量 本紙浪尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)_ ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 A7 ___________B7_ 五、發明説明(15 ) 0 5eV以上之光照射,藉此可獲得群解離之狀態。 具有0. 5eV之光子能量的光的波長,爲2. 48 以m,光譜分析使用波長2 · 4 8 //m以下之光時,分析 所用之照射光可兼有群解離所用之照射光。另一方面,光 譜分析所用之照射光之波長比2. 4 8;am長時,爲了群 解離另外照射波長2. 48以下之光即可。 又具有0. 5eV以上之光子能量的光的照射所造成 之群解離之效率,係隨著被測定氣體之壓力或照射光之光 量而變化,例如被測定氣體之壓力大時,效率不好,必需 要使照射光之光量增大。如果使照射光之光量變大,則群 解離的程度也會變大,但是在本發明中,只要對光譜分析 沒有障礙的程度群解離即可,因此,當對於光子能量爲 〇. 5 eV以上之光的被測定氣體之照射密度爲DP (光 子數/ s e c · cm2),而被測定氣體中之分子數爲N (分子)時,只要滿足DP2N/2即可。 像這樣照射光能量,係在被測氣體中不純物之分子形 成群時有效,藉由被測定氣體之組成等不純物不形成群是 很明確時,不需要應用這樣的光能量照射,即使應用也沒 有什麼妨礙。 在本發明中,不特別限定被測定氣體之種類,氮,氧 ,氬,氦,二氧化碳等之常用氣體或氯化氫,有機金屬化 合物等之半導體材料氣體等種種之氣體’都可適用。 又,本發明所測定之上述被測定氣體中的不純物(測 定對象氣體),只要是可作紅外光譜分析之物質都可’例 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)_ 18 — 11 ! In — — —· J 衣— — I —訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明(16 ) 如水,二氧化碳,一氧化碳,氟化氫,氯化氫,溴化氫, 碘化氫,S i H4等之無機化合物,或甲烷等的有機化合 物的分析都可應用。 以下就本發明實際例子作說明,本發明並不只限於這 些實施例,可應用於多種之氣體的分析。 第1圖係表示本發明之紅外光譜分析裝置之一實施例 之概略構成圖。 此裝置中,從光源之半導體雷射1所發出之光,係被 集光鏡系2校正,然後被光調製器3所遮光,通過半鏡4 而被分成2個。其中一方係通過樣本單元5之後,被聚焦 鏡6所聚光,進入光檢測器7。另一方面,通過參考單元 8,被鏡子9所聚光而進入光檢測器。在參考單元8之中 ,含有減壓狀態之測定對象物質。進入檢測器7,1 0之 光,被變換成電氣信號之後,分別被送至鎖定放大器( lock-in amplifier) 1 1 ,1 2。在此處,與從光調製 器3所送來的調製信號調諧之信號被擴大,然後進入計算 機1 3,作爲測定資料而被處理。在測定時,半導體雷射 1之電流,係從電流驅動器1 4所供給。半導體雷射1之 波耳帖(peltier)元件溫度,係被溫度控制器1 5所控 制。 而該裝置中,爲了將樣本單元5中的壓力控制在1氣 壓以下之一定值,在單元5的入口處,設置流量控制單元 1 8,在單元5的出口處,設置控制單元1 7及排氣泵 16° 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)~ _ 一 19 ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 ___ _B7_ 五、發明説明(17 ) 進行測定時,排氣泵1 6係以一定之排氣速度排氣。 對壓力控制單元1 7預先設定必要之壓力。被測定之壓力 信號與所設定之壓力信號之差’回潰至流量控制單元1 8 ’控制進入單元5之氣體之流量。藉由這樣的構成,一邊 將所要測定之氣體流入樣本單元5 ’而可一邊保持單元中 的壓力於一定。 又,半導體雷射1之振盪波長,係藉由改變流入電流 或元件溫度而成爲可變者。 此處,爲了將被測定氣體減壓所用之機構,係如上所 述,除了控制導入被測氣體之樣本單元之入口的氣體流量 之方法者之外.,使用使樣本單元的流入口之流量一定,然 後控制單元出口之排氣量之方法者也可。 又,當光譜分析所使用之光的波長比2. 48#m長 ,而除了光源來的照射光之外,使被測定氣體中之群解離 所用之光照射爲必要時,裝設光照射裝置2 0.。光照射裝 置20,係被設於樣本單元5的外方,藉此,具有0. 5 e V以上之光子能量之光,照射樣本單元5全體。光照射 裝置2 0,只要是可以照射具有0 . 5 e V以上之光子能 量,即波長2. 48ym以下之光,任何東西皆可,例如 可以使用照射可視光線之螢光燈。並且,當光譜分析所使 用之光的波長在2 · 4 8 am以下的情況時,可以將半導 體雷射裝置1來代替此光照射裝置2 0。 依照這種構成之裝置,將半導體雷射1所振盪之光的 波長拂掠,而可以同時獲得被測定氣體之吸收光譜及只有 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ^ fm· ^ fm· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7_ 五、發明説明(18 ) 不純物之吸收光譜。 又,將從電流驅動器1 4注入半導體雷射1之電流信 號’使拥於直流成分I。加上交流成分a . s i n (wt )=I〇+a · s i n (wt)之頻率調製法,則可獲得 微小值吸收光譜》 又,光調製器3被用於直流擴大,所以對於半導體雷 射1注入只有直流成分之電流信號,測定吸收光譜時,爲 了壓抑雜訊,進行以光調製器3調製雷射光,但是,將直 流成分上加上交流成分之電流信號注入半導體雷射1,然 後測定微小值吸收光譜時,不使用光調製器3。 更者,以計算機1 3進行測定資料之處理時,事先將 透過被測定氣體之光的吸收光譜與透過只有不純物氣體之 光的吸收光譜作比較,在具有透過被測定氣體之光的吸收 光譜之吸收峰值之中,與具有透過只有不純物氣體之光的 吸收光譜之吸收峰值,其吸收波長一致之吸收峰值予以辨 識,檢測該吸收峰值之吸收強度,然後顯示數值之情況下 設定程式,如此則可以使測定快速化。 像這樣的紅外光譜分析裝置,在半導體等之製造工程 中,可以將樣本單元直接連接於配管來使用,能非常簡單 地在現場進行計測。 (實施例1 ) 關於H20之吸收光譜之壓力依存性作了調査。使用 第1圖所示之裝置,以含有微量的水分之氮氣體作爲樣本 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 21 A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ____B7_ 五、發明説明(19 ) 氣體,測定了吸收光譜。又,從調查對於吸收光譜之壓力 的影響之目的起,半導體雷射之振盪波長,在獲得?120 之吸收強度比較大之峰值之1. 380//m附近拂掠。半 導體雷射之振盪波長,係藉由改變注入電流來使其變化。 第5圖,係當樣本單元中的壓力爲10 * 30 ,50 ,100,300,500Torr 時,一邊流 1〇〇 PPm H20/N22樣本氣體一邊測定而獲得之吸收光 譜。在此圖中,橫軸爲波長,縱軸爲光學的厚度,來表示 吸收之強度。如第5圖所示,當樣本單元之壓力比3 0 0 T 〇 r r爲高時,由於鄰近的吸收線之影響,使光譜的形 狀歪斜,成爲非對比者。以500To r r之壓力,吸收 的強度應比300T〇 r r還大,但是,反而變小。在 500T〇 r r以下,特別是300T〇 r r以下,隨著 壓力的變低,吸收強度逐漸變小,同時吸收線光譜成爲寬 度狹窄,歪斜很少之對稱形。從此結果也可知,具有藉由 減壓而可以提高測定之分辨能力之效果。另一方面,即使 將樣本氣體減壓在1 0 T 0 r r以下,吸收線之寬度的減 少也很鈍,由於光譜的高度會變低,所以比1 0 T 〇 r r 低的減壓是不理想的。 由此結果可知,在lOTo r r〜500T〇 r r之 壓力範圍下,分析被測定氣體中的水分是非常適當的。 (實施例2 ) 就C 〇2之吸收光譜之壓力依存性作一調査。使用第 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7五、發明説明(20 ) 1圖所示之裝置,以含有C 02之H C j?氣體作爲被測定 氣體,測定吸收光譜。又,從調査對於吸收雷射之振盪波 長之壓力的影響爲目的起,半導體雷射之振盪波長,係在 得到C02之吸收強度較大之峰值之1. 4 3 5it/m( 1 4 3 5 nm)附近作拂掠。又半導體雷射之振盪波長係 藉由改變注入電流來變化。 第6圖,係當樣本單元中之壓力爲10,30,50 ,100,200,300,400,500,600, 700Torr時,一邊流7. 4重量百分比之C〇2/ H C j?之樣本氣體,一邊測定所獲得之微小值吸收光譜。 在此圖中,橫軸爲振盪波長,縱軸係表示吸收強度變化之 微小值(單位爲任意)。又,於參考用單元中,以 20T〇 r r封入只有C02者,同時進行測定。在第6 圖中,併記有只有C 02之光譜R。測定只有C 02者而獲 得之峰值位置(波長)與測定被測定氣體而獲得之峰值位 置一致之事予以確認進行辨識。又,只測定C 0 2而獲得 之光譜R,將吸收強度變化予以壓縮,而且將基底上位。 又,爲了使光譜的重疊部份容易看,所以,以第7圖 〜第1 2圖,表示第6圖之光譜之擴大部份。第7圖,係 表示樣本氣體之壓力爲5〇〇〜700To r r之光譜。 第8圖係表示樣本氣體之壓力爲7 0 0 T 〇 r r之光譜; 第9圖係表示樣本氣體之壓力爲600To r r之光譜; 第10圖係表示樣本氣體之壓力爲500To r r之光譜 ;第1 1圖係表示樣本氣體之壓力爲1 0〜50T〇 r r 本紙浪尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210X 297公釐) HI am i ml m n I 1^1 ^^^1 n^i ^-a (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明(21 ) 之光譜;第1 2圖係表示樣本氣體之壓力爲1 OTo r r 之光譜。 此處,使用微小值吸收峰值,進行不純物定量測定時 ,從峰值的前端起,到與其此相對之峰值突起之底的最低 點爲止之距離(圖8中之D所示)',而作爲峰值高度(吸 收強度),於量的測定時使用。 在本實施例中,如圖8〜圖1 0所示,當樣本氣體之 壓力爲600To r r及700To r r時,由於雜訊的 影響,峰值的底部變亂,無法正確地檢測量。而 500To r r以下,由於沒有雜訊的影響,而峰值之底 部很安定,所以此峰值可應用於檢測其量上。又如第1 1 圖及第1 2圖所示,可獲得得樣本氣體之壓力爲 lOTo r r以上,安定之峰值,使用這些即可以精度良 好地進行檢測其量。 由此結果可知,在lOTo r r〜500To r r之 壓力範圍下,被測定氣體中的C 0 2可作適當之分析。 (實施例3 ) 就C H4之吸收光譜之壓力依存性作調査。使用第1 圖所示之裝置,以含有CH4之氣體作爲樣本氣體’來測 定吸收光譜•又,從調査對吸收光譜之壓力的影響之目的 起,半導體雷射之振盪波長,係在獲得吸收強度較大的峰 值之 1. 645 〜1- 646//m(1645 〜1646 n m )附近拂掠。又半導體雷射之振盪波長係藉由改變注 衣紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -24 - 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 _ B7五、發明説明(22 ) 入電流而使其變化》 圖1 3係在樣本單元中之壓力爲1 〇,30,50, 100,200,300,400,500,600, 700Torr時,一邊流7. 9重量百分比之CH4/ N 2之樣本氣體,一邊進行測定而獲得之微小值吸收光譜 。在此圖中,橫軸爲振盪波長,縱軸係表示吸收強度變化 之微小值(單位爲任意者)。又,參考用單元中,以20 To r r封入只有〇^14者,同時進行測定。圖13中, 併記有只有C Η 4之光譜R。確認測定C Η 4而獲得之峰值 位置(波長)與測定被測定氣體而獲得之峰值位置一致, 進行分辨。又,測定只有CH4而得之光譜R,係表示壓 縮吸收強度變化,而且將底線提高者。 又,爲了使光譜的重疊部份容易看,於圖1 4及圖 1 5中,表示圖1 3之光譜的部份之擴大。圖1 4係表示 樣本氣體之壓力爲5 0 OTo r r之光譜,圖1 5係表示 lOTorr之光譜R。 在本實施例中,CH4之微小值吸收峰值,由於2個 峰值接每,所以圖右側之峰值的左側與圖左側之峰值成爲 重疊之狀態而被檢測出。如圖1 4及圖1 5所示,在樣本 氣體之壓力爲500To r r時,或lOTo r r時’都 可獲得安定之峰值,使用這些可進行精度良好之量的檢測 〇 由此結果可知’在lOTo r r〜500To r r之 壓力範圍下,可適當地分析被測定氣體中之ch4。 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Λ4規格(210X297公釐)_ 25 _ ^^^9. I nn —^n In —^n —^n ^ ^^^1 ^^^1 ^^^1 ι^ϋ In - V ^i (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明(23 ) (實施例4 ) 使用第1圖所示之裝置,以氯化氫氣體中的水分之分 析’作爲半導體材料氣體之代表例。以3 Ο Ο T 〇 r r之 壓力,將水分濃度未知之氯化氫氣體封入樣本單元;另一 方面’以2 Ο T 〇 r r之壓力,將水分封入參考用單元4 。又,樣本單元之光路長爲5 0 cm。 藉由使波耳帖元件之溫度於2 0°C〜3 0°C變化,而 使雷射光在1. 3803〜1. 3814/zm之波長領域 拂掠,測定微小值吸收光譜。其結果,可獲得圖16所示 之光譜。 在圖1 6中,橫軸表示振盪波長,縱軸表示吸收強度 變化之微小值(單位可任意選擇)。又,爲了避免只有水 分的光譜(圖中以R表示)與樣本氣體之光譜(圖中以S 表示)之重疊,將樣本氣體之光譜S的底線降下1格。 如圖1 6所示,以與只有水分之光譜相等之分辨能力 ’可得樣本氣體之光譜。所以,將被測定氣體之光譜與只 有水分之光譜作比較,藉由峰值之位置與強度,確定水分 之複數的吸收峰值,藉此,可碓實地分辨水分。然後,在 水分之複數的吸收峰值之中,選擇附近沒有妨礙峰值之最 強峰值,從該最強峰值之吸收強度起,進行水分之量的檢 測。 即’在圖1 6中,只有水分之光譜與含有氯化氫之樣 本氣體光譜之兩者,4個尖銳突起峰值非常一致》而當以 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)~~ ' -26 - ^^1- ^^1 —I» 1^1 m m ^^1 I In m 1^1 an IK ^^1 ^、vs (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 〇±54i〇 A7 _B7__ 五、發明説明(24 ) 波長1 _ 38064em之強度作爲1時’波長 1. 38076em 及 1. 38113vm 之強度’在只 有水分時,分別爲0. 73及0. 285;樣本氣體時’ 也會有同樣的值。像這樣藉由確認比較吸收峰值之相對強 度之值爲同值,而知道樣本氣體之4個峰值’係由於樣本 氣體中的水分所引起者,而可以確實地進行水分之辨識。 又,此處所使用之波長領域內,沒有氯化氫之吸收峰 值,在樣本氣體的光譜中,沒看到上述4個峰值之外的峰 值,所以可認爲係在此波長領域內,沒有檢測出水分以外 的不純物。 而水分之量的檢測,在上述被辨識的4個峰值之中, 選擇附近沒有妨礙峰值之最強峰值P。此處,最強峰值P 與其他的峰值之強度比,可知道只有水分之光譜與樣本氣 體之光譜非常一致。即,峰值P係只有水分而造成之峰值 ,而判斷其爲未受到未知之峰值之妨害’所以可以利用峰 值P正確地進行水分之量的測定。予先將表示依據該最強 峰值P之峰值強度與水分濃度之關係之檢量線(未記載) 作成,利用此檢量線,可從樣本氣體之光譜之最強峰值P ,獲得樣本氣體中之水分。 (實施例5 ) 使用圖1之裝置,進行氯化氫氣體中之C 〇2的分析 。以1 OOTo r r之壓力,將含有7. 4重量百分比之 C 02之氯化氫氣體封入樣本單元’另一方面,以 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2.10X297公釐)~~ ~ ~ ----------^-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本X ) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 -----------B7_ 五、發明説明(25 ) 2〇T〇 r r之壓力,將只有(:〇2者,封入參考用單元 〇 藉由使波耳帖元件之溫度變化,而將雷射光在 i· 4340 〜1. 4358;am(1434. 〇 〜 1 4 3 5 · 8 nm)之波長領域拂掠,測定微小值吸收光 譜。結果,獲得圖1 7所示之光譜。 在圖1 7中,橫軸表示振盪波長,縱軸表示吸收強度 變化之微小值(單位任意)。又,爲了避免只有(:〇2之 光譜(圖中R所示)與樣本氣體之光譜(圖中s所示)之 重疊’所以將只有C 〇2之光譜r的底線提高。 如圖1 7所示,以與只有CO 2之光譜R同樣之分辨 能力’而可獲得樣本氣體之光譜S。所以,將樣本氣體之 光譜與只有C 〇2之光譜比較,藉由峰值之位置與相對強 度之值,確定C 02之複數峰值,可確定地進行水分之辨 識。 又,當C 02之濃度未知時,於C 02之複數的吸收峰 值之中,選擇附近沒有妨害峰值之最強峰值,與上述實施 例4同樣地,可從該最強峰值之吸收強度’進行C 02之 量的測定。在本實施例中,以波長1. 34 5 7jum所獲 得之峰值,由於吸收強度很強,所以用在量的檢測很理想 (實施例6 ) 使用圖1之裝置,進行氮氣體中之C 〇2之分析。以 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS)A4規格(2丨OX297公釐)一 28 - nn VI HI HI HI n tj i ml fm HI ^^^1 lOJ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明(26 ) l〇〇T〇rr之壓力,將含有7· 4重量百分比之 C 〇2之氮氣體,封入樣本單元,另一方面,以 2〇T〇 r Γ之壓力,將只有C〇2者封入參考用單元。 藉由使波耳帖元件之溫度變化,將雷射光在 1 4340 〜1. 4358Mm(1434. 0 〜 1 4 3 5 . 8 nm)之波長領域拂掠,測定微小值吸收光 譜。其結果,獲得圖1 8所示之光譜。 在圖1 8中,橫軸表示振盪波長,縱軸爲吸收強度變 化之微小值(單位爲任意)。又,爲了避免只有C 02之 光譜(圖中R所示)與樣本氣體之光譜(圖中S所示)之 重疊,將只有C 02之光譜R的底線提高。 如圖1 8所示,以與只有C 02之光譜及相同之分辨 能力,可獲得樣本氣體之光譜S。所以,將樣本氣體之光 譜,與只有C 02之光譜作比較,然後藉由峰值之位置及 相對強度之值,確定C 02之複數的吸收峰值,使水分確 實地被分辨能力》 又,當C 〇2之濃度未知時,在C 02之複數的吸收峰 值之中,選擇附近沒有妨礙峰值之最強峰值’與上述實施 例4相同,可從該最強峰值之吸收強度,進行C 02的量 之檢測。在本實施例中’以波長1 . 3 4 5 3 # m所獲得 之峰值,由於吸收強度很強’所以使用於量的檢測是最理 想的。 (實施例7 ) 本紙伕尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x297公釐) I--------^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明(27 ) 以3 OTo r r之壓力’將S i 114封入樣本單元, 然後與上述實施例4相同地,進行測定。以圖1 9表示所 獲得之微小值吸收光譜。於波長1. 3804〜 1 . 3 8 1 4vm的範圍’可看到S i H4之複數的尖銳 之峰值,使用此,與剛才的H2〇 ’ C〇2之情況相同地, 可作S i H4之辨識及量的檢測。 (實施例8 ) 使用圖1之裝置,進行形成群之樣本氣體之紅外光譜 分析。 使半導體雷射之輸出及樣本氣體之壓力變化’調查吸 收峰值波長之位移量之變化。 樣本氣體,係使用含有7 〇 P pm的水分之氯化氫。 以雷射光照射此樣本氣體而獲得之吸收峰值之中,調查以 波長1. 3 8 0 7 5 ^m爲基準位置之水分所引起之吸收 峰值。此處,波長1. 38075em之光的光子能量, 係大於0. 9eV,由於比0· 5eV大,所以’在本實 施例中,除了分析所需之照射光之外,不需要群解離之照 射光。 固定半導體雷射輸出,使L D之溫度變化,藉此可使 振盪波長拂掠,測定上述圖2所示之H2〇所造成之4個 峰值之中,以波長1. 38075//m爲基準之峰值’係 從1. 3 8 0 7 5 起位移了多少之波長而獲得者(位 移量)。當樣本氣體之壓力爲5〇To r r , 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210x297公釐)加 一 30 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 -------- 67 五、發明説明(28 ) iOOTo r r及200To r r時之情況下’分別進行 測定。 又,半導體雷射之光強度(輸出)’爲〇. 7mW’ 1· 3mW及2. 05mW的3個水準。. 此處,將樣本氣體減壓之方法,係可以使用控制導入 樣本氣體之樣本單元3之入口之氣體流量之方法’或使樣 本單元3之入口之流量一定,控制單元出口之排氣量之方 法等;藉此,一邊將樣本氣體流入樣本單元3 ’ 一邊控制 單元中的壓力,予以保持。又,測定係在室溫進行。 其結果示於圖2 0。圖2 0中,分別以橫軸表示LD 之光強度,縱軸爲以1. 38075em作基準之峰值之 波長位移。在圖2 0中,係以a表示樣本氣體之壓力爲 50 丁 〇 r r時,以b表示lOOTo r r時,以c表示 2 0 〇 時。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 如圖2 0所示,在樣本氣體之壓力爲5 OTo r r處 ,即使光強度變化,波長也不會位移;在壓力爲 lOOTo r r處,光強度很低時,波長位移很大。又, 當壓力成爲200To r r時,在測定範圍全體處,波長 位移,位移量係在光強度低時愈大。 又,除了以波長1. 38075em爲基準位置之峰 值之外的3個因H2◦而造成之峰值,也同樣地進行測定 。算出照射光之照射密度及樣本氣體之分子數,以圖2 1 表示這些的值與波長位移之關係。在圖2 1中,分別以橫 軸表示雷射光之照射密度DP(光子數/s e c · cm2) 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -31 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製
Sl^4l〇 A7 B7 五、發明説明(29 ) ’以縱軸表示樣本氣體中之分子數N(分子),分別以0 表示圖2 1之峰值4個都不位移者,以△表示4個之中1 個峰值位移者,X表示2個以上之峰值有位移者。 從圖2 1之結果,可知在DP2N/2之範圍,波長 不位移。 又,照射於樣本氣體之雷射光之照射密度DP,係從 導入樣本單元之雷射光強度及雷射束徑(2mm)所算出 者。 又,接受此雷射光的照射之樣本氣體中之分子數N, 由於室溫(2 5°C)之樣本單元3內之樣本氣體之平均速 度比光的速度慢6位數,所以在雷射光所通過之體積V ( 單元表5 cm,束徑爲2mm)中所存在之分子數N,以 氣體狀態方程式PV=nRT (壓力P : 50T〇 r r , lOOTorr 或 200Torr ,溫度 T: 25°C;R 爲定數)算出》 像這樣使成爲DP2N/2之範圍,藉由光子能量照 射0. 5eV以上之光,由於可排除吸收峰值波長位移之 可能性,所以正確之分析可以安定地進行。 本紙浪尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂
Claims (2)
- A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 第84102960號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國86年1月修正 1 .—種氣體之紅外光譜分析法,係屬於使紅外線領 域之光透過被測定氣體,然後測定吸收強度,藉此分析被 測定氣體中之不純物之方法:其特徵爲待測氣體之壓力爲 10〜500丁〇1:1*,且對待測氣體以能量〇. 5eV 以上,照度Dp2N/2 (照度單位爲光子數/sec · c m 2,N爲分子數)之光子照射之,使被測定氣體中之 不純物氣體分子所形成之分子群(cluster)在被解離之 狀態下進行分析。 2. 如申請專利範圍第1項之氣體之紅外光譜分析方 法,其中被測定氣體,係由氮,氧,氬,氦,二氧化碳, 硅烷,磷,胂,硅氯仿,氯化氫,及有機金屬化合物所構 成之群中選擇至少一種;不純物係由水,二氧化碳,一氧 化碳,氟化氫,氯化氫,溴化氫,碘化氫,甲硅烷,甲烷 及具有- Ο Η基之化合物所構成之群中所選出之任何1種 〇 3. 如申請專利範圍第1項之氣體之紅外光譜分析方 法,其中,使通過被測定氣體之光的波長,在1. 19〜
- 2. OO/zm之範圍內拂掠,測定吸收光譜。· 4. 如申請專利範圍第3之氣體之紅外光譜分析方法 ,其中不純物爲水,使通過被測定氣體之光的波長,在 1- 35〜1. 42//m之範圍內拂掠》 本紙張尺度適用中國囷家標準(CNS)A4規格( 210X297公釐)-1 - ----------^II f請先閲讀背面之注意事項再填寫本I·) 訂 經濟部中央揉準局貞工消費合作社印装 、+請專利範圍 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印裝 5 .如申請專利範圍第 法’其中不純物爲二氧化碳 長’在1. 43〜1. 46 6 _如申請專利範圍第 法’其中不純物爲甲烷,使 在1. 29〜1. 50仁m 7 .如申請專利範圍第 法’其中不純物爲甲硅烷, ,在1. 19〜2. 00仁 8 .如申請專利範圍第 法’其中不純物爲氟化氫, ’在1. 25〜1. 35仁 9 .如申請專利範圍第 法’其中不純物爲溴化氫, ’在1. 34〜1. 37从 1 〇 .如申請專利範圍 方法,其中不純物爲含有-定氣體之光的波長,在1 . 拂掠。 項之氣 使通過 m之範 項之氣 過被測 範圍內 項之氣 透過被 之範圍 項之氣 透過被 之範圍 項之氣 透過被 m之範圍 第3項之 Ο Η基之 4 0〜1 β 3 透 之 3 使 m 3 使 m 3 使 體之紅外 被測定氣 圍內拂掠 體之紅外 定氣體之 拂掠。 體之紅外 測定氣體 內拂掠。 體之紅外 測定氣體 內拂掠。 體之紅外 測定氣體 內拂掠。 氣體之紅 化合物, .4 5 β 光譜分析方 體之光的波 〇 光譜分析方 光的波長, 光譜分析方 之光的波長 光譜分析方 之光的波長 光譜分析方 之光的波萇 外光譜分析 使透過被測 m之範圍內 11.如申請專利範圍第1項之氣體之紅外光譜分析 方法,其中,將透過被測定氣體之光的波長拂掠,分別測 定被測定氣體之吸收光譜及只有不純物之吸收光譜,將被 測定氣體之吸收光譜與只有不純物之吸收光譜作比較,確 定該不純物之複數之吸收峰值,藉此,辨識該不純物,然 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-2 - (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) I^-------、tT-----!.·^--- 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印裝 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 後,在該複數之吸收峰值之中,選擇附近沒有妨礙峰值之 最強峰值,從該最強峰值之吸收強度進行不純物之量的測 定。 12. 如申請專利範圍第11項之氣體之紅外光譜分 析方法,其中,使光透過被測定氣體,測定吸收光譜,同 時,另外地以同樣波長之光透過只有不純物者,測定吸收 光譜》 13. 如申請專利範圍第11項之氣體之紅外光譜分 析方法,其中上述吸收峰值,係使用檢測吸收強度變化之 微小量而獲得之微小值吸收峰值。 14. 如申請專利範圍第11項之氣體之紅外光譜分 析方法,其中,從複數之吸收峰值之相對強度,分辨不純 物。 1 5 . —種紅外光譜分析裝置,係屬於具備有:使紅 外線領域之光振盪之波長可變型半導體雷射,及使從該雷 射所振盪之光透過被測定氣體之手段,及測定透過被測定 氣體之雷射光強度之手段所構成,使該被測定氣體中之不 純物,以紅外光譜分析之裝置;其特徵爲: 具備有將上述被測定氣體減壓之手段對於被測定氣體 ,以光子能量爲0. 5eV以上之光照射之方法,待測氣 體之壓力爲10〜500To r r ,且對待測氣_以能量 〇 · 5eV以上,照度Dp2N/2(照度單位爲光子數 /s e c · cm2,N爲分子數)之光子照射之,使被測 定氣體中之不純物氣體分子所形成之分子群(cluster) 本紙張尺度適用中國國家橾準(CNS ) A4規格(210X297公釐)-3 - ^------1T-------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本育) 3154X0 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 在被解離之狀態下進行分析。 16.如申請專利範圍第15項之紅外光譜分析裝置 ’其中具備有:使上述半導體雷射所振盪之光分歧,使該 分歧光的一方透過被測定氣體,同時使另一方透過只有不 純物之氣體之手段;及透過被測定氣體之光的吸收光譜; 及透過只有不純物氣體之光的吸收光譜。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之紅外光譜分析裝置 ,其中,將透過上述被測定氣體之光的吸收光譜與透過只 有不純物氣體之光的吸收光譜作比較,在具有透過被測定 氣體之光之吸收光譜之吸收峰值之中,辨認具有透過只有 不純物氣體之光的吸收光譜之吸收峰值與吸收波長一致之 吸收峰值,檢測該吸收峰值之吸收強度之手段。 ^------^ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局貞工消費合作社印*. 本紙張尺度逋用中國.國家揉準(CNS)A4規格(210X29*7公釐)-4 -
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