| 【発明の名称】 |
分光分析用測定セル |
| 【発明者】 |
【氏名】佐藤 貴之
【氏名】増崎 宏
【氏名】鈴木 克昌
【氏名】松本 功
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| 【要約】 |
【課題】凝縮温度と分解温度との差が少ない成分を含むガス中の特定成分を分光分析によって正確に測定することができる分光分析用測定セルを提供する。
【解決手段】セル本体１の両端部に、ガス導入口３ａ及びガス導出口と，透光性窓材２とをそれぞれ有する分光分析用測定セルにおいて、前記管状セル本体１を加熱する手段５と、前記透光性窓材２を加熱する手段とを設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 一端部にガス導入口を、他端部にガス導出口をそれぞれ備えた管状セル本体の両端に透光性窓材をそれぞれ装着した分光分析用測定セルにおいて、前記管状セル本体を加熱する手段と、前記透光性窓材を加熱する手段とを設けたことを特徴とする分光分析用測定セル。
【請求項２】 前記透光性窓材を加熱する手段は、該透光性窓材を管状セル本体に装着するためのリング状の緩衝材を発熱体としたものであることを特徴とする請求項１記載の分光分析用測定セル。
【請求項３】 前記透光性窓材を加熱する手段は、該透光性窓材の表面にリング状に堆積させた発熱体であることを特徴とする請求項１記載の分光分析用測定セル。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、分光分析用測定セルに関し、特に、半導体製造分野で用いられるガスの分析に利用される分光分析用測定セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス中に含まれる微量の不純物を測定する方法として、赤外吸収分光法が多く用いられている。この方法は、測定セル内を流れる被測定ガスに赤外領域の測定光を照射し、被測定ガスを通過した光の吸収スペクトルを測定することによって不純物の種類や含有量を測定するものであって、測定セルには、被測定ガスが流れるセル本体の両端に、測定光を透過させる透光性窓材をそれぞれ装着したものが用いられている。
【０００３】上記測定セルを用いた分光分析では、測定セルの一端部に設けたガス導入口からセル内に被測定ガスを導入し、他端部に設けたガス導出口から導出することによってセル内に被測定ガスを流通させ、この状態で所定の波長の測定光、例えばレーザー光を一端の透光性窓材を介してセル内に導入し、他端の透光性窓材から導出した測定光の解析を行うことによって測定データを得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の半導体製造分野では、常温で凝縮する成分と、高温で分解する成分とを含むガスの分析を高感度で行う必要が生じている。このような成分を含むガスの分析においては、セル内や透光性窓材にガスが凝縮して付着堆積すると、ガスの流通や測定光の透過の妨げとなるため、測定セルを所定温度に加熱してガスの凝縮を防止しなければならない。このとき、測定セルにおけるセル本体は、通常、ステンレス鋼等の金属で形成されているため、その外周をヒーター等で覆うことによって容易に所定温度に加熱することができるが、透光性窓材をヒーター等で覆うことはできないため、透光性窓材は、セル本体からの熱伝導で所定温度に加熱するようにしている。
【０００５】ところが、透光性窓材を、凝縮成分が付着しない温度までセル本体からの熱伝導によって加熱するためには、セル本体を必要以上に高温に加熱する必要があり、例えば、透光性窓材を１００℃程度に加熱するためには、セル本体を数百℃にまで加熱する必要があった。しかし、セル本体がこのような高温状態になると、高温で分解する成分、例えば、シラン，ジクロロシラン，トリクロルシラン等は、２００℃程度から分解が始まるため、これらがセル本体内で分解してしまうことになる。
【０００６】すなわち、透光性窓材を凝縮成分が付着しない温度に加熱しようとすると、セル本体を過剰に加熱しなければならないため、セル本体内でガスが分解してしまうことになり、逆に、ガスの分解が生じない範囲にセル本体を加熱した場合は、透光性窓材を十分に加熱できないため、透光性窓材に凝縮成分が付着堆積して測定光の透過が妨げられることになる。したがって、常温で凝縮する成分、高温で分解する成分を含むガス、特に、凝縮温度と分解温度との差が少ない成分を含むガスの測定は、従来の分光分析器では正確に行うことができなかった。
【０００７】そこで本発明は、常温で凝縮し、高温で分解する成分を含むガスの分析も正確に行うことができる分光分析用測定セルを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明の分光分析用測定セルは、一端部にガス導入口を、他端部にガス導出口をそれぞれ備えた管状セル本体の両端に透光性窓材をそれぞれ装着した分光分析用測定セルにおいて、前記管状セル本体を加熱する手段と、前記透光性窓材を加熱する手段とを設けたことを特徴としている。
【０００９】特に、本発明の分光分析用測定セルは、前記透光性窓材を加熱する手段が、該透光性窓材を管状セル本体に装着するためのリング状の緩衝材を発熱体としたもの、あるいは、透光性窓材の表面にリング状に堆積させた発熱体であることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の分光分析用測定セルの第１形態例を示す一部断面正面図である。この分光分析用測定セルは、所定長さの管状のセル本体１と、該セル本体１の両端開口部に所定角度でそれぞれ装着された透光性窓材２と、セル本体１の一端部に接続されたガス導入管３及び他端部に接続されたガス導出管４と、セル本体１の外周に筒状に設けられた加熱手段５と、前記透光性窓材２をセル本体１に固着するための固定フランジ６及び押えフランジ７と、透光性窓材２の内外に設けられるＯリング８及び緩衝材９と、両フランジ６，７を締結するためのボルト１０とによって形成されている。
【００１１】前記セル本体１は、通常はＳＵＳ３１６で形成されるが、他のステンレス鋼をはじめとして、ニッケル鋼、クロム・モリブデン鋼、ハステロイ等、表面における水分の吸着が少なく、耐食性に優れた金属で形成することができる。また、セル本体１等において、被測定ガスが接触する部分には、電界研磨処理や酸化クロム被覆処理のようなパッシベーションを施しておくことが好ましい。また、両フランジ６，７には、通常はセル本体１と同一の材料が用いられるが、フランジ６は、セル本体１と溶着（溶接）等によって一体化が可能なものが好ましいが、接触腐食の問題がなければ、各種材料を適宜組合わせて使用することができる。さらに、前記加熱手段５には、通常の電熱線と断熱材とからなるものやラバーヒーター等を用いることができる。また、フランジ部分等にも、必要に応じて同様の加熱手段を設けることができる。
【００１２】前記透光性窓材２は、通常のガラス、一般の可視域用光学ガラス（例えばＢＫ−７）、石英ガラス，サファイヤ等のガラス系材料の他、ＣａＦ２のようなセラミック等の絶縁物で、表面に触媒作用がない光透過材料であれば、各種のものを用いることができる。この透光性窓材２の設置角度は、セル本体１の軸線と、透光性窓材２の軸線とが、例えば石英ガラスの場合は５６度で交わる、いわゆるブリュスターアングルと呼ばれる角度に設定されている。このブリュスターアングルは、光の反射を軽減できる角度であって、分光分析用測定セルには好適に用いられている。
【００１３】また、前記ガス導入管３のガス導入口３ａ及びガス導出管４のガス導出口は、管路の軸線が透光性窓材２の中心を向き、かつ、セル本体１の軸線を含めた３本の軸線が一つの平面上に存在する位置に設けられている。このように形成することにより、ガス導入管３からセル本体１内に導入される被測定ガスが透光性窓材２に反射してからセル本体１内を軸線方向に流れる状態にすることができるので、ガス流を円滑に形成できるとともに、温度ムラも低減することができる。さらに、導入・導出部を上述のように形成することにより、セル本体１の両端におけるガス溜まりもほとんど無くすことができる。
【００１４】透光性窓材２を支持する内側のＯリング８には、バイトンゴムやフッ素系ゴム等のゴム系材料あるいはメタルＣリング等が用いられており、外側の緩衝材９は、透光性窓材２をＯリング８を介してフランジ６に均等に押圧するとともに、熱膨張等による応力を吸収することができるように、適度な弾性を有する材料で形成されている。
【００１５】そして、本形態例では、緩衝材９として、ラバーヒーターを所定のリング状に形成したものを用いている。このラバーヒーターは、適度な弾性と耐熱性とを有するゴム系材料に発熱線を埋めこんで発熱体としたものであって、該ラバーヒーターに接続したヒーター線１１から電力を供給することによって発熱するように形成されている。
【００１６】このように、緩衝材９として、通常のゴム製緩衝材に代えて、所定の弾性を有するラバーヒーターを使用することにより、透光性窓材２を緩衝材９で直接加熱することができ、加熱手段５によるセル本体１の加熱温度とは別に透光性窓材２の加熱温度（加熱能力）を設定することができるので、セル本体１及び透光性窓材２を所定の温度に確実に加熱することができる。
【００１７】これにより、透光性窓材２の部分でのガスの凝縮を防止できるとともに、セル本体１内でのガスの分解も防止でき、凝縮成分と分解成分とを含むガスの分析も正確に行うことができ、半導体製造分野で用いる特殊ガス中の微量成分の分析を確実に行うことができる。
【００１８】図２は、本発明の第２形態例を示す要部の断面図である。本形態例では、透光性窓材２の外側に通常の緩衝材９を用いるとともに、緩衝材９の内周側にリング状に形成したヒーター１２を設け、このヒーター１２を、押え金具１３によって透光性窓材２の外面に押し付けるようにしたものである。なお、前記第１形態例と同一の構成要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１９】前記ヒーター１２は、透光性窓材２における測定光の通過部分を避けた大きさ（径）で、透光性窓材２を所定の温度範囲に加熱することができれば、任意の形状で形成することができる。また、ヒーター１２としては、透光性窓材２の表面に電熱線を直接設けることもでき、電熱線を耐熱性絶縁材で覆ったものなども使用することができる。
【００２０】図３は、本発明の第３形態例を示す要部の断面図である。本形態例は、前記第２形態例における押え金具１３の部分にバネ１４を介在させ、バネ１４によってヒーター１２を均等に透光性窓材２の外面に押し付けるようにしたものである。すなわち、押え金具１３で直接ヒーター１２を押し付けると、押し付け量のバランスによって透光性窓材２に歪みを発生させたり、Ｏリング８との間の気密性が損なわれるおそれがあるが、このようにバネ１４を介在させることにより、歪みの発生を防止でき、ヒーター１２の寸法精度も緩和できる。
【００２１】図４は、本発明の第４形態例を示す要部の断面図である。本形態例に示す加熱手段１５は、透光性窓材２における測定光通過部１６の外周に、カーボン膜やタングステン膜、ＳｎＯ２膜（透明導伝膜）を、真空蒸着，スパッタ，ＣＶＤ等の方法で堆積させ、その両端にヒーター線１１を接続したものである。このように加熱手段１５として、発熱性を有する膜を透光性窓材２に一体的に形成することにより、セル本体１への透光性窓材２の装着を容易に行うことができる。なお、加熱手段１５の外面側を、適宜な断熱材で覆うようにしてもよい。
【００２２】また、各形態例において、セル本体１及び透光性窓材２にそれぞれ熱電対等の温度検出手段を設け、両温度検出手段と両加熱手段の電源制御部とを適当に組合わせることにより、測定セル全体を所定の温度に効率よく加熱保持することができる。なお、セル本体１と透光性窓材２とは、必ずしも同一温度に加熱する必要はなく、セル本体１は、高温で分解する成分が分解しない範囲に加熱し、透光性窓材２は、透光性窓材２に設けた加熱手段による直接加熱とセル本体１からの熱伝導とにより、凝縮する可能性のある成分が凝縮して付着しない程度の温度に加熱すればよい。
【００２３】したがって、常温で凝縮し、高温で分解する成分を含むガスの分析を行う場合、該ガスに含まれる各種成分の凝縮温度や分解温度に応じて各部を適当な温度に加熱することができるので、ガス成分の凝縮や分解を生じることがなくなり、正確な分光分析を行うことが可能となる。また、セル本体１を必要以上に加熱する必要がなくなるので、測定セル全体の温度分布における温度差を小さくすることができ、温度差による金属等の負担も軽減できる。
【００２４】
【実施例】ＭＯＣＶＤ法により、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）とホスフィン（ＰＨ３）とを原料としてＩｎＰを成長させる場合に、装置から排出される排ガス中の未分解のＴＭＩｎの濃度を近赤外分光分析法で測定した。測定セルには、緩衝材にラバーヒーターを用いた図１に示す構成のもの（実施例セル）と、緩衝材を通常のゴム製としたもの（比較例セル）とを使用した。なお、セル本体及び各フランジはＳＳ３１６製とし、セル本体は長さ５０ｃｍ、内径２０ｍｍとした。また、透光性窓材には、厚さ１０ｍｍの透明石英ガラスを使用した。
【００２５】排ガス中に含まれる副生成物のリン（Ｐ２，Ｐ４）が凝縮して透光性窓材に付着しないように、透光性窓材を１００℃に加熱した。その結果、図５の温度分布に示すように、実施例セルの場合は、セル本体中央部Ｃの温度が１２０℃程度のときに，両側の透光性窓材部分Ａ，Ｂが１００℃となり、リンの凝縮やＴＭＩｎの分解を生じることなくＴＭＩｎの濃度を正確に測定することができた。一方、比較例セルの場合は、透光性窓材部分Ａ，Ｂを１００℃に加熱するためには、セル本体中央部Ｃの温度を２００℃にしなければならなかった。ＴＭＩｎは、１３０℃程度から分解が始まるため、加熱途中でＴＭＩｎの分解が生じるとともに、透光性窓材にリンが付着し、正確な測定を行うことができなかった。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の分光分析用測定セルによれば、セル本体と透光性窓材とを所定の温度に加熱することができるので、凝縮温度と分解温度との差が少ない成分を含むガス中の特定成分を分光分析によって正確に測定することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３１２３５
【氏名又は名称】日本酸素株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１２月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】木戸 一彦 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１８３３６６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）７月９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３５８１４４ |
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