特許 7323945 濃度測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-01

(45)【発行日】2023-08-09

(54)【発明の名称】濃度測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/31 20060101AFI20230802BHJP

   G01N 21/33 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

G01N21/31

G01N21/33

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020553343

(86)(22)【出願日】2019-10-18

(86)【国際出願番号】 JP2019041107

(87)【国際公開番号】W WO2020085236

(87)【国際公開日】2020-04-30

【審査請求日】2022-07-13

(31)【優先権主張番号】P 2018201838

(32)【優先日】2018-10-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100129540

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 龍一

(74)【代理人】

【識別番号】100137648

【弁理士】

【氏名又は名称】吉武 賢一

(72)【発明者】

【氏名】永瀬 正明

(72)【発明者】

【氏名】石井 秀和

(72)【発明者】

【氏名】西野 功二

(72)【発明者】

【氏名】池田 信一

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０４７１６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－５０４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０８０５３２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｎ ２１／０３－Ｇ０１Ｎ ２１／１５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定流体が流入する測定空間と、前記測定空間に入射させる光を発する光源であって第１の波長の光を発生する第１の発光素子と前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発生する第２の発光素子とを含む光源と、前記測定空間から出射した光を受け取る光検出器と、前記測定空間における流体温度を測定する温度センサと、前記測定空間における流体圧力を測定する圧力センサと、前記光検出器の出力に基づいて前記測定流体の濃度を演算により求める演算制御回路とを備え、前記測定流体の圧力及び温度に基づいて、前記第１の波長の光または前記第２の波長の光のいずれかを用いて濃度を測定するように構成されており、前記演算制御回路が、前記光検出器の信号に基づいてランベルト・ベールの法則を利用して濃度を求めるとともに前記温度センサの出力および前記圧力センサの出力に基づいて前記濃度を補正するように構成されている濃度測定装置を用いて行う濃度測定方法であって、
前記測定流体はＮＯ₂を含むガスであり、前記第１の波長は３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下、前記第２の波長は５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、ＮＯ₂の濃度測定方法。

【請求項2】

測定流体が流入する測定空間と、前記測定空間に入射させる光を発する光源であって第１の波長の光を発生する第１の発光素子と前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発生する第２の発光素子とを含む光源と、前記測定空間から出射した光を受け取る光検出器と、前記測定空間における流体温度を測定する温度センサと、前記測定空間における流体圧力を測定する圧力センサと、前記光検出器の出力に基づいて前記測定流体の濃度を演算により求める演算制御回路とを備え、前記測定流体の圧力及び温度に基づいて、前記第１の波長の光または前記第２の波長の光のいずれかを用いて濃度を測定するように構成されており、前記演算制御回路が、前記光検出器の信号に基づいてランベルト・ベールの法則を利用して濃度を求めるとともに前記温度センサの出力および前記圧力センサの出力に基づいて前記濃度を補正するように構成されている濃度測定装置を用いて行う濃度測定方法であって、
前記測定流体はＴｉＣｌ₄を含むガスであり、前記第１の波長は２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満、前記第２の波長は３００ｎｍ以上３４０ｎｍ未満である、ＴｉＣｌ₄の濃度測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、濃度測定装置に関し、特に、測定流体が流入する測定空間を透過した光の吸光度に基づいて、測定流体の濃度を測定するように構成された濃度測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば半導体製造装置に供給される有機金属（ＭＯ）等の液体材料や固体材料から形成された原料ガスの濃度を測定する濃度測定装置等が知られている。この種の濃度測定装置は、測定流体が流れる測定セルに、光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って吸光度を測定するように構成されている。測定された吸光度からは、ランベルト・ベールの法則に従って測定流体の濃度を求めることができる（例えば、特許文献１または２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－２１９２９４号公報

【文献】国際公開第２０１８／０２１３１１号

【文献】特開２００４－１３８４２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

吸光度に基づいて測定流体中に含まれる所定流体の濃度を測定するためには、所定流体による吸光が比較的大きく生じる波長域の光を入射させることが求められる。吸光されにくい波長の光を用いた場合、所定流体の濃度の違いが吸光度に反映されにくく、濃度検出の精度は著しく低下する。

【0005】

しかしながら、本発明者の実験によれば、吸光度が大きすぎる波長の光を用いたときも、濃度測定が困難になる場合があることがわかった。このため、測定流体に適合する適切な波長の光を用いて濃度測定を適切に行うという課題があった。

【0006】

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、種々の測定流体に対して、吸光度に基づいて適切に濃度測定を行うことができる濃度測定装置を提供することをその主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態による濃度測定装置は、測定流体が流入する測定空間と、前記測定空間に入射させる光を発する光源と、前記測定空間から出射した光を受け取る光検出器と、前記光検出器の出力に基づいて前記測定流体の濃度を演算する演算制御回路とを備え、前記演算制御回路は、前記光検出器の信号に基づいて、ランベルト・ベールの法則を利用して流体濃度を求めるように構成されている濃度測定装置であって、前記光源は、第１の波長の光を発生する第１の発光素子と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光を発生する第２の発光素子とを含み、前記測定流体の圧力または温度に基づいて、前記第１の波長の光または前記第２の波長の光のいずれかを用いて濃度を演算するように構成されている。

【0008】

ある実施形態において、上記の濃度測定装置は、前記測定空間における流体温度を測定する温度センサをさらに備え、前記温度センサの出力に基づいて前記濃度を補正するように構成されている。

【0009】

ある実施形態において、上記の濃度測定装置は、前記測定空間における流体圧力を測定する圧力センサをさらに備え、前記圧力センサの出力に基づいて前記濃度を補正するように構成されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明の実施形態によれば、測定流体の状態に応じて適切に濃度測定を実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態による濃度測定装置の全体構成を示す模式図である。

【図2】ＮＯ₂の濃度による吸光スペクトルの違いを示すグラフである。

【図3】ＮＯ₂の吸光度測定の結果を示すグラフである。

【図4】ＴｉＣｌ₄の温度による吸光スペクトルの違いを示すグラフである。

【図5】ＴｉＣｌ₄の吸光度測定の結果を示すグラフである。

【図6】本発明の他の実施形態によるインライン式の濃度測定装置を示す模式図である。

【図7】本発明のさらに他の実施形態によるインライン式の濃度測定装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

図１は、本実施形態の濃度測定装置１００の構成例を示す図である。濃度測定装置１００は、半導体製造装置（例えばプラズマＣＶＤ装置）のチャンバ１０の内部（測定空間１０Ａ）に流入した流体の濃度を測定するように構成されている。

【0014】

チャンバ１０の内部には、半導体デバイス用のウェハを載置するためのサセプタ１２と、サセプタ１２の上方（ガス導入管側）に配置されたシャワープレート１４とが設けられている。シャワープレート１４とサセプタ１２とは、所定の間隙を開けて平行に配置されている。また、シャワープレート１４には、流体が通過する多数の孔が形成されており、チャンバ１０に導入されたガスは、シャワープレート１４によって拡散されて、ウェハ上により均一に供給される。また、サセプタ１２の下方において、チャンバ１０には排気管および真空ポンプ１６が設けられており、チャンバ１０内の余剰ガスは排気される。真空ポンプ１６は、チャンバ１０内を真空引きするためにも用いられる。

【0015】

また、チャンバ１０には、圧力センサ１７および温度センサ１８が取り付けられており、チャンバ１０内の流体の圧力および温度を測定することができる。

【0016】

チャンバ１０にガスを供給するためのガス供給部１は、本実施形態では、ＮＯ₂ガスソース２ａと、Ｎ₂ガスソース２ｂとを含んでおり、それぞれのガスラインが途中で合流し、ＮＯ₂ガスとＮ₂ガスとの混合ガスＧがチャンバ１０に供給されるように構成されている。また、各ガスラインには流量制御装置３が設けられており、各ガスの流量を調整することによって所望の混合比（またはＮＯ₂濃度）の混合ガスＧを供給することができる。ＮＯ₂ガスの流量は例えば３．７ｓｃｃｍに設定され、Ｎ₂ガスの流量は例えば１００ｓｃｃｍに設定される。流量制御装置３としては、例えば、特許文献３に記載の公知の圧力式流量制御装置を用いることができる。圧力式流量制御装置は、絞り部と制御弁とを有しており、絞り部の上流側圧力に基づいて制御弁の開度を調整することによって流量を制御するように構成されている。

【0017】

濃度測定装置１００は、チャンバ１０内の測定空間１０Ａに流入した混合ガス中のＮＯ₂濃度を、吸光度に基づいて測定するように構成されている。このために、濃度測定装置１００は、チャンバ１０の一方の側部からチャンバ１０内に光を入射させるための入射側光ファイバ２１ａと、チャンバ１０の他方の側部から出射した光を導光するための出射側光ファイバ２１ｂと、入射側光ファイバ２１ａおよび出射側光ファイバ２１ｂに接続された濃度測定ユニット２０とを備えている。濃度測定ユニット２０は、使用している部品や基板等の耐熱温度の関係もあり、チャンバ１０から離れた場所に配置され、チャンバ１０内が高温になったときにも、温度の影響によって破損・誤動作が生じないようになっている。

【0018】

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、測定空間１０Ａ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。

【0019】

入射側光ファイバ２１ａは、チャンバ１０の一方の側に接続され、チャンバ１０の側壁に設けられた透光性の入射側窓部１１ａを介して、濃度測定ユニット２０からの入射光を測定空間１０Ａに入射させる。また、出射側光ファイバ２１ｂは、チャンバ１０の他方の側に接続され、チャンバ１０の側壁に設けられた透光性の出射側窓部１１ｂを介して、測定空間１０Ａからの検出光を受け取り、濃度測定ユニット２０に導光する。

【0020】

入射側窓部１１ａと出射側窓部１１ｂとは、シャワープレート１４とサセプタ１２との間を光が通過するように、測定空間１０Ａを挟んで対向するように配置されている。また、濃度測定装置１００は、入射側光ファイバ２１ａに接続された入射側窓部１１ａの近傍のコリメータと、出射側光ファイバ２１ｂに接続された出射側窓部１１ｂの近傍のコリメータとを有し、測定空間１０Ａを平行光が通過するように構成されている。入射側窓部１１ａと出射側窓部１１ｂとの距離、すなわち、測定空間１０Ａを通過する光の光路長は、例えば、２００ｍｍ～３００ｍｍに設定される。

【0021】

上記のように光ファイバ２１ａ、２１ｂによってチャンバ１０と接続された濃度測定ユニット２０は、測定空間１０Ａに入射させる光を発生する光源２２と、測定空間１０Ａから出射した光の強度を測定する光検出器２４と、光源２２および光検出器２４に接続された演算制御回路２６とを有している。光検出器２４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。

【0022】

光源２２は、それぞれ異なる波長の光を発する第１発光素子２２ａと第２発光素子２２ｂとを備えており、本実施形態では、第１および第２発光素子はＬＥＤである。第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂは、ハーフミラー２２ｃに向けて光を出射するように取り付けられており、いずれの発光素子２２ａ、２２ｂからの光も、入射側光ファイバ２１ａを介して測定空間１０Ａ内に入射させることができる。

【0023】

また、光源２２は、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂから、２つの波長の光をパルス状に交互に出力するように構成されていても良いし、２波長の光を同時に出力するように構成されていてもよい。２波長の光を同時に出力する場合、ＷＤＭ（波長分割多重方式）の合波器により２波長の光を合成するとともに、第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂには、発振回路を用いて異なる周波数の駆動電流が流される。このように異なる周波数で各発光素子を駆動することにより、後に、周波数解析（例えば、高速フーリエ変換やウェーブレット変換）を行って、光検出器２４が検出した検出信号から、各波長成分に対応した光の強度ひいては吸光度を測定することができる。また、光源２２は、測定流体の濃度が特定の濃度になった時点で第１発光素子２２ａおよび第２発光素子２２ｂのいずれを発光させるかを切り替えるように構成されていてもよい。

【0024】

演算制御回路２６は、光源２２に接続された光源制御部２７と、光検出器２４に接続された濃度演算部２８とを有している。光源制御部２７は、上記の第１発光素子２２ａと第２発光素子２２ｂとの発光を制御することができる。また、濃度演算部２８は、光検出器２４の検出信号に基づいて測定流体の濃度を演算することができる。

【0025】

演算制御回路２６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。

【0026】

以上のように構成された濃度測定装置１００において、演算制御回路２６の濃度演算部２８は、光検出器２４からの検出信号に基づいて波長λにおける吸光度Ａλ（－ｌｏｇ₁₀（Ｉ／Ｉ₀））を求めることができ、また、以下の式（１）に示すランベルト・ベールの法則に基づいて、ガス濃度Ｃを算出することができる。
Ａλ＝－ｌｏｇ₁₀（Ｉ／Ｉ₀）＝αＬＣ ・・・（１）

【0027】

上記の式（１）において、Ｉ₀は測定空間に入射する入射光の強度、Ｉは測定空間を通過した光の強度、αはモル吸光係数（ｍ²／ｍｏｌ）、Ｌは測定空間内の光路長（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。

【0028】

なお、上記式における入射光強度Ｉ₀は、測定空間１０Ａに吸光性のガスが存在しないとき（例えば、吸光性を有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）に光検出器２４によって検出された光の強度であってよい。

【0029】

以下、濃度測定に用いる光源２２の詳細について説明する。上述したように、光源２２は、第１発光素子２２ａと、第２発光素子２２ｂとを備えている。本実施形態では、第１発光素子２２ａが発する光の波長は４０５ｎｍであり、第２発光素子２２ｂが発する光の波長は５２５ｎｍである。そして、光源２２を制御する光源制御部２７は、第１発光素子２２ａまたは第２発光素子２２ｂのいずれかを発光させ、４０５ｎｍまたは５２５ｎｍのいずれかの波長の光を測定空間１０Ａに入射させることができるように構成されている。いずれの波長の光を用いるかは、例えば、測定対象のガスの濃度域によって適宜選択される。

【0030】

図２は、入射光波長と透過率（Ｉ／Ｉ₀）との関係（以下、透過率特性と呼ぶことがある）を示すグラフであり、Ｎ₂ガス中のＮＯ₂濃度による透過率特性の違いを示している。グラフには、ＮＯ₂濃度が、０．７４％、２．２２％、３．７０％、７．３９％、１４．８％のそれぞれの場合Ａ１～Ａ５について、透過率特性が示されている。なお、透過率の値が１である場合、測定空間中においてガスによる吸光は生じておらず吸光度が０であり、一方、透過率の値が０である場合、測定空間中においてガスが完全に吸光され、吸光度による濃度の測定が不可能である。また、本グラフは、測定空間内のガス圧力が２００Ｔｏｒｒの時のグラフである。

【0031】

図２から、ＮＯ₂の吸光のピーク波長は４０５ｎｍ近傍であり、４０５ｎｍの波長の光に対しては、０．７４％～１４．８％の濃度範囲において、濃度に対応して透過率が十分に異なることが分かる。このため、ＮＯ₂の濃度が低濃度域（例えば０～２０％、特には０～１５％）のときには、４０５ｎｍの波長の光を用いて、ランベルト・ベールの法則に従って、吸光度から濃度の測定を適切に行えることがわかる。

【0032】

しかしながら、濃度１４．８％のグラフＡ５からわかるように、濃度が比較的大きくなると、透過率（Ｉ／Ｉ₀）は小さいものとなり、より高濃度域では、濃度の差が透過率または吸光度に反映されにくくなることが推察できる。したがって、高濃度域では濃度測定の精度が著しく低下し得る。また、特に濃度が大きい領域では、透過率が略０の一定の値となって濃度測定が適切に行えない可能性が生じる。したがって、より高濃度域の測定を行うときには、吸収係数が高い波長（４０５ｎｍ）からずらした、より吸光されにくい、すなわち吸光係数が低い波長（５２５ｎｍ）の光を用いた方が、濃度測定の精度を向上させることができる。

【0033】

このため、本実施形態では、ＮＯ₂の濃度測定において、低濃度域のときには、第１発光素子が発する３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の波長の光を用いて濃度測定を行い、高濃度域のときには第２発光素子が発する５００ｎｍ以上５５０ｎｍの波長の光を用いて濃度測定を行うようにしている。これによって、適切に濃度測定を行える範囲を広げることが可能になる。

【0034】

また、図３（ａ）および（ｂ）は、ＮＯ₂濃度１００％のときの、チャンバ内圧力と透過率（Ｉ／Ｉ₀）との関係、および、チャンバ内圧力と吸光度（－ｌｎ（Ｉ／Ｉ₀））との関係を示すグラフであり、それぞれのグラフにおいて入射光の波長が４０５ｎｍの場合と５２５ｎｍの場合とを示している。

【0035】

図３（ａ）からわかるように、吸光係数が高い４０５ｎｍの波長の光を用いた場合、第１の圧力域（例えば０～６Ｔｏｒｒ）において、透過率の検出が精度よく行えるので、濃度測定が好適に行える。ただし、第２の圧力域（例えば６Ｔｏｒｒ以上）では、透過率の検出精度が低下し、圧力がより高いほど検出精度が低下することがわかる。なお、図３（ｂ）では、第２の圧力域のときにも波長４０５ｎｍの光を用いて吸光度が求められ得ることが示されているが、実際には、高圧力のときには透過率がほとんど０になるため、正確に吸光度を求めることは困難である。

【0036】

一方、吸光係数がより低い５２５ｎｍの波長の光を用いた場合、第１の圧力域では透過率が高すぎる（すなわち、１００％濃度でも吸光度が小さすぎる）ので、濃度測定を精度よく行いにくい。ただし、第２の圧力域では、透過率の検出精度が良好であるので、濃度検出も適切に行うことができる。

【0037】

以上の結果から、測定対象が高濃度域でガス圧力が比較的高いときの濃度測定には、５２５ｎｍの波長の光を用いることが好適であることがわかる。また、低濃度域、あるいは、高濃度域であってもガス圧力が比較的低いときには、４０５ｎｍの波長の光を用いることが好適であることがわかる。

【0038】

なお、実際に測定できるチャンバ内圧力は、測定対象のガス成分（吸光ガス）およびキャリアガスを含む混合ガスの全圧Ｐｔを示しており、測定対象のガスの分圧をＰｍとし、その濃度をＣｍとすると、Ｐｍ＝Ｐｔ・Ｃｍと表すことができる。また、理想気体の状態方程式およびランベルト・ベールの式からｌｎ（Ｉ₀／Ｉ）＝α_m・Ｌ・Ｐｍ／ＲＴ（ただし、α_mは、吸光ガスの吸光係数、Ｒは吸光ガスの気体定数、Ｔはガス温度）を導くことができる。さらに、上記の式から分圧Ｐｍを消去するように式変形を行うと、Ｃｍ＝ｌｎ（Ｉ₀／Ｉ）・（Ｒ・Ｔ）／（α_m・Ｌ・Ｐｔ）となり、すなわち、濃度Ｃｍは、全圧Ｐｔおよび温度Ｔに依存することがわかる。

【0039】

したがって、圧力センサ１７および温度センサ１８を用いて測定したチャンバ内圧力（全圧）Ｐｔおよびガス温度Ｔに基づいて補正を行うことによって、より正確に吸光ガスの濃度Ｃｍを求めることができる。なお、吸光ガスの吸光係数α_mは、出荷時等に、規定濃度の吸光ガスを供給するとともに吸光度を測定することによって予め求めておくことができ、吸光係数α_mをメモリに格納しておくことにより、濃度測定の際にはメモリから読み出して用いることができる。

【0040】

次に、ＴｉＣｌ₄の濃度測定を行う場合について説明する。図４は、ＴｉＣｌ₄の濃度が１００％の場合における、各温度（２０℃、１０℃、５℃、０℃、－５℃、－１０℃、－２０℃、－２５℃、－３０℃）での透過率特性を示すグラフＴ１～Ｔ９である。グラフＴ１～Ｔ９からわかるように、ＴｉＣｌ₄は、２３０ｎｍおよび２８５ｎｍの近傍に吸光ピーク波長を有している。また、－３０℃～２０℃の温度では、温度が高いほど吸光の程度が大きくなることがわかる。特に、グラフＴ１～Ｔ６に示されるように、－１０℃以上の温度では、２８０ｎｍの光を用いると透過率が０となり、１００％近辺の高濃度域では濃度測定が困難になることがわかる。

【0041】

このため、ガス温度に応じて異なる波長の光を用いて濃度測定を行うことが考えられる。例えば、－２０℃以下のＴｉＣｌ₄ガスの濃度を測定するときには、吸光係数が高い２８０ｎｍ以上３００ｎｍ未満の波長の光を用いて濃度測定を行い、－２０℃以上のＴｉＣｌ₄ガスの濃度を測定するときには、吸光係数がより低い３００ｎｍ以上３４０ｎｍ未満の波長の光を用いて濃度測定を行うことが考えられる。

【0042】

図５は、ＴｉＣｌ₄濃度１００％のときの、チャンバ内圧力と透過率（Ｉ／Ｉ₀）との関係を示すグラフであり、入射光の波長が、２８０ｎｍ、３１０ｎｍ、３２５ｎｍ、３４０ｎｍのそれぞれのときのグラフが示されている。

【0043】

図５からわかるように、吸光係数が高い２８０～３１０ｎｍの波長の光を用いた場合、第１の圧力域（例えば０～５Ｔｏｒｒ）において、透過率の検出が精度よく行えるので、濃度測定が好適に行える。ただし、第２の圧力域（５Ｔｏｒｒ以上）では、透過率の検出精度が低下し、圧力がより高いほど検出精度が低下することがわかる。一方、吸光係数がより低い３２５～３４０ｎｍの波長の光を用いた場合、第１の圧力域では透過率の変化が小さく、濃度測定を行いにくいが、第２の圧力域では、透過率の検出精度が良好であるので、濃度検出を適切に行うことができる。

【0044】

以上の結果から、低温でガス圧力が比較的大きいときの濃度測定には、３２５～３４０ｎｍの波長の光を用いることが好適であることがわかる。また、高温、あるいは、低温であっても、ガス圧力が比較的低いときには、２８０～３１０ｎｍの波長の光を用いることが好適であることがわかる。

【0045】

以上、本発明の実施形態を説明したが、種々の改変が可能である。例えば、上記には第１発光素子および第２発光素子を用いて、２つの波長の入射光を用いる態様を説明したが、３つ以上の発光素子を用いて、３つ以上の波長のいずれかの光によって濃度測定を行うようにしてもよい。例えば、ＮＯ₂の濃度測定を行う場合、低濃度域、中濃度域、高濃度域のそれぞれで異なる波長の光を用いるようにしてもよい。

【0046】

また、上記には、半導体製造装置のチャンバ１０の内部におけるガス濃度を測定する濃度測定装置を説明したが、他の実施形態において、インライン式の濃度測定装置であってもよい。なお、インライン式の反射型濃度測定装置自体は、例えば、特許文献２（国際公開第２０１８／０２１３１１号）に開示されている。

【0047】

図６は、インライン式の反射型濃度測定装置２００に用いられる反射型の測定セル３０を示す。測定セル３０は、測定流体である混合ガスＧの流入口３０ａ、流出口３０ｂ、および垂直方向に延びる流路３０ｃを有し、半導体製造装置のガス供給ラインの途中に組み込まれて、供給ガスの濃度を測定することができる。本実施形態では、流路３０ｃが、測定流体の測定空間となる。

【0048】

測定セル３０には、流路３０ｃに接する透光性の窓部（透光性プレート）３１および入射光を反射させる反射部材３２が設けられている。窓部３１の近傍には、光ファイバ３４に接続されたコリメータ３３が取り付けられており、光ファイバ３４を介して図示しない光源からの光を測定セル３０に入射させるとともに、反射部材３２からの反射光を受光して光検出器へと導光することができる。本実施形態においても、光源は、図１に示した濃度測定装置１００と同様に、少なくとも２波長の光を出射することができるように構成されている。

【0049】

また、反射型濃度測定装置２００は、測定セル３０内を流れる測定流体の圧力および温度を検出するための圧力センサ１７および温度センサ１８を備えている。圧力センサ１７および温度センサ１８の出力は、センサケーブルを介して図示しない演算部に接続されている。なお、上記の光源、光検出器、演算部は、図１に示した濃度測定装置１００と同様に、測定セル３０から離れた位置に濃度測定ユニットとして設けられている。

【0050】

また、図７は、測定セル３０と濃度測定ユニット２０とを、別個に設けた入射側光ファイバ３４ａと出射側光ファイバ３４ｂとによって接続する、他の態様の二芯式の反射型濃度測定装置３００を示す。反射型濃度測定装置３００においても、光源として発光波長の異なる第１発光素子２２ａと第２発光素子２２ｂとが用いられており、入射光は入射側光ファイバ３４ａを介して窓部３１を通り測定セル３０内に入射される。また、反射部材３２からの反射光は、窓部３１を通り出射側光ファイバ３４ｂを介して光検出器２４に入力される。反射型濃度測定装置３００のように別個の光ファイバ３４ａ、３４ｂを用いることによって、迷光の影響を低減し得る。

【0051】

以上に説明したインライン式の反射型濃度測定装置２００、３００においても、光源に２波長以上の発光素子を設けて、測定セル（測定空間）の内部を流れるガス濃度やガス温度に基づいて発光波長を適切に選択することで、より広い濃度範囲にわたって精度の向上した濃度測定を行うことができる。

【0052】

また、本発明の他の実施形態による濃度測定装置は、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インライン式の濃度測定装置であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0053】

本発明の実施形態にかかる濃度測定装置は、種々の条件の測定流体の濃度を測定するために好適に用いられる。

【符号の説明】

【0054】

１ ガス供給部
２ａ ＮＯ₂ガスソース
２ｂ Ｎ₂ガスソース
３ 流量制御装置
１０ チャンバ
１０Ａ 測定空間
１２ サセプタ
１４ シャワープレート
１６ 真空ポンプ
１７ 圧力センサ
１８ 温度センサ
２０ 濃度測定ユニット
２１ａ 入射側光ファイバ
２１ｂ 出射側光ファイバ
２２ 光源
２２ａ 第１発光素子
２２ｂ 第２発光素子
２４ 光検出器
２６ 演算制御回路
２７ 光源制御部
２８ 濃度演算部
３０ 測定セル
３１ 窓部
３２ 反射部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】