具体实施方式

以下，一边参见附图一边说明本发明的实施方式，但本发明并不限定于以下的实施方式。

图1是表示基于本发明的实施方式的浓度测定装置100的整体结构的示意图。浓度测定装置100具备：具有组装到气体供给管线的测定单元4的高温气体单元50；以及与高温气体单元50分开而配置并且包括光源1和运算部8等的电气单元52。通过光纤10a和传感器电缆10b连接高温气体单元50与电气单元52。

高温气体单元50根据被测定流体的种类而存在被加热到例如100℃～150℃左右的可能性，但与其分开的电气单元52通常被维持在室温(无尘室氛围等)。作为被测定流体，可举出例如含有三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)等有机金属材料的处理气体(processgas)。此外，在此虽然称为“高温气体单元”，但并不必须限定成为高温，在使用常温(室温)、常温以下的气体的情况下，也会有在不成为高温(未加热)的状态下使用的情况。

另外，在图示的方式中，通过设备网络通信等，在电气单元52上连接有外部控制装置54。外部控制装置54能够向浓度测定装置100发送动作控制信号，或者从浓度测定装置100接收测定浓度信号。

在高温气体单元50设置有测定单元4，其具有被测定流体的流入口4a、流出口4b以及沿长边方向延伸的流路4c，并且设置有与流路4c相接的透光性的窗部(透光性板)3。另外，在测定单元4设置有用于使入射的光反射的反射部件5。在本说明书中，光不仅是可见光线，至少包括红外线、紫外线，能够包括任意的波长的电磁波。另外，透光性是指对于入射到测定单元4的上述的光的内部透过率足够高到能够进行浓度测定的程度。

测定单元4的窗部3通过窗按压部件30而固定于单元主体40，在窗按压部件30安装有与光纤10a连接的准直器6。准直器6具有准直器透镜6a，能够使来自光源1的光作为平行光入射到测定单元4，另外，准直器6能够接收来自反射部件5的反射光。准直器6设计为：即使在测定单元4流动的被测定对象的气体为高温时，也能够不会破损地高精度地进行浓度测定。

另外，在本实施方式中，在高温气体单元50中，设置有用于检测在测定单元4内流动的被测定流体的压力的压力传感器20。在本实施方式中，压力传感器20被配置于测定单元4的流出口4b的下游侧，但也可以设置于测定单元4的上游侧，也可以设置于测定单元4的流路4c的中途。压力传感器20只要能够测定存在于测定单元4内的流路4c的流体的压力，则可以具有任意的方式，能够利用公知的各种的压力传感器。另外，在测定单元4设置有用于测定被测定流体的温度的温度传感器11(在此为测温电阻)。压力传感器20和温度传感器11的输出经由传感器电缆10b而输入到电气单元52。温度传感器11在本实施方式中被配置于流出口4b的附近，但只要能够测定存在于流路4c内的流体的温度即可，也可以设置在流入口4a附近、或压力传感器20的附近、窗部3。

在电气单元52设置有：光源1，上述光源1产生入射到测定单元4内的光；测定光检测器7，上述测定光检测器7接收从测定单元4出射的光；运算部8，上述运算部8构成为：基于从测定光检测器7输出的、与接收的光的强度对应的检测信号来计算被测定流体的浓度；以及参照光检测器9，上述参照光检测器9接收来自光源1的参照光。

在本实施方式中，测定光检测器7和参照光检测器9隔着分束器12而相向地配置。分束器12使来自光源1的光的一部分入射到参照光检测器9，另外，使来自测定单元4的检测光入射到测定光检测器7。作为构成测定光检测器7和参照光检测器9的受光元件，优选使用例如光电二极管、光电晶体管。

运算部8例如由设置在电路基板PCB上的处理器、存储器等构成，包括基于输入信号来执行规定的运算的计算机程序，能够通过硬件和软件的配合来实现。

光源1在本实施方式中使用两个发光元件13A、13B而构成，发光元件13A、13B是发出互不相同波长的紫外光的LED。在发光元件13A、13B中，使用振荡电路流动不同频率的驱动电流，能够通过进行频率解析(例如快速傅立叶变换、小波变换)，从而能够根据测定光检测器7检测出的检测信号来测定与各波长成分对应的光的强度。发光元件13A、13B发出的光由WDM(波长分割多重方式：Wavelength Division Multiplexing)的合波器14合成并入射到测定单元4。发光元件13A的光的波长是例如300nm，发光元件13B的光的波长是例如365nm。作为发光元件13A、13B，也能够使用LED以外的发光元件，例如LD(雷射二极管)。另外，作为将多个不同波长的合波光用作光源的替代，也能够利用单一波长的光源，在此情况下，能够省略合波器、频率解析电路。发光元件也可以设置有三个以上，也可以构成为仅利用设置中的被选择的任意的发光元件来产生入射光。此外，在合波器14中也可以如图示地安装有测温电阻14a。进一步地，发光元件发出的光并不限定于紫外光，也可以是可见光、红外光。

在浓度测定装置100中，通过作为导光部件的光纤10a连接光源1和测定单元4。来自光源1的光通过光纤10a而被向测定单元4的窗部3导光。另外，光纤10a还兼具有将由反射部件5反射的光向测定光检测器7导光的功能。光纤10a也可以包含入射光用的光纤和检测光用的光纤，也可以以光纤束的方式提供。

图2是表示测定单元4的更详细的结构的截面图。测定单元4是在不锈钢制的单元主体(单元块体)40中形成的，经由垫片等后段块体45与单元主体40连接。在后段块体45的流路安装有压力传感器20，能够测定被测定流体的压力。

测定单元4的流入口4a和流出口4b配置在流路4c的两侧(附图中的流路4c的右侧和左侧)，当被组装到气体供给管线时，浓度测定装置100构成为作为整体而在水平方向上使气体流动，相对于此，流路4c沿与气体供给管线的整体的流动方向正交的方向延伸。在本说明书中，将这样的结构称为纵型的测定单元4。如果使用纵型的测定单元4，当被组装到气体供给管线时能够获得在能够实现节省空间的同时容易维护的优点。此外，在图示的测定单元4中，流入口4a配置在反射部件5的附近，流出口4b配置在窗部3的附近，但在其他方式中，也可以是流入口4a配置在窗部3的附近，流出口4b配置在反射部件5的附近，另外流路4c也并不一定必须要沿相对于整体的流动方向正交的方向延伸。

在上述的纵型的测定单元4中，窗部3通过窗按压部件30并经由环状的垫片15而被固定于设置在单元主体40的上表面的安装凹部的支撑面。在此，窗部3相对于与流路4c的中心轴4x正交的面(在此为水平面)，以超过0°且10°以下、优选为1°以上5°以下，更优选为2°以上4°以下的倾斜角使窗面倾斜的方式配置。为了实现这种情况，上述的单元主体40的窗部3的支撑面也是以相对于与中心轴4x正交的面倾斜的方式形成的，在本实施方式，容纳窗部3和垫片15的单元主体40的上表面的安装凹部的整体是以从中心轴4x倾斜的方式形成的。

同样地，窗部3的窗按压部件30的下表面(按压窗部3的面)配置成相对于水平面有所倾斜，另一方面，窗按压部件30的上表面以成为与中心轴4x正交的面平行的水平面的方式配置。即，窗按压部件30的上表面30U和下表面30D形成为非平行的(参见图4(c))。而且，准直器6被固定于窗按压部件30的上表面、即水平面，准直器6的光轴与流路的中心轴4x一致。

在该结构中，通过将窗部3倾斜地配置，抑制了在窗部3的两侧面反射的光作为检测光而入射到准直器6的情形，因此能够使测定精度提高。另一方面，因为准直器6的光轴与流路中心轴4x一致，所以能够沿着流路4c笔直地使入射光进入。

作为窗部3，适合使用对用于紫外光等的浓度测定的检测光具有耐性和高透过率，机械性/化学性稳定的蓝宝石，但也能够使用其他稳定的材料，例如石英玻璃。测定单元4的单元主体40(流路形成部)可以是例如SUS316L制，根据流通的被测定流体，也能够使用如SUS316L的不锈钢以外的金属、非金属、非铁金属材料等。

此外，配置在测定单元的窗部3的相反的一侧的端部的反射部件5通过按压部件32并经由垫片16而固定在设置于单元主体40的下表面的安装凹部的支撑面。反射部件5的反射面设置为相对于入射光的行进方向或流路的中心轴4x垂直，反射光通过与入射光实质相同的光路而向窗部3反射。反射部件5也可以具有例如在蓝宝石板的背面通过溅镀而形成作为反射层的铝层的构造。然而，反射部件5也可以具有在蓝宝石板的背面配置有反射镜的构造。另外，反射部件5作为反射层可以含有介电体多层膜，如果使用介电体多层膜，则能够使特定波长域的光(例如近紫外线)选择性地反射。介电体多层膜是由折射率不同的多个光学被膜的叠层体(例如，高折射率薄膜与低折射率薄膜的叠层体)构成的，通过适宜地选择各层的厚度、折射率，能够使特定波长的光反射或透过。另外，介电体多层膜由于能够以任意的比例使光反射，因此例如在入射光被反射部件5反射时，并不将入射的光100％反射，而是使得一部分(例如10％)透过，也能够通过设置在反射部件5的下部的光检测器或者与光检测器连接的光学设备接收透过的光。透过反射部件5的光能够作为参照光来利用，也能够以上述的光检测器来代替图1所示的参照光检测器9。

在以上说明的测定单元4中，在测定单元4内往复的光的光路长能够规定为窗部3的表面与反射部件5的表面的距离的两倍。在浓度测定装置100中，入射到测定单元4，然后由反射部件5反射的光根据存在于测定单元4内的流路4c的气体，以依赖于气体的浓度的大小而被吸收。而且，运算部8(参见图1)通过对来自测定光检测器7的检测信号进行频率解析，能够测定该吸收波长下的吸光度A，进一步地，根据以下的式(1)所示的朗伯-比尔定律，能够根据吸光度A算出气体浓度C。

A＝-log₁₀(I/I₀)＝αLC …(1)

上述式(1)中，I₀是向测定单元入射的入射光的强度，I是通过测定单元内的气体中的光的强度，α是摩尔吸光系数(m²/mol)，L是光路长(m)，C是浓度(mol/m³)。摩尔吸光系数α是取决于物质的系数。

此外，关于上述式中的入射光强度I₀，当在测定单元4内不存在吸光性的气体时(例如，充满不吸收紫外光的吹扫气体时，或抽真空时)，也可以将由测定光检测器7检测的光的强度视为入射光强度I₀。

如上所述，测定单元4的光路长L能够规定为窗部3与反射部件5的距离的两倍，因此与在测定单元的两侧具备光入射窗和光出射窗的以往的浓度测定装置相比，能够得到两倍的光路长。由此，尽管小型化了，但也能够使测定精度提高。另外，在浓度测定装置100中，经由设置在测定单元4的单侧的一个窗部3仅使用一个光学设备进行光入射和受光，因此能够减少部件个数。

进一步地，在浓度测定装置100中设置有压力传感器20，能够测定测定单元4内的气体的压力。因此，基于来自压力传感器20的输出，能够将通过光检测器的输出而测定的吸光度补正成规定压力(例如1大气压)时的吸光度。而且，基于补正了的吸光度，与专利文献3所记载的浓度测定装置同样地，根据朗伯-比尔定律，能够通过计算来求出被测定流体的浓度。这样，因为运算部8是使用测定光检测器7和压力传感器20来计算被测定流体的浓度，所以能够更高精度地进行浓度测定。此外，因为还设置了用于测定在测定单元4流动的气体的温度的温度传感器11，所以也能够进一步进行基于温度的补正而进行浓度检测。

以下，对使用了垫片15的窗部3向单元主体40的安装方式进行详细地说明。如图3所示，窗部3经由金属制的垫片15而由单元主体40的支撑面42所支撑，并且以倾斜的角度被固定。在本实施方式中，窗部3的窗面法线方向3x和流路4c的中心轴4x(或准直器6的光轴)所成的角度设定为2°。

图4是表示窗按压部件30的结构的图，图4(a)为俯视图，图4(b)为b-b线截面图，图4(c)为c-c线截面图。如图4(a)～(c)所示，窗按压部件30具有：用于插入准直器6的插入孔6H、或用于将窗按压部件30固定于单元主体40的安装孔30H。另外，如图4(c)所示，窗按压部件30的上表面30U和下表面30D形成为非平行，相对于彼此倾斜2°。因此，下表面30D的法线方向(对应于窗部3的窗面法线方向3x)和上表面30U的法线方向(对应于流路中心轴4x)相差2°。

再度参见图3，窗部3通过窗按压部件30被按压于单元主体40。窗按压部件30是通过贯穿图4所示的安装孔30H的未图示的固定螺钉的紧固而固定于单元主体40，这些的接触面是通过O型环34而密封的。

如图5(a)和图5(b)示意地表示那样，在通过固定螺钉的紧固而将窗按压部件30固定于单元主体40之前的状态下，在垫片15的上表面，即与窗部3相接的面(有时也称为第一面)形成有环状的突起部15a。另一方面，在垫片15的下表面，即与单元主体40的支撑面42相接的面(有时也称为第二面)并未设置突起部而形成为平坦的面。窗部3是例如具有直径16mm、厚度1.8mm的尺寸的蓝宝石制的圆形板，垫片15是具有外径16mm、内径11.5mm、厚度1.8mm的尺寸的不锈钢制(例如SUS316L制)的环部件。设置在垫片15的上表面的环状的突起部15a也可以例如具有12.6mm的直径，形成为顶部面(密封面)的宽度为0.35mm，高度为0.1mm左右。

另外，在本实施方式中，在单元主体40的支撑面42上也设置有环状的突起部42a。进一步地，在窗按压部件30中，在与窗部3相向并且支撑垫片15的支撑面上也形成有环状的突起部30a。环状的突起部42a、30a的尺寸也可以是与设置于垫片15的环状的突起部15a同样的尺寸。

如图5(b)所示，如果在隔着窗部3和垫片15的状态下通过固定螺钉的紧固等将窗按压部件30按压于单元主体40，则垫片15的上表面的突起部15a由窗部3压扁，并且垫片15的下表面由于单元主体40的突起部42a而产生凹陷。另外，窗按压部件30的下表面的突起部30a也被压扁。在此状态下，实现了高密封性。优选地，垫片15由硬度比窗部3低的材料形成，另外，优选为通过单元主体40的突起部42a而能够变形的程度的硬度。

进一步地，如图5(b)所示，在取下窗部3的情况下，垫片15虽然会变形，但是单元主体40的突起部42a保持为几乎不变形的状态。因此，通过将垫片15更换成新的垫片，在再度将窗部3固定时也能够实现高密封性。因此，仅进行垫片15的更换便可完成，因此成为低成本且维护性优异的结构。

此外，在使用石英玻璃作为窗部3的情况下，在具有高腐蚀性或高析出性的有机原料气体的浓度测定中，由于窗部3被腐蚀、或原料的析出而使其透明度在早期降低。如果窗部3为蓝宝石制的，虽然抑制了光透过率的降低，但在长期使用下，透过率的降低仍然是不可避免的。此时，也通过使用上述的垫片15来固定窗部3，从而更换或清洗窗部3，并且更换垫片15并再度固定于单元主体40，能够一边维持高密封性一边改善透过率。这样的窗部3的更换，能够在将单元主体40组装到气体流路的状态下执行，因此维护性良好。

另外，在上述的方式中，窗按压部件30的下表面的突起部30a也被压扁，因此在进行窗部3的更换时，也可以将窗按压部件30也更换成新的。或者，也可以预先将具有与垫片15同样的构造的垫片以表背相反地安装在窗按压部件30与窗部3之间，防止窗按压部件30的突起部的压扁，在窗部3更换时将隔着窗部3的两片垫片更换。

另外，如图2所示，在浓度测定装置100中，反射部件5也通过按压部件32，隔着垫片16地固定在单元主体40的下表面。在此结构中，与窗部3的固定方式同样地，仅在垫片16的支撑反射部件5的面上设置环状的突起部，另外，在单元主体40的支撑面上也设置环状的突起部，由此只要将垫片16更换成新的，即使在反射部件5的更换后也能够确保高密封性。

接着，参见图6～图8，对如上述地使窗部3倾斜地配置时的效果进行说明。

图6是表示将窗部3的倾斜角(流路的中心轴4x或准直器6的光轴和窗部3的窗面法线方向3x所成的角)设定为0°、1°、2°时的杂散光的比例的图表。此外，杂散光是指在测定单元内的流路中，入射的光在各种部分反射的不必要的光。由于这些光进入测定器等时，使得测定结果产生误差，因此需要将其排除。

图6中，上段表示在使用波长300nm的紫外光的情况下的杂散光测定结果，下段表示在使用波长365nm的紫外光的情况下的杂散光测定结果。此外，在各图表中示出有使用两种四个准直器C1～C4和三种测定单元Ce1～Ce3(倾斜角为2°、1°、0°这三种)分别各自进行三次试验的结果。以200/200μm表示的准直器C1、C2是由不同的光纤10c、10d对如图7所示的入射光与检测光进行导光的情况下的光纤直径均为200μm的准直器，另外，以200/400μm表示的准直器C3、C4是入射光的光纤10c直径为200μm、检测光的光纤10d直径为400μm的准直器。

另外，图6的图表表示在窗部3(在此为蓝宝石板)的准直器侧的表面设置防反射膜(AR涂膜)时的结果。认为如果设置AR涂膜，则在准直器侧的窗部表面的反射会被大幅度地抑制。但是，在窗部3的相反的一侧的面(与气体相接的面)上设置AR涂膜则因为会产生对气体的污染的问题等而很困难。因此，会产生来自窗部3的相反的一侧的面的杂散光。

如图6所示，可知：使任意波长(300nm/365nm)的紫外光入射时，也是在倾斜角0°的情况下杂散光的比例(％)相当大，与此相对，在倾斜角1°的情况下，充分地抑制了杂散光，在倾斜角2°的情况，进一步地抑制了杂散光。在此，杂散光的比例是指表示并未入射到测定单元4而是通过由窗部3反射而直接入射到准直器6的光的强度相对于入射光强度的比例。能够通过取下测定单元4的反射部件5，测定检测光强度来进行杂散光比例的测定。

由以上的结果可知：使窗部3具有优选为1°以上、更优选为2°以上的倾斜角，由此能够适当地降低杂散光。另外，虽然认为倾斜角越大杂散光的比例越会降低，但如果倾斜角过大，则通过折射、反射也会使检测光的强度降低，因此要求倾斜角不要过大。根据此观点，优选地，窗部3的倾斜角为10°以下，优选为5°以下，更优选为4°以下。

另外，图8表示在将窗部3的倾斜角设定为2°时的、有/无AR下的杂散光的比例。图8表示对于两个样品(a)、(b)中的有AR的情况和无AR的情况下，以300nm、365nm的入射光进行试验的结果。由图8可知：在将倾斜角设定为2°时，即使并未设置AR涂膜，杂散光比例也会成为1％以下，能够充分地抑制杂散光。因此，如果以适当的倾斜角配置窗部3，则还能够获得省去形成AR涂膜的成本、工夫的优点。

以上说明了基于本发明的实施方式的浓度测定装置，但本发明并不限定解释为上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种的变更。例如，作为用于测定的光，也能够利用紫外区域以外的波长域的光。另外，在上述实施方式中，作为对象的被测定流体(气体)是被加热的，但被测定流体并不限定于被加热了的流体，只要能够作为气体而在流路流通，也可以是任意的。进一步地，在图2和图3中，倾斜形成为向右上升，但倾斜的方向也可以是任意的方向，也可以例如构成与图2和图3成为相反的、向右下降的倾斜，也可以为向其他方向倾斜。

产业上的可利用性

本发明的实施方式所涉及的浓度测定装置优选用于用于被组装到半导体制造装置等所使用的气体供给管线而测定在流路流动的气体的浓度。