特開 2022-185655 光学分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185655

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】光学分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/01 20060101AFI20221208BHJP

   G01N 21/05 20060101ALI20221208BHJP

   G01N 21/3577 20140101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

G01N21/01 Z

G01N21/05

G01N21/3577

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093412

(22)【出願日】2021-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】柏野 亮太

【テーマコード（参考）】

2G057

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G057AA01

2G057AB02

2G057AB04

2G057AB06

2G057AC01

2G057BA05

2G057BB06

2G057DB01

2G057DB03

2G057DC07

2G059AA01

2G059BB04

2G059DD12

2G059EE01

2G059GG02

2G059HH01

2G059JJ11

2G059JJ13

2G059JJ17

2G059KK02

2G059NN07

(57)【要約】

【課題】配管を透過した光を受光する受光部における光量を配管の直径と関係なく最適化する。
【解決手段】光学分析装置は、光源光を測定対象が流れる配管１０に照射して、配管１０を透過した光を光ファイバーに導く計測部１を備える。計測部１は、配管１０の直径に対応する直径の把持孔が形成され、把持孔に挿入された配管１０を把持するアダプタ１１と、異なる直径の配管１０にそれぞれ対応する複数のアダプタ１１のうちの１つを交換自在に固定可能なホルダ１４とから構成される。アダプタ１１は、照射側の光ファイバーからの光源光を把持孔に挿入された配管１０に照射し、配管１０を透過した光を集光して検出側の光ファイバーに導く機能を有する。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光ファイバーからの光源光を測定対象が流れる配管に照射して、前記配管を透過した光を第２の光ファイバーに導くように構成された計測部と、
前記第１の光ファイバーを介して前記計測部に前記光源光を放出するように構成された光源部と、
前記配管を透過した光を前記第２の光ファイバーを介して受光するように構成された光検出部と、
前記第１、第２の光ファイバーとを備え、
前記計測部は、
前記配管の直径に対応する直径の把持孔が形成され、前記把持孔に挿入された配管を把持するように構成されたアダプタと、
異なる直径の前記配管にそれぞれ対応する複数の前記アダプタのうちの１つを交換自在に固定可能なように構成されたホルダとから構成され、
前記アダプタは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記把持孔に挿入された前記配管に照射し、前記配管を透過した光を集光して前記第２の光ファイバーに導く機能を有することを特徴とする光学分析装置。

【請求項2】

請求項１記載の光学分析装置において、
前記アダプタは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記把持孔に挿入された前記配管に照射し、前記配管を透過した光を集光して前記第２の光ファイバーに導くように構成された光学素子を備え、
前記光学素子の特性は、前記第２の光ファイバーに入射する光の強度が、前記配管の直径と関係なく一定になるように設定されていることを特徴とする光学分析装置。

【請求項3】

請求項１記載の光学分析装置において、
前記アダプタは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記把持孔に挿入された前記配管に照射し、前記配管を透過した光を集光して前記第２の光ファイバーに導く光透過性の素子として機能し、
前記アダプタの光学特性は、前記第２の光ファイバーに入射する光の強度が、前記配管の直径と関係なく一定になるように設定されていることを特徴とする光学分析装置。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学分析装置において、
異なる直径の前記配管にそれぞれ対応する複数の前記アダプタは、外形寸法が同一であり、
前記ホルダは、複数の前記アダプタのうちの１つと嵌合してアダプタを固定するように構成された溝を備えることを特徴とする光学分析装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学分析装置において、
前記ホルダは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記アダプタを通して前記配管に照射し、前記配管を透過し前記アダプタによって集光された光を前記第２の光ファイバーに導くように構成された光学系を備えることを特徴とする光学分析装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学分析装置において、
前記光検出部によって受光された光に基づいて前記測定対象の分析を行うように構成された分析部をさらに備えることを特徴とする光学分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を用いて測定対象の分析を行う光学分析装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体の洗浄工程において、ウエハを洗浄する薬液等の流体を近赤外吸光法により濃度管理している装置がある。流体の計測は配管の外から行う方法と配管の一部になって計測する方法とがある（特許文献１、特許文献２参照）。

【0003】

図９は特許文献１に開示されたプロセスラインの構成を示す図である。図９には、半導体の洗浄工程で使用されるウェットステーションが示されている。ウェットステーションは、テフロン（登録商標）管１００を介して閉回路内で共に接続された槽１０１と、フィルタ１０２と、ポンプ１０３とからなる再循環管を備えている。槽１０１は、洗浄、排出又はエッチング溶液のような各種の流体を保持することができる。

【0004】

光透過装置１０４は、光ファイバーケーブル１０５の末端から出射する赤外線ビーム又は近赤外線ビームのような光ビームをテフロン管１００に照射し、テフロン管１００を透過した光を光ファイバーケーブル１０６を介して受光センサ（不図示）に導く。これにより、例えばテフロン管１００を循環する流体の化学的組成または特性等を測定するためのスペクトル測定が可能となる。

【0005】

図１０は特許文献２に開示された半導体製造システム用分析装置の構成を示す図である。半導体製造システム用分析装置は、試料を収容する石英ガラス製の試料セル２００と、装置本体２０１と、試料セル２００と装置本体２０１とを接続する光ファイバー２０２，２０３とを備えている。例えば、試料セル２００を半導体ウエハＷの洗浄に用いられる各種洗浄液体等が流れる配管部２０４上に配置して、洗浄液体等の濃度管理をインラインで実施できるようにしている。

【0006】

装置本体２０１の光源２０５から出射した光源光は、光ファイバー２０２とレンズ２０８を介して試料セル２００に照射される。光検出器２０６は、試料セル２００を透過した透過光をレンズ２０９と光ファイバー２０３を介して受光する。分光分析手段２０７は、光検出器２０６が受光した光に基づいて、試料セル２００の内壁に汚れが有るか否か等の判定を行う。

【0007】

従来技術の構成では、計測部（図９の例では光透過装置１０４、図１０の例ではレンズ２０８，２０９の部分）を取り付ける配管の直径に応じて最適な光学系を実現することが難しいという問題があった。具体的には、配管３００に入射する光源光３０１に対して配管３００の曲面がレンズのように働くので、図１１（Ａ）の例のように配管３００の径が大きい場合と図１１（Ｂ）の例のように配管３００の径が小さい場合で、配管後方の受光部３０２（図９の例では光ファイバーケーブル１０６の入射端、図１０の例では光ファイバー２０３の入射端）に入射する光の強度が変化する。

【0008】

受光部３０２に入射する光の強度が変化すると、配管３００を流れる流体の濃度の測定精度に悪影響が出る。この問題を是正するためには、計測部の光学系を配管３００に応じて最適化してやる必要があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第４４１４２２３号公報

【特許文献2】特開２００８－１６４４８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、配管を透過した光を受光する受光部における光量を配管の直径と関係なく最適化することができる光学分析装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の光学分析装置は、第１の光ファイバーからの光源光を測定対象が流れる配管に照射して、前記配管を透過した光を第２の光ファイバーに導くように構成された計測部と、前記第１の光ファイバーを介して前記計測部に前記光源光を放出するように構成された光源部と、前記配管を透過した光を前記第２の光ファイバーを介して受光するように構成された光検出部と、前記第１、第２の光ファイバーとを備え、前記計測部は、前記配管の直径に対応する直径の把持孔が形成され、前記把持孔に挿入された配管を把持するように構成されたアダプタと、異なる直径の前記配管にそれぞれ対応する複数の前記アダプタのうちの１つを交換自在に固定可能なように構成されたホルダとから構成され、前記アダプタは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記把持孔に挿入された前記配管に照射し、前記配管を透過した光を集光して前記第２の光ファイバーに導く機能を有することを特徴とするものである。

【0012】

また、本発明の光学分析装置の１構成例において、前記アダプタは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記把持孔に挿入された前記配管に照射し、前記配管を透過した光を集光して前記第２の光ファイバーに導くように構成された光学素子を備え、前記光学素子の特性は、前記第２の光ファイバーに入射する光の強度が、前記配管の直径と関係なく一定になるように設定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例において、前記アダプタは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記把持孔に挿入された前記配管に照射し、前記配管を透過した光を集光して前記第２の光ファイバーに導く光透過性の素子として機能し、前記アダプタの光学特性は、前記第２の光ファイバーに入射する光の強度が、前記配管の直径と関係なく一定になるように設定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例において、異なる直径の前記配管にそれぞれ対応する複数の前記アダプタは、外形寸法が同一であり、前記ホルダは、複数の前記アダプタのうちの１つと嵌合してアダプタを固定するように構成された溝を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例において、前記ホルダは、前記第１の光ファイバーからの光源光を前記アダプタを通して前記配管に照射し、前記配管を透過し前記アダプタによって集光された光を前記第２の光ファイバーに導くように構成された光学系を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例は、前記光検出部によって受光された光に基づいて前記測定対象の分析を行うように構成された分析部をさらに備えることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、直径が異なる配管にそれぞれ対応する各種アダプタを用意し、アダプタに第１の光ファイバーからの光源光を配管に照射して配管を透過した光を第２の光ファイバーに導く機能を持たせることにより、配管の直径の違いによる影響を軽減することができ、配管を透過した光を受光する受光部（第２の光ファイバーの入射端）における光強度を配管の直径と関係なく最適化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明のアダプタの断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施例に係る光学分析装置の構成を示す図である。

【図3】図３は、本発明の実施例に係るアダプタの斜視図および断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施例に係るアダプタによって配管を把持した状態の斜視図である。

【図5】図５は、本発明の実施例に係るアダプタと配管の断面図である。

【図6】図６は、本発明の実施例に係るアダプタのホルダへの装着方法を説明する断面図である。

【図7】図７は、本発明の実施例に係るアダプタの別の例を示す断面図である。

【図8】図８は、本発明の実施例に係る光学分析装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

【図9】図９は、従来のプロセスラインの構成を示す図である。

【図10】図１０は、従来の半導体製造システム用分析装置の構成を示す図である。

【図11】図１１は、配管径の変化による受光部の光強度の変化を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［発明の原理］
本発明では、計測部に取り付け可能なアダプタに、レンズに代表される光学素子を取り付けることで、直径の異なる配管に対応するアダプタを実現することができる。図１（Ａ）は配管１０の直径が大きい場合のアダプタ１１ａの断面図、図１（Ｂ）は配管１０の直径が小さい場合のアダプタ１１ｂの断面図である。４０は配管１０に入射する光源光、４１は計測部の受光部である。

【0016】

アダプタ１１ａ，１１ｂに取り付けるレンズ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂの曲率を選択することで配管径にかかわらず、受光部４１に入射する光の強度を同じにすることができる。本発明では、アダプタ１１ａ，１１ｂの外形寸法が同一のため、アダプタ１１ａ，１１ｂを取り付ける計測部の寸法を変更する必要がない。また、計測部のレンズやミラー等の光学系を変更する必要もない。なお、後述のようにアダプタ自体に光透過性の素子としての機能を持たせるようにしてもよい。

【0017】

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図２は本発明の実施例に係る光学分析装置の構成を示す図である。光学分析装置は、計測部１と、本体部２と、計測部１と本体部２とを接続する光ファイバーケーブル３とから構成される。

【0018】

計測部１は、例えば液体などの測定対象が流れるテフロン（登録商標）やＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）等の光透過性の材料からなる配管１０を把持するアダプタ１１と、異なる直径の配管１０にそれぞれ対応する複数のアダプタ１１のうちの１つを交換自在に固定可能なホルダ１４と、ホルダ１４の通過路１４１内に設けられ、光ファイバーケーブル３からの光源光をアダプタ１１の入射側のレンズ１２に導くミラー等の照射側光学系１５と、ホルダ１４の通過路１４２内に設けられ、アダプタ１１の出射側のレンズ１３から出射した光を光ファイバーケーブル３に導くミラー等の検出側光学系１６と、光ファイバーケーブル３の一方の光ファイバーをホルダ１４に固定するためのコネクタ１７と、光ファイバーケーブル３の他方の光ファイバーをホルダ１４に固定するためのコネクタ１８とを備えている。

【0019】

本体部２は、光源光を発する例えばハロゲンランプや半導体レーザ等の光源部２０と、計測部１において配管１０を透過した光を光ファイバーケーブル３を介して受光する光検出部２１と、光検出部２１が受光した光に基づいて測定対象の分析を行う分析部２２とを備えている。

【0020】

本実施例では、光ファイバーケーブル３として２芯光ファイバーケーブルを用いる。光源部２０から出射した光源光は、光ファイバーケーブル３の一方の光ファイバー（第１の光ファイバー）を介して計測部１に導かれ、配管１０に照射される。配管１０を透過した光は、光ファイバーケーブル３の他方の光ファイバー（第２の光ファイバー）を介して本体部２に導かれ、光検出部２１に入射する。なお、本実施例では２芯光ファイバーケーブルを用いているが、照射側の光ファイバーケーブルと検出側の光ファイバーケーブルとを別々に設けてもよいことは言うまでもない。

【0021】

分析部２２は、光検出部２１が受光した光に基づいて測定対象の分析を行う。分析の１例としては、測定対象に含まれる成分濃度の算出がある。成分濃度を算出する方法については、例えば特開２０１４－１０６１６０号公報に開示されている。分析部２２が行う分析は、成分濃度の算出に限らないことは言うまでもない。

【0022】

また、分析部２２は、測定対象自体の分析ではなく、配管１０に汚れ等の異常があるかどうかを判定するようにしてもよい。判定方法については、例えば特許文献２に開示されている。

【0023】

次に、本実施例の計測部１の構成について更に詳細に説明する。図３（Ａ）はアダプタ１１の斜視図、図３（Ｂ）はアダプタ１１の断面図である。例えば樹脂製のアダプタ１１には、配管１０が挿入される把持孔１１１が長手方向に沿って形成されている。また、アダプタ１１には、把持孔１１１の径を弾性的に伸縮させるために、アダプタ１１の一側面から把持孔１１１まで達する切欠き１１２が形成されている。

【0024】

さらに、アダプタ１１には、切欠き１１２が形成された側面に対して垂直な側面から把持孔１１１まで達する窓孔１１３，１１４が把持孔１１１と直交するように形成されている。この窓孔１１３，１１４にレンズ１２，１３（光学素子）が嵌着固定される。

【0025】

レンズ１２，１３の特性（例えば焦点距離）は、計測部１を組み立てたときに、計測部１の受光部４１（第２の光ファイバーの入射端）に入射する光の強度が、配管１０の直径と関係なく一定になるように、配管１０毎（アダプタ１１毎）に設計されている。

【0026】

アダプタ１１によって配管１０を把持した状態を図４に示す。配管１０が挿入されていない状態でアダプタ１１の把持孔１１１の直径は、対応する配管１０の直径よりも僅かに小さくなるように設定されている。上記のとおり、アダプタ１１には、把持孔１１１の直径を弾性的に伸縮させるための切欠き１１２が形成されている。したがって、アダプタ１１は、把持孔１１１に配管１０が挿入されると、配管１０を締め付けるようにして把持する。

【0027】

アダプタ１１は、対応する配管１０の直径に応じて把持孔１１１の直径が変わるが、外形寸法は同一である。例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように配管１０ａに対応するアダプタ１１ａと配管１０ｂに対応するアダプタ１１ｂでは、把持孔１１１ａ，１１１ｂの直径Ｄ１，Ｄ２が異なるが、外形寸法Ａ１，Ａ２は同一である。

【0028】

図６（Ａ）に示すように、例えば樹脂製または金属製のホルダ１４には、アダプタ１１を装着するための溝１４０が形成されている。溝１４０の深さＡ１、幅Ａ２は、アダプタ１１（１１ａ，１１ｂ）の高さＡ１、幅Ａ２と同じである。したがって、図６（Ｂ）に示すように、配管１０を把持した状態のアダプタ１１をホルダ１４の溝１４０と嵌合させることが可能であり、直径が異なる配管１０にそれぞれ対応する各種アダプタ１１を同一のホルダ１４に交換自在に装着することが可能である。

【0029】

また、ホルダ１４には、溝１４０と連通する通過路１４１，１４２が形成されている。通過路１４１内には、光源光をアダプタ１１の入射側のレンズ１２に導くミラー等の照射側光学系１５が設置されている。通過路１４２内には、アダプタ１１の出射側のレンズ１３から出射した光を光ファイバーケーブル３に導くミラー等の検出側光学系１６が設置されている。

【0030】

さらに、溝１４０と反対側の通過路１４１の端部には、光ファイバーケーブル３の第１の光ファイバーの出射端をホルダ１４に固定するためのコネクタ１７が装着される。溝１４０と反対側の通過路１４２の端部には、光ファイバーケーブル３の第２の光ファイバーの入射端をホルダ１４に固定するためのコネクタ１８が装着される。こうして、計測部１の組み立てが終了する。

【0031】

図２に示したように、本体部２の光源部２０から出射した光源光は、光ファイバーケーブル３の第１の光ファイバーを介して計測部１に導かれ、ホルダ１４の通過路１４１を通り、照射側光学系１５によって反射されてアダプタ１１の入射側のレンズ１２に入射する。レンズ１２と配管１０とを透過した光は、アダプタ１１の出射側のレンズ１３によって集光され、検出側光学系１６によって反射され、ホルダ１４の通過路１４２を通って光ファイバーケーブル３の第２の光ファイバーに入射する。本体部２の動作は上記で説明したとおりである。

【0032】

以上のように、本実施例では、直径が異なる配管１０にそれぞれ対応する各種アダプタ１１を用意し、対応する配管１０に応じてレンズ１２，１３の特性を配管１０毎（アダプタ１１毎）に変えることにより、配管１０の直径の違いによる影響を軽減することができ、配管１０の直径にかかわらず常に最適な受光量を得ることができる。また、本実施例では、対応する配管１０に応じてレンズ１２，１３の特性を配管１０毎（アダプタ１１毎）に変えることにより、ホルダ１４側のレンズやミラー等の光学系１５，１６を配管１０に応じて変更する必要がなくなる。

【0033】

本実施例では、本体部２内に光源部２０と光検出部２１と分析部２２とを設けるようにしているが、光源部２０と光検出部２１と分析部２２とをそれぞれ別体にして設置してもよい。

【0034】

また、本実施例では、アダプタ１１にレンズ１２，１３を取り付けているが、アダプタ自体に光透過性の素子としての機能を持たせるようにしてもよい。この場合のアダプタの例を図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す。図７（Ａ）は配管１０の直径が大きい場合のアダプタ１１ａの断面図、図７（Ｂ）は配管１０の直径が小さい場合のアダプタ１１ｂの断面図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）の例では、アダプタ１１ａ，１１ｂは光透過性の材料からなる。１２０ａ，１２０ｂ，１３０ａ，１３０ｂはレンズとして機能する部分である。アダプタ１１（１１ａ，１１ｂ）のホルダ１４への装着の仕方は上記のとおりである。

【0035】

アダプタ１１の光学特性は、計測部１の受光部４１（第２の光ファイバーの入射端）に入射する光の強度が、配管１０の直径と関係なく一定になるように、配管１０毎（アダプタ１１毎）に設計される。こうして、アダプタ１１に光透過性の素子としての機能を持たせることにより、アダプタ１１にレンズ１２，１３を取り付ける場合と同等の効果を得ることができる。

【0036】

本実施例の分析部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図８に示す。コンピュータは、ＣＰＵ４００と、記憶装置４０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）４０２とを備えている。Ｉ／Ｆ４０２には、光源部２０と光検出部２１等が接続される。ＣＰＵ４００は、記憶装置４０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明は、光学分析装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0038】

１…計測部、２…本体部、３…光ファイバーケーブル、１０…配管、１１，１１ａ，１１ｂ…アダプタ、１２，１２ａ，１２ｂ，１３，１３ａ，１３ｂ…レンズ、１４…ホルダ、１５…照射側光学系、１６…検出側光学系、１７，１８…コネクタ、２０…光源部、２１…光検出部、２２…分析部、１１１，１１１ａ，１１１ｂ…把持孔、１１２…切欠き、１１３，１１４…窓孔、１４０…溝、１４１，１４２…通過路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】