特開 2023-92289 濃度表示装置及び濃度表示方法

(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】P2023092289

(43)【公開日】2023-07-03

(54)【発明の名称】濃度表示装置及び濃度表示方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/59 20060101AFI20230626BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20230626BHJP

【ＦＩ】

G01N21/59 Z

G01N21/27 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021207438

(22)【出願日】2021-12-21

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 佑弥

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀和

(72)【発明者】

【氏名】五所尾 康博

(72)【発明者】

【氏名】立石 幸一

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB04

2G059DD12

2G059EE01

2G059EE11

2G059EE12

2G059GG02

2G059HH01

2G059JJ01

2G059MM01

2G059MM04

2G059MM05

2G059MM12

2G059PP02

2G059PP04

(57)【要約】

【課題】現状の濃度と目標濃度との差を容易に判断可能にする。
【解決手段】本願に係る濃度表示装置（１００）は、測定対象となる薬液の薬液濃度を測定する測定部（１７２）と、測定した薬液濃度の測定値を表示する第１の表示モード、または、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示する第２の表示モードを選択し、選択した第１の表示モード、または、第２の表示モードによって、濃度情報を表示部に表示させる表示モード選択部（１７３）とを有する。
【選択図】図１６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象となる薬液の薬液濃度を測定する測定部と、
１つの薬液に関して１つの濃度情報のみ表示可能な表示部と、
前記測定部により測定された薬液濃度の測定値を表示する第１の表示モード、または、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示する第２の表示モードを選択し、選択した前記第１の表示モード、または、前記第２の表示モードによって、濃度情報を前記表示部に表示させる表示モード選択部と
を有することを特徴とする濃度表示装置。

【請求項2】

前記表示モード選択部は、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差が所定の閾値を超えたか否かを更に判定し、前記第１の表示モードによって、前記表示部に前記濃度情報を表示させている間に、前記差が前記所定の閾値を超えた場合には、前記第２の表示モードを選択し、前記第２の表示モードによって、前記表示部に濃度情報を表示させることを特徴とする請求項１に記載の濃度表示装置。

【請求項3】

前記表示モード選択部は、前記第２の表示モードによって、前記表示部に濃度情報を表示させている間に、前記差が前記所定の閾値以下となった場合には、前記第１の表示モードによって、前記表示部に濃度情報を表示させることを特徴とする請求項２に記載の濃度表示装置。

【請求項4】

前記表示部は、前記第１の表示モードで濃度情報を表示する場合には、前記測定部により測定された薬液濃度の測定値を表示し、前記第２の表示モードで濃度情報を表示する場合には、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示することを特徴とする請求項３に記載の濃度表示装置。

【請求項5】

前記表示部は、前記第２の表示モードで濃度情報を表示する場合には、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の絶対値を表示することを特徴とする請求項４に記載の濃度表示装置。

【請求項6】

１つの薬液に関して１つの濃度情報のみ表示可能な表示部を有する濃度表示装置の濃度表示方法であって、
測定対象となる薬液の薬液濃度を測定し、
測定した薬液濃度の測定値を表示する第１の表示モード、または、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示する第２の表示モードを選択し、
選択した前記第１の表示モード、または、前記第２の表示モードによって、濃度情報を前記表示部に表示させる
ことを特徴とする濃度表示方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶液などの測定対象の濃度の情報を表示する濃度表示装置及び濃度表示方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光を用いて半導体のエッチング液や洗浄液といった薬液（水溶液）の濃度を測定する技術が知られている。このような技術の一例として、発光ダイオードが出射した光を薬液に照射し、薬液を介して受光した光強度から薬液の濃度を測定する従来技術が知られている。かかる従来技術では、純水（水１００％）を基準とし薬液の吸光度から、濃度回帰式を作成し、薬液の濃度を算出し表示している。純水を基準とすることで、各薬液成分の濃度は、０％を基準とした真の濃度の値となる。

【0003】

たとえば、半導体洗浄のように、所定の目的に対して、薬液を使用する場合には、かかる薬液を使用する際の濃度が顧客から指定される。以下の説明において、顧客に指定される薬液使用時の濃度を「目標濃度」と表記する。作業員は、目標濃度と、測定された濃度とを比較して、薬液成分の濃度が適切であるかを適宜確認し、薬液を使用する。

【0004】

作業員が作業を行う現場では、薬液成分の濃度を算出するフィールド装置等の表示画面に、各濃度が表示される。図１８は、濃度の表示例を示す図である。図１８に示す例では、フィールド装置３０には、各薬液成分の表示画面３０ａ，３０ｂ，３０ｃが含まれる。たとえば、表示画面３０ａには、薬液成分「NH4OH」の濃度が「０．１２ｗｔ％」である旨が示される。表示画面３０ｂには、薬液成分「H2O2」の濃度が「０．０５ｗｔ％」である旨が示される。表示画面３０ｃには、薬液成分「H2O」の濃度が「１００．４４ｗｔ％」である旨が示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１２８９４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した従来技術のような濃度の表示を行うと、作業員は、目視で濃度を確認できるものの、目標濃度と、現状の濃度とがどの程度ずれているのかを考える手間が発生するため、ミスが起こりやすく、余計な時間を要する場合がある。

【0007】

本願はこのような課題を解決するためのものであり、現状の濃度と目標濃度との差を容易に判断可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願に係る濃度表示装置は、測定対象となる薬液の薬液濃度を測定する測定部と、１つの薬液に関して１つの濃度情報のみ表示可能な表示部と、測定部により測定された薬液濃度の測定値を表示する第１の表示モード、または、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示する第２の表示モードを選択し、選択した第１の表示モード、または、第２の表示モードによって、濃度情報を表示部に表示させる表示モード選択部とを有する。

【0009】

上記濃度表示装置において、表示モード選択部は、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差が所定の閾値を超えたか否かを更に判定し、第１の表示モードによって、表示部に濃度情報を表示している間に、差が所定の閾値を超えた場合には、第２の表示モードを選択し、第２の表示モードによって、表示部に濃度情報を表示させてもよい。

【0010】

上記濃度表示装置において、表示モード選択部は、第２の表示モードによって、表示部に濃度情報を表示している間に、差が所定の閾値以下となった場合には、第１の表示モードによって、表示部に濃度情報を表示させてもよい。

【0011】

上記濃度表示装置において、第１の表示モードで濃度情報を表示する場合には、測定部により測定された薬液濃度の測定値を表示し、第２の表示モードで濃度情報を表示する場合には、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示してもよい。

【0012】

上記濃度表示装置において、表示部は、第２の表示モードで濃度情報を表示する場合には、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の絶対値を表示してもよい。

【発明の効果】

【0013】

上述した濃度表示装置によれば、１つの薬液に関して１つの濃度情報のみ表示可能な表示部を有する。濃度表示装置は、測定対象となる薬液の薬液濃度を測定し、測定された薬液濃度の測定値を表示する第１の表示モード、または、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示する第２の表示モードを選択し、選択した第１の表示モード、または、第２の表示モードによって、濃度情報を表示部に表示させる。この結果、濃度表示装置は、現状の濃度と目標濃度との差を容易に判断可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、各表示モードの一例を説明するための図である。

【図2】図２は、実施形態における測定手法を説明する図である。

【図3】図３は、アンモニア水溶液および過酸化水素水の吸収スペクトルを示すグラフである。

【図4】図４は、サンプルの吸収スペクトルを示すグラフである。

【図5】図５は、波長λ_１の光における過酸化水素水の濃度と吸光度との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、波長λ_２の光における過酸化水素水の濃度と吸光度との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、波長λ_１の光におけるアンモニアの濃度と吸光度との関係を示すグラフである。

【図8】図８は、波長λ_２の光におけるアンモニアの濃度と吸光度との関係を示すグラフである。

【図9】図９は、吸光度から計算されたアンモニアの濃度と、混合体積比から計算したアンモニアの濃度との関係を示すグラフである。

【図10】図１０は、吸光度から計算された過酸化水素の濃度と、混合体積比から計算した過酸化水素の濃度との関係を示すグラフである。

【図11】図１１は、塩酸と過酸化水素水の吸収スペクトルを示すグラフである。

【図12】図１２は、吸光度から計算された塩酸の濃度と、混合体積比から計算した塩酸の濃度との関係を示すグラフである。

【図13】図１３は、吸光度から計算された過酸化水素の濃度と、混合体積比から計算した過酸化水素の濃度との関係を示すグラフである。

【図14】図１４は、実施形態における測定システムの概要を示す図である。

【図15】図１５は、実施形態に係る分光装置の一例を示す図である。

【図16】図１６は、実施形態に係る濃度表示装置が有する機能構成の一例を示す図である。

【図17】図１７は、本実施形態に係る濃度表示装置による濃度表示処理のフローチャートである。

【図18】図１８は、濃度の表示例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

【0016】

［原理］
たとえば、半導体を洗浄する作業現場において、濃度表示装置（フィールド装置等）は、光を用いて洗浄に使用する薬液の濃度をリアルタイムに測定し、測定結果を表示する。図１８で説明したように、濃度表示装置に設定された薬液成分の表示画面は、表示領域が限られているため、１つの薬液成分について、１つの濃度情報のみ表示可能となる。

【0017】

従来技術と同様にして濃度表示装置が、測定した薬液の濃度の測定値をそのまま表示すると、作業員は、目視で濃度を確認できるものの、目標濃度（事前に指定される目標の濃度）と、測定した濃度とがどの程度ずれているのかを考える手間が発生してしまう。

【0018】

このため、本実施形態に係る濃度表示装置は、目標濃度と、測定した濃度との差に応じて、第１の表示モードまたは第２の表示モードの何れか一方を選択し、選択した表示モードによって、濃度情報を表示部に表示させる。

【0019】

図１は、各表示モードの一例を説明するための図である。濃度表示装置の表示部１５０には、薬液Ａの１つの濃度情報を表示するための表示領域１５０ａと、薬液Ｂの１つの濃度情報を表示するための表示領域１５０ｂとが含まれる。

【0020】

濃度表示装置は、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値以下の場合には、第１の表示モードによって、１つの濃度情報を表示する。第１の表示モードでは、１つの濃度情報として、各薬液成分に関する濃度の測定値が表示される。図１に示す例では、表示領域１５０ａに、薬液Ａの濃度の測定値が表示される。表示領域１５０ｂに、薬液Ｂの濃度の測定値が表示される。

【0021】

一方、濃度表示装置は、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超える場合には、第２の表示モードによって、１つの濃度情報を表示する。第２の表示モードでは、１つの濃度情報として、各薬液成分に関する濃度の測定値と、各目標濃度との差が表示される。図１に示す例では、表示領域１５０ａに、薬液Ａの濃度の測定値と目標濃度（薬液Ａの目標濃度）との差が表示される。表示領域１５０ｂに、薬液Ｂの濃度の測定値と目標濃度（薬液Ｂの目標濃度）との差が表示される。

【0022】

上記のように、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値以下の場合には第１の表示モードで濃度情報を表示させ、差が閾値を超えた場合に、第２の表示モードに強制的に切り替えて、目標濃度と、測定した濃度との差を表示させることで、現状の濃度と目標濃度との差異を容易に判断可能にすることができる。

【0023】

なお、濃度表示装置は、薬液成分毎に、表示モードを切り替えてよい。たとえば、薬液Ａについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超え、薬液Ｂについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超えていない場合には、薬液Ａの濃度情報を、第２の表示モードで表示し、薬液Ｂの濃度情報を、第１の表示モードで表示する。

【0024】

一方、薬液Ａについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超えず、薬液Ｂについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超えた場合には、薬液Ａの濃度情報を、第１の表示モードで表示し、薬液Ｂの濃度情報を、第２の表示モードで表示する。

【0025】

［測定手法について］
次に、濃度を測定する測定方法の一例について説明する。図２は、実施形態における測定手法を説明する図である。図２に示す例では、水溶液等といった液体のサンプルに溶解する溶質の濃度を測定する測定システム１の構成を概念的に示した。

【0026】

たとえば、測定システム１は、光源装置２、フローセル３、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４、受光素子５、および濃度表示装置６を有する。

【0027】

光源装置２は、光を投光可能な光源装置であり、たとえば、ハロゲンランプやＬＥＤ等の光源により実現される。たとえば、光源装置２は、濃度表示装置６による制御に従って、所定の強度の光を出射する。このようにして光源装置２により出射された光は、光路ＯＰに沿って、フローセル３、およびファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４を介し、受光素子５へと伝達される。

【0028】

ここで、光源装置２は、１つ若しくは同時に濃度を測定する溶質のそれぞれと対応する特定波長を含む波長帯の光を出射可能な光源であればよい。たとえば、光源装置２は、半値幅が±１００ナノメートル程度のＬＥＤにより実現可能であり、溶質がアンモニアおよび過酸化水素である場合、少なくとも、１５２５ナノメートルから１６００ナノメートルの波長帯の光を十分な強度で出力可能な光源であればよい。

【0029】

フローセル３は、光源装置２が出射する光に対して透明な素材（たとえば、石英等）からなり、内部に水溶液等のサンプルを流すことができる。なお、フローセル３は、試験管やセル等により実現されてもよい。また、フローセル３は、全体が透明な素材である必要はなく、光源装置２から出射された光が入射される入射部分と、入射された光をサンプルを介して出射する出射部分とが透明であればよい。

【0030】

ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４は、透過可能な光の波長を変更することができるファブリペロー干渉計（Fabry Perot Interferometer）であり、平行に配置された２つの半透鏡を有する。たとえば、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４は、光源装置２側に設置された半透鏡である上部ミラーＵＭと、受光素子５側に配置された半透鏡である下部ミラーＤＭとを有する。そして、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４は、上部ミラーＵＭと下部ミラーＤＭとの間隔を制御することで、フローセル３を介して受光した光から、上部ミラーＵＭと下部ミラーＤＭとの間隔に応じた波長の光を透過する。たとえば、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４は、濃度表示装置６からの制御に従い、サンプルを介して受光した光から溶質と対応する特定波長の光を透過する。

【0031】

受光素子５は、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４により透過された光を受光すると、受光した光の強度を測定する素子であり、たとえば、フォトダイオード等の光電素子等により実現される。たとえば、受光素子５は、透過された光を受光すると、受光した光の強さを示す電気信号を生成し、生成した電気信号を濃度表示装置６へと伝達する。

【0032】

濃度表示装置６は、受光素子５が受光した光の強度に基づいて、サンプルに含まれる溶質の濃度を測定する。たとえば、濃度表示装置６は、光源装置２を制御し、特定波長を含む波長帯の光を出射させ、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４を制御して、特定波長の光を透過させる。濃度表示装置６は、受光素子５が受光した特定波長の光の強度を測定する。

【0033】

ここで、濃度表示装置６は、フローセル３内にサンプルがない状態で受光素子５が受光した光の強度をＩ_０として測定し、フローセル３内にサンプルがある状態で受光素子５が受光した光の強度をＩ_１として測定する。そして、濃度表示装置６は、以下の式（１）を用いて、特定波長におけるサンプルの吸光度Ａを算出し、算出した吸光度Ａに基づいて、サンプルに含まれる溶質の濃度を測定する。

【0034】

【数1】

【0035】

なお、濃度表示装置６は、フローセル３内に溶質が溶解していない所定の溶媒のみがある状態で受光素子５が受光した光の強度と、フローセル３内に溶質が所定の溶媒に溶解した溶液がある状態で受光素子５が受光した光の強度との比率の対数を算出し、算出した対数の符号を逆転させた値を、溶質の溶媒に対する吸光度として算出してもよい。

【0036】

［測定手法の一例について］
以下、サンプルの吸光度に基づいて、サンプルに含まれる溶質の濃度を測定する処理の一例について説明する。なお、以下の説明では、アンモニア（ＮＨ_３）および過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の水溶液をサンプルとする例について説明するが、実施形態は、これに限定されるものではない。濃度表示装置６は、任意の溶質を含むサンプルの吸光度から、溶質の濃度の算出を行ってよい。また、以下の説明では、溶質となる水のみの透過光の強度に対し、サンプルの透過光の強度との割合の対数を取り、符号を反転させた値をサンプルの吸光度とした。

【0037】

たとえば、図３は、アンモニア水溶液および過酸化水素水の吸収スペクトルを示すグラフである。なお、図３に示す例では、横軸方向に波長を、縦軸方向に溶媒である水に対する吸光度を採り、アンモニア水溶液および過酸化水素水の吸光度を、波長ごとに示した。図３に示すように、アンモニアは、１５３０ナノメートル付近に吸光度のピークを有し、過酸化水素水は、１５００ナノメートルから１８５０ナノメートルにかけて緩やかなピークが続いている。

【0038】

図３に示す吸収スペクトルから、アンモニアおよび過酸化水素が溶解した水溶液であるサンプルの吸収スペクトルを模式的に描くと、図４に示すグラフを得ることができる。図４は、サンプルの吸収スペクトルを示すグラフである。図４に示すように、サンプルは、アンモニア水溶液の吸光度のピーク付近と、過酸化水素水の吸光度のピーク付近との２か所にピークを有している。

【0039】

ここで、濃度表示装置６は、２つの特定波長を選択し、選択した特定波長におけるサンプルの吸光度から、アンモニアおよび過酸化水素の濃度をそれぞれ測定する。より具体的には、濃度表示装置６は、サンプルに含まれる溶質ごとに、溶質の吸光度のピークが現れる波長を特定波長として選択する。そして、濃度表示装置６は、選択した特定波長におけるサンプルの吸光度を測定し、測定した吸光度から、サンプルに含まれる各溶質の濃度を算出する。

【0040】

たとえば、アンモニア水溶液の吸収ピーク付近の波長を特定波長λ_１、過酸化水素水の吸収ピーク付近の波長を特定波長λ_２とし、アンモニアの濃度を［ＮＨ_３］、過酸化水素の濃度を［Ｈ_２０_２］とする。ここで、ランベルト・ベールの法則によれば、光路長が一定であるならば、サンプルの吸光度はサンプルに含まれる溶質の濃度に比例するので、特定波長λ_１におけるサンプルの吸光度をＡ_１、特定波長λ_２におけるサンプルの吸光度をＡ_２とすると、以下の式（２）および（３）を得ることとなる。なお、式（２）の係数ａは、特定波長λ_１におけるアンモニアの吸光係数であり、式（２）の係数ｂは、特定波長λ_１における過酸化水素の吸光係数となる。また、式（３）の係数ｃは、特定波長λ_２におけるアンモニアの吸光係数であり、式（３）の係数ｄは、特定波長λ_２における過酸化水素の吸光係数となる。

【0041】

【数2】

【0042】

【数3】

【0043】

ここで、式（２）、式（３）を１つの行列式に変形すると、以下の式（４）を得ることができる。ここで、式（４）に示すＰは、式（５）に示すように、吸光係数の行列である。なお、以下の説明では、Ｐを係数行列と記載する場合がある。

【0044】

【数4】

【0045】

【数5】

【0046】

よって、濃度表示装置６は、特定波長λ_１におけるサンプルの吸光度Ａ_１と特定波長λ_２におけるサンプルの吸光度Ａ_２とから、アンモニアの濃度［ＮＨ_３］および過酸化水素の濃度［Ｈ_２０_２］を以下の式（６）で求めることができる。

【0047】

【数6】

【0048】

［吸光係数の一例について］
続いて、吸光係数の一例について説明する。なお、以下の説明では、特定波長λ_１と特定波長λ_２との吸光度から吸光係数を算出する処理の一例について説明する。

【0049】

たとえば、式（２）および式（３）においてアンモニアの濃度［ＮＨ_３］を０とすれば、過酸化水素水における過酸化水素の濃度と、過酸化水素水の吸光度Ａ_１および吸光度Ａ_２から、吸光係数ｂおよびｄを求めることができる。そこで、波長λ_１の光、および、波長λ_２の光について、過酸化水素水の濃度を変化させながら過酸化水素水の吸光度Ａ_１および吸光度Ａ_２を測定した所、図５および図６を得ることができる。

【0050】

図５は、波長λ_１の光における過酸化水素水の濃度と吸光度との関係を示すグラフである。また、図６は、波長λ_２の光における過酸化水素水の濃度と吸光度との関係を示すグラフである。なお、図５および図６に示す例では、縦軸を吸光度とし、横軸を過酸化水素の濃度とした場合に、各波長の光に対する過酸化水素水の吸光度を濃度ごとにプロットした。

【0051】

図５および図６に示すように、各波長の光に対して、過酸化水素水の濃度と吸光度とは、比例関係を有することが解る。また、図５に示すように、波長λ１の光に対して、過酸化水素水の濃度を吸光度に変換する係数、すなわち、吸光係数ｂの値は、たとえば、「０．００１５」となる。また、図６に示すように、波長λ_２の光に対して、過酸化水素水の濃度を吸光度に変換する係数、すなわち、吸光係数ｄの値は、たとえば、「０．００４６」となる。

【0052】

続いて、アンモニアと過酸化水素が溶解した水溶液の吸光度を実測し、実測した吸光度からそれぞれの波長における過酸化水素による吸光度を差し引いた値をアンモニアによる吸光度として算出した。このような処理の結果、アンモニアの濃度と吸光度との関係として図７および図８を得ることができた。

【0053】

図７は、波長λ_１の光におけるアンモニアの濃度と吸光度との関係を示すグラフである。また、図８は、波長λ_２の光におけるアンモニアの濃度と吸光度との関係を示すグラフである。なお、図７および図８に示す例では、縦軸を吸光度とし、横軸をアンモニアの濃度とした場合に、各波長の光に対するアンモニアの吸光度を濃度ごとにプロットした。

【0054】

図７、図８に示すように、各波長の光に対し、濃度が２％～５％の範囲においては、アンモニアの濃度と吸光度とがほぼ比例関係を有することが解る。また、図７に示すように、波長λ_１の光に対して、アンモニアの濃度を吸光度に変換する係数、すなわち、吸光係数ａの値は、たとえば、「０．００９７」となる。また、図８に示すように、波長λ_２の光に対して、アンモニアの濃度を吸光度に変換する係数、すなわち、吸光係数ｃの値は、たとえば、「０．００４３」となる。

【0055】

このような実測値から、波長λ_１の光、および、波長λ_２の光に対し、過酸化水素およびアンモニアが溶解した水溶液における係数行列Ｐは、以下の式（７）で示すことができ、係数行列の逆行列Ｐ^－１は、以下の式（８）で示すことができる。

【0056】

【数7】

【0057】

【数8】

【0058】

このような逆行列Ｐ^－１と式（６）とを用いて、アンモニアと過酸化水素が溶解した水溶液の吸光度からアンモニアと過酸化水素との濃度を測定する実験を行った。このような実験により、アンモニアの濃度と過酸化水素との濃度について、図９および図１０に示す結果を得た。

【0059】

図９は、吸光度から計算されたアンモニアの濃度と、混合体積比から計算したアンモニアの濃度との関係を示すグラフである。また、図１０は、吸光度から計算された過酸化水素の濃度と、混合体積比から計算した過酸化水素の濃度との関係を示すグラフである。なお、図９および図１０に示す例では、縦軸を吸光度から計算した濃度とし、アンモニアと過酸化水素とが溶解した水溶液におけるアンモニア若しくは過酸化水素の混合体積比から計算した濃度として、混合体積比から計算した濃度とサンプルの吸光度から計算した濃度との関係をプロットした。図９、図１０に示すように、アンモニアについては、濃度が２～５％の範囲で吸光度から好適な濃度を算出することができ、過酸化水素については、各濃度について、吸光度から好適な濃度を算出することができた。

【0060】

［他の溶質について］
なお、上述した例では、アンモニアと過酸化水素が溶解した水溶液をサンプルとしたが、実施形態は、これに限定されるものではない。たとえば、濃度表示装置６は、塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素とが溶解したサンプルについて、上述した処理と同様の処理を実行することにより、サンプルの吸光度から塩酸および過酸化水素の濃度を算出してもよい。ここで、図１１は、塩酸と過酸化水素水の吸収スペクトルを示すグラフである。

【0061】

なお、図１１に示す例では、横軸方向に波長を、縦軸方向に溶媒である水に対する吸光度を採り、塩酸および過酸化水素水の吸光度を、波長ごとに示した。図１１に示すように、塩酸は、１８２５ナノメートル付近で吸光度のピークを有する。そこで、濃度表示装置６は、特定波長λ_１を１８２５ナノメートルとして係数行列を算出し、算出した係数行列の逆行列を用いて、サンプルの吸光度から塩酸および過酸化水素水の濃度を測定してもよい。

【0062】

なお、濃度表示装置６は、必ずしも溶質が有する吸光度のピークに合わせて特定波長を選択する必要はない。たとえば、濃度表示装置６は、溶質が有する吸光度のピークがファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４の分光可能な波長の範囲を超えている場合、ファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４が分光可能な波長の上限若しくは下限を特定波長としてもよい。

【0063】

たとえば、特定波長λ_１をファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４の上限とし、特定波長λ_２を過酸化水素に対応する波長とし、サンプルとして、塩酸と過酸化水素とが溶解した水溶液の濃度を測定するための係数行列Ｐを算出する。より具体的には、上述したアンモニアと過酸化水素とが溶解した水溶液の濃度を測定する場合と同様に、塩酸と過酸化水素の吸光係数から係数行列Ｐを算出し、吸光行列Ｐの逆行列Ｐ^－１と式（６）と用いて、塩酸と過酸化水素が溶解した水溶液の吸光度から塩酸と過酸化水素との濃度を測定する。

【0064】

このような例においては、塩酸の濃度と過酸化水素との濃度について、図１２および図１３に示す関係を得ることができる。図１２は、吸光度から計算された塩酸の濃度と、混合体積比から計算した塩酸の濃度との関係を示すグラフである。また、図１３は、吸光度から計算された過酸化水素の濃度と、混合体積比から計算した過酸化水素の濃度との関係を示すグラフである。なお、図１２および図１３に示す例では、図９、図１０と同様に、縦軸を吸光度から計算した濃度とし、横軸を混合体積比から計算した濃度として、混合体積比から計算したサンプルの濃度とサンプルの吸光度から計算した濃度との関係をプロットした。図１２、図１３に示すように、塩酸および過酸化水素ともに、各濃度について、吸光度から好適な濃度を算出することができる。

【0065】

［実施形態］
以下、上述した測定手法を用いてサンプルの濃度を測定する実施形態の一例について、図１４を用いて説明する。図１４は、実施形態における測定システムの概要を示す図である。図１４に示す例では、測定システム１０は、ＬＥＤ１１、ファイバ１２、１６、投光部１３、フローセル１４、受光部１５、分光装置１７、および濃度表示装置１００を有する。

【0066】

ＬＥＤ１１は、光源装置２としての光源であり、溶質と対応する特定波長を含む光を出射する。たとえば、ＬＥＤ１１は、半値幅が１００ナノメートル程度の光を出力可能な発光素子である。

【0067】

ファイバ１２は、ＬＥＤから出射された光を投光部１３へと伝達するファイバであり、たとえば、単相の光ファイバ等により実現される。投光部１３は、ファイバ１２を介して、ＬＥＤ１１が出射した光を受光すると、受光した光をフローセル１４へと出射する。

【0068】

フローセル１４は、サンプルが流れるフローセルである。たとえば、図１４に示す例では、フローセル１４の内容には、洗浄液供給装置ＣＰから洗浄装置ＣＭへと供給される半導体の洗浄液がサンプルとして流れている。

【0069】

受光部１５は、投光部１３から投光された光を、フローセル１４内のサンプルを介して受光する。そして、受光部１５は、受光した光をファイバ１６へと出力する。ファイバ１６は、ファイバ１２と同様に、受光部１５から出力された光を分光装置１７へと伝達するファイバであり、たとえば、単相の光ファイバ等により実現される。なお、図１４に示す構成は、あくまで一例である。たとえば、測定システム１０は、ファイバ１２、１６、投光部１３、および受光部１５を有さずともよい。

【0070】

分光装置１７は、サンプルを介してＬＥＤ１１から出射された光を受光すると、受光した光を分光するファブリペロー型の分光装置である。たとえば、分光装置１７は、ファイバ１６から受光した光を、所定の特定波長の光に分光する。

【0071】

たとえば、図１５は、実施形態に係る分光装置の一例を示す図である。図１５に示すように、分光装置１７は、ファイバ１６から光を受光する側から順に、バンドパスフィルタ１７ａ、上部ミラー１７ｂ、エアギャップ１７ｃ、下部ミラー１７ｄ、基板１７ｅ、スペーサ１７ｆ、受光素子１７ｇ、および配線基板１７ｈを有する。なお、上部ミラー１７ｂ、エアギャップ１７ｃ、下部ミラー１７ｄ、および基板１７ｅは、図２に示すファブリペロー分光用チューナブルフィルタ４に対応し、受光素子１７ｇは、図２に示す受光素子５に対応する。

【0072】

バンドパスフィルタ１７ａは、ファイバ１６から入射された光のうち、予め設定された波長帯以外の光の強度を減衰させるフィルタである。上部ミラー１７ｂは、バンドパスフィルタ１７ａ側に配置された半透鏡であり、メンブレン（薄膜）構造を有している。また、下部ミラー１７ｄは、上部ミラー１７ｂと対向する半透鏡であり、受光素子１７ｇ側に配置されている。エアギャップ１７ｃは、上部ミラー１７ｂおよび下部ミラー１７ｄの間の空間である。また、基板１７ｅは、ファブリペロー分光計の基板であり、透過性を有する。

【0073】

スペーサ１７ｆは、基板１７ｅと受光素子１７ｇとの間隔を保持するスペーサである。また、受光素子１７ｇは、配線基板１７ｈ上に設置されたフォトダイオードであり、基板１７ｅを介して受光する光の強度を測定する。配線基板１７ｈは、受光素子１７ｇにより測定された光の強度を示す電気信号を、濃度表示装置１００へと伝達する。

【0074】

ここで、濃度表示装置１００は、上部ミラー１７ｂおよび下部ミラー１７ｄ間に電圧を印加することで、上部ミラー１７ｂおよび下部ミラー１７ｄ間に静電引力を発生させ、メンブレン構造の上部ミラー１７ｂを下部ミラー１７ｄ側に近づけることで、エアギャップ１７ｃの距離を調整する。そして、上部ミラー１７ｂおよび下部ミラー１７ｄは、エアギャップ１７ｃの距離に応じた波長の光を透過し、基板１７ｅを介して、透過した波長の光を受光素子１７ｇに入射させることができる。

【0075】

なお、図１５に示す分光装置１７の構成は、あくまで一例である。測定システム１０は、図１５に示す分光装置１７以外にも、ファブリペロー干渉計の原理を用いて入射された光を特定波長に分光するのであれば、任意の分光計を採用してよい。

【0076】

図１４に戻り、説明を続ける。濃度表示装置１００は、分光装置１７により分光された光の強度に基づいて、サンプルの濃度を測定する。たとえば、濃度表示装置１００は、フローセル１４内を流れる水溶液に溶解している溶質の濃度を測定し、測定した濃度と、目標濃度との差に応じて、第１の表示モードと、第２の表示モードと選択し、選択した表示モードによって、濃度情報を表示部に表示させる。

【0077】

以下、図１６を用いて、濃度表示装置１００が有する機能構成の一例について説明する。図１６は、実施形態に係る濃度表示装置が有する機能構成の一例を示す図である。図１６に示すように、濃度表示装置１００は、光源制御部１１０、分光制御部１２０、受光制御部１３０、入力部１４０、表示部１５０、記憶部１６０、および制御部１７０を有する。

【0078】

光源制御部１１０は、制御部１７０からの制御に従ってＬＥＤ１１の点灯を制御する制御装置であり、たとえば、ＬＥＤ１１の点灯回路等により実現される。たとえば、光源制御部１１０は、ＬＥＤ１１を制御し、所定の波長帯の光を所定の強度で出射させる。なお、光源制御部１１０は、ＬＥＤ１１から出射される光の波長帯や強度が一定になるように、各種の制御手段を有していてもよい。

【0079】

分光制御部１２０は、制御部１７０からの制御に従って分光装置１７を制御する制御装置であり、たとえば、分光装置１７の制御回路により実現される。たとえば、分光制御部１２０は、分光装置１７が有する上部ミラー１７ｂと下部ミラー１７ｄとの間に印加する電圧を制御することで、受光素子１７ｇが受光する光の波長を適宜制御する。

【0080】

受光制御部１３０は、制御部１７０からの制御に従って分光された光の強度を測定するための制御装置であり、たとえば、分光装置１７が有する受光素子１７７の制御回路により実現される。たとえば、受光制御部１３０は、分光装置１７が測定した光の強度を示す電気信号を受付けると、受付けた電気信号を光の強度を示す数値に変換し、変換後の数値を制御部１７０に通知する。

【0081】

入力部１４０は、作業員からの操作を受付ける入力装置であり、たとえば、キーボードやマウス等により実現される。たとえば、作業員は、入力部１４０を操作して、各薬液成分の目標濃度を入力する。

【0082】

表示部１５０は、濃度表示装置１００による測定結果を出力するための出力装置であり、たとえば、液晶モニタやプリンタ等により実現される。表示部１５０は、図１で説明したように、１つの薬液成分について、１つの濃度情報のみ表示可能となる。たとえば、表示部１５０は、薬液Ａの１つの濃度情報を、表示領域１５０ａに表示させる。表示部１５０は、薬液Ｂの１つの濃度情報を、表示領域１５０ｂに表示させる。表示部１５０は、第１の表示モードまた第２の表示モードによって、薬液の濃度情報を表示する。

【0083】

表示部１５０は、第１の表示モードで薬液の濃度情報を表示する場合には、１つの濃度情報として、各薬液成分に関する濃度の測定値が表示する。

【0084】

表示部１５０は、第２の表示モードで薬液の濃度情報を表示する場合には、１つの濃度情報として、各薬液成分に関する濃度の測定値と、各目標濃度との差を表示する。表示部１５０は、差を絶対値で表示してもよい。

【0085】

記憶部１６０は、各種の情報を記憶する記憶装置であり、たとえば、ＲＡＭ（Random Access Memory)、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。たとえば、記憶部１６０には、各種の測定ログや、測定対象となる溶質（たとえば、アンモニア、塩酸若しくは過酸化水素等）と特定波長ごとの組ごとに予め設定された吸光係数や係数行列等が登録される。また、記憶部１６０には、各薬液成分の目標濃度が登録される。

【0086】

制御部１７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサによって、濃度表示装置１００内部の記憶装置に記憶されている各種プログラムがＲＡＭ等を作業領域として実行されることにより実現される。また、制御部１７０は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。

【0087】

図１６に示す例では、制御部１７０は、取得部１７１、測定部１７２、および表示モード選択部１７３を有する。取得部１７１は、ＬＥＤ１１および分光装置１７を制御し、分光装置１７がサンプルを介して分光した特定波長の光の強度を取得する。

【0088】

たとえば、取得部１７１は、溶質等といった濃度を測定する対象（測定対象）の選択を入力部１４０から受付けると、サンプルを介した光から選択された測定対象と対応する特定波長の光強度を取得する。たとえば、取得部１７１は、アンモニアと過酸化水素とが選択された場合、アンモニアと対応する特定波長と、過酸化水素と対応する特定波長とを選択する。そして、取得部１７１は、光源制御部１１０を制御し、ＬＥＤ１１を点灯させることで、特定波長を含む波長帯の光を出射させる。

【0089】

また、取得部１７１は、分光制御部１２０を制御し、サンプルを介して分光装置１７が受光した光から特定波長の光を分光させる。そして、取得部１７１は、受光制御部１３０を介して、分光装置１７が測定した特定波長の光の強度を取得する。たとえば、取得部１７１は、アンモニアと対応する特定波長の光強度を測定させた後、過酸化水素と対応する特定波長の光強度を測定させる。そして、取得部１７１は、測定された各特定波長の光の強度を取得する。

【0090】

測定部１７２は、測定された複数の特定波長の光の強度に基づいて、測定対象（各薬液成分）の濃度を測定する。たとえば、測定部１７２は、測定された複数の特定波長の光の強度に基づいて、複数の測定対象の濃度を測定する。より具体的な例を挙げると、測定部１７２は、アンモニアと対応する特定波長の光の強度と、過酸化水素と対応する特定波長の光の強度とを取得すると、上述した式（８）に示す逆行列Ｐ^－１と、式（６）とを用いて、アンモニアおよび過酸化水素の濃度をそれぞれ算出する。すなわち、測定部１７２は、各測定対象の濃度を特定波長における吸光度に変換する吸光係数に基づく行列と、測定された特定波長の光の強度に基づいた吸光度とに基づいて、各測定対象の濃度を算出する。

【0091】

測定部１７２は、各薬液成分の濃度を、表示モード選択部１７３に出力する。

【0092】

表示モード選択部１７３は、目標濃度と、測定部１７２に測定された濃度との差に応じて、第１の表示モードまたは第２の表示モードの何れか一方を選択し、選択した表示モードによって、濃度情報を表示部１５０に表示させる。

【0093】

表示モード選択部１７３は、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値以下の場合には、第１の表示モードによって、１つの濃度情報を表示させる。第１の表示モードでは、１つの濃度情報として、各薬液成分に関する濃度の測定値が表示される。図１で説明した例では、表示領域１５０ａに、薬液Ａの濃度の測定値が表示される。表示領域１５０ｂに、薬液Ｂの濃度の測定値が表示される。

【0094】

一方、表示モード選択部１７３は、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超える場合には、第２の表示モードによって、１つの濃度情報を表示する。第２の表示モードでは、１つの濃度情報として、各薬液成分に関する濃度の測定値と、各目標濃度との差が表示される。図１で説明した例では、表示領域１５０ａに、薬液Ａの濃度の測定値と目標濃度（薬液Ａの目標濃度）との差が表示される。表示領域１５０ｂに、薬液Ｂの濃度の測定値と目標濃度（薬液Ｂの目標濃度）との差が表示される。

【0095】

なお、表示モード選択部１７３は、薬液成分毎に、表示モードを切り替えてよい。たとえば、表示モード選択部１７３は、薬液Ａについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超え、薬液Ｂについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超えていない場合には、薬液Ａの濃度情報を、第２の表示モードで表示させ、薬液Ｂの濃度情報を、第１の表示モードで表示させる。

【0096】

表示モード選択部１７３は、薬液Ａについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超えず、薬液Ｂについて、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超えた場合には、薬液Ａの濃度情報を、第１の表示モードで表示させ、薬液Ｂの濃度情報を、第２の表示モードで表示させる。

【0097】

［実施形態における濃度測定処理の一例］
図１７は、本実施形態に係る濃度表示装置による濃度表示処理のフローチャートである。図１７を参照して、本実施形態に係る濃度表示装置１００による濃度表示処理の流れについて説明する。

【0098】

濃度表示装置１００の光源制御部１１０は、光源であるＬＥＤ１１から光を出射させる（ステップＳ１０１）。分光装置１７は、測定対象を介して、光源であるＬＥＤ１１が出射した光を受光する（ステップＳ１０２）。次に、分光装置１７は、分光した特定波長の光強度を測定する（ステップＳ１０３）。

【0099】

濃度表示装置１００の測定部１７２は、測定した光強度に基づいて、特定波長における吸光度を算出する（ステップＳ１０４）。測定部１７２は、全ての特定波長を測定していない場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、ステップＳ１０３に移行する。

【0100】

測定部１７２は、全ての特定波長を測定した場合には（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、各特定波長における吸光度を濃度に変換する係数行列の逆行列を用いて、算出した吸光度から測定対象の濃度を測定する（ステップＳ１０６）。

【0101】

濃度表示装置１００の表示モード選択部１７３は、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。表示モード選択部１７３は、閾値を超えない場合には（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、第１の表示モードを選択し、薬液成分の濃度情報（濃度の測定値）を表示部１５０に表示させ（ステップＳ１０９）、ステップＳ１１１に移行する。

【0102】

一方、表示モード選択部１７３は、閾値を超える場合には（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、第２の表示モードを選択し、薬液成分の濃度情報（目標濃度と測定値との差）を表示部１５０に表示させ（ステップＳ１１０）、ステップＳ１１１に移行する。

【0103】

濃度表示装置１００は、処理を継続する場合には（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に移行する。濃度表示装置１００は、処理を継続しない場合には（ステップＳ１１１，Ｎｏ）、処理を終了する。

【0104】

［実施形態における効果］
以上に説明したように、本実施形態に係る濃度表示装置１００は、１つの薬液に関して１つの濃度情報のみ表示可能な表示部１５０を備え、測定された薬液濃度の測定値を表示する第１の表示モード、または、測定された薬液濃度と予め定められた目標濃度との差の値を表示する第２の表示モードを選択し、選択した第１の表示モード、または、第２の表示モードによって、濃度情報を表示部１５０に表示させる。より具体的には、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値以下の場合には、第１の表示モードで現状の濃度を表示し、測定した濃度との差が閾値を超えた場合に、第２の表示モードで現状の濃度と目標濃度との差を表示するため、必要なタイミングで、現状の濃度と目標濃度との差を容易に判断可能にできる。また、本実施形態に係る濃度表示装置１００では、表示部１５０の表示領域を拡大することなく、第１の表示モード、第２の表示モードを選択して、表示させるため、製造コストを削減することもできる。

【0105】

［実施形態の拡張］
上記の説明では、サンプルに含まれる測定対象の濃度を測定する測定システム１０について説明したが、実施形態は、これに限定されるものではない。以下の説明では、測定システム１０が実行する測定手法のバリエーションについて説明する。

【0106】

［サンプルについて］
上述した例では、アンモニアと過酸化水素が溶解した水溶液をサンプルとしたが、実施形態は、これに限定されるものではない。たとえば、濃度表示装置１００は、塩酸（ＨＣｌ）と過酸化水素とが溶解したサンプルについて、上述した処理と同様の処理を実行することにより、サンプルの吸光度から塩酸および過酸化水素の濃度を算出してもよい。

【0107】

［濃度表示装置について］
なお、測定システム１０の装置構成は、上述した説明に限定されるものではない。たとえば、濃度表示装置１００は、測定システム１０全体を有し、フローセル１４内のサンプルにおける測定対象の濃度を測定する装置であってもよい。

【0108】

濃度表示装置１００は、測定した濃度との差が閾値を超え、第２の表示モードで、現状の濃度と目標濃度との差を表示する場合に、アラーム音を出力してもよい。これによって、作業員の注意を引くことができる。

【0109】

濃度表示装置１００は、測定した濃度との差が閾値を超えた後に、再度、差が閾値以下となった場合において、第２の表示モードを、第１の表示モードに切り替えるとともに、アラーム音を出力してもよい。これによって、作業員は、作業を行いつつ、現状の濃度が目標濃度に近づいたことを容易に知ることができる。

【0110】

濃度表示装置１００は、ＰＣ（Personal Computer）等の利用者端末に接続されていてもよい。この場合には、表示モード選択部１７３は、目標濃度と、測定した濃度との差が閾値以下の場合に、薬液の測定値を、利用者端末に送信し、測定した濃度との差が閾値を超えた場合に、目標濃度と、測定値との差を、利用者端末に送信してもよい。

【0111】

濃度表示装置１００では、濃度を算出する場合に、純水を基準とする濃度を算出し、目標濃度との差を求めていたがこれに限定されない。すなわち、顧客と共通する濃度の基準（純水以外の基準）によって、濃度を測定し、濃度と目標濃度との差に応じて、第１の表示モード、または、第２の表示モードを選択してもよい。

【0112】

以上、実施形態の一例を説明したが、これらは例示であり、本実施形態は上記した説明に限定されるものではない。発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、実施形態の構成や詳細は、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で実施することができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0113】

１０ 測定システム
１００ 濃度表示装置
１１ ＬＥＤ
１２、１６ ファイバ
１３ 投光部
１４ フローセル
１５ 受光部
１７ 分光装置
１１０ 光源制御部
１２０ 分光制御部
１３０ 受光制御部
１４０ 入力部
１５０ 表示部
１６０ 記憶部
１７０ 制御部
１７１ 取得部
１７２ 測定部
１７３ 表示モード選択部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】