CN102608029B - 光学分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学分析装置，通过降低腐蚀性气体对焦点位置修正用的基准修正构件的影响，在降低光学分析装置的测量误差的同时，解决伴随更换基准修正构件所产生的各种问题。本发明的光学分析装置包括基准修正构件(6)，该基准修正构件(6)能在位于聚光光学系统(3)和检测光学系统(4)之间的光路(L)上的基准位置(R)、以及从该基准位置(R)退避开的退避位置(S)之间移动，使在基准位置(R)上通过的光的焦点位置与通过位于测量位置(P)上的测量单元(5)的光的焦点位置基本相同，基准修正构件(6)的在基准位置(R)上与光路(L)相交的外表面部分(6A)，由对腐蚀性气体具有耐腐蚀性的材料构成。

Description

光学分析装置

技术领域

本发明涉及光谱分析装置等光学分析装置。

背景技术

如专利文件1(日本专利公开公报特开2002－82050号)所示，已知现有的光谱分析装置包括：光源；聚光透镜，对来自该光源的光进行聚光；光谱分析部，具有多通道检测器，对来自所述光源的光进行光谱分析；以及测量单元，设置在聚光透镜和光谱分析部之间。

所述光谱分析装置的浓度测量采用吸收光谱法。通常，所述吸收光谱法通过在由校正预先得到的校准线M_i上乘以吸光度光谱Abs(λ_i)，计算出浓度c(参照下式)。

公式1

λ₁，λ₂，....，λ_n为测量波长

此处，根据对测量单元的入射光的强度I₀(λ_i)和来自测量单元的透射光的强度I_s(λ_i)，用下式表示吸光度光谱Abs(λ_i)。

公式2

$Abs\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=log\[\frac{I_o\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{I_s\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}\]$

此时，直接测量入射光的强度I₀(λ_i)较为困难，在现有的光谱分析装置中，利用从聚光透镜和光谱分析部之间去除测量单元后的状态(基准光测量)下光谱分析部所测量的光的强度，即基准光的强度I_r(λ_i)来代替入射光的强度I₀(λ_i)。

公式3

$Abs\left({\mathrm{\λ}}_i\right)=log\[\frac{I_r\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}{I_s\left({\mathrm{\λ}}_i\right)}\]$

然而，由于在光路上具有测量单元时和没有测量单元时折射率不同，所以如图6的(A)和(B)所示，入射到光谱分析部中的光的光束发生变化，具体地说，焦点位置发生变化。其结果，通过光谱分析部得到的基准光的光量产生误差，会发生吸光度光谱Abs(λ_i)产生变化使算出浓度出现误差的问题。

因此，专利文件1的光谱分析装置中，为了对因有无测量单元而产生的焦点位置的变化进行修正，在基准光测量中，在所述聚光透镜和光谱分析部之间设置了折射率修正构件(参照图6的(C))。该折射率修正构件使用石英等光学玻璃。

例如在利用上述光谱分析装置对包含氢氟酸的药液进行浓度测量时，向测量单元导入和导出药液使用了对氢氟酸具有耐腐蚀性的氟树脂配管。

然而，流经氟树脂配管的药液中的一部分氢氟酸会透过配管的管壁后成为氟化氢气体而释放到外部。并且，从存留药液的药液罐也会放出氟化氢气体。因此，在设置有折射率修正构件的状态下，存在作为腐蚀性气体的氟化氢气体，会导致光学玻璃构成的折射率修正构件的表面被腐蚀而出现浑浊。据此，由基准光测量得到的基准光量降低，从而导致吸光度发生变化使算出浓度产生误差。

此外，在折射率修正构件被腐蚀而浑浊的情况下，需要更换所述构件，从而需要对其更换期间进行管理。并且，还需要单独准备新的折射率修正构件，其更换作业繁杂且费时，从而导致运行成本增加。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种光学分析装置，通过降低腐蚀性气体对焦点位置修正用的基准修正构件的影响，在降低光学分析装置的测量误差的同时，解决伴随更换基准修正构件所产生的各种问题。

本发明提供一种光学分析装置，其特征在于包括：聚光光学系统，对光源发出的光进行聚光；检测光学系统，设置在由所述聚光光学系统聚光后的光的光路上，对所述光进行检测；测量单元，能在位于所述聚光光学系统和所述检测光学系统之间的光路上的测量位置、以及从所述测量位置退避开的退避位置之间移动；基准修正构件，能在位于所述聚光光学系统和所述检测光学系统之间的光路上的基准位置、以及从所述基准位置退避开的退避位置之间移动，并且使在所述基准位置上通过的光的焦点位置与通过位于所述测量位置上的测量单元的光的焦点位置基本相同；以及移动机构，用于移动所述测量单元和所述基准修正构件，选择性地使所述测量单元移动到所述测量位置或者使所述基准修正构件移动到所述基准位置，至少所述基准修正构件的在所述基准位置上与光路相交的外表面部分，由对腐蚀性气体具有耐腐蚀性的耐腐蚀性材料形成，所述基准修正构件包括：光学玻璃；所述耐腐蚀性材料构成的耐腐蚀性板材，与所述光学玻璃的光入射面和光射出面分别相对设置；以及密封构件，对所述光学玻璃和所述耐腐蚀性板材之间进行密封。

按照上述结构，由于基准光测量中基准修正构件设置在光路上，所以对因有无测量单元而产生的焦点位置的变化进行修正，可以降低测量结果的误差。特别是由于在基准位置上与光路相交的外表面部分由耐腐蚀性材料形成，所以在基准光测量中可以降低基准修正构件受到的腐蚀性气体的影响。由此，与腐蚀性气体的存在无关，可以降低基准光测量的误差，进而可以降低使用所述基准光测量结果的光学分析装置的测量结果的误差。此外，由于可以不考虑基准修正构件在基准光测量中的腐蚀，所以并不是必须更换基准修正构件，从而可以解决伴随更换基准修正构件所产生的各种现有问题。并且，通过使测量单元和基准修正构件相对于聚光光学系统和检测光学系统进退移动，由于聚光光学系统和检测光学系统共用化，因此与设置多个光路的情况相比，可以减小光源的位置偏移和聚光透镜的模糊所带来的影响。而且，仅设置一个聚光光学系统即可，使将光源的光引导至检测光学系统的构造比较简单，可以实现低成本制造。

如果基准修正构件整体由耐腐蚀性材料形成，则根据耐腐蚀性材料的种类(例如蓝宝石)，价格会非常昂贵。此时，优选的是，所述基准修正构件包括：光学玻璃；所述耐腐蚀性材料构成的耐腐蚀性板材，与所述光学玻璃的光入射面和光射出面分别相对设置；以及密封构件，对所述光学玻璃和所述耐腐蚀性板材之间进行密封。

为了在尽可能减少基准修正构件的结构部件的部件个数的同时，对腐蚀性气体具有耐腐蚀性，优选的是，通过至少对光学玻璃的光入射面和光射出面涂布耐腐蚀性材料，构成所述基准修正构件。

为了在减少基准修正构件的结构部件种类的同时，还能够对应各种测量单元的焦点位置，优选的是，通过隔着垫片重叠由耐腐蚀性材料组成的多枚耐腐蚀性板材，构成所述基准修正构件。

按照上述结构的本发明，通过降低腐蚀性气体对基准修正构件的影响，在降低光学分析装置的测量误差的同时，还可以防止伴随更换基准修正构件而产生的运行成本的增加。

附图说明

图1是简要表示本实施方式光谱分析装置结构的整体简图。

图2是表示同实施方式的测量单元和基准修正构件的立体图。

图3是表示同实施方式的测量单元和基准修正构件的剖面图。

图4是表示同实施方式的测量单元和基准修正构件的焦点位置的示意图。

图5是表示基准修正构件的变形例的示意图。

图6是表示现有的根据有无折射率修正构件而产生的聚光透镜焦点位置的示意图。

附图标记说明

100 ···光谱分析装置(光学分析装置)

2 ···光源

3 ···聚光透镜(聚光光学系统)

4 ···检测光学系统

P ···测量位置

Q ···退避位置

5 ···测量单元

R ···基准位置

S ···退避位置

6 ···基准修正构件

6A ···与光路相交的外表面部分

61 ···光学玻璃

62 ···蓝宝石板材(耐腐蚀性板材)

63 ···密封构件

7 ···移动机构

具体实施方式

以下参照附图，作为本发明光学分析装置的一个例子，对采用光谱分析装置时的一个实施方式进行说明。

本实施方式的光谱分析装置100例如被设置在药液配管之间，该药液配管设置在半导体制造装置上，用于供给氢氟酸等药液，利用吸光度测量法测量所述氢氟酸等药液(试样液)的浓度等。并且，利用如上所得的浓度，控制药液的浓度等。

具体地说，如图1所示，光谱分析装置100包括：光源2；聚光光学系统3，对该光源2发出的光进行聚光；检测光学系统4，设置在由该聚光光学系统3聚光后的光的光路L上，检测所述光；测量单元5，可以在聚光光学系统3和检测光学系统4之间的光路L上移动；基准修正构件6，同样可以在聚光光学系统3和检测光学系统4之间的光路L上移动；以及移动机构7，用于移动测量单元5和基准修正构件6。并且，所述光谱分析装置100设置有作为计算控制部的计算机(未图示)，进行装置总体控制，或者基于后述的多通道检测器45的输出进行浓度计算等。

光源2例如是由卤素灯等构成的连续光谱光源。

聚光光学系统3设置在所述光源2的光射出方向上，并对所述光源2射出的光进行聚光，本实施方式中聚光光学系统3采用聚光透镜。

检测光学系统4将通过聚光光学系统3聚光后的光以各波长进行分光，并检测所述各波长成分的每一个。具体地说，检测光学系统4包括：入射狭缝41，设置在所述聚光光学系统3的光的焦点位置附近；凹面鏡构成的准直镜42，将从所述入射狭缝41入射的光变换为平行光束；衍射光栅43，接收来自该准直镜42的平行光束，并按照每个波长进行分光；凹面鏡构成的摄像机镜44，对由所述衍射光栅43分光后的各波长的光进行聚光；以及多通道检测器45，对通过所述摄像机镜44聚光后的各波长的光进行检测。基于由该多通道检测器45得到的光强度信号，获得吸光度光谱Abs(λi)。

测量单元5为流量计(flow cell)型，如图2和图3所示，其包括：单元主体51，其内部形成有收容药液的收容空间5S；液体导入部52，设置在所述单元主体51上，将药液导入所述收容空间5S；液体导出部53，用于从所述收容空间5S导出药液。另外，液体导入部52及液体导出部53上连接有氟树脂配管H。

特别是如图3所示，单元主体51包括：主体部511，形成有收容凹部511a；一对透光构件512，收容在所述收容凹部511a内；垫片513，介于所述一对透光构件512之间；以及固定构件514，将所述一对透光构件512和垫片513固定在收容凹部511a内。在上述结构的单元主体51中，利用一对透光构件512和垫片513等形成收容空间5S。此外，利用O形环等密封构件确保收容空间5S的液密性。

一对透光构件512由对氢氟酸等药液具有耐腐蚀性的耐腐蚀性材料形成。本实施方式的透光构件512是蓝宝石板材，该蓝宝石板材通过采用对氢氟酸具有耐腐蚀性且对紫外区域显示高透光率的蓝宝石而形成。并且，当测量单元5位于后述的测量位置P时，该透光构件512与通过所述聚光光学系统3聚光的光的光路L相交。另外，在紫外区域的光谱分析以外的用途中，也可以使用氟树脂等耐腐蚀性材料。

通过后述的移动机构7，上述结构的测量单元5可以在位于所述聚光光学系统3和所述检测光学系统4之间的光路L上的测量位置P，以及从该测量位置P退避开的退避位置Q之间移动(参照图4)。

在基准光测量中，基准修正构件6对通过聚光光学系统3聚光的光的焦点位置的变化进行修正。如图2和图3所示，所述基准修正构件6与所述测量单元5一体设置，并被收容在第二收容凹部511b中，该第二收容凹部511b设置在所述单元主体51的主体部511上。所述基准修正构件6使后述在基准位置R上通过的光的焦点位置，与通过位于所述测量位置P上的测量单元5的光的焦点位置大致相同。另外，后面对基准修正构件6作详细说明。

此外，通过后述的移动机构7，基准修正构件可以在位于所述聚光光学系统3和所述检测光学系统4之间的光路L上的基准位置R，以及从该基准位置R退避开的退避位置S之间移动(参照图4)。

移动机构7用于移动测量单元5和基准修正构件6，选择性地使测量单元5位于测量位置P或者使基准修正构件6位于基准位置R。本实施方式的测量单元5和基准修正构件6相对于通过聚光光学系统3聚光的光的光路L并列地一体形成，移动机构7使测量单元5和基准修正构件6在相对于光路L垂直的方向上一体地进退移动。另外，移动机构7的结构并未图示，例如包括驱动电动机和齿轮齿条机构，该齿轮齿条机构将该电动机驱动轴的转动运动转换为直线运动。

此处，参照图4说明测量单元5的测量位置P和退避位置Q与基准修正构件6的基准位置R和退避位置S的位置关系。测量单元5的测量位置P与基准修正构件6的基准位置R相对于聚光透镜3位置大致相同。并且当测量单元5位于测量位置P时，基准修正构件6位于退避位置S(参照图4的上层)，当基准修正构件6位于基准位置R时，测量单元5处于退避位置Q(参照图4的下层)。另外，测量单元5的测量位置P是用于进行试样光测量的位置，基准修正构件的基准位置R是用于进行基准光测量的位置。

而且，至少本实施方式基准修正构件6的在基准位置R上与光路L相交的外表面部分6A，由对作为腐蚀性气体的氟化氢气体具有耐腐蚀性的耐腐蚀性材料形成。

具体地说，特别是如图3所示，基准修正构件6包括：光学玻璃61；耐腐蚀性材料构成的耐腐蚀性板材62，与所述光学玻璃61的光入射面61a和光射出面61b分别相对设置；以及O形环等密封构件63，对光学玻璃61和耐腐蚀性板材62之间进行气密性密封。上述构成要素61～63在收容于第二收容凹部511b中的状态下通过固定构件8进行固定。本实施方式的耐腐蚀性板材62为蓝宝石板材，通过采用对氢氟酸具有耐腐蚀性且对紫外区域显示高透光率的蓝宝石而形成。

本实施方式中，通过由蓝宝石板材62大致整体覆盖光学玻璃61的光入射面61a和光射出面61b，使基准修正构件6的光入射面和光射出面整体由耐腐蚀性材料形成。据此，不仅使基准修正构件6的外表面部分6A具有耐腐蚀性，还可以防止因光学玻璃61被氟化氢气体腐蚀而发生浑浊。另外，蓝宝石板材62和密封构件63只要以包围光学玻璃61的与光路相交部分的方式，与光学玻璃61气密性设置即可。也就是说，只要蓝宝石板材62和密封构件63设置成气密性覆盖光学玻璃61的在基准位置R上与光路L相交的外表面部分即可。

考虑蓝宝石板材62的厚度，并且通过调整光学玻璃61的厚度，从而利用上述结构的基准修正构件6来修正焦点位置。由于厚度为数mm的蓝宝石板材需求较小，通常比较昂贵，所以优选具有需求较大且廉价厚度的薄蓝宝石板材。此处，虽然也取决于测量单元5的结构，但是例如将一枚蓝宝石板材62的厚度设为0.5mm时，光学玻璃61的厚度例如为6mm～15mm左右。即，对焦点位置的修正来说，其大部分由光学玻璃61来完成。

(本实施方式的效果)

按照上述结构的本实施方式的光谱分析装置100，由于在基准测量中将基准修正构件6设置在光路L上，所以可以对因有无测量单元5而产生的焦点位置的变化进行修正，从而可以降低测量结果的误差。

特别是，由于在基准位置R上与光路相交的外表面部分6A由蓝宝石板材形成，所以在基准测量中可以减小基准修正构件6受到的氟化氢气体的影响。据此，与氟化氢气体的存在无关，可以降低基准测量的误差，进而能够降低使用所述基准测量结果的光谱分析装置100的测量结果的误差。并且，由于可以不考虑基准修正构件6在基准光测量中的腐蚀，所以并不是必须更换基准修正构件6，从而可以解决伴随基准修正构件6更换而产生的各种现有问题。

此外，通过使测量单元5和基准修正构件6相对于聚光光学系统3和检测光学系统4进退移动，由于使聚光光学系统3和检测光学系统4共用化，所以与设置多个光路的情况相比，可以减小光源2的位置偏移或聚光透镜3的模糊所带来的影响。并且，仅设置一个聚光光学系统3即可，使将光源2发出的光引导至检测光学系统4的构造比较简单，可以实现低成本制造。

(其他变形实施方式)

另外，本发明并不限定于所述实施方式。

例如图5的(A)所示，基准修正构件6可以至少在光学玻璃61的光入射面61a和光射出面61b上由耐腐蚀性材料进行涂布。另外，图5的(A)表示了光学玻璃61的外表面整体涂布的情况。这样，能够减少基准修正构件的结构部件的部件个数，使组装作业简化。

此外，基准修正构件6还可以使用光学玻璃以外的光学元件，此外，如图5的(B)所示，可以通过隔着垫片64重叠由耐腐蚀性材料组成的多枚耐腐蚀性板材(例如蓝宝石板材)62，构成基准修正构件6。这样，可以通过调整重叠的蓝宝石板材的枚数以对应各种测量单元的焦点位置。

此外，所述实施方式中，为得到紫外区域的吸光度光谱使用蓝宝石作为耐腐蚀性材料，但用于紫外区域以外的用途时，除蓝宝石以外，还可以使用氟树脂。

并且，虽然所述实施方式中测量单元和基准修正构件一体设置，但是也可以使测量单元和基准修正构件由不同构件构成，并且通过移动机构选择性地使它们向测量位置或基准位置移动。

而且，除了氟化氢气体以外，还可以对例如氯气等腐蚀性气体具有耐腐蚀性。

此外，虽然所述实施方式中说明了采用吸光度测量法的光谱分析装置，但是也可以应用在其他的进行基准光测量的光学分析装置上。

此外，本发明并不限定于所述实施方式，可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变形。

Claims (3)

1.一种光学分析装置，其特征在于包括：

聚光光学系统，对光源发出的光进行聚光；

检测光学系统，设置在由所述聚光光学系统聚光后的光的光路上，对所述光进行检测；

测量单元，能在位于所述聚光光学系统和所述检测光学系统之间的光路上的测量位置、以及从所述测量位置退避开的退避位置之间移动；

基准修正构件，能在位于所述聚光光学系统和所述检测光学系统之间的光路上的基准位置、以及从所述基准位置退避开的退避位置之间移动，并且使在所述基准位置上通过的光的焦点位置与通过位于所述测量位置上的测量单元的光的焦点位置基本相同；以及

移动机构，用于移动所述测量单元和所述基准修正构件，选择性地使所述测量单元移动到所述测量位置或者使所述基准修正构件移动到所述基准位置，

至少所述基准修正构件的在所述基准位置上与光路相交的外表面部分，由对腐蚀性气体具有耐腐蚀性的耐腐蚀性材料形成，

所述基准修正构件包括：光学玻璃；所述耐腐蚀性材料构成的耐腐蚀性板材，与所述光学玻璃的光入射面和光射出面分别相对设置；以及密封构件，对所述光学玻璃和所述耐腐蚀性板材之间进行密封。

2.根据权利要求1所述的光学分析装置，其特征在于，通过至少对光学玻璃的光入射面和光射出面涂布所述耐腐蚀性材料，构成所述基准修正构件。

3.根据权利要求1所述的光学分析装置，其特征在于，通过隔着垫片重叠由所述耐腐蚀性材料组成的多枚耐腐蚀性板材，构成所述基准修正构件。