CN107036981A - 吸收光谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸收光谱仪(1)，为了减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动，从构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的至少一个面相对于在光路上行进的光的光轴倾斜。

Description

吸收光谱仪
技术领域
本发明涉及一种吸收光谱仪。
背景技术
众所周知的是，在半导体制造工序中，由于在各工序中使用的药液的浓度对半导体器件的质量会造成影响，因此随时通过吸收光谱仪监视药液的浓度变化的情况，并管理药液浓度使其保持为恒定。
另外，例如，如专利文献1所示的吸收光谱仪那样，作为以往的吸收光谱仪，其包括：光源；光检测器，检测从光源照射的光；试样池及参比池，能够在测定位置和退避位置之间交替切换配置，所述测定位置位于通过光源和光检测器之间的光的光路上，所述退避位置是从所述测定位置退避了的位置，在将参比池配置于测定位置的状态下，由光检测器检测透过收容在参比池中的减光元件的光(参比检测)，此外，在将试样池配置于测定位置的状态下，由光检测器检测透过收容在试样池中的试样(药液)的光(试样检测)，根据在两个检测中检测到的光的光量数据，测定试样中包含的各成分的浓度。
然而，对于半导体器件来说，微小化直接关系到性能的提高，因此近年来，为了实现进一步的微小化，存在将半导体制造工序中使用的各种药液稀释化的倾向，但是如果降低药液浓度，则与药液浓度高的情况相比，药液的浓度的变动会更显著地影响半导体器件的质量，因此要求进一步提高吸收光谱仪的精度，使得即使是稀薄的药液也能够正确地测定浓度。
因此，为了满足所述要求，本发明人详细研究了以往的吸收光谱仪之后发现了：对于截止目前认为由从光源照射的光的光量变动成为主要原因而引起产生的参比光量的变动，存在其它的因素产生很大影响的可能性。
下面详细进行叙述。
在以往的吸收光谱仪中，当使参比池在测定位置和退避位置之间移动时，采用了沿着在两位置之间架设的引导件来使参比池滑动的移动机构。
因此，使用以往的吸收光谱仪进行如下实验：每10分钟使参比池在测定位置和退避位置之间往复移动，并将参比池再次配置于测定位置，检测其吸光度，如图3的实验结果所示，确认到每次参比测定，吸光度都发生较大变动。本发明的发明人首先知道了该变动的主要原因是参比光的测定强度发生了较大变动。另外，在该实验中，从光源照射的光通过准直光学系统成为平行光之后通过参比池。此外，图3的归一化吸光度以使距离以往产品的吸光度的平均值的最大的偏差值成为1的方式进行了归一化。对于本实施方式的吸光度，以同样基准进行了归一化之后，为了便于对图进行观察而加上了2。
目前尚不清楚此种每当参比池发生移动时参比光的测定强度发生摇晃的具体机制。
但是，本发明人认为：在代替以往的参比池中使用的吸收型减光元件而使用经时性变化小的反射型减光元件的情况下，每当参比测定时检测的光的光量变动表现得更显著，因此每当由于移动而再配置时，由于所述减光元件的姿态稍稍偏离，所以产生参比光的光量变动。具体来说，本发明人认为，在减光元件的入射面和射出面产生的反射光所导致产生的多重反射的影响发生变化，作为结果，本来应该成为恒定的、每次参比测定时检测到的光的光量，每当将参比池定位于测定位置时都发生变动，这是光量变动的一个原因。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2014－126529号
发明内容
因此，本发明的主要目的在于在吸收光谱仪中减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
即，本发明提供一种吸收光谱仪，其包括：光源；光检测器，检测从光源照射的光；试样池，在试样测定位置和试样退避位置之间移动并选择性地配置在任一位置，所述试样测定位置位于通过所述光源和所述光检测器之间的光的光路上，所述试样退避位置是从所述试样测定位置退避了的位置；参比池，在参比测定位置和参比退避位置之间移动并选择性地配置在任一位置，所述参比测定位置位于通过所述光源和所述光检测器之间的光的光路上，所述参比退避位置是从所述参比测定位置退避了的位置，所述参比池收容至少一个透光部件，在所述参比池配置于所述参比测定位置的状态下所述透光部件使在所述光路上行进的光从入射面向射出面透过，从构成所述参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的至少一个面相对于在所述光路上行进的光的光轴倾斜。此外，所述参比池能够沿架设于所述参比测定位置和所述参比退避位置之间的引导件滑动。
在此，作为收容于参比池的透光部件，考虑采用根据在试样测定中检测到的光的光量来降低通过光源和光检测器之间的光的光量的减光部件、和用于将所述减光部件从药液气氛保护起来的耐腐蚀部件等。此外，作为将减光部件及耐腐蚀部件收容于参比池的方式，考虑采用在参比池中单独收容减光部件的方式，或在参比池中收容减光部件及一对耐腐蚀部件并且在减光部件的入射面侧配置一个耐腐蚀部件且在减光部件的射出面侧配置另一个耐腐蚀部件的方式。此外，减光部件有吸收型及反射型，任意一种都可以。此外，作为减光部件的具体例子，有光学玻璃(反射型)，作为耐腐蚀部件的具体例子，有蓝宝石，但是并不限定于此。
此外，考虑使从光源照射的光通过准直光学系统而变为平行光之后通过参比池。此外，还考虑使从光源照射光通过聚光光学系统变为非平行的集束光之后通过参比池。
此外，参比池可以与试样池成为一体，也可以成为与试样池分开。如果参比池和试样池成为一体，则仅需要设置一个移动机构，因此能够降低部件数并且降低成本。
此外，从构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的至少一个面相对于在光路上行进的光的光轴倾斜的含义可以换句话表示为，从构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的至少一个面从相对于在光路上行进的光的光轴垂直定位的状态向顺时针或逆时针的任一方向旋转并倾斜，在参比测定时总是维持所述面相对于光轴向同一方向旋转并倾斜的状态。
如果是这种结构，则每当参比池配置于参比测定位置时，即使参比池收容的透光部件发生姿态偏离，在构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面中相对于在光路上行进的光的光轴倾斜的面上产生的反射光向与该光轴交叉的方向前进，能够降低该反射光导致产生的多重反射的影响，能够抑制每次参比测定时检测到的光的光量的变动，由此即使是稀薄的药液也能够正确地测定该药液中包含的各成分的浓度。
此外，优选的是，从构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的至少一对面处于平行状态，并且所述一对面中的任一面都相对于在光路上行进的光的光轴倾斜。此外，优选的是，构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面处于平行状态。
此外，优选的是，从构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的至少一对面处于非平行状态，并且所述一对面的任一面或两个面相对于在光路上行进的光的光轴倾斜。此外，优选的是，构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面处于非平行状态。
如果是这样的结构，则每当参比池配置于参比测定位置时，即使参比池收容的透光部件发生姿态偏离，构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面之中相对于在光路上行进的光的光轴倾斜的面增加，伴随于此，能够减小在各面产生的反射光导致发生的多重反射的影响，因此能够更好地抑制每次参比测定时检测到的光的光量的变动。此外，所述非平行还包括由于设计精度的关系而偶然产生的非平行的情况，例如当以与减光部件的入射面或射出面对置的方式通过填料(packing)设置耐腐蚀部件时，由于将耐腐蚀部件向减光部件侧按压的力不均匀而产生的非平行。
按照如此构成的本发明，能够减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
附图说明
图1是概念性表示本发明的一个实施方式的吸收光谱仪结构的整体概念图。
图2是同实施方式的收容在参比池中的透光部件的示意图。
图3是利用同实施方式的结构及以往结构进行比较实验的结果的图。
图4是表示本发明的另外的实施方式的收容在参比池中的透光部件的示意图。
图5是表示本发明的另外的实施方式的引导件的例子的示意图。
附图标记说明
100 吸收光谱仪
2 光源
4 光检测器
5 试样池
6 参比池
61 减光部件(透光部件)
62、63 耐腐蚀部件(透光部件)
61a、62a、63a 入射面
61b、62b、63b 射出面
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的吸收光谱仪进行说明。
本实施方式的吸收光谱仪100例如设在半导体制造装置中用于供给氟酸等药液的药液配管之间，利用分光分析法测定该氟酸等药液(试样)的浓度。另外，使用由吸收光谱仪测定到的浓度来管理半导体制造装置中使用的药液浓度。
如图1所示，吸收光谱仪100包括：光源2；准直光学系统3，使从光源2照射的光成为平行光；光检测器4，对通过准直光学系统3变为了平行光的光进行检测；试样池5，能够选择性地定位于试样测定位置和退避位置中的任一位置，所述试样测定位置位于通过光源2(准直光学系统3)及光检测器4之间的光的光路上，所述退避位置是从所述试样测定位置退避了的位置；以及参比池6，能够选择性地定位于参比测定位置和退避位置中的任一位置，所述参比测定位置位于通过光源2及光检测器4之间的光的光路上，所述退避位置是从所述参比测定位置退避了的位置。
光源2例如为由卤素灯等构成的连续光谱光源。
准直光学系统3通过设置在光源的照射方向上的至少一个透镜使从光源照射的光成为平行光。本实施方式的准直光学系统3是将四个平凸透镜31、32、33、34组合构成的。
光检测器4将通过准直光学系统3成为平行光后的光分光为各波长光，并按各波长成分进行检测。此外，光检测器4包括：聚光透镜41，对透过试样池5或参比池6后的光进行聚光；入射狭缝42，设置于由聚光透镜41聚光后的光的焦点位置附近；准直镜43，使入射到入射狭缝42的光再次成为平行光；衍射光栅44，将从准直镜43接收到的平行光按波长进行分光；拍照镜45，对由衍射光栅44分光后的各波长的光进行聚光；以及多通道检测器46，对由拍照镜45聚光后的各波长的光进行检测。另外，根据由多通道检测器46得到的光强度信号，计算药液中含有的各成分的浓度。作为多通道检测器46是检测近红外区域的光的检测器，此外也可是其它的检测可见区域或紫外区域的光的检测器。
试样池5是设置在由与半导体制造装置的药液槽连接的药液配管形成的循环路径上的流量池型的试样池。此外，试样池5利用后述的移动机构，能够选择性地移动到试样测定位置和试样退避位置，所述试样测定位置位于通过光源2及光检测部4之间的平行光的光路上，所述试样退避位置是从所述试样测定位置退避了的位置。
参比池6用于根据试样池测定时由光检测器4得到的光强度信号，使参比池测定时由光检测器得到的光强度信号变小。此外，参比池6利用后述的移动机构能够选择性地移动到参比测定位置和退避位置，所述参比测定位置位于通过光源2及光检测部4之间的平行光的光路上，所述退避位置是从所述参比测定位置退避了的位置。
本实施方式的参比池6收容有三个透光部件61、62、63。在三个透光部件61、62、63之中，一个是使通过光源2及光检测器4之间的光(透过参比池6的光)的光量减少的减光部件61，另外两个是将减光部件61从药液气氛保护起来的耐腐蚀部件62、63。此外，如图2所示，三个透光部件61、62、63都成为具有从光源2侧向光检测器4侧行进的光入射的入射面61a、62a、63a以及该光射出的射出面61b、62b、63b且入射面61a、62a、63a及射出面61b、62b、63b被平行定位的板状。另外，三个透光部件61、62、63以如下状态收容于参比池6，即：在减光部件61的入射面61a侧空开间隔地配置有一方的耐腐蚀部件62，并且在减光部件61的反射面61b侧空开间隔地配置有另一方的耐腐蚀部件63，全部的透光部件61、62、63相对于通过光源2及光检测器4之间的光的光轴以相同角度倾斜。由此，构成参比池6的三个透光部件61、62、63的入射面61a、62a、63a及射出面61b、62b、63b成为全部相对于通过光源2及光检测器4之间的光的光轴以相同角度倾斜的状态。
移动机构能够使试样池5及参比池6移动从而使试样池5及参比池6选择性地配置在测定位置(试样池5为试样测定位置，参比池6为参比测定位置)或退避位置(试样池5为试样退避位置，参比池6为参比退避位置)。本实施方式的试样池5及参比池6相对于通过光源2及光检测器4之间的光的光路并列地成为一体，移动机构是使试样池5及参比池6沿与所述光路垂直的方向一体地进退移动的构造。由此，成为当一方的池定位于测定位置时另一方的池定位在退避位置的状态。另外，作为移动机构虽未图示，但是例如可以使用如下的移动机构，该移动机构具有：驱动马达、将通过驱动马达得到的旋转运动转变为直线行进运动的齿轮齿条机构、通过利用齿轮齿条机构得到的直线行进运动使试样池5及参比池6沿引导件滑动的构造。
在本实施方式中，由于构成参比池6的全部透光部件61、62、63的入射面61a、62a、63a及射出面61b、62b、63b相对于通过光源2及光检测器4之间的光的光轴以相同角度倾斜，因此如图2所示，当参比测定时从光源2侧向光检测器4侧行进的光入射到各透光部件61、62、63的入射面61a、62a、63a及射出面61b、62b、63b之时，在各面61a、62a、63a，61b、62b、63b产生的反射光反射成全部向与光轴交叉的方向行进。由此，能够抑制由各面61a、62a、63a，61b、62b、63b产生的反射光导致产生的多重反射的影响，从而能够减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
在此，图3表示实验结果。如上所述，该实验结果表示对由以往的吸收光谱仪与本实施方式的吸收光谱仪100得到的参比光的测定光量的变动进行比较的结果，其中以往的吸收光谱仪在设计上未使参比池倾斜(实际上有可能由于工作精度等原因稍微倾斜，但在此所指的倾斜并不包括这种意外的倾斜)。根据该实验结果可知，本实施方式的吸收光谱仪与以往的吸收光谱仪相比，显著减小了每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
＜其它变形实施方式＞
此外，本发明并不限于所述实施方式。
例如，如图4的(a)所示，也可以采用下述方式：对于收容在参比池6中的透光部件，在所述实施方式的三个透光部件61、62、63中，在使减光部件61的入射面61a和射出面61b相对于通过参比池6的光的光轴不倾斜的状态下收容减光部件61，并且在使耐腐蚀部件62、63的入射面62a、63a和射出面62b、63b相对于所述光轴以相同角度倾斜的状态下收容耐腐蚀部件62、63。在该情况下，在耐腐蚀部件62、63的入射面62a、63a及射出面62b、63b产生的反射光反射成全部向与所述光轴交叉的方向行进，此外，在减光部件61的入射面61a产生的反射光被耐腐蚀部件62的射出面62b反射成向与所述光轴交叉的方向行进，所述耐腐蚀部件62的射出面62b在光源2侧与减光部件61的入射面61a相邻对置，由此，能够抑制多重反射的影响，从而能够减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
此外，如图4的(b)所示，也可以采用下述方式：在所述实施方式的三个透光部件61、62、63中，在使减光部件61的入射面61a和射出面61b相对于通过参比池6的光的光轴倾斜的状态下收容减光部件61，并且在使耐腐蚀部件62、63的入射面62a、63a及射出面62b、63b相对于所述光轴不倾斜的状态下收容耐腐蚀部件62、63。在该情况下，在减光部件61的入射面61a及射出面61b产生的反射光反射成全部向与所述光轴交叉的方向行进，此外，在耐腐蚀部件63的入射面63a产生的反射光被减光部件61的射出面61b反射成向与所述光轴交叉的方向行进，所述减光部件61的射出面61b在光源2侧与耐腐蚀部件63的入射面63a相邻对置，由此，能够抑制多重反射的影响，从而能够减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
此外，如图4的(c)所示，也可以采用下述的方式：在所述实施方式的三个透光部件61、62、63中，将耐腐蚀部件62变更为入射面62a及射出面62b以成为非平行的方式形成的板状部件，在使所述耐腐蚀部件62的入射面62a相对于通过参比池6的光的光轴不倾斜且使射出面62b相对于所述光轴倾斜的状态下收容耐腐蚀部件62，在使减光部件61及耐腐蚀部件63的入射面61a、63a及射出面61b、63b相对于所述光轴不倾斜的状态下收容减光部件61及耐腐蚀部件63。在该情况下，在耐腐蚀部件62的射出面62b产生的反射光反射成向与所述光轴交叉的方向行进，此外，在减光部件61的入射面61a产生的反射光被耐腐蚀部件62的射出面62b反射成向与所述光轴交叉的方向行进，所述耐腐蚀部件62的射出面62b在光源2侧与减光部件61的入射面61a相邻对置，由此，能够抑制多重反射的影响，从而能够减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
此外，如图4的(d)所示，也可以采用下述方式：将所述实施方式的三个透光部件61、62、63均变更为入射面62a及射出面62b被非平行地定位的板状部件，在仅使耐腐蚀部件62的入射面62a相对于通过参比池6的光的光轴不倾斜且使耐腐蚀部件62的入射面62a以外的各面61a、63a、61b、62b、63b均相对于所述光轴以不同的角度倾斜的状态下收容三个透光部件61、62、63。由此，全部的面61a、62a、63a、61b、62b、63b成为相对于光轴以不同角度交叉的状态。在该情况下，在耐腐蚀部件62的入射面62a以外的各面61a、63a、61b、62b、63b产生的反射光反射成全部向与所述光轴交叉的方向行进，由此，能够抑制多重反射的影响，从而能够减小每次参比测定时检测到的光的光量的变动。
根据所述变形例可知，只要从构成参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的相邻面中的任一面相对于通过参比池的光的光轴倾斜，就能够减小在所述相邻的面中至少定位于光检测器侧的面产生的反射光所导致产生的多重反射的影响。
此外，作为引导件，例如可以是如图5的(a)所示的，使设置于参比池6的突起部64沿设置于吸收光谱仪100的主体7的轨道槽71滑动的方式，或者可以是如图5的(b)所示的，使设置于参比池6及试样池5的轨道槽65沿设置于吸收光谱仪100的主体7的突起部72滑动的方式。除此以外，也可以利用旋转机构在退避位置与测定位置之间旋转移动。
也可以固定参比池6及试样池5并使光源侧移动，即使通过该结构也能够实现同样的效果。
可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。

Claims (6)

1.一种吸收光谱仪，其特征在于，
所述吸收光谱仪包括：
光源；
光检测器，检测从光源照射的光；
试样池，能够选择性地配置在试样测定位置和试样退避位置中的任一位置，所述试样测定位置位于通过所述光源和所述光检测器之间的光的光路上，所述试样退避位置是从所述试样测定位置退避了的位置；
参比池，能够选择性地配置在参比测定位置和参比退避位置中的任一位置，所述参比测定位置位于通过所述光源和所述光检测器之间的光的光路上，所述参比退避位置是从所述参比测定位置退避了的位置，所述参比池收容至少一个透光部件，在所述参比池配置于所述参比测定位置的状态下所述透光部件使在所述光路上行进的光从入射面向射出面透过，
从构成所述参比池的所述透光部件的入射面和射出面中选择的至少一个面相对于在所述光路上行进的光的光轴倾斜。
2.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，所述参比池能够沿架设于所述参比测定位置和所述参比退避位置之间的引导件滑动。
3.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，从构成所述参比池的全部透光部件的入射面和射出面中选择的至少一对面处于平行状态，并且所述一对面中的任一面都相对于在光路上行进的光的光轴倾斜。
4.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，构成所述参比池的全部透光部件的入射面和射出面处于平行状态。
5.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，从构成所述参比池的透光部件的入射面和射出面中选择的至少一对面处于非平行状态，并且所述一对面中的任一面或两个面相对于在光路上行进的光的光轴倾斜。
6.根据权利要求1所述的吸收光谱仪，其特征在于，构成所述参比池的全部透光部件的入射面和射出面处于非平行状态。
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