JP2001311662A - 分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的な切替え装置を用いることなく、不連
続な二つの領域を同時に分光することができる分光装置
を安価に提供すること。 【解決手段】 光源部１側からの光が入射する入射スリ
ット３３の後段に、コリメート鏡３２および分散型分光
素子３３を所定の状態で設けるとともに、前記分散型分
光素子３３と対向する側に、第１カメラ鏡３４および第
２カメラ鏡３５を並設し、さらに、これらのカメラ鏡３
４，３５と対向する側に、それぞれのカメラ鏡３４，３
５からの光が入射する第１光検出器３６および第２光検
出器３７を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば近紫外域
と近赤外域というように、不連続な二つの領域を同時に
分光することができる分光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば近紫外域と近赤外域という
ように、不連続な二つの領域を分光するには、それぞれ
の波長領域に最適な格子本数とブレーズ波長を有する２
種の分散型分光素子としての回折格子を用意し、これら
の回折格子を波長域ごとに使用するようにしていた。図
２は、このような分光装置の構成を概略的に示すもの
で、この図において、４１は入射スリット、４２は凹面
鏡からなるコリメート鏡、４３，４４は回転軸４５ａを
中心にして回転するターンテーブルなどの格子切替え機
構４５に保持された近紫外域用回折格子、近赤外域用回
折格子、４６は凹面鏡よりなるカメラ鏡、４７は近紫外
域用配列検出器、４８は近赤外域用配列検出器である。

【０００３】上記構成の分光装置によれば、格子切替え
機構４５を適宜回転させて、近紫外域用回折格子４３ま
たは近赤外域用回折格子４４を択一的にコリメート鏡４
２およびカメラ鏡４６に対向させることにより、紫外光
域または赤外光域を分光することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の分光装置においては、回折格子４３，４４の切替え
を機械的に行っているため、測定精度が悪いといった不
都合があるとともに、２波長領域を同時に測定すること
ができないといった不都合がある。また、格子切替え機
構４５により格子切替えを精度よくさせるには、高精度
な構成や制御が必要となり、それだけコストアップとな
り、装置全体が高価になるといった不都合がある。

【０００５】これに対して、二つの波長領域にそれぞれ
対応する分光器を用意すれば、２波長領域を同時に測定
することはできるが、この場合は分光器が２台必要とな
り、高価な回折格子も二つ必要となるなどそれだけコス
トアップになるとともに、装置全体が大型化し複雑化す
るといった課題がある。

【０００６】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、機械的な切替え装置を用いるこ
となく、不連続な二つの領域を同時に分光することがで
きる分光装置を安価に提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の分光装置は、光源部側からの光が入射す
る入射スリットの後段に、コリメート鏡および分散型分
光素子を所定の状態で設けるとともに、前記分散型分光
素子と対向する側に、第１カメラ鏡および第２カメラ鏡
を並設し、さらに、これらのカメラ鏡と対向する側に、
それぞれのカメラ鏡からの光が入射する第１光検出器お
よび第２光検出器を設けている。

【０００８】上記分光装置においては、従来とは異な
り、機械的切替え装置を用いないので分光精度が向上す
るとともに、高価な分散型分光素子は一つだけでよく、
したがって、装置全体が安価となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図１は、この発明の一つの実施
の形態を示し、特に、この発明の分光装置を分光部とし
て組み込んだ多成分水溶液分析装置の光学的構成を概略
的に示すものである。この図１において、１は光源部、
２は分析部である。

【００１０】前記光源部１は、次のように構成されてい
る。すなわち、１１は例えばハロゲンランプなどよりな
る連続スペクトル光源で、その光放射方向には二つの集
光レンズ１２，１３が並列的に設けられている。一方の
集光レンズ１２の後方には、シャッタ１４を介して液体
試料セル１５が設けられ、測定系光路１６として構成さ
れており、他方の集光レンズ１３の後方には、シャッタ
１７のみが設けられ、比較系光路１８として構成されて
いる。前記シャッタ１４，１７は一方が開いているとき
には、他方が閉じられるように制御される。そして、１
９，２０は測定系光路１６、比較系光路１８にそれぞれ
設けられる凹面鏡である。また、２１は凹面鏡１９，２
０からの光がそれぞれ入射される平面鏡２１ａ，２１ｂ
を上下に組み合わせてなるクロスミラーであり、２２は
中間域カットフィルタである。この中間域カットフィル
タ２２は、後述する分析部２の近紫外域用配列検出器３
６および近赤外域用配列検出器３７に対して有害不要な
波長域の光を除去する。

【００１１】前記分析部２は、次のように構成されてい
る。すなわち、３１は光源部１の中間域カットフィルタ
２２を経た光が入射する入射スリット、３２は凹面鏡よ
りなるコリメート鏡、３３は中心軸３３ａを中心として
回転する分散型分光素子としての平面回折格子である。
３４，３５は平面回折格子３３に対向する位置に互いに
並列的に設けられる第１カメラ鏡としての近紫外域用カ
メラ鏡、第２カメラ鏡としての近赤外域用カメラ鏡で、
いずれも凹面鏡よりなる。そして、３６，３７は近紫外
域用カメラ鏡３４および近赤外域用カメラ鏡３５にそれ
ぞれ対応するように設けられる第１光検出器としての近
紫外域用配列検出器、第２光検出器としての近赤外域用
配列検出器である。

【００１２】なお、上記多成分水溶液分析装置には、装
置全体を制御したり、近紫外域用配列検出器３６および
近赤外域用配列検出器３７からの出力に基づいて濃度計
算などを行う演算制御部としてのコンピュータ（図示し
ていない）が設けられている。

【００１３】上記構成の多成分水溶液分析装置を用い
て、例えば半導体プロセスにおけるウェーハ洗浄用の薬
液（アンモニア過酸化水素水溶液）におけるアンモニア
と過酸化水素の濃度を分析する場合について説明する。
なお、アンモニアは近赤外域に光吸収を持ち、過酸化水
素は近紫外域に光吸収を持っている。

【００１４】前記薬液を液体試料セル１５内に収容し、
これを測定系光路１６の所定の位置にセットする。ま
ず、シャッタ１４を開き、シャッタ１７を閉じた状態
で、光源１１をオンさせる。この光源１１を発した白色
光は、液体試料セル１５を透過して凹面鏡１９に測定光
Ｓとして入射する。この凹面鏡１９で反射した測定光Ｓ
は、クロスミラー２１の下半分の反射鏡２１ａにおいて
反射し、中間域カットフィルタ２２を経て、分光部２の
入射スリット３１上に結像する。

【００１５】そして、前記入射スリット３１上に結像し
た測定光Ｓは、コリメート鏡３２で平行光束となり、平
面回折格子３３にある角度αで入射し、波長λと回折次
数ｍに応じた回折角βで回折され、近紫外域用カメラ鏡
３４および近赤外域用カメラ鏡３５に向かう。このと
き、近紫外域の光（近紫外域光）は、その二次回折光が
近紫外域用カメラ鏡３４に入射し、近赤外域の光（近赤
外域光）は、一次回折光が近赤外域用カメラ鏡３５に入
射する。

【００１６】前記関係は、下記格子方程式に従う。 ｍλ＝ａ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ） ……（１） 但し、ｍは回折次数で、０，±１，±２，……であり、
λは波長であり、さらに、ａは格子定数であり、 ａ＝１０００／Ｎ ……（２） である。また、λとａの単位はμｍであり、Ｎの単位は
本／ｍｍである。したがって、必要な波長域と入射角
α、格子定数ａを選ぶことにより、最適条件が得られ
る。

【００１７】そして、前記近紫外域用カメラ鏡３４およ
び近赤外域用カメラ鏡３５でそれぞれ反射された光は、
近紫外域用配列検出器３６および近赤外域用配列検出器
３７において結像し、これにより、各配列検出器３６，
３７から測定光Ｓに基づく近紫外域および近赤外域の試
料スペクトルＩ_NUV （λ），Ｉ_NIR （λ）がそれぞれ得
られ、これらの試料スペクトルＩ_NUV （λ），Ｉ
_NIR （λ）はコンピュータに入力される。ここで、試料
スペクトルＩ_NUV （λ），Ｉ_NIR （λ）は、それぞれ前
記薬液中の過酸化水素、アンモニアの光吸収に基づくも
のである。

【００１８】次に、シャッタ１７を開き、シャッタ１４
を閉じた状態で、光源１１をオンさせる。この光源１１
を発した白色光は、空気中を通って凹面鏡２０に参照光
Ｒとして入射する。この凹面鏡２０で反射した参照光Ｒ
は、クロスミラー２１の上半分の反射鏡２１ｂにおいて
反射し、中間域カットフィルタ２２を経て入射スリット
３１上に結像する。

【００１９】そして、前記入射スリット３１上に結像し
た参照光Ｒは、前記測定光Ｓと同様に、コリメート鏡３
２で平行光束となり、平面回折格子３３にある角度αで
入射し、波長λと回折次数ｍに応じた回折角βで回折さ
れ、近紫外域用カメラ鏡３４および近赤外域用カメラ鏡
３５に向かう。このとき、近紫外域光は、その二次回折
光が近紫外域用カメラ鏡３４に入射し、近赤外域光は、
一次回折光が近赤外域用カメラ鏡３７に入射する。この
ときも、上記式（１），（２）に従う。

【００２０】そして、前記近紫外域用カメラ鏡３４およ
び近赤外域用カメラ鏡３５でそれぞれ反射された光は、
近紫外域用配列検出器３６および近赤外域用配列検出器
３７において結像し、これにより、各配列検出器３６，
３７から参照光Ｒに基づく近紫外域および近赤外域の参
照スペクトルＩ_0NUV（λ），Ｉ_0NIR（λ）がそれぞれ得
られ、これらの参照スペクトルＩ_0NUV（λ），Ｉ
_0NIR（λ）はコンピュータに入力される。

【００２１】そして、コンピュータにおいては、前記近
紫外域および近赤外域の試料スペクトルＩ_NUV （λ），
Ｉ_NIR （λ）と参照スペクトルＩ_0NUV（λ），Ｉ
_0NIR（λ）を用いて、下記の式（３），（４）によっ
て、近紫外域および近赤外域の吸光度スペクトルＡ_NUV
（λ），Ｂ_NIR （λ）が求められる。すなわち、 Ａ_NUV （λ）＝ｌｏｇ₁₀〔Ｉ_0NUV（λ）／Ｉ_NUV （λ）〕 ……（３） Ｂ_NIR （λ）＝ｌｏｇ₁₀〔Ｉ_0NIR（λ）／Ｉ_NIR （λ）〕 ……（４）

【００２２】そして、前記吸光度スペクトルＡ
_NUV （λ），Ｂ_NIR （λ）を適宜のデータ処理手法によ
って処理することにより、過酸化水素の濃度およびアン
モニアの濃度を得ることができる。

【００２３】上述したように、上記実施の形態における
分光部２においては、短波長側（近紫外域側）の分光
は、平面回折格子３３による２次スペクトルを利用し、
長波長光である近赤外域光の分光は、平面回折格子３３
による１次スペクトルを利用し、そのブレーズ波長を短
波長域中心付近の２倍に選ぶことにより、比較的高効率
で異なる二波長域の分光を同時に行うことができる。

【００２４】そして、例えば近紫外域３００〜４００ｎ
ｍ間と近赤外域１．２〜１．６μｍとを同時に分光する
場合、平面回折格子３３として溝本数３００本、ブレー
ズ波長６５０ｎｍのものを用いるとともに、近紫外域用
配列検出器３６としてＳｉを用いたダイオードアレイ検
出器を用い、近赤外域用配列検出器３７としてＩｎＧａ
Ａｓを用いたダイオードアレイ検出器を用いれば、近紫
外域と近赤外域とを同時に最適に分光することができ
る。

【００２５】そして、上述のように、この発明の分光装
置によれば、多成分水溶液の濃度測定に際して、溶解物
質の吸光度変化の大きい波長領域が、近紫外域と近赤外
域というように離れた二つの波長域においても、単一の
平面回折格子３３を用いるだけで、同時分光を行うこと
ができる。その結果、従来においては平面回折格子が二
つ必要であったが、これが一つでよいとともに、精密に
動作する格子切替え機構などが不要になり、省資源的で
あるとともに、低コスト化および高信頼化が促進され
る。

【００２６】なお、上述の実施の形態においては、二つ
の離れた波長域として、近紫外域と近赤外域を例に挙げ
ているが、この発明はこれに限られるものではなく、例
えば近紫外域と可視光域、可視光域と近赤外域、あるい
は、遠紫外域と可視光域など種々の組み合わせに適用で
きることはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、不連続な二つの領域を同時に分光することができ、
しかも、信頼性と光利用率に優れた分光装置を得ること
ができる。そして、この発明の分光装置は、機械的機構
が少なく、小型コンパクトとなり、極めて実用的である
といった優れた実用的効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の分光装置を分光部として組み込んだ
多成分水溶液分析装置の光学的構成を概略的に示す図で
ある。

【図２】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１…光源部、３１…入射スリット、３２…コリメート、
３３…分散型分光素子、３４…第１カメラ鏡、３５…第
２カメラ鏡、３６…第１光検出器、３７…第２光検出
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G020 AA03 AA05 BA02 CA02 CB26 CB42 CB43 CC04 CC28 CC42 CC48 CC63 CD06 CD13 CD24 2G059 AA01 BB04 CC01 CC02 EE01 EE12 HH01 HH03 JJ02 JJ05 JJ11 JJ14 JJ22 JJ23 KK04 LL04 MM01 MM09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源部側からの光が入射する入射スリッ
   トの後段に、コリメート鏡および分散型分光素子を所定
   の状態で設けるとともに、前記分散型分光素子と対向す
   る側に、第１カメラ鏡および第２カメラ鏡を並設し、さ
   らに、これらのカメラ鏡と対向する側に、それぞれのカ
   メラ鏡からの光が入射する第１光検出器および第２光検
   出器を設けたことを特徴とする分光装置。
2. 【請求項２】 分散型分光素子の１次スペクトルを長波
   長側とし、分散型分光素子の２次スペクトルを短波長側
   としてなる請求項１に記載の不連続な分光装置。