JP2002277392A - 微量イソプロピルアルコール測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微量ＩＰＡを含む水溶液のＩＰＡ濃度を精度
よく測定できるようにする。 【解決手段】 光束６ａの光はダイクロイックミラー１
０で反射されて２００ｎｍより短波長域の光のみがセル
２中の試料水に導かれる。その光のうち１９０ｎｍより
短波長側の光が試料水の水により吸収されて、１９０〜
２００ｎｍの波長領域の光のみが全反射ミラー１４ａ，
１４ｂで反射されて再びセル２中の試料水を透過し、レ
ンズ１６で検出器１８に集光されて検出される。このと
き、試料水中のＩＰＡによる光吸収が起こる。光束６ｂ
が反射ミラー１２で反射された光によるＩＰＡの吸収の
影響をほとんど受けない光源強度を表わす参照光を測定
し、それらの差（差吸光度）をもとに試料水中のＩＰＡ
濃度が定量する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水に溶解した微量の
イソプロピルアルコール（以下、ＩＰＡと称す）を測定
する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、シリコ
ンウエハを洗浄する洗浄水として純水にごく僅かなＩＰ
Ａを添加した水が使用されている。その洗浄水中のＩＰ
Ａ濃度は一般的に数百ｐｐｍ〜数十ｐｐｍである。

【０００３】このごく微量のＩＰＡを含んだ水溶液中の
ＩＰＡを定量測定しようとした場合、一般に分光測定に
用いられている干渉フィルター方式の分光光度計や回折
格子を分光素子に用いた分光光度計では精度良く測定す
ることができない。これは次の理由による。

【０００４】ＩＰＡは図３に示されるように２５０ｎｍ
より短波長側に大きな紫外線吸収帯をもっており、この
ＩＰＡが微量に水に溶解した状態では図４に示すように
その吸収スペクトルは２００〜１９０ｎｍを境に大きな
傾斜を持つ。図３及び図４で横軸は波長（ｎｍ）、縦軸
は空気に対する吸光度である。本発明の用途のように数
十ＰＰＭ程度の微量のＩＰＡ濃度を精度よく測定しよう
とする場合、測定の感度を十分に得るためには大きな吸
収特性を持つ波長を選択するべきであるが、吸収が大き
すぎると逆に検出器の感度に対して十分な光量が得られ
ず、結果的に測定の感度が損なわれることになる。従っ
て、例えばゼロ〜百ＰＰＭ程度のＩＰＡ濃度を精度良く
測定するためには、数百ＰＰＭで透過光量が数％になる
ような１９０ｎｍ以下の短波長光が入射するとＳ／Ｎ
（信号対ノイズ比）が低下して測定に悪影響を与える。
また、数ＰＰＭのＩＰＡ濃度に対して光量変化のない２
００ｎｍ以上の光も測定には余計な光であり、入射する
とその分測定の感度を低下させることになる。つまりこ
のような濃度のＩＰＡ濃度を測定するにはＩＰＡの吸収
スペクトルのちょうど立ち上がり傾斜部分（この場合１
９０〜２００ｎｍ）を選択的に分光した測定光を用いる
必要がある。

【０００５】特定の波長を選択的に分光する一般的な手
段として干渉フィルターがあるが、紫外領域ではその透
過率が著しく低下する。例えば図５は１９５ｎｍに透過
率のピークを持つように設計された干渉フィルターであ
るが、その透過率は最大で７％余りに過ぎず、ピーク波
長の透過率が低いので透過スペクトル特性として非常に
なまったものとなっている。従って１９０〜２００ｎｍ
という狭帯域の波長範囲のみを取り出すと言う点でその
選別性が乏しく、しかも透過率が低いことから十分な信
号検出感度が得られない。干渉フィルターの透過率が短
波長側で低くなる原因は、干渉フィルターに使用されて
いる金属蒸着膜が紫外域に吸収を持つためであり、原理
的に防ぎようのないことである。従って１９０〜２００
ｎｍという狭帯域の波長範囲を選択的に分光する手段と
して干渉フィルターは利用できない。

【０００６】高い波長分解能を有する紫外域の分光測定
器として回折格子を備えた分光光度計を使用するという
手段もあるが、回折格子による分光はその条件として微
小のスリットを経由した微弱な光を回折格子によってさ
らに細かく分光するので、波長分離精度は非常に高い
が、検出素子に到達する光の透過率という概念で言うな
らば前記の紫外干渉フィルターよりさらに微弱な検出光
量となり、やはり測定安定性が得られない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はごく微量のＩ
ＰＡを含有する試料水中に、その特性吸収のうち例えば
１９０ｎｍ〜２００ｎｍという狭帯域の波長の光のみ限
定して試料水に透過させることにより、ＩＰＡの濃度を
精度良く測定できる装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の微量ＩＰＡ測定
装置は、試料水を収容又は流通させるセルを備えた試料
室と、紫外線光源を有し紫外線領域の波長を含む光を前
記セル中の試料水に照射する照射光学系と、紫外線検出
器を有し、前記セルの透過光を前記紫外線検出器で受光
する受光光学系と、前記照射光学系と受光光学系の少な
くとも一方に設けられ、入射光を波長１８０〜２２０ｎ
ｍ付近で反射光と透過光に分離する波長特性をもち、反
射光と透過光のうち波長２００ｎｍを含む光を測定光と
して選択するように配置され、測定用光路を形成するミ
ラーとを備えている。

【０００９】ＩＰＡはセル中の試料水にごく微量含有さ
れており、試料の主成分は水である。ここで水の吸収ス
ペクトルは、図６に示されるように２００ｎｍ以下の短
波長側に大きな吸収をもっている。そのため、例えば４
００ｍｍ以上のセル長では１９０ｎｍ以下の紫外線は試
料水を透過しない。つまりこの場合、試料中のＩＰＡの
含有量と水の量とでは圧倒的に水の方が多いので、測定
光路で前記ミラーにより選択された２００ｎｍ以下の波
長の光を選択すると、１９０ｎｍ以下の短波長の光が主
成分の水によってほぼ完全に吸収されるため、ＩＰＡに
よる光吸収を情報として含む１９０〜２００ｎｍの波長
領域の光だけを紫外線検出器に選択的に入射させて検出
することが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】前記ミラーは２１０ｎｍ付近で光
を反射光と透過光に分離するダイクロイックミラー又は
２１０ｎｍから短波長側の領域を反射または透過するバ
ンドカットミラーもしくはバンドパスフィルターである
ことが好ましい。

【００１１】ダイクロイックミラーとは例えば合成石英
基板に金属薄膜を蒸着するなどして特定の波長以下の光
を反射させ、それ以上の光を透過させるという波長特性
を持ったミラーのことで、現在では仕様として波長特性
を指定することにより所望の特性を有するミラーを作成
することは容易である。

【００１２】ダイクロイックミラーを照射光学系に使用
した場合について説明する。図７は２００〜２１０ｎｍ
にかけて入射光を反射光と透過光に分離するダイクロイ
ックミラーの波長特性を示したものである。このダイク
ロイックミラーは２００〜２１０ｎｍ付近の波長を境に
して、それよりも長波長側の光を透過させ、それよりも
短波長側の光を反射させる特性を持っている。このダイ
クロイックミラーで反射された２００ｎｍより短波長の
光がセル中の試料水に照射されると、１９０ｎｍ以下の
短波長の光が水により吸収されるため、１９０〜２００
ｎｍの波長領域の光だけがセル中の試料水を透過して紫
外線検出器に入射して検出される。

【００１３】ダイクロイックミラーに替えてバンドカッ
トミラーを用いることもできる。たとえば、図８は１８
０〜２００ｎｍの波長領域の光を反射させ、それ以外の
波長領域の光を透過させるように設計されたバンドカッ
トミラーの波長特性を示したものである。図９はその反
射領域付近の横軸（波長）を拡大して示したものであ
る。

【００１４】バンドカットミラーとは誘電体多層膜の多
重反射を利用して特定の波長帯のみを選択的に反射させ
るミラーであるが、設計上そのカット波長は急峻にはで
きず、また反射帯の半値幅もせいぜい３０ｎｍくらいで
このミラーだけで１９０〜２００ｎｍの狭帯域の測定光
を得ることはできない。しかしこのバンドカットミラー
を上記測定光路に配置すると、やはり１９０ｎｍ以下の
短波長の光が水により吸収されるため、１９０〜２００
ｎｍの狭帯域の測定光だけがセル中の試料水を透過して
紫外線検出器に入射して検出される。

【００１５】また同じ原理で２００〜２１０ｎｍを境に
それより短波長側を透過させるミラーをフィルターとし
て用い、その場合その透過光を測定光に利用して同様に
狭帯域の波長の光を得る事が可能であるが、先の干渉フ
ィルターでもそうであったように、今のところ都合良く
２００ｎｍ以下の波長だけを透過するようなミラーが存
在しない。

【００１６】波長を選択するためのダイクロイックミラ
ー又はバンドカットミラーは、照射光学系と受光光学系
のいずれに設けてもよく、又は両方に設けてもよい。ダ
イクロイックミラー及びバンドカットミラーは、反射波
長領域と透過波長領域の境界が急峻ではなく、波長選択
性が優れているとは言えないが、これらのミラーを測定
光路に複数枚配置することにより波長選択性を高めるこ
とができる。干渉フィルターでは波長領域１９０〜２０
０ｎｍにおける光の透過率は１０％程度であったもの
が、本発明によりダイクロイックミラー又はバンドカッ
トミラーを使用することにより９０％以上の透過率を得
ることができる。

【００１７】光源強度の変動を補正するためには、照射
光学系及び受光光学系はダイクロイックミラー又はバン
ドカットミラーを経ないで紫外線光源からの光によるセ
ルの透過光を検出するための参照用光路も備えており、
照射光学系又は受光光学系には測定用光路と参照用光路
の一方を通過させ他方を遮光するように光路を切り替え
て選択する切替え機構を備えていることが好ましい。そ
の場合、試料水中のＩＰＡを測定するときは測定用光路
を開き、参照用光路を遮光しておく。光源の強度を検出
するときは、逆に測定用光路を遮光し、参照用光路を開
く。参照用光路による照射光は光源からの全波長の光を
含んでいるため微量のＩＰＡによる吸収の影響は無視で
きる。

【００１８】試料水中のＩＰＡはごく微量であるため、
吸光度が小さい。そのため、セルでの光路長を長くして
吸光度を大きくするために、記照射光学系と受光光学系
はセルに対して同じ側に配置され、セルに対して照射光
学系及び受光光学系の反対側には、照射光学系から照射
されてセルを透過してきた光を反射させ、再びセルを透
過させて受光光学系に導くように配置されたミラーが設
けられていることが好ましい。この場合、セルに対して
照射光学系及び受光光学系の反対側に配置されたミラー
は、測定用光路においては全てダイクロイックミラー又
はバンドカットミラーであり、参照用光路においては全
て全反射ミラーであるようにすることができる。

【００１９】

【実施例】図１は本発明による微量ＩＰＡ測定装置の一
実施例を概略的に表わしたものである。２は石英ガラス
製のセルであり、そのセル２には微量のＩＰＡを含んだ
試料水が収容されている。４は紫外線光源であり、その
光源４からの光は、図示を省略している光学系によっ
て、２つの光束６ａと６ｂとなってセル２中の試料水に
導かれる。紫外線光源４としては、水素放電管、Ｄ₂ラ
ンプ又はＸｅランプなどを用いることができる。その２
つの光束６ａ，６ｂのうちの一方を選択して透過させ、
他方を遮光するために、セクタ８が設けられている。セ
クタ８には一方の光束を通す穴９が開けられており、セ
クタ８を回転させることにより、セル２に導かれる光束
が選択される。

【００２０】一方の光束６ａの光路上にはダイクロイッ
クミラー１０が配置され、その反射光がセル２中の試料
水に導かれる。ダイクロイックミラー１０は図６に示さ
れた波長特性をもっており、その反射光は２００ｎｍ以
下の短波長域の光である。一方、光束６ｂの光路上には
全反射ミラー１２が配置され、全反射ミラー１２で反射
された光もセル２中の試料水に照射される。光源４、ダ
イクロイックミラー１０、全反射ミラー１２及び光束６
ａ，６ｂを作るための光学系（図示は省略されている）
は照射光学系を構成している。

【００２１】セル２に関し、ダイクロイックミラー１０
と全反射ミラー１２の反対側には、全反射ミラー１４
ａ，１４ｂが配置されている。これらの全反射ミラー１
４ａ，１４ｂは、ダイクロイックミラー１０で反射され
た光と全反射ミラー１２で反射された光がともにセル２
の試料水を透過した後、全反射ミラー１４ａで反射さ
れ、さらに全反射ミラー１４ｂで反射されて再びセル２
の試料水中を透過するように位置と方向が設定されてい
る。

【００２２】全反射ミラー１４ｂで反射されセル２の試
料水中を透過した光束は、レンズ１６により紫外線検出
器１８に集光されて検出される。紫外線検出器１８とし
ては光電子増倍管や光電管を用いることができる。レン
ズ１６と紫外線検出器１８は受光光学系を構成してい
る。光束６ａの光路が測定用光路となり、光束６ｂの光
路が参照用光路となる。

【００２３】図１の実施例の動作について説明する。い
ま、セクタ８により光束６ａを通過させるように選択さ
れたものとする。光束６ａの光はダイクロイックミラー
１０で反射されて２００ｎｍより短波長域の光のみがセ
ル２中の試料水に導かれる。その光のうち１９０ｎｍよ
り短波長側の光が試料水の水により吸収されて、１９０
〜２００ｎｍの波長領域の光のみが全反射ミラー１４
ａ，１４ｂで反射されて再びセル２中の試料水を透過
し、レンズ１６で検出器１８に集光されて検出される。
このとき、試料水中のＩＰＡによる光吸収が起こる。

【００２４】一方、セクタ８を切り替えて光束６ｂを通
過させ、光束６ａを遮光するようにしたものとする。光
束６ｂの光は全反射ミラー１２で反射されてセル２中の
試料水を透過し、ミラー１４ａ，１４ｂで反射されて再
びセル２中の試料水を透過し、レンズ１８で検出器１８
に集光されて検出される。このときも試料水中のＩＰＡ
による光吸収は起こっているが、全反射ミラー１２で反
射されてセル２中の試料水に照射された光は、光源から
光で水の吸収を受けない２００ｎｍより長波長の光を全
て含んでいるので、ＩＰＡによる光吸収の影響は無視す
ることができる。

【００２５】このようにして、光束６ａによる１９０〜
２００ｎｍの波長域の吸光度と、光束６ｂが反射ミラー
１２で反射された光によるＩＰＡの吸収の影響をほとん
ど受けない光源強度を表わす参照光との差（差吸光度）
が求められる。それをもとに試料水中のＩＰＡ濃度が定
量される。

【００２６】図２は本発明による微量ＩＰＡ測定装置の
他の実施例を概略的に表わしたものである。図１の実施
例と比較すると、測定用光路において、セル２に関し、
ダイクロイックミラー１０と全反射ミラー１２の反対側
に配置されているミラーがダイクロイックミラー２２
ａ，２２ｂとなっている点が異なっている。このよう
に、測定用光路においてダイクロイックミラーを複数枚
配置することにより、測定用光路の波長選択性を向上さ
せている。ＩＰＡ測定動作に関しては、図１の実施例と
同じである。

【００２７】図１、図２の実施例において、ダイクロイ
ックミラー１０，２２ａ，２２ｂをバンドカットミラー
に置き換えてもよい。実施例はセル２として試料水を収
容するセルを用いているが、試料水が流通するフローセ
ルを用いることもできる。

【００２８】

【発明の効果】本発明では照射光学系と受光光学系の少
なくとも一方に、入射光を波長１８０〜２２０ｎｍ付近
で反射光と透過光に分離する波長特性をもち、反射光と
透過光のうち波長２００ｎｍを含む光を測定光として選
択するように配置され、測定用光路を形成するミラーを
備えたので、分光器に干渉フィルターや回折格子を用い
なくても、そのミラーの波長特性と試料水中の水の吸収
とから、微量ＩＰＡの濃度測定に必要な波長域の光を選
択的かつ効率良く利用することができるようになり、簡
便な方式の分光光度計で試料水中の微量ＩＰＡの定量を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微量ＩＰＡ測定装置の一実施例を
示す概略構成図である。

【図２】本発明による微量ＩＰＡ測定装置の他の実施例
を示す概略構成図である。

【図３】ＩＰＡの吸収スペクトルを示す図である。

【図４】低濃度ＩＰＡ水溶液の吸収スペクトルを示す図
である。

【図５】１９５ｎｍに透過率のピークをもつように設計
された干渉フィルターの透過スペクトルを示す図であ
る。

【図６】水の吸収スペクトルを示す図である。

【図７】一実施例で用いたダイクロイックミラーの波長
特性を示す図である。

【図８】一実施例で用いることのできるバンドカットミ
ラーの波長特性を示す図である。

【図９】同バンドカットミラーの波長特性の反射領域近
傍を拡大して示す図である。

【符号の説明】

２ セル ４ 紫外線光源 ６ａ，６ｂ 光束 ８ セクタ １０，２２ａ，２２ｂ ダイクロイックミラー １２，１４ａ，１４ｂ 全反射ミラー １８ 紫外線検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中谷 貴之 大阪府寝屋川市下木田町14番５号 倉敷紡 績株式会社技術研究所内 (72)発明者 横田 博 大阪府寝屋川市下木田町14番５号 倉敷紡 績株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB05 CC15 EE01 EE11 FF09 HH03 JJ07 JJ13 JJ22 KK02

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料水を収容又は流通させるセルを備え
   た試料室と、 紫外線光源を有し紫外線領域の波長を含む光を前記セル
   中の試料水に照射する照射光学系と、 紫外線検出器を有し、前記セルの透過光を前記紫外線検
   出器で受光する受光光学系と、 前記照射光学系と受光光学系の少なくとも一方に設けら
   れ、入射光を波長１８０〜２２０ｎｍ付近で反射光と透
   過光に分離する波長特性をもち、反射光と透過光のうち
   波長２００ｎｍを含む光を測定光として選択するように
   配置され、測定用光路を形成するミラーとを備えた水中
   の微量イソプロピルアルコール測定装置。
2. 【請求項２】 前記ミラーはダイクロイックミラーであ
   る請求項１に記載の微量イソプロピルアルコール測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記ミラーは１８０〜２２０ｎｍ付近の
   波長領域を反射又は透過させるバンドカットミラーであ
   る請求項１に記載の微量イソプロピルアルコール測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記ミラーは前記測定用光路に沿って複
   数枚が配置されている請求項１，２又は３に記載の微量
   イソプロピルアルコール測定装置。
5. 【請求項５】 前記照射光学系及び受光光学系は前記ミ
   ラーを経ないで前記紫外線光源からの光による前記セル
   の透過光を検出するための参照用光路も備えており、 前記照射光学系又は受光光学系には測定用光路と参照用
   光路の一方を通過させ他方を遮光するように光路を切り
   替えて選択する切替え機構を備えている請求項１から４
   のいずれかに記載の微量イソプロピルアルコール測定装
   置。
6. 【請求項６】 前記照射光学系と前記受光光学系は前記
   セルに対して同じ側に配置され、前記セルに対して前記
   照射光学系及び前記受光光学系の反対側には、前記照射
   光学系から照射されて前記セルを透過してきた光を反射
   させ、再び前記セルを透過させて前記受光光学系に導く
   ように配置されたミラーが設けられている請求項１から
   ５のいずれかに記載の微量イソプロピルアルコール測定
   装置。
7. 【請求項７】 前記セルに対して前記照射光学系及び前
   記受光光学系の反対側に配置されたミラーは、測定用光
   路においては全てダイクロイックミラー又はバンドカッ
   トミラーであり、参照用光路においては全て全反射ミラ
   ー又は測定用光路と異なる波長のバンドカットミラーで
   ある請求項６に記載の微量イソプロピルアルコール測定
   装置。