JP2003156440A - 化学物質検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板に付着した化学物質以外の要因によって
透過赤外線の光量が変動した場合であっても化学物質の
付着量を正確に算出することができる化学物質検出方法
及び装置を提供する。 【解決手段】 赤外透過基板１０と、赤外透過基板１０
に赤外線を入射する赤外光源２０と、赤外透過基板１０
内部を多重反射した後に赤外透過基板１０より放出され
る赤外線のうち、赤外透過基板１０上に付着した化学物
質による実質的な赤外吸収のない第１の波長域の赤外線
を検出する赤外検出器３２ａと、第１の波長域の近傍の
波長域であって化学物質により赤外吸収が生じる第２の
波長域の赤外線を検出する赤外検出器３２ｂと、赤外検
出器３２ａ、３２ｂにより検出された赤外線に基づいて
赤外透過基板１０上に付着した化学物質の付着量を算出
する演算装置３６ａ、３６ｂとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学物質検出方法
及び装置に係り、特に、赤外多重内部反射法により化学
物質の同定及びその定量化を行う化学物質検出方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学物質の種類を同定し或いはその濃度
を定量化することは、様々な局面において要請されてい
る。例えば、半導体装置の製造プロセスにおいては、製
造歩留まりを向上して高品質の半導体装置を製造するた
めに、製造過程にある半導体基板上に付着した有機汚染
物質などの化学物質を測定・管理することが必要であ
る。また、大気中に存在する化学物質、例えば、ゴミ焼
却施設等から排出されるダイオキシン類などの微量な化
学物質に起因する環境汚染や、新築住宅やマンションの
建材に含まれるＶＯＣ（揮発性有機物質：Volatile Org
anic Compound）と称される化学物質による健康障害が
社会問題となっており、大気中に含まれる化学物質を測
定・管理することが急務となっている。

【０００３】このような化学物質を測定する一手段とし
て、本願発明者等は、赤外線多重内部反射法により化学
物質を検出する方法を既に提案している（例えば、特開
２０００−５５８１５号公報、特願平１１−２３１４９
５号明細書等を参照）。

【０００４】特開２０００−５５８１５号公報に記載の
化学物質検出方法は、赤外透過基板の内部を多重反射し
た後に放出される赤外線を分析することにより、基板上
に付着した化学物質の種類を同定し、その濃度を定量化
するものである。赤外透過基板の一端に赤外線を特定の
入射角度で入射すると、赤外線は基板内部を両表面で全
反射を繰り返しながら伝搬する。その際、基板表面に赤
外線が滲み出し（エバネッセント光）、表面に付着した
化学物質により特定波長域の赤外線が吸収される。した
がって、基板の他端から放出された伝搬光をＦＴ−ＩＲ
によって分光分析することにより、基板表面に付着した
化学物質の検出、同定が可能である。

【０００５】また、特願平１１−２３１４９５号明細書
に記載の化学物質検出方法は、特開２０００−５５８１
５号公報に記載の化学物質検出方法を用いて大気中の化
学物質の濃度を測定するものである。測定対象の環境中
に赤外透過基板を曝した後、この基板を用いて赤外線多
重内部反射法により化学物質の測定を行うことで、基板
上に付着した化学物質の付着量から大気中の化学物質の
濃度を算出することができる。

【０００６】これら測定法は、ＧＣ／ＭＳ法などに比べ
て同等の感度をもつとともに、測定にリアルタイム性が
あり、且つ、簡便で経済的である。また、この測定法は
非破壊測定であり、製造プロセス中にある半導体基板を
そのまま測定することも可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の化学物質検出方法では、透過赤外線の吸光度に基づ
いて化学物質の付着量を算出するが、化学物質による吸
収以外の要因による赤外光量の変化が見られる場合に
は、正確な付着量を求めることができなかった。

【０００８】上記従来の化学物質検出方法では、化学物
質の付着量の定量化は次のようにして行われていた。す
なわち、予め赤外透過基板の初期状態において、透過赤
外線のうち測定対象の化学物質のもつ吸収波長域におけ
る光量Ｓ₀を測定しておく。次いで、赤外透過基板の被
測定状態において、透過赤外線のうち測定対象の化学物
質のもつ吸収波長域における光量Ｓ₁を測定する。これ
ら測定された光量Ｓ₀とＳ₁との比から赤外透過基板に付
着した測定対象の化学物質による赤外線の吸光度を算出
する。この吸光度に基づき、赤外透過基板上の測定対象
の化学物質の付着量を算出する。

【０００９】しかしながら、赤外光源から発せられる赤
外線の光量は、室温の変化によって変化する。赤外線の
光源は通常１０００℃程度の発熱体であるが、光源に入
力される電力が一定であった場合、光源の温度は室温に
より決定される。したがって、室温が低ければ光源の温
度が下がり、光量が減少する。その逆に、室温が高けれ
ば光量が増加する。

【００１０】また、多重内部反射基板が半導体基板であ
った場合、基板の温度が変化すると基板内のフリーキャ
リアの量が変化する。フリーキャリアは赤外線を吸収す
るため、基板温度の変化によって多重内部反射基板の赤
外線の透過率が変化する。

【００１１】これら要因によって基板を透過する赤外線
の光量が変化すると、従来の化学物質検出方法では、光
量の変化が基板表面に付着した化学物質による吸収のた
めであるのか他の要因によるものであるのかを区別する
ことができず、正確な化学物質の量を算出することがで
きなかった。

【００１２】本発明の目的は、基板に付着した化学物質
以外の要因によって透過赤外線の光量が変動した場合で
あっても化学物質の付着量を正確に算出することができ
る化学物質検出方法及び装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、赤外透過基
板に赤外線を入射し、前記赤外透過基板の内部を多重反
射した後に前記赤外透過基板より放出される赤外線を検
出し、検出した赤外線の強度に基づいて前記赤外透過基
板上に付着している化学物質の付着量を算出する化学物
質検出方法において、前記赤外透過基板の基準状態にお
いて、前記化学物質による実質的な赤外吸収のない第１
の波長域の赤外線を第１の赤外検出器により検出し、前
記化学物質により赤外吸収が生じる第２の波長域の赤外
線を第２の赤外検出器により検出し、前記赤外透過基板
上の前記化学物質の量が変化した状態で、前記第１の波
長域の赤外線を前記第１の赤外検出器により検出し、前
記第２の波長域の赤外線を前記第２の赤外検出器により
検出し、前記第１の赤外検出器により検出した赤外線の
強度の変化を考慮して、前記第２の赤外検出器により検
出した赤外線の強度を補正することにより、前記赤外透
過基板上に付着した前記化学物質の付着量を算出するこ
とを特徴とする化学物質検出方法により達成される。

【００１４】また、上記の化学物質検出方法において、
前記赤外透過基板は、その内部を多重反射した赤外線が
放出される少なくとも２つの赤外線放出面を有し、前記
赤外線放出面の一の面から放出される赤外線を、前記第
１の赤外検出器により検出し、前記赤外線放出面の他の
面から放出される赤外線を、前記第２の赤外検出器によ
り検出するようにしてもよい。

【００１５】また、上記の化学物質検出方法において、
前記赤外透過基板の赤外線が放出される赤外線放出面に
対して、前記第１の赤外検出器を並列に配し、前記赤外
線放出面から放出される赤外線を、前記第１の赤外検出
器と前記第２の赤外検出器とにより検出するようにして
もよい。

【００１６】また、上記の化学物質検出方法において、
前記第１の波長域は、前記第２の波長域の近傍の波長域
であることが望ましい。

【００１７】また、上記の化学物質検出方法において、
前記第１の赤外検出器による前記第１の波長域の赤外線
の検出と、前記第２の赤外検出器による前記第１の波長
域の赤外線の検出とをほぼ同時に行うようにしてもよ
い。

【００１８】また、上記の化学物質検出方法において、
前記赤外透過基板上に付着した前記化学物質の付着量に
基づいて、大気中における前記化学物質の濃度を算出す
るようにしてもよい。

【００１９】また、上記目的は、赤外透過基板と、前記
赤外透過基板に赤外線を入射する赤外光源と、前記赤外
透過基板内部を多重反射した後に前記赤外透過基板より
放出される赤外線のうち、前記赤外透過基板上に付着し
た化学物質による実質的な赤外吸収のない第１の波長域
の赤外線を検出する第１の赤外検出器と、前記赤外透過
基板内部を多重反射した後に前記赤外透過基板より放出
される赤外線のうち、前記第１の波長域の近傍の波長域
であって前記化学物質により赤外吸収が生じる第２の波
長域の赤外線を検出する第２の赤外検出器と、前記第１
の赤外検出器及び前記第２の赤外検出器により検出され
た赤外線に基づいて前記赤外透過基板上に付着した化学
物質の付着量を算出する化学物質分析手段とを有するこ
とを特徴とする化学物質検出装置により達成される。

【００２０】また、上記の化学物質検出装置において、
前記化学物質分析手段は、前記第１の赤外検出器により
検出した赤外線の強度の変化を考慮して、前記第２の赤
外検出器により検出した赤外線の強度を補正することに
より、前記赤外透過基板上に付着した前記化学物質の付
着量を算出するようにしてもよい。

【００２１】また、上記の化学物質検出装置において、
前記赤外透過基板の内部を多重反射した赤外線のうち前
記第１の波長域の赤外線を前記第１の赤外検出器に導く
第１の帯域透過フィルタと、前記赤外透過基板の内部を
多重反射した赤外線のうち前記第２の波長域の赤外線を
前記第２の赤外検出器に導く第２の帯域透過フィルタと
を更に有するようにしてもよい。

【００２２】また、上記の化学物質検出装置において、
前記赤外透過基板は、その内部を多重反射した赤外線が
放出される少なくとも２つの赤外線放出面を有し、前記
第１の赤外検出器は、前記赤外線放出面の一の面から放
出される赤外線を検出し、前記第２の赤外検出器は、前
記赤外線放出面の他の面から放出される赤外線を検出す
るようにしてもよい。

【００２３】また、上記の化学物質検出装置において、
前記第１の赤外検出器と前記第２の赤外検出器とは、前
記赤外透過基板の赤外線が放出される赤外線放出面に対
して並列に配置され、前記第１の赤外検出器と前記第２
の赤外検出器は、ともに前記赤外線放出面から放出され
る赤外線を検出するようにしてもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】［本発明の前提となる化学物質検
出方法及び装置］本願発明者等は、赤外多重内部反射法
による化学物質の検出を鋭意研究してきた。その結果、
基板に付着した化学物質以外の要因によって透過赤外線
の光量が変動した場合であっても化学物質の付着量を正
確に算出しうる化学物質検出方法及び装置を既に提案し
ている（特願２００１−３２２５９４号明細書を参
照）。

【００２５】特願２００１−３２２５９４号明細書に記
載の化学物質検出方法の原理について図１を用いて説明
する。

【００２６】まず、予め、初期状態において、測定対象
の化学物質のもつ吸収波長域における光量Ｓ₀ととも
に、測定対象の化学物質のもつ吸収波長域近傍で且つ吸
収のない波長域の光量Ｒ₀を測定しておく（図１
（ａ））。

【００２７】次いで、被測定状態において、測定対象の
化学物質のもつ吸収波長域における光量Ｓ₁とともに、
初期状態においてＲ₀を測定した波長域における光量
Ｒ₁′を測定する（図１（ｂ））。

【００２８】化学物質による吸収のない波長域における
光量Ｒ₀とＲ₁′との光量の変化は、上述の化学物質以外
の要因によって透過赤外線の光量が変動したことによる
ものである。そして、このような光量の変化率は、
Ｓ₀、Ｓ₁′を測定した波長域においても同じであること
が分かっている。

【００２９】そこで、光量の変化率Ｒ₁′／Ｒ₀を用い
て、測定対象の化学物質のもつ吸収波長域における光量
Ｓ₁′の測定値を補正することにより、初期状態での光
量Ｓ₀とから測定対象の化学物質による正確な吸光度を
算出する。こうして、測定対象の化学物質による正確な
吸光度に基づき、化学物質の付着量を正確に定量化する
ことが可能となっている。

【００３０】図２は、上述の化学物質検出方法を実現す
る化学物質検出装置の一例である。図示するように、赤
外透過基板１００の一端面側には、赤外透過基板１００
内に赤外線を入射して内部多重反射させるための赤外光
源１０２が設けられている。赤外透過基板１００の他端
面側には、赤外透過基板１００内部を多重反射した後に
放出される赤外線を検出し、検出赤外線に基づいて赤外
透過基板１００上に付着している化学物質を分析する化
学物質分析手段１０４が設けられている。赤外透過基板
１００と化学物質分析手段１０４との間には、検出すべ
き赤外線の波長域を切り換える帯域透過フィルタ１０６
が設けられている。

【００３１】図２に示す化学物質検出装置では、帯域透
過フィルタ１０６の透過波長域をフィルタ駆動回路１０
８により切り換えることができる。フィルタ駆動回路１
０８によりＲ₀、Ｒ₁′を測定する波長域と、Ｓ₀、Ｓ₁′
を測定する波長域とを切り換えることにより、初期状態
において、Ｒ₀とＳ₀とを順次測定し、被測定状態におい
て、Ｒ₁′とＳ₁′とを順次測定する。

【００３２】このため、初期状態において、光量Ｒ₀と
Ｓ₀とを測定する間に時間依存のノイズが混入する可能
性がある。同様に、被測定状態において、光量Ｒ₁′と
Ｓ₁′とを測定する間に時間依存のノイズが混入する可
能性がある。時間依存のノイズとしては、例えば赤外光
源からの光量の微妙な時間変化や、光学系の微妙な変動
を要因とするものが考えられる。このような時間依存の
ノイズが大きくなると、上述した補正を行ったとして
も、赤外透過基板上の化学物質の付着量を高精度に測定
することはできない。

【００３３】本発明は、上述した化学物質検出方法及び
装置を前提になされたものであり、測定データへの時間
依存のノイズの混入を抑え、基板に付着した化学物質以
外の要因によって透過赤外線の光量が変動した場合にお
いて、より精度の高い化学物質の付着量の算出を可能と
するものである。以下、本発明による化学物質検出方法
及び装置について詳述する。

【００３４】［第１実施形態］本発明の第１実施形態に
よる化学物質検出方法及び装置について図３乃至図６を
用いて説明する。図３は本実施形態による化学物質検出
装置の構造を示す概略図、図４は本実施形態による化学
物質検出方法における化学物質の定量化方法を説明する
図、図５は吸光度と基板上に付着した残留炭素との関係
を示すグラフ、図６は基板上に付着した化学物質の付着
量と大気中における化学物質の濃度との関係を示すグラ
フである。

【００３５】〔１〕 化学物質検出装置の全体構成 本実施形態による化学物質検出装置の構造について図３
を用いて説明する。

【００３６】赤外透過基板１０の一端面側には、赤外透
過基板１０内に赤外線を入射して内部多重反射させるた
めの赤外光源２０が設けられている。赤外透過基板１０
の他端面側には、赤外透過基板１０内部を多重反射した
後に放出される赤外線を検出し、検出赤外線に基づいて
赤外透過基板１０上に付着している化学物質を分析する
化学物質分析手段３０が設けられている。

【００３７】化学物質検出手段３０は、赤外透過基板を
透過した赤外線を検出して電気信号に変換する赤外検出
器３２ａ、３２ｂと、赤外検出器３２ａ、３２ｂから出
力された電気信号をそれぞれデジタル変換するＡ／Ｄ変
換器３４ａ、３４ｂと、Ａ／Ｄ変換器３４ａ、３４ｂか
らの出力信号に基づき赤外透過基板１０上に付着してい
る化学物質の付着量を算出する演算装置３６ａ、３６ｂ
と、化学物質の定量化の際に参照されるデータベース３
８とを有している。

【００３８】赤外透過基板１０と赤外検出器３２ａとの
間には、帯域透過フィルタ５０ａが設けられている。赤
外透過基板１０と赤外検出器３２ｂとの間には、帯域透
過フィルタ５０ａとは透過帯域が異なる帯域透過フィル
タ５０ｂが設けられている。

【００３９】以下、本実施形態による化学物質検出装置
の各構成部分について詳述する。

【００４０】（ａ） 赤外透過基板１０ 赤外透過基板１０は、測定対象である基板（例えば半導
体基板）、或いは、測定対象である雰囲気中の化学物質
を吸着して測定に供するための基板であり、被測定対象
化学物質の分子振動に対応する波長域の光を透過する材
料であることが必要である。代表的な化学物質である有
機物質の基本振動に対応する波数域は、５００ｃｍ
^-1（波長２０μｍ）〜５０００ｃｍ^-1（波長２μｍ）程
度の赤外・近赤外域である。したがって、赤外透過基板
１０を構成する材料はこれら波数域（波長域）の光を透
過しうる赤外透過物質群のなかから選択する。なお、赤
外透過基板１０を構成する材料については、例えば特願
２００１−３２２５９４号明細書に詳述されている。

【００４１】赤外透過基板１０の外形としては、図３に
示すように、赤外線の放出面が少なくとも２箇所存在す
るように、端面を楔状に加工した短冊状の形状となって
いる。赤外透過基板１０の端面をこのような形状にする
ことにより、赤外透過基板１０内に入射された赤外線
は、基板内部を多重反射した後に基板平面に対して斜め
上方向及び斜め下方向に放出される。また、例えば特願
平１１−２３１４９５号明細書に記載のような、複数の
赤外線伝搬長を有する基板を適用してもよい。また、例
えば特開２０００−５５８１５号公報に記載のように、
３００ｍｍシリコンウェーハをそのまま用いることもで
きる。

【００４２】（ｂ） 赤外光源２０ 赤外光源２０としては、有機分子の分子振動に対応する
２〜２５μｍ帯域の赤外線を発する光源を適用すること
ができる。

【００４３】例えば、フィラメントとしてのシリコンカ
ーバイド（ＳｉＣ）やニクロム線に電流を印加して発す
る熱線を光源として用いることができる。ＳｉＣグロー
バ灯などのＳｉＣを用いた光源は、１．１〜２５μｍ帯
域の赤外線を発し、且つ、空気中でむき出しで使用して
も焼損がないという特徴がある。

【００４４】また、赤外・近赤外域に発光波長を有する
半導体レーザや発光ダイオードを赤外光源として用いる
こともできる。半導体レーザや発光ダイオードを用いた
光源は、小型であるとともに基板端面に小さな焦点を結
びやすいという特徴がある。

【００４５】また、光源の効率を高め、赤外線の強度を
大きくするために適当な形状の反射板を設けてもよい。
例えば特願平１１−９５８５３号明細書に記載の種々の
赤外光源を適用することができる。

【００４６】（ｃ） 帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂ 帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂは、互いに透過帯域が
異なったものとなっている。帯域透過フィルタ５０ａ、
５０ｂのうちの１つは、測定対象である化学物質に特有
な官能基（例えば、Ｃ−Ｈ基、Ｏ−Ｈ基、Ｓｉ−Ｈ基な
ど）の分子振動に対応する波長域の赤外線を透過する帯
域透過フィルタである。例えば、Ｃ−Ｈ伸縮振動による
赤外吸収を示す化学物質を測定する場合、例えば波数２
８００〜３０００ｃｍ^-1付近に透過帯域を有するフィル
タを用いる。もう１つのフィルタは、測定対象である化
学物質に特有な官能基の分子振動に対応する波長域近傍
の波長域であって実質的に赤外吸収のない波長域の赤外
線を透過する帯域透過フィルタである。例えば、Ｃ−Ｈ
伸縮振動による赤外吸収を示す化学物質を測定する場
合、例えば波数２７００ｃｍ^-1付近又は波数３１００ｃ
ｍ^-1付近に透過帯域を有するフィルタを用いる。

【００４７】（ｄ） 化学物質分析手段３０ 化学物質分析手段３０は、図３に示されるように、赤外
透過基板１０を透過した赤外線を検出して電気信号に変
換する赤外検出器３２ａ、３２ｂと、赤外検出器３２
ａ、３２ｂから出力された電気信号をそれぞれデジタル
変換するＡ／Ｄ変換器３４ａ、３４ｂと、Ａ／Ｄ変換器
３４ａ、３４ｂからの出力信号に基づき赤外透過基板１
０上に付着している化学物質の付着量を算出する演算装
置３６ａ、３６ｂと、化学物質の定量化の際に参照され
るデータベース３８とを有している。

【００４８】赤外透過基板１０の２箇所の放出面から斜
め上方向及び斜め下方向から放出された赤外線は、帯域
透過フィルタ５０ａ、５０ｂをそれぞれ通過した後に化
学物質検出手段３０に入射する。

【００４９】赤外検出器３２ａは、帯域透過フィルタ５
０ａを通過した赤外線を検出する。一方、赤外検出器３
２ｂは、帯域透過フィルタ５０ｂを通過した赤外線を検
出する。このように、本実施形態による化学物質検出装
置は、異なる波長域の赤外線を、２つの赤外検出器３２
ａ、３２ｂとにより同時に検出することが可能であるこ
とに主たる特徴の一つがある。異なる波長域の赤外線
を、２つの赤外検出器３２ａ、３２ｂで同時に検出する
ことにより、後述する化学物質の付着量の定量化をより
高い精度で行うことができる。

【００５０】帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂのいずれ
か１つ、例えば帯域透過フィルタ５０ａを、測定対象の
化学物質に特有な官能基の分子振動に対応する波長域を
透過するフィルタに設定する。すると、赤外検出器３２
ａにより検出される赤外線の強度には、赤外透過基板１
０に付着している化学物質の付着量が反映される。

【００５１】帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂのもう１
つ、例えば帯域透過フィルタ５０ｂを測定対象である化
学物質に特有な官能基の分子振動に対応する波長域近傍
の波長域であって実質的に赤外吸収のない波長域透過す
るフィルタに設定する。すると、赤外検出器３２ｂによ
り検出される赤外線の強度には、赤外透過基板１０に付
着している化学物質以外の要因による赤外線光量のドリ
フトが反映される。

【００５２】したがって、赤外検出器３２ａにより検出
される赤外線の光量変化を、赤外検出器３２ｂにより検
出される赤外線の光量変化を考慮して、所定の基準量と
比較することにより、赤外透過基板１０上の化学物質の
付着量をより正確に算出することができる。

【００５３】化学物質の種類と検量線は別途データベー
ス３８に蓄えられており、測定データはそれらのデータ
を参照して定量化される。また、データベース３８に
は、赤外透過基板１０の表面に吸着した化学物質の量と
大気中の化学物質の量との関係がデータベースとして蓄
えられており、検出された赤外透過基板１０表面の化学
物質の量から大気中の化学物質の濃度を算出することも
可能である。化学物質の付着量及び濃度の定量化の手法
については、後述する。

【００５４】また、演算装置３６ａ、３６ｂに接続して
表示装置（図示せず）を設け、演算装置３６ａ、３６ｂ
による分析結果を表示するようにしてもよい。

【００５５】〔２〕 赤外透過基板上における化学物質
の付着量の定量化 本実施形態による化学物質検出方法における基板上に付
着した化学物質の付着量を算出する方法について図４及
び図５を用いて説明する。

【００５６】本実施形態による化学物質検出方法では、
赤外透過基板１０の基準状態において、化学物質による
実質的な赤外吸収のない第１の波長域の赤外線を赤外検
出器３２ａにより検出し、化学物質により赤外吸収が生
じる第２の波長域の赤外線を赤外検出器３２ｂにより検
出し、赤外透過基板１０上の化学物質の量が変化した状
態で、第１の波長域の赤外線を赤外検出器３２ａにより
検出し、第２の波長域の赤外線を赤外検出器３２ｂによ
り検出し、赤外検出器３２ａにより検出した赤外線の強
度の変化を考慮して、赤外検出器３２ｂにより検出した
赤外線の強度を補正することにより、赤外透過基板１０
上に付着した化学物質の付着量を算出する。以下、付着
量の算出方法について詳細に説明する。

【００５７】一般に、光量Ｉ₀の光が、厚さｄ、吸収係
数αの物体を透過すると、その物体により吸収を受けた
光の透過光量Ｉ₁は、 Ｉ₁ ＝ Ｉ₀ｅｘｐ（−αｄ） …（１） として表される。したがって、吸収係数αと厚さｄが決
定されれば、（１）式の指数関数の部分は定数となる。
すなわち、入射光の光量Ｉ₀の変動に比例して透過光の
光量Ｉ₁も変動する。このとき、Ｉ₁／Ｉ₀の値は一定値
となる。なお、多重内部反射による吸収の場合も、その
吸収量と等価な厚みをもつ物体の透過光として取り扱う
ことができる。

【００５８】しかしながら、赤外吸収のある領域での光
量は、（１）式で記述される基板表面に付着した物体
（化学物質）による吸収のほかに、光源の光量の変化や
基板温度の変化に伴うフリーキャリア吸収による光量の
変化によっても影響を受けると考えられる。したがっ
て、基板表面に付着した物質による光の吸収のみを正確
に求めるには、検出した透過光量を補正する必要があ
る。

【００５９】次に、基板表面に付着した物質による光の
吸収のみを正確に求めるための手順を図４を用いて説明
する。

【００６０】まず、基準状態において、測定対象の化学
物質のもつ吸収波長域における光量Ｓ₀と、この波長域
近傍で且つ吸収のない波長域の光量Ｒ₀との測定を同時
に行う（図４（ａ））。なお、基準状態とは、基板の洗
浄直後など、基板上に化学物質が付着していないと考え
られる状態のみならず、洗浄前や表面処理前などの必ず
しも表面が清浄でない状態をもいうものとする。

【００６１】次いで、被測定状態にある基板について、
測定対象の化学物質のもつ吸収波長域における光量Ｓ₁
と、この波長域近傍で且つ吸収のない波長域の光量Ｒ₁
との測定を同時に行う。なお、被測定状態とは、基準状
態に対して基板上の化学物質の量が変化した状態をいう
ものとする。

【００６２】ある量の化学物質が基板上に付着したと
き、被測定状態における光量Ｒ₁が基準状態における光
量Ｒ₀と等しい場合には、光量の比Ｉ₁／Ｉ₀と吸収の起
こる帯域の光量の比Ｓ₁／Ｓ₀は等しいと考えられる。し
たがって、光量の比Ｓ₁／Ｓ₀から、基板上に付着した化
学物質のみによる正確な吸光度を算出することができ
る。（図４（ｂ））。

【００６３】これに対し、被測定状態における光量
Ｒ₁′が基準状態における光量Ｒ₀と異なる場合には、光
量の比Ｉ₁／Ｉ₀と吸収の起こる帯域の光量の比Ｓ₁′／
Ｓ₀とは異なるものとなり、光量の比Ｓ₁′／Ｓ₀から基
板上に付着した化学物質のみによる正確な吸光度を算出
することはできない（図４（ｃ））。ここで、光量
Ｒ₁′は、基準状態における光量Ｒ₀と異なる場合の光量
Ｒ₁を表し、光量Ｓ₁′は、光量Ｒ₀と光量Ｒ₁とが異なる
場合における吸収の起こる帯域での光量Ｓ₁を表す。な
お、光量Ｒ₀と光量Ｒ₁とが異なる場合における入射光量
Ｉ₁と透過光量Ｉ_oとをそれぞれＩ₁′、Ｉ₀′とすると、
光量が変化しても（１）式の条件は成立するので、光量
の比Ｉ₁′／Ｉ₀′は、 Ｉ₁′ ／ Ｉ₀′ ＝ Ｉ₁ ／ Ｉ₀ …（２） となる。

【００６４】そこで、吸収波長域の光量の測定値を補正
するために、この領域の透過光量Ｓ ₁′に吸収の起こら
ない領域での光量の変化率の逆数（Ｒ₀／Ｒ₁′）を掛け
る。すなわち、補正後の光量Ｓ₁″は、次の式で表され
る。

【００６５】 Ｓ₁″＝ Ｓ₁′× （Ｒ₀ ／ Ｒ₁′） …（３） また、補正後の吸光度Ａは、 Ａ ＝ −ｌｏｇ₁₀（Ｓ₁″／ Ｓ₀） …（４） として算出することができる。この補正により、Ｉ₁′
／Ｉ₀′＝Ｓ₁″／Ｓ₀となるため、正確な吸光度を算出
することができる。

【００６６】本実施形態による化学物質検出方法及び装
置は、上述した付着量の定量化において、赤外検出器３
２ａ、３２ｂによりＲ₀とＳ₀とを同時に測定し、赤外検
出器３２ａ、３２ｂによりＲ₁′とＳ₁′とを同時に測定
することに主たる特徴を有する。これにより、Ｒ₀の測
定データとＳ₀の測定データとの間に、赤外光源２０か
らの光量の微妙な時間変化や光学系の微妙な変動等を原
因とする時間依存のノイズが混入することはない。同様
に、Ｒ₁′の測定データとＳ₁′の測定データとの間にも
時間依存のノイズが混入することはない。したがって、
Ｒ₀とＳ₀とを別々に測定し、Ｒ₁′とＳ₁′とを順次別々
に測定して上述した定量化を行う場合に比べて、基板表
面に付着した物質による光の吸収のみをより正確に求め
ることができる。したがって、より高い精度で基板表面
上の物質の付着量を定量化することが可能である。

【００６７】基板上の単位面積当たりの化学物質の付着
量を算出するには、例えば次の手順により検量線を予め
作成しておき、この検量線に基づいて定量化を行う。

【００６８】 まず、化学物質を揮発性溶媒中に希釈
した濃度の異なる複数の溶液を用意する。

【００６９】 次いで、基板上にこの溶液を一定量塗
布する。

【００７０】 次いで、溶液を塗布した基板を適当な
時間放置し、溶媒を蒸発させる。

【００７１】 次いで、内部多重反射法により、基板
に付着した化学物質による吸光度の大きさを算出する。
なお、吸光度を算出するに当たっては、上述したような
透過光量の測定値の補正を行う。

【００７２】 次いで、溶液の濃度、塗布量、基板面
積から、単位面積当たりの化学物質の付着量を算出す
る。

【００７３】 次いで、付着量と吸光度の関係から検
量線を作成する。

【００７４】このように作成した検量線において、被測
定状態における吸光度と付着量との関係を読み取ること
により、赤外透過基板１０に付着した化学物質の絶対量
を求めることができる。

【００７５】図５は、３００ｍｍシリコンウェーハ上に
エタノールで希釈したＤＯＰを均一に塗布した試料を用
いて作成した吸光度と残留炭素量との関係を示す検量線
である。図５に示す検量線の場合、赤外線の吸光度が
０．０１の場合、ウェーハ上の残留炭素量は１×１０¹⁵
ｃｍ^-2であることを示している。

【００７６】図５に示すような検量線を予め作成してデ
ータベース３８に蓄えておくことで、赤外線の吸光度か
ら赤外透過基板１０上に付着した化学物質の付着量を算
出することができる。

【００７７】〔３〕 雰囲気中の化学物質濃度の定量化 本実施形態による化学物質検出方法における大気中の化
学物質の濃度を算出する方法について図６を用いて説明
する。

【００７８】本発明による化学物質検出方法では、赤外
線透過基板１０に付着し或いはその近傍に存在する化学
物質の量を内部多重反射赤外分光法によって測定し、雰
囲気中の化学物質濃度に換算する。つまり、雰囲気中の
化学物質濃度を直接測定しているわけではない。したが
って、赤外透過基板１０の近傍に存在する化学物質の量
から雰囲気中の化学物質の濃度を求めるためには、雰囲
気中の化学物質濃度と赤外線吸収ピークの吸光度の大き
さとの関係を予め求めておき、検量線を作成しておく必
要がある。雰囲気中の化学物質濃度を算出することのみ
を目的とする場合には、上述のようにして赤外透過基板
１０に付着した化学物質の絶対値を算出する必要はな
い。

【００７９】雰囲気中の化学物質濃度と吸収ピークの吸
光度の大きさとの関係を表す検量線を求めるにあたり、
まず、これらの関係について考察する。

【００８０】雰囲気中の化学物質濃度が高くなるほど
に、化学物質は赤外透過基板１０に付着しやすくなる。
したがって、雰囲気中の化学物質濃度の増加により赤外
透過基板１０上に付着する化学物質の量も増加する。こ
こで、雰囲気中の化学物質濃度をＣ、付着量と濃度の換
算係数をＫ₁、化学物質の赤外透過基板１０への付着量
をＷとすると、これらの間には以下の関係式が成立す
る。

【００８１】 Ｃ ＝ Ｋ₁ × Ｗ …（６） 一方、赤外透過基板１０に化学物質が付着した後の透過
光量Ｉ₁は、付着前の透過光量をＩ₀、内部反射回数を
Ｎ、１回の反射が起こるときの単位付着量あたりの吸光
係数をαとすると、以下の式により表すことができる。

【００８２】 Ｉ₁ ＝ Ｉ₀ × ｅｘｐ（−Ｗ × Ｎ × α） …（７） また、吸光度Ａは、 Ａ ＝ −ｌｏｇ₁₀（Ｉ₁ ／ Ｉ₀） …（８） として表される。したがって、（７）式及び（８）式を
用いると、吸光度Ａは、次式のように書き直すことがで
きる。

【００８３】 Ａ ∝ Ｗ × Ｎ × α …（９） したがって、（６）式は、吸光度と濃度の換算係数をＫ
₂とすると、次式のように書き直すことができる。

【００８４】 Ｃ ＝ Ｋ₂ × Ａ …（１０） （６）式及び（１０）式より、化学物質の濃度と基板へ
の付着量、化学物質の濃度と吸光度との間には比例関係
が成立することが判る。したがって、雰囲気中に曝露し
た赤外透過基板１０に付着した化学物質の量を吸光度の
大きさから求め、これに換算係数を掛けることにより雰
囲気中の化学物質の濃度を算出することができる。

【００８５】換算係数の測定は、例えば以下の手順によ
り行うことができる。

【００８６】 まず、化学物質が一定濃度で存在する
空間に赤外透過基板１０を曝露する。

【００８７】 次いで、気体中の化学物質の濃度を別
手段（ガス検知管、ガスクロマトグラフ等）により測定
する。

【００８８】 次いで、赤外透過基板１０に付着した
化学物質による吸収ピークの吸光度の大きさを内部多重
反射法により測定する。

【００８９】 次いで、複数の化学物質濃度の空間に
ついて上記〜を繰り返し、、の結果の比から換
算係数を求める。

【００９０】なお、基板の曝露時間は一定であることが
望ましい。曝露時間が異なると同一の化学物質の濃度で
も付着量が変わることがあり、この場合には曝露時間が
等しくなるように吸光度の大きさの換算を行う必要があ
るからである。このためには、赤外透過基板１０を雰囲
気中に曝露しながら適当な間隔で吸光度の大きさの測定
を行い、曝露時間と吸光度の大きさの関係を予め求めて
おくことが必要である。

【００９１】また、正確な測定のためには内部反射条件
が等しいことが必要であり、同一の基板又は同一形状の
基板に同一条件で赤外線を入射させる必要がある。ま
た、吸光係数は化学物質の種類によって異なるので、正
確な定量測定を行うためには測定したいすべての物質に
ついて予め換算係数の測定を行う必要がある。

【００９２】図６は、２４時間放置による化学物質の空
気中濃度と赤外透過基板としてのシリコンウェーハ表面
汚染との関係を示すグラフである。ＤＯＰ（ジオクチル
フタレート）の場合、例えば１ｎｇ／ｍ³のＤＯＰ濃度
の大気中にウェーハを２４時間放置すると、ウェーハ表
面への付着量は１０¹²ＣＨ₂ ｕｎｉｔ／ｃｍ²であるこ
とを示している。逆に言えば、２４時間放置後のウェー
ハ表面の付着量が１０ ¹²ＣＨ₂ ｕｎｉｔ／ｃｍ²であれ
ば、大気中のＤＯＰ濃度が１ｎｇ／ｍ³であることが判
る。一方、ＴＢＰ（リン酸トリブチル：難燃剤）やシロ
キサン（シリコンコーキング剤からの揮発物質）の場合
に示されるように、空気中濃度と付着量との関係は、化
学物質、放置時間等の条件によって異なる。したがっ
て、測定対象とする物質毎に空気中濃度と付着量の関係
を予め求めておくことが必要である。

【００９３】図６に示すような検量線を予め作成してデ
ータベース３８に蓄えておくことで、赤外透過基板１０
上に付着した化学物質量から雰囲気中に存在する化学物
質の濃度を算出することができる。また、図６に示す検
量線の代わりに、雰囲気中の化学物質濃度と吸収ピーク
の吸光度の大きさとの関係を示す検量線を予め作成して
データベース３８に蓄えておき、雰囲気中に存在する化
学物質の濃度を算出するようにしてもよい。

【００９４】〔４〕 化学物質検出方法 本実施形態による化学物質検出方法について図３を用い
て説明する。

【００９５】はじめに、被測定基板の測定に先立ち、基
準状態における測定を行う。なお、基準状態における測
定は、被測定基板の測定毎に行ってもよいし、定期的
（例えば所定枚数の処理毎など）に行ってもよい。

【００９６】まず、洗浄直後の基板など、表面上に化学
物質が付着していない標準基板を、化学物質検出装置内
に設置する。

【００９７】次いで、赤外光源２０から発せられた赤外
線を、標準基板に入射する。標準基板内に入射された赤
外線は、基板の表裏の表面において多重内部反射した
後、基板の外部に放出される。

【００９８】次いで、赤外透過基板１０から２箇所の放
出面から放出された赤外線を、赤外検出器３２ａ、３２
ｂにより検出する。この際、複数の波長を同時に測定す
るため、帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂの透過帯域を
変えておく。例えば、帯域透過フィルタ５０ａを、測定
対象の化学物質による吸収帯域波長を透過するものとす
る。一方、帯域透過フィルタ５０ｂを、測定対象の化学
物質による吸収帯域の近傍の波長帯域であって化学物質
による吸収のない波長帯域を透過するものとする。

【００９９】こうして、測定対象の化学物質による吸収
帯域波長の赤外線を赤外検出器３２ａにより、測定対象
の化学物質による吸収帯域の近傍の波長帯域であって化
学物質による吸収のない波長帯域の赤外線を赤外検出器
３２ｂにより同時に検出する。

【０１００】赤外検出器３２ａにより検出された赤外線
の光量は、例えば光量Ｓ₀としてデータベースに蓄積さ
れる。また、赤外検出器３２ｂにより検出された赤外線
の光量は、例えば光量Ｒ₀としてデータベース３８に蓄
積される。

【０１０１】次に、被測定基板の測定を行う。

【０１０２】まず、被測定基板である赤外透過基板１０
を、化学物質検出装置内に設置する。なお、赤外透過基
板１０を測定すべき雰囲気中に設置し、この雰囲気中に
含まれる化学物質の検出を行うようにしてもよい。

【０１０３】次いで、赤外光源２０から発せられた赤外
線を、赤外透過基板１０内に入射する。赤外透過基板１
０内に入射された赤外線は、赤外透過基板１０の表裏の
表面において多重内部反射されると同時に赤外透過基板
１０の表面に吸着している化学物質の情報を累積してプ
ロービングし、赤外透過基板１０の外部に放出される。

【０１０４】次いで、赤外透過基板１０の２箇所の放出
面から放出された赤外線を、赤外検出器３２ａ、３２ｂ
により同時に検出する。この際、複数の波長を同時に測
定するため、帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂの透過帯
域を変えておく。例えば、帯域透過フィルタ５０ａを、
測定対象の化学物質による吸収帯域波長を透過するもの
とする。一方、帯域透過フィルタ５０ｂを、測定対象の
化学物質による吸収帯域の近傍の波長帯域であって化学
物質による吸収のない波長帯域を透過するものとする。

【０１０５】こうして、測定対象の化学物質による吸収
帯域波長の赤外線を赤外検出器３２ａにより、測定対象
の化学物質による吸収帯域の近傍の波長帯域であって化
学物質による吸収のない波長帯域の赤外線を赤外検出器
３２ｂにより同時に検出する。

【０１０６】赤外検出器３２ａにより検出された赤外線
の光量は、例えば光量Ｓ₁′としてデータベースに蓄積
される。また、赤外検出器３２ｂにより検出された赤外
線の光量は、例えば光量Ｒ₁′としてデータベース３８
に蓄積される。

【０１０７】次いで、データベース３８に蓄積された光
量Ｓ₀，Ｒ₀，Ｓ₁′，Ｒ₁′から、透過光量の値を補正し
た吸光度Ａを求める。すなわち、吸光度Ａは、 Ａ ＝ −ｌｏｇ₁₀（Ｓ₁′× （Ｒ₀ ／ Ｒ₁′）／ Ｓ₀） により算出することができる。

【０１０８】次いで、データベース３８に蓄えられてい
る所定の検量線を参照し、赤外透過基板１０上に付着し
た化学物質の付着量、或いは、雰囲気中の化学物質の濃
度を算出する。

【０１０９】このように、本実施形態によれば、赤外透
過基板に赤外線を入射し、赤外透過基板の内部を多重反
射した後に赤外透過基板より放出される赤外線を検出
し、検出した赤外線の強度に基づいて赤外透過基板上に
付着している化学物質の付着量を算出する化学物質検出
方法において、赤外透過基板の基準状態において、化学
物質による実質的な赤外吸収のない第１の波長域の赤外
線を第１の赤外検出器により検出し、化学物質により赤
外吸収が生じる第２の波長域の赤外線を第２の赤外検出
器により検出し、赤外透過基板上の化学物質の量が変化
した状態で、第１の波長域の赤外線を第１の赤外検出器
により検出し、第２の波長域の赤外線を第２の赤外検出
器により検出し、第１の赤外検出器により検出した赤外
線の強度の変化を考慮して、第２の赤外検出器により検
出した赤外線の強度を補正することにより、赤外透過基
板上に付着した化学物質の付着量を算出するので、基板
に付着した化学物質以外の要因によって透過赤外線の光
量が変動した場合であっても、時間に依存するノイズに
影響されることなく化学物質の付着量を正確に算出する
ことができる。

【０１１０】［第２実施形態］本発明の第２実施形態に
よる化学物質検出方法及び装置について図７及び図８を
用いて説明する。図７は本実施形態による化学物質検出
装置の構造を示す概略図、図８は本実施形態による化学
物質検出装置における赤外透過基板と赤外検出素子の配
置を示す上面図である。なお、第１実施形態による化学
物質検出方法及び装置と同様の構成には同一の符号を付
し説明を省略し或いは簡略にする。

【０１１１】本実施形態による化学物質検出装置では、
図７に示すように、赤外検出器３２ａ、３２ｂが、赤外
透過基板１０の一端面側に並列に配置されている。赤外
検出器３２ａ、３２ｂと赤外透過基板１０との間には、
帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂがそれぞれ配置されて
いる。

【０１１２】赤外透過基板１０の外形としては、例えば
図７に示すように、端面を４５°のテーパ状に加工した
短冊状の形状を適用することができる。

【０１１３】本実施形態による化学物質検出装置は、赤
外検出器３２ａ、３２ｂのそれぞれにより同時に赤外線
を検出するため、赤外透過基板１０から放出される赤外
線が幅を有することを利用したものである。すなわち、
赤外透過基板１０の一端面から幅をもって放出される赤
外線が到達する範囲内に赤外検出器３２ａ、３２ｂが並
列に配置されている。

【０１１４】赤外検出器３２ａ、３２ｂのそれぞれによ
り同時に赤外線を検出する具体的構成としては、例え
ば、図８に示すように、赤外検出器３２ａ、３２ｂの赤
外検出素子５２ａ、５２ｂを赤外透過基板１０の一端面
に対向するように並列に配置する。赤外検出素子５２
ａ、５２ｂの前段には、帯域透過フィルタ５０ａ、５０
ｂをそれぞれ設ける。

【０１１５】ここで、帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂ
は光学素子でありサイズを自由に加工することができ
る。また、赤外検出素子５２ａ、５２ｂは、一つのパッ
ケージサイズが１０ｍｍ以下のものが入手可能である。
したがって、例えば、長さ約２００ｍｍ、厚さ１ｍｍ以
下、幅１５〜２０ｍｍの大きさを有する赤外透過基板１
０に対しても、その幅に対して、赤外検出素子５２ａ、
５２ｂを並列に配置することが可能である。

【０１１６】上述のように、赤外検出器３２ａ、３２ｂ
をそれぞれ帯域透過フィルタ５０ａ、５０ｂを介して赤
外透過基板１０の一端面側に並列に配置しても、異なる
波長域の赤外線を同時に検出することができる。したが
って、第１実施形態と同様に、時間依存のノイズに影響
されることなく、化学物質の付着量を定量化することが
できる。

【０１１７】なお、本実施形態による化学物質検出方法
は、赤外透過基板１０から放出される赤外線を検出する
赤外検出器３２ａ、３２ｂ及び帯域透過フィルタ５０
ａ、５０ｂの配置が異なる点以外は、第１実施形態とほ
ぼ同様にして行うことができる。

【０１１８】このように、本実施形態によれば、赤外透
過基板に赤外線を入射し、赤外透過基板の内部を多重反
射した後に赤外透過基板より放出される赤外線を検出
し、検出した赤外線の強度に基づいて赤外透過基板上に
付着している化学物質の付着量を算出する化学物質検出
方法において、赤外透過基板の基準状態において、化学
物質による実質的な赤外吸収のない第１の波長域の赤外
線を第１の赤外検出器により検出し、化学物質により赤
外吸収が生じる第２の波長域の赤外線を第２の赤外検出
器により検出し、赤外透過基板上の化学物質の量が変化
した状態で、第１の波長域の赤外線を第１の赤外検出器
により検出し、第２の波長域の赤外線を第２の赤外検出
器により検出し、第１の赤外検出器により検出した赤外
線の強度の変化を考慮して、第２の赤外検出器により検
出した赤外線の強度を補正することにより、赤外透過基
板上に付着した化学物質の付着量を算出するので、基板
に付着した化学物質以外の要因によって透過赤外線の光
量が変動した場合であっても、時間に依存するノイズに
影響されることなく化学物質の付着量を正確に算出する
ことができる。

【０１１９】［変形実施形態］本発明の上記実施形態に
限らず種々の変形が可能である。

【０１２０】例えば、上記実施形態では、透過赤外線の
うち２つの異なる波長域の赤外線を同時に検出し、１種
類の化学物質を測定していたが、複数種類の化学物質を
同時に測定してもよい。この場合、測定する化学物質の
種類の数に応じて、基板から放出される赤外線を検出で
きる位置に、複数台の赤外検出器を帯域透過フィルタを
介して配置する。また、一つのパッケージ中に複数の赤
外検出素子を備えた赤外検出器も市販されており、この
ような赤外検出器を用いて複数の波長域の赤外線を同時
に検出してもよい。これにより、測定すべき複数種類の
化学物質の吸収帯域に対応した波長域の赤外線をそれぞ
れ同時に検出し、１種類のみならず複数種類の化学物質
を測定することができる。なお、複数種類の化学物質を
検出する場合の付着量の定量化における補正方法につい
ては、特願２００１−３２２５９４号明細書に詳述され
ている。

【０１２１】また、上記実施形態では、赤外透過基板１
０として端面を楔状或いはテーパー状に加工したものを
用いていたが、赤外透過基板１０の端面形状はこれらに
限定されるものではなく、端面から放出される赤外線を
複数の赤外検出器で検出できるような形状であればよ
い。

【０１２２】また、上記実施形態において、赤外光源２
０と赤外透過基板１０との間にチョッパを設け、チョッ
パのチョッピング周波数と赤外線の検出とを同期させる
ことにより、Ｓ／Ｎ比を向上するようにしてもよい。こ
の場合、チョッパをチョッパ駆動回路により駆動するよ
うにし、赤外検出器３２ａ、３２ｂとＡ／Ｄ変換器３４
ａ、３４ｂとの間にロックインアンプを設けて赤外線を
同期検出する。なお、チョッパを挿入する位置は、図２
に示す本発明の前提となる化学物質検出検出装置のよう
に、赤外光源１０２と赤外透過基板１００との間であっ
てもよいし、また、赤外透過基板１００と化学物質検出
手段１０４との間であってもよい。図２では、赤外光源
１０２と赤外透過基板１００との間にチョッパ１１０を
設け、チョッパ駆動回路１１２により駆動するように
し、化学物質分析手段１０４の赤外検出器１１４とＡ／
Ｄ変換器１１６との間にロックインアンプ１１８を設け
てチョッパ１１０のチョッピング周波数と赤外線の検出
とを同期できるようになっている。本発明による化学物
質分析及び装置においても同様にして赤外線を同期検出
してもよい。

【０１２３】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、赤外透過
基板に赤外線を入射し、赤外透過基板の内部を多重反射
した後に赤外透過基板より放出される赤外線を検出し、
検出した赤外線の強度に基づいて赤外透過基板上に付着
している化学物質の付着量を算出する化学物質検出方法
において、赤外透過基板の基準状態において、化学物質
による実質的な赤外吸収のない第１の波長域の赤外線を
第１の赤外検出器により検出し、化学物質により赤外吸
収が生じる第２の波長域の赤外線を第２の赤外検出器に
より検出し、赤外透過基板上の化学物質の量が変化した
状態で、第１の波長域の赤外線を第１の赤外検出器によ
り検出し、第２の波長域の赤外線を第２の赤外検出器に
より検出し、第１の赤外検出器により検出した赤外線の
強度の変化を考慮して、第２の赤外検出器により検出し
た赤外線の強度を補正することにより、赤外透過基板上
に付着した化学物質の付着量を算出するので、測定デー
タへの時間依存のノイズの混入を抑え、基板に付着した
化学物質以外の要因によって透過赤外線の光量が変動し
た場合であっても、高い精度で化学物質の付着量を算出
を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となる化学物質検出方法の原理を
示す概略図である。

【図２】本発明の前提となる化学物質検出検出装置の一
例を示す概略図である。

【図３】本発明の第１実施形態による化学物質検出装置
の構造を示す概略図である。

【図４】本発明の第１実施形態による化学物質検出方法
における化学物質の定量化方法を説明する図である。

【図５】吸光度と基板上に付着した残留炭素との関係を
示すグラフである。

【図６】基板上に付着した化学物質の付着量と大気中に
おける化学物質の濃度との関係を示すグラフである。

【図７】本発明の第２実施形態による化学物質検出装置
の構造を示す概略図である。

【図８】本発明の第２実施形態による化学物質検出装置
における赤外透過基板と赤外検出素子の配置を示す上面
図である。

【符号の説明】

１０…赤外透過基板 ２０…赤外光源 ３０…化学物質分析手段 ３２ａ、３２ｂ…赤外検出器 ３４ａ、３４ｂ…Ａ／Ｄ変換器 ３６ａ、３６ｂ…演算装置 ３８…データベース ５０ａ、５０ｂ…帯域透過フィルタ ５２ａ、５２ｂ…赤外検出素子 １００…赤外透過基板 １０２…赤外光源 １０４…化学物質分析手段 １０６…帯域透過フィルタ １０８…フィルタ駆動回路 １１０…チョッパ １１２…チョッパ駆動回路 １１４…赤外検出器 １１６…Ａ／Ｄ変換器 １１８…ロックインアンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G059 AA01 AA10 BB08 BB16 EE02 EE11 GG01 GG02 GG10 HH01 JJ02 JJ24 KK03 MM10 MM14

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外透過基板に赤外線を入射し、前記赤
   外透過基板の内部を多重反射した後に前記赤外透過基板
   より放出される赤外線を検出し、検出した赤外線の強度
   に基づいて前記赤外透過基板上に付着している化学物質
   の付着量を算出する化学物質検出方法において、 前記赤外透過基板の基準状態において、前記化学物質に
   よる実質的な赤外吸収のない第１の波長域の赤外線を第
   １の赤外検出器により検出し、前記化学物質により赤外
   吸収が生じる第２の波長域の赤外線を第２の赤外検出器
   により検出し、 前記赤外透過基板上の前記化学物質の量が変化した状態
   で、前記第１の波長域の赤外線を前記第１の赤外検出器
   により検出し、前記第２の波長域の赤外線を前記第２の
   赤外検出器により検出し、 前記第１の赤外検出器により検出した赤外線の強度の変
   化を考慮して、前記第２の赤外検出器により検出した赤
   外線の強度を補正することにより、前記赤外透過基板上
   に付着した前記化学物質の付着量を算出することを特徴
   とする化学物質検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の化学物質検出方法におい
   て、 前記赤外透過基板は、その内部を多重反射した赤外線が
   放出される少なくとも２つの赤外線放出面を有し、 前記赤外線放出面の一の面から放出される赤外線を、前
   記第１の赤外検出器により検出し、 前記赤外線放出面の他の面から放出される赤外線を、前
   記第２の赤外検出器により検出することを特徴とする化
   学物質検出方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の化学物質検出方法におい
   て、 前記赤外透過基板の赤外線が放出される赤外線放出面に
   対して、前記第１の赤外検出器を並列に配し、前記赤外
   線放出面から放出される赤外線を、前記第１の赤外検出
   器と前記第２の赤外検出器とにより検出することを特徴
   とする化学物質検出方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   化学物質検出方法において、 前記第１の波長域は、前記第２の波長域の近傍の波長域
   であることを特徴とする化学物質検出方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   化学物質検出方法において、 前記第１の赤外検出器による前記第１の波長域の赤外線
   の検出と、前記第２の赤外検出器による前記第１の波長
   域の赤外線の検出とをほぼ同時に行うことを特徴とする
   化学物質検出方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   化学物質検出方法において、 前記赤外透過基板上に付着した前記化学物質の付着量に
   基づいて、大気中における前記化学物質の濃度を算出す
   ることを特徴とする化学物質検出方法。
7. 【請求項７】 赤外透過基板と、 前記赤外透過基板に赤外線を入射する赤外光源と、 前記赤外透過基板内部を多重反射した後に前記赤外透過
   基板より放出される赤外線のうち、前記赤外透過基板上
   に付着した化学物質による実質的な赤外吸収のない第１
   の波長域の赤外線を検出する第１の赤外検出器と、 前記赤外透過基板内部を多重反射した後に前記赤外透過
   基板より放出される赤外線のうち、前記第１の波長域の
   近傍の波長域であって前記化学物質により赤外吸収が生
   じる第２の波長域の赤外線を検出する第２の赤外検出器
   と、 前記第１の赤外検出器及び前記第２の赤外検出器により
   検出された赤外線に基づいて前記赤外透過基板上に付着
   した化学物質の付着量を算出する化学物質分析手段とを
   有することを特徴とする化学物質検出装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の化学物質検出装置におい
   て、 前記化学物質分析手段は、前記第１の赤外検出器により
   検出した赤外線の強度の変化を考慮して、前記第２の赤
   外検出器により検出した赤外線の強度を補正することに
   より、前記赤外透過基板上に付着した前記化学物質の付
   着量を算出することを特徴とする化学物質検出装置。
9. 【請求項９】 請求項７又は８記載の化学物質検出装置
   において、 前記赤外透過基板の内部を多重反射した赤外線のうち前
   記第１の波長域の赤外線を前記第１の赤外検出器に導く
   第１の帯域透過フィルタと、 前記赤外透過基板の内部を多重反射した赤外線のうち前
   記第２の波長域の赤外線を前記第２の赤外検出器に導く
   第２の帯域透過フィルタとを更に有することを特徴とす
   る化学物質検出装置。
10. 【請求項１０】 請求項７乃至９のいずれか１項に記載
    の化学物質検出装置において、 前記赤外透過基板は、その内部を多重反射した赤外線が
    放出される少なくとも２つの赤外線放出面を有し、 前記第１の赤外検出器は、前記赤外線放出面の一の面か
    ら放出される赤外線を検出し、 前記第２の赤外検出器は、前記赤外線放出面の他の面か
    ら放出される赤外線を検出することを特徴とする化学物
    質検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項７乃至９のいずれか１項に記載
    の化学物質検出装置において、 前記第１の赤外検出器と前記第２の赤外検出器とは、前
    記赤外透過基板の赤外線が放出される赤外線放出面に対
    して並列に配置され、 前記第１の赤外検出器と前記第２の赤外検出器は、とも
    に前記赤外線放出面から放出される赤外線を検出するこ
    とを特徴とする化学物質検出装置。