JP2007057283A - 薬液濃度モニタ - Google Patents

Abstract

【課題】
フローセルの汚れや曇りを検出し警報を発する薬液濃度モニタを提供する。
【解決手段】
光吸収法を用いた薬液濃度モニタにおいて、水を流通させた前記フローセルに光を照射した際の紫外領域のサンプル光量Ｓと、その時点のリファレンス光量Ｒとから、光の透過率Ｘ＝Ｓ／Ｒを算出する演算部（Ａ）と、所定時間ごとに前記透過率データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、・・・Ｘｎを格納するデータ格納部と、前記データ格納部に格納された透過率データの初期値Ｘ１と現在値Ｘｎとからその変化Ｘ１−Ｘｎ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１、又はＸｎ／Ｘ１を算出する演算部（Ｂ）と、Ｘ１−Ｘｎ＞Ｙ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１＞Ｚ、又はＸｎ／Ｘ１＜ａであると警告信号を出力する判定部とを備えるようにした。
【選択図】
図１

Description

この発明は、フローセルの汚れや曇りを検出し警報を発する薬液濃度モニタに関するものである。

例えば半導体の洗浄工程では洗浄用薬液を管理するために光吸収法を利用した薬液濃度モニタが用いられているが（特許文献１）、このような薬液濃度モニタでは、サンプリング部にフローセルを使用する場合が多い。このようなフローセルは長時間の薬液流入により、その内部には薬液成分又は洗浄により薬液に溶けた成分による汚れが付着し、これが光の透過率に影響を及ぼす場合がある。また、その外部には薬液中の揮発成分による光透過面への曇りといった現象が生じる場合がある。

このような現象が生じると薬液濃度モニタの分析精度が低下することが懸念され、また、このような現象が生じた場合はフローセルの交換が完了するまで薬液濃度モニタが測定不能となることもある。特に連続測定が必要な場合は、上記のような汚れや曇りによるフローセルの異常をいち早く検出し、対策を行うことが求められる。

薬液濃度モニタのフローセルが長期の薬液流入によりその内部及び外部に汚れの付着や曇りを生じた場合、フローセルの光の透過率が低下するが、その影響はサンプル光量や測定濃度値が徐々に変化していく形で表れることが一般的である。しかし、実際の薬液連続測定においては、フローセルの使用開始からどのくらいの時間が経過するとフローセルに汚れや曇りが発生するかは周囲の環境や薬液組成、洗浄対象等により異なり、測定結果に異常が発生した時点ではじめてフローセルに汚れや曇りが生じたことがわかる場合が多い。このため、従来は測定結果に異常が発生したら連続測定を中断しフローセルの交換を行うという対処法しかなかった。また、セル汚れを確認するには、実際にセルを取り外し、乾燥させてから調査するしかなかった。

また、サンプルセルの軽微な汚れは薬液濃度がゼロである水を使用して補正することができる。即ち、図４（ｉ）にあるように水を透過した光から求める吸光度がセル汚れにより変化する。これを元に戻すような係数を求めて、サンプル測定時において得られた吸光度にその係数を掛けて計算することで、正しい濃度演算結果となる（図４（ｉｉ））。しかし、更に汚れが進行すると（図５（ｉ））、水での光吸収量と薬液での吸収量に差が出てきて、薬液での測定時には水で得た補正係数では補正できなくなり演算誤差が発生する（図５（ｉｉ））。
特開２００５−３７３１９号公報

しかしながら、例えば半導体の洗浄工程において突然薬液の連続測定が中断されると、薬液濃度モニタがその分析結果をフィードバックするシステムの一部に組み込まれている場合、影響はシステム全体に及び、その結果半導体の生産工程すべてに狂いが生じ、経済的損失は大きい。

一方突然薬液の連続測定が中断される事態を回避するために、定期的にフローセルを交換するという手段も考えられるが、この方法では、問題のないフローセルまで交換することにより、手間及びコストの面からかなりの損失が発生するという問題がある。

そこで本発明は、フローセルの汚れや曇りを検出し警報を発する薬液濃度モニタを提供すべく図ったものである。

すなわち本発明に係る薬液濃度モニタは、測定対象薬液が流通するフローセルと、前記フローセルを流通する測定対象薬液に光を照射する光源と、前記フローセルを流通する測定対象薬液を透過した光のスペクトルを検出する検出器とを備えているものであって、水を流通させた前記フローセルに光を照射した際の紫外領域の光のサンプル光量Ｓと、その時点のリファレンス光量Ｒとから、光の透過率Ｘ＝Ｓ／Ｒを算出する演算部（Ａ）と、所定時間ごとに前記透過率データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、・・・Ｘｎを格納するデータ格納部と、前記データ格納部に格納された透過率データの初期値Ｘ１と現在値Ｘｎとからその変化Ｘ１−Ｘｎ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１、又はＸｎ／Ｘ１を算出する演算部（Ｂ）と、Ｘ１−Ｘｎ＞Ｙ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１＞Ｚ、又はＸｎ／Ｘ１＜ａであると警告信号を出力する判定部とを備えていることを特徴とする。ここで、判定基準値となるＹ、Ｚ及びａは、薬液の処理対象や、薬液組成に依存して適宜設定する値であり、特定の値に限定されない。また、本発明において、紫外領域とは約１６５〜４００ｎｍの波長領域であり、近赤外領域とは約７８０ｎｍ〜３μｍの波長領域をいう。

本発明の薬液濃度モニタは、光吸収法を用いるものであるが、光吸収法では、測定対象薬液及びフローセルを透過していないリファレンス光の光量と、フローセル内を流通している測定対象薬液を透過したサンプル光の光量を測定し、これらの光量の比からフローセル内の測定対象薬液の吸光度を算出する。

図２は、使用開始直後のフローセル（セル汚れ前）とその約１年８ヶ月後のフローセル（セル汚れ後）を用いて測定した水のサンプル光量を示すものである。（ｉ）が紫外（ＵＶ）領域のサンプル光量を示し、（ｉｉ）が近赤外（ＮＩＲ）領域のサンプル光量を示す。

図２に示すサンプル光量をその時点のレファレンス光量で除して算出した透過率を図３に示す。図３（ｉ）に示すとおり、フローセル使用開始直後の時点（セル汚れ前）と、その１年８ヶ月後（セル汚れ後）では、紫外領域の光の透過率に明確に差が見られ、この差はセルの変化、すなわちフローセルの曇りや汚れに起因するものである。本発明はこの透過率に基づいてフローセルの曇りや汚れを検出するものである。

薬液は、その構成成分に水を含む２成分以上の様々な混合溶液であるが、紫外領域に吸収の存在するものと存在しないものの両者があり、そのどちらの場合においてもフローセルに汚れや曇りを発生させる可能性がある。図３（ｉ）に示すように、水には本来紫外領域に吸収が存在しないが、フローセルに汚れや曇りが発生した時には、水の吸光度も本来のものとは異なった特徴を示す。これはフローセルの汚れや曇りが、光の透過率を減少させることに起因している。

このような本発明に係る薬液濃度モニタによれば、流路に水を流すたびに、フローセルに汚れや曇りが生じていると自動的に警報が発せられ、薬液濃度モニタに設置したままの状態でフローセルの曇りや汚れの状態を判断することができ、セル汚れの定期的な監視を行なうことが可能となる。このため、計画的に事前の対策を図ることが可能となるので、従来のようなフローセルの曇りや汚れにより突然連続測定が不能になることから生じる薬液濃度モニタを含むシステム全体への影響や、その結果工程すべてに生じる狂いによる経済的損失を回避することができる。また、定期的に一律にセルを交換すると、問題のないフローセルまで交換することになり、その結果手間及びコスト面にかなりの損失が発生するが、本発明によれば個別にセルを監視することにより汚れが付着したり曇りが生じたフローセルのみを選別して交換することができる。

一方、図３（ｉｉ）に示すように、フローセルに曇りや汚れが生じても、近赤外領域の光の透過率には殆ど影響が生じない。このため、前記判定部が警告信号を出力した後は、測定対象薬液が前記フローセルを流通する際に、使用する紫外領域及び近赤外領域のうちの近赤外領域のみの光量を使用して濃度演算するように構成してあることが好ましい。近赤外領域のみの光による薬剤濃度の分析精度は、概して紫外領域と近赤外領域双方使用の場合に比べて劣るが、次善策として近赤外領域を用いることにより、フローセルに曇りや汚れが生じた後も連続測定を継続することができ、突然測定が中断される事態を回避することができる。

このように本発明によれば、薬液成分の分析結果に影響を与えるフローセルの曇りや汚れを早い段階で検出することができ、連続測定に重大な支障が生じる事態を回避することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る薬液濃度モニタ１を図面を参照して説明する。

本実施形態に係る薬液濃度モニタ１は、図１に示すように、本装置に導入された薬液Ｃを脱泡する脱泡槽２と、脱泡された薬液Ｃを流通させる主流路９ａと、薬液Ｃから脱泡した空気と薬液Ｃを流通させる副流路９ｂと、主流路９ａ上に設けられた分析系と、分析系に接続されてフローセルの汚れや曇りを監視する機器群とを備えている。

各部を詳述する。前記脱泡槽２は、薬液Ｃの流速及び粘度等の特性に従って適宜の容量を有する密閉容器からなる。前記脱泡槽２で、薬液Ｃから気泡が分離され、脱泡された薬液Ｃは主流路９ａへ、一方除去された気泡は副流路９ｂへそれぞれ流通される。

主流路９ａ上には、光吸収法を用いた分析系が設けてある。当該分析系は具体的には、主流路９ａを流通する薬液Ｃが連続してその内部を通過するフローセル４に、光源３から光を照射し、フローセル４を透過した光のスペクトルを検出器５で検出し、フローセル４内の薬液Ｃによる光の吸収度合い（吸光度）を測定して薬液Ｃの成分を分析するように構成してある。一般的に、薬液Ｃを透過した光をサンプル光、薬液Ｃを透過していない光をリファレンス光と呼び、この２つの光量の比から、薬液Ｃによる光の吸収度合い（吸光度）が算出される。このため、リファレンス光を検出する際はフローセル４は光源３と検出器５との間から移動可能なように構成されている。

前記分析系には、フローセル４の曇りや汚れを監視する機器群が接続されており、具体的には、フローセル４に水を流通させた際の紫外領域における光の透過率を算出する演算部（Ａ）１１と、所定時間ごとに前記透過率データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、・・・Ｘｎを格納するデータ格納部１２と、データ格納部１２に格納された透過率データの初期値Ｘ１と現在値Ｘｎとからその変化Ｘ１−Ｘｎ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１、又はＸｎ／Ｘ１を算出する演算部（Ｂ）１３と、Ｘ１−Ｘｎ＞Ｙ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１＞Ｚ、又はＸｎ／Ｘ１＜ａであると警告信号を出力する判定部１４と、警告信号を受信すると警報を発する警報装置６とが設けてある。

演算部（Ａ）１１においては、フローセル４に水を流通させ、光を照射した際の紫外領域のサンプル光とリファレンス光を用いて光の透過率を算出する。即ち、ある時点ｎにおいて、フローセル４に水を流通させて、そこに紫外領域の光を照射し、サンプル光量値Ｓｎと、リファレンス光量値Ｒｎを検出器５で測定し、これらの値から透過率Ｘｎ＝Ｓｎ／Ｒｎを算出する。この際、透過率を測定する時間間隔は適宜設定でき特に限定さず、一定の時間間隔でなくともよい。

得られた透過率データは、初期値Ｘ１から、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、・・・現在値Ｘｎまで、データ格納部１２に格納される。

演算部（Ｂ）は、データ格納部１２に新たな透過率データが格納されると、データ格納部１２にアクセスして、初期値Ｘ１と現在値Ｘｎとを取得し、それらのデータからその変化Ｘ１−Ｘｎ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１、又はＸｎ／Ｘ１を算出する。

そして、判定部１３では、Ｘ１−Ｘｎ＞Ｙ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１＞Ｚ、又はＸｎ／Ｘ１＜ａであると、フローセル４に曇りや汚れが生じていると判定して、警告信号を出力する。ここで、Ｙ、Ｚ及びａは、薬液Ｃの処理対象や、薬液Ｃの組成に依存して適宜設定する値であり、一定の値に限定されない。

演算部（Ａ）１１、データ格納部１２、演算部（Ｂ）１３及び判定部１４は、マイクロコンピュータ１０を用いて構成している。このマイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ、内部メモリ、ＡＤ変換器等を有する。そして、内部メモリの所定領域に設定したプログラムに従ってＣＰＵやその周辺機器を作動させることにより、演算部（Ａ）１１、データ格納部１２、演算部（Ｂ）１３及び判定部１４として機能するように構成してある。かかるマイクロコンピュータ１０は、汎用のものであってもよく、専用のものであってもよい。

警報装置６は、ＬＥＤ等の発光体や、ブザーやスピーカ等の音声出力体等からなり、判定部１４から警告信号を受信すると、紫外領域の透過率が所定の範囲を超えて低下したこと、すなわちフローセル４に曇りや汚れが生じたことを、光や音でオペレータ等に警告するものである。

判定部１３は、Ｘ１−Ｘｎ＞Ｙ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１＞Ｚ、又はＸｎ／Ｘ１＜ａであると、上述のとおり警告信号を出力するとともに、更に検出器５に向けて、フローセル４の曇りや汚れの影響を受けない近赤外領域のスペクトルを検出して、薬液Ｃの成分を分析するよう設定の変更を指示する信号を出力する。

検出器５は、判定部１３から設定変更を指示する信号を受信すると、検出するスペクトルの波長を、通常、分析精度は高いがフローセルの曇りや汚れの影響を受けやすい紫外領域から、分析精度は劣るものの曇りや汚れの影響を受けない近赤外領域に変更して、薬液Ｃの成分を分析する。

分析系において分析が終了した薬液Ｃは、主流路９ａを流通し、脱泡槽２において分離され副流路９ｂを流通した気泡とともに、薬液濃度モニタ１外に排出される。

このような本実施形態によれば、フローセル４に汚れや曇りが生じると、自動的に警報が発せられ、薬液濃度モニタに設置したままの状態でフローセルの曇りや汚れの状態を判断することが可能となる。そして、流路系に水を流す際に、フローセル４の曇りや汚れを定期的に監視することが可能となるため、フローセル４の曇りや汚れに起因して異常な測定結果が得られてから突然測定を中断したりシステムを停止することを回避でき、計画的に事前の対策を図ることが可能となる。このため、突然薬液の連続測定が中断された場合の、薬液濃度モニタを含むシステム全体への影響や、その結果工程すべてに生じる狂いによる経済的損失を回避することができる。また、定期的に一律にセルを交換する方法とは異なり、個別にフローセル４の汚れや曇りを判定できるので、問題のないフローセル４まで交換することがなく、その結果生じる手間及びコスト面の損失を回避することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、警報装置６は薬液濃度モニタ１に備わっていなくてもよく、外部の警報装置を本発明の薬液濃度モニタ１に接続して、警報を発するようにしてもよい。

また、薬液濃度モニタ１は入力部や、モニタや、プリンタ等を備えていてもよい。

更に、紫外領域の光の透過率の変化Ｘ１−Ｘｎ＞Ｙ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１＞Ｚ、又はＸｎ／Ｘ１＜ａのみによりフローセルの曇りや汚れを判定するのではなく、透過率Ｘｎの長期的なトレンドを記憶し、グラフを作成することにより、フローセルの曇りや汚れを判定したり、透過率を複数の基準値で判定して、フローセルの汚れ度合いにより、光の色や音の種類やその強さ等を変えて多段階に警報Ａ、Ｂ、Ｃ・・・のように出してもよい。

その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本発明によって、フローセルを薬液濃度モニタに装着した状態のままで自動的にフローセルに曇りや汚れが生じたことを検出することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る薬液濃度モニタの機器構成図。 セルが汚れる前と後の水を測定対象とした場合の紫外領域（ｉ）と近赤外領域（ｉｉ）のサンプル光量を示すグラフ。 セルが汚れる前と後の水を流通させたセルの紫外領域（ｉ）と近赤外領域（ｉｉ）における透過率を示すグラフ。 セル汚れの前後及び補正後にセルに水を流通させた際の紫外領域の吸光度（ｉ）とサンプルを流通させた際の紫外領域の吸光度及び薬液濃度出力（ｉｉ）を示すグラフ。 セル汚れの前後及び補正後にセルに水を流通させた際の紫外領域の吸光度（ｉ）とサンプルを流通させた際の紫外領域の吸光度及び薬液濃度出力（ｉｉ）を示すグラフ。

符号の説明

１・・・薬液濃度モニタ
３・・・光源
４・・・フローセル
５・・・検出部
１１・・・演算部（Ａ）
１２・・・データ格納部
１３・・・演算部（Ｂ）
１４・・・判定部

Claims (2)

1. 測定対象薬液が流通するフローセルと、前記フローセルを流通する測定対象薬液に光を照射する光源と、前記フローセルを流通する測定対象薬液を透過した光のスペクトルを検出する検出器とを備えている薬液濃度モニタであって、
   水を流通させた前記フローセルに光を照射した際の紫外領域のサンプル光量Ｓと、その時点のリファレンス光量Ｒとから、光の透過率Ｘ＝Ｓ／Ｒを算出する演算部（Ａ）と、
   所定時間ごとに前記透過率データＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、・・・Ｘｎを格納するデータ格納部と、
   前記データ格納部に格納された透過率データの初期値Ｘ１と現在値Ｘｎとからその変化Ｘ１−Ｘｎ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１、又はＸｎ／Ｘ１を算出する演算部（Ｂ）と、
   Ｘ１−Ｘｎ＞Ｙ、（Ｘ１−Ｘｎ）／Ｘ１＞Ｚ、又はＸｎ／Ｘ１＜ａであると警告信号を出力する判定部とを備えていることを特徴とする薬液濃度モニタ。
2. フローセルを透過した光の紫外領域及び／又は近赤外領域を使用して、各波長の吸光度を算出し、濃度演算する装置であって、前記判定部が警告信号を出力した後は、測定対象薬液が前記フローセルを流通する際に、使用する紫外領域及び近赤外領域のうちの近赤外領域のみの光量を使用して濃度演算するように構成してある請求項１記載の薬液濃度モニタ。