JP2022185656A - 光学分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測部の外に露出する光ファイバーケーブルが受ける温度変化の影響を低減し、計測部の外に露出する光ファイバーケーブルのスペースを削減する。
【解決手段】光学分析装置は、光源光を測定対象に照射して、測定対象を透過した光または測定対象によって反射された光を光ファイバーケーブル３－２に導く計測部１と、光ファイバーケーブル３－１を介して計測部１に光源光を放出する光源部２０と、測定対象を透過した光または測定対象によって反射された光を光ファイバーケーブル３－２を介して受光する光検出部２１を備える。光源部２０と光検出部２１のうち少なくとも一方は、光ファイバーケーブル３－１，３－２の一部を収容し、収容する光ファイバーケーブル３－１，３－２の長さを変更することが可能なケーブル収容部２３を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光を用いて測定対象の分析を行う光学分析装置に関するものである。

半導体の洗浄工程において、ウエハを洗浄する薬液を近赤外吸光法により濃度管理している装置がある。配管に流れる流体の中には高温の流体があり、配管の周囲やヒーターの周辺は温度変化が大きな部分である（特許文献１、特許文献２参照）。

図５は特許文献１に開示されたプロセスラインの構成を示す図である。図５には、半導体の洗浄工程で使用されるウェットステーションが示されている。ウェットステーションは、テフロン（登録商標）管１００を介して閉回路内で共に接続された槽１０１と、フィルタ１０２と、ポンプ１０３とからなる再循環管を備えている。槽１０１は、洗浄、排出又はエッチング溶液のような各種の流体を保持することができる。

光透過装置１０４は、光ファイバーケーブル１０５の末端から出射する赤外線ビーム又は近赤外線ビームのような光ビームをテフロン管１００に照射し、テフロン管１００を透過した光を光ファイバーケーブル１０６を介して受光センサ（不図示）に導く。これにより、例えばテフロン管１００を循環する流体の化学的組成または特性等を測定するためのスペクトル測定が可能となる。

図６は特許文献２に開示された半導体製造システム用分析装置の構成を示す図である。半導体製造システム用分析装置は、試料を収容する石英ガラス製の試料セル２００と、装置本体２０１と、試料セル２００と装置本体２０１とを接続する光ファイバー２０２，２０３とを備えている。例えば、試料セル２００を半導体ウエハＷの洗浄に用いられる各種洗浄液体等が流れる配管部２０４上に配置して、洗浄液体等の濃度管理をインラインで実施できるようにしている。

装置本体２０１の光源２０５から出射した光源光は、光ファイバー２０２とレンズ２０８を介して試料セル２００に照射される。光検出器２０６は、試料セル２００を透過した透過光をレンズ２０９と光ファイバー２０３を介して受光する。分光分析手段２０７は、光検出器２０６が受光した光に基づいて、試料セル２００の内壁に汚れが有るか否か等の判定を行う。

従来技術の構成では、光ファイバーケーブルの長さが一定の場合、計測部（図５の例では光透過装置１０４、図６の例では試料セル２００とレンズ２０８，２０９の部分）の設置位置を変えて、計測部を本体部の近くに置くと、光ファイバーケーブルが余ることになる。図７に示すように、余った光ファイバーケーブル３０２は、計測部３００と本体部３０１との間に、巻いて置かれたり、蛇行するように配置されたりする。図７に示した製品は、顧客の装置内に置かれることが多いので、余った光ファイバーケーブルが顧客の設置スペースを圧迫するという問題があった。また、光ファイバーケーブルが露出している部分は、顧客の装置による温度変化を受ける。温度が変化すると、光ファイバーケーブルの透過率等の物性が変化するため、測定が不安定になるという問題があった。

特許第４４１４２２３号公報 特開２００８－１６４４８７号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、計測部の外に露出する光ファイバーケーブルが受ける温度変化の影響を低減し、計測部の外に露出する光ファイバーケーブルのスペースを削減することができる光学分析装置を提供することを目的とする。

本発明の光学分析装置は、第１の光ファイバーケーブルからの光源光を測定対象に照射して、前記測定対象を透過した光または前記測定対象によって反射された光を第２の光ファイバーケーブルに導くように構成された計測部と、前記第１の光ファイバーケーブルを介して前記計測部に前記光源光を放出するように構成された光源部と、前記測定対象を透過した光または前記測定対象によって反射された光を前記第２の光ファイバーケーブルを介して受光するように構成された光検出部と、前記第１、第２の光ファイバーケーブルとを備え、前記光源部と前記光検出部とのうち少なくとも一方は、自身と前記計測部との間に露出する前記光ファイバーケーブルの一部を収容し、収容する前記光ファイバーケーブルの長さを変更することが可能なケーブル収容部を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の光学分析装置の１構成例において、前記ケーブル収容部は、前記光ファイバーケーブルを巻き取るように構成された回転リールを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例において、前記回転リールは、前記回転リールの表面を螺旋状に周回するように形成された仕切りを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例において、前記回転リールは、前記回転リールの表面を螺旋状に周回するように形成された溝を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例において、前記光源部と前記光検出部とのうち前記ケーブル収容部を備えるユニットは、ユニット内の空気をユニット内に収容した前記光ファイバーケーブルに吹きつけるように構成された送風ファンをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光学分析装置の１構成例は、前記光検出部によって受光された光に基づいて測定対象の分析を行うように構成された分析部をさらに備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、光源部と光検出部とのうち少なくとも一方のケーブル収容部に不要な光ファイバーケーブルを収容することで、光ファイバーケーブルと外気とを熱的に分離することができ、外気と触れる光ファイバーケーブルが受ける温度変化の影響を低減することができる。また、本発明では、計測部の外に露出する光ファイバーケーブルのスペースを削減することができる。本発明では、固定長の光ファイバーケーブルを使用しつつ、計測部の外に露出する光ファイバーケーブルの長さを可変にすることができる。

図１は、本発明の第１の実施例に係る光学分析装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の第２の実施例に係る光学分析装置の構成を示す図である。 図３は、本発明の第１、第２の実施例に係る光学分析装置の別の構成を示す図である。 図４は、本発明の第１、第２の実施例に係る光学分析装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。 図５は、従来のプロセスラインの構成を示す図である。 図６は、従来の半導体製造システム用分析装置の構成を示す図である。 図７は、従来の装置構成における余った光ファイバケーブルの配置例を示す図である。

［発明の原理］
本発明では、計測部と本体部とを光ファイバケーブルを介して接続する光学分析装置において、本体部に不要な光ファイバーケーブルを回転リールにより巻き取ることで収容し、光ファイバーケーブルと外気とを熱的に分離する。

さらに、光ファイバーケーブルを巻き取る回転リールに、光ファイバーケーブル同士を分離する仕切りを設ける。あるいは、回転リールに、光ファイバーケーブル同士を分離する溝を設ける。回転リールに仕切りを設けたり、溝を設けたりすることで、回転リールと光ファイバーケーブルとの接触面積が増えるので、回転リールの熱を光ファイバーケーブルに効率良く伝え、回転リールに収容された光ファイバーケーブルの温度を一定にすることができる。さらに、本体部の光源部と光検出部で発生する熱を利用して、回転リールと光ファイバーケーブルを温めることで、光源部と光検出部と回転リールと光ファイバーケーブルの温度差を小さくすることができる。なお、後述のように光源部と光検出部とをそれぞれ別体にして設置し、光源部と光検出部とのうち少なくとも一方に回転リールを設けるようにしてもよい。

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る光学分析装置の構成を示す図である。光学分析装置は、計測部１と、本体部２と、計測部１と本体部２とを接続する光ファイバーケーブル３とから構成される。

計測部１は、例えば液体などの測定対象を収容する光透過性の測定セル１０と、光ファイバーケーブル３からの光源光を測定セル１０に照射するレンズ等の照射側光学系１１と、測定セル１０を透過した光を集光して光ファイバーケーブル３に導くレンズ等の検出側光学系１２とを備えている。

本体部２は、光源光を発する例えばハロゲンランプや半導体レーザ等の光源部２０と、計測部１において測定セル１０を透過した光を光ファイバーケーブル３を介して受光する光検出部２１と、光検出部２１が受光した光に基づいて測定対象の分析を行う分析部２２と、光ファイバーケーブル３を巻き取るようにして収容するケーブル収容部２３と、本体部２の内部の光ファイバーケーブル３の温度を計測する温度センサ２４と、光ファイバーケーブル３に空気を吹きつける送風ファン２５とを備えている。

本実施例では、光ファイバーケーブル３として２芯光ファイバーケーブルを用いる。光源部２０から出射した光源光は、光ファイバーケーブル３の一方の光ファイバー（第１の光ファイバー）を介して計測部１に導かれ、測定セル１０に照射される。測定セル１０を透過した光は、光ファイバーケーブル３の他方の光ファイバー（第２の光ファイバー）を介して本体部２に導かれ、光検出部２１に入射する。なお、本実施例では２芯光ファイバーケーブルを用いているが、照射側の光ファイバーケーブルと検出側の光ファイバーケーブルとを別々に設けてもよいことは言うまでもない。

分析部２２は、光検出部２１が受光した光に基づいて測定対象の分析を行う。分析の１例としては、測定対象に含まれる成分濃度の算出がある。成分濃度を算出する方法については、例えば特開２０１４－１０６１６０号公報に開示されている。分析部２２が行う分析は、成分濃度の算出に限らないことは言うまでもない。

また、分析部２２は、測定対象自体の分析ではなく、測定セル１０に汚れ等の異常があるかどうかを判定するようにしてもよい。判定方法については、例えば特許文献２に開示されている。

また、光ファイバーケーブル３には、伝搬する光の強度や波長に温度依存性がある。そこで、分析部２２は、温度センサ２４によって計測される光ファイバーケーブル３の温度に基づいて、光検出部２１が受光した光の強度または光の波長を補正するようにしてもよい。温度センサ２４の例としては、例えば光ファイバーケーブル３の温度を非接触で計測する放射温度計がある。

なお、本実施例では、測定セル１０を透過した光を検出しているが、計測部１の検出側光学系１２は、測定セル１０内の測定対象によって反射された光を集光して光ファイバーケーブル３に導くようにしてもよい。

ケーブル収容部２３は、ケーブル収容部２３の内部に回転自在に組み込まれ、光ファイバーケーブル３を巻き取る例えば金属製の回転リール２３０と、光ファイバーケーブル３を巻き取る方向に回転リール２３０を回転付勢する回転機構２３１とを備えている。

光ファイバーケーブル３を巻き取る方向に回転リール２３０を回転付勢する回転機構２３１としては、例えばゼンマイバネがある。これにより、回転リール２３０を回転させて、本体部２の外に余っている光ファイバーケーブル３を回転リール２３０に巻き付けることができる。なお、回転機構２３１ではなく手動で回転リール２３０を回転させるようにしてもよい。

ケーブル収容部２３の筐体２３４は、軸２３２により回転リール２３０を軸支している。回転リール２３０は、軸２３２に形成されたねじ山（不図示）と螺合する。これにより、光ファイバーケーブル３を本体部２に引き込む開口部２３５の位置に対して、回転リール２３０は、光ファイバーケーブル３を巻き取る方向への回転に伴って上昇するようになっている。さらに、回転リール２３０には、回転リール２３０の表面を螺旋状に周回するように形成された凸状の仕切り２３３が形成されている。

こうして、回転リール２３０が回転しながら上昇することにより、光ファイバーケーブル３は、回転リール２３０に螺旋状に巻き付く。仕切り２３３は、回転リール２３０に巻き付く光ファイバーケーブル同士を分離する。仕切り２３３の巻きの方向は、光ファイバーケーブル３を巻き取ることができるように適宜設定すればよいことは言うまでもない。

本体部２の光源部２０と光検出部２１と分析部２２とにおいては、光源や回路の動作に伴って熱が発生する。この熱を利用して回転リール２３０と光ファイバーケーブル３を温める。具体的には、本体部２の筐体内の空気の自然対流によって回転リール２３０と光ファイバーケーブル３とを温めてもよいし、本体部２内の温められた空気を回転リール２３０と光ファイバーケーブル３に吹きつける送風ファン２５を設けるようにしてもよい。

以上のように、本実施例では、本体部２に不要な光ファイバーケーブル３を収容することで、光ファイバーケーブル３と外気とを熱的に分離することができ、計測部１と本体部２との間で光ファイバーケーブル３が受ける温度変化の影響を低減することができる。また、本実施例では、計測部１と本体部２との間に露出する光ファイバーケーブル３のスペースを削減することができる。本実施例では、固定長の光ファイバーケーブル３を使用しつつ、計測部１と本体部２との間に露出する光ファイバーケーブル３の長さを可変にすることができる。

また、本実施例では、回転リール２３０に仕切り２３３を設けることで、回転リール２３０と光ファイバーケーブル３との接触面積が増えるので、回転リール２３０の熱を光ファイバーケーブル３に効率良く伝え、光ファイバーケーブル３の温度を一定にすることができる。さらに、本実施例では、本体部２で発生する熱を利用して、回転リール２３０と光ファイバーケーブル３を温めることで、光源部２０と光検出部２１と回転リール２３０と光ファイバーケーブル３の温度差を小さくすることができる。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図２は本発明の第２の実施例に係る光学分析装置の構成を示す図である。第１の実施例との違いは、ケーブル収容部２３の回転リール２３０ａに、回転リール２３０ａの表面を螺旋状に周回するように形成された凹状の溝２３６が形成されている点である。

第１の実施例と同様に、回転リール２３０ａは、軸２３２に形成されたねじ山と螺合する。回転リール２３０ａが回転しながら上昇することにより、光ファイバーケーブル３は、回転リール２３０ａに螺旋状に巻き付く。溝２３６は、回転リール２３０ａに巻き付く光ファイバーケーブル同士を分離する。溝２３６の巻きの方向は、光ファイバーケーブル３を巻き取ることができるように適宜設定すればよいことは言うまでもない。

その他の構成は第１の実施例と同じである。こうして、本実施例では、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

第１、第２の実施例では、本体部２内に光源部２０と光検出部２１と分析部２２とを設けるようにしているが、光源部２０と光検出部２１と分析部２２とをそれぞれ別体にして設置してもよい。この場合の構成を図３に示す。光源部２０と計測部１との間は第１の光ファイバーケーブル３－１によって接続され、光検出部２１と計測部１との間は第２の光ファイバーケーブル３－２によって接続されている。光源部２０と光検出部２１のそれぞれは、光ファイバーケーブル３－１，３－２の一部を収容するケーブル収容部２３を備えている。

こうして、光源部２０と光検出部２１のそれぞれにケーブル収容部２３を設けることにより、光源部２０と計測部１との間に露出する光ファイバーケーブル３－１の長さと、光検出部２１と計測部１との間に露出する光ファイバーケーブル３－２の長さを個別に調節することができる。また、光源部２０を構成するユニット内に送風ファン２５を設けることにより、光源部２０内の温められた空気を光ファイバーケーブル３－１に吹きつけることができる。同様に、光検出部２１を構成するユニット内に送風ファン２５を設けることにより、光検出部２１内の温められた空気を光ファイバーケーブル３－２に吹きつけることができる。

図３の例では、ケーブル収容部２３として第１の実施例の構成を用いているが、第２の実施例の構成を用いてもよい。
また、光源部２０と光検出部２１のうちいずれか一方のみにケーブル収容部２３を設けるようにしてもよい。

第１、第２の実施例の分析部２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図４に示す。コンピュータは、ＣＰＵ４００と、記憶装置４０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）４０２とを備えている。

Ｉ／Ｆ４０２には、光源部２０と光検出部２１と温度センサ２４等が接続される。ＣＰＵ４００は、記憶装置４０１に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、光学分析装置に適用することができる。

１…計測部、２…本体部、３…光ファイバーケーブル、１０…測定セル、１１…照射側光学系、１２…検出側光学系、２０…光源部、２１…光検出部、２２…分析部、２３…ケーブル収容部、２４…温度センサ、２５…送風ファン、２３０，２３０ａ…回転リール、２３１…回転機構、２３２…軸、２３３…仕切り、２３４…筐体、２３５…開口部、２３６…溝。

Claims (6)

1. 第１の光ファイバーケーブルからの光源光を測定対象に照射して、前記測定対象を透過した光または前記測定対象によって反射された光を第２の光ファイバーケーブルに導くように構成された計測部と、
   前記第１の光ファイバーケーブルを介して前記計測部に前記光源光を放出するように構成された光源部と、
   前記測定対象を透過した光または前記測定対象によって反射された光を前記第２の光ファイバーケーブルを介して受光するように構成された光検出部と、
   前記第１、第２の光ファイバーケーブルとを備え、
   前記光源部と前記光検出部とのうち少なくとも一方は、自身と前記計測部との間に露出する前記光ファイバーケーブルの一部を収容し、収容する前記光ファイバーケーブルの長さを変更することが可能なケーブル収容部を備えることを特徴とする光学分析装置。
2. 請求項１記載の光学分析装置において、
   前記ケーブル収容部は、前記光ファイバーケーブルを巻き取るように構成された回転リールを備えることを特徴とする光学分析装置。
3. 請求項２記載の光学分析装置において、
   前記回転リールは、前記回転リールの表面を螺旋状に周回するように形成された仕切りを備えることを特徴とする光学分析装置。
4. 請求項２記載の光学分析装置において、
   前記回転リールは、前記回転リールの表面を螺旋状に周回するように形成された溝を備えることを特徴とする光学分析装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学分析装置において、
   前記光源部と前記光検出部とのうち前記ケーブル収容部を備えるユニットは、ユニット内の空気をユニット内に収容した前記光ファイバーケーブルに吹きつけるように構成された送風ファンをさらに備えることを特徴とする光学分析装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学分析装置において、
   前記光検出部によって受光された光に基づいて測定対象の分析を行うように構成された分析部をさらに備えることを特徴とする光学分析装置。

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