JP2022185657A - 光学分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源の無い計測部の状態または配管の状態を外部に通知する。
【解決手段】光学分析装置は、光源光を測定対象が流れる配管１０に照射して、配管１０を透過した光を光ファイバーケーブル３に導く計測部１と、光ファイバーケーブル３を介して計測部１に光源光を放出する光源部２０と、配管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を備える。計測部１は、計測部１または配管１０の状態を検出する状態検出部１４と、状態検出部１４の検出結果を外部に通知する通知部１８と、配管１０の熱を利用して発電し、状態検出部１４と通知部１８とに電力を供給する熱電素子１３を備える。
【選択図】 図１

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、配管の近くに電子部品を置くのは測定精度の面から困難である。そこで、温度の影響を受け易い機器（光源や検出器）から計測部を離して光ファイバーケーブルを介して接続するようにしている（特許文献１、特許文献２参照）。

図６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６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７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、計測部（図６の例では光透過装置１０４、図７の例では試料セル２００とレンズ２０８，２０９の部分）に電源がないため、使用者に計測部の状態を知らせることができないという問題があった。計測部は、温度変化を伴う部分であるため、計測部の温度が十分に上昇する前に計測を開始すると、計測部の寸法変化を受けて計測精度が不正確になる可能性がある。

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、電源の無い計測部の状態または配管の状態を外部に通知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が流れる配管に照射して、前記配管を透過した光を第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、前記配管を透過した光を前記第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、前記計測部または前記配管の状態を検出するように構成された状態検出部と、前記状態検出部の検出結果を外部に通知するように構成された通知部と、前記配管の熱を利用して発電し、前記状態検出部と前記通知部とに電力を供給するように構成された熱電素子と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、前記熱電素子は、一方の面が直接もしくは熱伝導材料を介して間接的に前記配管と接してい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、前記状態検出部と前記通知部と前記熱電素子とは、前記計測部に設けられ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、前記状態検出部は、前記計測部の温度に異常がないかどうかを判定す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、前記計測部は、前記第１の光ファイバーケーブルからの光源光を前記配管に照射し、前記配管を透過した光を前記第２の光ファイバーケーブルに導く光学系を備え、前記状態検出部は、前記光学系に異常がないかどうかを判定す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、前記状態検出部は、前記配管の光透過特性に異常がないかどうかを判定す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、前記状態検出部と前記通知部と前記熱電素子とは、前記計測部から離れた前記配管の箇所に設けられ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、前記状態検出部は、前記配管の温度に異常がないかどうかを判定す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、前記通知部は、表示、通信、音声出力のうち少なくとも１つの方法によって前記状態検出部の検出結果を外部に通知す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前記測定対象の分析を行うように構成された分析部を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、状態検出部と通知部と熱電素子とを設けることにより、電源の無い計測部の状態または配管の状態を外部に通知することができる。

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状態検出部の１例を示す図である。 図４は、本発明の第１の実施例に係る光学分析装置の状態検出部の１例を示す図である。 図５は、本発明の第１～第３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６は、従来のプロセスラインの構成を示す図である。 図７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。

［発明の原理］
本発明では、測定対象の流体が流れる配管に熱電素子（ペルチェ素子）を搭載する。配管と周囲の空気に温度差があるため、ゼーベック効果によって熱電素子に起電力が発生する。したがって、熱電素子を、計測部または配管の状態を検出して外部に知らせるための電源として利用することができる。通知方法としては、ＬＥＤ等による表示、音による通知、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による外部の機器への通信などの方法がある。

［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が流れるテフロン等の光透過性の材料からなる配管１０に、光ファイバーケーブル３からの光源光を照射するレンズ等の照射側光学系１１と、配管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、一方の面が配管１０と接し、反対側の面が空気と触れるように設けられた熱電素子１３と、計測部１または配管１０の状態を検出する状態検出部１４と、表示部１５と、通信部１６と、音声出力部１７とを備えている。表示部１５と通信部１６と音声出力部１７とは、通知部１８を構成している。

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において配管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の光ファイバーケーブル）を介して計測部１に導かれ、配管１０に照射される。配管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の光ファイバーケーブル）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。

一方、計測部１においては、配管１０を流れる高温の液体等の測定対象によって熱電素子１３の配管１０側と面とその反対側の面とに温度差が生じる。このような温度差が加わることにより、熱電素子１３には電圧が発生する。本実施例では、熱電素子１３の一方の面を高温の配管１０に触れさせ、反対側の面を空気で冷却することにより、発電効率を上げることができる。

熱電素子１３は、状態検出部１４と表示部１５と通信部１６と音声出力部１７とに電力を供給する。すなわち、状態検出部１４と表示部１５と通信部１６と音声出力部１７とは、熱電素子１３を電源として動作する。
状態検出部１４は、計測部１または配管１０の状態を検出する。状態検出部１４の詳細については後述する。

表示部１５は、状態検出部１４の検出結果を表示する。表示部１５は、例えば状態検出部１４の検出結果が異常を示しているときに、ＬＥＤを発光させるようにすればよい。あるいは、例えば状態検出部１４の検出結果が正常を示しているときに、ＬＥＤを点灯させ、検出結果が異常を示しているときに、ＬＥＤを点滅させるようにしてもよい。また、小型の液晶ディスプレイに状態検出部１４の検出結果を知らせる文字を表示するようにしてもよい。

通信部１６は、状態検出部１４の検出結果を外部装置（不図示）に無線または有線により送信する。無線通信の規格としては、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどがある。また、有線通信の規格としては、例えばイーサネット（登録商標）などがある。

音声出力部１７は、状態検出部１４の検出結果を音声出力する。音声出力部１７は、例えば状態検出部１４の検出結果が異常を示しているときに、異常を知らせる音声を出力すればよい。あるいは、例えば状態検出部１４の検出結果が正常を示しているときに、正常を知らせる音声を出力し、検出結果が異常を示しているときに、異常を知らせる音声を出力するようにしてもよい。

以上のように、本実施例では、計測部１に熱電素子１３と状態検出部１４と通知部１８（表示部１５、通信部１６、音声出力部１７）とを設けることにより、電源の無い計測部１の状態または配管１０の状態を外部に通知することができる。従来技術では、計測部に電源が無いために、計測部の状態を通信などで伝えることができず、時間経過などの経験則に基づいて測定対象の計測を開始していたが、本実施例によれば、計測部１の準備が整っているかどうかを外部に知らせることができる。

［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。本実施例の光学分析装置は、計測部１ａと、本体部２と、光ファイバーケーブル３と、配管１０の状態を検出して外部に通知する状態検出・通知部４とから構成される。

本体部２の構成は第１の実施例で説明したとおりである。計測部１ａは、照射側光学系１１と、検出側光学系１２とを備えている。

計測部１ａが設けられる配管１０と状態検出・通知部４が設けられる配管１０とは、同じ測定対象が流れる一続きの配管であるが、状態検出・通知部４は、計測部１ａから離れた位置に設けられる。

状態検出・通知部４は、熱電素子１３と、状態検出部１４ａと、表示部１５と、通信部１６と、音声出力部１７とを備えている。表示部１５と通信部１６と音声出力部１７とは、通知部１８を構成している。

第１の実施例と同様に、熱電素子１３は、一方の面が配管１０と接し、反対側の面が空気と触れるように設けられている。状態検出部１４ａと表示部１５と通信部１６と音声出力部１７とは、熱電素子１３を電源として動作する。
状態検出部１４ａは、配管１０の状態を検出する。状態検出部１４ａの詳細については後述する。

表示部１５、通信部１６、および音声出力部１７は、第１の実施例と同様に、状態検出部１４ａの検出結果を外部に通知する。
こうして、本実施例では、電源の無い配管１０の状態を外部に通知することができる。

［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例について説明する。本実施例は、状態検出部１４，１４ａの具体例を説明するものである。図３は状態検出部１４，１４ａの１例を示す図である。図３の例では、状態検出部１４，１４ａは、温度センサ１４０と、状態判定部１４１とから構成される。

状態検出部１４において、温度センサ１４０は計測部１の温度を測定する。具体的には、温度センサ１４０は、配管１０の温度、計測部１の筐体内の空気の温度、照射側光学系１１の温度、検出側光学系１２の温度のいずれかを測定する。照射側光学系１１を対象とする場合には、照射側光学系１１を構成する例えばミラー等の要素に温度センサ１４０を設けるようにすればよい。同様に、検出側光学系１２を対象とする場合には、検出側光学系１２を構成する例えばミラー等の要素に温度センサ１４０を設けるようにすればよい。
また、状態検出部１４ａにおいて、温度センサ１４０は配管１０の温度を測定する。

状態判定部１４１には、温度センサ１４０の測定対象の基準の温度範囲が予め記憶されている。状態判定部１４１は、温度センサ１４０によって測定された温度が基準の温度範囲内の場合、正常と判定し、温度センサ１４０によって測定された温度が基準の温度範囲外の場合、異常と判定する。

こうして、状態検出部１４は、計測部１の温度に異常がないかどうかを判定することができる。また、状態検出部１４ａは、配管１０の温度に異常がないかどうかを判定することができる。

図４は状態検出部１４の別の例を示す図である。図４の例では、状態検出部１４は、ハーフミラー（ビームスプリッタ）１４２と、光検出部１４３と、状態判定部１４４とから構成される。

ハーフミラー１４２は、配管１０を透過した光の一部を透過させ、残りの光を反射する。ハーフミラー１４２を透過した光は、光ファイバーケーブル３を介して本体部２に導かれる。一方、ハーフミラー１４２によって反射された光は光検出部１４３に入射する。

状態判定部１４４には、光検出部１４３が受光する光の基準の強度範囲が予め記憶されている。状態判定部１４４は、光検出部１４３が受光した光の強度が基準の強度範囲内の場合、正常と判定し、光検出部１４３が受光した光の強度が基準の強度範囲外の場合、異常と判定する。

こうして、状態検出部１４は、計測部１の光学系に異常がないかどうか、または計測部１が設けられている配管１０に傷や汚れ等の異常がないかどうか（配管１０の光透過特性に異常がないかどうか）を判定することができる。

第１～第３の実施例では、通知部１８として、表示部１５と通信部１６と音声出力部１７とを設けるようにしているが、表示部１５と通信部１６と音声出力部１７のうち１つ又は２つを設けるようにしてもよいことは言うまでもない。

また、第１～第３の実施例では、熱電素子１３の一方の面を配管１０に触れさせ、反対側の面を空気で冷却しているが、これに限るものではなく、熱電素子１３の一方の面と配管１０との間に熱伝導材料を設けるようにしてもよい。また、熱電素子１３の他方の面を熱伝導材料、金属、樹脂などと触れさせるようにしてもよい。

また、第１～第３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。

第１～第３の実施例の分析部２２と状態判定部１４１，１４４の各々は、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５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。

分析部２２の場合、Ｉ／Ｆ４０２には、光源部２０と光検出部２１等が接続される。状態判定部１４１の場合、Ｉ／Ｆ４０２には、温度センサ１４０と通知部１８等が接続される。状態判定部１４４の場合、Ｉ／Ｆ４０２には、光検出部１４３と通知部１８等が接続される。分析部２２と状態判定部１４１，１４４の各々の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３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。

１，１ａ…計測部、２…本体部、３…光ファイバーケーブル、４…状態検出・通知部、１０…配管、１１…照射側光学系、１２…検出側光学系、１３…熱電素子、１４，１４ａ…状態検出部、１５…表示部、１６…通信部、１７…音声出力部、１８…通知部、２０…光源部、２１…光検出部、２２…分析部、１４０…温度センサ、１４１，１４４…状態判定部、１４２…ハーフミラー、１４３…光検出部。

Claims (10)

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が流れる配管に照射して、前記配管を透過した光を第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、
   前記配管を透過した光を前記第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、
   前記計測部または前記配管の状態を検出するように構成された状態検出部と、
   前記状態検出部の検出結果を外部に通知するように構成された通知部と、
   前記配管の熱を利用して発電し、前記状態検出部と前記通知部とに電力を供給するように構成された熱電素子と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、
   前記熱電素子は、一方の面が直接もしくは熱伝導材料を介して間接的に前記配管と接していることを特徴とする光学分析装置。
3. 請求項１または２記載の光学分析装置において、
   前記状態検出部と前記通知部と前記熱電素子とは、前記計測部に設けられることを特徴とする光学分析装置。
4. 請求項３記載の光学分析装置において、
   前記状態検出部は、前記計測部の温度に異常がないかどうかを判定することを特徴とする光学分析装置。
5. 請求項３記載の光学分析装置において、
   前記計測部は、前記第１の光ファイバーケーブルからの光源光を前記配管に照射し、前記配管を透過した光を前記第２の光ファイバーケーブルに導く光学系を備え、
   前記状態検出部は、前記光学系に異常がないかどうかを判定することを特徴とする光学分析装置。
6. 請求項３記載の光学分析装置において、
   前記状態検出部は、前記配管の光透過特性に異常がないかどうかを判定することを特徴とする光学分析装置。
7. 請求項１または２記載の光学分析装置において、
   前記状態検出部と前記通知部と前記熱電素子とは、前記計測部から離れた前記配管の箇所に設けられることを特徴とする光学分析装置。
8. 請求項３または７記載の光学分析装置において、
   前記状態検出部は、前記配管の温度に異常がないかどうかを判定することを特徴とする光学分析装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学分析装置において、
   前記通知部は、表示、通信、音声出力のうち少なくとも１つの方法によって前記状態検出部の検出結果を外部に通知することを特徴とする光学分析装置。
10. 請求項１乃至９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前記測定対象の分析を行うように構成された分析部を備えることを特徴とする光学分析装置。

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