CN111829967A - 光学分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光学分析装置，通过在试样测量和参考测量中使光路长度维持相同，提高测量精度，分析流过具有透光性的配管(H)的试样的光学分析装置(100)具备：具有光源(21)和聚光透镜(22)的光源单元(2)；检测光源单元(2)的光的光检测单元(3)；以及将光源单元(2)和光检测单元(3)支撑成可移动的支撑机构(4)，支撑机构(4)使光源单元(2)和光检测单元(3)在试样测量位置(S)和参考测量位置(R)之间移动。

Description

光学分析装置
技术领域
本发明涉及例如测量半导体制造工序等中使用的药液等的成分浓度的光学分析装置。
背景技术
以往，如专利文献1所示，考虑通过使光学***移动来切换取得参考光强度信号的参考测量和取得试样光强度信号的试样测量。
在该光学分析装置中，具有对来自光源的光进行反射的一对反射镜，在光源和光检测器固定的状态下，能将一对反射镜移动到对测量单元照射光的试样测量位置和不对测量单元照射光的参考测量位置。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2015-137983号
可是，在如上述的光学分析装置那样通过使一对反射镜移动来切换光路的结构中，试样测量中的光路长度(从光源至光检测器的光学距离)与参考测量中的光路长度不同。此外，由于一对反射镜的位置再现性，如果试样测量位置或参考测量位置偏移，则各试样测量中光路长度发生变化或各参考测量中光路长度发生变化。如果像这样光路长度发生变化，则会产生测量误差，从而难以高精度管理药液的规定成分的浓度。
发明内容
在此，为解决上述问题，本发明的主要目的是在试样测量和参考测量中能将光路长度维持相同，以便提高测量精度。
即，本发明的光学分析装置分析流过具有透光性的配管的试样，所述光学分析装置的特征在于，包括：具有光源和聚光透镜的光源单元；检测所述光源单元的光的光检测单元；以及将所述光源单元和所述光检测单元支撑成可移动的支撑机构，所述支撑机构使所述光源单元和所述光检测单元在试样测量位置和参考测量位置之间移动，所述试样测量位置是所述光检测单元借助所述配管检测所述光源单元的光的位置，所述参考测量位置是所述光检测单元不借助所述配管检测所述光源单元的光的位置。
按照上述光学分析装置，由于具有光源及聚光透镜的光源单元和用于检测光源单元的光的光检测单元在试样测量位置和参考测量位置之间移动，所以相比现有的使一对反射镜移动的结构，能够降低光路长度的变化。其结果，能在试样测量和参考测量中使光路长度维持相同，可以提高测量精度。
近年，开发有通过像药液监测器等那样在药液流动的配管上安装光学分析装置来测量药液的规定成分的浓度的在线型装置。这里，药液流动的配管大多是圆筒状，像棱角形单元那样在照射平行光或与其接近的光时，因根据药液等液体试样的温度和浓度而产生折射率的变化，因此由光检测器检测的光量容易变化。其结果，会产生测量误差，难以高精度管理药液的规定成分的浓度。
因此，优选在所述试样测量位置上，所述光源单元的聚光透镜将所述光源的光聚光到所述配管的内部。
按照上述结构，由于在试样测量位置上利用光源单元的聚光透镜将光源的光聚光到配管的内部，所以即使因试样的温度变化或浓度变化而导致试样的折射率改变，也可以使通过配管和试样时产生的折射的变化减小。其结果，不易受到试样的折射率变化的影响，可以提高测量精度。
为了尽可能减小试样测量和参考测量的光路长度的变化，优选所述支撑机构在不改变所述光源单元和所述光检测单元的相对位置的情况下，使其在所述试样测量位置和所述参考测量位置之间移动。
作为用于使光源单元和光检测单元的相对位置固定的实施方式，优选所述支撑机构包括：固定设置的基座构件；将所述光源单元和所述光检测单元连结的连结构件；以及滑动驱动部，设置于所述基座构件，使由所述连结构件连结的所述光源单元和所述光检测单元相对于所述基座构件滑动移动。
按照上述结构，由于光源单元和光检测单元通过连结构件成为一体，因此可以利用一个滑动驱动部使光源单元和光检测单元一起滑动移动。其结果，能实现光学分析装置的小型化。
这里，考虑光检测单元具有分光器。此时，光检测单元变得比光源单元更重。
此时，为了使利用连结构件成为一体的光源单元和光检测单元稳定地滑动移动，优选所述滑动驱动部具有设置在所述基座构件和所述光检测单元之间的线性导轨，所述光源单元和所述光检测单元被所述线性导轨支撑成能相对于所述基座构件移动。
为了准确测量试样的吸光度，优选还具备定位部，以使所述配管的中心位于处于所述试样测量位置的所述光源单元的光轴上的方式进行定位。
为了即便是不同尺寸的配管也能够准确定位，优选所述定位部构成为根据所述配管的直径可更换。
按照上述的本发明，不仅能够在试样测量和参考测量中使光路长度维持相同，还不易受到试样的折射率变化的影响，可以提高测量精度。
附图说明
图1是表示本发明一个实施方式的光学分析装置的试样测量的状态的整体示意图。
图2是表示同实施方式的光学分析装置的参考测量的状态的整体示意图。
图3是表示同实施方式的支撑机构的细节的断面图。
图4是表示同实施方式的焦点位置的断面图。
图5是表示同实施方式的定位部的细节的俯视图。
附图标记说明
100 光学分析装置
H 配管
2 光源单元
21 光源
22 聚光透镜
3 光检测单元
4 支撑机构
S 试样测量位置
R 参考测量位置
41 基座构件
42 连结构件
43 滑动驱动部
431 线性导轨
6 定位部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的光学分析装置进行说明。
<1.装置结构>
本实施方式的光学分析装置100用于测量例如半导体制造工序等中使用的药液等的成分浓度。这里，作为药液，可以列举SC－1(氨过氧化氢水溶液)、SC－2(盐酸过氧化氢水溶液)、SPM(硫酸过氧化氢水溶液)、FPM(氢氟酸过氧化氢水溶液)、BHF(缓冲氢氟酸溶液)等。另外，使用由光学分析装置100得到的浓度控制药液的浓度等。
具体而言，光学分析装置100能装卸地安装在具有透光性的例如圆筒状的配管H上，采用分光分析法测量流过该配管H的液体试样的成分浓度。另外，配管H由耐药品性优异的氟系树脂(PFA)形成。
而且，如图1～图3所示，光学分析装置100具备：光源单元2；检测光源单元2的光的光检测单元3；以及将光源单元2和光检测单元3支撑为可移动的支撑机构4。
光源单元2具备光源21和聚光透镜22。此外，光源21和聚光透镜22之间设有切断光源21的光的快门机构23。
光源21为LED。作为该LED，例如是发出近红外区域的波长的光的近红外LED，或发出可视区域的波长的光的可视LED，是根据作为测量对象的液体试样的种类而适当选择的。此外，聚光透镜22将光源21的光聚光并照射到配管H。
光检测单元3具有聚光透镜31和分光器32。
聚光透镜31将光源单元2的光聚光，并聚光到分光器32的入射狭缝32S。
分光器32对从入射狭缝32S入射的光进行分光，并检测其分光光谱(各波长的光量)。由该分光器32得到的分光光谱数据(光强度信号)，输出到信息处理装置COM的计算部。而后，信息处理装置COM的计算部根据由分光器32得到的分光光谱计算液体试样的吸光度光谱，并采用该吸光度光谱计算液体试样所含的成分的浓度。
支撑机构4使光源单元2和光检测单元3在试样测量位置S与参考测量位置R之间移动。
这里，试样测量位置S是配管H位于光源单元2和光检测单元3之间并且光检测单元3借助配管H对光源单元2的光进行检测的位置。此外，参考测量位置R是配管H不位于光源单元2和光检测单元3之间并且光检测单元3不借助配管H而对光源单元2的光进行检测的位置。在本实施方式中，试样测量位置S中的光路长度和参考测量位置R中的光路长度相同。
具体而言，支撑机构4在不改变光源单元2和光检测单元3的相对位置的情况下，使其在试样测量位置S和参考测量位置R之间移动。
在本实施方式中，不仅在试样测量位置S上的光源单元2和光检测单元3的相对位置与参考测量位置R上的光源单元2和光检测单元3的相对位置相同，而且在上述的位置之间移动期间(S→R，R→S)中，光源单元2和光检测单元3的相对位置也相同。
而且，支撑机构4具备：固定设置在装置主体侧的基座构件41；连结光源单元2和光检测单元3的连结构件42；以及滑动驱动部43，设置于基座构件41，使由连结构件42连结的光源单元2和光检测单元3相对于基座构件41滑动移动。
基座构件41呈平板状，用于对配管H进行定位，其端缘部形成有用于包围配管H的切口部41K。
此外，基座构件41上设有参考光学构件5，所述参考光学构件5位于处在参考测量位置R的光源单元2和光检测单元3之间。所述参考光学构件5是以与通过配管H的光在聚光到光检测单元的聚光透镜31上时的焦点位置大致相同的方式改变光源单元2的光的焦点位置的光学元件。此外，参考光学构件5也可以是在参考测量中调整光检测单元3中的检测光量的。另外，还可以不设置参考光学构件5。
连结构件42以光源单元2的聚光透镜22与光检测单元3的聚光透镜31离开规定间隔相对的方式连结光源单元2和光检测单元3。
在本实施方式中，连结构件42例如呈平板状，连结构件42的一端部与保持件24连接，所述保持件24保持光源单元2中的光源21和聚光透镜22。此外，连结构件42的另一端部与光检测单元3的分光器32的箱体连接。这样，从光源单元2至光检测单元3的光路成为直线。具体而言，连结构件42连接在保持件24和分光器32的参考测量位置R侧，并且形成有例如通孔等光学构件回避部421，以便在各单元2、3移动到试样测量位置S时不与参考光学构件5干涉。这样，可以使支撑机构4的移动方向上的尺寸小型化。
滑动驱动部43具备：设置在基座构件41和光检测单元3之间的线性导轨431；使光检测单元3沿该线性导轨431滑动移动的驱动部件432。
线性导轨431支撑光源单元2和光检测单元3使其在试样测量位置S和参考测量位置R之间直线移动。线性导轨431的滑块和光检测单元3的分光器32的箱体连接。这样，光源单元2和光检测单元3被线性导轨431支撑为能相对于基座构件41移动。
驱动部件432由例如气缸构成。此外，也可以采用马达和将马达的旋转转换为直线移动的例如滚珠丝杠机构等的旋转－直线转换机构。
在试样测量位置S中光源单元2的聚光透镜22如图4所示在配管H内将光聚光。即，入射到呈圆筒状的配管H的外侧面的光的入射角度，和向配管H照射平行光时相比，其入射位置上的与外侧面的切线所呈角度变小。
而且，特别是如图5所示，本实施方式的光学分析装置100还具备定位部6，所述定位部6以使配管H的中心位于处于试样测量位置S的光源单元2的光轴上的方式进行定位。
该定位部6设置在基座构件41上。具体而言，与上述的基座构件41的切口部41K连接。具体而言，定位部6包括：收容配管H的收容部61；以及将该收容部61中收容的配管H固定的固定部62。
收容部61在这里是断面呈大体U字形状的，并且收容配管H中的沿其轴向的一部分。该收容部61的内表面中的曲面部分61a具有和配管H的外侧面对应的曲率。
本实施方式的收容部61设置在处于试样测量位置S的光源单元2和光检测单元3之间，收容部61上形成有用于把来自光源单元2的光导向配管H的光通过窗W1，以及将通过配管H的光导向光检测单元3的光通过窗W2。上述两个光通过窗W1和W2形成在收容部61的彼此相对的侧壁上。该收容部61通过使配管H的外侧面与收容部61的曲面部分61a接触，使配管H的中心轴位于光路上。
此外，收容部61构成为例如通过螺钉能够相对于基座构件41装卸。这样，通过更换为与配管H的直径对应的收容部61，不论配管H的直径为多少，都可以使该配管H的中心轴位于光路上。
固定部62在安装于收容部61的状态下，将配管H按压到收容部61。固定部62通过和配管H的外侧面的一部分接触，将配管H按压到收容部61的曲面部分61a。本实施方式的固定部62构成为以能装卸的方式安装于收容部61，但是也可以通过以能装卸的方式安装于收容部61以外的构件并将配管H按压到收容部61。
而且，在本实施方式中，上述的各结构2～10如图1等所示，收容于壳体11。壳体11以能将配管H收容于收容部61的方式收容除了收容部61的开口部分以外的上述的各结构2～6。此外，所述支撑机构4的基座构件41固定于该壳体11。该壳体11借助未图示的托架固定于配管H的周边构件。另外，壳体11利用信号线缆连接至信息处理装置COM。
<2.采用光学分析装置100的分析方法>
接下来，对采用本实施方式的光学分析装置100的分析方法进行说明。
首先将光学分析装置100设置在配管H的附近。而后，通过将配管H收容于光学分析装置100的收容部61，并安装固定部62。这样，配管H被定位在光学分析装置100中。
在该状态下光学分析装置100进行参考测量(参照图2)和试样测量(参照图1)。在参考测量中，利用信息处理装置COM的控制部控制支撑机构4的滑动驱动部43，以使光源单元2和光检测单元3到达参考测量位置R，光源单元2的光通过参考光学构件5而被光检测单元3检测(参照图2)。另一方面，在试样测量中，利用信息处理装置COM的控制部控制支撑机构4的滑动驱动部43，以使光源单元2和光检测单元3到达试样测量位置S，光源单元2的光通过配管H而被光检测单元3检测(参照图1)。
此外，通过利用信息处理装置COM的控制部控制光源单元2上设置的快门机构23进行通过切断光源单元2的光源21的光来取得无光状态下的光检测单元3的检测信号的黑暗测量。利用黑暗测量得到的检测信号，用于修正由参考测量和试样测量得到的光检测单元3的检测信号。
<3.本实施方式的效果>
按照上述结构的本实施方式的光学分析装置100，由于具有光源21和聚光透镜22的光源单元2以及检测光源单元2的光的光检测单元3在试样测量位置S和参考测量位置R之间移动，因此和现有的使一对反射镜移动的结构相比，能够降低光路长度的变化。此外，由于在试样测量位置S中利用光源单元2的聚光透镜22将光源21的光聚光到配管H的内部，所以即使因液体试样的温度变化或浓度变化而导致液体试样的折射率发生改变，也可以减小通过配管H和液体试样时产生的折射的变化。其结果，不仅能在试样测量和参考测量中将光路长度维持相同，还不易受到液体试样的折射率变化的影响，可以提高测量精度。
<4.其他的变形实施方式>
另外，本发明不限于上述实施方式。
例如，在所述实施方式中，支撑机构4的线性导轨431仅设置在光检测单元3一侧，但是也可以在光检测单元3和光源单元2双方设置。此外，还可以将支撑机构4的线性导轨431仅设置在光源单元2一侧。
此外，按照上述实施方式的支撑机构4，光源单元2和光检测单元3通过连结构件42连结，并且它们通过相同滑动驱动部43移动，但是可以在光源单元2和光检测单元3分别设置滑动驱动部43，使光源单元2和光检测单元3独立移动。
而且，按照上述实施方式的支撑机构4，不仅在试样测量位置S和参考测量位置R上光源单元2和光检测单元3的相对位置不变，在其移动途中光源单元2和光检测单元3的相对位置也不变的状态下移动，但是只要在试样测量位置S和参考测量位置R上其相对位置相同，在移动途中其相对位置可以变化。
上述实施方式说明了分析药液等液体试样，但是也可以分析气体试样。
此外，在不违背本发明的发明思想的范围内可以进行各种实施方式的变形和组合。

Claims (7)

1.一种光学分析装置，分析流过具有透光性的配管的试样，所述光学分析装置的特征在于，包括：
具有光源和聚光透镜的光源单元；
检测所述光源单元的光的光检测单元；以及
将所述光源单元和所述光检测单元支撑成可移动的支撑机构，
所述支撑机构使所述光源单元和所述光检测单元在试样测量位置和参考测量位置之间移动，所述试样测量位置是所述光检测单元借助所述配管检测所述光源单元的光的位置，所述参考测量位置是所述光检测单元不借助所述配管检测所述光源单元的光的位置。
2.根据权利要求1所述的光学分析装置，其特征在于，在所述试样测量位置上，所述光源单元的聚光透镜将所述光源的光聚光到所述配管的内部。
3.根据权利要求1所述的光学分析装置，其特征在于，所述支撑机构在不改变所述光源单元和所述光检测单元的相对位置的情况下，使其在所述试样测量位置和所述参考测量位置之间移动。
4.根据权利要求1所述的光学分析装置，其特征在于，
所述支撑机构包括：
固定设置的基座构件；
将所述光源单元和所述光检测单元连结的连结构件；以及
滑动驱动部，设置于所述基座构件，使由所述连结构件连结的所述光源单元和所述光检测单元相对于所述基座构件滑动移动。
5.根据权利要求4所述的光学分析装置，其特征在于，
所述滑动驱动部具有设置在所述基座构件和所述光检测单元之间的线性导轨，
所述光源单元和所述光检测单元被所述线性导轨支撑成能相对于所述基座构件移动。
6.根据权利要求1所述的光学分析装置，其特征在于，还具备定位部，以使所述配管的中心位于处于所述试样测量位置的所述光源单元的光轴上的方式进行定位。
7.根据权利要求6所述的光学分析装置，其特征在于，所述定位部构成为根据所述配管的直径可更换。
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