(57)【要約】【課題】複数の検査対象から出る光を光ファイバを用いて１台の分光器に導く分析装置において、各検査対象間の検出感度を可及的に同一にする。【解決手段】第１及び第２の検査対象３毎に設けられて各検査対象３から得られる光を光検出部７に導く第１及び第２の導光部材６を備え、第１及び第２の導光部材６を構成する複数の光ファイバ要素の光射出側端部が混合して配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の検査対象から得られる光を光入射側端部により受光し、その光を光射出側端部から射出する複数の第１の光ファイバ要素と、
第２の検査対象から得られる光を光入射側端部により受光し、その光を光射出側端部から射出する複数の第２の光ファイバ要素と、
前記第１の光ファイバ要素の光射出側端部及び第２の光ファイバ要素の光射出側端部から射出される光を検出する光検出部と、を備え、
前記第１の光ファイバ要素の光射出側端部及び前記第２の光ファイバ要素の光射出側端部が、互いに混合して配置されている分析装置。
【請求項２】
前記光検出部が、入射スリットを通過した光を分光する分光器と、前記分光器により分光された光を検出する光検出器とを備え、
前記第１及び第２の光ファイバ要素が、前記第１及び第２の検査対象それぞれから得られる光を前記入射スリットに導くものであり、前記第１及び第２の光ファイバ要素の径が、前記入射スリットのスリット幅よりも小さく、前記入射スリットにおける長手方向の中央部近傍において、前記第１及び第２の光ファイバ要素の光射出端面の配置密度が略同一である請求項１記載の分析装置。
【請求項３】
前記第１の検査対象に接続され、その検査対象から出る光を前記第１の光ファイバ要素に伝達する第１のシングルコアファイバと、
前記第２の検査対象に接続され、その検査対象から出る光を前記第２の光ファイバ要素に伝達する第２のシングルコアファイバと、
前記第１及び第２のシングルコアファイバと前記第１及び第２の光ファイバ要素との間に介在して設けられ、前記各シングルコアファイバの光射出端面及び前記各光ファイバ要素の光射出端面の空間を遮断又は開放して、前記第１及び第２の検査対象のいずれか１つからの光を前記光検出部に導く切替機構と、を備えている請求項１又は２記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定セル等の検査対象から出る光を光検出部に導いて検出し、その検査対象に含まれる試料を分析するための分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光分析装置としては、特許文献１に示すように、光源からの光をシングルコアファイバにより伝送して測定セル内の試料に光を照射し、その試料を透過した光をシングルコア光ファイバによって分光器に伝送する構成のものがある。
【０００３】
また、特許文献２又は特許文献３に示すように、１台の分光器に複数の測定セルからの透過光を伝送して、各測定セルに含まれる試料を分析するように構成したものがある。
【０００４】
しかしながら、１台の分光器に各測定セルからの透過光を光ファイバによって伝送するものでは、分光器の入射スリットにおいて各光ファイバから伝送された光の入射位置が異なってしまい、各光ファイバ毎に検出感度が異なるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６４２５５号公報
【特許文献２】特開昭５９−７０９４６号公報
【特許文献３】特開２００３−２９４６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、複数の検査対象から出る光を光ファイバを用いて１台の分光器に導く分析装置において、各検査対象間の検出感度を可及的に同一にすることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る分析装置は、第１の検査対象から得られる光を光入射側端部により受光し、その光を光射出側端部から射出する複数の第１の光ファイバ要素と、第２の検査対象から得られる光を光入射側端部により受光し、その光を光射出側端部から射出する複数の第２の光ファイバ要素と、前記第１の光ファイバ要素の光射出側端部及び第２の光ファイバ要素の光射出側端部から射出される光を検出する光検出部と、を備え、前記第１の光ファイバ要素の光射出側端部及び前記第２の光ファイバ要素の光射出側端部が、互いに混合して配置されていることを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、１台の光検出部に第１及び第２の検査対象からの光を導くことができ、分析装置のコストダウン、設置場所の削減及び設置時間を軽減することができる。また、この場合において、第１及び第２の光ファイバ要素の光射出側端部が、互いに混合して配置されているので、第１及び第２の検査対象毎に光検出部に導かれる光を略均一にすることができ、各検査対象間の検出感度を可及的に同一にすることができる。
【０００９】
ここで、このように第１及び第２の測定セルからシングルコアファイバを用いて分光器に透過光を伝送する場合、シングルコアファイバの光射出端面の配置態様は、例えば図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示すようになる。
【００１０】
しかしながら、図６（Ａ）のように配置した場合には、各光ファイバが入射スリットからはみ出して配置されることになり、光ファイバによって伝送された光の光量が大幅にロスしてしまうという問題がある。また、各光ファイバは、入射スリットの長手方向中央部には光ファイバが配置されず、その中央部から偏った位置に配置されることになり、検出感度が低下してしまうという問題がある。
【００１１】
一方、図６（Ｂ）のように配置した場合には、光量ロスは改善されるものの、各光ファイバ毎に検出感度が異なるという問題がある。つまり、光ファイバの入射スリットにおける位置によって検出感度が異なり、入射スリットの長手方向中央部近傍に配置される光ファイバの検出感度よりも上下両端にされる光ファイバの検出感度が悪いという問題がある。
【００１２】
この問題を好適に解決するためには、前記光検出部が、入射スリットを通過した光を分光する分光器と、前記分光器により分光された光を検出する光検出器とを備え、前記第１及び第２の光ファイバ要素が、前記第１及び第２の検査対象それぞれから得られる光を前記入射スリットに導くものであり、前記第１及び第２の光ファイバ要素の径が、前記入射スリットのスリット幅よりも小さく、前記入射スリットにおける長手方向の中央部近傍において、前記第１及び第２の光ファイバ要素の光射出端面の配置密度が略同一であることが望ましい。
【００１３】
これならば、第１及び第２の光ファイバ要素を混合して束ねて、その光射出端面からの光を入射スリットに導いているので、入射スリットに導入される検査対象からの光を増加させつつ、第１及び第２の検査対象間の光量誤差を低減することができる。さらに、各光ファイバ要素の光射出端面の配置密度を入射スリットにおける長手方向の中央部近傍において略同一としているので、入射スリットの長手方向中央部における光量を第１及び第２の検査対象毎に偏らせることなく均一にすることができ、第１及び第２の検査対象毎における検査感度を略同一とすることができる。その上、第１及び第２の検査対象からの光を入射スリットの長手方向中央部に導くことができるので、光検出器として高価な二次元センサを用いることなく、ラインセンサで検出することができる。
【００１４】
第１及び第２の検査対象からの光を第１及び第２の光ファイバ要素に効率良く伝送すると共に、第１及び第２の検査対象からの光を切り替え可能にするためには、前記第１の検査対象に接続され、その検査対象から出る光を前記第１の光ファイバ要素に伝達する第１のシングルコアファイバと、前記第２の検査対象に接続され、その検査対象から出る光を前記第２の光ファイバ要素に伝達する第２のシングルコアファイバと、前記第１及び第２のシングルコアファイバと前記第１及び第２の光ファイバ要素との間に介在して設けられ、前記各シングルコアファイバの光射出端面及び前記各光ファイバ要素の光射出端面の空間を遮断又は開放して、前記第１及び第２の検査対象のいずれか１つからの光を前記光検出部に導く切替機構と、を備えていることが望ましい。このように、シングルコアファイバ及び光ファイバ要素を用いることから、構造上それらの間には、必ず接続部分が生じる。この接続部分を活用することによって、光量ロスを可及的に抑えつつ切替機構を簡単に設置することができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように構成した本発明によれば、第１及び第２の検査対象から出る光を光ファイバを用いて１台の分光器に導く分光分析装置において、第１及び第２検査対象間の検出感度を可及的に同一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る分光分析装置の模式的構成図である。
【図２】同実施形態の導光部材を模式的に示す側面図である。
【図３】同実施形態の入射スリット及び導光部材の位置関係を模式的に示す正面図である。
【図４】同実施形態のシングルコアファイバと導光部材との接続部、及び切替機構を示す図である。
【図５】同実施形態の切替機構を模式的に示す正面図である。
【図６】従来の入射スリットにおける光ファイバの配置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明に係る分析装置の一例として分光分析装置の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態に係る分光分析装置１００は、測定セル３中に収容された試料に光を照射し、その試料を透過した光を分光してスペクトルを測定することにより、当該試料の吸光度又は光透過率等を定性的又は定量的に分析するものである。
【００１９】
具体的にこのものは、図１に示すように、光源２と、それぞれ異なる試料が収容される複数の測定セル３と、光源２からの光を各測定セル３に伝送する複数の第１光ファイバ４と、測定セル３中の試料を透過した光を伝送する複数の第２光ファイバ５と、この第２光ファイバ５により伝送された光を入射スリット７Ｓに伝送する複数の導光部材６と、当該導光部材６により伝送された光を分光する分光器７と、当該分光器７によって分光された光を検出する光検出器８と、を備えている。なお、光源２、導光部材６、分光器７及び光検出器８は同一のケーシング９内に収容され装置本体を構成し、この装置本体に複数の測定セル３が第１及び第２光ファイバ５によって接続された構成としている。
【００２０】
光源２は、例えばハロゲンランプ等よりなる連続スペクトル光源であり、その光放射方向に集光光学系１０が配置されている。なお、図１中の符号１１は、光源２からの光を直接分光器７に導いて、リファレンス光測定を行うためのリファレンス光学系である。
【００２１】
この集光光学系１０は、光源２及び第１光ファイバ４の間に設けられ、当該光源２からの光を第１光ファイバ４に集光するものであり、光源２からの光を平行光にする１又は複数の集光レンズ１０ａと、当該集光レンズ１０ａを通過した光を各第１光ファイバ４の光入射端面に集光して入射させるフライアイレンズ１０ｂとを備えている。なお、フライアイレンズ１０ｂは、同一の単レンズを縦横にマトリックス状に配列したレンズアレイである。このように単レンズが隙間なく配列され四角形状のレンズ部を有するフライアイレンズ１０ｂを用いることによって光源２からの光の光量ロスを抑えて、効率良く各第１光ファイバ４に光を導くことができる。
【００２２】
複数の測定セル３は、互いに同一の構成からなるものであり、対向する一方の壁に第１光ファイバ４の光射出端部が接続され、他方の壁に第２光ファイバ５の光入射端部が接続されている。なお、第１光ファイバ４の光射出端面と第２光ファイバ５の光入射端面とは対向するように接続されている。本実施形態では第１〜第４の測定セル４により４つ設けられている。
【００２３】
第１光ファイバ４は、その光入射端部が装置本体のケーシング９に接続され、集光光学系１０によって集光された光を測定セル３に伝送するものである。本実施形態の第１光ファイバ４は、各測定セル３毎に独立して設けられたシングルコアファイバである。
【００２４】
第２光ファイバ５は、その光入射端部が測定セル３に接続され、光射出端部が後述する切替機構１２を介して装置本体のケーシング９に接続されて、測定セル３を透過した光を導光部材６に伝送するものである。本実施形態の第２光ファイバ５は、前記第１光ファイバ４と同様、各測定セル３毎に独立して設けられたシングルコアファイバである。
【００２５】
導光部材６は、図２に示すように、第２光ファイバ５により伝送された測定セル３からの光を分光器７の入射スリット７Ｓに伝送するいわゆるマルチコアファイバであり、各導光部材６の光入射端部６０１は第２光ファイバ５毎に設けられ、その光入射端面６ａは、対応する第２光ファイバ５の光射出端面５ａに対向して設けられている。また、導光部材６は、複数の光ファイバ要素を束ねることによって構成されており、各光ファイバ要素の光入射端面は略同一平面内に配置され、これにより導光部材６の光入射端面６ａが形成される。この光ファイバ要素の径は、後述する入射スリット７Ｓのスリット幅よりも小さいものである。なお、本実施形態では、第１〜第４の測定セル３毎に設けられた第１〜第４の導光部材６を有している。
【００２６】
第２光ファイバ５（測定セル３）毎に設けられた導光部材６の光射出端部６０２は、１つの分光器７の１つの入射スリット７Ｓに光を伝送するものであり、図２に示すように、その光射出端面６ｂは略同一平面内に配置されて束ねられている。具体的には、各導光部材６を構成する光ファイバ要素の光射出側端部６０２がランダムに混合されて束ねられている。光射出端部６０２から射出された光は、集光光学系６１により、分光器７の入射スリット７Ｓに集光される。
【００２７】
分光器７は、導光部材６により伝送された光を分光するものであって、入射スリット７Ｓと、その光を反射して平行化する第１凹面鏡７２と、当該第１凹面鏡７２によって平行化された光を分光する回折格子７３と、当該回折格子７３によって分光された光を集光して光検出器８に導く第２凹面鏡７４とを有する。本実施形態では、光検出器８として紫外光検出器８１及び近赤外光検出器８２が設けられており、第２凹面鏡８は、紫外光検出器８１に光を集光させる凹面鏡７４１と、近赤外光検出器８２に光を集光させる凹面鏡７４２とからなる。
【００２８】
紫外光検出器８１及び近赤外光検出器８２は、マルチチャンネル検出器であり、且つ、ＣＣＤを一列に配置して構成されたラインＣＣＤセンサである。ラインＣＣＤセンサを用いることにより、二次元ＣＣＤセンサを用いた場合に比べて光検出器のコストを削減することができる。この光検出器８により得られた検出信号は、図示しない演算制御部（コンピュータ）によって吸光度又は光透過度などが算出される。
【００２９】
しかして、本実施形態の導光部材６の混合部である光射出端部６０２は、各導光部材６により導入される光の検出感度が略同一となるように、複数（本実施形態では、第１〜第４）の導光部材６を構成する光ファイバ要素が各導光部材６間で区別なくランダムに混合されている。具体的には、各測定セル３に由来する光ファイバ要素の光射出側端部が、互いに混合して配置されており、光検出器８である１つのラインＣＣＤセンサによる検出感度が各導光部材６間で略同一となるように、複数の導光部材６を構成する光ファイバ要素が互いに混合して配置されている。
【００３０】
つまり、入射スリット７Ｓの開口方向から見て、当該入射スリット７Ｓ内における導光部材６の光ファイバ要素の光射出端面像の配置密度が、各導光部材６間で略同一となるように構成されている。より具体的には、導光部材６の光ファイバ要素の光射出端面像の配置密度が、入射スリット７Ｓにおける長手方向の中央部近傍において、各導光部材６間で略同一となるように構成されている。このように、複数の導光部材６をその光射出側端部を束ねることによって、複数の検査対象３からの光を１つの光検出部（分光器７及び光検出器８）に導く集光部材Ｘが構成される。
【００３１】
また、本実施形態に係る分光分析装置１００は、複数の測定セル３のうちいずれか１つの測定セル３を透過した光を分光器７に導くように切り替える切替機構１２を備えている。
【００３２】
この切替機構１２は、シングルコアファイバである第２光ファイバ５と導光部材６との間に介在して設けられ、第２光ファイバ５の光射出端面５ａ及び導光部材６の光入射端面６ａの空間を遮断又は開放して、複数の測定セル３のいずれか１つからの光を分光器７（入射スリット７Ｓ）に導くものである。
【００３３】
切替機構１２は、各第２光ファイバ５及び各導光部材６それぞれを独立して遮断、開放可能なものであり、図５に示すように、各第２光ファイバ５及び導光部材６毎に設けられた複数（本実施形態では４つ）の可動板１２１と、当該可動板１２１を第２光ファイバ５の光射出端面５ａ及び導光部材６の光入射端面６ａ間の空間を遮る遮断位置Ｐと、第２光ファイバ５の光射出端面５ａ及び導光部材６の光入射端面６ａ間の空間を開放する開放位置Ｑとの間で移動させる駆動部１２２とを備えている。
【００３４】
本実施形態の駆動部１２２はロータリーソレノイドであり、可動板１２１を遮断位置Ｐ及び開放位置Ｑの間で回転移動させるものである。このロータリーソレノイドは、永久磁石からなる回転軸１２２ａと、当該回転軸の周囲に配置されたヨーク（不図示）と、当該ヨークに巻装された誘導コイル（不図示）とを備えている。回転軸１２２ａには可動板１２１が固定されている。そして、励磁時においてはヨークに発生した磁極と永久磁石とが反発して、回転軸１２２ａが回転することにより、可動板１２１が遮断位置Ｐ又は開放位置Ｑの一方に回転して固定される。また、非励磁時においてはヨークと永久磁石とが吸引して、回転軸１２２ａが回転することにより、可動板１２１が遮断位置Ｐ又は開放位置Ｑの他方に回転して固定される。このように切替機構１２を構成することによって、バネ等の外力を用いることなく、２つの位置Ｐ、Ｑ間で選択的に位置決め固定することができる。また、駆動部１２２に応答速度の速いロータリーソレノイドを用いていることから、位置Ｐ、Ｑ間の切り替えを速くすることができる。さらに、部品点数を削減して低コスト、及び故障要因を低減して動作安定性を実現している。その上、切替機構１２を第２光ファイバ５及び導光部材６の間に配置して、測定中において常に測定セル３内に光源２からの光が照射されるように構成しているので、光源２から測定セル３の間における光の漏れ等の不具合を点検し易い。
【００３５】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係る分光分析装置１００によれば、１台の分光器７を用いて複数の測定セル３からの光を分光して検出することができ、分光分析装置１００のコストダウン、設置場所の削減及び設置時間を軽減することができる。
【００３６】
また、複数の導光部材６を構成する光ファイバ要素を混合して束ねて、その光射出端面６ｂからの光を入射スリット７Ｓに導いているので、入射スリット７Ｓに導入される測定セル３からの光を増加させつつ、各測定セル３間の光量誤差を低減することができる。
【００３７】
さらに、光ファイバ要素の光射出端面像の配置密度を入射スリット７Ｓにおける長手方向の中央部近傍において略同一としているので、入射スリット７Ｓの長手方向中央部における光量を各測定セル３毎に偏らせることなく均一にすることができ、各測定セル３毎における検査感度を略同一とすることができる。
【００３８】
その上、各測定セル３からの光を入射スリット７Ｓの長手方向中央部に導くことができるので、光検出器８として高価な二次元ＣＣＤセンサを用いることなく、ラインＣＣＤセンサで検出することができる。
【００３９】
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、前記実施形態では、導光部材は、光ファイバ要素を束ねることによって第２光ファイバの輪郭と略同一となるように構成しているが、入射スリットのサイズに合わせて各導光部材を構成する光ファイバ要素の本数又は配置を決定するようにしても良い。具体的には、光ファイバ要素が開口方向から見てスリットからはみ出さないようにスリット形状（例えば長方形状）に合わせて束ねても良い。これならば、光ファイバ要素の本数を減らすことができ、コストを削減できる。
【００４０】
また、前記実施形態の導光部材の混合部において光ファイバ要素はランダムに混合して束ねられているが、光ファイバ要素を規則的に混合するようにしても良い。
【００４１】
前記実施形態では、第１〜第４の検査対象毎に第１〜第４の検査対象を設け、第１〜第４の導光部材を構成する光ファイバ要素の光射出側端部が、互いに混合して配置されているが、検査対象及び導光部材共に４つに限られず、２つ以上設けられていれば良い。
【００４２】
さらに、前記実施形態では、紫外光検出器及び近赤外光検出器を有するものであったが、いずれか１つの光検出器を用いて構成しても良い。また、３種類以上の光検出器を用いても良い。
【００４３】
その上、前記実施形態の光検出部は、分光器及び光検出器により構成されているが、分光器以外の光学系と光検出器により構成しても良いし、光検出器のみにより構成しても良い。
【００４４】
加えて、前記実施形態の検査対象は測定セルであったが、その他の検査対象を例えばエッチング装置等の半導体処理装置の処理チャンバとしてエンドポイントモニタ等として用いることもできる。
【００４５】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４６】
１００・・・分析装置（分光分析装置）
３    ・・・検査対象（測定セル）
５    ・・・シングルコアファイバ（第２光ファイバ）
５ａ  ・・・シングルコアファイバの光射出端面
６    ・・・導光部材（複数の光ファイバ要素）
６ａ  ・・・導光部材の光入射端面
７    ・・・分光器
７Ｓ  ・・・入射スリット
８    ・・・光検出器
１２  ・・・切替機構
【図１】
2011064676.tif 000003
【図２】
2011064676.tif 000004
【図３】
2011064676.tif 000005
【図４】
2011064676.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011064676.tif 000008