(57)【要約】【課題】供給条件が経時的に変化するサンプル液を高精度で連続的に分光測定することができる分光測定装置を提供する。【解決手段】分光測定装置１は、測定セル３の内部にサンプル液を流通させ、連続的に測定を行うものであって、測定セル３の上流側に接続され、前記測定セルより高位置に配置されたサンプリング機構２を有し、前記サンプリング機構２は、所定量のサンプル液を一時的に蓄積する蓄積槽２０と、当該装置に連続的に供給された前記サンプル液を前記蓄積槽に導く導入口２１と、前記所定量を超えて蓄積槽に導入されたサンプル液を装置外部に排出する排出口２２と、前記蓄積槽の最下位に設けられ前記測定セルと接続された給送口２４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定セルの内部にサンプル液を流通させ、連続的に測定を行う分光測定装置において、
前記測定セルの上流側に接続され、前記測定セルより高位置に配置されたサンプリング機構を有し、
前記サンプリング機構は、所定量のサンプル液を一時的に蓄積する蓄積槽と、当該装置に連続的に供給された前記サンプル液を前記蓄積槽に導く導入口と、前記所定量を超えて蓄積槽に導入されたサンプル液を装置外部に排出する排出口と、前記蓄積槽の最下位に設けられ前記測定セルと接続された給送口とを備えることを特徴とする分光測定装置。
【請求項２】
前記蓄積槽は、大気に開放された気抜口を、前記排出口よりも高位置に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の分光測定装置。
【請求項３】
前記サンプリング機構と前記測定セルとの間の高さ幅を変更する高さ変更機構をさらに備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の分光測定装置。
【請求項４】
前記排出口は、当該装置に供給されるサンプル液の量が最少の場合に、前記蓄積槽に蓄積されるサンプル液の液面よりも高くならないように設けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の分光測定装置。
【請求項５】
大気開放された構造を有しかつ前記測定セルから流出したサンプル液を装置外部に排出する排水槽を前記測定セルの下流側にさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の分光測定装置。
【請求項６】
サンプル液が、マランゴニー処理槽からの排水であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の分光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光測定装置に関し、さらに詳しくは、連続的に供給されるサンプル液中の測定目的成分濃度を高精度で連続的に計測するのに好適な分光測定装置に関し、特に、半導体製造プロセスにおいてマランゴニー処理槽中のアルコール濃度を連続的に計測するのに好適な分光測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体中に含まれる微量成分を測定する装置として、近赤外光を使用する分光計測装置がある。分光計測装置は、サンプル液が充填された測定セルへ近赤外光を照射し、その透過光量を測定することによって、サンプル液中の成分の濃度を求めるものである。分光計測装置には、測定セルにサンプル液を充填する手法として、サンプル液が連続的に計測セルを通過するように構成し、測定を連続的に行うことができるようにしたものも存在している。
【０００３】
しかし、このような分光測定装置は、サンプル液の供給条件が経時的に変化しないように維持しておく必要がある。すなわち、連続的に供給されるサンプル液の配管中への気泡混入、サンプル液の供給量の変動、サンプル液の供給圧力の変動などは、測定値に影響を与え、計測結果に誤差を生じる原因となる。特にこれらの原因は、低濃度の測定になるにつれて深刻になり、ｐｐｍレベルでの測定を困難にしている。したがって、あるシステムからの低濃度の排水を直接測定装置に供給し、連続的に精度よく測定することは困難であった。
【０００４】
この問題について、一例として、半導体ウェハを洗浄・乾燥させる工程において用いられるマランゴニー処理槽からの排水を測定する場合を例にとって具体的に説明する。
【０００５】
マランゴニー処理槽は、半導体ウェハを純水で洗浄するとともに、その後乾燥させる工程において用いられるものであり、洗浄液に所定の濃度のアルコールを添加し、洗浄、乾燥を行う。マランゴニー処理槽の使用工程では、使用した純水に微量のアルコールが混入するので、排水を１回の操作ごとに行う。そして、その効果を高めるために、アルコール濃度は所定値であることが必要であり、その濃度を測定することが求められる。
【０００６】
図５は、マランゴニー処理槽の処理工程を説明する図である。マランゴニー処理槽５０は、図５に示すように、洗浄槽５１中に半導体ウエハ６０を浸漬して洗浄する。洗浄槽５１は、２重の側壁を有しており、内側の側壁は外側の側壁よりも低く構成されている。矢印７２で示すように、洗浄槽５１中には供給口５３から純水６１が供給される。
【０００７】
マランゴニー処理槽での処理工程は、図５に示すように洗浄、乾燥、槽下部排水の工程に分けることができ、それぞれの工程において排水量が大きく異なる。すなわち、図５（ａ）の洗浄工程においては、洗浄槽５１中に半導体ウェハ６０が浸漬するように、供給口５３の供給側の開閉弁５４を開放し、矢印７１，７２に示すように純水を供給する。洗浄槽５１中の純水６１の水位が高くなると、矢印７３で示すように、オーバーフロー口５２を通って排出口５６から処理槽の外部へ排出される。この工程での給水量及び排水量は、いずれも中程度となる。
【０００８】
図５（ｂ）の乾燥工程においては、供給口５３の供給側の開閉弁５４を閉じ、洗浄槽５１への純水の供給を停止する。そして、洗浄槽５１へアルコールを添加し所定濃度の状態で半導体ウェハ６０を矢印７５に示すように引き上げ、表面に付着した水を乾燥させる。この工程での給水量はなく、排水量はオーバーフロー口から流出する微少量である。
【０００９】
図５（ｃ）の槽下部排水工程においては、次の処理のために洗浄槽５１中の純水を排出する。すなわち、供給口５３の排出側の開閉弁５５を開放し、矢印７６で示すように洗浄槽５１中の純水を排出する。この工程での給水量はなく、排出量は多くなる。
【００１０】
したがって、マランゴニー処理槽５０から排出される排水量は、各工程において大きく異なる。したがって、図６に示すように、マランゴニー処理槽からの排水を直接分光測定装置に供給すると、排出量が少ない工程中において配管５８中に気泡１２が混入し、測定セル中に気泡１１として流入したり、排水の供給圧力が変動するため、正確な分光測定をすることが困難であった。
【００１１】
このような問題から、マランゴニー処理槽中の純水のアルコール濃度測定には、純水をサンプリングし、これを回分式に分光計測する方法が取られていた。しかし、この回分式方法は効率が悪いという問題がある。そこで、供給条件が異なるサンプル液を連続的に高精度で分光測定できる方式が従来より求められていた。
【００１２】
なお、出願人は、本発明に関連する先行技術に存在を知らず、記載すべき先行技術文献情報はない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、供給条件が経時的に変化するサンプル液を高精度で連続的に分光測定することができる分光測定装置を提供することである。具体的には、サンプル液を経時的にほぼ均一の条件で給送・排出させることによって高精度で連続的に分光測定することができる分光測定装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、前記測定セルの上流側に接続され、前記測定セルより高位置に配置されたサンプリング機構を有し、前記サンプリング機構は、所定量のサンプル液を一時的に蓄積する蓄積槽と、当該装置に連続的に供給された前記サンプル液を前記蓄積槽に導く導入口と、前記所定量を超えて蓄積槽に導入されたサンプル液を装置外部に排出する排出口と、前記蓄積槽の最下位に設けられ前記測定セルと接続された給送口とを備えることを特徴とする分光測定装置を提供する。
【００１５】
上記構成において、サンプリング機構は測定セルの上流側に接続され、サンプル液は、サンプリング機構から測定セルに送られ、セルの内部を通過して排出される。サンプリング機構は、測定セルよりも高位置に配置されている。したがって、サンプル液は重力による自由落下によって測定セルに供給される。すなわち、ポンプなどを用いてサンプル液を供給すると、サンプル液に加わる圧動を避けることが困難であり、測定セル中のサンプル液の圧力を一定にすることができない。上記のようにサンプリング機構と測定セルを配置することにより、測定セル中に一定圧力のサンプル液を連続供給することができる。
【００１６】
また、サンプリング機構は、分光測定装置に連続的に供給された前記サンプル液を前記蓄積槽に導く導入口から供給された所定量のサンプル液を一時的に蓄積槽に蓄積し、前記蓄積槽の最下位に設けられた給送口を通して前記測定セルに供給する。
【００１７】
サンプル液は、所定量が蓄積槽に蓄積されているので、その最下位に設けられた給送口からは、サンプル液の水位及び測定セルとの高差に応じて決定される量のサンプル液が流出する。また、導入口から送られるサンプル液中に例えば、気泡などが混入した場合であっても、気泡は、サンプル液が蓄積されている間に情報に移動して脱泡するため、蓄積槽の最下位から流出するサンプル液は、気泡を含まないものとすることができる。
【００１８】
また、蓄積槽には、前記所定量を超えて蓄積槽に導入されたサンプル液を装置外部に排出する排出口が設けられているため、導入口から大量のサンプル液が流入した場合であっても、蓄積槽に蓄積されるサンプル液の水位を一定に保つことができる。
【００１９】
したがって、上記構成によれば、サンプル液中の気泡を取り除くとともに、一定量のサンプル液を一定の圧力で測定セルに送ることができる。したがって、装置に供給されるサンプル液の供給条件が経時的に変化する場合であっても、ほぼ同じの条件で測定セルに供給することができ、分光測定に生じる誤差をなくし、高精度の測定を可能にすることができる。
【００２０】
本発明の分光測定装置は、具体的には以下のように種々の態様で構成することができる。
【００２１】
好ましくは、蓄積槽は、大気に開放された気抜口を、前記排出口よりも高位置に備えている。
【００２２】
上記構成において、蓄積槽に蓄積されるサンプル液の水位よりも高位に気抜口が備えられているため、蓄積槽中の圧力を一定に維持することができる。したがって、蓄積槽内部が変動し、蓄積槽の給送口から流出するサンプル液の量が変化することを防止することができる。したがって、サンプリング機構から流出するサンプル液の量を一定にすることができる。
【００２３】
好ましくは、分光測定装置は、前記サンプリング機構と前記測定セルとの間の高さ幅を変更する高さ変更機構をさらに備えている
【００２４】
サンプリング機構と前記測定セルとの間の高さ幅は、サンプリング機構から測定セルに給送されるサンプル液の流量を決定する要因であるため、これを調整することにより、サンプル液の流量を変更することができる。
【００２５】
好ましくは、前記オーバーフロー排出口は、当該装置に供給されるサンプル液の量が最少の場合に、前記蓄積槽に蓄積されるサンプル液の液面が低位にならない高さ位置に設けられている。
【００２６】
上記構成において、蓄積槽には、サンプル液が導入口から流入するとともに、給送口から流出する。そして、サンプル液の流出量が流入量よりも多くなった場合は、オーバーフロー口からサンプル液が排出する。したがって、蓄積槽に蓄積されるサンプル液の蓄積量はオーバーフロー口の位置に応じて決定する。
【００２７】
また、サンプル液の流入量が流出量よりも少ない場合は蓄積槽に蓄積されるサンプル液量が少なくなり、給送口から流出するサンプル液中に気泡が混入することとなり、高精度の測定ができなくなる。よって、オーバーフロー口の位置を当該装置に供給されるサンプル液の量が最少の場合に、前記蓄積槽に蓄積されるサンプル液の液面よりも高くない位置に設定することにより、上記問題を解消することができ、測定精度を向上させることができる。
【００２８】
好ましくは、分光測定装置は、大気開放された構造を有しかつ前記測定セルから流出したサンプル液を装置外部に排出する排水槽を前記測定セルの下流側にさらに備える。
【００２９】
上記構成において、測定セルを通過したサンプル液は装置該に排出されるが、この排出管が大気圧に比較して負圧になる場合がある。かかる場合は、サンプル液が測定セルから吸引されることにより吸い出され、測定セル中に気泡が混入するという問題を生じる。
【００３０】
したがって、測定セルの下流側に大気開放された構造を有しかつ前記測定セルから流出したサンプル液を装置外部に排出する排水槽を設ける上記構成によれば、装置外の配水管が負圧になった場合でも、排水槽中の圧力が負圧になることはなく、よって、測定セルからサンプル液が吸い出されることを防ぐことができる。したがって、測定の精度を高く維持することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る分光測定装置について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態にかかる分光測定装置の内部構成を示す概略図である。本分光測定装置は、マランゴニー処理槽（図示なし）における半導体ウェハ洗浄用の微量のアルコールを含む純水をサンプル液として用い、当該サンプル液に含まれるアルコール濃度を分光測定によって測定するために好適に用いられる。
【００３３】
すなわち、マランゴニー処理槽の半導体ウェハ洗浄用の純水は、不純物などをほとんど含んでおらず、連続的に測定セルに流通させて分光測定するための被測定物として好適であり、また、含まれるアルコール濃度は通常微少であることから、サンプル液の供給条件の差によって測定誤差に与える影響が大きいため、本実施形態にかかる分光測定装置の被測定物として好適である。
【００３４】
本分光測定装置１は、マランゴニー処理槽（図示なし）からの排水を連続的に流動させるために、サンプリング機構２から排水機構４までが配管で接続されており、その途中に測定セル３が設けられている。また、測定セル３の高さ位置を変更するための高さ変更機構３５を備えている。
【００３５】
測定セル３は、近赤外線発光装置（図示なし）から発光された近赤外線のうち測定セルを透過したものの光量を測定することによって、サンプル液中の混合物濃度、具体的にはアルコール濃度を測定する。
【００３６】
測定セル３は、セル本体３０とサンプル液の供給口３１と排出口３２とから構成される。サンプル液の供給口３１及び排出口３２は、セル本体３０の内部と連通しており、供給口３１から供給されたサンプル液は、セル本体３０の内部を通過して排出口３２から測定セル３の外部に排出される。測定セル３に供給されるサンプル液は、測定セル３を通過する間に分光測定される。
【００３７】
測定セル３０の上流側には、測定セル３よりも高さ幅Ｈだけ高位置に配置されたサンプリング機構２が設けられている。なお、サンプリング機構２と測定セル３との間の高さ幅Ｈは、図示しない高さ変更機構によって調整することができるように構成されている。サンプリング機構２は、サンプル液１０を一時的に蓄積する円筒形の蓄積槽２０を備えている。蓄積槽２０の側壁には、サンプル液を導くための導入口２１が設けられている。導入口に接続される配管１３は、図示しないマランゴニー処理槽の排水口に直接接続されている。
【００３８】
蓄積槽２０の底壁には、蓄積槽２０内に蓄積されたサンプル液１０を外部に給送する給送口２４が設けられている。給送口２４に接続されている配管２５は、測定セル３の供給口３１と接続しており、蓄積槽２０に蓄積されているサンプル液が連続的に測定セル３に供給される。いうまでもなく、蓄積槽２０内のサンプル液は、導入口２１から流入するとともに、給送口２４から連続的に測定セルに流出するため、蓄積槽２０中のサンプル液の水位は低下しない。
【００３９】
また、蓄積槽２０の側壁の導入口２１よりも高位置には、装置外部と接続する排出口２２が設けられているため、導入口２１からサンプル液が大量に供給された場合、溢流分のサンプル液は排出される。
【００４０】
また、蓄積槽２０の上壁には気抜口２３が設けられている。気抜口２３に接続されている配管２６は、大気開放されており、蓄積槽２０の内部圧力が大気圧に比べて顕著に変動しないようになっている。
【００４１】
測定セル３の下流側には、排出機構４が設けられている。排出機構４は、円筒形の排出槽４０を備えている。排出槽４０の側壁には、サンプル液を導くための導入口４２が設けられている。排水機構４は、導入口４２が蓄積槽２０のサンプル液の水位よりも低い位置になるように配置される。導入口４２は測定セル３の排出口３２と配管３３で接続されており、測定セルから流出したサンプル液が排出槽４０に導かれる。
【００４２】
また、排水槽４０の側壁の導入口よりも低位置には、排水槽４０中に導かれたサンプル液を槽外に排出するための排出口４１が設けられている。排出口に接続されている配管４５は、装置外部に接続されている。
【００４３】
排水槽の上壁には、気抜口４３が設けられている。気抜口４３に接続されている配管４４は、大気開放されており、蓄積槽４０の内部圧力が大気圧に比べて顕著に変動しないようになっている。
【００４４】
次に本実施形態に係る分光測定装置の作用について説明する。本分光測定装置は、サンプリング機構２及び排出機構４によって、測定セル３にサンプル液が経時的にほぼ均一の条件で連続的に給送・排出され、その結果、サンプル液に含まれるアルコール濃度が微量の場合であっても高精度の測定結果が得られるようにしたものである。
【００４５】
まず、サンプリング機構の作用について説明する。図２はサンプリング機構の要部構成を示す一部断面図である。上述のようにサンプリング機構２の蓄積槽２０には、マランゴニー処理槽から排水であるサンプル液が配管１３及び導入口２１を通って供給される。
【００４６】
ところで、上述のようにマランゴニー処理槽は、その構造上、処理工程に応じて排出される排水の量と圧力が大きく異なる。マランゴニー処理槽の乾燥工程など排水の量が少ない工程では、配管１３中に気泡１２が混入する場合がある。この気泡は、サンプル液とともに給送され、蓄積槽２０に到達する。蓄積槽２０に到達したサンプル液は、その内部に一時的に蓄積され、その間にサンプル液中の気泡１１は、上方に移動してサンプル液１０と分離する。したがって、蓄積槽２０は、サンプル液を一定量蓄積することができる程度の容量があることが必要である。上記作用により、蓄積槽２０の底壁に設けられた給送口２４から送り出されるサンプル液は、気泡が除かれて測定セル３に供給される。
【００４７】
なお、蓄積槽の給送口２４へのサンプル液中の気泡の混入をより確実に防止するため、図３に示すように蓄積槽２０の底壁内側に邪魔板２７を設けることが望ましい。邪魔板２７は、給送口２４よりも大きい平板状の板で構成され、複数本の脚２８で給送口２４の上方に固定されている。このような邪魔板２７を設けることにより、蓄積槽２０中に蓄積されているサンプル液は、図３の矢印に示すように邪魔板２７を避けて側方から給送口２４に送られるため、気泡と分離しやすくなる。
【００４８】
一方、槽下部排水の工程など排水量が多い工程では、サンプル液が蓄積槽に供給された場合、排水口２２から溢流分のサンプル液が排出される。したがって、蓄積槽２０に一時的に蓄積されるサンプル液の水位は、常時排水口２２の設置位置に維持される。よって、給送口２４から送り出されるサンプル液の流量と圧力は、水位の変動による影響を受けることがない。
【００４９】
上述のように、蓄積槽２０は、測定セル３よりも高位に設けられているため、サンプル液は重力による自由落下によって測定セル３へ供給される。したがって、サンプル液水の給送に際して、サンプル液にポンプなどの圧力がかかることがなく、供給圧力の変動がない。また、サンプリング機構２（蓄積槽２０中のサンプル液の液面高さ）と測定セル３との高さ幅Ｈに応じてサンプル液の供給量が変化する。したがって、高さ変更機構３５を操作して測定セル３の高さを変更することにより、高さ幅Ｈが変更し、測定セル３への供給量を変更することができる。供給量は装置１へ供給されるマランゴニー処理槽からの排水量に応じて調整することが好ましい。
【００５０】
次に排水機構の作用について説明する。図４は、排水機構の要部構成を示す一部断面図である。上述のように、サンプリング機構によって、測定セル３には、一定の圧力で一定量のサンプル液が連続的に供給される。また、測定セルから流出したサンプル液は、装置の外部に排出される。
【００５１】
ところで、装置外の排水管が大気圧に比較して負圧になることがある。この場合に排水機構が設けられていない場合、すなわち、装置外の配水管と測定セルの排出口とが直結している場合は、配水管が負圧になることによって、測定セルから流出したサンプル液が吸い出され、これが蓄積槽２０内で一定の水位に保たれていたサンプル液がなくなるまで続くこととなる。このようなサンプル液の吸引が起こると、測定セル３中を流れるサンプル液水の流量が急変するほか、気泡を含んだサンプル液が測定セルに入ってくるため、正確な測定ができなくなるという問題が生じる。
【００５２】
本実施形態にかかる分光測定装置では、排水機構４が設けられているため、上記問題は解消する。すなわち、測定セル３の排出口３２側と装置外の配水管との間に大気開放した排出槽４０を配置している。このように排出槽４０を設けることにより装置外の配水管が負圧になったとしても、排出槽４０内のサンプル液が吸い出された後は、気抜口４３から矢印７７で示すように空気が吸い出されるだけで、測定セル３内のサンプル液が吸い出されることはない。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態にかかる分光測定装置は、サンプリング機構及び排水機構を設けることによって、サンプル液に混入する気泡を取り除き、測定セルにサンプル液を均一の供給量及び供給圧力で送ることができる。したがって、供給条件による分光測定の影響を受けることがなく、高精度の測定結果を得ることができる。
【００５４】
また、サンプリング機構と測定セルとの間の高さ幅を変更できるように構成しているため、サンプリング機構から測定セルに送られるサンプル液の流量を調整することができる。
【００５５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００５６】
例えば、本実施形態の分光測定装置は、マランゴニー処理槽における排水中のアルコール濃度の計測のほかにも使用可能である。
【００５７】
また、本実施形態では、高さ変更機構は、測定セルの高さを変えることによって、蓄積槽と測定セルの間の高さ幅を変更するようにしているが、蓄積槽の高さを変えるように構成してもよい。
【００５８】
さらに、蓄積槽から測定セルへのサンプル液の供給量を調整するためにその間の配管に流量調節弁などを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る分光測定装置の内部構成を示す概略図である。
【図２】図１の分光測定装置のサンプリング機構の要部構成を示す一部断面図である。
【図３】図１の分光測定装置の蓄積槽の要部を示す要部拡大断面図である。
【図４】図１の分光測定装置の排水機構の要部構成を示す一部断面図である。
【図５】マランゴニー処理槽の処理工程を説明する図である。
【図６】マランゴニー処理槽と従来の分光測定装置を接続した場合の問題点を説明する概略図である。
【符号の説明】
１  分光測定装置
２  サンプリング機構
３  測定セル
４  排出機構
２０  蓄積槽
２１  導入口
２２  排出口
２３  気抜口
２４  給送口
３０  セル本体
３１  供給口
３２  排出口
４０  排出槽
４１  排出口
４２  供給口
４３  気抜口
【図１】
2004184162.tif 000003
【図２】
2004184162.tif 000004
【図３】
2004184162.tif 000005
【図４】
2004184162.tif 000006
【図５】
2004184162.tif 000007
【図６】
2004184162.tif 000008