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発明の名称 微粒子成分分析装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−66256(P2001−66256A)
公開日 平成13年3月16日(2001.3.16)
出願番号 特願平11−244684
出願日 平成11年8月31日(1999.8.31)
代理人
発明者 吉田 隆司 / 岩崎 元明
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】微粒子を原子化,イオン化して励起,発光させ,発光した光のうち所定の波長を測定できるように測定波長が設定された分光器に導き,その分光器の後段に配置された光電変換器により電気信号に変換し,前記微粒子に含まれる特定元素の大きさを測定する微粒子成分分析装置において,前記光電変換器としてアレイ状光電子増倍素子を用いたことを特徴とする微粒子成分分析装置。
【請求項2】微粒子はマイクロ波を利用して励起,発光させたことを特徴とする請求項1記載の微粒子成分分析装置。
【請求項3】アレイ状光電子増倍素子は3以上の光電変換素子からなることを特徴とする請求項1記載の微粒子成分分析装置。
【請求項4】複数の光電変換素子の出力のうち測定すべき波長のピークの近傍を多点測定し,そのうちの最大出力を求めてピーク値とすることを特徴とする請求項1記載の微粒子成分分析装置。
【請求項5】強度の小さな素子からベースレベルを求め,その値をピーク値の出力から減ずることによりピークレベルを算出するようにしたことを特徴とする請求項1記載の微粒子成分分析装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】例えば半導体の製造現場であるクリーンルーム等では半導体製品の品質を向上させるため,クリーンルーム中に浮遊する阻害要因としての元素の大きさと種類を監視し,その元素の発生原因を知ると共に発生を阻止する必要がある。本発明は例えばクリーンルーム内に浮遊する微粒子を収集しマイクロ波誘導プラズマを利用して元素分析を行なう微粒子成分分析装置に関し,ノイズに影響されない正確な発光強度の測定が可能な微粒子成分分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】はじめに従来から知られているマイクロ波誘導プラズマを利用した微粒子成分分析装置について図4を用いて簡単に説明する。図4において1はディスパーサであり,この中には測定すべき固体微粒子(図示せず)が付着したフィルタ2が配置されている。3は同じくディスパーサ1内に配置されたアスピレータで,フィルタ2に付着した固体微粒子を吸引し反応管4に供給する。
【0003】なお,ディスパーサ1内は吸引ポンプ5により空気が排出された後,置換ガス導入口8からHeガスが導入されて大気圧より僅かに高い圧力に維持されている。9はキャリアガス(He)導入口,7a〜7dは開閉弁である。13はマイクロ波源,14はマイクロ波源からのマイクロ波が導入されたキャビティである。
【0004】16は反応管4の他端に設けられた検出窓,17は検出窓16に向けて設けられた光学窓である。18は集光系であって凹面鏡18aと反射鏡18bを有している。19は反射鏡18bで反射した光を信号処理部20に導くスリットである。信号処理部20には4本の光ファイバ20cを介してそれぞれ光を受光する4台の分光器20b及びこれらの分光器の出力が入力されるCPUが配置されている。
【0005】上記の構成において,マイクロ波源13から周波数が2.45GHzのマイクロ波をキャビティ14内に導くと,反応管4内に4000°K程度のプラズマが生成される。一方ディスパーサ1から反応管4内に導かれた固体微粒子はプラズマ中で原子化,イオン化され,更に励起されて基底状態に落ちるときに発光する。
【0006】この発光スペクトルは反応管4から軸方向に取り出され,光学窓17を介して集光系18内に導かれて集光され,その後,スリット19を通り分光器20bで分光されてCPUで信号処理され試料中の元素が測定表示される。なお,分光器には選択された波長の光の強さに応じた電気信号を出力する光電変換器20cが備えられている。
【0007】また,光電変換器20cの後段には光電変換器の出力信号を増幅する増幅器21を含んでおり,微粒子の大きさは増幅器の出力信号の大きさに応じて例えば大,中,小の3種類に分類している。
【0008】図5は図4の発光スペクトルの位置出し装置を示す詳細図であり,プラズマ発光光を回折格子(グレーティング)に当て,その回折格子を精密な再現性をもって回転するモータ31(ダイレクトドライブモータ …以下DDモータという)で回転させ,所望の波長の光のみをスリット19を通して光電子増倍管20dに取り込むように構成されている。
【0009】図6は発光スペクトルの波長(λ)と発光強度の関係を示す図であり、測定波長は比較的に急峻になっている。発光元素と波長の関係は実用上27種類(Al,Fe,C,P,Si,Cu,B,K,Na,Ni,Cr,Ca,Cl,F,N,W,Ti,Mo,Mg,Zn,Au,Co,Mn,Pb,O,S,Br)の元素を分析対象としている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで,原子発光スペクトルは半値幅が狭く,ピーク位置精度はDDモータ31の角度分解能とスリット幅によって決まってしまうため,僅かな角度のずれやスリットの幅の広さによって光電子増倍管20dに入射する光量が急激に変化して測定誤差になるという問題があった。
【0011】図7(a)はピークの中心がスリットの中心に位置している状態を示,、(b)はピークの中心がスリットの中心からずれている状態を示しており,この(b)図の状態では正確な発光強度を測定できないことがわかる。次に,図8に示すものは,ピーク付近の強度しか測定していないので,それが真のピークなのか妨害ピークなのかを判定することができない。
【0012】また,図9(a,b)はノイズレベルが変動して出力が変化するので正確な測定ができない状態を示し,スリットの中心とピークの中心が一致している場合でも光電子増倍管はノイズを含んで電気信号に変換するので,そのノイズレベルが変動する場合は正確な測定ができないという問題があった。
【0013】本発明は上記従来技術の問題を解決するために成されたもので,発光スペクトルをアレイ状の光電子増倍素子で受光することにより,光電子増倍素子の受光部直前にスリットを用いることなく正確な光強度検出が可能な微粒子成分分析装置を実現することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するための本発明の構成は,請求項1においては,微粒子を原子化,イオン化して励起,発光させ,発光した光のうち所定の波長を測定できるように測定波長が設定された分光器に導き,その分光器の後段に配置された光電変換器により電気信号に変換し,前記微粒子に含まれる特定元素の大きさを測定する微粒子成分分析装置において,前記光電変換器としてアレイ状光電子増倍素子を用いたことを特徴とする。
【0015】請求項2においては,請求項1記載の微粒子成分分析装置において,微粒子はマイクロ波を利用して励起,発光させたことを特徴とする。請求項3においては,請求項1記載の微粒子成分分析装置において,アレイ状光電子増倍素子は3以上の光電変換素子からなることを特徴とする。
【0016】請求項4においては,請求項1記載の微粒子成分分析装置において,複数の光電子増倍管の出力のうち測定すべき波長のピークの近傍を多点測定し,そのうちの最大出力を求めてピーク値とすることを特徴とする。請求項5においては,請求項1記載の微粒子成分分析装置において,強度の小さな素子からベースレベルを求め,その値をピーク値の出力から減ずることによりピークレベルを算出するようにしたことを特徴とする。
【0017】
【作用】アレイ状の光電子増倍素子は瞬間的な発光スペクトルを同時に測定可能である。これを3個以上並列に並べれば所望の波長の波形全体を捕らえることができ,また,高い出力の素子から低い素子の出力を減ずることにより光の強度分布及びノイズレベルを正確に測定できる。
【0018】
【実施例】図1(a,b)は本発明の微粒子成分分析装置の要部の構成を示すもので,図4に示す従来例とは光電子増倍素子の構成が異なっている。即ち,本発明においては光電子増倍素子35としてアレイ状のものを用いている。図(b)はアレイ状光電子増倍素子のZ視である。
【0019】DDモータ30の回転角に対応する波長とアレイ状光電子増倍素子35の位置関係は予め決められており,DDモータ30の回転角と測定すべき金属の波長は既値とされる。
【0020】次に,図2及び図3を用いてアレイ状光電子増倍素子35の各素子が出力する発光強度及び検出の手順を説明する。図2において,手順(a)にてアレイ状光電子増倍素子35のうちの一つから測定値の最大値Imaxを求める。次に,手順(b)にてピーク値の1/2の発光強度になる波長の幅Δλ1/2を求める。
【0021】次に、手順(c)にて最大値が測定波長範囲の中心から所定の値Δλ1以上ずれている場合や、求めた幅Δλ1/2が所定の値と大きく異なる素子の値は妨害ピークと判断する。
【0022】次に,手順(d)にて最大値の波長から5×Δλ1/2以上外れた点の平均値を計算してベースレベルIbを求める。次に手順(e)にて最大値ImaxからベースレベルIbを減じて発光強度IPを求める。
【0023】本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更,変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【0024】
【発明の効果】以上詳しく説明したような本発明によれば,微粒子を原子化,イオン化して励起,発光させ,発光した光のうち所定の波長を測定できるように測定波長が設定された分光器に導き,その分光器の後段に配置された光電変換器により電気信号に変換し,前記微粒子に含まれる特定元素の大きさを測定する微粒子成分分析装置において,前記光電変換器としてアレイ状光電子増倍素子を用いたので,スリットを用いることなく正確な光強度検出が可能な微粒子成分分析装置を実現することが出来る。




 

 


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