DE-112011102595-B4 - Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung und Lichtmengen-Erfassungsverfahren

DE112011102595B4DE 112011102595 B4DE112011102595 B4DE 112011102595B4DE-112011102595-B4

Abstract

Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung mit einem Lichtdetektor (3) zum Erfassen von Licht und zum Ausgeben eines Erfassungssignals; einem Verstärker (5) zum Verstärken des Erfassungssignals des Lichtdetektors (3), wobei das Erfassungssignal Rauschsignale enthält; einem A/D-Konverter (6) zum A/D-Umwandeln des vom Verstärker (5) verstärkten Erfassungssignals; einer Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) zum Ausführen einer Schwellenwertverarbeitung an dem vom A/D-Konverter (6) umgewandelten Erfassungssignal unter Verwendung eines Schwellenwerts (V th ); und mit einer Photonenanzahl-Berechnungsschaltungseinheit (8) zum Berechnen der Intensität des Lichts oder der Anzahl der Photonen, die auf den Lichtdetektor (3) einfällt, aus dem Erfassungssignal, das von der Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, wobei die Photonenanzahl-Berechnungsschaltungseinheit (8) die Intensität des Lichts oder die Anzahl der Photonen, die auf den Lichtdetektor (3) einfällt, auf der Basis einer Fläche der Signal-Wellenform des Erfassungssignals berechnet, das von der Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) ein Signal mit einem Pegel, der bei den A/D-umgewandelten Erfassungssignalen gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert (V th ), durch einen vorgegebenen Bezugswert (V base ) ersetzt und den Bezugswert (V base ) an die Photonenanzahl-Berechnungsschaltungseinheit (8) ausgibt, wobei der Bezugswert (V base ) kleiner als der Schwellenwert (V th ) der Schwellenwert-Verarbeitung ist und aus dem Mittelwert der Rauschsignale bestimmt wird.

Inventors

Akihiro Namba
Fujio Onishi
Yasushi Terui

Assignees

HITACHI HIGH-TECH CORPORATION

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20110701
Priority Date: 20100804

Claims (12)

Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung mit einem Lichtdetektor (3) zum Erfassen von Licht und zum Ausgeben eines Erfassungssignals; einem Verstärker (5) zum Verstärken des Erfassungssignals des Lichtdetektors (3), wobei das Erfassungssignal Rauschsignale enthält; einem A/D-Konverter (6) zum A/D-Umwandeln des vom Verstärker (5) verstärkten Erfassungssignals; einer Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) zum Ausführen einer Schwellenwertverarbeitung an dem vom A/D-Konverter (6) umgewandelten Erfassungssignal unter Verwendung eines Schwellenwerts (V th ); und mit einer Photonenanzahl-Berechnungsschaltungseinheit (8) zum Berechnen der Intensität des Lichts oder der Anzahl der Photonen, die auf den Lichtdetektor (3) einfällt, aus dem Erfassungssignal, das von der Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, wobei die Photonenanzahl-Berechnungsschaltungseinheit (8) die Intensität des Lichts oder die Anzahl der Photonen, die auf den Lichtdetektor (3) einfällt, auf der Basis einer Fläche der Signal-Wellenform des Erfassungssignals berechnet, das von der Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, dadurch gekennzeichnet , dass die Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) ein Signal mit einem Pegel, der bei den A/D-umgewandelten Erfassungssignalen gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert (V th ), durch einen vorgegebenen Bezugswert (V base ) ersetzt und den Bezugswert (V base ) an die Photonenanzahl-Berechnungsschaltungseinheit (8) ausgibt, wobei der Bezugswert (V base ) kleiner als der Schwellenwert (V th ) der Schwellenwert-Verarbeitung ist und aus dem Mittelwert der Rauschsignale bestimmt wird.
Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Photonenanzahl-Berechnungsschaltungseinheit (8) die Anzahl der Photonen, die auf den Lichtdetektor (3) einfällt, auf der Basis des Verhältnisses der Fläche der Signal-Wellenform des Erfassungssignals, das von der Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, zu der Fläche einer Bezugssignal-Wellenform berechnet, die auf der Fläche der Signal-Wellenform eines den Schwellenwert (V th ) übertreffenden Anteils der Wellenformen der Signale, die nach der A/D-Umwandlung des Erfassungssignals durch den A/D-Konverter (6) beim Einfall eines Photons auf den Lichtdetektor (3) erfasst wurden, beruht.
Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 , mit des weiteren einer Schwellenwert-Einstelleinheit zum Einstellen des Schwellenwerts (V th ) für die Schwellenwertverarbeitung durch die Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) von außen.
Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 , mit des weiteren einer Schwellenwert-Einstelleinheit zum Einstellen des Schwellenwerts (V th ) für die Schwellenwertverarbeitung des A/Dumgewandelten Erfassungssignals durch die Schwellenwert-Verarbeitungsschaltungseinheit (7) auf der Basis des Ausgangssignals des Lichtdetektors (3), wenn kein Licht einfällt.
Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Detektor ein Photonenzähl-Lichtdetektor (3) ist.
Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der Verstärker (5) eine Verstärkungseinheit ist, deren Verstärkung variabel ist.
Lichtmengen-Erfassungsverfahren mit einem Erfassen von Licht mit einem Lichtdetektor (3) und Ausgeben eines Erfassungssignals; einem Verstärken des Erfassungssignals vom Lichtdetektor (3) zum Erfassen von Licht, wobei das Erfassungssignal Rauschsignale enthält; einem A/D-Umwandeln des verstärkten Erfassungssignals; einer Schwellenwertverarbeitung des A/D-umgewandelten Erfassungssignals unter Verwendung eines vorgegebenen Schwellenwerts (V th ); und mit einem Berechnen der Intensität des Lichts oder der Anzahl der Photonen, die auf den Lichtdetektor (3) einfällt, aus dem Erfassungssignal, das der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, wobei die Berechnung der Intensität des Lichts oder der Anzahl der auf den Lichtdetektor (3) einfallenden Photonen auf der Basis einer Fläche der Signal-Wellenform des Erfassungssignal erfolgt, das der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, dadurch gekennzeichnet , dass das Signal, das der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, ein Signal ist, das durch Ersetzen eines Signals mit einem Pegel, der bei den A/D-umgewandelten Erfassungssignalen gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert (V tn ), durch einen vorgegebenen Bezugswert (V base ) erhalten wird, wobei der Bezugswert (V base ) kleiner als der Schwellenwert (V th ) der Schwellenwert-Verarbeitung ist und aus dem Mittelwert der Rauschsignale bestimmt wird.
Lichtmengen-Erfassungsverfahren nach Anspruch 7 , wobei die die Anzahl der Photonen, die auf den Lichtdetektor (3) einfällt, auf der Basis des Verhältnisses der Fläche der Signal-Wellenform des Erfassungssignals, das der Schwellenwertverarbeitung unterzogen wurde, zu der Fläche einer Bezugssignal-Wellenform berechnet wird, die auf der Fläche der Signal-Wellenform eines den Schwellenwert (V th ) übertreffenden Anteils der Wellenformen der Signale, die nach der A/D-Umwandlung des Erfassungssignals beim Einfall eines Photons auf den Lichtdetektor (3) erfasst wurden, beruht.
Lichtmengen-Erfassungsverfahren nach Anspruch 7 , wobei der vorgegebene Schwellenwert (V th ) ein Schwellenwert ist, der von außen eingegeben wird.
Lichtmengen-Erfassungsverfahren nach Anspruch 7 , wobei der vorgegebene Schwellenwert (V th ) ein Schwellenwert ist, der auf dem Ausgangssignal beruht, das ausgegeben wird, wenn der Lichtdetektor (3) kein Licht erfasst.
Lichtmengen-Erfassungsverfahren nach Anspruch 7 , wobei der Lichtdetektor (3) ein Photonenzähl-Lichtdetektor ist, wobei die Intensität des Lichts oder die Anzahl der Photonen berechnet wird, die auf den Photonenzähl-Lichtdetektor fällt.
Lichtmengen-Erfassungsverfahren nach Anspruch 7 , wobei das Erfassungssignal des Lichtdetektors (3) von einem Verstärker (5) verstärkt wird, dessen Verstärkung variabel ist.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Lichtmenge in einem Gerät zum Erfassen des von einer Probe emittierten Lichts, einem Gerät zum Erfassen des bei der Bestrahlung einer Probe mit Licht durchgelassenen oder gestreuten Lichts, oder einem Gerät zum Erfassen der Fluoreszenz an einer Probe bei der Bestrahlung der Probe mit Licht. Stand der Technik Auf dem Gebiet der industriellen Materialien, der Umwelt, der Pharmazie und der Biologie wird oft Licht auf eine Probe eingestrahlt und das durchgelassene Licht oder das gestreute Licht oder die an der Probe bei der Bestrahlung mit dem Licht entstehende Fluoreszenz mit einer Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung zur Analyse der Komponenten der Probe erfasst und gemessen. Bei Geräten zur Untersuchung von Halbleitern wird Licht auf einen Halbleiterwafer eingestrahlt und das transmittierte Licht oder das reflektierte Licht gemessen, um die auf dem Halbleiterwafer ausgebildeten Schaltungen zu untersuchen oder um Fremdkörper auf dem Wafer festzustellen. Zum Bestimmen von Aerosolen, die in der Luft schweben, wird die Luft mit einem Laser bestrahlt und das Streulicht gemessen. In der Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung muss für eine genaue Analyse zum Erfassen von geringen Lichtmengen der Erfassungsbereich (Dynamikbereich) für die Lichtmenge erweitert werden. Beim Stand der Technik umfasst das Lichtmengen-Erfassungsverfahren ein analoges Messverfahren mit einer Aufnahme der Intensität des Ausgangssignals eines Lichtdetektors beim Einfallen von Licht auf den Detektor und ein Photonenzählverfahren mit einem Zählen der Ausgangsimpulse, die erzeugt werden, wenn Photonen auf den Lichtdetektor fallen. Anhand der 2 wird die Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung für das analoge Messverfahren beschrieben. Die Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung für das analoge Messverfahren ist so aufgebaut, dass sie das Ausgangssignal 32 eines Lichtdetektors 31 vom analogen Typ innerhalb einer vorgegebenen Zeit in einem Integrator 51 aufintegriert, das Ausgangssignal 52 des Integrators in einem A/D-Konverter 6 in ein digitales Signal umwandelt und das digitale Signal in einer CPU 90 arithmetisch verarbeitet. In der 2 sind die Wellenformen des Detektor-Ausgangssignals 32 und des Integrator-Ausgangssignals 52 dargestellt. Wenn die auf den Lichtdetektor 31 einfallende Lichtmenge groß ist (Fall a für eine große Lichtmenge), ist das Ausgangssignal 32 des Lichtdetektors während des Lichteinfalls ein starkes Detektor-Ausgangssignal. Das Ausgangssignal 52 des Integrators steigt während des Lichteinfalls an, und das Integrationsergebnis wird vom A/D-Konverter 6 aufgenommen. Die Patent-Druckschrift 1 (japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H05 - 26 4352 A beschreibt ein Verfahren zum Ändern der Integrationszeit entsprechend der Lichtmenge, bei dem die Integrationszeit angehoben wird, wenn die Lichtmenge gering ist. Der Ausgangswert des Integrators ist bei einfallendem Licht damit wesentlich größer als wenn kein Licht einfällt, so dass die Messgenauigkeit verbessert wird. Als weiteres Verfahren zum Lösen des Problems der Verschlechterung der Messgenauigkeit bei schwachem Licht beschreibt die Patent-Druckschrift 2(JP 2008 - 249 694 A) ein Verfahren zur Verhinderung der Akkumulation von Rauschsignalen, die unter einem Schwellenwert liegen, durch das Ersetzen der Signale, die unter dem Schwellenwert liegen, durch einen Bezugswert und Herabsetzen der unteren Grenze für die messbare Lichtmenge in einem Laufzeit-Massenspektrometer. Anhand der 3 wird die Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung für das Photonenzählverfahren beschrieben. Die Lichtmengen-Erfassungsvorrichtung für das Photonenzählverfahren ist so aufgebaut, dass sie das Ausgangssignal 32 des Lichtdetektors 3 vom Photonenzähltyp mittels eines Komparators 61 mit einem Schwellenwert vergleicht und eine 1 ausgibt, wenn der Schwellenwert erreicht oder überschritten wird, oder eine 0, wenn der Schwellenwert nicht erreicht wird. Die Anzahl der Impulse des Ausgangssignal 62 des Komparators für das Signal 1 wird mit einem Zähler 63 gezählt und die gezählte Anzahl der Impulse in der CPU 90 arithmetisch verarbeitet. In der 3 sind die Wellenformen des Detektor-Ausgangssignals 32 und des Komparator-Ausgangssignals 62 dargestellt. Wenn die auf den Lichtdetektor 3 einfallende Lichtmenge klein ist (Fall a für eine kleine Lichtmenge), können die beim Auftreffen von Photonen auf den Lichtdetektor erzeugten Ausgangssignalimpulse mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Die Patent-Druckschrift 3 (japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H09 - 178 852 A) beschreibt ein Verfahren zum Erfassen der Lichtmenge mittels des Photonenzählverfahrens bei einer geringen Lichtmenge und mittels des analogen Messverfahrens bei einer großen Lichtmenge durch die parallele Anwendung des analogen Messverfahrens und des Photonenzählverfahrens. Die Lichtmenge kann durch Umschalten zwischen den Messverfahren entsprechend der