红外光谱测定装置和浓度测定装置的制作方法

1.本发明涉及一种能够长时间稳定地测定红外吸收光谱等的红外光谱测定装置，例如涉及一种适合于测定硅结晶的杂质即低浓度碳的装置。


背景技术：

2.在电子信息技术产业协会标准(jeita)em-3503中记载了如下方法：使用红外分光光度计来根据作为半导体材料的硅结晶中的代位碳原子特有的红外吸收峰(波数605cm-1
附近)，来确定该代位碳原子的浓度(参照非专利文献1)。另外，在semi标准mf1391-1107中记载了如下方法：在将试样冷却到80k以下的状态下通过红外吸光来测定硅的碳含有量(参照非专利文献2)。
3.现有技术文献
4.非专利文献
5.非专利文献1：jeita标准em-3503“赤外吸収
によるシリコン
結晶中
の
置換型炭素原子濃度
の
標準測定法(利用红外吸收的硅结晶中的代位碳原子浓度的标准测定法)”6.非专利文献2：semi标准mf1391-1107“赤外吸収
によるシリコンの
置換型原子炭素含有量
の
試験方法(利用红外吸收的硅的代位原子碳含有量的测试方法)”

技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.此外，在半导体材料的技术领域中，存在想要将硅结晶中的杂质测定到更低的浓度的需求。发明人认为为了实现该需求，重要的是：第一，使得想要测定的吸收峰等的波数范围产生于示出分析装置的良好的灵敏度特性的波数范围中；第二，能够在尽可能相同的条件下执行所需次数的光谱测定(测定的同一性)。即，重要的是能够在期望的测定波数范围中长时间稳定地测定试样的光谱。
9.本发明的目的在于提供一种能够长时间稳定地测定期望的测定波数范围的红外光谱的红外光谱测定装置、以及利用这种红外光谱测定装置来测定试样中的极低浓度物质的浓度测定装置。
10.用于解决问题的方案
11.本发明所涉及的红外光谱测定装置是用于测定红外光谱的装置，具备：试样部；红外分光光度计；半导体构造的光检测器；制冷机，其执行由规定的制冷剂进行的制冷循环来冷却所述光检测器的半导体检测元件；控制部，其控制所述制冷机，以使所述半导体检测元件成为规定的设定温度；以及信号处理部，其获取基于来自所述光检测器的检测信号的光谱信息，其中，所述控制部具有设定变更部，该设定变更部构成为能够将所述设定温度变更为4k～150k的范围中的多个温度。
12.在此，制冷机中使用的制冷剂的种类不被限定。另外，更优选的是，设定变更部对设定温度的变更范围为4k～77k。
13.根据该结构的红外光谱测定装置，控制部的设定变更部能够将半导体检测元件的设定温度变更为4k～150k的范围中的多个温度，因此能够在想要测定的吸收峰等的波数范围中，适当地设定使得该红外光谱测定装置的灵敏度特性良好(例如，温度变动示出强的特性)那样的半导体检测元件的温度条件。而且，通过制冷机和控制部的结构，来在试样的光谱测定中使半导体检测元件的温度维持在该半导体检测元件的设定温度。其结果，能够长时间重复稳定地测定规定的测定波长范围的光谱。
14.红外光谱测定装置的灵敏度特性有时即使在制冷机和控制部的温度控制下也会变动。发明人利用当改变半导体检测元件的冷却温度时带隙能量的值发生变化、从而半导体检测元件的检测频带在波数方向上发生位移并且半导体检测元件的检测灵敏度也发生变化这一情况，来预先决定使得即使红外光谱测定装置的灵敏度特性产生变动、对测定波数范围的光谱测定造成的影响也小那样的半导体检测元件的温度条件。具体地说，基于在试样部不设置任何试样的状态下的光检测器的检测信号，来获取每个冷却温度下的光谱测定装置的灵敏度特性数据，基于这些灵敏度测定数据来决定最优的冷却温度的设定值。
15.即，在所述红外光谱测定装置中，所述控制部构成为将使得所述红外光谱测定装置的灵敏度特性的变动在规定的测定波数范围中变小的温度条件决定为所述半导体检测元件的所述设定温度，基于在多个温度条件下获取到的所述红外光谱测定装置的灵敏度特性来决定所述温度条件。
16.另外，在所述红外光谱测定装置中，所述信号处理部具有：灵敏度特性获取部，其在多个温度条件下获取所述红外光谱测定装置的灵敏度特性；以及温度条件选择部，其基于每个所述温度条件下的所述灵敏度特性来选择使得所述红外光谱测定装置的灵敏度特性的变动在规定的测定波数范围中变小的温度条件，所述控制部构成为将通过所述温度条件选择部选择出的所述温度条件决定为所述半导体检测元件的所述设定温度。
17.根据该结构的红外光谱测定装置，通过灵敏度特性获取部和温度条件选择部的结构，例如对在开始新的测定的时刻的半导体检测元件的温度条件的设定或者重新设定变得容易。即使变更了想要测定的吸收峰等的波数范围，也能够容易地决定针对新的测定波数范围的最优的温度条件。
18.在此，“使得所述红外光谱测定装置的灵敏度特性的变动在规定的测定波数范围中变小的温度条件”优选是所述规定的测定波数范围中的波数方向上的灵敏度的增减变小的温度条件(换言之，使得规定的测定波数范围中的灵敏度特性的波数依赖性变小的温度条件、或者使得规定的测定波数范围中的波数方向上的灵敏度特性平坦的温度条件)。若以这种温度条件来执行半导体检测元件的温度控制，则即使在红外光谱测定装置的灵敏度特性因温度变动等而变化那样的情况下，规定的测定波数范围的灵敏度特性也可以几乎不变化。
19.或者，“使得所述红外光谱测定装置的灵敏度特性的变动在规定的测定波数范围中变小的温度条件”优选是使得按获取所述灵敏度特性时的每个温度条件决定规定的温度范围并且在该范围内的温度条件下获取的多个所述灵敏度特性的波动在所述规定的测定波数范围中变小的温度条件。若以这种温度条件来执行半导体检测元件的温度控制，则即使在红外光谱测定装置的灵敏度特性因温度变动等而变化的情况下，规定的测定波数范围的灵敏度特性也可以几乎不变化。
20.或者，也可以将上述的2个温度条件的基准进行组合来设定半导体检测元件的温度条件。例如，可以应用前者的基准(规定的测定波数范围中的波数变化所对应的灵敏度的增减变小)和后者的基准(规定的测定波数范围中的灵敏度特性的波动对于在规定的温度范围内的温度条件下获取到的多个灵敏度特性整体而言变小)这两者，来设定使得满足两者的基准那样的温度条件。
21.以上只不过是决定半导体检测元件的温度条件的基准的一例，若使用基于这些基准的温度条件，易于将规定的测定波数范围中的测定装置的灵敏度特性维持在良好的状态。
22.另外，所述红外光谱测定装置还具备配置于所述试样部与所述半导体检测元件之间的光学滤波器，该光学滤波器是不使比所述规定的测定波数范围更靠低波数侧的光的全部或一部分透过的光学滤波器，或者是不使比所述规定的测定波数范围更靠高波数侧的光的全部或一部分以及比所述规定的测定波数范围更靠低波数侧的光的全部或一部分透过的光学滤波器，该光学滤波器构成为与所述半导体检测元件一起被所述制冷机冷却。
23.根据该结构，通过光学滤波器来使比规定的测定波数范围更靠低波数侧的光的全部或一部不进入半导体检测器。这些光例如有时包含来自光源侧的光学元件、试样的红外辐射(热辐射光等)，可能成为半导体检测元件的温度变动、热噪声的产生的原因。因此，光学滤波器抑制因这些光产生的影响，使光谱测定的精度提高。
24.另外，若使用不仅使低波数侧的光不通过而且还使比测定波数范围更靠高波数侧的光不通过的光学滤波器，则能够进一步提高测定灵敏度。
25.另外，根据该结构，光学滤波器与半导体检测元件一并被制冷机冷却从而被进行温度控制，因此还抑制来自光学滤波器本身的红外辐射进入半导体检测元件。
26.所述红外光谱测定装置还具备使所述光学滤波器的位置从所述试样部与所述半导体检测元件之间的光路上偏移的滤波器切换器。或者，所述红外光谱测定装置具备将所述光学滤波器切换成其它光学滤波器的滤波器切换器。
27.根据该结构，通过滤波器切换器使试样部与半导体检测元件之间的光学滤波器适当地偏移，因此能够通过一个光谱测定装置来执行基于光学滤波器的波数范围限制下(例如窄频带中)的光谱测定、以及不受这种波数范围限制的宽频带中的光谱测定这两者。另外，通过将光学滤波器切换为其它的光学滤波器，能够执行不同的波数范围中的光谱测定。
28.另外，所述红外光谱测定装置除了具备用于冷却所述半导体检测元件的制冷机之外，还具备用于冷却所述试样部的试样的试样用制冷机。
29.根据该结构，由于试样被试样用制冷机冷却，因此能够抑制可能妨碍对想要测定的光谱峰的测定的现象(例如，试样为结晶材料的情况下的伴随晶格振动而产生的宽频带的大的吸收峰等)、来自试样本身的红外辐射的产生。
30.本发明所涉及的浓度测定装置为用于测定试样中的物质的浓度值的浓度测定装置，具备上述的红外光谱测定装置的结构，并且所述信号处理部构成为从获取到的试样的光谱信息中读取所述规定的测定波数范围的光谱峰，基于该光谱峰来计算所述物质的浓度值。
31.特别优选的是，所述浓度测定装置将包含605cm-1
在内的605cm-1
前后的波数范围作为所述规定的测定波数范围，将所述半导体检测元件的所述设定温度决定为4k以上且小
于77k的温度，来测定硅结晶中的碳原子浓度。
32.以上的结构的浓度测定装置由于与红外光谱测定装置同样地具备制冷机和控制部(包括设定温度的设定变更部)，因此能够在对象物质特有的吸收峰等的波数范围中，适当地设定使得该浓度测定装置的灵敏度特性良好(例如，温度变动示出强的特性)那样的半导体检测元件的温度条件。在此，良好的灵敏度特性并非单纯是指灵敏度高的状态。例如，有时以下状态也是良好的：即使灵敏度本身为中等程度，规定的测定波数范围中的波数方向上的灵敏度变化也小，从而成为了平坦。而且，在试样的光谱测定中，半导体检测元件的温度被维持在该半导体检测元件的设定温度，因此能够长时间重复稳定地测定试样中的物质的光谱峰。其结果，能够高精度地计算基于测定出的光谱峰的物质的浓度信息，与以往的方法相比，能够改善物质的低浓度侧的测定极限。
附图说明
33.图1是示出一个实施方式所涉及的光谱测定装置的整体结构的图。
34.图2是示出所述测定装置的控制部和信号处理部的详细结构的图。
35.图3是用于使用所述测定装置来决定所述冷却温度的设定值的流程图。
36.图4是示意性地示出每个冷却温度下的光谱测定装置的灵敏度特性的图。
37.图5是用于说明用于决定所述冷却温度的设定值的基准的一例的图。
38.图6是使用所述测定装置来计算试样中的特定物质的浓度值的流程图。
39.图7是用于说明计算所述特定物质的浓度值时的检测信号的处理的图。
具体实施方式
40.本实施方式所涉及的光谱测定装置是能够使用色散型红外分光光度计或傅立叶变换型红外分光光度计(ftir)来在规定的测定波长范围中以高的灵敏度测定由于试样中的物质产生的各种光谱的装置。在此，作为一例，针对如下情况进行说明：基于通过傅立叶变换型红外分光光度计测定出的吸收光谱的峰来计算在作为半导体材料的硅结晶中低浓度地含有的代位碳原子的浓度。前述的jeita标准(em-3503)下假定的杂质浓度范围为约0.04ppma～7ppma，与此相对地，若使用本实施方式的光谱测定装置，则能够进行到jeita标准的测定下限的1/10即0.004ppma为止的测定，并且能够长时间维持这种测定。
41.图1的光谱测定装置具备：傅里叶变换型红外分光光度计10；试样部20；试样用的氦制冷机22；冷滤波器(日文：
コールドフィルター
)80；具有mct检测元件32的光检测器30；冷滤波器80和光检测器30用的氦制冷机40；以及控制部50及信号处理部60。
42.傅里叶变换型红外分光光度计10构成为具有红外光源11、将红外光分割的分束器12、将分割光的一部分反射的固定镜13、以及将分割光的另一部分反射的可动镜14，分束器12将来自固定镜13和可动镜14的不同光路长度的2个光束进行合成来产生红外干涉波。
43.试样部20由配置在来自分束器12的红外干涉波的光路上的试样保持构件构成，作为试样的半导体材料以能够装卸的方式被保持或者载置于该试样保持构件。此外，关于本发明的光谱测定装置，测定对象不限于固体试样，也可以是进入了试样池的液体试样、进入了气体池的气体试样等。
44.试样用的氦制冷机22具有如下效果：对试样部20的半导体材料进行冷却，抑制伴
随着该硅结晶的晶格振动而产生宽频带的大的吸光峰、产生来自半导体材料本身的红外辐射。
45.冷滤波器80被配置于光检测器跟前的光路上。冷滤波器80形成为不使比测定碳原子的吸收峰时的测定波数范围(例如，630cm-1
～580cm-1
)更靠低波数侧(长波长侧)的光透过。可以是截止为580cm-1
的冷滤波器80，也可以是具有比580cm-1
更低波数的截止的滤波器。来自包括红外光源11在内的光源侧的光学元件、半导体材料(试样)的红外辐射(热辐射光等)是常温部辐射，但在极低温下的光谱测定中，其影响大。由于可能成为mct检测元件32的温度变动、热噪声的产生的原因，因此通过光学滤波器截断这些光的全部或者一部分，来抑制其影响，提高光谱测定的精度。此外，例如，还能够代替使用仅使与测定波数范围(630cm-1
～580cm-1
)相应的特定的窄频带的光透过的带通滤波器等。另外，也可以将冷滤波器(短通滤波器)和长通滤波器这两个滤波器进行组合。在该情况下，来自长通滤波器的热辐射被后级的冷滤波器截断，因此关于长通滤波器，可以设置于常温部。
46.光检测器30接收透过了试样和冷滤波器80的红外干涉波，输出与其光强度相应的检测信号。在本实施方式中，作为光检测器30，例如使用中带mct检测器。
47.优选的是，构成中带mct的半导体构造的mct检测元件32被安装于氦制冷机40的冷却部，被冷却到4k以上且150k以下的温度。例如，在使用放入了液氮的杜瓦容器的冷却方法中，由于是直接利用液氮的蒸发热(77k)的冷却方法，因此无法有意地变更冷却温度，但在本实施方式的基于氦制冷机40的冷却方法中，能够变更冷却温度。因此，还存在如下情况：虽然以77k的温度进行了测定，但是实际上过于冷却，了解到本来的适当的冷却温度为80k、90k等温度。如本实施方式那样，在测定硅结晶中的低浓度碳原子的含有量的情况下，特别优选的是，将氦制冷机40的冷却温度的范围设为4k以上且小于77k的温度范围。
48.氦制冷机40构成为使用液氦作为制冷剂来执行规定的制冷循环，控制部50构成为控制氦制冷机40以使mct检测元件成为规定的设定温度。作为氦制冷机40，例如能够采用住友重机械工业(株)制的gm制冷机等。
49.如上所述，在向以往的杜瓦容器中放入液氮、液氦来冷却光检测器30的结构中，它们的蒸发温度成为光检测器30的冷却温度，因此难以自由地控制冷却温度。在本实施方式中，由于在光检测器30的冷却中使用氦制冷机40，因此能够根据蒸发温度以上的大范围的温度范围(例如约4k以上、约150k以下)任意地决定冷却温度的设定值来进行mct检测元件的温度控制。
50.此外，使用基于氦以外的制冷剂(氮等的液化气体)的制冷机也同样能够进行与该制冷剂相应的冷却温度范围中的温度控制。
51.另外，与mct检测元件一起，冷滤波器80也被氦制冷机40同样地冷却从而被进行温度控制。通过对冷滤波器80进行冷却来抑制成为噪声信号的原因的来自滤波器本身的红外辐射。
52.信号处理部60对来自光检测器30的检测信号进行处理来获取干涉图数据，执行傅立叶变换等处理来计算吸光光谱等光谱信息。信号处理部60例如由内置于光谱测定装置的微计算机、与装置分体的个人计算机等构成。
53.此外，虽然未图示，但是本实施方式的光谱测定装置可以构成为将自动采样器等机构使用于试样部20来自动连续地测定多个试样。在本实施方式中，由于通过氦制冷机来
实施极低温冷却，因此当受到伴随着试样室等的开放而产生的干扰、升温的影响时，温度再达到时间比通常更长。若使用自动采样器等机构，则能够消除这种时间损失，能够不受因试样室等的开闭等而产生的干扰地、长时间且更稳定地进行多检查体的测定。
54.使用图2来说明用于决定用于对光检测器30进行温度控制的设定温度的结构。控制部50构成为具有温度控制部52和设定变更部54，该温度控制部52借助氦制冷机40执行温度控制以使mct检测元件32成为设定温度，该设定变更部54能够变更该设定温度。
55.图2的信号处理部60构成为具有傅立叶变换部62、光谱信息获取部64、浓度信息获取部66、灵敏度特性获取部68以及温度条件选择部70。
56.傅立叶变换部62对由来自光检测器30的检测信号构成的干涉图数据进行傅立叶变换。光谱信息获取部64对傅立叶变换后的数据进行处理来计算期望的光谱数据。浓度信息获取部66基于计算出的光谱数据来获取试样中的特定物质(碳原子等)的浓度值。
57.对于本实施方式而言具有特征性的灵敏度特性获取部68按被设定变更部54变更的每个设定温度，获取包括mct检测元件32的光谱测定装置整体的灵敏度特性。另外，温度条件选择部70构成为基于每个设定温度下的灵敏度特性来选择使得光谱测定装置的灵敏度特性的变动在规定的测定波数范围(例如，630cm-1
～580cm-1
)中变小那样的温度条件。通过温度条件选择部70选择出的温度条件被传递到控制部50，成为用于在获取试样的光谱信息时对mct检测元件32进行温度控制的设定温度。
58.在图2的氦制冷机40中，冷滤波器80与光检测器30一起配置。冷滤波器80被设置成能够被滤波器切换器82摆动移动，根据其摆动位置来选择滤波器的位置是光路上还是偏移位置。若使用滤波器切换器82来使冷滤波器80适当偏移，则能够顺畅地进行从基于滤波器的波数范围限制下的测定向不受这种波数范围限制的测定的切换。此外，为了执行不同的波数范围中的光谱测定，可以使用构成为能够适当切换包括冷滤波器80的多个光学滤波器的滤波器切换器。
59.此外，作为控制部50，并不限于图2的结构，还可以代替设定变更部54，设为仅有设定预先选择的温度条件作为温度控制的设定温度的功能的设定变更部，在该情况下，可以不在信号处理部60中设置灵敏度特性获取部68和温度条件选择部70。关于设定值，预先设定基于使得光谱测定装置的灵敏度特性的变动在测定波数范围中变小那样的温度条件的、使用相同的红外分光光度计10和光检测器30的结构测定光谱测定装置的灵敏度特性后决定出的设定值。
60.当光检测器30的冷却温度改变时，mct检测元件32的灵敏度特性(检测灵敏度、检测频带)发生变化。若对这一情况加以利用，则能够实现基于冷却温度的调整的灵敏度特性的最优化。在本实施方式中，通过以下的过程来决定规定的测定波数范围中的最优的设定温度。
61.事先测定的过程
62.图3中示出事先测定的过程。考虑到测定装置中存在个体差异，按每个测定装置执行事先测定。另外，优选的是，考虑到测定装置固有的光学特性的经时变化来定期地执行测定装置的事先测定(温度条件的重新设定)。
63.首先，控制部50的设定变更部54将用于对光检测器30进行温度控制的设定温度t设定为t1(步骤s11)。接着，温度控制部52借助氦制冷机40对光检测器30的温度进行控制
(步骤s12)。然后，在试样部不设置试样的状态下，使用傅立叶变换型红外分光光度计10来测定光谱，将该光谱作为光谱测定装置的灵敏度特性来进行处理(步骤s13)。
64.设定变更部54变更为下一个设定温度t2(步骤s14)，同样地获取灵敏度特性(步骤s11～s13)。如此，规定的设定温度(例如t1～t5)的温度控制下的灵敏度特性全部被获取。
65.在该事先测定中，设定变更部54例如可以在4k以上且150k以下的范围中变更设定温度。优选为4k以上且小于77k的范围。另外，可以将变更设定温度的间距例如设为0.1k～10k的间距。在与温度变化对应的光谱测定装置的灵敏度特性的变化大的温度条件的前后，使间距微小，由此能够精确地获取灵敏度特性的变化。此外，在光检测器30的温度控制的精度低的情况下，即使使间距过于微小也没有意义，因此优选根据该温度控制的精度来设定间距。
66.图4中示意性地示出设定温度t1～t5的各个设定温度下的光谱测定装置的灵敏度特性。温度条件选择部70基于灵敏度特性来决定光检测器30的温度控制的设定温度(步骤s15)。在该过程中，着眼于图4所示的测定波数范围(例如，630cm-1
～580cm-1
)的灵敏度特性，选择该波数范围中的灵敏度特性的波数依赖性小的温度条件(基准1)。换言之，选择在测定波数范围中波数(横轴)方向上的灵敏度(纵轴)的增减小(平坦)的温度条件。在图4的例子中，设定温度t3和t4下的灵敏度特性的波数依赖性小，温度条件被缩小到t3和t4。
67.在本实施方式中，还设为选择与温度变化对应的灵敏度特性的变化(波动)小的温度条件(基准2)。当使用图5来进行说明时，首先，设定包含设定温度t3的规定温度范围(t28～t32)、包含设定温度t4的规定温度范围(t38～t42)。设为各个温度范围的最高温度与最低温度之差相同。然后，选择与目标的物质相应的目标波数(碳原子的情况下为波数605cm-1
)时的每个温度下的灵敏度的波动小的温度条件。在图5的例子中，设定温度t3的灵敏度的波动小，将温度控制的设定温度t决定为t3。
68.此外，光检测器30的灵敏度的变化还对sn比造成影响，因此可以将sn比变高这一情况加入选择基准(基准3)。例如，可以将基准1～3全部应用来综合性地进行判断，从而决定最优的温度条件。
69.作为上述基准2的变形例，可以按每个温度计算测定波数范围的灵敏度的平均值，在所设定的温度范围中选择灵敏度的平均值的变化(波动)小的温度条件。
70.即使是光检测器30的灵敏度稍低的温度条件，在规定的测定波数范围(例如目标波数605cm-1
附近的频带)中的灵敏度特性平坦的温度条件针对光检测器30的温度变动等也容易得到正确的测定值。即，测定波数范围中的灵敏度特性的梯度小的温度条件可以说温度变动强。
71.另外，在主测定中的峰检测中，并非单纯地读取吸收光谱的峰位置处的纵轴值，而是对于峰光谱画出基线，读取从基线到峰顶的差，因此为了提高测定值的精确度，重要的是目标波数(例如605cm-1
)附近一带的灵敏度特性平坦。因此，本实施方式中的测定波数范围应根据产生测定对象的光谱峰的频带来适当决定，优选决定为至少包括峰整体。
72.此外，还存在如下情况：当变更光检测器30的温度控制的设定温度时，如图4的例子那样，mct检测元件32的检测频带被向低波数侧扩展到所需以上。在本实施方式中，由于一并使用极低温状态的冷滤波器80，因此还能够事先通过冷滤波器80截断在如上述那样扩展的低波数侧的检测频带中检测的光。因此，即使通过变更设定温度而将检测频带向低波
数侧扩展到所需以上，也能够排除由此产生的对光谱测定的精度的影响。
73.主测定的过程
74.图6示出使用在事先测定中选择出的温度条件(t＝t3)的主测定的过程。首先，温度控制部52执行基于设定温度t3的光检测器30的温度控制(步骤s21)。接着，设为在试样部20不设置试样的状态(步骤s22)，使用傅立叶变换型红外分光光度计10来测定光谱，将该光谱作为背景数据进行处理(步骤s23)。此外，还能够将通过事先测定获取到的设定温度t3的灵敏度特性数据转用为背景数据。
75.接着，在试样部20设置参照试样(步骤s24)，同样地获取光谱(步骤s22～s23)。在此，作为参照试样，例如使用含碳低(几乎不含碳)的晶圆。此外，还可以使用如成为基准那样的试样来作为参照试样。另外，在试样部20设置作为测定试样的晶圆(步骤s24)，同样地获取光谱(步骤s22～s23)。
76.在此，通过傅立叶变换型红外分光光度计10来测定约700cm-1
～500cm-1
的波数范围的透过光谱。在图7的(a)中，将通过由傅立叶变换型红外分光光度计10进行的单光束测定得到的信号(sb信号)分别作为背景的透过光谱i0、参照试样的透过光谱ir、测定试样的透过光谱i1来示出。
77.接着，光谱信息获取部64将参照试样的透过光谱ir和测定试样的透过光谱i1分别除以背景光谱i0来计算透过率光谱(ir/i0、i1/i0)(步骤s25)。在图7的(b)中分别示出计算出的透过率光谱(ir/i0、i1/i0)。多数情况下以“％t”来显示。接着，将透过率光谱(ir/i0、i1/i0)变换为吸光光谱(步骤s26)。图7的(c)示出参照试样和测定试样的吸收光谱。纵轴表示吸光度(abs)。
78.此外，难以测定硅结晶中的碳浓度的原因在于：在一般的ftir的光源中，作为其吸收峰的605cm-1
附近的波数范围中的检测光变暗，另外，并不存在适当的检测频带的光检测器。并且，因碳浓度而产生的吸收峰如图7的(c)的测定试样的吸光光谱所示，与因硅晶格振动而产生的宽频带的大的吸收峰重叠，因此通常从测定试样的吸光光谱减去能够假定碳浓度为零的参照试样(参照晶片)的吸光光谱来计算碳的峰高度。在此，取两个测定的同一性成为得到适当的差光谱的条件，成为决定碳浓度的定量精度的最重要的因素。也就是说，重要的是能够稳定地执行测定试样和参照试样的两个测定。另外，在多检查体的光谱测定中，各个测定的同一性也很重要。另外，为了得到规定的sn比，还需要增长测定时间(例如，增加傅立叶变换型红外分光光度计10的累计次数等)，因此能够稳定地执行长时间的光谱测定也是很重要的。
79.在本实施方式中，在事先测定中，选择使得在测定波数范围中的光谱测定装置的灵敏度特性的变动变小那样的温度条件，使用该温度条件作为在主测定中的冷却温度的设定值。其结果，能够在主测定中执行长时间的稳定的光谱测定，能够在测定波数范围中取得参照试样的光谱测定与测定试样的光谱测定的同一性，能够通过取得两光谱之差来计算精确的吸收峰。
80.也就是说，在图6的过程中，通过从测定试样的吸光光谱减去参照试样的吸光光谱，由此计算仅特定物质(碳原子)的吸收光谱(步骤s27)。在图7的(d)中示出放大了在测定波数范围中产生的吸收峰(残留峰)后的图。此外，在参照试样与测定试样的厚度不同的情况下，从测定试样的吸光光谱减去对参照试样的吸光光谱乘以“测定试样厚度/参照试样厚
度”所得到的吸光光谱即可。
81.最后，浓度信息获取部66在图7的(d)的特定物质的吸收峰的测定波数范围(例如，630cm-1
～580cm-1
)中画出基线，读取峰顶的吸光度apeak和其峰波数处的基线的吸光度abase并且计算两者之差(apeak-abase)即“峰高度”。然后，根据峰高度和试样的厚度来估算吸收系数，计算特定物质的浓度值(步骤s28)。此外，也可以设为测定吸收峰的半值全宽，例如在比6cm-1
大的情况下为不适当，因此重新评估测定条件。
82.对于中带mct的灵敏度特性而言，由于灵敏度比宽带mct高，因此想要尽可能使用中带mct来作为光检测器。但是，在通过液氮进行冷却的冷却温度(77k)下，中带mct的截止处于650cm-1
～600cm-1
，在605cm-1
附近的波数范围中，灵敏度急剧上升，因此无法在测定中使用。但是，若是通过氦制冷机冷却的中带mct，则能够将截止扩展到小于500cm-1
。
83.在产生了mct的温度变动的情况下，截止的波数位置略微位移，因此在截止附近的波数范围中的峰检测不佳。但是，在远离截止的波数范围中，灵敏度特性的变化缓和，因此当能够在这种波数范围中进行峰检测时是非常有效的。
84.在本实施方式中，在测定在光检测器的截止附近产生的碳原子的吸收峰的情况下，能够进行如下的过程。
85.首先，调整氦制冷机对中带mct的冷却温度，使中带mct的截止扩展到小于500cm-1
。
86.另外，积极地对中带mct的冷却温度进行微调整，以使碳原子的峰的检测频带(605cm-1
附近)刚好为包含中频带mct的测定装置整体的灵敏度特性的波数方向上的变化平缓(平坦)的频带。
87.若使用通过这样的过程而被温度调整的中带mct，则能够长时间重复稳定地获取硅结晶中的碳浓度的数据。
88.此外，由于想要检测的峰产生于特定的窄波数带中，因此将中带mct接收的光的波数带限定于该窄波数带的话，能够提高测定灵敏度。例如，能够利用被温度控制的中带mct的截止特性，以不检测不需要的低波数侧(长波长侧)的光。另外，还能够通过适当的长通滤波器或者带通滤波器来在中带mct前除去不需要的高波数侧(短波长侧)的光。例如，还能够通过一并使用中带mct和带通滤波器，来使中带mct的截止特性更显著。
89.另外，设置于光检测器之前的长通滤波器、带通滤波器还可以与冷滤波器同样地接受氦制冷机的冷却和温度调整，从而抑制来自滤波器本身的热辐射。另外，进行试样的冷却，来自试样的热辐射也尽可能被抑制。因而，光检测器可以几乎不受到来自试样以及光检测器前的滤波器的有害的热辐射光的影响。
90.此外，在使用能够检测到比中带mct低的波数范围的宽带mct的情况下也应用本发明，由此例如具有能够灵敏度良好地测定处于低波数范围的测定波数范围的峰这样的优点。另外，本发明并不限于mct检测器，还能够应用于具备作为各种光电二极管等其它的半导体检测器的、在4k～150k的范围内变更了冷却温度的情况下其灵敏度特性变化那样的半导体检测器的红外分光光度计。
91.附图标记说明
92.10：傅立叶变换型红外分光光度计(红外分光光度计)；20：试样部；22：试样用氦制冷机(试样用制冷机)；30：光检测器；32：mct检测元件(半导体检测元件)；40：氦制冷机(制冷机)；50：控制部；54：设定变更部；60：信号处理部；68：灵敏度特性获取部；70：温度条件选
择部；80：冷滤波器(光学滤波器)；82：滤波器切换器。