JP2006064406A - 微粒子測定システム及び微粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多数のサンプリングポイントの気体の測定結果を短時間で適正に取得することができ、これによって監視対象の環境をきめ細かく測定することができ、このような測定構成を低コストで実現すること。
【解決手段】 微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎに、当該微粒子測定装置で求められる所定時間分の微粒子測定結果を記憶し、この記憶された微粒子測定結果を通信網２を介して上位制御装置１へ送信する。また、微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎを動作させるための商用電源から駆動電圧を得るスイッチング電源と、この電源による電圧供給が停止した際に代わりに電圧供給を行う充放電可能なバックアップ用電池とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クリーンルームなどの粉塵を管理する領域において、粉塵などの微粒子の数と大きさを測定する微粒子測定装置にて測定された結果を、管理者が参照する際に短時間で取得して参照することなどを行うための微粒子測定システム及び微粒子測定装置に関する。

一般的に、微粒子測定装置は、気体等の流体を当該微粒子測定装置の内部に吸引して外部へ排気し、この際、内部に流れる流体に光源からのレーザ光を照射し、この照射時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で受光するように構成されている。そして、その受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさ（粒径）を演算して求めるようになっている。

近年、半導体製造分野などでは工程の多様化、複雑化が著しく、クリーンルーム内の製造環境を工程ごとにきめ細かく管理する必要があり、微粒子を計測すべきサンプリングポイントの多数化が顕著となっている。この場合、複数のサンプリングポイントから気体を吸引し、サンプルポイントの気体を順次切替えて単一の微粒子測定装置に導入し微粒子を測定する微粒子測定システムがある。
この種の従来のシステムとして、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。

特許文献１のシステムは、図３に示すように、複数のサンプリングポイントからのサンプル液Ｓ１〜Ｓ１５が、それぞれ個別の管路１０９_１〜１０９_１５を経てチャンバー１０１ｂ内に順次導入される。このため同一管路を２種類以上のサンプル液が通過することなく、残留した他のサンプル液が目的とするサンプル液に混入することによる測定不良や測定誤差を生じるおそれがない。また、サンプル液の切替えにあたり、洗浄液を供給する必要がないから、一連の測定時間の短縮が可能であると共に、管内の不純物等による測定不良が発生する心配もなく、微粒子の計数を行うことができるようになっている。なお、上記図３は特許文献１に記載の図面を引用している。

特許文献２のシステムは、クリーンルームの特定の位置に設置され、クリーンルームの環境条件を測定する複数個の測定装置（測定機器）と、この測定装置に連結され測定資料を信号変換して無線にて転送する送信機と、クリーンルーム内に設置され送信機から転送される無線信号を受信し信号変換する受信機と、および受信機に連結され測定資料を分析して所定の値と比較評価するホストコンピュータとを備えて構成されている。これによって、測定装置の位置が自在な状態で持続的な環境評価が行うことができ、無線を通じて測定資料を送出して環境評価が行われるので施設費用が減少し、クリーンルームの環境を維持し生産効率を高めることができるようになっている。
特開平３−２６１８４５号公報 特開平１１−２０１５３１号公報

しかし、上記の特許文献１においては、サンプリングポイントのサンプル液（又は気体）を切替えて測定するようになっているので、サンプリングポイントの気体を常時測定することができない。また、サンプリングポイントが多数になればなるほど各サンプリングポイントの測定間隔が大きくなり、サンプリングポイントと測定装置との距離が離れている場合には測定時間がかかるので、監視対象の環境をきめ細かく測定することが不可能な問題があった。

更に、測定装置が１台の構成なので低コストとされているが、サンプリングポイントから測定装置までサンプル液（又は気体）用の配管を設置するための配管工事が必要である。半導体製造工程によっては非常に特殊な環境条件となっているため、サンプル液（又は気体）用に特殊な配管が必要となる。このため、システムのトータルコストが高くなるという問題がある。

特許文献２においては、毎回の測定毎に上位のコンピュータと通信する必要があるので、サンプリングポイントが多数ある場合には、個々のサンプリングポイントに配置された測定装置から測定の都度、通信によって測定結果を受信する必要があるので、通信回線のトラフィックが増加し、所望のサンプリングポイントの測定結果のデータを短時間で取得（受信）することができず、また、適正にデータを取得することができないという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、多数のサンプリングポイントの気体の測定結果を短時間で適正に取得することができ、これによって監視対象の環境をきめ細かく測定することができ、このような測定構成を低コストで実現することができる微粒子測定システム及び微粒子測定装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１による微粒子測定システムは、筐体内に外部から流体を吸引して外部へ排出し、この際筐体内に流路状に流れる流体に光源からの出射光を照射し、この照射時に流体中に含まれる微粒子から散乱された散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置と、前記微粒子測定装置を複数用い、この複数の微粒子測定装置を有線及び無線の少なくとも一方の通信回線で接続する通信網と、前記複数の微粒子測定装置で求められた微粒子測定結果を前記通信網を介して受信したのち所定の処理を行う制御装置とを有する微粒子測定システムにおいて、前記微粒子測定装置は、前記演算によって求められる所定時間分の微粒子測定結果を記憶する記憶手段を備え、前記記憶手段に記憶された微粒子測定結果を前記通信網を介して前記制御装置へ送信することを特徴とする。

この構成によれば、サンプリングポイント毎に微粒子測定装置を設置し、無線又は有線の通信網で制御装置と接続することによって、微粒子の常時定点測定を可能となる。微粒子測定装置がサンプリングポイントの数だけ必要となるが、配管工事がないメリットがある。また、微粒子測定装置内に複数の微粒子測定結果を記憶する記憶手段を有するため、毎回の測定毎に制御装置と通信する必要がなく、複数回測定したデータを纏めて制御装置に送信することができる。これによって、通信回線のトラフィックの増加を招くことなく、所望のサンプリングポイントの測定結果のデータを短時間で取得（受信）することができると共に適正にデータを取得することができる。また、制御装置と微粒子測定装置間の通信周期を大きくとることができるため、システムとして非常に多くのサンプリングポイントの測定が可能となる。

また、本発明の請求項２による微粒子測定システムは、請求項１において、前記微粒子測定装置は、当該微粒子測定装置を動作させるための商用電源から駆動電圧を得るスイッチング電源と、このスイッチング電源による電圧供給が停止した際に代わりに電圧供給を行う充放電可能なバックアップ用電池とを更に備えたことを特徴とする。
この構成によれば、バックアップ用電池によって、クリーンルーム内が停電した場合などの非常時においても微粒子測定装置を動作させ、これによって、クリーンルーム内の清浄度変化を測定できるため、非常時のクリーンルームの空気汚染を素早く確実に検知してクリーンルームの早期立ち上げを可能とすることができる。

また、本発明の請求項３による微粒子測定装置は、筐体内に外部から流体を吸引して外部へ排出し、この際筐体内に流路状に流れる流体に光源からの出射光を照射し、この照射時に流体中に含まれる微粒子から散乱された散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、前記演算によって求められる所定時間分の微粒子測定結果を記憶する記憶手段と、有線及び無線の少なくとも一方の通信回線を介して外部の制御装置と通信を行い、この通信によって前記記憶手段に記憶された微粒子測定結果を前記制御装置へ送信する通信手段とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、多数の微粒子測定装置を通信回線を介して制御装置に接続しておけば、複数回測定した微粒子測定結果を記憶手段に記憶し、この記憶された全てのデータを纏めて制御装置に送信することができる。これによって、通信回線のトラフィックの増加を招くことなく、所望のサンプリングポイントの測定結果のデータを短時間で制御装置へ送信することができると共に適正にデータを送信することができる。

また、本発明の請求項４による微粒子測定装置は、請求項３において、前記微粒子測定装置を動作させるための商用電源から駆動電圧を得るスイッチング電源と、このスイッチング電源による電圧供給が停止した際に代わりに電圧供給を行う充放電可能なバックアップ用電池とを更に備えたことを特徴とする。
この構成によれば、バックアップ用電池によって、クリーンルーム内が停電した場合などの非常時においても微粒子測定装置を動作させ、これによって、クリーンルーム内の清浄度変化を測定できるため、非常時のクリーンルームの空気汚染を素早く確実に検知してクリーンルームの早期立ち上げを可能とすることができる。

以上説明したように本発明によれば、多数のサンプリングポイントの気体の測定結果を短時間で適正に取得することができ、これによって監視対象の環境をきめ細かく測定することができ、このような測定構成を低コストで実現することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る微粒子測定システムの全体構成図である。
図１に示す微粒子測定システム１０において、複数の微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎは、クリーンルーム３内の微粒子を測定するサンプリングポイントに設置されている。以降、微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎは同構成なので、その機能を説明する場合や単体を表す場合は微粒子測定装置２０として表現する。

各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎは、通信網２によってパーソナルコンピュータ等の上位制御装置１に接続されている。この通信網２は、有線通信の場合は電線によって構成されているが、無線通信であってもよい。また、上位制御装置１は、各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎからの微粒子測定結果を受信して保存し、例えば、予め設定されている所定レベルより微粒子の計数が多ければ警報をクリーンルーム管理者に報知するといった動作を行う。

図２は、本発明の実施の形態に係る微粒子測定システムに上記のように用いられる微粒子測定装置の構成を示す断面図である。
図２に示す微粒子測定装置２０は、長手方向中心線（光軸２６）に沿って円柱形状に貫通する光路空間２１を有する円筒形状を成す測定管２２を有する。
測定管２２の一端部には、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する円板部材２３が固定されている。その円板部材２３の反対側の端には外界と遮光状態に閉塞する光吸収体２４が固定されている。この光吸収体２４の内壁は光路空間２１の光軸２６に沿って円錐コーン形状に形成されている。また、光吸収体２４の内壁には反射率を低くするために、サンドブラスト加工および艶消し黒色塗装等がなされている。

光路空間２１において、円板部材２３には、半導体レーザ２８が固定されている。半導体レーザ２８のレーザ光出射側には所定間隔離してコリメートレンズ２９が配置され、更に、コリメートレンズ２９から所定間隔離れた位置にシリンドリカルレンズ３０が配置されている。
半導体レーザ２８から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、更にシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされるようになっている。

また、シリンドリカルレンズ３０から光吸収体２４側に所定間隔離れた位置には、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する状態となるように、測定管２２の外面から周壁を貫通して光路空間２１へ抜ける図示せぬ噴出通路及び吸引通路が対向状態に形成されている。
測定管２２の外面に抜ける噴出通路及び吸引通路の開口は、図示せぬ排気／吸引用のポンプ又はファンモータに接続されており、ポンプ又はファンモータの動作により噴出通路から噴出された気体が吸引通路で吸引されることによって、光路空間２１に光軸２６と交差して気流３１が流れるようになっている。

また、その気流３１が流れる光路空間２１の内壁には、散乱光検出用フォトダイオード３２が配置されて、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する際に、気流３１中の粉塵等の微粒子で散乱した光（散乱光）が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光されるようになっている。
また、微粒子測定装置２０は、信号処理部２５、通信部２７、記録素子３３、スイッチング電源３４及びバックアップ用電池３５を備えている。

信号処理部２５は、散乱光検出用フォトダイオード３２での受光に応じて出力される電気信号を、当該信号処理部２５に搭載された増幅器によって増幅し、更に同搭載された演算装置によって、その増幅信号の波形の振幅や幅から微粒子の数と粒径を求める。
記録素子３３は、信号処理部２５によって求められた微粒子の数及び粒径といった測定結果を保存する。通信部２７は、後述で説明する上位制御装置１からの送信命令を受信した際に記録素子３３に保存されている粒子測定結果を上位制御装置１へ送信するようになっている。

スイッチング電源３４は、微粒子測定装置２０を動作させるために、クリーンルーム内の商用電源から所望のＤＣ電源を取得して微粒子測定装置２０に供給するものである。バックアップ用電池３５は、商用電源が停止するといった非常時において、微粒子測定装置２０にスイッチング電源３４に代わってＤＣ電源を供給するものである。
このような構成の微粒子測定装置２０は、クリーンルーム等の粉塵を管理する領域に配置されて、次のような微粒子の測定動作を行う。
まず、ポンプ又はファンモータが動作されると、噴出通路から噴出された気流３１が光路空間２１を通って吸引通路で吸引される。この後、半導体レーザ２８からしーザ光が出射されると、このレーザ光がコリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされる。この平行ビーム光がシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされる。

この扁平ビーム光は、光路空間２１を横切る気流３１を交差して透過する。この透過時に、気体中の微粒子で光が散乱され、この散乱光が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光される。一方、気流３１を透過した扁平ビーム光は、光吸収体２４に照射されて吸収される。この受光に応じて散乱光検出用フォトダイオード３２から出力される電気信号が信号処理部２５に搭載された増幅器によって増幅され、更に信号処理部２５に搭載された演算装置によって、その増幅信号の波形の振幅や幅から微粒子の数と粒径が求められる。このように、微粒子測定装置２０によって、微粒子の数と大きさが高精度に検出される。
また、微粒子の数及び粒径といった測定結果は記録素子３３に保存される。そして、上位制御装置１からの送信指令が通信部２７で受信された場合に、記録素子３３に保存されている粒子測定結果が上位制御装置１へ送信される。

次に、微粒子測定システム１０の動作を説明する。
上位制御装置１は、各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎが微粒子測定結果を送信するように命令するための送信命令を、所定の時間間隔で通信網２を介して送信する。この送信命令には、各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎに割り振られた固有の番号（ＩＤ番号）が添付されている。
微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎは、その送信命令を受信した後にＩＤ番号を参照し、自該当ＩＤ番号の場合にのみ上位制御装置１へ微粒子測定結果を送信する。上位制御装置１においても、ＩＤ番号に基づき微粒子測定結果を管理することによって、何時何処でどの位の粉塵があったかを把握している。

なお、各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎは、微粒子測定結果を１回ごとに上位制御装置１に送信してもよいが、この場合、微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎが多数である場合、もしくは各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎの測定周期が短い場合には、上位制御装置１の通信処理回数が非常に多くなる。このため上位制御装置１の処理負荷が大きくなって、より高性能な装置が必要となる。

そこで、各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎは、自装置に内蔵されている記録素子３３に毎回の測定結果を保存し、所定回数を纏めて上位制御装置１へ送信する。これによって、上位制御装置１と各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎとの通信回数が減少し、上位制御装置１の負荷が低減する。
また、通常、各微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎは、クリーンルーム内の商用電源から所望のＤＣ電源をスイッチング電源３４を介して得ることにより動作している。一方、商用電源が停止するといった非常時においては、微粒子測定装置２０に内蔵されたバックアップ用電池３５で動作する。

以上、このような本実施の形態の微粒子測定システム１０によれば、微粒子測定装置２０に、当該微粒子測定装置２０で求められる所定時間分の微粒子測定結果を記録する記録素子３３を備え、この記録素子３３に記録された微粒子測定結果を通信網２を介して上位制御装置１へ送信するようにした。
これによって、サンプリングポイント毎に微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎを設置し、通信網２で上位制御装置１と接続することによって、微粒子の常時定点測定が可能となる。微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎがサンプリングポイントの数だけ必要となるが、配管工事がないメリットがある。

また、微粒子測定装置２０内に複数の微粒子測定結果を記録する記録素子３３を有するため、毎回の測定毎に上位制御装置１と通信する必要がなく、例えば１００回測定したデータを纏めて上位制御装置１に送信することができる。
これによって、通信回線のトラフィックの増加を招くことなく、所望のサンプリングポイントの測定結果のデータを短時間で取得（受信）することができると共に適正にデータを取得することができる。また、上位制御装置１と微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎ間の通信周期を大きくとることができるため、システムとして非常に多くのサンプリングポイントの測定が可能となる。

また、微粒子測定装置２０は、当該微粒子測定装置２０を動作させるための商用電源から駆動電圧を得るスイッチング電源３４と、この電源３４による電圧供給が停止した際に代わりに電圧供給を行う充放電可能なバックアップ用電池３５とを更に備えた。この構成によって、バックアップ用電池３５によって、クリーンルーム内が停電した場合などの非常時においても微粒子測定装置２０−１〜２０−ｎを動作させ、これによって、クリーンルーム内の清浄度変化を測定できるため、非常時のクリーンルームの空気汚染を素早く確実に検知してクリーンルームの早期立ち上げを可能とすることができる。

本発明の実施の形態に係る微粒子測定システムの全体構成図である。 上記微粒子測定システムに用いられる微粒子測定装置の構成を示す断面図である。 従来の微粒子測定システムの構成を示す図である。

符号の説明

１ 上位制御装置
２ 通信網
３ クリーンルーム
１０ 微粒子測定システム
２０，２０−１〜２０−ｎ 微粒子測定装置
２１ 光路空間
２２ 測定管
２３ 円板部材
２４ 光吸収体
２５ 信号処理部
２６ 光軸
２７ 通信部
２８ 半導体レーザ
２９ コリメートレンズ
３０ シリンドリカルレンズ
３１ 気流
３２ 散乱光検出用フォトダイオード
３３ 記録素子
３４ スイッチング電源
３５ バックアップ用電池

Claims (4)

1. 筐体内に外部から流体を吸引して外部へ排出し、この際筐体内に流路状に流れる流体に光源からの出射光を照射し、この照射時に流体中に含まれる微粒子から散乱された散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置と、前記微粒子測定装置を複数用い、この複数の微粒子測定装置を有線及び無線の少なくとも一方の通信回線で接続する通信網と、前記複数の微粒子測定装置で求められた微粒子測定結果を前記通信網を介して受信したのち所定の処理を行う制御装置とを有する微粒子測定システムにおいて、
   前記微粒子測定装置は、前記演算によって求められる所定時間分の微粒子測定結果を記憶する記憶手段を備え、
   前記記憶手段に記憶された微粒子測定結果を前記通信網を介して前記制御装置へ送信する
   ことを特徴とする微粒子測定システム。
2. 前記微粒子測定装置は、当該微粒子測定装置を動作させるための商用電源から駆動電圧を得るスイッチング電源と、このスイッチング電源による電圧供給が停止した際に代わりに電圧供給を行う充放電可能なバックアップ用電池と
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の微粒子測定システム。
3. 筐体内に外部から流体を吸引して外部へ排出し、この際筐体内に流路状に流れる流体に光源からの出射光を照射し、この照射時に流体中に含まれる微粒子から散乱された散乱光を受光素子で受光し、この受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、
   前記演算によって求められる所定時間分の微粒子測定結果を記憶する記憶手段と、
   有線及び無線の少なくとも一方の通信回線を介して外部の制御装置と通信を行い、この通信によって前記記憶手段に記憶された微粒子測定結果を前記制御装置へ送信する通信手段と
   を備えたことを特徴とする微粒子測定装置。
4. 前記微粒子測定装置を動作させるための商用電源から駆動電圧を得るスイッチング電源と、このスイッチング電源による電圧供給が停止した際に代わりに電圧供給を行う充放電可能なバックアップ用電池と
   を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の微粒子測定装置。

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