JP2013079867A

JP2013079867A - 微粒子検出装置の評価システム及び微粒子検出装置の評価方法

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Publication number: JP2013079867A
Application number: JP2011220084A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Yamazaki; 信介山▲崎▼
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2011-10-04
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2031-10-04
Also published as: US20130081446A1; JP5852834B2; US8869594B2

Abstract

【課題】微粒子検出装置を正確に評価可能な微粒子検出装置の評価システムを提供する。
【解決手段】それぞれ微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが設置される複数の吸引口１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄが一面に設けられた試験室１と、試験室１内部に微粒子を注入する注入装置２と、複数の吸引口１２０Ａ−１２０Ｄに沿って、試験室１内部に光シート５１を形成する光シート形成装置５０と、光シート５１によって可視化された微粒子を撮影する撮影装置７０と、を備える微粒子検出装置の評価システム。
【選択図】図１

Description

本発明は環境評価技術に関し、特に微粒子検出装置の評価システム及び微粒子検出装置の評価方法に関する。

例えば半導体製造工場のクリーンルームでは、室内の空気中に飛散する微粒子の量が、微粒子検出装置で監視されている。微粒子検出装置の微粒子捕捉性能を評価する際には、試験環境において実際に飛散している微粒子の量と、微粒子検出装置の検出結果と、の相関が検査される（例えば、特許文献１、２、３、４参照。）。

特開２００４−１５９５０８号公報特開２００８−２２７６４号公報特開２００８−２２７６５号公報特開２００５−７７２５１号公報

本発明は、微粒子検出装置を正確に評価可能な微粒子検出装置の評価システム及び微粒子検出装置の評価方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の態様によれば、（ａ）それぞれ微粒子検出装置が設置される複数の吸引口が一面に設けられた試験室と、（ｂ）試験室内部に微粒子を注入する注入装置と、（ｃ）複数の吸引口に沿って、試験室内部に光シートを形成する光シート形成装置と、（ｄ）光シートによって可視化された微粒子を撮影する撮影装置と、を備える、微粒子検出装置の評価システムが提供される。

また、本発明の態様によれば、（ａ）試験室の一面に設けられた複数の吸引口のそれぞれに、微粒子検出装置を設置することと、（ｂ）試験室内部に微粒子を注入することと、（ｃ）複数の吸引口に沿って、試験室内部に光シートを形成することと、（ｄ）微粒子検出装置によって、複数の吸引口のそれぞれから、試験室内部の気体を吸引することと、（ｅ）光シートによって可視化された微粒子を撮影することと、を含む、微粒子検出装置の評価方法が提供される。

本発明によれば、微粒子検出装置を正確に評価可能な微粒子検出装置の評価システム及び微粒子検出装置の評価方法を提供可能である。

本発明の実施の形態に係る試験室を上方から見た斜視図である。本発明の実施の形態に係る試験室を側方から見た斜視図である。本発明の実施の形態に係る流量計の断面図である。本発明の実施の形態に係る流れセンサの斜視図である。本発明の実施の形態に係る図４に示した流れセンサのＶ−Ｖ方向から見た断面図である。本発明の実施の形態に係る流量制御装置の断面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１及び図２に示す実施の形態に係る微粒子検出装置の評価システムは、それぞれ微粒子検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄが設置される複数の吸引口１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄが一面に設けられた試験室１と、試験室１内部に微粒子を注入する注入装置２と、複数の吸引口１２０Ａ−１２０Ｄに沿って、試験室１内部に光シート５１を形成する光シート形成装置５０と、光シート５１によって可視化された微粒子を撮影する撮影装置７０と、を備える。

試験室１は、骨格をなす例えばアルミニウム製のフレームと、フレームにはめ込まれた、側壁をなすポリカーボネート製の透明パネルと、を備えるチャンバである。ただし、試験室１の形状は、ダクト等であってもよい。試験室１内部の体積は、例えば３ｍ³であるが、これに限定されない。試験室１には、例えば給気装置１１Ａ、１１Ｂが設けられている。給気装置１１Ａ、１１Ｂは、ＨＥＰＡ（ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）及びＵＬＰＡ（ＵｌｔｒａＬｏｗＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＡｉｒＦｉｌｔｅｒ）等の超高性能エアフィルタを通して、試験室１内部に清浄な空気を送り込む。試験室１の側壁には、扉が設けられていてもよい。

注入装置２は、例えばジェット式ネブライザであり、所定の濃度で微粒子を含む流体を保管する。流体に含まれる微粒子とは、例えば、細菌、真菌、ウイルス、及びアレルゲン物質等の微生物である。あるいは、流体に含まれる微粒子とは、例えば、無害又は有害な化学物質である。また、あるいは、流体に含まれる微粒子とは、例えば、ごみ、ちり、及び埃等のダストである。注入装置２は、所定の流量で圧縮ガス等の気流を供給され、気流を、微粒子を含む流体に吹きつけることによってエアロゾルを発生させ、試験室１内部に微粒子を含む流体をミスト状にして噴霧する。なお、図１及び図２においては、注入装置２は試験室１内部に配置されているが、注入装置２を試験室１の外部に配置し、注入装置２が噴霧したエアロゾルを、配管等で試験室１内部に誘導してもよい。

図２に示すように、実施の形態に係る微粒子検出装置の評価システムは、圧縮ガスを貯蔵する貯蔵槽５と、注入装置２に供給される気流の流量の計測値を計測する流量計３と、計測値に基づき、注入装置２に供給される気流の流量を制御する流量制御装置４と、をさらに備える。貯蔵槽５、流量計３、流量制御装置４、及び注入装置２は、例えばパイプ１２で接続されている。また、貯蔵槽５と、流量計３と、の間には、圧縮ガスに含まれ得る微粒子等を除去するための、例えばＨＥＰＡ等の超高性能エアフィルタが設けられている。なお貯蔵槽５は、コンプレッサーやポンプなどの圧縮ガス供給源でもよい。

流量計３は、マスフローメータ等が使用可能であり、貯蔵槽５から供給される圧縮ガスの流量の計測値を計測する。図３に示すように、流量計３は、パイプ１２と連通するパイプ状の流路３１が設けられた筐体３２と、流路３１を流れる圧縮ガスの流量を検出するための流れセンサ３８と、を備える。図４及び図５に示す流れセンサ３８は、流量センサ又は流速センサであり、キャビティ６６が設けられた基板６０、及び基板６０上にキャビティ６６を覆うように配置された絶縁膜６５を備える。基板６０の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。絶縁膜６５のキャビティ６６を覆う部分は、断熱性のダイアフラムをなしている。さらに流れセンサ３８は、絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた発熱素子６１と、発熱素子６１を挟むように絶縁膜６５のダイアフラムの部分に設けられた第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３と、基板６０上に設けられた保温素子６４と、を備える。

発熱素子６１は、キャビティ６６を覆う絶縁膜６５のダイアフラムの部分の中心に配置されている。発熱素子６１は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、発熱素子６１に接する圧縮ガスを加熱する。第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、例えば抵抗器等の受動素子等の電子素子であり、圧縮ガスの温度に依存した電気信号を出力する。第１の測温素子６２は発熱素子６１より流路３１の上流側の温度を検出するために用いられ、第２の測温素子６３は発熱素子６１より流路３１の下流側の温度を検出するために用いられる。

図３に示す流路３１中のガスが静止している場合、図４及び図５に示す発熱素子６１から圧縮ガスに加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に伝播する。したがって、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３の温度は等しくなり、白金等からなる第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図３に示す流路３１中の圧縮ガスが上流から下流に流れている場合、図４及び図５に示す発熱素子６１から圧縮ガスに加えられた熱は、圧縮ガスによって下流方向に運ばれる。したがって、上流側の第１の測温素子６２の温度よりも、下流側の第２の測温素子６３の温度が高くなる。そのため、第１の測温素子６２の電気抵抗と、第２の測温素子６３の電気抵抗と、に差が生じる。第２の測温素子６３の電気抵抗と、第１の測温素子６２の電気抵抗と、の差は、図３に示す流路３１中の圧縮ガスの速度と相関する。そのため、第２の測温素子６３の電気抵抗と、第１の測温素子６２の電気抵抗と、の差から、流路３１を流れる圧縮ガスの流速及び流量が求められる。

図４及び図５に示す保温素子６４は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、基板６０の温度を一定に保つ。基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）等が使用可能である。絶縁膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等が使用可能である。キャビティ６６は、異方性エッチング等により形成される。また発熱素子６１、第１の測温素子６２、第２の測温素子６３、及び保温素子６４のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。

流れセンサ３８は、流れセンサ３８の底面に配置されたガラス等からなる断熱部材６８を介して、図３に示す流路３１に固定される。断熱部材６８を介して流れセンサ３８を流路３１に固定することにより、流れセンサ３８の温度が、流路３１の内壁の温度変動の影響を受けにくくなる。

図２に示す流量制御装置４は、流量計３によって計測された流量の計測値に基づいて、パイプ１２を流れる圧縮ガスの流量を、所定の値に制御する。図６に示すように、流量制御装置４は、例えば、流路４３と、流路４４と、流路４３及び流路４４の間に設けられた弁室４５と、が設けられた弁座４２を備える。さらに流量制御装置４は、磁性体のプランジャ４７と、通電されてプランジャ４７を上下させるソレノイドコイル４８と、弁室４５に収納され、プランジャ４７に接続され、流路４４を開閉する弁体４６と、を備える。

例えば、流量計３によって計測された圧縮ガスの流量の計測値が所定の値よりも大きい場合、流量制御装置４は、ソレノイドコイル４８に通電して弁体４６と、弁座４２と、の間を狭め、圧縮ガスの流量を減少させる。また、流量計３によって計測された圧縮ガスの流量の計測値が所定の値よりも小さい場合、流量制御装置４は、ソレノイドコイル４８に通電して弁体４６と、弁座４２と、の間を広げ、圧縮ガスの流量を増加させる。これにより、パイプ１２を流れ、噴霧装置２に供給される圧縮ガスの流量が、所定の値の近傍に制御される。なお、図２においては、流量制御装置４は、流量計３の下流に配置されているが、流量制御装置４を、流量計３の上流に配置してもよい。

試験室１内には、攪拌装置としての攪拌ファン１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが配置されている。攪拌ファン１０Ａ−１０Ｄは、試験室１内部の空気等の気体を攪拌し、試験室１内部に散布された微粒子の自重による自然沈降を防止する。

また、試験室１内には、清浄化装置としてのエアクリーナー６が配置されている。エアクリーナー６は、試験室１内部の空気等の気体に含まれる微粒子を除去して、気体を清浄化する。例えば、注入装置２から試験室１内に微粒子を含む流体を噴霧する前に、エアクリーナー６を運転することによって、噴霧装置２が噴霧する微粒子以外の微粒子をあらかじめ試験室１内部から除去することが可能である。なお、図１及び図２においては、エアクリーナー６は試験室１内部底面に配置されているが、エアクリーナー６を試験室１の壁面または天井部に配置してもよい。

微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄのそれぞれは、試験室１内部の空気を吸引して微粒子を捕捉し、試験室１内部を飛散する微粒子の数、密度、又は濃度等の量を計測する。

光シート形成装置５０は、例えばレーザ光を発するレーザと、レーザが発したレーザ光を拡げる球面レンズと、球面レンズを通ったレーザ光を一方向のみに屈折させ、レーザ光シート５１にするシリンドリカルレンズと、を備える。レーザとしては、ヘリウムネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザ、アルゴンイオンレーザ、銅蒸気レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、及び半導体レーザ等が使用可能である。

ここで、光シート形成装置５０がレーザ光シート５１を形成しない場合、通常の光は散乱光であるため、試験室１内部を飛散する微粒子は、多方面から反射される光によって、周囲の明るさより明るくならない。そのため、微粒子は、光に埋もれてしまい、観察することができない。これに対し、周囲を暗くし、光シート形成装置５０によってレーザ光シート５１を形成すると、レーザ光シート５１を横断する微粒子を観察することが可能となる。レーザ光シート５１は、例えば、複数の吸引口１２０Ａ−１２０Ｄが設けられた試験室１の側面と平行に形成される。

光シート５１によって可視化された微粒子を撮影する撮影装置７０としては、写真カメラ又はビデオカメラ等が使用可能である。図２に示すように、撮影装置７０には、コンピュータ１００が接続されている。コンピュータ１００は、レーザ光シート５１によって可視化され、撮影装置７０によって撮影された微粒子の数、密度、又は濃度等の量を計測可能な計測部を有する。具体的には、計測部は、吸引口１２０Ａの近傍等の、レーザ光シート５１上の吸引口１２０Ａに対応する一定面積の箇所における微粒子の量と、吸引口１２０Ｂの近傍等の、レーザ光シート５１上の吸引口１２０Ｂに対応する一定面積の箇所における微粒子の量と、吸引口１２０Ｃの近傍等の、レーザ光シート５１上の吸引口１２０Ｃに対応する一定面積の箇所における微粒子の量と、吸引口１２０Ｄの近傍等の、レーザ光シート５１上の吸引口１２０Ｄに対応する一定面積の箇所における微粒子の量と、を、撮影装置７０が撮影した画像を用いて計測する。

コンピュータ１００は、計測部が吸引口１２０Ａの近傍で計測した微粒子の量と、吸引口１２０Ｂの近傍で計測した微粒子の量と、吸引口１２０Ｃの近傍で計測した微粒子の量と、吸引口１２０Ｄの近傍で計測した微粒子の量の分布を算出する分布算出部をさらに備える。

従来、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ３８３６に規定されているように、微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄのそれぞれを評価する際には、事前に、試験室１内部の複数箇所で、光散乱式自動粒子計数器によって粒子の濃度を計測し、試験室１内部で濃度の分布が所定の範囲内になっているか確認している。しかし、本発明者らは、従来の方法によって、事前に試験室１内部において微粒子の濃度が一様であることを確認しても、複数の吸引口１２０Ａ−１２０Ｄを介して複数の微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄが試験室１内部の気体の吸引を開始すると、試験室１内部において微粒子の濃度にばらつきが生じることを見出した。

この場合、複数の吸引口１２０Ａ−１２０Ｄのそれぞれの近傍において、微粒子の濃度が一様であるとの前提のもとで、微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄのそれぞれの微粒子の捕捉性能を評価すると、評価結果に誤差が生じ得る。これに対し、実施の形態に係る微粒子検出装置の評価システムによれば、複数の微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄが試験室１内部の気体の吸引を開始した後も、複数の吸引口１２０Ａ−１２０Ｄのそれぞれの近傍において、微粒子の濃度が一様であるか否かを確認することが可能となる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、図１では、微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄが試験室１の側面に設置されている例を示したが、微粒子検出装置２０Ａ−２０Ｄは、試験室１の底面に設置されていてもよい。

また、光シート形成装置５０は、レーザ光を振動反射鏡で反射することにより、レーザ光シート５１を形成してもよい。あるいは、光シート形成装置５０は、レーザ光を回転するポリゴンミラーで反射することにより、レーザ光シート５１を形成してもよい。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

１試験室
２注入装置
３流量計
４流量制御装置
５貯蔵槽
６エアクリーナー
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ攪拌ファン
１１Ａ、１１Ｂ給気装置
１２パイプ
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ微粒子検出装置
３１流路
３２筐体
３８流れセンサ
４２弁座
４３、４４流路
４５弁室
４６弁体
４７プランジャ
４８ソレノイドコイル
５０光シート形成装置
５１光シート
６０基板
６１発熱素子
６２第１の測温素子
６３第２の測温素子
６４保温素子
６５絶縁膜
６６キャビティ
６８断熱部材
７０撮影装置
１００コンピュータ
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ吸引口

Claims

それぞれ微粒子検出装置が設置される複数の吸引口が一面に設けられた試験室と、
前記試験室内部に微粒子を注入する注入装置と、
前記複数の吸引口に沿って、前記試験室内部に光シートを形成する光シート形成装置と、
前記光シートによって可視化された前記微粒子を撮影する撮影装置と、
を備える、微粒子検出装置の評価システム。
前記複数の吸引口のそれぞれに対応する複数の箇所で前記可視化された微粒子の量を計測する計測部を更に備える、請求項１に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記複数の箇所で計測された前記微粒子の量の分布を算出する分布算出部を更に備える、請求項２に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記複数の吸引口のそれぞれの近傍で前記可視化された微粒子の量を計測する計測部を更に備える、請求項１に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記複数の吸引口のそれぞれの近傍で計測された前記微粒子の量の分布を算出する分布算出部を更に備える、請求項４に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記光シートが、レーザ光シートである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記光シート形成装置が、レーザ光をシリンドリカルレンズに通すことにより、前記レーザ光シートを形成する、請求項６に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記光シート形成装置が、レーザ光を振動反射鏡で反射することにより、前記レーザ光シートを形成する、請求項６に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記光シート形成装置が、レーザ光を回転するポリゴンミラーで反射することにより、前記レーザ光シートを形成する、請求項６に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記試験室内部の気体を攪拌する攪拌装置を更に備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の微粒子検出装置の評価システム。
前記試験室内部の気体を清浄化する清浄化装置を更に備える、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の微粒子検出装置の評価システム。
試験室の一面に設けられた複数の吸引口のそれぞれに、微粒子検出装置を設置することと、
前記試験室内部に微粒子を注入することと、
前記複数の吸引口に沿って、前記試験室内部に光シートを形成することと、
前記微粒子検出装置によって、前記複数の吸引口のそれぞれから、前記試験室内部の気体を吸引することと、
前記光シートによって可視化された前記微粒子を撮影することと、
を含む、微粒子検出装置の評価方法。
前記複数の吸引口のそれぞれに対応する複数の箇所で前記可視化された微粒子の量を計測することを更に含む、請求項１２に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記複数の箇所で計測された前記微粒子の量の分布を算出することを更に含む、請求項１３に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記複数の吸引口のそれぞれの近傍で前記可視化された微粒子の量を計測することを更に含む、請求項１２に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記複数の吸引口のそれぞれの近傍で計測された前記微粒子の量の分布を算出することを更に含む、請求項１５に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記光シートが、レーザ光シートである、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記レーザ光シートを形成することにおいて、レーザ光をシリンドリカルレンズに通すことにより、前記レーザ光シートを形成する、請求項１７に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記レーザ光シートを形成することにおいて、レーザ光を振動反射鏡で反射することにより、前記レーザ光シートを形成する、請求項１７に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記レーザ光シートを形成することにおいて、レーザ光を回転するポリゴンミラーで反射することにより、前記レーザ光シートを形成する、請求項１７に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記試験室内部の気体を攪拌することを更に含む、請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の微粒子検出装置の評価方法。
前記試験室内部に前記微粒子を注入することの前に、前記試験室内部の気体を清浄化することを更に含む、請求項１２乃至２１のいずれか１項に記載の微粒子検出装置の評価方法。