JP2016003879A

JP2016003879A - 凝縮核計数器および凝縮核成長方法

Info

Publication number: JP2016003879A
Application number: JP2014122508A
Authority: JP
Inventors: 恭子池田; Kyoko Ikeda
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-01-12

Abstract

【課題】微小なパーティクルの大流量測定を可能とする凝縮核計数器を提供すること。【解決手段】内部を凝縮性蒸気雰囲気とした飽和部１０１と、内部を飽和度１以上の過飽和蒸気雰囲気とし、サンプリング気体に含まれるパーティクルを核として蒸気分子を凝縮させてパーティクルを核とする凝縮核を凝縮成長させる凝縮部１０２と、凝縮核を含んだサンプリング気体からパーティクルの数を計数するパーティクル計数部と、を備え、飽和部１０１の内部、および凝縮部１０２の内部はそれぞれ円筒空間２０５であり、サンプリング気体を円筒空間２０５の接線方向に沿って飽和部１０１に導入し、飽和部１０１の内部から凝縮部１０２の内部にかけて、サンプリング気体を円筒空間２０５の周方向に沿ってトルネード状に回転させながら、凝縮部１０２から円筒空間２０５の接線方向に沿って排気する。【選択図】図５

Description

本発明は、凝縮核計数器および凝縮核成長方法に関する。

半導体デバイスを製造する際には、成膜、フォトリソグラフィ、エッチング等の種々の処理が存在する。これらの処理は、処理装置をクリーンルーム内に設置し、極めてパーティクルの少ない清浄な雰囲気で処理を行う必要がある。半導体基板上にパーティクルが付着すると、形成されたデバイスの性能が低下したり不良が発生したりするためである。

このため、処理装置内やクリーンルーム内のパーティクルの個数を計数器で計数し、発塵によるパーティクルの発生を速やかに検出することが求められている。パーティクルはナノサイズの微小なものであってもデバイス性能に影響を与えるため、計数器としてはナノサイズの気中パーティクルを計測することができる凝縮核計数器（ＣＮＣ：Condensation Nucleus Counter、またはＣＰＣ：Condensation Particle Counter）が用いられている（例えば、特許文献１、２）。

凝縮核計数器は、微小パーティクルをアルコールや水等の過飽和蒸気中に通し、微小パーティクルを核として蒸気分子を凝縮させることにより、凝縮核を凝縮成長させ、検出部にて凝縮核を検出する。光散乱による検出器の検出限界の粒径は通常１μｍ程度である。しかし、凝縮核計数器では、微小パーティクルを核とする凝縮核を凝縮成長させるので、数ｎｍの粒子も検出可能である。

特公平７−１０４２５９号公報特開２００７−３３０６４号公報

しかし、現状の凝縮核計数器は、計測流量（パーティクル計測部への気体の吸引量）が１Ｌ／ｍｉｎ程度と小さい。このため、例えば、クリーンルーム全体が有する総空気量に比べて、測定されるサンプル量は非常に少なくなってしまう。この結果、例えば、クリーンルーム全体のパーティクル管理を、微量のサンプルの測定によってしなければならず、測定の信頼性が乏しい、という事情がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、微小なパーティクルの大流量測定を可能とする凝縮核計数器および凝縮核成長方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、サンプリング気体が導入され、内部を凝縮性蒸気雰囲気とした飽和部と、前記飽和部を通過したサンプリング気体が導入され、内部を飽和度１以上の過飽和蒸気雰囲気とし、前記飽和部を通過したサンプリング気体に含まれるパーティクルを核として蒸気分子を凝縮させて前記パーティクルを核とする凝縮核を凝縮成長させる凝縮部と、前記凝縮部から排気され、前記凝縮核を含んだサンプリング気体からパーティクルの数を計数するパーティクル計数部と、を備え、前記飽和部の内部、および前記凝縮部の内部はそれぞれ円筒空間であり、前記サンプリング気体を前記円筒空間の接線方向に沿って前記飽和部に導入し、前記飽和部の内部から前記凝縮部の内部にかけて、前記サンプリング気体を前記円筒空間の周方向に沿ってトルネード状に回転させながら、前記凝縮部から前記円筒空間の接線方向に沿って排気することを特徴とする凝縮核計数器を提供する。

本発明の第２の観点では、サンプリング気体が導入され、内部を凝縮性蒸気雰囲気とした飽和部と、前記飽和部を通過したサンプリング気体が導入され、内部を飽和度１以上の過飽和蒸気雰囲気とし、前記飽和部を通過したサンプリング気体に含まれるパーティクルを核として蒸気分子を凝縮させて前記パーティクルを核とする凝縮核を凝縮成長させる凝縮部とを用いた凝縮核成長方法であって、前記飽和部の内部、および前記凝縮部の内部をそれぞれ円筒空間とし、前記サンプリング気体を前記円筒空間の接線方向に沿って前記飽和部に導入し、前記飽和部の内部から前記凝縮部の内部にかけて、前記サンプリング気体を前記円筒空間の周方向に沿ってトルネード状に回転させながら前記凝縮核を凝縮成長させ、前記凝縮核を含むサンプリング気体を、前記凝縮部から前記円筒空間の接線方向に沿って排気することを特徴とする凝縮核成長方法を提供する。

本発明によれば、微小なパーティクルの大流量測定を可能とする凝縮核計数器および凝縮核成長方法を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る凝縮核計数器の一構成例を示すブロック図である。一例に係る凝縮核成長容器の斜視図である。一例に係る凝縮核成長容器の上面図である。一例に係る凝縮核成長容器の側面図である。図２中の５−５線に沿う縦断面図である。（Ａ）図は飽和部における回転流を示す図、（Ｂ）図は凝縮部における回転流を示す図である。（Ａ）図は導入管の内径と円筒空間の内径との関係を示す図、（Ｂ）図は排気管の内径と円筒空間の内径との関係を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を示す水平断面図である。本発明の第２の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を示す縦断面図である。本発明の第２の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一変形例を示す縦断面図である。第１の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を部分的に示す縦断面図である。第２の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を示す縦断面図である。第１の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器のサンプリング気体の導入および排気方向を示す水平断面図である。第３の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器のサンプリング気体の導入および排気方向の一例を示す水平断面図である。第３の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器のサンプリング気体の導入および排気方向の他例を示す水平断面図である。パーティクル計数部の一例を示す図である。パーティクル計数部の他例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
以下の実施形態では、本発明に係る凝縮核計数器を、半導体デバイスの製造設備として用いるクリーンルームや処理装置内の微小パーティクルを計測するパーティクル計測装置に適用した例を示す。

＜第１の実施形態＞
（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る凝縮核計数器の一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係る凝縮核計数器１００は、飽和部１０１と、凝縮部１０２と、パーティクル計数部１０３とを備えている。

飽和部１０１には、凝縮核計数器１００の外部、例えば、クリーンルームの内部や処理装置の処理容器の内部から、サンプリングポート１０４を介してサンプリング気体が導入される。飽和部１０１の内部は、凝縮性蒸気雰囲気とされる。凝縮性蒸気雰囲気は、例えば、水やアルコールなどを用いて作られる。導入されたサンプリング気体は、凝縮性蒸気雰囲気とされた飽和部１０１の内部を通過し、凝縮部１０２へと送られる。

凝縮部１０２には、飽和部１０１を通過したサンプリング気体が導入される。凝縮部１０２の内部は、飽和度１以上の過飽和蒸気雰囲気とされる。飽和度の好ましい範囲は１〜３（相対湿度：１００〜３００％）である。凝縮部１０２は、サンプリング気体に含まれるパーティクル、例えば、ナノサイズのパーティクルを含む微小なパーティクルを核として蒸気分子を凝縮させる。これにより、微小なパーティクルを核とする凝縮核が凝縮成長される。凝縮部１０２からは、排気ポート１０５を介して凝縮核を含んだサンプリング気体が排気される。

凝縮核を含んだサンプリング気体は、排気ポート１０５からパーティクル計数部１０３へと送られる。パーティクル計数部１０３は、排気ポート１０５から排気された、凝縮核を含んだサンプリング気体からパーティクルの数を計数する。パーティクル係数部１０３としては、従来の凝縮核計数器に用いられるものと同様の光学式のものを用いることができる。

第１の実施形態に係る凝縮核計数器１００の基本的な構成は以上の通りである。そして、第１の実施形態に係る凝縮核計数器１００においては、サンプリングポート１０４、飽和部１０１、凝縮部１０２、および排気ポート１０５によって、凝縮核成長容器２００が構成される。凝縮核成長容器２００の一例を図２に示す。

（凝縮核成長容器）
図２は一例に係る凝縮核成長容器の斜視図、図３は一例に係る凝縮核成長容器の上面図、図４は一例に係る凝縮核成長容器の側面図、図５は図２中の５−５線に沿う縦断面図である。

図２〜図５に示すように、一例に係る凝縮核成長容器２００は、本例では円筒型の本体容器２０１を有している。本体容器２０１の内部には、飽和部１０１、および凝縮部１０２がそれぞれ設けられる。本例では、円筒型の本体容器２０１は、Ｚ方向（高さ方向）に起立しており、飽和部１０１は本体容器２０１の下方に、凝縮部１０２は飽和部１０１の上方に配置されている。凝縮部１０２および飽和部１０１の配置は逆であってもよい。また、円筒型の本体容器２０１はＺ方向に起立しているが、Ｘ、Ｙ方向（水平方向）に横置きにされてもよい。

本体容器２０１の下端側にはサンプリングポート１０４と飽和部１０１とを接続する導入管２０２が設けられ、上端側には凝縮部１０２と排気ポート１０５とを接続する排気管２０３が設けられている。導入管２０２と本体容器２０１との接続方向、並びに排気管２０３と本体容器２０１との接続方向は、Ｚ方向に沿った方向とはせず、Ｚ方向に交差する方向とされる。本例では、導入管２０２と本体容器２０１との接続方向、並びに排気管２０３と本体容器２０１との接続方向はそれぞれ、Ｘ方向にほぼ沿った方向である。導入管２０２、および排気管２０３はそれぞれ、Ｚ方向に交差する方向であれば、Ｘ方向に対して角度をつけて斜めに本体容器２０１に接続するようにしてもよい。

飽和部１０１と凝縮部１０２との間には、飽和部１０１と凝縮部１０２とを断熱する断熱部２０４が設けられている。これにより、飽和部１０１と凝縮部１０２とは断熱部２０４により断熱される。なお、断熱部２０４は、必要に応じて設けられればよい。

飽和部１０１の内部、および凝縮部１０２の内部はそれぞれ円筒空間２０５となっている（図３〜図５参照）。円筒空間２０５は、本例では飽和部１０１、および凝縮部１０２のそれぞれで共有されている。サンプリング気体は、図６（Ａ）に示すように、円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿って飽和部１０１に導入される。接線方向“Ｔ”に沿って飽和部１０１に導入されたサンプリング気体は、飽和部１０１の内部において円筒空間２０５の周方向に沿った旋回流となり、凝縮部１０２に向けてトルネード状に上昇していく。そして、サンプリング気体は、図６（Ｂ）に示すように、凝縮部１０２の内部においても旋回流となり、凝縮核を含んだサンプリング気体は、円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿って凝縮部１０２から排気される。トルネード状に上昇していくサンプリング気体の流れのイメージの一例を、図５の断面図中に示しておく。

このように一例に係る凝縮核成長容器２００によれば、サンプリング気体を円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿って飽和部１０１に導入し、飽和部１０１の内部から凝縮部１０２の内部にかけて、サンプリング気体を円筒空間２０５の周方向に沿ってトルネード状に回転させながら、凝縮部１０２から円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿って排気する。

このような構成の凝縮核成長容器２００を有する凝縮核計数器１００によれば、
(１) サンプリング気体が、飽和部１０１および凝縮部１０２それぞれの内部において円筒空間２０５の周方向に沿った旋回流となるので、飽和部１０１および凝縮部１０２それぞれにおけるサンプリング気体の滞留時間を増やすことができる。
(２) サンプリング気体の滞留時間を増やすことができる結果、飽和部１０１においては、大流量のサンプリング気体であっても、本体容器２０１の壁面から効率よく熱を受けることができる。
(３) さらに、凝縮部１０２においては、大流量のサンプリング気体であっても、サンプリング気体の飽和度を十分なものとすることができる。
という利点を得ることができる。したがって、第１の実施形態に係る凝縮核計数器１００からは、微小なパーティクルの大流量測定が可能となる。

なお、凝縮部１０２において必要とされるサンプリング気体の飽和度は１〜３（相対湿度：１００〜３００％）である。また、凝縮部１０２において必要とされるサンプリング気体の滞留時間は０．０１〜０．１ｓｅｃである。例えば、サンプリング気体を直線的に、飽和部の内部、および凝縮部の内部を通過させるタイプの凝縮核成長容器では、上記飽和度および滞留時間を満足させるためには、サンプリング気体の計測流量１Ｌ／ｍｉｎ程度が限界である。

しかしながら、第１の実施形態に係る凝縮核計数器１００が備える凝縮核成長容器２００によれば、サンプリング気体の計測流量を２桁、１０Ｌ／ｍｉｎ以上、例えば、２５Ｌ／ｍｉｎとしても、上記飽和度および滞留時間を満足させることができる。このような第１の実施形態に係る凝縮核計数器１００は、処理装置の処理容器内部のパーティクル管理の精度向上はもちろんのこと、クリーンルーム全体といったより広い空間のパーティクル管理の精度向上に有用である。

また、サンプリング気体を円筒空間２０５の周方向に沿って、効率よくトルネード状に回転させるためには、図７（Ａ）に示すように、サンプリングポート１０４と飽和部１０１とを接続する導入管２０２の内径ｄ１は、飽和部１０１の内部の円筒空間２０５の内径ｄ２の半分以下とすることが好ましい。同じく図７（Ｂ）に示すように、凝縮部１０２と排気ポート１０５とを接続する排気管２０３の内径ｄ３についても、凝縮部１０２の内部の円筒空間２０５の内径ｄ４の半分以下であることが好ましい。なお、本例の円筒空間２０５においては“内径ｄ２＝内径ｄ４”であるが、必要であれば内径ｄ２と内径ｄ４とは異ならせることも可能である。さらに、導入管２０２および排気管２０３はそれぞれ、円筒空間２０５の中心線“Ｃ”にかからないように、中心線“Ｃ”を境界として左右に二分割される一方側の領域に偏在させて配置されることが好ましい。本例では、特に、導入管２０２および排気管２０３をそれぞれ、円筒空間２０５の内壁に接するように配置している。これにより、導入管２０２から導入されたサンプリング気体は、円筒空間２０５の内壁に沿って回転流を形成するようになる。また、円筒空間２０５の内壁に沿った回転流とされたサンプリングエアは、速やかに排気管２０３に引き込まれるようになる。これらのような工夫によって、円筒空間２０５の内部に、サンプリング気体による回転流を効率的に形成することが可能となる。

（飽和部および凝縮部）
図５には、飽和部１０１および凝縮部１０２の具体的な構成の一例が示されている。
図５に示すように、本体容器２０１は、例えば、金属製である。飽和部１０１における本体容器２０１の外側周囲には、加熱機構２０６が設けられている。加熱機構２０６は、飽和部１０１を、例えば、温度６０℃に加熱する。飽和部１０１における本体容器２０１の内側周囲には、例えば、ろ紙などの吸水性素材２０７が取り付けられている。吸水性素材２０７には、本体容器２０１の外に設けられた給水ボトル２０８がバルブ２０９を介して接続される。

給水ボトル２０８の内部には、水、又はアルコールなどの凝縮性蒸気を発生させるための液体２１０が貯留されている。バルブ２０９を開けることにより、液体２１０は吸水性素材２０７に供給され、加熱機構２０６による加熱によって凝縮性蒸気となる。飽和部１０１の内部は、凝縮性蒸気雰囲気であり、飽和部１０１における本体容器２０１の内壁近傍の飽和度は“１”である。凝縮性蒸気雰囲気中を、サンプリング気体が本体容器２０１の内壁面（円筒空間２０５の内壁面）に沿って回転しながら通過すると、サンプリング気体中に含まれていたパーティクルに蒸気分子が付着していく。

飽和部１０１の上方には、断熱部２０４を介して凝縮部１０２が設けられている。凝縮部１０２における本体容器２０１の外側周囲には、冷却機構２１１が設けられている。冷却機構２１１は、凝縮部１０２における本体容器２０１の壁面を、例えば、温度２０℃に冷却する。凝縮部１０２における飽和度は冷却されることにより、飽和度１以上の過飽和蒸気雰囲気となる。サンプリング気体が、本体容器２０１の内壁面（円筒空間２０５の内壁面）に沿って回転しながら過飽和蒸気雰囲気中を通過することによって、パーティクルを核として蒸気分子が凝縮し、成長していく。この結果、ナノサイズのパーティクルは、周囲に液をまとったミクロンサイズの大きなパーティクルへと成長する。

このように、飽和部１０１および凝縮部１０２の具体的な構成の一例としては、図５に示すような構成を例示することができる。

＜第２の実施形態＞
（凝縮核成長容器）
図８は本発明の第２の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を示す水平断面図、図９は本発明の第２の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を示す縦断面図である。

図８および図９に示すように、第２の実施形態に係る凝縮核成長容器２００ａが、第１の実施形態において説明した凝縮核成長容器２００と異なるところは、飽和部１０１の内部の円筒空間２０５の中央部分に第１の円柱部材３００が設けられ、凝縮部１０２の内部の円筒空間の中央部分に第２の円柱部材３０１が設けられていることである。凝縮核成長容器２００ａにおいては、吸水性素材２０７は、飽和部１０１における本体容器２０１の内側周囲から第１の円柱部材３００の外側周囲にかけて形成されている。第１の円柱部材３００、および第２の円柱部材３０１はそれぞれ、例えば、本体容器２０１と同じ金属にて形成され、第１の円柱部材３００、および第２の円柱部材３０１はそれぞれ、本体容器２０１と一体の成形物として構成される。また、円筒空間２０５の中心軸と、第１の円柱部材３００および第２の円柱部材３０１それぞれの中心軸とは一致され、同心円状に形成される。なお、その他の構成は、上述した凝縮核成長容器２００の構成と同様である。

このような凝縮核成長容器２００ａであると、飽和部１０１、および凝縮部１０２の内部の円筒空間２０５の中央部分のそれぞれに、第１の円柱部材３００、および第２の円柱部材３０１を設けているので、サンプリング気体を第１の円柱部材３００からも加熱でき、また、サンプリング気体を第２の円柱部材３０１からも冷却することが可能となる。このため、上述した凝縮核成長容器２００に比較して、サンプリング気体に対する加熱機構２０６からの加熱効率、並びにサンプリング気体に対する冷却機構２１１による冷却効率をそれぞれ向上させることができる。

したがって、凝縮核成長容器２００ａによれば、サンプリング気体中に含まれるナノサイズのパーティクルの周囲に、より大きな液をまとわせることが可能となり、より大きなパーティクルを形成できる、という利点を得ることができる。又はパーティクルの大きさはほぼ同じとしても良いのであれば、サンプリング気体の滞留時間を短くすることも可能となることから、凝縮核成長容器２００ａの高さ方向（Ｚ方向）に沿ったサイズを小さくでき、凝縮核成長容器２００ａのコンパクト化を促進させることも可能となる、という利点を得ることができる。

（断熱部）
図１０は本発明の第２の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一変形例を示す縦断面図である。

図１０に示すように、一変形例に係る凝縮核成長容器２００ｂが、図８および図９を参照して説明した凝縮核成長容器２００ａと異なるところは、第１の円柱部材３００と第２の円柱部材３０１との間に、第１の円柱部材３００と第２の円柱部材３０１とを断熱する断熱部２０４ａをさらに設けたことである。

このように第１の円柱部材３００と第２の円柱部材３０１とは、断熱部２０４ａにより断熱するようにしてもよい。断熱した場合には、第１の円柱部材３００および第２の円柱部材３０１相互間での熱のやりとりを抑制することができ、サンプリング気体に対する加熱機構２０６からの加熱効率、並びにサンプリング気体に対する冷却機構２１１による冷却効率を、さらに高めることが可能となる、という利点を得ることができる。

＜変形例＞
次に、第１、第２の実施形態に係る凝縮核計数器の、いくつかの変形例について説明する。

（第１の変形例：加熱機構）
図１１は第１の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を部分的に示す縦断面図である。

上記第１の実施形態、および第２の実施形態においては、加熱機構２０６は、飽和部１０１における本体容器２０１の外側周囲に設けるようにした。しかし、図１１に示す凝縮核成長容器２００ｃに示すように、加熱機構２０６は、サンプリングポート１０４と飽和部１０１における本体容器２０１とを接続する導入管２０２の外側周囲にも、さらに設けるようにしてもよい。加熱機構２０６を導入管２０２の外側周囲にも設けると、導入管２０２の外側に加熱機構２０６を設けない場合に比較して、サンプリング気体の加熱時間をより長くできる、という利点を得ることができる。

（第２の変形例：凝縮核成長容器内におけるサンプリング気体の方向）
図１２は第２の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器の一例を示す縦断面図である。

上記第１の実施形態、および第２の実施形態においては、サンプリング気体を凝縮核成長容器２００、２００ａ、２００ｂの下端側から水平方向（Ｘ、Ｙ方向）に導入し、凝縮核成長容器２００、２００ａ、２００ｂの内部において高さ方向（Ｚ方向）にトルネード状に上昇させ、凝縮核成長容器２００、２００ａ、２００ｂの上端側から水平方向（Ｘ、Ｙ方向）から排気するようにした。しかし、図１２に示す凝縮核成長容器２００ｄに示すように、反対に、サンプリング気体を凝縮核成長容器２００ｄの上端側から水平方向（Ｘ、Ｙ方向）に導入し、凝縮核成長容器２００ｄの内部において高さ方向（Ｚ方向）にトルネード状に下降させ、凝縮核成長容器２００ｄの下端側から水平方向（Ｘ、Ｙ方向）から排気するようにしてもよい。

実施に際しては、サンプリング気体をトルネード状に上昇させるか、又は下降させるかについては適宜、適切な方が選択されればよい。

（第３の変形例：サンプリング気体の導入方向および排気方向）
図１３は第１の実施形態に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器のサンプリング気体の導入および排気方向を示す水平断面図、図１４は第３の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器のサンプリング気体の導入および排気方向の一例を示す水平断面図、図１５は第３の変形例に係る凝縮核計数器が備える凝縮核成長容器のサンプリング気体の導入および排気方向の他例を示す水平断面図である。

図１３に示すように、第１の実施形態においては、サンプリング気体を円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿って凝縮核成長容器２００に導入し、排気に際しては、導入方向から１８０°反転させて接線方向“Ｔ”に沿って排気した。しかし、サンプリング気体の導入方向と排気方向とは１８０°反転されることに限られるものではない。

例えば、図１４に示すように、サンプリング気体を円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿って凝縮核成長容器２００ｅに導入し、排気に際しては、導入方向と全く同じ接線方向“Ｔ”に沿って排気するようにしてもよい。角度で表現すれば、導入方向と排気方向とは同一方向０°とする、もしくは導入方向と排気方向とは３６０°回転させる、となる。

また、サンプリング気体の導入方向と排気方向とは、円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿ってさえいれば０°から３６０°の間で任意の角度を設定することが可能である。例えば、図１５には、サンプリング気体を円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿って凝縮核成長容器２００ｆに導入し、排気方向については、導入方向から９０°ずらした例が示されている。このように、サンプリング気体の導入方向と排気方向とは、円筒空間２０５の接線方向“Ｔ”に沿ってさえいれば０°から３６０°の間で任意の角度を設定できる。

（第４の変形例：パーティクル計数部）
図１６はパーティクル計数部の一例を示す図、図１７はパーティクル計数部の他例を示す図である。

凝縮核を含んだサンプリング気体からパーティクルの数を計数するパーティクル計数部には、既存のパーティクルカウンタを用いることができる。既存のパーティクルカウンタとして好適な一例は、例えば、図１６に示すように、気中パーティクルカウンタ４００である。気中パーティクルカウンタは、排気ポート１０５から排気され、管４０１の内部を通過する凝縮核を含んだサンプリング気体から、サンプリング気体中に含まれたパーティクルを計数する。

また、気中パーティクルカウンタ４００の他、図１７に示すように、液中に含まれたパーティクルを計数する液中パーティクルカウンタ４０２を用いることも可能である。液中パーティクルカウンタ４０２を用いる場合には、例えば、排気ポートから排気された凝縮核を含むサンプリング気体が流れる管４０１を、液体容器４０３に接続する。液体容器４０３の内部には、液体４０４が充填されている。凝縮核を含むサンプリング気体は、管４０１を介して液体４０４中に送られ、液体４０４中に含ませられる。液中パーティクルカウンタ４０２は、液体４０４中に含まれたパーティクルを計数する。

このように、パーティクル計数部１０３としては、既存のパーティクルカウンタを用いることができる。

＜シミュレーション＞
次に、上記第１の実施形態および第２の実施形態の凝縮核計数器の熱流体シミュレーション結果について説明する。
ここでは、凝縮核成長容器の直径をφ３０ｍｍ、飽和部および凝縮部の高さを５０ｍｍ、断熱部の高さを１０ｍｍ、導入管および排気管の直径をφ１０ｍｍ、サンプリング気体（空気）の計測流量を２５Ｌ／ｍｉｎ（従来のＣＮＣの２５倍）、飽和部の壁面温度４０℃、凝縮部の壁面温度を２０℃（壁面の水の飽和度１）という条件として、熱流体ソフトウェアのＦＬＵＥＮＴを用いて、導入する空気および水蒸気の流れ、および拡散の定常解析を行った。

過飽和蒸気を用いて微小パーティクル粒子を成長させることができる条件としては、上述したように、凝縮部におけるサンプリング気体の過飽和度が１〜３（相対湿度：１００〜３００％）、滞留時間が０．０１〜０．１ｓｅｃであることから、これらの条件を満たすことができるか否かをシミュレーションした。その結果、第１の実施形態および第２の実施形態の凝縮核計数器では、凝縮核成長容器内の流れをトルネード状とすることにより、計測流量が２５Ｌ／ｍｉｎと極めて多く、かつ、凝縮核成長容器の直径がφ３０ｍｍと大きいのにもかかわらず、飽和度：１〜３、滞留時間：０．０１〜０．１ｓｅｃを満たせることが確認された。特に、第２の実施形態のように凝縮核成長容器の中央部分に円柱部材を設けることにより、サンプリング気体と壁面の間の熱伝導の効率が上がり、第１の実施形態よりも高い飽和度が得られることが確認された。

＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、凝縮核成長容器として円筒型のものを用いたが、これに限られるものではなく、内部に円筒空間２０５を有してさえいれば角筒型のものであってもよい。また、上記実施形態では、本発明を半導体デバイスの製造設備として用いるクリーンルームや処理装置内の微小パーティクルを計測する場合に適用したが、これに限られるものでもない。

１００；凝縮核計数器
１０１；飽和部
１０２；凝縮部
１０３；パーティクル計数部
１０４；サンプリングポート
１０５；排気ポート
２００；凝縮核成長容器
２０１；本体容器
２０２；導入管
２０３；排気管
２０４；断熱部
２０５；円筒空間
２０６；加熱機構
２０７；吸水性素材
２０８；給水ボトル
３００；第１の円柱部材
３０１；第２の円柱部材
４００；気中パーティクルカウンタ
４０２；液中パーティクルカウンタ

Claims

サンプリング気体が導入され、内部を凝縮性蒸気雰囲気とした飽和部と、
前記飽和部を通過したサンプリング気体が導入され、内部を飽和度１以上の過飽和蒸気雰囲気とし、前記飽和部を通過したサンプリング気体に含まれるパーティクルを核として蒸気分子を凝縮させて前記パーティクルを核とする凝縮核を凝縮成長させる凝縮部と、
前記凝縮部から排気され、前記凝縮核を含んだサンプリング気体からパーティクルの数を計数するパーティクル計数部と、を備え、
前記飽和部の内部、および前記凝縮部の内部はそれぞれ円筒空間であり、
前記サンプリング気体を前記円筒空間の接線方向に沿って前記飽和部に導入し、前記飽和部の内部から前記凝縮部の内部にかけて、前記サンプリング気体を前記円筒空間の周方向に沿ってトルネード状に回転させながら、前記凝縮部から前記円筒空間の接線方向に沿って排気することを特徴とする凝縮核計数器。
前記サンプリングポートと前記飽和部とを接続する導入管の内径は、前記飽和部の内部の前記円筒空間の内径の半分以下であり、
前記凝縮部と前記排気ポートとを接続する排気管の内径は、前記凝縮部の内部の前記円筒空間の内径の半分以下であることを特徴とする請求項１に記載の凝縮核計数器。
前記飽和部には加熱機構が設けられ、
前記凝縮部には冷却機構が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の凝縮核計数器。
前記加熱機構は、前記サンプリングポートと前記飽和部とを接続する導入管に、さらに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の凝縮核計数器。
前記飽和部と前記凝縮部とは、断熱部により断熱されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の凝縮核計数器。
前記飽和部の内部の前記円筒空間の中央部分に第１の円柱部材が設けられ、
前記凝縮部の内部の前記円筒空間の中央部分に第２の円柱部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の凝縮核計数器。
前記第１の円柱部材、および第２の円柱部材はそれぞれ、金属製であることを特徴とする請求項６に記載の凝縮核計数器。
前記第１の円柱部材と前記第２の円柱部材とは、断熱部により断熱されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の凝縮核計数器。
前記サンプリング気体に含まれた前記パーティクルは、ナノサイズのものを含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の凝縮核計数器。
前記サンプリング気体の計測流量は、１０Ｌ／ｍｉｎを超えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の凝縮核計数器。
前記パーティクル計数部は、気中のパーティクルを計測するものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の凝縮核計数器。
前記パーティクル計数部は、液中のパーティクルを計測するものであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の凝縮核計数器。
前記排気ポートから排気され、前記凝縮成長した凝縮核を含むサンプリング気体を、液体に含ませる液体容器をさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の凝縮核計数器。
サンプリング気体が導入され、内部を凝縮性蒸気雰囲気とした飽和部と、
前記飽和部を通過したサンプリング気体が導入され、内部を飽和度１以上の過飽和蒸気雰囲気とし、前記飽和部を通過したサンプリング気体に含まれるパーティクルを核として蒸気分子を凝縮させて前記パーティクルを核とする凝縮核を凝縮成長させる凝縮部とを用いた凝縮核成長方法であって、
前記飽和部の内部、および前記凝縮部の内部をそれぞれ円筒空間とし、
前記サンプリング気体を前記円筒空間の接線方向に沿って前記飽和部に導入し、
前記飽和部の内部から前記凝縮部の内部にかけて、前記サンプリング気体を前記円筒空間の周方向に沿ってトルネード状に回転させながら前記凝縮核を凝縮成長させ、
前記凝縮核を含むサンプリング気体を、前記凝縮部から前記円筒空間の接線方向に沿って排気することを特徴とする凝縮核成長方法。
前記飽和部は前記サンプリング気体を加熱し、前記凝縮部は前記飽和部を通過した前記サンプリング気体を冷却することを特徴とする請求項１４に記載の凝縮核成長方法。