JP2696561B2 - 微粒子検出器におけるレーザの変動ノイズ排除方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、微粒子検出器におけるレーザの変動ノイ
ズ排除方式に関し、詳しくは外部ミラー型レーザ発振器
による微粒子検出器において、サンプルエアにより発生
するレーザビーム強度の変動ノイズを排除し、微粒子散
乱光のみを検出する方式に関するものである。

［従来の技術］ 半導体ICの製造工場においてはICのパターンサイズの
微細化に伴って、クリーンルームの塵埃微粒子に対する
管理はますます厳格となり、これに対して微粒子検出器
の検出性能をさらに向上することが必要とされている。

微粒子検出器はレーザビームに塵埃などの微粒子を含
むサンプルエアを直交させ、微粒子の散乱光を検出する
ものであるが、散乱光の強度はレーザビームのそれに比
例するもので、直径の小さい微粒子を検出するためには
できる限り強度の大きいレーザビームを使用することが
望ましい。レーザ光源としては通常、ガスレーザ管が使
用されており、その構成方法には内部ミラー型と外部ミ
ラー型とがある。前者においては発振したレーザビーム
強度の数％度を利用するに対して、後者は発振強度その
ものを利用して強度を飛躍的に大きくできるので有利で
ある。

第２図（ａ），（ｂ）は外部ミラー型レーザ発振器に
よる微粒子検出器の要部を示すもので、図（ａ）におい
て、レーザ発振器１はヘリウム・ネオンなどのレーザガ
スを充填したガスレーザ管1aの一端に内部ミラー1bを固
定し、他端にブリュースター窓1cを取り付けて、これを
検出セル２の内部に挿入して固定する。検出セル２には
ブリュースター窓1cに対応した位置に外部ミラー1dを設
け、これと内部ミラー1bとの間にレーザビームＬが発振
する。これに対して、中心ノズル3aよりサンプルエアＡ
を噴射して直交させる。なお、サンプルエアＡを層流と
するために外層ノズル3bによりクリーンなシースエアＢ
を噴射することも行われ、シースエアＢはサンプルＡと
ともに排出ノズル４より外部に排出される。図（ｂ）は
微粒子の散乱光に対する散乱光受光系５を示すもので、
受光レンズ5a,スリット板5bおよび光電変換器5cにより
構成され、スリット板5bのスリットＳ′により、サンプ
ルエアＡとレーザビームＬの直交箇所の視野を限定して
検出領域Ｓとし、Ｓ以外の箇所から迷光を排除してS/N
比が向上されるものである。

［解決しようとする課題］ 一般に微粒子検出器の検出性能を向上するためには、
上記の外部ミラー型反射器を使用してレーザビームの強
度を増強するほか、受光系の集光範囲または感度を増加
する方法などが行われるが、サンプルエアの空気分子は
密度分布がランダムであり、上記の外部ミラー型のレー
ザ発振器においては、空気分子がレーザビームをランダ
ムに遮断して乱反射するために発振強度が変動し、この
変動がノイズとなって散乱受光系の受光信号のS/N比が
低下する問題がある。

この発明は以上の問題を解決するためになされたもの
で、外部ミラー型のレーザ発振器により構成された微粒
子検出器において、サンプルエアによるレーザビームの
変動ノイズを排除し、微粒子の散乱光のみを検出する方
式を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、一端に内部ミラーをするガスレーザ管の
外方に外部ミラーを設けて外部ミラー型レーザ発振器を
構成し、この発振器のレーザビームに対してサンプルエ
アを直交させ、これに含まれている微粒子による散乱光
を散乱光受光系により受光する微粒子検出器におけるレ
ーザの変動ノイズの排除方式であって、サンプルエアに
より発振強度が変動して変動ノイズを発生したレーザビ
ームを、外部ミラーより漏洩させる。この漏洩光に対す
る漏洩光受光系を設け、上記の散乱光受光系の出力信号
より漏洩光受光系の出力する変動ノイズ信号を減算して
微粒子の散乱光のみを検出するものである。

［作用］ 前記したように外部ミラー型レーザ発振器において
は、サンプルエアの空気分子密度のランダム性によりレ
ーザビームに変動ノイズが発生し、これが散乱光受光系
より微粒子散乱光の信号とともに出力される。外部ミラ
ーには反射率が99.98％度のものを用い、残りの0.02％
が透過して背面より漏洩し、漏洩光受光系より変動ノイ
ズ信号が出力される。両者の変動ノイズ信号は相似形、
かつ同相であるので、各受光系の出力信号の差をとるこ
とにより変動ノイズは消去されて微粒子の散乱光成分の
みが検出されるものである。

［実施例］ 第１図（ａ），（ｂ）はこの発明によるレーザの変動
ノイズ排除方式の実施例の要部に対するブロック構成と
各出力信号の波形を示すもので、図（ａ）において、前
記の第２図（ａ）と同様、ガスレーザ管1a,内部ミラー1
b,ブリュースター窓1cおよび外部ミラー1dにより外部ミ
ラー型レーザ発振器１が構成され、外部ミラー1dと内部
ミラー1bとの間にレーザが発振する。レーザビームＬに
直交してサンプルエアＡとシースエアＢが噴射され、微
粒子により散乱光が散乱する。散乱光受光系５もまた第
２図（ａ），（ｂ）で説明したと同様に構成され、検出
領域Ｓにおける微粒子の散乱光、サンプルエアの空気分
子によるレーリ散乱光ｎ（レーザビームの強度変動によ
る変動ノイズ）とがともに散乱光受光系５に受光されて
信号esが出力される。これに対して、外部ミラー1dの背
面に漏洩光受光器６を設けてレーザビームＬの漏洩光
Ｌ′に対する変動ノイズ信号ｎが出力される。増幅器7
a,7bにより、各変動ノイズ信号ｎを同一のレベルに調整
してコンパレータ８に入力し、図（ｂ）に示すように両
者の波形の差分信号（es−ｎ）をとって微粒子の散乱光
に対する検出信号epがえられる。この場合、信号esにお
ける微粒子の検出波形p1,p2,p3などは変動ノイズｎに重
畳してピーク値が上下し、なかにはp2のように波形がマ
スクされるものもあるが、差分信号epでは変動ノイズｎ
が排除されてS/N比が向上し、いずれのピーク値を正し
く検出することができる。なお、信号epは信号処理部９
に入力して個々の微粒子の粒径が検出される。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかなように、この発明によるレー
ザの変動ノイズ排除方式によれば、散乱光受光系の出力
信号に含まれているレーザビームの変動ノイズは、漏洩
光受光系の出力信号を差し引くことにより排除されて微
粒子の散乱光のみが検出されるもので、外部ミラー型の
レーザ発振器により構成された微粒子検出器の検出性能
を向上する効果には大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、この発明による微粒子検
出器におけるレーザの変動ノイズ排除方式の実施例のブ
ロック構成図と各出力信号の波形図、第２図（ａ）およ
び（ｂ）は、外部ミラー型レーザ発振器により構成され
た微粒子検出器の要部の断面図と散乱光受光系の斜視図
である。 １……外部ミラー型レーザ発振器、 1a……ガスレーザ管、1b……内部ミラー、 1c……ブリュースター窓、1d……外部ミラー、 ２……検出セル、３……噴射ノズル、 3a……中心ノズル、3b……外層ノズル、 ４……排出ノズル、５……散乱光受光系、 5a……受光レンズ、5b……スリット板、 5c……光電変換器、６……漏洩光受光器、 7a,7b……増幅器、８……コンパレータ、 ９……信号処理部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に内部ミラーを有するガスレーザ管の
   外方に外部ミラーを設けて外部ミラー型レーザ発振器を
   構成し、該発振器のレーザビームに対してサンプルエア
   を直交させ、該サンプルエアに含まれる微粒子の散乱光
   を散乱光受光系により受光する微粒子検出器において、
   上記サンプルエアにより発振強度が変動して変動ノイズ
   を発生した上記レーザビームを上記外部ミラーの背面よ
   り漏洩させ、該漏洩光に対する漏洩光受光系を設け、上
   記散乱光受光系の出力信号より、該漏洩光受光系の出力
   する変動ノイズ信号を減算して上記微粒子の散乱光のみ
   を検出することを特徴とする、微粒子検出器におけるレ
   ーザの変動ノイズ排除方式。