JP2879798B2 - 粒子寸法検出装置に使用するための粒子検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粒子寸法検出装置に使用するための粒子検出
装置に係り、更に詳しくいえば光散乱を用いる粒子寸法
検出装置に使用するための粒子検出装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

粒子寸法検出装置は今では良く知られており、粒子寸
法測定のためにレーザを使用できることも良く知られて
いる（たとえば米国特許第3,406,289号明細書参照）。
また、開放空胴レーザを用いる粒子寸法測定技術が、本
願出願人が所有する米国特許第4,571,079号明細書およ
び第4,594,715号明細書に開示されている。

開放空胴レーザを用いた吸光（extinction）粒子の寸
法測定における工夫（refinements）は、R.G.Knollenbe
ryとB.Schusterによって、「Detection and Sizing of
Small Particlese in open Cavity Gas Lasers」（Appl
ied Optics,velum 11,No.7,11月,1972年、p1515〜152
0）に記述されている。

開放空胴レーザ装置において光散乱を利用した極微粒
子寸法測定装置もまた、R.G.Knollenberyによって、「A
n Active Scattering Aerosol Spectrometer」（Atmosp
heric Technology,Number 2,6月,1973,p80〜81）に記載
されている。工夫は、R.G.Knollenberyによって、「Act
ive Scatteving Aerosol Spectrometry」（National Bu
reau of Standards Special Publication 412,11月,197
4年,p57〜64）に記述され、さらに、R.E.Luehrによっ
て、「Open Cavity Laser Active Scattering Pariticl
e Spectrometry from 0.05 to 5 Microns」（Fine Part
icles,Aerosol,Generation mesurements,Sampling and
Analysis,BenjaminY .H.Liv編集、Academic Press,5月,
1975,p669〜696）に記述され、R.G.Knollenberyによっ
て、「Three New Instruments for Cloud Physics Meas
urements:The 2−D Spectrometer,the Forwavd Scatter
ing Spectrometer Probe,and the Active Scattering A
erosol Spectrometer"（American Meterological Socie
ty,International Conference on Cloud Physics,7月,1
976年,p554〜561）に記述され、R.G.Knollenbergによっ
て、「The Use of Low Power Lasers in Particle Size
Spectrometry」（Proceeding of the Society of phot
o−optical Instrumentation Engineer:Practical Appl
ications of Low Power Lasers,volume 92,8月,1976年,
p137〜152）に記述され、R.G.Knollenbergによって、
「In Situ'Optical Particle Size Measurements in Li
quid Media」（Presented AT Semiconductor Purewater
Conference,Palo Alto, California,1月13〜14日,1983
年）に記述され、R.G.Knollenbergによって、「The Mea
surement of Particle Sizes Below 0.5 Micrometers」
（Jounal of Environment Science,1月〜２月,1985）に
記述されている。

データを獲得するために、検出器の直線アレイを用い
て、各検出器により発生された電気信号を並列処理する
ことも行われている。たとえば、米国特許第3,941,982
号明細書を参照されたい。並列処理による検出器アレイ
を用いた高感度粒子寸法検出装置は米国特許出願第8514
77号に示されており、また、カリホルニア州サンホセに
おいて1987年５月に行われた「プロシーディングス・オ
ブ・インスティテュート・オブ・エンバイロンメンタル
・サイエンシス（Proceed−ings of Institute of Envi
ronmental Sciences）」学会におけるクノーレンベルク
の文献「高分子散乱における高感度粒子寸法決定法（Si
zing Part−icles At High Sensitivity In High Molec
ular Scattering Environments）」にも示されている。

粒子測定装置は、空気を含めて種々のガス中の粒子の
存在と寸法の少くとも一方を決定することを含めて、種
々の目的に利用されている。空気中の粒子に関しては、
環境からの粒子汚染の許容限界と影響により、現在使用
されている多くの装置を製作できるようにするために、
効果的な汚染管理を利用することが必要になってきた。
とくに、たとえばマイクロエレクトロニクス装置のため
に必要とされるような精密な製作が、クリーンルームお
よびクリーン装置の発達および応用によって大幅に可能
とされている。

永年にわたり、ほとんど全ての電子装置用としてはク
ラス100またはクラス1000の標準的なクリーンルームで
十分すぎるほどであった。しかし、マイクロコンピュー
タが使用され、大容量のメモリチップのようなマイクロ
エレクトロニクス部品の需要が生ずるにつれて、製作中
に汚染に極めて弱い素子が開発される効果となった。

それらの素子の製造中の粒子汚染による影響は製品の
歩留りが大幅に低下することである。たとえば、汚染粒
子はリソグラフによる映像発生を妨げたり、短絡または
回路を開いたり、損われた領域が生ずることがある。現
時点では、粒子による汚染により影響される電子工業の
うち、半導体チップの製造が最も影響を受ける作業のよ
うである。

VLSI（超大規模集積回路）産業は、クリーンルームの
確認に用いられる空気粒子カウンタの技術レベルを押し
あげ続けてきた。はるかに高い規格が、はるかに低い汚
染レベルを達成する過の改善はもちろん、VLSIの製造
の需要を反映している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

いま知られているエアロゾルカウンタのほとんどの試
料流量は0.028m³/分（１立方フィート／分（cfm））で
ある。しかし、クラス１における妥当な統計的結果を達
成するためには、感度が0.5μ（0.5×10^-6m）に限られ
るならば、空気試料の流量はもっと大きくする必要があ
る。寸法が小さくなるにつれて粒子の数が増すから、適
切な統計的なベースを一層容易に得るために、空気粒子
カウンタのほとんどの製作者ははるかに小さい粒子寸法
を選択している。

たとえば、0.1×10^-6mにおいては、クリーンルーム内
で見出される平均粒子寸法分布は、0.1×10^-6mより大き
い粒子の数は、0.5×10^-6mより大きい粒子の数のほぼ10
0倍である。したがって、より感度の高い粒子カウンタ
は、クリーンルームの標準的な検査に要する時間が短く
なる。

また、0.5×10^-6mより小さい粒子を含むものを有する
装置も製作されている。したがって、最短時間で統計的
なベースを発生することに加えて、感度が高くなると既
知の粒子寸法情報により多くの潜在的な欠陥が生ずる。

レーザの出現により、光散乱によって検出できる粒子
の寸法が通常で0.1×10^-6mのように小さくなった。その
理由は、レーザがそれの全てのエネルギーを小さい面積
に集中できるからである。現在市販されているいくつか
の装置の感度は0.1×10^-6mであるが、それらの装置のい
ずれも0.028m³/分（1cfm）の流量で標本化できず、実際
には0.1×10^-6mの感度においては0.028m³/分（1cfm）を
こえない流量で標本化できるだけである。

半導体の製造者たちは、種々の種類に用いる、粒子汚
染の低い高純度ガスも要求している。ほとんどの場合に
はライン圧（line pressure）（１×10⁶pa（15P.S.I）
まで）で測定を行う必要がある。それらのガスのうちの
いくつかは高分子量のガスであって、空気（主として酸
素と窒素の混合ガス）よりも大きく光を散乱させるか
ら、0.028m³/分（1cfm）より小さい流量が適当である場
合にも、分子による散乱は小さくしなければならない。

したがって、より小さい粒子寸法で得られる潜在的な
統計上の利点は、高分子量の分子による散乱が起る環境
においては一部が失われる。そのような高感度（少くと
も直径0.1μｍの粒子を検出するため）の環境における
高感度の達成（例えば1cfmまであるいはそれを越える高
流量の達成を含む）は上記米国特許出願に示されてお
り、そのような検出についてはノイズ打消回路を付加す
ることにより向上したことも示されている。

本発明は粒子検出装置におけるノイズ打消を可能にす
ること、特に高分子散乱状態における高感度のそのよう
な装置を提供することを目的とする。

分子散乱による背景ノイズは、夫々がガスおよび粒子
の混合体の流路とレーザービームとの交点に生じる全検
出領域の一部を検出して検出した粒子を示す電気出力信
号を出す複数の線形検出器を使用してそのようなノイズ
の低減を行いそしてノイズ打消ユニットを介して検出領
域の隣接しない部分をモニタする検出器のすべての出力
を並列処理することにより減少する。

〔実施例〕

電子装置製造環境における現在の粒子管理は、主とし
て米国連邦規格209（FS209）、ドイツVDI2083ドキュメ
ント、および類似の規格の適用を基にしている。第１図
はFS209において用いられている現在の類似システムお
よび寸法集中範囲を示すものである。第１図（および第
２図と第３図）の縦軸には全粒子／立方フィートが示さ
れ、図示のように前記粒子寸法に等しいか、それより大
きい。0.35個／（10個／立方フィート）より低いカウ
ントは、多類の試料を得た場合を除き信頼できない（し
たがって破線で示している）。図からわかるように、測
定する必要がある最小の粒子は直径0.5μであり、指定
されている最高のクリーン度は3.5個／（100個／立方
フィート）である。

しかし、それらのクリーンルーム規格は数年間にわた
って用いられ、電子製品に対する現在の要求は、粒子管
理に対する要求が現在はより厳しくなっているから、カ
バーされるレベルはマイクロエレクトロニクス装置の妥
当な製造にとって満足できない。したがって、粒子汚染
レベルの規定を改定する必要が明らかになっており、そ
のためにより小さい粒子およびよりきれいなレベルを含
めて測定できるようにするためのFS209の修正が検討さ
れている。

FS209の改訂作業がインスティテュート・オブ・エン
バイロンメンタル・サイエンス（Institute of Environ
mental Science）の指揮の下に行われているが、まだ完
了していない。その改訂の大きな目的の１つは、クラス
10レベルにおけるルーム、または区域、空気クレンリネ
ス・クラスを定め、より低いレベルにおける適切な統計
的規定を行えるように、0.5μより小さい粒子の測定を
行えるようにすることである。あらゆる産業的区域にお
いて用いられている規格が多分まもなく改訂されること
が予想され、したがってFS209の改訂は一連の新しい規
格における最初のものにすぎないようである。実際、ク
ラス１レベルは現在製作でき、近い将来には必ず実用化
される。

粒子の寸法が小さくなると粒子の数が急激に増加する
から、より小さい粒子を測定することは理由があるよう
にみえる。したがって、改訂されるFS209の案には0.3×
10^-6m、およびよりきれいな区域の場合には0.1×10^-6m
の粒子の測定が含まれている。第２図は現在検討されて
いる区分であって、0.5×10^-6より小さい粒子を測定で
きるようにするものである。しかし、第２図における区
分カーブの勾配は、現行のFS209における区分カーブの
勾配を基にしている。

米国における少数のVLSIクリーンルームで得られた最
近のデータを基にした、区分カーブの勾配の変更につい
て考えることにする。0.1×10^-6mからそれ以上の粒子を
測定するためにレーザカウンタが用いられ、得たデータ
を第３図に示す。非常にクリーンなルーム内での粒子寸
法分布は、1.0×10^-6m以下の寸法では、現行のFS209の
区分カーブから予測されるものよりもはるかに急な勾配
を有するようであり、第３図に示すものよりも急な勾配
を持たせる可能性もいくらかある。

区分カーブを0.1×10^-6mの範囲まで延ばしたとする
と、クラス100またはそれよりも良いルームについて妥
当なデータを得るために要する時間と努力は、FS209を
第３図に示す最近のデータに従って単に外挿したにすぎ
ないということとは無関係に、それぞれ短くなり、減少
する。

本発明において達成されたように、高い分子散乱環境
において0.1μの感度を達成できる装置の開発は容易に
は達成されなかった。１分間当り0.028m³（１立方フィ
ート）まで、またはそれをこえる高い流量による分子散
乱環境に関しては、そのような流量は、光検出装置の感
度領域を流れる流れのかなり大きい横断面を支配する。

音速においても横断面は1.8平方mmであり、実用的な
真空源により全音速流を達成することは不可能である。
したがってより典型的な流速は音速の1/3〜1/2であり、
流れの横断面は0.028m³/分（1cfm）における典型的な装
置においては４〜５平方mmに増大する。粒子の寸法を正
確にするのであれば、流れのその大きい横断面を一様に
照射せねばならない。

したがって、照射される領域はレーザの小さく集束さ
れた領域に近くはできず、流れの横断面が第4A図に示す
ように円形であればほとんどは拡げられたレーザビーム
の中に置かれ、流れの横断面が第4B図に示すように長方
形であればビームの軸に沿って引きのばされる。したが
って、本発明で用いられるような最適の設計では流れの
横断面は１×10mm²であり、集める光学装置は米国特許
第4,571,079号および第4,594,751号の各明細書に示され
ているものに類似する。

0.1×10^-6mの感度を生じさせるためには、レーザ自体
は検出領域内に約１ワットのパワーを発生せねばならな
い。633nmで動作する共振HeNeレーザ空胴は、所要のパ
ワーを発生する最も便利な方法であるが、任意の１ワッ
ト可視光レーザ（たとえばアルゴンレーザ）も使用でき
る。したがって、0.1×10^-6mのように小さい粒子を検出
するのに十分なエネルギー密度を与え、0.028m³/分（1c
fm）を可能にする横断面を可能にする光源を構成できる
から、問題は単純であるようにみえる。

これは、検出領域内で粒子が唯一の光散乱源である場
合のことである。慎重に設計することにより、漂遊光を
効果的になくすことができる。しかし、空気中に含まれ
ている粒子に加えて、1mm³当り約10¹⁶個の空気分子が存
在し、しかもそれの空気分子を無くすことはできない。
計算を行った結果によれば、そのような量の空気は、典
型的な0.1×10^-6m粒子より、100倍以上のエネルギーを
散乱させることが判明している（雑誌「The Tournal of
EnvironmentalSciences」1985年1/2月号所載のR.G.Kno
llenbergの「The Measurement of Perticle Sizes Belo
w 0.1Micrometers」と題する論文を参照されたい。）分
子による散乱が大きく存在するから、この信号源は主に
直流である。

希望の0.1×10^-6m粒子信号をマスクするのは、分子散
乱信号（交流ノイズ）の変化（交流）である。このノイ
ズ自体は直流分子散乱信号に比例する。ノイズ源が旧来
のショットノイズであれば、ノイズは直流信号の平方根
に比例する。しかし、レーザ源では、ノイズはショット
ノイズと仮定して計算したものより大きく、レーザ空胴
は流れ自体により容易かつランダムに変調される（ノイ
ズを生ずる）。その場合には、交流ノイズは、直流信号
の平方根ではなくて、直流信号に正比例する。測定によ
り、0.028m³/分（1cfm）装置においては、分子散乱ノイ
ズは0.1×10^-6mの粒子のそれの５〜10倍であり、従来の
装置では検出が不可能となることが判明している。

分子散乱がもっとも大きい環境すなわち背景が存在す
る場合があるが、それは、たとえば、分子散乱が0.1μ
粒子による散乱の100倍をこえることがある場合であ
る。そのように高い分子散乱は、測定されるガスの量が
大きい流量のために要求されるものより多い場合ばかり
でなく、たとえば分子密度が高い（大気圧より高い圧
力）ため、または大きいガス分子が存在するために生ず
ることもある。いずれの場合でも、高い分子散乱背景に
遭遇すると、高い感度を達成するために本発明の装置を
常に利用できる。

本発明においては、検出すべき粒子を含んでいるガス
（通常は空気）を流させる検出領域に光を照射するため
に照明装置が用いられる。その照明装置は、第５図に示
すように、米国特許第4,571,079号および第4,594,715号
の各明細書に示されているようなレーザビーム照明装置
10が好ましい。

第５図に示すように、プラズマチューブ14の一端をブ
リュースターの窓16で終端することにより、レーザ空胴
12にアクセスできる。わん曲した反射鏡18（その半径は
たとえばｒ＝100cm）がプラズマチューブ14の他端に置
かれる。光検出器20と前置増幅器22が反射鏡18の外側で
レーザビームの軸に沿って設けられ、照明の相効的な強
さを測定する。

粒子寸法を測定するために、測定すべき粒子がジェッ
ト24を通じて噴出されて、粒子がブリュスターの窓16と
外部レーザ反射鏡26（たとえばｒ＝70cm）の間でレーザ
ビーム25を横切るようにする。

第５図に示すように、光サンプリングブロック28が粒
子噴出領域に近接して置かれ、その光サンプリングブロ
ック28は集光素子、または結像素子29を位置させる。そ
の結像素子29は、粒子噴出領域の上方にその領域に近接
して設けられる一対のレンズ30,31を含むことができ
る。

複数の光検出器34（第６図および第７図）を有する光
検出器ユニット33が光サンプリングブロック28に近接し
て位置させられて、光検出器ユニット33がレンズ30,31
の焦点面内に位置させられるようにする。光検出器ユニ
ット33からの電気信号出力が並列処理器35に結合され
る。その並列処理器の出力を分析器36を介して結合して
低分解能指示出力を与えることができ、かつ変換器ユニ
ット37を介して結合してデジタル粒子寸法を示す高分解
能出力を与えることができる。また、最小寸法超過指示
出力も変換器ユニット37から与えられる。

光検出器39と前置増幅器40をレーザビーム軸に沿って
反射鏡26の他の側に位置させることもでき、それによ
り、光検出器20および前置増幅器22が行うように、基準
測定を行うことができる。

本発明においては、分子散乱からの背景光を取扱うこ
とができるレベルまで減少させるために結像相置と検出
器アレイを用いることにより、ノイズが減少させられ
る。第６図に最もよく示されているように、光検出器ユ
ニット33は長方形素子すなわち光検出器34の直線アレイ
を含む（第６図には図示のためだけに11個の光検出器34
が示されている）。二次元データを得るために並列処理
回路に接続された光検出器の直線アレイを使用すること
が米国特許第3,941,982号明細書に記載されている。

このアレイの素子（第７図に示すようにフォトダイオ
ードとすることもできる）がレーザビーム内の対応する
部分（すなわち、全検出領域の一部）を見る。粒子から
散乱された光が、全検出領域の特定の素子のモニタされ
る部分内の全ての空気分子により発生された拡散分子散
乱の背景とともに、１個の素子の上に明るい像として再
び結像される。

したがって、アレイに用いられている素子の数だけ背
景分子散乱の量が減少させられる。ショットノイズで説
明されるノイズ源以外の光ノイズ源に対しては、アレイ
の素子の数に比例してノイズを直接減少させることもで
きる。ショットノイズ源の場合には、ノイズはアレイ素
子の数の平方根に比例して減少する。

本発明に用いられる独立した光検出器の数はＮ個であ
るから、各光検出器からの電気信号出力を個々に質問し
て、粒子像がいずれか１個の光検出器により観察された
時を決定せねばならない。第７図は光検出器ユニット33
を形成する複数の光検出器34を示す。各光検出器は並列
処理器35の異なる信号処理回路41へ接続される。更に詳
しくいえば、各光検出器34は、各信号処理回路41内の前
置増幅器42へ接続される（各前置増幅器の出力端子と負
入力端子の間に帰還抵抗器43が接続される）。各信号処
理回路41は比較器44と、ピーク格納素子（サンプルおよ
びホールド回路）46も含む。

各前置増幅器42はノイズおよび粒子に関連する増幅さ
れた電気信号を発生する。その信号は関連する比較器44
へ結合される。その比較器のしきい値レベルは検出可能
な最小粒子寸法の信号ピーク振幅に設定される。比較器
の出力は制御論理器48により一緒に論理和をとられる。
その制御論理器48は、タイミングをとる目的、および検
出可能な最小寸法の粒子が検出されたことを指示する目
的で、粒子の走行時間パルスを生ずる。

検出可能な最小寸法より大きい粒子の場合には、寸法
の分解が希望の分解能に依存する。たとえば、単一寸法
チャネル内で0.1×10^-6mより大きい全ての粒子の単純な
カウントが望ましいとすると、信号処理回路61を制御論
理器48と組合わせて用いることができるだけである。

高分解能多チャネル用（たとえば、0.1×10^-6〜0.2×
10^-6mの10チャネルで0.01×10^-6mの分解能を望む場合）
では、各光検出器のピーク振幅を処理前に個々に格納す
る必要がある。そのように高い分解能（たとえば、第２
のしきい値が0.11×10^-6m）のためには、全前置増幅器4
2からの出力がそれに関連するピーク格納素子（サンプ
ルおよびホールド回路）46へ結合される。サンプルおよ
びホールド回路46に格納されているピーク振幅は変換器
ユニット37により個々に読出される。その変換器ユニッ
トは制御論理器48と走査A/D変換器49を含む。

低分解能多チャネル用では、前置増幅器42からの各出
力を関連する抵抗器50を通って分析器ユニット36の加算
増幅器52（この増幅器の出力端子と負入力端子の間には
帰還抵抗器が接続されている）へ結合させるだけで、前
置増幅器42の全ての出力を加え合わせるのに十分であ
る。分析器ユニット36は加算増幅器52からの出力を受け
る通常のパルス高分析器54も含む。そのような低分解能
用途は、加え合わされたノイズが、使用する第２のしき
い値レベルをこえるピーク振幅より依然として小さいよ
うに、第２のしきい値レベルが第１のしきい値レベルよ
り十分に高いことを意味する。たとえば、第２のしきい
値が0.2×10^-6mであるとすると、それは0.1×10^-6mのし
きい値よりも約40倍高く、加え合わされたノイズはその
ように高いしきい値よりはるかに小さい。

したがって、各信号処理回路は、それに関連する光検
出器とともに、粒子がいつ生じたかと、および散乱事象
の大きさとを決定する。像が境界にあったり、僅かにピ
ンボケの場合には、散乱事象は２つの素子の間で分ける
ことができる。

第７図は並列処理構成にノイズ打消回路を組込むこと
により更に検出の改善を行うことが出来ることがわかっ
た。

第８図に示すようにノイズ打消回路58は複数の打消ユ
ニット60（第８図ではユニット60aと60bが示されてい
る）からなり、各ユニットは利用される検出ユニットで
検出される全領域の内の間隔をもった、すなわち隣接し
ない部分をモニタする検出器からの出力を受けるように
接続されている。

第６図に示すように、検出ユニット33は複数の検出器
を含み、これら検出器はその夫々によりモニタされる領
域が全検出領域の一部をカバーし、従って各領域がそれ
に隣接した他のいくつかの領域を有し、これらいくつか
の領域以外の領域が間隔をもちすなわちそれに隣接しな
いように配置されている。

第８図に示すように、検出器34aは検出器34bによりモ
ニタされる領域に隣接するが検出器34cによりモニタさ
れる領域からは離れている領域をモニタする。同様に検
出器34bは検出器34cによりモニタされる領域に隣接する
が検出器34dによりモニタされる領域に対しては離れて
いる領域をモニタし、そして検出器34cは検出器34dによ
りモニタされる領域に隣接する領域をモニタする。

第８図には４個の検出器のみを示しているが、このパ
ターンは使用されるすべての検出器についても同じであ
り、離れた領域をモニタする検出器対または検出器群を
ノイズ打消のために用いることは容易である。

第８図に示すように、検出器34aの出力はプリアンプ
（前置増幅器）42aを介して打消ユニット60aに、検出器
34c（検出器34aでモニタされる領域から離れた領域をモ
ニタする検出器）の出力はプリアンプ42cを介して打消
ユニット60aに接続する。同様に、検出器34bの出力はプ
リアンプ42bを介して打消ユニット60bに、検出器34d
（検出器34bによりモニタされる領域から離れた領域を
モニタする検出器）の出力はプリアンプ42dを介して打
消ユニット60bに、夫々接続する（打消ユニットの数は
一般に使用される検出器総数の半分である）。

打消ユニットでノイズ打消が行われた後に残りの信号
が粒子決定回路に入る。第８図に示すように、打消ユニ
ット60aの出力は比較器44aとサンプルホールド回路46a
に、そして抵抗50aを介して分析ユニット36に入り、打
消ユニット60bの出力は比較器44bとサンプルホールド回
路46bにそして抵抗50bを介して分析ユニット36に入る
（これらのすべては第７図について述べた）。

第９図は打消ユニット60aの回路を示す（他の打消ユ
ニット60も同じである）。図示のように検出器34aの出
力はプリアンプ42aを介して打消ユニット60aの抵抗62
に、検出器34cの出力はプリアンプ42cを介して打消ユニ
ット60aのインバータ64に接続し、インバータ64の出力
は抵抗66に接続する。抵抗62と66はこれら検出器の出力
を加算するように接続し、その加算出力は点68から比較
器44aとサンプルホールド回路46aに、そして抵抗50aを
介して分析ユニット36に接続する。

また第９図に示すように出力Ａ（検出器34aからの）
がノイズと信号を含み、出力Ｂ（検出器34cの）がノイ
ズのみを含むとすれば、反転Ｂ出力（第９図の）のノ
イズは打消ユニットで加算されてＡ出力のノイズを打消
すことになる（すなわちＡ＋＝０）。

共通モードのノイズはビームに沿った非常に離れた
（すなわち数ミリより大）点からは相関しない。すべて
のビームにつき１つの問題があるがこの問題はコヒーレ
ント長さの小さい高次モルチモードレーザについて最も
厳しいものである。相関の度合はビーム軸に沿った空間
位相のコヒーレンスに関係するから、サンプルを近いと
ころからとるとするとこのコヒーレンスは著しく改善さ
れそしてノイズと相関する。それ故近距離のサンプリン
グのために検出器アレイ34を用いることにより、そして
一対の検出器の一方の出力を反転することにより本発明
によるノイズ打消が達成される（隣接する領域をモニタ
する検出器は画像が２つの隣接する検出器間で分けられ
ることになるから対とすることが出来ない）。

次に動作を説明する。レーザビームが検出領域へ向け
て照射され、粒子を含んでいるガスが、少くとも約0.02
8m³/分（1cfm）の流量を含むことができる流量で、検出
領域を通って流される。そうすると検出領域内の粒子が
光を散乱させる。その光の散乱は少くとも0.1×10^-6mま
での直径の粒子によりひき起されるものであって、それ
より大きい直径の粒子は光検出器アレイにより検出でき
る。光検出器アレイの各光検出器は検出領域の所定の部
分をモニタし、その部分における検出可能な光散乱を検
出して、その検出した光散乱を示す電気出力信を（背景
ノイズにより発生された信号とともに）発生する。これ
ら電気的出力信号は並列処理され、隣接しない領域をモ
ニタする各検出器対の出力がノイズ打消ユニットで合成
され、その後に打消ユニットの出力が粒子決定回路で更
に処理される。

第７、８、９図の回路を用いる実際の実施例では0.1
μｍの粒子寸法感度が1cfmの流量で表わされる高分子散
乱環境において達成されている。

本発明はかくして検出器アレイとノイズ打消回路を用
いて高感度を達成しうる改善された粒子寸法検出装置を
提供する。

本発明はこれまで述べそして請求範囲に限定する部分
の新規な構成、組合せおよび配置にあり、ここに述べた
実施例の変更は請求範囲に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は米国連邦規格209（FS209）に規定されていると
区分系および寸法−濃度範囲に従う粒子寸法分布カーブ
を示すグラフ、第２図はFS209の現在検討されている改
訂案に従う粒子寸法分布カーブを示すグラフ、第３図は
VLSI工業のために現在建設されているクリーンルーム内
で測定された実際のカウントデータを示す粒子寸法分布
カーブを示すグラフ、第4A図は検出領域を設定するため
に用いられる円形の流れ横断面を示す部分線図、第4B図
は検出領域を設定するために用いられる長方形の流れ横
断面を示す部分線図、第５図は開放空胴レーザおよび本
発明の装置を有する粒子寸法測定装置の簡略化した概略
側面断面図、第６図は結像装置を通じて検出領域をモニ
タするための光検出器ユニットの位置ぎめを本発明に従
って行う様子を示す線図、第７図は本発明の電子信号処
理を示す簡略化したブロック回路図、第８図は第７図に
示す並列処理と共に本発明による打消し回路を使用する
場合を示す概略的ブロック図であり、第９図は第８図の
打消回路を示す概略的電子回路である。 29……結像装置、33……光結合器ユニット、34……光検
出器、35……並列処理器、36……分析器ユニット、37…
…変換器ユニット、39……光検出器、41……信号処理回
路、44……比較器、46……ピーク振幅格納素子、48……
制御論理器、52……加算増幅器、54……パルス高分析
器。

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予定の検出領域で散乱した光を受けて検出
   するための検出手段と、ノイズ打消手段を含む処理手段
   とから成り、上記検出手段は複数の検出器を含み、これ
   ら検出器はその内の予定の検出器が上記検出領域の内の
   互いに離れている予定の部分で散乱した光を受けるよう
   に配置され、上記検出器の夫々はその検出器によりモニ
   タされる上記検出領域の上記予定の部分内の粒子により
   散乱された検出光を示す信号とノイズを含みうる出力を
   出すようになっており、上記ノイズ打消手段は複数の上
   記予定の検出器に接続されてこれらの検出器の出力を受
   け取りこれらの出力に含まれるノイズを実質的に打消
   し、上記処理手段の出力が上記検出領域で光を散乱させ
   る粒子を実質的に示すようになったことを特徴とする、
   粒子を含む媒体が上記予定の検出領域を通りうるように
   する第１手段とこの検出領域内の粒子が光を散乱しうる
   ように上記検出領域を照明する第２手段とを含む粒子寸
   法検出装置に使用するための粒子検出装置。
2. 【請求項２】高分子散乱背景において上記粒子寸法検出
   装置の有効動作を保証するごとくなった請求項１記載の
   粒子検出装置。
3. 【請求項３】前記検出手段と前記処理手段は前記検出領
   域内の少くとも0.1μｍ以上の直径を有する粒子により
   散乱される光を有効に検出し処理するごとくなった請求
   項１または２記載の粒子検出装置。
4. 【請求項４】前記検出手段と前記処理手段は前記粒子を
   含む前記媒体の前記検出領域を通る少くとも約1cfmの流
   量においてこの検出領域内の粒子により散乱される光を
   有効に検出し処理するごとくなった請求項１乃至３の１
   に記載する粒子検出装置。
5. 【請求項５】前記処理手順は並列プロセサであり、この
   プロセサは、夫々前記複数の検出器の内の前記予定の検
   出器の夫々に接続してそれからの出力を別々に処理する
   複数の処理回路を含み、これらの処理回路の出力が前記
   ノイズ打消手段に接続するごとくなった請求項１乃至４
   の１に記載する粒子検出装置。
6. 【請求項６】前記ノイズ打消手段は、夫々前記予定の検
   出器の一対に接続する複数のノイズ打消ユニットを含む
   ごとくなった請求項１乃至５の１に記載する粒子検出装
   置。
7. 【請求項７】前記ノイズ打消ユニットの夫々は加算手段
   と、前記予定の検出器の内の１個に接続してその出力が
   上記加算手段に入る前にそれを反転する信号インバータ
   手段とを含むごとくなった請求項６記載の粒子検出装
   置。
8. 【請求項８】前記複数の検出器は前記検出領域の互いに
   離れておりそして前記第１の予定部分に隣接する第２の
   予定部分からの光を受けるように配置された第２の予定
   の検出器を含み、そして前記処理手段は上記第２の予定
   の検出器に接続してその出力においてノイズ打消を行う
   第２ノイズ打消手段とを含むごとくなった請求項１乃至
   ７の１に記載する粒子検出装置。
9. 【請求項９】前記検出手段は前記検出領域の前記第１お
   よび第２の予定部分を交互として上記検出領域のほぼ全
   体にわたり散乱された光を受けて検出するごとくなった
   請求項８記載の粒子検出装置。
10. 【請求項１０】前記打消手段は前記検出器の数と等しい
    数の打消ユニットを含むごとくなった請求項８または９
    記載の粒子検出装置。
11. 【請求項１１】前記処理手段は前記検出器と前記打消手
    段の間に接続する増幅手段を含むごとくなった請求項１
    乃至10の１に記載する粒子検出装置。