JP4329555B2 - エアロゾル粒子径測定方法、装置およびそれを備える複合構造物作製装置 - Google Patents
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Description
さらに、別の測定方法として特開平3-13846の「従来の技術」に記述されているように、波長の異なる二つの光、例えばHe-NeレーザーとArレーザーの光を被測定領域に照射し、その散乱光強度をある一方向から検出すると、それぞれの波長における散乱光強度の比が粒径の関数であることを利用して測定する方法がある。さらに、特開平3-13846では大気の汚染状態等、広い範囲の粒子径空間分布を測定するため、白色レーザー光を被測定領域を取り囲むように投光し、その散乱光を複数個配置されたセンサでそれぞれ複数波長に分光しその散乱光強度を測定し、CTの理論により、平均粒子径の空間分布を計算する例が示されている。(特許文献2参照)
(特許文献3参照)
また、上記特許文献2に記載されている方法は、大気中など、広い空間の各領域毎の平均粒子径分布を測定するには有効であるが、装置が複雑で、計算量も膨大となりエアロゾルがノズルから比較的狭い空間に高速で噴出するような自由流れの測定に適しているとは言えない。(特許文献2参照)
さらに、上記特許文献3に記載されている方法は、エアロゾル中に分散された粒子は粒径のほぼ揃った単一径の粒子を前提とした測定方法である。これらの方法は単一径の粒子が分散されたエアロゾルについては、高速流れでも精度良く粒径を測定できる。一方、一般のエアロゾルには、大小さまざまな粒径の粒子が存在する。したがって、単一径の粒子を前提とした上記測定方法をそのまま適用することは困難である。(特許文献3参照)
各レーザーそれぞれの波長における散乱光強度の比が粒径の関数となる。基準となるエアロゾルの散乱光強度の比と測定したエアロゾルの散乱光の比を比較、解析すれば、測定したエアロゾルの相対粒子径が測定できる。
また、エアロゾルに時々、大きい凝集粒が混入する場合もある。大きい凝集粒の回折、散乱光の強度は大きく、測定精度に大きく影響する。そこで、受光量があらかじめ設定された範囲を超えた場合には、測定精度が保証できないため、粒子径の測定を一時中断する。中断後、光量が正常に戻った時点で測定を開始すれば、精度の高い測定ができる。
本構成によりエアロゾルの粒子径測定装置を実現した。
微粒子をガス中に分散させたエアロゾルの粒子径測定装置を複合構造物作成装置の監視または制御等に利用する構造物作成装置を実現した。
ここで、前記エアロゾルを基材表面に衝突させ、この衝突によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、構造物を基板上に形成する場合に使用される微粒子としては、脆性材料、延性材料、もしくはその混合物からなり、粒径が10nmから5μmで、そのエアロゾルの速度としては数10m/Sから数100m/Sが一般的に知られている。なお本発明の粒子径測定装置の主な測定対象粒子は、粒子径が1μm以下の比較的粒径の小さい粒子であり、その速度は数10m/Sから数100m/Sが一般的に知られている。
前記受光する手段を、高感度かつ高応答で検知できる光電子倍増管とする事により、レーザーの投光により回折、散乱された光を高感度かつ高応答で検知でき、高感度、高速に粒子径を測定でき、複合構造物作成装置の監視または制御が高速かつ容易にできる。
前記受光する手段を、カメラとする事により、広い範囲を一度に受光でき、複数のレーザーの投光により回折、散乱された光を一度に受光する事が可能となる。したがって、単純な構造で信頼性の高いエアロゾルの粒子速度測定装置を実現でき、単純な構造で信頼性の高い複合構造物作成装置の監視または制御ができる。
Rr=基準エアロゾルの受光光量B/基準エアロゾルの受光光量A
Rt=被測定エアロゾルの受光光量B/被測定エアロゾルの受光光量A
Dc=Rt / Rr
Dcは、基準エアロゾルに対し、計測したエアロゾルの相対粒子径が小さければ1より大きくなる。2種以上の波長であればより高精度に相対粒子径を求めることができる。
さらに、以下の方法を用いれば連続して噴出するエアロゾルの時間的な粒子径変動を測定することもできる。たとえば測定開始時などある時点のエアロゾルを基準エアロゾルとし、以降のエアロゾルを連続測定し、エアロゾルの相対的粒子径の時間的変動を求める。
ここで、噴出するエアロゾルに、粒子径の非常に大きい凝集粒が含まれている場合には、光量が非常に大きくなり、正確な相対粒子径が測定できない。逆に、噴出するエアロゾルが非常に希薄な場合にも十分な光量が得られないので同様に正確な粒子径が測定できない。この場合には、測定を中断し、測定値の出力を停止するようにする。また、装置の監視や制御等に適用する場合には、光量の時間的変動を異常の検出に利用することもできる。
エアロゾルはノズル17より高速で噴出し、ステージ26に取付けられた基材30に高速で衝突し、基材30表面には材料の膜が形成される。
画像解析装置21で測定されたデータを利用し、装置制御部28は、監視や制御を行ない、装置の信頼性や複合構造物の品質、生産性を向上させることができる。なお、ここで言う複合構造物の品質とは、基材30に形成される膜厚の均一性、膜の欠陥および膜の硬度や絶縁耐圧等の膜の物理特性等の性能を総合したものである。また、複合構造物の生産性とは、基材30に形成される膜を要求品質を満足しつつ形成するために要する時間のことを言う。
以下、測定されたエアロゾル粒子径データを利用し、複合構造物作製装置における監視、制御の実施例を説明する。
2…投光部A
3…レーザーB
4…投光部B
5…ビームスプリッタ
6…ビーム
7…エアロゾル
8…エアロゾルにより回折、散乱された光
9…レンズ
10…受光部
11…集光された光
12…ハーフミラー
13…受光部A
14…受光部B
15…光学フィルタA
16…光学フィルタB
17…ノズル
18…CCDカメラ
19…レーザーAの散乱光
20…レーザーBの散乱光
21…画像解析装置
22…レーザーコントローラーA
23…レーザーコントローラーB
24…エアロゾル発生部
25…配管
26…ステージ
27…真空チャンバ
28…装置制御部
29…信号ケーブルA
30…基材
31…信号ケーブルB
32…信号ケーブルC
33…警報装置
34…レーザー投光部
Claims (12)
- 微粒子をガス中に分散させたエアロゾルの粒子径を測定する方法であって、被測定エアロゾルに対して少なくとも波長の異なったレーザーA及びレーザーBを含む2種類以上のレーザーを投光する工程、次いで該レーザーの投光により回折、散乱された光を受光する工程、次いで該受光した各レーザー波長ごとの光を解析し、前記レーザーAの受光光量と前記レーザーBの受光光量の比Rtを測定した解析結果と、あらかじめ解析しておいた基準となるエアロゾルの前記レーザーAの受光光量と前記レーザーBの受光光量の比Rrを測定した解析結果から、基準となるエアロゾル粒子径に対する相対粒子径Dc=Rt/Rrを計算する工程を含むことを特徴とするエアロゾルの粒子径測定方法。
- 前記各レーザー波長ごとの光を受光する工程において、受光量があらかじめ設定された範囲を超えた場合に、粒子径の測定を中断することを特徴とする請求項1記載のエアロゾルの粒子径測定方法。
- 微粒子をガス中に分散させたエアロゾルの粒子径を測定する装置であって、被測定エアロゾルに対して少なくとも波長の異なったレーザーA及びレーザーBを含む2種類以上のレーザーを投光する手段、次いで該レーザーの投光により回折、散乱された光を受光する手段、次いで該受光した各レーザー波長ごとの光を解析し、前記レーザーAの受光光量と前記レーザーBの受光光量の比Rtを測定した解析結果と、あらかじめ解析しておいた基準となるエアロゾルの前記レーザーAの受光光量と前記レーザーBの受光光量の比Rrを測定した解析結果から、基準となるエアロゾル粒子径に対する相対粒子径Dc=Rt/Rrを計算する手段を含むことを特徴とするエアロゾルの粒子径測定装置。
- 前記各レーザー波長ごとの光を受光する手段において、受光量があらかじめ設定された範囲を超えた場合に、粒子径の測定を中断することを特徴とする請求項3記載のエアロゾルの粒子径測定装置。
- 前記受光する手段が光電子倍増管であることを特徴とする請求項3または4に記載のエアロゾルの粒子径測定装置。
- 前記受光する手段がカメラであることを特徴とする請求項請求項3または4に記載のエアロゾルの粒子径測定装置。
- 前記カメラにより受光した画像を解析する手段が画像処理手段であることを特徴とする請求項6に記載のエアロゾルの粒子径測定装置。
- 前記画像処理手段が、前記画像において単一または複数の部分領域を抽出する処理および抽出した領域の輝度を計算する処理を含む画像処理手段であることを特徴とする請求項7に記載のエアロゾルの粒子径測定装置。
- 微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを基材に向けてノズルより噴射して、前記エアロゾルを前記基材表面に衝突させ、この衝突によって前記微粒子を破砕・変形させて接合させ、前記微粒子の構成材料からなる構造物を前記基板上に形成させる複合構造物作製装置において、
被測定エアロゾルに対して少なくとも波長の異なったレーザーA及びレーザーBを含む2種類以上のレーザーを投光する手段、次いで該レーザーの投光により回折、散乱された光を受光する手段、次いで該受光した各レーザー波長ごとの光を解析し、前記レーザーAの受光光量と前記レーザーBの受光光量の比Rtを測定した解析結果と、あらかじめ解析しておいた基準となるエアロゾルの解析結果から、基準となるエアロゾルの粒子径に対する相対粒子径Dc=Rt/Rrを計算する手段とからなることを特徴とするエアロゾルの粒子径測定装置を含むことを特徴とする複合構造物作製装置。 - 前記受光する手段が光電子倍増管であることを特徴とする請求項9に記載の複合構造物作製装置。
- 前記受光する手段がカメラであることを特徴とする請求項9に記載の複合構造物作製装置。
- 前記カメラにより受光した画像を解析する手段が画像処理手段であることを特徴とする請求項11に記載の複合構造物作製装置。
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