JP7321816B2 - 粉塵検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉塵を検出する粉塵検出装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割された各デバイスチップは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

ダイシング装置、レーザー加工装置は、ウエーハを吸引保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに吸引保持されたウエーハに加工を施す加工手段（ダイシング装置においては、切削水を供給しながらウエーハを切削する切削ブレードを回転可能に備えた切削手段、レーザー加工装置においては、ウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段）と、チャックテーブルと加工手段とを相対的に加工送りする送り手段と、から概ね構成されていて、ウエーハを高精度に個々のデバイスチップに分割することができる（たとえば特許文献１および２参照）。このようなダイシング装置、レーザー加工装置は粉塵が極めて少ないクリーンルームに設置される。

特開２００８－２７９５２６号公報 特開２００７－１５２３５５号公報

しかし、クリーンルームに設置されたダイシング装置、レーザー加工装置を含む加工装置が粉塵を排出してクリーンルーム内を汚染する場合があるものの粉塵発生源の特定が難しいと共に、粉塵の浮遊状態を検出することが困難であるという問題がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、粉塵発生源を特定することができると共に粉塵の浮遊状態を検出することができる粉塵検出装置を提供することである。

本発明は上記課題を解決するために以下の粉塵検出装置を提供する。すなわち、粉塵を検出する粉塵検出装置であって、時間差をつけて少なくとも３種類のパルス光を照射する光源と、該光源から照射された該少なくとも３種類のパルス光で照らされた粉塵を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像を表示する表示手段と、を備える粉塵検出装置を本発明は提供する。

好ましくは、該少なくとも３種類のパルス光は、少なくとも３種類の色から構成される。該少なくとも３種類のパルス光は、少なくとも３種類の明度から構成されるのが好適である。該光源に隣接して配設され該光源から照射された該少なくとも３種類のパルス光を偏光する第一の偏光フィルターと、該撮像手段に隣接して配設され該第一の偏光フィルターを通過したパルス光を遮蔽するように位置づけられた第二の偏光フィルターと、を備えるのが好都合である。該撮像手段が撮像した画像を記憶する記憶手段を含むのが好ましい。該光源が照射する該少なくとも３種類のパルス光の光軸をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とし、該Ｘ軸と該Ｙ軸とに直交する軸をＺ軸とした場合、該撮像手段は、該Ｘ軸と該Ｙ軸とで特定されるＸＹ平面を撮像する第一の撮像手段と、該Ｘ軸と該Ｚ軸とで特定されるＸＺ平面を撮像する第二の撮像手段とを備えるのが好適である。

本発明の粉塵検出装置は、時間差をつけて少なくとも３種類のパルス光を照射する光源と、該光源から照射された該少なくとも３種類のパルス光で照らされた粉塵を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像を表示する表示手段と、を備えるので、粉塵を撮像した画像における少なくとも３種類のパルス光の順序から粉塵の飛散方向を特定することができると共に、撮像した画像における同じ種類のパルス光の間隔とパルス光の繰り返し周波数とに基づいて粉塵の速度を求めることができる。したがって、本発明の粉塵検出装置によれば、粉塵発生源を特定することができると共に粉塵の浮遊状態を検出することができる。

本発明に従って構成された粉塵検出装置の斜視図。 図１に示す第一の撮像手段によって撮像されたＸＹ平面上における粉塵の軌跡を示す画像の模式図。 図１に示す第二の撮像手段によって撮像されたＸＺ平面上における粉塵の軌跡を示す画像の模式図。 図２および図３に示す画像に基づいて、二個の境界点の座標をＹＺ平面にプロットした画像の模式図。

以下、本発明に従って構成された粉塵検出装置の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１を参照して説明すると、全体を符号２で示す粉塵検出装置は、時間差をつけて少なくとも３種類のパルス光を照射する光源４と、光源４から照射された少なくとも３種類のパルス光で照らされた粉塵Ｄを撮像する撮像手段６と、撮像手段６が撮像した画像を表示する表示手段８とを備える。

プロジェクタ等から構成され得る光源４は、時間差をつけて少なくとも３種類のパルス光を１種類ずつ照射する。図示の実施形態の光源４は、赤・青・緑の３種類（３色）のパルス光を順番に、それぞれ適宜の繰り返し周波数（たとえば１２０Ｈｚ程度）で照射するようになっている。また、光源４から照射されるパルス光の順番は任意でよいが、図示の実施形態では赤・青・緑の順番で光源４からパルス光が照射される。なお、光源４から照射される少なくとも３種類のパルス光は、少なくとも３種類の明度から構成されていてもよい。

図１に示すとおり、図示の実施形態の撮像手段６は、Ｘ軸とＹ軸とで特定されるＸＹ平面を撮像する第一の撮像手段６ａと、Ｘ軸とＺ軸とで特定されるＸＺ平面を撮像する第二の撮像手段６ｂとを備える。なお、図示の実施形態では、光源４が照射する少なくとも３種類のパルス光の光軸をＸ軸とし、Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とし、Ｘ軸とＹ軸とに直交する軸をＺ軸とする。

第一の撮像手段６ａは、３種類のパルス光が照射される任意の領域をＺ軸方向に沿って撮像し、第二の撮像手段６ｂは、第一の撮像手段６ａが撮像する領域と同じ領域をＹ軸方向に沿って撮像するようになっている。したがって、第一の撮像手段６ａにより撮像される物体は、第一の撮像手段６ａの撮像角度とは異なる撮像角度で第二の撮像手段６ｂにより撮像される。

第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂのそれぞれの露光時間は、光源４から照射される３種類のパルス光のそれぞれの繰り返し周期（たとえば１／１２０秒）よりも十分長い時間に設定されている。このため、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂの撮像領域に粉塵Ｄが浮遊していると、光源４から照射された３種類のパルス光が粉塵Ｄによって順次散乱し、図２および図３に示すとおり、赤色部分Ｔｒ・青色部分Ｔｂ・緑色部分Ｔｇの繰り返し模様で構成される粉塵Ｄの軌跡Ｔが第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂによって撮像される。そして、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂによって撮像された画像は表示手段８に送られる。

図示の実施形態の粉塵検出装置２は、さらに、光源４に隣接して配設され光源４から照射された少なくとも３種類のパルス光を偏光する第一の偏光フィルター１０と、撮像手段６に隣接して配設され第一の偏光フィルター１０を通過したパルス光を遮蔽するように位置づけられた第二の偏光フィルター１２とを備えている。図１に示すとおり、第二の偏光フィルター１２は、第一の撮像手段６ａに隣接して配設された第一の撮像手段用フィルター１２ａと、第二の撮像手段６ｂに隣接して配設された第二の撮像手段用フィルター１２ｂとを有する。

第一および第二の撮像手段用フィルター１２ａ、１２ｂの偏光方向は、第一の偏光フィルター１０の偏光方向に対して直交している。したがって、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂの撮像領域に粉塵Ｄが存在しないと、光源４から照射され第一の偏光フィルター１０を通過したパルス光は第一および第二の撮像手段用フィルター１２ａ、１２ｂによって遮蔽され、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂに入射することがない。

一方、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂの撮像領域に粉塵Ｄが存在すると、光源４から照射され第一の偏光フィルター１０を通過したパルス光は粉塵Ｄによって散乱し、散乱したパルス光は、第一および第二の撮像手段用フィルター１２ａ、１２ｂによって遮蔽されず、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂによって粉塵Ｄの軌跡Ｔとして撮像される。また、第一および第二の偏光フィルター１０、１２が配設されている場合には、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂによって撮像される画像のコントラストが大きくなり、粉塵Ｄの軌跡Ｔがより明確に撮像される。

図示の実施形態の粉塵検出装置２は、さらに、撮像手段６が撮像した画像を記憶する記憶手段１４を備えている。第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂによって撮像された各画像は、表示手段８に表示されると共に記憶手段１４に記憶される。

上述したとおりの粉塵検出装置２によって粉塵Ｄを検出する際は、光源４から時間差をつけて３種類のパルス光を１種類ずつ順番に、それぞれ適宜の繰り返し周波数で照射する。そして、第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂの撮像領域に粉塵Ｄが浮遊していると、光源４から照射された３種類（３色）のパルス光が粉塵Ｄによって順次散乱し、図２および図３に示すとおり、赤色部分Ｔｒ・青色部分Ｔｂ・緑色部分Ｔｇの繰り返し模様で構成される粉塵Ｄの軌跡Ｔが第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂによって撮像される。

第一および第二の撮像手段６ａ、６ｂによって撮像された粉塵Ｄの軌跡Ｔの画像から、粉塵Ｄの飛散方向および粉塵Ｄの速度を求めることができる。

まず、粉塵Ｄの飛散方向について図２ないし図４を参照して説明する。上述のとおり、図示の実施形態の光源４は赤・青・緑の順番で３種類のパルス光を照射している。このため、粉塵Ｄは赤・青・緑の順番でパルス光を散乱することになる。図２を参照すると、軌跡Ｔは、図２の左上から右下に向かって赤色部分Ｔｒ・青色部分Ｔｂ・緑色部分Ｔｇの順番で繰り返し模様となっているため、ＸＹ平面上における粉塵Ｄの飛散方向は矢印Ａｘｙで示す方向である。図３を参照すると、軌跡Ｔは、図３の左下から右上に向かって赤色部分Ｔｒ・青色部分Ｔｂ・緑色部分Ｔｇの順番で繰り返し模様となっているため、ＸＺ平面上における粉塵Ｄの飛散方向は矢印Ａｘｚで示す方向である。

また、ＹＺ平面上における粉塵Ｄの飛散方向を求める際は、まず、図２および図３に示すとおり、粉塵Ｄの軌跡Ｔにおいて、緑色部分Ｔｇと赤色部分Ｔｒとの任意の境界点をＰ_１とし、Ｐ_１よりも下流側の緑色部分Ｔｇと赤色部分Ｔｒとの境界点をＰ_２とする。次いで、図２に示す画像から、Ｐ_１のＸ座標およびＹ座標（Ｘ_１、Ｙ_１）と、Ｐ_２のＸ座標およびＹ座標（Ｘ_２、Ｙ_２）とを特定する。また、図３に示す画像から、Ｐ_１のＸ座標およびＺ座標（Ｘ_１、Ｚ_１）と、Ｐ_２のＸ座標およびＺ座標（Ｘ_２、Ｚ_２）とを特定する。

次いで、図４に示すとおり、図２および図３に示す画像から特定したＰ_１のＹ座標およびＺ座標（Ｙ_１、Ｚ_１）ならびにＰ_２のＹ座標およびＺ座標（Ｙ_２、Ｚ_２）をＹＺ平面上にプロットする。そして、粉塵ＤはＰ_１からＰ_２に向かって飛散していることから、図４に矢印Ａｙｚで示す方向がＹＺ平面上における粉塵Ｄの飛散方向であると求めることができる。このようにして、粉塵Ｄを撮像した画像における３種類のパルス光の順序から粉塵Ｄの飛散方向（Ａｘｙ、Ａｘｚ、Ａｙｚ）を求めることができる。なお、Ｐ_１およびＰ_２は緑色部分Ｔｇと赤色部分Ｔｒとの境界点に限定されるものではない。

次に、撮像した画像における同じ種類のパルス光の間隔と、パルス光の繰り返し周波数とに基づいて、粉塵Ｄの速度を求めることついて図２ないし図４を参照して説明する。なお、図示の実施形態では、パルス光の繰り返し周波数が１２０Ｈｚに設定されているものとする。

まず、ＸＹ平面上での粉塵Ｄの速度Ｖｘｙについては、図２に示すとおり、Ｐ_１からＰ_２までの長さ（撮像した画像における同じ種類のパルス光の間隔）が３０ｍｍであったとすると、
Ｖｘｙ＝３０（ｍｍ）×１２０（Ｈｚ）
＝３６００（ｍｍ／ｓ）
となる。

ＸＺ平面上での粉塵Ｄの速度Ｖｘｚについては、図３に示すとおり、Ｐ_１からＰ_２までの長さが３２ｍｍであったとすると、
Ｖｘｚ＝３２（ｍｍ）×１２０（Ｈｚ）
＝３８４０（ｍｍ／ｓ）
となる。

ＹＺ平面上での粉塵Ｄの速度Ｖｙｚについては、図４に示すとおり、Ｐ_１からＰ_２までの長さが１９ｍｍであったとすると、
Ｖｙｚ＝１９（ｍｍ）×１２０（Ｈｚ）
＝２２８０（ｍｍ／ｓ）
となる。

また、Ｐ_１の座標とＰ_２の座標との関係について、三平方の定理を用いると図２ないし図４に示す画像から下記式１～式３が導き出される。
式１ （Ｘ_２－Ｘ_１）^２＋（Ｙ_２―Ｙ_１）^２＝３０^２
式２ （Ｘ_２－Ｘ_１）^２＋（Ｚ_２―Ｚ_１）^２＝３２^２
式３ （Ｙ_２―Ｙ_１）^２＋（Ｚ_２―Ｚ_１）^２＝１９^２

３次元空間でのＰ_１からＰ_２までの距離は
Ｌ＝｛（Ｘ_２－Ｘ_１）^２＋（Ｙ_２―Ｙ_１）^２＋（Ｚ_２―Ｚ_１）^２｝^１／２
であり、３次元空間での粉塵Ｄの速度Ｖは上記距離Ｌと繰り返し周波数（１２０Ｈｚ）とを用いて、
Ｖ＝Ｌ（ｍｍ）×１２０（Ｈｚ）
＝｛（Ｘ_２－Ｘ_１）^２＋（Ｙ_２―Ｙ_１）^２＋（Ｚ_２―Ｚ_１）^２｝^１／２×１２０
と表すことができる。ここで、上記式１ないし式３を用いると、
Ｖ＝｛（３０^２＋３２^２＋１９^２）／２｝^１／２×１２０
＝３３．８×１２０
＝４０５６（ｍｍ／ｓ）
となる。このようにして、粉塵Ｄを撮像した画像における同じ種類のパルス光の間隔とパルス光の繰り返し周波数とに基づいて粉塵Ｄの速度（Ｖ、Ｖｘｙ、Ｖｘｚ、Ｖｙｚ）を求めることができる。

以上のとおりであり、図示の実施形態の粉塵検出装置２においては、少なくとも３種類のパルス光で照らされた粉塵Ｄを撮像することにより、撮像した画像における少なくとも３種類のパルス光の順序から粉塵Ｄの飛散方向を特定することができると共に、パルス光の繰り返し周波数と、撮像した画像における同じ種類のパルス光の間隔とに基づいて、粉塵Ｄの速度Ｖを求めることができる。したがって、図示の実施形態の粉塵検出装置２によれば、粉塵発生源を特定することができると共に粉塵Ｄの浮遊状態を検出することができる。

２：粉塵検出装置
４：光源
６：撮像手段
６ａ：第一の撮像手段
６ｂ：第二の撮像手段
８：表示手段
１０：第一の偏光フィルター
１２：第二の偏光フィルター
１２ａ：第一の撮像手段用フィルター
１２ｂ：第二の撮像手段用フィルター
１４：記憶手段
Ｄ：粉塵

Claims (6)

1. 粉塵を検出する粉塵検出装置であって、
   時間差をつけて少なくとも３種類のパルス光を照射する光源と、該光源から照射された該少なくとも３種類のパルス光で照らされた粉塵を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像を表示する表示手段と、を備える粉塵検出装置。
2. 該少なくとも３種類のパルス光は、少なくとも３種類の色から構成される請求項１記載の粉塵検出装置。
3. 該少なくとも３種類のパルス光は、少なくとも３種類の明度から構成される請求項１記載の粉塵検出装置。
4. 該光源に隣接して配設され該光源から照射された該少なくとも３種類のパルス光を偏光する第一の偏光フィルターと、該撮像手段に隣接して配設され該第一の偏光フィルターを通過したパルス光を遮蔽するように位置づけられた第二の偏光フィルターと、を備える請求項１記載の粉塵検出装置。
5. 該撮像手段が撮像した画像を記憶する記憶手段を含む請求項１記載の粉塵検出装置。
6. 該光源が照射する該少なくとも３種類のパルス光の光軸をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とし、該Ｘ軸と該Ｙ軸とに直交する軸をＺ軸とした場合、該撮像手段は、該Ｘ軸と該Ｙ軸とで特定されるＸＹ平面を撮像する第一の撮像手段と、該Ｘ軸と該Ｚ軸とで特定されるＸＺ平面を撮像する第二の撮像手段とを備える請求項１記載の粉塵検出装置。