JP7398557B2 - レーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置及び粒子測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、粒子測定装置及び粒子測定方法に係り、さらに詳しくは、それぞれのサイズ別の粒子の測定に必要な多様なパワーのレーザーを照射するレーザーパワースキャニングを用いて、フローノズル（ｆｌｏｗ ｎｏｚｚｌｅ）や フラットトップ（ｆｌａｔ－ｔｏｐ）光学系等のような追加的な部品を使うことなく、高い精度で、サイズ範囲別の粒子の個数を測定することができるようにする。

一般に、半導体工程やＬＣＤ工程等の高度の精密性を要求する工程は、工程チャンバ内で一定のレベル以上の汚染粒子が発生すると、致命的な製品不良につながってしまうので、厳格に制限された条件で工程が行われている。

汚染管理のためには、チャンバ内部の汚染粒子の測定が要求される。汚染粒子測定方式の一つとして、光学式測定装置を用いて、リアルタイムで、特定のチャンバに対する粒子分布状態が測定され得る。

光学式粒子測定装置は、レーザーが粒子にぶつかるときに発生する散乱光の強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）をサイズに変換する原理を用いる。

粒子サイズが小さいほど、散乱光の強度が小さく、ミー散乱（ｍｉｅ ｔｈｅｏｒｙ）を通じて計算可能である。散乱光の強度は、入射光の強度に比例するので、小さなサイズの粒子を測定するためには、入射光の強度が強くなければならない。

このため、小さなサイズの粒子を測定するためには、必然的にレーザーを集束（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）させなければならない。

図１は、レーザー光源１１から発生した入射光１２が多くの光学部品を経てフローチャンネル１５に集束されることを示す。ここで、フローチャンネル１５は、測定対象粒子が存在する空間である。

下記の数学式を参照すると、ミー散乱を用いた正確な粒子サイズの測定のためには、入射光の強度（Ｉ_О）が一定（ｃｏｎｓｔａｎｔ）でなければならない。

数学式

ここで、Ｉ_ｓｃａｔは、散乱光の強度、Ｒは、散乱光の発生地点から検出器までの距離、
は、粒子サイズに対する関数である。

このとき、集束された入射光のどの位置を粒子が通過するかにより、同じサイズの粒子に対する散乱光の強度が異なってくる。

光の断面２１がｒ軸方向に対して均一でないからである。このため、散乱光を粒子サイズに変換すると、同じ粒子を測定しても、異なるサイズと認識されることがあり、光学式の粒子測定装置は、正確なサイズを測定することができなくなる。

粒子サイズの測定に関する精度の問題を解決するために、従来は、次のような技術を用いている。

まず、図２に示すように、フローノズルを用いて、粒子を入射光の特定位置を通過させる方法を用いることができる。

この方法を用いると、粒子が入射光の指定された位置のみを通過するので、入射光の強度が一定になり、正確なサイズを測定することが可能である。

現在、汚染粒子測定器の大部分がこの方法を採用している。しかしながら、この方法は、常圧（大気圧）条件では、使用が可能であるが、真空工程のように圧力変化に敏感な工程では使用し難い。特に、工程条件に影響を与えるので、半導体産業現場等では、使用が不可能である。

また、フローノズルを作る追加的な費用が必要であり、フローノズルが粒子により詰まる現象も発生するので、管理に難しさを伴う。

また他の方法として、図３に示すように、大韓民国登録特許１０-１８５７９５０号の「高精度リアルタイムの微細粒子のサイズ及び個数の測定装置」には、 フラットトップ１７モジュールを用いて、光の強度を均一にすることにより、さらに正確な粒子サイズの測定ができるようにする技術が開示されている。

すなわち、大韓民国登録特許１０－１８５７９５０号は、入射光の強度変化によるサイズ測定の精度の問題を解決するために、光の断面２２である入射光１２のｒ軸方向の強度を均一にする方法を用いる。

入射光を均一にする光学系（レンズ）を構成すると、入射光のｒ軸方向の強度を均一にすることができ、粒子がどの位置を通過しても、散乱光のサイズは変わらない。

しかしながら、この方式が適用された粒子測定装置は、光学系の構成が極めて重要であるが、非球面光学系等を用いられなければならないので、製作費用が幾何級数的に増加し、集束された光の強度が一般的な集束光よりも弱いので、ナノサイズの粒子測定が不可能であるという問題があった。

ここに、本発明は、上記した問題を解決するために導き出されたものであって、それぞれのサイズ別の粒子測定に必要な多くのパワーのレーザーを照射するレーザーパワースキャニングを用いて、高い精度で、サイズ範囲別の粒子の個数を測定することができる、高精度光学式の粒子測定装置を提供することにその目的がある。

本発明のまた別の目的は、レーザーパワースキャニングを用いて、高い精度で、サイズ範囲別の粒子の個数を測定することができる、高精度光学式の粒子測定方法を提供することである。

上記のような目的を達成するために、本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置は、複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍ）にそれぞれ対応して、当該サイズ以上の粒子のみを測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射する光照射部と、前記光照射部から照射されたレーザーが、前記粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して、粒子のサイズ別の個数を測定する測定部と、を含む。このとき、前記測定部は、前記それぞれのレーザー照射により測定された粒子の個数を用いて、特定区間に属する粒子の個数を算出するように構成される。

前記光照射部は、前記互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応する最小パワーのレーザーを連続して照射し続けてもよい。

前記光照射部は、前記互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応するレーザーを、パワーが小さいものから順次に照射してもよい。

前記特定区間に属する粒子の個数は、測定される粒子の個数と照射されるレーザーパワーの比例関係を用いて、アルゴリズムにより算出されてもよい。

前記測定部は、「ｎｉ＝ｎｉ［Ｐ１］＋ｎｉ［Ｐ２］＋…＋ｎｉ［Ｐｋ］」の式により、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定してもよい。

ここで、ｎｉが、算出しようとするサイズ範囲Ａｉ（Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１））の粒子の個数、Ｐｋが、サイズＲｋの粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子個数、Ｎ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数である。

また、
ｎｉ［Ｐｋ］＝０、（ｉ＜ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝ｎｉ［Ｐｋ］、（ｉ＝ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝（Ｐｉ／Ｐｋ）× ｎｉ［Ｐｉ］、（ｉ＞ｋ）である。

本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法の一実施形態は、まず、複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、 …、Ｒｍ）にそれぞれ対応して、光照射部が、当該サイズ以上の粒子のみを測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射する第１ステップと、測定部が前記粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して、粒子の個数を測定する第２ステップと、を行う。

また、前記測定部が前記第１ステップ及び第２ステップを通じて測定された粒子の個数を用いて、特定区間に属する粒子の個数を算出するように構成される。

本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法のまた他の実施形態は、複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、 …、Ｒｍ）にそれぞれ対応して測定された粒子個数実測値を入力される入力ステップ－前記粒子個数実測値は、前記それぞれのサイズに対応して、それ以上の粒子のみを測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射し、前記粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して測定した粒子の個数である－と、前記入力された粒子個数実測値を用いて、特定区間に属する粒子の個数を算出する算出ステップと、を含んでなる。

ここで、前記算出ステップは、「ｎｉ＝ｎｉ［Ｐ１］＋ｎｉ［Ｐ２］＋…＋ｎｉ［Ｐｋ］」の式により、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定してもよい。

このとき、ｎｉは、算出しようとするサイズ範囲Ａｉ（Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１））の粒子の個数、Ｐｋは、サイズＲｋの粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子の個数、Ｎ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数である。

また、
ｎｉ［Ｐｋ］＝０、（ｉ＜ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝ｎｉ［Ｐｋ］、（ｉ＝ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝（Ｐｉ／Ｐｋ）× ｎｉ［Ｐｉ］、（ｉ＞ｋ）である。

本発明によれば、それぞれのサイズ別の粒子測定に必要なパワーのレーザーを順番に照射するレーザーパワースキャニングを用いて、高い精度で、サイズ範囲別の粒子の個数を測定することができる。

フローノズルやフラットトップ光学系等のような追加的な部品を使わないので、粒子測定装置の開発費用を節減することができ、常圧（大気圧）や真空環境にかかわらず使用可能である。

アルゴリズムを用いて、精度が向上した粒子測定装置を開発することができ、既存の装置に対するアルゴリズムのアップグレードを通じて、精度を改善することもできる。

光の集束を用いて粒子を測定することを説明する例である。 粒子の測定にフローノズルを使う例である。 光のｒ方向の強度を均一にする方式の例である。 本発明による高精度光学式の粒子測定装置の一実施形態である。 粒子サイズ別に異なるパワーのレーザーが用いられることを説明する例である。 本発明による高精度光学式の粒子測定方法の一実施形態である。 パワーが小さなレーザーから順番に照射されることを説明する例である。 本発明による高精度光学式の粒子測定方法の他の実施形態である。 測定される粒子個数とレーザーパワーの関係を示す例である。

本発明は、様々な変換を加えてもよく、様々な実施形態を有してもよいので、特定の実施形態を図面に例示し、詳細な説明において詳述しようとする。しかしながら、これは、本発明を、特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。

本発明の実施形態を説明するにあたって、関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明確にする虞があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

本発明において用いられる用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈からみて、明らかに異なる意味を有さない限り、複数の表現を含む。

本説明において、「含む」または「備える」のような用語は、明細書に記載の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品、またはこれらの組合せの存在または付加の可能性を予め排除するものではないと理解されなければならない。

また、第１、第２等の用語は、多様な構成要素を説明するために用いられるが、上記した構成要素は、上記した用語により限定されてはならない。上記した用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられる。

図４を参照すると、本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置１００は、粒子測定空間４０に、互いに異なるサイズを有する２つ以上のパワーで、レーザーを照射可能な光照射部１１０と、光照射部１１０から照射されたレーザーが、粒子測定空間４０の粒子３０から散乱された光を検出して、粒子の個数を測定する測定部１２０と、を含んでなる。

光照射部１１０から照射するレーザーのパワーは、複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍ）にそれぞれ対応して設定されるものであって、それぞれのサイズ以上の粒子を測定可能な最小限のパワーを意味する。

すなわち、さらに小さなサイズの粒子を測定するためには、さらに大きなパワーのレーザーを照射しなければならず、さらに大きなサイズの粒子を測定するためには、さらに小さなパワーのレーザーを照射してもよい。具体的な例として、直径が５００ｎｍ以上の粒子を測定するための最小のレーザーパワーが１００Ｗであるとき、直径が７００ｎｍ以上の粒子を測定するための最小のレーザーパワーは、８０Ｗであれば十分である。

それぞれのレーザーのパワーに対応する複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍ）は、粒子の個数を測定しようとするサイズ範囲の下限を意味してもよい。

図５に示すように、サイズがＲ１である粒子の測定のために必要な最小限のレーザーパワーがＰ１、サイズがＲ２である粒子の測定のために必要な最小限のレーザーパワーがＰ２、こういうふうに、サイズがＲｍである粒子の測定のために必要な最小限のレーザーパワーがＰｍと仮定して説明する。

ここで、Ｒの添え字数字は、大きくなるほど大きな粒子サイズを示す。このため、Ｐの添え字数字は、大きくなるほど小さなレーザーパワーを意味するようになる。

光照射部１１０は、互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応して、当該サイズ以上の粒子を測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間順番に照射する。それぞれのパワーのレーザーを照射する一定の時間は、必要に応じて、多様に構成されてもよく、特に制限されない。例えば、それぞれのパワーのレーザーを１０秒ずつ照射してもよい。

光照射部１１０は、互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応するパワーのレーザーを連続的に照射し続けてもよい。

また、光照射部１１０は、互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応するパワーのレーザーを照射するとき、パワーが小さいものから、順次に照射することができる。すなわち、図５に示す例では、ＰｍからＰ１まで順次に照射するようになる。

また、測定部１２０は、光照射部１１０から照射されたレーザーが、粒子測定空間に存在する粒子から散乱された光を検出して、粒子のサイズ別の個数を測定する。

測定部１２０が粒子の個数を分けて算出するサイズの範囲は、多様に構成されてもよい。

特に、測定部１２０は、それぞれのレーザー照射により測定された粒子の個数を用いて、互いに異なる粒子サイズの隣接した２つのサイズ間の区間に属する粒子の個数を算出するように構成されてもよい。

例えば、測定部１２０が粒子の個数を分けて算出するサイズ範囲をＡｉとすると、それぞれの粒子のサイズＲｉに対して、少なくとも「Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１）」を含むように構成されてもよい。

上記において、直径が５００ｎｍ以上の粒子を測定するための最小のレーザーパワーを１００Ｗ、直径が７００ｎｍ以上の粒子を測定するための最小のレーザーパワーを８０Ｗと仮定した例を参照すると、測定部１２０は、サイズが５００ｎｍ以上７００ｎｍ未満、また７００ｎｍ以上である粒子の個数を算出することができる。

８０Ｗパワーのレーザーを照射して測定された粒子の個数は、直径が７００ｎｍ以上である粒子の個数であり、１００Ｗパワーのレーザーを照射して測定された粒子の個数は、直径が５００ｎｍ以上である粒子の個数であるので、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である粒子の個数は、この情報を用いて、合理的に算出しなければならない。

このための方法は、多様に構成されてもよい。一つの例として、それぞれの区間に属する粒子の個数は、測定される粒子の個数と照射されるレーザーパワーの比例関係を用いてアルゴリズムにより算出されてもよい。

図９は、測定される粒子個数とレーザーパワーの関係を示すグラフの例であって、粒子のサイズがそれぞれ５００ｎｍと７００ｎｍである粒子の個数を、レーザーパワーを変更させながら測定した実験結果である。この実験グラフが示すように、測定される粒子の個数は、レーザーパワーに比例する。

上記で説明した例を用いて、それぞれのサイズ範囲に属する粒子の個数を算出する方式について検討する。

入射光の強度が一定値以上にならないと、測定部１２０で測定可能なレベルの散乱光が粒子の散乱から発生せず、直径が５００ｎｍ以上の粒子を測定するための最小のレーザーパワーが１００Ｗ、直径が７００ｎｍ以上の粒子を測定するための最小のレーザーパワーは８０Ｗと仮定する。

あるサイズの粒子を測定するために必要な最小限のパワーとは、感知可能なレベルの散乱光が発生するレーザーパワーを言うので、上記した例において、８０Ｗパワーのレーザーが照射されたときは、直径が７００ｎｍ未満の粒子からは散乱光が発生しても、感知できないレベルであるので、ノイズに埋もれるようになる。

まず、８０Ｗのレーザーパワーを用いて、一定の時間（例：１０秒）の間、粒子を測定する。すると、測定される信号は、直径７００ｎｍ以上のサイズの粒子で発生したものであるので、測定される信号を全部７００ｎｍサイズ以上の粒子の個数として計数する。

次いで、１００Ｗのレーザーパワーを用いて、１０秒間、粒子を測定する。すると、測定される信号は、直径５００ｎｍ以上のサイズの粒子で発生したものであるので、測定される信号を全部５００ｎｍサイズ以上の粒子の個数として計数する。

ここで、１００Ｗのレーザーパワーを用いた粒子測定過程は、８０Ｗのレーザーパワーを用いた粒子測定過程に続けてすぐに行われる。

８０Ｗレーザーパワーを用いて１０秒間測定された粒子の個数が１，０００個と仮定し、次の１０秒間、１００Ｗレーザーパワーを用いて測定された粒子の個数が２，０００個と仮定する。

１０秒間、８０Ｗレーザーパワーを用いて測定された粒子の個数が１，０００個であるとき、測定されたサイズ範囲別の粒子の個数は、「５００～７００ｎｍ」のサイズ範囲の粒子は０個であり、７００ｎｍ以上の粒子が１，０００個と判断することができる。７００ｎｍ未満のサイズの粒子は、測定されない。

次の１０秒間、１００Ｗレーザーパワーを用いて測定された粒子の個数が２，０００個であるとき、測定されたサイズ範囲別の粒子の個数は、レーザーパワーと比例関係にあるという仮定下で算出されてもよい。

すなわち、８０Ｗで測定された７００ｎｍサイズ以上の粒子の個数を用いてもよい。

すると、１００Ｗパワーのレーザーにより測定された７００ｎｍ以上のサイズの粒子の個数は、下記の数学式１のように算出されてもよい。

したがって、５００ｎｍ以上のサイズの粒子に対する総個数（２，０００個）は、５００～７００ｎｍサイズの粒子の個数が７５０個（２，０００～１，２５０）であり、７００ｎｍ以上の粒子の個数が１，２５０個であると算出されてもよい。

合計２０秒間測定された粒子のサイズ範囲による個数をまとめると、
５００～７００ｎｍサイズの粒子の個数：７５０個
７００ｎｍ以上である粒子の個数：２，２５０個である。

上記した例において、レーザーパワーを２回調節すると、粒子のサイズ範囲が２つに分けられることがわかる。このように、レーザーパワーをｍ回調節すると、粒子サイズの範囲をｍ個に分けて把握することができる。

測定部１２０がサイズ範囲別に粒子の個数を算出する具体的な実施形態は、下記の数学式２により算出される。

ここで、ｎｉは、算出しようとする値であって、それぞれのサイズ範囲Ａｉ（Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１））に属する粒子の個数、Ｐｋは、サイズＲｋの粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子の個数、Ｎ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数である。

また、ｎｉ［Ｐｋ］＝０、（ｉ＜ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝ｎｉ［Ｐｋ］、（ｉ＝ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝（Ｐｉ／Ｐｋ）× ｎｉ［Ｐｉ］、（ｉ＞ｋ）である。

数学式２を、上記で説明した８０Ｗと１００Ｗのレーザーを照射する例に適用すると、ｎ１（５００～７００ｎｍのサイズ範囲に属する粒子の個数）及びｎ２（７００ｎｍ以上の粒子の個数）は、下記の数学式３の通りである。

ここで、ｎ１［Ｐ２］＝０であり、
ｎ２［Ｐ１］＝（１００／８０）× １，０００＝１，２５０であり、
ｎ１［Ｐ１］＝２，０００－１，２５０＝７５０（ｎ１［Ｐ１］＋ｎ２［Ｐ１］＝２，０００であるので）であり、
ｎ２［Ｐ２］＝１，０００（ｎ１［Ｐ２］＋ｎ２［Ｐ２］＝１，０００であるので）である。

すなわち、上記で計算したように、ｎ１（５００～７００ｎｍのサイズ範囲の粒子の個数）は７５０個、ｎ２（７００ｎｍ以上の粒子の個数）は２，２５０個と算出されることがわかる。

図６を参照して、本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法の第１実施形態を説明する。

本発明による粒子測定方法は、上記で説明した粒子測定装置１００を用いて、それぞれのサイズ範囲別の粒子の個数を測定する方法である。

まず、複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍ）にそれぞれ対応して（Ｓ２１１、Ｓ２１５、Ｓ２１6）、光照射部１１０が当該サイズ以上の粒子のみを測定可能な最小パワーＰｉのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射するステップ（Ｓ２１２）と、測定部１２０が粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して、粒子の個数を測定するステップ（Ｓ２１３）と、を行う。

ステップＳ２１２及びステップＳ２１３は、それぞれのパワーのレーザー照射が行われる一定時間の間行われる（Ｓ２１４）。

ステップＳ２１２において、光照射部１１０は、互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応するパワーのレーザーを連続的に照射し続けてもよく、パワーが小さいものから順次に照射してもよい。

測定部１２０は、互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍ）に対して、ステップＳ２１２及びステップＳ２１３が全て進行されてから、それぞれのレーザー照射により測定された粒子の個数を用いて、それぞれのサイズ範囲に属する粒子の個数を算出する（Ｓ２１７）。

このとき、測定部１２０が粒子の個数を分けて算出するサイズ範囲は、多様に構成されてもよい。

例えば、それぞれのレーザー照射により測定された粒子の個数を用いて、レーザー照射と関連するそれぞれの粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍ）の隣接した２つのサイズ間の区間に属する粒子の個数を算出するように構成されてもよい。すなわち、測定部１２０が粒子の個数を分けて算出するサイズ範囲Ａｉは、それぞれのＲｉに対して、少なくとも「Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１）」を含むように構成されてもよい。

特に、それぞれの区間に属する粒子の個数は、測定される粒子の個数と照射されるレーザーパワーの比例関係を用いて、アルゴリズムにより算出されてもよい。

測定部１２０が、サイズ範囲別に粒子の個数を算出する一般的な方式は、上記した数学式２による説明に従って行われてもよい。

以下では、３００～１，０００ｎｍのサイズを有する粒子に対して、３つの粒子のサイズ範囲に属する粒子の個数を算出する具体的な例を説明する。

表１を参照すると、ｎｉは、それぞれのサイズ範囲Ａｉに属する粒子の個数として求めようとする値、Ｐｋは、サイズ範囲Ａｉの最小のサイズ粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子の個数、Ｎ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数である。

図７及び図５を参照すると、レーザーは、パワーが小さいものから実行されるので、粒子個数の測定が始まることにより、パワーＰ３のレーザーから始めてパワーＰ１のレーザーまで順次に照射が行われる。

このため、表１において、レーザーが照射され、粒子の個数が測定される順序は、添え字の順序（行の順序）とは反対である。

それぞれのパワーのレーザーが照射される間は、測定部１２０による粒子個数の測定が行われる。

求めようとする値であるｎｉ値は、以下の数学式４のように表現される

ここで、下記の数学式５のように、それぞれの変数を変換してもよい。

すなわち、数学式５の変換式（１）において、「ｉ＜ｋ」は、当該サイズ範囲に属する最小サイズの粒子も測定できない小さなパワーのレーザーが照射される条件であるので、当該サイズ範囲の粒子は測定することができないことを示す。例えば、ｎ１［Ｐ２］＝０となる。

この変換式（１）を用いると、前記数学式４は、下記の数学式６のようになる。

数学式５の変換式（３）において、「ｉ＞ｋ」の条件であるときは、レーザーパワーに関する比例式を用いて、当該サイズ範囲の粒子の個数を算出することができる。この条件に属するｎｉ［Ｐｋ］値の例を挙げれば、ｎ３［Ｐ２］がある。

数学式５の変換式（３）を用いると、下記の数学式７のようになる。

これにより、それぞれのサイズ範囲Ａｉに属する粒子の個数であるｎｉ値を求めるための基本式が完成された。

前記数学式７は、ｎｉ値を求めるための理論的な式であって、それぞれのパワーにおけるｎｉ［Ｐｉ］値を求めなければならない。このような値の例としては、ｎ１［Ｐ１］、ｎ２［Ｐ２］が挙げられ、この値は、実際の測定過程を通じて求めることができる。

前記数学式８において、Ｎ［Ｐｋ］の値は、実際の測定において、Ｐｋパワーで測定を行ったときに測定された総粒子個数であり、サイズ範囲Ａｉと関係のないＰｋに対する値である。

数学式５の変換式（１）を用いると、前記数学式８は、下記の数学式９のように表現される。

また、変換式（３）を用いると、下記の数学式１０で表現される。

このとき、Ｎ［Ｐ１］、Ｎ［Ｐ２］、Ｎ［Ｐ３］はいずれも、測定において観測される値である。

したがって、数学式７及び数学式１０を活用すると、ｎ１， ｎ２， ｎ３を、下記の数学式１１のように、Ｎ［Ｐ１］、Ｎ［Ｐ２］、Ｎ［Ｐ３］の関数に変換することができる。

一方、本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法の第２実施形態は、コンピュータ装置が、粒子の個数に関する実測値に基づき、それぞれのサイズ範囲に属する粒子の個数を正確に算出する方法に関する。

図８を参照すると、本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法の第２実施形態は、入力ステップ（Ｓ２３１）及び算出ステップ（Ｓ２３２）を含んでなり、コンピュータ装置で実行されてもよい。

ここで、コンピュータ装置とは、多様な種類の装置であってもよい。例えば、本発明による粒子測定装置１００の測定部１１０、または測定部１１０と連動してデジタルデータを授受ことができるまた他のコンピュータ装置を意味してもよい。

後者の例としては、多様なユーザーインターフェース（ＵＩ：Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面を提供するとともに、使用者の命令により、粒子の測定と関連した多様な機能を提供する管理者コンピュータ装置が挙げられる。

入力ステップ（Ｓ２３１）は、複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍ）にそれぞれ対応して測定された粒子個数実測値を入力される。

ここで、粒子個数実測値とは、それぞれのサイズ以上の粒子を測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射したとき、粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して実測した粒子の個数である。

入力ステップ（Ｓ２３１）における粒子個数実測値の入力は、リアルタイムで行われてもよく、予め入力されてもよい。

また、算出ステップ（Ｓ２３２）は、入力ステップ（Ｓ２３１）を介して入力された粒子個数実測値を用いて、前記数学式２を参照して説明したように、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定することができる。

すなわち、ｎｉが、算出しようとする値として、それぞれのサイズ範囲Ａｉ（Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１））に属する粒子の個数、Ｐｋは、サイズＲｋの粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したとき、測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子の個数、Ｎ［Ｐｋ］は、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数であるとき、
ｎｉ＝ｎｉ［Ｐ１］＋ｎｉ［Ｐ２］＋…＋ｎｉ［Ｐｋ］、
ｎｉ［Ｐｋ］＝０、（ｉ＜ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝ｎｉ［Ｐｋ］、（ｉ＝ｋ）、
ｎｉ［Ｐｋ］＝（Ｐｉ／Ｐｋ）× ｎｉ［Ｐｉ］、（ｉ＞ｋ）
等の関係を用いて、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定することができる。

また、算出ステップ（Ｓ２３２）は、必要に応じて、上記で説明した、それぞれの方式を用いて、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定することができ、重複する説明は、省略する。

本発明によるレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法の第２実施形態は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体にコンピュータで読み取り可能なコードで実現されてもよい。

このとき、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムにより読み取り可能なデータが保存される全ての種類の記録装置を含む。

例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ保存装置等があり、また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式でコンピュータで読み取り可能なコードが保存されて実行されてもよい。

以上、本発明を、特定の好適な実施形態に関連して図示して説明したが、以下の特許請求の範囲により定められる本発明の技術的特徴や分野を逸脱しない範囲内で、本発明が様々に改造及び変化され得ることは、当業界における通常の知識を有する者にとって明らかである。

３０ 粒子
４０ 粒子測定空間
１００ 粒子測定装置
１１０ 光照射部
１２０ 測定部

Claims (13)

1. 複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、...、Ｒｍ）にそれぞれ対応して、当該サイズ以上の粒子のみを測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射する光照射部と、
   前記光照射部から照射されたレーザーが、前記粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して、粒子のサイズ別の個数を測定する測定部と、を含み、
   前記光照射部が前記異なる粒子サイズにそれぞれ対応して照射するレーザーのパワーは異なり、
   前記光照射部は、前記異なる粒子サイズにそれぞれ対応するレーザーをパワーの順番に照射し、
   前記測定部は、各パワーのレーザー照射により測定された粒子の個数を用いて、粒子サイズの特定区間に属する粒子の個数を算出する、レーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置。
2. 前記光照射部は、前記互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応する最小パワーのレーザーを連続して照射し続けることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置。
3. 前記光照射部は、前記互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応するレーザーを、パワーが小さいものから順次に照射することを特徴とする、請求項２に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置。
4. 前記特定区間に属する粒子の個数は、測定される粒子の個数と照射されるレーザーパワーの比例関係を用いて、アルゴリズムにより算出されることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置。
5. 前記測定部は、
   ｎｉが、算出しようとするサイズ範囲Ａｉ（Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１））の粒子の個数、Ｐｋが、サイズＲｋの粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子の個数、Ｎ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数であるとするとき、
   ｎｉ＝ｎｉ［Ｐ１］＋ｎｉ［Ｐ２］＋...＋ｎｉ［Ｐｋ］の式により、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定するが、
   ここで、
   ｎｉ［Ｐｋ］＝０、（ｉ＜ｋ）、
   ｎｉ［Ｐｋ］＝ｎｉ［Ｐｋ］、（ｉ＝ｋ）、
   ｎｉ［Ｐｋ］＝（Ｐｉ／Ｐｋ）× ｎｉ［Ｐｉ］、（ｉ＞ｋ）であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定装置。
6. 複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、 ...、Ｒｍ）にそれぞれ対応して、光照射部が、当該サイズ以上の粒子のみを測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射する第１ステップと、測定部が前記粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して、粒子の個数を測定する第２ステップと、を行い、
   前記第１ステップにおいて、前記光照射部が前記異なる粒子サイズにそれぞれ対応して照射するレーザーのパワーは異なり、
   前記第２ステップにおいて、前記測定部は、各パワーのレーザー照射に対応してそれぞれの粒子サイズの粒子の個数を測定し、
   前記測定部が前記第１ステップ及び第２ステップを通じて測定された粒子の個数を用いて、粒子サイズの特定区間に属する粒子の個数を算出する、レーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法。
7. 前記第１ステップ及び第２ステップは、前記互いに異なる粒子サイズにそれぞれ対応するパワーのレーザーに対して連続して行われ続けることを特徴とする、請求項６に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法。
8. 前記第１ステップにおけるレーザー照射は、パワーが小さいものから行われることを特徴とする、請求項７に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法。
9. 前記特定区間に属する粒子の個数は、測定される粒子の個数と照射されるレーザーパワーの比例関係を用いて、アルゴリズムにより算出されることを特徴とする、請求項６に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法。
10. 前記測定部は、
    ｎｉが、算出しようとするサイズ範囲Ａｉ（Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１））の粒子の個数、Ｐｋが、サイズＲｋの粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子の個数、Ｎ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数であるとするとき、
    ｎｉ＝ｎｉ［Ｐ１］＋ｎｉ［Ｐ２］＋...＋ｎｉ［Ｐｋ］の式により、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定するが、
    ここで、
    ｎｉ［Ｐｋ］＝０、（ｉ＜ｋ）、
    ｎｉ［Ｐｋ］＝ｎｉ［Ｐｋ］、（ｉ＝ｋ）、
    ｎｉ［Ｐｋ］＝（Ｐｉ／Ｐｋ）× ｎｉ［Ｐｉ］、（ｉ＞ｋ）であることを特徴とする、請求項６に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法。
11. 複数個の互いに異なる粒子サイズ（Ｒ１、Ｒ２、 ...、Ｒｍ）にそれぞれ対応して測定された粒子個数実測値を入力される入力ステップ－前記粒子個数実測値は、前記それぞれのサイズに対応して、それ以上の粒子のみを測定可能な最小パワーのレーザーを、粒子測定空間に一定の時間の間照射し、前記粒子測定空間の粒子から散乱された光を検出して測定した粒子の個数であるステップと、
    前記入力された粒子個数実測値を用いて、粒子サイズの特定区間に属する粒子の個数を算出する算出ステップと、を含み、
    前記異なる粒子サイズにそれぞれ対応して照射するレーザーのパワーは異なり、
    前記粒子個数実測値は、各パワーのレーザー照射に対応してそれぞれ測定された粒子の個数であり、
    前記算出ステップは、
    ｎｉが、算出しようとするサイズ範囲Ａｉ（Ｒｉ≦Ａｉ＜Ｒ（ｉ+１））の粒子の個数、Ｐｋが、サイズＲｋの粒子を測定可能な最小のレーザーパワー、ｎｉ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定されるサイズ範囲Ａｉの粒子の個数、Ｎ［Ｐｋ］が、Ｐｋのパワーを有するレーザーを照射したときに測定された粒子の総個数であるとするとき、
    ｎｉ＝ｎｉ［Ｐ１］＋ｎｉ［Ｐ２］＋...＋ｎｉ［Ｐｋ］の式により、それぞれのサイズ範囲の粒子の個数を測定するが、
    ｎｉ［Ｐｋ］＝０、（ｉ＜ｋ）、
    ｎｉ［Ｐｋ］＝ｎｉ［Ｐｋ］、（ｉ＝ｋ）、
    ｎｉ［Ｐｋ］＝（Ｐｉ／Ｐｋ）× ｎｉ［Ｐｉ］、（ｉ＞ｋ）であることを特徴とする、レーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法。
12. 前記入力ステップ及び算出ステップは、前記請求項１に記載の測定部、または測定部と連動するコンピュータ装置で実行されることを特徴とする、請求項１１に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法。
13. 請求項１１または請求項１２に記載のレーザーパワースキャニングを用いた高精度光学式の粒子測定方法を、コンピュータで実行するためのプログラムが記録された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。