JPH01245131A - 微粒子検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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方式に関し、詳細にはレーザ光源
としてパルスビームを使用する方式に関するものである
。

［従来の技術］　　　パ １４導体製造工場においてはクリーンルームが設けられ
て、塵埃などの微粒子による半導体製品の汚染が防止さ
れている。クリーンルーム内のエアの清浄度は微粒子検
出器により常に計測して管理される。

第４図は、レーザビームによる微粒子検出器の検出光学
部を示すもので、微粒子を含むサンプルエアＡは、ノズ
ル部１の中心に設けられたノズル１ａより検出セル２内
に噴射されて排気管３より排出される。これに対して、
レーザ光源４よりのレーザビームは、投光レンズ５によ
り集束されてサンプルエアと直角に交差し、ここで微粒
子によりレーザビームが散乱する。散乱光はサンプルエ
アとレーザビームに対してそれぞれ直角の側方に設けら
れている受光レンズ６により集光されて受光素子７に入
力する。散乱光は微粒子毎に発生し、受光素子より微粒
子の大きさに対応した大きさの検出信号が出力される。

なお、検出セル内のサンプルエアの流れが乱流となると
計測誤差を生ずるので、ノズル１ａの外周に同心円のノ
ズル１ｂを設け、これよりクリーンエアＣを噴射してサ
ンプルエアを包むシースを形成して層流とされ、クリー
ンエアはサンプルエアとともに排出されるものである。

半導体の集積密度が向上するに伴ってクリーンルーム内
の微粒−ｒに対する許容敏は、個数、大きさ（粒径）と
もにますますシビャに制約されており、これに対応して
微粒子検出器の性能も高度のものが必要とされている。

ます、個数に対しては、これが極めて小数であるので多
電のサンプルエアを吸入して計測することが必要である
。また粒径に対しては、従来より以上の検出性能を必要
とする。微粒子検出器の粒径に対する検出信号は、他の
条件を同一とするときレーザビームの強度に比例する。

従って、強度の大きいレーザ光源を使用することが望ま
しい。このために、レーザビームをレンズにより細く絞
って強度を大きくする方法があるが、サンプルエアとの
交差範囲が狭くなり、流量が大きくとれない。また、光
源に人出力のガスレーザ管を使用することも有効である
が、計測器として不便であるので実際１−では小出力管
に限定されている。さらに最近では小型の利点があるた
めに、゛ト導体し−ザ素了を使用されておりこれらは出
力は高々１０ｍｗ以下で、検出される微粒子の粒径は０
．５μｍが限度である。

［解決しようとする課題］ 以上におけるガスレーザ管または宇導体レーザは連続発
振によるものであるが、これに対して半導体レーザには
パルス発振のものがある。パルス発振によるときは、連
続発振に比較して遥かに大きい強度のレーザビームをう
ることができるので、これにより検出可能な微粒子の粒
径をさらに小さクシ、同時にサンプルエアの流量を増加
することが可能と考えられる。

この発明は、パルス発振形式の半導体レーザの高出力に
着目し、検出する微粒子の粒径、サンプルエアの流量を
ともに飛躍的に向上した微粒子検出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、微粒子を含むサンプルエアをノズルより検
出セル内に噴射し、噴射されたサンプルエアに対してレ
ーザ光源より直角方向にレーザビームを照射し、微粒子
によるレーザビームの散乱光を、サンプルエアおよびレ
ーザビームに対してそれぞれ直角の側方に設けられた受
光器により受光して微粒子を検出する微粒子−検出器に
おける検出方式であって、レーザ光源をパルスレーザと
し、サンプルエアとレーザビームの交差箇所に、受光に
設けた方形のスリットによりサンプルエアに対する微粒
子の検出領域を設定し、この検出領域を通過スるサンプ
ルエアのすべての部分に対して重複またはギャップを生
ずることなく、パルスレーザをただ１回づつ照射するも
のである。

上記の１実施態様として、レーザ光源の発振するパルス
間隔は、流量センサにより検出されたサンプルエアの流
量より流速を求め、流速により、サンプルエアの任意の
部分が検出領域を通過するに茨する時間幅に等しくなる
ように制御される。

上記の他の実施態様として、レーザ光源の発振するパル
ス間隔を一定とし、流量センサにより検出されたサンプ
ルエアの流電を流量制御弁にフィードバックして、サン
プルエアの任意の部分が検出領域を通過する時間幅がパ
ルス間隔と等しくなるように流にを制御するものである
。

［作用コ 以上の構成によるこの発明の微粒子検出方式においては
、レーザ光源としてパルス発振のものを使用するので、
連続発振に比較して遥かに大きい強度として粒径に対す
る検出能力が増加する。この場合、照射するレーザビー
ムのパルス間隔は、各微粒子に対してただ１回のみ照射
することが是非とも必要である。もしこれが適切でなく
、２回またはそれ以上照射するときは、その微粒子は照
射回数だけ重複して検出され、また反対に照射されない
微粒子があるときは、ミスカウントとなりいずれも計測
エラーとなる。このような計測エラーを避けるために、
サンプルエアとレーザビームの交差箇所に一定の検出領
域を設定し、これを通過するサンプルエアに対して、重
複またはギャップが生ずることなくサンプルエアのすべ
ての部分に対してただ１回のみ照射するようなパルス間
隔とするものである。

上記において、流量センサにより検出されたサンプルエ
アの流量より流速を求め、流速により、サンプルエアの
任意の部分が検出領域を通過する時間幅と等しくなるよ
うにパルス間隔を制御するか、または、パルス間隔を一
定として、流量センサの検出した流量を流量制御弁にフ
ィードバックして流１誹を制御して、サンプルエアのす
べての部分がただ１回のみ照射されるもので、これらの
いずれかにより個数に対する計測エラーの発生が防市さ
れるものである。

［実施例］ 第１図（ａ）、（ｂ）および（ｅ）は、この発明による
微粒子検出方式においてサンプルエアとパルスレーザの
交差箇所に対する検出領域の設定方法と、パルスレーザ
のパルス間隔を示すもので、図（ａ）。

（ｂ）においてノズルより噴射されたサンプルエアＡは
直径がｄのシリンダ杖をなして速度Ｖで下方に進行する
。これに対して直径りの円形のレーザビームが直角に交
差する。ここで、受光レンズ６により受光素子７に生ず
るサンプルエアの映像の範囲に対して、方形のスリット
８により視寿を限定する。限定範囲はサンプルエアの進
行方向に対して一定の長さＬル−ザビームの方向に対し
てサンプルエアの直径ｄとし、この範囲を検出領域Ｓと
する。ここで、スリットと検出領域とは受光レンズに関
して互いに共役の位置関係として、検出領域を明確に限
定する。

さて、上記の検出領域をサンプルエア（の−点）が通過
する時間幅Ｔは、Ｌ／Ｖである。この時間幅Ｔを周期と
するパルスレーザｐを、レーザ光源で発振して逐次照射
する。これにより、サンプルエアのすべての部分に対し
てただ１回のみレーザビームが照射される。図（Ｃ）は
パルスレーザの間隔を示す波形図である。

第２図は第１図の検出領域Ｓを設定した検出光学部の構
造を示す斜視外観図で、サンプルエアとクリーンエアに
関しては第４図で既述した従来のものと同様である。

上記において、パルスレーザの強度は従来の連続波のレ
ーザビームより通かに大きいので、サンプルエアの直径
ｄと、これに対するパルスレーザの直径りとを大きくし
て従来より多量のサンプルエアを吸入して計７１ｉｌｌ
することができる。この点について具体的な数値を例示
すると、まず、パルス幅が５０　ｎ　Ｓ　ｓデユーティ
が０．３％のパルスを発振する１へ導体レーザ素子を使
用するものとする。

パルス間隔Ｔは１６．５μｓである。サンプルエアの速
度Ｖを１００ｍ／Ｓとすると、検出領域の長さしは１６
．５ｍｍとなる。−力°パルス出力として１００Ｗのも
のは容易にえられ、これは従来の連続レーザビームの１
０ｍＷ程度に比較して、実に４桁大きいものである。そ
こで、検出領域の長さしをカバーするビームの直径りと
して、例えば従来の直径を２ｍｍとしてその１０倍の２
０ｍｍとした場合は、レーザの強度は直径の二乗に反比
例するから１００倍に増加できる。また、同時にサンプ
ルエアの直径ｄをこの範囲内にとることができる。例え
ばｄを１５ｍｍとすると、流速１００ｍ／Ｓに対して毎
分杓子リッターの流量が処理されるもので、従来に比し
て飛躍的な増加である。以上は＋１１なる１例であるが
、検出領域の長さしはレーザ素子のパルス間隔Ｔと流速
Ｖにより適当に設定し、このＬに対して適当する直径り
およびｄを定めるものであり、強度と流量はともに飛躍
的に増加する。

第３図はこの発明による微粒子検出方式において、レー
ザのパルス間隔、またはサンプルエアの流量を制御して
微粒子に対するパルスレーザの照射をただ１回とするた
めの制御方式の実施例を示す構成図である。サンプルエ
アＡはポンプ９により外部より吸入され、流量制御弁１
０を経て流量センサ１１により流量が検出される。サン
プルエアは前記のようにノズル１ａより検出セル内に噴
射され、レーザビームと交差して方形のスリット８によ
り検出領域Ｓが設定される。排出されるサンプルエアの
一部はバルブ＋４で分岐し、エアフィルタ１５により再
びクリーンエアとして使用される。

吸入されたサンプルエアの流量とノズル１ａより噴射さ
れる流速Ｖは相関があるから、流量センサの検出した流
量より流速かえられる。この流速のデータがパルス間隔
設定回路璽２に入力してパルス間隔Ｔが決まり、パルス
電源１３よりレーザ光源４に間隔Ｔのパルス電流が′）
えられて、パルスレーザが発振される。またはこの反対
にパルス間隔を一定とする場合は、パルス間隔設定回路
のパルス間隔の値を−・定に固定し、これに対して−ｒ
め算定された流ｔｔデータが流量センサより流…制御弁
にフィードバックされて流量が制御される。

以上において、パルス間隔または流量の制御には若干の
誤差が生ずることは避けられないが、可及的に高精度の
制御を行うことにより、個数に対する計測エラーは従来
の微粒子検出器における許容誤差の５％と同程度には実
現することができるものと考えられる。

［発明の効果コ 以１１の説明により明らかなように、この発明による微
粒子検出方式においては、小型の半導体レーザ素子を光
源とし、連続レーザに比較して出力パワーが非常に大き
いパルスレーザを使用して、微粒子の粒径に対する検出
性能を向」−するとともに、処理するサンプルエアの流
量は飛躍的に増加される。この場合、同一微粒子に対し
て重複計測または計７１ｔｌｌ　ミスが生じないように
一定の検出領域を設定し、この検出領域を通過するサン
プルエアの流速に対してパルス間隔を適切に制御するか
、またはパルス間隔に対して流量を制御する方法により
、サンプルエアのすべての部分に対してただ１回のみレ
ーザビームを照射する方式とされており、微粒子検出器
の粒径および処理流量に対する性能の向上に寄与する効
果にははなはだ大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）は、この発明による
微粒子検出方式における検出領域の設定と、レーザビー
ムのパルス間隔の説明図、第２図は第１図（ａ）による
検出領域を設定した微粒子検出器の検出光学部の構造を
示す斜視外観図、第３図はこの発明による微粒子検出方
式におけるパルス間隔またはサンプルエアの流量の制御
方法に対するブロック構成図、第４図は従来の微粒子検
出器の検出光学部の構成図である。 １・・・ノズル部％　　　　　　ｌａ、ｌｂ・・・ノズ
ル、２・・・検出セル、　　　　　３・・・排気管、４
・・・レーザ光源、　　　５・・・投光レンズ、６・・
・受光レンズ、　　　７・・・受光素子、８・・・スリ
フト、　　　　　９・・・ポンプ、１０・・・流量制御
弁、　　　■・・・流量センサ、１２・・・パルス間隔
設定回路、１３・・・パルス電源、Ｉ４・・・バルフ、
夏５・・・エアフィルり。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）微粒子を含むサンプルエアをノズルより検出セル
   内に噴射し、噴射されたサンプルエアに対して直角方向
   にレーザビームを照射し、上記微粒子による該レーザビ
   ームの散乱光を、上記サンプルエアおよびレーザビーム
   に対してそれぞれの側方に設けられた受光器により受光
   して上記微粒子を検出する微粒子検出器において、上記
   レーザビームをパルスレーザとし、上記サンプルエアと
   レーザビームの交差箇所に、上記受光器に設けた方形の
   スリットにより上記サンプルエアに対する微粒子の検出
   領域を設定し、該検出領域を通過するサンプルエアのす
   べての部分に対して重複またはギャップを生ずることな
   く、上記パルスレーザをただ１回照射することを特徴と
   する微粒子検出方式。
2. （２）流量センサにより検出された上記サンプルエアの
   流量より流速を求め、該流速により上記サンプルエアの
   任意の部分が上記検出領域を通過するに要する時間幅と
   等しくなるようにレーザ光源のパルス間隔を制御するこ
   とを特徴とする、請求項１記載の微粒子検出方式。
3. （３）上記レーザ光源のパルス間隔を一定とし、流量セ
   ンサにより検出された上記サンプルエアの流量を流量制
   御弁にフィードバックして、上記サンプルエアが上記検
   出領域を通過する時間幅が上記一定のパルス間隔と等し
   くなるように上記サンプルエアの流量を制御することを
   特徴とする、請求項１記載の微粒子検出方式。