JPH03200049A - 走査型微粒子検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、レーザビームを走査する微粒−ＦＭ出装置
に関するものである。

［従来の技術］ 半導体ＩＣは、塵埃などの微粒子が付着するときは品質
が劣化するので、清浄度が良好なりリーンルームにおい
て製造されており、クリーンルームの清浄度は微粒子検
出器により計測される。

第３図（ａ）、（ｂ）により微粒子検出器の基本構成を
説明する。図（ａ）において、投光系１のレーザ光に１
ａよりのレーザは、コリメートレンズ１ｂにより適当な
直径の平行なレーザビームＬとされ、これに対して吸入
排出機構２の噴射ノズル２ａより噴射されたサンプルエ
アＡが直交しテ排出ノズル２ｂより外部に排出される。

両者の直交部分における微粒子の散乱光が、側方に設け
られた受光系３の集光レンズ３ａにより集光され、スリ
ット板３ｂを通して光電変換器３ｃに受光されて受光１
１すなわち微粒子の直径に対応する電圧が出力される。

以上において、レーザビームＬの断面上の強度分布は、
半径方向に対して図（ｂ）の曲線にで示すいわゆるガウ
ス分布をなして−・様でないので、サンプルエアＡの直
径ｄをビーム径りより小さくして検出感度を一様とされ
ている。なお、スリット板３ｂは視野を直交部分に限定
して検出領域Ｓとし、これ以外の箇所よりの迷光を除去
するものである。

さて、微粒子検出器の検出感度はレーザビームＬの強度
に依存し、光源１ａのパワーを一定とするとき強度はビ
ームＬの断面積に反比例するので、微小な微粒子径まで
検出するにはビーム径を小さくすることが望ましい。一
方、サンプルエアＡの流ｔＡはその断面積に比例し、上
記によりレーザビームしより小さい直径とされるので流
量は少ない。

このように、最小検出粒径とサンプルエアの流量は互い
に相反するパラメータである。

以上の基本構成に対して、最近においてはＩＣの集積度
がますます高密度化し、これに対応して微粒子検出器の
最小検出粒径をさらに向−りする２蟹性がある。一方、
クリーンルームの清浄度の向Ｉ−によりサンプルエアに
含まれる微粒子の個数が極めて少なく検出データの信頼
性を向上するためには、レーザビームの強度を低下する
ことなく流量を増加することが望ましい。

」１記の流量の増加方法に対して、レーザビームを偏向
して走査する考えがあり、第５回センシングフォーラム
（昭和８３年４月７．８日）において「レーザの散乱光
を用いた微粒子の計測」として発表されており、これを
第４図（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）により説明する。図
（ａ）において、光源１ａよりのレーザビームはピンホ
ールｌｃを通して偏向器１ｄにより角度０の範囲に偏向
され、投光レンズ１ｅにより平行ビームとなって走査さ
れる。この走査範囲に対して直交するサンプルエアＡを
検出領域Ｓとし、領域Ｓにおける微粒子の散乱光が集光
レーンズ３ａにより集光される。以Ｆ１第２図（ａ）の
場合とほぼ同様に検出信号かえられる。このような走査
方式によりレーザビームの強度を低下することなり、検
出領域Ｓが拡大されてサンプルエアＡの流量を増加する
ことができる。ただしこの場合の検出信号はレーザビー
ムが微粒子を走査する度に現れるもので、図（ｂ）に示
す振動波形をなす。その波高値の包絡線はレーザビーム
のガウス分布曲線に従っており、そのピーク値が微粒子
の大きさに対応する信号として計測されるものである。

なお、流量を一定とする場合は流速を低下することが可
能である。

［解決しようとする課題］ 以りに述べた走査方式においては、サンプルエアの流速
に対して走査周期が遅いときは、微粒子が検出されずに
計測誤差を生ずる。そこで走査周期を流速に対して適当
に小さくすることが必要である。これにより前記した第
３°図（ｂ）の振動波形かえられるが、従来の微粒子検
出器においては、各微粒子に対してそれぞれ１個づつの
信号波形が対応する方式であるので、これを走査方式に
そのまま適用すると、振動波形を構成する複数の波形を
すべて微粒子として検出して計測誤差となる。

これに対してはサンプルホールド方式により振動波形の
ピークを検出することが通常である。しかし、もし複数
の微粒子が近傍に存在するときは、第３図（ｃ）に示す
ように、複数の検出信号（（）、（［１）、（ハ）など
が接近して検出され、各振動波形のそれぞれのピーク値
１）１　＋　　１）２ｙ　　ｐ：３を区別して検出する
ことが必要であるが、従来の微粒子検出器ではこのよう
な区別は行われない。

この発明は、上記の計測誤差を排除し、複数の微粒子の
それぞれのピーク値を確実に検出する走査型微粒子検出
装置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、光源よりのレーザビームを偏向し、レーザ
ビームに直交するサンプルエアを走査してサンプルエア
に含Ｔ！：　、り；：、　＠粒子の散乱光を検出する走
査型微粒−Ｐ−検出装置であって、レーザビームの断面
を微粒子が通過する通過時間ＴＰ内に、レーザビームが
微粒子を適当な複数回走査するように走査周期ＴＳが設
定された光偏向器と、通過時間ＴＰ内における微粒子の
散乱光に対する振動波形をサンプリングし、そのピーク
値を検出するサンプルホールド回路を有する信号処理部
と、このピーク値より微粒子の大きさのデータを算出す
るデータ処理部とにより構成される。

上記の信号処理部は、振動波形の最初の波形によりスタ
ート信号を発生するスタート検出回路と、スタート信号
の入力時点より通過時間ＴＰの後にストップ信号を発生
するストップ信号回路を有し、ストップ信号によりクリ
アされるサンプルホールド回路とよりなるものである。

［作用］ 以上の構成によるこの発明の走査型微粒子検出装置にお
いては、微粒子がレーザビームの断面を通過するに要す
る時間ＴＰが常に一定であることに着［１し、この通過
時間内にレーザビームが微粒子を適当な複数回走査する
ように走査周期ＴＳが光偏向器に設定されるので、微粒
子は必ずレーザビームに走査されて検出漏れは起こらな
い。また、ランダムに分布する複数の微粒子の検出信号
に対しては、サンプルホールド回路のサンプリング時間
を、微粒子がレーザビームを通過する時間ＴＰ内に限定
するので、個々の微粒子のピーク値が区別して検出され
る。ただし、２個以−Ｌの微粒子が極めて接近し、通過
時間ＴＰ内にそれぞれの検出信号が重なる場合は、区別
することはできない。

しかし、清浄度の良好なりリーンルームの場合には、微
粒子の個数が非常に少ないので、時間ＴＰ内に２個以上
の微粒子が同時に存在する確率は非常に小さく、個々の
微粒子は殆ど確実に区別して計測される。

上記のサンプリング時間ＴＰの限定は、スタート検出回
路において振動波形の最初の波形よりスタート信号を作
り、これをストップ信号回路に入力して通過時間ＴＰの
後にストップ信号を発生し、ストップ信号によりサンプ
ルホールド回路をクリアすることにより行われる。

［実施例］ 第１図（ａ）、（ｂ）により、この発明による走査型微
粒子検出装置の実施例における微粒子の通過時間ＴＰと
レーザビームの走査周期ＴＳの関係、および個々の微粒
子に対する検出信号のピーク値を検出する方法を説明す
る。図（ａ）において、レーザビームしは左右に走査さ
れ、これに対して流速Ｖの微粒子ｐ　（ｖ）が垂直方向
に通過する。ここで、微粒子がレーザビームＬを通過す
る時間ＴＰに比べて小さい走査周期ＴＳを光偏向器に設
定し、通過中の微粒子がレーザビームＬにより複数回走
査される。これにより図（ｂ）に示すＴＳ／２の間隔の
振動波形が検出されることは前記したところである。こ
の場合に対する数値例を示すと、例えば、レーザビーム
の直径を８ｍｍとし流速を毎秒２０ｍの一定値とすると
、サンプルエアの流量は、レーザビームを走査しない場
合は毎分約１０リツターであるが、走査幅を１８ｍｍと
し、これに見合ったサンプルエアの断面積とする場合は
数倍の流はとすることができる。この場合の微粒子の通
過時間ＴＰは一定の０．３ｍｓであり、これに対して走
査周期をＯ，１ｍｓとすると、１個の微粒−ｒがレーザ
ビームしに〜６回遭遇する。また、走査周波数ＦＳは１
０ｋＨｚであり、光偏向器に適当な周波数であり実現で
きる。

次に、第１図（ｂ）の検出信号よりピーク値の検出であ
るが、図示の振動波形の最初の波形を検出してスタート
信号Ｓｔを作り、これより通過時間ＴＰの後にストップ
信号Ｓｐを発生して、通過時間ＴＰにおける振動波形の
ピーク値をサンプルホールド回路により検出して保持す
る。サンプルホールド回路はストップ信号ＳＰによりク
リアされてサンプリング時間が通過時間ＴＰに限定され
、クリアされたサンプルホールド回路は次の検出信号を
待機し、個々の微粒子に対するピーク値が区別して検出
される。

第２図はこの発明による走査型微粒子検出装置の実施例
のブロック構成を示す。光源１ａよりのレーザビームは
集束レンズ系１ｇにより細くて強度の強いビームとされ
、光偏向７Ｓｌｄにより走査周期ＴＳで角度θの範囲に
偏向される。１ｆは光偏向器に対して偏向周波数ＦＳを
供給する発振器である。偏向されたレーザビームは投光
レンズ１ｅにより平行となって走査され、走査範囲に対
してサンプルエアＡを直交させて検出領域Ｓを形成し、
領域Ｓにおける微粒子の散乱光が集光レンズ３ａにより
集光され、スリット板３ｂを通して充電変換器３Ｃに受
光される。受光電圧は前記した第１図（ｂ）の振動波形
で、そのピーク値が信号処理部４のサンプルホールド回
路４ａにより検出されて保持される。この場合、振動波
形の最初の波形がスタート検出回路４ｂにより検出され
てスタート信号Ｓｔが作られ、これがスト、ノブ信号回
路４ｃに入力して通過時間ＴＰの後、ストップ信号Ｓｐ
が発生してサンプルホールド回路４ａをクリアすること
により、サンプリングが時間ＴＰ内に限定され、またス
トップ信号によりスタート検出回路がリセットされる。

えられたピーク値はＡ／Ｄ変換器４ｄによりデジタル化
されてデータ処理部５に転送され、ピーク値に対応した
微粒子の直径が算出される。

［発明の効果コ 以上の説明により明らかなように、この発明による走査
型微粒子検出装置においては、微粒子がレーザビームを
通過する時間が常に一定であることに着目したもので、
この通過時間内にレーザビームが微粒子・を複数回走査
するので、検出漏れが発生せず、また、複数の微粒子に
対する検出信号は、サンプリング時間を、微粒子の通過
時間に限定することにより、個々の微粒子に対する検出
信号のピーク値が区別して検出され、計測誤差が排除さ
れるもので、走査型微粒子検出方式の信頼性の向ヒに寄
与するところには大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、この発明による走査型微
粒子検出装置の実施例における、微粒子の通過時間ＴＰ
と走査周期ＴＳの関係、および検出器ぢ・のピーク値の
検出方法の説明図、第２図は、この発明による走査型微
粒子検出装置の実施例におけるブロック構成図、第３図
（ａ）および（ｂ）は微粒子検出器の基本構成図および
従来のレーザビーム径とサンプルエア径の関係の説明図
、第４図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、公知の走査型
微粒子検出方式とその検出信号、および問題点に対する
説明図である。 ■・・・投光系、　　　　　　ｌａ・・・レーザ光源、
１ｂ・・・コリメートレンズ、 ｌｃ・・・ピンホール、　　　ｌｄ・・・光偏向ｉ、１
ｅ・・・投光レンズ、　　　Ｉｇ・・・集束レンズ系、
ｉｆ・・・発振器、　　　　２・・・吸入排出機構、３
・・・受光系、　　　　　３ａ・・・集光レンズ、３ｂ
・・・スリット板、　　３Ｃ・・・光電変換器、４・・
・信号処理部、４ａ・・・サンプルホールド回路、４ｂ
・・・スタート検出回路、 ４ｃ・・・ストップ信号回路、 ４ｄ・・・Ａ／Ｄ変換器、　５・・・データ処理部、Ａ
・・・サンプルエア、　　　Ｌ・・φレーザビーム、Ｔ
Ｐ・・・通過時間、　　　ＴＳ・・・走査周期、ＦＳ・
・・走査周波数、　　　Ｓｔ・・・スタート信号、Ｓｐ
・・・ストップ信号。 第１図 （ａ） ｉｐ（Ｖ） （ｂ） 第 ３ 図 （ａ） （ｂ） 、Ａ 第 図 （ｂ） （イ） （ハ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源よりのレーザビームを偏向して該レーザビー
   ムに直交するサンプルエアを走査し、該サンプルエアに
   含まれる微粒子の散乱光を受光器により検出する走査型
   微粒子検出方式において、上記レーザビームの断面を上
   記微粒子が通過する通過時間ＴＰ内に、該レーザビーム
   が適当な複数回、上記微粒子を走査する走査周期ＴＳを
   設定した光偏向器と、サンプリング時間を該通過時間Ｔ
   Ｐに限定して上記微粒子の散乱光に対する振動波形をサ
   ンプリングし、該振動波形のピーク値を検出するサンプ
   ルホールド回路を有する信号処理部と、該ピーク値より
   上記微粒子の大きさのデータを算出するデータ処理部と
   により構成された、走査型微粒子検出装置。
2. （２）上記振動波形の最初の波形によりスタート信号を
   発生するスタート検出回路と、該スタート信号の入力時
   点より上記通過時間ＴＰの後にストップ信号を発生する
   ストップ信号回路、および該ストップ信号によりクリア
   される、上記サンプルホールド回路とよりなる、請求項
   １記載の走査型微粒子検出装置