JPH03200050A - 微粒子検出器の光学系 - Google Patents
微粒子検出器の光学系Info
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- JPH03200050A JPH03200050A JP1343426A JP34342689A JPH03200050A JP H03200050 A JPH03200050 A JP H03200050A JP 1343426 A JP1343426 A JP 1343426A JP 34342689 A JP34342689 A JP 34342689A JP H03200050 A JPH03200050 A JP H03200050A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Pathology (AREA)
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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。
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、微粒子検出器の光学系に関し、詳しくは、
ヘテロダイン方式による微粒子検出器の光学系の構成方
法に関するものである。
ヘテロダイン方式による微粒子検出器の光学系の構成方
法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管理され、清浄度が
良好なりリーンルームにおいて製造される。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。
良好なりリーンルームにおいて製造される。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２図により微粒子検出器の基本構成を説明する。図に
おいて、微粒子検出器はレーザ投光系１、サンプルエア
Ａに対する吸入排出機構２および受光系３よりなる。投
光系のレーザ光源１ａ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
て投光され、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／’Ａが直交し、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３０に受光され、受光量すなわち微粒子の直径
に対応する電圧が出力される。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。
おいて、微粒子検出器はレーザ投光系１、サンプルエア
Ａに対する吸入排出機構２および受光系３よりなる。投
光系のレーザ光源１ａ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
て投光され、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／’Ａが直交し、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３０に受光され、受光量すなわち微粒子の直径
に対応する電圧が出力される。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。
最近においてはＩＣの集積度の高密度化に伴って、微粒
子検出器の感度を向」−シて最小検出粒径をさらに小さ
くすることが必要である。これに対して、有効な方法と
して、特許出願公開にかかる「昭和６３−６３９４４号
、１−導体プロセスにおける塵埃測定方法および測定装
置」がある。
子検出器の感度を向」−シて最小検出粒径をさらに小さ
くすることが必要である。これに対して、有効な方法と
して、特許出願公開にかかる「昭和６３−６３９４４号
、１−導体プロセスにおける塵埃測定方法および測定装
置」がある。
第３図は上記の特許出願にかかる装置の基本構成図を示
す。レーザ投光系１よりの周波数ν０のレーザしくν０
）はビーム分割器４で２分割され、その一方は検出レー
ザとして検出領域ＳにおいてサンプルエアＡに直交し、
微粒子より散乱光Ｐ（ν０）が散乱される。散乱光Ｐは
受光系３の集光レンズ３ａ、スリット板３ｂ１およびコ
リメートレンズ３ｄを通してビーム合成器８に入力する
。
す。レーザ投光系１よりの周波数ν０のレーザしくν０
）はビーム分割器４で２分割され、その一方は検出レー
ザとして検出領域ＳにおいてサンプルエアＡに直交し、
微粒子より散乱光Ｐ（ν０）が散乱される。散乱光Ｐは
受光系３の集光レンズ３ａ、スリット板３ｂ１およびコ
リメートレンズ３ｄを通してビーム合成器８に入力する
。
２分された他方は変調器５において、発振器６のシフト
周波数Δνによりシフトされて周波数（ν０＋Δν）の
干渉レーザＬ′となり、ミラー７を経てビーム合成器８
に入力して散乱光Ｐと合成される。この合成によりシフ
ト周波数Δνに等しい周波数のビート信号が生じ、これ
が光電変換器３Ｃにより検出される。
周波数Δνによりシフトされて周波数（ν０＋Δν）の
干渉レーザＬ′となり、ミラー７を経てビーム合成器８
に入力して散乱光Ｐと合成される。この合成によりシフ
ト周波数Δνに等しい周波数のビート信号が生じ、これ
が光電変換器３Ｃにより検出される。
いま、散乱光Ｐ（ν０）と干渉レーザＬ’ （ν０＋
Δν）のそれぞれの電場をＥＰ、ＥＲとし、ＥＰ＝ΔＥ
ｅｘｐ ［ｊ（２ｚνＯｔ＋φｌ）］ ・・（ｌ）Ｅ
Ｒ＝Ｅｏ ｅｘｐ ［ｊ（２π ν’ ｔ
＋φ２ ）コ ・ （２’）シ′＝シ０＋Δν
・・・（３）とするとき、ビート信号の強度
Ｉは Ｉ＝ＩＥＰ＋ＥＲ１２＝ｌＥＱ １２＋ｌ八Ｅ１２＋
２Ｅ、ΔＥｃｏｓ（２πΔνｔ＋φ２−φｌ）・・・（
４） で表される。ここで、式（４）の右辺の第１，２項のＩ
ＥＱ１２と１ΔＥＩ２はそれぞれの周波数（ν０＋Δν
）および（ν０）で変化するものであるが、いずれもビ
ート周波数Δνより非常に高いので、便宜上直流として
表示されている。
Δν）のそれぞれの電場をＥＰ、ＥＲとし、ＥＰ＝ΔＥ
ｅｘｐ ［ｊ（２ｚνＯｔ＋φｌ）］ ・・（ｌ）Ｅ
Ｒ＝Ｅｏ ｅｘｐ ［ｊ（２π ν’ ｔ
＋φ２ ）コ ・ （２’）シ′＝シ０＋Δν
・・・（３）とするとき、ビート信号の強度
Ｉは Ｉ＝ＩＥＰ＋ＥＲ１２＝ｌＥＱ １２＋ｌ八Ｅ１２＋
２Ｅ、ΔＥｃｏｓ（２πΔνｔ＋φ２−φｌ）・・・（
４） で表される。ここで、式（４）の右辺の第１，２項のＩ
ＥＱ１２と１ΔＥＩ２はそれぞれの周波数（ν０＋Δν
）および（ν０）で変化するものであるが、いずれもビ
ート周波数Δνより非常に高いので、便宜上直流として
表示されている。
さて、式（４）の第３項において、散乱光Ｐの電場ＥＰ
の振幅ΔＥは２Ｅｏ倍されてビート信号の強度Ｉがえら
れる。Ｅ、はΔＥより遥かに大きいので、充電変換器３
Ｃの出力電圧は、散乱光Ｐを直接検出するより良好な感
度となる。同時に適当な方法によりビート信号のみを選
択抽出することにより、干渉レーザやその他の迷光など
光周波数のノイズがカットされてＳ／Ｎ比が向上する。
の振幅ΔＥは２Ｅｏ倍されてビート信号の強度Ｉがえら
れる。Ｅ、はΔＥより遥かに大きいので、充電変換器３
Ｃの出力電圧は、散乱光Ｐを直接検出するより良好な感
度となる。同時に適当な方法によりビート信号のみを選
択抽出することにより、干渉レーザやその他の迷光など
光周波数のノイズがカットされてＳ／Ｎ比が向上する。
これらにより、従来困難とされている０、０１μｍオー
ダーの微小な微粒子の検出を可能とするもので、これが
ヘテロゲイン法、またはヘテロダイン方式である。
ダーの微小な微粒子の検出を可能とするもので、これが
ヘテロゲイン法、またはヘテロダイン方式である。
［解決しようとする課題］
１−記によれば、ヘテロダイン方式においては、散乱光
Ｐの振幅ΔＥはビート信号の強度Ｉにおいて、−［渉レ
ーザＬ′によりその振幅の２Ｅｏ倍だけ増幅されて感度
が著しく向上する筈である。しかしながら、式（４）に
より第１項の１ＥＱ１２は第３項のビート信号とともに
光電変換器３ｃに入力し、１ＥＱＩ２が前記したように
光周波数で変化するので、散乱光ＰのＳ／Ｎが低下する
。また、１ＥＱ１２が１ΔＥ１２より甚だ大きいために
光電変換器３ｃの作用面を無用に刺激してショットノイ
ズが発生し、さらにＳ／Ｎが劣化する欠点がある。従っ
て、干渉レーザＬ′の強度は大きいほど感度が向上する
というものではなく、ショットノイズが許される程度に
小さいことが望ましい。
Ｐの振幅ΔＥはビート信号の強度Ｉにおいて、−［渉レ
ーザＬ′によりその振幅の２Ｅｏ倍だけ増幅されて感度
が著しく向上する筈である。しかしながら、式（４）に
より第１項の１ＥＱ１２は第３項のビート信号とともに
光電変換器３ｃに入力し、１ＥＱＩ２が前記したように
光周波数で変化するので、散乱光ＰのＳ／Ｎが低下する
。また、１ＥＱ１２が１ΔＥ１２より甚だ大きいために
光電変換器３ｃの作用面を無用に刺激してショットノイ
ズが発生し、さらにＳ／Ｎが劣化する欠点がある。従っ
て、干渉レーザＬ′の強度は大きいほど感度が向上する
というものではなく、ショットノイズが許される程度に
小さいことが望ましい。
これに対して、光電変換器３ｃの前位に周波数Δνのフ
ィルタを設けてＩＲＱ１２を排除することが考えられる
が、Δνは例えば数十ＭＨｚ程度の光周波数より非常に
低いもので、電気回路により選択できるが、光の段階で
選択することは困難である。
ィルタを設けてＩＲＱ１２を排除することが考えられる
が、Δνは例えば数十ＭＨｚ程度の光周波数より非常に
低いもので、電気回路により選択できるが、光の段階で
選択することは困難である。
なお、Ｌ記の特許出願にかかる微粒子３１測装置におい
ては、第３図のビーム分割器４とビーム合成器８の透過
光Ｔに対する反射光Ｒの分割比（Ｒ／Ｔ）および合成比
に関してはなんら特定されていない。これに対して、ｌ
−記の所論によれば、分割比を小さくして干渉レーザの
強度を小さくすることが望ましく、これとともに検出レ
ーザの減衰が少なくなって検出能力が向−Ｌできる。ま
た、ビーム合成器においては散乱光Ｐをなるべく減衰さ
せずに透過するために合成比を小さくすることが必要で
ある。
ては、第３図のビーム分割器４とビーム合成器８の透過
光Ｔに対する反射光Ｒの分割比（Ｒ／Ｔ）および合成比
に関してはなんら特定されていない。これに対して、ｌ
−記の所論によれば、分割比を小さくして干渉レーザの
強度を小さくすることが望ましく、これとともに検出レ
ーザの減衰が少なくなって検出能力が向−Ｌできる。ま
た、ビーム合成器においては散乱光Ｐをなるべく減衰さ
せずに透過するために合成比を小さくすることが必要で
ある。
この発明は、」二記の所論により検出性能を向上したヘ
テロダイン方式の微粒子検出器を提供することを［Ｉ的
とするものである。
テロダイン方式の微粒子検出器を提供することを［Ｉ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、光源よりのレーザを検出レーザと参照レー
ザに分割し、検出レーザに対してサンプルエアを直交し
てサンプルエアに含まれる微粒子によるレーザの散乱光
を受光系により受光し、また参照レーザを適当なシフト
周波数によりシフトした干渉レーザと、ｌ・、記により
受光された散乱光とを合成してシフト周波数のビート信
号を発生し、ビート化″−３・を光電変換器により電圧
信シシ・に変換して微粒子を検出するヘテロダイン方式
の微粒子検出器における光学系であって、透過率が大き
く、かつ反射率が小さい光学ガラスよりなり、検出レー
ザおよび散乱光をそれぞれ透過する方向上記置され、上
記分割と合成とを行うビーム分割板とビーム合成板とを
設けたものである。
ザに分割し、検出レーザに対してサンプルエアを直交し
てサンプルエアに含まれる微粒子によるレーザの散乱光
を受光系により受光し、また参照レーザを適当なシフト
周波数によりシフトした干渉レーザと、ｌ・、記により
受光された散乱光とを合成してシフト周波数のビート信
号を発生し、ビート化″−３・を光電変換器により電圧
信シシ・に変換して微粒子を検出するヘテロダイン方式
の微粒子検出器における光学系であって、透過率が大き
く、かつ反射率が小さい光学ガラスよりなり、検出レー
ザおよび散乱光をそれぞれ透過する方向上記置され、上
記分割と合成とを行うビーム分割板とビーム合成板とを
設けたものである。
−１−記において、必要によりビーム合成板の前位に適
当な減光率で１渉レーザを減光し、光電変換器に発生す
るショットノイズを低減する減光フィルタが設けられる
。
当な減光率で１渉レーザを減光し、光電変換器に発生す
るショットノイズを低減する減光フィルタが設けられる
。
［作用コ
以にの構成によるこの発明の微粒子検出器の光学系にお
いては、ビーム分割板およびビーム合成板は、透過率が
大きく反射率が小さい光学ガラスよりなるので、検出レ
ーザと散乱光はともに強度が減衰しない。また、参照レ
ーザ７フトした１−渉レーザは小さい強度となることき
相まって散乱光のビート信号のＳ／Ｎが向上する。
いては、ビーム分割板およびビーム合成板は、透過率が
大きく反射率が小さい光学ガラスよりなるので、検出レ
ーザと散乱光はともに強度が減衰しない。また、参照レ
ーザ７フトした１−渉レーザは小さい強度となることき
相まって散乱光のビート信号のＳ／Ｎが向上する。
さらに、−１−記のビーム分割器とビーム合成器の分割
１合成比が上針でない場合などにおいては、ビーム合成
器の前位に設けられた減光フィルタにより［渉レーザを
減光して、光電変ｌｊ！！器に発生するノヨットノイズ
が低減されるものである。
１合成比が上針でない場合などにおいては、ビーム合成
器の前位に設けられた減光フィルタにより［渉レーザを
減光して、光電変ｌｊ！！器に発生するノヨットノイズ
が低減されるものである。
［実施例コ
第１図は、この発明よる微粒子検出器の光学系の実施例
におけるブロック構成を示し、第３図と同・部品に対し
ては、同一の記号番号を付与する。
におけるブロック構成を示し、第３図と同・部品に対し
ては、同一の記号番号を付与する。
図において、レーザ投光系ｌよりの周波数ν０のレーザ
Ｌに対して、透過率が大きく反射率の小さい光学ガラス
のビーム分割板４′を設ける。この場合、光学ガラスの
片面を無反射コーティングして２ Ｔ（反射を防＋Ｌす
るとともに、透過率を９５％以上、片面による反射率を
５％以下とする。レーザしは小さい減衰でこれを透過し
て検出レーザとされ、これに対してサンプルエアが直交
する。検出領域Ｓにおける微粒子の散乱光Ｐ（ν０）が
、受光系３の集光レンズ３ａにより集光され、スリット
板３ｂを経てコリメートレンズ３ｄにより平行とされて
ビーｌ、合成板８′を透過する。ビーム合成板８′も、
上記のビーム分割板４′と同様に光学ガラスにより製作
される。−・方、ビーム分割板４′の小さい反射率で反
射された参照レーザは弱い強度で変調器５に入力し、発
振器６より供給される／フト周波数Δνによりシフトさ
れて一■渉し−ザＬ’ （ν０＋Δν）となり、ミラ
ー７を経て減光フィルタ９により減光されてビーム合成
器８′に入力する。入力した干渉レーザＬ′の大部分が
透過するので、反射分はさらに弱くされてｌ、記の散乱
光Ｐと合成され、ビート仁弓が作られる。
Ｌに対して、透過率が大きく反射率の小さい光学ガラス
のビーム分割板４′を設ける。この場合、光学ガラスの
片面を無反射コーティングして２ Ｔ（反射を防＋Ｌす
るとともに、透過率を９５％以上、片面による反射率を
５％以下とする。レーザしは小さい減衰でこれを透過し
て検出レーザとされ、これに対してサンプルエアが直交
する。検出領域Ｓにおける微粒子の散乱光Ｐ（ν０）が
、受光系３の集光レンズ３ａにより集光され、スリット
板３ｂを経てコリメートレンズ３ｄにより平行とされて
ビーｌ、合成板８′を透過する。ビーム合成板８′も、
上記のビーム分割板４′と同様に光学ガラスにより製作
される。−・方、ビーム分割板４′の小さい反射率で反
射された参照レーザは弱い強度で変調器５に入力し、発
振器６より供給される／フト周波数Δνによりシフトさ
れて一■渉し−ザＬ’ （ν０＋Δν）となり、ミラ
ー７を経て減光フィルタ９により減光されてビーム合成
器８′に入力する。入力した干渉レーザＬ′の大部分が
透過するので、反射分はさらに弱くされてｌ、記の散乱
光Ｐと合成され、ビート仁弓が作られる。
このように、干渉レーザＬ′はト分減衰しているので、
散乱光ＰのＳ／Ｎが向上するとともに、］渉レしザＬ′
による光電変換器３Ｃのショットノイズが低減される。
散乱光ＰのＳ／Ｎが向上するとともに、］渉レしザＬ′
による光電変換器３Ｃのショットノイズが低減される。
なお、上記の光学ガラスのビーム分割板とビーム合成板
のみでｉＪＧ足りてＳ／Ｎとショットノイズが必要なま
で低減されるときは、減光フィルタ９は不要であり、光
電変換器３ｃの性能を参照して試行などにより、減光フ
ィルタ９の要否を決定するものとする。
のみでｉＪＧ足りてＳ／Ｎとショットノイズが必要なま
で低減されるときは、減光フィルタ９は不要であり、光
電変換器３ｃの性能を参照して試行などにより、減光フ
ィルタ９の要否を決定するものとする。
［発明の効果コ
以ｌ−の説明により明らかなように、この発明による微
粒ｒ・検出器の光学系においては、光学ガラスによる透
過率が大きく反射率の小さいビーム分割板とビーム合成
板を使用してレーザの分割、合成を行うことにより、検
出レーザと散乱光を減衰せす、一方ヘテロダイン用の干
渉レーザは減衰し、さらに必要により設けられた減光フ
ィルタにより干渉レーザが減衰し、これらにより散乱光
に対するＳ／Ｎが向１−するとともに、光電変換器に発
生するショットノイズが低減されて良好な検出感度とさ
れるもので、ヘテロダイン方式の微粒子検出器の検出性
能の向上に寄与するところには大きいもがある。
粒ｒ・検出器の光学系においては、光学ガラスによる透
過率が大きく反射率の小さいビーム分割板とビーム合成
板を使用してレーザの分割、合成を行うことにより、検
出レーザと散乱光を減衰せす、一方ヘテロダイン用の干
渉レーザは減衰し、さらに必要により設けられた減光フ
ィルタにより干渉レーザが減衰し、これらにより散乱光
に対するＳ／Ｎが向１−するとともに、光電変換器に発
生するショットノイズが低減されて良好な検出感度とさ
れるもので、ヘテロダイン方式の微粒子検出器の検出性
能の向上に寄与するところには大きいもがある。
第１図は、この発明による微粒子検出器の光学系の実施
例におけるブロック構成図、第２図は微粒子検出器の基
本構成図、第３図は特許出願にかかるヘテロゲイン方式
の微粒子検出器の基本構成図である。 ｌ・・・レーザ投光系、 ｌａ・・・レーザ光源、
１ｂ・・・コリメートレンズ、 ２・・・吸入排出機構、 ３・・・受光系、３ｂ・・
・スリット板、 ３ｄ・・・コリメートレンズ、 ４′・・・ビーム分割板、 ６・・・発振器、 ８・・・ビーム合成器、 ９・・・減光フィルタ。 ３ａ・・・集光レンズ、 ３ｃ・・・光電変換器、 ４・・・ビーム分割器、 ５・・・変調器、 ７・・・ミラー ８′・・・ビーム合成板、
例におけるブロック構成図、第２図は微粒子検出器の基
本構成図、第３図は特許出願にかかるヘテロゲイン方式
の微粒子検出器の基本構成図である。 ｌ・・・レーザ投光系、 ｌａ・・・レーザ光源、
１ｂ・・・コリメートレンズ、 ２・・・吸入排出機構、 ３・・・受光系、３ｂ・・
・スリット板、 ３ｄ・・・コリメートレンズ、 ４′・・・ビーム分割板、 ６・・・発振器、 ８・・・ビーム合成器、 ９・・・減光フィルタ。 ３ａ・・・集光レンズ、 ３ｃ・・・光電変換器、 ４・・・ビーム分割器、 ５・・・変調器、 ７・・・ミラー ８′・・・ビーム合成板、
Claims (2)
- （１）光源よりのレーザを検出レーザと参照レーザに分
割し、該検出レーザに対してサンプルエアを直交して該
サンプルエアに含まれる微粒子による該レーザの散乱光
を受光系により受光し、上記参照レーザを適当なシフト
周波数によりシフトした干渉レーザと、上記受光された
散乱光とを合成して上記シフト周波数のビート信号を発
生し、該ビート信号を光電変換器により電圧信号に変換
して上記微粒子を検出するヘテロダイン方式の微粒子検
出器において、透過率が大きく反射率が小さい光学ガラ
スよりなり、上記検出レーザおよび散乱光をそれぞれ透
過する方向に配置され、上記分割と合成とを行うビーム
分割板とビーム合成板とを設けたことを特徴とする、微
粒子検出器の光学系。 - （２）上記において、必要によりを記ビーム合成板の前
位に適当な減光率で上記干渉レーザを減光し、上記光電
変換器に発生するショットノイズを低減する減光フィル
タを設けた、請求項１記載の微粒子検出器の光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1343426A JPH03200050A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 微粒子検出器の光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1343426A JPH03200050A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 微粒子検出器の光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03200050A true JPH03200050A (ja) | 1991-09-02 |
Family
ID=18361425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1343426A Pending JPH03200050A (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | 微粒子検出器の光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03200050A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999046577A1 (en) * | 1998-02-27 | 1999-09-16 | Pacific Scientific Instruments Company | High sensitivity optical fluid-borne particle detection |
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1989
- 1989-12-28 JP JP1343426A patent/JPH03200050A/ja active Pending
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