JPH04335135A - 微粒子カウンター - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造工程にお
けるウエハの洗浄その他の用途に使用される超純水、ま
たはクリーンルームなどに使用される清浄空気などの流
体に含まれた微粒子をカウントする微粒子カウンターに
関する。

【０００２】

【従来の技術】前記のような流体に含まれた微粒子のカ
ウンターとして、例えば、図１１に示した特開平２−４
０５３５号公報に開示されたものが知られている。

【０００３】図１１において、２１はフローセル（図示
省略）に試料流体Ｓを噴出するノズル、２２ａ　はレー
ザービーム、２３はレーザービーム２２ａ　をノズル２
１のＸ方向に長い偏平状にするシリンドリカルレンズ、
２４はスリット板で、これにノズル２１の軸線方向に長
いスリット２５が形成されている。そして、前記シリン
ドリカルレンズ２３で偏平状にされたレーザービーム２
２ａ　がスリット２５を通過して、方形状の光強度積分
値の分布をうるために裾切りされてから、試料流体Ｓの
流速分布がほぼ均一になる、その径方向の中心部に入射
される。２６は試料流体Ｓの観測領域Ｒを通過する微粒
子に前記レーザービーム２２ａ　が照射されて生じる散
乱光２２ｂ　の受光レンズであって、その結像位置にス
リット板２７が配置され、このスリット板２７を通過し
た散乱光２２ｂ　を検出する光検出器（図示省略）が設
けられている。

【０００４】この微粒子カウンターは、シリンドリカル
レンズ２３で偏平にし、かつスリット２５で裾切りした
レーザービーム２２ａ　をそのまま試料流体Ｓの中心部
に入射する。そして、試料流体Ｓに微粒子が含まれてい
ると、その微粒子に前記レーザービーム２２ａ　が照射
されて散乱光２２ｂ　が生じるから、この散乱光２２ｂ
　を受光レンズ２６とスリット板２７を介して光検出器
で検出することによって、前記微粒子をカウントするも
のである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の微粒子カウ
ンターは、レーザービーム２２ａ　をシリンドリカルレ
ンズ２３で偏平にし、かつスリット２５を通過させて光
強度積分値（試料流体Ｓの流動方向に積分したもの）の
Ｘ方向における分布を方形状に裾切りするように構成さ
れている。このように、光強度積分値の分布を方形状に
するのは、それが微粒子に照射されて生じる散乱光強度
が、前記微粒子の径に対応するようにして粒径分解能を
向上させるためである。

【０００６】しかし、レーザービーム２２ａ　をスリッ
ト板２４の表面に照射し、そのスリット２５を通過させ
て裾切りすると、スリット２５の通過によるフレネル回
折のために、レーザービーム２２ａ　の一部がスリット
板２４の裏面側に回り込むようになる。すなわち、試料
流体Ｓに入射されるレーザービーム２２ａ　は、スリッ
ト２５で方形状に裾切りされているが、依然として裾の
一部が残存した状態になる。したがって、前記スリット
２５を通過したレーザービーム２２ａ　が試料流体Ｓの
微粒子に照射された場合において、それらの微粒子の径
と屈折率が同じであっても、方形部が照射されて生じた
散乱光の強度と、裾部が照射されて生じた散乱光の強度
には差が生じるから、十分な粒径分解能をうることが困
難な課題がある。

【０００７】また、スリット２５で裾切りしたレーザー
ビーム２２ａ　を、そのまま試料流体Ｓに入射するから
、その光強度密度を大きくすることができず、Ｓ／Ｎ比
を向上させることが困難な課題もある。

【０００８】本発明は、上記のような課題を解決するも
のであって、試料流体に入射する照射光の裾切れをよく
して、その光強度積分値の分布を高精度で方形にするこ
とによって、十分な粒径分解能を備えた微粒子カウンタ
ー、及び試料流体に照射する光の光強度密度を大きくし
て、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能な微粒子カウンタ
ーをうることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の微粒子カウンタ
ーの第１発明は、フローセルでの試料流体の流れに対し
、交差する方向に照射光を入射する照射光学系と、試料
流体に含まれた微粒子に前記照射光が照射されて生じる
散乱光を検出する検出光学系とを備えた微粒子カウンタ
ーにおいて、前記照射光学系が平行光を照射するように
構成され、その平行光の光軸方向と試料流体の流れ方向
とに直交する方向に前記平行光の裾切りを行う裾切スリ
ットと、この裾切スリットによる像を、少なくとも前記
平行光の光軸方向と試料流体の流れ方向とに直交する方
向について、試料流体の観測領域にコヒーレント結像さ
せるリレーレンズ系とを設けてなることを特徴とする。

【００１０】第２発明は、前記照射光学系に光束径を縮
小する縮小光学系が設けられたことを特徴とする。

【００１１】前記第２発明に設ける縮小光学系としては
、例えば、リレーレンズ系を構成する複数のレンズの焦
点距離を異にして、リレーレンズ系で併用、またはリレ
ーレンズ系の上流側にビームコンパクターを配置するこ
とを挙げることができる。

【００１２】

【作用】前記第１発明は、照射光学系の平行光からなる
照射光が、裾切スリットで裾切りされてリレーレンズ系
に入射するから、リレーレンズ系が裾切りスリットの像
を、フローセル内を流動する試料流体の観測領域にコヒ
ーレント結像させる。そして、前記試料流体に混入した
微粒子が前記観測流域を通過すると、それに前記照射光
が照射されて散乱光が生じるから、その散乱光を検出光
学系で検出し、前記微粒子をカウントし、かつ散乱光の
強度から微粒子の粒度分布を検出するものである。

【００１３】そして、前記のように、裾切スリットの波
動像をリレーレンズ系で、試料流体の観測領域に結像さ
せるから、リレーレンズ系の収差が十分に除かれていれ
ば、試料流体の観測領域に結像させる前記像の解像度を
ほぼ回折限界までよくすることが可能である。すなわち
、高精度で方形状の光強度積分値の分布をうることがで
きるから、観測領域を微粒子が通過した場合において、
それらの微粒子の径と屈折率が同じであれば、その散乱
光強度が同じになり粒径分解能が大きく向上する。

【００１４】第２発明は、前記第１発明において、照射
光学系の光源が射出した光束径を縮小光学系で縮小する
ことで、その光強度密度を大きくしてから試料流体に入
射するから、試料流体の観測領域を通過した微粒子から
生じる散乱光強度が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【００１５】

【実施例】本発明の微粒子カウンターの第１実施例を図
１〜４について説明する。これは前記第１発明と第２発
明とに対応するものである。

【００１６】図１〜４において、１はフローセルで、そ
の一側に入射光窓２ａが、他側に射出光窓２ｂが相対し
て設けられている。３はフローセル１に設けられた散乱
光窓で、これは入射光窓２ａと射出光窓２ｂとが相対す
る方向と直交する側部に設けられている。４はフローセ
ル１の下部に設けられた試料流体の噴出口、５はフロー
セル１に設けられた試料流体の流出口、６は入射光窓２
ａからフローセル１内に照射光を入射する照射光学系で
、これは例えば半導体レーザーからなる光源７と、この
光源７が射出した照射光８ａを平行光にするコリメート
レンズ９と、このコリメートレンズ９が平行光にした照
射光８ａの裾切りをする裾切スリット１０を設けたスリ
ット板１１と、一対の凸レンズからなるリレーレンズ１
２ａ，１２ｂ　と、このリレーレンズ１２ａ，１２ｂ　
を透過した照射光８ａを偏平にするシリンドリカルレン
ズ１３（図３参照）とで構成されている。 そして、リレーレンズ１２ａ　としては、その焦点距離
ｆ１　がリレーレンズ１２ｂ　の焦点距離ｆ２　（図１
参照）よりも大きいものが使用されている。

【００１７】すなわち、リレーレンズ１２ａ，１２ｂ　
が、裾切スリット１０の波動像をｆ２　／ｆ１　に変換
縮小して、光学換算距離で、リレーレンズ１２ｂ　から
距離ｄ２　の位置に結像させるから、この結像位置を、
前記噴出口４の軸芯位置に合致させて、前記照射光学系
６が構成されている。 これは、裾切スリット１０とリレーレンズ１２ａ　との
距離をｄ１　、前記ｆ２　／ｆ１　＝ｍとすると、次式
で表される。 ｍｄ１　＋ｍ−１ｄ２　−ｆ１　−ｆ２　＝０前記リレ
ーレンズ１２ａ，１２ｂ　による結像に対して、前記シ
リンドリカルレンズ１３は妨げにならない。

【００１８】１４は前記散乱光窓３と相対してフローセ
ル１外に設けられた検出光学系で、これは試料流体の微
粒子から生じた散乱光８ｂを集光する集光レンズ１５と
、前記散乱光を検出する光検出器１６とで構成されてい
る。Ｓは前記噴出口４から噴出した試料流体で、その径
方向の中心部の観測領域Ｒを通過した微粒子の散乱光が
、前記集光レンズ１５で集光されて光検出器１６に入射
検出される。 なお、前記観測流域Ｒの中心部が、噴出口４の軸芯と合
致する。

【００１９】前記のように構成された微粒子カウンター
は、噴出口４からフローセル１内に試料流体Ｓを噴出し
、かつ光源７が射出した照射光８ａを入射光窓２ａから
試料流体Ｓの中心部に入射する。この状態で試料流体Ｓ
に微粒子が含まれていると、その微粒子に照射光８ａが
照射されて散乱光８ｂが生じるから、その散乱光８ｂを
集光レンズ１５で集光して光検出器１６に入射し検出し
て、その出力信号に基づいて、前記微粒子をカウントし
、かつその粒度分布を求める。

【００２０】そして、照射光８ａの試料流体Ｓに対する
前記入射は、コリメートレンズ９で平行光にしてから裾
切スリット１０で裾切りし、その波動像をリレーレンズ
１２ａ，１２ｂでシリンドリカルレンズ１３を経て観測
領域Ｒの中心部に結像させるから、前記観測領域Ｒでは
回折限界にほぼ近い状態まで高精度で裾切りをすること
が可能である。したがって、図４に模式的に示したよう
に、観測領域Ｒにおける照射光８ａの光強度積分値のＸ
方向の分布Ｉｘは、頂部を除いて方形状になるから、観
測領域Ｒを通過した微粒子が同径、同屈折率の場合はほ
ぼ同強度の散乱光８ｂが生じ、光検出器１６が出力する
パルス信号の高さは同じになり、粒径分解能が向上する
。

【００２１】また、前記のように、リレーレンズ１２ａ
，１２ｂ　を透過した照射光８ａをシリンドリカルレン
ズ１３で偏平にして観測領域Ｒの中心部に結像させるか
ら、図１〜２から明らかなように、結像位置における照
射光８ａの光密度が大きくなり、かつ検出体積を小さく
することが可能である。しかし、照射光学系６は、前記
シリンドリカルレンズ１３を除いて構成することも可能
である。

【００２２】また、リレーレンズ１２ａ　の焦点距離ｆ
１　よりも、リレーレンズ１２ｂ　の焦点距離ｆ２　を
小さくしているから、これらが裾切スリット１０を通過
した照射光８ａの光束径を縮小して試料流体Ｓに入射す
るから、観測領域Ｒにおける光強度密度が大きくなりＳ
／Ｎ比も向上する。

【００２３】なお、フローセル１の下部に噴出口４を設
けて、この噴出口４から試料流体を噴出させるように構
成しているが、前記図１１に示した従来例のように、フ
ローセル１にノズルを設けて、このノズルからフローセ
ル１内に試料流体を噴出させることも可能である。また
、光源７として半導体レーザーを使用しているから、こ
の光源７が射出した照射光８ａをコリメートレンズ９で
平行光にしているが、光源７としてガスレーザーのよう
に平行光を射出するものを使用した場合は、前記コリメ
ートレンズ９の使用は不要である。

【００２４】図５〜６は本発明の微粒子カウンターの第
２実施例であり、その照射光学系６のリレーレンズ１２
ａ，１２ｂ　のそれぞれがシリンドリカルレンズで構成
されている。他の構成は、前記第１実施例と同じである
から同符号を付して示した。この第２実施例の微粒子カ
ウンターによる微粒子のカウントも第１実施例と同じで
ある。また、シリンドリカルレンズ１３を設けることに
ついては任意にすることが可能である。

【００２５】図７〜８は本発明の微粒子カウンターの第
３実施例である。

【００２６】図７〜８において、６は照射光学系で、こ
れは光源７が射出した照射光８ａをコリメートレンズ９
で平行光にする。そして、焦点距離に差がある一対のレ
ンズ１７ａ，１７ｂ　からなるビームコンパクター１８
で前記照射光８ａの光束径を縮小してから、スリット板
１１の裾切スリット１０を通過させて裾切りを行う。次
に、図示のように焦点距離ｆが同じである一対の凸レン
ズからなるリレーレンズ１２ａ，１２ｂ　でシリンドリ
カルレンズ１３を経て、裾切スリット１０の波動像を試
料流体Ｓの観測領域Ｒの中心部に結像させるものである
。ｆａは光学的に換算したシリンドリカルレンズ１３の
焦点距離である。

【００２７】なお、図面では、作図の都合上、リレーレ
ンズ１２ｂ　のフローセル１側の焦点距離ｆが、他の焦
点距離ｆよりもやや大きくなっているが、実際にはすべ
て光学的に換算して同距離になるものである。他の構成
は、前記第１実施例と同じであるから、同符号を付して
示した。また、シリンドリカルレンズ１３を設けること
については任意にすることができる。

【００２８】この第３実施例は、前記のように、リレー
レンズ１２ａ，１２ｂの各焦点距離が同じであるから、
スリット板１１とリレーレンズ１２ａの距離及びリレー
レンズ１２ｂ　と結像位置である観測領域Ｒの中心部と
の光学換算距離は、リレーレンズ１２ａ，１２ｂ　の各
焦点距離ｆと同じになる。したがって、例えば、フロー
セル１の構成などによって、その観測領域Ｒの中心部と
リレーレンズ１２ｂ　との距離が、例えば大きい場合に
も、その距離に対応した焦点距離ｆのリレーレンズ１２
ａ，１２ｂ　を使用すればよく、リレーレンズ１２ａ，
１２ｂ　の位置設定が容易である。

【００２９】そして、裾切スリット１０の波動像をリレ
ーレンズ１２ａ，１２ｂ　で観測領域Ｒの中心部に結像
させるから、観測領域Ｒでは回折限界にほぼ近い状態ま
で高精度で裾切りをすることが可能である。したがって
、粒径分解能よく微粒子をカウントすることができる。 また、コリメートレンズ９を透過した照射光８ａをビー
ムコンパクター１８で縮小して、その光強度密度を大き
くしているから、照射光８ａが微粒子を照射して生じる
散乱光８ｂの強度が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【００３０】なお、前記ビームコンパクター１８を設け
ることなく、コリメートレンズ９を透過した照射光８ａ
を裾切スリット１０で裾切りし、その波動像をリレーレ
ンズ１２ａ，１２ｂ　で結像させることも可能である。

【００３１】図９〜１０は本発明の微粒子カウンターの
第４実施例であり、照射光学系６のリレーレンズ１２ａ
，１２ｂ　のがそれぞれがシリンドリカルレンズで構成
されている。他の構成は、前記第１実施例と同じである
から、同符号を付して示した。そして、シリンドリカル
レンズからなるリレーレンズ１２ａ，１２ｂ　で照射光
８ａを偏平にする方向とシリンドリカルレンズ１３で偏
平にする方向とが、互いに直交状態になるように構成さ
れている。

【００３２】

【発明の効果】本発明の微粒子カウンターは、上記のよ
うに、照射光学系に設けた裾切スリットで裾切りした照
射光の波動像を、リレーレンズ系で試料流体の観測領域
に結像させるから、前記観測領域に結像させる波動像の
解像度をほぼ回折限界までよくすることが可能である。 したがって、高精度で方形状の光強度積分値の分布をう
ることができるから、前記観測領域を微粒子が通過した
場合において、その微粒子の径と屈折率が同じであれば
、その散乱光強度が同じになり粒径分解能を大きく向上
させることができる。

【００３３】また、請求項２の微粒子カウンターは、前
記照射光学系に照射光の径を縮小する縮小光学系を設け
ているから、試料流体に入射する照射光の強度密度を大
きくすることが可能である。したがって、試料流体の観
測領域を通過した微粒子から生じる散乱光強度が大きく
なり、Ｓ／Ｎ比をよくすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の平面図である。

【図２】第１実施例の正面図である。

【図３】シリンドリカルレンズの拡大斜視図である。

【図４】観測領域における照射光の光強度積分値の分布
を示す模式図である。

【図５】第２実施例の平面図である。

【図６】第２実施例の正面図である。

【図７】第３実施例の平面図である。

【図８】第３実施例の正面図である。

【図９】第４実施例の平面図である。

【図１０】第４実施例の正面図である。

【図１１】従来例の斜視構成図である。

【符号の説明】

１　　フローセル ４　　噴出口 ６　　照射光学系 ８ａ　　照射光 ８ｂ　　散乱光 ９　　コリメートレンズ １１　　裾切スリット １２ａ，１２ｂ　リレーレンズ １４　　検出光学系

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フローセルでの試料流体の流れに対し
   、交差する方向に照射光を入射する照射光学系と、試料
   流体に含まれた微粒子に前記照射光が照射されて生じる
   散乱光を検出する検出光学系とを備えた微粒子カウンタ
   ーにおいて、前記照射光学系が平行光を照射するように
   構成され、その平行光の光軸方向と試料流体の流れ方向
   とに直交する方向に前記平行光の裾切りを行う裾切スリ
   ットと、この裾切スリットによる像を、少なくとも前記
   平行光の光軸方向と試料流体の流れ方向とに直交する方
   向について、試料流体の観測領域にコヒーレント結像さ
   せるリレーレンズ系とを設けてなる微粒子カウンター。
2. 【請求項２】　　照射光学系に光束径を縮小する縮小光
   学系が設けられたことを特徴とする請求項１記載の微粒
   子カウンター。