JPH05240769A - 粒子計数装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザヘッドの出力変動などで生じる背景散
乱光の変動に起因する背景ノイズをキャンセルして、Ｓ
／Ｎ比を改善することが可能な粒子計数装置をうる。 【構成】 フローセル１に照射光窓２とライトトラップ
８とが相対して設けられて、レーザビーム５を集光レン
ズ７で集光してフローセル１に入射する照射光学系３
が、照射光窓２の外側に配置され、かつライトトラップ
８の端部に試料流体用配管９が接続されている。そし
て、レーザビーム５の光軸に交差する方向でフローセル
１に設けた散乱光窓11の外側に、粒子から生じた散乱光
の受光レンズ13が配置されて、その結像位置にフォトダ
イオード14a,14b がレーザビーム５の光軸と平行方向に
並べて配置され、フォトダイオード14a,14b のそれぞれ
が出力した２つの検出信号を、差または商で演算処理す
る演算回路15が設けられて、この演算回路15の出力信号
に基づいて粒子を計数する。

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
体に含まれた微細な粒子をカウントする粒子計数装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】前記試料流体に含まれた微細な粒子の計
数装置として、例えば、図４に示したものが知られてい
る。図４において、31はフローセルで、これに設けられ
た照射光窓32と相対して照射光学系33が配置されてい
る。この照射光学系33は、半導体レーザヘッド34と、こ
れから射出されたレーザビーム35の集光レンズ36とで構
成されている。37は前記照射光窓32と相対してフローセ
ル31に設けられたセル窓であって、これからフローセル
31に入射されたレーザビーム35がフローセル31外に出
る。38は照射光窓32からフローセル31内に入射されたレ
ーザビーム35の光軸に垂直方向でフローセル31に設けら
れた散乱光窓で、これを粒子から生じた散乱光39が透過
する。40a,40b は散乱光窓38と相対して配置された受光
レンズ系、41は受光レンズ系40a,40b を透過した散乱光
39が入射されるフォトダイオードで、その出力信号が計
数回路（図示省略）に入力されて前記粒子を計数する。
42はフローセル31に設けられた試料流体用のノズルで、
これからフローセル31内に試料流体を噴出させる。

【０００３】この粒子計数装置は、ノズル42でフローセ
ル31内に液体または気体の試料流体を噴出させるととも
に、半導体レーザヘッド34から射出されたレーザビーム
35を集光レンズ36で集光して照射光窓32からフローセル
31に入射し、前記試料流体に照射する。そして、試料流
体に粒子が含まれており、かつその粒子にレーザビーム
35が照射されると、その粒子から散乱光39が生じるか
ら、この散乱光39を散乱光窓38を経て受光レンズ系40a,
40b でフォトダイオード41に結像させて前記粒子を検出
し、その出力信号が計数回路に入力されるから、計数回
路が前記粒子を計数するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の粒子計数装
置は、フローセル31内に噴出された試料流体に粒子が含
まれている場合に、その粒子にレーザビーム35が照射さ
れて生じる散乱光39をフォトダイオード41で検出する。
そして、前記フォトダイオード41の出力信号をそのまま
計数回路で計数するものである。したがって、半導体レ
ーザヘッド34の出力変動や試料流体の屈折率のゆらぎな
どによって生じる、背景散乱光の変動に起因するフォト
ダイオード41の出力信号の変動と、試料流体に含まれた
粒子にレーザビーム35が照射されて生じる散乱光39を検
出したときのフォトダイオード41の出力信号の変動とを
区別することが不能であり、Ｓ／Ｎ比を向上させること
が困難な課題がある。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、レーザヘッドの出力変動や試料流体の屈折率のゆ
らぎなどによって生じる、背景散乱光の変動に起因する
背景ノイズをキャンセルして、Ｓ／Ｎ比を改善すること
が可能な粒子計数装置をうることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の粒子計数装置
は、フローセル内に噴出させた試料流体にレーザビーム
を照射して、試料流体に含まれた粒子から生じる散乱光
を検出して、前記粒子を計数する粒子計数装置におい
て、前記試料流体の流動方向とレーザビームの光軸とが
平行にされ、かつ前記散乱光を検出する２個の光検出器
が、レーザビームの光軸と平行方向に並べて配置され、
この２個の光検出器から出力される２つの信号を、差ま
たは商で電気的に演算する演算手段が設けられ、この演
算手段の出力信号に基づいて前記粒子を計数することを
特徴とする。

【０００７】前記２個の光検出器は、回路的に等しいよ
うに構成または調整されたものを使用して、レーザヘッ
ドの出力変動その他で生じる背景散乱光に対して、等し
い応答をするものを使用することが適しており、例え
ば、フォトダイオードを挙げることができる。そして、
このフォトダイオードとしては、受光部が一体で、信号
出力部が２つに分割された２分割フォトダイオード、ま
たは独立した２個のフォトダイオードを使用する。独立
した２個のフォトダイオードを使用するときは、それら
を互いに接触状、またはやや間隔をおくなど、粒子から
生じた散乱光を各フォトダイオードで検出可能に配置す
ればたりるものである。

【０００８】

【作用】前記のように本発明の粒子計数装置は、フロー
セル内に噴出された試料流体の流動方向と、この試料流
体に照射されるレーザビームの光軸とが一致しており、
かつ前記レーザビームの光軸と平行方向に並べて２個の
光検出器が配置されている。すなわち、試料流体に含ま
れた粒子の流動方向と、２個の光検出器が並んだ方向と
が一致している。したがって、前記試料流体に含まれた
１個の粒子にレーザビームが照射されて生じる散乱光の
像が、２個の光検出器の一方に結像して他方に移動通過
するから、２個の光検出器のそれぞれが前記散乱光を検
出して信号を演算手段に入力する。このようにして、２
個の光検出器のそれぞれから入力された２つの信号を、
演算手段が差または商で電気的に演算処理して出力をす
るから、この演算手段の出力信号に基づいて試料流体に
含まれた粒子を計数するものであって、演算手段は、前
記レーザビームを射出するレーザヘッドの出力変動など
に起因して生じる背景ノイズをキャンセルして、前記粒
子から生じた散乱光に基づいた信号を出力するから、そ
のＳ／Ｎ比が改善される。

【０００９】

【実施例】本発明の粒子計数装置の第１実施例を図１〜
２について説明する。

【００１０】図１〜２において、１はフローセルで、そ
の一部に照射光窓２が設けられている。３は照射光学系
で、これは半導体レーザヘッド４と、これから射出され
たレーザビーム５の反射ミラー６及びこの反射ミラー６
で反射されたレーザビーム５を集光して、前記照射光窓
２からフローセル１内に入射する集光レンズ７で構成さ
れている。８は前記照射光窓２と相対して、フローセル
１に設けられたライトトラップで、これでフローセル１
内に入射されたレーザビーム５をトラップするように構
成されており、照射光窓２から入射されるレーザビーム
５の光軸とライトトラップ８の軸心とが一致している。
９はライトトラップ８の端部に連通して接続された試料
流体用配管で、これからライトトラップ８を経て試料流
体をフローセル１内に噴出させるように構成されてい
る。10はフローセル１に設けられた試料流体の流出口で
ある。

【００１１】11はフローセル１に入射されたレーザビー
ム５の光軸と交差する方向で、フローセル１に設けられ
た散乱光窓、12は試料流体に含まれた粒子に前記レーザ
ビーム５が照射されて生じた散乱光、13は前記散乱光窓
11と相対してフローセル１外に配置された受光レンズ、
14a,14b は光検出器としての２個のフォトダイオード
で、この２個のフォトダイオード14a,14b は、フローセ
ル１内に入射されたレーザビーム５の光軸と平行方向に
並べて、その各受光面が受光レンズ13の焦点面に配置さ
れている。15はフォトダイオード14a,14b のそれぞれか
ら出力された２つの信号が入力されて、その２つの信号
を差または商で演算処理する演算回路で、その出力信号
に基づいて試料流体に含まれた粒子を計数する。16は集
光レンズ７で集光したレーザビーム５の焦点位置におい
て、その光軸方向の光密度の差が小さい範囲に設定した
粒子の検出領域、17は試料流体（図示省略）である。

【００１２】前記２個のフォトダイオード14a,14b は、
受光部が一体で、信号出力部が２つに分割された２分割
フォトダイオードで構成されており、かつこれらは半導
体レーザヘッド４の出力変動その他で生じる背景散乱光
の変動に対して等しい応答をする。

【００１３】この粒子計数装置は、試料流体に含まれた
粒子がレーザビーム５の検出領域16を通過する間に生じ
た散乱光12が、フォトダイオード14a,14b に入射される
が、このフォトダイオード14a,14b は、前記レーザビー
ム５の光軸と平行方向に並んでいる。したがって、図２
に示したように、１個の粒子から生じた散乱光像18が矢
印で示したように、フォトダイオード14a,14b の両方を
順次に通過するから、フォトダイオード14a,14b の両方
が散乱光像18を検出して信号を出力する。このようにし
て、フォトダイオード14a,14b の両方が出力した信号が
演算回路15に入力されると、演算回路15は、前記入力さ
れた２つの信号を差または商で演算処理をして出力をす
るから、この演算回路15の出力信号に基づいて前記粒子
を計数するものである。

【００１４】前記のように、フォトダイオード14a,14b
が散乱光像18を検出して出力した２つの信号を、差また
は商で演算回路15が演算処理して出力した信号に基づい
て粒子を計数するから、例えば、半導体レーザヘッド４
の出力変動で背景散乱光に変動が生じても、その影響は
演算回路15の出力信号にはほとんど現れず、背景ノイズ
をキャンセルして粒子から生じた散乱光12による信号の
みを検出することができ、そのＳ／Ｎ比を改善すること
が可能である。また、照射光学系３及び受光レンズ13か
らなる散乱光学系の耐振動特性を改善することが可能で
ある。

【００１５】図３は第２実施例を示すものである。この
第２実施例の粒子計数装置は、フローセル１に設けられ
た第１散乱光窓11a と相対して、フローセル１に第２散
乱光窓11b が設けられている。20は第２散乱光窓11b と
相対してフローセル１外に配置されたコリメートレン
ズ、21はコリメートレンズ20を透過した平行光線を反射
する平面ミラーである。12a は第１散乱光窓11a を透過
する第１散乱光、12b は第２散乱光窓11b を透過する第
２散乱光であって、第１散乱光窓11a の外側に配置され
た受光レンズ13による第１散乱光の観測立体角と前記コ
リメートレンズ20による第２散乱光の観測立体角とは同
じに設定されている。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。

【００１６】この粒子計数装置は、その半導体レーザヘ
ッド４から射出されたレーザビーム５を反射ミラー６で
反射し集光レンズ７で絞って、照射光窓２からフローセ
ル１内に入射する。また、試料流体用配管９から試料流
体をライトトラップ８を経てフローセル１内に噴出させ
る。そして、前記試料流体に含まれた粒子がレーザビー
ム５の検出領域16を通過する間に生じた散乱光は、その
一部が第１散乱光窓11a を直接に透過する第１散乱光12
a と、第２散乱光窓11b を透過する第２散乱光12b にな
る。そして、前記第１散乱光12a は、受光レンズ13で集
光されてフォトダイオード14a,14b のそれぞれに直接に
結像される。一方、前記第２散乱光12bは、コリメート
レンズ20で平行光にされて平面ミラー21で反射され、再
度コリメートレンズ20で集光されて、その第２散乱光12
b の発光位置で結像してから、その像が第１散乱光窓11
a と受光レンズ13とを経て前記フォトダイオード14a,14
bに結像するから、フォトダイオード14a,14b は、第１
散乱光12a と第２散乱光12b のそれぞれで形成された各
像の和として粒子を検出する。このフォトダイオード14
a,14b に対する第１散乱光12a と第２散乱光12b の各結
像は、前記第１実施例と同じである。

【００１７】前記のように、試料流体の粒子から生じた
第１散乱光12a と第２散乱光12b とを、それらの和とし
て前記フォトダイオード14a,14b で検出する。したがっ
て、粒子から生じた散乱光の観測立体角が前記第１実施
例の２倍になって、フォトダイオード14a,14b が検出す
る散乱光の強度が大きくなるから、そのＳ／Ｎ比をよく
することができる。しかも、前記第１実施例と同様に、
フォトダイオード14a,14b の各出力信号を、演算回路15
が差または商で演算処理することによって、半導体レー
ザヘッド４の出力変動などに起因する背景ノイズをキャ
ンセルして、粒子から生じた散乱光12a,12b による信号
を検出することができるから、そのＳ／Ｎ比を改善する
ことができるので、Ｓ／Ｎ比をより大きく向上させるこ
とが可能である。

【００１８】

【発明の効果】本発明の粒子計数装置は、上記のよう
に、フローセルに対するレーザビームの入射方向と試料
流体の流動方向とが平行にされ、かつこの試料流体に含
まれた粒子から生じた散乱光を検出する２個の光検出器
が、レーザビームの光軸と平行方向に並べて配置されて
いる。したがって、１個の粒子から生じた散乱光が、２
個の光検出器の一方に結像して他方の光検出器に移動す
るから、２個の光検出器のそれぞれが前記粒子像を検出
して信号を出力する。このようにして、２個の光検出器
のそれぞれから出力された検出信号を、差または商で電
気的に演算手段で演算して、この演算手段の出力信号に
基づいて前記粒子を計数するから、レーザヘッドの出力
変動などで背景散乱光に変動が生じても、その背景ノイ
ズをキャンセルして、粒子から生じた散乱光による検出
信号を検出することが可能であって、そのＳ／Ｎ比を改
善することが可能である。また、各光学系の耐振動特性
を改善することも可能である

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の断正面図である。

【図２】第１実施例における散乱光の検出説明図であ
る。

【図３】第２実施例の断正面図である。

【図４】従来例の断平面図である。

【符号の説明】

１…フローセル、３…照射光学系、５…レーザビーム、
12…散乱光、13…受光レンズ、14a,14b …フォトダイオ
ード、15…演算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フローセル内に噴出させた試料流体にレ
   ーザビームを照射して、試料流体に含まれた粒子から生
   じる散乱光を検出して、前記粒子を計数する粒子計数装
   置において、前記試料流体の流動方向とレーザビームの
   光軸とが平行にされ、かつ前記散乱光を検出する２個の
   光検出器が、レーザビームの光軸と平行方向に並べて配
   置され、この２個の光検出器から出力される２つの信号
   を、差または商で電気的に演算する演算手段が設けら
   れ、この演算手段の出力信号に基づいて前記粒子を計数
   することを特徴とする粒子計数装置。