JPH05240770A - 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に設けた照射光窓２の外側に、
レーザビーム５を集光レンズ６で集光してフローセル１
に入射する照射光学系３が配置され、かつレーザビーム
５の光軸と直交方向でフローセル１に設けた散乱光窓８
の外側に、受光レンズ10a,10b が配置されている。ま
た、レーザビーム５の光軸と直交方向に試料流体を噴出
するノズル14がフローセル１に設けられ、かつ受光レン
ズ10a,10bで散乱光を結像させる２個のフォトダイオー
ド11a,11b が、フローセル１内のレーザビーム５の光軸
と平行方向に並べて配置されている。そして、フォトダ
イオード11a,11b が出力した２つの検出信号を、差また
は商で処理する演算回路12が設けられて、この演算回路
12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８に示したものが知られてい
る。図８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42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の出力信号の変化と、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
互いに直交方向にされ、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
て、この演算手段の出力信号に基づいて粒子を計数する
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】前記本発明の粒子計数装置は、試料流体の流動
方向とレーザビームの光軸とが互いに直交方向にされ、
かつ前記散乱光を検出する２個の光検出器は、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から、試
料流体に含まれた１個の粒子がレーザビームの検出領域
を通過する間に生じた散乱光の像が、試料流体の径方向
における前記粒子の位置に対応して、前記２個の光検出
器のいずれか一方などに結像し、その光検出器を通過す
るから、その１つの粒子像を一方の光検出器が検出して
信号を出力する。

【０００９】また、前記１つの粒子像が、２個の光検出
器の両方にわたって結像することも生じるが、この場合
において、２個の光検出器のそれぞれに対する結像面積
がほぼ均等なときは、その粒子像をいずれの光検出器も
検出しない。そして、２個の光検出器にわたって結像し
た１個の粒子像の結像面積に差が生じ、かつその差が適
度に大きくなると、結像面積が大きい方の光検出器がそ
の粒子像を検出する。このようにして、２個の光検出器
が出力する２つの検出信号が演算手段に入力されると、
この２つの検出信号を演算手段が差または商で演算処理
して信号を出力するから、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微細な粒子を計数するもの
であり、レーザヘッドの出力変動などで生じる背景ノイ
ズをキャンセルして、粒子から生じた散乱光による信号
を検出することができる。

【００１０】

【実施例】本発明の粒子計数装置の実施例を図１〜７に
ついて説明する。図１〜７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６とで構成され
ている。７は前記照射光窓２と相対してフローセル１に
設けられたセル窓で、これから前記フローセル１に入射
されたレーザビーム５がフローセル１外に出るように構
成されている。

【００１１】８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、９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、10a,10b は前記散
乱光窓８と相対してフローセル１外に配置された受光レ
ンズ、11a,11b は光検出器としての２個のフォトダイオ
ードで、このフォトダイオード11a,11b 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、かつその各受光面が受光レンズ10a,10b の焦点面に
配置されている。そして、前記２個のフォトダイオード
11a,11b 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している。

【００１２】12はフォトダイオード11a,11b 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あって、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。13は集光レンズ６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である。14はフローセル１に
設けられた試料流体噴出用のノズルで、その軸線が、フ
ローセル１に入射されたレーザビーム５及び散乱光９の
各光軸と交差する方向になっている。15はフローセル１
に設けられた試料流体の流出口（図２参照）、16は試料
流体（図３，４参照）である。

【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13を通過する間に生じ
た散乱光９がフォトダイオード11a,11b に入射される
が、このフォトダイオード11a,11b は、前記レーザビー
ム５の光軸と平行方向、換言すれば、ノズル14から噴出
した試料流体の径方向に並んでいる。したがって、試料
流体の径方向に並んだ別々の粒子から生じた散乱光像
が、前記粒子の試料流体の径方向における位置に対応し
て、フォトダイオード11a または11b に結像してそれを
通過するから、その粒子像をフォトダイオード11a また
は11b が検出し信号を出力する。

【００１４】前記フォトダイオード11a,11b に対する散
乱光の入射状態の一例を、図４について説明すると、散
乱光像17a は、その全体がフォトダイオード11a に結像
しており、それを矢印で示したように通過するから、フ
ォトダイオード11a は散乱光像17a を検出する。これは
フォトダイオード11b の場合も同様である。一方、散乱
光像17b は、フォトダイオード11a,11b の両方にほぼ等
分に分割した状態で結像しているから、フォトダイオー
ド11a,11b のいずれも散乱光像17b を検出しない。この
ように、フォトダイオード11a,11b の両方にほぼ等分に
分割した状態で散乱光像が結像して、その散乱光像をフ
ォトダイオード11a,11b のいずれもが検出しないことを
少なくするために、フォトダイオード11a,11b の受光面
の大きさに比して、前記散乱光像を十分に小さくできる
ように、受光レンズ10a,10b の収差を小さくすることが
適する。そして、フォトダイオード11a,11b の両方に散
乱光像が結像している場合において、フォトダイオード
11a,11b に対する結像面積に差があり、かつその面積差
が適度に大きい場合は、その結像面積が大きい方のフォ
トダイオード11a または11b が散乱光像を検出する。

【００１５】前記のように、フォトダイオード11a,11b
に散乱光９の像が結像してそれを検出すると、フォトダ
イオード11a,11b のそれぞれが信号を出力し、その２つ
の信号が演算回路12に入力されるから、演算回路12が、
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。この演算回路12の出力信号に基づいて前
記粒子を計数するものである。

【００１６】そして、前記演算回路12の出力信号に基づ
く粒子の計数は、図５〜７に示したように、フォトダイ
オード11a,11b におけるいずれか一方の出力信号、また
はフォトダイオード11a,11b の両方の各出力信号に基づ
いて計数するものであり、任意に選択することが可能で
ある。図５〜７において、18a,18b は出力信号、19はし
きい値を示す。

【００１７】図５は、フォトダイオード11a,11b におけ
る、いずれか一方の出力信号のみを有効とする場合であ
って、片側の極性の出力信号18a のみを有効として粒子
を計数する。図６〜７はフォトダイオード11a,11b の各
出力信号の両方を有効とした場合である。図６は、両極
に現れた出力信号18a,18b において、その一方の極性の
出力信号18b を反転して、出力信号18a,18b のすべてを
同極にしてから、出力信号18a,18b を和信号とすること
によって、フォトダイオード11a,11b の両方の出力信号
18a,18b に基づいて粒子を計数する。また、図７は、フ
ォトダイオード11a,11b のそれぞれが出力した極性が異
なる各信号をバイポーラパルス（bi polar pulse）とし
て、フォトダイオード11a,11b の出力信号18a,18b に基
づいて粒子を計数する。

【００１８】前記したように、フォトダイオード11a,11
b のそれぞれが出力した２つの信号を、演算回路12が差
または商で演算処理してから出力する信号に基づいて粒
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12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９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
が可能である。また、照射光学系３及び受光レンズ10a,
10b 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。

【００１９】

【発明の効果】本発明の粒子計数装置は、上記のよう
に、試料流体の流動方向とレーザビームの光軸とを互い
に直交方向にし、かつ前記試料流体の粒子から生じた散
乱光を検出する２個の光検出器を、前記レーザビームの
光軸と平行方向に並べて配置している。したがって、前
記試料流体に含まれた粒子の位置に対応して、その散乱
光が前記２個の光検出器に結像するから、この２個の検
出器が前記散乱光の検出信号を出力する。このようにし
て、２個の光検出器のそれぞれれから出力される２つの
信号を、演算手段で差または商で演算処理して、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その他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】実施例の断平面図である。

【図２】実施例の断正面図である。

【図３】実施例のレーザビームと散乱光及び試料流体の
関係図である。

【図４】実施例における散乱光の検出説明図である。

【図５】各フォトダイオードの出力信号の説明図であ
る。

【図６】各フォトダイオードの出力信号の説明図であ
る。

【図７】各フォトダイオードの出力信号の説明図であ
る。

【図８】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、
９…散乱光、11a,11b…フォトダイオード、12…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
   光軸とが互いに直交方向にされ、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
   設けられて、この演算手段の出力信号に基づいて粒子を
   計数することを特徴とする粒子計数装置。