JPH0540086A - 微粒子検出装置のダイオードアレイ受光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 微粒子検出装置において、受光系の集光レン
ズの球面収差により、受光面に生ずる焦点ボケによる微
粒子の計測誤差を防止できるダイオードアレイ受光器を
提供する。 【構成】 集光レンズ151 の球面収差により、ダイオー
ドアレイ152 の受光面に生ずる焦点ボケ量Ｂの大きさに
対応して、受光系15の光軸Ｏより外方の位置にある単位
セルＣほど、長さ寸法［Ｃ］を大きくする。 【効果】 目的がほぼ達成され、高価な集光レンズを使
用することなく受光系が経済的に構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微粒子検出装置にお
けるダイオードアレイ受光器の構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣなどの微小で精密な部品はク
リーンルームで製造され、クリーンルームの塵埃などの
微粒子は、微粒子検出装置により測定されて清浄度が管
理されている。図２は微粒子検出装置の一形式の基本構
成を示す。(a) において、１は検出セルで、その筐体11
には、噴射ノズル12と排出ノズル13とが対向して設けら
れ、噴射ノズルに吸入されたサンプルエアＳ_A は、噴射
孔121 より検出セル内に噴射され、排出ノズルの排出孔
131 より外部に排出される。これに対してレーザ管141
とミラー142 よりなるレーザ発振器14が設けられ、これ
が発振したレーザビームＬがサンプルエアＳ_A に直交し
て検出領域Ｄが形成される。検出領域Ｄに対してその側
方に、集光レンズ151 と受光器152 よりなる受光系15を
設け、検出領域Ｄ中の微粒子の散乱光を集光レンズ151
により集光して受光器152 に受光し、受光信号を検出部
16に入力して微粒子が検出される。この場合、散乱光の
受光量は微粒子の粒径に概ね比例するので、受光信号の
レベルより微粒子の粒径が計測される。

【０００３】清浄度の良好なクリーンルームの微粒子を
効率的に検出するには、検出セル内にできるだけ多量の
サンプルエアを吸入して処理することが必要である。こ
のために上記の検出セルにおいては、噴射孔121 と排出
孔131 の断面を、図(b) に示すような長方形（正確には
両端が半円形または円弧）としてサンプルエアＳ_A の流
量を増加し、また、長方形の長辺をレーザビームＬの方
向に一致させて、検出領域Ｄを拡張する方法が行われて
いる。

【０００４】最近においてはＩＣの集積度が向上し、こ
れに対応してさらに微小な微粒子まで検出することが要
請されている。この場合、例えば、レーザビームの強度
を増加するとか、または受光系の感度を上げるなどによ
り検出性能を向上させようとしても、サンプルエア自身
のエア分子の散乱光まで検出するため、さほどＳ／Ｎは
向上しない。エア分子は塵埃などの微粒子より遥かに微
小であるが、その個数が極めて多いため、それぞれの散
乱光は全体として微粒子のそれに匹敵する大きさとなる
からである。この意味では上記のように検出領域Ｄを拡
張することは、エア分子の散乱光の受光量を大きくする
ので不利である。このようなエア分子の雑音を可及的に
低減する方法として、検出領域を複数の部分に分割し、
各部分領域ごとに検出回路を設けて微粒子を検出する方
法がある。

【０００５】従来においては、受光器152 として光電子
増倍管を使用し、検出領域Ｄの散乱光を一括して受光す
る方法であったが、上記したエア分子の雑音を低減する
方法においては、複数の単位セルが配列されたダイオー
ドアレイを使用する。図２(c) において、ダイオードア
レイ152 は複数ｎ個の単位セルＣを有し、エア分子の散
乱光は複数ｎに分割されて各単位セルに受光される。い
ずれかの単位セルに受光された微粒子の受光信号は、切
り替えスイッチ17を経て検出部16に入力して微粒子が検
出される。この場合、微粒子の散乱光が受光されない単
位セルの受光信号は切り捨てられ、その分だけエア分子
の雑音が低減される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記の集光レン
ズ151 に要求される性能は、(a) ：微粒子の散乱光の集
光能力を増大するためと、広い範囲の検出領域Ｄに対応
するために開口比が大きく短焦点のもので、かつ、(b)
：焦点深度が深くて結像性能が良好なことである。し
かし、(a) と(b) は相反する条件であり、特別な設計に
よる高価なものでない限り、(a) の条件を満足する通常
のものでは焦点深度が浅いために球面収差が大きく、ダ
イオードアレイ152 の受光面に焦点ボケが生ずる。図３
はこれを示し、検出領域Ｄの中心点ｐ_o はダイオードア
レイ152の受光面に合焦するが、両端の点ｐ_e に近づく
に従って合焦面153 が上方に湾曲して焦点ボケが大きく
なる。この焦点ボケにより散乱光が分散して単位セルＣ
の受光量が減少し、微粒子は見掛け上粒径が小さく検出
される。また、隣接した単位セルにも受光される結果、
見掛け上小さい粒径の微粒子が２個またはそれ以上誤検
出される。微粒子検出装置は、微粒子の個数とともに粒
径をも計測するものであるから、上記のような個数と粒
径の計測誤差は極力排除することが必要である。この発
明は以上に鑑みてなされたもので、集光レンズの球面収
差により、受光面に生ずる焦点ボケによる微粒子の計測
誤差を排除できる、ダイオードアレイ受光器を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するダイオードアレイ受光器（以下単にダイオー
ドアレイ）であって、上記の微粒子検出装置において、
受光系の集光レンズの球面収差により、ダイオードアレ
イの受光面に生ずる焦点ボケ量の大きさに対応して、受
光系の光軸より外方の位置にある単位セルほど、長さ寸
法（ダイオードアレイの長さ方向の寸法、以下単に長さ
という）を大きくしたものである。

【０００８】

【作用】上記のダイオードアレイにおいては、焦点ボケ
量の大きさに対応して、受光系の光軸より外方にある単
位セルほど長さが大きくされているので、焦点ボケによ
り分散した散乱光が各単位セルにほぼ同一量受光され
て、微粒子の個数と粒径の計測誤差が概ね排除される。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す。(a) にお
いて、ダイオードアレイ152 は複数ｍ個の単位セルＣ₁,
Ｃ₂ 〜Ｃ_m よりなり、この受光面に対して、前記した図
３と同様に、集光レンズの球面収差により湾曲した合焦
面153 が生ずる。これによる各単位セルの焦点ボケ量を
Ｂとし、Ｂをシュミレーションなどにより求める。(b)
において、検出領域Ｄのうちの任意の部分領域Ｄ_r に対
応した単位セルＣ_rの長さ［Ｃ_r]は、単位セルＣ₁ の長
さ［Ｃ₁]に焦点ボケ量Ｂ_r を加えたものとする。すなわ
ち、 ［Ｃ_r]＝［Ｃ₁]＋Ｂ_r ………(1) により計算する。このような長さ［Ｃ_r]とすることによ
り、検出領域Ｄ_r の散乱光は単位セルＣ_r 内に受光され
る。しかし、さらに詳細にみると、部分領域Ｄ_rの中心
点ｐ_c の微粒子の散乱光は図示のように単位セルＣ_r 内
に入るが、Ｄ_r の両端の点ｐ_a,ｐ_b 付近のそれは隣接し
た単位セルに跨がって分散する。このように散乱光が隣
接単位セルに跨がる割合は、長さ［Ｃ₁]と焦点ボケ量Ｂ
_r の比率に依存し、［Ｃ₁]に比較してＢ_r が大きいほど
跨がりが大きい。よって焦点ボケ量Ｂの大きい集光レン
ズの場合には、長さ［Ｃ₁]を大きくし、従って個数ｍが
小数のダイオードアレイを使用する。または、Ｂ_r に１
より大きい適当な係数ｋを乗じたｋＢ_r を［Ｃ₁]に加算
して単位セルＣ_rの長さ［Ｃ_r]とする。この場合の
［Ｃ_r]の計算式は、 ［Ｃ_r]＝［Ｃ₁]＋ｋＢ_r ，（ｋ＞１） ………(2) で表される。図(c) は式(2) の場合を示し、隣接単位セ
ルに散乱光が跨がる割合が図(b) の場合より低下する。
以上において、単位セルＣ₁ の長さ［Ｃ₁]を大きくする
場合、またはｋＢ_r を加算する場合は、いずれも前記し
たエア分子による雑音が増加し、折角検出領域Ｄを分割
した効果が減殺されるので、これを考慮することが必要
である。次に再び図(a) において、上記により各単位セ
ルＣ₁ 〜Ｃ_m の長さ［Ｃ₁]〜［Ｃ_m]が従来より長くなる
ので、単位セルの個数を従来と同じとすると、検出領域
Ｄに対応するダイオードアレイ152 の長さ［Ｄ₁]が過大
となる。従って、単位セルの個数ｍを適切に決めること
が必要である。個数ｍは次式(3) ： ［Ｄ₁]＝２（ｍ［Ｃ₁]＋ΣｋＢ_r ） ………(3) により計算される。以上のダイオードアレイ152 には、
ピンダイオード、またはアバランシェフォトダイオード
によるアレイを使用し、その幅Ｗ（図(a) 参照）は、長
さが最大の単位セルＣ_m の焦点ボケ量Ｂ_m よりやや大き
めとすればよい。

【００１０】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明によるダ
イオードアレイ受光器においては、焦点ボケの大きさに
対応して、各単位セルの長さが大きくされているので、
焦点ボケにより分散した散乱光が各単位セルにほぼ同一
量受光されて、微粒子の個数と粒径の計測誤差が概ね排
除されるもので、特別設計による高価な集光レンズを使
用することなく受光系を経済的に構成できる効果には大
きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例を示し、(a) はダイオー
ドアレイ受光器を構成する各単位セルの説明図、(b),
(c) は任意の単位セルの長さを求める方法の説明図であ
る。

【図２】 微粒子検出装置の一形式の基本構成を示し、
(a) は検出セルの断面図、(b) は受光系の構成図、(c)
はダイオードアレイ受光器による微粒子検出方式の説明
図である。

【図３】 受光系の集光レンズの球面収差と、これによ
る焦点ボケの説明図である。

【符号の説明】

１…検出セル、11…筐体、12…噴射ノズル、121 …噴射
孔、13…排出ノズル、131 …排出孔、14…レーザ発振
器、141 …レーザ管、142 …ミラー、15…受光系、151
…集光レンズ、152 …受光器、またはダイオードアレ
イ、153 …合焦面、16…検出部、Ｌ…レーザビーム、Ｄ
…検出領域、Ｄ_r…任意の部分領域、Ｃ，Ｃ₁ 〜Ｃ_n,Ｃ_m
…単位セル、Ｃ_r …任意の単位セル、［Ｃ₁]〜
［Ｃ_m]，［Ｃ_r]…単位セルの長さ、Ｂ，Ｂ_r …焦点ボケ
量、［Ｄ₁]…ダイオードアレイの長さ、ｋ…係数、Ｗ…
ダイオードアレイの幅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出セル内に噴射された断面が長方形の
   サンプルエアに対して、該長方形の長辺の方向にレーザ
   ビームを直交して検出領域を構成し、該検出領域の側方
   に、集光レンズと複数個の単位セルを有するダイオード
   アレイ受光器とよりなる受光系を配設し、該受光系によ
   り前記検出領域における散乱光を受光し、前記サンプル
   エアに含まれた微粒子を検出する微粒子検出装置におい
   て、前記集光レンズの球面収差により、前記ダイオード
   アレイ受光器の受光面に生ずる前記散乱光の焦点ボケ量
   の大きさに対応して、前記受光系の光軸より外方の位置
   にある前記単位セルほど、その長さ寸法を大きくしたこ
   とを特徴とする、微粒子検出装置のダイオードアレイ受
   光器。