JPH0550347U - 微粒子カウンター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｓ／Ｎ比を低コストで向上させて、微粒子の
可測粒径の下限を下げることを可能にする。 【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、かつ試料流体に含
まれた微粒子にレーザビーム５が照射されて生じる散乱
光を、受光レンズ10a,10b で集光して入射するフォトダ
イオード11が設けられるとともに、前記受光レンズ10a,
10b と相対してコリメートレンズ13と、このコリメート
レンズ13を透過した散乱光を反射する平面ミラー14とが
配置されて、試料流体の微粒子から生じて直接にフォト
ダイオード11に入射した第１散乱光9aと、前記コリメー
トレンズ13を透過し、かつ平面ミラー14で反射されてＰ
点で結像してから、フォトダイオード11に入射した第２
散乱光9bとの和で、前記微粒子を検出する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、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】

前記のような試料流体に含まれた微粒子のカウンターとして、例えば、図６に 示したものが知られている。

【０００３】 図６において、21はフローセルで、これに設けられた照射光窓22と相対して照 射光学系23が配置されている。この照射光学系23は、半導体レーザヘッド24と、 これから射出されたレーザビーム25の集光レンズ26とで構成されている。27は前 記照射光窓22と相対してフローセル21に設けられたセル窓で、これからフローセ ル21に入射されたレーザビーム25がフローセル21外に出る。28は照射光窓22から フローセル21内に入射されたレーザビーム25の光軸に垂直方向でフローセル21に 設けられた散乱光窓で、これを微粒子から生じた散乱光29が透過する。30a,30b は散乱光窓28と相対して配置された受光レンズ系、31は受光レンズ系30a,30b を 透過した散乱光29が入射される光検出器、32はフローセル21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21内に噴出させる。

【０００４】 この微粒子カウンターは、ノズル32でフローセル21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24から射出されたレーザビーム 25を集光レンズ26で集光して照射光窓22からフローセル21に入射し、前記試料流 体に照射する。そして、試料流体に微粒子が含まれており、かつその微粒子にレ ーザビーム25が照射されると、その微粒子から散乱光29が生じるから、この散乱 光29を散乱光窓28を経て受光レンズ系30a,30b で光検出器31に結像させて、前記 微粒子を検出するものである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

前記のように従来の微粒子カウンターは、試料流体に含まれた微粒子にレーザ ビーム25が照射されて、直接に散乱光窓28を透過した散乱光29のみを受光レンズ 系30a,30b を経て光検出器31で検出するものであって、散乱光29の観測立体角が 一方向に限定されている。したがって、Ｓ／Ｎ比を向上させることが困難な課題 がある。そして、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、散乱光29の観測立体角を大きく しようとすると、受光レンズ系30a,30b の設計が困難になり、そのコストが高く なる課題がある。

【０００６】 本考案は、上記の課題を解決するものであって、Ｓ／Ｎ比を低コストで向上さ せて、微粒子の可測粒径の下限を下げ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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案の微粒子カウンターは、フローセル内の試料流体の流れに、レーザビー ムを集光レンズで集光して照射する照射光学系と、試料流体に含まれた微粒子に 前記レーザビームが照射されて生じる散乱光を、受光レンズ系で結像させる光検 出器が設けられた微粒子カウンターにおいて、前記受光レンズ系と相対して、前 記散乱光の一部が入射されるコリメートレンズ系と、このコリメートレンズ系を 透過した散乱光を反射する平面ミラーとが設けられて、コリメートレンズ系を透 過した前記散乱光を平面ミラーで反射して、その散乱光をコリメートレンズ系で その発光位置に結像させ、かつその像を前記受光レンズ系で光検出器に結像させ て、前記微粒子から生じて直接に光検出器に入射された第１散乱光と、前記平面 ミラーで反射されて光検出器に入射された第２散乱光との和で、前記微粒子を検 出することを特徴とする。

【０００８】

【作用】

前記本考案の微粒子カウンターは、フローセル内に試料流体を噴出させるとと もに、その流れに集光レンズで絞ったレーザビームを照射する。そして、前記試 料流体に微粒子が含まれており、かつその微粒子に前記レーザビームが照射され ると、その微粒子から散乱光が生じて、その散乱光の一部が第１散乱光として受 光レンズ系で集光されて光検出器に直接に結像するとともに、前記散乱光の他の 一部が第２散乱光としてコリメートレンズ系にも入射されて、それを透過した第 ２散乱光が平面ミラーで反射される。平面ミラーで反射された第２散乱光はコリ メートレンズ系で集光されて、その発光位置に結像するから、その像を受光レン ズ系で前記光検出器に結像させる。このようにして、前記微粒子から生じて直接 に光検出器に入射された第１散乱光と、平面ミラーで反射されて光検出器に入射 した第２散乱光との和で、前記微粒子を検出する。したがって、散乱光の観測立 体角が、前記従来の微粒子カウンターの散乱光の観測立体角の２倍になる。

【０００９】

【実施例】

本考案の微粒子カウンターの第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】 8a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に設けられた第１散乱光窓で、これと相対してフローセル１に第２散乱 光窓8bが設けられている。9aは試料流体に含まれた微粒子に前記レーザビーム５ が照射されて生じて、第１散乱光窓8aの方に進行する第１散乱光、9bは前記微粒 子から生じて第２散乱光窓8bの方に進行する第２散乱光、10a,10b は前記第１散 乱光窓8aと相対してフローセル１外に配置された受光レンズ、11は光検出器とし てのフォトダイオードで、その受光面12が受光レンズ10が受光した第１、第２散 乱光9a,9b の結像位置に配置されている。

【００１２】 13は前記第２散乱光窓8bと相対して、フローセル１外に設けられたコリメート レンズで、その第２散乱光9bの観測立体角が、前記受光レンズ10a による第１散 乱光9aの観測立体角と同じに設定されている。14は前記コリメートレンズ13を透 過した第２散乱光9bを反射する平面ミラー、15はフローセル１に設けられた試料 流体噴出用のノズル（図２参照）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の光軸と交差する方向になっている。16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）である。

【００１３】 上記のように構成した微粒子カウンターは、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、集光レンズ６で絞って照射光窓２からフローセル１ 内に入射する。このフローセル１内に入射されたレーザビーム５はセル窓７から フローセル１外に出る。一方、ノズル15からフローセル１内に試料流体を噴出さ せるから、このノズル15から噴出した試料流体の流動方向に垂直方向で、その試 料流体の径方向の中心部をレーザビーム５が透過する。

【００１４】 したがって、フローセル１内に噴出した試料流体に微粒子が含まれ、かつその 微粒子にレーザビーム５が照射されると散乱光が生じるが、それが第１散乱光窓 8aを直接に透過する第１散乱光9aと、第２散乱光窓8bを透過する第２散乱光9bと になる。そして、前記第１散乱光9aは、受光レンズ10a,10b で集光されてフォト ダイオード11の受光面12に直接結像する。一方、前記第２散乱光9bは、コリメー トレンズ13で平行光にされかつ平面ミラー14で反射されて、再度コリメートレン ズ13で集光されて、第２散乱光9bの発光位置であるＰ点で結像してから、そのＰ 点の像が第１散乱光窓8aを経て受光レンズ10a,10b が、前記受光面12に結像させ る。

【００１５】 すなわち、レーザビーム５が照射された前記微粒子を、第１散乱光9aと第２散 乱光9bのそれぞれで形成された各像の和として、フォトダイオード11で検出する から、観測立体角が前記従来例の微粒子カウンターの観測立体角の２倍になる。 したがって、微粒子から生じてフォトダイオード11に入射する散乱光9a,9b の強 度が大きくなるから、Ｓ／Ｎ比がよくなり、微粒子の可測粒径の下限を下げるこ とが可能である。そして、受光レンズ10a,10b は、前記従来の微粒子カウンター で使用されているレンズ系と同様のものを使用することが可能であり、かつ前記 受光レンズ10a による第１散乱光9aの観測立体角とコリメートレンズ13による第 ２散乱光9bの観測立体角とを同一に設定しているから、受光レンズ10a とコリメ ートレンズ13とは、同一のレンズ系を使用することが可能であるから、そのコス トを引き下げることが可能である。

【００１６】 なお、受光レンズ10a,10b による第１散乱光9aの観測立体角とコリメートレン ズ13による第２散乱光9bの観測立体角とを同一にすることについては任意になし うる。また、フローセル１にノズル15を設けることについては任意である。

【００１７】 図３〜５は第２実施例を示すものである。図３〜５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に入射する集光レンズ６で構成されている。17は照射光窓 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17の軸心とが一致し ている。18はライトトラップ17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17を経て、これに連設されたノズル15a で試料流体をフ ローセル１内に噴出させるように構成されている。16a はフローセル１に設けら れた試料流体の流出口である。

【００１８】 そして、前記ノズル15a から噴出した試料流体にレーザビーム５が照射されて 生じる第１、第２散乱光9a,9b が、受光レンズ10a,10b を経て入射されるフォト ダイオード11の受光面12は、図４に示したように、それに入射された微粒子の像 に、受光レンズ10a,10b の収差でぼけが生じても、そのぼけた像の全体を受像す ることが可能な面積を備えている。さらに、集光レンズ６で絞つたレーザビーム ５は、図５に示したように双曲面になり、その集光レンズ６の焦点位置の部分に は、ほぼ同径で光軸方向の光密度の差が小さい範囲が生じるから、この範囲を検 出領域Ｒとして、このレーザビーム５の軸線と平行方向における前記受光面12の 寸法を、検出領域Ｒの範囲Ｗと同程度対応するように設定して、検出領域Ｒを通 過する間に試料流体Ｓに含まれた微粒子から生じて、受光レンズ10a,10b に入射 された第１、第２散乱光9a,9b のほぼ全量を受光することが可能に構成されてい 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。

【００１９】 この第２実施例の微粒子カウンターは、レーザビーム５を集光レンズ６で絞っ て照射光窓２からフローセル１内に入射し、かつライトトラップ17を経てノズル 15a で試料流体をフローセル１内に噴出させるが、前記レーザビーム５の光軸と ノズル15a の軸心がほぼ一致する。したがって、レーザビーム５はノズル15a か ら噴出する試料流体の流動方向と平行方向において、試料流体の径方向の中心部 に照射されるから、試料流体に微粒子が含まれていると、それはレーザビーム５ の光軸に沿って流動する。そして、前記微粒子にレーザビーム５が照射されると 散乱光が生じるが、レーザビーム５における前記検出領域Ｒで生じる散乱光が第 １散乱光窓8aを直接に透過する第１散乱光9aと、第２散乱光窓8bを透過する第２ 散乱光9bとになり、かつこの第１、第２散乱光9a,9b のそれぞれが、前記第１実 施例と同様にフォトダイオード11の受光面12に入射されるから、それらの和で前 記微粒子を検出するものであって、散乱光の観測立体角が、前記従来の微粒子カ ウンターの観測立体角の２倍に大きくなる。

【００２０】 しかも、この第２実施例は、フォトダイオード11の受光面12を、前記のように 大きく構成しているから、レーザビーム５の検出領域Ｒを微粒子が通過する間に 生じて、受光レンズ10a,10b に入射される第１、第２散乱光9a,9b のそれぞれの ほぼ全量を受光することが可能である。そして、受光レンズ10a,10b の収差のた めに第１、第２散乱光9a,9b の像にぼけが生じても、その全体を受光面12は受像 することか可能であるから、第１、第２散乱光9a,9b のほぼ全量を効率よく検出 することができる。

【００２１】 また、フォトダイオード11による第１、第２散乱光9a,9b のそれぞれの検出範 囲を、レーザビーム５の光軸方向に設定した検出領域Ｒの範囲Ｗに拡大しても、 この範囲Ｗで生じる信号成分と試料流体の屈折率のゆらぎなどから生じるノイズ 成分との関係から、Ｓ／Ｎ比に対して影響を及ぼさないことが明らかである。し たがって、フォトダイオード11に入射される第１、第２散乱光9a,9b の強度がそ れぞれより大きくなるから、Ｓ／Ｎ比がよくなり微粒子の可測粒径の下限を大き く下げることが可能である。

【００２２】 なお、フォトダイオード11の受光面12を、図５にほぼ正方形に示しているが、 この大きさと形状は、前記の条件を満たすものであればよく、任意にすることが 可能である。また、フォトダイオード11の受光面12の前記構成は、任意にするこ とが可能である。

【００２３】

【考案の効果】

本考案の微粒子カウンターは、上記のように、フローセル内の試料流体に含ま れた微粒子に集光レンズ系で絞ったレーザビームが照射されて生じる微粒子の一 部を、第１散乱光として受光レンズ系で光検出器に直接に結像させるとともに、 前記散乱光の他の一部を、前記光検出器と相対する位置に配置されたコリメート レンズ系に第２散乱光として入射する。そして、コリメートレンズ系を透過した 第２散乱光を平面ミラーで反射し、再度コリメートレンズ系に入射して、その第 ２散乱光の発光位置に結像させて、第２散乱光も前記受光レンズ系で光検出器に 結像させて、前記第１、第２散乱光の和で前記微粒子を検出する。

【００２４】 したがって、微粒子から生じた散乱光の観測立体角を、前記従来の微粒子カウ ンターにおける散乱光の観測立体角の２倍にすることが可能であって、光検出器 で検出する散乱光の強度が大きくなるから、Ｓ／Ｎ比をよくすることが可能であ る。また、前記受光レンズ系には、従来の微粒子カウンターに使用されているレ ンズ系と同様なものを使用することが可能であるから、低コストでＳ／Ｎ比をよ くすることができる。しかも、コリメートレンズ系と平面ミラーからなる光学系 が、ライトトラップの役目を果たすから、フローセル内の迷光の影響を少なくす ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の断平面図である。

【図２】第１実施例の断正面図である。

【図３】第２実施例の断正面図である。

【図４】第２実施例のフォトダイオードの拡大断正面図
である。

【図５】絞ったレーザビームの要部の拡大斜視図であ
る。

【図６】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、
６…集光レンズ、9a…第１散乱光、9b…第２散乱光、10
a,10b …受光レンズ、11…フォトダイオード、13…コリ
メートレンズ、14…平面ミラー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 フローセル内の試料流体の流れに、レー
   ザビームを集光レンズで集光して照射する照射光学系
   と、試料流体に含まれた微粒子に前記レーザビームが照
   射されて生じる散乱光を、受光レンズ系で結像させる光
   検出器が設けられた微粒子カウンターにおいて、前記受
   光レンズ系と相対して、前記散乱光の一部が入射される
   コリメートレンズ系と、このコリメートレンズ系を透過
   した散乱光を反射する平面ミラーとが設けられて、コリ
   メートレンズ系を透過した前記散乱光を平面ミラーで反
   射して、その散乱光をコリメートレンズ系でその発光位
   置に結像させ、かつその像を前記受光レンズ系で光検出
   器に結像させて、前記微粒子から生じて直接に光検出器
   に入射された第１散乱光と、前記平面ミラーで反射され
   て光検出器に入射された第２散乱光との和で、前記微粒
   子を検出することを特徴とする微粒子カウンター。