JPH0565020B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、純水または透明な薬剤溶液中に含
まれる、微量の微粒子を検出する液体の微粒子検
出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体の製造過程においては、純水または透明
な薬剤溶液が使用されているが、純水といえど
も、微量ではあるが塵埃微粒子が混入することが
あり、薬剤溶液においても同様である。これらに
含まれた微粒子は半導体製品に付着してその品質
を劣化させるので、微粒子の検査が行われてい
る。

従来においては、第４図ａ，ｂに示す液中の微
粒子検出装置が使用されている。図ａにおいて、
試料液体は円形断面の導管１の内部を矢印Ｆの方
向に通過する。この液体に対して、側方より投光
レンズ２で集束されたレーザビーム３が垂直に投
光される。レーザビーム３は導管１の中心軸上の
焦点Ｄで円形のスポツト４を形成し、以後拡散す
るが、遮光板５で遮られて受光素子８には達しな
い。

いま液体中に微粒子が含まれ、これがスポツト
４の位置に来たときは、レーザビーム３が散乱し
て、遮光板５の外側にある散乱光６は受光レンズ
７により集光されて受光素子８に入り、微粒子が
検出される。この方式は、レーザビーム３の進行
方向に受光素子８をおくので前方受光方式とよば
れており、微粒子の大きさがある程度大きい場合
は、次に述べる側方受光方式に比べて散乱光の受
光感度が良好であるが、その反面、レーザビーム
３の方向に受光素子がおかれているため、レーザ
ビーム３の直接光あるいは、それから派生した迷
光を受光し易いことが難点である。

これに対して、図ｂは側方受光方式で、導管１
に液体を通し、投光レンズ２で集束されたレーザ
ビーム３が、導管１に垂直に投光されることは図
ａと同様であるが、受光の方向が異なり、導管１
の中心軸（ｚ軸）に直角で、かつレーザビーム３
（ｘ軸）に対して垂直のｙ軸上、すなわち側方で
受光する。受光軸Ｒには受光レンズ７の後位で、
スポツト４に対する受光レンズ７の焦点の位置に
スリツト板９を設けて、スポツト４の軸中心部の
近傍を視野とするように限定し、この視野内の散
乱光を受光素子８に入力するものである。

以上に述べた側方散乱光の受光方式は、前方受
光方式に比べて、受光方向がレーザビーム３の進
行方向でないため、受光素子８に入る迷光が比較
的少なく、また微粒子の径がサブミクロンのオー
ダーでは散乱光の強度が前方の受光位置とほぼ同
等であり、極めて微小な微粒子を検出できるもの
として、従来から空気中の微粒子検出器に用いら
れるているものである。

さてここで、側方受光方式における微粒子の検
出領域について述べる。レーザビーム３は通常、
ガウスビームと称する、断面上の強度分布が中心
より半径方向にがウスの誤差曲線をなすものが使
用されている。これを第４図ｃに示す。図におい
て、レーザビーム３の円形断面３′に対する強度
分布はガウス曲線１０であり、このような強度分
布のスポツト部４′に対して、スリツト９を通し
て視野９′に限定し、その中の散乱光を受光して
微粒子を検出する。視野９′内に含まれる領域が
図の斜線で示す検出領域１１である。

いま、矢印Ｆ１が断面３′の中心Ｏを通り、矢
印Ｆ２は中心Ｏの外方を通るものとすると、検出
領域１１において、Ｆ１とＦ２におけるレーザビ
ーム３の強度ＵとＬの相違のため、同一の大きさ
の微粒子に対して異なる強度の散乱光が散乱され
る。散乱光の強度は微粒子の形状、大きさなどに
より変化するものであるが、一般には球形の標準
粒子を用いてキヤリブレートした基準により、微
粒子の形状に拘わらず、等価的な標準粒子の大き
さとして評価されている。

しかし、上記の場合には、同一の微粒子が異な
る大きさとして検出されることとなり、微粒子の
大きさの測定エラーを生ずる。換言すれば、これ
は微粒子の直径（粒径）の分解能の悪さである。

液中に含まれる微粒子の検出に当たつては、そ
の個数のみならず、個々の大きさもできる限り正
確に測定することが望ましい。

〔発明の目的〕

この発明は、従来の側方受光方式による微粒子
検出装置における、レーザビームの強度分布特性
に基ずく、粒径分解能の悪さを改善した液中の微
粒子検出装置を提供することを目的とするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

従来の装置においては、レーザビームの断面が
円形であつたのに対して、この発明においては、
シリンドリカル・レンズを使用して、断面を楕円
形とし、この楕円の長軸を導管の中心軸に対し
て、角度θ傾斜させて該中心軸に投光する。これ
に対して、受光側では、該楕円の長軸およびレー
ザビームの光軸の両者にそれぞれ垂直の方向で、
受光レンズ、スリツトおよび受光素子よりなる受
光器で散乱光を受光して、微粒子を検出する。な
おこの場合、導管の中心軸に対する、レーザビー
ムの光軸の方向は、垂直または適当な傾斜角とす
るものである。

〔作用〕

この発明においては、レーザビーム断面を楕円
形とすることにより、その長軸の方向における強
度分布が緩やかであることを利用して、散乱光の
強度の偏差を小さくするものである。ただし、長
軸の方向を導管の中心軸と一致させるときは、か
えつて改悪となり、また中心軸と直角方向とする
ときは、受光器の配置上で難点がある。そこで、
この発明においては、長軸の方向を導管の中心軸
に対して、角度θ傾斜させ、これに対する受光方
向としては、レーザビームの光軸と長軸のそれぞ
れに垂直方向とするもので、これにより側方受光
方式が保持され、またスリツトの方向を長軸と一
致させることにより、視野とピントが正確となる
ものである。なお、導管の中心軸に対するレーザ
ビームの光軸の方向は、機器配置の都合を考慮し
て、垂直または適度の傾斜を持たせることは自由
とする。

〔実施例〕

第１図ａ，ｂ，ｃおよびｄはこの発明による、
液中の微粒子検出装置に用いられる、楕円断面の
レーザビームの長軸と液体の流れの方向および受
光方向の取りかたの説明図である。

図ａにおいては、導管の中心軸をｚ軸として、
楕円の長軸をこの方向にとつた場合で、短軸をｙ
軸として受光方向とする。この場合は、ガウス曲
線１０ａは円形より急峻となつて、粒径分解能は
かえつて劣化するので採用しない。これに対し
て、図ｂにおいては長軸をｙ軸方向とするもの
で、受光軸Ｒをｚ軸方向とすれば、ガウス曲線１
０ｂは円形に比して緩やかであり、粒径分解能は
向上する。しかしながら、この場合は、図ｃに示
すように、導管１があるため、ｚ軸方向で受光す
ることは構造上無理がある。これを避けるため、
受光軸Ｒをｚ軸に対して傾斜させるときは、長軸
の両端とスリツトとの間に距離の差ができ、正確
な視野、ピントの設定がむずかしい。

そこで、この発明においては、図ｄに示すよう
に、長軸の方向をｚ軸に対して、角度θだけ傾斜
させるもので、これに従い受光軸Ｒをｙ軸から角
度θ傾斜させる。また、スリツトの方向を長軸と
一致させる。これらにより、スリツトによる視野
の両端点ｐ，ｑとスリツトの両端点p′，q′間の距
離が同一となつてピントが正しく合わせられ、同
時に視野も正しく設定される。

以上において、角度θの大きさについてみる
と、θが大きいときは前記したように、導管との
関係で受光器の配置が困難である。また、θが小
さくなると、検出領域の幅Ｗ域が狭くなり、液体
の検査流量が減少する。そこで、許す限り角度θ
を大きくとることが必要である。また、楕円の長
軸と短軸の比についてみると、これが大きいほ
ど、曲線の変化が緩やかであり幅Ｗを増加できる
のでそれに相当して、検査流量が増加する。

一方スポツトの光強度は面積にほぼ反比例す
る。そこで、円形と同等の面積で、可及的に長短
比の大きい楕円を用いることが得策である。

なお以上において、受光軸Ｒとレーザビームの
光軸とは直角に設定されて、側方受光方式を構成
し、その長所を保持するものである。

第２図は、この発明による液中の微粒子検出装
置の第１の実施例の構成図である。図において、
導管１の中心軸をｚ軸とし、ｘ軸上にシリンドリ
カル・レンズ２ａを設けてレーザビーム３を楕円
に集束する。シリンドリカル・レンズ２ａは、そ
のシリンダ軸Ｃがｚ軸と角度θをなすように傾斜
させる。これにより、長軸がｚ軸と角度θをなす
楕円スポツト４ａがえられる。

受光軸Ｒについては、ｙ軸と角度θでかつ、ｘ
軸と直角をなす方向とし、受光レンズ７、スリツ
ト板９および受光素子８を配置する。この場合、
スリツトの長手方向を長軸と一致させる。このよ
うな方向とすることにより、スリツト上における
スポツト４ａの視野の範囲およびピントを良好と
することができる。また、側方受光方式が保持さ
れるものである。

第３図は、この発明による液中の微粒子検出装
置の第２の実施例を示すもので、この場合、ｚ軸
に対して角度ωをなす方向にレーザビーム３を投
光する。すなわち、ｙ軸を中心に角度ω回転した
x′軸方向に投光する。このときｚ軸はz′軸とな
り、楕円の長軸をz′軸に対して角度θ傾斜する。
受光軸Ｒはｙ軸（変化しない）と角度θをなし、
かつx′軸と直角方向とするものである。

この場合においても、θの大小、楕円の長短比
の特徴は第２図の実施例と同様である。ただし、
この場合は、投光角度、受光角度にある程度の自
由度があり、レーザビーム３による迷光の発生お
よび、迷光の受光器への入力の排除のために有利
である。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなように、この発明に
よる液中の微粒子検出装置においては、断面が楕
円形のレーザビームを用いて、光強度の変化が小
さい方向で微粒子の散乱光を受光するもので、従
来の円形の場合に比して、粒径分解能を著しく改
善できるとともに、検出領域を拡大して液体の検
査流量を増加できる。また、楕円の長軸の方向を
ｚ軸に対して傾斜させて、受光方向およびスリツ
トの方向を合理的とすることにより、視野とピン
トを正しく設定できるものである。なお、この発
明の主旨は、導管の断面が円形に限られず、角形
などの場合に対しても応用できるもので、この方
面に寄与する効果が大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃおよびｄはこの発明による、
液中の微粒子検出装置に用いる、楕円断面のレー
ザビームの長軸と試料液体の流れ方向および散乱
光の受光方向に関する説明図、第２図はこの発明
による、液中の微粒子検出装置の第１の実施例の
構成図、第３図はこの発明による、液中の微粒子
検出装置の第２の実施例の構成図、第４図はａ，
ｂおよびｃは従来の液中の微粒子検出装置に関す
る図で、図ａは前方受光方式の構成図、図ｂは側
方受光方式の構成図、図ｃは図ｂに対するレーザ
ビームのスポツトと検出領域の説明図である。 １…導管、２…投光レンズ、２ａ…シリンドリ
カル・レンズ、３…レーザビーム、４…スポツ
ト、４ａ…楕円スポツト、５…遮光板、６…散乱
光、７…受光レンズ、８…受光素子、９…スリツ
ト板、１０，１０ａ，１０ｂ…ガウス曲線、１１
…検出領域、Ｆ…液体の流れの方向、Ｒ…受光
軸、θ…楕円の長軸の傾斜角、ω…レーザビーム
の傾斜角。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 断面が円形の透明な導管を通過する液体試料
   に対して、側方よりレーザビームを投光し、該投
   光により上記液体中に含まれている微粒子により
   生ずる散乱光を、上記レーザビームに対して垂直
   の側方で、スリツトを設けた受光器により、上記
   レーザビームの光軸の近傍を視野として受光し
   て、上記液体中の微粒子を検出する、側方散乱光
   受光方式による液中の微粒子検出装置において、
   上記レーザビームの断面をシリンドリカル・レン
   ズにより楕円となし、該楕円の長軸の方向を上記
   導管の中心軸に対して傾斜角θとなしてレーザビ
   ームを投光し、該楕円の長軸および上記レーザビ
   ームの光軸の両者に対してそれぞれ垂直の方向で
   受光する、受光レンズ、スリツト板および受光素
   子を設け、かつ該スリツト板のスリツトの方向を
   上記楕円の長軸の方向に一致させたことを特徴と
   する、液中の微粒子検出装置。