JPH0666823A - 微粒子の挙動計測装置 - Google Patents

微粒子の挙動計測装置

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JPH0666823A
JPH0666823A JP22007992A JP22007992A JPH0666823A JP H0666823 A JPH0666823 A JP H0666823A JP 22007992 A JP22007992 A JP 22007992A JP 22007992 A JP22007992 A JP 22007992A JP H0666823 A JPH0666823 A JP H0666823A
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JP
Japan
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laser
fine particles
laser light
plane
behavior
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Application number
JP22007992A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Fujita
博 藤田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は微粒子の移動方向や移動速度を感
度よく確実に検出することができるようにした挙動検出
装置を提供することを目的とする。 【構成】 波長の異なる少なくとも2つのレ−ザ光を放
射するレ−ザ発振器21、22と、このレ−ザ発振器に
より放射された各レ−ザ光をそれぞれ平行な平面形状に
成形して計測空間を照射させるスキャナ機構25と、上
記計測空間を通過する微粒子からの散乱光を上記レ−ザ
光の平面方向に対してほぼ直交する方向から波長別に受
光して光電変換する光電変換素子36、37と、上記レ
−ザ光の平面方向とほぼ直交する方向から見た上記微粒
子の挙動を撮像する撮像光学系27と、この撮像光学系
の撮像信号と上記光電変換素子からの光電変換信号によ
って上記微粒子の移動方向と速度を三次元的に求める三
次元座標計算装置33とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は微粒子の移動状態や速
度を計測するために用いられる微粒子の挙動計測装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば、半導体の製造においては、半
導体ウエハ上に1ミクロン程度の微粒子が付着しても、
製造された半導体は不良品となる。そこで、半導体の製
造工程で用いられる各種チャンバ内における微粒子の挙
動を測定し、その移動方向から微粒子の発塵源を求め、
対策を講じるということが行われている。
【0003】図4は従来の微粒子の挙動計測装置を示
す。この挙動計測装置は第1乃至第3のレ−ザ発振器1
〜3を備えている。第1のレ−ザ発振器1は赤色のレ−
ザ光を出力するHe−Neレ−ザで、第2のレ−ザ発振
器2は緑色のレ−ザ光を出力するHe−Cdレ−ザであ
り、第3のレ−ザ発振器3は青色のレ−ザ光を出力する
Arレ−ザが用いられている。
【0004】各レ−ザ発振器1〜3から出力されたレ−
ザ光L1 〜L3 は、スキャナ機構4に入射する。つま
り、スキャナ機構4はモ−タ5aおよびこのモ−タ5a
によって揺動駆動される反射ミラ−5bからなり、上記
レ−ザ光L1 〜L3 は上記反射ミラ−5bに入射して反
射することで、同図に示す座標軸のZ軸方向に平行な平
面形状のレ−ザ光、つまり平面レ−ザ光s、p、qに成
形される。これら平面レ−ザ光s、p、qは図中破線で
示す領域である、計測空間6を照射する。
【0005】上記計測空間6は、上記各平面レ−ザ光
s、p、qと垂直な方向、つまりY方向から撮像光学系
7によって撮像される。この撮像光学系7は望遠レンズ
8に高感度カラ−カメラ9を接続してなる。この高感度
カラ−カメラ9の映像出力端子はVTR11の入力端子
に接続され、このVTR11の映像出力端子はカラ−モ
ニタテレビ12の入力端子に接続されている。
【0006】このような構成とすることで、上記計測空
間6にて、微粒子が上記各平面レ−ザ光s、p、qを通
過する際、通過順にそれぞれ平面レ−ザ光と同一波長の
散乱光を生じる。したがって、そのとき、撮像光学系7
は各色の散乱光を順次撮像して映像信号として出力し、
VTR11にて磁気テ−プに記録され、さらにカラ−モ
ニタテレビ12に画像として映し出される。それによ
り、カラ−モニタテレビ12での出力色順およびその画
像座標によって微粒子の移動量を三次元的に認識するこ
とができるようになっている。
【0007】しかしながら、このような構成によると、
微粒子の挙動を検出するのにカラ−カメラ9を用いなけ
ればならないから、その性能上、検出感度が低いという
ことがあった。しかも、微粒子からの散乱光は微弱であ
るから、カラ−カメラ9で良好に検出しずらく、検出精
度を高めるには各レ−ザ発振器1〜3の出力を増大させ
なければならないということがある。
【0008】また、微粒子の速度は、カラ−カメラ9の
走査線周波数によって求めなければならないから、速度
が速い場合には確実に捕えることが難しいとうことがあ
り、さらに映像信号をもとに処理を行うため、リアルタ
イム性に欠け、検出粒子個数の把握も困難なことがあ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来は微
粒子の検出はカラ−カメラを用いていたため、検出感度
が低くいということがあるばかりか、速度の速い微粒子
を確実に検出できなかったり、映像信号をもとに処理を
行うため、リアルタイム性に欠けるなどのことがあっ
た。
【0010】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、微粒子からの散乱光を感
度よく検出できるようにして、微粒子の挙動の検出精度
を向上させることができるようにした微粒子の挙動計測
装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、計測空間を通過する微粒子の挙動を計測
する計測装置において、波長の異なる少なくとも2つの
レ−ザ光を放射する放射手段と、この放射手段により放
射された各レ−ザ光をそれぞれ平行な平面形状に成形し
て上記計測空間を照射させるレ−ザ照射手段と、上記計
測空間を通過する上記微粒子からの散乱光を上記レ−ザ
光の平面方向に対してほぼ直交する方向から波長別に受
光して光電変換する受光手段と、上記レ−ザ光の平面方
向とほぼ直交する方向から見た上記微粒子の挙動を撮像
する撮像手段と、この撮像手段の撮像信号と上記受光手
段からの光電変換信号によって上記微粒子の移動方向と
速度を三次元的に求める演算手段とを具備したことを特
徴とする。
【0012】
【作用】上記構成によれば、微粒子からの散乱光は、光
電変換されて検出され、その光電変換信号と撮像信号と
によって上記微粒子の挙動および速度が算出されるた
め、カラ−カメラによる映像信号の場合に比べて検出感
度や精度を向上させることができる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図1乃至図3を
参照して説明する。図1に示す挙動計測装置はそれぞれ
異なる波長のレ−ザ光L1 、L2 を発振する第1のレ−
ザ発振器21と、第2のレ−ザ発振器22とを備えてい
る。これらレ−ザ発振器21、22から発振出力された
レ−ザ光L1 、L2 はモ−タ23によって揺動駆動され
るスキャナ機構25のミラ−24に入射して反射するこ
とで、同図に示す座標軸のZ方向に平行な平面形状のレ
−ザ光、つまり第1、第2の平面レ−ザ光s、pに成形
される。これら平面レ−ザ光s、pは図中破線で示す領
域である、計測空間26を照射する。
【0014】上記計測空間26は、上記各平面レ−ザ光
s、pと垂直な方向、つまりY方向から撮像光学系27
によって撮像される。この撮像光学系27は望遠レンズ
28を備えている。この望遠レンズ28には、微粒子が
上記計測空間26における各平面レ−ザ光s、pを通過
する際に生じる散乱光が入射する。
【0015】上記望遠レンズ28に入射した散乱光は図
2に示すようにハ−フミラ−29によって2つに分割さ
れる。このハ−フミラ−29を通過した一方の散乱光は
イメ−ジインテンシファイヤ31に入射して増幅された
のち、撮像カメラ32によって撮像される。上記撮像カ
メラ32からの映像出力端子は三次元座標計算装置33
およびモニタテレビ34の入力端子に接続されている。
【0016】上記ハ−フミラ−29で反射した散乱光は
特定の波長のみ、たとえば第1の平面レ−ザ光sからの
散乱光だけを反射し、第2の平面レ−ザ光pからの散乱
光は透過するダイクロイックミラ−35に入射する。こ
のダイクロイックミラ−35で反射した散乱光は第1の
光電変換素子36で光電変換され、透過した散乱光は第
2の光電変換素子37で光電変換される。
【0017】上記各光電変換素子36、37から出力さ
れる電気パルス信号(光電変換信号)は上記三次元座標
計算装置33に入力される。この三次元座標計算装置3
3は、上記電気パルス信号と上記撮像カメラ32からの
撮像信号とによって後述するごとく微粒子の移動速度を
算出するようになっている。
【0018】つぎに、上記構成の計測装置によって微粒
子の挙動を検出する手順を説明する。まず、第1、第2
のレ−ザ発振器21、22を作動させてレ−ザ光L1 、
L2を発振出力し、これらレ−ザ光をスキャナ機構25
のミラ−24で反射させて計測空間26に第1の平面レ
−ザ光sと第2の平面レ−ザ光pとを形成する。
【0019】上記計測空間26に微粒子が侵入し、その
微粒子が第1の平面レ−ザ光sと第2の平面レ−ザ光p
との間を、図3(a)と(b)に示すように通過した場
合、その微粒子の移動距離および速度は上記三次元座標
計算装置33によってつぎのように求められる。なお、
図3(a)は図1に示す座標軸のX軸方向から見た、第
1の平面レ−ザ光sと第2の平面レ−ザ光pとの間を微
粒子が移動する状態を示し、図3(b)は撮像カメラ3
2が撮像したX−Z平面における微粒子の移動状態を示
す。
【0020】まず、微粒子が第1の平面レ−ザ光sを通
過したのち、第2のレ−ザ平面pを通過することで、各
平面レ−ザ光s、pから散乱光が発生し、その散乱光が
望遠レンズ28で捕えられてハ−フミラ−29に入射す
ると、このハ−フミラ−29を透過する散乱光と反射す
る散乱光とに分割される。透過した散乱光は、イメ−ジ
インテンシファイヤ31で増幅されて撮像カメラ32で
撮像されることで、図3(b)に示す撮像信号が三次元
計算装置33に入力される。
【0021】上記撮像カメラ32からの撮像信号によ
り、微粒子のX−Z平面における移動距離は、微粒子が
第1の平面レ−ザ光sを通過する点をA点、第2の平面
レ−ザ光pを通過する点をB点とすると、モニタテレビ
34の画面上におけるA点からB点間での直線距離r
は、上記A点の座標を(XA ,ZA )、B点の座標を
(XB 、ZB )とした場合、A−B点間における水平方
向の距離ΔXは(XA −XB)、垂直方向の距離ΔZは
(ZA −ZB )であるから、
【0022】
【数1】 で求められる。上記第1の平面レ−ザ光sと上記第2の
平面レ−ザ光pとの距離は既知であり、その距離をlと
すると、上記微粒子の実移動距離lABは、
【0023】
【数2】 で求められる。
【0024】一方、上記ハ−フミラ−29で反射した散
乱光のうち、第1の平面レ−ザ光sからの散乱光はダイ
クロイックミラ−35で反射して第1の光電変換素子3
6で光電変換され、三次元座標計算装置33に入力され
る。図3(c)は、このときの電気パルス信号を示し、
その電気パルス信号の発生時間はt0 として認識され
る。
【0025】上記微粒子が第2の平面レ−ザ光pを通過
することで、散乱光が発生すると、その散乱光はダイク
ロイックミラ−35を透過して第2の光電変換素子37
で光電変換され、三次元座標計算装置33に入力され
る。このときの電気パルス信号の発生時間はt1 として
確認される。
【0026】このように、第1の平面レ−ザ光sから第
2の平面レ−ザ光pを通過するまでの時間Δt=(t1
−t0 )が電気パルス信号として検出されると、微粒子
の速度vは、その実移動距離lABが上記(2)式より求
められていることで、つぎのように算出される。 v=lAB/Δt …(3)式
【0027】このように、この発明によれば、カラ−カ
メラを用いず、撮像カメラ32からの撮像信号と各波長
の散乱光ごとに光電変換された電気パルス信号とによっ
て微粒子の移動状態や速度を検出できるから、カラ−カ
メラを用いた場合のように感度を上昇させるために各レ
−ザ発振器21、22の出力を増大させる必要がない。
また、微粒子が各平面レ−ザ光s、pを通過したときの
検出を光電変換素子36、37によって行うため、その
ときの時間を高精度に検出することができ、それによっ
て微粒子の移動速度も高精度に算出することができる。
さらに、微粒子の移動速度は高速であっても、その散乱
光を光電変換素子36、37により検出するため、その
検出を確実に行うことができる。
【0028】なお、この発明は上記一実施例に限定され
ず、種々変形可能である。たとえば、レ−ザ光の放射手
段として複数のレ−ザ発振器を用いる代わりに、たとえ
ばアルゴンイオンレ−ザのように1つの装置で複数の波
長のレ−ザ光を発振する装置を用いるようにしてもよ
い。
【0029】また、レ−ザ光の放射手段としては、単一
波長のレ−ザ光を非線形結晶に入射させることで高調波
を発生させ、その高調波を含んだレ−ザ光をダイクロイ
ックミラ−により波長分離して異なる波長の平面レ−ザ
光を形成するようにしてもよい。また、平面レ−ザ光を
形成する手段はスキャナ機構に代わり、レンズ等による
構成で行うようにしてもよい。また、X−Z平面の撮像
系と、散乱光を異なる波長ごとに検出する検出系とは分
離した構成であってもよい。
【0030】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、撮像手段
と、散乱光を波長別に検出して光電変換する光電変換手
段とによって微粒子の移動状態や速度を算出するように
した。そのため、従来のようにカラ−カメラを用いるこ
となく、その計測を行えるから、レ−ザ光の出力を上げ
ずに計測感度を高めることができるばかりか、その速度
の検出も精度よく行えるなどの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の全体構成を示す斜視図。
【図2】同じく微粒子からの散乱光を撮像光学系と光電
変換素子とに分割して導く光学系の構成図。
【図3】(a)と(b)はそれぞれ一対の平面レ−ザ光
の間を微粒子が移動する状態を異なる方向から見た状態
の説明図、(c)は第1の光電変換素子と第2の光電変
換素子とから出力される電気パルス信号のタイミングチ
ャート。
【図4】従来の装置の全体構成を示す斜視図。
【符号の説明】
21、22…第1、第2のレ−ザ発振器、25…スキャ
ナ機構(レ−ザ照射手段)、27…撮像光学系(撮像手
段)、33…三次元座標計算装置(演算手段)、36、
37…第1、第2の光電変換素子(受光手段)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 計測空間を通過する微粒子の挙動を計測
    する計測装置において、波長の異なる少なくとも2つの
    レ−ザ光を放射する放射手段と、この放射手段により放
    射された各レ−ザ光をそれぞれ平行な平面形状に成形し
    て上記計測空間を照射させるレ−ザ照射手段と、上記計
    測空間を通過する上記微粒子からの散乱光を上記レ−ザ
    光の平面方向に対してほぼ直交する方向から波長別に受
    光して光電変換する受光手段と、上記レ−ザ光の平面方
    向とほぼ直交する方向から見た上記微粒子の挙動を撮像
    する撮像手段と、この撮像手段の撮像信号と上記受光手
    段からの光電変換信号によって上記微粒子の移動方向と
    速度を三次元的に求める演算手段とを具備したことを特
    徴とする微粒子の挙動計測装置。
JP22007992A 1992-08-19 1992-08-19 微粒子の挙動計測装置 Pending JPH0666823A (ja)

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