JPH112597A - 光学結合を利用した現場型粒子検出方法及びその装置 - Google Patents
光学結合を利用した現場型粒子検出方法及びその装置Info
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- JPH112597A JPH112597A JP9042183A JP4218397A JPH112597A JP H112597 A JPH112597 A JP H112597A JP 9042183 A JP9042183 A JP 9042183A JP 4218397 A JP4218397 A JP 4218397A JP H112597 A JPH112597 A JP H112597A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
-
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 光結合を利用した現場型の粒子検出装置と方
法を提供する。 【解決手段】 内部にレーザ媒体７を有する共振光学空
洞５をプロセスおよび／または苛酷な環境等の特定の環
境中に配置し、また感知領域９もまた共振光学空洞５内
にあって光線を受光し、その間に感知領域９の粒子が散
乱等によって感知領域９の光線に影響を与える。影響を
受けた光線は特定環境中で光学的に収集されて、特定環
境外のプロセッサ５７に光学的に結合され、少なくとも
約０．０５乃至１０ミクロン程度の小さい粒径を持つ微
粒子を含めて、感知領域９で検出された粒子を示す出力
が得られる。固体レーザ媒体７が共振光学空洞５内で使
用されている状態に於いて、その固体レーザ媒体は、半
導体ダイオードレーザ等のアクチュエータ１７によって
ポンピングされ、固体レーザ媒体７に光学的に結合され
ている光出力を供給する。
法を提供する。 【解決手段】 内部にレーザ媒体７を有する共振光学空
洞５をプロセスおよび／または苛酷な環境等の特定の環
境中に配置し、また感知領域９もまた共振光学空洞５内
にあって光線を受光し、その間に感知領域９の粒子が散
乱等によって感知領域９の光線に影響を与える。影響を
受けた光線は特定環境中で光学的に収集されて、特定環
境外のプロセッサ５７に光学的に結合され、少なくとも
約０．０５乃至１０ミクロン程度の小さい粒径を持つ微
粒子を含めて、感知領域９で検出された粒子を示す出力
が得られる。固体レーザ媒体７が共振光学空洞５内で使
用されている状態に於いて、その固体レーザ媒体は、半
導体ダイオードレーザ等のアクチュエータ１７によって
ポンピングされ、固体レーザ媒体７に光学的に結合され
ている光出力を供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は粒子の検出、更に詳
しくは光学結合を利用した現場型の粒子検出に関する。
しくは光学結合を利用した現場型の粒子検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】光散乱を用いる粒子検出法は現在公知で
あり、この方法により０．１ミクロン程度またはそれ以
下の粒子を検出するための装置も公知である（例えば米
国特許Ｕ．Ｓ．Ｐ．第４，７９８，４６５，およびＲ．
Ｇ．Ｋｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇの「粒径０．１マイクロメ
ータ未満の粒径測定(The Measurement of Partide Size
s Below 0.1 Micrometers)」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅ
ｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｊａｎ．
−Ｆｅｂ．１９９５）。
あり、この方法により０．１ミクロン程度またはそれ以
下の粒子を検出するための装置も公知である（例えば米
国特許Ｕ．Ｓ．Ｐ．第４，７９８，４６５，およびＲ．
Ｇ．Ｋｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇの「粒径０．１マイクロメ
ータ未満の粒径測定(The Measurement of Partide Size
s Below 0.1 Micrometers)」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅ
ｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｊａｎ．
−Ｆｅｂ．１９９５）。
【０００３】光散乱を用いるプロセスツール中で有用な
現場型の粒子検出もまた現在公知であり、またコスト削
減および一般的なツールの清浄度の改善も得られてい
る。しかし、これまでこのような現場型監視装置の幅広
い用途は、現在のところこのような監視装置に使用され
ている技術によって制限されてきた。
現場型の粒子検出もまた現在公知であり、またコスト削
減および一般的なツールの清浄度の改善も得られてい
る。しかし、これまでこのような現場型監視装置の幅広
い用途は、現在のところこのような監視装置に使用され
ている技術によって制限されてきた。
【０００４】プロセスツール内の汚染を監視するための
粒子検出器の能力は、通常検出可能な最小粒子、サンプ
ル領域すなわち感知領域、およびサンプル領域の位置に
よって決定され、最善の結果は、ウエハー等の処理して
いる対象物に極く近くの粒子の監視によって得られてい
る。
粒子検出器の能力は、通常検出可能な最小粒子、サンプ
ル領域すなわち感知領域、およびサンプル領域の位置に
よって決定され、最善の結果は、ウエハー等の処理して
いる対象物に極く近くの粒子の監視によって得られてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これまでに、数種類の
異なる光源の使用が提案されており、および／または、
監視装置中で、低コスト、小型で比較的高輝度の半導体
ダイオードレーザ（ＳＤＬ）が最も好結果を得ている。
しかしＳＤＬは、例えば多くのプロセスツールに見られ
る様な、苛酷な、あるいは好ましくない環境に耐えるこ
とが出来ず、また光散乱と、光源としてのＳＤＬとを使
用している装置によって検出することの出来る最小粒径
の限界を決める倍率に制限がある。
異なる光源の使用が提案されており、および／または、
監視装置中で、低コスト、小型で比較的高輝度の半導体
ダイオードレーザ（ＳＤＬ）が最も好結果を得ている。
しかしＳＤＬは、例えば多くのプロセスツールに見られ
る様な、苛酷な、あるいは好ましくない環境に耐えるこ
とが出来ず、また光散乱と、光源としてのＳＤＬとを使
用している装置によって検出することの出来る最小粒径
の限界を決める倍率に制限がある。
【０００６】ＳＤＬは多くのプロセスツールに見られる
ような苛酷な環境に耐えることが出来ないので、ＳＤＬ
を使用する監視装置の配置が制限され、従って例えば、
プロセスツールの外部へ、典型的には排気系統へ移動さ
せて、処理中の品目から比較的離れて配置するなど、サ
ンプル領域を遠隔位置にとることを必要とするために、
その有用性に制限があり、その結果低圧下では残ってい
る分子が少ないので粒子が移動されないために更に検出
上の問題の発生することがある。
ような苛酷な環境に耐えることが出来ないので、ＳＤＬ
を使用する監視装置の配置が制限され、従って例えば、
プロセスツールの外部へ、典型的には排気系統へ移動さ
せて、処理中の品目から比較的離れて配置するなど、サ
ンプル領域を遠隔位置にとることを必要とするために、
その有用性に制限があり、その結果低圧下では残ってい
る分子が少ないので粒子が移動されないために更に検出
上の問題の発生することがある。
【０００７】その他の種類の、真空に適合可能でまた苛
酷な環境に耐えることの出来る光源、例えばヘリウムネ
オン（ＨｅＮｅ）レーザ等も恐らく使用できるが、斯か
るレーザの出力電力には制限があり、例えばＨｅＮｅレ
ーザの場合には、ＳＤＬによって通常得られる出力電力
よりも数１０ミリワット小さくなる。更に、ＨｅＮｅレ
ーザのような光源は比較的大型で、多くのプロセスツー
ル中に取り付けることは、不可能でなくとも、困難であ
る。従って、ＨｅＮｅレーザのような低出力の光源によ
る比較的大型の装置を使用することは、低出力で大型の
検出装置の使用が許され得る場合に制限される。
酷な環境に耐えることの出来る光源、例えばヘリウムネ
オン（ＨｅＮｅ）レーザ等も恐らく使用できるが、斯か
るレーザの出力電力には制限があり、例えばＨｅＮｅレ
ーザの場合には、ＳＤＬによって通常得られる出力電力
よりも数１０ミリワット小さくなる。更に、ＨｅＮｅレ
ーザのような光源は比較的大型で、多くのプロセスツー
ル中に取り付けることは、不可能でなくとも、困難であ
る。従って、ＨｅＮｅレーザのような低出力の光源によ
る比較的大型の装置を使用することは、低出力で大型の
検出装置の使用が許され得る場合に制限される。
【０００８】ＳＤＬはプロセスまたは苛酷な環境によっ
て悪影響を受ける唯一の構成部品ではない。例えば微粒
子から散乱される光を電気的信号に変換するために使用
される光検出器等の、電気的能動部品の性能もまた、苛
酷な条件下では、例えば苛酷な環境内で高温および／ま
たは高磁界が存在するような場合に、悪影響を受ける。
高温は光検出器を劣化させ、また時としては永久に破壊
させてしまったり、更にまた検出器内で過度のノイズを
発生させ、粒子カウントの誤差を生じたり、および／ま
たは検出器の感度を制限することがあり、他方、高磁界
もまたパルスカウントに誤差を生じ、および／または感
度を制限することがある。このような場合には、検出器
をプロセスおよび／または苛酷な環境から隔離すること
が重要であって、こうした環境で公知の現場型検出器を
使用することが更に制限される。
て悪影響を受ける唯一の構成部品ではない。例えば微粒
子から散乱される光を電気的信号に変換するために使用
される光検出器等の、電気的能動部品の性能もまた、苛
酷な条件下では、例えば苛酷な環境内で高温および／ま
たは高磁界が存在するような場合に、悪影響を受ける。
高温は光検出器を劣化させ、また時としては永久に破壊
させてしまったり、更にまた検出器内で過度のノイズを
発生させ、粒子カウントの誤差を生じたり、および／ま
たは検出器の感度を制限することがあり、他方、高磁界
もまたパルスカウントに誤差を生じ、および／または感
度を制限することがある。このような場合には、検出器
をプロセスおよび／または苛酷な環境から隔離すること
が重要であって、こうした環境で公知の現場型検出器を
使用することが更に制限される。
【０００９】上記から理解出来るように、粒子検出装置
で使用するための現在公知の光源は現場での性能と信頼
性に制限があり、またある種のプロセスツールの場合に
は、検出すべき粒子が検出装置の検出できる程度よりも
小さいために、検出装置が役にたっていないことがあ
る。
で使用するための現在公知の光源は現場での性能と信頼
性に制限があり、またある種のプロセスツールの場合に
は、検出すべき粒子が検出装置の検出できる程度よりも
小さいために、検出装置が役にたっていないことがあ
る。
【００１０】同様に上記から理解出来るように、現在公
知の光源に比較して高出力の光源を使用してプロセスや
苛酷な環境等の特定の環境中で粒子検知を行なうことに
より、その特定の環境内で粒子の検出を向上させること
か出来ると考えられる。
知の光源に比較して高出力の光源を使用してプロセスや
苛酷な環境等の特定の環境中で粒子検知を行なうことに
より、その特定の環境内で粒子の検出を向上させること
か出来ると考えられる。
【００１１】固体レーザ媒体等の、レーザ媒体を共振空
洞内に置くことが出来ること、および例えばレーザダイ
オードでその光出力をレーザ媒体に光学的に結合して空
洞内で高出力を発生するレーザダイオードの様なアクチ
ュエータによって、レーザ媒体を目的値までポンピング
出来ることも公知である（例えばＢａｅｒらの米国特許
ＵＳＰ第４，７２３，２５７号参照）。しかし、上記の
特許には、このような光源を感知領域と組み合わせて、
また共振空洞内で使用し、粒子検出を向上させ、および
／またはこのような光源を、プロセスまたは苛酷な環境
等の特定の環境内に置かれた現場粒子検出器に使用し
て、粒子検出を向上させることが出来ることについては
何らの教示も示唆も与えられていない。
洞内に置くことが出来ること、および例えばレーザダイ
オードでその光出力をレーザ媒体に光学的に結合して空
洞内で高出力を発生するレーザダイオードの様なアクチ
ュエータによって、レーザ媒体を目的値までポンピング
出来ることも公知である（例えばＢａｅｒらの米国特許
ＵＳＰ第４，７２３，２５７号参照）。しかし、上記の
特許には、このような光源を感知領域と組み合わせて、
また共振空洞内で使用し、粒子検出を向上させ、および
／またはこのような光源を、プロセスまたは苛酷な環境
等の特定の環境内に置かれた現場粒子検出器に使用し
て、粒子検出を向上させることが出来ることについては
何らの教示も示唆も与えられていない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】現場型粒子検出は、プロ
セスおよび／または苛酷な環境等の特定の環境内で、光
学的エレメント即ち光学的部品を使用して、またその他
のエレメントを、その特定の環境内での条件によって悪
影響を受ける、例えば固体素子および／またはさらに例
を挙げれば高温および／または高磁界等の条件によって
悪影響を受ける、電気的能動素子等のエレメントを含め
て、その特定の環境外に置き、その特定の環境内と環境
外のエレメントの間に光結合を利用することによって、
達成される。
セスおよび／または苛酷な環境等の特定の環境内で、光
学的エレメント即ち光学的部品を使用して、またその他
のエレメントを、その特定の環境内での条件によって悪
影響を受ける、例えば固体素子および／またはさらに例
を挙げれば高温および／または高磁界等の条件によって
悪影響を受ける、電気的能動素子等のエレメントを含め
て、その特定の環境外に置き、その特定の環境内と環境
外のエレメントの間に光結合を利用することによって、
達成される。
【００１３】感知領域は、特定環境中にあり、且つその
領域に粒子を存在させることが可能であって、また光源
からの光線を、感知領域内の粒子が散乱等によりそこで
の光線に影響を与える特定環境中に於いて、受光する。
この影響を受けた光は、その特定環境内で収集され、そ
の特定環境から、光検出器、好ましくは１つ以上の受光
素子および特定環境外に配置されたパルス高分析計等の
分析器を含むプロセッサに光学的に結合され、その結果
粒子の現場検出を、少なくとも約０．０５〜１０ミクロ
ン程度の微小寸法を持つ小粒子の検出向上を含めて、行
なうことが出来る。
領域に粒子を存在させることが可能であって、また光源
からの光線を、感知領域内の粒子が散乱等によりそこで
の光線に影響を与える特定環境中に於いて、受光する。
この影響を受けた光は、その特定環境内で収集され、そ
の特定環境から、光検出器、好ましくは１つ以上の受光
素子および特定環境外に配置されたパルス高分析計等の
分析器を含むプロセッサに光学的に結合され、その結果
粒子の現場検出を、少なくとも約０．０５〜１０ミクロ
ン程度の微小寸法を持つ小粒子の検出向上を含めて、行
なうことが出来る。
【００１４】光源は好ましくは、特定の環境外に配置し
た半導体ダイオードレーザ等のアクチュエータによって
ポンピングされる固体レーザ媒体等のレーザ媒体をその
中に有する共振光学空洞であり、感知領域は、好ましく
は共振光学空洞内に確立されている。
た半導体ダイオードレーザ等のアクチュエータによって
ポンピングされる固体レーザ媒体等のレーザ媒体をその
中に有する共振光学空洞であり、感知領域は、好ましく
は共振光学空洞内に確立されている。
【００１５】特定環境内のエレメントと特定環境外のエ
レメントとの間の光結合は、好ましくは光ファイバー
と、および光線を光ファイバー中に且つ光ファイバーか
ら集光し、光線を特定環境外のプロセッサに結合するた
めに使用されているフィルタ、好ましくはノッチフィル
タと、結合された散乱光線をコリメートするためのレン
ズとによって達成される。
レメントとの間の光結合は、好ましくは光ファイバー
と、および光線を光ファイバー中に且つ光ファイバーか
ら集光し、光線を特定環境外のプロセッサに結合するた
めに使用されているフィルタ、好ましくはノッチフィル
タと、結合された散乱光線をコリメートするためのレン
ズとによって達成される。
【００１６】特定環境がハウジングにより筐体内に置か
れている場合には、そのハウジングを通して筐体内に光
線を結合させるために好ましくは、光学貫通路、例えば
特定環境内で真空を確立した真空貫通路が使用される。
れている場合には、そのハウジングを通して筐体内に光
線を結合させるために好ましくは、光学貫通路、例えば
特定環境内で真空を確立した真空貫通路が使用される。
【００１７】従って本発明の目的は、粒子検出を向上せ
しめることにある。
しめることにある。
【００１８】本発明の別の目的は、光結合を利用した現
場型の粒子検出法を提供することにある。
場型の粒子検出法を提供することにある。
【００１９】本発明の更に別の目的は、特定の環境中で
光学的エレメントをその特定環境外に必要上配置された
エレメントと組み合わせて使用する、改良された粒子検
出法を提供することにある。
光学的エレメントをその特定環境外に必要上配置された
エレメントと組み合わせて使用する、改良された粒子検
出法を提供することにある。
【００２０】本発明の更に別の目的は、光源および特定
環境内の感知領域を使用し、また影響を受けた、または
散乱された光線を特定環境外のプロセッサに光学的に結
合する改良された粒子検出法を提供することにある。
環境内の感知領域を使用し、また影響を受けた、または
散乱された光線を特定環境外のプロセッサに光学的に結
合する改良された粒子検出法を提供することにある。
【００２１】本発明の別の目的は、特定環境内の共振光
学空洞、および共振光学空洞内のレーザ媒体と感知領域
とを使用して感知領域の粒子がその領域内で光線に影響
を与え、または光線を散乱させる改良された粒子検出法
を提供することにある。本発明の別の目的は、特定環境
内の共振光学空洞と共振光学空洞内の固体レーザ媒体と
を、共振空洞内のレーザ光線を感知領域に供給するため
に固体レーザ媒体が特定環境外に配置されたアクチュエ
ータによって光学的にポンピングされている状態に於い
て、使用し、また共振空洞内で感知領域の粒子が光学的
に収集され、特定環境外のプロセッサに光学的に結合さ
れている光線に影響を与え、または散乱させる改良され
た粒子検出法を提供することにある。
学空洞、および共振光学空洞内のレーザ媒体と感知領域
とを使用して感知領域の粒子がその領域内で光線に影響
を与え、または光線を散乱させる改良された粒子検出法
を提供することにある。本発明の別の目的は、特定環境
内の共振光学空洞と共振光学空洞内の固体レーザ媒体と
を、共振空洞内のレーザ光線を感知領域に供給するため
に固体レーザ媒体が特定環境外に配置されたアクチュエ
ータによって光学的にポンピングされている状態に於い
て、使用し、また共振空洞内で感知領域の粒子が光学的
に収集され、特定環境外のプロセッサに光学的に結合さ
れている光線に影響を与え、または散乱させる改良され
た粒子検出法を提供することにある。
【００２２】本発明の別の目的は、ファイバー光学路お
よびそれに関連した光学系を使用してエレメント間に光
線を伝送する改良された現場型の粒子検出法を提供する
ことにある。これらの目的、および説明を進めるにつれ
て当業者には明らかになるその他の目的を考慮して、本
発明は実質的に以下に説明するような、また更に詳しく
は付属の特許請求項によって限定されているような、新
規の構造、組み合わせ、部品の配置および方法にあり、
ここに開示した発明の正確な実施の形態が特許請求の範
囲にあるものとして含まれるべく意図されていることは
理解されるところである。
よびそれに関連した光学系を使用してエレメント間に光
線を伝送する改良された現場型の粒子検出法を提供する
ことにある。これらの目的、および説明を進めるにつれ
て当業者には明らかになるその他の目的を考慮して、本
発明は実質的に以下に説明するような、また更に詳しく
は付属の特許請求項によって限定されているような、新
規の構造、組み合わせ、部品の配置および方法にあり、
ここに開示した発明の正確な実施の形態が特許請求の範
囲にあるものとして含まれるべく意図されていることは
理解されるところである。
【００２３】添付図面は、本発明の原理の実際の応用に
ついてこれ迄に工夫された最善の様態に従って本発明の
完全な実施の形態を説明するものであって、示した単一
の図面は本発明を図解する略図とブロック図の組合わせ
である。
ついてこれ迄に工夫された最善の様態に従って本発明の
完全な実施の形態を説明するものであって、示した単一
の図面は本発明を図解する略図とブロック図の組合わせ
である。
【００２４】
【発明の実施の形態】単一の添付図面に示した様に、共
振光学空洞５には、その中にレーザ媒体７およびサンプ
ル領域、即ち感知領域９とが配置されている。レーザ媒
体７は好ましくはネオジムドープ（１．１重量パーセン
ト）イットリウム・アルミニウム・ガーネイト（Ｎｄ：
ＹＡＧ）、または類似の種類のクリスタル等の固体レー
ザ媒体であるが、しかし例えばサイズと出力に制約がな
いような用途の場合には、別の種類のレーザ、例えばＫ
ｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇの米国特許第４，５７１，０７９
号および第４，７９８，４６５号に示されているような
ヘリウム・ネオン（ＨｅＮｅ）レーザであってもよく、
また少なくとも若干の用途では、使用される空洞は、例
えばＫｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇの米国特許第４，５９４，
７１５に示されているような不動態空洞であってもよ
い。
振光学空洞５には、その中にレーザ媒体７およびサンプ
ル領域、即ち感知領域９とが配置されている。レーザ媒
体７は好ましくはネオジムドープ（１．１重量パーセン
ト）イットリウム・アルミニウム・ガーネイト（Ｎｄ：
ＹＡＧ）、または類似の種類のクリスタル等の固体レー
ザ媒体であるが、しかし例えばサイズと出力に制約がな
いような用途の場合には、別の種類のレーザ、例えばＫ
ｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇの米国特許第４，５７１，０７９
号および第４，７９８，４６５号に示されているような
ヘリウム・ネオン（ＨｅＮｅ）レーザであってもよく、
また少なくとも若干の用途では、使用される空洞は、例
えばＫｎｏｌｌｅｎｂｅｒｇの米国特許第４，５９４，
７１５に示されているような不動態空洞であってもよ
い。
【００２５】共振光学空洞５は小サイズのものであっ
て、エンドミラー１１および１３との間に限定され、す
なわち確立されている。エンドミラー１１は好ましくは
レーザ媒体７に近接した平面ミラーであり、また好まし
くは、図に示したように、固体レーザ媒体の外面、即ち
黒色面に塗膜として形成される。エンドミラー１３は、
好ましくは曲率１００ｃｍの凹型のミラーであって、レ
ーザ光線１５が両ミラー間の共振光学空洞５内に形成さ
るようにレーザ光線を発生させ得るに十分な距離でミラ
ー１１から隔てられている。
て、エンドミラー１１および１３との間に限定され、す
なわち確立されている。エンドミラー１１は好ましくは
レーザ媒体７に近接した平面ミラーであり、また好まし
くは、図に示したように、固体レーザ媒体の外面、即ち
黒色面に塗膜として形成される。エンドミラー１３は、
好ましくは曲率１００ｃｍの凹型のミラーであって、レ
ーザ光線１５が両ミラー間の共振光学空洞５内に形成さ
るようにレーザ光線を発生させ得るに十分な距離でミラ
ー１１から隔てられている。
【００２６】ミラー１１と１３とは、共振空洞の基本モ
ードＴＥＭ∞の波長、好ましくは１０６４ｎｍで高い反
射率を有し、またミラー１１はポンピング波長において
好ましくは８０８ｎｍの高い伝達率を有している。固体
レーザ媒体としてＮｄ：ＹＡＧクリスタルを使用し、ま
た直径約１ｍｍの共振ビームを使用して、作動中４００
ワットを超える循環出力を共振光学空洞内で達成するこ
とが出来る。
ードＴＥＭ∞の波長、好ましくは１０６４ｎｍで高い反
射率を有し、またミラー１１はポンピング波長において
好ましくは８０８ｎｍの高い伝達率を有している。固体
レーザ媒体としてＮｄ：ＹＡＧクリスタルを使用し、ま
た直径約１ｍｍの共振ビームを使用して、作動中４００
ワットを超える循環出力を共振光学空洞内で達成するこ
とが出来る。
【００２７】アクチュエータ１７は、好ましくは半導体
ダイオードレーザであって、共振光学空洞５内の固体レ
ーザ７に光学的に結合された、好ましくは８０８ｎｍの
光線出力を供給する。図に示したように、アクチュエー
タ１７からの光線出力１９はレンズ２１を通って、好ま
しくは１つ以上の光ファイバーより成るファイバー光学
路の入力端２３に結合、集光される。
ダイオードレーザであって、共振光学空洞５内の固体レ
ーザ７に光学的に結合された、好ましくは８０８ｎｍの
光線出力を供給する。図に示したように、アクチュエー
タ１７からの光線出力１９はレンズ２１を通って、好ま
しくは１つ以上の光ファイバーより成るファイバー光学
路の入力端２３に結合、集光される。
【００２８】共振光学空洞５がプロセスおよび／または
苛酷な環境等の特定環境内にあるときには、ファイバー
光学路２５はその特定環境内に伸びており、また特定環
境がハウジング２９等により、筐胴部、即ち筐体内に収
められている時には（２７）、ファイバー光学路２５は
光学貫通路３１中に、好ましくは筐胴部内で真空を確保
している真空貫通路中に、封入されて、ハウジング壁を
貫通して伸張ている。
苛酷な環境等の特定環境内にあるときには、ファイバー
光学路２５はその特定環境内に伸びており、また特定環
境がハウジング２９等により、筐胴部、即ち筐体内に収
められている時には（２７）、ファイバー光学路２５は
光学貫通路３１中に、好ましくは筐胴部内で真空を確保
している真空貫通路中に、封入されて、ハウジング壁を
貫通して伸張ている。
【００２９】ファイバー光学路２５の出力端３３から出
た光線は、レンズ３５によってミラー１１を通って共振
光学空洞内の固体レーザ媒体７に結合、集光され、固体
レーザ媒体を最終的にポンピングする。Ｎｄ：ＹＡＧク
リスタルを最終的にポンピングするためのファイバー光
学路の出力端の配置は、例えばＢａｅｒ等の米国特許第
４、７２３，２５７号に示されている。
た光線は、レンズ３５によってミラー１１を通って共振
光学空洞内の固体レーザ媒体７に結合、集光され、固体
レーザ媒体を最終的にポンピングする。Ｎｄ：ＹＡＧク
リスタルを最終的にポンピングするためのファイバー光
学路の出力端の配置は、例えばＢａｅｒ等の米国特許第
４、７２３，２５７号に示されている。
【００３０】感知領域９は、用途によっては、共振空洞
の内部以外の特定環境中にあることができ、また特定環
境中または特定環境外の光源からその領域に光線を指向
させ、および／または特定環境中へ光学的に結合されて
いる光線が、特定環境外で供給されるときに、その光線
の特定環境外の供給装置によって光線を作動させるよう
にすることも出来る。
の内部以外の特定環境中にあることができ、また特定環
境中または特定環境外の光源からその領域に光線を指向
させ、および／または特定環境中へ光学的に結合されて
いる光線が、特定環境外で供給されるときに、その光線
の特定環境外の供給装置によって光線を作動させるよう
にすることも出来る。
【００３１】感知領域９は、例えば感知領域が好ましく
はウエハ等の処理中の対象に近接した位置にあって汚染
粒子が処理環境中にあるときに、その汚染粒子等の粒子
をその領域に有することが出来る。感知領域の粒子は、
例えば光線が散乱される（弾性的にまたは非弾性的に）
ときに、その粒子によって発生し、および／または放出
される光線に影響を与え、また影響された光線３７は光
学装置、即ち集光器３９（図に示したようなレンズ系）
によって集光されて、レンズ系３９を経てファイバー光
学路４３、好ましくは光結合までの円形に対して直交方
向の集光用のファイバー束の、入力端４１に結合され
る。２０ｍｍ3 の感知領域が好ましくは、拡大率０．５
の、１０ｍｍファイバー束、および直径１ｍｍのビーム
を有する光学系を使用することによって、共振光学空洞
５内に光学的に限定され、即ち確立され、また影響を受
けた、即ち散乱された光線、好ましくは感知領域の粒子
によって９０°偏向した光線が、共振光学空洞５から光
結合用に集光される。
はウエハ等の処理中の対象に近接した位置にあって汚染
粒子が処理環境中にあるときに、その汚染粒子等の粒子
をその領域に有することが出来る。感知領域の粒子は、
例えば光線が散乱される（弾性的にまたは非弾性的に）
ときに、その粒子によって発生し、および／または放出
される光線に影響を与え、また影響された光線３７は光
学装置、即ち集光器３９（図に示したようなレンズ系）
によって集光されて、レンズ系３９を経てファイバー光
学路４３、好ましくは光結合までの円形に対して直交方
向の集光用のファイバー束の、入力端４１に結合され
る。２０ｍｍ3 の感知領域が好ましくは、拡大率０．５
の、１０ｍｍファイバー束、および直径１ｍｍのビーム
を有する光学系を使用することによって、共振光学空洞
５内に光学的に限定され、即ち確立され、また影響を受
けた、即ち散乱された光線、好ましくは感知領域の粒子
によって９０°偏向した光線が、共振光学空洞５から光
結合用に集光される。
【００３２】影響を受けた、即ち散乱された光線の光子
は特定環境からファイバー光学路４３を通って結合さ
れ、また特定環境がハウジング２９によって筐胴内に含
まれている場合には、ファイバー光学路は光学的貫通路
４５、好ましくは筐胴内で真空に保持されている真空貫
通路中に封入されている。
は特定環境からファイバー光学路４３を通って結合さ
れ、また特定環境がハウジング２９によって筐胴内に含
まれている場合には、ファイバー光学路は光学的貫通路
４５、好ましくは筐胴内で真空に保持されている真空貫
通路中に封入されている。
【００３３】特定環境外のファイバー光学路４３の出力
端４７から出た光線は、レンズ４９によってコリメート
され、次いでコリメートされた光線はフィルタ５１、好
ましくは１．０６４ｎｍノッチフィルタを通って結合さ
れ、次いでレンズ５３を通ってプロセッサ５７の光線検
出器５５に結合され、また更に詳しくは、好ましくは光
線検出器５５として機能する１つ以上の受光素子上に集
光される。
端４７から出た光線は、レンズ４９によってコリメート
され、次いでコリメートされた光線はフィルタ５１、好
ましくは１．０６４ｎｍノッチフィルタを通って結合さ
れ、次いでレンズ５３を通ってプロセッサ５７の光線検
出器５５に結合され、また更に詳しくは、好ましくは光
線検出器５５として機能する１つ以上の受光素子上に集
光される。
【００３４】光線検出器５５で受光された光線は、光線
検出器の電気的出力に変換され、必要ならば増幅され
て、以後の処理のために、好ましくは情報判断用のマイ
クロプロセッサ６１と接続された、パルス高分析回路５
９等の分析装置に結合される。光線の収集および収集・
散乱された光線の処理は、例えばＫｎｏｌｌｅｎｂｅｒ
ｇの米国特許第４，５７１，０７９号および第４，７９
８，４６５号に示されているようにして、達成すること
も出来る。
検出器の電気的出力に変換され、必要ならば増幅され
て、以後の処理のために、好ましくは情報判断用のマイ
クロプロセッサ６１と接続された、パルス高分析回路５
９等の分析装置に結合される。光線の収集および収集・
散乱された光線の処理は、例えばＫｎｏｌｌｅｎｂｅｒ
ｇの米国特許第４，５７１，０７９号および第４，７９
８，４６５号に示されているようにして、達成すること
も出来る。
【００３５】以上から評価することが出来るように、光
学的エレメント、すなわち光学構成部品、のみを処理筐
胴のような特定の環境中で使用し、またプロセスまたは
苛酷な環境によって悪影響を受ける恐れのあるエレメン
トはその特定環境外に維持して、特定環境の内外の両エ
レメントの間に光結合を使用する。優れた性能を持つ改
良された検出装置が、大きさの小型化されること、感度
の向上されること、信頼性の高くなることおよび／また
はサンプリング領域の配置上の柔軟性が大きくなること
によって達成される。
学的エレメント、すなわち光学構成部品、のみを処理筐
胴のような特定の環境中で使用し、またプロセスまたは
苛酷な環境によって悪影響を受ける恐れのあるエレメン
トはその特定環境外に維持して、特定環境の内外の両エ
レメントの間に光結合を使用する。優れた性能を持つ改
良された検出装置が、大きさの小型化されること、感度
の向上されること、信頼性の高くなることおよび／また
はサンプリング領域の配置上の柔軟性が大きくなること
によって達成される。
【図１】本発明の装置の概要とブロック図との組合わせ
図。
図。
５ 共振光学空洞 ７ レーザ媒体 ９ 感知領域 １１、 １３ エンドミラー １５ レーザ光線 １７ アクチュエータ １９ 光線出力 ２１、３５、５３ レンズ ２５、４３ ファイバー光学路 ２９ ハウジング ３１、４５ 光学貫通路 ３９ 集光器 ５５ 光線検出器 ５７ プロセッサ
Claims (15)
- 【請求項１】苛酷な環境中で粒子を現場検出するための
装置に於いて、前記装置が、その苛酷な環境中にある共
振光学空洞であって、且つその内部に光線を供給するた
めのレーザ媒体を有する共振光学空洞と、前記レーザ媒
体を作動させるためのアクチュエータと、前記共振光学
空洞内にあって、その中に粒子を有することができる感
知領域であって、その中で前記粒子が前記感知領域の前
記光線を散乱する感知領域と、苛酷な環境から前記光学
的集光器によって収集された散乱光線を結合するための
光学カプラと、前記光学カプラからの前記散乱光線を受
光するために苛酷な環境外に配置され、それに応答し
て、前記感知領域で前記光線を散乱せしめて検出される
前記粒子の表示を行なうプロセッサとを有することを特
徴とする装置。 - 【請求項２】請求項１に記載の装置に於いて、前記共振
光学空洞内の前記レーザ媒体が固体レーザ媒体であるこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項３】請求項２に記載の装置に於いて、前記固体
レーザ媒体がＮｄ：ＹＡＧクリスタルであることを特徴
とする装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の装置に
於いて、前記アクチュエータが苛酷な環境外に配置され
て、光出力を供給することと、前記装置が、前記レーザ
媒体をポンピングするために、前記アクチュエータから
の前記光出力を、前記共振光学空洞内の前記レーザ媒体
に結合するための第２の光学カプラを含んでいることを
特徴とする装置。 - 【請求項５】請求項４に記載の装置に於いて、前記アク
チュエータが半導体ダイオードレーザであることを特徴
とする装置。 - 【請求項６】前記請求項４および５のいずれかに記載の
装置に於いて、前記レーザ媒体が固体レーザ媒体である
ことと、前記アクチュエータからの前記光出力が前記レ
ーザ媒体に結合されて前記レーザ媒体を最終的にポンピ
ングすることを特徴とする装置。 - 【請求項７】前記請求項４乃至６のいずれかに記載の装
置に於いて、前記装置が内部を真空としたハウジングを
有し、且つ前記ハウジング内が苛酷な環境状態にあるこ
とと、ならびに前記光学カプラと前記第２の光学カプラ
とが、ファイバー光学路と、および光線を前記ファイバ
ー光学路へ、且つファイバー光学路から集光し、また光
線を、前記ハウジングへ、且つハウジングから結合する
ための真空貫通路へ、また真空貫通路から集光するため
のレンズとを含むこととを特徴とする装置。 - 【請求項８】前記請求項１乃至７のいずれかに記載の装
置に於いて、前記レーザ媒体および苛酷な環境内に配置
された前記光学的集光器とが光学エレメントであること
と、苛酷な環境外に配置された前記プロセッサが電気的
能動素子を含んでいこととを特徴とする装置。 - 【請求項９】前記請求項１乃至８のいずれかに記載の装
置に於いて、前記プロセッサが前記光カプラから前記散
乱光線を受光し、前記受光した散乱光線から誘導された
電気的信号出力を供給するための光検出器と、前記光検
出器からの電気的信号出力を受けとり、それに応答して
前記光線を前記感知領域で散乱させる粒子を示す出力を
供給するための分析器とを含むこととを特徴とする装
置。 - 【請求項１０】苛酷な環境中の粒子を現場検出するため
の方法に於いて、前記方法が、苛酷な環境中で共振光学
空洞内にレーザ光線を供給するステップと、共振光学空
洞内の感知領域が、その感知領域に粒子を有することが
でき、レーザ光線を感知領域内でその感知領域内の粒子
によって散乱せしめるようにするステップと、感知領域
内の粒子によって感知領域で散乱された光線を収集する
ステップと、苛酷な環境から収集した散乱光線を光学的
に結合するステップと、苛酷な環境から結合された収集
散乱光を使用して、レーザ光線を散乱させる感知領域で
検出された粒子の指示を行なうステップとを備えること
を特徴とする方法。 - 【請求項１１】請求項１０に記載の方法に於いて、感知
領域をプロセスツールによって処理されている対象に接
近して配置するステップを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１２】請求項１０および１１のいずれかに記載
の方法に於いて、共振光学空洞内にレーザ媒体を提供す
るステップと、レーザ媒体が共振光学空洞内にレーザ光
線を供給するステップとを含んでいる特徴とする方法。 - 【請求項１３】請求項１２に記載の方法に於いて、前記
方法が苛酷な環境外にアクチュエータを配置するステッ
プと、アクチュエータからの光線出力を苛酷な環境中の
共振光学空洞内のレーザ媒体に光学的に結合するために
ファイバー光学路とレンズとを使用するステップと、検
出した粒子の表示に使用するために苛酷な環境内の感知
領域から収集した散乱光線を光学的に結合するためのフ
ァイバー光学路と、レンズとノッチフィルタとを使用す
るステップとを含んでいることを特徴とする方法。 - 【請求項１４】請求項１３に記載の方法に於いて、前記
方法が苛酷な環境外に配置されるアクチュエータとして
半導体ダイオードレーザを使用するステップを含んでい
ることを特徴とする方法。 - 【請求項１５】請求項１０乃至１４のいずれかに記載の
方法に於いて、前記方法が検知領域での微小粒子を、少
なくとも０．０５ミクロン乃至１０ミクロン程度の粒径
の微小粒子を含めて、検出するステップを含むことを特
徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/606,891 US5751422A (en) | 1996-02-26 | 1996-02-26 | In-situ particle detection utilizing optical coupling |
| US606891 | 1996-02-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH112597A true JPH112597A (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=24429919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9042183A Pending JPH112597A (ja) | 1996-02-26 | 1997-02-26 | 光学結合を利用した現場型粒子検出方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5751422A (ja) |
| EP (1) | EP0791817A1 (ja) |
| JP (1) | JPH112597A (ja) |
| CA (1) | CA2197634A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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