JPS6111638A - 微粒子検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体工場内の超クリーンルームの中に存
在する微粒子を検出するための装置に関する。

〔従来の技術〕

頻々リーンルーム内の微粒子を検出するための装置とし
て、レーザダストモニタがある。これは、レーザ光の微
粒子による散乱光を観測することによって、微粒子の計
数を行うものである。第３図は、従来用いられているレ
ーザダストモニタの一例を示す図であり、（Ａ）は側断
面図、（１３）は平面図である。

ノズル１は、レーザ光りを通過させるための開口１ａが
側面に設けられた筒状の物体である。該ノズル１内には
、微粒子を含んだ超クリーンルーム内の気体（以下エア
ロゾルという）が、図示しない吸引装置によって所定の
流量（例えば３００ｃｃ／秒）で吸引される。才たノズ
ル１の開口１ａより上の部分は二層構造になっており、
外側のノズル１′には、クリーンルーム内のエアロゾル
を図示しないフィルターを通して完全に清浄化した空気
（以下クリーンエアという）が流される。クリーンエア
中には、微粒子は全く存在しない。

開口１ａの部分では、このクリーンエアがエアカーテン
の役割を果たしてエアロゾルと外部の空気とを遮断して
いる。従って、外部の空気がエアロゾルと混じり合って
微粒子の濃度が変化することはない。こうして、クリー
ンエアカーテンによって囲まれた開口１ａに対応するノ
ズル内空間が測定空間となる。

ノズル１の開口１ａの部分をクリーンエアに囲まれて流
れるエアロゾル（以下エアロゾルビームという）には、
図示しないレーザ装置から放射され、収束レンズ２によ
って収束されたガスレーザ光Ｌ（例えばＨｅ−Ｎｅレー
ザ）が照射される。

開口１ａの部分を通過したレーザ光りは、光トラップホ
ニン３に入射する。光トラツプホーン６は、入射した光
を外部反射させることなく内部で吸収させる役割を果す
。

他方、ノズル１の中心を通りレーザ光りの光軸と直交す
る直線上には、散乱光集光レンズ４が備えられている。

ノズル１の開口１ａを通過する際にエアロゾル中の微粒
子に当たったレーザ光りの散乱光の一部は、このレンズ
４に入射する。この入射光は、スリット５を介して光電
子増倍管６に与えられて増幅された後、更に図示しない
処理回路に与えられる。該処理回路では、こうして与え
られた散乱光に関する情報に基づき、レーザ光りが衝突
した微粒子の大きさと個数を計数し、粒径スペクトルを
表示する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、直径０．１ミクロン程度の大きさの微粒子を
通常のＨｅ　１９　Ｎ　ｅレーザの散乱光によって検出
するためには、該レーザ光の直径を１００ミクロン程度
に絞り込んでその光強度を増大させることが必要とされ
る。また、スリット５によって絞られる検出領域の長さ
は１００ミクロン程度である。従ってこの場合の微粒子
検出領域の面積は（１００ミクロン×１００ミクロン）
程度となるが、これはエアロゾルビームの面積の約１７
１００にしかすぎないものである。

そして、超クリーンルームにおいては微粒子は１〜１０
個／ｆｔ”の割合でしか存在しないので、このようなエ
アロゾルを３００　ｃｃ／分の流量で吸引し、更にエア
ロゾルビームの面積の１７１００の検出領域で該微粒子
を計数しようとすると、１〜３時間に１個という極端に
低い計数率でしか計数できないことになる。従って従来
のレーザダストモニタを用いて微粒子を検出する場合に
は、計数率が低いために測定値のゆらぎが大きく、正確
な検出を行うことができないという問題点があった。

この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、微粒子検
出領域の面積をエアロゾルビームの面積と同程度にまで
拡げることができ、計数率の高い高精度な検出を行うこ
とができるようにした微粒子検出装置を提供しようとす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

エアロゾルに照射するレーザ光を発生させる装置として
、複数の半導体レーザ装置を所定間隔で並列に配置した
ものを用いる。各半導体レーザ装置は、並列方向並びに
並列方向こと対して直角な方向に、所定角度の広がりで
レーザ光を放射するものである。そしてシリンドリカル
レンズ系を用いて、各半導体レーザ装置から放射される
レーザ光　　。

の並列方向に関する前記広がりを保持したまま、。

該レーザ光を並列方向に対して直角な方向に関して平行
ビーム化する。各半導体レーザ装置の配列間隔は、微粒
子検出領域において隣接するレーザビーム群の光強度包
絡線が平坦になるように決定、される。

〔作用〕

個々の半導体レーザ装置から放射されるレーザ光は、シ
リンドリカルレンズ系により並列方向に対して直角な方
向に収束されて平行ビーム化されるので、広範囲にわた
って光強度が増大する。複数の半導体レーザ装置から放
射されるこのような平行ビームは、並列方向に関しては
所定角度の広がりを持っており、隣接するビームが一部
重畳されるので、光強度の大きなレーザビームが全体と
して大きな広がりをもって放射されることになる。

微粒子測定空間にはこのような大きな広がりをもった光
強度の大きなレーザビームが照射されるので、該測定空
間の広い範囲（はぼ全域）にわたって微粒子の検出を行
うことが可能である。

〔実施例〕

以下添付図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に
説明しよう。

第１図は、この発明に係る微粒子検出装置の一例を示す
概略図であり、（４）は側断面図、（Ｂ）は平面図であ
る。

ノズル１の構造並びにエアロゾル・クリーンエア流人の
態様については、第３図におけるのと全く同じであるの
でここでは説明を省略する。

この装置には、ノズル１内の測定空間（開口１ａ）を挟
むようにして、２対の半導体レーザ列（以下ＬＤ列とい
う）７，８が同じ挑さの位置に向かいあって設けられて
いる。ＬＤ列７，８は、夫々複数の半導体レーザ装置（
以下ＬＤという）を並列に等間隔で並べたものである。

ＬＤ列７，８の後方には夫々光検出器列１５．１６が設
けられている。光検出器列１５．１６は夫々ＬＤ列７，
８内のＬＤの個数と同じ数の光検出・器から成るもので
あり、各光検出器と各ＬＤとは１対１に対応している。

各ＬＤからは前方放射光に比例して弱いレーザが後方に
放射されており、光検出器列１５゜１６はこの後方放射
光を検知する役割を果す。

ここで、第１図の装置内のＬＤ列７を含む一方の光学系
について第２図を参照して説明する。第２図（Ａ）は側
面図、第２図（Ｂ）は平面図である。光検出器列１５の
後方には制御回路及び駆動回路１７が設けられており、
該回路１７の出力信号はＬＤ列列内内個々の半導体レー
ザ装置（ＬＤ）７ａ〜７ｆに与えられ、光検出器列１５
内の個々の光検出器１５ａ〜１５ｆからの出力信号は、
該回路１７に与えられている。該回路１７は、各Ｌ’Ｄ
７ａ〜７ｆから夫々レニザ光を放射させるとともに、光
検出器１５８〜１５ｆから与えられる後方放射光に関す
る信号に基づき、ＬＤ７ａ〜７ｆの前方放射光の強度を
一定に保持する役割を果す。なお、ＬＤ列８を含むもう
一方の光学系についての詳細も、第２図に示すのと全く
同様である。

再び第１図に戻って説明を続けると、ＬＤ列７゜８から
の放射光は夫々まず第１のシリンドリカルレンズ９，１
０に入射する。周知のとおり半導体レーザの光放射角は
特殊であり、−一例として、垂直方向に±３０°、水平
方向に±１５°の放射角をもっている。この放射光は、
まず該１／ンズ９，１０によって垂直方向に収束される
。

ここで再び第２図に移り、ＬＤ列７，８内の各ＬＤとシ
リンドリカルレンズ９，１０との位置関係を、一方の光
学系７，９について示そう。線分００′は、ＬＤ列７か
らの放射光がシリンドリカルレンズ９１こよって垂直方
向に収束１．てで永る焦点線に一致する。各ＬＤ間の間
隔及びＬＤ列７とシリンドリカルレンズ９との距離は、
各ＬＤからの放射光と隣接するＬＤからの放射光とが水
平方向の幅の半分の長さだけ水平方向に重なり合う位置
が焦点００′の位置と一致するような関係で決定される
。

このとき各ＬＤ７ａ〜７ｆからの放射光の細長焦点００
′上での光強度分布は、第２図ρ）に示されるようなＧ
ａｕｓｓｉａｎに近い特性で表わされる。

従って各放射光の光強度の和はＯＯ′上で平坦である（
図では光強度はＩ。である）。またＯＯ′における垂直
方向の光強度分布は第２図（Ｃ）のとおりであり、光強
度の大きな部分は００′付近に集中している。

再び第１図を参照しながら説明を続けると、上述のよう
に第１のシリンドリカルレンズ９，１０の焦点線上で強
度分布が平坦化された放射光は、該焦点箇所で夫々スリ
ット１１，１２を通った後、第２のシリンドリカルレン
ズ１３．１４によって−ザビームは、夫々開口１ａを介
して測定空間内のエアロゾルビーム部に照射される。

測定空間内における微粒子により散乱された放射光は散
乱光集光レンズ４（第３図のものと同じである）に入射
し、以下第３図におけるのと全く同様にして図示しない
処理回路による微粒子の粒径スペクトル測定が行われる
。

ところで、このようにしてエアロゾルビームに照射され
るレーザビームは、桶述のように水平方向に複数の放射
光が重畳されるとともに垂直方向に収束され、更に向か
い合うＬＤ列７，８からの放射光が重畳されているので
、大きな光強度をもつとともに水平方向に大きな広がり
をもっている。

そしてＬＤ列７，８内のＬＤの個数や間隔等を調節する
ことによって、該放射光による微粒子検出領域の面積は
自由に変化させることが可能である。

従ってこの微粒子検出装置を用いれば、光強度の大きい
レーザビームをエアロゾルビームの全域に照射すること
が可能である（第１図（Ｂ）参照）。

これによって、クリーンルームから吸引されるエアロゾ
ル内の全ての微粒子を計数することができるので、クリ
ーンルーム内の微粒子検出の精度は大幅に向上すること
になる。

なお、この実施例では２組の向かい合うＬＤ列７．８か
らの放射光を重畳させてエアロゾルビームに照射させて
いるが、このようなＬＤ列は１組であってもかまわない
。また、ライトトラップホーンも第３図にならって適宜
配置するものとする。

また、光電子増倍管は本発明にあっては近赤外領域にも
感度を有するものを使用するか、あるいは低雑音半導体
光検出器を用いるものとする。

〔発明の効果〕

以上のとおりこの発明に係る微粒子検出装置によれば、
複数の半導体レーザ装置を並列に設け、各装置から放射
されるレーザ光を並列方向には重畳させ、並列方向に直
角な方向には収束して平行ビーム化しているので、並列
方向の広範囲な領域に大きな光強度をもつレーザビーム
を照射することが可能である。従って、エアロゾルビー
ム、の全域に該レーザビームを照射して微粒子を検出す
ることもできるので、計数率の高い高精度な検出を行う
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る微粒子検出装置の一実施例を示
す概略図であって、（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は平面図
、第２図（Ａ）は第１図の部分的詳細を示す側面図、第
２図（Ｂ）は同平面図、第２図（Ｃ）は第２図体）に対
応する光強度分布図、第２図ｐ）は第２図（Ｂ）に対応
する光強度分布図、第３図は従来の微粒子検出装置の一
例を示す概略図であり、（Ａ）は側断面図・（Ｂ）は平
面図である。 １．１′　ノズル、１ａ　開口、２・・収束レンス、６
・トラップホーン、４・散乱光集光レンズ、５　スリッ
ト、６・光電子増倍管、７・・・半導体レーザ列、７ａ
〜７ｆ・半導体レーザ装置、８・半導体レーザ列、９，
１０・シリンドリカルレンズ、Ｉｆ、１２・スリット、
１３．１４　　シリンドリカルレンズ、１５・・光検出
器列、１５８〜１５ｆ及び駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の測定空間に被測定気体を導入し、該測定空間
   にレーザ光を照射してその散乱光を観察することにより
   該被測定気体中の微粒子を検出するようにした微粒子検
   出装置において、 垂直及び水平方向に所定角度の広がりでレーザビームを
   放射する複数の半導体レーザ装置を所定間隔で並列に設
   け、 シリンドリカルレンズ系を用いて各レーザビームの水平
   又は垂直の一方向に関しては前記広がりを保ったまま他
   方向に関しては平行ビームとなるように収束させ、 測定空間において隣接するレーザビームが重畳して全体
   として広範囲にわたって強い光強度のレーザ光が得られ
   るようにしたことを特徴とする微粒子検出装置。 ２、前記複数の半導体レーザ装置とシリンドリカルレン
   ズ系とから成る光学系を、前記測定空間を挟んで２組対
   向させて配列したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の微粒子検出装置。