TW202331224A - 粒子分析裝置 - Google Patents
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Abstract
為了可將裝置設置於線路周邊的有限的空間中，並且可將自線路輸送樣品的路徑維持得短，本發明包括：流通池C，供包含粒子的樣品流動；光源10，對流通池C內的粒子照射光；光檢測器20，對來自粒子的二次光進行檢測；以及運算電路30，根據自光檢測器20輸出的光強度訊號算出自相關函數，並根據該自相關函數對樣品中包含的粒子進行分析，包含流通池C及光源10的光學系統單元U1、與包含光檢測器20及運算電路30的控制單元U2彼此為分立元件，經由將二次光引導至光檢測器20的導光構件L1而連接。
Description
本發明是有關於一種粒子分析裝置。
例如，在半導體製造製程等中，有時在半導體的研磨中使用漿料狀的粒子，當在該粒子中包含過大的粒子時，有可能對半導體造成損傷，因此有時使用以在線或線上的方式利用動態散射法對粒徑分佈等進行測定的粒子分析裝置（專利文獻1）。
然而，供粒子流動的線路周邊的環境因製造現場而各式各樣，有時裝置的設置空間受限，因此在流通池、光源、光檢測器、運算電路等一體地收容於單體的框體中的先前裝置中，若尺寸大，不符合設置空間，則需要變更線路形狀。
當然，若將裝置設置於遠離線路的寬廣的場所，將樣品自線路輸送至該場所，則能夠在不變更線路形狀的情況下進行分析，但在該情況下，由於樣品的輸送路徑變長，因此產生樣品損耗變多、樣品的性狀發生變化、響應性降低等其他問題。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2002-22644號公報
[發明所欲解決之課題]
因此，本發明是為了解決所述問題而成者，其主要課題在於，可將裝置設置於線路周邊的有限的空間中，並且可將自線路輸送樣品的路徑維持得短。
[解決課題之手段]
即，本發明的粒子分析裝置的特徵在於包括：流通池，供包含粒子的樣品流動；光源，對所述流通池內的粒子照射光；光檢測器，對來自所述粒子的二次光進行檢測；以及運算電路，根據自所述光檢測器輸出的光強度訊號算出自相關函數，並根據該自相關函數對所述樣品中包含的粒子進行分析，包含所述流通池及所述光源的光學系統單元與包含所述光檢測器及所述運算電路的控制單元彼此為分立元件，且經由將所述二次光引導至所述光檢測器的導光構件而連接。
根據如此構成的粒子分析裝置，光學系統單元與控制單元彼此為分立元件，而且將光檢測器設置於控制單元側，因此作為光學系統單元，與先前的裝置整體相比格外緊湊。
藉此，即便在製造現場的供粒子流動的線路周邊的空間有限的情況下，只要可在該設置空間中設置光學系統單元則能夠進行分析，其結果，可將自線路輸送樣品的路徑維持得短，進而可盡可能地抑制樣品損耗、樣品的改質、響應性的降低等。
且說，為了保證藉由動態散射法的粒子分析的分析精度，並非僅獲取散射光的強度即可，亦需要其相位資訊。換言之，需要將藉由照射光而自粒子發出的光子按照其發出的順序引導至光檢測器。因此，在例如藉由粗的光纖將光學系統單元與控制單元加以連接的情況下，相位資訊會因該光纖而丟失，從而可能產生無法保證測定精度等問題。
因此，為了保證藉由動態散射法的測定精度，較佳為所述導光構件將來自所述粒子的二次光不丟失其相位資訊地引導至所述光檢測器。換言之，相對於自所述光源射出的光而成為單模的芯徑最佳。
然而，由於單模光纖的芯徑極小，因此難以充分獲得散射光的強度，因此較佳為所述導光構件為具有成為單模的芯徑的20倍為止的芯徑的光纖。
另一方面，如上所述，當藉由細光纖將光學系統單元與控制單元加以連接時，為了確保檢測出的散射光的強度，該光纖的入射側端部的定位變得嚴格。
因此，較佳為，更包括連接部，所述連接部介於所述導光構件與所述光學系統單元之間並將該些加以連接，自所述光學系統單元的外部對所述連接部進行操作。
若為此種結構，則即便在將裝置設置於能夠以在線或線上的方式進行分析的場所後，亦可對光纖的入射側端部的位置進行簡單調整。
若對所述定位進行更具體的說明，則例如在對流通池自水平方向照射來自光源的光的情況下，在與該光相同的高度位置處散射光應該變強，當光纖的入射側端部自該高度位置上下偏移時，檢測出的散射光的強度大幅下降。
因此，較佳為，所述連接部構成為，可在與來自所述光源的光對所述流通池的照射方向正交的方向上對所述導光構件的入射側端部進行位置調整。
若為此種結構，則例如若為來自光源的光沿水平方向射出的形態，則可在與其正交的上下方向上對導光構件的入射側端部進行位置調整，從而可確保檢測出的散射光的強度。
較佳為，所述光學系統單元包括散熱構件，所述散熱構件介於所述光源與構成所述光學系統單元的殼體之間。
若為此種結構，則例如不需要由帕耳貼元件等形成的冷卻結構，可實現光學系統單元的進一步的小型化。
另外，不需要冷卻風扇，亦可防止塵埃或灰塵等自外部侵入至光學系統單元的內部。
較佳為，所述光學系統單元包括：反射鏡，對自所述光源射出並透射所述流通池的透射光進行反射；以及低反射率構件，被照射由所述反射鏡予以反射的透射光。
若為此種結構，則可利用低反射率構件來吸收透射光，從而可抑制雜散光進入光纖等導光構件。
較佳為，所述光學系統單元包括：一枚或多枚減光濾光片，使來自所述光源的光減光；以及馬達，對所述一枚或多枚減光濾光片進行驅動，所述控制單元包括對所述馬達進行控制的控制電路。
若為此種結構，則藉由將馬達的控制電路設置於控制單元側，可實現光學系統單元的進一步的緊湊化。
[發明的效果]
藉由如此構成的本發明，可實現光學系統單元的小型化，藉由將該光學系統單元設置於供粒子流動的線路周邊的有限的空間中，可將自線路輸送樣品的路徑維持得短，進而可盡可能地抑制樣品損耗、樣品的改質、響應性的降低等。
以下，參照圖式對本發明的粒子分析裝置的一實施方式進行說明。
本實施方式的粒子分析裝置例如與半導體製造系統等規定的製造製程中使用的製造系統一起使用，且以在線或線上的方式測定在該製造系統中使用的粒子的粒徑分佈。
再者，關於作為測定對象的粒子的一例，例如可列舉化學機械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）漿料等研磨用漿料等。
該粒子分析裝置藉由動態光散射法（Dynamic Light Scattering，DLS）對粒徑分佈進行測定，例如能夠在包含奈米尺度的粒徑區域的範圍內對粒徑分佈進行測定。
若對粒子分析裝置100的結構進行示意性說明，則如圖1所示，包括：流通池C，供包含粒子的樣品流動；光源10，對流通池C內的粒子照射光；一個或多個光檢測器20，對來自粒子的二次光進行檢測；以及運算電路30，基於自光檢測器20輸出的光強度訊號的波動來算出粒徑分佈。
而且，該粒子分析裝置100中，如圖2所示，光學系統單元U1及控制單元U2彼此為分立元件，該些單元經由引導所述二次光的導光構件L1連接而成。再者，該實施方式中的光學系統單元U1及控制單元U2不僅經由導光構件L1，亦經由電力供給電纜L2及輸入/輸出（Input/Output，IO）線L3而連接。
首先，對光學系統單元U1進行說明。
光學系統單元U1連接於構成所述製造系統的配管等，自該配管導出包含粒子的樣品，如圖3及圖4所示，至少包括上文所述的流通池C及光源10。
如圖2所示，流通池C及光源10收容於形成有樣品導入口P1及樣品導出口P2的第一殼體40中。
如圖3所示，本實施方式中的流通池C及光源10配置成包含在流通池C中流動的粒子的樣品的流動方向X、與來自光源10的光對流通池C的照射方向Y（即，沿著透過流通池C的光的光軸的方向）正交。
光源10例如為射出雷射光的雷射光源，該光源10例如由包含鋁等金屬的保持構件50予以保持。
該保持構件50介於光源10與第一殼體40之間，並與該些進行熱連接，發揮出作為將來自光源10的熱傳遞至第一殼體40的散熱構件的功能。
如圖3及圖4所示，本實施方式的光學系統單元U1構成為，包括：多枚減光濾光片60，使來自光源10的光減光；以及馬達（未圖示），對該些多枚減光濾光片60進行驅動，可自多枚中擇一地設定來自光源10的光通過的減光濾光片60。
若更具體地進行說明，則多枚減光濾光片60保持在介於光源10與流通池C之間的共用的保持體61，且安裝於該保持體61的例如圓周上的多個部位。
馬達為例如使所述保持體61進行旋轉驅動的步進馬達，構成為藉由控制其旋轉角度，而擇一地確定配置在光源10與流通池C之間的減光濾光片60。
進而，此處的光學系統單元U1包括：反射鏡M，對自光源10射出並透射流通池C的透射光進行反射；以及低反射率構件（未圖示），被照射由反射鏡M予以反射的透射光。再者，作為低反射率構件，例如可使用黑色的構件等，作為其一例，可利用呢絨紙等。再者，亦可在不利用呢絨紙的情況下將構成光學系統單元U1的構件的反射率低的部位用作低反射率構件。
其次，對控制單元U2進行說明。
如圖2所示，控制單元U2設置於遠離所述光學系統單元U1的位置，如圖5所示，至少包括所述光檢測器20及運算電路30。
光檢測器20及運算電路30收容於與所述第一殼體40分開的第二殼體70中，且經由連接配線而連接。
光檢測器20對來自粒子的散射光進行檢測，並且將表示該散射光強度的光強度訊號輸出至運算電路30，具體而言，利用可對微弱的光進行檢測的光電倍增管等。
運算電路30包括現場可程式閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、記憶體、類比數位（Analog Digital，AD）轉換器、數位類比（Digital Analog，DA）轉換器等，藉由執行所述記憶體中保存的程式，並由各種設備協作，根據自光檢測器20輸出的光強度訊號算出自相關函數，並根據該自相關函數算出樣品中包含的粒子的粒徑分佈。
再者，作為運算電路30，未必限於算出粒徑分佈者，例如可設為根據自相關函數算出凝膠的平均晶格間隔等凝膠特性者等對粒子的各種特性進行分析者。
如圖5所示，本實施方式的控制單元U2更包括控制所述馬達的控制電路80，該控制電路80受理表示由用戶例如經由輸入部件而選擇的減光濾光片60的輸入選擇訊號，並且基於該輸入選擇訊號對所述馬達的旋轉角度進行控制。
繼而，對將所述光學系統單元U1及控制單元U2加以連接的導光構件L1及其周邊結構進行說明。
如圖2所示，導光構件L1為如下構件，即，光入射的入射側端部L1a連接於光學系統單元U1，並且射出光的射出側端部L1b連接於控制單元U2，在入射側端部L1a接收自流通池C內的粒子產生的散射光，並且將該散射光傳送至射出側端部L1b並射出至光檢測器20，具體而言為光纖。
作為該導光構件L1的光纖為將自粒子產生的作為散射光的光子不丟失或幾乎不丟失其相位資訊地引導至光檢測器20者，具體而言，為具有相對於自光源10射出的雷射光而成為單模的芯徑至其直徑的20倍為止的芯徑者。
如圖4所示，本實施方式的粒子分析裝置100更包括連接部90，所述連接部90介於導光構件L1與光學系統單元U1之間並將該些加以連接。
該連接部90安裝於第一殼體40，並且對導光構件L1的入射側端部L1a進行支撐，此處，將導光構件L1的入射側端部L1a以能夠進行位置調整的方式加以支撐。
若更詳細地進行說明，則連接部90構成為，藉由自光學系統單元U1的外部進行操作，可在與來自光源10的光對流通池C的照射方向Y正交的方向A上對導光構件L1進行位置調整。
具體而言，連接部90具有：固定部91，固定於第一殼體40；以及支撐部92，藉由螺釘等能夠相對移動地安裝於該固定部91，並且對導光構件L1的入射側端部L1a進行支撐。
在該結構中，藉由相對於固定部91對保持部進行位置調整，來進行導光構件L1的入射側端部L1a的位置調整，此處，構成為可沿著流通池C內的樣品的流動方向X對導光構件L1的入射側端部L1a進行位置調整。
藉由如此構成的粒子分析裝置100，光學系統單元U1與控制單元U2彼此設置為分立元件，而且將光檢測器20設置於控制單元U2，因此光學系統單元U1與先前的裝置整體相比成為格外緊湊者。
藉此，即便在製造現場的供粒子流動的線路周邊的空間有限的情況下，只要可在該設置空間中設置光學系統單元U1則能夠進行分析，其結果，可將自線路輸送樣品的路徑維持得短，進而可盡可能地抑制樣品損耗、樣品的改質、響應性的降低等。
另外，對減光濾光片60進行驅動的馬達的控制電路80收容於控制單元U2中，因此可實現光學系統單元U1的進一步的緊湊化。
進而，導光構件L1為具有相對於自光源10射出的光而成為單模的芯徑至其直徑的20倍為止的芯徑的光纖，換言之，為非常細的光纖，因此可將自粒子發出的作為散射光的光子不丟失或幾乎不丟失其相位資訊地引導至光檢測器20，從而可保證測定精度。
另一方面，當如上所述使用細的光纖時，該光纖的入射側端部L1a亦變得微小，因此為了確保藉由光檢測器20檢測出的散射光的強度，光纖的入射側端部L1a的定位變得嚴格。
相對於此，本實施方式的連接部90構成為，可沿著與來自光源10的光對流通池C的照射方向Y正交的方向A、具體而言為流通池C內的樣品的流動方向X對導光構件L1的入射側端部L1a進行位置調整，因此能夠確保檢測出的散射光的強度。
此外，對光源10進行保持的保持構件50介於光源10與第一殼體40之間，並且發揮作為將光源10的熱傳遞至保持構件50的散熱構件的功能，因此例如可不需要由帕耳貼元件等形成的冷卻結構，從而可實現光學系統單元U1的進一步的小型化，或可不需要冷卻風扇，從而可防止塵埃或灰塵等自外部侵入至光學系統單元U1的內部。
進而此外，自光源10射出並透射流通池C的透射光藉由反射鏡M朝向低反射率構件反射，因此可利用低反射率構件來吸收透射光，從而可抑制雜散光進入光纖中。
再者，本發明並不限於所述實施方式。
例如，流通池C及光源10在所述實施方式中收容於第一殼體40中，但無需必須收容於殼體中，例如亦可安裝於壓盤。
另外，關於光檢測器20及運算電路30，在所述實施方式中亦收容於第二殼體70中，但無需必須收容於殼體中，例如亦可安裝於壓盤。進而，光檢測器20及運算電路30無需必須一體地設置，例如亦可收容於各別的殼體中，或安裝於各別的壓盤。
進而，作為連接部90，可構成為，不僅可在流通池C內的樣品的流動方向X上，例如亦可在光的照射方向Y、相對於第一殼體40進退的方向、或者與此前所述的方向不同的角度上對導光構件L1的入射側端部L1a進行位置調整。
此外，所述實施方式中敘述的光纖的尺寸為導光構件L1的一形態，亦可將直徑較所述實施方式中敘述者粗的光纖用作導光構件L1。
進而此外，所述實施方式的光學系統單元U1為可使用多枚減光濾光片60來階段性地變更減光率的結構，但亦可使用藉由旋轉而連續地變更減光率的一枚減光濾光片來代替該些多枚減光濾光片60。
除此以外，本發明並不限於所述實施方式，當然能夠在不脫離其宗旨的範圍內進行各種變形。
[產業上之可利用性]
藉由本發明，可將裝置設置於線路周邊的有限的空間中，並且可將自線路輸送樣品的路徑維持得短。
10:光源
20:光檢測器
30:運算電路
40:第一殼體
50:保持構件
60:減光濾光片
61:保持體
70:第二殼體
80:控制電路
90:連接部
91:固定部
92:支撐部
100:粒子分析裝置
A:方向
C:流通池
L1:導光構件
L1a:入射側端部
L1b:射出側端部
L2:電力供給電纜
L3:IO線
M:反射鏡
P1:導入口
P2:導出口
U1:光學系統單元
U2:控制單元
X:流動方向
Y:照射方向
圖1是表示一實施方式的粒子分析裝置的整體結構的示意圖。
圖2是表示該實施方式的光學系統單元及控制單元的示意圖。
圖3是表示該實施方式的光學系統單元的內部結構的示意圖。
圖4是表示該實施方式的光學系統單元的內部結構的示意圖。
圖5是表示該實施方式的控制單元的內部結構的示意圖。
10:光源
40:第一殼體
50:保持構件
60:減光濾光片
61:保持體
C:流通池
L2:電力供給電纜
L3:IO線
M:反射鏡
P1:導入口
P2:導出口
U1:光學系統單元
X:流動方向
Y:照射方向
Claims (8)
- 一種粒子分析裝置，包括： 流通池，供包含粒子的樣品流動； 光源，對所述流通池內的粒子照射光； 光檢測器，對來自所述粒子的二次光進行檢測；以及 運算電路，根據自所述光檢測器輸出的光強度訊號算出自相關函數，並根據所述自相關函數對所述樣品中包含的粒子進行分析， 包含所述流通池及所述光源的光學系統單元與包含所述光檢測器及所述運算電路的控制單元彼此為分立元件，且經由將所述二次光引導至所述光檢測器的導光構件而連接。
- 如請求項1所述的粒子分析裝置，其中，所述導光構件將來自所述粒子的二次光不丟失其相位資訊地引導至所述光檢測器。
- 如請求項1所述的粒子分析裝置，其中，所述導光構件為具有相對於自所述光源射出的光而成為單模的芯徑至其直徑的20倍為止的芯徑的光纖。
- 如請求項1至請求項3中任一項所述的粒子分析裝置，更包括連接部，所述連接部介於所述導光構件與所述光學系統單元之間並將所述導光構件與所述光學系統單元加以連接， 自所述光學系統單元的外部對所述連接部進行操作。
- 如請求項4所述的粒子分析裝置，其中，所述連接部構成為能夠在與來自所述光源的光對所述流通池的照射方向正交的方向上對所述導光構件的入射側端部進行位置調整。
- 如請求項1至請求項5中任一項所述的粒子分析裝置，其中，所述光學系統單元包括散熱構件，所述散熱構件介於所述光源與構成所述光學系統單元的殼體之間。
- 如請求項1至請求項6中任一項所述的粒子分析裝置，其中，所述光學系統單元包括： 反射鏡，對自所述光源射出並透射所述流通池的透射光進行反射；以及 低反射率構件，被照射由所述反射鏡予以反射的透射光。
- 如請求項1至請求項7中任一項所述的粒子分析裝置，其中，所述光學系統單元包括：一枚或多枚減光濾光片，使來自所述光源的光減光；以及馬達，對所述一枚或多枚減光濾光片進行驅動， 所述控制單元包括對所述馬達進行控制的控制電路。
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