TWI650547B - 粒子計數方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
一種粒子計數方法，包含以具有第一粒徑偵測範圍的第一粒子計數器取得關聯於待測氣體的第一粒子資訊，以具有第二粒徑偵測範圍的第二粒子計數器取得關聯於待測氣體的第二粒子資訊，以及依據第一粒子資訊及第二粒子資訊產生待測氣體的粒徑分布資訊。其中，第一粒子資訊包含第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，每一粒徑範圍對應所述多個粒子數量其中之一，第二粒子資訊包含粒徑位於第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和，且第二粒徑偵測範圍的下限小於第一粒徑偵測範圍的下限。
Description
本發明係關於一種粒子計數方法，特別係關於偵測氣體的粒子計數方法。
於現今的半導體產業中，半導體元件的尺寸已微縮至奈米等級，其製程中所產生的化學污染物相較於前世代製程技術，更容易對製品、潔淨室與設備造成損害。當這些化學汙染物局部凝結或不同分子的污染物之間形成的反應產物沉積於半導體製品上，將易形成橋樑通道，於電路中形成短路或斷路，或是影響微影製程中光的傳遞，而造成曝光不良的問題。因此，半導體廠商多在尋求能夠即時偵測且解析空氣中粒子的粒徑的裝置。
目前常見用於粒子偵測的裝置有光學粒子計數器（Optical particle counter，OPC）以及掃瞄式電動度粒徑分析儀（Scanning mobility particle sizer，SMPS）。其中，光學粒子計數器的粒徑偵測範圍約在微米等級，難以偵測到奈米等級的粒子。掃瞄式電動度粒徑分析儀則為市面上廣泛使用於偵測奈米等級粒子的設備，然而，由於其為微分電移動度分析儀（Differential mobility analyzer，DMA）及凝結微粒計數器（Condensation particle counter，CPC）的組合，其中微分電移動度分析儀的偵測效率僅有5%，因此難以有效地偵測粒子。
鑒於上述，本發明提供一種粒子計數方法及裝置。
依據本發明一實施例的粒子計數方法，包含以具有第一粒徑偵測範圍的第一粒子計數器取得關聯於待測氣體的第一粒子資訊，以具有第二粒徑偵測範圍的第二粒子計數器取得關聯於待測氣體的第二粒子資訊，以及依據第一粒子資訊及第二粒子資訊產生待測氣體的粒徑分布資訊。其中，第一粒子資訊包含第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，每一粒徑範圍對應所述多個粒子數量其中之一，第二粒子資訊包含粒徑位於第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和，且第二粒徑偵測範圍的下限小於第一粒徑偵測範圍的下限。
依據本發明一實施例的粒子裝置，包含第一粒子計數器、第二粒子計數器及控制器，其中控制器電性連接於第一粒子計數器及第二粒子計數器。第一粒子計數器具有第一粒徑偵測範圍，且用於取得關聯於待測氣體的第一粒子資訊，其中第一粒子資訊包含第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，每一粒徑範圍對應所述多個粒子數量其中之一。第二粒子計數器具有第二粒徑偵測範圍，且用於取得關關聯於待測氣體的第二粒子資訊，其中第二粒子資訊包含粒徑位於第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和，且第二粒徑偵測範圍的下限小於第一粒徑偵測範圍的下限。控制器用於依據第一粒子資訊及第二粒子資訊產生待測氣體的粒徑分布資訊。
藉由上述結構，本案所揭示的粒子計數方法及裝置，透過串聯或是並聯的結構以整合兩種具有不同粒徑偵測範圍的粒子計數器，以提供一種結構簡單、成本低廉、硬體需求不高，且能迅速測得奈米級粒子的粒徑範圍及對應濃度的粒子計數方法及裝置。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參考圖1，圖1係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置的功能方塊圖。如圖1所示，粒子計數裝置 1包含第一粒子計數器11、第二粒子計數器13及控制器15。第一粒子計數器11具有第一粒徑偵測範圍，用於取得關聯於待測氣體的第一粒子資訊，第一粒子資訊包含第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，其中每一所述多個粒徑範圍對應於所述多個粒子數量的其中之一。詳細來說，第一粒子資訊中的粒徑範圍與粒子數量可以具有一對一的關係。第二粒子計數器13則具有第二粒徑偵測範圍，用於取得關聯於待測氣體的第二粒子資訊，第二粒子資訊包含粒徑位於第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和。其中，第二粒子計數器13的第二粒徑偵測範圍的下限小於第一粒子計數器11的第一粒徑偵測範圍。
於此實施例中，第一粒子計數器11與第二粒子計數器13相互串聯。詳細來說，第一粒子計數器11的氣流輸出端A11連接於第二粒子計數器13的氣流輸入端A13，在進行待測氣體的粒子計數時，待測氣體的一道氣流輸入第一粒子計數器11，第一粒子計數器11量測所述氣流以取得關聯於待測氣體的第一粒子資訊，接著，同一道氣流再流至第二粒子計數器13，第二粒子計數器13量測此氣流以取得關聯於待測氣體的第二粒子資訊。其中，第一粒子計數器11及第二粒子計數器13的詳細架構將於後描述。
控制器15例如係微控制器（Micro control unit，MCU），電性連接於第一粒子計數器11及第二粒子計數器13，用於自第一粒子計數器11及第二粒子計數器13取得第一粒子資訊及第二粒子資訊，據以產生待測氣體的粒徑分布資訊。詳細來說，控制器15可以將第一粒徑偵測範圍依據不同粒徑至少定義有第一粒徑區間、第二粒徑區間與第三粒徑區間，其中第一粒徑區間與第二粒徑區間位於第二粒徑偵測範圍中，且第一粒徑區間與第二粒徑區間係以一個預設粒徑值來區分。也就是說，第一粒徑區間及第二粒徑區間為第一粒徑偵測範圍與第二粒徑偵測範圍的重疊區域，且第一粒徑區間與第二粒徑區間之間的分界值為預設粒徑值。
更詳細來說，控制器15將介於第一粒徑偵測範圍的下限以及預設粒徑值之間的粒徑區間定義為第一粒徑區間，將介於預設粒徑值及第二粒徑偵測範圍的上限之間的粒徑區間定義為第二粒徑區間，並將介於第二粒徑偵測範圍的上限及第一粒徑偵測範圍的上限之間的粒徑區域定義為第三粒徑區間。於此實施例中，控制器15依據第一粒子資訊及第二粒子資訊所產生的粒徑分布資訊中於預設粒徑值以下的粒子數量，係引用第二粒子資訊，其中詳細的引用方法以及預設粒徑值的設定方式將於後描述。
請參考圖1及圖2以更詳細地說明粒子計數裝置1的第一及第二粒子計數器11及13的架構，其中圖2為依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置1的細部架構示意圖。圖2示例性地繪示圖1的粒子計數裝置1的詳細架構，如圖2所示，第一粒子計數器11可以係包含光發射器111及光感測器112的光學粒子計數器（Optical particle counter，OPC）。光發射器111用於提供光源，例如為白光或雷射光發射器，其中以白光作為光源的光學粒子計數器的偵測極限（即前述第一粒徑偵測範圍的下限）為0.3微米至0.5微米，而以雷射光作為光源的光學粒子計數器的偵測極限則約為0.1微米。光感測器112例如為光電二極體，用於在光發射器111將聚焦光線（focused light）照射於通過偵測區的氣流時，感測光線因氣流中的粒子而散射而產生的散射光，並將其轉換為電壓脈衝，每個電壓脈衝代表一個粒子，而脈衝所對應的高度（電壓數值）經函數運算可得此粒子的粒徑。
本實施例以雷射光學粒子計數器作為第一粒子計數器11以舉例說明，第一粒子計數器11具有第一粒徑偵測範圍約0.1微米至10微米，可以量測待測氣體的氣流以取得氣流中的多個粒子所對應的電壓脈衝，經換算及統計後可得多個粒徑範圍及其對應的粒子數量，即前述的第一粒子資訊。於此實施例中，第一粒子計數器11可將取得的第一粒子資訊紀錄為表格並儲存於內建或外接的記憶體中。
如上所述，作為第一粒子計數器11的光學粒子計數器的第一粒徑偵測範圍約為0.1微米至10微米，也就是說，當粒子的粒徑小於0.1微米時，第一粒子計數器11便難以偵測到此粒子。因此，可以具有較小的粒徑範圍下限的凝結微粒計數器（Condensation particle counter，CPC）來實現與第一粒子計數器11串接的第二粒子計數器13，以偵測粒徑小於0.1微米的粒子。凝結微粒計數器例如具有粒徑偵測範圍2.5奈米到3微米，係利用有機溶劑蒸發-凝結的原理，使細微的粒子的粒徑可以擴增到光學儀器能夠偵測的大小，例如為上述光學粒子計數器的偵測極限0.1微米以上。
於圖2的實施例中，作為第二粒子計數器13的凝結微粒計數器包含有加熱管131、冷卻管132、光發射器133以及光感測器134，其中光發射器133以及光感測器134的架構類似於第一粒子計數器11的光發射器111及光感測器112，換句話說，第二粒子計數器13包含有光學粒子計數架構，而加熱管131及冷卻管132的組合即係用於擴增粒子的粒徑的架構。
詳細來說，第二粒子計數器13的加熱管131、冷卻管132及光學粒子計數架構依序串接，當氣流自第一粒子計數器11傳送至第二粒子計數器13時，會先經過充滿飽和蒸氣的加熱管131，其中飽和蒸氣可由揮發性液體（例如乙醇或正丁醇等等）產生，氣流中的粒子與蒸氣混合並一同流動至冷卻管132，蒸氣遇冷後便凝結在粒子表面，使粒子的粒徑擴增至後續光發射器133及光感測器134所構成的光學粒子計數架構所能偵測的大小。舉例來說，透過凝結微粒計數器的運作機制，粒子的粒徑可以擴增到10微米。
於另一實施例中，第二粒子計數器13亦可以加熱管131串接於冷卻管132及光學粒子計數架構之間的樣態來實施，且以水作為擴增粒徑的材料。也就是說，待測氣體的氣流會依序經過冷卻管132、加熱管131再到光學粒子計數架構由其進行量測。詳細來說，當氣流經過冷卻管132時，冷卻管132冷卻氣流中的粒子而使其具有低溫，接著當氣流進入加熱管131時，加熱管131會向管內提供水蒸氣，由於水蒸氣的移動速率高於熱的傳播速率，因此水蒸氣得以在粒子受熱升溫前凝結於粒子表面，而使得粒子的粒徑增加。接下來再由光發射器133及光感測器134所構成的光學粒子計數架構來偵測氣流中的粒子數量。由於以凝結微粒計數器來實現的第二粒子計數器13在偵測氣流粒子的過程中，會改變粒子的粒徑，因此於上述的實施例中，第二粒子計數器13所取得的第二粒子資訊係指示粒徑位在第二粒徑偵測範圍（例如2.5奈米到3微米）中的所有粒子的數量總和。
請參考圖3，圖3係依據本發明另一實施例所繪示的粒子計數裝置的功能方塊圖。類似於圖1所示的粒子計數裝置1，圖3所示的粒子計數裝置1’包含有第一粒子計數器11、第二粒子計數器13及控制器15。第一粒子計數器11具有第一粒徑偵測範圍，用於取得關聯於待測氣體的第一粒子資訊，第一粒子資訊包含第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，其中每一所述多個粒徑範圍對應於所述多個粒子數量的其中之一。詳細來說，第一粒子資訊中的粒徑範圍與粒子數量可以具有一對一的關係。第二粒子計數器13則具有第二粒徑偵測範圍，其下限小於第一粒子計數器11的第一粒徑偵測範圍的下限。
第二粒子計數器13用於取得關聯於待測氣體的第二粒子資訊，第二粒子資訊包含粒徑位於第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和。於此實施例中，第一粒子計數器11及第二粒子計數器13相互並聯，分別偵測來自於同一待測氣體的兩股相同氣流，以分別取得第一粒子資訊及第二粒子資訊。詳細來說，粒子計數裝置1’包含有分流器17以將待測氣體分為兩股相同的氣流並分別提供至第一粒子計數器11及第二粒子計數器13，其中所述兩股相同的氣流具有相同的粒徑分布。
粒子計數裝置1’的控制器15類似於圖1中粒子計數裝置1的控制器15，電性連接於第一粒子計數器11及第二粒子計數器13，且用於依據第一粒子計數器11及第二粒子計數器13所取得的第一粒子資訊及第二粒子資訊來產生待測氣體的粒徑分布資訊。詳細來說，控制器15可以將第一粒徑偵測範圍依據不同粒徑至少定義有第一粒徑區間、第二粒徑區間與第三粒徑區間，其中第一粒徑區間與第二粒徑區間位於第二粒徑偵測範圍中，且第一粒徑區間與第二粒徑區間係以一個預設粒徑值來區分。也就是說，第一粒徑區間及第二粒徑區間為第一粒徑偵測範圍與第二粒徑偵測範圍的重疊區域，且第一粒徑區間與第二粒徑區間之間的分界值為預設粒徑值。
更詳細來說，控制器15將介於第一粒徑偵測範圍的下限以及預設粒徑值之間的粒徑區間定義為第一粒徑區間，將介於預設粒徑值及第二粒徑偵測範圍的上限之間的粒徑區間定義為第二粒徑區間，並將介於第二粒徑偵測範圍的上限及第一粒徑偵測範圍的上限之間的粒徑區域定義為第三粒徑區間。於此實施例中，控制器15依據第一粒子資訊及第二粒子資訊所產生的粒徑分布資訊中於預設粒徑值以下的粒子數量，係引用第二粒子資訊，其中詳細的引用方法以及預設粒徑值的設定方式將於後描述。
接著請一併參考圖3及圖4以更詳細地說明粒子計數裝置1’的第一及第二粒子計數器11及13的架構，其中圖4為依據本發明另一實施例所繪示的粒子計數裝置1’的細部架構示意圖。圖4示例性地繪示圖3的粒子計數裝置1’詳細架構，如圖4所示，粒子計數裝置1’的第一粒子計數器11可以光學粒子計數器來實施，且第二粒子計數器13可以凝結微粒計數器來實施。於此實施例中，待測氣體經分流器17分為兩股相同氣流，並分別輸入至第一粒子計數器11及第二粒子計數器13。
類似於前述圖2的實施例，粒子計數裝置1’的第一粒子計數器11包含光發射器111及光感測器112，具有第一粒徑偵測範圍例如0.1微米至10微米，當氣流流經第一粒子計數器11時，氣流中的粒子使得來自光發射器111的光線產生散射，光感測器112感測散射光以轉換為電壓脈衝，進而取得第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍與粒子數量的關係以作為第一粒子資訊。粒子計數裝置1’的第二粒子計數器13亦同於前述圖2的實施例所述，可以凝結微粒計數器實施，透過有機溶劑蒸發-凝結或是粒子冷卻-水蒸氣凝結的機制擴增粒子的粒徑，再經光學粒子計數架構偵測以取得粒徑位在第二粒徑偵測範圍中的所有粒子的數量總和以作為第二粒子資訊。其中粒子計數裝置1’的第一及第二粒子計數器11及13進行氣體粒子偵測的流程皆雷同於前描述圖2實施例的段落，因此詳細內容於此不再贅述。
此外，於上述實施例中，粒子計數裝置1或1’更可以包含電性連接於控制器15的顯示器，用於顯示控制器15所產生的粒徑分布資訊；也可以包含電性連接於控制器15的無線訊號收發器，以傳輸粒徑分布資訊至使用者的個人裝置或是其它平台。
於上述實施例中，第一粒子計數器11及第二粒子計數器13在進行待測氣體的粒子計數前，可以先各自執行校正程序以正規化（Normalize）後續進行待測氣體的粒子計數的偵測效率。詳細來說，以作為第一粒子計數器11的光學粒子計數器為例，於校正程序中，先將樣本氣體經微分電移動度分析儀（Differential mobility analyzer，DMA）篩選為數種不同粒徑之單分布氣流；接著，同時由標準微粒計數器與光學粒子計數器來量測所述單分布氣流，於量測過程中進行電壓脈衝的高度分析與數量計數，藉由光學粒子計數器與標準微粒計數器之計數數值的比值，可以得到光學粒子計數器的偵測效率曲線；再來，藉由偵測效率補償曲線將光學粒子計數器的高原區（即最大定值區域）的偵測效率補償至100%，並藉由微分電移動度分析儀之電移動度等效粒徑與光學粒子計數器之脈衝高度分析，得到光學粒子計數器之粒徑-脈衝高度之關係曲線。而對於凝結微粒計數器來說，其校正方式大致類似於光學粒子計數器，差別在於凝結微粒計數器可以僅執行電壓脈衝的數量計數而不進行電壓脈衝的高度分析，但不以此為限。
接下來將說明本發明的一實施例所提供的粒子計數方法，請一併參考圖1至圖7，其中圖5係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數方法的方法流程圖；圖6係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置的粒徑偵測範圍示意圖；圖7則係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置的偵測效率曲線圖。圖5及圖6所揭示的粒子計數方法皆可適用於前列圖1與圖2所示串聯架構的粒子計數裝置1以及圖3與圖4所示的並聯架構的粒子計數裝置1’，下述以圖1的粒子計數裝置1來實施粒子計數方法為例。
於圖5的步驟S501中，粒子計數裝置1以具有第一粒徑偵測範圍的第一粒子計數器11取得關聯於待測氣體的第一粒子資訊，其中第一粒子資訊包含第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，每一粒徑範圍對應所述多個粒子數量其中之一。舉例來說，第一粒子計數器11如前所述可以係光學粒子計數器，具有第一粒徑偵測範圍例如為0.1微米至10微米，其所取得的第一粒子資訊包含0.1至0.5微米、0.5微米至1微米、1微米至3微米以及3微米以上的粒徑範圍，以及這些粒徑範圍所對應的粒子數量，即粒徑位於各粒徑範圍中的粒子數量。其中，粒徑範圍的設定可以依據粒子計數器本身的解析度以及實際需求來設計，例如每一粒徑範圍間隔0.1微米，本發明不予限制。
於步驟S503中，粒子計數裝置1以具有第二粒徑偵測範圍的第二粒子計數器13，取得關聯於待測氣體的第二粒子資訊，其中，第二粒子資訊包含粒徑位於第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和，且第二粒徑偵測範圍的下限小於第一粒徑偵測範圍的下限，也就是說，第二粒子計數器13可以比第一粒子計數器11測得氣體中更小的粒子的數量。舉例來說，第二粒子計數器13可以係凝結微粒計數器，具有第二粒徑偵測範圍5奈米至3微米，因此第二粒子計數器13所取得的第二粒子資訊係指示待測氣體的氣流中粒徑位於此粒徑偵測範圍之中的所有粒子的數量。
接著於步驟S505中，粒子計數裝置1的控制器15自第一及第二粒子計數器11及13取得第一及第二粒子資訊，並據以產生待測氣體的粒徑分布資訊。如圖6所示，第一粒子計數器11的第一粒徑偵測範圍R1及第二粒子計數器13的第二粒徑偵測範圍R2彼此有所重疊，且第一粒徑偵測範圍R1的下限大於第二粒徑偵測範圍R2的下限。詳細來說，如前所述，第一粒子計數器11可以取得粒徑範圍與粒子數量的對應關係，因此，第一粒徑偵測範圍可以依據不同粒徑至少定義有第一粒徑區間R11、第二粒徑區間R12及第三粒徑區間R13，其中第一粒徑區間R11及第二粒徑區間R12位於第二粒徑偵測範圍R2之中，也就是說，第一粒徑區間R11及第二粒徑區間R12可視為第一粒徑偵測範圍R1及第二粒徑偵測範圍R2的重疊區域，且第一粒徑區間R11及第二粒徑區間R12之間係以預設粒徑值TH來區分。更詳細來說，第一粒徑區間R11係指介於第一粒徑偵測範圍R1的下限及預設粒徑值TH之間的粒徑區域；第二粒徑區間R12係指介於預設粒徑值TH及第二粒徑偵測範圍R2的上限之間的粒徑區域；第三粒徑區間R13則係指第二粒徑偵測範圍R2的上限與第一粒徑偵測範圍R1的上限之間的粒徑區域。
於一實施例中，預設粒徑值TH可依據如圖7所示的第一及第二粒子計數器11及13的偵測效率曲線圖來設定。一般而言，粒子計數器的粒徑偵測下限通常係定義為50%的偵測效率所對應的粒徑值。於圖7中，以光學粒子計數器作為第一粒子計數器11且凝結微粒計數器作為第二粒子計數器13為例，第一粒子計數器11的粒徑偵測下限d
50,OPC約為100奈米（0.1微米）。理想上，粒子計數器的偵測效率曲線應為步階之形式，即大於粒徑偵測下限即有100%的偵測效率。然而實際上，粒徑偵測下限附近的效率曲線（即圖7中斜線區域）會隨著氣流流量、腔體溫度及氣壓的改變等等而有所變化，因此在斜線區域中的粒徑範圍所對應的偵測效率為未知且易變動而造成偵測誤差。
為了避免上述的偵測誤差，於此實施例中，預設粒徑值TH可以設定為大於斜線區域粒徑值，例如120奈米、150奈米等。於另一實施例中，預設粒徑值TH亦可以設定為第一粒子計數器11的粒徑偵測下限，例如100奈米。對於粒徑大於預設粒徑值TH的粒子，控制器15會引用第一粒子計數器11所取得的第一粒子資訊以產生對應的粒徑分布資訊；而對粒徑小於預設粒徑值TH的粒子，控制器15則引用第二粒子資訊來產生對應的粒徑分布資訊，以確保所有粒徑分布資訊皆係引用自粒子計數器在具有最佳偵測效率時所取得的資訊。
更詳細來說，對應於粒徑小於預設粒徑值TH的粒子的粒徑分布資訊可以經由下列方法取得。控制器15將圖6中第二粒徑偵測範圍R2中的粒子數量總和減去第二粒徑區間R12所包含的粒徑範圍所對應的粒子數量總和，得到兩者之間的差值，以記錄為粒徑分布資訊中對應於預設粒徑值TH以下的粒子數量，排除第一粒徑區間R11所對應的資訊，即圖7的斜線區域中以變動的偵測效率所取得的資訊，進而提升粒徑分布資訊的準確度；而對應於粒徑大於預設粒徑值TH的粒子的粒徑分布資訊即係對應於圖6的第二粒徑區間R12加上第三粒徑區間R13的粒徑分布資訊，係引用第一粒子資訊中原有的粒徑範圍及粒子數量。控制器15可以計算對應於預設粒徑值TH以下的粒子數量與對應於預設粒徑TH以上的粒子數量（即第二粒徑區間R12及第三粒徑區間R13所包含的粒徑範圍內的粒子數量總和）的和值，依據此和值及所偵測的氣體體積取得待測氣體的總粒子濃度。
於此實施例中，透過整合光學粒子計數器以及凝結微粒計數器，將凝結微粒計數器的粒徑偵測下限至預設粒徑值之間的範圍設定為粒徑分布資訊中的多個粒徑範圍的其中之一，解決以往單使用光學粒子計數器難以偵測到奈米等級粒子的問題，並提升粒徑在光學粒子計數器的粒徑偵測下限附近的粒子的準確度。此外，整合於光學粒子計數器的凝結微粒計數器無需再搭載微分電移動度分析儀來進行偵測，因此粒子計數裝置的偵測效率得以大幅提升。
於另一實施例中，在以預設粒徑值TH劃分第一粒徑區域R11及第二粒徑區間R12前，控制器15先將第二粒徑偵測範圍R2中的粒子數量總和，扣除於第一粒子資訊中對應於第一粒徑偵測範圍R1及第二粒徑偵測範圍R2的重疊區域的粒子數量，再加上於第一粒子資訊中以預設粒徑值TH所取得的斜線區域所對應的粒子數量，即粒徑位於第一粒徑區間R11中的粒子數量，得到與上一實施例相同的計算結果，以記錄為待測氣體中對應於粒徑小於預設粒徑值TH的粒子的數量。此外，控制器15可以將粒徑位於第二粒徑偵測範圍R2中的粒子數量總和，加上第一粒子資訊中包含於第三粒徑區間R13的粒徑範圍所對應的粒子數量的總和，並依據計算結果及所偵測的氣體體積取得待測氣體的總粒子濃度，且亦可以依據此總粒子濃度以及前述的粒徑分布資訊，產生待測氣體的粒徑分布曲線。
藉由上述結構，本案所揭示的粒子計數裝置，透過串聯或是並聯的結構以整合兩種具有不同粒徑偵測範圍的粒子計數器，特別係光學粒子計數器及凝結微粒計數器，提供一種結構簡單、成本低廉、硬體需求不高，且能迅速測得奈米級粒子的粒徑範圍及對應濃度的粒子計數裝置。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1、1’‧‧‧粒子計數裝置
11‧‧‧第一粒子計數裝置
13‧‧‧第二粒子技術裝置
15‧‧‧控制器
A11‧‧‧氣流輸出端
A13‧‧‧氣流輸入端
111、133‧‧‧光發射器
112、134‧‧‧光感測器
131‧‧‧加熱管
132‧‧‧冷凝管
17‧‧‧分流器
S501～S505‧‧‧步驟
R1‧‧‧第一粒徑偵測範圍
R11‧‧‧第一粒徑區間
R12‧‧‧第二粒徑區間
R13‧‧‧第三粒徑區間
R2‧‧‧第二粒徑偵測範圍
TH ‧‧‧預設粒徑值
OPC‧‧‧光學粒子計數器
CPC‧‧‧凝結微粒計數器
d
50,OPC、d
50,CPC‧‧‧粒徑偵測下限
圖1係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置的功能方塊圖。 圖2係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置的詳細架構示意圖。 圖3係依據本發明另一實施例所繪示的粒子計數裝置的功能方塊圖。 圖4係依據本發明另一實施例所繪示的粒子計數裝置的詳細架構示意圖。 圖5係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數方法的方法流程圖。 圖6係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置的粒徑偵測範圍示意圖。 圖7係依據本發明一實施例所繪示的粒子計數裝置的偵測效率曲線圖。
Claims (16)
- 一種粒子計數方法，包含：以具有一第一粒徑偵測範圍的一第一粒子計數器，取得關聯於一待測氣體的一第一粒子資訊，該第一粒子資訊包含該第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，每一該些粒徑範圍對應該些粒子數量其中之一；以具有一第二粒徑偵測範圍的一第二粒子計數器，取得關聯於該待測氣體的一第二粒子資訊，該第二粒子資訊包含粒徑位於該第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和；以及依據該第一粒子資訊及該第二粒子資訊產生該待測氣體的一粒徑分布資訊；其中該第二粒徑偵測範圍的下限小於該第一粒徑偵測範圍的下限；其中該第一粒徑偵測範圍依據不同粒徑至少定義有一第一粒徑區間、一第二粒徑區間與一第三粒徑區間，該第一粒徑區間與該第二粒徑區間於該第二粒徑偵測範圍中，該第一粒徑區間與該第二粒徑區間係以一預設粒徑值區分。
- 請求項1所述的粒子計數方法，其中該粒徑分布資訊於該預設粒徑值以下的粒子數量，係引用該第二粒子資訊。
- 如請求項1所述的粒子計數方法，其中依據該第一粒子資訊及該第二粒子資訊產生該待測氣體的該粒徑分布資訊的步驟包含計算該第二粒徑偵測範圍中的該粒子數量總和與該第一粒子資訊中的部分該些粒子數量的總和之間的差值，並記錄該差值為該粒徑分布資訊於該預設粒徑值以下的粒子數量，該部分該些粒子數量係對應於該第二粒徑區間中的部分該些粒徑範圍。
- 如請求項3所述的粒子計數方法，更包含計算該預設粒徑值以下的該粒子數量與該第一粒子資訊中的另一部分該些粒子數量的總和的和值，以取得該待測氣體的總粒子濃度，該另一部分該些粒子數量係對應於該第二粒徑區間及該第三粒徑區間中的部分該些粒徑範圍。
- 如請求項1所述的粒子計數方法，更包含計算該第二粒徑偵測範圍中的該粒子數量總和與該第一粒子資訊中的部分該些粒子數量的總和的和值，以取得該待測氣體的總粒子濃度，該部分該些粒子數量係對應於該第三粒徑區間中的部分該些粒徑範圍。
- 如請求項1所述的粒子計數方法，更包含依序提供該待測氣體至該第一粒子計數器及該第二粒子計數器，以依序取得該第一粒子資訊及該第二粒子資訊。
- 如請求項1所述的粒子計數方法，更包含將該待測氣體分為相同的二股氣流，並分別提供該二股氣流至該第一粒子計數器及該粒子第二計數器，以分別取得該第一粒子資訊及該第二粒子資訊。
- 如請求項1所述的粒子計數方法，其中該第一粒子計數裝置屬於一光學粒子計數器，且該第二粒子計數裝置屬於一凝結微粒計數器。
- 一種粒子計數裝置，包含：一第一粒子計數器，具有一第一粒徑偵測範圍，且用於取得關聯於一待測氣體的一第一粒子資訊，該第一粒子資訊包含該第一粒徑偵測範圍中的多個粒徑範圍及多個粒子數量，每一該些粒徑範圍對應該些粒子數量其中之一；一第二粒子計數器，具有一第二粒徑偵測範圍，且用於取得關聯於該待測氣體的一第二粒子資訊，該第二粒子資訊包含粒徑位於該第二粒徑偵測範圍中的粒子數量總和；以及一控制器，電性連接於該第一粒子計數器及該第二粒子計數器，用於依據該第一粒子資訊及該第二粒子資訊以產生該待測氣體的一粒徑分布資訊；其中該第二粒徑偵測範圍的下限小於該第一粒徑偵測範圍的下限；其中該控制器依據不同粒徑將該第一粒徑偵測範圍至少定義有一第一粒徑區間、一第二粒徑區間與一第三粒徑區間，該第一粒徑區間與該第二粒徑區間於該第二粒徑偵測範圍中，該第一粒徑區間與該第二粒徑區間係以一預設粒徑值區分。
- 如請求項9所述的粒子計數裝置，該粒徑分布資訊於該預設粒徑值以下的粒子數量，係引用該第二粒子資訊。
- 如請求項9所述的粒子計數裝置，其中該控制器在產生該待測氣體的該粒徑分布資訊時，計算該第二粒徑偵測範圍中的該粒子數量總和與該第一粒子資訊中的部分該些粒子數量的總和之間的差值，並記錄該差值為該粒徑分布資訊於該預設粒徑值以下的粒子數量，該部分該些粒子數量係對應於該第二粒徑區間中的部分該些粒徑範圍。
- 如請求項11所述的粒子計數裝置，其中該控制器更計算該預設粒徑值以下的該粒子數量與該第一粒子資訊中的另一部分該些粒子數量的總和的和值，以取得該待測氣體的總粒子濃度，該另一部分該些粒子數量係對應於該第二粒徑區間及該第三粒徑區間中的部分該些粒徑範圍。
- 如請求項9所述的粒子計數裝置，其中該控制器更計算該第二粒徑偵測範圍中的該粒子數量總和與該第一粒子資訊中的部分該些粒子數量的總和的和值，以取得該待測氣體的總粒子濃度，該部分該些粒子數量係對應於該第三粒徑區間中的部分該些粒徑範圍。
- 如請求項9所述的粒子計數裝置，其中該第一粒子計數器的一氣流輸出端連接於該第二粒子計數器的一氣流輸入端，該第一粒子計數器用於量測該待測氣體的一氣流以取得該第一粒子資訊，並傳送該氣流至該第二粒子計數器，且該第二粒子計數器用於量測該氣流以取得該第二粒子資訊。
- 如請求項9所述的粒子計數裝置，更包含一分流器連接於該第一粒子計數器及該第二粒子計數器，用於將該待測氣體分為相同的二股氣流並分別提供至該第一粒子計數器及該第二粒子計數器，且該第一粒子計數器及該第二粒子計數器分別量測該些氣流以取得該第一粒子資訊及該第二粒子資訊。
- 如請求項9所述的粒子計數裝置，其中該第一粒子計數裝置屬於一光學粒子計數器，且該第二粒子計數裝置屬於一凝結微粒計數器。
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