(57)【要約】      （修正有）【課題】凝縮粒子カウンタでの粒子の偽カウントを低減又は除去すること。【解決手段】凝縮粒子カウンタ１００において粒子の偽カウントを低減するシステムである。少なくとも１つの芯体は、内部に形成された複数のエアロゾル流路を有する多孔媒体１０９である。複数のエアロゾル流路の各々の出口には、複数のエアロゾル流路のそれぞれ一つひとつからのカウントを測定する光学粒子検出器１１５が連結される。光学粒子検出器の各々には、処理装置が接続される。接続装置は、複数のエアロゾル流路の各々のカウントを、複数のエアロゾル流路の残りの一つひとつのカウントと比較して、複数のエアロゾル流路のいずれかの流路におけるカウントが前記複数のエアロゾル流路の残りの一つひとつのカウントよりも統計的に大きい偽カウントであるか否かを判定する。【選択図】図１
2019164146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮粒子カウンタにおいて粒子の偽カウントを低減するシステムであって、
内部に形成された複数のエアロゾル流路を有する少なくとも１つの芯体であって、多孔媒体を備える、前記少なくとも１つの芯体と、
前記複数のエアロゾル流路の各々の出口に連結され、前記複数のエアロゾル流路のそれぞれ一つひとつからのカウントを測定する光学粒子検出器と、
前記光学粒子検出器の各々に接続される処理装置であって、
前記複数のエアロゾル流路の各々のカウントを、前記複数のエアロゾル流路の残りの一つひとつのカウントと比較して、前記複数のエアロゾル流路のいずれかの流路におけるカウントが前記複数のエアロゾル流路の残りの一つひとつのカウントよりも統計的に大きい偽カウントであるか否かを判定する、前記処理装置と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記カウントが前記複数のエアロゾル流路のうちの１つのカウントとしては統計的に大きい、という判定に基づき、前記処理装置は、さらに、粒子濃度の報告値を算出する際に、予め設定された量だけ前記偽カウントを減算する、請求項１のシステム。
【請求項３】
あるカウントが別のカウントよりも統計的に大きいことは、予め設定された信頼区間についての二項確率理論に基づく、請求項１のシステム。
【請求項４】
排水槽を有する排水サイドカーと流体連通する前記少なくとも１つの芯体をさらに備え、前記排水サイドカーは、前記少なくとも１つの芯体に供給された余剰な水を排出するように構成される、請求項１のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの芯体への給水が十分であるときに、水が前記排水サイドカーに存在するという判定に基づき給水を停止する信号を出すセンサをさらに備える、請求項４のシステム。
【請求項６】
前記センサは、水センサ、温度センサ、及び湿度センサを含むセンサ種類から選択される少なくとも１種類のセンサである、請求項５のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮粒子カウンタにおける偽カウントの低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、凝縮粒子カウンタ（ＣＰＣ：Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）は、伝統的には、高い偽カウント率を有し、特に光学粒子カウンタと比較した場合、顕著となる。光学粒子カウンタにおいて、偽カウントは、通常、光学的又は電気的ノイズによって生じるが、濾過又は除去可能な場合が多い。偽カウントは、実際の粒子のパルスとは異なって見えるパルスを生成する散乱特性を有するからである。しかしながら、あるＣＰＣにおいて、粒子が該装置内で生成される場合には、ＣＰＣに対し内的に偽カウントが生じる。これらの粒子は、生成後に測定対象の粒子と同じように成長するため、偽カウント粒子が実際の粒子と同じように見えることから、真カウントと偽カウントとを区別することは、困難又は不可能である。したがって、ＣＰＣの内部の偽カウントの除去は、極めて困難な課題である。
【０００３】
さらに、高率の偽カウントは、通常、水ベースＣＰＣの場合に、他の種類の作業流体に基づくＣＰＣ（たとえば、イソプロパノール又はブタノールを用いるアルコールベースのＣＰＣ）と比較して起こりやすい。クリーンルーム用途で使用するための偽カウントが低率な高流量ＣＰＣを開発しようとする各種製造業者の試みは、これまで失敗に終わってきた。一部のアプローチは、当初は非常に優れた偽カウント率を達成したが、そのようなアプローチも、長期間にわたって低率の偽カウントを維持することはできなかった。
【０００４】
ＣＰＣは、一般的にはより高濃度粒子を測定するために使用されてきたため、大部分の用途において、この高率の偽カウントは、問題とはならなかった。しかしながら、高率の偽カウントは、たとえば、クリーンルームや、電子品製造工程が行われる環境で見られるような低粒子濃度を測定する場合には、重大な問題である。高率の偽カウントは、通常、毎分２．８３リットル（毎分０．１立法フィート）であるクリーンルームＣＰＣの試料フロー量が増大したときはさらに深刻となる。
【０００５】
しかしながら、試料体積流量が増大するにつれて、流路に排出される作業流体は、泡やその他の形態の小滴を生成しがちである。その後、小滴は、ＣＰＣ内の光学粒子検出器によって検出される大粒子へと成長する。これらのカウントは、ＣＰＣに対し内的に発生するとともに、監視されている環境からの実際の粒子によって発生するものではないため、内的に発生したカウントは「粒子の偽カウント」と考えられ、粒子カウンタが清浄なＨＥＰＡ濾過空気をサンプリングしているときでも発生する。
【０００６】
ＣＰＣの性能は、規定の時間間隔内の偽カウントの数によって格付けされる。たとえば、半導体クリーンルームは、毎時間６未満の偽カウントを要求する。したがって、一般に、偽カウント数が少ないほど、装置は、優れている。
【発明の概要】
【０００７】
開示の発明は、ＣＰＣでの粒子の偽カウントを低減又は除去する技術及び設計について記載している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】水ベース凝縮粒子カウンタ（ＣＰＣ）を示す概略図。
【図２】複数の流路（たとえば、並列成長管）を形成するために使用されて、本明細書に開示される一形式の粒子の偽カウント低減に係る実施形態を構成する複数の芯体を組み込んだ水ベースＣＰＣを示す断面図。
【図３Ａ】図２に示すように、複数の流路を有し、個々の流路の各々に連結される別体の粒子検出器も組み込んだ水ベースＣＰＣの一部の実施形態を示す斜視図。
【図３Ｂ】別体の光学粒子検出器の各々をより明確に示すために、特定のコンポーネントを除く、図３Ａの水ベースＣＰＣの検出器の一部分の実施形態を示す別の斜視図。
【図４】ｎ＝１からｎ＝１００粒子が、同じ確率で辿り得る２つの所与の経路について、最大「ｘ」個の粒子が所与の経路「Ｘ」を選択する累積確率を示すグラフ。
【図５Ａ】決定木ベースのアルゴリズムを用いてＣＰＣにおける偽カウントを低減又は除去する方法を示す図。
【図５Ｂ】決定木ベースのアルゴリズムを用いてＣＰＣにおける偽カウントを低減又は除去する方法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
現代の水ベース凝縮粒子カウンタ（ＣＰＣ）で報告されるカウント率は、粒子の高率の偽カウントのため、クリーンルーム用途では、一般的には許容不能である。現行のクリーンルーム要件（たとえば、半導体業界では）は、毎時間６カウント未満の厳格な偽カウント率を規定している。本明細書に開示される各種実施形態は、水泡や空洞の水滴（たとえば、核生成点として機能する実際の粒子を含んでいない検出された「粒子」）といった様々な要因によって生じる偽カウントを低減又は除去するように特別に開発された技術及び設計を含む。通常、こうした粒子は、数個の粒子から数十、さらには数百もの粒子に至る数の粒子の激増を引き起こす「諸事象」において生成される。これらは短時間の事象であり（数秒で消失する）、粒子が生成されない長期間の事象とは分離されるが、同様の事象は、実世界でも発生し得る。しかしながら、これらの事象は、成長管内で発生するため、統計上、これらの諸事象は、所与の時間内に１つの成長管でのみ発生する。粒子の噴出が１つの成長管のみで発生する場合、この事象は、偽カウント事象によるものである。真の事象は、３つの成長管のすべてにおいて検出されることになる。
【００１０】
一実施形態において、本明細書に開示されるクリーンルームＣＰＣは、該装置の試料フロー量を増加させるため、相互に並列に配置される３つの成長管（「芯体」）を使用する。例示の一実施形態において、開示される発明は、３つの成長管のそれぞれの出口に個々別々の粒子検出器を追加しており、３つの個々の粒子検出器の各出口で測定される信号を比較して、検出されている事象が、監視されている環境からの実際の粒子から生じる真カウントであるか、偽カウントであるかを判定する。偽カウントは、１度に１つの成長管で発生する事象によって引き起こされるため、３つの粒子検出器のうちの１つでしか検出されない。より詳細に後述するように、実際の粒子は、３つの成長管のうちのいずれをも均等に通過する可能性が高いため、その結果として、統計上、３つの検出器すべてが粒子を感知しカウントすることになる。１つの検出器でしか発生しない事象は、偽カウントであるから除去することができ、ＣＰＣの偽カウント率を大幅に低減又は除去する。
【００１１】
概して、凝縮粒子カウンタ（凝縮核カウンタとも呼ばれる）は、監視されている環境において、小さすぎるために、従来の検出技術（たとえば、光学粒子カウンタにおけるレーザ光線の光散乱）によって検出するのに十分な光を散乱させることができない粒子を検出する目的で使用される。小粒子は、粒子上に生成される凝縮によって、より大きなサイズの粒子に成長させられる。すなわち、各粒子は、作業流体の核生成点として機能する。該装置の作業流体によって生成される蒸気は、粒子上で凝縮して、粒子を大型化する。粒子上での作業流体の蒸気の凝縮により粒子を成長させた後、ＣＰＣは、個々の滴をレーザ光線の焦点（又は焦線）に通して、散乱放射形状の閃光を生成する、という点で光学粒子カウンタと同じように機能する。各閃光は、１粒子としてカウントされる。凝縮粒子カウンタの原理と計装の複雑さは、粒子上で蒸気を凝縮させる方法にある。粒子周囲の蒸気が特定度合の過飽和に達すると、蒸気は、粒子上で凝縮し始める。過飽和の規模が、ＣＰＣの検出可能な最小粒子サイズを決定する。一般的に、該装置の過飽和プロファイルは、厳密に制御される。
【００１２】
凝縮成長を達成するのに使用可能な方法はいくつかあるが、最も広く使用される技術は、連続的な層流法である。連続の層流ＣＰＣは、他の種類のＣＰＣよりも精密な温度制御を行い、乱（混合）流を使用する設備よりも粒子損失が少ない。層流ＣＰＣにおいて、試料は、蒸気で飽和されるコンディショナ領域を経由して連続的に抜き取られ、熱平衡に導かれる。次に、試料は、凝縮が発生する領域に引き込まれる。反対に、アルコールベース（たとえば、イソプロパノール又はブタノール）のＣＰＣにおいて、コンディショナ領域は、温かな温度であり、凝縮領域（飽和器）は、比較的低温である。水が非常に高い蒸気拡散率を有するため、低温の凝縮領域を備えた層流水ベースＣＰＣは、熱力学的に作用しない。層流水ベースＣＰＣにおいて、コンディショナ領域は、低温であり、凝縮領域は、比較的高温である。
【００１３】
水ベースＣＰＣは、アルコールベースのＣＰＣよりも明確に優れた利点をいくつか有する。水は無毒であり、環境に優しく、入手し易い。しかしながら、水はいくつかの欠点も有する。概して、液体純度は、水の場合、化学薬品供給会社から購入するアルコールの場合のようには厳密に管理されない。水中の不純物は、「芯体」（後述）に堆積して、最終的に芯体材料の効果を無にする場合がある。この不純物の作用に対処するため、蒸留水又は高純水が利用されることが多い。加えて、大抵の場合、芯体は、最終使用者によって現場で交換可能である。ごく低い粒子カウントが想定される環境（たとえば、半導体製造施設）において、最終使用者は、順相液体クロマトグラフィ（ＮＰＬＣ：Ｎｏｒｍａｌ−Ｐｈａｓｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）で使用されるように特別に調製され梱包された水を使用することができる。ＮＰＬＣ水は、低紫外線（ＵＶ）吸光度の超純水であり、たとえば０．２マイクロメートル（μｍ）フィルタを介して濾過され、溶剤洗浄した琥珀ガラスボトルに詰められ、窒素などの不活性雰囲気下で封止されることが多い。ＮＰＬＣ水を使用することにより、通常なら水中に存在し得る汚染物質（たとえば、イオン、粒子、又はバクテリア）による粒子の偽カウントを低減又は除去することを助けることができる。
【００１４】
以下の詳細な説明において、偽粒子低減技術の一部を成し、例示のため特定の実施形態を示す添付図面を参照する。他の実施形態も利用することができ、たとえば、本開示の範囲を逸脱せずに様々な熱力学的、電気的、又は物理的変更を加えることができる。したがって、以下の詳細な説明は、限定ではなく例示の意味で解釈すべきである。
【００１５】
次に図１を参照して、同図には、水ベース凝縮粒子カウンタ（ＣＰＣ）１００の概略が示されている。水ベースＣＰＣ１００は、所与の環境（たとえば、半導体製造施設）内の粒子濃度レベルを監視するために使用される。水ベースＣＰＣの動作を左右する熱力学的考慮事項は、当該技術において既知であるため、ここではそれほど詳細には説明しない。
【００１６】
水ベースＣＰＣ１００は、エアロゾル試料フロー１０３を、多孔媒体１０９を通して導く流路１０１を含むように図示されている。多孔媒体１０９は、芯体とも称され、１つ以上の各種親水性材料を備え得る。流路の少なくとも一部を囲む多孔媒体１０９は、試料入口１５１から光学粒子検出器１１５（より詳細に後述する）又はその近傍まで連続する材料を含み得る。もしくは、多孔媒体１０９は、エアロゾル試料フロー１０３（エアロゾル試料フロー１０３は、流路１０１内に示されている）の流路１０１に沿って異なる区間又は部分を備え得る。
【００１７】
本実施形態において、多孔媒体１０９には、２つの水入口路１１３に沿って注水ボトル１から液体の水が供給される。水ベースＣＰＣ１００の特定の設計に応じて、水入口路３の数は、単独の入口路まで減少させ得、あるいは、入口路の数は、増加させ得る。水ベースＣＰＣ１００に設計される水入口路１１３の実際の数は、エアロゾルフロー量、システムの熱力学的要因、及び水ベースＣＰＣ１００の他の考慮事項に基づき、当業者が決定し得る。第１の水入口路１１３（試料入口１５１に最も近い）は、水ベースＣＰＣ１００の冷却されたコンディショナ部１５０の直前で多孔媒体１０９に水を供給する。第１の水入口路の下流の第２の水入口路１１３は、水ベースＣＰＣ１００の加熱成長部１７０の直前に追加の水を供給する。図１に示すように、試料入口１５１からの小粒子は、粒子上の水蒸気の凝縮により、大きさの点で「成長」している。大粒子１０５は、小粒子と異なり、通常はより大きな散乱特性を有する。したがって、凝縮層を備えた大粒子１０５は、試料入口１５１に入る小粒子よりも容易に光学粒子検出器１１５によって検出される。
【００１８】
たとえば、エアロゾルストリームを含む流路１０１内の大粒子１０５は、通常は固体レーザダイオードで構成される光源１１７によって出力される光線１２１の「焦点」を横切る。焦点は、光を（たとえば、光源１１７から出力される光線１２１の方向と流路１０１との両方に略直角である回析限界点又は回析限界線へ）集中させる光学素子１１９によって生成される。各大粒子１０５によって個別に生成される散乱放射線１２３は、光学センサ１２５によって感知される。大粒子１０５は、光学粒子検出器１１５の外へ続き、フィルタ１２９によって捕捉される、又は水分離器１４３へと続く。水分離器１４３は排水ポンプ１４５によって定期的に又は継続的に排水口１４７に排水する。
【００１９】
流路１０１を通るエアロゾルフロー全体は、試料フローポンプ１２７によって維持される。図１に示す実施形態において、エアロゾルフロー量は、臨界オリフィス１３１によって維持される。他の実施形態において、標準的なオリフィス又はその他の種類の流制御機構を採用することができる。臨界オリフィスは、当該オリフィスによる十分な差圧が維持される限りにおいて、一定流量を維持可能であるため、ガス流サンプリング設備で使用されることが多い。試料フローポンプ１２７は、水ベースＣＰＣ１００の内部のポンプであってもよいし、外部接続ポンプであってもよい。いくつかの実施形態において、水ベースＣＰＣ１００は、施設内に設置される真空供給源（たとえば、半導体製造施設の真空供給源）に直接連結し得る。ポンプ排出物１４１は、監視されている環境の汚染レベルを上昇させないように大気への放出前に濾過される。
【００２０】
試料フローポンプ１２７は、試料入口１５１から、移送流フィルタ１３５と、第２の臨界オリフィス１３７と、追加的な移送流バルブ１３９とを含む第２の気体流路を通るフローも提供し得る。第２の臨界オリフィス１３７による差圧が一定圧力を維持するのに十分でない場合、総ガス流量を低減するために追加的な移送流バルブ１３９を使用し得る。
【００２１】
次に図２を参照して、同図には、水ベースＣＰＣの断面が示されており、該水ベースＣＰＣは、複数の流路（たとえば、並列成長管）を形成し、本明細書に開示される一形式の粒子の偽カウント低減に係る実施形態を構成するために使用される複数の芯体を組み込んでいる。水ベースＣＰＣ２００は、基本的動作において、図１の水ベースＣＰＣ１００と同様に機能する。加えて、水ベースＣＰＣ２００は、最終使用者によって容易に取り外し可能に構成し得る着脱可能な芯体カートリッジ２０１を含むように図示されている。着脱可能な芯体カートリッジ２０１は、着脱可能な芯体カートリッジ２０１全体に固定される芯体スタンド２０３と、円錐部２０５とを含む。着脱可能な芯体カートリッジ２０１には、排水槽２０９を内部に形成した排水サイドカー２０７が隣接する。
【００２２】
試料入口（図２には具体的に示さないが、図１の試料入口１５１と同様である）は、着脱可能な芯体カートリッジ２０１の下縁近傍に位置する。試料入口を通って到達するエアロゾルストリームに含まれる粒子は、１つ以上の芯体２１１を介して１つ以上の流路２１３を横切る。一例において、３つの芯体２１１が流路２１３を形成するのに使用される。しかしながら、芯体２１１の数は、１つ以上の流路２１３を通るエアロゾルストリームの層流を維持するために十分に低いレイノルズ数を維持することに関連する諸要因に応じて、製造業者が変更し得る。上記諸要因は、当業者にとって既知であり、流体の動的粘度及び運動粘度と同様に、エアロゾルストリーム内の流体の平均速度及び密度に基づいて、エアロゾルフローの慣性力と粘性力の比を判定すること、及び、芯体２１１の内断面に関連する特有の線寸法特性を決定することを含む。加えて（たとえば、「穿孔」すること、或いはその他の方法で、より多くの流路を形成又は開口することによって）、複数の流路を内部に形成した単体の芯体２１１も使用し得る。
【００２３】
芯体スタンド２０３は、流入するエアロゾルストリームを分割し、芯体の数と等しい数の出口路を含む。図２に示す実施形態において、芯体スタンド２０３は、３つの出口路を有する。芯体スタンドは、芯体２１１が搭載される物理的機械的インタフェースも提供する。２つ以上の芯体２１１が使用される場合、フロー結合器２１５が粒子検出チャンバ２１９の直前で粒子を３つのエアロゾルストリームから単独のエアロゾルストリームに合流させる。粒子検出チャンバ２１９は、図１の光学粒子検出器１１５と同様したものであってよい。芯体及び芯体スタンドに関するさらなる詳細は、２０１６年２月２３日に提出されたＰＣＴ出願ＵＳ２０１６／０１９０８３号で参照することができる。
【００２４】
１つ以上の冷却ファン２２３は、たとえば、水ベースＣＰＣ２００内で生成される余剰な熱は、加熱素子及び熱電気素子の熱とともに、１つ以上の回路基板２２１によって低減又は除去される。
【００２５】
図１の水ベースＣＰＣ１００を参照して説明した基本的な熱力学的原理と同様に、図２の水ベースＣＰＣ２００は、コンディショナ部２２０、イニシエータ部２４０、及びモデュレータ部２６０を有する。コンディショナ部２２０は、冷却されてエアロゾルストリーム内で粒子上に凝縮物を形成する工程を開始する。イニシエータ部２４０は、加熱されて凝縮物が個々の粒子上に形成される水ベースＣＰＣ２００の一部分である。モデュレータ部２６０は、粒子検出チャンバ２１９に入る湿潤空気が低減又は除去されるように、イニシエータ部２４０に比較して十分に冷却されている。注水ボトル２１７は、浄水（たとえば、ＮＰＬＣ、他の超純水、又は蒸留水）用の容器を提供し、芯体２は、水和状態に保たれ、流路２１３内の水蒸気は、粒子上に凝縮する。しかしながら、余剰な量の水や、（たとえば、「噴射状に」供給されるときに）芯体２１１に非常に迅速に供給される水は、粒子を含まない水泡又は空洞の水滴の形成の原因になる可能性がある。こうした状況のいずれかは、粒子の偽カウントの増大を導くおそれがある。
【００２６】
一実施形態において、注水ボトル２１７からの水は、重力送りによって芯体２１１に供給される。別の実施形態において、注水ボトル２１７からの水は、水ポンプ（図示せず）によって定期的に芯体２１１に供給される。別の実施形態において、注水ボトル２１７からの水は、注射器注入機構（具体的には図示されていないが、当業者によって理解される）によって、連続的又は定期的に芯体２１１に供給される。別の実施形態において、注水ボトルは、わずかに加圧されることにより、又は空気圧又は水圧ラムシステムで駆動されることにより、一種の注射器注入システムとして機能し得る。別の実施形態において、注水ボトル２１７からの水は、脈動ダンパ（たとえば、水の流量の急速な増大を低減又は除去するように設計された容器）によって、水ポンプ又はいずれかの種類の注射器注入システムから定期的に芯体２１１に供給される。水を（たとえば、注射器注入によって）連続的に、又は（たとえば、脈動ダンパ機構を利用して）定期的に供給することによって、短期間に芯体への余剰な水の供給が低減又は除去される。
【００２７】
各種実施形態において、過酸化水素を注水ボトル２１７に添加して、バクテリアの成長を防止し得る。各種実施形態において、芯体への銀の含浸、又は、ＵＶ照射などのその他のバイオ抑制手段を、注水ボトル２１７への過酸化水素の添加と別体に又は組み合わせて採用し得る。エアロゾルストリーム内の粒子と同様、水中に形成されるバクテリアも流路２１３内の核生成点の基になり得る。その後、粒子検出チャンバ２１９を流れるバクテリア上の凝縮水は、粒子としてカウントされ得る。したがって、バクテリアもＣＰＣの粒子の偽カウントを増加させる可能性がある。
【００２８】
一般的に、選択される送水技術に関係なく、芯体２１１への送給ライン内の気泡を回避して、流路２１３内に形成される水泡を低減又は除去すべきである。また、送水路内の停滞空気も回避されるべきである。
【００２９】
しかしながら、水がどのように芯体２１１に供給されるかに関係なく、余剰な水は、流路２１３を流れるエアロゾルストリーム内に泡や空洞の水滴を生成する前に排出されるべきである。排水サイドカー２０７は、排気口、水センサ口、及び排水口（図示しないが、当業者によって容易に理解される）を含み得る。排気口は、空気を引き込むことによって貯水槽からの水をより容易に排出させることができるものであり、たとえば、試料フローポンプ１２７（図１）、又は、水ベースＣＰＣ２００の内側若しくは外側に搭載される別のポンプに、前記排気口は連結され得る。
【００３０】
水が芯体２１１に供給されると、芯体２１１からの余剰な水は、貯水槽に排出される。芯体２１１への給水が十分になると、水センサは、給水を停止させる信号を送る。水センサは、電気導線によって回路基板２２１の１つに電気的に接続されて、水が排水サイドカー２０７に存在することを判定する。排水サイドカー２０７の排気口を通る一定気流は、貯水槽から排水サイドカー２０７へと水を引き込む。排水サイドカー２０７は、水センサを含み、該水センサは、予め設定されたレベルまで排水路が水で満たされた時点を判定し、該時点において、水は、別体のポンプによって抽出される。
【００３１】
他の実施形態において、水センサは、水が排水サイドカー２０７に存在するときを判定し得る、温度感知素子（たとえば、熱電対又はサーミスタ）、又は、湿度感知素子を代替的に備え得る。水が検出された後、水は、たとえば、電磁式マイクロポンプにより、排水口を経由し、排水サイドカー２０７から外に汲み出される。特定の例示的実施形態において、マイクロポンプは毎分約５０μリットルから約２００μリットルの可変近似流量で水を汲み出すことができる。他の実施形態において、マイクロポンプは、毎分約１５０μリットルの略一定近似流量で水を汲みだすことができる。排水サイドカーに関するさらなる詳細は、２０１６年２月２３日に提出されたＰＣＴ出願ＵＳ２０１６／０１９０８３号を参照し得る。
【００３２】
図３Ａは、図２に示すように複数の流路（たとえば、並列成長管）を有し、別体の光学粒子検出器３０１Ａ、３０１Ｂ、３０１Ｃを組み込んだ水ベースＣＰＣの検出器部３００の一実施形態を示す斜視図である。別体の光学粒子検出器３０１Ａ、３０１Ｂ、３０１Ｃは、それぞれ、個々の流路２１３に接続される（図２を参照）。したがって、３つの別体の光学粒子検出器３０１Ａ、３０１Ｂ、３０１Ｃを、エアロゾルストリームを単独の粒子検出チャンバ２１９まで導く直前に３つのエアロゾルストリームからの粒子を単独のエアロゾルストリームに結合する図２のフロー結合器２１５に代えて、利用し得る。
【００３３】
光学粒子検出器３０１Ａ、３０１Ｂ、３０１Ｃは、それぞれ、個別のエアロゾル排出路３０３Ａ、３０３Ｂ、３０３Ｃと、個々の回路基板３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃを含むように図示されている。光学粒子検出器３０１Ａ、３０１Ｂ、３０１Ｃのそれぞれの１つに接続される回路基板３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃの各々は、諸機能部品を含み得るものであり、該機能部品は、図４、５Ａ、及び５Ｂを参照してより詳細に後述するように、各種統計パラメータを算出して粒子の偽カウントを低減又は除去するマイクロ処理装置と同様に、光源（たとえば、図１の光源１１７と同様又は同一の光源）を駆動するレーザドライバや、粒子検出器（たとえば、図１の光学センサ１２５と同様又は同一のセンサ）からの検出された粒子によって生じる信号を受け取る粒子検出回路など、といったものである。他の実施形態において、別体のマイクロ処理装置（図示せず）を回路基板３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃのそれぞれに電気的に接続して、他の制御機能に加えて各種統計パラメータを算出し得る。
【００３４】
エアロゾルストリームがそれぞれの光学粒子検出器及び排出路を横切った後、エアロゾルストリーム内の粒子は、フィルタ１２９によって捕捉され、又は図１に示すように水分離器１４３へ流れる。
【００３５】
図３Ｂは、図３Ａの水ベースＣＰＣの検出器部３５０の一実施形態を示す別の斜視図であり、別体の光学粒子検出器３０１Ａ、３０１Ｂ、３０１Ｃをそれぞれより明確に示すように所定のコンポーネントを取り除いている。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ３つの粒子検出器を示しているが、当業者であれば、本明細書の開示を読んで理解し、４つ以上の（たとえば、４つ、５つ、６つ、又はそれ以上）粒子検出器（芯体の数に対応する）、或いは、より少ない（たとえば、２つ）粒子検出器を利用して説明される誤粒子低減又は除去技術の恩恵を得ることができることを、認識するであろう。一般に、どの設計レイアウトでも、流路の幾何的形状の同等性に配慮すべきである。しかしながら、（たとえば、各種流路の内径又は面積比の相違に基づく）流路の幾何的形状の相違を測定又は推論によって考慮に入れ、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明するような粒子カウント比較方法に組み込むこともできる。また、複数の粒子検出器の各々によるカウント効率の差も、検出される実際の粒子の数を判定する際に検討し考慮し得る（たとえば、所与の粒子サイズについて、３つの検出器すべてが１００％の効率でない場合、真粒子カウント又は偽カウントを判定するときに補正要因を含め得る）。
【００３６】
次に図４を参照して、グラフは、ｎ＝１からｎ＝１００の粒子が、同じ確率で辿り得る２つの所与の経路について、最大「ｘ」の粒子が所与の経路「Ｘ」を選択する累積確率を示す。つまり、同じ確率で辿り得る２つの経路では、これらの統計は、二項確率に従う。
【００３７】
この統計モデリングの結果、当業者は、統計値とともに芯体毎の粒子カウンタを用いることにより、個々の芯体内部で生じる偽カウントスパイクが、芯体外部で生じる真のカウント（たとえば、実際の粒子）から区別され得ることを認識する。芯体外部からの粒子の大きなスパイクが１つの芯体でしか検出されないことは（芯体が均等に機能すると仮定した場合）、起こりにくいため、偽カウントは、区別可能となる。
【００３８】
たとえば、２つの芯体内の総粒子カウントが１００の場合、第１の芯体に６０粒子、第２の芯体に４０粒子が存在する確率は、わずか約５％である。２つの芯体間で一方の芯体に７０、他方の芯体に３０と分割されるカウントは統計上、はるかに可能性が低い。つまり、図５Ａ及び５Ｂを参照してより詳細に後述する二項統計は、予め設定された閾値数の粒子を超える特定の芯体のスパイクを偽カウントとして除外可能な信頼度を算出する機能を果たす。
【００３９】
ある試験ケースでは、３芯体クリーンルーム型試作品ＣＰＣにおいて毎分約４２カウントの高率の偽カウントが測定された。しかしながら、これらのカウントの多くは、１つ以上の芯体内又は１つ以上の個々の芯体路に沿って生じた気泡、又は、空洞の滴からのものであった。つまり、カウントの大半は、実際の粒子（たとえば、クリーンルーム内でサンプリングされたエアロゾルストリーム内で生じた粒子）に基づくものではなかった。本明細書に記載した（さらにより詳細に後述する）アルゴリズム及び技術を適用することによって、研究者らは、測定された、粒子の大きなスパイクにおいて、滴の付随による偽カウント率が約２０倍低減されたことに着目した。本明細書に開示される技術とシステムの使用によって、（たとえば、本技術の適用後）毎分４．７カウントの「フィルタリングされた」カウント率が得られた。フィルタリングされたカウント率は、「現時点での」時間間隔（たとえば、予め設定されたサンプリング時間間隔）のデータのみしか必要としない。
【００４０】
該技術の別の用途において、短期間の「ルックバック」成分は、閾値超のスパイクに続く閾値以下の偽カウントを考慮に入れることができる。ルックバック成分の使用により、毎分４２カウントの生のカウント率と比較して、毎分２．６カウントのカウント率が得られた。
【００４１】
次に図５Ａ及び５Ｂを参照して、同図には、偽カウントを低減又は除去する決定木ベースのアルゴリズムを用いる方法の第１の部分５００Ａと方法の第２の部分５００Ｂが示されている。概して、粒子カウントを調節するか否かに関する判定工程は、以下の３ステップで進行する。（１）３つの芯体Ａ、Ｂ、及びＣにおいて、所与の時間間隔の粒子カウントを、カウントＡがＢよりも大きく、カウントＢがＣよりも大きくなるように順序づける、（２）芯体対（すなわち、ＡとＢ、ＢとＣ、及びＡとＣ）毎に、２つの芯体の各々の粒子総数をカウントし、上述の二項確率に基づき、所望の信頼レベル（たとえば、９５％、９９％、９９．９％の信頼区間）に関して起こりそうにないと予測される閾値スパイクサイズを決定する、（３）決定木ベースのアルゴリズムを用いて、蓋然性の高い偽カウントを除去する。つまり、図５Ａ及び図５Ｂに示す方法は、３つの芯体内における粒子カウントの推定差に基づくものであり、３つの芯体におけるカウントがすべて均等なケースでは使用されない。
【００４２】
次に図５Ａを参照して、方法の第１の部分５００Ａは、操作５０１において、芯体Ａ及びＢ内において測定されるカウントを比較すること（上述したようにカウント別に順序づけられている）から開始される。操作５０３において、上述したように、芯体Ａにおけるカウントが予め設定された閾値を超えるか否かが判定される。閾値を超えたという判定に基づき、操作５０５において、芯体Ｂ及びＣにおけるカウントが比較される。操作５０７において、芯体Ｂにおけるカウントが予め設定された閾値を超えるか否かが判定される。
【００４３】
閾値を超えたという判定に基づき、操作５０９において、アルゴリズムは、芯体Ａ及び芯体Ｂがそれぞれ偽カウントを含むことを示す。したがって、操作５１１において、芯体Ａ及びＢのそれぞれのカウントが、芯体Ｃ内において測定されるカウントと等しくなるように設定される。
【００４４】
しかしながら、操作５０７の判定に基づき、芯体Ｂ内におけるカウントが閾値を越えない場合、操作５１３において、アルゴリズムは、芯体Ｂではなく芯体Ａのみが偽カウントを含むことを示す。したがって、操作５１５において、芯体Ａからのカウントは、芯体ＢとＣの合計を２で割った値（すなわち、芯体Ｂ及びＣの平均カウント値）と略等しく又はちょうど等しくなるように設定される。
【００４５】
再度、操作５０３に戻って参照して、芯体Ａ内におけるカウントが閾値を越えないという判定に基づき、操作５１において、芯体Ａ及びＣ内において測定されたカウントが比較される。操作５１９Ａで、方法の第１の部分５００Ａは図５Ａから図５Ｂに続く。
【００４６】
続きの方法の第２の部分５００Ｂにおいて、操作５１９Ａ（図５Ａ）から図５Ｂの操作５１９Ｂに入ると、操作５１７（図５Ａ）での芯体Ａ及びＣ内において測定されたカウントとの比較に基づき、操作５２１において、芯体Ａ内におけるカウントが予め設定された閾値を超えるか否かが判定される。
【００４７】
芯体Ａ内におけるカウントが閾値を越えたという判定に基づき、操作５２３において、芯体Ｂ及びＣ内におけるカウントが比較される。操作５２５において、芯体Ｂ内におけるカウントが予め設定された閾値を超えるか否かが判定される。
【００４８】
閾値を越えたという判定に基づき、操作５２７において、アルゴリズムは、芯体Ａ及び芯体Ｂがそれぞれ偽カウントを含むことを示す。したがって、操作５２９において、芯体Ａ及びＢのそれぞれのカウントが、芯体Ｃ内において測定されたカウントと等しくなるように設定される。
【００４９】
しかしながら、操作５２５における判定に基づき、芯体Ｂ内におけるカウントが閾値を越えない場合、操作５３１において、アルゴリズムは、芯体Ｂではなく芯体Ａのみが偽カウントを含むことを示す。したがって、操作５３３で、芯体Ａからのカウントは、芯体ＢとＣの合計を２で割った値（すなわち、芯体Ｂ及びＣの平均カウント値）と略等しく又はちょうど等しくなるように設定される。
【００５０】
再度、操作５２１に戻って参照して、芯体Ａ内におけるカウントが閾値を越えないという判定に基づき、操作５３５におけるアルゴリズムは、方法の第２の部分５００Ｂにおいてこの時点に達するには、芯体ＢとＣを比較するために芯体Ｂ内におけるカウントが閾値を超えるはずがないことを示す。つまり、操作５３７に示すように、どの芯体にも偽カウントは存在せず、操作５３９に示すように、芯体Ａ、Ｂ、又はＣにおいて測定されたカウントに変更を加える必要はない。
【００５１】
図５Ａ及び図５Ｂの方法５００Ａ、５００Ｂは、３つの芯体に関する決定木ベースのアルゴリズムを示す。しかしながら、本明細書に提示される開示を読んで理解した当業者であれば、より多い芯体（たとえば、４つ、５つ、６つ、又はそれ以上）又はより少ない芯体（すなわち、２つ）でもアルゴリズムを使用できることを認識するであろう。したがって、方法５００Ａと５００Ｂは、３以外の数の芯体に合わせて容易に変更することができる。たとえば、当業者であれば、三項又はより高次の確率スキームを用いて、方法５００Ａ、５００Ｂで使用される二項確率を変更することができる。
【００５２】
上述の記載は、開示される発明を具体化する例示の実施例、素子、及び装置を含む。該記載において、説明の目的上、本発明の開示の各種実施形態を理解してもらうため、多数の具体的な細部について述べた。しかしながら、当業者にとっては、本発明の開示の各種実施形態がこれらの具体的な細部がなくても実施可能であることは自明であろう。さらに、公知の構造、材料、及び技術は、様々な例示の実施形態を不明瞭にしないように詳細に示していない。
【００５３】
本明細書で使用されるとき、「又は」という文言は、包括的又は排他的に解釈することができる。また、後述の各種例示の実施形態は、空洞の水滴又は泡を実際の粒子としてカウントさせないことによって粒子の偽カウントを低減する具体的な方法に焦点を当てているが、他の実施形態は、電子フィルタリング技術を検討している。しかしながら、これらの技術のいずれも、粒子カウントを低減又は除去する単独の技術として適用しなくてもよい。本明細書で提供される開示を読んで理解した当業者であれば、上記技術及び実施例の様々な組み合わせはすべて、連続的に又は様々な組み合わせで適用することができると容易に理解するであろう。発明の前置きとして、数個の実施形態を以下の段落で簡単かつ概略的に述べた後、添付の図面を参照してより詳細に説明する。
【００５４】
各種実施形態は別々に説明したが、これらの別体の実施形態は、独立した技術又は設計とみなされることを意図していない。上述したように、様々な部分は相互に関連しており、個別に又は本明細書に記載される他の偽カウント粒子低減技術と組み合わせて使用することができる。
【００５５】
さらに、上述の各種パラメータに関して特定の値、値範囲、及び技術を適用したが、これらの値及び技術は、本明細書に記載される設計及び技術の特定の特徴を理解するうえで当業者を助けるために提示されるにすぎない。提供される開示を読んで理解した当業者であれば、これらの値及び技術が単に例として提示されており、水ベースＣＰＣにおいて偽カウントを減算するために採用できる上述の新規な設計から恩恵を受けつつ、他の多くの値、値範囲、及び技術も採用可能であることを認識するであろう。したがって、装置の様々な例示は、各種実施形態の構造及び設計を概括的に理解してもらうことを目的としており、本明細書に記載される構造、特徴、及び設計を利用する可能性のある装置のすべての構成要素及び特徴を網羅的に記載することを目的としていない。
【００５６】
本明細書で提供される開示を読んで理解した当業者にとっては自明であるように、多数の変更及び変形を加えることができる。本明細書に列挙されるものに加えて、本開示の範囲に属する機能上等価の方法及び装置は、上述の説明から当業者にとって自明になるであろう。いくつかの実施形態の一部及び特徴は、他の実施形態の一部及び特徴に含める、又は置き換えることができる。上述の説明を読んで理解した当業者には、他の多数の実施形態も自明になるであろう。このような変形及び変更は、添付の請求項の範囲に属することを意図される。したがって、本開示は、上記請求項に権利が与えられる等価物の全範囲とともに、添付の請求項の文言によってのみ限定されるべきである。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的とし、限定することを目的としていない。
【００５７】
本開示の要約は、読者が技術的開示の本質を迅速に認識できるように提供される。要約は、請求項を解釈又は限定するために使用するものではないという認識のもとに提出される。また、上述の詳細な説明において、開示を簡略化するために、各種特徴を単独の実施形態にまとめることができるように見えるかもしれない。本開示の方法は、請求項を限定するように解釈されるべきではない。よって、以下の請求項は詳細な説明に組み込まれ、各請求項はそれ自体別の実施形態を表す。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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