(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流経路内のガス流に含まれる粒子によって遮蔽又は散乱する光のビームによって照射される定量空間を貫通するガス流経路を有し、遮蔽又は散乱した光によって粒子のカウントを表すようにしたタイプの粒子カウンタにおいて、
ポンプハウジングの高さが約３インチ（７．６２ｃｍ）を越えない程度のコンパクトなサイズであり、複数個の回転可能なシャフトを設けた内壁を有するポンプハウジングを設けたマルチローブ形のポンプであって、各シャフトには他のシャフトのローブと接触せずに交錯する少なくとも１個のローブを設けて前記定量空間にガス流が連通するようにし、前記ローブと前記ハウジングの内壁との間にクリアランスを生ずるよう前記回転可能なシャフトをポンプハウジング内に設け、前記ガス流に深刻な粒子導入を防止するようにし、また前記ポンプハウジングの高さのほぼ全体にわたり前記ローブを延在させたマルチローブ形のポンプと、
定量空間を通過するガス流を測定するよう位置決めした流速計であって、流速を表す電気信号を発生する流速計と、
前記ローブ形ポンプを動作させるモータと、
前記モータに接続して、前記定量空間からの流速を電気信号で表される所要流速に調整するよう前記モータを制御するモータコントローラと、
流速を表す電気信号及び所要流速を表す電気信号を受ける電気フィードバック回路であって、前記流速と前記所要流速を比較して誤差信号を発生し、この誤差信号をモータコントローラに伝送し、前記定量空間における流速を調整する、該電気フィードバック回路と、
を具え、
前記粒子カウンタを前記モータコントローラに接続し、前記粒子の計数を表す出力信号を前記モータコントローラに供給する構成とし、
前記モータコントローラは、前記粒子の計数が速すぎたり、大き過ぎたりして前記粒子カウンタのシステムが正確に測定できる測定範囲を越える出力信号を前記粒子カウンタから受けた場合、前記定量空間におけるガス流の流速を遅くするよう前記モータを制御する構成とした
ことを特徴とする粒子カウンタ。
【請求項２】
各シャフトには、少なくとも２個のローブを設けた請求項１記載の粒子カウンタ。
【請求項３】
各シャフトには、３個のローブを設けた請求項１記載の粒子カウンタ。
【請求項４】
各シャフトには、周縁ローブを設けた請求項１記載の粒子カウンタ。
【請求項５】
前記定量空間を画定する第２ハウジングにガス流連通する第１ハウジング内に前記ポンプを配置した請求項１記載の粒子カウンタ。
【請求項６】
前記ポンプと前記定量空間との間のガス流経路にフィルタを配置した請求項１記載の粒子カウンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明はガス流特に、空気流における粒子を検出、計数又は測定する機器に使用する装置に関するものである。更に、特に、本発明は粒子カウンタにおける改善したガス流システムに関する。
【０００２】
（背景技術）
流体内に懸濁する粒子のカウンタにおける代表的な従来技術としてはＫ．グロス氏の発明によるパシフィック・サイエンティフィック社に譲渡された米国特許第４，７４６，２１６号に記載されている。この特許は検査容積部として知られるエンクロージャ内に流れるガス流をレーザビームによってモニタする粒子カウンタについて記載している。ビームはガス流に交差し、検査容積部を通過する粒子を照射する。粒子によって遮蔽された又は粒子によって散乱した光を、光の遮蔽又は散乱に応答する電子的検出器によって検出する。この結果としての電気信号を粒子のカウントとして解釈するようにしている。
【０００３】
改良した粒子カウンタに対する要望は半導体製造業界から強まっている。シリコンウェハは、サイズが次第に大きくなってきており、これと同時にウェハ上に展開されるライン幅及びチップ上の形態は次第に小さくなっている。各チップ上に多くの複雑な機能を詰め込むことによってチップサイズは次第に大きくなってきている。これまではあまり障害となっていなかった欠陥及び粒子も、今ではウェハの大部分を使用できなくする。従って、小さい粒子は、チップ製造の品質をモニタする上での重要性が高まってきている。クリーンルームにおける空気の品質はチップ製造の多くの段階で特に厳密になっている。半導体製造会社はチップ製造のすべての段階で空気品質を常にモニタしている。
【０００４】
光学系、ノズル特性、レーザ及びレーザキャビティ、検出器の属性、信号電子工学も含めて粒子カウンタ自体にも種々の改良が加えられてきたが、検査容積部を通過する空気の流れを維持するのに使用されるポンプについては注意が払われてこなかった。代表的には、従来技術の粒子カウンタに使用されるポンプは、ピストン、ダイヤフラム、又はベーンを使用して空気のような流体キャリヤ媒体を移動していた。このようなポンプは比較的大きい容積のキャリヤ媒体を低コストで移動することができる。しかし、大部分の従来ポンプは騒音が大きく、熱を発生し、若干効率が悪いものであった。従って、本発明の目的は、動作が静粛であり、発熱が少なくて稼働し、粒子カウンタに適用される流速及び圧力の点で効率のよい粒子カウンタのための改良したポンプを得るにある。
【０００５】
（発明の開示）
この目的は、ローブ形のポンプによって推進されて流洞（フローセル）を通過する試料ガスの流れを有する粒子カウンタによって達成することができる。ローブの数は変更することができる。ツインロータが１個以上のローブを有する場合には、ローブは互いに交錯する。ロータが単独のローブを有する場合には、ローブはカム状の形状を有する。交錯するローブはルーツポンプの代表的なものであり、自動車業界においてスーパーチャージャーによく使用されている。モータは流速計からフィードバックを受けるコントローラを使用してロータを担持するシャフトを駆動し、所要の空気量がガス流洞を通過するようポンプ作用を生ずる。交錯するロータは静粛かつ効率がよく、また交錯するロータ相互間及び周囲の壁との間にクリアランスが維持されているため粒子を発生しない。
【０００６】
（発明を実施するための最良の形態）
図１につき説明すると、ガス流洞における粒子検査容積部１１は、粒子を発生することがない金属又は他の材料のブロックとすることができるハウジング１３内に画定される。互いに交差する２個の孔のうちの一方の孔にガス入口ポート１５を収容し、ガス出口ポート１７に対向させる。互いに交差する２個の孔のうちの他方の孔にレーザ１９を着座させ、ガス入口ポート１５とガス出口ポート１７間のガス流に交差するようビーム２０を検出器２１に指向させる。
【０００７】
ビーム２０は、ガス流洞内部でガス入口ポート１５からガス出口ポート１７に向かって流れる個々の粒子を照射する。ビームによって照射される帯域及びガス流経路は検出器から見て検査容積部をなす。ビーム２０は、ビームの遮蔽（この場合、検出器２１はビームに整列する）又はビームの散乱（この場合検出器２１はビームの光軸に対して或る角度をなして配置し、粒子によって散乱した光のみを検出し、レーザから直接入射する光は検出しない。上述したタイプのガス流洞はＫ．グロス氏の米国特許第４，７４６，２１５号の図１に記載されている。
【０００８】
ガス出口ポート１７を随意に粒子フィルタ２６に接続し、この粒子フィルタ２６によりガスをロータ室２５に送給し、このロータ室２５はポンプとして作用ししてガスをガス入口を経てガス流洞に引き込む。ロータ室内のロータは以下に説明し、ＤＣモータ又はＡＣモータ又はバッテリ駆動モータとすることができるモータ２７によって駆動する。モータ２７は、モータ２７が動作する速度を示す指令信号を発生するモータコントローラ２９の制御の下に動作する。
【０００９】
ロータ室２５及びモータ２７よりなるポンプによってガス流洞内に引き込まれたガスは、排気管３１を経て流速計３３を通過してから粒子フィルタ３７を経てガス排気ポート３９から流出する。コントローラ３５の指令の下に動作する流速計３３は、出力ガス速度を測定し、モータコントローラ２９にフィードバック信号を送出し、この流速計信号を外部ソースからのラインから送られてくる指令モータ速度信号と比較する。２個の信号の比較によって誤差信号を発生し、この誤差信号を使用してモータ２７の速度を連続的に調整し、所要の出力流速が得られる速度でロータを回転するようにする。
【００１０】
カウンタ２３からの信号を使用してモータコントローラ２９を調整する。粒子計数がシステムの能力を越える程速かったり又は大き過ぎたりする場合、流れの速度を遅くし、カウンタが正確な測定範囲内で測定できるようにする。この目的のため、カウンタ２３からの出力信号をライン３２からモータコントローラ２９に取り出す。
【００１１】
長い又は制限された出口ポート１７の場合、モータ速度調整はライン４０に基づいて指令され、増大した負荷を補償してからモータ２７に信号を送る。
【００１２】
図２には３個のローブ（突起）４３，４５，４７を有する第１ロータ４１を示す。これらの３個のローブは、ロータ５１の３個のローブ５３，５５，５７と交錯する。しかし、ローブ４７はローブ５３又はローブ５５には接触せず、近接するだけである。同様にローブ４３，４５，５７はロータハウジング５０の壁に近接するだけで壁には接触しない。ロータ４１は中心シャフト４２に取り付け、このシャフトの周りに回転するとともに、ロータ５１を中心シャフト５２に取り付け、このシャフトの周りに回転する。ローブの各々は質量を軽減する円形の切除部５４を有し、ロータの慣性モーメントを小さくする。図示しないモータによって一方のシャフトを回転するとともに、ギヤによって他方のシャフトを駆動し、同期をとる。作用にあたり、ガスはガス流洞に接続した第１ポート６１に引き込み、次にガス出口ポート６３から流速計にポンプ送出する。流速計の配置条件は重要ではない。流速計はフィルタ３７の前後のいずれかに位置決めすることができる。
【００１３】
図３には、モータ６５がロータ５１を直接回転するシャフト６７並びに第１ギヤ７１を示す。第１ギヤ７１は第２ギヤ７３に噛合し、この第２ギヤ７３はロータ５１と同期させてロータ４１を回転する。モータ６５はバッテリで動作できる、又は所定電圧で局部的ＡＣをＤＣに変換する整流子を有するＡＣ電源により動作できるＤＣモータとすると好適である。ＤＣでの動作は本発明によるポンプを可搬式にすることができ、バックアップ電源としてＡＣを使用することができるようになる。
【００１４】
ハウジング５０は、ガス入口ポート及びガス出口ポート６３を除いて気密にする。ローブ４１，５１は、代表的には数センチメートル（２〜３インチ）の高さであるハウジング５０の高さの全体にわたり延在させ、第１ロータ４１及び第２ロータ５１がハウジング内部の全体を占めるように取り付け、また軸受支持壁７５，７７によって支持する。軸受は封鎖ユニットとし、軸受の摩耗によって粒子がガス流の流れに侵入することがないようにする。
【００１５】
図４にはツインローブロータを示し、ハウジング７５内に第１ロータ７１及び第２ロータ７３を有する。これらロータは上述したように互いに接触することがないように交錯させる。同様に、図５には単独ローブを有するロータ７７，７９を示し、各ロータはカム状面を有する。２個のロータは接触することなく同期して回転する。
【００１６】
図６には３ローブロータ８３，８５を示し、これらのロータは図２に示す２個のロータと同様に２個のシャフトに支持する。図６の実施例の場合、ロータは中実断面であり、図２に示すロータとは形状が若干異なる。ローブはローブ相互に対して又はハウジングの壁面に対して接触しない。
【００１７】
図７には２個の周縁ロータ９１，９３を示す。これら２個のロータは技術的にローブを使用せず、ロータ９１に関連する周縁突起９２，９４及びロータ９３に関連する周縁突起９６，９８が本発明によるローブとみなすことができる。回転特性は同じであり、ただしローブ相互は接触せず、またハウジング壁面にも接触しない。
【００１８】
ルーツポンプに類似する本発明によるポンプは、粒子容器内のガス流の流れを引き起こす理想的なムーバーであり、騒音が少なく、効率を向上させ、また広範囲のモータによって動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による装置のブロック図である。
【図２】  図１の装置に使用するロータ室の断面図である。
【図３】  図１に示すロータ室とモータの一部切除した側面図である。
【図４】  図１に示すロータ室に使用するローブタイプのロータの第２の実施例の説明図である。
【図５】  図１に示すロータ室に使用するローブタイプのロータの第３の実施例の説明図である。
【図６】  図１に示すロータ室に使用するローブタイプのロータの第４の実施例の説明図である。
【図７】  図１に示すロータ室に使用するローブタイプのロータの第５の実施例の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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