(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口から取り込んだ粒子を含む気体を低温部から高温部にかけて輸送する間に、前記粒子に凝縮成分を凝縮成長させる凝縮成長部と、
前記凝縮成長部の流出口から排出された前記気体に含まれる前記粒子の濃度を検知する粒子検知部と、
単位体積当たりの粒子の径および数が既知の試験粒子を含む試験気体を前記凝縮成長部の流入口に供給する粒子供給部と、
前記粒子検知部にて検知される前記試験気体に含まれる前記試験粒子の濃度が所定の値であるか否かを判定する第１判定部と、を備え、
前記凝縮成長部は、前記試験粒子の濃度が前記所定の値であると判定されると、測定対象の気体を前記流入口から取り込んで、前記流出口まで輸送し、
前記粒子検知部は、前記試験粒子の濃度が前記所定の値であると判定されると、前記流出口から排出された前記測定対象の気体中の粒子の濃度を検知する粒子検知装置。
【請求項２】
前記凝縮成長部の温度が所定の温度に達したか否かを判定する第２判定部を備え、
前記粒子供給部は、前記第２判定部で前記所定の温度に達したと判定された場合に、前記試験粒子を前記凝縮成長部の流入口に供給する請求項１に記載の粒子検知装置。
【請求項３】
流入口から取り込んだ気体を低温部から高温部にかけて輸送する間に、前記気体に含まれる粒子に凝縮成分を凝縮成長させる凝縮成長部と、
前記凝縮成長部の流出口から排出された前記粒子の濃度を検知する粒子検知部と、
前記凝縮成長部の流出口から排出された前記気体の圧力および湿度の少なくとも一方を検知する雰囲気検出部と、
前記雰囲気検出部による検知値が所定の閾値に達したか否かを判定する第１判定部と、を備え、
前記粒子検知部は、前記雰囲気検出部による検知値が前記閾値に達したと判定されると、前記流出口から排出された前記気体中の粒子の濃度を検知する粒子検知装置。
【請求項４】
前記凝縮成長部の温度が所定の温度に達したか否かを判定する第２判定部を備え、
前記雰囲気検出部は、前記第２判定部で前記所定の温度に達したと判定された場合に、前記凝縮成長部の流出口から排出された前記気体の圧力および湿度の少なくとも一方を検知する請求項３に記載の粒子検知装置。
【請求項５】
前記第１判定部で前記雰囲気検出部による検知値が前記閾値に達したと判定された場合に、単位体積当たりの粒子の径および数が既知の試験粒子を前記凝縮成長部の流入口に供給する粒子供給部と、
前記粒子検知部にて検知される前記試験粒子の濃度が所定の値であるか否かを判定する第３判定部と、を備え、
前記凝縮成長部は、前記雰囲気検出部による検知値が前記閾値に達したと判定され、かつ前記試験粒子の濃度が前記所定の値であると判定されると、測定対象の気体を前記流入口から取り込んで、前記流出口まで輸送し、
前記粒子検知部は、前記雰囲気検出部による検知値が前記閾値に達したと判定され、かつ前記試験粒子の濃度が前記所定の値であると判定されると、前記流出口から排出された前記測定対象の気体中の粒子の濃度を検知する請求項４に記載の粒子検知装置。
【請求項６】
前記試験粒子は、塩化ナトリウム、オレイン酸、またはポリスチレン・ラテックスである請求項１、２または５に記載の粒子検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の粒子検知装置は、粒径が１００ｎｍ以上の粒子を検知することを念頭に置いたものが多かった。ところが、半導体装置等を製造するクリーンルーム内に浮遊する粒子は、粒径が１００ｎｍ未満である。
【０００３】
微小な粒径の粒子を検知するには、粒子に水分等の凝縮成分を凝縮させて、粒子径を大きくしてから粒子の検知を行うことが考えられる。
【０００４】
粒子に凝縮成分を凝縮させるには、凝縮成長部内を過飽和状態にした状態で、粒子を凝縮成長部に導入して輸送させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、凝縮成長部の内部が所望の過飽和度になったか否かを検出するのは困難であり、計測開始直後には、粒子に十分な量の凝縮成分が凝縮せず、結果として、粒子の検出数が著しく少なくなり、粒子検出の精度が悪くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２０３５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９０２４６号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３０５４７号公報
【特許文献４】特開平７−８３８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施形態は、粒子の計測を開始した直後でも精度よく粒子濃度を検出可能な粒子検知装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態では、流入口から取り込んだ粒子を含む気体を低温部から高温部にかけて輸送する間に、前記粒子に凝縮成分を凝縮成長させる凝縮成長部と、
前記凝縮成長部の流出口から排出された前記気体に含まれる前記粒子の濃度を検知する粒子検知部と、
単位体積当たりの粒子の径および数が既知の試験粒子を含む試験気体を前記凝縮成長部の流入口に供給する粒子供給部と、
前記粒子検知部にて検知される前記試験気体に含まれる前記試験粒子の濃度が所定の値であるか否かを判定する第１判定部と、を備え、
前記凝縮成長部は、前記試験粒子の濃度が前記所定の値であると判定されると、測定対象の気体を前記流入口から取り込んで、前記流出口まで輸送し、
前記粒子検出部は、前記試験粒子の濃度が前記所定の値であると判定されると、前記流出口から排出された前記測定対象の気体中の粒子の濃度を検知する粒子検知装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態による粒子検知装置１の概略構成を示すブロック図。
【図２】図１の粒子検知装置１の処理動作を示すフローチャート。
【図３】測定気中の粒子濃度の時間変化を示すグラフ。
【図４】第２の実施形態による粒子検知装置１の概略構成を示すブロック図。
【図５】図４の粒子検知装置１の処理動作を示すフローチャート。
【図６】第３の実施形態による粒子検知装置１の概略構成を示すブロック図。
【図７】図６の粒子検知装置１の処理動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による粒子検知装置１の概略構成を示すブロック図である。図１の粒子検知装置１は、例えば、半導体装置等を製造するためのクリーンルーム内を浮遊する粒子濃度を計測するために用いることが可能であるが、それ以外の目的での使用も可能である。
【００１２】
図１の粒子検知装置１は、凝縮成長部２と、粒子検知部３と、吸引ポンプ４と、粒子供給部５と、流路切替部６と、制御部７と、判定部８と、温度センサ９と、温度調整部１０とを備えている。
【００１３】
凝縮成長部２は、図１における鉛直方向に延在される凝縮流路２ａを有する。凝縮流路２ａの下端部が気体や粒子の流入口であり、上端部が流出口である。凝縮流路２ａの温度は一定ではなく、上側が下側よりも高い温度に設定されている。以下では、凝縮成長部２の上側の温度が高い部分を高温部２ｂ、下側の温度が低い部分を低温部２ｃと呼ぶ。温度センサ９は、凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃの温度を測定する。
【００１４】
凝縮流路２ａの上側と下側で温度差を設けるために、凝縮流路２ａの周囲に温度調整部１０が配置されている。温度調整部１０の具体的な形態は特に問わないが、例えばペルチェ素子などを用いる。
【００１５】
凝縮流路２ａ内は、水分やアルコールなどの所定の流体が過飽和状態になっており、この中を粒子が通過すると、粒子を核として、その周りに水分等の凝縮成分が凝縮成長する。凝縮流路２ａ内は、上側が下側ほど高温になっているため、下側から上側に向かって粒子が輸送される間に、粒子の凝縮成長が次第に大きくなる。よって、凝縮流路２ａの流出口から排出される粒子の粒子径は、凝縮流路２ａの流入口に流入した粒子の粒径よりも、はるかに大きくなる。
【００１６】
粒子検知部３は、凝縮流路２ａの流出口から排出された粒子の数を光学的に検知して、単位体積当たりの粒子数、すなわち粒子濃度を検出する。粒子検知部３は、光射出部３ａ、光受光部３ｂおよびカウンタ部３ｃを有する。光射出部３ａは、レーザやＬＥＤ等の光を射出する。光受光部３ｂは、光射出部３ａが射出した光を受光する。光射出部３ａが射出した光に粒子が衝突するたびに、光が散乱して、光受光部３ｂの光強度に変化が生じる。この光強度の変化が起こった回数をカウンタ部３ｃで計測することで、粒子の数を計数することができる。
【００１７】
吸引ポンプ４は、凝縮成長部２および粒子検知部３内の雰囲気を所定の圧力で吸い込む。これにより、凝縮流路２ａに流入された粒子は、下方から上方まで輸送され、さらに粒子検知部３を通過して、吸引ポンプ４まで導かれる。
【００１８】
粒子供給部５は、単位体積当たりの粒子径および粒子数が既知の試験粒子を含む試験気体を凝縮成長部２に供給する。試験粒子は、塩化ナトリウムなどの親水性粒子でもよいし、オレイン酸などの疎水性粒子でもよい。また、試験粒子は、ポリスチレン・ラテックスなどの親水性と疎水性の中間の性質を持つ粒子でもよい。
【００１９】
後述するように、本実施形態では、本来の粒子濃度測定の前に、試験気体を凝縮成長部２に供給して、粒子検知部３で試験粒子が検知されれば、本来の粒子濃度測定を開始する。したがって、試験粒子としては、できるだけ検知しにくい粒子を選択するのが望ましい。その理由は、できるだけ検知しにくい試験粒子であっても、粒子検知部３で正しく検知できた場合は、凝縮流路２ａ内が過飽和状態になっていて、安定した粒子濃度計測が可能な状態であると判断できるためである。疎水性粒子は、親水性粒子よりも、水分等が凝縮成長しにくい。このため、できるだけ検知しにくいという観点では、試験粒子として疎水性粒子を用いるのが望ましい。
【００２０】
流路切替部６は、本来計測すべき測定対象の雰囲気と試験気体のいずれかを切り替えて凝縮成長部２に供給する。流路切替部６には、例えばバルブを用いる。
【００２１】
制御部７は、凝縮流路２ａ内が過飽和状態になるように、温度センサ９で検知した温度に基づいて、温度調整部１０を制御する。また、制御部７は、粒子供給部５から試験気体を供給するタイミングと、流路切替部６を切り替えるタイミングとを制御する。
【００２２】
図２は図１の粒子検知装置１の処理動作を示すフローチャートである。まず、オペレータが図１の粒子検知装置１の電源を投入する（ステップＳ１）。これにより、制御部７が温度調整部１０を用いて、凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃの温度調整が行われる。
【００２３】
次に、温度センサ９は、凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃの温度をそれぞれ計測する（ステップＳ２）。次に、判定部８は、高温部２ｂと低温部２ｃがそれぞれ所望の温度に達したか否かを判定する（ステップＳ３、第２判定部）。まだ所望の温度に達していない場合は、ステップＳ２に戻って、温度調整部１０を制御するなどして、所望の温度になるまで待機する。
【００２４】
凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃがそれぞれ所望の温度に達した場合は、凝縮流路２ａ内が過飽和状態になったと判断できる。そこで、ステップＳ３で高温部２ｂと低温部２ｃが所望の温度に達したと判定されると、粒子供給部５は試験気体の供給を行う（ステップＳ４）。流路切替部６は、粒子供給部５からの試験気体を凝縮流路２ａ内の流入口に導く。試験粒子は、凝縮流路２ａ内を上方に向かって輸送される間に、水分等が凝縮成長して、粒径が増大する。そして、凝縮流路２ａの流出口から流出された試験粒子は、粒子検知部３にて検知される（ステップＳ５）。
【００２５】
次に、粒子検知部３で検知された試験粒子の濃度が所定濃度か否かを判断する（ステップＳ６、第１判定部）。所定濃度でなければ、ステップＳ５に戻り、所定濃度であれば、計測準備が整ったと判断して、流路切替部６を切り替えて、測定対象の気体を凝縮流路２ａに導入して、本来の粒子濃度の計測を開始する（ステップＳ７）。
【００２６】
ステップＳ６で試験粒子の濃度が所定濃度になった場合は、凝縮流路２ａ内の水分等の過飽和度が十分に高まったことを示しており、測定対象の雰囲気に含まれる粒子を確実に凝縮成長させることができると考えられる。そこで、ステップＳ６で試験粒子の濃度が所定濃度になったと判断された場合に、本来の粒子濃度の計測を開始する。
【００２７】
仮に、図２のステップＳ４〜Ｓ７の処理を省略して、ステップＳ３で、凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃがそれぞれ所望の温度になったと判断されたときに本来の粒子濃度の計測を開始するようにすると、例えば、図３のような結果になる。図３の横軸は測定時間、縦軸は測定気中の粒子濃度である。図３の曲線ｃ１は本来計測されるべき基準計測値である。曲線ｃ２は粒子検知部３で検知される粒子濃度である。
【００２８】
図３の曲線ｃ２を見ればわかるように、図２のステップＳ４〜Ｓ７の処理を省略すると、粒子濃度の計測を開始してからしばらくは、粒子検知部３でほとんど粒子が検知されず、粒子検知部３で正常な粒子濃度を検知できるまでに時間がかかる。これは、計測開始直後は、実際には、凝縮流路２ａ内が完全には過飽和状態になっていなかったと考えられる。
【００２９】
これに対して、本実施形態のように、凝縮流路２ａの温度だけでなく、試験粒子の濃度が正しく検知された場合に本来の測定気中の粒子濃度の計測を開始するようにすれば、計測開始直後から粒子検知部３にて粒子濃度を正しく計測することができる。図３の曲線ｃ２との比較では、測定開始直後から、基準計測値とほぼ同じ粒子濃度が得られる。
【００３０】
このように、第１の実施形態では、凝縮流路２ａ内の温度が所望の温度に達した後、試験粒子を凝縮流路２ａ内に供給して、粒子検知部３で試験粒子の濃度を計測し、その濃度が所定濃度になると、本来の測定気中の粒子濃度の計測を開始する。これにより、凝縮流路２ａ内の水分等が適切な過飽和度になった状態で測定気中の粒子濃度の計測を開始することになり、計測開始直後から、安定した粒子濃度の計測が可能となる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態による粒子検知装置１の概略構成を示すブロック図である。図４では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００３２】
図４の粒子検知装置１は、圧力／湿度センサ（雰囲気検出部）１１を備えている一方で、図１の粒子供給部５は省略されている。その他の構成部分は、図１と同様である。
【００３３】
圧力／湿度センサ１１は、凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気中の圧力と湿度との少なくとも一つを測定する。圧力／湿度センサ１１は、例えば、圧力センサと湿度センサのいずれか一方だけでもよいし、圧力センサと湿度センサをともに設けてもよい。
【００３４】
凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気中の圧力と湿度は、凝縮流路２ａ内の過飽和度に大きく影響する。すなわち、凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気中の圧力と湿度の少なくとも一方を計測することで、凝縮流路２ａ内の過飽和度を精度よく推測できる。より具体的には、圧力と湿度の少なくとも一方が所定値以上であれば、凝縮流路２ａ内の過飽和度が粒子の計測濃度測定に適した値になったと判断できる。
【００３５】
粒子検知部３は、凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気中に含まれる粒子を計測するため、粒子検知部３の近傍の圧力や湿度を計測することで、粒子検知部３で正確な粒子濃度の検知が可能か否かを判断できる。
【００３６】
図５は図４の粒子検知装置１の処理動作を示すフローチャートである。ステップＳ１１〜Ｓ１３の処理は、図２のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。ステップＳ１３にて、凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃがそれぞれ所望の温度になったと判定されると、圧力／湿度センサ１１にて、凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気の圧力と湿度の少なくとも一方を検知する（ステップＳ１４）。
【００３７】
次に、検知された圧力と湿度の少なくとも一方が所定値に達したか否かを判定する（ステップＳ１５、第２判定部）。所定値に達していなければ、温度調整部１０にて、凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃの少なくとも一方の温度を調整したり、あるいは、凝縮流路２ａの流入口から流入される雰囲気中の湿度を調整し（ステップＳ１６）、その後にステップＳ１２に進む。
【００３８】
ステップＳ１５で、圧力と湿度の少なくとも一方が所定値に達したと判定されると、本来の測定気中の粒子濃度の計測を開始する（ステップＳ１７）。
【００３９】
このように、第２の実施形態では、粒子検知部３の近傍、すなわち凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気中の圧力と湿度の少なくとも一方を検出するため、凝縮流路２ａ内の過飽和度を精度よく推測でき、過飽和度が粒子濃度の計測に適切な値になったか否かを正しく判断できる。
【００４０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものである。
【００４１】
図６は第３の実施形態による粒子検知装置１の概略構成を示すブロック図である。図６では、図１および図４と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００４２】
図６の粒子検知装置１は、図１の粒子検知部３と、図４の圧力／湿度センサ１１とを備えている。この他の構成は、図１や図４と同様である。
【００４３】
図６の粒子検知装置１では、凝縮成長部２の高温部２ｂと低温部２ｃがそれぞれ所望の温度になり、かつ、凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気の圧力と湿度の少なくとも一方が所定値に達した場合に、試験粒子を含む試験気体を凝縮流路２ａ内に供給して、試験粒子の濃度が所定値になると、本来の測定気中の粒子濃度の計測を開始する。
【００４４】
図７は図６の粒子検知装置１の処理動作を示すフローチャートである。図７のステップＳ２１〜Ｓ２６は、図５のステップＳ１１〜Ｓ１６と同様である。ステップＳ２５で、凝縮流路２ａの流出口付近の雰囲気中の圧力と湿度の少なくとも一方が所定値に達した場合には、図２のステップＳ４〜Ｓ７と同様に、粒子供給部５から試験気体を凝縮流路２ａに供給し、粒子検知部３にて検出される試験粒子の濃度が所定値になると、本来の測定気中の粒子濃度の計測を開始する（ステップＳ２７〜Ｓ３０、第３判定部）。
【００４５】
このように、第３の実施形態では、凝縮流路２ａの温度の計測結果と、凝縮流路２ａの流出口付近の圧力と湿度の少なくとも一方の検知結果と、試験粒子の濃度の検知結果とに基づいて、本来の測定気中の粒子濃度の計測を開始するか否かを決定する。これにより、凝縮流路２ａの過飽和度を第１および第２の実施形態よりも精度よく推測でき、最適なタイミングで本来の測定気中の粒子濃度の計測を開始することができる。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１  粒子検知装置、２  凝縮成長部、３  粒子検知部、４  吸引ポンプ、５  粒子供給部、６  流路切替部、７  制御部、８  判定部、９  温度センサ、１０  温度調整部、１１  圧力／湿度センサ
【図１】
0006441195.tif 000002
【図２】
0006441195.tif 000003
【図３】
0006441195.tif 000004
【図４】
0006441195.tif 000005
【図５】
0006441195.tif 000006
【図６】
0006441195.tif 000007
【図７】
0006441195.tif 000008