(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０ｐｓｉｇ（０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い圧力の粒子含有ガス中の粒子を検知する装置であって、
０ｐｓｉｇ（０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い圧力の加圧ガスを保持するガス分配管路、及び
前記ガス分配管路中の前記加圧ガスと流通している凝縮核計数器、
を具備しており、
前記凝縮核計数器が、前記ガス分配管路中の前記加圧ガスの圧力に実質的に等しい圧力で、前記加圧ガスの流れを受け取るようにされており、
前記凝縮核計数器が、
（ａ）貯蔵ブロック、
（ｂ）前記加圧ガスの流れを受けて、この流れを前記貯蔵ブロックに輸送する入り口管、
（ｃ）前記貯蔵ブロック内に配置された飽和器であって、前記貯蔵ブロックと熱的に接触して取り付けられたヒーターによって加熱される飽和器、
（ｄ）前記飽和器の内側の作業流体、
（ｅ）前記作業流体中に部分的に浸漬している燒結金属ウィック、
（ｆ）前記飽和器からの前記加圧ガスの流れを受け取る凝縮器、
（ｇ）滴を含有している前記加圧ガスの流れを受け取る空力集束ノズル、
（ｈ）滴を含有している前記加圧ガス流れ中の滴を計数及び識別する滴感知装置、及び前記加圧ガスの圧力に耐える寸法にされた石英の窓を有する、光学的検知容器、並びに
（ｉ）滴を含有している前記加圧ガス流れを、前記光学検知容器からベントする出口管、
を具備しており、且つ
前記凝縮核計数器が、ＳｉＣｌ4、ＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＡｓＨ3、ＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＮＨ3、ＢＣｌ3、ＢＦ3、Ｃｌ2、Ｈ2、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、ＳｉＨ4、ＷＦ6、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、ＳＦ6、及びそれらの混合物からなる群より選択される前記加圧ガスとの反応に耐性があり且つ耐腐食性である材料で作られている、
粒子含有ガス中の粒子を検知する装置。
【請求項２】
前記加圧ガスが、ＳｉＣｌ4、ＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＡｓＨ3、ＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＮＨ3、ＢＣｌ3、ＢＦ3、Ｃｌ2、Ｈ2、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、ＳｉＨ4、ＷＦ6、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、ＳＦ6、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記加圧ガス中の少なくとも１つの粒子の数を測定する手段を更に具備している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの粒子の数を集計する手段を更に具備している、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記集計手段がコンピューターである、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
圧力が０ｐｓｉｇ（０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い加圧ガスを保持するガス分配装置であって、
このガス分配装置と流通している凝縮核計数器が、このガス分配装置のガスの圧力に実質的に等しい圧力で、前記加圧ガスの流れを受け取るようにされており、
前記凝縮核計数器が、
（ａ）貯蔵ブロック、
（ｂ）前記加圧ガスの流れを受けて、この流れを前記貯蔵ブロックに輸送する入り口管、
（ｃ）前記貯蔵ブロック内に配置された飽和器であって、前記貯蔵ブロックと熱的に接触して取り付けられたヒーターによって加熱される飽和器、
（ｄ）前記飽和器の内側の作業流体、
（ｅ）前記作業流体中に部分的に浸漬している燒結金属ウィック、
（ｆ）前記飽和器からの前記加圧ガスの流れを受け取る凝縮器、
（ｇ）滴を含有している前記加圧ガスの流れを受け取る空力集束ノズル、
（ｈ）滴を含有している前記加圧ガス流れ中の滴を計数及び識別する滴感知装置、及び前記加圧ガスの圧力に耐える寸法にされた石英の窓を有する、光学的検知容器、及び
（ｉ）滴を含有している前記加圧ガス流れを、前記光学検知容器からベントする出口管、
を具備しており、且つ
前記凝縮核計数器が、ＳｉＣｌ4、ＰＨ3、Ｂ2Ｈ6、ＡｓＨ3、ＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＮＨ3、ＢＣｌ3、ＢＦ3、Ｃｌ2、Ｈ2、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3、Ｎ2Ｏ、Ｏ2、ＳｉＨ4、ＷＦ6、Ｎ2、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、ＳＦ6、及びそれらの混合物からなる群より選択される前記加圧ガスとの反応に耐性があり且つ耐腐食性である材料で作られている、
ガス分配装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス、特に電子機器製造産業のための反応性、腐食性ガス中の粒子の計数の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微量の汚染物質がエレクトロニクス産業でのマイクロチップの製造工程に好ましくない影響を与えることがある。粒子状の汚染物質は、短絡、開路、及び他の欠陥をもたらす。これらの欠陥は、完成したマイクロエレクトロニクス回路を破損させることがある。そのような故障は、マイクロエレクトロニクス産業における歩留まりを大きく低下させる原因となる。マイクロ汚染物質によってもたらされる歩留まりの低下は、処理費用をかなり増加させる。
【０００３】
マイクロエレクトロニクス回路は、多くの処理工程を必要とする。処理は、非常に清浄なガスを使用して行う。しかしながら、非常に少量の汚染物質が、マイクロ回路に致命的な欠陥をもたらす。例えば、個々の粒子の直径が０．０２μｍほどの小ささであっても、最近のマイクロ回路では致命的な欠陥をもたらすことがある。マイクロ汚染物質は、回路を完成させるに必要な多くの工程の間に常に発生する可能性がある。従って、処理ガスの清浄さの厳密な制御が必要とされる。
【０００４】
最近のフィルターは、非常に高い効率で処理ガス中の粒状汚染物質を除去することができる。しかしながら、汚染物質の制御を完全に確実にするためには、ガスの清浄さの確認が必要となる。ろ過されたガス中の微視的な粒子を検知するための確実な技術が必要である。この技術は、マイクロチップの処理において使用する反応性又は毒性のガス中における０．０２μｍ程度まで小さい微視的な汚染物質粒子を検知できなくてはならない。これらのガスは、限定をするわけではないが、ＳｉＣｌ4 、ＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 、ＡｓＨ3 、ＳｉＦ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＮＨ3 、ＢＣｌ3 、ＢＦ3 、Ｃｌ2 、Ｈ2 、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｏ、Ｏ2 、ＳｉＨ4 、及びＷＦ6 、並びに不活性ガス、例えば限定はしないが、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 、及びＳＦ6 が挙げられる。
【０００５】
理想的にはこの技術は、処理ガス装置管路圧力（例えば約５０〜７０ｐｓｉｇ（３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧）））と同じ圧力で粒子測定を行うべきである。ガス管路圧力での測定を行うことによって、測定機器に導入する前に試料ガスを減圧することが必要ではなくなる。すなわち、中間減圧装置なしで、この機器を直接にガス管路に接続することができる。ガス管路圧力での測定は、粒子測定において有利である。これは、ある種のガスの減圧工程は、好ましくない影響、例えば減圧装置内での不純物の核形成又は粒子の離脱を起こすことがあるからである。離脱又は核形成によってもたらされるそのような物体は、下流の粒子計数器によって、ガス管路の汚染物質粒子として誤って解析される。
【０００６】
また、多くの減圧装置は、有害で高価なガスの一部をベントし、そして残部の試料を計数器に導入することを必要とする。そのようなベントは費用がかかり、環境的に好ましくなく、且つベント装置の放出制御機器を通る流れの容量を増加させることを必要とすることがある。
【０００７】
最後に、液滴への処理ガスの凝縮が減圧工程で起こることがある。特に、高沸点で容易に凝縮するガス、例えばＨＦ、ＷＦ6 及びＢＣｌ3 を試料とする場合にこのことがいえる。そのような凝縮滴は、下流の粒子計数器によって、ガス管路の汚染物質粒子として誤って解析される。
【０００８】
従って、中間のガス減圧を必要としないで、毒性又は反応性のマイクロチップ処理ガス中の０．０２μｍ程度まで小さい汚染物質粒子を測定することができるサンプリング技術を開発することは有利である。
【０００９】
反応性又は毒性の処理ガス、並びに不活性ガス中の汚染物質粒子を連続的に計数する従来の試みは、レーザー光粒子分光計又はレーザー光粒子監視装置を具備していた。これらの機器は、個々の粒子からの光の散乱の方法によって、汚染物質粒子の等価な光学的な直径を測定している。散乱した光パルスの数は、機器の光学感知容積を通る粒子の数に等しい。そのような機器は、反応性又は毒性のガス、及び加圧された試料ガスで使用するために開発されてきた。最近のレーザー光粒子計数器は典型的に、０．１μｍよりも大きい粒子に対してはバックグランドノイズが小さいが、比較的小さい粒子の検知では、範囲以下の大きさの粒子及びガス分子からの光の散乱のためにノイズによって制限される。従って、そのような機器は０．１μｍよりも小さい汚染物質粒子を検知することはできない。
【００１０】
０．１μｍ未満の粒子を検知するためのノイズが小さい従来の試みは、凝縮核計数器を具備していた。これらの機器は、過飽和のエアロゾル混合物を作るために、膨張による冷却、伝導による連続的な冷却、又は希釈による連続的な冷却を使用している。様々な物質を飽和媒体として使用している。これらの媒体は、水、アルコール（例えば、ブタノール）、及び過フッ化有機化合物、例えばペルフルオロジメチルデカリンを含む。微細粒子は、蒸気凝縮及びその後の滴の成長のための核形成部位として作用する。滴は、有意のノイズを伴わずに、従来の光散乱技術又は光吸収技術によって検知することができる十分な大きさに成長する。
【００１１】
そのような凝縮核計数器は、米国特許第４７９１０６５０号明細書に記載されており、ここでは、装置は、ガス流れを飽和装置領域に流し、そして流れの一部を冷却領域に通して、同伴される粒子上に作業流体を凝縮させ、粒子の直径を大きくして、下流の手段、例えば光学的粒子検知装置による計数を促進する。
【００１２】
凝縮核計数器に関するこの他の記載は、Ｍ．Ｒ．Ｓｔｏｌｚｅｎｂｕｒｇの論文「Ａｎ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒ」の特に５章、及びＰ．Ｂ．Ｋｅａｄｙ、Ｖ．Ｌ．Ｄｅｎｉｅｒ、Ｇ．Ｊ．Ｓｅｒｏ、Ｍ．Ｒ．Ｓｔｏｌｚｅｎｂｕｒｇ及びＰ．Ｈ．ＭｃＭｕｒｒｙによる論文「Ａ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｂｏｖｅ  ３ｎｍ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ」で見出すことができる。
【００１３】
米国特許第４２９３２１７号明細書は、連続流れ凝縮核計数器及びガス流れ中の小さい汚染物質を検知する方法を開示している。凝縮核計数器に属する他の特許明細書は、米国特許第３８０６２４８号及び同３６３２２１０号明細書である。
【００１４】
あるタイプの凝縮核計数器の理論及び操作は、Ｍ．Ｒ．Ｓｔｏｌｚｅｎｂｕｒｇ及びＰ．Ｈ．ＭｃＭｕｒｒｙによる論文「Ｃｏｕｎｔｉｎｇ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  ａｎ  Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ  Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ」に挙げられている。
【００１５】
上述の凝縮核計数器は、不活性な試料ガスで使用するためだけに開発された。Ｈ2 及びＯ2 、並びに不活性ガス、例えばＮ2 及びＨｅ中で使用するために設計された凝縮核計数器は、Ａ．Ｅ．Ｈｏｌｍｅｒ、Ｍ．Ｌ．Ｍａｌｃｚｅｗｓｋｉ、Ｊ．Ｂｌｅｓｅｎｅｒ及びＧ．Ｓｃｈｕｅｒｍａｎｎによる論文「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｓｕｉｔａｂｌｅ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅ」において記載されていた。
【００１６】
Ｈ2 及びＯ2 、並びに不活性ガス、例えばＮ2 中で使用するように設計された凝縮核計数器は、Ｈ．Ｔ．Ｓｏｍｍｅｒ、Ｊ．Ｒ．Ｃ．Ｆｕｔｒｅｌｌ、Ｌ．Ｒ．Ｄｏｍｉｎｇｕｅｚ−Ｓｏｍｍｅｒ及びＤ．Ｄ．Ｃｈｒｉｓｔｍａｎの論文「Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｇａｓｅｓ」に記載されている。
【００１７】
反応性ガス中の粒子を測定する他の方法は、米国特許第５２３１８６５号明細書に記載されている。この特許明細書は、拡散ガス希釈装置及び方法を開示しており、ここでは粒子を含有する反応性ガス、例えばＨ2 又はＯ2 を不活性希釈ガスで希釈して、ガスの粒子濃度に影響を与えないで粒子含有ガスの反応特性を最小化することによって、正確に且つ安全に、従来の不活性ガスの凝縮核計数器を使用してその粒子含有率を測定することを可能にする。
【００１８】
上述の参考文献の測定方法は、場合によってはＨ2 及びＯ2 中の粒子を検知することができ、また場合によっては０．００３μｍ程度の小さい粒子を検知することができる。しかしながらこれらの技術は、０ｐｓｉｇ（０Ｐａ（ゲージ圧））以上の圧力で毒性又は他の反応性ガス中の粒子を検知しない。ここで前記ガスは、例えばＳｉＣｌ4 、ＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 、ＡｓＨ3 、ＳｉＦ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＮＨ3 、ＢＣｌ3 、ＢＦ3 、Ｃｌ2 ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｏ、ＳｉＨ4 、及びＷＦ6 である。
【００１９】
従来のいくつかの凝縮核計数器は、酸化ガス（Ｏ2 ）又は可燃性ガス（Ｈ2 ）で使用するために開発されてきた。しかしながら、多くの従来の凝縮核計数器及びそれらに含まれる作業流体（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ）は、酸化ガス又は可燃性ガスとの反応に耐性がない材料からできていた。ほとんどの従来の凝縮核計数器は、空気又は不活性ガスで使用するために開発されてきた。これらの凝縮核計数器は、典型的に腐食性ガスによる化学的な攻撃に対して耐性がない材料で作られていた。
【００２０】
従来の凝縮核計数器は、０ｐｓｉｇ（０Ｐａ（ゲージ圧））以上の圧力のガスを保持するようにはつくられておらず、又は加圧された反応性又は毒性のガスの漏れを防止するようにはつくられていない。従って、加圧されたガス供給源からサンプリングする場合、従来の凝縮核計数器はその上流で減圧を行うことを必要とする。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
加圧条件（すなわち０ｐｓｉｇ（０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い圧力）でのガス、特に毒性及び／又は反応性のガス中の実質的に０．１μｍ未満の大きさの粒子を計数及び測定する装置及び方法を得ることが望ましい。ここで、前記ガスは限定をするわけではないが、例えばマイクロチップの処理で使用するガスである。
【００２２】
プロセスガスの装置管路圧力に実質的に等しい圧力、典型的に約５０〜７０ｐｓｉｇ（約３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧））の圧力で（すなわち、上流の又は中間の減圧装置なしで）、そのような測定及び計数を行えるそのような装置及び方法を得ることが更に望ましい。
【００２３】
酸化ガス又は可燃性ガスとの反応及び腐食に耐性がある材料でできているそのような装置であって、ある程度の高い圧力（例えば、約５０〜７０ｐｓｉｇ（約３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧）））を保持し、且つ加圧条件下で反応性及び／又は毒性のガスの漏れを妨げる装置を得ることが更に望ましい。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、約０ｐｓｉｇ（約０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い圧力で、粒子含有ガス中の粒子を検知する装置及び方法である。本発明は、加圧された反応性又は毒性ガス中の０．１μｍ以下の汚染物質粒子を検知することができる。このガスは、限定をするわけではないが、ＳｉＣｌ4 、ＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 、ＡｓＨ3 、ＳｉＦ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＮＨ3 、ＢＣｌ3 、ＢＦ3 、Ｃｌ2 、Ｈ2 、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｏ、Ｏ2 、ＳｉＨ4 、ＷＦ6 、及びそれらの混合物、並びに不活性ガス、例えば限定をするわけではないが、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 、及びＳＦ6 及びそれらの混合物が挙げられる。
【００２５】
好ましい態様では、本発明の装置は圧力が約０ｐｓｉｇ（約０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い加圧ガスを収めているガス分配管路、及びこのガス分配管路中の加圧ガスと流通する（ｉｎ  ｆｌｕｉｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ）凝縮核計数器を具備している。凝縮核計数器は、ガス分配管路中の加圧ガスの圧力に実質的に等しい圧力で、加圧ガスの流れを受け取るようにされている。
【００２６】
もう１つの態様では、本発明の装置は、加圧ガス中の少なくとも１つの粒子の数を測定する手段も具備している。更にもう１つの態様では、本発明の装置は、少なくとも１つの粒子の数を集計する手段を具備している。この集計のための手段は、例えばコンピューターでよい。
【００２７】
好ましい態様では、凝縮核計数器は、（ａ）貯蔵ブロック、（ｂ）加圧ガスの流れを受けて、この流れを貯蔵ブロックに輸送するようにされた入り口管、（ｃ）前記貯蔵ブロック内に配置された飽和器であって、貯蔵ブロックと熱的に接触させて設置されたヒーターによって加熱される飽和器、（ｄ）飽和器の内側に配置された作業流体、（ｅ）作業流体中に部分的に浸漬した燒結金属ウィック（ｗｉｃｋ）、（ｆ）飽和器からの加圧ガスの流れを受け取るようにした凝縮器、（ｇ）滴を含有している加圧ガスの流れを受け取るようにされた空力集束（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ）ノズル、（ｈ）滴を感知する装置を有して、滴を含有する加圧ガス流れ中の滴を計数及び識別する光学的検知容器、及び（ｉ）滴を含有している加圧ガス流れを、光学的検知容器からベントするようにされた出口管、を具備している。
【００２８】
凝縮核計数器は以下の加圧ガスのいずれかとの反応及び腐食に耐性がある材料で作られている。この加圧ガスには、限定をするわけではないが、ＳｉＣｌ4 、ＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 、ＡｓＨ3 、ＳｉＦ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＮＨ3 、ＢＣｌ3 、ＢＦ3 、Ｃｌ2 、Ｈ2 、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｏ、Ｏ2 、ＳｉＨ4 、ＷＦ6 、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 、及びＳＦ6 、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００２９】
本発明のもう１つの面は、約０ｐｓｉｇ（約０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い圧力で、粒子保持ガス中の粒子を検知する方法である。本発明の方法は、（ａ）約０ｐｓｉｇ（約０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い圧力の加圧ガスを収めたガス分配管路を提供し、（ｂ）分配管路中の加圧ガスと流通するように凝縮核計数器を提供し、ここでこの凝縮核計数器は、ガス分配管路中のガスの圧力に実質的に等しい圧力で加圧ガスの流れを受けるようにし、そして（ｃ）ガス分配管路中の加圧ガスの圧力に実質的に等しい圧力で、加圧ガスの流れを凝縮核計数器に導入する、工程を含む。
【００３０】
別の態様では、本発明の方法は、凝縮核計数器に導入する加圧ガス中の少なくとも１つの粒子の数を測定する追加の工程を含む。更に別の態様では、本発明の方法は、少なくとも１つの粒子の数を集計する追加の工程を含む。例えば、この集計工程はコンピューターによって行うことができる。
【００３１】
加圧ガス中の少なくとも１つの粒子の数を測定する工程は、（ａ）作業流体蒸気と混合された粒子含有ガスを、凝縮領域に導入し、（ｂ）凝縮領域の最低温度に対応する最小サイズの粒子を保持するガス中の、少なくとも１つの粒子上に作業流体の蒸気を凝縮させて、少なくとも１つの滴を作り、そして（ｃ）適当な検知及び集計によって、滴を検知し且つ滴の数を計数する、副工程を含む。
【００３２】
作業流体は、ペルフルオロトリメチルシクロヘキサンでよい。しかしながら、他の流体を使用することができる。ここでこの流体は、限定をするわけではないが、非反応性流体、例えばペルフルオロ炭化水素、特にＭｕｌｔｉｆｌｕｏｒ（商標）過フッ化炭化水素を含み、これは米国ペンシルバニア州アレンタウンのＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手できる（Ｍｕｌｔｉｆｌｕｏｒ（商標）は、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．の登録商標）。
【００３３】
本発明の方法を使用すると、粒子含有加圧ガス中の粒子は、少なくとも約５０％の計数率で検知することができる。そのような方法で典型的なガス圧力は、約５０〜７０ｐｓｉｇ（約３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧））である。本発明の方法は、任意の加圧ガスで使用することができる。ここでこのガスは、限定をするわけではないが、ＳｉＣｌ4 、ＰＨ3 、Ｂ2 Ｈ6 、ＡｓＨ3 、ＳｉＦ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＮＨ3 、ＢＣｌ3 、ＢＦ3 、Ｃｌ2 、Ｈ2 、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｏ、Ｏ2 、ＳｉＨ4 、ＷＦ6 、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6 、ＳＦ6 、及びそれらの混合物が挙げられる。
【００３４】
本発明の他の面は、加圧ガス分配装置と流通する凝縮核計数器を具備し、圧力が約０ｐｓｉｇ（約０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高い加圧ガスを保持している改良されたガス分配装置である。凝縮核計数器は、ガス分配装置のガスの圧力と実質的に等しい圧力で、加圧ガスの流れを受け取るようにされている。
【００３５】
添付の図を参照し、例示によって以下で本発明を説明する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
本発明は、加圧条件（すなわち０ｐｓｉｇ（０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高圧）において、毒性又は反応性のガス中の実質的に０．１μｍ未満の大きさの粒子を検知及び測定する装置及び方法である。特に本発明は、毒性又は反応性の加圧ガスとの反応及び腐食に対して耐性がある材料で作られた凝縮核計数器を使用して、約５０〜７０ｐｓｉｇ（約３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧））のガス管路圧力において、毒性又は反応性のガス中の０．１μｍ未満の大きさの粒子を検知する装置及び方法である。本発明は、ガス輸送装置の粒子検知において有益である。この装置は、限定をするわけではないが、貯蔵箇所から使用箇所にガスを輸送する装置を含む。そのような装置は典型的に、貯蔵容器、制御弁、マニホールド、流量制御装置、分配管路、及び監視機器を具備している。
【００３７】
図１及び図２を参照すると、約０ｐｓｉｇ（約０Ｐａ（ゲージ圧））よりも高圧の加圧ガスを保持するガス分配管路（図示せず）と、ガス分配管路中の加圧ガスと流通する凝縮核計数器２０を具備している。図１に示されているように、凝縮核計数器は、ガス分配管路からの加圧ガス流れ８０を受け取る。この流れの圧力は、分配管路中の加圧ガスの圧力と実質的に等しい。凝縮核計数器は、加圧条件で毒性又は反応性のガス中の、実質的に０．１μｍ未満の粒子を測定するように設計する。
【００３８】
ガス入り口管２２、飽和器２４、燒結金属ウィック３２、凝縮器３４、空力集束ノズル４８、光学検知容器４４、及びガス出口管５６は、モネル合金（Ｍｏｎｅｌ  ａｌｌｏｙ）、インコネル合金（Ｉｎｃｏｎｅｌ  ａｌｌｏｙ）、又は熱的に伝導性で且つ耐腐食性の他の材料から作られており、また、高圧、例えば約５０〜７０ｐｓｉｇ（約３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧））に耐える適当な大きさである。
【００３９】
光学検知容器窓４６は、石英又は耐腐食性で光学的に透明な他の適当な材料で作られており、また、高圧、例えば約５０〜７０ｐｓｉｇ（約３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧））に耐えられる適当な大きさである。
【００４０】
飽和器２４と凝縮器３４との間の接続部３６、及び凝縮器３４と光学的検知容器４４との間の接続部４２は、テフロンプラスチック（Ｔｅｆｌｏｎ  ｐｌａｓｔｉｃ）、デルリンプラスチック（Ｄｅｌｒｉｎ  ｐｌａｓｔｉｃ）、又は断熱性で且つ耐腐食性の他の適当な材料で作られている。これらの接続部による断熱は、飽和器、凝縮器、及び光学的検知容器を互いに熱的に隔離し、それぞれを異なる操作温度に維持することを可能にする。
【００４１】
作業流体２８は、一連の非反応性の不活性液体のうちのいずれからなっていてよい。この不活性流体は、限定をするわけではないが、ペルフルオロトリメチルシクロヘキサン及び他の過フッ化炭化水素化合物を含む。そのような流体は、Ｍｕｌｔｉｆｌｕｏｒ（商標）流体を含み、これは米国ペンシルバニア州アレンタウンのＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手できる（Ｍｕｌｔｉｆｌｕｏｒ（商標）は、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．の登録商標）。
【００４２】
凝縮核計数器２０は、凝縮核計数を行って粒子含有ガス中の粒子を計数する。これは、作業流体蒸気と混合された粒子含有ガスを凝縮器３４で画定される凝縮領域に導入し、凝縮領域の最低温度に対応する最小サイズの粒子の一部に作業流体蒸気を凝縮させて滴を作り、そして適当な感知及び集計手段によって滴を検知し且つ滴の数を計数する工程を含む。ここで、この適当な検知及び集計手段は、例えば光学検知容器４４、光検知装置５４、並びにそれらと結合しており集計ができる従来技術で知られるようなハードウェア及びコンピューターである。
【００４３】
飽和器２４及び作業流体２８は、貯蔵ブロック２６の外側表面と熱的に接触させて取り付けた電気抵抗ヒーター３０を使用して、約８５°Ｆ（約２９．４℃）の典型的な加熱した温度に維持する。飽和器に取り付けられた温度センサー（図示せず）及び出力制御回路（図示せず）は、飽和器及び作業流体を、一定の選択された温度に維持することを可能にする。加圧ガス分配管路（図示せず）からの粒子含有試料ガス流れ８０は、約１５０ｃｍ3 ／分（標準）の典型的な流量で飽和器に通すときに、暖めて作業流体で飽和させる。管状燒結金属ウィック３２を作業流体中に部分的に浸漬して、試料ガスが飽和器を通るときに、この試料ガスが濡れ表面に囲まれるようにし、それによって飽和工程を促進する。
【００４４】
凝縮器３４は、この凝縮器と熱的に接触させて取り付けた熱−電気冷却器３８を使用して、約３５°Ｆ（１．６７℃）の典型的な冷却した温度に維持する。好ましい態様では、凝縮器の内径は０．１８９インチ（０．４８ｃｍ）であり、またこの凝縮器の長さは約２．１６インチ（５．４９ｃｍ）である。しかしながら、当業者は他の大きさの凝縮器も使用できることを理解するであろう。
【００４５】
凝縮器に取り付けられた温度センサー（図示せず）及び出力制御回路（図示せず）は、凝縮器を一定の選択された温度に維持することを可能にする。熱は、熱−電気冷却器によって凝縮器から取り出し、そして外側に取り付けられ且つ対流によって冷却される熱フィン４０に放出する。粒子を含有し且つ飽和したガスを冷却した凝縮器に通すと、作業流体蒸気が過飽和になる。粒子は滴のための核部位として機能し、凝縮する作業流体から粒子上に滴ができる。滴は、光散乱を使用して容易に検知できる十分な大きさに成長する。
【００４６】
その後、滴を保持しているガス流れを空力集束ノズル４８に通して、光学検知容器４４に入れる。この集束ノズルは全ての滴を、レーザー光５０からの光源の経路に送る。滴が光源を通過するとき、これらの滴は光を散乱させて光を集光器５２に入れ、この集光器５２は光検知装置５４（図１には図示せず）に散乱光を導く。光検知装置は電気的な読みを与え、この読みを集計装置（図示せず）に送る。この集計装置は、例えばコンピューター又はデータ処理装置である。その後、得られたガスをガス出口管５６を通して取り出し、燃焼装置、スクラバー、又は他の放出制御装置９０（図示せず）に送る。ガス出口管５６又はガス入り口管２２の流量制御装置（図示せず）を使用して、凝縮核計数器２０に入るガス流量及び凝縮核計数器２０から出るガス流量を調節することができる。
【００４７】
滴の感知装置は典型的に、光源、光の集束器、狭いスリット（レーザー光５０を集める）、可視容積（ノズル４８からの流れが放出される）、集光器５２、及び光検知装置５４からなっている。個々の滴の検知は、典型的に光散乱のプロセスによって行う。１つの散乱光のパルスが、可視領域を通るそれぞれの滴から発生する。光検知器は光パルスを電気パルスに変換し、典型的に、このパルスをトリガー回路において計数する。集計された滴の数は、既知のガス流量を使用して、ガス中の粒子濃度に直接変換することができる。
【００４８】
上述の構成要素の組み合わせは、高い効率で０．０２μｍ程度の小さい粒子を検知することができる凝縮核計数器２０を提供する。既知の狭い大きさの範囲の粒子を凝縮核計数器に導入し、凝縮核計数器が数えた粒子の効率を測定することによって、この性能を示した。ある範囲の粒度に関して測定を繰り返し、凝縮核計数器の特徴的な対応曲線を得た。これは、計数率曲線として知られる。計数率は、大きい粒子、すなわち最小検知可能サイズよりも十分に大きい直径の粒子では、約１００％（約１．０）である。しかしながら、最小検知可能粒度では、計数率は０になる。
【００４９】
約９００℃の加熱窒素中において塩化ナトリウムを気化させ、そしてろ過された低温窒素で混合物を素早く希釈することによって粒子を製造した。素早い希釈は、約０．００４μｍ〜０．２μｍの範囲の連続した分布で、微細な塩化ナトリウム粒子をもたらした。得られたエアロゾルを、静電分級装置又は差動抽出装置（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ａｎａｌｙｚｅｒ）に通して、大きさの範囲を狭くした。差動抽出装置は、選択された大きさに近い大きさの粒子を除く全ての粒子を除去する。クリプトン−８５源からの照射によって、エアロゾルの電荷を中和する。電荷を中和された粒子のほぼ全ての電荷は、０又は１単位電荷である。そして、電荷を中和したこのエアロゾルを差動抽出装置に流す。差動抽出装置を使用して、選択された電気移動度の粒子を取り出す。一価に荷電した粒子の電気移動度Ｚp （ｃｍ2 ／Ｖ・秒）は、以下のように粒度に関係している。
【数１】
0003795718.tif 000002
ここでＤp は粒子の直径、ｅ＝１．６×１０-19 クーロン、Ｃ＝は粒子の無次元滑り補正係数、そしてμ（ポイズ）はガス粘度である。差動抽出装置は、エアロゾル及びろ過されたシースガスを、半径がｒ1 及びｒ2 で長さがＬ（ｃｍ）である２つの同軸円形電極に流す。ＤＣ電圧（Ｖ）を、これらの電極に印可して、流れの方向に対して垂直に電界を発生させる。荷電粒子の軌道を電界によって変化させる。曲がった粒子が通る経路を、それらの特定の電気移動度によって決定する。選択された経路を通る粒子を、電極の末端部においてスリットを通して取り出す。他の全ての粒子は、電極上に堆積させ又はベントする。粒子の電気移動度は以下の式で与えられる。
【数２】
0003795718.tif 000003
ここで、ｑt は抽出装置を通る総流量、ｑs はスリットの流量、そしてｑa は入り口エアロゾル流量（ｃｍ3 ／秒）である。その後、得られた狭い範囲の塩化ナトリウムエアロゾルを２つの流れに分ける。その後、１つの流れは凝縮核計数器に流し、他方の流れはエアロゾル電位計に送る。凝縮核計数器から得られる粒子濃度の測定値を、電位計によって得られた測定値と直接に比較し、それによって、凝縮核計数器の計数率を決定する。その後、凝縮核計数器の計数率曲線を得るために、差動抽出装置の電圧を調節することによって、エアロゾルの狭い粒度範囲を変化させる。上述の試験方法は、Ｂ．Ｙ．Ｈ．Ｌｉｕ及びＹ．Ｈ．Ｐｕｉの論文「Ａ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｐｒｉｍａｒｙ，Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ  Ｎｕｃｌｅｉ  Ｃｏｕｎｔｅｒ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ａｎｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．４７、Ｎｏ．１、１９７４年４月、ｐ．１５５〜１７１において、全て説明されている。
【００５０】
凝縮核計数器の測定された計数率曲線は、図３及び図４においてグラフで示している。これらのグラフは、この凝縮核計数器は１３の異なるガス中において、０．０２μｍ程度の小さい粒度を、少なくとも５０％の割合で検知できることを示している（図３は、７種のガスのための凝縮核計数器計数率を示しており、この７種のガスはＮ2 、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6 、ＣＨＦ3 、ＳＦ6 、Ｈｅ、及びＯ2 である。また図４は、６種のガスのための凝縮核計数器計数率を示しており、この６種のガスはＡｒ、Ｈ2 、ＮＦ3 、Ｎ2 Ｏ、ＮＨ3 、及びＣｌ2 である）。これは、反応性及び毒性ガスに対応した既存のレーザー光粒子分光計又はレーザー光粒子監視装置と比較すると、比較的小さい粒子の感受性に関して１０倍の改良を示す。
【００５１】
本発明の凝縮核計数器２０は従来の試みと異なり、プロセスガス中の実質的に０．１μｍ未満の大きさの汚染物質粒子を連続的に計数する。またここで、本発明の凝縮核計数器２０は酸化性又は燃焼性ガスとの反応に耐性があるだけではなく、腐食に対しても耐性がある材料で全てが作られている。また、本発明の凝縮核計数器は高圧、例えば約５０〜７０ｐｓｉｇ（約３４５〜４８３ｋＰａ（ゲージ圧））、特に約６０ｐｓｉｇ（約４１３ｋＰａ（ゲージ圧））の圧力を保持して、加圧条件下で反応性又は毒性のガスを漏らさないように設計されている。この凝縮核計数器は完全なガス管路圧力で試料ガスを保持することができるので、上述のような、上流の減圧装置及びそのような装置に関連する制限なしに、ガス中において汚染物質粒子を検知することができる。
【００５２】
本発明の好ましい態様を説明してきたが、変更及び修飾を本発明の範囲内で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の凝縮核計数器の斜視図である。
【図２】断熱材及び光検知装置を加えた図１で示される凝縮核計数器の線２−２に沿った断面図である。
【図３】７つの異なるガスに対する本発明の凝縮核計数器の計数率を説明するグラフである。
【図４】６つの異なるガスに対する本発明の凝縮核計数器の計数率を説明するグラフである。
【符号の説明】
２０…凝縮核計数器
２２…ガス入り口管
２４…飽和器（26,28,30,32 を含む）
２６…貯蔵ブロック
２８…作業流体
３０…電気抵抗ヒーターパッド
３２…管状燒結金属ウィック
３４…凝縮器
３６…飽和器(24)と凝縮器(34)の間のテフロン接続部
３８…凝縮器(34)のための熱−電気冷却器
４０…凝縮器／熱フィン
４２…凝縮器(34)と光学検知容器(44)の間のテフロン接続部
４４…光学検知容器
４６…石英窓
４８…空力集束ノズル
５０…レーザー光
５２…集光器
５４…光検知装置
５６…ガス出口管
５８…飽和器(24)、凝縮器(34)、及びテフロン接続部(36,42) を取り囲む断熱材
【図１】
0003795718.tif 000004
【図２】
0003795718.tif 000005
【図３】
0003795718.tif 000006
【図４】
0003795718.tif 000007