JPH0442039A

JPH0442039A - 微粒子検出器の検出信号処理方式

Info

Publication number: JPH0442039A
Application number: JP2149054A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Suda; 須田　匡; Ryozo Okada; 岡田　亮三; Kenji Aiko; 健二愛甲
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1990-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1992-02-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コこの発明は、微粒子検出器の検出信号処理方式に関し、
詳しくはヘテロダイン方式の微粒子検出器における微粒
子検出信号の処理方式に関するものである。

［従来の技術］半導体などの精密部品の製造においては、塵埃などの微
粒子が製品の品質を劣化するので清浄度の良好なりリー
ンルーム内で作業がなされる。クリーンルームの清浄度
は微粒子検出器により計測される。微粒子検出器の基本
原理は、室内のエアよりサンプルエアを採取して検出器
の検出セルに導入し、これに対してレーザビームを投射
する。

サンプルエアに含まれている微粒子がレーザビームを散
乱するので、この散乱光を受光して微粒子を検出するも
のである。最近の半導体の高集積度に対応して微粒子検
出器は高度の検出性能が必要とされており、上記の基本
原理の構成に対して種々の点が改良されてそれなりに検
出性能が向上しているが、さらに性能を向上できるもの
としてヘテロダイン方式が提案され、特許出願公開「昭
６３−８３９４４号、半導体製造プロセスにおける塵埃
測定方法および測定装置」が開示されている。

第３図は、上記の特許出願にかかる塵埃測定装置の１実
施例の構成を示す。レーザ光源１よりの周波数ｆ　ｏの
レーザビームはビームスプリッタ２により２分され、そ
の一方は検出セル３の検出領域りにおいてサンプルエア
と直交し、微粒子の散乱光が散乱される。散乱光は集光
レンズ系４の集光レンズ４ａにより集光されてスリット
板４ｂのスリットにより迷光が除去され、コリメータレ
ンズ４ｃにより平行ビームとなってビームスプリッタ５
に入力する。２分された他方は変調部６に入力し、第１
の音響光学変調器６ａにおいて発振器６ｃよりの周波数
ｆｌにより周波数（ｆｏ　＋ｆｘ　）にシフトされ、さ
らに第２の音響光学変調器６ｂにおいて発振器６ｄより
の周波数ｆ２により周波数（ｆｏ　＋ｆｌ−ｆ２）にシ
フトされて参照ビームとされ、これがミラー７により反
射されてビームスプリッタ５に入力し、上記の散乱光の
平行ビームと合成される。両者の合成により周波数（ｆ
ｌ−ｆｚ）のビート信号が生じ、これが受光器８により
受光されて、その検出信号Ｓにより微粒子が検出される
。なお、以上において変調部６を１組の発振器と変調器
により上記のシフト周波数（ｆｏ　＋ｆｘ　−ｆｚ）を
作ることも当然できるが、この場合２組の発振器と変調
器を使用した理由は、音響光学変調器には大きいパワー
の高周波を必要とし、このために装置の電子素子に雑音
が混入してＳ／Ｎが低下するので、これを防止するため
とされている。

以上のヘテロダイン方式は既に古くから無線受信機など
に利用されており、検出すべき信号波の強度が非常に弱
いとき、これが変調波により増幅されて感度が著しく増
強できるもので、その意味では非常に微弱な微粒子検出
信号に適用することは極めて有効である。ただし、ヘテ
ロダイン方式においては一般に有用な信号の他に、変調
に伴って発生する無用有害の信号がありこれらを完全に
除去することは当然必要であるが、なお上記の合成によ
りえられたビート信号には、変調部などより種々の雑音
信号が混在しているので適当な方法によりこれを除去す
ることも是非とも必要である。

［解決しようとする課題］以上に述べたビート信号の雑音除去の方法には、単にビ
ート信号の周波数をフィルタにより選択することもある
程度有効であるが、さらに確実な方法として同期検波法
を適用することが考えられる。

この発明は、同期検波法を適用してビート信号の雑音を
除去し、Ｓ／Ｎを向上する微粒子検出信号出力方式を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明は、発振周波数ｆｌ　とｆｚの発振器と２個の
音響光学変調器とよりなり、レーザ光源の出力するレー
ザビームの周波数ｆ、を周波数（ｆｏ　＋ｆｘ　−ｆｚ
）にシフトした参照ビームを出力する変調部を具備し、
検出セルに導入されたサンプルエアに対して周波数ｆｏ
のレーザビームを投射し、サンプルエアに含まれた微粒
子による散乱光と、変調部の出力する参照ビームとをビ
ームスプリッタにより合成し、合成によりえられる周波
数（ｆｌ−ｆｚ）のビート信号により微粒子を検出する
ヘテロダイン方式の微粒子検出器における検出信号の処
理方式であって、発振器の出力する周波数ｆ１とｆｚの
２個の正弦波信号を乗算して周波数（ｆｌ−ｆｚ）の同
期信号を作り、ビート信号をこの同期信号により同期検
波するものである。

［作用］以上の構成による検出信号処理方式においては、微粒子
により散乱された周波数ｆｏの散乱光と、変調部より出
力される周波数（ｆ０＋ｆ１−ｆｚ）の参照ビームとの
合成によりえられた周波数（ｆｌ−ｆｚ）のビート信号
を、発振器の周波数ｆ１とｆｚの正弦波信号を乗算して
えられる周波数（ｆｌ−ｆｚ）の同期信号により同期検
波する。同期検波の原理は、対象とする信号のうちの同
期信号に同期した成分のみが検出され、同期していない
成分は検出されないもので、この場合、ビート信号は同
期信号に同期しているので検出され、ビート信号に含ま
れる同期していない雑音は検出されず、その分Ｓ／Ｎが
向上する。

［実施例］第１図（ａ）、（ｂ）は、この発明による微粒子検出器
の検出信号処理方式の第１の実施例の構成図と同期検波
の作用に対する説明図である。なお、以Ｆの各実施例に
おいては、第３図に示した従来のヘテロダイン方式の微
粒子検出器と同一部分には同一番号を付記する。第１図
（ａ）において、レーザ光源１の周波数ｆＯのレーザビ
ームはビームスプリッタ２により２分され、一方は検出
セル３の検出領域りにおいてサンプルエアと直交し、微
粒子の散乱光は集光レンズ系４を通って平行ビームとな
ってビームスプリッタ５に入力する。２分された他方は
変調部６に入力して周波数（ｆＱ＋ｆ１−ｆｚ）にシフ
トされて参照ビートとなり、ミラー７を経てビームスプ
リッタ５に入力して上記の散乱光の平行ビームと合成さ
れる。この合成により周波数（ｆｌ−ｆｚ）のビート信
号が生じ、これが受光器８により受光されて検出信号Ｓ
が出力される。ここまでは前記と同様である。これに対
してこの発明においては、変調部６の発振器８Ｃの周波
数ｆｌ　と発振器６ｄの周波数ｆ２の各信号を乗算器９
により乗算し、帯域フィルタ１Ｇにより周波数（ｆｌ−
ｆｚ）の成分を選択抽出してこれを同期信号Ｔとする。

同期検波器１１に対して同期信号Ｔと、アンプ８ａによ
り適当なレベルに調整された検出信号Ｓとを入力して同
期検波を行い、雑音が除去されてＳ／Ｎが向上した検出
信号Ｓ′かえられる。図（ｂ）により同期検波による雑
音除去作用を説明すると、検出信号Ｓには点線で示すビ
ート信号の他に微小に変動する雑音が混入しているが、
同期信号Ｔに同期したビート信号のみが検出信号Ｓ′と
なって雑音が除去されることが了解される。

さて、微粒子検出器のレーザ光源には、通常、大きいパ
ワーのえられるＨｅ−Ｎｅガスレーザ管が使用されてお
り、その形式には内部ミラー型と外部ミラー型がある。

また、両者ともレーザ管のレーザ出力側（正面）に対す
る反対側（背面）にもレーザビームがいくらか漏洩する
。これらにより光学系の構成には各種の変形ができる。

上記の第１の実施例は内部ミラー型とし、第２図は各種
の変形−に対する他の実施例である。

第２図（ａ）は第２の実施例を示す。レーザ光源１を内
部ミラー型とし、その正面よりの周波数ｆＯのレーザビ
ームが検出セル３に投射されて微粒子の散乱光が散乱さ
れる。一方、その背面より漏洩したレーザビームをミラ
ー１２により方向変更して変調部６に入力する。以下、
第１の実施例と同様にヘテロダイン方式によるビート信
号とこれに対する検出信号Ｓがえられ、乗算器９により
同期信号Ｔが作られて同期検波器１１により同期検波さ
れ、検出信号Ｓ′が出力される。

第２図（ｂ）、（ｅ）はレーザ光源１を外部ミラー型と
する第３および第４の実施例で、図（ｂ）においてはレ
ーザ管の背面のミラー１ａに対して、管の外部に外部ミ
ラー１ｂを設けて両者の間にレーザ発振を行うもので、
検出セル３はレーザ管ト外部ミラー１ｂの間に置かれて
レーザビームが検出セルの検出領域りを通過し、微粒子
の散乱光が散乱される。また、外部ミラー１ｂにはいく
らかのレーザビームを漏洩させ、これをミラー璽２によ
り変調部６に供給して参照ビームと同期信号を作成する
。図（Ｃ）は、背面のミラー１ａが漏洩するレーザビー
ムを利用するもので、以下、図（ｂ）、（ｃ）のいずれ
も上記同様の動作を行うものである。

なお、この発明においては２組の発振器と音響光学変調
器によりレーザビームの周波数ｒｏを２重変調するもの
であるが、１組の発振器と音響光学変調器によるヘテロ
ダイン方式に対しても適用できるもので、その場合は乗
算器９は不要で発振器の発振周波数が直接同期信号に利
用される。

［発明の効果］以上の説明により明らかなように、この発明による微粒
子検出器の検出信号処理方式においては、周波数ｆｏの
微粒子散乱光と、周波数（ｆｏ＋ｆ１−ｆｚ）の参照ビ
ームとの合成によりえられた周波数（ｆｔ−ｆｚ）のビ
ート信号に対して、２個の発振器の出力する周波数ｆ１
　とｆｚの正弦波信号を乗算してえられる周波数（ｆｘ
　−ｆｚ）の同期信号により同期検波され、同期信号に
同期しているビーム信号のみが検出され、ビート信号に
含まれる同期していない雑音は検出されずＳ／Ｎが向上
するもので、ヘテロダイン方式に必須のビーム信号の選
択抽出が良好に行われ、該方式による微粒子検出器の実
用化に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は、この発明による微粒子検
出器の検出信号処理方式の第１の実施例に対する構成図
および同期検波作用の説明図、第２図（ａ）、（ｂ）お
よび（Ｃ）は、この発明による微粒子検出器の検出信号
処理方式の第２、第３および第４の実施例に対する構成
図、第３図は特許出願公開にかかるヘテロダイン方式の
微粒子検出器の基本構成図である。１・・・レーザ光源、　　２，５・・・ビームスプリッ
タ、３・・・検出セル、　　　　　４・・・集光レンズ
系、４ａ・・・集光レンズ、　　　４ｂ・・・スリット
板、４ｃ・・・コリメータレンズ、６・・・変調部、６
ａ、６ｂ・・・音響光学変調器、８ｃ、６ｄ・・・発振
器、７．１２・・・ミラー　　　　８・・・受光器、８
ａ・・・アンプ、　　　　　９・・・乗算器、１０・・
・帯域フィルタ、　　１１・・・同期検波器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発振周波数ｆ＿１とｆ＿２の発振器と２個の音響
光学変調器とよりなり、レーザ光源の出力するレーザビ
ームの周波数ｆ＿０を、周波数（ｆ＿０＋ｆ＿１−ｆ＿
２）にシフトした参照ビームを出力する変調部を具備し
、検出セルに導入されたサンプルエアに対して上記周波
数ｆ＿０のレーザビームを投射し、該サンプルエアに含
まれた微粒子による散乱光と、上記参照ビームとをビー
ムスプリッタにより合成し、該合成によりえられる周波
数（ｆ＿１−ｆ＿２）のビート信号により上記微粒子を
検出するヘテロダイン方式の微粒子検出器において、上
記発振器の出力する周波数ｆ＿１とｆ＿２の２個の正弦
波信号を乗算して周波数（ｆ＿１−ｆ＿２）の同期信号
を作り、上記ビート信号を該同期信号により同期検波す
ることを特徴とする、微粒子検出器の検出信号処理方式
。