JPH05232012A - 微粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光源ノイズを低減し、極めて小さい微粒子で
も確実に測定できる検出感度の良好な微粒子測定装置を
提供すること。 【構成】 光源としてシングルモード発振形半導体レー
ザ１を用いると共に、このシングルモード発振形半導体
レーザ１に内蔵されているレーザ光量センサ９の出力が
常に一定になるようにレーザ電流を制御すると共に、モ
ードホップを検出した時点でシングルモード発振形半導
体レーザ１の温度制御における設定温度を切換えるよう
にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造工程にお
けるウエハの洗浄その他の用途に使用される超純水やク
リーンルームなどに使用される清浄空気など、流体中に
含まれた微粒子の大きさおよび量を測定する微粒子測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記微粒子測定装置として、例えば図３
に示したものが知られている。この図において、31はノ
ズルで、これがフローセル（図外）の内に試料流体Ｆを
噴出する。Ｌは半導体レーザ（図外）によって発生され
るレーザ光で、このレーザ光Ｌを集光レンズ32で集光し
て、試料流体Ｆの流速分布がほぼ均一になる径方向の中
心部に、その流動方向に対して垂直方向に照射するよう
に構成されている。Ｓは試料流体Ｆに照射されたレーザ
光Ｌの観測領域33を通過する微粒子から生じる散乱光、
34はこの散乱光Ｓの受光レンズで、その結像位置にスリ
ット板35が配置され、このスリット板35を通過した散乱
光Ｓを検出する光検出器（図外）が設けられている。

【０００３】この微粒子測定装置は、集光レンズ32で絞
ったレーザ光Ｌを試料流体Ｆの中心部に入射する。そし
て、試料流体Ｆに微粒子が含まれていると、その微粒子
にレーザ光Ｌが照射されて散乱光Ｓが生じるから、この
散乱光Ｓを受光レンズ34とスリット板35を介して光検出
器で検出することによって、前記微粒子の大きさおよび
量を測定するのである。

【０００４】前記従来の微粒子測定装置は、集光レンズ
32で集光したレーザ光Ｌの光軸と試料流体Ｆの流動方向
とが互いに垂直になるように構成されており、試料流体
Ｆに含まれた微粒子は、レーザ光Ｌを径方向に通過す
る。従って、試料流体Ｆに含まれた微粒子にレーザ光Ｌ
が照射されて生じる散乱光Ｓの光量を多くすることが困
難であるから、前記微粒子の可測粒径の下限が 0.1μｍ
程度である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、微粒
子測定装置として、 0.1μｍ以下のごく小さい（例えば
0.1μｍ〜0.05μｍ）微粒子を検出することが要求され
てきている。このような要求に対しては、レーザ光とし
て高度にコヒーレントなものが必要となるところから、
レーザ光源としてシングルモード形半導体レーザを用い
ることが考えられる。しかし、この種の半導体レーザに
は、電流や温度変化によって発振波長が変化すると共
に、モード競合ノイズが生ずると云った問題点がある。

【０００６】そこで、前記ノイズ対策として、マルチモ
ード発振タイプの半導体レーザの使用することが考えら
れるが、次のような欠点がある。すなわち、マルチモー
ド発振タイプの半導体レーザは、これを低ノイズの条件
で使用すると、光量が低下しやすいと共に、より細いビ
ームを得ることが困難であると云った欠点がある。ま
た、他のノイズ対策として、マルチモード発振タイプの
半導体レーザを光源として用いると共に、差動検出ノイ
ズキャンセル法を適用する手法が試みられているが、光
学機構、光電変換素子、プリアンプにおけるゲインと位
相バランスを合わせる必要があり、その調整が極めて困
難である。

【０００７】一方、光源としてシングルモード形半導体
レーザを用い、これに高周波を重畳させて駆動すること
により、マルチモードのレーザ光を発生させる手法があ
るが、この高周波重畳駆動方法によっても、低ノイズの
条件で使用すると、光量が低下しやすく、より細いビー
ムが得にくいと云った欠点がある。

【０００８】このように、従来においては、光源ノイズ
を十分に低減させることができず、従って、粒子検出信
号にノイズが生ずることを避けられなかった。

【０００９】ところで、シングルモード発振形半導体レ
ーザにおいては、図４に示すように、発振スペクトル
は、そのケース温度に依存している。この図は、光出力
Ｐ₀ が30ｍＷにおける半導体レーザのケース温度が20℃
から50℃まで変化するときにおける発振波長（ｎｍ）の
変化を示すもので、発振波長は、ケース温度に対して不
連続に変動していることが判る。

【００１０】また、図５は、光出力Ｐ₀ 変化させたとき
における発振波長と相対光出力との関係を示したもの
で、この図から発振波長によって光強度（図５における
高さ）が大きく変わることが判る。つまり、これらの図
から、シングルモード発振形半導体レーザにおいては、
ケース温度が変わると、光出力が急変（モードホップ）
することが判る。

【００１１】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、光源ノイズを低減
し、極めて小さい微粒子でも確実に測定できる検出感度
の良好な微粒子測定装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る微粒子測定装置は、光源としてシング
ルモード発振形半導体レーザを用いると共に、このシン
グルモード発振形半導体レーザに内蔵されているレーザ
光量センサの出力が常に一定になるようにレーザ電流を
制御すると共に、モードホップを検出した時点でシング
ルモード発振形半導体レーザの温度制御における設定温
度を切換えるようにしている。

【００１３】

【作用】上記構成によれば、光源であるシングルモード
発振形半導体レーザに内蔵されているレーザ光量センサ
の出力が常に一定になるようにレーザ電流が制御され
る。そして、モードホップが検出されると、その時点
で、シングルモード発振形半導体レーザの温度制御にお
ける設定温度が切換えられる。これにより、光源ノイズ
が低減し、検出感度が向上する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。

【００１５】先ず、図２は、本発明に係る微粒子測定装
置における光源ユニットの一例を示し、この図におい
て、１はレーザ光Ｌを発する光源としてのシングルモー
ド発振形半導体レーザ（以下、単に半導体レーザと云
う）で、熱伝導の良好な金属、例えばアルミニウムより
なるヒートシンク２に保持されている。この半導体レー
ザ１は、その内部にレーザ光Ｌを発するレーザダイオー
ドと、発せられるレーザ光Ｌをモニタするためのレーザ
光量センサとしてのフォトダイオードとを備えている。
そして、３，４，５は半導体レーザ１にそれぞれ設けら
れるレーザダイオード端子、フォトダイオード端子、共
通端子である。そして、ヒートシンク２は、温度検出器
６を備えると共に、ペルチェ素子７を介して熱容量の大
なるベース８に取り付けられている。

【００１６】図１は、前記光源ユニットの駆動回路の構
成例を概略的に示すもので、この図において、８，９
は、半導体レーザ１に内蔵されるレーザダイオード、フ
ォトダイオードである。10はレーザ光制御回路で、フォ
トダイオード９の検出出力に基づいて、レーザダイオー
ド８から発せられるレーザ光Ｌの強度が一定になるよう
に制御する。11は温度制御回路で、温度検出器６の検出
出力と後述する可変設定部19の出力に基づいてペルチェ
素子７に制御信号を出力し、半導体レーザ１のケース温
度を設定温度になるようにするものである。

【００１７】12は前述したモードホップを検出する回路
で、前記フォトダイオード９の検出出力を増幅する増幅
器13、例えば 200〜 300μＳで変化する信号のみを通過
させるバンドパスフィルタ14、フリップフロップ15、タ
イマー回路16、サイクリックカウンタ17、ＤＡ変換器18
などよりなり、このＤＡ変換器18の出力は、可変設定部
19に一方の入力として加えられる。

【００１８】19は可変設定部で、基準電源20からの基準
電圧信号と前記モードホップ検出回路12の出力とに基づ
いてペルチェ素子７に対する制御信号を設定するもので
ある。すなわち、20は基準電源、21，22は抵抗、23は基
準電源20からの信号とモードホップ検出回路12からの信
号とを加算する加算回路である。

【００１９】次に、上記構成の微粒子測定装置の動作に
ついて説明すると、図外の電源スイッチをオンすると、
レーザ光制御回路10からの信号により、レーザダイオー
ド８がレーザ光Ｌを発する。この場合、フォトダイオー
ド９の出力が常に一定になるようにレーザ電流が制御さ
れる。そして、このときのレーザ光Ｌの光量は、フォト
ダイオード９によって検出され、その検出出力は、レー
ザ光制御回路10およびモードホップ検出回路12に入力さ
れる。一方、レーザダイオード８のケース温度は、ヒー
トシンク２に設けられた温度検出器６によって検出さ
れ、その検出結果が温度制御回路11に入力される。

【００２０】この温度制御回路11からは、所定の設定温
度が出力され、これによって、ペルチェ素子７が加熱あ
るいは冷却動作を行い、レーザダイオード８が所定の光
出力を出力できるように、ヒートシンク２の温度がペル
チェ素子７によって温度調節される。

【００２１】今、レーザダイオード８の光出力にモード
ホップが生ずると、レーザダイオード８の光出力に大き
いノイズが生じるので、モードホップ検出回路12から所
定の検出信号が出力される。この検出信号に基づいて前
記温度制御回路11からの設定温度が切り換えられるの
で、ノイズが低減し、従って、安定した光強度を保持さ
せることができ、これによって、高感度の検出が可能に
なる。

【００２２】本発明は、上述の実施例に限られるもので
なく、例えばモードホップの検出時点で、２以上の設定
温度に切換えるようにしてもよい。また、設定温度の切
換えと同時に微粒子検出信号を一定時間オフし、ノイズ
計測を行わないようにしてもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源ノイズが低減し、検出感度が向上する。従って、今
まで困難であった 0.1μｍ〜0.05μｍと云うようなきわ
めて小さい微粒子をも精度よく測定することができるよ
うになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微粒子測定装置における光源ユニ
ットの駆動回路の構成例を概略的に示す図である。

【図２】光源ユニットの一例を示す図である。

【図３】一般的な微粒子測定装置の構成の要部を示す図
である。

【図４】発振スペクトルの温度依存性を示す図である。

【図５】発振スペクトルの光出力依存性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…シングルモード発振形半導体レーザ、９…レーザ光
量センサ、Ｆ…試料流体、Ｌ…レーザ光、Ｓ…散乱光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からのレーザ光を試料流体に照射
   し、試料流体中の微粒子による散乱光を検出することに
   よって、前記微粒子を測定する微粒子測定装置におい
   て、前記光源としてシングルモード発振形半導体レーザ
   を用いると共に、このシングルモード発振形半導体レー
   ザに内蔵されているレーザ光量センサの出力が常に一定
   になるようにレーザ電流を制御すると共に、モードホッ
   プを検出した時点で前記シングルモード発振形半導体レ
   ーザの温度制御における設定温度を切換えるようにした
   ことを特徴とする微粒子測定装置。