JPH05288668A - 塵検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微妙な調整作業等を必要とせず、安価で、優
れたメンテナンス性と高い測定精度を備えた新規な塵検
出器を提供する。 【構成】 光ファイバを平面的に配列して成る光ファイ
バアレイ３０６からのレーザビームを半円柱レンズ３４
でシート状にビームが分布した平行レーザビーム３６に
変換する。このレーザビーム３６を塵粒子１８が横切る
際に生ずる散乱光２２を検知手段２６で検出する。ま
た、このシート状レーザビーム３６を吸収して外部にも
らさないレーザビーム吸収手段１６を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、製品製造空間におい
て塵の数をリアルタイムで検出することのできる塵検出
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用装置あるいは電子部品製造
用装置では、製品の歩留まりを確保するために、基板に
対する塵の付着を最小限にする必要がある。このため、
常時、製品製造環境における塵の発生状況をモニタし、
塵の増加があればこれを検知して塵の増加を抑制する対
策をとる研究がなされている。

【０００３】図６は、従来のこの種の塵検出器の一例
（特開昭６２−２１５８４３公報に開示のあるもの）を
説明するための図である。同図の（Ａ）、（Ｂ）および
（Ｃ）は、それぞれその塵検出器の平面図、側面図およ
び斜視図を示している。

【０００４】レーザ発振器１０から出たレーザビーム１
２は、対向設置された二枚の平行平面鏡１４ａおよび１
４ｂの間で反射を繰り返し、両平面鏡１４ａおよび１４
ｂ間に単一の平面状のレーザビームネット１２０を形成
している。レーザビーム１２は、レーザビーム吸収器１
６に入り、ここで最終的に吸収されて外部に洩れないよ
うになっている。

【０００５】塵粒子１８が矢印２０のようにこのレーザ
ビームネット１２０に飛来してレーザビーム１２を横切
るとき散乱光２２を生じる。この散乱光２２は集光ミラ
ー２４ａおよび２４ｂによって、散乱光検出器２６ａお
よび２６ｂに集められ、ここでレーザビーム１２を横切
った塵粒子１８の数がカウントされる。

【０００６】レーザビーム１２の反射の繰り返し回数を
増やすことによってレーザビームネット１２０のビーム
密度を密にし、ネットの隙間を少なくして、検出されな
いで通過する塵粒子１８の数を減らして塵粒子数計測の
感度を向上させることができる。

【０００７】図７は、従来の塵検出器の他の例（特開平
３−１７６６４１号公報に開示のあるもの）を示す図で
ある。図７の（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ平面図お
よび側面図である。符号は図６に合わせてある。

【０００８】図７に示した構成例では、半導体レーザア
レイ等で構成されるレーザ光照射手段２８により、複数
のレーザビームを平行かつ緻密に照射してレーザビーム
シート３０を形成している。このレーザビームシート３
０を塵粒子１８が遮ると散乱光２２が発生する。この散
乱光２２を検出器２６を使って検出するようにしてい
る。１６はレーザビーム吸収器である。図６でレーザビ
ームを反射させるのに使用していた反射鏡１４ａおよび
１４ｂは必要としない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した構成の従
来の塵検出器では、対向する反射鏡１４ａおよび１４ｂ
の鏡面が飛来するダスト等によって次第に汚染されてい
くため、定期的にクリーニングしなければならない。ま
た、反射鏡１４ａおよび１４ｂは機械的に精密に平行平
面に設置されなければならないが、製造、使用およびク
リーニングのすべての過程で常時この精密さを保つのに
は困難がある。また、レーザビームネット１２０のビー
ム密度にも限界があるため、ネットの隙間を素通りする
塵粒子１８の数が多い。このため、高い測定精度を得る
ことができない。

【００１０】一方、図７に示した構成の従来の塵検出器
では、半導体レーザアレイ２８等からの光でレーザビー
ムシートを形成するため、反射鏡を必要とせず、そのた
め構成が極めて単純になる。しかし、半導体レーザアレ
イ２８等を構成する多数のレーザ光源から発するレーザ
ビームを、平行、かつ、等間隔で、よく揃ったスポット
状ビームに変換して実用に耐えるレーザビームシートを
形成するためには、レーザ光源のそれぞれに微細で高精
度の補正用光学的レンズを備える必要がある。

【００１１】しかし、多数のレーザ光源の各々に補正用
光学的レンズを装着して正確に平行なレーザビームを形
成するのは容易な作業ではない。またもし、その作業に
成功して、数十μｍ間隔で多数本の平行なレーザビーム
を形成することができたとしても、これではレーザビー
ム相互間の間隙はあまりに広い。測定の対象となる塵粒
子１８の粒径は最大でも数μｍの大きさであるため、そ
の広い間隙を検出されないまま素通りする塵粒子はどう
しても多くなる。

【００１２】さらに、複数のレーザビーム光を一斉に放
射する半導体レーザアレイは、多数の半導体レーザの発
生する熱によって動作が不安定になる可能性がある。こ
の発熱の問題を解決するためには、半導体レーザに投入
する電力を制限したり、或いはまたは、半導体レーザア
レイに冷却機構を付加したりしなければならない。そう
すると、塵粒子の検出感度が低下したり、あるいは塵検
出器の構成部品数が増えて構造が複雑化してコスト上昇
を招いたりする欠点がある。

【００１３】この発明の目的は、微妙な調整作業等を必
要とせず、安価で、しかも優れたメンテナンス性と高い
測定精度を備えた、塵検出器を提供することにある。

【００１４】

【問題を解決するための手段】この発明は、光の出射側
部分を平面状に配列された複数の光ファイバからなる光
ファイバアレイと、この光ファイバアレイからのレーザ
ビームをシート状に分布した平行レーザビームに変換す
る変換手段と、該平行レーザビームを塵粒子が横切る際
に生ずる散乱光を検知する検知手段と、該平行レーザビ
ームを吸収して外部にもらさないビームストッパ手段と
を備えた塵検出器によって前記目的を達成したものであ
る。

【００１５】光ファイバアレイからのレーザビームを平
行レーザビームに変換する変換手段を、前記光ファイバ
アレイの配列方向と直交する方向に前記レーザビームを
絞り込む光学的レンズ手段とし、該光学的レンズ手段を
該光ファイバアレイの光の出射端面に近接して設けるこ
とで、塵粒子検出の精度をいっそう向上させることがで
きる。

【００１６】尚、光ファイバアレイは、その光の入射側
部分を円柱状に束ねて、その円柱の端部に、レーザ光源
からレーザビームを照射することで、この発明の装置は
その光学的装置部分を安価に構成することができる。

【００１７】

【作用】上述したこの発明の構成によれば、光ファイバ
アレイから出射したレーザビームはビーム変換手段によ
り、このアレイに垂直な方向のビームの広がりを抑制し
てシート状にレーザビームが分布した平行レーザビーム
を得る。光ファイバアレイは、単一の光ファイバを多数
隣接して平面的に配列させてあるので、得られる平行レ
ーザビームは間隙のない一様なシート状レーザビームと
なっている。従って、このシート状レーザビームの領域
に塵粒子が入り込んでレーザビームを遮ると、散乱光を
発生するので、この散乱光を散乱光検知器が検出して塵
粒子の個数を計数する。従って、シート状レーザビーム
領域に入り込んだ全ての塵粒子を完全に検知器で検知し
得るので、従来のような調整を要せずに塵粒子の正確な
計数が可能となる。また、レーザビームはビームストッ
パ手段で完全に吸収されるので安全である。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の塵検出器の
実施例につき説明する。図１は、この発明の塵検出器の
実施例の構成を説明するための図であり、同図の（Ａ）
は斜視図および（Ｂ）は側面図を示す。

【００１９】この発明の塵検出器は、光ファイバアレイ
３０と、レーザビームを平行レーザビーム３６に変換す
る変換手段３４と、散乱光の検知手段２６と、ビームス
トッパ手段１６とを備えた構成となっている（図１の
（Ａ）および（Ｂ））。 この実施例では、光ファイバ
アレイ３０を多数本の光ファイバで構成し、これら光フ
ァイバの一方のレーザビーム入射端側を円柱形状に束ね
た端部３０ａとして形成する。この端部３０ａには適当
な光学系例えば凹レンズ３２を通して、レーザ発振器１
０からのレーザビーム（レーザ光）を入射させる。これ
ら光ファイバの他方の端部３０ｂを、平面状に互いに隣
接させて配列させ、その直線状に並ぶ出射端面から、そ
のレーザビームを放射する。光ファイバアレイ３０から
出射されたレーザビームを光ファイバアレイの配列に直
交する、厚さ方向にのみ絞り込むための好ましくは光学
的レンズ手段例えば円柱形レンズまたは半円柱形レンズ
３４を設ける。このレンズ３４を経由したレーザ光は隙
間のないレーザビームがシート状に分布した平行レーザ
ビーム３６を形成する。この平行レーザビーム３６をレ
ーザビームシートと称す。

【００２０】塵粒子１８がレーザビームシート３６を横
切ると、レーザビームは塵粒子１８によって散乱され、
この散乱光２２を散乱光検知器２６で検出する。この検
知器２６が散乱光２２を検知する毎にこの検知回数をカ
ウントするので、結果的に塵粒子１８の数をカウントす
ることとなる。

【００２１】次に、図２および図３を参照して、円柱形
レンズまたは半円柱形レンズ３４の作用について述べ
る。各光ファイバから出射されるレーザ光は、それぞれ
およそ数十度の広がり角度をもつため、直線状に並ぶ光
ファイバアレイ３０の出射端面から出射されるレーザ光
は、この円柱形レンズまたは半円柱形レンズ３４がない
ときは、次第に広がってゆく円形のスポットが重なり合
ってできる、厚さが末広がりに厚くなる末広状光ビーム
３８を作る（図２の（Ａ））。しかし、この発明の構成
要件である変換手段３４として上述のような円柱形レン
ズまたは半円柱形レンズを、光ファイバアレイ３０の出
射端面に近接させて配置すると、出射したレーザビーム
は、そのアレイ３０に直交する方向の、厚さ方向に絞り
込まれる。このため、このレーザビームは、幅方向には
隙間が無く、厚さ方向には薄い、理想的なシート状の平
行レーザビーム３６が形成される（図２の（Ｂ））。従
って、塵粒子１８の検出洩れを防止し、かつ、計数の精
度を極めて高めることができる。

【００２２】図１のように光ファイバアレイ３０を構成
する技術は、すでに実用化され完熟した技術であるた
め、この発明の装置には何ら特別な工夫を要する部分は
ない。光学的レンズも単体で単純であるため、図１の塵
検出器は、コスト、製作、調整のすべての面で、従来の
図６および図７を参照して説明した従来の塵検出器より
も遥かに優れている。

【００２３】図３の（Ａ）は、直径２ｍｍの半円柱形レ
ンズ３４を用いた場合に、コア径５μｍの光ファイバ４
１から出射する光の径が、光ファイバ４１の光の出口４
０と半円柱形レンズ３４（の平面側）との間の距離αを
変えるとき、どのように変化してゆくかを示したグラフ
である。図３の（Ａ）の横軸に光ファイバ・レンズ間距
離α（ｍｍ単位）をとって示してあり、縦軸には、半円
柱レンズ３４の頂点から距離Ｌ（Ｌ＝３０ｍｍとする）
だけ離れた測定点Ｐでのビーム径Ｄ（ｍｍ単位）を示し
てある。

【００２４】図３の（Ｂ）は、このときの測定状態を概
略的に示した図である。ここでは、光ファイバから出る
光の出射角を１７度、レンズの屈折率ｎを１．５１とし
て計算してある。

【００２５】集光されるビームのスポット径Ｄは、距離
αに大きく依存し、αが約０．３ｍｍのときにほぼ平行
なビームが得られ、その時のビーム径Ｄは０．５ｍｍ程
度となることがわかる。この図３の（Ａ）のグラフは、
半円柱形レンズ３４のような単純な構造のレンズであっ
ても、この発明の塵検出器２６（図１の（Ａ）および
（Ｂ））に充分効果的に使用出来ることを示している。
説明を省略するが、円柱形レンズでも同様の効果を得る
ことができる。

【００２６】この発明では、好ましくは、円柱形状に束
ねた光ファイバの端部３０ａに対して、凹レンズ３２を
介して効率良くレーザ光を照射するのが良い。（図１の
（Ａ）および（Ｂ））。従って、塵粒子検出部２６の形
状を、光源１０としてのレーザ発振器の大きさとは無関
係に小さく構成することができる。その一方で、光源の
レーザ発振器１０には十分に大型で高出力のものを使用
することが可能となり、このため、強力な光は散乱光検
出器２６の、塵粒子１８の検出感度を大いに向上させる
ことができる。

【００２７】図４は、図１の塵検出器の塵検出部のほぼ
全体を容器４２内に納めてコンパクトに纏めたものの図
であり、（Ａ）は、上部覆いを除いた平面図および
（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線側面断面図である。尚、図１
に示した構成成分と同一の構成成分に対しては同一の符
号を付して示してある。

【００２８】ここではクラッド径２５０μｍの光ファイ
バを隣接して１６０本平面状に配列した光ファイバアレ
イ３０の光の出口に、半円柱形レンズ３４を配置して、
４０ｍｍの幅のシート状ビーム３６を作っている。半円
柱形レンズは、夏目光学株式会社製の径２ｍｍのマイク
ロシリンダーレンズ（商品名）を使用した。

【００２９】光ファイバから出射されたレーザビームの
うち、塵粒子によって散乱された光以外の光はすべてレ
ーザビーム吸収器１６で吸収される。このレーザビーム
吸収器１６には、ガラスフィルタ、ゼラチンフィルタな
どの、使用レーザ光に対して十分な吸収特性を持った吸
収フィルタ１５および１７を、図４の（Ｂ）に示すよう
に二枚以上組み合わせて使用し、吸収を確実にして、光
が外部に洩れないようにしている。洩れてそれが散乱光
検出器２６に入ると、塵粒子検出の測定精度を低下させ
るからである。散乱光検出器２６は、これも細長い形状
のものが好ましく、浜松ホトニクス株式会社製のＰＩＮ
シリコンフォトダイオードＳ２５５１−０１、Ｓ３５８
８（商品名）を選定し使用した。

【００３０】この図４の塵検出部は、外形６ｃｍ角程度
の平面形状のものであるが、光ファイバの数を減らし
て、小型の光検出器を用いるときは、さらに小型の装置
に作ることができる。

【００３１】尚、この発明の塵検出器は、大気中の塵粒
子の測定は勿論、真空装置における塵粒子の検出にも十
分に対応できる。図５は、真空装置の排気配管内に塵検
出部を設置して塵の検出を行う場合の、この発明の実施
例の要部の断面図である。

【００３２】この実施例の構成によれば、排気管４６の
途中に塵検出部５０を設けてある。この排気管４６の両
端のフランジを真空装置に取り付け、排気管４６を通し
て真空装置の排気を行うとき、排気された雰囲気ガス中
に含まれる塵粒子は前記のシート状光ビームを通過する
際にレーザビームを乱反射する。この乱反射光を前述の
ようにした散乱光検出器２６が検出することによって、
雰囲気ガス中に含まれる塵粒子の数が計測され、真空装
置内の塵の数を把握することが出来る。

【００３３】この発明の塵検出器が、真空排気配管内だ
けでなく、半導体製造装置のロードロック室、成膜室等
々にても使用可能であることは容易に理解できる。

【００３４】以上、この発明を実施例を用いて説明した
が、この発明はこの実施例以外に種々の変形が可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】この発明の装置によれば、隙間の無いレ
ーザビームシートを形成することができ、検出洩れ、測
定の誤差のない、塵粒子の検出、計数が可能である。し
かも構造は単純で微妙な調整を要せず、高価な部品を必
要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の塵検出器の原理を示す図
で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図および（Ｃ）は斜
視図である。

【図２】光ファイバから出射された光の形状と、円柱形
または半円柱形レンズの効果を示す図で、（Ａ）は、円
柱形レンズまたは半円柱形レンズがないときのレーザ光
および（Ｂ）は、それらが配置されたときのレーザ光の
図である。

【図３】半円柱形レンズを配置位置に対するレーザビー
ムの径を示す図で、（Ａ）はグラフおよび（Ｂ）は配置
位置を示す図である。

【図４】この発明の実施例の塵検出器の塵検出部の一例
を示す図で、（Ａ）は上部覆いを除いた平面図および
（Ｂ）は側面断面図である。

【図５】この発明の実施例の塵検出部を真空装置の排気
管に取り付けた場合の断面図である。

【図６】従来の塵検出器の、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は
側面図および（Ｃ）は斜視図である。

【図７】従来の塵検出器の、（Ａ）は平面図および
（Ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１０：レーザ発振器 １２：レーザビーム １４ａ、１４ｂ：平行平面鏡 １２０：レーザビーム
ネット １６：レーザビーム吸収器 １８：塵粒子 ２０：塵粒子の移動方向 ２２：散乱光 ２４ａ、２４ｂ：集光ミラー ２６、２６ａ、２６
ｂ：散乱光検出器 ３０：光ファイバアレイ ３２：凹レンズ ３４：円柱形レンズまたは半円柱形レンズ ３６：レーザビームシート ４０：光ファイバの光
の出口 ４２：容器 ４６：排気管 ４８：フランジ ５０：塵検出部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】この発明の実施例の塵検出器の原理を示す図
で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の出射側部分を平面状に配列させた複
   数の光ファイバからなる光ファイバアレイと、この光フ
   ァイバアレイからのレーザビームをシート状に分布した
   平行レーザビームに変換する変換手段と、該平行レーザ
   ビームを塵粒子が横切る際に生ずる散乱光を検知する検
   知手段と、該平行レーザビームを吸収して外部にもらさ
   ないビームストッパ手段とを備えたことを特徴とする塵
   検出器。
2. 【請求項２】 光ファイバアレイからのレーザビームを
   平行レーザビームに変換する変換手段を、前記光ファイ
   バアレイの配列方向と直交する方向に前記レーザビーム
   を絞り込む光学的レンズ手段とし、該光学的レンズ手段
   を該光ファイバアレイの光の出射端面に近接して設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の塵検出器。
3. 【請求項３】 光ファイバアレイは、その光の入射側部
   分を円柱状に束ねて、その円柱の端部に、レーザ光源か
   らレーザビームを照射することを特徴とする請求項１記
   載の塵検出器。