JPH0743300A

JPH0743300A - 微粒子計測装置

Info

Publication number: JPH0743300A
Application number: JP18461393A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takeda; 一男武田; Atsushi Hiraiwa; 篤平岩; Yoshitoshi Ito; 嘉敏伊藤; Tadashi Suda; 匡須田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体製造プロセスで使用される液体のダス
トモニタとして、ダストである微粒子を気泡と区別して
１個単位で粒径の計測ができ、かつ、微粒子の物質をも
同定できる微粒子計測装置を実現する。【構成】液体を流すフローセル１の上流側３と下流側
３′とに光照射して、微粒子からの散乱光で微粒子の計
測を行う装置において、フローセル１中に電極２を設置
して電場を印加し、上記微粒子を電気泳動させ、その変
位量をアレイ型光検出器５、５′で検出し、液中に含ま
れる微粒子を気泡と区別して粒径を測定し、かつ、該微
粒子の物質の弁別をも行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスで
用いられる液体中のダストの濃度を計測するための微粒
子計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体中に存在する異物微粒子（ダ
スト）を検出するために、異物微粒子を含んだ液体にレ
ーザ光を照射し、異物微粒子からの散乱光を検出して、
液体中に存在する微粒子濃度と共に、散乱光の強度値か
ら微粒子径を求めていた。これに関しては、例えば、特
開昭５４−１１４２６０号公報に記載されている。ま
た、特開平１−３５４１号公報には、シースフローで包
んで流した微粒子液体に電場を印加し、微粒子の帯電状
態によって流れをシフトさせ、その下流のシースフロー
中で正帯電微粒子がシフトしてくる側と負帯電微粒子が
シフトしてくる側とに色の異なる光を別々に照射して、
散乱光の色によって帯電状態の異なる微粒子を区別して
計測する方法が記載されている。これでは帯電微粒子の
みを計測し、その微粒子が正帯電か負帯電かのみを判定
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハの洗浄に
は高度のクリーン度が要求されるために、ダストである
微粒子の濃度を適時計測することにより、洗浄液の品質
管理を行う必要がある。しかし、上記の従来の技術によ
る微粒子計測装置では、洗浄過程で発生する気泡をダス
トとして計測してしまう欠点があった。また、ダストの
濃度（個数）を計測するだけであり、ダストの管理上必
要な汚染源が何であるかを知るダストの物質に関する情
報は、全く得られていなかった。

【０００４】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、半導体製造プロセスにおけるより高度
な品質管理が可能になるように、液体中の気泡と区別
し、さらに、微粒子の物質同定も可能な微粒子計測装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明においては、光散乱によって液体中の微粒子を
計測する微粒子計測装置において、流れている液体中に
流れに対して垂直方向に電場を印加する手段と、上記液
体中に存在する微粒子の上記電場による電場方向への変
位量を測定する手段とを設け、上記微粒子の物質を弁別
できるようにする。また、これに加えて、微粒子からの
散乱光強度を測定して微粒子の粒径を測定し、微粒子の
物質別粒径分布を計測する。ここで上記微粒子の変位量
の測定には、アレイ型光検出器を用いる。

【０００６】また、上記電場印加のＯＮ状態とＯＦＦ状
態とにおける微粒子の検出数を測定し、液体中に存在す
る微粒子濃度と気泡濃度とを区別して計測し、それらの
検出数の差や比を表示する。

【０００７】また、電場による微粒子の変位量と物質と
の対応関係の校正には、ポリスチレン粒子を懸濁した液
体試料を標準試料として用いる。さらに、微粒子と気泡
とを区別するための印加電場の強さの校正には、ゼータ
電位が十分に小さくなるように表面処理を施したポリス
チレン粒子と、表面処理を施していないポリスチレン粒
子とをそれぞれ懸濁した２種類の液体試料を用い、電場
ＯＮ、ＯＦＦにおける各微粒子検出数の差が、前者では
ほぼ零であり、後者では十分に計測できる範囲に印加電
場の強さを設定する。

【０００８】

【作用】上記の微粒子計測装置における作用について、
以下、図１、９、１０に基づいて説明する。

【０００９】まず、図１において、フローセル１の中に
微粒子を含む被測定液体を一定の流速Ｕ（ｍ／ｓ）で流
す。この流路の両側に長さＸ（ｍ）の電極２を設置し、
これらの間に電圧を印加し流体の流れの方向とは垂直に
電場を発生させ、帯電粒子に電気泳動による移動を生じ
させる。この電場による液体中微粒子の運動は、印加し
た電場の強さが一定であれば、微粒子は外液の粘性力と
電気力が釣り合って常に一定の速度で泳動することにな
る。この泳動速度は、電場をかける領域の上流と下流に
それぞれアレイ型光検出器５、５′に対応して設定され
た検出領域６、６′で以下のようにして求められる。ま
ず、電場が存在しない状態で標準粒子を流すことによ
り、２つのアレイ型光検出器における検出位置の対応関
係を明らかにして置く。次に、電場を印加すると２つの
アレイ型光検出器における検出位置の対応関係にずれが
生じる。このずれ量ｄ（ｍ）から、電気泳動速度Ｓ（ｍ
／ｓ）が以下のように求まる。

【００１０】

【数１】

【００１１】したがって、ゼータ電位ζ（Ｖ）は以下の
ように求まる。

【００１２】

【数２】

【００１３】ただし、ηは試料液の動粘性係数、εは試
料液の誘電率、Ｅは電場の強さ（Ｖ／ｍ）である。

【００１４】上記の条件において、フローセル１内の流
路断面における微粒子の速度分布は、ポアズイユの流れ
における速度分布ではなく一様と仮定している。ポアズ
イユの流れの速度分布においても同様に電気泳動速度Ｓ
と検出位置のずれｄには数式１とは異なるが関数関係が
あり、その関数関係で補正すれば同様にずれ量ｄから電
気泳動速度Ｓが導出でき、数式２によってゼータ電位が
求まる。このゼータ電位ζは、Ｅが一定ならば、微粒子
物質と外液のηとεで変化し、微粒子の粒径及び形状に
依存する程度は非常に小さい（池田勝一著コロイド化学
（１９８６）裳華房）。したがって、一定の外液中で
は、このゼータ電位、即ち電気泳動速度で微粒子の物質
弁別が可能になる。

【００１５】一般に、コロイド粒子の電気泳動速度は１
（ｖ／ｃｍ）の電場に対して数（μｍ／ｓ）である。し
たがって、電極間の距離を１（ｍｍ）として電圧を１０
（Ｖ）とすると、電場は１００（Ｖ／ｃｍ）となるので
帯電粒子の泳動速度は数１００（μｍ／ｓ）になる。電
極の長さを１（ｃｍ）として流速を１０（ｃｍ／ｓ）と
すると、電気泳動による検出位置のずれは数１０（μ
ｍ）となり、数１００倍の倍率で測定すると検出器の面
上で数ｍｍの長さになり、アレイの長さが１（ｃｍ）で
素子分割数２０程度の一般的なアレイ型光検出器で十分
にずれを検出することができる。二、三の物質の泳動速
度の実験値（電場の強さ５．５Ｖ／ｍｍ、超純水中）を
あげると、ポリスチレン粒子（１００±２０μｍ／ｓ、
負帯電）、Ａｌ₂Ｏ₃粒子（５０±１０μｍ／ｓ、正帯
電）、表面をカルボキシル基修飾したポリスチレン粒子
（２０±５μｍ／ｓ、負帯電）などである。しかも、こ
れらの泳動速度は、粒径１０μｍ以下の範囲で粒径に依
存していない。したがって、これらの泳動速度の物質ご
との対応表を作成しておけば、検出した微粒子の材料を
特定することが出来る。また、気泡の泳動速度はゼロで
あることが、本発明者らの実験により明らかになってい
る。上記の泳動速度は外液が純水の場合であるが、その
値は外液の粘性と誘電率とによって変化するので、外液
に合わせて泳動速度と物質の対応関係を補正する必要が
ある。その際、被測定液中に既知の材料でできた微粒子
を添加し、その泳動速度を上記の方法により計測し、未
知の微粒子の泳動速度の補正を行う手続きをとれば、任
意の液体中の微粒子の物質の同定も可能となる。

【００１６】微粒子１個毎にずれ量ｄを測定するために
は２つのアレイ型光検出器５、５′間（距離：Ｌ
（ｍ））で時間的な相関を取る必要がある。上流側のア
レイ型光検出器５で検出した微粒子はＬ／Ｕ（ｓ）後に
下流側のアレイ型光検出器５′を通過するので、この瞬
間に下流側のアレイ型光検出器５′で検出した微粒子
を、上流側のアレイ型光検出器５で検出した微粒子と同
一であるとみなすことができ、これによって２つのアレ
イ上の検出位置の差でｄが決定される。時間的な相関を
とるための具体的な方法として、上流側のアレイ型光検
出器５の検出信号をゲート信号発生回路８とＬ／Ｕ
（ｓ）だけ遅らせる遅延回路１２とで下流側のアレイ型
光検出器５′の信号のゲート回路９に入力すればよい。

【００１７】さらに、上記の微粒子の泳動速度の測定と
同時に微粒子からの散乱光強度の測定により、物質ごと
に粒径を計測することが出来る。

【００１８】以上は、液中微粒子の物質弁別を行う原理
を説明したが、微粒子と気泡とを区別する方法は上記に
比較し簡単に行えるので、それを以下に記述する。この
作用を、図９と得られたデータ図１０で説明する。図９
に示したように、フローセル１中で流れの上流に１組の
電極２を設置し、その下流に光照射する。照射領域３の
一部分６を通過した微粒子からパルス的に発生する散乱
光をレンズ４で集光して光検出器５で検出し、増幅器７
及び、ピークホールド回路およびＡ／Ｄ変換器１０、メ
モリ１１、制御用コンピュータ１３、出力器１４からな
る装置構成で散乱光パルスの単位時間当り検出数を波高
値別に計測する。測定時は、電極２間の電場を一定時間
間隔でＯＮとＯＦＦを繰り返しながら微粒子計測を行
う。印加する電場の強さは、電場ＯＮ時に電気泳動によ
って検出領域６を通過する帯電粒子が十分に減少する様
な値に設定する。気泡は帯電していないので、電場ＯＮ
−ＯＦＦの影響を受けないが、帯電粒子は電場ＯＮ時に
十分に減少するので、帯電しているダスト粒子と気泡と
を区別することができる。電場ＯＮ−ＯＦＦを繰り返し
て得られたデータの例を図１０に示すが、電場ＯＮ時の
単位時間当りのカウント数が気泡に由来し、電場ＯＮ時
とＯＦＦ時の単位時間当りのカウント数の差が気泡以外
の微粒子に由来すると判定する。当然、電場ＯＮ時の単
位時間当りのカウント数には気泡以外にゼータ電位の小
さいダスト粒子が含まれるから、実際の気泡の濃度は、
電場ＯＮ時のカウント数レベル以下と判断するのが正し
い。いずれにしても、本発明においては、気泡の影響を
除いて微粒子の計測ができる。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る微粒
子計測装置の第１の実施例の構成図である。図１（ａ）
は、フローセルと微粒子検出系を、図１（ｂ）は、照射
光学系と水流系との関係を示す図である。

【００２０】まず、石英製のフローセル１に、測定対象
となる微粒子を含む液体を、被測定液槽１５からポンプ
１８を利用して一定の流速Ｕ（ｍ／ｓ）で流す。フロー
セル１中の流路側面には、白金電極２が形成されてい
る。この電極２間の距離はｌ（ｍ）であり、電極２の長
さはＸ（ｍ）である。レーザ光源１７よりハーフミラー
２０及びミラー２１を利用して、二本のレーザ光３、
３′をそれぞれフローセル１中の電極２の上流と下流部
に照射する。照射透過光はビームストッパ２２で遮光す
る。それぞれの照射領域３、３′を通過する微粒子から
の散乱光をレンズ４、４′でそれぞれアレイ型光検出器
５、５′の検出面上に結像させ集光する。アレイ型光検
出器５、５′のアレイの方向は、微粒子の流れに垂直方
向に設置する。アレイ数はｎ個であり、それぞれｃｈ
（１）、ｃｈ（２）、……ｃｈ（ｎ）と各素子に番号付
けをする。照射領域の結像とアレイ検出器の検出面との
関係は、照射領域３、３′内に図示した２つの検出領域
６、６′（その間の距離はＬ（ｍ）である）で示すこと
ができる。アレイ型光検出器５、５′で検出した信号は
それぞれ増幅回路７、７′を通す。上流側の検出器５で
検出した信号をトリガとして一定時間（微粒子が２つの
検出領域６、６′の間を通過するのに要する時間、Ｌ／
Ｕ（ｓ））の後に、下流側の検出器５′で検出を行う。
このために、増幅器７の信号をゲート信号発生回路８と
遅延回路１２を通して、ゲート回路９に入れる。ゲート
回路９は上流側の検出器５のすくなくとも１個のある素
子ｃｈ（ｉ）が微粒子を検出した場合、下流側の検出器
５′のすべての検出素子に対してＬ／Ｕ（ｓ）後にゲー
トが開く。両検出器５、５′の検出信号は、それぞれ波
高値検出回路およびＡＤ変換回路１０、１０′で信号の
ピーク値をデジタル化して、その値と共に上流側の検出
器５での素子番号と下流側の検出器５′での素子番号と
の差をメモリ１１に格納する。

【００２１】上記の装置において、電極２に電圧をかけ
ないで試料液体を流した場合は、少なくとも、上流側の
検出器５で検出した微粒子は下流側の検出器５′でも同
じように検出される様に調整が必要である。さらに言え
ば、上流側の検出器５の素子ｃｈ（ｉ）で検出された微
粒子は、下流側の検出器５′でも素子ｃｈ（ｉ）で検出
されるように調整する。しかし、検出素子番号がずれて
いる場合は後で補正すればよい。以下、検出素子番号が
ずれていないものとして記述する。通常測定中は、常に
電極２に電圧をかける。この電圧の値としては、測定す
る帯電微粒子がＸ／Ｕ（ｓ）の間に泳動する距離が、領
域６、６′の長さ程度になるように決める。ただし、電
圧を印加すると水の電気分解が生じ電極上に気泡が発生
するが、この気泡が検出領域６、６′に侵入しない様に
流速を設定する必要がある。気泡発生を防止するため
に、電極２を絶縁体で覆う方法も考えられる。この場合
は電流がながれず水の電気分解が生じず計測に都合がよ
い。一定の電場中では泳動速度（Ｓ）は、帯電粒子のゼ
ータ電位に比例するので、上流側の検出器５での素子番
号と下流側の検出器５′での素子番号のずれがゼータ電
位に比例する。また、ゼータ電位から物質が分かるの
で、物質別に散乱光強度から粒径を見積ることができ
る。この測定結果の表示例を図２のａ）、ｂ）、ｃ）に
示した。一方、気泡はゼータ電位がゼロであるので、ゼ
ータ電位によって気泡を区別することも可能である。

【００２２】以上の実施例において、トリガとなる信号
は上流の検出器５のどの検出素子における検出信号でも
良いとしたが、アレイの両端の検出素子で検出される微
粒子は、下流側の検出器５′では電気泳動による移動の
ために帯電符号によっては検出領域からずれてしまい、
計測できる帯電はプラスかマイナスか一方のみになる。
したがって、ゼータ電位を測定するためのトリガ信号と
しては、上流側の検出器５の中心部の検出素子における
検出信号に限定する方法も考えられる。また、フローセ
ル１としてサファイア等の耐薬品性材料で作製したもの
を用いると、ふっ酸等の反応性液体中の微粒子を計測す
ることも可能となる。

【００２３】また、上記実施例では、アレイ型光検出器
のアレイの方向と試料液体の流れの方向を垂直とした
が、垂直から少し傾いていたほうが良い場合がある。そ
れは、アレイ検出器の個々の検出素子間には僅かながら
隙間が存在し、この隙間によって微粒子の検出効率が低
下するからである。そこで、アレイ検出器を試料液体の
流れの方向と完全に垂直にせずに、ななめにすることに
より微粒子の流れに対して実効的に隙間をなくすことが
できる。

【００２４】（実施例２）実施例１では、検出領域６、
６′を２箇所設定して微粒子の帯電状態を測定する例で
あったが、実施例２では、検出領域が１箇所のみで微粒
子の帯電状態を計測する場合について、図３に基づいて
説明する。

【００２５】まず、石英製のフローセル１に測定対象と
なる微粒子を含む液体を一定の流速Ｕ（ｍ／ｓ）で流
す。フローセル１中の流路側面には、白金電極２が形成
されている。この電極２間の距離はｌ（ｍ）であり、電
極２の長さはＸ（ｍ）である。レーザ光３をフローセル
１中の電極２の下流部に照射する。その照射領域を通過
する微粒子からの散乱光をレンズ４でアレイ型光検出器
５の検出面上に結像させ集光する。アレイ型光検出器５
のアレイの方向は、微粒子の流れに垂直方向に設置す
る。アレイ数はｎ個であり、それぞれｃｈ（１）、ｃｈ
（２）、……ｃｈ（ｎ）と各素子に番号付けをする。照
射領域の結像とアレイ型光検出器５の検出面との関係
は、照射３中に図示した検出領域６で示すことができ
る。アレイ型光検出器５で検出した信号は増幅回路７を
通す。

【００２６】図４は、電場ＯＦＦ時における微粒子の検
出領域６における濃度分布と、電場ＯＮ時のプラスマイ
ナスの帯電粒子と中性粒子の濃度分布のシフトの様子を
模式的に示したものである。電場ＯＦＦ時の微粒子の濃
度分布と比較すると、電場ＯＮ時はプラス帯電粒子の分
布とマイナス帯電粒子の分布はそれぞれ別の向きにシフ
トするので、帯電粒子および非帯電粒子を合計した分布
形状は変化する。電極間に印加する電圧および流速は、
この分布形状の変化が検出できる範囲に設定する必要が
ある。この場合、アレイ型光検出器５の中心部の検出素
子での単位時間当りのカウント数は電場ＯＦＦ時と変化
がなく、アレイ型光検出器５の両端でカウント数が電場
ＯＦＦ時と変化する。図５に、実際に計測された電場Ｏ
ＦＦ時におけるアレイ型光検出器５の検出位置（素子番
号）ごとの単位時間当りのカウント数分布と、同様に電
場ＯＮ時における単位時間当りのカウント数分布を示し
た。電場ＯＮ時の中心部の単位時間当りのカウント数は
電場ＯＦＦ時のものと等しいが、アレイ型光検出器５の
両端側のカウント数は電場ＯＦＦ時のものと異なり減少
する。アレイ型光検出器５の＋電極側の検出素子での毎
分当りのカウント数をｃｎ、−電極側の検出素子での毎
分当りのカウント数をｃ１、中心部での毎分当りのカウ
ント数をｃ０とすると、マイナス帯電粒子濃度はｃ０−
ｃ１、プラス帯電粒子濃度はｃ０−ｃｎ、中性粒子濃度
はｃ１＋ｃｎ−ｃ０にそれぞれ比例する。

【００２７】以上のようにして、検出領域が１箇所の場
合でも、微粒子の濃度を帯電状態別に計測することがで
きる。

【００２８】（実施例３）実施例１では、微粒子１個ご
とにゼータ電位の計測ができたが、実施例２では、微粒
子が電場領域を通過する前の位置が分からないために、
微粒子１個ごとの帯電状態を計測することはできなかっ
た。したがって、本実施例では、実施例２の改良方法に
ついて図６を用いて説明する。

【００２９】まず、図６に示すように、実施例２のフロ
ーセル１に電極２′を１組追加し、上流側の電極２で帯
電粒子をフローセル１の側面に集中させ、下流側の電極
２′に逆方向の電場を印加し、微粒子をゼータ電位に応
じて電気泳動をおこさせ、その泳動量を実施例２と同様
にレンズ４、アレイ型光検出器５、増幅器７、ピークホ
ールド回路およびＡＤ変換器１０からなる検出系で測定
する。しかし、この方法では、直進する微粒子と電場で
曲がって流れる微粒子とを区別することは不可能であ
る。つまり、帯電していない気泡と帯電している微粒子
とを区別することが微粒子毎には不可能である。しか
し、電場を印加した条件でのアレイ検出位置のカウント
数分布と、電場を印加しない条件でのアレイ検出位置の
カウント数分布とを比較して、気泡の濃度とゼータ電位
毎の微粒子濃度とを計測することはできる。しかし、電
極２′及び検出領域６をフローセル１に対称に設置する
と、プラス帯電粒子とマイナス帯電粒子とが区別できな
いので、図６に示すように、主にマイナス帯電粒子を計
測する場合には、下流側の電極２′のプラス電極を側面
から離して設置することにより、微粒子検出領域６にプ
ラス帯電粒子が流れ込まないようにする。また、検出領
域６を下流側の電極２′のマイナス側の近傍のみに設置
し、プラス帯電粒子を検出しない程度の低電場下で計測
する方法もある。

【００３０】以上の工夫によって、例えばプラス帯電粒
子を検出しないようにしたとき、次のようにして、気泡
の濃度とマイナス帯電粒子のゼータ電位毎の濃度分布と
が計測可能となる。まず、上流側の電極２の電場がＯＮ
で下流側の電極２′の電場をＯＦＦとしたときの一定時
間当りのカウント数分布を検出位置に対して計測する。
これをＡ分布とする。このＡ分布には気泡のみが含まれ
ている。つぎに、上流下流両方の電極２、２′の電場を
ＯＮとした状態でのカウント数分布を測定する。この分
布をＢ分布とする。この分布には、気泡とゼータ電位情
報を含む帯電粒子との分布が含まれる。したがって、Ｂ
−Ａによって、マイナス帯電粒子のゼータ電位別の濃度
分布が得られる。すなわち、物質毎の微粒子濃度が得ら
れる。

【００３１】（実施例４）図７をもとに、実施例４を説
明する。この実施例は、実施例１に電場で帯電粒子を集
中させる機能を付加し、帯電粒子が検出領域６の中の一
部の領域に集中して流れる様にした実施例である。

【００３２】図７は、上流側の３枚からなる電極２でマ
イナス帯電粒子を集中化する場合を示したものである。
この例で注意しなければならないことは、液体に対して
電極を絶縁材でシールドして、液体の電気分解による気
泡発生を防止することである。この実施例は、実施例１
において検出領域６の端を通過したマイナス帯電粒子
が、電場による泳動のために検出領域６′の外側を通過
し、ゼータ電位が測定できない場合があるという欠点を
克服するものである。逆に、プラス帯電粒子を主に計測
したい場合は、上流側の電極２の電場の方向をすべて逆
にすればよい。

【００３３】以上の様に、検出領域あるいは検出領域の
上流に電場を印加させる手段を設けることによって、微
粒子の検出効率を高める事は、気体中の微粒子計測にも
有効である。

【００３４】（実施例５）次に、図８をもとに、実施例
５について説明する。

【００３５】この実施例は、実施例１及び実施例４の改
良型に相当し、電場による集中化をプラスマイナス両方
の帯電粒子に対して同時に行うことを特徴とする。すな
わち、上流側の検出領域６のさらに上流において、プラ
スマイナス両帯電粒子をそれぞれ両側壁に一旦集中させ
る様にした実施例である。この実施例の場合は、実施例
４の場合に比べると、電場による泳動でプラスマイナス
の両方の帯電粒子ともに上流下流の両検出領域６、６′
を高い確率で通過するように、上流下流の両電極２、
２′に印加する電圧で調整が可能である。両方の符号の
帯電粒子を、ともに高効率で検出および測定できる事
が、実施例４との違いである。

【００３６】（実施例６）図９、１０を用いて、実施例
６について説明する。

【００３７】図９に示すように、フローセル１中で流れ
の上流に１組の電極２を設置し、その下流に光照射す
る。照射領域３の一部分６を通過した微粒子からパルス
的に発生する散乱光をレンズ４で集光して光検出器５で
検出し、増幅器７及び、ピークホールド回路およびＡ／
Ｄ変換器１０、メモリ１１、制御用コンピュータ１３、
出力器１４からなる装置構成で散乱光パルスの単位時間
当り検出数を波高値別に計測する。測定時は、電極２間
の電場を一定時間間隔でＯＮとＯＦＦを繰り返しながら
微粒子計測を行う。印加する電場の強さは、電場ＯＮ時
に電気泳動による変位で検出領域６を通過する帯電粒子
が十分に減少する様な値に設定する。この設定には、カ
ルボキシル基で表面を修飾してゼータ電位を低下させた
ポリスチレン粒子（超純水中の泳動速度は、電場の強さ
５．５Ｖ／ｍｍ条件で２０μｍ／ｓ）を測定して、電場
ＯＮでカウント数が１／１０以下に低下する様に設定し
た。気泡は帯電していないので、電場ＯＮ−ＯＦＦの影
響はないが、帯電粒子は電場ＯＮ時に十分に減少するこ
とを利用し、帯電しているダスト粒子と気泡とを区別す
る。

【００３８】電場ＯＮ−ＯＦＦを１０分間ずつ繰り返し
て得られるデータの例を図１０に示すが、電場ＯＮ時の
１０分間当りのカウント数が気泡に由来し、電場ＯＮ時
とＯＦＦ時の１０分間当りのカウント数の差が気泡以外
の微粒子に由来する、と判定する。正確には、電場ＯＮ
時の１０分間当りのカウント数には、気泡以外にゼータ
電位の小さいダスト粒子が含まれるから、実際の気泡の
濃度は、電場ＯＮ時のカウント数レベル以下と判断でき
る。この実施例の計測結果の表示例としては、図１０の
他に、図１０における前後の黒丸と白丸のデータの差の
時間的変化を表示することも考えられる。この表示の場
合、気泡を含まない微粒子だけの濃度変化を表す。

【００３９】（実施例７）図１１、１２、１３を用い
て、実施例７について説明する。本実施例は、帯電粒子
と気泡とを分離して計測するものである。

【００４０】本実施例のフローセル内部の構造を図１１
に示す。光照射領域を微粒子の流れに平行に細長く設置
して、その両側に白金製の電極を設置する。印加する電
場の強さは３０００Ｖ／ｍｍである。気泡は帯電してい
ないので電場に依存せず直進して流れるが、ダスト粒子
は帯電しているので、電場印加時には照射領域に斜め入
射し、直進する場合より計数率（単位時間当りの検出
数）が増大する。この電場による検出効率の増大には、
気泡は無関係である。

【００４１】図１２は、電場ＯＮ−ＯＦＦを繰り返して
ポリスチレン粒子を計測した例である。この電場ＯＮ時
の計数率（単位時間当りの検出数）と電場ＯＦＦ時の計
数率との差を定数倍することによって、気泡を含まない
粒子濃度が計測可能となる。実際に気泡を含む試料を分
離計測した結果を、図１３に示す。気泡の発生は、超音
波気泡発生器をフローセルの上流に設置し、超音波のＯ
Ｎ−ＯＦＦによって行った。微粒子は粒径０．８μｍの
ポリスチレン粒子である。気泡を発生した時でもポリス
チレン粒子の濃度はほぼ一定に計測され、気泡と分離さ
れて計測されていることが分かる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る微粒
子計測装置においては、液体試料を流すフローセル内に
電極を設けて電場を形成することにより、この電場によ
り液中の微粒子を電気泳動させて粒径の計測と同時に物
質の弁別をも可能にし、かつ、気泡とも区別できる微粒
子濃度計測を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は実施例１のフローセルおよび微粒子検
出系の構成を示し、（ｂ）は照射光学系と水流系との関
係を示した図である。

【図２】実施例１で得られた測定結果の表示例である。

【図３】実施例２の装置構成を示す図である。

【図４】実施例２の測定原理を示す図である。

【図５】実施例２で得られたデータ表示の一例を示す図
である。

【図６】実施例３の装置構成を示す図である。

【図７】実施例４の装置構成を示す図である。

【図８】実施例５の装置構成を示す図である。

【図９】実施例６の装置構成を示す図である。

【図１０】実施例６で得られたデータ表示の一例を示す
図である。

【図１１】実施例７のフローセル内部を示す図である。

【図１２】実施例７の原理の基礎となるデータ例であ
る。

【図１３】実施例７で得られた測定結果の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１…フローセル２、２′…電極３、３′…レーザ光４、４′…レンズ５、５′…アレイ型光検出器６、６′…検出領域７、７′…増幅器８…ゲート信号発生回
路９…ゲート回路１０、１０′…ピークホールド回路及びＡＤ変換器１１…メモリ１２…遅延回路１３…制御用コンピュータ１４…出力機器１５…被測定液槽１６…電極用電源１７…レーザ光源１８…ポンプ１９…廃液槽２０…ハーフミラー２１…ミラー２２…ビームストッパ

フロントページの続き (72)発明者伊藤嘉敏東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者須田匡東京都千代田区大手町二丁目６番２号日立電子エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光散乱によって液体中の微粒子を計測する
微粒子計測装置において、流れている液体中に該液体の
流れに対して垂直方向に電場を印加する手段と、上記電
場による上記微粒子の電場方向への変位量を測定する手
段とを設けたことを特徴とする微粒子計測装置。
【請求項２】上記電場方向への上記微粒子の変位量の測
定と共に、上記微粒子からの散乱光強度を測定する手段
を設けたことを特徴とする請求項１に記載の微粒子計測
装置。
【請求項３】上記電場による上記微粒子の変位量を測定
する手段として、アレイ型光検出器を用いたことを特徴
とする請求項１または２に記載の微粒子計測装置。
【請求項４】上記電場による上記微粒子の変位量と物質
との対応関係を校正する手段として、測定対象となる液
体中にポリスチレン粒子を懸濁した液体試料を用い、上
記ポリスチレン粒子の変位量を測定して校正を行うこと
を特徴とする請求項１、２または３に記載の微粒子計測
装置。
【請求項５】上記電場の形成領域内あるいは該電場形成
領域の下流に設けられた上記微粒子を検出する手段によ
り、上記電場印加のＯＮ状態とＯＦＦ状態とにおける上
記微粒子の検出数をそれぞれ測定できるようにしたこと
を特徴とする請求項１、２、３または４に記載の微粒子
計測装置。
【請求項６】上記電場印加のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを
時間的に繰り返し、上記電場印加のＯＮ状態とＯＦＦ状
態とにおける上記微粒子の検出数の差、あるいは比をそ
れぞれ表示することを特徴とする請求項５に記載の微粒
子計測装置。
【請求項７】上記微粒子と気泡とを区別して計測するた
めの印加電場の強さの校正手段として、正帯電または負
帯電の残基を付加してゼータ電位が十分に小さくなるよ
うに表面処理を施したポリスチレン粒子と、上記表面処
理を施してないポリスチレン粒子とを上記測定対象とな
る液体にそれぞれ懸濁した２種類の液体試料を用い、該
２種類の液体試料についてそれぞれ上記電場印加のＯＮ
状態とＯＦＦ状態との微粒子検出数を測定し、上記表面
処理を施したポリスチレン粒子の液体試料に対しては上
記ＯＮ状態とＯＦＦ状態とで上記検出数には差異が認め
られないが、上記表面処理を施してないポリスチレン粒
子の液体試料に対しては上記ＯＮ状態とＯＦＦ状態とに
おける上記検出数の差異が十分に測定できるように印加
電場の強さを設定することを特徴とする請求項５または
６に記載の微粒子計測装置。
【請求項８】流体中の微粒子を光散乱により計測する装
置において、微粒子の検出領域あるいは検出領域の上流
に形成した電場によって、微粒子の検出効率を高めた事
を特徴とする微粒子計測装置。