JP2001033377A - Device and method for counting condensation nucleus for electronic specialty gas - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect with high sensitivity by adjusting the temperature of a sample gas introduced into a test chamber and then increasing contaminated particles in the sample gas due to adiabatic expansion. SOLUTION: After a test chamber 4 and expansion chambers 16 and 18 are purged with an inactive purge gas in the pressure adjustment of a pressure regulator 22, the purge gas is evacuated, and at the same time a sample gas is introduced into the test chamber 4, which is continued and at the same time the temperature of the sample gas in the test chamber 4 is adjusted by a temperature control device 6. Then, when the temperature of the sample gas reaches a specific value for enabling formation of ununiform nucleus, valves V4 and V5 are closed, and then a valve V3 is opened for adiabatic expansion of the sample gas to fill an expansion chamber 16. The sample gas becomes oversaturated during expansion and contaminated particles increase. High- intensity light from a light source 12 is emitted from an optical window 8, and an optical detector 14 detects contaminated particles in the sample gas from an optical window 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】電子工業用特殊ガス(Electro
nic Specialty Gases)（ＥＳＧ）用の凝縮核カウンター
（ＣＮＣ）は、ガス中のパーティクルの検出および分析
の分野に関する。詳細には、この発明はいかなる付加流
体または蒸気の使用も必要としないパーティクル検出用
凝縮核カウンターに関する。本発明は殆どのガスの測定
に適用できるが、その最も有益な用途は電子工業用特殊
ガス中の汚染パーティクルの測定である。TECHNICAL FIELD The special gas for the electronic industry (Electro
Condensation nucleus counters (CNC) for nic Specialty Gases (ESG) relate to the field of detection and analysis of particles in gases. In particular, the invention relates to a condensation nucleus counter for particle detection that does not require the use of any additional fluid or vapor. Although the invention is applicable to the measurement of most gases, its most useful application is the measurement of contaminant particles in specialty gases for the electronics industry.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体についての半導体工業会（ＳＩ
Ａ）の全米科学技術ロードマップの予測（１９９６年６
月）によれば、半導体デバイス製造業においてデバイス
寸法がますます小さくなっていく長期的な傾向は、将来
に渡って続くと予想される。デバイス寸法の縮小による
直接的な結果として、臨界欠陥サイズも縮小している。
ＳＩＡのロードマップによれば、この臨界欠陥サイズは
１９９９年までに０．１μｍ未満になり、２００８年ま
でに３５ｎｍになると思われる。2. Description of the Related Art Semiconductor Industry Association (SI)
A) National Science and Technology Roadmap Forecast (June 1996)
According to Mon), the long-term trend of increasingly smaller device dimensions in the semiconductor device manufacturing industry is expected to continue into the future. Critical defect size is also decreasing as a direct result of the reduction in device dimensions.
According to the SIA roadmap, this critical defect size is expected to be less than 0.1 μm by 1999 and 35 nm by 2008.

【０００３】電子工業用特殊ガス（ＥＳＧ）は半導体製
造業界で広く使用されている。これらのガスは製造プロ
セスの間の重大な不純物源として働くが、デバイスの歩
留まりとＥＳＧの不純物との間の相関関係を確立または
予測するのは困難である。その理由の１つは、ＥＳＧ中
の不純物を定量的に測定する方法がないことである。[0003] Special gases for the electronics industry (ESG) are widely used in the semiconductor manufacturing industry. Although these gases serve as a significant source of impurities during the manufacturing process, it is difficult to establish or predict the correlation between device yield and ESG impurities. One of the reasons is that there is no method for quantitatively measuring impurities in ESG.

【０００４】主要な不純物であるパーティクル物質をＥ
ＳＧ中で定量的に測定するのは、不純物のパーティクル
サイズが非常に小さいために難しい。レーザーを基礎と
する光散乱が、半導体製造で使用するプロセス流体（液
体とガス）中の汚染物を検出し寸法を測るアプローチと
して長い間好まれている。ＥＳＧ中のパーティクルを検
出する既存の方法は、この光散乱によるアプローチを基
礎としており、一般にその検出限界は、ＰＭＳ−ＣＧＳ
（ＴＭＳ、Ｂｏｕｌｄｅｒ社（コロラド）から販売され
る）のような機器で０．２μｍである。現在、既知の方
法でＥＳＧ中のより小さいパーティクルの検出に利用で
きるものはない。直径が約０．１μｍよりも小さい汚染
物質に対してさらに感度を上げることは、レーリー散乱
型の光散乱シグナル（粒径が光の波長よりも非常に小さ
い）が急速に低下するためにより難しくなる。[0004] Particle substances, which are main impurities, are represented by E
It is difficult to measure quantitatively in SG because the particle size of impurities is very small. Laser-based light scattering has long been a preferred approach for detecting and sizing contaminants in process fluids (liquids and gases) used in semiconductor manufacturing. Existing methods of detecting particles in ESG are based on this light scattering approach, and generally the detection limit is PMS-CGS
(TMS, sold by Boulder, Colorado). Currently, there is no known method available for detecting smaller particles in the ESG. Increasing the sensitivity to contaminants smaller than about 0.1 μm in diameter is more difficult due to the rapid decrease in Rayleigh-scattered light-scattering signals (particle size is much smaller than the wavelength of light). .

【０００５】サブミクロンのパーティクル（粒径が０．
１ミクロン未満）を検出するための最も強力な手段の１
つは、凝縮核カウンター（ＣＮＣ）である。ＣＮＣによ
って３ｎｍという小さなパーティクルを検出できる。こ
の方法は、作業流体(workingfluid)の蒸気のパーティク
ルへの凝縮による核形成によってパーティクルサイズを
大きくすることに基づく。成長したパーティクルは、次
に高強度の光源を用いた光学的な方法によって容易に検
出できる。凝縮プロセスを始めるために、パーティクル
を含むガスを通常作業流体の蒸気によって飽和させて、
準安定な過飽和状態を形成する。一般に高級有機材料ま
たはアルコールを作業流体として用いる。ＥＳＧに対し
ては、ＥＳＧと作業流体の蒸気との間に化学反応があり
得るために、この方法は実施できない。[0005] Submicron particles (particles having a particle size of 0.
One of the most powerful tools for detecting
One is a condensation nucleus counter (CNC). As small as 3 nm can be detected by the CNC. This method is based on increasing the particle size by nucleation by the condensation of the working fluid vapor into the particles. The grown particles can then be easily detected by an optical method using a high intensity light source. To begin the condensation process, the gas containing the particles is usually saturated with the working fluid vapor,
Form a metastable supersaturated state. Generally, higher organic materials or alcohols are used as working fluids. For ESG, this method cannot be performed because there may be a chemical reaction between the ESG and the working fluid vapor.

【０００６】ＣＮＣにおいては、パーティクルへの蒸気
相分子の核形成および凝縮によって、小さなパーティク
ルが「成長」してより大きなサイズになる。次に、単色
で高強度の光源またはレーザーパーティクルカウンター
を用いて、結果として生じた大きなパーティクルを容易
に検出する。蒸気相分子は一般的に、ガスの流れを液体
状の分子の溜り（「作業流体」という）の上方に通過さ
せることで、ガスの流れの中で堆積する。ガスの流れの
中での作業流体の蒸気圧が、与えられた温度での作業流
体の平衡蒸気圧と等しい場合に、ガスの流れはその流体
によって飽和していると言う。ガスの流れの中での作業
流体の蒸気圧を、その平衡蒸気圧を越えるようにできる
ならば、ガスの流れは過飽和であると呼ばれる。過飽和
は非平衡状態であるため、ガスの流れは、蒸気の一部を
ガスの流れの中に存在する表面またはパーティクル上へ
凝縮させて平衡状態に戻ろうとする。このように、ＣＮ
Ｃの動作の最も重要な点(operational essence)は、パ
ーティクルを含むガスの流れの過飽和である。In the CNC, small particles "grow" to a larger size due to the nucleation and condensation of vapor phase molecules on the particles. The resulting large particles are then easily detected using a monochromatic, high intensity light source or laser particle counter. Vapor phase molecules are typically deposited in a gas stream by passing the gas stream over a pool of liquid molecules (called a "working fluid"). A gas stream is said to be saturated with a working fluid when the vapor pressure of the working fluid in the gas stream is equal to the equilibrium vapor pressure of the working fluid at a given temperature. A gas stream is said to be supersaturated if the vapor pressure of the working fluid in the gas stream can exceed its equilibrium vapor pressure. Because supersaturation is a non-equilibrium state, the gas stream tends to condense some of the vapor onto surfaces or particles present in the gas stream and return to an equilibrium state. Thus, CN
The most important operational essence of C operation is the supersaturation of the gas flow containing the particles.

【０００７】作業流体のパーティクル上への初期の堆積
は、核形成と呼ばれる。パーティクルが同じかまたはよ
り高い飽和状態にさらされるのならば、凝縮成長が核形
成に続いてパーティクルサイズを大きくし続ける。パー
ティクルカウンターの感度は、パーティクルの５０％が
検出されるパーティクルサイズとして定義される。核形
成の臨界的な最初の段階によってＣＮＣの感度が決定さ
れ、この段階はおおよそケルビン方程式によって表わさ
れる。ケルビン方程式は、流体の蒸気と平衡する流体粒
子の臨界直径ｄ_kelvを与える。The initial deposition of a working fluid on particles is called nucleation. If the particles are exposed to the same or higher saturation, condensed growth will continue to increase the particle size following nucleation. The sensitivity of the particle counter is defined as the particle size at which 50% of the particles are detected. The critical initial stage of nucleation determines the sensitivity of the CNC, which is approximately described by the Kelvin equation. The Kelvin equation gives the critical diameter d _kelv of a fluid particle that is in equilibrium with the fluid vapor.

【０００８】ｄ_kelv＝４σＭ／（ρＲＴｌｎＳ） ここで、σは作業流体の表面張力であり、Ｍは作業流体
の分子量であり、ρは作業流体の密度であり、Ｒは気体
定数であり、Ｔは温度であり、そしてＳは過飽和比（作
業流体の蒸気圧を作業流体の平衡蒸気圧で割ったもの）
である。D _kelv = 4σM / (ρRTlnS) where σ is the surface tension of the working fluid, M is the molecular weight of the working fluid, ρ is the density of the working fluid, R is the gas constant, T Is the temperature, and S is the supersaturation ratio (working fluid vapor pressure divided by the working fluid equilibrium vapor pressure)
It is.

【０００９】従って、ｄ_kelvよりも大きいパーティクル
はすべて核形成して成長し続けるが、ｄ_kelvよりも小さ
いパーティクルはそうならない。このように、ＣＮＣの
感度は、パーティクルを含むガスの流れの中で達せられ
る過飽和値によって制御される。Thus, all particles larger than d _kelv continue to nucleate and grow, while particles smaller than d _kelv do not. Thus, the sensitivity of the CNC is controlled by the supersaturation value reached in the gas flow containing the particles.

【００１０】サンプルパーティクルのサイズを大きくす
るために既存のＣＮＣによって使用される作業流体（典
型的にアルコールまたはグリセロール）は消耗するた
め、ユニットに数日ごとに定期的に補充してユニットを
運転可能に保たなければならない。より大きなリザーバ
ーを設けることもできるが、こうすると、貯蔵の問題、
たとえばブタノール（既存のＣＮＣで使用される最も一
般的な作業流体）は可燃性であるためその貯蔵が制限さ
れるなどが発生する。加えて、流体はＣＮＣの動作の間
に連続して排出されるため、人間の健康および安全性に
ついての心配が生じる。また、化学的に不活性なフッ素
化された作業流体（たとえばＦＣ−４３、３Ｍ（セント
ポール、ミネソタ）から販売される）を使用するＣＮＣ
にとっては、流体のコストがとても高くなる。既存のＣ
ＮＣについてのさらなる問題は、流体の存在によって、
ＣＮＣでない光散乱パーティクルカウンターと比べて機
器の耐久性が低下することである。ＣＮＣユニットを輸
送中にこすったり揺らしたりすると、流体が光学部品の
上に漏れて、ユニットが使用可能となる前に大規模にメ
ンテナンスして乾燥させることが必要となるかも知れな
い。ＣＮＣはしばしば、機器の流体が汚染しやすいこと
が心配される移動性のワゴン上で使用される。The working fluid (typically alcohol or glycerol) used by existing CNCs to increase the size of the sample particles is depleted, so that the unit can be run with regular refills every few days Must be kept. Larger reservoirs can be provided, but this can lead to storage issues,
For example, butanol (the most common working fluid used in existing CNCs) is flammable and its storage is limited. In addition, fluids are continuously drained during operation of the CNC, which raises concerns about human health and safety. Also, CNCs using chemically inert fluorinated working fluids (eg, FC-43, sold by 3M, St. Paul, Minn.)
The cost of the fluid is very high. Existing C
A further problem with NCs is that due to the presence of fluid,
The durability of the device is reduced as compared with a non-CNC light scattering particle counter. Rubbing or rocking the CNC unit during transport may cause fluid to leak onto the optics and require extensive maintenance and drying before the unit can be used. CNCs are often used on mobile wagons where there is a concern that instrument fluids are prone to contamination.

【００１１】ＣＮＣに関するさらなる問題は、十分に低
い「誤ったカウントレート」を達成することを含む。理
想的には、パーティクル検出システムを通って流れて検
出されるパーティクルのみが、注目するパーティクルで
ある。しかし、サンプルパーティクルが存在しないとき
にパーティクルカウンターから観測されるカウントが、
機器の誤ったカウントレートを構成する。このことが機
器によって測定できる最低濃度を示すため、半導体業界
で見られるようなウルトラクリーンな環境で用いようと
する機器にとっては、誤ったカウントレベルは重要であ
る。誤ったカウントは、サンプルを準備する間の検出エ
レクトロニクスの電気ノイズ、または機器内部で発生す
る本当のパーティクルに由来することがある。ＣＮＣの
誤ったカウントレートを減らすことは、それ自体が蒸気
粒子源となり得る作業流体が存在するために、難しいこ
とであり得る。A further problem with the CNC involves achieving a sufficiently low "false count rate". Ideally, only the particles that flow through the particle detection system and are detected are the particles of interest. However, the count observed from the particle counter when there is no sample particle,
Configure the wrong count rate for the device. Because this indicates the lowest concentration that can be measured by the instrument, incorrect count levels are important for instruments that are to be used in ultra-clean environments such as those found in the semiconductor industry. Incorrect counts can result from electrical noise in the detection electronics during sample preparation, or from real particles generated inside the instrument. Reducing the CNC false count rate can be difficult because there are working fluids that can themselves be sources of vapor particles.

【００１２】３つの基本的なタイプが既存のＣＮＣには
ある。すなわちミキシング、クーリング、およびエキス
パンジョンＣＮＣである（Willeke K.、Baron.P.（編集
者）、1993年「Aerosol Measurement : Principles, Te
chniques and Applications」、ニューヨーク、V.876pp
430-434を参照）。クーリングタイプＣＮＣは、パーテ
ィクルを含む予め飽和させたサンプルの流れを冷却し
て、過飽和を実現する。クーリングタイプＣＮＣでは、
入ってくるサンプルフローの相対温度と成長チャンバー
の温度とが過飽和を決定する。既存の市販されるＣＮＣ
の殆どがクーリングタイプＣＮＣであり、一般にブタノ
ールを作業流体として使用する。クーリングタイプＣＮ
Ｃの例は、US特許3,806,246（Sinclairに1974年4月23日
に付与）、およびUS特許4,790,650（Keadyに1988年12月
13日に付与）に見られる。ミキシングタイプＣＮＣは、
パーティクルを含むサンプルフローの過飽和の実現を、
加熱して飽和させたガスの流れをより低温のガスの流れ
と混合して行う。ミキシングタイプＣＮＣの例は、US特
許3,694,085（Richに1972年9月26日に付与）、およびUS
特許4,449,816（Kousakaらに1984年5月22日に付与）に
見られる。There are three basic types in existing CNCs. Mixing, cooling and expansion CNCs (Willeke K., Baron. P. (editor), 1993, Aerosol Measurement: Principles, Te.
chniques and Applications, New York, V. 876pp
430-434). Cooling-type CNCs achieve supersaturation by cooling a pre-saturated sample stream containing particles. In cooling type CNC,
The relative temperature of the incoming sample flow and the temperature of the growth chamber determine supersaturation. Existing commercial CNC
Are cooling-type CNCs and generally use butanol as the working fluid. Cooling type CN
Examples of C are US Patent 3,806,246 (granted to Sinclair on April 23, 1974) and US Patent 4,790,650 (Keady December 1988)
(Given on the 13th). Mixing type CNC,
Realization of supersaturation of sample flow containing particles,
This is done by mixing the heated and saturated gas stream with a cooler gas stream. Examples of mixing type CNCs are US Pat. No. 3,694,085 (granted to Rich on Sep. 26, 1972)
See US Patent 4,449,816 (Granted to Kousaka et al. On May 22, 1984).

【００１３】エキスパンジョンタイプＣＮＣは、予備的
に飽和させたガスサンプルを減圧させる間に断熱冷却し
て過飽和を起こしており、大気中のエーロゾル研究に長
年使用されている（ポラックカウンター、（Willeke
K.、Baron.P.（編集者）、1993年「Aerosol Measuremen
t : Principles, Techniques and Applications」、ニ
ューヨーク、V.876pp432を参照）。既知の市販されるエ
キスパンジョンタイプカウンターはすべて、パーティク
ルを有するガスサンプルの予備的な飽和に水を使用して
おり、冷却は主に、過圧された状態のサンプルを大気圧
レベルへ減圧して飽和させることで行っている。Expansion type CNCs have been supersaturated by adiabatic cooling while depressurizing a pre-saturated gas sample and have been used for many years in atmospheric aerosol studies (Pollack counter, (Willeke).
K., Baron.P. (Editor), 1993 "Aerosol Measuremen
t: Principles, Techniques and Applications, New York, V. 876 pp 432). All known commercially available expansion-type counters use water to pre-saturate gas samples with particles, and cooling mainly involves reducing the over-pressurized sample to atmospheric pressure levels. It is done by saturating.

【００１４】現在、最も高い感度を有すると認められな
がらも、下記を含む種々の理由により、ＣＮＣはＥＳＧ
に対して広く用いられていない。Although currently recognized as having the highest sensitivity, the CNC is an ESG for various reasons, including:
Not widely used for

【００１５】１．ＣＮＣ装置の低い動作圧力。1. Low operating pressure of CNC equipment.

【００１６】２．装置で用いる不活性作業流体たとえば
マルチフラワー（Multiflour）が高価である。2. The inert working fluid used in the device, such as Multiflour, is expensive.

【００１７】３．ＣＮＣで用いる材料は、ＥＳＧのよう
な活発な媒体とは通常共存しない。3. Materials used in CNCs are usually not compatible with active media such as ESG.

【００１８】４．均一核形成の結果得られる誤ったカウ
ントを含む（しかしこれに限らない）誤ったカウントの
可能性。4. Possible false counts, including (but not limited to) false counts resulting from homogeneous nucleation.

【００１９】さらに、ほとんどのＥＳＧが有毒で反応性
があって活発であるため、パーティクルを検出するどん
な方法もＥＳＧに適用する際には、特別な配慮と機器の
配置を必要とする。特別な事前対策を、安全性の問題と
材料の共存性に関して取らなければならない。In addition, because most ESGs are toxic, reactive and active, any method of detecting particles requires special considerations and equipment placement when applied to the ESG. Special precautions must be taken regarding safety issues and material compatibility.

【００２０】さらなる問題は、ガスサンプルを、通常サ
ンプルよりも低い圧力で動作するＣＮＣのようなパーテ
ィクル測定装置に導入するために必要な減圧に関係して
いる。特別な方法、たとえばUS特許5,209,102（WangとU
dischasに付与）に述べられた方法を用いて、シリンダ
ーまたはパイプラインバルブを開くことに関連するパー
ティクルの人工的な発生を回避しなければならない。A further problem relates to the reduced pressure required to introduce a gas sample into a particle measurement device, such as a CNC, which typically operates at a lower pressure than the sample. Special methods, such as US Patent 5,209,102 (Wang and U
Using the method described in (Dischas), the artificial generation of particles associated with opening cylinders or pipeline valves must be avoided.

【００２１】圧縮ガス（ＥＳＧを含む）中のパーティク
ル検出の分野において、ある程度の進展がある。圧縮ガ
ス中のパーティクル汚染物質の分析方法に関するUS特許
5,665,902が、WangとUdischasに付与された（1997年9月
9日）。この特許に開示されているシステムは、圧縮ガ
ス源、ガスを使わずにパーティクル不純物を測定するた
めのセンサー、温度を制御し分子のクラスタリングと凝
縮からのパーティクル形成をなくすための温度コントロ
ーラー、および圧力平衡器を備える。Some progress has been made in the field of particle detection in compressed gases (including ESG). US Patent for Method of Analyzing Particle Contaminants in Compressed Gas
5,665,902 granted to Wang and Udischas (September 1997
The 9th). The system disclosed in this patent includes a source of compressed gas, a sensor to measure particle impurities without gas, a temperature controller to control temperature and eliminate particle formation from molecular clustering and condensation, and pressure. Equipped with a balancer.

【００２２】US特許5,209,102、不純物分析のための圧
縮ガスの導入および制御方法（WangとUdischasに1993年
5月11日に付与）が開示する圧縮ガスからのパーティク
ルを分析するシステムは、バックパーティクル充填技術
を用いて、コントロールバルブの両サイドの圧力を、動
作前にゆっくりとバランスさせている。US Pat. No. 5,209,102, compressed gas introduction and control method for impurity analysis (Wang and Udischas, 1993
A system for analyzing particles from compressed gas, disclosed on May 11), uses back particle filling technology to slowly balance the pressure on both sides of the control valve prior to operation.

【００２３】US特許5,027,642、圧縮ガスからの微量な
凝縮可能な蒸気の検出およびまたは除去方法には、圧縮
ガス中の微量な凝縮可能な蒸気を検出、測定、または除
去する方法が開示されている。US Pat. No. 5,027,642, a method for detecting and / or removing trace amounts of condensable vapor from compressed gas, discloses a method for detecting, measuring or removing trace amounts of condensable vapor in compressed gas. .

【００２４】US特許4,878,510、非常に圧縮したガスを
凝縮液滴を発生させずに減圧させる方法（Kasper、Wen
およびNishikawaに1989年11月7日に付与）。この特許に
は、非常に圧縮したガスを膨張させる間の凝縮による液
滴の形成を回避する方法が開示されている。US Pat. No. 4,878,510, Method for depressurizing highly compressed gas without generating condensed droplets (Kasper, Wen)
And granted to Nishikawa on November 7, 1989). This patent discloses a method of avoiding the formation of droplets by condensation during expansion of a highly compressed gas.

【００２５】圧縮ガス（特にＥＳＧ）中のパーティクル
検出の分野において進展があるけれども、このようなガ
ス中においてサブミクロンの汚染パーティクル（直径が
１００ｎｍ未満）を検出することに対する解決方法は何
ら与えられていない。Although progress has been made in the field of particle detection in compressed gases (especially ESG), no solution has been given to detecting submicron contaminant particles (diameter less than 100 nm) in such gases. Absent.

【００２６】[0026]

【発明が解決しようとする課題】従って、検出限界が既
知の方法および装置によって与えられるものよりも良
い、ＥＳＧ中のパーティクルを検出する新しい方法およ
び装置に対する要求が存在する。また、殆どが活発で腐
食性で有害で危険な媒体であるこれらのＥＳＧを利用す
る半導体製造で一般的である問題を打開する方法および
装置も必要とされている。これらの新しい方法および装
置は、種々の初期温度および圧力において機能しなけれ
ばならず、また分析すべきサンプルを準備する際にさら
に汚染物質が導入されることおよび測定手順中に起こり
得るエラーを避けなければならない。Accordingly, there is a need for new methods and apparatus for detecting particles in an ESG whose detection limits are better than those provided by known methods and apparatus. There is also a need for methods and apparatus that overcome the problems common in semiconductor manufacturing utilizing these ESGs, which are mostly active, corrosive, harmful and dangerous media. These new methods and equipment must work at various initial temperatures and pressures and avoid introducing additional contaminants in preparing the sample to be analyzed and possible errors during the measurement procedure. There must be.

【００２７】[0027]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、電子工
業用特殊ガス（ＥＳＧ）中のパーティクルを分析する３
つのシステムおよび対応する方法が提供される。本発明
のシステムは一般に、圧縮ＥＳＧ源、断熱膨張チャンバ
ー、ガス中のパーティクル濃度を測定するセンサー、お
よびフローコントロールシステムを備える。本システム
は、サンプルガスの状態を変化させて汚染パーティクル
表面へのガス分子の凝縮を開始することで、汚染パーテ
ィクルのサイズを増加させ、パーティクルをセンサーで
検出できるように、デザインされている。好ましくは、
光学センサーを用いる。According to the present invention, a method for analyzing particles in a special gas for the electronic industry (ESG) is disclosed.
Two systems and corresponding methods are provided. The system of the present invention generally comprises a compression ESG source, an adiabatic expansion chamber, a sensor for measuring the concentration of particles in the gas, and a flow control system. The system is designed to increase the size of the contaminating particles by changing the state of the sample gas and initiating condensation of gas molecules on the surface of the contaminating particles so that the sensors can detect the particles. Preferably,
Use an optical sensor.

【００２８】本発明の他の側面によれば、ＥＳＧ中のパ
ーティクル物質を分析する方法が提供される。本発明の
方法は一般に、サンプルガスをテストチャンバー（Ｔ
Ｃ）へ導入する工程と、断熱膨張によってサンプルガス
の熱力学的な状態を変化させて、汚染パーティクルの均
一核形成を避けながら汚染パーティクル上への不均一核
形成の開始に必要な所定の過飽和の値を達成する工程
と、大きくなったパーティクルを光散乱技術を含む（し
かしこれに限定されない）何らかの検出技術によってカ
ウントする工程とを含む。According to another aspect of the present invention, there is provided a method for analyzing a particle substance in an ESG. The method of the present invention generally involves transferring a sample gas to a test chamber (T
C) and the predetermined supersaturation necessary to start heterogeneous nucleation on contaminated particles while avoiding uniform nucleation of contaminated particles by changing the thermodynamic state of the sample gas by adiabatic expansion. And counting the grown particles by any detection technique, including but not limited to light scattering techniques.

【００２９】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の方法および装置は上述お
よび他の問題を解決して、ＥＳＧ中のパーティクル検出
の技術を進める。本発明において、汚染物モニタリング
を受けるＥＳＧその他のガスは、それ自体がＣＮＣの作
業物質（流体）として働く。このことは、外部からの作
業流体を導入する必要性をなくし、高レベルの感度でＥ
ＳＧ中の不純物を測定する間のＥＳＧと作業流体との間
の潜在的な反応およびＥＳＧの汚染を回避する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The method and apparatus of the present invention solves the above and other problems and advances the art of particle detection in ESG. In the present invention, ESG and other gases subject to contaminant monitoring themselves serve as working materials (fluids) for the CNC. This eliminates the need to introduce an external working fluid and provides a high level of sensitivity for E
Avoid potential reactions between the ESG and the working fluid while measuring impurities in the SG and contamination of the ESG.

【００３０】本発明においては、３つの可能な態様が提
供される。In the present invention, three possible embodiments are provided.

【００３１】１．膨張比を固定して初期温度を調整する
断熱膨張。1. Adiabatic expansion that adjusts the initial temperature by fixing the expansion ratio.

【００３２】２．所定の初期温度および圧力ならびに可
変の膨張体積において膨張比が調整可能である断熱膨
張。2. Adiabatic expansion with an adjustable expansion ratio at a given initial temperature and pressure and a variable expansion volume.

【００３３】３．体積が固定された膨張チャンバーの初
期圧力を調整して膨張比が調製可能である断熱膨張。3. Adiabatic expansion in which the expansion ratio can be adjusted by adjusting the initial pressure of an expansion chamber with a fixed volume.

【００３４】必ずしも必要ではないが、もし望むのなら
ば、これらの態様またはそれらの変形のどれでも、テス
トパーティクル発生器および参照パーティクル検出シス
テムと一緒にすることができる。Although not required, any of these embodiments or variations thereof can be combined with a test particle generator and a reference particle detection system if desired.

【００３５】しかし、態様に関係なく、本発明が考慮す
る全ての方法および装置は、サンプルガスの断熱膨張を
用いて、分析するサンプルガスの過飽和状態を作り出す
ことに基づいている。この過飽和状態によって注目する
ガス中に含まれる汚染パーティクルのサイズが増大し、
現在利用可能な検出手段によって容易に検出することが
できる。同時に、サンプルガスの断熱膨張および冷却に
よって、潜在的にサンプルガスと反応しまたはそれを汚
染さえし得る付加的な作業流体を導入する必要性が回避
される。However, regardless of the embodiment, all methods and apparatus contemplated by the present invention are based on using adiabatic expansion of the sample gas to create a supersaturated state of the sample gas to be analyzed. Due to this supersaturated state, the size of the contaminated particles contained in the gas of interest increases,
It can be easily detected by currently available detection means. At the same time, the adiabatic expansion and cooling of the sample gas avoids the need to introduce additional working fluid that can potentially react with or even contaminate the sample gas.

【００３６】本発明への第１のアプローチにおいては、
冷却と所定の固定された体積膨張比を有する急速な断熱
膨張との組み合わせを用いて、テストチャンバー内で過
飽和状態を作り出す。冷却によって、ガスサンプルは飽
和限界(saturation limit)に到達できるが過飽和は作り
出されない。その理由は、冷却が熱力学的に平衡なプロ
セスであり、チャンバー壁への物質移動によって凝縮に
必要な準安定状態の形成が妨げられるからである。断熱
膨張によって、過飽和点への到達および不均一核形成の
開始に必要なシステムのさらなる（準安定の）冷却がな
される。In a first approach to the present invention,
A combination of cooling and rapid adiabatic expansion with a predetermined fixed volume expansion ratio is used to create supersaturation in the test chamber. By cooling, the gas sample can reach the saturation limit but no supersaturation is created. This is because cooling is a thermodynamically equilibrium process and mass transfer to the chamber walls prevents the formation of the metastable state required for condensation. Adiabatic expansion provides additional (metastable) cooling of the system required to reach the supersaturation point and initiate heterogeneous nucleation.

【００３７】図１において、膨張比を固定し初期温度を
調整して断熱膨張を実施する本発明の側面に係る装置２
および方法の典型的な態様を示す。装置２は、温度コン
トロール装置６を有するテストチャンバー４とパーティ
クルディテクターまたはセンサー１４とを備える。光学
式ディテクター、またはマイクロバランスセンサーと組
み合わせた慣性ディテクター(inertial detector)を含
むどんなタイプのパーティクルディテクターも使用でき
る。好ましくは、光散乱光学式ディテクターを光源１２
と結合して用いるか、または光学式パーティクルカウン
ターである。パーティクルディテクターが光学式パーテ
ィクルディテクターならば、２つの光学ポートまたは窓
８および１０を備える。光学窓８を設けて、光源１２か
らの高強度の光放射をテストチャンバー４内に入れる。
光学窓１０を設けて、光学式ディテクターが増大した汚
染パーティクルを検出できるようにする。In FIG. 1, an apparatus 2 according to an aspect of the present invention for performing adiabatic expansion by fixing the expansion ratio and adjusting the initial temperature.
And exemplary embodiments of the method. The device 2 comprises a test chamber 4 having a temperature control device 6 and a particle detector or sensor 14. Any type of particle detector can be used, including an optical detector or an inertial detector in combination with a microbalance sensor. Preferably, the light scattering optical detector is
Or an optical particle counter. If the particle detector is an optical particle detector, it has two optical ports or windows 8 and 10. An optical window 8 is provided to allow high intensity light emission from light source 12 to enter test chamber 4.
An optical window 10 is provided to enable the optical detector to detect increased contaminant particles.

【００３８】光源１２は高強度の光源ならば何でも良
い。好ましくは、光源は可視または赤外の光源であり得
る。好ましくは、光源の波長は約４００ないし約８００
ナノメーターの範囲である。好ましくは、光源１２はレ
ーザーである。パーティクルディテクター１４は、窓ま
たはポート１０を介してテストチャンバー１２に作用的
に(operatively)接続している。温度コントロール装置
６は、後述する理論的な予測によって決定される初期温
度を調整するために、必要に応じて加熱および／または
冷却をもたらす。好ましくは、温度コントロール装置は
熱電素子である。The light source 12 may be any light source having a high intensity. Preferably, the light source may be a visible or infrared light source. Preferably, the wavelength of the light source is from about 400 to about 800
In the nanometer range. Preferably, light source 12 is a laser. Particle detector 14 is operatively connected to test chamber 12 via window or port 10. The temperature control device 6 provides heating and / or cooling as needed to adjust the initial temperature determined by theoretical predictions described below. Preferably, the temperature control device is a thermoelectric element.

【００３９】また図１の装置は、圧力レギュレーター２
２、パージガス入口２４、サンプルガス入口２６、真空
接続部２８、ならびにすべてラインと作用的に接続され
たバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５を備える。
バルブＶ１は、サンプルガス入口２６からテストチャン
バー４内へのサンプルガスの導入を制御する。圧力レギ
ュレーター２２は、パージガス入口２４とバルブＶ２と
の間に設けられて、テストチャンバー４内へ入るパージ
ガスの圧力を調整する。パージガスは、バルブＶ２とテ
ストチャンバー４との間のラインを通ってテストチャン
バー４内へ流れる。その代わりに、サンプルガスを、圧
力レギュレーター２２とバルブＶ２との間のラインから
テストチャンバー４に加えても良い。第１の態様のこの
変形ではバルブＶ１は無い。Further, the apparatus shown in FIG.
2, purge gas inlet 24, sample gas inlet 26, vacuum connection 28, and valves V1, V2, V3, V4 and V5 all operatively connected to the line.
The valve V1 controls the introduction of the sample gas from the sample gas inlet 26 into the test chamber 4. The pressure regulator 22 is provided between the purge gas inlet 24 and the valve V2, and adjusts the pressure of the purge gas entering the test chamber 4. The purge gas flows into the test chamber 4 through a line between the valve V2 and the test chamber 4. Alternatively, the sample gas may be added to the test chamber 4 from a line between the pressure regulator 22 and the valve V2. In this variant of the first aspect, there is no valve V1.

【００４０】図１の装置は、１または複数の膨張チャン
バー１６および１８をさらに備える。膨張チャンバー１
８は典型的にまた好ましくは、膨張チャンバー１６より
も容積が大きいが、これは全ての態様においてそうであ
ることを必要としない。膨張チャンバーはテストチャン
バーの下流にある。バルブＶ３は、テストチャンバー４
と膨張チャンバー１６との間のラインに見出される。バ
ルブＶ４は、膨張チャンバー１６と膨張チャンバー１８
との間のラインにある。また、フローコントロール装置
２０が設けられている。所望の最終結果が達成されるな
らば、どんなフローコントロール装置も使用できる。好
ましくは、コントロール装置はクリティカルオリフィス
(critical orifice)である。フローコントロール装置２
０は、膨張チャンバー１８の出口に接続されており、バ
ルブＶ５が両者の間のラインに設けられている。変形と
して、フローコントロール装置は、テストチャンバーを
充填する間フローコントロール装置が等温度状態を可能
にするならば、システムのどこに配置しても良い。The apparatus of FIG. 1 further comprises one or more expansion chambers 16 and 18. Expansion chamber 1
8 is also typically and preferably larger in volume than the expansion chamber 16, but this need not be the case in all embodiments. The expansion chamber is downstream of the test chamber. The valve V3 is connected to the test chamber 4
Found in the line between and the expansion chamber 16. Valve V4 is connected to expansion chamber 16 and expansion chamber 18
On the line between. Further, a flow control device 20 is provided. Any flow control device can be used if the desired end result is achieved. Preferably, the control device is a critical orifice
(critical orifice). Flow control device 2
0 is connected to the outlet of the expansion chamber 18, and a valve V5 is provided in a line between the two. Alternatively, the flow control device may be located anywhere in the system if the flow control device allows for an isothermal condition while filling the test chamber.

【００４１】図１に符号２で示した第１の態様の装置に
おいて、テストチャンバー４を不活性ガスたとえば不活
性ガス源２４からの窒素またはアルゴン（しかしこれら
に限定されない）によってパージする。この不活性ガス
はバルブＶ２、テストチャンバー４、バルブＶ３、膨張
チャンバー１６、バルブＶ４、膨張チャンバー１８、お
よびバルブＶ５を通って流れる。バルブＶ５を閉じた
後、圧力レギュレーター２２を使ってテストチャンバー
４内の不活性ガスの圧力をサンプルガス２６の圧力と同
じに設定して、サンプルガスをテストチャンバーに導入
する間に人工的な物が形成されるのを回避する。これ
は、US特許5,209,102（WangとUdischasに付与）に記載
されている。バルブＶ５を再び開けて、バルブＶ１を通
って流れるサンプルガスをテストチャンバー４に導入
し、一方で、不活性ガスをバルブＶ３〜Ｖ５、および真
空ライン２８に接続したフローコントロール装置２０を
含むシステムを通して排気する。サンプルガス入口２６
からのサンプルガスによってチャンバー４を満たした
後、バルブＶ３を再び閉じる。充填時間はテストチャン
バー４の容積によって決定され、流速はフローコントロ
ール装置２０によって決定される。テストチャンバー４
内のサンプルガスの温度を調整して所定の温度にする
間、バルブＶ４〜Ｖ５を開けたままにして、膨張チャン
バー１６および１８内を減圧して真空圧力にする。テス
トチャンバー４内のガス温度が所定の温度に達したら、
バルブＶ４とＶ５を閉じた後バルブＶ３を開けてサンプ
ルガスを断熱膨張させ、膨張チャンバー１６を満たす。
ガスは膨張する間に過飽和になる。ガスが凝縮してテス
トガス中の汚染パーティクルが大きくなるため、パーテ
ィクルを光学式ディテクターたとえば図１に示した光散
乱光学式ディテクター１４を用いて検出することができ
る。膨張後の温度変化が不十分で所望する過飽和に到達
しない場合には、バルブＶ４を開けて追加の断熱膨張を
膨張１８内へと起こす。その結果、対応する追加の温度
降下が起こり、汚染パーティクルのサイズが増加する。In the apparatus of the first embodiment, designated 2 in FIG. 1, the test chamber 4 is purged with an inert gas, such as, but not limited to, nitrogen or argon from an inert gas source 24. This inert gas flows through valve V2, test chamber 4, valve V3, expansion chamber 16, valve V4, expansion chamber 18, and valve V5. After closing the valve V5, the pressure of the inert gas in the test chamber 4 is set to be the same as the pressure of the sample gas 26 using the pressure regulator 22, and an artificial object is introduced while introducing the sample gas into the test chamber. Is formed. This is described in US Patent 5,209,102 (to Wang and Udischas). Valve V5 is reopened and the sample gas flowing through valve V1 is introduced into test chamber 4 while the inert gas is passed through the system including valves V3-V5 and flow control device 20 connected to vacuum line 28. Exhaust. Sample gas inlet 26
After filling the chamber 4 with the sample gas from, the valve V3 is closed again. The filling time is determined by the volume of the test chamber 4, and the flow rate is determined by the flow control device 20. Test chamber 4
While adjusting the temperature of the sample gas therein to a predetermined temperature, the pressure in the expansion chambers 16 and 18 is reduced to a vacuum pressure while the valves V4 to V5 are kept open. When the gas temperature in the test chamber 4 reaches a predetermined temperature,
After closing the valves V4 and V5, the valve V3 is opened to adiabatically expand the sample gas to fill the expansion chamber 16.
The gas becomes supersaturated while expanding. Since the gas condenses and contaminant particles in the test gas become large, the particles can be detected using an optical detector, for example, the light scattering optical detector 14 shown in FIG. If the temperature change after expansion is not sufficient to achieve the desired supersaturation, valve V4 is opened to cause additional adiabatic expansion into expansion 18. The result is a corresponding additional temperature drop and an increase in the size of the contaminating particles.

【００４２】大きくなった汚染パーティクルのテストチ
ャンバー内の濃度をディテクターを用いて測定した後、
テストチャンバー４と膨張チャンバー１６および１８
を、真空ライン２８を通して真空に引くか、または真空
ライン２８を通して真空に引きながらシステムに不活性
パージガスを充填することで、排気することができる。
こうしてシステムは次の測定サイクルに対して用意がで
きる。After measuring the concentration of the increased contaminant particles in the test chamber using a detector,
Test chamber 4 and expansion chambers 16 and 18
Can be evacuated by drawing a vacuum through vacuum line 28 or by filling the system with an inert purge gas while drawing a vacuum through vacuum line 28.
The system is now ready for the next measurement cycle.

【００４３】バルブＶ３およびＶ４は好ましくは、起動
する際に流れの実質的に大きな断面積を開けて、それぞ
れ膨張チャンバー１６および１８でのテストガスの断熱
膨張を促進する。ポペットバルブまたはダイアフラム弁
を含むどんな高速の放出弁も使用できると考えられる
が、ソレノイド操作バルブが本発明を実施する上で特に
好ましいことが分かった。Burkert（Irvin、カリフォル
ニア）からのバルブ６０１３Ａを使うのが好ましかっ
た。Valves V3 and V4 preferably open a substantially large cross-sectional area of the flow upon activation to facilitate adiabatic expansion of the test gas in expansion chambers 16 and 18, respectively. Although it is contemplated that any high speed release valve, including a poppet valve or diaphragm valve, could be used, a solenoid operated valve has been found to be particularly preferred in practicing the present invention. We preferred to use valve 6013A from Burkert (Irvin, CA).

【００４４】この装置の構成要素および部品は、装置の
含む断熱膨張が膨張比を固定して初期温度を調整するも
のならば、変形、交換、修正、または削除しても良い。The components and components of this device may be modified, replaced, modified, or deleted as long as the adiabatic expansion included in the device fixes the expansion ratio and adjusts the initial temperature.

【００４５】図２において、本発明のさらなる側面に係
る装置２００の典型的な態様を示す。本発明のこの態様
は、方法にしろ装置にしろ、断熱膨張の実施を、所定の
初期温度および圧力において体積を変化させて膨張比を
調整可能にして行う。装置２００は、恐らくこの態様を
実施するために用いることができる装置の一実施例であ
る。装置２００の備えるテストチャンバー４０は、移動
可能なダイアフラムまたはメカニカルピストン４２を有
し、これはテストチャンバー４０を左チャンバー４１と
右チャンバー４３とに分離する。通常のどんなタイプの
柔軟なまたは移動可能なダイアフラムまたはピストン
も、本発明を実施するために用いることができる。同様
に、膨張性のプラスチックバッグを用いてテストチャン
バーを分離することもできる。このようなプラスチック
バッグを膨らませた後しぼませてテストチャンバー自体
の容積を変化させる結果、可変の容積がもたらされる。FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an apparatus 200 according to a further aspect of the invention. This aspect of the present invention, whether method or apparatus, performs adiabatic expansion with a variable volume and adjustable expansion ratio at a predetermined initial temperature and pressure. Apparatus 200 is perhaps one example of an apparatus that can be used to implement this aspect. The test chamber 40 of the apparatus 200 has a movable diaphragm or mechanical piston 42, which separates the test chamber 40 into a left chamber 41 and a right chamber 43. Any conventional type of flexible or movable diaphragm or piston can be used to practice the present invention. Similarly, an inflatable plastic bag can be used to separate the test chambers. Changing the volume of the test chamber itself by inflating and deflating such a plastic bag results in a variable volume.

【００４６】ダイアフラム４２は、矢印６２および６４
で示した通り、２方向で移動可能である。位置モニタリ
ングシステム（図示せず）を、ダイアフラム４２のテス
トチャンバー４０内での位置を示すことを望むならば、
設けても良い。The diaphragm 42 has arrows 62 and 64
It can move in two directions as shown by. If a position monitoring system (not shown) is desired to indicate the position of the diaphragm 42 within the test chamber 40,
May be provided.

【００４７】パーティクルディテクター４４が、大きく
なったパーティクルを検出するためにテストチャンバー
に作用的に接続されている。どんなタイプのパーティク
ルディテクターも用いることができる。好ましくは、光
学式パーティクルカウンター（光散乱光学式ディテクタ
ーを含むがこれに限らない）を用いることができる。所
望により、光学式ディテクターはフィルター４６を備え
ていても良い。２つのフローコントロール装置４８およ
び５０（これらはクリティカルオリフィスであり得る）
が、バルブＶ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４、およびＶ
１５、ならびに関連する相互接続配管およびラインとと
もに装置を完成させている。A particle detector 44 is operatively connected to the test chamber for detecting the growing particles. Any type of particle detector can be used. Preferably, an optical particle counter (including but not limited to a light scattering optical detector) can be used. If desired, the optical detector may include a filter 46. Two flow control devices 48 and 50 (these can be critical orifices)
Are the valves V11, V12, V13, V14, and V
15 and the associated interconnecting piping and lines to complete the device.

【００４８】バルブ１５は、フローコントロール装置５
０と真空源５２との間に配置されている。バルブＶ１４
はチャンバー４３を真空源５４につなげている。真空源
５２と５４は異なる真空源たとえば別個の真空ポンプで
あっても良いが、好ましくは同じである。図示したこの
特定の態様においては、フローコントロール装置５０か
らのラインが、バルブ１４からのラインにチャンバー４
３の前で接続されている。サンプルガス接続および供給
源５６が設けられている。バルブＶ１２が、サンプルガ
ス接続および供給源５６とテストチャンバー４０との間
のラインに配置されている。図２に示したように、サン
プルガス出口５８が、パーティクルディテクター４４お
よびフィルター４６の後ろに見出される。バルブＶ１１
が、チャンバー４１とパーティクルディテクター４４と
の間のラインに配置されている。The valve 15 is connected to the flow control device 5
0 and a vacuum source 52. Valve V14
Connects the chamber 43 to a vacuum source. The vacuum sources 52 and 54 may be different vacuum sources, such as separate vacuum pumps, but are preferably the same. In this particular embodiment shown, the line from the flow control device 50 is connected to the line from the valve 14 by the chamber 4.
Connected in front of 3. A sample gas connection and source 56 is provided. A valve V12 is located in the line between the sample gas connection and source 56 and the test chamber 40. As shown in FIG. 2, a sample gas outlet 58 is found behind the particle detector 44 and the filter 46. Valve V11
Are arranged in a line between the chamber 41 and the particle detector 44.

【００４９】また装置は不活性パージガス接続および供
給源６０を備えている。不活性ガス接続および供給源６
０はクリティカルオリフィス４８に接続されている。バ
ルブＶ１３が、クリティカルオリフィス４８とテストチ
ャンバー４０との間に配置されている。この装置のすべ
ての構成要素および部品は、断熱膨張を所定の初期温度
および圧力において体積を変化させて膨張比を調整可能
にして行う限り、変形、交換および／または修正しても
良い。The apparatus also has an inert purge gas connection and supply 60. Inert gas connection and supply 6
0 is connected to the critical orifice 48. A valve V13 is arranged between the critical orifice 48 and the test chamber 40. All components and components of the device may be deformed, replaced and / or modified as long as the adiabatic expansion is performed at a given initial temperature and pressure by changing the volume and adjusting the expansion ratio.

【００５０】図２に示す装置および図２の装置を用いる
方法も断熱膨張を利用するが、サンプルガスの温度を前
もって調整することを行わない。むしろこの態様では断
熱膨張を、初期温度および圧力を用いて、体積を可変に
して行う。可変の体積膨張比を、容積が変更できるテス
トチャンバー４０を用いて実現できる。このような可変
のチャンバーはどんなものでも適している。例として、
しかし限定する目的ではないが、移動ダイアフラム４２
を有するチャンバーをこの態様の説明において用いてい
る。右テストチャンバー４３を、最初にバルブＶ１３と
フローコントロール装置４８を通して不活性ガス（たと
えば窒素またはアルゴン）で満たす。フローコントロー
ル装置４８はクリティカルオリフィスであり得る。バル
ブＶ１１を開けて、ダイアフラム４２によって、バルブ
Ｖ１１、パーティクルカウンター４４、およびフィルタ
ー４６を通してサンプルガスを押し出す。移動ダイアフ
ラム４２の左最終位置において、バルブＶ１２およびＶ
１５を開けて（バルブＶ１１およびＶ１３、およびＶ１
４は閉めて）測定サイクルを始める。右チャンバー４３
の圧力は徐々に減少し、減少速度はテストチャンバー４
３の容積およびクリティカルオリフィス５０に依存す
る。不活性ガスの圧力がサンプルガスの圧力を上回るき
に、移動ダイアフラム４２が移動し始めてサンプルガス
がチャンバー４０の左チャンバー４１を満たす。サンプ
ルガスによって満たされる容積Ｖsはｔ*Ｑとして決定さ
れる。ここでＱはフローコントロール装置５０を通る流
速であり、ｔは充填時間である。Ｖsの必要な値は、方
程式Ｖ_s＝Ｖ／λから決定することができる。ここでＶ
はテストチャンバーの容積であり、λは所望する膨張比
である。サンプルガスが所定の容積Ｖ_sを満たしたとき
に、断熱膨張を、バルブＶ１２およびＶ１５を閉じてバ
ルブＶ１４を開けて開始する。テストチャンバー４０の
右チャンバー４３の圧力が急速にゼロに落ちて、ダイア
フラムを右最終位置に動かす。結果としてのテストチャ
ンバー４０の左チャンバー４１内でのサンプルガスの膨
張によって過飽和が形成され、そして汚染パーティクル
の凝縮成長が起こる。パーティクル成長が完了した後、
バルブＶ１４を閉じてバルブＶ１１とＶ１３とを開け
て、大きくなったパーティクルのガスサンプルを、光学
式パーティクルカウンター４４とフィルター４６とを通
してサンプルガス出口５８へ押し出す。フローコントロ
ール装置４８のサイズは、凝縮パーティクルのじょう乱
を最小限にするように選択しなければならない。例え
ば、フローコントロール装置４８を、テストチャンバー
４０の右チャンバー４３側を不活性ガスで等温充填する
ように選択する。移動ダイアフラム４２が左最終位置に
到達したときに、測定サイクルは完了する。The apparatus shown in FIG. 2 and the method using the apparatus of FIG. 2 also utilize adiabatic expansion, but do not pre-adjust the temperature of the sample gas. Rather, in this embodiment, the adiabatic expansion is performed with a variable volume using the initial temperature and pressure. A variable volume expansion ratio can be achieved with a test chamber 40 of variable volume. Any such variable chamber is suitable. As an example,
However, without limitation, the moving diaphragm 42
Are used in the description of this embodiment. The right test chamber 43 is first filled with an inert gas (eg, nitrogen or argon) through valve V13 and flow control device. Flow control device 48 may be a critical orifice. The valve V11 is opened, and the sample gas is pushed out by the diaphragm 42 through the valve V11, the particle counter 44, and the filter 46. At the left end position of the moving diaphragm 42, the valves V12 and V12
15 (open valves V11 and V13, and V1
4 is closed) to start the measurement cycle. Right chamber 43
Pressure gradually decreases, the rate of decrease
3 and critical orifice 50. When the pressure of the inert gas exceeds the pressure of the sample gas, the moving diaphragm 42 starts moving and the sample gas fills the left chamber 41 of the chamber 40. The volume Vs filled by the sample gas is determined as t * Q. Here, Q is the flow rate through the flow control device 50, and t is the filling time. The required value of Vs can be determined from the equation V _s = V / λ. Where V
Is the volume of the test chamber and λ is the desired expansion ratio. When the sample gas satisfies a predetermined volume V _s, the adiabatic expansion, by closing the valve V12 and V15 to start opening the valve V14. The pressure in the right chamber 43 of the test chamber 40 quickly drops to zero, moving the diaphragm to the final right position. The resulting expansion of the sample gas in the left chamber 41 of the test chamber 40 causes supersaturation and condensed growth of contaminant particles. After particle growth is completed,
By closing the valve V14 and opening the valves V11 and V13, the gas sample of the enlarged particles is pushed out to the sample gas outlet 58 through the optical particle counter 44 and the filter 46. The size of the flow control device 48 must be selected to minimize disturbance of condensed particles. For example, the flow control device 48 is selected so that the right chamber 43 side of the test chamber 40 is isothermally filled with an inert gas. The measurement cycle is completed when the moving diaphragm 42 reaches the last left position.

【００５１】またこの態様の変形として、装置２００の
左チャンバー４１を図１のチャンバー４と同様に構成し
て、光学窓８および１０、光学式ディテクター１４、お
よび光源１２を有するようにしても良い。このような場
合に、装置は依然外部のパーティクルカウンター４４を
備えていても良い。この態様の方法において、ガスがパ
ーティクルカウンター４４を通って移動する工程(Step
s)を伴っても良い。図２に示す配置の利点は、既存の光
学式パーティクルカウンター４４を変更して本発明の凝
縮核カウンターを最小限の変更および追加コストで取り
入れられることである。どんな光学式パーティクルカウ
ンター４４（市販のカウンターとともに注文デザインの
カウンターを含む）もシステムの一部として使用でき
る。それは、成長する汚染パーティクルのサイズが数マ
イクロメーターの範囲であり、非常に容易に検出できる
からである。高効率フィルター４６は、光学式パーティ
クルカウンター４４の後ろで付加された汚染されたパー
ティクルを除去し、テスト済みのサンプルガスをシステ
ムへ戻すことを可能にしている。本態様の種々の形態の
装置および方法によって測定コストが下がる。その理由
は、ＥＳＧが所定の汚染基準を満たすならば、さらに毒
性を除去することなく製造プロセスへ再導入できるから
である。As a modification of this embodiment, the left chamber 41 of the apparatus 200 may be configured in the same manner as the chamber 4 in FIG. . In such a case, the device may still comprise an external particle counter 44. In the method of this embodiment, the step of moving gas through the particle counter 44 (Step
s) may be accompanied. An advantage of the arrangement shown in FIG. 2 is that the existing optical particle counter 44 can be modified to incorporate the condensation nucleus counter of the present invention with minimal modification and additional cost. Any optical particle counter 44 (including custom designed counters as well as commercially available counters) can be used as part of the system. This is because the size of the growing contaminant particles is in the range of a few micrometers and can be detected very easily. The high efficiency filter 46 removes contaminated particles added behind the optical particle counter 44 and allows the tested sample gas to be returned to the system. The various forms of the apparatus and method of this aspect reduce measurement costs. The reason is that if the ESG meets certain pollution standards, it can be reintroduced into the manufacturing process without further elimination of toxicity.

【００５２】図３に示す本発明の第３の態様において
は、膨張比が調整可能な断熱膨張を、容積が固定された
膨張チャンバー内の圧力を変化させて実現する。好まし
くは図１の装置を、図３に示すような小さな変更によっ
て、この態様において使用できる。温度コントロール装
置を取り外して、圧力コントロール装置または膨張チャ
ンバーの圧力をコントロールする何らかの装置を膨張チ
ャンバーへ付け加える。この態様では１つの膨張チャン
バーだけが必要であるが、複数の膨張チャンバーを使用
しても良い。In the third embodiment of the present invention shown in FIG. 3, adiabatic expansion with an adjustable expansion ratio is realized by changing the pressure in an expansion chamber having a fixed volume. Preferably the apparatus of FIG. 1 can be used in this manner with minor modifications as shown in FIG. Remove the temperature control device and add a pressure control device or any device that controls the pressure in the expansion chamber to the expansion chamber. In this embodiment, only one expansion chamber is required, but multiple expansion chambers may be used.

【００５３】この態様では、テストチャンバーにサンプ
ルガスを初期圧力で満たす。膨張チャンバー内の圧力を
圧力コントロール装置でコントロールする。テストチャ
ンバーと膨張チャンバーとの間のバルブを開けておく。
固定された容積の膨張チャンバー内の圧力を変化させて
膨張比を調整する限り、装置の全ての構成要素および部
品を変形、交換、および／または修正することができ
る。In this embodiment, the test chamber is filled with the sample gas at the initial pressure. The pressure in the expansion chamber is controlled by a pressure control device. Open the valve between the test chamber and the expansion chamber.
All components and components of the device can be deformed, replaced, and / or modified, as long as the pressure within the fixed volume expansion chamber is varied to adjust the expansion ratio.

【００５４】最高の感度と均一核形成に由来する「誤っ
た」カウントが無いことの組み合わせに対する最適な膨
張比の範囲、および必要な温度範囲を、後述する「解析
モデルの応用」の題名のセクションで論じる。The range of optimal expansion ratios for the combination of highest sensitivity and absence of “false” counts resulting from homogeneous nucleation, and the required temperature range, are described in the section entitled “Application of Analytical Models” below. Discuss in.

【００５５】ＥＳＧ中のパーティクル物質を分析する方
法は、サンプルガスをテストチャンバー４へ導入する工
程、サンプルガスの温度を所定の値または範囲値へ変え
る工程（第１の態様を実施する場合）、膨張体積を変え
る工程（第２の態様を使用する場合）、または圧力を所
定の値または範囲値へ変える工程（本発明の第３の態様
を使用する場合）、一方でサンプルガスの熱力学的状態
を断熱膨張で変えて所定の過飽和値に到達する工程とを
含む。汚染パーティクルの不均一核形成を開始する一方
でパーティクルの均一形成を回避するために必要な過飽
和値は、サンプルガス（ＥＳＧ）の性質と初期状態たと
えば温度および圧力とに依存する。事前の理論的な解析
によって、サンプルガスの既知の物理的および熱力学的
特性を用いて、このような基準を殆どのガスに対して確
立することができる。The method of analyzing the particle substance in the ESG includes a step of introducing the sample gas into the test chamber 4, a step of changing the temperature of the sample gas to a predetermined value or a range value (when the first embodiment is performed), Changing the expansion volume (if using the second aspect) or changing the pressure to a predetermined value or range (if using the third aspect of the invention), while the thermodynamics of the sample gas Changing the state by adiabatic expansion to reach a predetermined supersaturation value. The supersaturation value required to initiate heterogeneous nucleation of contaminating particles while initiating heterogeneous nucleation depends on the nature of the sample gas (ESG) and initial conditions such as temperature and pressure. With prior theoretical analysis, such criteria can be established for most gases using the known physical and thermodynamic properties of the sample gas.

【００５６】Ｉ．解析モデル Ａ．動作原理 ＣＮＣで起こる基本的なプロセスは、（１）初期の核の
活性化、（２）それらの検出可能なサイズへの成長、お
よび（３）成長したパーティクルの光学的検出、であ
る。これら３つのプロセスは全て、ＣＮＣの検出効率に
対して重要である。なお検出効率は、パーティクルの測
定された濃度とパーティクルの実際の濃度との比であ
る。I. Analysis Model A. Principles of Operation The basic processes that take place in the CNC are (1) initial nuclear activation, (2) their growth to a detectable size, and (3) optical detection of the grown particles. All three processes are important for the detection efficiency of the CNC. The detection efficiency is a ratio between the measured concentration of the particles and the actual concentration of the particles.

【００５７】過飽和媒体中にある汚染パーティクル
（核）に対して、蒸気の凝縮および蒸発プロセスの両方
が同時に起こる。曲面上での平衡蒸気圧は平面上でのそ
れよりも高いため、凝縮と蒸発との比はパーティクルサ
イズに依存する（ケルビン効果）。これら２つのプロセ
スが平衡にあるときのパーティクルサイズは、通常ケル
ビン直径として決定される。ここで用いるように活性化
の意味は、汚染物パーティクルサイズがケルビン直径を
越えたときに（ケルビン直径は過飽和および他のパラメ
ーターに依存する）、凝縮が蒸発よりも優勢になり始め
ることである。For contaminating particles (nuclei) in a supersaturated medium, both the vapor condensation and evaporation processes occur simultaneously. Since the equilibrium vapor pressure on a curved surface is higher than on a flat surface, the ratio between condensation and evaporation depends on the particle size (Kelvin effect). The particle size when these two processes are in equilibrium is usually determined as the Kelvin diameter. Activation, as used herein, means that when the contaminant particle size exceeds the Kelvin diameter (Kelvin diameter depends on supersaturation and other parameters), condensation begins to predominate over evaporation.

【００５８】活性化および成長の後のＣＮＣの第３のプ
ロセス、成長パーティクルの光学的検出も、それがサイ
ズ選択性のプロセスなので、検出効率に寄与し得る。た
とえ成長したパーティクルの濃度測定が難しい問題でな
くても、サイズに依存する２〜３の影響が起こり得る。
最も明らかな影響は、最終的なサイズが光学式パーティ
クルカウンター（ＯＰＣ）の検出限界と一致する成長し
たパーティクルを数え落とすことである。The third process of CNC after activation and growth, optical detection of growing particles, can also contribute to the detection efficiency since it is a size selective process. Even if the measurement of the concentration of the grown particles is not a difficult problem, there can be a few effects depending on the size.
The most obvious effect is to count down grown particles whose final size matches the detection limit of an optical particle counter (OPC).

【００５９】Ｂ．断熱膨張 以下の式によって、急速な断熱膨張の状態にある理想気
体に対する体積Ｖ、圧力Ｐ、およびＴの間の関係が記述
される。B. Adiabatic Expansion The following equation describes the relationship between volume V, pressure P, and T for an ideal gas in a state of rapid adiabatic expansion.

【００６０】Ｐ₂＝Ｐ₁＊（Ｖ₁／Ｖ₂）^γ Ｔ₂＝Ｔ₁＊（Ｖ₁／Ｖ₂）^γ-1 ここで、γは定圧比熱容量Ｃ_pと定容比熱容量Ｃ_vとの比
であり、指数１は膨張前のガス状態に関係し、指数２は
膨張後のガス状態に関係する。P ₂ = P ₁ * (V ₁ / V ₂ ) ^γ T ₂ = T ₁ * (V ₁ / V ₂ ) ^γ-1 where γ is the constant pressure specific heat capacity C _p and the constant volume specific heat capacity C _v The index 1 relates to the gas state before expansion, and the index 2 relates to the gas state after expansion.

【００６１】飽和は、Ｓ＝Ｐ／Ｐ_sat（Ｔ）として定義
される。ここで、Ｐはシステム内のガス圧力であり、Ｐ
_sat（Ｔ）は与えられた温度Ｔでの平衡蒸気圧で、通常
Ｐ_sat（Ｔ）＝ｅｘｐ（Ａ−Ｂ／Ｔ）で表わされる。こ
こでＡおよびＢは定数である。システムは、Ｓ＜１のと
きに不飽和と呼ばれ、Ｓ＞１のときに過飽和と呼ばれ
る。過飽和のシステムでのみ、パーティクル上への蒸気
またはガスの不均一核成長によってエーロゾルパーティ
クルが成長する。断熱膨張後の過飽和値は以下のように
書くことができる。Saturation is defined as S = P / P _sat (T). Where P is the gas pressure in the system and P
_sat (T) is an equilibrium vapor pressure at a given temperature T, and is usually expressed as P _sat (T) = exp (AB / T). Here, A and B are constants. The system is called unsaturated when S <1 and supersaturated when S> 1. Only in supersaturated systems will aerosol particles grow by heterogeneous nucleation of vapor or gas on the particles. The supersaturated value after adiabatic expansion can be written as:

【００６２】Ｓ＝Ｓ₁＊（Ｖ₁／Ｖ₂）^γ＊ｅｘｐ[｛Ｂ／
Ｔ₁｝｛（Ｖ₂／Ｖ₁）^γ-1−１｝] ここで、Ｓ1は膨張前のガスの過飽和である。γ〜１
（種々のガスに対してγは１．０５〜１．４の範囲で変
化する）と仮定して、条件Ｓ＞１を満たすのに必要なγ
の臨界値が以下のように得られる。S = S ₁ * (V ₁ / V ₂ ) ^γ * exp [｛B /
T ₁ {(V ₂ / V ₁ ) ^γ-1 -1}] Here, S 1 is the supersaturation of the gas before expansion. γ-1
(For various gases, γ varies in the range of 1.05 to 1.4), and γ required to satisfy the condition S> 1
Is obtained as follows:

【００６３】γ＞γ_crit＝Ｂ／（Ｂ−Ｔ₁） 種々のガスに対するこの基準の解析を表１に示す。ガス
パラメーターについては、Daubert T.E.,Danner R.P.
（編集者）の「Physical and Thermodynamic Propertie
s of Pure Chemicals」（ニューヨーク、Hemisphere Pu
blishing Corporation）、「The CRC Handbook of Chem
istry and Physics」(1998)および「Gas Encyclopedi
a」（Air Liquide）（Elsevier ニューヨーク発行、ニ
ューヨーク1976）からのデータを用いた。上記参考文献
からのデータを比較して、一致するデータのみを用い
た。γ値については、上記参考文献からの実験値かまた
はＣ_pの値に基づく予測値を用いた。これらの予測値に
対しては、Ｃ_v＝Ｃ_p−Ｒと仮定した。ここでＲは気体定
数である。この仮定は理想気体に対して正しいが、実際
のガスに対するズレは結果に影響を与えるほど重要では
ない。Γ> γ _crit = B / (B−T ₁ ) An analysis of this criterion for various gases is shown in Table 1. For gas parameters, see Daubert TE, Danner RP
(Editor) “Physical and Thermodynamic Propertie
s of Pure Chemicals "(Hemisphere Pu, New York
blishing Corporation), “The CRC Handbook of Chem
istry and Physics (1998) and Gas Encyclopedi
a "(Air Liquide) (Elsevier New York, New York 1976). Data from the above references was compared and only the matching data was used. For γ values, experimental values from the above references or predicted values based on C _p values were used. For these predicted values, it was assumed that C _v = C _p -R. Here, R is a gas constant. While this assumption is correct for an ideal gas, the deviation for an actual gas is not significant enough to affect the results.

【００６４】これらの原理を適用して、凝縮が特定の開
始温度Ｔ1での特定のガスの断熱膨張から起こるかどう
かについて、事前に予示できる。例として、半導体プロ
セスで一般に使用される種々のガスに対して予測された
γと計算されたγ_critとを、表１に示す。γがγ_critよ
りも大きいガスは「ｙｅｓ」と注釈され、この予測およ
び予測中で仮定された条件に従って断熱膨張が過飽和を
もたらし、従って本方法がそのガスに対して適用できる
ことを意味する。しかし、これらの予測された値は、本
発明をこれらのガスにのみ限定することを意図するもの
ではない。その理由は、解析が出発点としての役割を果
たすことを目的としていて非常に簡単化されており、ガ
スに対して利用できる公表された情報に依存するからで
ある。従って本方法は、実際には表１で「ｎｏ」と示さ
れた１または複数のガスに対しても適用できる。Ｔ1を
下げるだけで、本方法をどんな特定のガスに対しても適
用できるようにすることができる。それにもかかわら
ず、最小限として、表１は本方法が少なくとも半導体プ
ロセスで一般に使用される著しい数のガスに対して適用
できることを示している。次のページで示すように、よ
り詳しい予測をＮＨ_３、Ｃｌ₂、およびＢＣｌ₃に対して
行った。Applying these principles, it is possible to foresee in advance whether condensation will result from the adiabatic expansion of a particular gas at a particular starting temperature T1. By way of example, Table 1 shows the predicted γ and the calculated γ _crit for various gases commonly used in semiconductor processes. Gases with γ greater than γ _crit are annotated as “yes”, meaning that adiabatic expansion results in supersaturation according to this prediction and the conditions assumed in the prediction, and thus the method is applicable to that gas. However, these predicted values are not intended to limit the invention to only these gases. The reason is that the analysis is intended to serve as a starting point and is greatly simplified and relies on published information available for the gas. Thus, the method is in fact applicable to one or more gases indicated as "no" in Table 1. Simply reducing T1 can make the method applicable to any particular gas. Nevertheless, as a minimum, Table 1 shows that the method is applicable to at least the significant number of gases commonly used in semiconductor processing. As shown on the following page, were more prediction on _NH 3, Cl _2, and BCl _3.

【００６５】[0065]

【表１】 Ｃ．不均一核形成 過飽和蒸気状態にあるパーティクルが成長を始めること
は、良く知られている。この現象は不均一核形成として
知られており、パーティクルを添加した流体または蒸気
の中でさらに検出するのに十分なサイズにまで成長させ
る凝縮核カウンター（ＣＮＣ）の動作原理である。蒸気
圧とパーティクル径との間の関係は、凝縮プロセスが蒸
発に優先し始める場合に、以下のように書ける。[Table 1] C. Heterogeneous nucleation It is well known that supersaturated vapor particles begin to grow. This phenomenon, known as heterogeneous nucleation, is the principle of operation of a condensed nucleus counter (CNC) that grows to a size sufficient for further detection in particle-added fluids or vapors. The relationship between vapor pressure and particle size can be written as follows when the condensation process begins to override evaporation.

【００６６】ｄ_kelv＝（４σＭ）／（ρＲＴｌｎＳ） ここでｄ_kelvはケルビン直径であり、σは表面張力であ
り、Ｍは分子量であり、ρは液体の密度であり、Ｒは一
般的な気体定数であり、Ｓは過飽和である。D _kelv = (4σM) / (ρRTlnS) where d _kelv is the Kelvin diameter, σ is the surface tension, M is the molecular weight, ρ is the density of the liquid, and R is the general gas Is a constant and S is supersaturated.

【００６７】ＣＮＣの検出限界（理論的にはケルビン直
径に等しい）を予測するためには、作業流体の温度Ｔと
圧力Ｐを知らなければならない。これらのパラメーター
を知れば、ＣＮＣの感度に対応する過飽和値Ｓ＝Ｐ／Ｐ
_sat（Ｔ）とケルビン直径とを決定できる。このアプロ
ーチは、理想的な装置を用いた熱力学理論の下での理想
的な状況を示す。それにもかかわらず、予測は極値を決
定するのに有効である。過飽和の実際の値は、これらの
予測された値に等しいかまたはそれ未満である。In order to predict the detection limit of the CNC (theoretically equal to the Kelvin diameter), the temperature T and pressure P of the working fluid must be known. Knowing these parameters, the supersaturation value S = P / P corresponding to the sensitivity of the CNC
_sat (T) and Kelvin diameter can be determined. This approach shows an ideal situation under thermodynamic theory using ideal equipment. Nevertheless, prediction is valid in determining extreme values. The actual value of supersaturation is less than or equal to these predicted values.

【００６８】過飽和が十分に高い場合には、ガス分子そ
れ自身が核形成の中心として働き得る。この現象は均一
核形成と呼ばれる。均一核形成によって生じる成長パー
ティクルの数は、最初の汚染パーティクルの濃度よりも
実質的に多くなり得る。このように均一核形成は測定方
法を歪め得るので避けなければならない。If the supersaturation is sufficiently high, the gas molecules themselves can serve as nucleation centers. This phenomenon is called uniform nucleation. The number of growing particles resulting from uniform nucleation can be substantially higher than the concentration of the original contaminating particles. Such uniform nucleation must be avoided because it can distort the measurement method.

【００６９】均一核形成速度Ｉ（毎秒１ｃｍ³中に発生
するパーティクルの数）を予測するために、古典的な理
論を適用できる（Laaksonen,A.,Talanquer,V.,Oxotoby,
D.,W.,(1995)「NUCLEATION:Measurements,Theory and A
tmospheric Applications.」Annu.Rev.Phys.Chem. 46:4
89-524)。To predict the uniform nucleation rate I (number of particles generated per cm ³ per second), classical theory can be applied (Laaksonen, A., Talanquer, V., Oxotoby,
D., W., (1995) `` NUCLEATION: Measurements, Theory and A
tmospheric Applications. "Annu.Rev.Phys.Chem. 46: 4
89-524).

【００７０】Ｊ＝｛２σ／（πｍ）｝^1/2・（ｎ₁ ²／
ρ）・ｅｘｐ[−１６πσ³／｛３（ρｌｎＳ）²（ｋ
Ｔ）³｝] ここで、ｍは分子量であり、ｋはボルツマン定数であ
り、σは表面張力であり、ρは流体の密度である。この
式は、パーティクルの形成速度を[パーティクル数／ｃ
ｃ／秒]で与える。[0070] J = {2σ / (πm) } 1/2 · (n 1 2 /
ρ) · exp [-16πσ ³ / ｛3 (ρlnS) ² (k
T) ³ }] where m is the molecular weight, k is the Boltzmann constant, σ is the surface tension, and ρ is the density of the fluid. This equation gives the particle formation speed as [number of particles / c
c / sec].

【００７１】種々の物質の均一核形成についての以前の
研究によれば、実質的な差が実験的な均一核形成速度と
古典的理論に基づく予測との間に見られた。差は６ない
し８のオーダーで変化する（Okuyama, K, Kousaka,Y.,
Warren,D., Flagan,R. and Seinfeld, J.(1987) 「Homo
geneous Nucleation by Continuous Mixing of HighTem
perature Vapor with Room Temperature Gas.」 Aeroso
l Sci. Technol. 6:15-27)。According to previous studies on homogeneous nucleation of various materials, substantial differences were found between experimental homogeneous nucleation rates and predictions based on classical theory. The difference varies on the order of 6 to 8 (Okuyama, K, Kousaka, Y.,
Warren, D., Flagan, R. and Seinfeld, J. (1987) `` Homo
geneous Nucleation by Continuous Mixing of HighTem
perature Vapor with Room Temperature Gas.
l Sci. Technol. 6: 15-27).

【００７２】この不一致のために、以下に示す予測は７
のオーダーだけ高く補正された値を伴う。Because of this mismatch, the prediction shown below is 7
With a corrected value higher by orders of magnitude.

【００７３】Ｄ．解析モデルの適用 詳細な予測を４つの標準グレードのガスに対して行っ
た。すなわち、Ｃｌ₂、ＮＨ₃、ＣＨＣｌ₂Ｆ（フレオン
２１）、およびＢＣｌ₃である。これらのガスはすべ
て、Air Liquide（ヒューストン、テキサス）を含むが
これに限らない多くの供給元から販売されている。Ｃｌ
₂の場合の主要なパラメーターの体積膨張比への依存性
を図４（ａ）、４（ｂ）に示す。両図において、気圧で
示した圧力と飽和比（Ｓ）とを、同じ目盛りを用いて右
側の縦座標に示す。図４（ａ）において初期圧力は、２
９３Ｋでの飽和圧力である６．７気圧に等しい。図４
（ｂ）において初期圧力は、２９３Ｋでの飽和圧力であ
る６．７気圧よりも低い４気圧である。膨張前の初期圧
力を曲線２１０として示す。膨張後の圧力を曲線２１２
として示す。膨張後の飽和圧力を曲線２１４として示
す。飽和比Ｓを曲線２１６として示す。膨張後の温度を
曲線２１８として示す。D. Application of analytical model Detailed predictions were made for four standard grade gases. That is, Cl ₂ , NH ₃ , CHCl ₂ F (Freon 21), and BCl ₃ . All of these gases are sold by a number of sources, including but not limited to Air Liquide (Houston, Texas). Cl
The dependence of the main parameters on the volume expansion ratio in case ₂ is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). In both figures, the pressure and the saturation ratio (S) expressed in barometric pressure are shown on the right ordinate using the same scale. In FIG. 4A, the initial pressure is 2
Equivalent to 6.7 atmospheres, the saturation pressure at 93K. FIG.
In (b), the initial pressure is 4 atm, which is lower than 6.7 atm, which is the saturation pressure at 293K. The initial pressure before inflation is shown as curve 210. The pressure after inflation is represented by curve 212
As shown. The saturated pressure after expansion is shown as curve 214. The saturation ratio S is shown as curve 216. The temperature after expansion is shown as curve 218.

【００７４】特に図４（ａ）において、膨張比が１であ
るときにＳ＝１であることに注意されたい。過飽和値は
すべての膨張比に対して１を上回っている。その理由
は、初期圧力が飽和値に等しく、ガスの断熱膨張による
圧力の減少割合が飽和圧力の減少割合よりも大きいから
である（すなわち、γ＞γ_crit、表１を参照）。In particular, in FIG. 4A, note that S = 1 when the expansion ratio is 1. Supersaturation values are greater than 1 for all expansion ratios. The reason is that the initial pressure is equal to the saturation value, and the rate of decrease in pressure due to adiabatic expansion of the gas is greater than the rate of decrease in saturation pressure (ie, γ> γ _crit , see Table 1).

【００７５】特に図４（ｂ）において、曲線２１２およ
び２１４が約１．４６の膨張比において交差して断熱膨
張による圧力が飽和圧力に等しいことを示すところで、
Ｓ＝１であることに注意されたい。また、断熱膨張によ
る圧力が、膨張の増加とともに減少し続け、約１．４６
を上回る膨張比に対して飽和圧力を下回ることに注意さ
れたい。この挙動は、γがＣｌ₂と同様であるガスは、
過飽和を起こすためには最初に飽和圧力である必要はな
いことを示している。Ｃｌ₂に対するγを実質的に下回
るγを有するガスの初期圧力は、過飽和が膨張後に存在
するためには、最初に過飽和であるかまたはそれに非常
に近い必要があり得る。Referring specifically to FIG. 4B, where curves 212 and 214 intersect at an expansion ratio of about 1.46 to indicate that the pressure due to adiabatic expansion is equal to the saturation pressure.
Note that S = 1. Also, the pressure due to the adiabatic expansion continues to decrease with increasing expansion, about 1.46.
Note that below the saturation pressure for expansion ratios above. This behavior is that for gases where γ is similar to Cl ₂ ,
This indicates that it is not necessary to initially be at saturation pressure for supersaturation to occur. The initial pressure of a gas with γ substantially below γ for Cl ₂ may need to be initially supersaturated or very close to it for supersaturation to exist after expansion.

【００７６】次の組の図、図５〜７は、本発明の一側面
に従って図１に関連して前述した通り、膨張比を固定し
初期温度を調整して断熱膨張を実施する装置２に対する
予測を示す。この態様においては、初期温度および圧力
は可変パラメーターであるが、体積は固定したままであ
る。膨張比は、実施する態様に従って可変であってもな
くても良い。装置２の２つの膨張チャンバー１６および
１８は、２つの膨張比を可能にする。図５〜７に示した
予測の目標は、均一核形成による人工的なパーティクル
の発生を避けながら、パーティクルサイズに応じた所望
のレベルの感度を与える体積膨張比および初期作業パラ
メーターの範囲を見つけることである。The next set of figures, FIGS. 5-7, relate to an apparatus 2 for performing adiabatic expansion by fixing the expansion ratio and adjusting the initial temperature as described above in connection with FIG. 1 in accordance with one aspect of the present invention. Show predictions. In this embodiment, the initial temperature and pressure are variable parameters, but the volume remains fixed. The expansion ratio may or may not be variable according to the embodiment. The two expansion chambers 16 and 18 of the device 2 allow for two expansion ratios. The goal of the predictions shown in FIGS. 5-7 is to find a range of volume expansion ratios and initial working parameters that give the desired level of sensitivity according to particle size, while avoiding the generation of artificial particles due to uniform nucleation. It is.

【００７７】特に図５（ａ）および５（ｂ）において、
Ｃｌ2に対する初期温度への均一核形成速度およびケル
ビン直径の依存性を、ある範囲の初期ガス温度および初
期ガス圧力に対して示している。右側の縦座標は膨張後
のケルビン直径を示し、左側の縦座標は膨張後の均一核
形成の速度を示す。なお、この速度はパーティクル／ｃ
ｃ／秒で示したＪ（７のオーダーだけ増やした）であ
る。横座表は、膨張前の初期温度を示す。数値は、例え
ば１．０Ｅ^−０４のように表わされ、ここでＥ^{− ０４}は
１０^-4を示す。膨張前の初期圧力２気圧（ａｔｍ）に対
する均一核形成速度を曲線２２０で示し、膨張前の初期
圧力４ａｔｍに対する均一核形成速度を曲線２２４で示
し、膨張前の初期圧力８ａｔｍに対する均一核形成速度
を曲線２２８で示す。初期圧力２ａｔｍに対するケルビ
ン直径を曲線２２２で示す。初期圧力４ａｔｍに対する
ケルビン直径を曲線２２６で示し、初期圧力８ａｔｍに
対するケルビン直径を曲線２３０で示す。ガスは、初期
圧力および初期温度に依存して、最初は飽和または過飽
和であってもなくても良い。Particularly in FIGS. 5 (a) and 5 (b),
The dependence of uniform nucleation rate and Kelvin diameter on the initial temperature for Cl2 is shown for a range of initial gas temperatures and pressures. The ordinate on the right shows the Kelvin diameter after expansion and the ordinate on the left shows the rate of uniform nucleation after expansion. In addition, this speed is particle / c
J in c / sec (increased by an order of 7). The side seat table shows the initial temperature before expansion. The numerical value is represented, for example, as 1.0E- ⁰⁴ , where E ^{- 04} indicates 10 ^-4 . The uniform nucleation rate for the initial pressure of 2 atm (atm) before expansion is shown by curve 220, the uniform nucleation rate for the initial pressure of 4 atm before expansion is shown by curve 224, and the uniform nucleation rate for the initial pressure of 8 atm before expansion is shown by curve 224. Shown by curve 228. The Kelvin diameter for an initial pressure of 2 atm is shown by curve 222. The Kelvin diameter for an initial pressure of 4 atm is shown by curve 226, and the Kelvin diameter for an initial pressure of 8 atm is shown by curve 230. The gas may or may not be initially saturated or supersaturated, depending on the initial pressure and temperature.

【００７８】図５（ａ）に示したように、体積膨張比が
２の場合には、均一核形成速度が相当に大きい。しかし
図５（ｂ）に示したように、体積膨張比が１．２５の場
合には、均一核形成速度は無視できる（１×１０^-8パー
ティクル／ｃｃ／秒未満）。As shown in FIG. 5 (a), when the volume expansion ratio is 2, the uniform nucleation rate is considerably large. However, as shown in FIG. 5B, when the volume expansion ratio is 1.25, the uniform nucleation rate is negligible (less than 1 × 10 ⁻⁸ particles / cc / sec).

【００７９】特に図６（ａ）および６（ｂ）において、
ＮＨ₃に対する均一核形成速度およびケルビン直径を、
ある範囲の初期ガス温度および初期ガス圧力に対して示
す。縦座標および横座標は、図５（ａ）および５（ｂ）
に関連して前述したような変数を示す。さらに図６
（ａ）および６（ｂ）において、膨張前の初期圧力２ａ
ｔｍに対する均一核形成速度を曲線２３２として示し、
膨張前の初期圧力４ａｔｍに対する均一核形成速度を曲
線２３６として示し、膨張前の初期圧力８ａｔｍに対す
る均一核形成速度を曲線２４０として示す。初期圧力２
ａｔｍに対するケルビン直径を曲線２３４として示し、
初期圧力４ａｔｍに対するケルビン直径を曲線２３８と
して示し、初期圧力８ａｔｍに対するケルビン直径を曲
線２４２として示す。前と同様に、ガスは、初期圧力お
よび初期温度に依存して、最初は飽和または過飽和であ
ってもなくても良い。In particular, in FIGS. 6 (a) and 6 (b),
The uniform nucleation rate and Kelvin diameter for NH ₃ are
Shown for a range of initial gas temperatures and pressures. The ordinate and abscissa are shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b)
Indicate variables as described above in relation to. Further FIG.
In (a) and 6 (b), the initial pressure before expansion 2a
The uniform nucleation rate versus tm is shown as curve 232,
The uniform nucleation rate for an initial pressure of 4 atm before expansion is shown as curve 236, and the uniform nucleation rate for an initial pressure of 8 atm before expansion is shown as curve 240. Initial pressure 2
The Kelvin diameter for atm is shown as curve 234,
The Kelvin diameter for an initial pressure of 4 atm is shown as curve 238, and the Kelvin diameter for an initial pressure of 8 atm is shown as curve 242. As before, the gas may or may not be initially saturated or supersaturated, depending on the initial pressure and temperature.

【００８０】ＮＨ₃のγの値はＣｌ₂のそれよりも低い
が、図６（ａ）に示したように、Ｃｌ ₂の場合と同様に
（図５（ａ））、ＮＨ₃に対する均一核形成は体積膨張
比２の場合に相当に大きい。しかし、均一核形成は、図
６（ｂ）に示したように初期圧力を８ａｔｍを越えて増
加させるとかなりの均一核形成（初期圧力８ａｔｍに対
する均一核形成は約１．０×１０^-8パーティクル／ｃｃ
／秒で最大になる）が始まり得るが、図６（ｂ）に示す
ようにＣｌ２の場合と同様に（図５（ｂ））体積膨張比
１．２５に対しては無視できる。ＮＨ₃とＣｌ₂の両方と
も他のガスに比較してγの値は大きい（表１参照）。従
って、図５および図６に示したように、約１．２５のオ
ーダーの体積膨張比は、表１で考慮したγが大きいガス
に対しては、均一核形成の成立を避けるために許容でき
る値であり得る。NH_ThreeOf γ is Cl_TwoLower than that of
However, as shown in FIG. _TwoAs in
(FIG. 5 (a)), NH_ThreeNucleation for is volume expansion
It is considerably larger in the case of ratio 2. However, homogeneous nucleation
6 (b), the initial pressure was increased beyond 8 atm.
Nucleation with considerable uniformity (at an initial pressure of 8 atm)
About 1.0 × 10^-8Particle / cc
/Max./sec) can begin, as shown in FIG.
As in the case of Cl2 (FIG. 5 (b)).
1.25 can be ignored. NH_ThreeAnd Cl_TwoBoth
Also has a larger γ value than other gases (see Table 1). Obedience
Therefore, as shown in FIG. 5 and FIG.
The volume expansion ratio of the gas
Is acceptable to avoid the formation of homogeneous nucleation.
Value.

【００８１】特に図７（ａ）および７（ｂ）において、
ＢＣｌ₃に対する均一核形成速度およびケルビン直径の
依存性を、ある範囲の初期ガス温度および初期ガス圧力
に対して示す。縦座標および横座標は、図５（ａ）およ
び５（ｂ）に関連して前述したような変数を示す。また
図７（ａ）および７（ｂ）において、初期圧力２ａｔｍ
に対するケルビン直径を曲線２４４として示し、初期圧
力４ａｔｍに対するケルビン直径を曲線２４６として示
し、初期圧力８ａｔｍに対するケルビン直径を曲線２４
８として示す。均一核形成は、図７（ａ）および７
（ｂ）に示す全ての計算において１×１０^-18パーティ
クル／ｃｃ／秒未満である。前述の例と同様に、ガス
は、初期圧力および初期温度に依存して、最初は飽和ま
たは過飽和であってもなくても良い。In particular, in FIGS. 7A and 7B,
The dependence of uniform nucleation rate and Kelvin diameter on BCl _{3 is shown} for a range of initial gas temperatures and pressures. The ordinate and abscissa indicate the variables as described above in connection with FIGS. 5 (a) and 5 (b). 7 (a) and 7 (b), the initial pressure is 2 atm.
Is shown as curve 244, the Kelvin diameter for an initial pressure of 4 atm is shown as curve 246, and the Kelvin diameter for an initial pressure of 8 atm is shown as curve 24.
Shown as 8. Uniform nucleation is shown in FIGS. 7 (a) and 7
In all calculations shown in (b), it is less than 1 × 10 ⁻¹⁸ particles / cc / sec. As in the previous example, the gas may or may not be initially saturated or supersaturated, depending on the initial pressure and temperature.

【００８２】ガスＢＣｌ₃のγの値はＣｌ₂またはＮＨ₃
に対するγよりも非常に低く、その結果、不均一核形成
の活性化に必要な体積膨張比の値はより大きい。体積膨
張比２においては、図７（ａ）に示すように、初期温度
が２６０Ｋ未満において１０ｎｍの検出限界（ｄ_kelvは
１０ｎｍのオーダーである）に達することができる。体
積膨張比が６に対するデータを図７（ｂ）に示す。図７
（ａ）および７（ｂ）の両方は、均一核形成が両方の膨
張比に対して無視できること、および体積膨張比を増や
すと著しくｄ_kelvが下がることを示している。この特定
のガスに対しては、体積膨張比は２ないし５の範囲にな
ければならず、また初期作業温度は、図７（ａ）および
７（ｂ）に示した解析に基づいて選択されるが、２６０
Ｋを下回る初期温度は、考察している３つのガスの場合
には殆どの初期圧力および体積膨張比に対して一般に好
適である。The value of γ of the gas BCl ₃ is Cl ₂ or NH ₃
Is much lower than γ, so that the value of the volume expansion ratio required to activate heterogeneous nucleation is higher. At a volume expansion ratio of 2, as shown in FIG. 7A, a detection limit of 10 nm (d _kelv is on the order of 10 nm) can be reached when the initial temperature is lower than _260K . Data for a volume expansion ratio of 6 is shown in FIG. FIG.
Both (a) and 7 (b) show that uniform nucleation is negligible for both expansion ratios and that increasing the volume expansion ratio reduces d _kelv significantly. For this particular gas, the volume expansion ratio must be in the range of 2 to 5 and the initial working temperature is selected based on the analysis shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). But 260
Initial temperatures below K are generally preferred for most initial pressures and volume expansion ratios for the three gases considered.

【００８３】図５〜７に示した予測結果によれば、臨界
パーティクル感度が１０ｎｍである図１の装置２は、た
った２つの固定された体積膨張比（ＶＥＲ）（ＶＥＲ＝
１．２５およびＶＥＲ＝２）を備えていても良く、また
これらの２つの体積膨張比は広い範囲のガスを著しい均
一核形成を伴うことなくテストするのに好適であること
が示される（表１参照）。ＶＥＲは低い方が、比較的高
い値のγを有するガスたとえばＣｌ₂およびＮＨ₃（しか
しこれらに限定されない）をテストするのに適してい
る。ＶＥＲは高い方が、比較的低い値のγを有するガス
たとえばＢＣｌ₃（しかしこれに限定されない）をテス
トするのに適している。この範囲の体積膨張比に対して
は、初期温度は、初期圧力およびガス特性に依存する
が、２６０ないし３０５Ｋの範囲であり得る。初期温度
の値は、全ての初期圧力に対して同じであっても良い。
こうすることで技術（およびデザイン）がより簡単にな
るが、冷却を必要としないガスに対しては、満足できる
結果を出すためにはエネルギーと測定時間を浪費するか
も知れない。According to the prediction results shown in FIGS. 5 to 7, the device 2 of FIG. 1 with a critical particle sensitivity of 10 nm has only two fixed volume expansion ratios (VER) (VER =
1.25 and VER = 2), and these two volume expansion ratios are shown to be suitable for testing a wide range of gases without significant homogeneous nucleation (Table 1). 1). A lower VER is suitable for testing gases having relatively high values of γ, such as, but not limited to, Cl ₂ and NH ₃ . A higher VER is suitable for testing gases having a relatively low value of γ, such as, but not limited to, BCl ₃ . For volume expansion ratios in this range, the initial temperature depends on the initial pressure and gas properties, but can range from 260 to 305K. The value of the initial temperature may be the same for all initial pressures.
This simplifies the technique (and design), but for gases that do not require cooling, energy and measurement time may be wasted to achieve satisfactory results.

【００８４】幅広い出発圧力に対して均一核形成が無視
できる体積膨張比を実施するのが好ましいが、本発明を
実施するためには必要でない。例えば、特定の出発圧力
に対してある範囲の出発温度を、ここで与えた解析を用
いて選択しても良い。単に例示する目的として、８ａｔ
ｍでのＣｌ₂のテストをＶＥＲ＝２である装置２（図1）
を用いて行うのが好ましいこと、および最大の均一核形
成速度が１×１０^-4パーティクル／ｃｃ／秒であり、最
大のパーティクルサイズ感度が１０ｎｍ（ｄ_{ke lv}）であ
ると仮定する。再び図５（ａ）において、８ａｔｍに対
する均一核形成曲線によって、初期温度の下限が、均一
核形成速度が１×１０^-4パーティクル／ｃｃ／秒である
３１５Ｋのオーダーと決定され、８ａｔｍに対するｄ
_kelv曲線によって、初期温度の上限が、ｄ_kelv１０ｎｍ
である３２７Ｋのオーダーと決定される。従って、３１
５Ｋないし３２７Ｋの範囲の初期温度によって、具体的
なパラメーター内での凝縮および汚染パーティクルの増
大が、ガス膨張の際に起こる。この解析を、具体的なパ
ラメーターの数え切れないほどの組み合わせに対して適
用できる。While it is preferred to implement a volume expansion ratio with negligible uniform nucleation for a wide range of starting pressures, it is not necessary to practice the present invention. For example, a range of starting temperatures for a particular starting pressure may be selected using the analysis provided herein. For illustrative purposes only, 8at
Test for Cl ₂ at m = 2 with VER = 2 (FIG. 1)
And that the maximum uniform nucleation rate is 1 × 10 ⁻⁴ particles / cc / sec and the maximum particle size sensitivity is 10 nm (d _{ke lv} ). Referring again to FIG. 5 (a), from the uniform nucleation curve for 8 atm, the lower limit of the initial temperature was determined to be on the order of 315K where the uniform nucleation rate was 1 × 10 ⁻⁴ particles / cc / sec, and d for 8 atm.
_{According to the kelv} curve, the upper limit of the initial temperature is d _kelv 10 nm
Is determined to be of the order of 327K. Therefore, 31
With an initial temperature in the range from 5K to 327K, an increase in condensed and contaminated particles within the specified parameters occurs during gas expansion. This analysis can be applied to countless combinations of specific parameters.

【００８５】次の組の図、図８〜１０は、本発明の一側
面に従って、与えられた初期温度および圧力において膨
張比を調整可能にして断熱膨張を実施する装置２００に
対する予測を示す。この態様において、体積膨張比は初
期温度および圧力に依存して可変であり、後者の２つは
一般に故意には変更されない。しかし、初期温度および
圧力を少なくとも制限された範囲まで変えるための装置
を備えることが好ましくあり得る。図８〜１０におい
て、左側の縦座標は、Ｊ（７のオーダーだけ増やした）
として示す膨張後の均一核形成速度をパーティクル／ｃ
ｃ／秒で表わし、右側の縦座標は、ケルビン直径をナノ
メーターで示し、横座標は、体積膨張比を示す。予測を
２つの初期温度２９８．１５Ｋと２９１．１５Ｋとに対
して行い、データを図８（ａ）および８（ｂ）にそれぞ
れ示す。The next set of figures, FIGS. 8-10, show predictions for an apparatus 200 for performing an adiabatic expansion with an adjustable expansion ratio at a given initial temperature and pressure, in accordance with one aspect of the present invention. In this embodiment, the volume expansion ratio is variable depending on the initial temperature and pressure, the latter two generally not being intentionally changed. However, it may be preferable to provide a device for changing the initial temperature and pressure to at least a limited range. 8 to 10, the ordinate on the left is J (increased by the order of 7).
The uniform nucleation rate after expansion shown as
Expressed in c / sec, the ordinate on the right shows the Kelvin diameter in nanometers and the abscissa shows the volume expansion ratio. The prediction was made for two initial temperatures, 298.15K and 291.15K, and the data are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), respectively.

【００８６】特に図８（ａ）および８（ｂ）において、
Ｃｌ₂の場合の種々の膨張比に対する均一核形成速度と
ケルビン直径の依存性を示す。初期圧力４ａｔｍに対す
る均一核形成速度を曲線２５０として示す。初期圧力６
ａｔｍに対する均一核形成速度を曲線２５４として示
し、初期圧力８ａｔｍに対する均一核形成速度を曲線２
５８として示す。初期圧力４ａｔｍに対するケルビン直
径を曲線２５２として示し、初期圧力６ａｔｍに対する
ケルビン直径を曲線２５６として示し、初期圧力８ａｔ
ｍに対するケルビン直径を曲線２６０として示す。In particular, in FIGS. 8 (a) and 8 (b),
Figure ₄ shows the dependence of uniform nucleation rate and Kelvin diameter for various expansion ratios for Cl2. The uniform nucleation rate for an initial pressure of 4 atm is shown as curve 250. Initial pressure 6
The uniform nucleation rate for atm is shown as curve 254, and the uniform nucleation rate for 8 atm initial pressure is shown as curve 2.
Shown as 58. The Kelvin diameter for an initial pressure of 4 atm is shown as curve 252, the Kelvin diameter for an initial pressure of 6 atm is shown as curve 256, and an initial pressure of 8 atm.
The Kelvin diameter for m is shown as curve 260.

【００８７】特に図９（ａ）および９（ｂ）において、
ＮＨ₃の場合の種々の膨張比に対する均一核形成速度と
ケルビン直径の依存性を示す。初期圧力６ａｔｍに対す
る均一核形成速度を曲線２６６として示す。初期圧力８
ａｔｍに対する均一核形成速度を曲線２７０として示
す。初期圧力４ａｔｍに対するケルビン直径を曲線２６
４として示し、初期圧力６ａｔｍに対するケルビン直径
を曲線２６８として示し、初期圧力８ａｔｍに対するケ
ルビン直径を曲線２７２として示す。図９（ａ）および
９（ｂ）のデータは、均一核形成速度が１×１０^-8パー
ティクル／ｃｃ／秒未満であることを示している。In particular, in FIGS. 9A and 9B,
Figure ₄ shows the dependence of uniform nucleation rate and Kelvin diameter for various expansion ratios for NH3. The uniform nucleation rate for an initial pressure of 6 atm is shown as curve 266. Initial pressure 8
The uniform nucleation rate for atm is shown as curve 270. The Kelvin diameter for the initial pressure of 4 atm is shown in curve 26.
4, the Kelvin diameter for an initial pressure of 6 atm is shown as curve 268, and the Kelvin diameter for an initial pressure of 8 atm is shown as curve 272. The data in FIGS. 9 (a) and 9 (b) show that the uniform nucleation rate is less than 1 × 10 ⁻⁸ particles / cc / sec.

【００８８】特に図１０（ａ）および１０（ｂ）におい
て、フレオン２１の場合の種々の膨張比に対する均一核
形成速度とケルビン直径の依存性を示す。均一核形成速
度が曲線２８０として示される初期圧力が１．８ａｔｍ
である場合を除いて、均一核形成速度は１×１０^-80パ
ーティクル／ｃｃ／秒未満である。初期圧力１．４ａｔ
ｍに対するケルビン直径を曲線２７４として示し、初期
圧力１．６６ａｔｍに対するケルビン直径を曲線２７６
として示し、初期圧力１．８ａｔｍに対するケルビン直
径を曲線２７８として示す。図９（ａ）および９（ｂ）
のデータは、均一核形成速度が１×１０^-8パーティクル
／ｃｃ／秒未満であることを示している。In particular, FIGS. 10 (a) and 10 (b) show the dependence of the uniform nucleation rate and Kelvin diameter on various expansion ratios for Freon 21. FIG. The initial pressure at which the uniform nucleation rate is shown as curve 280 is 1.8 atm.
Except when the uniform nucleation rate is less than 1 × 10 ⁻⁸⁰ particles / cc / sec. Initial pressure 1.4at
The Kelvin diameter for m is shown as curve 274, and the Kelvin diameter for the initial pressure 1.66 atm is shown as curve 276.
And the Kelvin diameter for an initial pressure of 1.8 atm is shown as curve 278. 9 (a) and 9 (b)
Data show that the uniform nucleation rate is less than 1 × 10 ⁻⁸ particles / cc / sec.

【００８９】図８〜１０は、固定した初期温度での不均
一核形成の活性化に必要な体積膨張比は、初期圧力に強
く依存することを示している。体積膨張比は、初期温度
２９１Ｋに対して２．１ないし５の範囲で、また初期温
度２９８Ｋに対して２．３ないし８の範囲で、変化し得
る（パーティクル検出限界が１０ｎｍである場合）。不
均一核形成（ｄ_kelv＜１０ｎｍ）の開始と均一核形成
（核形成速度〜１パーティクル／ｃｃ／秒）の開始との
間のギャップが非常に狭くて、体積膨張比の高精度なプ
リセットを要求する場合がある。8-10 show that the volume expansion ratio required to activate heterogeneous nucleation at a fixed initial temperature is strongly dependent on the initial pressure. The volume expansion ratio can vary from 2.1 to 5 for an initial temperature of 291 K and from 2.3 to 8 for an initial temperature of 298 K (if the particle detection limit is 10 nm). The gap between the onset of heterogeneous nucleation (d _kelv <10 nm) and the onset of uniform nucleation (nucleation rate ~ 1 particle / cc / sec) is very narrow, providing a highly accurate preset of volume expansion ratio. May require.

【００９０】例えば、図９（ａ）において、体積膨張比
が約１．２５を上回るところでケルビン直径は１０ｎｍ
未満である。しかし、体積膨張比が約１．４５を上回る
ところでは均一核形成速度が１パーティクル／ｃｃ／秒
を上回る。従って、１．２５ないし１．４５の範囲の体
積膨張比によって、均一核形成速度を１パーティクル／
ｃｃ／秒未満にして所望の感度１０ｎｍが実現される。
この例に対する体積膨張比の差は０．２である（１．４
５引く１．２５）。この程度の精度は本発明の実施にお
いて達成され得るが、それはクリティカルオリフィスを
通る流量と時間間隔を精度約１％で測定できるからであ
る。予測における体積膨張比の範囲は、種々のガスおよ
び種々の初期圧力に対して１．１ないし６の間で変化す
る。For example, in FIG. 9A, the Kelvin diameter is 10 nm when the volume expansion ratio exceeds about 1.25.
Is less than. However, where the volume expansion ratio is above about 1.45, the uniform nucleation rate is above 1 particle / cc / sec. Therefore, with a volume expansion ratio in the range of 1.25 to 1.45, the uniform nucleation rate can be reduced to 1 particle / particle.
A desired sensitivity of 10 nm is achieved with less than cc / sec.
The difference in volume expansion ratio for this example is 0.2 (1.4).
5 minus 1.25). This degree of accuracy can be achieved in the practice of the present invention because flow rates and time intervals through the critical orifice can be measured with an accuracy of about 1%. The range of volume expansion ratios in the prediction varies between 1.1 and 6 for different gases and different initial pressures.

【００９１】ＩＩ．実験的な検証および校正のための装
置 現在、エーロゾルの研究分野において標準とみなし得
る、新しい装置および研究方法を評価するための実験手
順がある。この手順は、パーティクルの測定濃度（もし
検出されたならば）を、最初の既知であるサンプルパー
ティクルサイズおよび数濃度と比較する。空気が、テス
トパーティクルに対して最も好ましくて便利なキャリア
ーである。II. Equipment for Experimental Verification and Calibration Currently, there are experimental procedures for evaluating new equipment and research methods that can be considered standard in the aerosol research field. This procedure compares the measured concentration of the particles (if detected) to the first known sample particle size and number concentration. Air is the most preferred and convenient carrier for test particles.

【００９２】本発明の実施においてはこのアプローチは
好ましくない。それは、空気すなわちテストパーティク
ルのキャリアーが、ＣＮＣで用いるＥＳＧに対する汚染
物質として働くからである。この問題の影響を減らすた
めに、校正方法を修正して説明したものを用いた。This approach is not preferred in the practice of the present invention. Air or test particle carriers act as contaminants for ESG used in CNCs. In order to reduce the effect of this problem, a modified calibration method was used.

【００９３】必ずしも必要ではないが、テストパーティ
クル発生器および参照パーティクル検出システムを、も
し望むのならば、本発明の装置および／または方法とと
もに用いても良い。図１１は、テストパーティクル発生
器と参照パーティクル検出システムとを本発明の装置と
ともに取り入れた装置３００を示す概略図である。装置
３００は、図１の装置２にわずかな変形を施したものと
同様である。装置の構成要素を、本明細書で与えた記載
（図２の装置２００を含む）から明らかな種々の態様お
よび変形の検証および校正において用いても良い。[0093] Although not required, a test particle generator and a reference particle detection system may be used with the apparatus and / or method of the present invention, if desired. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an apparatus 300 incorporating a test particle generator and a reference particle detection system with the apparatus of the present invention. Apparatus 300 is similar to apparatus 2 of FIG. 1 with minor modifications. The components of the device may be used in the verification and calibration of various aspects and modifications apparent from the description provided herein (including the device 200 of FIG. 2).

【００９４】また図１１において、装置３００は膨張容
積８２に接続されたテストチャンバー８０を備える。レ
ーザー８４をテストチャンバー８０に向けた光源として
設け、ディテクター８６を装置内に備える。この態様に
おいてはＴＶカメラを備えているが、パーティクルを検
出できるどんな装置も使用できる。随意的に、ディテク
ター８６にビデオレコーダー８８を設けても良い。テス
トチャンバーは、本明細書で前述したように、光学窓８
および１０ならびに温度コントロール装置６を備える。
装置は、熱線パーティクル発生器９０と微分形電気移動
度分析器９２とを備える。微分形電気移動度分析器９２
はファラディカップ電位計を備える。Referring to FIG. 11, the apparatus 300 includes a test chamber 80 connected to an expansion volume 82. A laser 84 is provided as a light source aimed at the test chamber 80, and a detector 86 is provided in the apparatus. Although a TV camera is provided in this embodiment, any device that can detect particles can be used. Optionally, the detector 86 may be provided with a video recorder 88. The test chamber includes an optical window 8 as described hereinabove.
And 10 and a temperature control device 6.
The apparatus comprises a hot particle generator 90 and a differential mobility analyzer 92. Differential type electric mobility analyzer 92
Is equipped with a Faraday cup electrometer.

【００９５】装置３００は、加圧窒素のラインまたは他
の不活性ガスへの接続部９６、およびサンプルガス源た
とえばフレオン２１（しかしこれに限定されない）への
接続部９８をさらに備えていても良い。これらのガス
は、バルブ９７および９９それぞれと配管１００とを通
ってテストチャンバー８０へ入る。ＭＶ１と示した三方
のマニュアルバルブによって、窒素ガスまたはサンプル
ガスの何れかが配管１００を通ってテストチャンバー８
０に入ることができる。また、ＥＭ１と示した電磁弁も
配管１００に設けられている。ガスは、配管１０２と第
２の電磁弁ＥＭ２を通ってテストチャンバー８０を出た
後、さらに膨張チャンバー８２へ入る。ガスは配管１０
６および１０８に接続された配管１０４を通って、膨張
チャンバー８２を離れる。配管１０６は真空源１０７に
つながるが、配管１０８はシステムを周囲にベントす
る。マニュアルバルブＭＶ３によって、真空またはベン
ト状態の何れかが可能になる。Apparatus 300 may further include a connection 96 to a line of pressurized nitrogen or other inert gas, and a connection 98 to a sample gas source, such as, but not limited to, Freon 21. . These gases enter test chamber 80 through valves 97 and 99, respectively, and tubing 100. By means of a three-way manual valve labeled MV1, either nitrogen gas or sample gas passes through the pipe 100 through the test chamber 8
0 can be entered. Further, an electromagnetic valve indicated as EM1 is also provided in the pipe 100. The gas exits the test chamber 80 through the pipe 102 and the second solenoid valve EM2, and further enters the expansion chamber 82. Gas is pipe 10
Leaves expansion chamber 82 through tubing 104 connected to 6 and 108. The tubing 106 leads to a vacuum source 107 while the tubing 108 vents the system around. Manual valve MV3 allows either a vacuum or a vented condition.

【００９６】熱線パーティクル発生器９０と微分形電気
移動度分析器９２には、空気源１１４からマスフローコ
ントローラーＭＦＣ１を通って供給される。空気中の熱
線パーティクル発生器で発生したパーティクルは、配管
１１６の経路に沿ったのち、放射性エーロゾルチャージ
ャー１１７を通過して帯電し、そして微分形電気移動度
分析器９２へ移動する。微分形電気移動度分析器９２を
通った後、発生パーティクルを有する空気（「パーティ
クルテストガス」）は分かれる。そしてパーティクルテ
ストガスの一部はファラディカップ電位計９４を通って
流れ、残りは配管１１０を通り三方バルブであるマニュ
アルバルブＭＶ２を通った後、テストチャンバー８０内
へ入る。配管１１０を通って流れるパーティクルテスト
ガスは希釈システム１２０を用いて付加空気によって希
釈される。希釈システム１２０は、マスフローコントロ
ーラーＭＦＣ２および配管１２４から供給を受ける。付
加空気に対する主な理由は、流量を増すためである。配
管１２２は、空気源１１４と同じであっても良い空気源
からの付加空気を与える。図示しないフィルターを配管
１２２に配置して、サンプル中の汚染物を除去しても良
い。種々の圧力ゲージＰＧ１、ＰＧ２および追加のゲー
ジを、装置３００の種々の場所での圧力のモニターに対
する要望通りに、設けても良い。The heat ray particle generator 90 and the differential electric mobility analyzer 92 are supplied from the air source 114 through the mass flow controller MFC1. The particles generated by the hot-wire particle generator in the air follow the path of the pipe 116, pass through the radioactive aerosol charger 117, and travel to the differential mobility analyzer 92. After passing through the differential mobility analyzer 92, the air with the generated particles ("particle test gas") separates. Then, a part of the particle test gas flows through the Faraday cup electrometer 94, and the rest passes through the pipe 110, passes through the manual valve MV2 which is a three-way valve, and then enters the test chamber 80. Particle test gas flowing through tubing 110 is diluted with additional air using dilution system 120. The dilution system 120 is supplied from the mass flow controller MFC2 and the pipe 124. The main reason for the additional air is to increase the flow rate. Piping 122 provides additional air from an air source, which may be the same as air source 114. A filter (not shown) may be arranged in the pipe 122 to remove contaminants in the sample. Various pressure gauges PG1, PG2 and additional gauges may be provided as desired for monitoring pressure at various locations on the device 300.

【００９７】図１２において、本発明を実施する際に使
用できる好ましいパーティクル検出システム４００の詳
細な図を概略的に示す。パーティクル検出システム４０
０は、レーザーその他の光源１５０、光ビーム（１５
２、１５６、および１６０で示す）を備える。光源１５
０は好ましくはアルゴンレーザー（出力５０ｍＷ）であ
る。フォーカスされていないレーザービーム１５２は焦
点レンズ１５４を通った後、テストチャンバー１５８を
通過する。装置はさらに、アラインメントシステム１６
２および１６４、実体顕微鏡１６６（レーザービームに
対してほぼ９０°に位置合わせされている）、およびケ
ーブル１７０を通してビデオレコーダー１７２に接続さ
れる高感度ビデオカメラ１６８を備える。圧力計１７４
が、観察用スクリーン１７８を有するテレビ１７６とと
もに含まれる。また、カムコーダー１８０を確認用に用
いても良い。FIG. 12 schematically illustrates a detailed view of a preferred particle detection system 400 that can be used in practicing the present invention. Particle detection system 40
0 is a laser or other light source 150, a light beam (15
2, 156, and 160). Light source 15
0 is preferably an argon laser (output 50 mW). The unfocused laser beam 152 passes through a focusing lens 154 and then through a test chamber 158. The device further comprises an alignment system 16
2 and 164, a stereo microscope 166 (aligned approximately 90 ° to the laser beam), and a high-sensitivity video camera 168 connected to a video recorder 172 through a cable 170. Pressure gauge 174
Are included along with a television 176 having a viewing screen 178. Further, the camcorder 180 may be used for confirmation.

【００９８】テストチャンバー１５８には、第１の組の
光学窓１５９と第２の組の光学窓１６１とが取り付けら
れている。フォーカスされたレーザービーム１５６は右
側の窓１５９に入り、本発明の方法によって大きくなっ
たテストチャンバー１５８内の汚染パーティクルによっ
て散乱された後、左側の窓１５９から出る。パーティク
ルによって散乱された光は、上部の窓１６１を通ってテ
ストチャンバー１５８を出た後、実体顕微鏡１６６によ
って集められる。実体顕微鏡１６６では、光は高感度ビ
デオカメラ１６８（たとえば、日本のWatec社から販売
されるモデルWAT-902A）によって検出される。ビデオレ
コーダー１７２はビデオカメラ１６８からの信号を記録
し、またテレビ受像機１７６およびテストをリアルタイ
ムにモニターできる観察用スクリーン１７８に接続され
ている。カムコーダー１８０は、テレビスクリーン、圧
力センサー計からの画像、時間／日付情報、ならびにデ
ータの将来の解析および確認に有用であり得るどんな他
の情報も記録する。音声情報をビデオレコーダー１７２
およびカムコーダー１８０によって記録し、両方の記録
を時間同期させる。A first set of optical windows 159 and a second set of optical windows 161 are attached to the test chamber 158. The focused laser beam 156 enters the right window 159 and exits the left window 159 after being scattered by contaminant particles in the test chamber 158 enlarged by the method of the present invention. The light scattered by the particles exits the test chamber 158 through the upper window 161 and is collected by the stereo microscope 166. In the stereomicroscope 166, light is detected by a high-sensitivity video camera 168 (eg, model WAT-902A sold by Waterc, Japan). The video recorder 172 records signals from the video camera 168 and is connected to a television receiver 176 and an observation screen 178 capable of monitoring a test in real time. Camcorder 180 records television screens, images from pressure sensor gauges, time / date information, and any other information that may be useful for future analysis and validation of the data. Audio information to video recorder 172
And recording by the camcorder 180, and both recordings are time synchronized.

【００９９】再び図１１において、熱線パーティクル発
生器９０はＷＯxテストパーティクルを発生させる。こ
れは、G.P.Reischl, J.M.Makela, およびJ.Necid,によ
る「Performance of Vienna Type Differential Mobili
ty Analyzer at 1.2-20 Nanometer」,Aerosol Sci.Tech
nol., 27(6)651-672(1997)に記載されている。パーティ
クルの初期サイズ分布を、微分形電気移動度分析器（Ｄ
ＭＡ）によって測定した。これは、G.P.Reischl,「The
Relationship of Input and Output Aerosol Character
istics for an Ideal Differential Mobility Analyzer
Particle Standard」,J.Aerosol Sci. 22,297-312(199
1)に記載されている。微分形電気移動度分析器９２で
は、事前に帯電したパーティクル（ＴＳＩ社の放射性エ
ーロゾルチャージャーＫｒ−８５（図１１に１１７で示
す）による）を、電界中でのそれらのモビリティに従っ
て分類する。分類後のパーティクル濃度を、ファラディ
カップ電位計９４によって測定した。ファラディカップ
電位計９４は、電流を０．１〜１００ｆＡ（フェムトア
ンペア）の範囲で測定する。電流値を、各パーティクル
が単一の電気素量を帯びていると仮定して、既知の流量
に対するパーティクル数濃度に変換する。Referring again to FIG. 11, the hot ray particle generator 90 generates WOx test particles. This is described in `` Performance of Vienna Type Differential Mobili '' by GPReischl, JMMakela, and J. Necid.
ty Analyzer at 1.2-20 Nanometer '', Aerosol Sci.Tech
nol., 27 (6) 651-672 (1997). The initial size distribution of the particles is determined using a differential mobility analyzer (D
MA). This is GPReischl, "The
Relationship of Input and Output Aerosol Character
istics for an Ideal Differential Mobility Analyzer
Particle Standard '', J. Aerosol Sci. 22,297-312 (199
It is described in 1). The differential mobility analyzer 92 classifies pre-charged particles (from TSI's radioactive aerosol charger Kr-85 (shown at 117 in FIG. 11)) according to their mobility in an electric field. The particle concentration after the classification was measured by a Faraday cup electrometer 94. The Faraday cup electrometer 94 measures the current in a range of 0.1 to 100 fA (femtoamp). The current value is converted to a particle number concentration for a known flow rate, assuming that each particle has a single elementary charge.

【０１００】装置３００は以下のように動作する。テス
トチャンバー８０を事前に、不活性ガス源９６からバル
ブＥＭ１、ＥＭ２、ＭＶ１、およびＭＶ３を通って流れ
る窒素を用いてパージする。バルブＭＶ３を閉じた後、
テストチャンバー８０内の不活性ガスの圧力を、圧力レ
ギュレーターを用いて、大気圧をわずかに上回るパーテ
ィクルテストガスの圧力と同じに設定する。こうするこ
とで、参照によりここに取り入れられているUS特許5,20
9,102（WangとUdischasに付与）に記載されているよう
に、パーティクルテストガスをテストチャンバー８０へ
導入する間に人工物が形成されるのを回避でき、またテ
ストパーティクル源に接続する間に外気が誤って導入さ
れることを回避する。パーティクルテストガスはバルブ
ＭＶ２を通って移動して、パージガスをバルブＭＶ３を
通して周囲に排気しながらテストチャンバー８０に導入
される。テストチャンバー８０をパーティクルテストガ
スで満たした後、ＭＶ２を閉じる。充填時間は約１分で
ある。テストチャンバー８０内の圧力はほぼ大気圧に等
しく、チャンバー内のパーティクル濃度は発生器の出力
濃度（以後「Ｎ_g」という）に等しい。The device 300 operates as follows. The test chamber 80 is previously purged with nitrogen flowing from an inert gas source 96 through valves EM1, EM2, MV1, and MV3. After closing the valve MV3,
The pressure of the inert gas in the test chamber 80 is set using a pressure regulator to be the same as the pressure of the particle test gas slightly above atmospheric pressure. In doing so, US Pat. No. 5,20, incorporated herein by reference.
As described in US Pat. No. 9,102 (assigned to Wang and Udischas), it is possible to avoid the formation of artifacts during the introduction of the particle test gas into the test chamber 80, and to prevent outside air while connecting to the test particle source. Avoid being accidentally introduced. The particle test gas moves through the valve MV2, and is introduced into the test chamber 80 while exhausting the purge gas to the surroundings through the valve MV3. After filling the test chamber 80 with the particle test gas, the MV2 is closed. The filling time is about 1 minute. The pressure in the test chamber 80 is approximately equal to atmospheric pressure, and the particle concentration in the chamber is equal to the generator output concentration (hereinafter " _Ng ").

【０１０１】パーティクルテストガスの影響を最小限に
するために、テストチャンバー８０を所定の圧力（以後
「Ｐ_ev」という）まで、バルブＭＶ３を通してバルブＥ
Ｍ１、ＥＭ２を開にして排気する。テストチャンバー８
０の排気によって、テストパーティクルとともに導入さ
れた空気の存在が本質的に取り除かれ、テストチャンバ
ー８０内のパーティクル濃度がさらに希釈される。排気
前にパーティクルテストガス中のテストパーティクルの
濃度が分かっているので、パーティクルの残っている濃
度が分かる。排気後にテストチャンバー８０内に残って
いるパーティクルの数は、排気後に残っているガスの量
に比例する。In order to minimize the influence of the particle test gas, the test chamber 80 is kept at a predetermined pressure (hereinafter referred to as “P _ev ”) through the valve MV3 through the valve E3.
M1 and EM2 are opened and exhausted. Test chamber 8
The zero evacuation essentially eliminates the presence of air introduced with the test particles, further diluting the particle concentration in the test chamber 80. Since the concentration of the test particles in the particle test gas is known before the exhaust, the remaining concentration of the particles is known. The number of particles remaining in the test chamber 80 after evacuation is proportional to the amount of gas remaining after evacuation.

【０１０２】排気した後、バルブＥＭ２を閉じて、テス
トチャンバー８０を、ＭＶ１を通って流れる窒素（ブラ
ンク実験）または電子工業用特殊ガスのいずれかを用い
て満たす。膨張チャンバー８２を、所望の膨張比を与え
るために、バルブＭＶ３を通してバルブＥＭ２を閉じて
排気する。膨張チャンバー８２内の圧力が所定の値（以
後「Ｐ_begexp」という）に到達したときに、バルブＥＭ
１およびＭＶ３を閉じ、そしてバルブＥＭ２を開けて、
窒素または電子工業用特殊ガスによって膨張チャンバー
８２を満たす。本明細書で前述したように、結果として
生じる過飽和によって、テストチャンバー８２内に残る
テストパーティクルが大きくなり、その結果、図１２に
関連して前述した光散乱技術を用いてそれらを検出でき
る。After evacuating, valve EM2 is closed and test chamber 80 is filled with either nitrogen flowing through MV1 (blank experiment) or specialty gas for the electronics industry. The expansion chamber 82 is evacuated by closing valve EM2 through valve MV3 to provide the desired expansion ratio. When the pressure in the expansion chamber 82 reaches a predetermined value (hereinafter referred to as “P _begexp ”), the valve EM
1 and MV3 are closed and valve EM2 is opened,
The expansion chamber 82 is filled with nitrogen or a special gas for the electronics industry. As previously described herein, the resulting supersaturation causes the test particles remaining in the test chamber 82 to grow, so that they can be detected using the light scattering techniques described above in connection with FIG.

【０１０３】ＩＩＩ．実験的な確認 Ａ．パーティクル発生器および微分形電気移動度分析器
の特性 パーティクル発生器９０および微分形電気移動度分析器
９２の特性をテストして解析した。ろ過した空気を用い
て、前に参照したヴィエナタイプ（Vienna type）の微
分形電気移動度分析器（ＤＭＡ）のパーティクルテスト
ガス（３リットル／分）およびシース（２８リットル／
分）の流れを形成した。空気は除湿した。実際の残留蒸
気圧は測定しなかった。III. Experimental Confirmation A. Characteristics of Particle Generator and Differential Mobility Analyzer The characteristics of the particle generator 90 and the differential mobility analyzer 92 were tested and analyzed. Using the filtered air, the particle test gas (3 l / min) and sheath (28 l / min) of the Vienna type differential mobility analyzer (DMA) referred to above were used.
Min) flow. The air was dehumidified. The actual residual vapor pressure was not measured.

【０１０４】パーティクル発生器９０からのパーティク
ルテストガスを、放射性エーロゾルチャージャー１１７
を通して微分形電気移動度分析器９２へ送った。パーテ
ィクルを種々のサイズのグループに、微分形電気移動度
分析器９２によって分類した。分類されたパーティクル
を有する流れの一部を、従来技術の凝縮核カウンターで
あるＴＳＩ社（ミネソタ、米国）製のモデルナンバーＣ
ＮＣ３７６０へ送った。ＣＮＣ３７６０装置の測定可能
なパーティクル濃度には上限があるため、希釈システム
を用いてパーティクルの数濃度を動作限界(operational
limit)まで減らした。希釈係数は、パーティクルテス
トガスの流れと全体の流れとの比によって予測した。The particle test gas from the particle generator 90 is supplied to the radioactive aerosol charger 117.
To the differential mobility analyzer 92. The particles were classified into different size groups by a differential mobility analyzer 92. A portion of the stream with the classified particles was converted to a prior art condensation nucleus counter, Model Number C manufactured by TSI (Minnesota, USA).
It was sent to NC3760. Since there is an upper limit to the measurable particle concentration of the CNC 3760 apparatus, the dilution concentration is used to reduce the number concentration of particles to an operational limit (operational limit).
limit). The dilution factor was predicted by the ratio of the flow of the particle test gas to the total flow.

【０１０５】熱線パーティクル発生器９０によって発生
させたテストパーティクルの初期サイズ分布を、図１３
に示す。ＴＳＩのＣＮＣに対するＤＭＡの直径と濃度と
の関係を曲線２８２として示す。ファラディカップ電位
計に対するＤＭＡの直径と濃度との関係を曲線２８４と
して示す。検出効率を曲線２８６として示す。ファラデ
ィカップ電位計およびＴＳＩのＣＮＣによって測定され
たパーティクルの数濃度は、１５ｎｍ未満のパーティク
ルを除いて、非常に良く似ている。この事は、検出効率
が１４ｎｍにおいて５０％であるというＴＳＩのＣＮＣ
の仕様と一致する。ＴＳＩのＣＮＣ３７６０の検出効率
が２０ｎｍのパーティクルに対して低い（７４％）の
は、希釈係数の誤差が原因であり得る。FIG. 13 shows the initial size distribution of the test particles generated by the heat ray particle generator 90.
Shown in The relationship between DMA diameter and concentration for TSI CNC is shown as curve 282. The relationship between DMA diameter and concentration for the Faraday cup electrometer is shown as curve 284. The detection efficiency is shown as curve 286. The number concentrations of particles measured by Faraday cup electrometer and TSI CNC are very similar except for particles smaller than 15 nm. This means that TSI's CNC has a detection efficiency of 50% at 14 nm.
Matches the specifications. The low (74%) TSI CNC3760 detection efficiency for 20 nm particles may be due to dilution factor errors.

【０１０６】Ｂ．本発明の確認 実験は、装置３００に２つのガス（フレオン２１と窒
素）を用いて行った。フレオン２１（ＣＨＣｌ₂Ｆ）を
テストガスとして用いて、凝縮核の増大が起こり測定可
能なパーティクルが生成されることを確認した（以後
「実際の実験」という）。フレオン２１は半導体製造業
で広く使用されており、同時に、特別な作業条件を必要
としない無害で非活発な２〜３のガスの一つである。窒
素（Ｎ₂）を参照ガスとして用いて、実験のセットアッ
プの不調に起因して起こり得るパーティクル形成プロセ
スをテストした（以後「ブランク実験」という）。予備
的な予測によれば、純粋窒素において、１６２ｋＰａに
等しいＰ_beginと２５℃に等しい温度を用いた実験セッ
トアップ（Ｐ_begin／Ｐ_end〜３）において達成できる最
大の膨張比では、パーティクル形成に必要な過飽和を作
り出すには不十分である。従って、汚染パーティクル上
への窒素の凝縮は起こらない。B. Confirmation of the present invention The experiment was performed using two gases (Freon 21 and nitrogen) in the apparatus 300. Using Freon 21 (CHCl ₂ F) as a test gas, it was confirmed that the condensation nuclei increased and measurable particles were generated (hereinafter referred to as “actual experiments”). Freon 21 is widely used in the semiconductor manufacturing industry and at the same time is one of a few harmless and inactive gases that do not require special working conditions. Nitrogen (N ₂ ) was used as a reference gas to test a possible particle formation process due to a malfunction in the experimental setup (hereinafter “blank experiment”). Preliminary predictions show that in pure nitrogen, the maximum expansion ratio achievable in an experimental setup (P _begin / P _end ３3) using P _begin equal to 162 kPa and a temperature equal to 25 ° C. is necessary for particle formation. It is not enough to create a high degree of supersaturation. Therefore, no condensation of nitrogen on the contaminating particles occurs.

【０１０７】パーティクル発生器９０によって発生した
広く分布するパーティクルから、約１５〜２０ｎｍのパ
ーティクルの単分散部分を微分形電気移動度分析器９２
によって選択して、装置３００をテストした。２つの基
準を用いて１５〜２０ｎｍのテストパーティクルサイズ
を決定した。第１に、パーティクルの数濃度はできるだ
け高くなければならなく（微分形電気移動度分析器のフ
ァラディカップ電位計のパーティクル検出システムに必
要である）、第２に、テストパーティクルサイズは、参
照用装置として用いたＣＮＣ３７６０装置（ＴＳＩ社、
ミネソタ）の動作限界内になくてはならない。From the widely distributed particles generated by the particle generator 90, a monodisperse portion of the particles of about 15 to 20 nm is converted into a differential electric mobility analyzer 92.
To test the device 300. A test particle size of 15-20 nm was determined using two criteria. First, the number concentration of the particles must be as high as possible (required for the particle detection system of the Faraday Cup electrometer of the differential mobility analyzer), and second, the test particle size is determined by the reference device. CNC 3760 device (TSI,
It must be within the operating limits of Minnesota.

【０１０８】一つの真空ポンプ（図示せず）をこれらの
特定の実験において使用し、最低圧力（真空）は約５ｋ
Ｐａであった。フレオン２１の最大圧力は室温での飽和
圧力に等しく、約１６２ｋＰａであった。同じ圧力を窒
素を用いた実験でも使用して、同様の実験条件をフレオ
ン２１（実際の実験）と窒素（ブランク実験）の両方に
与えた。テストチャンバー８０に入る前の両方のガスの
流れを、商品名MEMBRALOX（U.S.Filterから販売）で知
られる０．０１ミクロンの規格のメンブレンフィルター
（図１１では示さず）を用いてろ過して、制御されない
パーティクルの導入を防いだ。膨張チャンバー８２の容
積はテストチャンバー８０の容積の２倍に等しく、従っ
て最大の体積膨張比は３に等しかった。バルブを開ける
前の膨張チャンバー８２の圧力を変えることで、種々の
異なる実験における実際の膨張比を変えた。One vacuum pump (not shown) was used in these particular experiments and the minimum pressure (vacuum) was about 5 k
Pa. The maximum pressure of Freon 21 was equal to the saturation pressure at room temperature, about 162 kPa. The same pressure was used in experiments with nitrogen, and similar experimental conditions were applied to both Freon 21 (actual experiment) and nitrogen (blank experiment). Before entering the test chamber 80, both gas flows are filtered using a 0.01 micron membrane filter (not shown in FIG. 11) known as MEMBRALOX (available from USFilter) and is not controlled. Prevented the introduction of particles. The volume of the expansion chamber 82 was equal to twice the volume of the test chamber 80, and thus the maximum volume expansion ratio was equal to 3. Changing the pressure in the expansion chamber 82 before opening the valve changed the actual expansion ratio in a variety of different experiments.

【０１０９】多くの実験からの結果を表２に示す。連続
した測定には星印で印を付けている。表２において、個
々の実験で用いるガスのタイプ、すなわちフレオン２１
（表中では「ＦＲ−２１」）か窒素かを「ガス」の欄に
示し、微分形電気移動度分析器で分離してテストしたパ
ーティクルサイズを「パーティクル」の欄で示し、パー
ティクルをテストチャンバー８０に導入するために用い
たガスのタイプを「キャリヤー」欄に示し、テストパー
ティクルで満たした後に排気した後のテストチャンバー
８０の圧力を「Ｐ_ev」として示し、膨張チャンバー８２
の初期圧力を「Ｐ_begexp」として示し、テストガス（フ
レオン２１または窒素）で満たした後のテストチャンバ
ー８０の初期圧力を「Ｐ_beg」として示し、断熱膨張の
際のテストチャンバー８０の最終圧力を「Ｐ_end」とし
て示し、ビデオフレーム当たりのパーティクル数を「Ｎ
_frame」として示し、装置３００によって測定された１
立方ｃｍあたりのパーティクル数をＮ_tvとして示し、チ
ャンバー内の当初のパーティクル（希釈および排気の
後）の予測数を「Ｎ_fce」として示す。Ｎ_tvとＮ_fceとは
理論的には同じでなくてはならない。The results from a number of experiments are shown in Table 2. Successive measurements are marked with an asterisk. In Table 2, the type of gas used in each experiment, namely Freon 21
("FR-21" in the table) or nitrogen is shown in the column of "gas", the particle size separated and tested by the differential electric mobility analyzer is shown in the column of "particle", and the particles are tested in the test chamber. The type of gas used to introduce the gas into the test chamber 80 is indicated in the “carrier” column, the pressure in the test chamber 80 after being filled with test particles and exhausted is indicated as “P _ev ”, and the expansion chamber 82
_Is indicated as “P _begexp ”, the initial pressure of the test chamber 80 after being filled with the test gas (Freon 21 or nitrogen) is indicated as “P _beg ”, and the final pressure of the test chamber 80 during adiabatic expansion is indicated as “P _begexp ”. “P _end ” and the number of particles per video frame as “N
_frame , and the 1 measured by the device 300
The number of particles per cubic cm is shown as N _tv , and the expected number of initial particles (after dilution and evacuation) in the chamber is shown as “N _fce ”. N _tv and N _fce must be theoretically the same.

【０１１０】[0110]

【表２】 [Table 2]

【表３】 [Table 3]

【表４】 高感度ビデオカメラ１６８によって検出された成長パー
ティクルの像を図１４（ａ）に示す。カムコーダー１８
０によって検出された成長パーティクルの像（テレビデ
ィスプレイ１７８にフォーカスされる）を、図１４
（ｂ）に示す。後者には、ｋＰａで示した膨張チャンバ
ー内の圧力（右上角）（８２ｋＰａ）と、ビデオテープ
マーカー（圧力の下）と、実験の時間および日付（右下
角）とについての情報が含まれる。ＴＶスクリーンの残
光によって付加された像が図１４（ｂ）に生じており、
この図は参照のみに用いた。[Table 4] FIG. 14A shows an image of a growing particle detected by the high-sensitivity video camera 168. Camcorder 18
FIG. 14 shows the image of the growing particles detected by the “0” (focusing on the television display 178).
(B). The latter includes information about the pressure in the expansion chamber in kPa (upper right corner) (82 kPa), a videotape marker (under pressure), and the time and date of the experiment (lower right corner). An image added by the afterglow of the TV screen is shown in FIG.
This figure was used for reference only.

【０１１１】パーティクル濃度を、高感度ビデオカメラ
１６８からのビデオフレーム情報（図１４（ｂ）に示し
たものと同様）を用いて測定した。パーティクル濃度を
測定するために、パーティクル数を各フレームにおいて
カウントした後、光学的に感度の良い領域の体積で割っ
た。検出する体積を、異常に多い数の汚染パーティクル
をテストチャンバー内に導入して、断熱膨張によって凝
縮を起こし、そしてパーティクル領域を高感度ビデオカ
メラ１６８を用いて像にすることで、予測する。異常に
多量のパーティクルを有する検出体積の凝縮後の像を、
図１５に示す。この像を光学系の既知の倍率と組み合わ
せて用いて、検出体積の長さと直径を決定する。示した
例では検出体積は円筒形であるが、他の断面の検出体積
を本発明の実施において用いても良い。The particle density was measured using video frame information from the high-sensitivity video camera 168 (similar to that shown in FIG. 14B). In order to measure the particle concentration, the number of particles was counted in each frame and then divided by the volume of the optically sensitive area. The volume to be detected is predicted by introducing an abnormally high number of contaminating particles into the test chamber, causing condensation by adiabatic expansion, and imaging the particle area using a sensitive video camera 168. An image after condensation of the detection volume with an abnormally large amount of particles,
As shown in FIG. This image is used in combination with the known magnification of the optical system to determine the length and diameter of the detection volume. In the example shown, the detection volume is cylindrical, but detection volumes of other cross-sections may be used in the practice of the invention.

【０１１２】好ましい態様においては、ビデオフレーム
当たりのパーティクル数を直接パーティクル濃度（単位
体積あたりのパーティクル数すなわちパーティクル／ｃ
ｃで表わす）に変換するために用いる変換ファクターを
決定する。通常、図１６に示すように、複数のビデオフ
レームを用いてフレーム当たりの平均のパーティクル数
を決定する。高感度ビデオカメラからの記録された４枚
の連続フレームを図１７に示す。各フレームにおいて、
パーティクル像は検出体積の異なる部分に現れている。In a preferred embodiment, the number of particles per video frame is directly determined by the particle density (the number of particles per unit volume, ie, particles / c
c) is determined. Normally, as shown in FIG. 16, the average number of particles per frame is determined using a plurality of video frames. FIG. 17 shows four consecutive frames recorded from a high-sensitivity video camera. In each frame,
Particle images appear in different parts of the detection volume.

【０１１３】断熱膨張後のテストチャンバー内のパーテ
ィクル形成の時間的進展を、図１６（ａ）〜１６（ｆ）
に示す。膨張前（図１６（ａ））は、膨張体積の圧力は
４８ｋＰａであり、パーティクルは検出されていない。
膨張直後（１６（ｂ））は、膨張体積の圧力は８２ｋＰ
ａに変化したが、やはりパーティクルは検出されていな
い。The time evolution of the formation of particles in the test chamber after the adiabatic expansion is shown in FIGS.
Shown in Before the expansion (FIG. 16A), the pressure of the expanded volume is 48 kPa, and no particles are detected.
Immediately after expansion (16 (b)), the pressure of the expanded volume is 82 kP.
However, no particles were detected.

【０１１４】パーティクルが最初に現れるのは図１６
（ｃ）であり、フレーム図１６（ｂ）から約５〜１０フ
レーム後である。圧力は依然８２ｋＰａのままである。
パーティクルの像は軌跡として現れるが、それは膨張後
にテストチャンバー内をガスが移動するからである。図
１６（ｄ）および図１７（ａ）〜１７（ｄ）に示すよう
に、さらに２〜３のビデオフレームの後、パーティクル
の移動は遅くなって、パーティクルは点として現れる。
各フレームにおいて、パーティクル像は検出体積の異な
る部分に現れている。FIG. 16 shows that particles first appear.
(C), which is about 5 to 10 frames after the frame in FIG. 16 (b). The pressure still remains at 82 kPa.
Particle images appear as trajectories because gas moves through the test chamber after inflation. As shown in FIG. 16 (d) and FIGS. 17 (a) -17 (d), after a few more video frames, the movement of the particles becomes slower and the particles appear as dots.
In each frame, the particle images appear at different portions of the detection volume.

【０１１５】図１６（ｅ）に示すようにプロセスの終わ
りにパーティクルは再び移動し始め、そして図１６
（ｆ）に示すように最終的に消滅する。この時点での圧
力はやはり約８１．８ｋＰａである。プロセスの最後に
パーティクルが移動することは、テストチャンバー８
０、膨張チャンバー８２、および両者の間の接続部で起
こる緩和プロセスによって説明できる。前述したよう
に、パーティクルの成長は、ガスの準安定で非平衡な過
飽和状態が原因で起こる。この状態は、断熱膨張によっ
てガスが急速に冷却する結果、作られる。熱伝達がテス
トチャンバー８０内の冷たいガスと、外壁が室温の空気
にさらされているテストチャンバー壁との間で起こる。
図１６（ｅ）および１６（ｆ）に見られるように、ガス
が平衡温度に戻ると過飽和状態は消失し、凝縮したガス
が蒸発してサブオプティカルパーティクルを残す（検出
不可能）。なお、図１６（ａ）と１６（ｅ）との間の時
間は、約１秒のオーダーであることに注意されたい。At the end of the process, the particles begin to move again, as shown in FIG.
Finally, as shown in FIG. The pressure at this point is again about 81.8 kPa. The movement of particles at the end of the process is due to the test chamber 8
0, expansion chamber 82, and the relaxation process that occurs at the connection between them. As mentioned above, particle growth occurs due to the metastable and non-equilibrium supersaturation of the gas. This condition is created as a result of the gas cooling rapidly due to adiabatic expansion. Heat transfer occurs between the cold gas in the test chamber 80 and the test chamber walls whose outer walls are exposed to room temperature air.
As can be seen in FIGS. 16 (e) and 16 (f), when the gas returns to the equilibrium temperature, the supersaturation disappears and the condensed gas evaporates leaving sub-optical particles (not detectable). It should be noted that the time between FIGS. 16 (a) and 16 (e) is on the order of about 1 second.

【０１１６】大きくなったパーティクルの濃度を測定し
た後、テスト容積および膨張容積を真空によって排気す
るか、または不活性パージガスで満たした後真空によっ
て排気して、システムを次の測定サイクルに向けて準備
しても良い。After measuring the concentration of the grown particles, the test volume and the expansion volume are evacuated by vacuum or filled with an inert purge gas and evacuated to prepare the system for the next measurement cycle. You may.

【０１１７】前述したように、実験の一部を窒素を冷却
ガスとして用いて行った。理想的には、窒素の断熱膨張
は均一核または不均一核形成を起こすには十分ではな
い。このことは、表２において窒素のみをシステムで用
いたときの実験結果によって確認される。窒素をフレオ
ン２１の代わりに前述の実験手順で用いたときには、パ
ーティクル成長が検出されたのは膨張値が最も高いとき
（最終圧力が５０〜６０ｋＰａ、表２を参照のこと）だ
けであって、最終圧力＞７０ｋＰａの場合には検出され
なかった（図２２も参照のこと）。膨張値が最も高い場
合のパーティクル成長は、残留水蒸気の凝縮によるもの
と考えられる。これは後にさらに詳細に説明する。As described above, part of the experiment was performed using nitrogen as the cooling gas. Ideally, the adiabatic expansion of nitrogen is not sufficient to cause uniform or heterogeneous nucleation. This is confirmed in Table 2 by the experimental results when only nitrogen was used in the system. When nitrogen was used in the above experimental procedure instead of Freon 21, particle growth was detected only at the highest expansion value (final pressure 50-60 kPa, see Table 2), It was not detected when the final pressure was> 70 kPa (see also FIG. 22). Particle growth at the highest expansion value is considered to be due to condensation of residual water vapor. This will be described in more detail later.

【０１１８】図１８（ａ）において、高感度ビデオカメ
ラ１６８によって検出されたフレーム当たりのパーティ
クル数を、３つの異なるパーティクルカウント実験につ
いて示す。曲線３０２は膨張後の最終圧力が５９ｋＰａ
の窒素を示し、曲線３０４は膨張後の最終圧力が５７．
４ｋＰａの窒素を示し、曲線３０６は膨張後の最終圧力
が５９．６ｋＰａのフレオン２１を示す。なお、この実
験での初期圧力は１６２ｋＰａであった。異なる最終圧
力についてのフレオン２１に対する同様のデータを、図
１８（ｂ）に示す。曲線３０８は膨張後の最終圧力が５
９．６ｋＰａのフレオン２１を示し、曲線３１０は膨張
後の最終圧力が８１ｋＰａのフレオン２１を示し、曲線
３１２は膨張後の最終圧力が９０．３ｋＰａのフレオン
２１を示す。なお、この実験での初期圧力は１６２ｋＰ
ａであった。曲線は移動平均を示す。フレーム毎の変化
が多少大きいが、それは検出するパーティクル数が少な
いからである（サンプルサイズが小さいため、変化が大
きい）。図１８（ｂ）に示すように、フレオン２１の同
様の時間（フレーム数）のパターンが異なる最終圧力に
対して見られる。FIG. 18A shows the number of particles per frame detected by the high-sensitivity video camera 168 for three different particle counting experiments. Curve 302 shows a final pressure after expansion of 59 kPa.
Curve 304 shows a final pressure after expansion of 57.
Curve 306 shows Freon 21 with a final pressure of 59.6 kPa after expansion. Note that the initial pressure in this experiment was 162 kPa. Similar data for Freon 21 for different final pressures is shown in FIG. Curve 308 shows a final pressure after expansion of 5
Curve 310 shows Freon 21 with a final pressure of 81 kPa after expansion, and curve 312 shows Freon 21 with a final pressure of 90.3 kPa after expansion. The initial pressure in this experiment was 162 kP
a. The curve shows a moving average. The change for each frame is slightly large because the number of particles to be detected is small (the change is large because the sample size is small). As shown in FIG. 18 (b), a similar time (frame number) pattern of Freon 21 is seen for different final pressures.

【０１１９】図１８（ａ）および１８（ｂ）は、パーテ
ィクル形成が窒素とフレオン２１の両方の場合に起きる
ことを示す。パーティクルの寿命（パーティクルが存在
するフレーム数）の実質的な違いが、図１８において、
フレオン２１とＮ2システムに対して認められる。窒素
システムの場合、ここで述べた条件の下では、パーティ
クル形成と蒸発のプロセスはフレオン２１システムより
も速い。動力学でのこの違いと窒素中でパーティクルが
形成されるという事実は、テストパーティクルと一緒に
システムへ導入される残留水蒸気の凝縮によって説明で
きる。前述したように、テストパーティクルを有する空
気流は未知のレベルに除湿されていた。FIGS. 18A and 18B show that particle formation occurs for both nitrogen and freon 21. FIG. The substantial difference in the life of particles (the number of frames in which particles exist) is shown in FIG.
Approved for Freon 21 and N2 systems. In the case of a nitrogen system, under the conditions described here, the process of particle formation and evaporation is faster than the Freon 21 system. This difference in kinetics and the fact that particles form in nitrogen can be explained by the condensation of residual water vapor introduced into the system along with the test particles. As described above, the air flow with test particles has been dehumidified to an unknown level.

【０１２０】窒素（γ＝１．４４）が断熱膨張する間の
種々の残留水蒸気圧に対する予測される不均一核形成の
閾値（ケルビン直径）を、図１９に示す。フレオン２１
（γ＝１．１６）に対する同様の予測によれば、最終圧
力が１０ないし１００ｋＰａの範囲においては水蒸気の
飽和は１未満であり、不均一核形成が起こり得ないこと
を示している。両方の場合において、パーティクルと水
蒸気とを有する空気流は混合物の１０％であると仮定し
た。図１９に示すデータから、最終圧力が５０〜６０ｋ
Ｐａである窒素の断熱膨張後のパーティクルの出現は、
露点が−１０〜０℃の水に対する予測と良く一致するこ
とが分かる。残留水蒸気圧のこれらの値は、除湿物質の
制限された能力を考慮すれば、非常に理にかなってい
る。同時に、予測によれば、露点が−１０℃ないし１０
℃の水蒸気の影響は、フレオン２１の断熱膨張に対して
は無視できる。この事実およびパーティクル形成の動力
学の違いによって、最終圧力が７０〜１００ｋＰａであ
るフレオン２１の断熱膨張の後に検出されるパーティク
ルは、フレオン２１の凝縮の結果によるものと考えられ
ることが確認される（図２０参照）。The predicted heterogeneous nucleation threshold (Kelvin diameter) for various residual water vapor pressures during adiabatic expansion of nitrogen (γ = 1.44) is shown in FIG. Freon 21
Similar predictions for (γ = 1.16) indicate that for final pressures in the range of 10-100 kPa, the saturation of water vapor is less than 1, indicating that heterogeneous nucleation cannot occur. In both cases, the air flow with particles and water vapor was assumed to be 10% of the mixture. From the data shown in FIG. 19, the final pressure is 50-60 k.
The appearance of particles after adiabatic expansion of nitrogen, which is Pa,
It can be seen that the dew point agrees well with the prediction for water at -10 to 0 ° C. These values of residual water vapor pressure make very sense given the limited capacity of the dehumidifying substance. At the same time, predictions indicate that the dew point is between -10 ° C and 10 ° C.
The effect of water vapor at ℃ is negligible for the adiabatic expansion of the freon 21. This fact and the differences in the dynamics of particle formation confirm that particles detected after adiabatic expansion of Freon 21 with a final pressure of 70-100 kPa are believed to be due to the condensation of Freon 21 ( See FIG. 20).

【０１２１】高感度ビデオカメラ１６８によって測定さ
れたテストチャンバー内のパーティクル数濃度（Ｎ_tv）
と、種々の最終圧力値における２０ｎｍパーティクルと
１５ｎｍパーティクルに対してファラディカップ電位計
測定から計算されたパーティクル数濃度（Ｎ_chfce）と
を図２１に示す。同じ実験に対するＮ_tvとＮ_chfceの値
は関連していて容易に確認できる。図２１は概ね２つの
部分に分離できる。最終圧力が９０ｋＰａを下回る所で
はＮ_tvの値はＮ_chfceと同じかそれを上回る。最終圧力
が９０ｋＰａを上回る所では、Ｎ_tvのデータは実質的に
Ｎ_chfceを下回る。The particle number concentration (N _tv ) in the test chamber measured by the high sensitivity video camera 168
FIG. 21 shows the particle number concentration (N _chfce ) calculated from Faraday cup electrometer measurement for 20 nm particles and 15 nm particles at various final pressure values. The values of N _tv and N _chfce for the same experiment are related and easily ascertainable. FIG. 21 can be generally separated into two parts. The value of N _tv is where the final pressure falls below 90kPa is equal to or exceeds that with _N chfce. Where the final pressure exceeds 90 kPa, N _tv data substantially below _N chfce.

【０１２２】また図２１から、Ｎ_tvとＮ_chfceの値は、
最終圧力が９０ｋＰａ以下の所では互いに非常に良く関
係していることが分かる。このことによって、検出され
たパーティクルは、サイズが１５〜２０ｎｍの導入され
たテストパーティクルへのフレオン２１の凝縮の結果で
あることが確認される。Further, from FIG. 21, the values of N _tv and N _chfce are
It can be seen that they are very well related to each other where the final pressure is below 90 kPa. This confirms that the detected particles are the result of freon 21 condensation on the introduced test particles of 15-20 nm in size.

【０１２３】ビデオシステムによって測定されたパーテ
ィクル濃度（Ｎ_tv）と、ファラディカップ電位計を用い
て測定されたパーティクル濃度（Ｎ_fce）とを知ること
で、検出効率を、これらの２つの値の比Ｎ_tv／Ｎ_fceと
して決定できる。種々の膨張比に対して実験的に測定し
たファラディカップ電位計の検出効率を、図２２に示
す。初期テストパーティクルサイズは１５ｎｍ（図２２
で丸点で示す）と２０ｎｍである。図２２に示す実験デ
ータは、図９（ａ）の理論的な予測と一致する。膨張比
の値が１．８未満で検出効率が落ちるのは、ケルビン直
径が増加してテストパーティクルのサイズを上回ってい
るからだと説明できる。予測および古典的な不均一核形
成理論によれば、５０％の検出効率が達成される膨張比
は、１５ｎｍパーティクルに対しては１．９であり、２
０ｎｍパーティクルに対しては１．７である。両方のサ
イズに対して実験的に測定された値は１．７５であり、
理論的に予測した値に近い。実験データの変動（主にＮ
_tv測定に対する統計値が低いことによる）があるので、
各パーティクルサイズを別々に比較することはできな
い。By knowing the particle concentration (N _tv ) measured by the video system and the particle concentration (N _fce ) measured by using a Faraday cup electrometer, the detection efficiency is determined by the ratio of these two values. It can be determined as N _tv / N _fce . FIG. 22 shows the detection efficiency of the Faraday cup electrometer measured experimentally for various expansion ratios. The initial test particle size is 15 nm (Figure 22).
, And 20 nm. The experimental data shown in FIG. 22 matches the theoretical prediction in FIG. The reason that the detection efficiency decreases when the value of the expansion ratio is less than 1.8 can be explained by the fact that the Kelvin diameter increases and exceeds the size of the test particles. According to predictions and classic heterogeneous nucleation theory, the expansion ratio at which 50% detection efficiency is achieved is 1.9 for 15 nm particles, 2
It is 1.7 for 0 nm particles. The experimentally measured value for both sizes is 1.75,
Close to theoretically predicted values. Variations in experimental data (mainly N
because of the lower statistics for the _tv measurement)
It is not possible to compare each particle size separately.

【０１２４】本発明を具体的な実施例の態様を参照して
記載し説明してきたが、本発明をこれらの実施例の態様
に限定することを意図していない。当業者によって、添
付のクレームによって規定される本発明の真の範囲およ
び精神から逸脱することなく、変形および修正ができる
ことが認識されるだろう。従って、本発明内に、添付の
クレームおよびその均等の範囲に入る全てのこのような
変形および修正を含むことが意図されている。While the invention has been described and described with reference to specific embodiments, it is not intended that the invention be limited to these embodiments. It will be appreciated by those skilled in the art that variations and modifications can be made without departing from the true scope and spirit of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, it is intended to cover within the present invention all such variations and modifications that fall within the scope of the appended claims and their equivalents.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の１つの側面に係る方法および装置を示
すプロセス図。FIG. 1 is a process diagram illustrating a method and apparatus according to one aspect of the present invention.

【図２】本発明の他の側面に係る方法および装置を示す
プロセス図。FIG. 2 is a process diagram illustrating a method and apparatus according to another aspect of the invention.

【図３】本発明の他の側面に係る方法および装置を示す
プロセス図。FIG. 3 is a process diagram illustrating a method and apparatus according to another aspect of the invention.

【図４】初期圧力６．７ａｔｍおよび４ａｔｍの塩素に
ついての主要なパラメーターの体積膨張比への依存性を
示す図。FIG. 4 shows the dependence of key parameters on volume expansion ratio for chlorine at initial pressures of 6.7 atm and 4 atm.

【図５】図１の態様において最大感度に達するための体
積膨張比と初期作業パラメーターの範囲を見出すための
理論的予測を示す図。FIG. 5 shows theoretical predictions for finding ranges of volume expansion ratios and initial operating parameters to reach maximum sensitivity in the embodiment of FIG.

【図６】図１の態様において最大感度に達するための体
積膨張比と初期作業パラメーターの範囲を見出すための
理論的予測を示す図。FIG. 6 shows theoretical predictions for finding ranges of volume expansion ratios and initial operating parameters to reach maximum sensitivity in the embodiment of FIG.

【図７】図１の態様において最大感度に達するための体
積膨張比と初期作業パラメーターの範囲を見出すための
理論的予測を示す図。FIG. 7 shows theoretical predictions to find ranges of volume expansion ratios and initial operating parameters to reach maximum sensitivity in the embodiment of FIG.

【図８】図２の態様において最大感度に達するための体
積膨張比と初期作業パラメーターの範囲を見出すための
理論的予測を示す図。FIG. 8 shows theoretical predictions for finding ranges of volume expansion ratios and initial operating parameters to reach maximum sensitivity in the embodiment of FIG.

【図９】図２の態様において最大感度に達するための体
積膨張比と初期作業パラメーターの範囲を見出すための
理論的予測を示す図。9 shows theoretical predictions for finding ranges of volume expansion ratios and initial operating parameters to reach maximum sensitivity in the embodiment of FIG.

【図１０】図２の態様において最大感度に達するための
体積膨張比と初期作業パラメーターの範囲を見出すため
の理論的予測を示す図。FIG. 10 shows theoretical predictions to find a range of volume expansion ratios and initial operating parameters to reach maximum sensitivity in the embodiment of FIG.

【図１１】本発明の他の側面に係る方法および装置を示
す図。FIG. 11 illustrates a method and apparatus according to another aspect of the invention.

【図１２】本発明の１つの側面において実施されるパー
ティクル検出システムの詳細図。FIG. 12 is a detailed view of a particle detection system implemented in one aspect of the present invention.

【図１３】図１１の装置において有用な熱線発生器内で
発生したテストパーティクルの初期サイズ分布を示す
図。FIG. 13 is a diagram illustrating an initial size distribution of test particles generated in a heat ray generator useful in the apparatus of FIG. 11;

【図１４】高感度ビデオカメラによって検出された成長
パーティクルおよびカムコーダーによって記録された成
長パーティクルを示す図。FIG. 14 is a diagram showing grown particles detected by a high-sensitivity video camera and grown particles recorded by a camcorder.

【図１５】図１１の装置を用いた高濃度パーティクルの
検出体積を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a detection volume of high concentration particles using the apparatus of FIG. 11;

【図１６】図１１の装置を用いた断熱膨張後のテストチ
ャンバー内でのパーティクル形成の時間の進展を示す
図。FIG. 16 is a diagram showing a time evolution of particle formation in a test chamber after adiabatic expansion using the apparatus of FIG. 11;

【図１７】図１２のパーティクル検出システムを用いて
記録した４つの連続フレーム図。FIG. 17 is a diagram of four continuous frames recorded using the particle detection system of FIG. 12;

【図１８】図１１の装置を用いて種々の最終膨張圧力に
対してビデオによって検出されたフレーム当たりのパー
ティクル数を示す図。18 shows the number of particles per frame detected by video for various final inflation pressures using the apparatus of FIG.

【図１９】露天で示した水蒸気を有する窒素についての
膨張後の圧力に対する予測されたケルビン直径の依存性
を示す図。FIG. 19 shows the dependence of predicted Kelvin diameter on post-expansion pressure for nitrogen with water vapor, shown as open pit.

【図２０】窒素の種々の最終圧力値において画像記録シ
ステムによって測定された図１１のテストチャンバー内
のパーティクル数濃度を示す図。FIG. 20 shows the particle number concentration in the test chamber of FIG. 11 measured by the image recording system at various final pressure values of nitrogen.

【図２１】種々の最終圧力値に対して画像記録システム
によって測定された図１１のテストチャンバー内のパー
ティクル数濃度、およびＦＣＥから計算されたパーティ
クル数濃度を示す図。FIG. 21 shows the particle number concentration in the test chamber of FIG. 11 measured by the image recording system for various final pressure values, and the particle number concentration calculated from FCE.

【図２２】種々の膨張比に対して実験的に測定された図
１１の装置の検出効率を示す図。FIG. 22 shows the detection efficiency of the device of FIG. 11 measured experimentally for various expansion ratios.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２、２００、３００…カウンター装置 ４、４０、８０、１５８…テストチャンバー ６…温度コントロール装置 ８、１０、１５９、１６１…光学窓 １２、８４、１５０…光源 １４、４４…パーティクルディテクター １６、１８…膨張チャンバー ２０…フローコントロール装置 ２２…圧力レギュレーター ２４…パージガス入口 ２６…サンプルガス入口 ２８…真空接続部 ４１…左チャンバー ４２…ダイアフラム ４３…右チャンバー ４６…フィルター ４８、５０…フローコントロール装置 ５２、５４…真空源 ５６…サンプルガス供給源 ５８…サンプルガス出口 ６０…パージガス供給源 ８２…膨張容積 ８６…ディテクター ８８…ビデオレコーダー ９０…熱線パーティクル発生器 ９２…微分形電気移動度分析器 ９４…ファラディカップ電位計 ９６…不活性ガス接続部 ９７、９９…バルブ ９８…サンプルガス接続部 １００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１
１６、１２２、１２４…配管 １０７…真空源 １１４…空気源 １１７…放射性エーロゾルチャージャー １２０…希釈システム １５２、１５６、１６０…レーザービーム １５４…焦点レンズ １６２、１６４…アラインメントシステム １６６…実体顕微鏡 １６８、１７２…ビデオレコーダー １７０…ケーブル １７４…圧力計 １７６…テレビ受像機 １７８…観察用スクリーン １８０…カムコーダー ４００…パーティクル検出システム Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１
３、Ｖ１４、Ｖ１５…バルブ ＥＭ１、ＥＭ２…電磁弁 ＭＶ１、ＭＶ２、ＭＶ３…マニュアルバルブ ＭＦＣ１、ＭＦＣ２…マスフローコントローラー ＰＧ１、ＰＧ２…圧力ゲージ2, 200, 300 ... counter device 4, 40, 80, 158 ... test chamber 6 ... temperature control device 8, 10, 159, 161 ... optical window 12, 84, 150 ... light source 14, 44 ... particle detector 16, 18, ... Expansion chamber 20 ... Flow control device 22 ... Pressure regulator 24 ... Purge gas inlet 26 ... Sample gas inlet 28 ... Vacuum connection 41 ... Left chamber 42 ... Diaphragm 43 ... Right chamber 46 ... Filter 48,50 ... Flow control device 52,54 ... Vacuum source 56 ... Sample gas supply source 58 ... Sample gas outlet 60 ... Purge gas supply source 82 ... Expansion volume 86 ... Detector 88 ... Video recorder 90 ... Hot ray particle generator 92 ... Differential electric mobility analyzer 94 ... Faraday cup Position meter 96 ... inert gas connection 97, 99 ... Valve 98 ... sample gas connection 100,102,104,106,108,110,1
16, 122, 124 pipe 107 vacuum source 114 air source 117 radioactive aerosol charger 120 dilution system 152, 156, 160 laser beam 154 focal lens 162, 164 alignment system 166 stereo microscope 168, 172 Video recorder 170 Cable 174 Pressure gauge 176 Television receiver 178 Observation screen 180 Camcorder 400 Particle detection system V1, V2, V3, V4, V5, V11, V12, V1
3, V14, V15: Valve EM1, EM2: Solenoid valve MV1, MV2, MV3: Manual valve MFC1, MFC2: Mass flow controller PG1, PG2: Pressure gauge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フア−チ・ワン アメリカ合衆国、イリノイ州 60540、ネ イパービル、カルペッパー・ドライブ 1582 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing the front page (72) Inventor: Fuchs One 1582, Calpepper Drive, Naperville, Illinois 60540, United States of America

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 電子工業用特殊ガス中のパーティクルを
検出するための装置であって、 （ａ）光学的入口と光学的出口とを有する、テストガス
を受けるためのテストチャンバーと、 （ｂ）テストチャンバーに取り付けられた温度コントロ
ール装置と、 （ｃ）テストチャンバーに取り付けられたガス入口導管
およびガス出口導管と、 （ｄ）ガス出口導管を介してテストチャンバーに直列に
接続された１または複数の膨張チャンバーと、 （ｅ）光学的入口を通してテストチャンバー内に高強度
の光を送るための光源および光学的出口を通して光を受
けるためのディテクターとを備えることを特徴とする装
置。An apparatus for detecting particles in a specialty gas for the electronics industry, comprising: (a) a test chamber for receiving a test gas having an optical inlet and an optical outlet; (b) A temperature control device attached to the test chamber; (c) a gas inlet conduit and a gas outlet conduit attached to the test chamber; and (d) one or more serially connected to the test chamber via the gas outlet conduit. An apparatus comprising: an expansion chamber; and (e) a light source for transmitting high intensity light into the test chamber through an optical inlet and a detector for receiving light through an optical outlet. 【請求項２】 ガス出口導管にさらにフローコントロー
ル装置を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。2. The apparatus according to claim 1, further comprising a flow control device in the gas outlet conduit. 【請求項３】 前記光源はレーザー源であることを特徴
とする請求項１記載の装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein said light source is a laser source. 【請求項４】 前記フローコントロール装置はクリティ
カルオリフィスであることを特徴とする請求項１記載の
装置。4. The apparatus according to claim 1, wherein said flow control device is a critical orifice. 【請求項５】 前記テストチャンバーに接続されたパー
ジガス入口導管をさらに備えることを特徴とする請求項
１記載の装置。5. The apparatus of claim 1, further comprising a purge gas inlet conduit connected to the test chamber. 【請求項６】 前記パージガス入口導管に接続された圧
力レギュレーターをさらに備えることを特徴とする請求
項４記載の装置。6. The apparatus of claim 4, further comprising a pressure regulator connected to said purge gas inlet conduit. 【請求項７】 前記フローコントロール装置に接続され
た真空接続部をさらに備えることを特徴とする請求項１
記載の装置。7. The apparatus according to claim 1, further comprising a vacuum connection unit connected to the flow control device.
The described device. 【請求項８】 ２つの膨張チャンバーを備えることを特
徴とする請求項１記載の装置。8. The device according to claim 1, comprising two expansion chambers. 【請求項９】 前記テストチャンバーと前記膨張チャン
バーとの間にバルブをさらに備えることを特徴とする請
求項１記載の装置。9. The apparatus of claim 1, further comprising a valve between the test chamber and the expansion chamber. 【請求項１０】 前記バルブは電磁バルブであることを
特徴とする請求項９記載の装置。10. The apparatus according to claim 9, wherein said valve is an electromagnetic valve. 【請求項１１】 前記バルブは高速動作バルブであるこ
とを特徴とする請求項９記載の装置。11. The apparatus according to claim 9, wherein said valve is a fast-acting valve. 【請求項１２】 （ａ）前記テストチャンバーに接続さ
れた、発生させたパーティクルを有する参照ガスを与え
るための第２の導管と、第２の導管にさらに接続され
た、ファラディカップ電位計と放射性エーロゾルチャー
ジャーとを備える微分形電気移動度分析器と、 （ｂ）放射性エーロゾルチャージャーに第３の導管を介
してさらに接続されたパーティクル発生器と、 （ｃ）テストチャンバーと微分形電気移動度分析器との
間の第２の導管に第４の導管を介して接続された、微分
形電気移動度分析器からのガスをチャンバーに入れる前
に希釈するように働く希釈システムとを備えることを特
徴とする請求項１記載の装置。12. A second conduit connected to the test chamber for providing a reference gas having generated particles, and a Faraday cup electrometer and radioactive radiation further connected to the second conduit. A differential electric mobility analyzer comprising an aerosol charger; (b) a particle generator further connected to the radioactive aerosol charger via a third conduit; (c) a test chamber and a differential electric mobility analyzer. And a dilution system connected via a fourth conduit to the second conduit between the second and third conduits and operable to dilute the gas from the differential mobility analyzer before entering the chamber. The device of claim 1, wherein 【請求項１３】 電子工業用特殊ガス中のパーティクル
を検出するための装置であって、 （ａ）右側チャンバーと左側チャンバーとを有するテス
トチャンバーと、 （ｂ）左側チャンバーに接続されたサンプルガス供給導
管およびサンプルガス排出導管と、サンプルガス排出導
管に配置されたパーティクルカウンターとを備え、 前記右側チャンバーは過飽和状態をテストチャンバー内
に起こすことに供することを特徴とする装置。13. An apparatus for detecting particles in a special gas for the electronics industry, comprising: (a) a test chamber having a right chamber and a left chamber; and (b) a sample gas supply connected to the left chamber. An apparatus, comprising: a conduit and a sample gas discharge conduit; and a particle counter disposed in the sample gas discharge conduit, wherein the right chamber provides for causing a supersaturation condition within the test chamber. 【請求項１４】 チャンバーの前記右側とチャンバーの
前記左側とは、移動可能なまたは柔軟なダイアフラムに
よって分離されることを特徴とする請求項１３記載の装
置。14. The apparatus of claim 13, wherein the right side of the chamber and the left side of the chamber are separated by a movable or flexible diaphragm. 【請求項１５】 チャンバーの前記右側とチャンバーの
前記左側とは、ピストンによって分離されることを特徴
とする請求項１３記載の装置。15. The apparatus according to claim 13, wherein the right side of the chamber and the left side of the chamber are separated by a piston. 【請求項１６】 チャンバーの前記右側とチャンバーの
前記左側とは、膨張性のプラスチックバッグによって分
離されることを特徴とする請求項１３記載の装置。16. The apparatus of claim 13, wherein the right side of the chamber and the left side of the chamber are separated by an inflatable plastic bag. 【請求項１７】 前記パーティクルカウンターは光学式
パーティクルカウンターであることを特徴とする請求項
１３記載の装置。17. The apparatus according to claim 13, wherein said particle counter is an optical particle counter. 【請求項１８】 フローコントロール装置をさらに備え
ることを特徴とする請求項１３記載の装置。18. The apparatus according to claim 13, further comprising a flow control device. 【請求項１９】 前記フローコントロール装置はクリテ
ィカルオリフィスであることを特徴とする請求項１８記
載の装置。19. The apparatus according to claim 18, wherein said flow control device is a critical orifice. 【請求項２０】 電子工業用特殊ガス中のパーティクル
を検出するための方法であって、 （ａ）テストチャンバーおよび１または複数の膨張チャ
ンバーを不活性パージガスによってパージする工程と、 （ｂ）パージガスをテストチャンバーおよび１または複
数の膨張チャンバーから排気しながら、サンプルガスを
テストチャンバー内に導入する工程と、 （ｃ）膨張チャンバーの排気を続けながら、テストチャ
ンバー内のサンプルガスの温度を不均一核形成を可能に
し均一核形成を回避する所定の値に調整する工程と、 （ｄ）バルブを開けてサンプルガスで膨張チャンバーを
満たし断熱膨張を起こす工程と、 （ｅ）光散乱技術を用いて、テストチャンバー内のサン
プルガス中の汚染パーティクルを測定する工程とを含む
ことを特徴とする方法。20. A method for detecting particles in a specialty gas for the electronics industry, comprising: (a) purging a test chamber and one or more expansion chambers with an inert purge gas; Introducing a sample gas into the test chamber while exhausting from the test chamber and one or more expansion chambers; and (c) heterogeneous nucleation of the temperature of the sample gas in the test chamber while continuing to exhaust the expansion chamber. (D) opening the valve to fill the expansion chamber with sample gas to cause adiabatic expansion; and (e) testing using light scattering techniques. Measuring contaminant particles in the sample gas in the chamber. 【請求項２１】 テストチャンバー内の前記不活性パー
ジガスの圧力を、圧力レギュレーターを用いて、実質的
にサンプルガスの圧力に等しくなるように調整すること
を特徴とする請求項２０記載の方法。21. The method of claim 20, wherein the pressure of the inert purge gas in the test chamber is adjusted using a pressure regulator to be substantially equal to the pressure of the sample gas. 【請求項２２】 前記不活性パージガスを、膨張チャン
バーの下流に配置したクリティカルオリフィスを通して
排気することを特徴とする請求項２０記載の方法。22. The method of claim 20, wherein said inert purge gas is evacuated through a critical orifice located downstream of the expansion chamber. 【請求項２３】 バルブを、前記第１の膨張チャンバー
と前記第２の膨張チャンバーとの間に配置することを特
徴とする請求項２０記載の方法。23. The method of claim 20, wherein a valve is located between said first expansion chamber and said second expansion chamber. 【請求項２４】 電子工業用特殊ガス中のパーティクル
を検出するための方法であって、 （ａ）移動可能なダイアフラムによって分離された右側
チャンバーと左側チャンバーとを有するテストチャンバ
ーの右側チャンバーに、不活性ガスバルブを用いて不活
性ガスを充填する工程と、 （ｂ）不活性ガス供給導管のクリティカルオリフィスを
用いて、充填を続ける工程と、 （ｃ）光学式パーティクルカウンターおよびフィルター
を備える排出導管を介してテストチャンバーに接続され
た第１のバルブを開ける工程と、 （ｄ）第１のバルブを閉め、サンプルガスを左側チャン
バー内に流す第２のバルブを開けて前記ダイアフラムを
右側に押す工程と、 （ｅ）第１および第２のバルブを閉め、不活性ガス排出
導管を介して右側のチャンバーに接続された第３のバル
ブを開けて、左側チャンバー内でサンプルガスを断熱的
に膨張させる工程と、 （ｆ）左側チャンバーの膨張が完了した後に、第３のバ
ルブを閉め、第１のバルブと不活性ガスバルブとを開け
て、大きくなったパーティクルを有するサンプルガスを
前記光学式パーティクルカウンターと前記フィルターと
を通して押し出す工程とを含む方法。24. A method for detecting particles in a special gas for the electronics industry, comprising: (a) providing a test chamber having a right chamber and a left chamber separated by a movable diaphragm; Filling an inert gas using an active gas valve; (b) continuing to fill using a critical orifice of an inert gas supply conduit; and (c) via a discharge conduit comprising an optical particle counter and a filter. (D) closing the first valve, opening the second valve for flowing the sample gas into the left chamber, and pushing the diaphragm to the right; (E) Close the first and second valves and connect to the right chamber via an inert gas discharge conduit (F) adiabatically expanding the sample gas in the left chamber by opening the third valve, and (f) closing the third valve after the left chamber is completely expanded, thereby disabling the first valve. Opening the active gas valve and extruding the sample gas having the enlarged particles through the optical particle counter and the filter. 【請求項２５】 圧縮ガス源と、断熱膨張チャンバー
と、圧縮ガス中のパーティクル濃度を測定するセンサー
と、フローコントロールシステムとを備えることを特徴
とするガス分析システム。25. A gas analysis system comprising a compressed gas source, an adiabatic expansion chamber, a sensor for measuring a particle concentration in the compressed gas, and a flow control system. 【請求項２６】 前記フローコントロールシステムはク
リティカルオリフィスであることを特徴とする請求項２
５記載のシステム。26. The system of claim 2, wherein the flow control system is a critical orifice.
5. The system according to 5. 【請求項２７】 前記圧縮ガスは電子工業用特殊ガスで
あることを特徴とする請求項２５記載のシステム。27. The system of claim 25, wherein said compressed gas is a specialty gas for the electronics industry. 【請求項２８】 前記センサーは光学式センサーである
ことを特徴とする請求項２５記載の装置。28. The apparatus according to claim 25, wherein said sensor is an optical sensor. 【請求項２９】 前記断熱膨張チャンバーは可変チャン
バーであることを特徴とする請求項２５記載のシステ
ム。29. The system of claim 25, wherein said adiabatic expansion chamber is a variable chamber. 【請求項３０】 汚染物パーティクルを有するサンプル
ガスを分析する方法であって、 （ａ）テストチャンバーの一部を、汚染物パーティクル
を有するサンプルガスで満たす工程と、 （ｂ）サンプルガスを突然膨張させてテストチャンバー
を満たして不均一核凝縮を起こし、汚染物パーティクル
のサイズを増加させる工程と、 （ｃ）前記汚染物パーティクルを検出する工程とを含む
ことを特徴とする方法。30. A method for analyzing a sample gas having contaminant particles, comprising: (a) filling a portion of a test chamber with a sample gas having contaminant particles; and (b) abruptly expanding the sample gas. Causing the test chamber to fill and cause heterogeneous nuclear condensation to increase the size of the contaminant particles; and (c) detecting the contaminant particles. 【請求項３１】 前記突然の膨張を可動メンブレンによ
って起こすことを特徴とする請求項３０記載の方法。31. The method of claim 30, wherein said sudden expansion is caused by a movable membrane. 【請求項３２】 前記突然の膨張をメカニカルピストン
によって起こすことを特徴とする請求項３０記載の方
法。32. The method of claim 30, wherein said sudden expansion is caused by a mechanical piston. 【請求項３３】 前記突然の膨張をプラスチックバッグ
の膨張および収縮によって起こすことを特徴とする請求
項３０記載の方法。33. The method of claim 30, wherein said sudden inflation is caused by inflation and deflation of a plastic bag. 【請求項３４】 電子工業用特殊ガス中のパーティクル
を検出する方法であって、 （ａ）パージガスをテストチャンバーおよび１または複
数の膨張チャンバーから排気しながら、サンプルガスを
テストチャンバー内に導入する工程と、 （ｂ）膨張チャンバーを排気して、不均一核形成を可能
にし均一核形成を回避する所定の圧力にする工程と、 （ｃ）バルブを開けてサンプルガスで膨張チャンバーを
満たし断熱膨張を起こす工程と、 （ｄ）光散乱技術を用いて、テストチャンバー内のサン
プルガス中の汚染パーティクルを測定する工程とを含む
ことを特徴とする方法。34. A method for detecting particles in a special gas for the electronics industry, comprising: (a) introducing a sample gas into a test chamber while exhausting a purge gas from the test chamber and one or more expansion chambers. (B) evacuating the expansion chamber to a predetermined pressure that enables non-uniform nucleation and avoids uniform nucleation; and (c) opening the valve to fill the expansion chamber with sample gas and perform adiabatic expansion. Initiating; and (d) measuring contaminant particles in the sample gas in the test chamber using light scattering techniques. 【請求項３５】 電子工業用特殊ガス中のパーティクル
を検出するための装置であって、 （ａ）光学的入口と光学的出口とを有するテストガスを
受けるためのテストチャンバーと、 （ｂ）圧力コントロール装置と、 （ｃ）テストチャンバーに取り付けられたガス入口導管
およびガス出口導管と、 （ｄ）ガス出口導管を介してテストチャンバーに直列に
接続され、また前記圧力コントロール装置に接続された
１または複数の膨張チャンバーと、 （ｅ）光学的入口を通してテストチャンバー内に高強度
の光を送るための光源および光学的出口を通して光を受
けるためのディテクターと、 （ｆ）ガス入口導管内のフローコントロール装置とを備
えることを特徴とする装置。35. An apparatus for detecting particles in a specialty gas for the electronics industry, comprising: (a) a test chamber for receiving a test gas having an optical inlet and an optical outlet; and (b) pressure. A control device; (c) a gas inlet conduit and a gas outlet conduit attached to the test chamber; and (d) one or more connected in series to the test chamber via the gas outlet conduit and connected to the pressure control device. A plurality of inflation chambers; (e) a light source for transmitting high intensity light into the test chamber through the optical inlet and a detector for receiving light through the optical outlet; and (f) a flow control device in the gas inlet conduit. An apparatus comprising: 【請求項３６】 前記光源はレーザー源であることを特
徴とする請求項３５記載の装置。36. The apparatus according to claim 35, wherein said light source is a laser source. 【請求項３７】 前記フローコントロール装置はクリテ
ィカルオリフィスであることを特徴とする請求項３５記
載の装置。37. The apparatus according to claim 35, wherein said flow control device is a critical orifice. 【請求項３８】 前記テストチャンバーに接続されたパ
ージガス入口導管を備えることを特徴とする請求項３５
記載の装置。38. The system of claim 35, further comprising a purge gas inlet conduit connected to the test chamber.
The described device. 【請求項３９】 前記パージガス入口導管に接続された
圧力レギュレーターをさらに備えることを特徴とする請
求項３５記載の装置。39. The apparatus of claim 35, further comprising a pressure regulator connected to said purge gas inlet conduit. 【請求項４０】 前記フローコントロール装置に接続さ
れた真空接続部をさらに備えることを特徴とする請求項
３５記載の装置。40. The apparatus of claim 35, further comprising a vacuum connection connected to said flow control device. 【請求項４１】 ２つの膨張チャンバーを備えることを
特徴とする請求項３５記載の装置。41. The device according to claim 35, comprising two expansion chambers. 【請求項４２】 前記テストチャンバーと前記膨張チャ
ンバーとの間にバルブをさらに備えることを特徴とする
請求項３５記載の装置。42. The apparatus of claim 35, further comprising a valve between said test chamber and said expansion chamber. 【請求項４３】 前記バルブは電磁バルブであることを
特徴とする請求項４２記載の装置。43. The apparatus according to claim 42, wherein said valve is a solenoid valve. 【請求項４４】 前記バルブは高速動作バルブであるこ
とを特徴とする請求項４２記載の装置。44. The apparatus according to claim 42, wherein said valve is a fast-acting valve.