[發(fā)明專(zhuān)利]粒子束形成裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380051775.5
• 申請(qǐng)日: 2013-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104736995A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武田直希;田原雅哉;小泉和裕;平山紀(jì)友;竹川暢之;宮川拓真
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 富士電機(jī)株式會(huì)社;國(guó)立大學(xué)法人東京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N15/14
• 分類(lèi)號(hào): G01N15/14;G01N21/47;G01N27/62;H01J49/04
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;張晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適合分析大氣中的顆粒狀物質(zhì)(懸浮顆粒)等的粒子束形成裝置。

背景技術(shù)

大氣中的顆粒狀物質(zhì)(懸浮顆粒)對(duì)健康的影響備受關(guān)注，正在從各方面研究開(kāi)發(fā)對(duì)其狀態(tài)或成分等進(jìn)行分析的裝置。

作為分析粒子成分的裝置，近年來(lái)，開(kāi)發(fā)了懸浮顆粒質(zhì)量分析儀，其用于大氣等的顆粒狀物質(zhì)的成分分析。懸浮顆粒質(zhì)量分析儀，是通過(guò)從測(cè)量對(duì)象空間將含有粒子的氣體吸入真空容器內(nèi)，捕集粒子并加熱氣化，來(lái)測(cè)量粒子成分的裝置。在這樣的懸浮顆粒質(zhì)量分析儀中，需要將粒子引導(dǎo)至真空容器，還要將該粒子集中于容器內(nèi)的捕集/加熱氣化部。作為實(shí)現(xiàn)其的裝置，例如可以使用如圖16所示的粒子束生成裝置(參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。該粒子束形成裝置100由管狀結(jié)構(gòu)體118構(gòu)成，該管狀結(jié)構(gòu)體118在內(nèi)部具有孔板結(jié)構(gòu)的前節(jié)流裝置114以及在其后段具有至少一個(gè)粒子束形成用的第一節(jié)流裝置120。管狀結(jié)構(gòu)體118從氣體中分散的粒子源112中獲取粒子，通過(guò)內(nèi)部的前節(jié)流裝置114和第一節(jié)流裝置120的氣流控制，使粒子流成形為直線狀。即與粒子112b相比，具有大的側(cè)方擴(kuò)展速度的氣體成分112a滯留在管狀結(jié)構(gòu)體118或真空室132內(nèi)，或從真空室132的排氣口134排出，另一方面，粒子112b保持直線移動(dòng)性，從設(shè)置于真空室132的分隔壁130上的孔作為粒子束射出。通過(guò)使該粒子束碰撞設(shè)置于質(zhì)量分析部上的捕集器來(lái)收集粒子，通過(guò)將粒子加熱氣化并引導(dǎo)至檢測(cè)器內(nèi)，使得能夠進(jìn)行大氣中的粒子的質(zhì)量分析，能夠分析粒子的化學(xué)成分。

另外，這樣的技術(shù)不僅利用于粒子化學(xué)成分分析，也利用于半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域。例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，使用專(zhuān)利文獻(xiàn)1的技術(shù)，在半導(dǎo)體基板上為了使其功能或性質(zhì)變化，噴霧用于改良半導(dǎo)體表面性質(zhì)的含有納米粒子的氣體，從而堆積特定粒子。這樣將粒子導(dǎo)入(真空)容器內(nèi)并使其聚集于固定范圍內(nèi)的技術(shù)在測(cè)量或制造技術(shù)中非常重要。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：美國(guó)專(zhuān)利第5,270,542號(hào)說(shuō)明書(shū)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：美國(guó)專(zhuān)利第6,924,004號(hào)說(shuō)明書(shū)

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

在如圖16所示的粒子束生成裝置中，說(shuō)明了使粒子束相對(duì)于行進(jìn)方向并不向側(cè)方擴(kuò)展，但實(shí)際上粒子束相對(duì)于行進(jìn)方向以某種擴(kuò)展向側(cè)方射出。由于該擴(kuò)展呈以射出位置為頂點(diǎn)的圓錐狀，因此根據(jù)捕集器的位置和大小，有可能無(wú)法捕集全部導(dǎo)入粒子。另外，如專(zhuān)利文獻(xiàn)2那樣在應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的情況下，考慮到無(wú)法把握粒子束的空間分布，難以控制被導(dǎo)入粒子的堆積量，因此產(chǎn)生制造的產(chǎn)出率降低等問(wèn)題。

本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種能夠形成粒子束，并對(duì)形成的粒子束的空間分布進(jìn)行評(píng)價(jià)且控制的粒子束形成裝置。

(二)技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的粒子束形成裝置從粒子分散于氣體中的粒子源形成線狀或者圓錐狀的粒子束，其特征在于，具備減壓容器、粒子束生成裝置及粒子束評(píng)價(jià)裝置，其中，所述減壓容器的內(nèi)部被減壓，所述粒子束生成裝置的一端配置在所述減壓容器外，另一端配置在所述減壓容器內(nèi)，獲取所述減壓容器外的粒子源，將粒子束導(dǎo)入所述減壓容器內(nèi)，所述粒子束評(píng)價(jià)裝置對(duì)所述減壓容器內(nèi)的所述粒子束的空間分布進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述粒子束評(píng)價(jià)裝置具備光照射裝置、散射光檢測(cè)裝置及信號(hào)處理裝置，其中，所述光照射裝置對(duì)所述粒子束照射光，所述散射光檢測(cè)裝置檢測(cè)向所述粒子束照射的光與所述粒子接觸而產(chǎn)生的散射光，所述信號(hào)處理裝置對(duì)所述散射光檢測(cè)裝置輸出的與所述散射光的強(qiáng)度及/或頻率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行記錄并處理。

另外，優(yōu)選地，所述信號(hào)處理裝置根據(jù)與所述散射光的各強(qiáng)度相應(yīng)的頻率分布及/或與各脈寬相應(yīng)的頻率分布以及預(yù)先求得的所述光的空間強(qiáng)度分布與粒子束的空間擴(kuò)展間的關(guān)聯(lián)性，計(jì)算所述粒子束的空間擴(kuò)展。

另外，優(yōu)選地，所述信號(hào)處理裝置基于來(lái)自沿著所述粒子束行進(jìn)方向的多個(gè)位置的所述信號(hào)，計(jì)算所述粒子束在該多個(gè)位置上的空間擴(kuò)展，同時(shí)根據(jù)各位置上的空間擴(kuò)展來(lái)計(jì)算所述粒子束的擴(kuò)展角。

另外，優(yōu)選地，具有基于由所述信號(hào)處理裝置求得的所述粒子束的空間擴(kuò)展及/或擴(kuò)展角，來(lái)對(duì)所述粒子束的空間分布進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置。

另外，優(yōu)選地，所述粒子束生成裝置由使所述粒子源通過(guò)具備立設(shè)于內(nèi)側(cè)的節(jié)流裝置的管狀結(jié)構(gòu)體的該管內(nèi)部，將粒子以線狀或圓錐狀射出。