CN100523780C - 粒子监测装置和真空处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的粒子监测装置，能够防止或降低监测出的散射光强度，相应于气流通过区域中的粒子通过位置产生变化，从而可以提高对粒子尺寸的监测精度。其方式是由激光光源(10)射出呈一维形式排列的10条激光光束(L1、…L10)，通过投射光学系统(20)将这些光束(L1、…L10)转换为整体呈一条带状(带状宽度方向为d)的光束(LO)，并且按照使所述光束(LO)的光强度，在半导体制造工序(200)的气流贯穿区域(R)中相对其带状宽度方向(d)呈大致均匀分布的方式，使由激光光源(10)射出的10条激光光束(L1、…L10)部分彼此重合。
Description
技术领域
本发明涉及一种粒子监测装置，用于布置在通常被称为净室等处，主要使用在半导体工序生产线中的真空处理装置内，对气流中的粒子(被称为颗粒的“尘埃”等等)的尺寸和数量实施监测。本发明还涉及配置有这种粒子监测装置的真空处理装置。更具体而言，本发明涉及一种用于可以依据粒子产生的散射光束的光强度对粒子的尺寸实施计算的气体中所含粒子监测装置的改进技术。
背景技术
举例来说，在诸如半导体工序中，需要对残存粒子的数量和尺寸实施持续监测，以便能够高水平的对粒子实施去除。
对这种粒子(污染物/漂浮物)进行监测的装置，包括一种目前已知的粒子计数器(粒子监测装置)。举例来说，粒子计数器可以配置在半导体工序中的处理装置气体排出部等处。
在处理作业过程中流过该气体排出部处的气流，通过形状为片状(带状)的光束(光子束)时，任何包含在气流中的粒子会使光束产生散射。因此，通过对散射光束实施检测的方式，可以感测出粒子的存在(参见专利文献1：JP-A 2000-146819)。
目前已经知道，所检测出的散射光强度与粒子的尺寸之间存在特定关系。因此，如果能够通过测试的方式，预先计算出粒子的尺寸与散射光强度之间的对应关系，就可以在实际使用中，依据检测出的散射光强度计算出粒子的尺寸。
而且，粒子计数器还可以通过对所识别出每一种尺寸的粒子的数目实施计数的方式，对干法刻蚀装置内部处的洁净状态实施监测。
当预先确定粒子尺寸与散射光强度之间的对应关系时，可以使用尺寸已知的测试用粒子(聚苯乙烯乳胶(Polystyrene Latex：PSL))。
然而在另一方面，由上述属于在先技术的粒子计数器形成的带状光束的投射光强度分布在横向方向是不均匀的。由激光光束沿水平方向形成的带状投射光强度分布呈高斯分布。通过投射光学系统处的多膜光纤实施导光的光束的高斯分布，其传播特性并不是基本模式(TEM00：transverseelectromagnetic(横向电磁波)00)，而是多模模式。
上述属于在先技术的各种粒子计数器，在光束宽度方向中心部处的光强度均为最强，由中心朝向光束宽度方向的两个边缘部处的光强度呈下降趋势。
因此，粒子在通过带状光束宽度方向的中心位置处时获得的散射光强度，和粒子在通过带状光束宽度方向的边缘附近位置处时获得的散射光强度，即使是在前一粒子与后一粒子的尺寸为相同时也是不同的。粒子在通过带状光束宽度方向的中心位置处时获得的散射光强度，比该粒子在通过带状光束宽度方向的边缘部附近位置时获得的散射光强度更大。
由于这一原因，在基于检测出的散射光强度确定粒子的尺寸时，会担心在计算出的值中会包含有相当大的误差。
在预先确定粒子的尺寸与所检测出的散射光强度之间的对应关系时，可以采用具有相同尺寸的测试用粒子重复检测其散射光强度，或是采用具有相同尺寸的多个测试用粒子并分别检测其散射光强度，基于所检测出的散射光强度的频率分布，确定与该粒子尺寸相对应的散射光强度。然而如上所述，散射光强度会随粒子通过光束时的位置不同而不同，频率的峰值不清晰。因此，存在有难以高精度地设定粒子尺寸与散射光强度之间的对应关系的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述技术问题，并且本发明的目的是提供一种能够防止或降低检测出的散射光强度相应于气流通过区域中的粒子通过位置不同产生的变化，从而可以提高对粒子尺寸的检测精度的粒子监测装置。
本发明的另一目的是提供一种配置有上述粒子监测装置的真空处理装置。对于使用在半导体制造或生产线等处的真空处理装置，能够对上述粒子进行适当的监测是相当重要的。
根据本发明提供的粒子监测装置，能够使所述带状光束宽度方向的光强度分布大致均匀。因此，能够防止或是降低光强度相对位置的依赖性，从而可以提高检测出的散射光强度与粒子尺寸之间的相关性。
也就是说，本发明提供的第一种粒子监测装置，可以包括有用于射出具有预定强度的光束用的光源；用于按照将该光源射出的光束转换为带状光束，并引导该带状光束通过预定气流通路，从而使该预定的气流通过该带状光束的投射光学系统；用于对光强度实施检测用的光检测器；用于对由包含在气流中的粒子产生的散射光束实施导引，使光束通过光检测器处的检测光学系统；以及用于依据通过光检测器检测出的散射光束的强度，对通过光束的粒子的尺寸实施确定，并且对在预定时间里通过光束的粒子数目实施计数用的粒子检测器；其中，所述光源被配置为至少按照一维阵列射出多条光束的光源，并且所述投射光学系统被配置为使由所述光源射出的光束的一部分彼此重合，从而使所述带状光束宽度方向的光强度分布大致均匀。
这里，预定的气流是指主要沿恒定方向流动(没有逆流)的气流，例如在半导体工序的由净室中的气体排出部处排出的气流等。
对于光束带状宽度方向的大致均匀的光强度(投射光强度)大致而言，是指仅需要至少相对于气流通过的范围(气流通过区域)大致是均匀的，并不需要直至光束宽度方向的边缘部位处均呈完全的均匀性。
而且，举例来说，这种投射光强度的均匀性，可以通过诸如使多条光束的一部分彼此重合的方式获得。此时，多条光束可以是通过从单一光源同时射出多条光束的方式获得的光束，也可以是通过分别从多个光源同时独立地射出光束的方式获得的光束。
还可以使用投射光学系统，将由单一光源射出的单一光束分割成多条光束。由于这样就不需要由一个光源射出多条光束，所以本发明从光源的成本和获取的角度看更有利些。
然而，当射出光束为具有高相干性能的激光光束时，通过对单一光束实施分割的方式获得的光束(分割光束)，如果彼此之间出现相位对准，则会出现干涉现象。因此，存在有难以使这些分割光束的一部分彼此重合的问题。
在这种采用具有高相干性能光束的情况下，可以对分别由诸如两个光源分别射出的单一光束实施分割，并且射出使由一个光源射出的分割光束与由其他光源射出的对应的分割光束彼此邻接，并部分的重合，而由每一个光源射出的分割光束不彼此邻接。
对于通过投射光学系统使多条光束的一部分彼此重合的场合，还可以通过采用通过与这些光束的数目相同数目的透镜，对多条光束分别进行准直，确保气流通过区域与多个透镜之间的距离足够长，并且使各个光束散焦，以使光束的一部分彼此重合。而且，也可以使多条光束通过单一透镜的不同部分(沿与透镜光轴正交的半径方向上的不同部分)，形成为彼此发散角比较小的光束，随后通过对光源与气流通过区域间的距离、该单一透镜与气流通过区域间的距离实施调整的方式，使光束的一部分彼此重合。
如果采用具有这种构成形式的粒子监测装置，在气流通过区域中的水平方向(带状宽度方向)的投射光强度大致均匀。因此，当粒子由该气流通过区域中宽度方向的任何位置通过时，由该通过粒子散射产生的被检测出的光强度，在该粒子的尺寸相同时是恒定均匀的。而且与在先技术中的场合相同，相对光束行进方向的投射光强度可以被认为是大致相同的。
因此，可以防止或降低在该气流通过区域中被检测出的散射光强度，相对于通过位置(相对光束行进方向的位置和带状宽度方向的位置)的依赖性，从而可以提高所检测出的散射光强度与所通过的粒子尺寸之间的相关性。因此，依据检测出的散射光强度，可以更高精度地计算出通过带状光束的粒子的尺寸。
而且，相对于每种尺寸的通过粒子对其数目进行计数时，由于可以提高粒子尺寸的识别精度，所以能够更高精度地相对每种尺寸对粒子数目实施计数。
而且，上述光束较好的是采用激光光束，以利用激光光束所具有的良好的方向性。对于下面的实例，本发明提供的粒子监测装置较好的是使用激光光束。
所述多条光束在气流通过区域中按照与带状光束的宽度方向相对应的方向排列。而且，光束部分彼此重合是指光束相对排列方向彼此重合。所述多条光束可以是由单一光源射出的光束，也可以是由多个光源分别射出的光束。
本发明提供的粒子监测装置，所述投射光学系统较好的是包括在数量上与由光源射出的多条光束的光束数量相对应的，分别适合于对多条光束分别实施导光的多个光学系统。
根据采用具有这种构成形式的粒子监测装置，由于可以具有与各个光束相对应的光学系统，对由光源射出的各个光束的变化进行独立地调整，从而可以更容易的进行调整，获得在气流通过区域中均匀的投射光强度。
而且，本发明提供的一种粒子监测装置，较好的是使光源包括至少两个光源，并且投射光学系统用于将由各个光源射出的光束分别分割为多条光束，并且使由一个光源射出的分割光束(通过对光束实施分割的方式获得的光束)与相应的不同光源射出的分割光束彼此邻接，从而使这些邻接的分割光束部分彼此重合，使带状光束相对该带状宽度方向的光强度分布大致均匀。
根据采用具有这种构成形式的粒子监测装置，即使由光源射出的光束为激光光束或其他具有高相干性能的光束，由每一个光源自身射出的光束之间也难以出现干涉现象。因此，当通过投射光学系统对由至少两个以上光源分别射出的单一光束分别实施分割，并且使由一个光源射出的分割光束与相应的不同光源射出的分割光束彼此邻接，使邻接的分割光束彼此部分重合时，可以按照不使每一个光源自身射出的光束彼此邻接的方式，使在气流通过区域中的投射光强度的分布呈均匀状态。
由于每个光源仅射出单一光束，所以和射出多条光束的光源相比能够以更低的成本实现，因此前者从制造成本的角度考虑更为有利。
本发明提供的一种粒子监测装置，较好的是使粒子检测器包括一个用于对通过气流通过区域的粒子的尺寸与通过光检测器检测出的光强度之间的对应关系实施预先储存的储存单元，而且该储存在储存单元中的对应关系可以按照下述方式规定，即通过使尺寸不同且已知的多个测试用粒子依次通过气流通过区域，通过光检测器对各测试用粒子分别通过气流通过区域时的散射光束的光强度实施分别检测，计算出通过光检测器检测出的光强度频率分布，进而依据频率分布计算出呈多种尺寸的每一种粒子的尺寸与该尺寸粒子产生的检测出的散射光束光强度之间的对应关系，类似的将实验用粒子变换为具有其他已知不同尺寸的测试用粒子并使其通过气流通过区域中的其他检测区域，计算出当这些测试用粒子通过时的散射光强度，并计算出该另一种测试用粒子的尺寸与检测出的散射光束光强度之间的对应关系，重复上述的后一步骤。
根据采用具有这种构成形式的粒子监测装置，由于可以将规定粒子尺寸与散射光强度之间对应关系的参考数表(一览表)，或是识别粒子尺寸用的阈值强度等等，储存在配置在粒子检测器的储存单元处，所以在实际使用时能够基于所检测出的散射光强度，按照与储存在储存单元处的对应关系进行对比的方式，计算出相对应的粒子尺寸。
储存在储存单元中的对应关系，是按照下述方式获得的散射光强度与粒子尺寸之间的对应关系。即，可以采用尺寸已知的多个测试用粒子，获得散射光强度的频率分布(直方图)，例如，基于该直方图形成最大量频率出现处的散射光强度与该粒子尺寸的对应关系，或是将频率位于该最大量频率的80％或以上的范围内时的位置抽取出来作为相对应的散射光强度，对所抽取出的散射光强度与对应频率的积实施计算，通过用与该尺寸对应的频率总和除以该各个积所获得的加权平均后的散射光强度。在这种预先进行的散射光强度检测时，在气流通过区域处的光强度分布是均匀的。因此，当尺寸相同的多个测试用粒子通过时被检测出的散射光强度是大致恒定的。上述的频率分布呈现出特定的散射光强度具有频率集中的分布形式。
因此，可以确定容易地使散射光强度与粒子尺寸呈高几率性且高精度的一一对应的关系。
因此，在基于这种高精度确定的对应关系，对实际使用时的粒子尺寸实施计算时，能够高准确性且高精度地对粒子尺寸实施确定。
本发明提供的第二种粒子监测装置，包括用于射出具有预定强度的光束的光源；用于将该光源射出的光束转换为带状光束，并引导该带状光束通过预定气流通路，从而使预定的气流可以通过该带状光束的投射光学系统；用于对光强度实施检测用的光检测器；用于将由包含在气流中的、通过光束的粒子产生的散射光束，导引至光检测器处的检测光学系统；以及，用于依据通过光检测器检测出的散射光束的强度，对通过光束的粒子的尺寸实施计算用的粒子检测器；其中，所述带状光束的光强度被设定为具有在水平方向呈大致均匀分布；所述光源被配置为至少按照一维阵列射出多条光束的光源，并且所述投射光学系统被配置为使由所述光源射出的光束的一部分彼此重合，从而使所述带状光束宽度方向的光强度分布大致均匀。
根据具有这种构成形式的粒子监测装置，在气流通过区域中带状光束在其宽度方向(带状宽度方向)的投射光强度大致均匀。因此，即使当粒子由该气流通过区域中宽度方向的任何位置通过时，由该通过粒子产生的、被检测出的散射光束的强度，在对应粒子的尺寸相同的情况下是恒定均匀的。而且与在先技术中的场合相同，相对光束行进方向的投射光强度可以被认为是大致相同的。
因此，可以防止或降低在该气流通过区域中被检测出的散射光强度，相对通过位置(相对光束行进方向的位置和带状宽度方向的位置)的依赖性，从而可以提高所检测出的散射光强度与所通过的粒子尺寸之间的相关性。因此，依据检测出的散射光强度，可以高精度地计算出通过带状光束的粒子的尺寸。
还有，本发明提供的真空处理装置，可以是一种能够对于配置在容器内部的被处理物体在预定的真空氛围中实施处理的真空处理装置，并且配置有如上所述的任何一种粒子监测装置。
这里，典型的真空处理装置的例子可以是诸如刻蚀装置、溅射装置、热CVD(化学气相沉积)装置等等。该真空处理装置可以包括使用在半导体工序中的各种真空处理装置，如果举例来说，可以是由日本J-A-03-229417号公报、日本J-A2000-077395号公报等等公开的等离子体刻蚀装置、等离子体CVD装置、RTF(快速热处理rapid/thermal processing)装置、退火装置、灰化抛光(ashing)装置、氧化膜形成装置、热处理装置等等。
而且，真空处理装置中除了上述粒子监测装置之外，在特定的具体构成形式中还可以包括有能够进行抽真空处理的处理腔室(容器)，搭载台，气体供给器，以及具有真空泵的排气系统。搭载台设置在真空处理腔室内部处，用于搭载作为实施上述刻蚀处理和溅射处理等等预定处理的处理对象的被处理物体(比如说为半导体晶圆片，LCD(液晶显示屏：Liquid CrystalDisplay)基板、FPD(平板显示屏：Flat Panel Display)基板等等使用的玻璃基板等等)。气体供给器用于将实施上述处理所需要的气体供给至处理腔室以实施上述处理。排气系统用于使真空腔室内部的氛围成为真空氛围(抽真空)(并不是指完全的真空状态，而是比大气压低的、适合于进行上述处理的低压状态)。
根据本发明提供的配置在具有呈这种构成形式的真空处理装置处的粒子监测装置，还配置有使光源射出的光束转换为带状光束，并引导光束通过上述排气系统的流路中的气流的投射光学系统。
虽然真空腔室内部处的压力非常低，然而通过排气系统的抽真空作用仍会产生气流，所以如上所述的粒子监测装置可以对位于真空腔室内部处的“气流中的粒子”实施监测。在使用真空处理装置实施上述预定的处理过程中，可以通过气体供给器将预定气体导入至真空腔室内部，这种气体也通过排气系统的流路。因此，这种气体呈可以被监测的气流形式。
根据本发明提供的真空处理装置，较好的是还可以进一步包括一控制单元，其能够依据粒子监测装置的监测结果，对真空处理装置的操作实施控制。当控制器在执行真空处理装置操作内容的改变，或是停止操作自身等等控制时，例如，依据粒子监测装置的监测结果，能够实现正确地反映粒子监测装置给出的监测结果的操作状态。
不言而喻，这种控制器可以通过使原配置在真空处理装置处的、用于控制气体供给器或排气系统的操作的控制器，进一步具有可以依据上述监测结果实施操作控制功能的方式实现。
由于根据本明采用具有这种构成形式的真空处理装置配备有本发明提供的粒子监测装置，所以前者自身就可以享有后者所能够产生的作用和效果。因此，可以提高粒子的检测精度，使真空处理装置的处理作业更为适宜。
这种真空处理装置大体上包括藉助处理气体对被处理物体实施处理的处理腔室，对该处理腔室内的排出气体和处理气体实施排出的排气系统，以及能够对流过该排气系统处的排出气体(气流)中的粒子的尺寸实施测量并且对这些粒子的数量实施计数的粒子监测装置(粒子计数器)。
这种粒子监测装置可以具有本体部，以及对本体部的操作实施控制用的控制/处理单元(比如说控制器)。该控制/处理单元可以组装在真空处理装置的控制单元内，也可以由其单独提供。
真空处理装置的系统控制器可以对真空处理装置和粒子监测装置的操作实施控制，以便于对整个处理过程实施控制，即，从需要由真空处理装置实施处理的、作为被处理物体的基板例如半导体晶圆片被传送至真空处理装置内部处的操作，直至该被处理物体被传送出至外部处的操作。
对于在真空处理装置中实施除去装置内部的粒子的洁净处理的场合，可以将粒子监测装置的监测结果(比如说为被检测出的粒子数量，粒子尺寸等等)输入至真空处理装置的控制单元处，并通过APC(先进过程控制：Advanced Process Control)控制系统(图中未示出)对所输入的监测结果进行诸如数学统计处理等等的分析、解析，从而计算出适合于处理过程的洁净状态。
APC控制系统可以根据计算出的洁净状态确定粒子的去除操作，并且将该确定结果输出至控制单元，控制单元在接收到与该确定结果相关的指令时，终止粒子去除操作。
控制单元可以对由APC控制系统给出的洁净作业结束的信号实施接收，并且对诸如气体供给器的气体开/闭阀门的开闭操作、高频输入停止时间等等实施控制。
控制单元可以对整个真空处理装置的操作实施控制，并且可以通过网络连接到主伺服计算机或APC控制系统进行统计的工作。
还可以采用预先装入控制参数的控制系统。作为这些参数，通过将至少一个用于进行膜压计测、压力计、处理气体浓度和组分、薄膜质量计测、CD等等计测的IM(集成计量：Integrated Metrology)组件，设置在处理装置内部处或半导体生产线的机架处的方式，可以实施优化的处理作业(半导体生产处理作业)。
在这里，是以洁净处理过程中的粒子监测装置的操作为例进行说明的。这种监测装置也可以使用在处理作业之前对处理腔室内部的洁净度监测，或是处理作业过程中对粒子的监测。
粒子数目减少到为若干个的时间点，大致就是处理作业过程中最适合进行刻蚀的时间点。因此，通过自动地检测出该时间点，可以依据该检测出的时间点确定处理作业的终止点。
根据本发明提供的粒子监测装置，由于可以使在气流通过区域中的带状光束相对水平方向(带状宽度方向)的投射光强度大致均匀，所以当粒子由相对宽度方向的任何位置通过时，所检测出的散射光束的强度为大致一定的值。即，可以防止或降低检测出的散射光强度，与相对宽度方向的粒子通过位置之间的依赖性。
在光束行进方向的光强度分布，与在先技术相比也更加均匀。
因此，在气流通过范围内的光强度分布，无论是在光束行进方向还是在带状宽度方向，均是大致均匀的。
因此，可以避免或降低被检测出的散射光强度，相对粒子通过带状光束时的通过位置(相对光束行进方向的位置和带状宽度方向的位置)的依赖性。因此，可以提高检测出的散射光强度与粒子尺寸之间的相关性，从而可以依据被检测出的散射光强度，高精度地计算出通过带状光束的粒子的尺寸。
较好的是，根据本发明提供的真空处理装置，可以提高粒子的检测精度，从而能够更为适当地进行真空处理装置的处理作业。
附图说明
图1为根据本发明一种实施形式的粒子计数器(粒子监测装置)的构成形式用的示意图。
图2(a)至图2(d)为如图1所示的粒子计数器中的投射光束的示意图，其中图2(a)为各个射出光束的横剖面S的轮廓用的示意图，图2(b)各个射出光束的强度分布的示意图，图2(c)为图2(a)所示的光束实施合成时的示意图，图2(d)为图2(b)所示的强度部分实施合成时的示意图。
图3(a)和图3(b)为投射光束的强度分布的示意图，其中图3(a)为图1所示实施形式时的示意图，图3(b)为一在先技术实例的示意图。
图4(a)和图4(b)为说明能够对与粒子尺寸对应的散射光强度的频率分布进行识别用的示意图，其中图4(a)为分别表示粒子尺寸为0.100微米(μm)和0.107微米(μm)时的示意性直方图，图4(b)为分别表示粒子尺寸为0.294微米(μm)和0.309微米(μm)时的示意性直方图。
图5为表示作为本发明另一种实施形式的干法刻蚀装置(真空处理装置)用的示意图。
具体实施方式
下面参考附图，对本发明提供的粒子监测装置和真空处理装置的最佳实施形式进行说明。图1为表示作为本发明的粒子监测装置的一种实施形式的粒子计数器100的构成形式用的示意图。
如图所示的粒子计数器100配置在与外部空间分割开的半导体工序200处，并且包括有激光光源10、投射光学系统20、检测光学系统30、光束接收器(光检测器)40、以及粒子检测器50。激光光源10能够射出呈一维形式排列的10条激光光束L1、L2、......L10。投射光学系统20可以将由该激光光源10射出的沿一条直线并排的10条光束L1、......L10转换为整体上呈单一形式的带状光束L0(带的宽度方向“d”)，并且引导该光束L0通过朝向半导体工序200中的处理装置气体排出部件210的方向流动的气流A的流动通路，从而使气流A可以相对宽度方向“d”大致正交的贯穿带状光束L0。检测光学系统30可以按照相对光束L0的前进方向呈预定角度(比如说为180°的整倍数之外的角度)的方式，将由包含在气流A中的、通过光束L0的粒子“J”产生的散射光束引导至光束接收器40处。光束接收器40(光检测器)对光强度实施检测。粒子检测器50可以基于通过光束接收器40检测出的散射光束K的光强度，算出通过光束L0的粒子“J”的尺寸，并且将在预定时间周期(时间间隔)里贯穿光束L0的粒子“J”的数量，按照粒子J的每个尺寸实施计数。该粒子检测器50还可以具有预先储存有通过在贯穿带状光束L0的气流A中的区域(下面也称为“气流通过区域”)R的粒子J的尺寸，与通过光束接收器40检测出的散射光束K的光强度间的对应关系的存储器51(储存单元)。
在这里，投射光学系统20还可以呈按照使带状光束L0的光强度，在气流通过区域R中相对该带状宽度方向“d”大致呈均匀分布的方式，使由激光光源10射出的10条激光光束L1、......L10部分彼此重合的构成形式。如果更具体的讲就是，可以使10条激光光束L1、......L10通过构成为投射光学系统20的一部分的、呈单一形式的透镜的不同部分(沿与透镜光轴正交的半径方向上的不同部分)，形成为各个发散角比较小的光束，并且通过对激光光源10与气流通过区域“R”间的距离、该单一透镜与气流通过区域“R”间的距离实施调整的方式，使各个激光光束L1、......L10的一部分彼此重合。
在通过作为由与带状光束L0前进方向正交的假想平面T获得的横剖面S上，带状光束L0沿宽度方向“d”的光强度分布如图3(a)所示，为大致均匀的强度P1。即，不论是在相对宽度方向“d”的中心部处，还是在与中心相距距离为D的部分处，光强度均为P1，呈不受位置依赖的强度分布。
这种光束L0在横剖面S上的轮廓如图2(c)所示，是通过对如图2(a)所示的横剖面S上的轮廓实施部分彼此重合形成的，激光光束L1、......L10中的每一条在如图2(b)所示的横剖面S处均呈高斯分布。如图2(d)(与图3(a)相同)所示，光束L0的光强度分布为宽度方向“d”的位置对应加算后的强度分布。如图3(b)所示的光强度分布，表示的是作为一种在先技术的粒子计数器中的气流通过区域R处的投射光束的光强度分布。由于该光束是用单一光束形成的投射光束，所以呈如图所示的高斯分布。因此，在相对宽度方向“d”为中心部处的强度为P2，而与中心相距距离为D的部分处的强度，为比P2大幅度减小的P3。即，光强度随位置的变化会产生比较大的变化。
粒子检测器50可以依据通过光束接收器40检测出的散射光束K的强度，算出贯穿通过光束L0的粒子J的尺寸。而且，可以通过下述方式，计算粒子J的尺寸。
即，可以预先通过测试的方式，经验性地算出通过气流通过区域R的粒子J的尺寸与通过光束接收器40检测出的散射光束K的强度之间的对应关系，并且将该算出的对应关系以参考表格或是阈值的方式储存在存储器51，以便对粒子预定的尺寸范围实施识别。因此，粒子检测器50可以按照相对储存在存储器51中的参考表格进行参考分析，或是将检测出的散射光束K的强度，与储存在存储器51中的阈值进行比较分析的方式，算出与该检测出的散射光强度相对应的粒子J的尺寸。
下面，对储存在存储器51处的散射光强度与粒子J的尺寸之间的对应关系的设定方式，进行具体的说明。
首先，使用该粒子计数器，使能够替代实际使用场合中的粒子J的、全部具有相同的已知尺寸的多个PSL粒子(测试用粒子)，按照与实际使用场合相同的方式，依次通过预定的气流通过区域R，对各个PSL粒子通过气流通过区域R时产生的散射光束K的光强度实施分别检测，并制作出通过光束接收器40检测出的散射光强度的直方图。
同样，对于具有其他相同尺寸(已知)的多个PSL粒子，制作出相应的直方图。
举例来说，由粒子尺寸(直径)为0.100微米(μm)和粒子尺寸(直径)为0.107微米(μm)的PSL粒子形成的两种直方图，被表示在图4(a)中。在图4(a)中，频率分布“a1”与直径为0.100微米(μm)的场合相对应，频率分布“a2”与直径为0.107微米(μm)的场合相对应。频率分布b1、b2是分别通过属于在先技术的粒子计数器获得的，且分别与频率分布a1、a2相对应。
对于采用这种方式获得的频率分布“a1”，尺寸与散射光强度的对应关系如下。即，可以使最大量频率出现处的散射光强度与该尺寸(直径)相对应。或者，可以对不少于最大量频率的80％的频率出现位置相对应的散射光强度实施抽取，对所抽取出的散射光强度与对应频率的积实施计算，通过用对应频率总和除以该积所获得的加权平均散射光强度，相应的计算出相对应的尺寸(直径为0.100微米(μm))。
这里，对于频率分布“a2”也可以通过类似方式，获得其尺寸(直径为0.107微米(μm))与散射光强度间类似的对应关系。
当将通过作为本实施形式的粒子计数器获得的频率分布“a1”，与通过属于在先技术的粒子计数器获得的频率分布“b1”进行比较时，可以清楚地发现通过作为本实施形式的粒子计数器获得的频率分布，具有更高且更清晰的频率峰值，而且散射光强度的范围窄小。
当对频率分布“a2”与频率分布“b2”进行比较时也具有类似的结果，通过作为本实施形式的粒子计数器获得的频率分布，与通过属于在先技术的粒子计数器获得的频率分布相比，能够极其鲜明地显示出PSL粒子的尺寸与散射光强度间的对应关系。因此和在先技术相比，能够更清楚地识别出与尺寸为0.100微米(μm)(频率分布为“a1”)相对应的散射光强度，和与尺寸为0.107微米(μm)(频率分布为“a2”)相对应的散射光强度。
图4(b)表示的是由粒子尺寸(直径)为0.294微米(μm)的PSL粒子，和由粒子尺寸为0.309微米(μm)的PSL粒子形成的直方图，其条件产生有变化。和使用属于在先技术的粒子计数器获得的频率分布b1(尺寸为0.294微米(μm))和频率分布b2(尺寸为0.309微米(μm))相比，使用具有这些尺寸的PSL粒子获得的PSL粒子尺寸与散射光强度之间的对应关系更加清晰。如果与在先技术相比较，能够更清楚地识别出与尺寸为0.294微米(μm)相对应的散射光强度，和与尺寸为0.107微米(μm)相对应的散射光强度。
而且，可以将这些获得的对应关系储存在存储器51处。
下面，对作为本实施形式的粒子计数器100的作用、效果进行说明。
首先，将这种粒子计数器100配置在半导体工序200内部处的预定位置。由激光光源10发射出10条激光光束L1、......L10。这些发射出的激光光束被引导至投射光学系统20，并作为在气流通过区域R处相对带状宽度方向“d”的光强度呈大致相同的光束L0实施投射。投射光束L0的光强度沿着带状光束L0的行进方向是大致均匀的。因此，投射光束L0的光强度可以对于整个气流通过区域R呈均匀状态。
如果在气流A中存在有粒子J，当该粒子J通过气流通过区域R时，投射光束L0会照射在该粒子J上。该投射光束L0会由于粒子J产生散射，由投射光束L0散射所产生的散射光束K，将通过检测光学系统30被引导至聚光器(condenser)40处。聚光器40对入射的散射光束K的光强度实施检测。
这时，投射光强度是均匀的，在整个气流通过区域R中与其位置无关。因而无论粒子J通过气流通过区域R的任一的部分，如果粒子J的尺寸是相同的，检测出的散射光强度常时保持大致一定值。
亦即，检测出的散射光强度与粒子J通过时相对气流通过区域的通过位置(光束行进方向位置和带状宽度方向位置)无关。
另外，随着粒子J的尺寸变大，检测出的散射光束K的强度也变大。
如此检测出的散射光束K的强度，输入至粒子检测器50，由粒子检测器50对所输入的散射光强度与储存在存储器51处的阈值进行比较参考，算出与该散射光强度相对应的粒子J的尺寸。
粒子检测器50还可以对已经算出尺寸的粒子数目实施计数。
如上所述，可以计算粒子J的尺寸，并可以在预定时间里对具有所述尺寸的粒子J数目实施计数，由此可以算出通过气流通过区域R的粒子J的尺寸，和相对各种尺寸的粒子J的通过数目。例如，还可以将结果输出至与诸如外部相连接的检测器和打印机处，并结束该处理。
根据这种结构的粒子计数器100，带状投射光束L0相对宽度方向“d”的光强度，在气流通过区域R中是大致均匀的。因此，无论粒子J在相对气流通过区域R的宽度方向“d”上的哪个位置通过，由该通过的粒子J产生的、被检测出的散射光束K的强度，在粒子J的尺寸恒定时，始终为大致一定的值。
因此，可以防止或降低在该气流通过区域R中检测出的散射光强度的，与通过位置(相对光束行进方向的位置和带状宽度方向的位置)的依赖性。因此，可以提高所检测出的散射光束K的强度与所通过的粒子J的尺寸之间的相关性，进而可以依据检测出的散射光束K的强度，更高精度地算出通过带状投射光束L0的粒子J的尺寸。
而且，相对于每种尺寸的通过粒子对其数目进行计数时，由于粒子J尺寸的识别精度高，可于更高精度地对每种粒子尺寸的通过的数目实施计数。
而且，由于配置在粒子检测器50处的存储器51储存的散射光强度与粒子J的尺寸间的对应关系，可以高精度的进行规定，所以还可以在实际使用时，依据按照这种方式高精度规定的对应关系，高准确度、高精度地算出粒子J的尺寸。
而且，为了使投射光束L0的光强度大致均匀，作为本实施形式的粒子计数器100，是通过投射光学系统20，使由激光光源10射出的10条激光光束L1、......L10，分别通过呈单一形式的透镜的不同部分(沿与透镜光轴正交的半径方向上的不同部分)，由此获得彼此发散角比较小的光束，并且通过对激光光源10与气流通过区域R间的距离和/或该单一透镜与气流通过区域R间的距离实施调整的方式，使10条激光光束L1、......L10中相邻的光束(LI与L2、L2与L3、L3与L4等等)部分彼此重合的。然而，本发明的粒子监测装置并不仅限于此。比如说还可以采用通过与这些光束L1、......L10的数目相同数目(10个)的透镜或光纤，对10条光束L1、......L10分别进行准直，并且通过确保气流通过区域R与这10个透镜之间的距离足够长的方式，对各个光束L1、......L10实施散焦，由此使相邻光束之间产生彼此部分重叠的投射光学系统。
根据采用使用着这种投射光学系统的粒子计数器，可以相对各个光束L1、......L10设置有光学元件(透镜、光纤等等)。因此，即使光束L1、......L10之间有一定的偏差，也可以通过对应的光学元件对一个个光束容易地实施调整。因此，可以容易地按照能够使气流通过区域R中的投射光强度均匀的方式实施调整，发挥出粒子计数器的良好效果。
作为本实施形式的粒子计数器100，对带状宽度方向d的投射光强度为大致均匀的光束L0，可以通过由单一的激光光源10呈一维形式配置射出10条光束L1、......L10，并且通过投射光学系统20使该射出的各个光束L1、......L10部分彼此重合的方式，容易地形成。然而，本发明提供的粒子监测装置并不仅限于这种采用单一光源射出多条光束的构成形式，亦可具有分别可射出一条或两条以上光束的多个光源。
本发明并不仅限于采用通过使多条光束重合，进而获得沿宽度方向的强度分布大致均匀的单一带状投射光束。还可以采用通过变换或整形等方式使光强度分布相对宽度方向大致均匀，由此形成投射光束。
作为本实施形式的粒子计数器100，粒子监测器50不仅能够计数粒子
J的尺寸，而且还能够相对每一种尺寸对粒子J的数目实施计数。然而，本发明的粒子监测装置并不仅限于本实施形式。粒子检测器50也可以不计数对粒子J的数目。
具有这种构成形式的粒子监测装置，与如上所述的粒子计数器100相同，可以高精度地算出粒子J的尺寸。
图5为表示作为本发明的真空处理装置的一种实施形式的干法刻蚀装置250用的示意图。
如图所示的干法刻蚀装置250，可以对半导体晶圆片211(被处理物体)实施刻蚀处理，并且可以包括有可以保持为高真空氛围的内部区域真空处理腔室252(容器，处理腔室)；可以设置在真空处理腔室252的下部处，具有能够将真空处理腔室252的内部气体排出至外部的、图中未示出的真空泵等等排气组件气体排出部；配置在真空处理腔室252的下部处，且可以兼用作搭载半导体晶圆片211用的搭载台下侧电极212；按照与下侧电极212相对的方式设置在真空处理腔室252内部的上侧电极213；可以将预定气体供给至真空处理腔室252以进行刻蚀作业的气体供给器218；及对通过气体排出部231的气流中的粒子J实施检测的粒子计数器。
这里，下侧电极212通过隔直流电容器215和高频整合回路216，与高频电源217相连接。在上侧电极213处还设置有对由气体供给器218供给的气体实施吹散的吹散开口部件219。
在真空处理腔室252处，还进一步设置有：对该真空处理腔室252的等离子体空间和气体排出部231的排气空间实施分割的气体排出板(比如说为折流隔板等等)232；将气体导入至真空处理腔室252用的导入配管220；与图中未示出的排气组件相连接的排气开口部件221；以及通过压力测定开口部件222对真空处理腔室252的内部压力实施测定用的压力测定器223。排气口221设于真空处理腔室252下部。
根据采用具有这种构成形式的干法刻蚀装置250，晶圆片211在下侧电极212上承受刻蚀循环处理。因此，粒子J会逐步产生并浮游在真空处理腔室252的内部。
随后，可以通过图中未示出的排气单元，对气体实施排出以降低真空处理腔室252内部处的气体压力，并且由导入配管220向真空处理腔室252导入预定气体。因此，会产生气流并通过气体排出部231排出，从而使得真空处理腔室252内部处的粒子J可以通过气体排出部231，与该气流一并排出。
针对通过该气体排出部231的气流，如图1所示的粒子计数器100可以对如上所述的粒子J实施监测，高精度地检测通过气体排出部231处的粒子J的尺寸和数量。
可以将这种检测结果输入至干法刻蚀装置250的图中未示出的控制单元(控制器)处，由控制单元按照与该检测结果相对应的预先设定的处理顺序，对气体供给器218、气体排出部231、各电极212、213等的操作实施控制。
因此，作为本实施形式的干法刻蚀装置250可以根据真空处理腔室252的内部中的粒子J的存在状态，实现适当的操作。
Claims (7)
1.一种粒子监测装置，其包括：
光源，用于射出具有预定强度的光束；
投射光学系统，用于将所述光源射出的光束转换为带状光束，并将所述带状光束导入预定气流通路，从而使所述预定的气流通过所述带状光束；
光检测器，用于检测光强度；
检测光学系统，用于对由包含在所述气流中贯穿所述光束的粒子产生的散射光束导入所述光检测器处；以及
粒子检测器，用于依据由所述光检测器检测出的所述散射光束的强度，算出贯穿所述光束的粒子的尺寸，并且对在预定时间计数贯穿所述光束的所述粒子数目，
其特征在于：
所述光源被配置为至少按照一维阵列射出多条光束的光源，并且所述投射光学系统被配置为使由所述光源射出的光束的一部分彼此重合，从而使所述带状光束宽度方向的光强度分布大致均匀。
2.如权利要求1所述的粒子监测装置，其特征在于其中所述投射光学系统包括和所述光束的数目对应的多个光学系统，用于对所述光源射出的多条光束分别实施导光。
3.如权利要求1所述的粒子监测装置，其特征在于其中所述光源包括至少两个光源，所述投射光学系统被配置为将所述各个光源射出的光束分别分割为多条光束，使互相不同的光源所射出的分割光束彼此邻接，并且使这些相邻接的分割光束的一部分彼此重合，使所述带状光束在所述带状宽度方向的光强度分布大致均匀。
4.如权利要求1所述的粒子监测装置，其特征在于其中所述粒子检测器包括一存储单元，被配置为对通过所述气流通过区域的粒子的尺寸与通过所述光检测器检测出的光强度之间的对应关系实施预先储存，而且所述储存在所述储存单元中的对应关系按照下述方式规定，使具有不同且已知尺寸的多个测试用粒子依次通过所述气流通过区域，使用所述光检测器对所述各测试用粒子分别通过所述气流通过区域时的所述散射光束的光强度实施分别检测，算出所述光检测器检测出的光强度的频率分布，进而依据所述频率分布算出所述每一种粒子的尺寸与所述尺寸粒子产生的监测出的散射光束光强度之间的对应关系，使用另一种具有其他不同且已知尺寸的测试用粒子替换所述种测试用粒子并使其通过气流通过区域，并计算出当这些另一种测试用粒子通过时的散射光强度，并计算出所述另一种测试用粒子的尺寸与检测出的散射光束光强度之间的对应关系，重复上述的后一步骤。
5.一种粒子监测装置，包括：
光源，用于射出具有预定强度的光束；
投射光学系统，用于将所述光源射出的光束转换为带状光束，并将所述带状光束导入预定气流通路，从而使所述预定的气流通过所述带状光束；
光检测器，用于检测光强度；
检测光学系统，用于对由包含在所述气流中贯穿所述光束的粒子产生的散射光束导入所述光检测器处；
粒子检测器，用于依据由所述光检测器检测出的所述散射光束的强度，算出贯穿所述光束的粒子的尺寸；
其特征在于：所述带状光束的光强度被设定为具有在水平方向呈大致均匀分布；所述光源被配置为至少按照一维阵列射出多条光束的光源，并且所述投射光学系统被配置为使由所述光源射出的光束的一部分彼此重合，从而使所述带状光束宽度方向的光强度分布大致均匀。
6.一种真空处理装置，其被配置为对一设置在一容器内部在预定的真空氛围中的物体实施一预定处理，所述的真空处理装置包括如权利要求1或5所述的粒子监测装置。
7.一种真空处理装置，其被配置为对一设置在一容器内部在预定的真空氛围中的物体实施一预定处理，所述的真空处理装置在所述容器的气体排出部还包括如权利要求1或5所述的粒子监测装置。
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