JP2014196982A - パーティクル測定装置、半導体製造装置及びパーティクル測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理体が置かれる雰囲気中の微小でかつ、希薄なパーティクルを高感度で測定する技術を提供すること。【解決手段】一次側と二次側との間に所定の差圧があるノズル部４をガスが通過するときに断熱膨張してガスクラスターを生成することを利用し、被処理体が置かれる雰囲気をノズル部４を介してガスクラスター生成室３０に導入する。ガス中にパーティクルが含まれていると、ガスクラスターが生成しやすくなるか、あるいはその生成条件においてガスクラスターのサイズがガス中に含まれているパーティクルのサイズを反映する。そのためガスクラスターを測定することにより、例えばガスクラスターが照射される位置に設けた圧力計や電流計による測定値を取得することにより、前記雰囲気中のパーティクルを評価することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、被処理体の置かれる雰囲気中の微小、希薄なパーティクルの測定を行う技術分野に関する。

半導体製造装置では、パターンの線幅の微細化に伴い、半導体ウエハ（以下ウエハという）が置かれる雰囲気中のパーティクルのサイズや単位体積当たりの個数の許容値が厳しくなってきている。パーティクルについての装置の評価は、その装置にて処理した後のウエハを検査することにより行うことができる。しかし短時間で簡易にパーティクルの評価を行うと共にパーティクルの発生源を特定するためには、ウエハが置かれる各雰囲気中のパーティクルを直接測定することが得策である。

雰囲気中に含まれるパーティクルを検出する手法としては、例えばレーザー散乱を利用する方法が知られている（特許文献１）。しかしながらこの手法は、微小なパーティクルの測定が困難であるという問題がある。またＣＮＣ（核凝縮カウンタ）を用いたパーティクルの検出も知られているが（特許文献２）、ＣＮＣは常圧条件下に限定され、更にサンプリング流量が、例えば１００ｃｃ／分と低く、またパーティクルの濃度の検出限界が、例えば１個／ｃｃであり、計測対象がパーティクルの高濃度雰囲気に制限されている。このため例えば真空雰囲気中における単位体積当たりのパーティクルの数が少ない雰囲気に対して、パーティクルの測定を行うことができない。

特開２００８−２２４６８９ 特開２００１−３３３７７

本発明はこのような事情の下になされたものであり、被処理体が置かれる雰囲気中の微小でかつ、希薄なパーティクルを高感度で測定する技術を提供することにある。

本発明のパーティクル測定装置は、被処理体が置かれる雰囲気を形成する区画室内のパーティクルを測定するパーティクル測定装置において、
前記区画室に気密に接続された真空容器からなるガスクラスター生成室と、
前記区画室にその一次側が気密に接続されると共にその二次側が前記ガスクラスター生成室に開放され、一次側のガスがその二次側に向かうことにより断熱膨張し、前記ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを生成するためのノズル部と、
前記区画室と前記ノズル部の一次側との間に設けられた仕切りバルブと、
前記ガスクラスター生成室内を前記ノズル部の一次側よりも低圧となるように真空排気するための真空排気機構と、
パーティクルが前記ノズル部を通過することに起因してガスクラスターが生成されるかあるいはガスクラスターのサイズが大きくなることを確認するために前記ガスクラスターを測定するための測定部と、を備えたことを特徴とする

本発明の半導体製造装置は、前記区画室と、上述のパーティクル測定装置と、を備え、
前記被処理体は半導体装置を製造するための基板であることを特徴とする。

本発明のパーティクルの測定方法は、被処理体が置かれる雰囲気を形成する区画室内のパーティクルを測定するパーティクル測定方法において、
前記区画室に気密に接続された真空容器からなるガスクラスター生成室と、
前記区画室にその一次側が気密に接続されると共にその二次側が前記ガスクラスター生成室に開放され、一次側のガスがその二次側に向かうことにより断熱膨張し、前記ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを生成するためのノズル部と、を用い、
前記ガスクラスター生成室内を前記ノズル部の一次側よりも低圧となるように真空排気する工程と、
前記区画室と前記ノズル部の一次側との間の仕切りバルブを開いて、前記区画室内の雰囲気を前記ノズル部を介して前記ガスクラスター生成室内に導入する工程と、
次いで、パーティクルが前記ノズル部を通過することに起因してガスクラスターが生成されるかあるいはガスクラスターのサイズが大きくなることを確認するために前記ガスクラスターを測定する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明は、一次側と二次側との間に所定の差圧があるノズル部をガスが通過するときに断熱膨張してガスクラスターを生成することを利用し、被処理体が置かれる雰囲気をノズル部を介してガスクラスター生成室に導入している。本発明者はガス中にパーティクルが含まれていると、ガスクラスターが生成しやすくなるか、あるいはその生成条件においてガスクラスターのサイズがガス中に含まれているパーティクルのサイズを反映する（ガスクラスターのサイズが大きくなる）という知見を得ている。このためガスクラスターを測定することにより、例えばガスクラスターが照射される位置に設けた圧力計や電流計による測定値を取得することにより、前記雰囲気中のパーティクルを評価することができる。

本発明の第1の実施の形態に係るパーティクル測定装置を適用した真空処理装置の全体を示す平面図である。 前記測定装置を詳細に示す平面図である。 ガスクラスターを生成する際のノズル部の一次側の圧力と、ガスクラスターの強度の関係を示す特性図である。 ガスクラスターを生成する際のノズル部の一次側の圧力と、ガスクラスターの強度の関係の一例を示す特性図である。 ガスクラスターの生成の様子を説明する説明図である。 第1の実施の形態に係るパーティクル測定装置の変形例を示す平面図である。 第２の実施の形態に係るパーティクル測定装置を示す平面図である。 ガスクラスターを照射した後のＳｉパターンの状態を示すＳＥＭ写真である。

[第1の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態にかかるパーティクル測定装置を備えた半導体製造装置として、マルチチャンバシステムである真空処理装置について図１、図２を用いて説明する。真空処理装置は、その内部雰囲気が、例えば窒素ガスにより常圧雰囲気とされる横長の常圧搬送室１２を備え、常圧搬送室１２の手前には、キャリアＣを載置するための搬入出ポート１１が左右方向に並べて設置されている。

常圧搬送室１２の正面壁には、前記キャリアＣの蓋と一緒に開閉されるドア１７が取り付けられている。常圧搬送室１２内には、ウエハＷを搬送するための関節アームで構成された第1の搬送アーム２０が設けられている。さらに、前記常圧搬送室１２の搬入出ポート１１側から見て左側壁には、ウエハＷの向きや偏心の調整を行うアライメント室１６が設けられている。

常圧搬送室１２における搬入出ポート１１の反対側には、ウエハＷを待機させた状態で内部の雰囲気を常圧雰囲気と真空雰囲気との間で切り替える、例えば２個のロードロック室１３が左右に並ぶように配置されている。また１８は、ゲートバルブである。前記第１の搬送アーム２０は、キャリアＣ、アライメント室１６及びロードロック室１８に対してウエハＷの受け渡しを行う役割を果たす。ロードロック室１３の常圧搬送室１２側から見て奥側には、真空搬送室１４がゲートバルブ１９を介して配置されている。ロードロック室１３には、例えば窒素ガスなどパージガスを供給する図示しないガス供給機構が接続されている。また各ロードロック室１３は、排気配管を介して真空排気機構に接続されている。

真空搬送室１４は、例えばその平面形状が六角形状に形成されており、真空搬送室１４の手前側の２辺は、ロードロック室１３と接続されている。真空搬送室１４の残る４辺には、各々ゲートバルブ２３を介して、真空処理モジュール１５が接続されている。真空搬送室１４には、例えば２本のアームを備えた第２の搬送アーム２１が設けられており、第２の搬送アーム２１により、各ロードロック室１３、及び各真空処理モジュール１５間でウエハＷの受け渡しが行われる。真空搬送室１４は、例えばその底面に設けられた排気配管を介して、真空排気機構に接続され、例えば１〜１００Ｐａ程度の窒素ガス雰囲気となるように、真空排気がされている。真空処理モジュール１５で行われるプロセスとしては、例えば成膜処理、アニール処理、エッチング処理あるいは洗浄処理などの真空処理が挙げられる。

真空処理装置の全体的なウエハＷの処理について簡単に説明しておくと、キャリアＣにより搬入されたウエハＷは、常圧搬送室１２→アライメント室１６→ロードロック室１３→真空搬送室１４→真空処理モジュール１５の経路で搬送されて成膜処理やアニール処理が行われる。処理の終えたウエハＷは、真空処理装置内を逆の経路で搬送されて、所定のキャリアＣへと戻される。

本発明の実施の形態に係る真空処理装置には、例えば真空搬送室１４内のパーティクルを測定するためのパーティクル測定装置３が設けられている。パーティクル測定装置３は、真空容器で構成されるガスクラスター生成室３０と、真空搬送室１４内の雰囲気に基づいて、ガスクラスターをガスクラスター生成室３０内に照射するためのノズル部４と、ガスクラスターの強度を測定するための、例えばペニング真空計５で構成される測定部と、を備えている。

ノズル部４は、ガスクラスター生成室３０の内壁面にその一端面が接合された、円筒状の圧力室４１を備えている。圧力室４１における前記内壁面と反対側である一端側には、オリフィスをなすように開口された開口部４０が形成され、開口部４０から連続して、圧力室４１とは、反対方向に向かってラッパ状に広がるように吐出口４２が形成されている。圧力室４１の他端側には、ガスクラスター生成室３０の壁部に形成された通気口４１ａを介して、配管からなる連通路４３が接続されており、連通路４３の上流側は、真空搬送室１４に気密に接続されている。連通路４３には、圧力室４１側を下流とすると、上流側から、流量計４７、仕切りバルブＶ１がこの順に設けられている。即ちノズル部４は、開口部４０の圧力室４１側が一次側となり、連通路４３を介して、真空搬送室１４と気密に接続されており、その二次側がガスクラスター生成室３０内に開放されるように構成されている。

ペニング真空計５は陽極と陰極とを備えている。ペニング真空計５はガスクラスター生成室３０の外側であって、ノズル部４の吐出口４２と対向するように設けられ、ガスクラスターがガスクラスター生成室３０の壁部に形成された開口部５１を介して、陰極と陽極との間に向かって、照射されるように配置されている。ペニング真空計５は、陽極と陰極の間に電圧を印加すると共に、永久磁石により外部磁場を形成している。このため陰極から電子が放出され、この電子が気体分子に衝突すると、気体分子がイオン化する。このイオンを陰極により捕集し、電流計によりイオン電流を測定する。このイオン電流の値は、電子と気体分子との衝突の確率に比例するため、イオン電流の量により、気体の密度が算出されることになる。測定対象がガスクラスターである場合は、夫々のガスクラスターを構成する分子数が多く、ガスクラスターのクラスター径が大きい場合や、ガスクラスターの個数が多い場合に、ペニング真空計５の陽極と陰極の間に到達する分子または原子の数が多くなるため、電子とガスクラスターを構成する気体分子との衝突の確率が上昇するため、イオン電流が増加する。

真空処理装置は制御部２を備えている。この制御部２は例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムとしては、ウエハＷの搬送及び真空処理などを行うプログラム（詳しくはプロセスレシピ及び搬送レシピ）と、パーティクル測定装置３による真空搬送室１４内のパーティクルの測定を行うための一連の動作を実施するためのプログラムなどが含まれる。パーティクルの測定は自動で行うことに限られないが、この例では、自動で行う例として記載している。これらのプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク等に収納され制御部２にインストールされる。

真空処理装置は、既述のように運転されてキャリアＣ内のウエハＷが処理される。そして例えば任意のロット終了後、次のロットを処理する前に、または定期的なメンテナンスを行った後、装置の運転を再開する前に真空搬送室１４内の雰囲気中のパーティクルの測定を行う。パーティクルの測定は、例えば真空搬送室１４内の圧力を通常運転時の圧力に設定した状態で、仕切りバルブＶ１を開き、真空搬送室１４内の雰囲気（Ｎ_２ガス）を連通路４３を介してノズル部４の一次側に送出し、当該ノズル部４の二次側に吐出することにより行われる。ノズル部４はガスクラスター（ガスの原子または分子の集合体）を生成するためのものであるが、ノズル部４を通過するガス中にパーティクルが含まれていることにより、ガスクラスターが生成されたり、ガスクラスターのサイズが大きくなったりする。これはノズル部４の一次側の雰囲気が断熱膨張により温度が凝縮温度以下になり、気体分子が、ファンデルワールス力により凝縮する際に、パーティクルを基体としてその周囲に凝縮することができるため、ガスクラスターが生成されやすくなるためである。

一方ガスクラスターは、例えば真空圧力計やマイクロチャンネル検出器などの測定部により圧力としてあるいは電流値としてその強度が測定される。ガスクラスターの強度とは、ガスクラスターのサイズごとのガスクラスターの個数とそのサイズとの積算値（掛け算値）を、合計した値に相当する。概略的かつ模式的に表現すれば、ガスクラスターサイズＳ１のものがｎ１個存在し、Ｓ２のものがｎ２個存在するとすれば、ガスクラスターの強度は、Ｓ１・ｎ１＋Ｓ２・ｎ２となる。

従って前記測定部の測定結果に基づいて、ノズル部４を通過するガス中にパーティクルが存在するか否かを判断することができる。図３は、ノズル部４の二次側をある圧力に設定した場合においてノズル部４の一次側の圧力を横軸にとり、測定部におけるガスクラスターの強度を縦軸にとったグラフである。このグラフは本実施の形態の理解を容易にするために便宜上記載したものであり、横軸及び縦軸の値には単位を記載していない。

ノズル部４の一次側の圧力とガスクラスターの強度との具体的な関係は、ガスの種類、ノズル部４の二次側の圧力やノズル部４の構造、あるいは温度によって変わってくる。しかし一次側の圧力がある値に達するまではガスクラスターが生成されず、一次側の圧力がある値を越えると圧力の上昇に伴ってガスクラスターの強度が大きくなるという傾向がある。図３はその傾向を記載しているという点において、特殊な例を記載しているものではない。

図３の例で述べると、ノズル部４の一次側の圧力がＰ０に達するまではガスクラスターは生成されないが、前記一次側の圧力がＰ０を越えるとガスクラスターが生成され、圧力の上昇にともないその強度が大きくなっている。このため一次側の圧力をＰ０よりも小さいＰ１に設定しておくと、ガス中にパーティクルが含まれていない場合にはガスクラスターが測定されないが、ガス中にパーティクルが含まれている場合にはガスクラスターの強度が例えば△で示すようにある数値として現れる。また前記一次側の圧力をＰ０よりも大きいＰ２に設定しておくと、ガス中にパーティクルが含まれている場合には、ガス中にパーティクルが含まれていない場合に比べてガスクラスターの強度が大きくなる。

本発明者は、前記一次側の圧力を高くしていくにつれてガスの原子や分子の集合数が増えて、ガスクラスター生成時のガス原子もしくは分子同士の衝突頻度が増加することにより、ガスクラスターのサイズが大きくなっていくという現象を把握している。従って、ガスクラスターが存在しない状態をガスクラスターのサイズがゼロであるという見方をすれば、ノズル部４の一次側の圧力がＰ１、Ｐ２のいずれの場合においても、ガス中にパーティクルが存在する場合には、存在しない場合に比べてガスクラスターのサイズが大きくなったという捉え方をすることができる。ノズル部４の一次側の圧力がＰ０よりも小さい場合には、パーティクルの有無によりガスクラスターの強度がゼロである、またはある値を示すという２つの状態になることから、パーティクルの測定感度が大きいということができる。なお、本発明はノズル部４の一次側の圧力がＰ０より大きい場合でも当然に適用できる。

そして図３の各圧力Ｐ１、Ｐ２において、パーティクルが存在しない場合におけるガスクラスターの特性線図に対し、パーティクルが存在するときの△印の位置は、パーティクルのサイズが大きいほど遠くなり、パーティクルのサイズが小さいほど近くなる。この考察について厳密にはパーティクルの数も考慮しなければならないが、前述の通りガスクラスターのサイズはガスクラスター生成時の衝突頻度に依存し、ガス中にパーティクルが含まれていない場合は、ガス分子同士の頻度は各一次側の圧力に依存している。一方、ガス中にパーティクルが存在する場合に、そのパーティクルサイズは（例えばｎｍオーダーとしても）ガス分子と比較してかなり大きい。このため、ガス分子とパーティクルとの衝突頻度は、ガス分子同士の衝突頻度より格段に大きくなり、結果として多くの気体分子が凝集し、パーティクルを核とした大きなガスクラスターを生成する。そして、本発明で計測対象としているガス中に含まれるパーティクル密度がかなり少ない状況であれば、ペニング真空計５によって検出されるガスクラスター強度は、ガスクラスターのサイズを反映し、すなわちパーティクルのサイズを反映していると考えても不適切な考察ではない。

またパーティクルが存在する場合にガスクラスターが生成されるノズル部４の一次側圧力の下限値は、パーティクルのサイズが小さいほど高くなる（Ｐ０に近づく）。従ってパーティクルの評価を行うにあたって、ノズル部４の一次側の圧力及び二次側の圧力は、真空搬送室内の雰囲気のガスであるＮ_２ガスを用いた場合に得られる、ノズル部４の一次側の圧力とガスクラスター強度との関係線図を参考にして適切な値に設定することができる。なお、本発明者が使用している実験装置において、ノズル部４の一次側の圧力とガスクラスターの強度との関係を実際に取得したデータを図４に記載しておく。（１）はパーティクルを含まないＮ_２ガスを用いた場合のグラフであり、（２）はパーティクルを含まないＣＯ_２（二酸化炭素）ガスを用いた場合のグラフである。

ここで本実施形態の目的は、区画室である真空搬送室の雰囲気中に含まれているパーティクルのサイズの上限値及び単位体積当たりの個数(パーティクル濃度)が例えば真空処理装置のユーザ側の要請で決めたスペック（上限値）を越えているか否かを調べることにある。従ってガスクラスターの測定結果に基づいて前記スペックを越えているか否かが判断できればよいのであって、パーティクルのサイズや濃度を必ずしも特定する必要はなく、このような観点からガスクラスター強度の測定値に対するしきい値データを決めておけばよい。

このため例えば評価用の雰囲気を形成するための評価用真空容器にノズル部４の一次側を接続すると共に、評価用真空容器内にパーティクルが存在しない状態で、ノズル部４の一次側の圧力を種々変えて、ガスクラスターの強度の測定を行う。なおノズル部４の二次側は真空ポンプにより引き切り状態として高真空度に維持しておく。この測定により、図３に一例を示したように、一次側の圧力とガスクラスター強度との関係線図を取得できる。

次に評価用真空容器内に種々のサイズのパーティクルが存在する雰囲気を形成しておく。また通過できるパーティクルのサイズが各々異なる複数種類のフィルタを用意しておき、各フィルタの種類ごとにノズル部４の一次側にフィルタを配置し、ノズル部４の一次側の圧力を種々変えて、ガスクラスターの強度の測定を行う。例えば３０ｎｍ未満のパーティクルの通過を阻止するフィルタを用いた場合には、３０ｎｍに近いパーティクルがノズル部４を通過するときに前記一次側の圧力がどのくらいの値を越えるとガスクラスターが発生するのかが分かる。また、評価用真空容器内もしくは一次側のガス中に粒径が既知である粒子（例えばシリカ製の標準粒子）を発生させておき、ガスクラスターを発生させる事で、各種粒径のパーティクルがノズル部４を通過するときのガスクラスター発生圧力（必要な一次圧）やガスクラスター強度を把握する事ができる。

一方、テスト用のウエハを前記評価用真空容器内に事前に決めた時間だけ置いておき、当該ウエハを真空容器から取り出してパーティクル測定器によりパーティクルを測定することにより、サイズごとに（詳しくはサイズの範囲ごとに）パーティクルの付着数が分かる。そしてパーティクル雰囲気を種々設定してパーティクルの雰囲気ごとに上記の測定を行うと、ガスクラスターの強度の測定結果群が得られる。これらの測定結果群に基づいて、装置に要求されているスペックを満たしているガスクラスターの強度と満たしていないガスクラスターの強度との判定領域が見えてくる。そこでこのようにして取得したガスクラスターの強度の判定データを例えば制御部のメモリに記憶しておくことにより、実際に運用している装置にて取得したガスクラスターの強度と比較することで、対象としている区画室の雰囲気を評価することができる。この手法は一例であって、本発明を限定するものではなく、他の手法によりガスクラスターの判定値を取得してもよい。

真空処理装置に対する既述の処理ロットの前後もしくはメンテナンスの終了後に行われるパーティクルの測定のための動作に説明を戻すと、区画室に相当する真空搬送室１４内のガスを設定した一次圧力まで昇圧し、仕切りバルブＶ１を開き、昇圧されたガスをノズル部４の一次側に供給する。真空搬送室１４内のガスの昇圧は、例えば真空搬送室１４内に工場内の配管から大気圧の窒素ガスを供給することにより行うことができる。

そしてノズル部４の一次側の雰囲気を、二次側であるガスクラスター生成室３０に放出する。その時雰囲気中にパーティクルが含まれている場合には、既に推定メカニズムを既述した通り、図５に示すようにガスクラスター生成室３０内にガスクラスターが生成される。

ノズル部４から照射されたガスクラスターは、直進性を持っているため、ノズル部４の前方に設けられたペニング真空計５に到達する。ペニング真空計５では、ガスクラスターを構成する分子（もしくは原子）が検出部分で個々の分子（もくは原子）に乖離し、さらに陰極と陽極との間でイオン化され、当該イオンの有するイオン電流が、電流計により測定される。この電流の値はガスクラスターを構成する分子（もしくは原子）の数を表しているため、当該ガスクラスターのガスクラスター強度が求まる。計測対象の雰囲気中に多くのパーティクルを含んでいる場合には、ペニング真空計５に到達するガスクラスターの個数が増加し、ペニング真空計５から出力される電流値が増加する。そのため大きなガスクラスターの強度の値が出力される。計測対象の雰囲気中のパーティクルが大きい場合には、ガスクラスターが大きくなり、ペニング真空計５から出力される電流値が増加する。そのため大きなガスクラスターの強度の値が出力される。また計測対象の雰囲気中にパーティクルが含まれない場合には、ガスクラスターは生成されないため、ペニング真空計５からは、ガスクラスター生成室３０内に存在するガス分子および原子（ガスクラスター生成室３０のバックグランド）を超える量に相当する電流は流れず、ガスクラスターの強度は、ゼロとなる。

その後取得されたガスクラスターの強度と、例えば予め設定された判定用のガスクラスター強度との比較が行われ、取得されたガスクラスターの強度が判定用のガスクラスターの強度よりも大きければ、真空搬送室１４内のパーティクルがスペックを越えていると判断がされ、小さい場合には、スペックを越えていないと判断されることになる。

上述の実施の形態は、一次側と二次側との間に所定の差圧があるノズル部４をガスが通過するときに断熱膨張してガスクラスターを生成することを利用し、真空搬送室１４の雰囲気をノズル部４を介してガスクラスター生成室３０に導入している。ガス中にパーティクルが含まれていると、ガスクラスターが生成しやすくなるか、あるいはその生成条件においてガスクラスターのサイズがガス中に含まれているパーティクルのサイズを反映する。このため、ガスクラスターが照射される位置に設けたペニング真空計５による測定値を取得することにより、前記雰囲気中のパーティクルを評価することができる。
なおパーティクル測定装置３と真空処理装置とに設けられる真空排気機構は、共通となっていてもよく、パーティクル測定装置３と真空処理装置とに夫々異なる真空排気機構が接続されていてもよい。また計測対象となる領域の雰囲気をノズル部４に送り込む前にコンプレッサーにより雰囲気の圧力を調整するようにしてもよい。

[第１の実施の形態の他の例]
また第１の実施の形態に係る測定装置の他の例として、図６に示すように、生成したガスクラスターに電荷を与え、ガスクラスターの保持する電荷を測定するように構成してもよい。なお図６中の５７は、接続口、５２はスキマー、５３はフィラメント、５４はグリッドであり、５５はファラデーカップ５５であり、５６は電流計である。

ノズル部４から照射されたガスクラスターは、スキマー５２、接続口５７を通過した後、更に直進する。ガスクラスターは、フィラメント５３とグリッド５４の間を通過する際にフィラメント５３から放出された電子と衝突して、電荷を帯びクラスターイオンビームとなる。クラスターイオンビームは、そのまま直進して、ファラデーカップ５５に衝突する。ファラデーカップ５５は、クラスターイオンビームが検出面に衝突する際に電流が発生し、発生する電流を電流計５６で計測することにより、クラスターイオンビームの荷電量が計測される。区画室の雰囲気中にパーティクルが含まれていない場合には、ガスクラスターは生成されないため、電流計５６で電流は計測されない。これに対して、区画室の雰囲気中にパーティクルが含まれる場合には、ガスクラスターが生成されるため、電流計５６で電流は計測されることになる。この場合においても同様に事前に判別データを取得することにより、区画室内のパーティクルを評価することができる。

さらに測定部５は、ダイヤフラムの形状変化を利用した圧力計であってもよい。ガスクラスターが生成された場合には、ガスクラスターがダイヤフラムに衝突するためダイヤフラムの形状変化を、例えば水晶振動子の応力に伴う電圧変化として検出することにより、ガスクラスターの強度を測定できる。あるいはまた、ノズル部４より照射されたガスクラスターを捕集して、質量分析計により、ガスクラスターの質量を測定するようにしてもよい。

さらにまた、レーザー散乱を用いて測定を行ってもよい。例えばガスクラスター生成室３０内のガスクラスターの通過する部位に向けてレーザーを照射し、ガスクラスターによるレーザーの散乱を調べることにより、ガスクラスターの有無や、クラスター径を測定することができる。さらに測定部による測定方法は、Time of Flight法でもよく、ウィーンフィルタによる計測であってもよい。またガスクラスターの直進性を利用してパターンを形成したＳｉ基板に衝突させて、当該Ｓｉ基板の表面をＳＥＭによる観察により測定するようにしてもよい。
またパーティクル測定装置３は、区画室の側壁に仕切りバルブを介して直結してもよい。さらに上記実施例では真空搬送室１４の雰囲気を計測対象としているが、もちろん成膜やエッチング、洗浄等のプロセスを行う真空処理モジュール１５にも適用できる。さらにはロードロック室１３や常圧搬送室１２に適用してもよい。この場合各パーティクル測定装置３における夫々のガスクラスター生成室３０と接続される真空排気機構６は、共通化され、接続されるパーティクル測定装置３を変更して使用できるように構成されていてもよい。

[第２の実施の形態]
第２の実施の形態に係るパーティクル測定装置として、図７に示すように区画室内の雰囲気を一旦、中間（一次封止）チャンバ７０に封入した後、ノズル部４内に供給されるように構成してもよい。このような構成は、例えば区画室内の圧力が低く、ガスクラスター生成室３０内側との間で、十分な差圧を得ることが難しい場合に有効である。図７に示すように一次封止チャンバ７０を、例えば真空搬送室１４などの区画室と接続する。一次封止チャンバ７０には、例えば窒素ガス供給源７１と接続された昇圧部７２が配管７４を介して接続されており、一次封止チャンバ７０内に昇圧した窒素ガスを供給して、一次封止チャンバ７０内を昇圧できるように構成されている。なお図中のＶ３，Ｖ４は仕切りバルブである。また一次封止チャンバ７０は、配管７５を介してノズル部４と接続されている。図６中のＶ５は仕切りバルブである。

まず一次封止チャンバ７０内の圧力を下げた後、仕切りバルブＶ１を開き真空搬送室１４内の雰囲気を一次封止チャンバ７０内へと流入させる。次いで仕切りバルブＶ１を閉じた後、昇圧部７２により昇圧した窒素ガスを供給して、一次封止チャンバ７０内の圧力を上昇させる。十分に圧力が高まった後、仕切りバルブＶ５を開いてノズル部４にガスを送り込む。その後第１の実施の形態と同様に、ノズル部４に送られた雰囲気をノズル部４より照射して、測定部５によりガスクラスターの強度を測定する。このように構成した場合にも、例えば第１の実施の形態と同様に事前に判別用の測定データを取得しておくことにより、真空搬送室１４内の雰囲気中のパーティクルを評価することができる。

また、本発明は、一次封止チャンバ７０を設けずに、区画室内に窒素ガスを供給して、昇圧をさせ、ノズル部４の一次側の圧力を調整するようにしてもよい。このように構成した場合にも、ノズル部４の一次側の圧力を調整することができるため、ノズル部の二次側との間に十分な圧力差を持たせることができる。従って測定部５によりガスクラスターの強度を測定することにより、区画室内の雰囲気中のパーティクルの評価を行うことができる。

パーティクルの存在によりガスクラスターのサイズが大きくなることについての確認試験を行った。ノズル部４に配管の一端を接続し、配管の他端側には、ＣＯ_２供給源を設置した。配管には、ＣＯ_２供給源側を上流側とすると、上流側から仕切りバルブ、流量調整部および粒子除去スペック＞３ｎｍのガスフィルターを設けた。またポリシリコンからなる高さ１００ｎｍ、幅４５ｎｍ、長さ６００ｎｍの大きさの矩形のポリシリコンのパターンを千鳥状に配置したベアシリコンウエハを用意した。そしてガスクラスターを当該パターンの表面に向けて垂直に照射できるようにウエハを配置した。

試験例１として、ＣＯ_２供給源にパーティクルを含んだＣＯ_２ガスをノズル部に供給して、当該ＣＯ_２ガスによりガスクラスターを形成し、パターンに向けて照射した。また試験例２としてパーティクルの含まないＣＯ_２ガスをノズル部に４供給して、ガスクラスターを形成し、パターンに向けて照射した。

図８は、試験例１及び試験例２の夫々の条件でガスクラスターが照射された後のパターンの状態を示すＳＥＭ写真である。ガスクラスター照射後のパターンのＳＥＭ写真によると、試験例１ではパターン倒れが見られているが、試験例２ではパターンダメージは見られなかった。これは、実施例では、ＣＯ_２ガスに含まれるφ３ｎｍ以下の微小パーティクルを核としてガスクラスターが形成されるため、より多くの分子が凝縮されて、クラスター径が大きくなり、ガスクラスターの運動エネルギーが増加したためと考えられる。従って既述のようにガスクラスターの強度を測定することにより、微小なパーティクルの存在を評価できる。

３ パーティクル測定装置
４ ノズル部
５ ペニング真空計
６ 真空排気機構
３０ ガスクラスター生成室
４４ 昇圧機構
Ｖ１ 仕切りバルブ

Claims (10)

1. 被処理体が置かれる雰囲気を形成する区画室内のパーティクルを測定するパーティクル測定装置において、
   前記区画室に気密に接続された真空容器からなるガスクラスター生成室と、
   前記区画室にその一次側が気密に接続されると共にその二次側が前記ガスクラスター生成室に開放され、一次側のガスがその二次側に向かうことにより断熱膨張し、前記ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを生成するためのノズル部と、
   前記区画室と前記ノズル部の一次側との間に設けられた仕切りバルブと、
   前記ガスクラスター生成室内を前記ノズル部の一次側よりも低圧となるように真空排気するための真空排気機構と、
   パーティクルが前記ノズル部を通過することに起因してガスクラスターが生成されるかあるいはガスクラスターのサイズが大きくなることを確認するために前記ガスクラスターを測定するための測定部と、を備えたことを特徴とするパーティクル測定装置。
2. パーティクルが前記ノズル部を通過しないときにはガスクラスターが生成されず、パーティクルが前記ノズル部を通過するときには、ガスクラスターが生成されるように、前記ノズル部の一次側と二次側との差圧が設定されていることを特徴とする請求項１記載のパーティクル測定装置。
3. 前記区画室は、真空雰囲気であることを特徴とする請求項１または２記載のパーティクル測定装置。
4. 前記区画室と前記ノズル部の一次側との間には、前記ノズル部の一次側の圧力を昇圧するための昇圧機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のパーティクル測定装置。
5. 前記区画室とノズル部との間には、前記区画室内の圧力よりも低く、前記ガスクラスター生成室の圧力よりも高い中間室が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のパーティクル測定装置。
6. 前記区画室と、請求項１ないし５のいずれか一項に記載されたパーティクル測定装置と、を備え、
   前記被処理体は半導体装置を製造するための基板であることを特徴とする半導体製造装置。
7. 被処理体が置かれる雰囲気を形成する区画室内のパーティクルを測定するパーティクル測定方法において、
   前記区画室に気密に接続された真空容器からなるガスクラスター生成室と、
   前記区画室にその一次側が気密に接続されると共にその二次側が前記ガスクラスター生成室に開放され、一次側のガスがその二次側に向かうことにより断熱膨張し、前記ガスの原子または分子の集合体であるガスクラスターを生成するためのノズル部と、を用い、
   前記ガスクラスター生成室内を前記ノズル部の一次側よりも低圧となるように真空排気する工程と、
   前記区画室と前記ノズル部の一次側との間の仕切りバルブを開いて、前記区画室内の雰囲気を前記ノズル部を介して前記ガスクラスター生成室内に導入する工程と、
   次いで、パーティクルが前記ノズル部を通過することに起因してガスクラスターが生成されるかあるいはガスクラスターのサイズが大きくなることを確認するために前記ガスクラスターを測定する工程と、を備えたことを特徴とするパーティクル測定方法。
8. パーティクルが前記ノズル部を通過しないときにはガスクラスターが生成されず、パーティクルが前記ノズル部を通過するときには、ガスクラスターが生成されるように、前記ノズル部の一次側と二次側との差圧が設定されていることを特徴とする請求項７記載のパーティクル測定方法。
9. 前記区画室は、真空雰囲気であることを特徴とする請求項７または８記載のパーティクル測定方法。
10. 前記区画室内の雰囲気は、前記ノズル部の一次側送られる前に昇圧されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載のパーティクル測定方法。