JP2015114230A - パーティクル集束方法、パーティクル集束機構、パーティクル濃縮機構、およびそれらを備えるパーティクル測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気体に分散しているナノサイズからミクロンサイズまでのパーティクルを、非接触な状態で集束させることが可能なパーティクル集束方法を提供すること。【解決手段】気体中のパーティクルＰを帯電させ、帯電させたパーティクルＣＰを、電極１０３、１０４となる部分を有した２つの円筒１０２ａ、１０２ｂを、互いの間に絶縁部１０２ｃを介して連結して構成した管１０２に導入し、一方の電極１０３には高電圧を、他方の電極１０４には低電圧を印加した状態で管１０２内に生じる静電界によって、帯電させたパーティクルＣＰを管１０２の中心軸Ｃの部分に集束させる。【選択図】図１

Description

本発明は、パーティクル集束方法、パーティクル集束機構、パーティクル濃縮機構、およびそれらを備えるパーティクル測定装置に関する。より詳しくは、空間中のパーティクルを測定するための前段階として用いられるパーティクル集束方法、パーティクル集束機構、パーティクル濃縮機構、およびそれらを備えるパーティクル測定装置に関する。

半導体製造工程では、成膜、フォトリソグラフィ、エッチング等の種々の工程が存在し、これらの工程においては、歩留まり向上、および製品の精密度や信頼性向上の観点から、半導体基板への塵（パーティクル）の付着はあってはならない。そのため、半導体製造工程において、クリーンルームおよび処理装置内の清浄を保つことは非常に重要である。

クリーンルームおよび処理装置内の清浄度を保つためには、その空間内の除塵、およびその他様々な発塵源の流入を防止することが必要であると同時に、空間内の清浄度を測定し、測定されたデータに基づいて清浄度を管理することが必要である。

クリーンルームおよび処理装置内の清浄度を測定するためには、これらの空間に浮遊するパーティクルの数と大きさを測定する必要がある。このためには、一般に光学パーティクル測定器が用いられる。

光学パーティクル測定器は、レーザ光線を放出するレーザ光源と、レーザ光源に対向する位置に取り付けられてレーザ光線を遮断する遮断壁と、レーザ光源から遮断壁へ向かうレーザ光線の経路に対して垂直に取り付けられた感知器とから構成されている。光学パーティクル測定器は、レーザ光線の通過する経路中に存在するパーティクルによるレーザ光の散乱の程度から、パーティクルの数と大きさを測定する。

光学パーティクル測定器として、測定用途に応じた数種の測定器が開発されており、市販品として入手可能である。例えば処理装置の排気管に設置され、排気管内を流れるパーティクルを測定する用途では、ＩＳＰＭ（インサイチューパーティクルモニタ）があり、また、例えばクリーンルーム内の任意の位置で空気をサンプリングし、空気中に含まれるパーティクルを測定する用途では、ＬＰＣ（レーザーパーティクルカウンタ）がある。

ＩＳＰＭにおいては、レーザ光源から放出されるレーザ光線の断面積が、排気管の断面積に比べて小さいため、排気管内を流れるパーティクルのごく一部しかレーザ光線を通過せず、結果として、データの信頼性が著しく低下するという問題点があった。

ＬＰＣにおいては、測定できる空気の量に限界があり、クリーンルーム全体が有する総空気量に比べて測定されるサンプル量は非常に少ない。このため、非常に少ないサンプルの測定によってクリーンルーム全体を管理することになり、結果として、不合理かつデータの信頼性が著しく低下するという問題点があった。

このようなことから、空間中のパーティクルを測定するための前段階として、気体中に含まれるパーティクルを集束および濃縮させる必要がある。

そこで、特許文献１には、荷電装置を用いてパーティクルを帯電させ、帯電させたパーティクルを静電気力によって針状電極に引き寄せ、より多くのパーティクルを測定することを可能にしたＩＳＰＭが記載されている。

また、特許文献２には、サイクロンを用いて空気中のパーティクルを濃縮し、大容量の空気に対してパーティクルを測定することを可能にしたＬＰＣが記載されている。

特開２００８−１７５５９０号公報 特開平１０−９０１６２号公報

特許文献１に開示された技術によれば、帯電させたパーティクルを静電気力によって針状電極に引き寄せるので、パーティクルを針状電極に引き寄せない場合に比較して、より多くのパーティクルを計測することができる。

また、特許文献２に開示された技術によれば、サイクロンによって空気中に含まれるパーティクルを濃縮させるため、濃縮しない場合に比較して、より大容量の空気に対してパーティクルを測定することができる。

しかし、特許文献１では、針状電極に引き寄せられたパーティクルが、時間の経過とともに針状電極の先端に堆積するため、電極性能の劣化とともに静電気力が弱くなり、パーティクルを引き寄せる効果が衰えるという事情があった。さらに、静電気によって多少のパーティクルが針状電極に捉えられるため、測定結果として、パーティクルの数が実際よりも少なめに評価される可能性や、堆積したパーティクルが、意図しないタイミングで突発的に剥がれ、パーティクル計測器内に流入する可能性もあるため、測定の信頼性に支障をきたすという事情もあった。

また、特許文献２では、パーティクルを濃縮するのにサイクロンを利用するが、サイクロンでは濃縮できるパーティクルの最小径は通常１μｍ程度とされており、ナノサイズのパーティクルに対しては、濃縮の機能が果たせないという事情があった。さらに、サイクロンは、パーティクルを遠心力でサイクロン内壁へ押し付けて捕集するという原理を持つため、サイクロン内壁にパーティクルが付着したまま残りやすく、測定結果として、パーティクルの数が実際よりも少なめに評価される可能性や、付着したパーティクルが意図しないタイミングで突発的に剥がれ、パーティクル計測器内に流入する可能性もあるため、測定の信頼性を著しく低下させるという事情もあった。

本発明は、気体に分散しているナノサイズからミクロンサイズまでのパーティクルを、非接触な状態で集束させることが可能なパーティクル集束方法およびパーティクル集束機構を提供することを第一の課題とする。

また、本発明は、上記パーティクル集束機構を用いて集束されたパーティクルを捕集することによって、気体に分散しているパーティクルを元の状態よりも濃縮された状態にすることが可能なパーティクル濃縮機構を提供することを第二の課題とする。

また、本発明は、上記パーティクル集束機構を備えることによって、従来よりもパーティクルを高効率かつ高確率で測定できるパーティクル測定装置を提供することを第三の課題とする。

また、本発明は、上記パーティクル濃縮機構を備えることによって、従来よりも大容量の気体に対してパーティクルを測定できるパーティクル測定装置を提供することを第四の課題とする。

第一の課題を達成すべく、本発明のパーティクル集束方法およびパーティクル集束機構では、気体中のパーティクルを帯電させ、前記帯電させたパーティクルを、電極となる部分を有した２つの筒を、互いの間に絶縁部を介して連結して構成した管に導入し、一方の電極には高電圧を、他方の電極には低電圧を印加した状態で前記管内に生じる静電界によって、前記帯電させたパーティクルを前記管の中心軸部分に集束させることを特徴とする。

このとき、前記高電圧が印加される電極と、前記低電圧が印加される電極との位置関係は、前記パーティクルをプラスかマイナスかのどちらに帯電させるかによって切り替えることが望ましい。

また、このとき、前記高電圧が印加される電極、前記低電圧が印加される電極は、円筒型、又は平行平板型とすることができる。

本発明のパーティクル集束方法およびパーティクル集束機構では、静電気力をパーティクルに作用させてパーティクルの集束を行う。静電気力は、微小なパーティクルほど効果が大きくなるため、ミクロンサイズより小さなサイズのパーティクルまでも集束することが可能である。

また、本発明のパーティクル集束方法およびパーティクル集束機構では、前記管内に静電界をつくり、パーティクルを非接触な状態で集束させるため、前記管内におけるパーティクルの付着も防ぐことができる。

第二の課題を達成すべく、本発明のパーティクル濃縮機構では、前記パーティクル集束機構の管内に、捕集ノズルを設け、前記パーティクル集束機構によって前記管の中心軸部分に集束されたパーティクルを前記捕集ノズルによって捕集し、気体中のパーティクルを濃縮させた状態で抽出するようにしたことを特徴とする。

このとき、前記捕集ノズルの内径は、前記管の内径よりも小さく、前記集束されたパーティクルの集束径よりも大きいことが望ましい。

また、このとき、前記管内に流れる気体のうち、前記集束されたパーティクルを含む気体は、前記捕集ノズルにより吸引し、前記捕集ノズルに吸引された以外の気体は、前記捕集ノズルの外表面と前記管の内表面との間から排気することが望ましい。

また、このとき、前記捕集ノズルの吸引口は、前記パーティクルが流れる方向に交差する方向に開口が向くように配置されていることが望ましい。そして、前記捕集ノズルの吸引口は、前記パーティクル捕集機構が備えている絶縁部の下方に設けられていることが望ましい。

また、このとき、前記捕集ノズルは、導電物により構成されていることが望ましい。

第三の課題を達成すべく、本発明のパーティクル測定装置では、前記パーティクル集束機構を備え、前記パーティクル集束機構の管の中心軸部分にパーティクルを集束させ、前記パーティクルが集束した部分をパーティクル測定器の測定箇所としたことを特徴とする。

このとき、パーティクル測定器にはＩＳＰＭ（インサイチュパーティクルモニタ）を用いることができる。

第四の課題を達成すべく、本発明のパーティクル測定装置では、パーティクル測定装置のサンプリング吸入口に、前記パーティクル濃縮機構を備えた管を備え、前記パーティクル濃縮機構によって濃縮されたパーティクルを含む気体をパーティクル測定器に導入させ、それ以外の気体はパーティクル測定装置外に排気することを特徴とする。

このとき、パーティクル測定器にはＬＰＣ（レーザパーティクルカウンタ）およびＣＮＣ（凝縮核計数器）を用いることができる。

本発明によれば、気体に分散しているナノサイズからミクロンサイズまでのパーティクルを、非接触な状態で集束させることが可能なパーティクル集束方法およびパーティクル集束機構を提供できる。

また、本発明によれば、上記パーティクル集束機構を用いて集束されたパーティクルを捕集することによって、気体に分散しているパーティクルを元の状態よりも濃縮された状態にすることが可能なパーティクル濃縮機構を提供できる。

また、本発明によれば、上記パーティクル集束機構を備えることによって、従来よりもパーティクルを高効率かつ高確率で測定できるパーティクル測定装置を提供できる。

また、本発明によれば、上記パーティクル濃縮機構を備えることによって、従来よりも大容量の気体に対してパーティクルを測定できるパーティクル測定装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係るパーティクル集束機構の一例を概略的に示す断面図である。 図１に示すパーティクル集束機構の一例が備える管を分解して示す斜視図である。 流体解析ソフトウェアによる管内の電位分布の解析結果を示す図である。 流体解析ソフトウェアによる管内の電位分布の解析結果を示す図である。 流体解析ソフトウェアによる帯電したパーティクルの流れの解析結果を示す図である。 流体解析ソフトウェアによる帯電したパーティクルの流れの解析結果を示す図である。 流体解析ソフトウェアによる帯電したパーティクルの流れの解析結果を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るパーティクル集束機構の第１の変形例を概略的に示す断面図である。 図５に示すパーティクル集束機構の第１の変形例が備える管を分解して示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係るパーティクル濃縮機構の一例を概略的に示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るパーティクル測定装置の一例を概略的に示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るパーティクル測定装置を適用した処理システムの一システム構成例を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るパーティクル測定装置の一例を概略的に示す断面図である。

（第１の実施形態）
＜パーティクル集束方法および集束機構＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るパーティクル集束機構の一例を概略的に示す断面図、図２は図１に示すパーティクル集束機構の一例が備える管を分解して示す斜視図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００は、気体中のパーティクルＰ（図中黒丸にて示す）を帯電させる帯電装置１０１と、帯電装置１０１によって帯電させたパーティクルＣＰ（図中白丸にて示す）が導入される管１０２とを有している。管１０２は、図２に示すように、電極となる部分を有した２つの筒１０２ａ、１０２ｂを、互いの間に絶縁部１０２ｃを介して連結することで構成されている。筒１０２ａ、１０２ｂ、および絶縁部１０２ｃは、本例においては、例えば、円筒である。また、本例においては、筒１０２ａ、１０２ｂが有する電極１０３、１０４となる部分は、筒１０２ａ、１０２ｂの全体である。これにより、本例においては、電極１０３、１０４は円筒型電極となる。絶縁部１０２ｃも円筒型絶縁部となる。

筒１０２ａ、１０２ｂの全体で構成される電極１０３、１０４には、電圧印加機構、例えば直流電源１０５から、一方の電極には高電圧が、他方の電極には低電圧が印加される。高電圧が印加される電極と、低電圧が印加される電極との位置関係は、パーティクルＰをプラスかマイナスかのどちらに帯電させるかによって切り替えられる。本例においては、帯電装置１０１によって、パーティクルＰをプラスに帯電させる。このため、気体の流れの上流側に位置する電極１０３には高電圧が、下流側に位置する電極１０４には低電圧が印加される。電極１０３に印加される高電圧の一例は１０ｋＶ（１００００Ｖ）であり、電極１０４に印加される低電圧の一例は０Ｖ（接地電位）である。もしも、パーティクルＰをマイナスに帯電させたならば、上流側に位置する電極１０３には低電圧が、下流側に位置する電極１０４には高電圧が印加される。

このような第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００によれば、一方の電極、本例においては電極１０３には高電圧を、他方の電極、本例においては電極１０４には低電圧を印加する。電極１０３、１０４間を絶縁部１０２ｃで絶縁した状態とすると、管１０２内には静電界が生じる。この静電界によって、帯電させたパーティクルＣＰを管１０２の中心軸Ｃの部分に集束させることができる。以下、集束原理について説明する。

＜集束原理＞
図３Ａおよび図３Ｂは、流体解析ソフトウェアによる管１０２内の電位分布の解析結果を示す図である。なお、図３Ａおよび図３Ｂにおいては中心軸Ｃを境界として上半分のみを示しているが、電位分布は、上半分と下半分とで対称である。

図３Ａに示すように、管１０２に１つの電極１０３ａのみを設け、１つの電極１０３ａに高電圧、例えば、１０ｋＶを印加したとする。この場合、管１０２内の電位分布は、１０ｋＶの一様でフラットなものとなる。つまり、管１０２内には電位差が生じない。

これに対して、図３Ｂに示すように、管１０２に２つの電極１０３、１０４を設け、これらの電極１０３、１０４間を絶縁部１０２ｃで絶縁した状態で電極１０３に高電圧、例えば、１０ｋＶ、電極１０４に低電圧、例えば０Ｖを印加したとする。この場合、管１０２内には、気体の流れに沿って静電界の電位差が生じる。ここに帯電した、例えば、プラスに帯電したパーティクルＣＰが流れてくると、１０ｋＶの高電圧が印加されている電極１０２に面した領域においては、管１０２の中心軸Ｃに向いたクーロン力が加わるようになる。

また、０Ｖの低電圧が印加されている電極１０４に面した領域においては、クーロン力の向きが変わり、管１０２の内表面に向いたクーロン力が加わるようになる。これらの結果、帯電したパーティクルＣＰは、例えば、電極１０３と電極１０４との間にある絶縁部１０２ｃの下方の領域に集束点を持つようにして集束するようになる。以下、流体解析ソフトウェアによる帯電したパーティクルＣＰの流れの解析結果を説明する。

＜流体解析ソフトウェアによる解析結果＞
図４Ａ〜図４Ｃは、流体解析ソフトウェアによる帯電したパーティクルＣＰの流れの解析結果を示す図である。図４Ａには管１０２内に静電界を印加しなかった場合、図４Ｂには管１０２内に１０ｋＶの電位差がない静電界を印加した場合、図４Ｃには管１０２内に１０ｋＶ〜０Ｖの電位差がある静電界を印加した場合がそれぞれ示されている。なお、図４Ａ〜図４Ｃにおいては中心軸Ｃを境界として上半分のみを示しているが、帯電したパーティクルＣＰの流れの状態は、上半分と下半分とで対称である。

<<電界なし>>
図４Ａに示すように、管１０２内に静電界を印加しなかった場合には、帯電したパーティクルＣＰは集束しない。
<<電位差なしの静電界>>
図４Ｂに示すように、管１０２内に電位差がない静電界を印加した場合にも、帯電したパーティクルＣＰは集束しない。
<<電位差ありの静電界>>
図４Ｃに示すように、管１０２内に電位差がある静電界を印加した場合にのみ、帯電したパーティクルが中心軸Ｃの部分に集束する。
以上のような解析結果が得られた。

したがって、第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００によれば、一方の電極、本例においては電極１０３には高電圧を、他方の電極、本例においては電極１０４には低電圧を印加する。この状態で管１０２内に生じる静電界によって、帯電させたパーティクルＣＰを管１０２の中心軸Ｃの部分に集束させることができる。

このように、帯電させたパーティクルＣＰを集束させることができる結果、例えば、半導体装置の製造工程に使用される各種の処理装置や、クリーンルーム内の清浄度を管理するために行われるパーティクル測定に際して、より多くのパーティクルを測定することが可能となる。より多くのパーティクルを測定できる結果、パーティクル測定の精度をさらに向上させることが可能となる。このような第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００、およびパーティクル集束機構１００が実行するパーティクルの集束方法は、クリーンルームおよび処理装置内の清浄度の更なる向上に有用である。

また、第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００、およびパーティクル集束機構１００が実行するパーティクルの集束方法では、静電気力をパーティクルに作用させてパーティクルの集束を行う。静電気力は、微小なパーティクルほど効果が大きくなるため、ミクロンサイズより小さなサイズのパーティクルまでも集束することが可能である。

さらに、第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００、およびパーティクル集束機構１００が実行するパーティクルの集束方法では、管１０２内に静電界をつくり、パーティクルを非接触な状態で集束させるため、管１０２内におけるパーティクルの付着も防ぐことができる、という利点を得ることができる。

＜第１の変形例＞
図１および図２を参照して説明したパーティクル集束機構１００においては、２つの筒１０２ａ、１０２ｂが有する電極１０３、１０４となる部分が、筒１０２ａ、１０２ｂ全体であった。これにより、パーティクル集束機構１００においては、電極１０３、１０４が円筒型電極とされていた。

しかしながら、電極１０３、１０４は、円筒型電極に限られるものではない。例えば、平行平板型電極であってもよい。第１の変形例は、電極１０３、１０４を平行平板型電極とした場合の一例である。

図５は本発明の第１の実施形態に係るパーティクル集束機構の第１の変形例を概略的に示す断面図、図６は図５に示すパーティクル集束機構の第１の変形例が備える管を分解して示す斜視図である。

図５および図６に示すように、第１の変形例に係るパーティクル集束機構１００ａが、図１および図２に示したパーティクル集束機構１００と異なるところは、電極１０３、および電極１０４がともに円筒型電極であったところ、例えば、上下に互いに対向した平行平板型の電極１０３Ｕ、１０３Ｌ、並びに１０４Ｕ、１０４Ｌとしたところである。電極１０３Ｕと１０３Ｌとは、例えば、絶縁部材１０６によって絶縁され、同じく電極１０４Ｕと１０４Ｌとは、例えば、絶縁部材１０７によって絶縁されている。また、平行平板型の電極１０３Ｕ、１０３Ｌ、並びに１０４Ｕ、１０４Ｌを用いた場合には、筒１０２ａ、１０２ｂ、および絶縁部１０２ｃは、例えば、図６に示すように、角筒とすることもできる。筒１０２ａ、１０２ｂ、および絶縁部１０２ｃを角筒とした場合には、例えば、矩形の短軸方向の長さ“ａ”を、長軸方向の長さ“ｂ”よりも十分に短くすることがよい（ａ＜＜ｂ）。そして、電極１０３Ｕ、１０３Ｌは長軸方向に配置し、絶縁部材１０７は短軸方向に配置する。これにより、電極１０３Ｕと電極１０３Ｌとは、広い面積、かつ、短い距離で対向させることができ、より強い静電界を管１０２の内部に生じさせることができる。

パーティクル集束機構１００ａにおいては、直流電源１０５からの高電圧は、例えば、気体の流れの上流側に位置する電極１０３Ｕ、１０３Ｌの双方に印加され、低電圧は、下流側に位置する電極１０４Ｕ、１０４Ｌに印加される。もちろん、高電圧が印加される電極と、低電圧が印加される電極との位置関係については、パーティクルＰをプラスかマイナスかのどちらに帯電させるかによって切り替えられる。その他の構成は、図１および図２に示したパーティクル集束機構１００と同様である。

このように、電極１０３、１０４については、例えば、上下に絶縁されて対向した平行平板型の電極１０３Ｕ、１０３Ｌ、並びに１０４Ｕ、１０４Ｌとすることができる。なお、この変形は、本明細書において説明する全ての実施形態において適用できる。

また、第１の実施形態の一例および第１の変形例においては、低電圧を０Ｖ（接地）にしたが、低電圧は負電圧であってもよい。低電圧を負電圧としても、管１０２内には、気体の流れに沿って、例えば、＋１０ｋＶ〜−１０ｋＶといった静電界の電位差を生じさせることができる。したがって、上記第１の実施形態の一例および第１の変形例と同様に、帯電したパーティクルＣＰを、管１０２内の中心軸Ｃの部分に集束させることができる。この変形も、本明細書において説明する全ての実施形態において適用できる。

（第２の実施形態）
＜パーティクル濃縮機構＞
図７は、本発明の第２の実施形態に係るパーティクル濃縮機構の一例を概略的に示す断面図である。

図７に示すように、第２の実施形態に係るパーティクル濃縮機構２００は、第１の実施形態において説明したパーティクル集束機構１００の管１０２を備えている。管１０２内には、管１０２の中心軸Ｃの部分に集束された帯電したパーティクルＣＰを捕集する捕集ノズル２０１が設けられている。捕集ノズル２０１は、例えば、管１０２内において屈曲され、管１０２外へと導出されている。管１０２外へと導出された捕集ノズル２０１は、例えば、図示せぬ配管に接続され、帯電したパーティクルＣＰを含む気体は、配管を介して、例えば、パーティクル測定器へと送られる。

捕集ノズル２０１の吸引口２０２は、気体の流れに対して交差した方向に開口が向くように配置され、吸引口２０２は、例えば、パーティクル集束機構１００が備えている絶縁部１０２ｃの内表面に面した部分に設けられている。帯電したパーティクルＣＰは、管１０２内のうち、絶縁部１０２ｃの内表面に面した部分に集束するためである。

管１０２の、捕集ノズル２０１より下流側は、例えば、図示せぬ排気機構に接続されている。これにより、管１０２内に流れる気体のうち、集束された帯電したパーティクルＣＰを含む気体は、捕集ノズル２０１により吸引されるが、捕集ノズル２０１に吸引された以外の気体については、捕集ノズル２０１の外表面と管１０２の内表面との間を介して、捕集ノズル２０１よりも下流に流れ、排気機構によって排気される。

このような第２の実施形態に係るパーティクル濃縮機構２００によれば、管１０２内に捕集ノズル２０１を設け、パーティクル集束機構１００によって集束された帯電したパーティクルＣＰを捕集するようにしたことによって、気体中のパーティクルＰを、より濃縮させた状態で抽出することが可能となる。

したがって、第２の実施形態に係るパーティクル濃縮機構２００によれば、パーティクル集束機構１００を用いて集束されたパーティクルを捕集することによって、気体に分散しているパーティクルを元の状態よりも濃縮された状態にすることが可能となる、という利点を得ることができる。

本例において、捕集ノズル２０１の内径は管１０２の内径よりも小さく、帯電したパーティクルＣＰの集束径よりも大きくすることが望ましい。捕集ノズル２０１の内径を、このように設定することによって、集束された帯電したパーティクルＣＰを、ほぼ取りこぼすことなく捕集することが可能となる。

また、捕集ノズル２０１は、導電物により構成されていることが望ましい。これは、捕集ノズル２０１内におけるパーティクルの付着を防ぐためである。捕集ノズル２０１を構成する材料は誘電体よりも、導電物の方がパーティクルの付着を、より効果的に防ぐことができる。

（第３の実施形態）
＜パーティクル測定装置：パーティクル集束機構１００を利用した例＞
次に、第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００を利用したパーティクル測定装置を、第３の実施形態として説明する。

図８は本発明の第３の実施形態に係るパーティクル測定装置の一例を概略的に示す断面図である。

図８に示すように、第３の実施形態に係るパーティクル測定装置３００は、第１の実施形態に係るパーティクル集束機構１００を備えている。パーティクル測定装置３００は、パーティクル集束機構１００の管１０２の中心軸Ｃの部分に帯電したパーティクルＣＰを集束させ、帯電したパーティクルＣＰが集束した部分を、パーティクル測定器３０１のパーティクル感知領域（測定箇所）３０２とする。

パーティクル測定器３０１の一例は、光学パーティクル測定器である。パーティクル測定器３０１を光学パーティクル測定とした場合には、例えば、パーティクル集束機構１００の管１０２の絶縁部１０２ｃ上にレーザ光源３０３が備えられ、レーザ光源３０３と対向した絶縁部１０２ｃ上の位置には、レーザ光源３０３から照射されたレーザ光線Ｌを遮断する遮断壁３０４が設けられる。このようなパーティクル測定器３０１は、光学的にパーティクルを測定するものであり、レーザ光線Ｌの通過する経路中に存在するパーティクルによるレーザ光の散乱の程度から、パーティクルの数と大きさを測定する。レーザ光の散乱を感知する感知器は、図８中には示されていないが、例えば、レーザ光線Ｌの経路に対して垂直に取り付けられている（例えば、紙面に対して垂直な方向）。感知器が感知する領域が、図８中に破線円で示す感知領域３０２である。

このような第３の実施形態に係るパーティクル測定装置３００は、例えば、排気管中を流れる気体中のパーティクルの測定など、比較的狭い空間におけるパーティクルの測定に有利である。

また、図８に示すようなパーティクル測定器３０１を備えたパーティクル測定装置３００は、配管、例えば、排気管中において、直接にパーティクルを測定するＩＳＰＭ（インサイチュパーティクルモニタ）として構成することができる。例えば、管１０２の上流側を、絶縁部材３０５を介して排気管３０６に接続する。これにより、管１０２には、排気管３０６中を流れてきた気体中のパーティクルＰを導くことができる。そして、排気管３０６中を流れてきた気体中のパーティクルＰを集束させて、その数を測定することができる。ＩＳＰＭが用いられた処理システムの一例を以下説明する。

＜ＩＳＰＭが用いられた処理システムの例＞
ＩＳＰＭが用いられた処理システムの一例として、例えば、半導体装置等の製造工程に使用される処理装置において、被処理体（半導体ウエハ）に処理を施す処理室内のパーティクルを測定するパーティクル測定装置として、第３の実施形態に係るパーティクル測定装置３００を用いた例を図９に示す。

図９は、本発明の第３の実施形態に係るパーティクル測定装置を適用した処理システムの一システム構成例を示すブロック図である。なお、図９においては、処理装置については概略的な断面にて示されている。

図９に示すように、処理システム３５０は、被処理体に処理を施す処理装置３５１を備えている。被処理体の一例は、半導体集積回路装置の製造に用いられる半導体ウエハ、例えば、シリコンウエハ（以下ウエハという）Ｗである。処理装置３５１は、ウエハＷに対して、成膜処理、エッチング処理、アニール処理などの処理を施す。

処理装置３５１は、ウエハＷを収容し、収容されたウエハＷに対して処理を施す処理室３５２を備えている。処理室３５２の床部には、ウエハＷを載置する載置台３５３が配置されている。載置台３５３には、載置されたウエハＷをチャックするチャック機構、例えば、静電チャックや、ウエハＷを加熱する加熱機構などが設けられる。なお、これらの機構については、図９では省略している。処理室３５２の天井部には、ウエハＷに対して処理ガスを吐出するシャワーヘッド３５４が配置されている。シャワーヘッド３５４は、ウエハＷと対向する位置に設けられており、シャワーヘッド３５４とウエハＷとの間の空間が処理空間３５５となる。

シャワーヘッド３５４には、処理ガス供給機構３５６が接続されている。処理ガス供給機構３５６は、ウエハＷの処理の際に用いられる処理ガスを、シャワーヘッド３５４を介して処理空間３５５に供給する。

処理室３５２の床部、例えば、載置台３５３の周囲の床部には、排気口３５７が設けられている。排気口３５７は排気管３５８に連通されている。排気管３５８は処理室３５２内の処理空間３５５と排気機構３５９とを接続する。排気機構３５９は、排気管３５８を介して処理室３５２内を排気する。これにより、処理室３５２内から処理ガスを排気したり、処理室３５２内の圧力を所定の処理圧力に設定したりする。

本例の処理室３５２には、処理室３５２内に存在するパーティクルをモニタするためのパーティクルモニタ用排気管３０６が接続されている。パーティクルモニタ用排気管３０６は、処理室３５２に形成された開口３６０に接続されている。パーティクルモニタ用排気管３０６には、この排気管３０６を開閉する開閉バルブ３６１が設けられている。開閉バルブ３６１の後段は排気管３５８に接続されており、開閉バルブ３６１の後段と排気管３５８との間には、第３の実施形態に係るパーティクル測定装置３００が設けられている。なお、本例においては、排気管３５８とは別にパーティクルモニタ用排気管３０６を設けて、パーティクル測定装置３００をパーティクルモニタ用排気管３０６にしているが、パーティクル測定装置３００は排気管３５８に設けることも可能である。

例えば、第３の実施形態に係るパーティクル測定装置３００は、図９に示すような処理システム中に組み込んでの使用が可能である。

（第４の実施形態）
＜パーティクル測定装置：パーティクル濃縮機構２００を利用した例＞
次に、第２の実施形態に係るパーティクル濃縮機構２００を利用したパーティクル測定装置を、第４の実施形態として説明する。

図１０は本発明の第４の実施形態に係るパーティクル測定装置の一例を概略的に示す断面図である。

図１０に示すように、第４の実施形態に係るパーティクル測定装置４００は、第２の実施形態に係るパーティクル濃縮機構２００を備えている。第４の実施形態に係るパーティクル測定装置４００のサンプリング吸入口４０１には、パーティクル濃縮機構２００が有するパーティクル集束機構１００の管１０２が備えられている。本例においては、管１０２の先端が、そのままサンプリング吸入口４０１を構成しているが、管１０２の先端に、サンプリング吸入口を、別途接続するようにすることも可能である。また、この場合、サンプリング吸入口には、パーティクルを、より広く捕集するために、パーティクル捕集機構を取り付けるようにしてもよい。

パーティクル測定装置４００は、パーティクル濃縮機構２００によって濃縮されたパーティクルを含む気体を、捕集ノズル２０１を介してパーティクル測定器４０２に導入させる。それ以外の気体はパーティクル測定装置４００に、管１０２の下流に真空ポンプなどを備えた排気機構４０３を接続し、排気する。

パーティクル測定器４０２の例としては、ＬＰＣ（レーザーパーティクルカウンタ）や、送られてきた微細なパーティクルを凝縮させ、そのサイズをより大きくしてから測定するようにしたＣＮＣ（凝縮核計数器）を挙げることができる。第４の実施形態に係るパーティクル測定装置４００は、そのパーティクル測定器４０２を、測定するパーティクルの大きさ、量等に応じて、最適なパーティクル測定器に適宜交換することが可能である。さらに、パーティクル測定においては、気中にてパーティクル数を測定するものの他、液中にてパーティクル数を測定するものなど、様々な測定手法を選択することもできる。

このような第４の実施形態に係るパーティクル測定装置４００は、例えば、大気中や、半導体装置の製造設備であるクリーンルーム中に含まれたパーティクルの測定など、比較的広い空間におけるパーティクルの測定に有効である。

以上、本発明をいくつかの実施形態と変形例によって説明したが、本発明は、上記実施形態および変形例に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することが可能である。

１００；パーティクル集束機構
１０１；帯電装置
１０２；管
１０２ａ、１０２ｂ；筒
１０２ｃ；絶縁部
１０３、１０３Ｕ、１０３Ｌ、１０４、１０４Ｕ、１０４Ｌ；電極
１０５；電圧印加機構（直流電源）
２００；パーティクル濃縮機構
２０１；捕集ノズル
２０２；吸引口
３００；パーティクル測定装置
３０１；パーティクル測定器
３０２；感知領域
３０５；絶縁部材
３０６；排気管
４００；パーティクル測定装置
４０１；サンプリング吸入口
４０２；パーティクル測定器
４０３；排気機構

Claims (16)

1. 気体中のパーティクルを帯電させ、
   前記帯電させたパーティクルを、電極となる部分を有した２つの筒を、互いの間に絶縁部を介して連結して構成した管に導入し、
   一方の電極には高電圧を、他方の電極には低電圧を印加した状態で前記管内に生じる静電界によって、前記帯電させたパーティクルを前記管の中心軸部分に集束させることを特徴とするパーティクル集束方法。
2. 前記高電圧が印加される電極と、前記低電圧が印加される電極との位置関係は、前記パーティクルをプラスかマイナスかのどちらに帯電させるかによって切り替えることを特徴とする請求項１に記載のパーティクル集束方法。
3. 前記高電圧が印加される電極、前記低電圧が印加される電極は、円筒型、又は平行平板型とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパーティクル集束方法。
4. 気体中のパーティクルを帯電させる帯電装置と、
   前記帯電させたパーティクルが導入され、電極となる部分を有した２つの筒を、互いの間に絶縁部を介して連結して構成した管と、
   一方の電極には高電圧を、他方の電極には低電圧を印加する電圧印加機構と、を具備し、
   前記一方の電極には高電圧を、前記他方の電極には低電圧を印加した状態で前記管内に生じる静電界によって、前記帯電させたパーティクルを前記管の中心軸部分に集束させることを特徴とするパーティクル集束機構。
5. 前記高電圧が印加される電極と、前記低電圧が印加される電極との位置関係は、前記パーティクルをプラスかマイナスかのどちらに帯電させるかによって切り替えることを特徴とする請求項４に記載のパーティクル集束機構。
6. 前記高電圧が印加される電極、前記低電圧が印加される電極は、円筒型、又は平行平板型とすることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のパーティクル集束機構。
7. 請求項４から請求項６のいずれか一項に記載されたパーティクル集束機構の管内に、捕集ノズルを設け、前記パーティクル集束機構によって前記管の中心軸部分に集束されたパーティクルを前記捕集ノズルによって捕集し、気体中のパーティクルを濃縮させた状態で抽出するようにしたことを特徴とするパーティクル濃縮機構。
8. 前記捕集ノズルの内径は、前記管の内径よりも小さく、前記集束されたパーティクルの集束径よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載のパーティクル濃縮機構。
9. 前記管内に流れる気体のうち、前記集束されたパーティクルを含む気体は、前記捕集ノズルにより吸引し、前記捕集ノズルに吸引された以外の気体は、前記捕集ノズルの外表面と前記管の内表面との間から排気することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のパーティクル濃縮機構。
10. 前記捕集ノズルの吸引口は、前記パーティクルが流れる方向に交差する方向に開口が向くように配置されていることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載のパーティクル濃縮機構。
11. 前記捕集ノズルの吸引口は、前記パーティクル捕集機構が備えている絶縁部の下方に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のパーティクル濃縮機構。
12. 前記捕集ノズルは、導電物により構成されていることを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載のパーティクル濃縮機構。
13. 請求項４から請求項６のいずれか一項に記載されたパーティクル集束機構を備え、前記パーティクル集束機構の管の中心軸部分にパーティクルを集束させ、前記パーティクルが集束した部分をパーティクル測定器の測定箇所としたことを特徴とするパーティクル測定装置。
14. 前記パーティクル測定器は、ＩＳＰＭであることを特徴とする請求項１３に記載のパーティクル測定装置。
15. パーティクル測定装置のサンプリング吸入口に、請求項７から請求項１２のいずれか一項に記載されたパーティクル濃縮機構を備えた管を備え、前記パーティクル濃縮機構によって濃縮されたパーティクルを含む気体をパーティクル測定器に導入させ、それ以外の気体はパーティクル測定装置外に排気することを特徴とするパーティクル測定装置。
16. 前記パーティクル測定器は、ＬＰＣ又はＣＮＣであることを特徴とする請求項１５に記載のパーティクル測定装置。