JP2017096827A - パーティクル濃縮機構、パーティクル計測装置、およびパーティクル計測装置を備えた基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】形状の制約が少なく、パーティクルの濃縮率が高いパーティクル濃縮機構を提供する。【解決手段】パーティクルが帯電された状態で気体とともに流れる空間を内部に有する、導電体からなる中空部材101と、中空部材101内の空間に挿入され、中空部材101内の帯電されたパーティクルを捕集する導電体からなるパーティクル捕集ノズル102と、中空部材101とパーティクル捕集ノズル102とを絶縁する絶縁部材103と、中空部材101とパーティクル捕集ノズル102との間に直流電圧を印加する直流電源104とを有し、中空部材101とパーティクル捕集ノズル102との間に直流電圧を印加することにより、中空部材101内の帯電されたパーティクルにパーティクル捕集ノズル102の入口に向かう静電気力が及ぼされ、パーティクルがパーティクル捕集ノズル102内に導かれて濃縮される。【選択図】図1
Description
本発明は、パーティクル濃縮機構、パーティクル計測装置、およびパーティクル計測装置を備えた基板処理装置に関する。
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、これらの工程では、半導体基板に対しこれらの工程を実施するための基板処理装置が用いられている。このような基板処理装置においては、製品の歩留まり向上、および製品の精密度や信頼性向上の観点から、基板処理装置内の発塵を抑えて半導体基板への塵(パーティクル)の付着を極力防止する必要がある。
このため、基板処理装置内のチャンバ内において微細なパーティクルをリアルタイムで計測して管理する技術が求められている。
パーティクルを計測するパーティクル計測器としては、一般に光学式パーティクル計測器が用いられる。光学式パーティクル計測器は、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、パーティクルを計測するものである。
しかし、このような光学式パーティクル計測器により基板処理装置のパーティクルを計測する場合、サンプリング流量が基板処理装置の全排気量に対して非常に小さいため、効率よくパーティクルを計測することが難しい。
これに対して、特許文献1には、気体中のパーティクルを帯電させ、この帯電されたパーティクルを、電極となる部分を有した2つの筒を絶縁部を介して連結して構成された管に導入し、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、管内に生じる静電界によって、帯電されたパーティクルを管の中心軸部分に収束させ、収束されたパーティクルを捕集ノズルにより捕集し、パーティクルを濃縮した状態で抽出する技術が提案されており、これにより効率よくパーティクルを計測することが可能となる。
しかし、特許文献1に開示された技術では、形状に制約があり設置に制限が生じる場合がある。また、上記特許文献1に開示された技術ではパーティクルを比較的高い濃縮率で濃縮することができるものの、さらに高い濃縮率でパーティクルを濃縮してさらに高い効率および精度でパーティクルを計測することが望まれる。
したがって、本発明は、形状の制約が少なく、パーティクルの濃縮率が高いパーティクル濃縮機構およびそのようなパーティクル濃縮機構を備えたパーティクル計測装置を提供することを課題とする。また、そのようなパーティクル濃縮機構を備えたパーティクル計測装置を装備した基板処理装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、パーティクルを含む気体が導かれ、そのパーティクルが帯電された状態で気体とともに流れる空間を内部に有する、導電体からなる中空部材と、前記中空部材内の空間に挿入され、前記中空部材内の帯電されたパーティクルを気体とともに捕集する導電体からなるパーティクル捕集ノズルと、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとを絶縁する絶縁部材と、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加する直流電圧印加手段とを有し、前記直流電圧印加手段により、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加することにより、前記中空部材内の帯電されたパーティクルに前記パーティクル捕集ノズルの入口に向かう静電気力が及ぼされ、前記中空部材中の前記パーティクルが前記パーティクル捕集ノズル内に導かれて濃縮されることを特徴とするパーティクル濃縮機構を提供する。
前記パーティクル捕集ノズルの電圧は、全体に亘って一定であることが好ましい。前記パーティクル捕集ノズルは、管状をなし、前記中空部材と平行に、かつその開口部が前記中空部材中のガスの流れに垂直になるように設けられていることが好ましい。また、前記パーティクル捕集ノズルは、前記中空部材の中心軸に沿うように配置されていることが好ましい。
前記中空部材の内部空間に気体とともに流れる帯電されたパーティクルは負帯電パーティクルであり、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加する構成をとることができる。
本発明の第2の観点は、パーティクルを含む気体が導かれ、そのパーティクルが帯電された状態で気体とともに流れる空間を内部に有する、導電体からなる中空部材と、前記中空部材内の空間に挿入され、前記中空部材内の帯電されたパーティクルを気体とともに捕集する導電体からなるパーティクル捕集ノズルと、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとを絶縁する絶縁部材と、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記パーティクル捕集ノズルに接続され、前記パーティクル捕集ノズルにより捕集されたパーティクルを計測するパーティクル計測器とを有し、前記直流電圧印加手段により、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加することにより、前記中空部材内の帯電されたパーティクルに前記パーティクル捕集ノズルの入口に向かう静電気力が及ぼされ、前記中空部材中の前記パーティクルが前記パーティクル捕集ノズル内に導かれて濃縮され、濃縮された前記パーティクルが前記パーティクル計測器により計測されることを特徴とするパーティクル計測装置が提供される。
上記第2の観点において、前記パーティクル捕集ノズルの電圧は、全体に亘って一定であることが好ましい。前記パーティクル捕集ノズルは、管状をなし、前記中空部材と平行に、かつその開口部が前記中空部材中のガスの流れに垂直になるように設けられていることが好ましい。また、前記パーティクル捕集ノズルは、前記中空部材の中心軸に沿うように配置されていることが好ましい。
上記第2の観点において、前記中空部材の内部空間に気体とともに流れる帯電されたパーティクルは負帯電パーティクルであり、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加する構成をとることができる。
前記中空部材は、基板処理装置の排気流が導入されるようにしてもよい。また、前記基板処理装置はプラズマエッチング装置であり、前記中空部材は負帯電パーティクルが含まれた排気流が導入され、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加するようにすることができる。前記中空部材は、前記基板処理装置の処理容器の一部を構成し、前記排気流が直接流れるようにしてもよいし、前記基板処理装置の処理容器とは別個に構成され、前記処理容器内に挿入されて排気流が導入されるようにしてもよい。
本発明の第3の観点は、内部に被処理基板が収容される処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器を排気する排気機構と、前記排気機構により排気することにより前記処理容器内に形成される帯電されたパーティクルを含む排気流を捕集してパーティクルを計測するパーティクル計測装置とを具備し、前記パーティクル計測装置は、前記排気流が導入され、導電体からなる中空部材と、前記中空部材内の空間に挿入され、前記中空部材内の帯電されたパーティクルを気体とともに捕集する導電体からなるパーティクル捕集ノズルと、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとを絶縁する絶縁部材と、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記パーティクル捕集ノズルに接続され、前記パーティクル捕集ノズルにより捕集されたパーティクルを計測するパーティクル計測器とを有し、前記直流電圧印加手段により、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加することにより、前記中空部材内の帯電されたパーティクルに前記パーティクル捕集ノズルの入口に向かう静電気力が及ぼされ、前記中空部材中の前記パーティクルが前記パーティクル捕集ノズル内に導かれて濃縮され、濃縮された前記パーティクルが前記パーティクル計測器により計測されることを特徴とする基板処理装置を提供する。
上記第3の観点において、前記中空部材は、前記処理容器の排気流が導入されるようにしてもよい。また、前記基板処理装置はプラズマエッチング装置であり、前記中空部材は負帯電パーティクルが含まれた排気流が導入され、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加するようにすることができる。前記中空部材は、前記処理容器の一部を構成し、前記排気流が直接流れるようにしてもよいし、前記処理容器とは別個に構成され、前記処理容器内に挿入されて排気流が導入されるようにしてもよい。
上記第3の観点において、前記処理容器内に被処理基板を載置する載置台が設けられ、前記処理容器は前記載置台の周囲に環状の排気空間を有し、前記排気空間の上に環状のバッフル板が設けられ、前記パーティクル捕集ノズルは、前記バッフル板の上方に前記排気空間に沿って環状に、または複数の管状に設けられ、前記パーティクル計測器に向かって吸引されることにより、前記処理容器内の集塵機能も有するようにすることもできる。
上記第2および第3の観点において、前記パーティクル計測器として、LPNまたはCNCを用いることができる。また、前記中空部材の内部に気体流または排気流を形成するためのポンプの排気能力と、前記パーティクル計測器に前記パーティクルを含む気体を導くためのポンプの排気能力との比により、前記中空部材の内径と前記パーティクル捕集ノズルの内径の比の最大値が決定されることが好ましい。
本発明によれば、直流電圧印加手段により、中空部材とパーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加することにより、中空部材内の帯電されたパーティクルにパーティクル捕集ノズルの入口に向かう静電気力が及ぼされ、中空部材中のパーティクルがパーティクル捕集ノズル内に導かれて濃縮されるので、極めて高いパーティクルの濃縮率を実現することができる。また、中空部材は、内部にパーティクルをともなった気体流が流れるものであればよく、形状に制約がないため、設置の自由度が極めて高い。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
<第1の実施形態>
第1の実施形態では、パーティクル濃縮機構について説明する。
図1は、本発明の第1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。
<第1の実施形態>
第1の実施形態では、パーティクル濃縮機構について説明する。
図1は、本発明の第1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1に示すように、本実施形態に係るパーティクル濃縮機構100は、効率よく高精度でパーティクルを計測するために静電気を利用してパーティクルを濃縮するものである。
このパーティクル濃縮機構100は、パーティクルPを含む気体が導かれ、そのパーティクルPが帯電された状態で気体とともに流れる空間を内部に有する、導電体からなる中空部材101と、中空部材101内の空間に挿入され、中空部材101内の帯電されたパーティクルPを捕集する導電体からなる管状のパーティクル捕集ノズル102と、パーティクル捕集ノズル102の外側を覆い、中空部材101とパーティクル捕集ノズル102を絶縁する絶縁部材103と、中空部材101とパーティクル捕集ノズル102間に直流電圧を印加する直流電源104とを有する。中空部材101とパーティクル捕集ノズル102とは、絶縁部材103により互いに絶縁された、第1の電極および第2の電極を構成する。
中空部材101は、パーティクルPを含む気体が導かれ、そのパーティクルPが帯電された状態で気体とともに流れる空間を内部に有するものであればよく、中空部材101の形状は特に限定されず、管状、環状、容器状等、種々の形状をとることができる。また、中空部材101は独立した部材であってもよいが、基板処理装置の一部を構成するものであってもよい。
例えば、中空部材101として基板処理装置の排気流が導入される部材を挙げることができる。この場合に、中空部材101としては、基板処理装置の排気部に挿入されるものであるか、または排気部そのものを構成するものが好適な例として挙げることができる。基板処理装置の排気部は、基板処理の際に発塵により発生したパーティクルが排気流とともに通過するため、パーティクルの計測に適している。
本実施形態では、静電気を利用してパーティクルを濃縮するものであるので、中空部材101の内部空間に気体とともに導入されたパーティクルPは、帯電した状態で気体とともに流れる。例えば、パーティクル濃縮機構100が適用される基板処理装置がプラズマエッチング装置である場合、チャンバ内の浮遊パーティクルは、プラズマの影響により負帯電されているため、負帯電されたパーティクルがそのまま中空部材101に導入される。このため、特段の帯電装置は不要である。一方、導入されたパーティクルが帯電していない場合は、適宜の帯電手段でパーティクルを帯電させて、中空部材101内を流れるパーティクルを帯電された状態とする必要がある。
パーティクル捕集ノズル102は、中空部材101の内部空間に挿入され、中空部材101内の帯電されたパーティクルPを捕集する。パーティクル捕集ノズル102は、後述するように静電気力でパーティクルを捕集するものであり、例えば管状をなしている。その内径は1〜20mmが好ましく、例えば5mmである。パーティクル捕集ノズル102は、中空部材101よりも細く、中空部材101の気体流量よりも極めて少ない流量、例えば、中空部材101の流量の1/500程度の流量でパーティクルを含む気体を取り込むようになっている。
パーティクル捕集ノズル102は、図1に示すように、中空部材101内の気体の流れに平行に、かつ開口面が気体の流れに垂直に設けられている。このように設けられることにより、パーティクルを取り入れる面積が最大となり、パーティクルが気体の流れの方向に導かれるのでパーティクルを捕集しやすくなる。また、パーティクル捕集ノズル102は、中空部材101の中心軸に沿うように配置されている。これによっても、中空部材101内のパーティクルを捕集しやすくなる。ただし、本実施形態では静電気力でパーティクルを捕集するので、パーティクル捕集ノズル102は必ずしもこのように設けなくともよく、中空部材101内の気体の流れから傾いていても、また開口が流れに垂直でなくても十分にパーティクルを捕集することができる。パーティクル捕集ノズル102の形状は、管状に限らず、種々の形態をとることができる。例えば、中空部材101の形状が管状の場合は、パーティクル捕集ノズル102も上述したように管状が好ましいが、例えば、中空部材101が環状の場合は、パーティクル捕集ノズル102を環状にしてもよい。
直流電源104は、中空部材101とパーティクル捕集ノズル102間に直流電圧を印加するものであり、パーティクルPの帯電極性により電圧の高低が決定される。図1の例では、パーティクルPが負に帯電されており、直流電源104は、パーティクル捕集ノズル102と中空部材101間に、パーティクル捕集ノズル102が高電圧となり中空部材101が低電圧となるように電圧を印加する。本例では、パーティクル捕集ノズル102に正電圧が印加され、中空部材101は接地されている。このときの電位差は100〜3000Vであることが好ましく、パーティクル捕集ノズル102に印加される電圧は、例えば200Vである。
逆に、パーティクルPが正に帯電されている場合は、直流電源104は、パーティクル捕集ノズル102と中空部材101間に、パーティクル捕集ノズル102が低電圧となり中空部材101が高電圧となるように電圧を印加する。
パーティクル捕集ノズル102の外側は絶縁部材103で覆われているため、このように、パーティクル捕集ノズル102と中空部材101間に電圧が印加されると、帯電されたパーティクルには静電気力が作用する。具体的には、図1のように、パーティクル捕集ノズル102が高電圧、中空部材101が低電圧の場合には、中空部材101の空間内の電圧分布は、パーティクル捕集ノズル102の入口部分で急こう配で上昇する。一方、パーティクル捕集ノズル102内の電圧は全体に亘って一定である。したがって、中空部材101の空間内に存在する負帯電パーティクルPには、パーティクル捕集ノズル102の入口部分に向かう静電気力が作用し、パーティクル捕集ノズル102の内部では負帯電パーティクルPには静電気力が作用しない。
図2は、流体解析ソフトウェアによる中空部材101およびパーティクル捕集ノズル102内の電位分布のシミュレーション結果を示す図である。なお、電位分布は中心軸の上下で対称であるから、図2においては、パーティクル捕集ノズル102の中心軸の上半分の領域のみを示している。
ここでは、中空部材101として内側の内径60mm(半径30mm)の管を用い、パーティクル捕集ノズル102として内径5mm(半径2.5mm)の管を用い、パーティクル捕集ノズル102を中空部材101の中心に挿入し、中空部材101を接地(0V)し、パーティクル捕集ノズル102に200Vを印加した場合の結果を示す。
図2に示すように、中空部材101の空間内の静電界の電圧分布はパーティクル捕集ノズル102の入口付近で0Vから200Vへ急こう配で上昇し、パーティクル捕集ノズル102内は200Vで一定であることが示されている。したがって、中空部材101内に存在する負帯電パーティクルには、矢印で示す、パーティクル捕集ノズル102の入口部分に向かう急勾配の静電気力(クーロン力)が作用する。一方、パーティクル捕集ノズル102内は電圧が200Vで一定であるため静電気力が作用しない。
このように負帯電パーティクルに、急勾配でパーティクル捕集ノズル102の入口部分に向かう静電気力が作用するため、中空部材101内の負帯電パーティクルPは、パーティクル捕集ノズル102に向かって流れ、負帯電パーティクルPがパーティクル捕集ノズル102に効率よく捕集され、パーティクル捕集ノズル102内で濃縮される。このとき、中空部材101内を流れる負帯電パーティクルは、静電気力によりほとんど取りこぼしなくパーティクル捕集ノズル102に導かれるため、中空部材101に流れる気体流量と、パーティクル捕集ノズル102に流れる気体流量の比率に応じた高い濃縮率を得ることができる。
このことを、流体解析ソフトウェアによるシミュレーションにより確認した。図3は、流体解析ソフトウェアを用いて本実施形態における負帯電したパーティクルPの流れおよび流速をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、図2の場合と同様、中空部材101を内径が60mmの管状とし、パーティクル捕集ノズルの内径を5mmとして、中空部材101の一方側からN2ガスを500sccmの流量で流し、パーティクル捕集ノズル102へは1sccm流れる場合について解析した。なお、パーティクルの流れおよび流速は中心軸の上下で対称であるから、図3においても、パーティクル捕集ノズル102の中心軸の上半分の領域のみを示している。
図3に示すように、中空部材101内の流量500sccmの気体流の中の負帯電パーティクルは、ほとんどパーティクル捕集ノズル102に向かって流れ、パーティクル捕集ノズル102に流れる1sccmのガス流の中にほとんど取りこぼしなくパーティクルが含まれていることがわかる。また、流速はパーティクル捕集ノズル102の近傍のみで極めて高くなっている。このことから、パーティクルの濃縮率に関し、500倍もの高い値が得られることが示された。
比較のため、特許文献1における手法について流体解析ソフトウェアによる電位分布および負帯電したパーティクルPの流れおよび流速をシミュレーションした結果を図4および図5に示す。特許文献1においては、導電体からなる2つの筒状電極を、絶縁部を介して連結して管状に構成し、負帯電パーティクルの場合、ガスの流れの上流側の第1の電極に低電圧、下流側の第2の電極に高電圧を印加する。ここでは、管の内径を60mmとし、第1の電極に0V、第2の電極に200Vを印加した場合について解析した。管内にガスの流れと平行にパーティクル捕集ノズルを挿入した場合を示す。また、図5では、管内にガスの流れと平行に内径が5mmのパーティクル捕集ノズルを挿入し、図3の場合と同様、管の一方側からN2ガスを500sccmの流量で流し、パーティクル捕集ノズルには1sccmの気体が流れる場合について解析した。なお、電位分布、ならびにパーティクルの流れおよび流速は中心軸の上下で対称であるから、図4、図5においても、パーティクル捕集ノズル102の中心軸の上半分の領域のみを示している。
特許文献1の構造では、図4に示すように、電圧を印加すると、管内には気体の流れの方向に沿って静電界の電位差が生じ、ここに負帯電パーティクルが流れてくると低電圧(0V)の第1の電極に対応する領域では管の中心軸に向かう方向の静電気力(クーロン力)が加わり、高電圧(200V)の第2の電極に対応する領域では、静電気力(クーロン力)の向きが変わり、管の内表面に向くようになる。このため、負帯電パーティクルは、第1の電極と第2の電極との間の絶縁部の領域で収束点をもつようにして集束するようになる。
図5に示すように、管内の負帯電パーティクルの流れは、静電気力(クーロン力)の向きに沿って中心軸に収束し、絶縁部に対応する領域の収束点で集束してから内表面方向に向かって拡散する。図5では収束点付近に入口を持つように内径5mmのパーティクル捕集ノズルを配しており、パーティクル捕集ノズルでパーティクルが濃縮される。特許文献1の手法では、管内に流れる500sccmのN2ガスの中のパーティクルがパーティクル捕集ノズルに濃縮されるが、多少取りこぼしも見られ、その濃縮率は本実施形態よりも低い150倍であった。
このように、本実施形態によれば、中空部材101に流れる気体流量に対し、パーティクル捕集ノズル102でサンプリングする気体流量を調整することで、パーティクルの濃縮率を500倍という特許文献1の手法では得られなかった高い濃縮率を得ることができる。
また、本実施形態では、中空部材101は、内部にパーティクルをともなった気体流が流れるものであればよく、形状に制約がないため、設置の自由度が極めて高い。
さらに、パーティクル捕集ノズル102内は一定の電圧であるから、パーティクル捕集ノズル102内の負帯電パーティクルには静電気力が作用せず、パーティクル捕集ノズル102の内壁にパーティクルが付着し難い。このため、捕集したパーティクルの大部分を計測することができ、計測精度が高い。
さらにまた、電極となる中空部材101とパーティクル捕集ノズル102が近接していないため、絶縁部材103の絶縁破壊が生じ難い。
<第2の実施形態>
第2の実施形態では、第1の実施形態のパーティクル濃縮機構を用いたパーティクル計測装置について示す。
図6は、本発明の第2の実施形態に係るパーティクル計測装置の一例を概略的に示す断面図である。
第2の実施形態では、第1の実施形態のパーティクル濃縮機構を用いたパーティクル計測装置について示す。
図6は、本発明の第2の実施形態に係るパーティクル計測装置の一例を概略的に示す断面図である。
図6に示すように、第2の実施形態に係るパーティクル計測装置300は、第1の実施形態の構成を有するパーティクル濃縮機構100と、パーティクル計測器200とを備えている。図6においては、中空部材101が鉛直に配置され、中空部材101内が排気機構(図示せず)により下方へ排気されるようになっている。そして、排気機構により中空部材101内が排気されることにより、中空部材101の内部空間に上から下へ負帯電パーティクルPを含む気体の流れが形成される。そして中空部材101内に、パーティクル捕集ノズル102が、その先端部が気体の流れに平行に、つまり鉛直になるように挿入されている。ただし、パーティクル捕集ノズル102の先端部は気体の流れに対し傾いていてもよい。
パーティクル捕集ノズル102は、途中で水平になるように屈曲し、中空部材101の壁部を介して中空部材101の外部に延びており、その他端にはパーティクル計測器200が接続されている。そしてパーティクル計測器200の下流側には排気機構(図示せず)が接続されており、この排気機構により中空部材101内のパーティクルがパーティクル計測器200へ導かれるようになっている。
パーティクル捕集ノズル102には直流電源104が接続され、中空部材101は接地されていて、パーティクル捕集ノズル102が高電圧(例えば200V)、中空部材101が低電圧(0V)となっている。また、パーティクル捕集ノズル102の先端から中空部材101の壁部から外部に延出した部分の途中までは、外周が絶縁部材103で覆われている。
サンプリング捕集ノズル102は、中空部材101内における先端からパーティクル計測器200まで、導電体で構成され、一様の電位となっている。これによりパーティクルがサンプリング捕集ノズル102の内壁に付着することが防止され、効率よくパーティクルを計測することができる。ただし、パーティクル計測器200に電圧が印加されることを避けたい場合には、適宜の方法でパーティクル計測器200の近傍で電圧を低下させる方策を講じてもよい。
パーティクル計測器200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)等種々のものを用いることができる。
このようなパーティクル計測装置300は、中空部材101の形状の自由度が高いため、種々の形態で設置することができる。また、パーティクルの濃縮率を高くすることができるので、パーティクルをほぼ取りこぼしなく効率よく計測することができる。
例えば、本実施形態のパーティクル計測装置を基板処理装置の排気部に装着することにより、排気流に含まれるパーティクルを計測することができる。このとき、中空部材101は、基板処理装置における処理容器の一部で構成されていてもよいし、基板処理装置における処理容器の排気部に挿入されていてもよい。いずれの場合も、中空部材101には帯電したパーティクルを含んだ大流量の気体流が形成され、気体が小流量で取り込まれるパーティクル捕集ノズル102には静電気力により大流量の気体流からパーティクルをほぼ取りこぼしなく取り込むことができる。このため、濃縮率が極めて高い状態でパーティクルをパーティクル計測器200に導入することができ、計測効率を極めて高くすることができる。
本実施形態において、中空部材101の内径とパーティクル捕集ノズル102の内径との比を高くすればするほど、パーティクルの濃縮比が大きくなるが、中空部材101に気体流を形成するためのポンプの排気能力にも限界があり、中空部材101に気体流を形成するためのポンプの排気能力と、パーティクル計測器200に接続されたポンプの排気能力との比により、中空部材101の内径とパーティクル捕集ノズル102の内径の比の最大値が決定される。
<第3の実施形態>
第3の実施形態では、第2の実施形態のパーティクル計測装置を有する基板処理装置の例について示す。
第3の実施形態では、第2の実施形態のパーティクル計測装置を有する基板処理装置の例について示す。
(第1の例)
図7は、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の第1の例を概略的に示す断面図である。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の第1の例を概略的に示す断面図である。
本例では、基板処理装置400は、被処理基板である半導体ウエハにプラズマエッチング処理を施すものであり、プラズマエッチング装置として構成される。
基板処理装置400は、半導体ウエハWを収容して、半導体ウエハWにプラズマエッチング処理を施す処理容器401と、処理容器401内で半導体ウエハWを載置する載置台402と、載置台402と対向して処理容器401の天井部に設けられたシャワーヘッド403と、シャワーヘッド403を介して処理容器401内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構404と、処理容器401内を排気する排気機構405と、載置台402に高周波電力を供給する高周波電源406と、パーティクル計測装置410とを備えている。
載置台402には、高周波電源406が整合器407を介して接続されており、下部電極として機能する。また。シャワーヘッド403は、処理ガス供給機構404から処理ガスが供給され、供給された処理ガスを処理容器401内の半導体ウエハWに向けてシャワー状に導入するものであり、接地されて上部電極として機能する。したがって、高周波電源406から下部電極である載置台に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド403との間に高周波電界が形成され、これによって処理容器401内に導入された処理ガスがプラズマ化され、半導体ウエハWにプラズマエッチング処理がなされる。
処理容器401内の載置台402とシャワーヘッド403との間は、半導体ウエハWにプラズマエッチングを行う処理空間411となっている。また、載置台402の周囲にはバッフル板413が設けられており、処理容器401内のバッフル板413の下の空間は排気空間412となっており、排気空間412は筒状の排気部414内に形成されている。排気部414は、排気配管415に接続されており、真空ポンプを有する排気機構405を作動させることにより、処理空間411のガスが排気部414を経て排気される。なお、処理容器401は接地されている。
排気部414内の排気空間412においては、プラズマにより負に帯電した負帯電パーティクルPを含む気体(排ガス)が流れる。
パーティクル計測装置410は、第2の実施形態のパーティクル計測装置300と基本的に同様に構成されており、中空部材101と、パーティクル捕集ノズル102と、絶縁部材103と、直流電源104と、パーティクル計測器200とを有している。中空部材101は、処理容器401の排気部414を含む部分により構成されており、その中には排気機構405により排気されることにより気体の流れが形成される。パーティクル捕集ノズル102の入口部分は、バッフル板413の下方の排気空間に位置している。パーティクル捕集ノズル102は、図示のように管状でもよいが、環状の排気部414に対応して環状であってもよい。パーティクル計測器200には、ポンプを有する排気機構201が接続されており、排気機構201が作動されることにより、パーティクル捕集ノズル102から所定流量で所定の流量で気体が吸引される。
このパーティクル計測装置410により、処理容器401内で発生したパーティクルをリアルタイムでほぼ取りこぼしなく計測することができる。中空部材101には帯電したパーティクルを含んだ大流量の気体流が形成され、気体が小流量で取り込まれるパーティクル捕集ノズル102には静電気力により大流量の気体流からパーティクルをほぼ取りこぼしなく取り込むことができる。このため、濃縮率が極めて高い状態でパーティクルをパーティクル計測器200に導入することができ、計測効率を極めて高くすることができる。
また、第2の実施形態と同様、中空部材101に気体流すなわち排気流を形成するための排気機構405のポンプの排気能力と、パーティクル計測器200に接続された排気機構201のポンプの排気能力との比により、中空部材101の内径とパーティクル捕集ノズル102の内径の比の最大値が決定される。
(第2の例)
図8は、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の第2の例を概略的に示す断面図である。
図8は、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の第2の例を概略的に示す断面図である。
本例の基板処理装置400′は、第1の例の基板処理装置400と基本構成は同じであるが、パーティクル計測装置410の代わりに、パーティクル捕集ノズル102が環状をなし、その入口部分がバッフル板413の上方に位置しているパーティクル計測装置420を設けた点が異なっている。
このようにすることにより、パーティクル計測装置420を、パーティクルの計測だけでなく、集塵装置として運用することもできる。なお、パーティクル捕集ノズル102を環状にする代わりに、管状のパーティクル捕集ノズル102を複数本設けてもよい。
(第3の例)
図9は、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の第3の例を概略的に示す断面図である。
図9は、本発明の第3の実施形態に係る基板処理装置の第3の例を概略的に示す断面図である。
本例の基板処理装置400″は、第1の例の基板処理装置400と基本構成は同じであるが、パーティクル計測装置410の代わりに、中空部材101が処理容器401とは別体として構成されるパーティクル計測装置430を設けた点が異なっている。
すなわち、本例の基板処理装置400″におけるパーティクル計測装置430は、中空部材101として、排気空間412の内部に排気空間に沿って環状に形成され、上部に開口101bを有する先端部材101aと、先端部材101aに接続され、処理容器401の内側の外部に水平に延出する水平部101cと、水平部101cの中央から下方に延びる管状部101dとを有し、管状部101dが排気配管415に接続されている。そしてパーティクル捕集ノズル102は環状部101dに挿入されている。
このように、中空部材101を処理容器401と別体として設けることにより、処理容器401の一部を電極として用いることが不都合である場合にも適用可能となる。
<他の適用>
<他の適用>
以上、本発明をいくつかの実施形態によって説明したが、本発明は、上記実施形態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。
例えば、上記実施形態では、本発明のパーティクル濃縮機構を用いたパーティクル計測装置を基板処理装置としてプラズマエッチング装置に適用し、負帯電パーティクルを濃縮して計測する場合を示したが、これに限らず、成膜装置やアニール装置等、他の基板処理に用いることができる。また、プラズマエッチング装置のように負帯電パーティクルが発生する装置に限らず、正帯電パーティクルが発生する基板処理装置に用いてもよい。また、本発明は、帯電していないパーティクルまたは、正負混在したパーティクルが発生する部分にも適用することができる。この場合には、帯電装置で一方の極性に帯電させた状態のパーティクルが中空部材を流れるようにすればよい。
また、本発明は、基板処理装置に限らず、クリーンルーム等の広い空間のパーティクルの測定に適用することもできる。
100;パーティクル濃縮機構
101;中空部材
102;パーティクル捕集ノズル
103;絶縁部材
104;直流電源
200;パーティクル計測器
300,410,420,430;パーティクル計測装置
400,400′,400″;基板処理装置
101;中空部材
102;パーティクル捕集ノズル
103;絶縁部材
104;直流電源
200;パーティクル計測器
300,410,420,430;パーティクル計測装置
400,400′,400″;基板処理装置
Claims (24)
- パーティクルを含む気体が導かれ、そのパーティクルが帯電された状態で気体とともに流れる空間を内部に有する、導電体からなる中空部材と、
前記中空部材内の空間に挿入され、前記中空部材内の帯電されたパーティクルを気体とともに捕集する導電体からなるパーティクル捕集ノズルと、
前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとを絶縁する絶縁部材と、
前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加する直流電圧印加手段とを有し、
前記直流電圧印加手段により、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加することにより、前記中空部材内の帯電されたパーティクルに前記パーティクル捕集ノズルの入口に向かう静電気力が及ぼされ、前記中空部材中の前記パーティクルが前記パーティクル捕集ノズル内に導かれて濃縮されることを特徴とするパーティクル濃縮機構。 - 前記パーティクル捕集ノズルの電圧は、全体に亘って一定であることを特徴とする請求項1に記載のパーティクル濃縮機構。
- 前記パーティクル捕集ノズルは、管状をなし、前記中空部材と平行に、かつその開口部が前記中空部材中のガスの流れに垂直になるように設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパーティクル濃縮機構。
- 前記パーティクル捕集ノズルは、前記中空部材の中心軸に沿うように配置されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のパーティクル濃縮機構。
- 前記中空部材の内部空間に気体とともに流れる帯電されたパーティクルは負帯電パーティクルであり、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のパーティクル濃縮機構。
- パーティクルを含む気体が導かれ、そのパーティクルが帯電された状態で気体とともに流れる空間を内部に有する、導電体からなる中空部材と、
前記中空部材内の空間に挿入され、前記中空部材内の帯電されたパーティクルを気体とともに捕集する導電体からなるパーティクル捕集ノズルと、
前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとを絶縁する絶縁部材と、
前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
前記パーティクル捕集ノズルに接続され、前記パーティクル捕集ノズルにより捕集されたパーティクルを計測するパーティクル計測器と
を有し、
前記直流電圧印加手段により、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加することにより、前記中空部材内の帯電されたパーティクルに前記パーティクル捕集ノズルの入口に向かう静電気力が及ぼされ、前記中空部材中の前記パーティクルが前記パーティクル捕集ノズル内に導かれて濃縮され、濃縮された前記パーティクルが前記パーティクル計測器により計測されることを特徴とするパーティクル計測装置。 - 前記パーティクル捕集ノズルの電圧は、全体に亘って一定であることを特徴とする請求項6に記載のパーティクル計測装置。
- 前記パーティクル捕集ノズルは、管状をなし、前記中空部材と平行に、かつその開口部が前記中空部材中のガスの流れに垂直になるように設けられていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載のパーティクル計測装置。
- 前記パーティクル捕集ノズルは、前記中空部材の中心軸に沿うように配置されていることを特徴とする請求項6から請求項8のいずれか1項に記載のパーティクル計測装置。
- 前記中空部材の内部空間に気体とともに流れる帯電されたパーティクルは負帯電パーティクルであり、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加することを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載のパーティクル計測装置。
- 前記中空部材は、基板処理装置の排気流が導入されることを特徴とする請求項6から請求項9のいずれか1項に記載のパーティクル計測装置。
- 前記基板処理装置はプラズマエッチング装置であり、前記中空部材は負帯電パーティクルが含まれた排気流が導入され、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加することを特徴とする請求項11に記載のパーティクル計測装置。
- 前記中空部材は、前記基板処理装置の処理容器の一部を構成し、前記排気流が直接流れることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のパーティクル計測装置。
- 前記中空部材は、前記基板処理装置の処理容器とは別個に構成され、前記処理容器内に挿入されて排気流が導入されることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のパーティクル計測装置
- 前記パーティクル計測器は、LPNまたはCNCであることを特徴とする請求項6から請求項14のいずれか1項に記載のパーティクル計測装置。
- 前記中空部材の内部に気体流を形成するためのポンプの排気能力と、前記パーティクル計測器に前記パーティクルを含む気体を導くためのポンプの排気能力との比により、前記中空部材の内径と前記パーティクル捕集ノズルの内径の比の最大値が決定されることを特徴とする請求項6から請求項15に記載のパーティクル計測装置。
- 内部に被処理基板が収容される処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理容器を排気する排気機構と、
前記排気機構により排気することにより前記処理容器内に形成される帯電されたパーティクルを含む排気流を捕集してパーティクルを計測するパーティクル計測装置と
具備し、
前記パーティクル計測装置は、
前記排気流が導入され、導電体からなる中空部材と、
前記中空部材内の空間に挿入され、前記中空部材内の帯電されたパーティクルを気体とともに捕集する導電体からなるパーティクル捕集ノズルと、
前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとを絶縁する絶縁部材と、
前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
前記パーティクル捕集ノズルに接続され、前記パーティクル捕集ノズルにより捕集されたパーティクルを計測するパーティクル計測器と
を有し、
前記直流電圧印加手段により、前記中空部材と前記パーティクル捕集ノズルとの間に直流電圧を印加することにより、前記中空部材内の帯電されたパーティクルに前記パーティクル捕集ノズルの入口に向かう静電気力が及ぼされ、前記中空部材中の前記パーティクルが前記パーティクル捕集ノズル内に導かれて濃縮され、濃縮された前記パーティクルが前記パーティクル計測器により計測されることを特徴とする基板処理装置。 - 前記中空部材は、前記処理容器からの排気流が導入されることを特徴とする請求項17に記載の基板処理装置。
- 前記基板処理装置はプラズマエッチング装置であり、前記中空部材は負帯電パーティクルが含まれた排気流が導入され、前記直流電圧印加手段は、前記中空部材に低電圧を印加し、前記パーティクル捕集ノズルに高電圧を印加することを特徴とする請求項18に記載の基板処理装置。
- 前記中空部材は、前記処理容器の一部を構成し、前記排気流が直接流れることを特徴とする請求項18または請求項19に記載の基板処理装置。
- 前記中空部材は、前記処理容器とは別個に構成され、前記処理容器内に挿入されて排気流が導入されることを特徴とする請求項18または請求項19に記載の基板処理装置。
- 前記処理容器内に被処理基板を載置する載置台が設けられ、前記処理容器は前記載置台の周囲に環状の排気空間を有し、前記排気空間の上に環状のバッフル板が設けられ、前記パーティクル捕集ノズルは、前記バッフル板の上方に前記排気空間に沿って環状に、または複数の管状に設けられ、前記パーティクル計測器に向かって吸引されることにより、前記処理容器内の集塵機能も有することを特徴とする請求項17から請求項21のいずれか1項に記載の基板処理装置。
- 前記パーティクル計測器は、LPNまたはCNCであることを特徴とする請求項17から請求項22のいずれか1項に記載の基板処理装置。
- 前記中空部材の内部に排気流を形成するためのポンプの排気能力と、前記パーティクル計測器に前記パーティクルを含む気体を導くためのポンプの排気能力との比により、前記中空部材の内径と前記パーティクル捕集ノズルの内径の比の最大値が決定されることを特徴とする請求項18から請求項23に記載の基板処理装置。
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