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

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 Download PDF

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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。
特開２０１５−１１４２３０号公報
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。
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。 流体解析ソフトウェアによる本発明の第１の実施形態に係るパーティクル濃縮機構の中空部およびパーティクル捕集ノズル内の電位分布のシミュレーション結果を示す図である。 流体解析ソフトウェアを用いて本発明の第１の実施形態における負帯電したパーティクル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。 流体解析ソフトウェアによる特許文献１における手法についての電位分布のシミュレーション結果を示す図である。 流体解析ソフトウェアによる特許文献１における手法についての負帯電したパーティクル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。 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。 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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＞
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

Claims (24)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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。
  23. 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。
  24. 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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