JP2523711B2 - 微粒子検出器 - Google Patents

微粒子検出器

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    • G01N15/10Investigating individual particles
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 雰囲気ガス中又は真空中の塵埃微粒子を検出するため
の装置に関し、 真空装置内の空間を浮遊する少数の微粒子を効率良く
検出することができる装置を提供することを目的とし、 高反射率を有する凸面鏡と凹面鏡とを対面させて構成
された光学系に、光ビーム又はLEDビームを導入して両
鏡間で多数回反射させて前記鏡の共通の光軸を含む一つ
の平面に沿って実質的に均一な強度分布領域を有するビ
ームのカーテンを形成し、該領域内におけるビームの散
乱光を測定手段内に導入することにより、真空又は雰囲
気ガス中の浮遊微粒子を検出する微粒子検出器を構成す
る。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、雰囲気中の塵埃微粒子を検出するための装
置に関する。特に、真空中にごく僅かに浮遊する微粒子
を精度良く検出することが可能な検出装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の微粒子検出装置は、例えば第9図に示すよう
に、被検査雰囲気中から吸引してサンプリングした空気
を一本のレーザービームLの経路内に導き、含まれてい
た微粒子Pによる該ビームの散乱光の中の特定方向のも
のを集光し、その強度を計測して微粒子の数や大きさに
換算している。これにより、被検査雰囲気の空気清浄度
を管理し、各種の工程の制御に利用している。
一方、最近は、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD
法等の真空雰囲気中での薄膜形成プロセスが半導体や記
憶媒体の製造に応用される例が多くなってきた。これら
の技術における工程管理上の最大の問題点の一つは、製
造工程内での塵埃の付着による製品欠陥の発生の防止に
あり、製品の歩留まり向上のために工程内の無塵化並び
に塵埃微粒子の検出制御に対して多くの努力が行われて
いる。
しかし、被検査雰囲気を積極的にサンプリングしてこ
れをレーザービームの経路内に放出する前述の微粒子検
出法は、当然のことながら真空中で行われる薄膜形成プ
ロセスの場合にはなじまず、しかも真空中での塵埃の微
粒子の数は本来非常に少ないので、一本のレーザービー
ムの経路を横切る微粒子を精度良く捕捉するのに限度が
あり、このやり方は適用不可能である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このため、真空雰囲気中に浮遊する少数の微粒子を広
い検出領域内で効率良く検出することができる装置に対
する要望が強く存在している。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の微粒子検出器に於いては、高反射率を有する
凸面鏡と該凸面鏡に所定距離離して対面し且つその光軸
を前記凸面鏡の光軸に平行に且つ僅かにずらして配置さ
れた高反射率を有する凹面鏡とにより構成された光学系
と、前記凹面鏡の外周の一点から前記凸面鏡及び凹面鏡
の両光軸を含む平面に沿い且つ該光軸に平行して光ビー
ムを入射して前記両鏡間で多数回反射させて光ビームの
カーテンを形成するためのレーザ光源と、前記光ビーム
のカーテンの実質的に均一な強度分布を有する領域の光
が雰囲気中に浮遊する微粒子に当たり反射した散乱光を
集光し、その強度を測定する測定手段とを具備して成る
ことを特徴とする。
〔実施例〕
先ず本発明の基本となる原理について説明する。前述
の第9図に示す1本のレーザービームを用いる検出装置
は検査可能領域が限定されるため、検体数が多く含まれ
ている被検査雰囲気を積極的にその領域に供給してやる
必要がある。前述した通り、本発明の目的とする真空中
における少数の微粒子を検出する場合には、かかる方法
は不適当なので、先ず検査可能領域を拡大して広い範囲
のいずこにおいても精度よく微粒子の検出を行えるよう
にする必要がある。
本発明者の研究によれば、第1図に示すように凸面鏡
1と凹面鏡2とをその光軸X1,X2を実質的に一致させて
所定の距離を隔てて互いに対面させ、光軸から離れた位
置から光軸に平行にレーザービームLを入射して両鏡間
で多数回反射させてビームのカーテンCを形成させた場
合のシミュレーション計算によれば、この両鏡の中央位
置におけるカーテンの光強度は光軸の近傍において重畳
されて初めのビームの強度の数百倍にも達し、その周辺
においては急激に強度が減少することが判明した。この
場合、ビーム内の光の強さはガウス分布に従うものと仮
定し、その標準偏差σは2σが4mmに一致するものとし
てシミュレーション計算を行った。この例によれば、光
強度のピークが光軸近傍に出現して、全体として均一な
検査領域を形成しない。これを第2図のグラフに示す。
しかし、両鏡の光軸を僅かにずらすと、そのずらし量
に応じて光強度のピークは急激に減少してくるが、その
代わりその周辺領域における光強度との差異は小さくな
り、全体として比較的に広範囲にわたって光強度の安定
した領域が得られることが判明した。この状態を第3図
に示す。
この安定領域における光強度の差は鏡の反射率に大き
く依存し、反射率が余り高くない適当な値、例えば98%
程度以下の場合には、全体として均一な光強度が得られ
ることが判明した。一例においては、光軸のずらし量を
400μmとし、反射率96%の鏡を使用した場合、光軸を
中心として半径15mmの領域内での光強度の差を30%以内
に抑えることができた。但し、反射率は少なくとも90%
より大きいことが必要であり、これ以下の場合には、反
射の繰り返しによる光強度の低下が著しく、実用に耐え
ないことが判明している。
第4図は、この原理に基づく本発明の微粒子検出器の
概略斜視図を示す。誘電体多層膜を反射膜として用いた
半径900mmの凸面鏡1と半径1000mmの凹面鏡2とを対面
させ、その光軸を前述のように僅かにずらして、広い範
囲の均一光強度領域が得られるように調整された光学系
からなり、この上方には、780nmの波長のビームを発射
する半導体レーザー3が設置され、この光学系にビーム
Lを供給している。該ビームLは両鏡1,2間で多数回反
射されて両者間にビームのカーテンCを形成する。カー
テンCの側方には集光器4が設置され、光ファイバ束5
等を介して微粒子による散乱光を高真空雰囲気に保持さ
れた光学系から外に取り出す。第5図に示すように、光
ファイバ5束は屈曲自在な気密性の金属性チューブ11で
密閉されており、光学系を収容している真空槽の外壁12
に気密性を保ちながら固定され、その終端は測定装置6
(第6図)に接続されている。
被検出微粒子PがカーテンCの領域内に存在している
場合には、ビームLは該微粒子Pによって散乱せしめら
れ、その特定方向を指向する一部は前記集光器4によっ
て集められ、前記測定装置6において光電子増幅管7に
よって信号処理されて、制御装置(図示しない)に微粒
子サイズ及び数を示す指標として集計される。前記光電
子増幅管7に導入される直前に、散乱光は、例えば誘電
帯多層膜を有する多数のガラス板で構成された±10Å程
度の通過域を有するフィルタ8によって、元のレーザー
ビームLの狭い波長帯域の成分のみ限定されることが望
ましい。なぜならば、集光器4には、微粒子によって散
乱された基本となるレーザービーム以外の波長成分、例
えばこの微粒子検出器の近傍で行われている薄膜形成の
ために発生する光等の外乱が混入されている可能性があ
り、このために得られた信号のS/N比が低下することの
リスクを防止する必要があるからである。このようにす
れば、S/N比は100倍以上に改善され、真空中の清浄度を
充分に管理することが可能となる。
又、スパッタリング等の薄膜形成工程から発生する原
子等が、レーザービームを反射させるための凸面鏡1や
凹面鏡2、並びに半導体レーザー3の放射口等を汚染す
ると、微粒子検出の精度が低下するので、これを防止す
るために、本発明においては主要な光学系を被覆するた
めに、第7図に示すようなハウジング9を設け、装置本
体を該ハウジング9内に収納し、更に該ハウジング9内
に不活性ガスを導管10から常時導入している。この状態
を第8図に示す。即ち、スパッタされた原子の挙動を考
えると、先ず雰囲気中の気体原子と衝突してその進路を
変更するが、その際に付近に壁面があるとこれに衝突し
てこれに付着する傾向がある。従って、鏡の近傍の気体
圧力を高め、且つハウジングの壁面を設けておくことに
よって、スパッタ原子を積極的に壁面に付着させて鏡面
の汚染を防ぐことが可能となる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、真空雰囲気下の少数の塵埃微粒子の
管理を行うのに、レーザービームを、適度な関係位置に
設置した凹凸両面鏡の間で多数回繰り返して反射させる
ことによって、均一な光強度領域を有するビームのカー
テンを形成し、該領域を用いて精度の高い微粒子検出を
可能にしたものである。
本発明の好適例によれば、光学系は不活性ガスの充填
されたハウジング内に収納されているので、スパッタリ
ング製膜工程にこれを応用した場合にも、汚染されるこ
となく活用可能である。
又、散乱光は特定帯域の波長のみを透過させるフィル
タを通じて測定装置に導入されるので、常に高いS/N比
を以て検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の原理を示す光学経路図、 第2図は、第1図の原理に基づくビームカーテンの光強
度の分布図の一例(未調整の場合)、 第3図は、本発明に好適に調整されたビームカーテンの
光強度の分布図の例、 第4図は、本発明の微粒子検出器の概略斜視図、 第5図は、本発明に使用される光ファイバ束を真空槽外
に取り出すための構成を示す断面図、 第6図は同じく測定装置の一例の断面図、 第7図は、本発明の好適例にかかるハウジングの概略斜
視図、 第8図は、第7図のハウジング内に収容された検出装置
の概略斜視図、 第9図は、従来の微粒子検出器の概略斜視図である。 1……凸面鏡、2……凹面鏡、3……レーザー源、4…
…集光器、5……光ファイバ束、6……測定装置、7…
…光電子増倍管、8……フィルタ、9……ハウジング、
10……導管、P……微粒子、L……レーザービーム、C
……カーテン。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高反射率を有する凸面鏡(1)と該凸面鏡
    (1)に所定距離離して対面し且つその光軸を前記凸面
    鏡(1)の光軸に平行に且つ僅かにずらして配置された
    高反射率を有する凹面鏡(2)とにより構成された光学
    系と、前記凹面鏡(2)の外周の一点から前記凸面鏡
    (1)及び凹面鏡(2)の両光軸を含む平面に沿い且つ
    該光軸に平行して光ビーム(L)を入射して前記両鏡間
    で多数回反射させて光ビームのカーテン(C)を形成す
    るためのレーザ光軸(3)と、前記光ビームのカーテン
    (C)の実質的に均一な強度分布を有する領域の光が雰
    囲気中に浮遊する微粒子に当たり反射した散乱光を集光
    し、その強度を測定する測定手段(6)とを具備して成
    ることを特徴とする微粒子検出器。
  2. 【請求項2】前記光学系を構成する凸面鏡(1)及び凹
    面鏡(2)の反射率がそれぞれ90〜98%の間で選択され
    ている特許請求の範囲第1項に記載された微粒子検出
    器。
  3. 【請求項3】前記光学系が実質的に密閉された構造をと
    るハウジング(8)内に収納され、該ハウジング(8)
    内には不活性ガスが封入されている特許請求の範囲第1
    項又は第2項に記載された微粒子検出器。
  4. 【請求項4】前記散乱光を、前記光ビームの波長帯域の
    光のみを透過させるフィルタ(9)を通じて前記測定手
    段に導入する特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか
    1項に記載された微粒子検出器。
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