JP4593243B2 - 気中粒子監視装置および真空処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、いわゆるクリーンルーム等の主として半導体製造プロセス内等真空処理装置内に配設されて、気流中における粒子（パーティクルと称される塵埃等）の大きさや数を監視する気中粒子監視装置と、この気中粒子監視装置を備えた真空処理装置に関し、詳細には、粒子によって散乱した光の強度に応じて粒子の大きさを求める気中粒子監視装置の改良に関する。

従来より、例えば半導体プロセス内においては、パーティクルが高レベルで除去されているとともに、残存しているパーティクルの数やその大きさ等が常に監視されている。

このようなパーティクルの監視を行うものとして、気中パーティクルカウンタ（気中粒子監視装置）が知られている。気中パーティクルカウンタは、例えば半導体プロセスにおけるプロセス装置の排気部などに設置される。

そして、この排気部に流れ込むプロセス内の気流が、シート状（帯状）に形成された光ビーム（光束）を貫通するときに、気流にパーティクルが含まれていれば、このパーティクルによって散乱光が生じるため、この散乱光を検出することによって、パーティクルの存在を検出することができる（特許文献１）。

また、検出される散乱光の強度は、パーティクルの大きさと所定の関係を有していることが知られているため、予め、パーティクルの大きさと検出される散乱光の強度との対応関係を、実験的に求めておくことにより、実使用の場面において、検出された散乱光強度に基づいて、パーティクルの大きさを求めることができる。

さらに、気中パーティクルカウンタは、このように弁別されたパーティクルの大きさごとに、パーティクルの数を計数することにより、プロセス内の清浄状態を監視している。

なお、パーティクルの大きさと検出される散乱光の強度との対応関係を予め求める際には、大きさが既知のテスト用粒子（ＰＳＬ（Polystyrene Latex）粒子）が用いられる。
特開２０００−１４６８１９号公報

ところで、上述した従来の気中パーティクルカウンタによって形成される帯状の光ビームは、その帯の幅方向についての投射光強度分布が均一ではない。すなわち、光源としてレーザ光源を用いたものでは、この帯の幅方向についての投射光強度分布はガウス分布を呈し、また、投射光学系にマルチモードファイバを用いて導光するものでは、ガウス分布を呈しつつも伝搬特性は基本モード（ＴＥＭ00）ではなくマルチモードを呈する。

そして、従来の気中パーティクルカウンタは、これらいずれのものであっても、光ビームの幅方向中心部が最も強い光強度を示し、光ビームの中心から幅方向の両縁部に近づくにしたがい光強度は低下している。

したがって、パーティクルが帯状の光ビームの幅方向中心部を通過したときに得られる散乱光強度と、パーティクルが帯状の光ビームの幅方向縁部近くを通過したときに得られる散乱光強度とでは、例えパーティクルの大きさが同一であっても異なる値となり、幅方向中心部を通過したときに得られる散乱光強度の方が、幅方向縁部近くを通過したときに得られる散乱光強度よりも強くなる。

このため、検出された散乱光強度に基づいて、パーティクルの大きさを求めるに際しても、相当量の誤差を含んでいることが懸念される。

また、パーティクルの大きさと検出される散乱光強度との対応関係を予め求めておく際には、同一サイズのテスト用粒子を用いて繰り返し散乱光強度を検出し、あるいは、同一サイズの多数のテスト用粒子を用いて散乱光強度をそれぞれ検出して、検出された散乱光強度の度数分布に基づいて、当該サイズに対応した散乱光強度を決定するが、前述した散乱光強度の、パーティクル通過位置依存性の影響を受けて、度数のピークが判然としにくく、粒子の大きさと散乱光強度との対応関係を、精度よく設定することができない、という問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、検出される散乱光強度が、気流通過領域における粒子の通過位置に応じて変動するのを防止または低減して、粒子の大きさの検出精度を向上させることができる気中粒子監視装置を提供することを目的とするものである。

また、半導体プロセス等に用いられる真空処理装置においては、上述した気中粒子を適切に監視することが特に重要であり、本発明の他の目的は、上記目的を達成する気中粒子監視装置を備えた真空処理装置を提供することにある。

本発明に係る気中粒子監視装置は、気流が通過する帯状の光束において、その帯の幅方向について光強度分布が略均一分布となるように設定されて、光強度の位置依存が防止され、または位置依存性が低減されて、検出された散乱光強度と粒子の大きさとの相関性を向上させたものである。

すなわち、本発明に係る第一の気中粒子監視装置は、所定強度の光を出射する光源と、この光源から出射した光を帯状の光束とし、所定の気流がこの帯状の光束を貫通するように、この帯状の光束を所定の気流の流路上に導光する投射光学系と、光の強度を検出する光検出手段と、気流中に含まれて光束を貫通した粒子による散乱光を、光検出手段に導く検出光学系と、光検出手段によって検出された散乱光の強度に基づいて、光束を貫通した粒子の大きさを求めるとともに、所定時間に光束を貫通した粒子の数を計数する粒子検出手段とを備えた気中粒子監視装置において、前記光源は少なくとも２つの光源からなり、前記投射光学系は前記各光源から出射された光束をそれぞれ開き角の小さい複数の光束に分割するとともに、互いに異なる光源から出射され分割された光束が隣接されるように、かつこれら隣接した分割光束の一部同士を重ね合わせることにより、前記帯状の光束の光強度が、該帯の幅方向について略均一分布となるように設定されていることを特徴とする。

ここで、所定の気流とは、例えば、クリーンルーム等半導体プロセスでは、プロセス装置の排気部から排気される際の気流など、主として一定方向に流れる（逆流しない）気流である。

光束の帯の幅方向についての光強度（投射光強度）の略均一性は、少なくとも気流が貫通する範囲（気流通過領域）について略均一であればよく、光束の幅方向の端縁まで正確に均一であることは必要ではない。

また、この投射光強度の均一性は、例えば、複数の光束の一部同士を重ね合わせること等によって得ることができる。この際、複数の光束は、複数の光源からそれぞれ各別に光束を同時に出射させることによって得ればよい。

ただし、出射光束が可干渉性の強いレーザ光束である場合には、単一の光束を分割することによって得られた光束（分割光束）は、位相が揃って干渉する場合があり、これら分割光束の一部同士を重ね合わせることによる不都合が生じる虞がある。

そこで、そのような可干渉性の強い光束を用いる場合には、例えば２つの光源から各別に出射した各単一の光束をそれぞれ分割して、同一の光源から出射された分割光束同士が隣接しないように、互いに異なる光源から出射した分割光束同士を隣接させつつ、それらの一部同士を重ね合わせるようにすればよい。

また、投射光学系によって、複数の光束の一部同士を互いに重ね合わせるものでは、複数の光束を、この光束の数と同数のレンズにより各別にコリメートし、気流通過領域と、この複数のレンズとの間の距離を長く確保して、各光束をデフォーカスさせることによって、光束の一部同士を重ね合わせてもよいし、複数の光束を、単一のレンズの異なる部分（レンズの光軸に直交する半径方向の異なる部分）を通過させて、それぞれ開き角の小さい光束とし、光源と気流通過領域との間の距離や、この単一レンズと気流通過領域との間の距離を調整することにより、光束の一部同士を重ね合わせてもよい。

このように構成された気中粒子監視装置によれば、気流通過領域における帯状の光束の幅方向（帯の幅方向）について、その投射光強度が略均一であるため、粒子が、この気流通過領域における幅方向の任意の位置を通過した場合においても、その通過した粒子によって検出される散乱光の強度は、その粒子の大きさが一定であれば、常に略一定の値となる。なお、光の進行方向についての投射光強度が略均一であると見なすことができるのは、従来と同じである。

よって、この気流通過領域において検出される散乱光強度の、通過位置（光の進行方向位置および帯状の幅方向位置）依存が防止され、またはその依存性が低減されるため、検出される散乱光の強度と通過する粒子の大きさとの相関性を高めることができ、検出された散乱光の強度に基づいて、帯状の光束を通過した粒子の大きさを、精度よく求めることができる。

さらに、通過する粒子の大きさごとに、その数を計数するに際しても、粒子の大きさの弁別精度が高いため、粒子の大きさごとの数を精度よく計数することができる。

なお、上述した光束は、指向性に優れる点で、レーザビームであることが好ましい。以下、本発明の各気中粒子監視装置においても同様である。

本発明の気中粒子監視装置においては、光源を、複数の光束を少なくとも一次元状に配列して出射する光源とし、投射光学系を、帯状の光束の幅方向についての光強度の分布が略均一となるように、光源から出射された複数の光束の一部同士を重ね合わせるもの、とするのが好ましい。

ここで、複数の光束の配列方向は、気流通過領域において、帯状光束の幅方向に対応するように配列されていることを要する。また、光束の一部同士の重合わせは、この配列方向に関して重ね合されることを意味する。なお、複数の光束は、単一の光源から出射されてもよいし、複数の光源からそれぞれ出射されてもよい。

このように構成された気中粒子監視装置によれば、光源が、複数の光束を一次元状に配列して出射し、投射光学系が、この出射された各光束の一部同士を重ね合わせることによって、帯状の幅方向についての投射光強度が略均一な光束を、容易に形成することができる。

また、本発明の気中粒子監視装置においては、投射光学系を、光源から出射された複数の光束のそれぞれを各別に導光させる、光束の数に対応した複数の光学系を備えたものとすることが好ましい。

このように構成された気中粒子監視装置によれば、各光束ごとに対応して光学系が備えられているため、光源から出射した光束ごとのばらつきを個別に調整することができ、気流通過領域における投射光強度の均一性を得るための調整を行い易い。

また、本発明の請求項１に係る気中粒子監視装置においては、前記光源は、少なくとも２つの光源からなり、前記投射光学系は、前記各光源から出射された光束をそれぞれ複数の光束に分割するとともに、互いに異なる光源から出射された分割光束（光束を分割することによって得られた光束）を隣接させて、これら分割光束の一部同士を重ね合わせて、前記帯状の光束の、該帯の幅方向についての光強度の分布を略均一とするのが好ましい。

このように構成された気中粒子監視装置によれば、光源から出射される光束が可干渉性の強いレーザ光束等であっても、各光源から出射した光束間での干渉は生じにくいため、２以上の各光源から各別に出射した各単一の光束を、投射光学系によってそれぞれ分割して、同一の光源から出射された分割光束同士が隣接しないように、互いに異なる光源から出射した分割光束同士を隣接させつつ、それらの一部同士を重ね合わせることにより、干渉の問題を回避しつつ、気流通過領域における投射光強度の均一性を得ることができる。

また、各光源は単一の光束を出射するものであればよいため、それぞれ複数の光束を出射する光源よりも低コストで調達することができ、製造コストの面で有利である。

また、本発明の気中粒子監視装置においては、粒子検出手段は、気流通過領域を通過する粒子の大きさと光検出手段によって検出される散乱光強度との対応関係が予め記憶された記憶手段を備え、記憶手段に記憶された対応関係は、大きさが既知の複数のテスト用粒子を、気流通過領域を順次通過させ、各テスト用粒子が気流通過領域をそれぞれ通過したときの散乱光の光強度を前記光検出手段により各別に検出し、光検出手段により検出された光強度の頻度分布を求め、頻度分布に基づいて粒子の大きさとこの大きさの粒子による散乱光の検出光強度との対応関係を求め、同様に、気流通過領域を通過させるテスト用粒子を、他の既知の大きさのテスト用粒子に変更した上で粒子の通過による散乱光の強度を検出して、他の大きさと散乱光の検出光強度との対応関係を求めることにより、規定されたものとするのが好ましい。

このように構成された気中粒子監視装置によれば、粒子検出手段が備えた記憶手段に、粒子の大きさと散乱光強度との対応関係を規定する参照テーブル（ルックアップテーブル）、または粒子の大きさを弁別する強度の閾値等が記憶されているため、実使用の際には、検出された散乱光強度に基づいて、この記憶手段に記憶された対応関係を参照することにより、その検出された散乱光強度に対応する粒子の大きさを特定することができる。

ここで、記憶手段に記憶された対応関係は、大きさが既知のテスト用粒子を多数用いて、散乱光強度の度数分布（ヒストグラム）を得、この度数分布に基づいて、例えば最多度数を示した散乱光強度をその大きさに対応付け、またはこの最多度数の８０％以上の度数に対応した散乱強強度を抽出して、それら抽出された散乱光強度と対応度数との積を算出し、その積を対応度数の総計で除算して得られた加重平均の散乱光強度を、その大きさに対応付ける等して、当該大きさと散乱光強度との対応付けがなされるが、この予め行われる散乱光強度の検出の際にも、気流通過領域における光強度の分布が均一であるため、大きさが同一である多数のテスト用粒子の通過によって検出される散乱光強度は略一定となり、上述した度数分布は、特定の散乱光強度に度数が集中した分布を呈する。

したがって、粒子の大きさに対応する散乱光強度を一義的に特定するのが容易であるとともに、精度よく特定することができる。

よって、このように精度よく規定された対応関係に基づいて、実使用時の粒子の大きさが求められるため、確度、精度の高い粒子サイズ（大きさ）を求めることができる。

また、本発明に係る真空処理装置は、容器の内部に配置される被処理体に対して、所定の真空雰囲気中で処理を施す真空処理装置において、上述した本発明の請求項１から６のうちいずれか１項に係る気中粒子監視装置を備えたことを特徴とする。

ここで、真空処理装置としては、例えば、エッチング装置や、スパッタ装置、熱ＣＶＤ装置などが代表的なものであるが、半導体処理プロセス等において使用される各種の真空処理装置、例えば、特開２００３−２２９４１７号公報、特開２０００−０７７３９５号公報等において開示されたプラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、ＲＴＰ（ラピット・サーマル・プロセス）装置、アニール装置、アッシング装置、酸化膜装置、熱処理装置等も含まれる。

なお、真空処理装置の、上記気中粒子監視装置を除いた具体的な構成としては、例えば、真空引き可能になされた処理チャンバ（容器）と、処理チャンバの内部に配設されて、上述したエッチング処理やスパッタ処理等所定の処理の対象とされる被処理体（例えば、半導体ウエハ、若しくはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）基板、ＦＰＤ（Flat Panel Display）基板などで用いるガラス基板等であってもよい。）を載置する載置台と、処理チャンバの内部に、上記所定の処理のために必要なガスを供給するガス供給手段と、処理チャンバ内の雰囲気を真空状態（完全な真空状態のみを意味するものではなく、大気圧よりも低い、上記処理に適した低圧状態であればよい。）とする（真空引き）真空ポンプを有する排気系とを備えた構成などを適用することができる。

そして、このような構成の真空処理装置に備えられた上記本発明に係る気中粒子監視装置は、投射光学系が、光源から出射された光束を帯状の光束としつつ、上記排気系の流路を通過する気流に向けて導光するように、配設される。

ここで、真空チャンバ内は非常に低圧状態であるが、排気系が真空引きすることによって、気流は生じるため、上述した気中粒子監視装置は真空チャンバ内の「気流中の粒子」を監視することは可能である。また、真空処理装置による上記所定の処理が施されている期間中は、ガス供給手段によって真空チャンバ内に、所定のガスが導入されており、この所定のガスが、排気系の流路を通過するため、このガス流が、監視対象の気流となる。

なお、本発明に係る真空処理装置は、備えられた気中粒子監視装置による監視結果に基づいて、真空処理装置の動作を制御する制御装置をさらに備えるものとするのが好ましい。気中粒子監視装置の監視結果に基づいて、制御装置が、真空処理装置の動作内容を変更したり、運転自体を停止する等の制御を行うことによって、気中粒子監視装置による監視結果を適切に反映した運転状態を実現することができるからである。

この制御装置は、真空処理装置が、ガス供給手段や排気系の動作を制御する目的で従来より備えている制御手段に、上記監視結果に基づく動作制御機能を付加して実現するものであってもよいことは言うまでもない。

このように構成された本発明に係る真空処理装置によれば、本発明に係る気中粒子監視装置を備えているため、係る気中粒子監視装置によって奏される作用、発揮される効果をそのまま享受することができ、気中粒子の検出精度の向上に伴って、真空処理装置による処理を、より適切なものとすることができる。

なお、真空処理装置は、大別して、被処理体に対して処理ガスによるプロセス処理を行う処理チャンバと、この処理チャンバ内の大気や処理ガスを排気する排気系とにより構成され、この排気系を流れる排気ガス（気流）中のパーティクルのサイズを計測するとともに、その数量を計数する気中粒子監視装置（パーティクルカウンタ）が設けられている。

この気中粒子監視装置は、本体部と、本体部の動作を制御する制御・処理部（例えば、コントローラ）とを備えている。この制御・処理部は、真空処理装置における制御部に組み込まれていてもよいし、この制御部とは別体としてもよい。

真空処理装置のシステムコントローラは、真空処理装置および気中粒子監視装置の動作を制御し、真空処理装置による被処理体としての半導体ウエハ等基板を、真空処理装置の内部に搬入する動作から、外部に搬出する動作までの処理工程全体の制御を行う。

また、真空処理装置に、装置内部のパーティクルを除去するクリーニング処理を施す場合には、気中粒子監視装置による監視結果（例えば、検出されたパーティクルの数量、パーティクルの大きさ）が、真空処理装置の制御部に入力され、入力された監視結果は、ＡＰＣ制御系（図示せず）により、数学的統計処理等による分析、解析がなされて、処理プロセスに応じたクリーニング処理条件が算出される。

そして、ＡＰＣ制御系は、算出されたクリーニング処理条件に応じたパーティクルの除去動作を決定し、この決定内容が制御部に出力され、制御部は、この決定内容の指令を受けたとき、パーティクルの除去動作を終了するように制御する。

制御部は、ＡＰＣ制御系によるクリーニング処理終点の信号を受けて、例えば、ガス供給手段のガス開閉弁の開閉動作や、高周波の印加停止タイミングを制御するようにしてもよい。

制御部は、真空処理装置の全体の動作を制御するものであるが、ネットワークを介して、ホストサーバーコンピュータやＡＰＣ制御系に結合し、統計的工程管理を行うことが可能である。

なお、予め制御用のパラメータを組み込んだ制御系を設けても良い。これらのパラメータとしては、膜圧計測、圧力計、処理ガス濃度、処理ガス成分、膜質計測、ＣＤ計測等のＩＭ（Integrated Metrology）手段を、処理装置内部、若しくは半導体生産ラインのベイ内に少なくとも１つ設け、最適な処理プロセス（半導体プロセス）も行うことができる。

ここでは、クリーニング処理中における気中粒子監視装置の動作について説明したが、同様に処理プロセス前の処理室内の清浄度検出や、プロセス処理中のパーティクル監視等においても、使用することが可能である。

そして、プロセス処理中においては、このパーティクル数が、略数個程度まで減少した時点が、略ジャストエッチ時点となるので、この時点を自動的に検出し、検出された時点に基づいて、プロセス処理の終点を決定することが可能である。

本発明に係る気中粒子監視装置によれば、気流が通過する帯状の光束の幅方向（帯の幅方向）について、その投射光の強度が略均一であるため、この幅方向の任意の位置を粒子が通過した場合においても、その通過した粒子によって検出される散乱光の強度は略一定の値となる。すなわち、検出される散乱光強度の、幅方向の通過位置依存を防止し、またはこの通過位置依存性を低減することができる。

また、光の進行方向についての光の強度分布は、従来より均一であると見なすことができる。

したがって、気流が通過する範囲における光の強度分布は、光の進行方向、帯状の幅方向ともに略均一である。

よって、この帯状の光束を粒子が通過することによって検出される散乱光強度の、通過位置（光の進行方向位置および帯状の幅方向位置）依存が防止され、またはその依存性が低減されるため、検出される散乱光の強度と通過する粒子の大きさとの相関性を向上させることができ、検出された散乱光の強度に応じて、帯状の光束を通過した粒子の大きさを、精度よく求めることができる。

また、本発明に係る真空処理装置によれば、気中粒子の検出精度の向上に伴って、真空処理装置の処理を、より適切なものとすることができる。

以下、本発明に係る気中粒子監視装置および真空処理装置の最良の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の気中粒子監視装置の一実施形態であるパーティクルカウンタ１００の概略構成を示す図である。

図示のパーティクルカウンタ１００は、外部空間から区画された半導体プロセス２００の内部に配置され、一次元状に配列された１０本のレーザ光束Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌ１０を出射するレーザ光源１０と、このレーザ光源１０から出射した一直線上に並ぶ１０本の光束Ｌ１，…，Ｌ１０を、全体として１本の帯状（帯の幅方向ｄ）の光束Ｌ０とし、半導体プロセス２００におけるプロセス装置の排気口２１０に向かって流れる気流Ａがこの帯状の光束Ｌ０を、幅方向ｄに略直交して貫通するように、この光束Ｌ０を気流Ａの流路上に導光する投射光学系２０と、光の強度を検出する受光器４０（光検出手段）と、気流Ａ中に含まれて光束Ｌ０を貫通したパーティクルＪ（粒子）によって、光束Ｌ０の進行方向に対して所定の角度（１８０°の整数倍以外の角度）方向に散乱した散乱光Ｋを、受光器４０に導く検出光学系３０と、受光器４０によって検出された散乱光Ｋの強度に基づいて、光束Ｌ０を貫通したパーティクルＪの大きさを求めるとともに、所定時間（時間間隔）に光束Ｌ０を貫通したパーティクルＪの数を、パーティクルＪの大きさごとに計数する粒子検出手段５０とを備え、この粒子検出手段５０は、帯状の光束Ｌ０において気流Ａが貫通
する領域（以下、気流通過領域という。）Ｒを通過するパーティクルＪの大きさと、受光器４０によって検出された散乱光Ｋの強度との対応関係が予め記憶されたメモリ５１（記憶手段）を有している。

ここで、投射光学系２０は、帯状の光束Ｌ０の光強度が、気流通過領域Ｒにおいて、その帯の幅方向ｄについて略均一分布となるように、レーザ光源１０から出射された１０本のレーザ光束Ｌ１，…，Ｌ１０の一部同士を重ね合わせるように構成されている。具体的には、１０本のレーザ光束Ｌ１，…，Ｌ１０を、投射光学系２０の一部を構成する単一のレンズの異なる部分（レンズの光軸に直交する半径方向の異なる部分）を通過させて、それぞれ開き角の小さい光束とし、レーザ光源１０と気流通過領域Ｒとの間の距離や、この単一レンズと気流通過領域Ｒとの間の距離を調整することにより、各レーザ光束Ｌ１，…，Ｌ１０の一部同士を重ね合わせるものとして、投射光学系２０が構成されている。

ここで、帯状の光束Ｌ０の、この光束Ｌ０の進行方向に直交する仮想面Ｔによる切断面Ｓにおける、幅方向ｄについての光強度分布は、図３（ａ）に示すように、略均一の強度Ｐ１を呈している。、すなわち、幅方向ｄの中心部においても、中心から距離Ｄだけ離れた部分においても、強度は、いずれもＰ１とされ、位置に依存しない強度分布である。

この光束Ｌ０は、単独ではそれぞれ図２（ｂ）に示すガウス分布を呈する各レーザ光束Ｌ１，…，Ｌ１０を、切断面Ｓにおいて同図（ａ）に示すようにそれらの一部同士を重ね合わせることによって、切断面Ｓにおいて見かけ上は同図（ｃ）に示す輪郭を有し、同図（ｄ）（図３（ｂ）と同じ）に示すように、幅方向ｄの位置を対応させて加算した強度分布を呈する。なお、図３（ｂ）に示した光強度分布は、従来のパーティクルカウンタによる気流通過領域Ｒにおける投射光強度分布であり、単一の光束によって形成された投射光であるため、図示の如くガウス分布を呈している。したがって、幅方向ｄの中心部での強度はＰ２であるが、中心から距離Ｄだけ離れた部分での強度は、Ｐ２よりも大幅に小さいＰ３となり、位置依存性が大きい。

粒子検出手段５０は、受光器４０によって検出された散乱光Ｋの強度に基づいて、光束Ｌ０を貫通したパーティクルＪの大きさを求めるが、このパーティクルＪの大きさの求め方は、以下の作用によるものである。

すなわち、メモリ５１には、気流通過領域Ｒを通過するパーティクルＪの大きさと、受光器４０によって検出された散乱光Ｋの強度との対応関係が予め実験的に求められて、この求められた対応関係が参照テーブルとして、または所定の大きさ範囲を弁別するための閾値として記憶されているため、粒子検出手段５０が、検出された散乱光Ｋの強度に関して、メモリ５１に記憶された参照テーブルを参照することにより、または検出された散乱光Ｋの強度とメモリ５１に記憶された閾値と比較照合することにより、その検出された散乱光強度に対応するパーティクルＪの大きさを求めることができる。

ここで、メモリ５１に記憶された、散乱光強度とパーティクルＪの大きさとの対応関係の設定について、具体的に説明する。

まず、このパーティクルカウンタ１００を用いて、実使用場面におけるパーティクルＪの代わりに、既知の大きさであって、全ての大きさが同一の多数のＰＳＬ粒子（テスト用粒子）を、実使用の場面と同様に、所定の気流通過領域Ｒを順次通過させ、各ＰＳＬ粒子が気流通過領域Ｒをそれぞれ通過したときの散乱光Ｋの光強度を受光器４０により各別に検出し、受光器４０により検出された散乱光強度のヒストグラムを作成する。

同様に、他の大きさ（既知）であって、全てが同一の大きさの多数のＰＳＬ粒子についても、ヒストグラムを作成する。

これら２つのヒストグラムは、例えば大きさ（直径）が０．１００μｍのＰＳＬ粒子と０．１０７μｍのＰＳＬ粒子とでは、図４（ａ）に示すものとして得られる。この図において、度数分布ａ１は直径０．１００μｍのもの、度数分布ａ２は直径０．１０７μｍのものであり、度数分布ｂ１，ｂ２はそれぞれ、従来のパーティクルカウンタによって得られた、度数分布ａ１，ａ２にそれぞれ対応するものである。

このようにして得られた度数分布ａ１について、例えば最多度数を示した散乱光強度を、その大きさ（直径）に対応付け、またはこの最多度数の８０％以上の度数に対応した散乱光強度を抽出して、それら抽出された散乱光強度と対応度数との積を算出し、その積を対応度数の総計で除算して得られた加重平均の散乱光強度を、その大きさ（直径０．１００μｍ）に対応付けることにより、大きさと散乱光強度との対応付けがなされる。

度数分布ａ２についても同様であり、大きさ（直径０．１０７μｍ）と散乱光強度との対応付けがなされる。

ここで、本実施形態のパーティクルカウンタによる度数分布ａ１と、従来のパーティクルカウンタによる度数分布ｂ１とを比較すると、本実施形態のパーティクルカウンタによる度数分布の方が、度数のピークが大きく、かつ明確に現れるとともに、散乱光強度範囲が狭いことが明らかである。

度数分布ａ２と度数分布ｂ２との比較においても同様であり、本実施形態のパーティクルカウンタの方が、従来のパーティクルカウンタよりも、ＰＳＬ粒子の大きさと散乱光強度との対応関係が、極めて鮮明に現れていることが分かる。この結果、大きさ０．１００μｍに対応した散乱光強度（度数分布ａ１による）と、大きさ０．１０７μｍに対応した散乱光強度（度数分布ａ２による）との弁別性も、従来より格別に高い。

図４（ｂ）は、条件を変えて、大きさ（直径）が０．２９４μｍのＰＳＬ粒子によるヒストグラム、および０．３０９μｍのＰＳＬ粒子によるヒストグラムであるが、これらの大きさのＰＳＬ粒子についても、従来のパーティクルカウンタによる度数分布ｂ３（大きさ０．２９４μｍ），度数分布ｂ４（大きさ０．３０９μｍ）よりも、ＰＳＬ粒子の大きさと散乱光強度との対応関係が、極めて鮮明に現れ、大きさ０．２９４μｍに対応した散乱光強度（度数分布ａ３による）と、大きさ０．３０９μｍに対応した散乱光強度（度数分布ａ４による）との弁別性も、従来より格別に高い。

そして、このようにして得られた対応関係が、メモリ５１に記憶されている。

次に本実施形態に係るパーティクルカウンタ１００の作用、効果について説明する。

まず、このパーティクルカウンタ１００は、半導体プロセス２００内の所定位置に配置され、レーザ光源１０から、１０本のレーザ光束Ｌ１，…，Ｌ１０が出射される。これら出射された各レーザ光束Ｌ１，…，Ｌ１０は、それぞれ投射光学系２０に入射し、気流通過領域Ｒにおいては、帯の幅方向ｄに関して光強度が略均一分布の光束Ｌ０として投射される。また、投射光束Ｌ０の進行方向に関しては、光強度は均一である。したがって、気流通過領域Ｒ全体において、投射光束Ｌ０の光強度は均一である。

ここで、気流ＡにパーティクルＪが存在していた場合、このパーティクルＪが気流通過領域Ｒを通過したときに、パーティクルＪには投射光束Ｌ０が照射され、この投射光束Ｌ０はパーティクルＪによって散乱し、投射光束Ｌ０が散乱して生じた散乱光Ｋは、検出光学系３０を介して集光器４０に入射し、集光器４０は、入射した散乱光Ｋの光強度を検出する。

このとき、気流通過領域Ｒの投射光強度は、その位置に拘わらず全体に亘って均一であるため、パーティクルＪが、気流通過領域Ｒのいずれの部分を通過した場合であっても、パーティクルＪの大きさが同一である限りにおいて、検出される散乱光強度は常に略一定の値となる。

すなわち、検出される散乱光強度は、パーティクルＪの通過位置（光の進行方向位置および帯状の幅方向位置）に依存しない。

一方、パーティクルＪの大きさが大きくなるにしたがって、検出される散乱光Ｋの強度は大きくなる。

そして、このように検出された散乱光Ｋの強度は、粒子検出手段５０に入力され、粒子検出手段５０は、入力した散乱光強度とメモリ５１に記憶された閾値とを比較参照して、その散乱光強度に対応するパーティクルＪの大きさを求める。

さらに、粒子検出手段５０は、求められた大きさについて、その数を計数する。

以上、パーティクルＪの大きさを求める作用および当該大きさのパーティクル数のカウント作用が、所定時間行われることにより、気流通過領域Ｒを通過したパーティクルＪの大きさと、各大きさのパーティクルＪの通過数が求められ、例えば外部に接続されたモニタやプリンタに出力され、処理が終了する。

そして、このように構成されたパーティクルカウンタ１００によれば、気流通過領域Ｒにおける帯状の投射光束Ｌ０の幅方向ｄについて、その投射光強度が略均一であるため、パーティクルＪが、この気流通過領域Ｒにおける幅方向ｄの任意の位置を通過した場合においても、その通過したパーティクルＪによって検出される散乱光Ｋの強度は、そのパーティクルＪの大きさが一定であれば、常に略一定の値となる。

よって、この気流通過領域Ｒにおいて検出される散乱光強度の、通過位置（光の進行方向位置および帯状の幅方向位置）依存が防止され、またはその依存性が低減されるため、検出される散乱光Ｋの強度と通過するパーティクルＪの大きさとの相関性を高めることができ、検出された散乱光Ｋの強度に基づいて、帯状の投射光束Ｌ０を通過したパーティクルＪの大きさを、精度よく求めることができる。

さらに、通過するパーティクルＪの大きさごとに、その数を計数するに際しても、パーティクルＪの大きさの弁別精度が高いため、パーティクルＪの大きさごとの通過数を精度よく計数することができる。

また、粒子検出手段５０が備えたメモリ５１に記憶された散乱光強度とパーティクルＪの大きさとの対応関係は、精度良く規定されるため、このように精度よく規定された対応関係に基づいて、実使用時のパーティクルＪの大きさが求められるため、確度、精度の高い大きさとして求めることができる。

なお、本実施形態のパーティクルカウンタ１００は、投射光束Ｌ０の光強度の均一性を得るために、レーザ光源１０から出射した１０本の光束Ｌ１，…，Ｌ１０を、単一のレンズの異なる部分（レンズの光軸に直交する半径方向の異なる部分）を通過させて、それぞれ開き角の小さい光束とし、レーザ光源１０と気流通過領域Ｒとの間の距離や、この単一レンズと気流通過領域Ｒとの間の距離を調整可能として、１０本の光束Ｌ１，…，Ｌ１０を、隣接する光束（Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ４など）間で、一部同士を重ね合わせる投射光学系２０を採用したものであるが、本発明の気中粒子監視装置は、この形態に限定されるものではなく、１０本の光束Ｌ１，…，Ｌ１０を、これら光束Ｌ１，…，Ｌ１０の数（１０本）と同数（１０個）のレンズやファイバによりそれぞれ各別にコリメートし、気流通過領域Ｒと、この１０個のレンズとの間の距離を長く確保して、各光束Ｌ１，…，Ｌ１０をデフォーカスさせることによって、隣接する光束間で、一部同士を重ね合わせる投射光学系を採用してもよい。

このような投射光学系を採用したパーティクルカウンタによれば、各光束Ｌ１，…，Ｌ１０ごとに光学要素（レンズ、ファイバ等）が備えられているため、レーザ光源１０から出射した光束Ｌ１，…，Ｌ１０間にばらつきがあっても、対応する光学要素によって、個別の光束を容易に調整することができ、気流通過領域Ｒにおける投射光強度の均一性を得るための調整を行い易い、という効果を発揮する。

また、本実施形態のパーティクルカウンタ１００は、単一のレーザ光源１０が、１０本の光束Ｌ１，…，Ｌ１０を一次元状に配列して出射し、投射光学系２０が、この出射された各光束Ｌ１，…，Ｌ１０の一部同士を重ね合わせることによって、帯状の幅方向ｄについての投射光強度が略均一な光束Ｌ０を、容易に形成することができるが、本発明の気中粒子監視装置は、複数の光束を、単一の光源が出射するものに限定されるものではなく、それぞれが一または二以上の光束を出射する複数の光源を有するものであってもよい。

また、複数の光束を重ね合わせることによって、幅方向の強度分布が略均一となる単一の帯状投射光を得るものでなくてもよく、光強度分布を、その幅方向について略均一に変換または整形しうる手段によって、そのような投射光を形成してもよい。

なお、本実施形態のパーティクルカウンタ１００は、粒子検出手段５０が、パーティクルＪの大きさだけでなく、各大きさごとのパーティクルＪの数も併せて計数するものであるが、本発明に係る気中粒子監視装置は、この形態に限るものではなく、粒子検出手段５０がパーティクルＪの数を計数しないものであってもよい。

このような気中粒子監視装置においても、パーティクルＪの大きさを求める点においては、上述した実施形態のパーティクルカウンタ１００と同様に、パーティクルＪの大きさを精度よく求めることができる。

図５は、本発明の真空処理装置の一実施形態であるドライエッチング処理装置２００の概略構成を示す図である。

図示の処理装置２００は、半導体ウエハ２１１（被処理体）をエッチング処理対象とし、内部が高真空雰囲気に保持可能の真空処理室２１０（容器；処理チャンバ）と、真空処理室２１０の下部に設けられて、真空処理室２１０の内部気体を外部に排気する図示しない真空ポンプ等排気手段を有する排気部２３１（排気系）と、真空処理室２１０の下部に配設され、かつウエハ２１１が載置される載置台を兼ねた下部電極２１２と、真空処理室２１０内において下部電極２１２と対向するように配設された上部電極２１３と、真空処理室２１０に、エッチング処理のための所定のガスを供給するガス供給装置２１８（ガス供給手段）と、排気部２３１に設けられ排気部２３１を通過する気流中のパーティクルＪを監視する上記実施形態のパーティクルカウンタ１００とを備えた構成である。

ここで、下部電極２１２には、ブロッキングコンデンサ２１５および高周波整合回路２１６を介して、高周波電源２１７が接続され、上部電極２１３には、ガス供給装置２１８から送出されたガスを吹き出す吹出し口２１９が設けられている。

また、真空処理室２１０には、この真空処理室２１０のプラズマ空間と排気部２３１の排気空間とを区画する排気板（バッフルプレート等）２３２と、真空処理室２１０の内部に気体を導入する導入配管２２０と、図示しない排気手段に接続された排気口２２１と、圧力測定口２２２を介して真空処理室２１０の内部圧力を測定する圧力測定器２２３とがそれぞれ設けられている。なお、排気口２２１は、真空処理室２１０の下部に設けられている。

このように構成されたドライエッチング装置２００によれば、下部電極２１２上でウエハ２１１に対してエッチング処理を施すエッチングサイクルが行われることにより、真空処理室２１０の内部に次第にパーティクルＪが発生し、これらのパーティクルＪは、真空処理室２１０の内部を浮遊する。

その後、排気手段（図示せず）により真空処理室２１０の内部の気体が排気されて減圧されるとともに、導入配管２２０から真空処理室２１０の内部に所定の気体が導入されることにより、排気部２３１を通過する気流が生じ、真空処理室２１０内のパーティクルＪは、この気流とともに排気部２３１を通過する。

そして、この排気部２３１を通過する気流に対して、図１に示したパーティクルカウンタ１００が、前述したパーティクルＪの監視作用を行うことにより、排気部２３１を通過するパーティクルJの大きさ、数量を精度よく検出する。

この検出結果は、ドライエッチング装置２００の図示しない制御部（制御装置）に入力され、制御部は、検出結果に対応して予め設定された処理手順にしたがい、ガス供給装置２１８や排気部２３１、各電極２１２，２１３等の動作を制御する。

これにより、本実施形態のドライエッチング処理装置２００は、真空処理室２１０の内部におけるパーティクルＪの存在状態に応じて、適切な運転状態を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るパーティクルカウンタ（気中粒子監視装置）の構成を示す図である。 図１に示したパーティクルカウンタによる投射光を示す図であり、（ａ）は切断面Ｓを各出射光束ごとに描いた輪郭を示す図、（ｂ）は（ａ）と同様に各出射光束ごとに強度分布を描いた図、（ｃ）は（ａ）の光束を合成した図、（ｄ）は（ｂ）の強度分布を合成した図である。 投射光の強度分布を示す図であり、（ａ）は図１に示した実施形態のもの、（ｂ）は従来のもの、をそれぞれ示す。 パーティクル（粒子）の大きさに対応した散乱光強度の度数分布による弁別性を説明するを示す図であり、（ａ）は大きさ０．１００μｍと０．１０７μｍとの各ヒストグラムを示し、（ｂ）は大きさ０．２９４μｍと０．３０９μｍとの各ヒストグラムを示す。 本発明の一実施形態に係るドライエッチング装置（真空処理装置）を示す概略図である。

符号の説明

１０ レーザ光源（光源）
２０ 投射光学系
３０ 検出光学系
４０ 受光器（光検出手段）
５０ 粒子検出手段
５１ メモリ（記憶手段）
１００ パーティクルカウンタ（気中粒子監視装置）
２００ 半導体プロセス
２１０ 排気口
Ｌ０ 投射光束
Ｌ１〜Ｌ１０ 出射光束
Ｋ 散乱光
ｄ 帯の幅方向
Ｒ 気流通過領域
Ａ 気流
Ｊ パーティクル（粒子）

Claims (5)

1. 所定強度の光を出射する光源と、該光源から出射した光を帯状の光束とし、所定の気流がこの帯状の光束を貫通するように、該帯状の光束を前記所定の気流の流路上に導光する投射光学系と、光の強度を検出する光検出手段と、前記気流中に含まれて前記光束を貫通した粒子による散乱光を、前記光検出手段に導く検出光学系と、前記光検出手段によって検出された前記散乱光の強度に基づいて、前記光束を貫通した粒子の大きさを求めるとともに、所定時間に前記光束を貫通した前記粒子の数を計数する粒子検出手段とを備えた気中粒子監視装置において、
   前記光源は少なくとも２つの光源からなり、前記投射光学系は前記各光源から出射された光束をそれぞれ開き角の小さい複数の光束に分割するとともに、互いに異なる光源から出射され分割された光束が隣接されるように、かつこれら隣接した分割光束の一部同士を重ね合わせることにより、前記帯状の光束の光強度が、該帯の幅方向について略均一分布となるように設定されていることを特徴とする気中粒子監視装置。
2. 前記光源は、複数の光束を少なくとも一次元状に配列して出射する光源であり、前記投射光学系は、前記帯状の光束の、該帯の幅方向についての光強度の分布が略均一となるように、前記光源から出射された複数の光束の一部同士を重ね合わせることを特徴とする請求項１に記載の気中粒子監視装置。
3. 前記投射光学系は、前記光源から出射された複数の光束のそれぞれを各別に導光させる、前記光束の数に対応した複数の光学系を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の気中粒子監視装置。
4. 前記粒子検出手段は、前記測定対象領域を通過する粒子の大きさと前記光検出手段によって検出される光強度との対応関係が予め記憶された記憶手段を備え、前記記憶手段に記憶された対応関係は、大きさが既知の複数のテスト用粒子を、前記測定対象領域を順次通過させ、前記各テスト用粒子が前記測定対象領域をそれぞれ通過したときの前記散乱光の光強度を前記光検出手段により各別に検出し、前記光検出手段により検出された光強度の頻度分布を求め、前記頻度分布に基づいて前記粒子の大きさとこの大きさの粒子による散乱光の検出光強度との対応関係を求め、同様に、前記測定対象領域を通過させるテスト用粒子を、他の既知の大きさのテスト用粒子に変更した上で前記粒子の通過による散乱光の強度を検出して、前記他の大きさと散乱光の検出光強度との対応関係を求めることにより、規定されたものであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の気中粒子監視装置。
5. 容器の内部に配置される被処理体に対して、所定の真空雰囲気中で処理を施す真空処理装置において、
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載の気中粒子監視装置を備えたことを特徴とする真空処理装置。

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