JP5338530B2

JP5338530B2 - イオナイザーの管理方法

Info

Publication number: JP5338530B2
Application number: JP2009159909A
Authority: JP
Inventors: 祐一松尾
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-07-06
Also published as: JP2011014501A

Description

本発明はイオナイザーの管理方法、特にコロナ放電式イオナイザーの電極針の清掃時期を管理する方法に関する。

シリコンウェーハやIC等を製造するクリーンルームにおいて、ダストが静電吸着によりウェーハに付着して、このダストに起因した不良品の発生により、ウェーハの歩留まりが著しく低下することがある。この対策としては、クリーンルーム内においてイオナイザーが利用されている。このイオナイザーは放電電極に高電圧を印加し、その先端からイオンを発生し、帯電したデバイス等を除電する装置である。

イオナイザーの種類には針先を用いないものもあるが、クリーンルームで使用するには制約が多いため、一般に、クリーンルームで使用されるイオナイザーとしては、除電能力の高い、針先を有したコロナ放電式イオナイザーが多用されている。

しかし、このコロナ放電式イオナイザーは使用していくうちに針先に異物が付着し、それの成長に伴ってダストの発生や除電能力の劣化の問題が生じていた。このような針先から発生するダストがウェーハに付着しないようにするために、コロナ放電式イオナイザーの管理、特に清掃時期の管理が必要である。イオナイザーの清掃は、設置場所が清掃困難な場合も多く(密閉された空間では開放が必要)、頻繁な清掃は行えないため、その清掃時期については適切に把握できることが望まれる。

ところで、従来クリーンルーム内の空気中のダストは特許文献1に開示されているようなパーティクルカウンターで計測しており、このパーティクルカウンターには、レーザー式のパーティクルカウンターを用いるのが通例であった。

特開2007-040928号公報

コロナ式のイオナイザーの清掃時期は、目視判断やイオナイザーメーカーによる推奨清掃間隔によることが一般的であるが、目視では作業者によるばらつきが大きく、また、メーカーによる推奨清掃間隔では、イオナイザーの設置状況や使用状況で汚れ具合が異なり、例えば、クリーンルームの環境の変化により、大量のシロキサンが発生するなどして、予定していたより早く発生するダストや大量のダスト、すなわち、異常なダストが発生する場合もあるため、必ずしも適切な清掃管理は行えなかった。

また、従来のレーザー式のレーザーカウンターで測定できるのは、80nm−100nmまでの粒径のダストであり、そのため粒径が小さい粒子は測定できなかった。イオナイザーから発生するダストはそれより粒径が小さいため、従来のレーザーカウンターではイオナイザーから発生するダストを感知できなかった。

一方で、近年のウェーハサイズの大口径化による、歩留まり管理、ディフェクトマネジメントの重要性の高まりや、デバイスの微細化に伴い制御されるべきダストのサイズが小さくなってきているといった背景から、このような小さいサイズのウェーハ付着物の対策への要求は非常に強いものとなってきている。

本発明の目的は、コロナ放電式イオナイザーから発生される、例えば粒径が80nmより小さいダストの個数をも検出して計測し、該計測結果を表示する、コロナ放電式イオナイザーの管理方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明者は、コロナ放電式イオナイザーの電極針から発生する微小粒のダストの計測を実現する手段について鋭意究明したところ、ダストを捕集し、該ダストを凝縮核カウンターで凝縮成長させた上で計測することによって、イオナイザー電極針からのダストの計測が可能になることを知見した。さらに、その計測結果から該電極針の清掃の時期を適切に把握できるため、それに応じてイオナイザーを効率的に清掃できることを見出した。

前記の課題を解決するための本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1) コロナ放電式イオナイザーの電極針から発生するダストを捕集するステップと、前記捕集されたダストを凝縮成長させて該ダストの個数を計測するステップと、前記計測の結果から前記電極針の清掃時期を判断するステップと、少なくとも前記判断結果を表示するステップと、からなり、
前記捕集されたダストを凝縮成長させて計測するステップは、２台の凝縮核カウンターと１台の微分型モビリティアナライザーとを用い、１台の前記凝縮核カウンターに前記捕集したダストの一部を導入して単位体積当たりの前記ダストの個数を計測し、同時に、他の１台の前記凝縮核カウンター及び該他の１台の前記凝縮核カウンターに接続した前記１台の微分型モビリティアナライザーに前記捕集したダストの残りの部分を導入して前記ダストの粒度分布を計測する、コロナ放電式イオナイザーの管理方法。

(2) 前記ダストの捕集は、静電気帯電を防止したチューブを用いる吸引にて行う、請求項１に記載のコロナ放電式イオナイザーの管理方法。

この発明によれば、コロナ放電式イオナイザーの針先からの発塵を正確にモニタリングでき、その結果、針先清掃の時期を適切に把握することができる。また、異常なダスト、すなわち、予期せず早期に発生したダストや大量のダストが発生した場合にもそれを検出することができる。これによって、ダストの影響を強く受けるウェーハ製造工程での歩留まり向上が達成され、異常なダストによる不良品も最小限にとどめられる。また、必要以上の清掃作業、装置の停止は不要となりクリーンルームの管理コストの削減となる。

コロナ放電式イオナイザーの管理方法について説明するための図である。凝縮核カウンター(CNC)と微分型モビリティアナライザー(DMA)の使用態様を表す図である。コロナ放電式イオナイザーから発生したダストの粒度分布(DMA結果)図である。

以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1に示す装置は、電極針20を有するコロナ式イオナイザー10の直下に設置したサンプリングチューブ30、凝縮核カウンター(CNC)40、モニター50を有する。本発明の方法では、図1に示す装置において、まず、クリーンルームに設置されたコロナ放電式イオナイザー10の電極針20の直下にダストを捕集するためのサンプリングチューブ30を電極針20に対向して設置し、該サンプリングチューブで電極針20から発生するダストを捕集する。図1に示す装置では、捕集されたダストは凝縮核カウンター(CNC)40に導入される。凝縮核カウンター(CNC)40による計測数の結果が、モニター50に表示される。

ここで、凝縮核カウンター(CNC)40は、エアロゾル粒子に飽和水分を含ませ、これを断熱膨張させて、エアロゾル粒子を核として凝縮成長した水滴をつくり、この断熱膨張前後の光透過度の減少比から粒子数濃度を求めるものである。本発明によると、従来のレーザーカウンターでは計測することができなかった、例えば80nm以下の粒径のダストでもこの凝縮核カウンター(CNC)40によって断熱膨張されて計測されるようになるのである。つまり、凝縮核カウンター(CNC)40を用いて、例えば80nm以下の微細なダストでも大きく成長させて計測できる。ダストの個数は例えば、単位体積あたりのダストの数として計測することができる。

このように凝縮核カウンター(CNC)40を用いた、コロナ放電式イオナイザーの管理方法によると、80nm以下のダストであっても計測することができ、しかも、電極針直下にチューブ開口を配置してダストの捕集を行うため、より正確にコロナ放電式イオナイザーから発生するダストを捕集、そして計測することが可能となる。

また、モニター50に、凝縮核カウンター(CNC)40によって計測されたダストの個数の結果からコロナ放電式イオナイザーの電極針の清掃の必要性を判断するための演算を行う演算装置を組み込むことができる。その結果、モニター50には清掃の必要性の判断結果を表示することも可能になり、より適切に清掃時期を把握することが可能となる。

また、上述の凝縮核カウンター(CNC)40と組み合わせて静電式粒径測定器(EAA)などの粒子分級器を用いることができる。すなわち、静電式粒径測定器(EAA)は、粒子を荷電させ、荷電粒子の電気移動度分布を測定しこれを粒度分布に変換するものとして知られている。この静電式粒径測定器(EAA)を凝縮核カウンター(CNC)と組み合わせて用いることにより、ダスト数のみならずその粒径分布まで把握することができる。

ここで、粒径の分布を把握する手段としては、静電式粒径測定器(EAA)の他、これと同様の原理を用いる微分型モビリティアナライザー(DMA)を用いることもできる。微分型モビリティアナライザー(DMA)は、粒径分解能にすぐれ、微細な粒径の粒子の分級が可能であり、その結果、かなり小さな粒径の範囲のダストの粒径分布が得ることができる。

図2は凝縮核カウンター(CNC)40に微分型モビリティアナライザー(DMA)60とDMAコントローラ70が接続され、組み合わせて用いられている図である。サンプリングチューブによって捕集されたダストは、サンプリングされたときのそのままの形状・粒径で除電される。ここでいう除電とは、ダスト1つ1つが全て電気的に中性ということではなく、0Vを中心に、プラス側とマイナス側に均等に、粒子が対称的に分布することをいう。これにより、サンプリングされたダストの集団は、集団としては電気的な偏りがない状態となる。このとき、DMA60内部の外側にはパージガスが流れ、流速を安定させる。パージガスの流速は、分析ガスの流量の10倍程度にすることが好ましい。それから、DMA60の円筒の筒の中心にマイナスの電荷をかけると+1荷(+1eV)に帯電したダストが選び出され、DMA60の円筒の筒の中心に吸い寄せられて、特定の大きさのダストのみを取り出すことができる。取り出すダストの大きさの範囲は、パージガス流量と分析ガス流量との和、及び、電極に印加する電圧で決定される。そしてこの範囲内から電極の印加電圧を変化させることによって特定の粒径のダストのみを選別する。選別されたダストを凝縮核カウンター(CNC)40で計測して粒度分布を得ることができる。すなわち、ダストの大きさによって該ダストの移動度が異なり、そのことによってDMA60の内側の電極に沈着させるために必要な印加電圧が異なってくることを利用して、印加電圧の大きさと粒径サイズとを対応づけ、そのように粒径選別してから、凝縮核カウンター(CNC)40で、ある粒径範囲にあるダストの個数を計測するのである。

上記の場合、より具体的には、CNCカウンターを2台用意して、1台のCNCカウンターはDMAを通さずにダスト全体の個数をカウントし、もう1台のCNCカウンターでは前述の通り、DMAを通した後にCNCでカウントし粒度分布を得ることができる。すなわち、サンプリングチューブを分岐させて、該サンプリングチューブで捕集したダストのうち一部は、1台のCNCカウンターに導入され、単位体積当たりのダスト個数を計測し、捕集されたダストのうち残りの部分はもう1台のCNCカウンターに接続されたDMAに導入され、その中で+1荷に荷電したダストの粒度分布を得る。
これにより、清掃時期を粒子数のみならず、粒径分布からも判定されることができ、さらに適切な清掃時期の把握が可能となる。すなわち、清掃時期につき、例えば同じダスト数でも大きい粒径のダストの分布数が大きい場合には、清掃時期を早めるように判断するなどすることができる。さらに、一般にデバイスサイズによって制御すべきダストのサイズは異なるため、予定しているデバイスサイズに応じて、清掃が必要と判断するための、ダストの計測個数及び粒径分布の基準を適切に決定することもできる。

また、コロナ放電式イオナイザーの電極針から発生するダストを捕集するステップは、例えば0.3m/sのクリーンルーム上からのダウンフローにて、サンプリングチューブを電極針の風下側、例えば5cmの位置に設置して行うことができる。例えば5cmとは、電極針に近すぎると電極からの放電を誘い、離れすぎるとダストを観測できなくなることから適切な位置を例示したものである。このとき、一度設置したらその場所から動かないように固定する。
また、静電気帯電を防止したチューブを用いることが好ましい。なぜなら、チューブが帯電することでダストがチューブに付着するのを防止することができるからである。

図1に示したところに従って、クリーンルームに設置されたコロナ放電式イオナイザー10の電極針20の直下にダストを捕集するための静電気帯電を防止したサンプリングチューブ30を電極針20に対して風下側に、電極針と約5cm離して設置し、電極針20から発生するダストを捕集した。さらに、図2に示したように、凝縮核カウンター(CNC)40に微分型モビリティアナライザー(DMA)60とDMAコントローラ70を接続した。まず、サンプリングチューブから導入されたダストを、サンプリングされたときのそのままの形状・粒径で除電し、DMAの60の筒に導入する。前述のとおり、取り出すダストの大きさは、パージガス流量と分析ガス流量との和、及び、電極に印加する電圧で決定されるが、表1にDMA装置と分析ガス及びパージガスの流量による、粒度分布の範囲を示す。今回はDMA(Long)を用い、分析ガスの流量を1.0L/min、パージガスの流量を10L/minとして実験を行った。このとき、表1に示したように、粒度分布の範囲は7.1nm-318nmである。そして、この範囲内から電極の印加電圧を変化させることによって、+1荷(+1eV)に帯電したダストのうち、特定の粒径の粒子のみを選別した。選別された粒子を凝縮核カウンター(CNC)40で計測し、捕集ダストの粒度分布を得た。その結果を、モニター50によって表示することができる。今回の実験で得られた粒度分布を図3に示す。また、60分間のスキャンの間に検出されたダストの個数を、同様の計測器設置状況下、実験環境下でレーザーカウンターによって計測した場合と比較した。

図3より、凝縮核カウンター(CNC)40を用いることにより、レーザーカウンターの場合に全く検出されなかった粒径80nm以下のダストを検出できたことがわかる。また、60分間のスキャンの間に検出されたダストの個数はレーザーカウンターでは0(ヶ/CF)であるのに対し、CNCカウンターでは数千(ヶ/CF)であった。ここでCFはcubicfeetで、1CFは約28.3リットルである。

予め、清掃が必要であると判断するダスト数や粒度分布の条件、例えば10nm以上のダストが1000個計測された場合に清掃を行うというような条件を定めることで、適切な清掃時期を導出することができ、図1のモニター50によって清掃の必要性を作業者に知らせることができ、作業者はそれに従ってコロナ放電式イオナイザーを清掃することができる。清掃には例えばアルコールをつけた綿棒を使用することができる。

この発明によれば、コロナ放電式イオナイザーの針先からの発塵をモニタリングでき、針先清掃の時期を適切に把握することができる。また、針先からの異常なダストも検出できる。これによって、ダストに弱い製造工程での歩留まり向上が達成され、異常なダストによる不良品も最小限にとどめられる。また、必要以上の清掃作業、装置の停止は不要となりクリーンルームの管理コストの削減となる。

10 コロナ放電式イオナイザー
20 電極針
30 サンプリングチューブ
40 凝縮核カウンター(CNC)
50 モニター
60 微分型モビリティアナライザー(DMA)
70 DMAコントローラ

Claims

コロナ放電式イオナイザーの電極針から発生するダストを捕集するステップと、前記捕集されたダストを凝縮成長させて該ダストの個数を計測するステップと、前記計測の結果から前記電極針の清掃時期を判断するステップと、少なくとも前記判断結果を表示するステップと、からなり、
前記捕集されたダストを凝縮成長させて計測するステップは、２台の凝縮核カウンターと１台の微分型モビリティアナライザーとを用い、１台の前記凝縮核カウンターに前記捕集したダストの一部を導入して単位体積当たりの前記ダストの個数を計測し、同時に、他の１台の前記凝縮核カウンター及び該他の１台の前記凝縮核カウンターに接続した前記１台の微分型モビリティアナライザーに前記捕集したダストの残りの部分を導入して前記ダストの粒度分布を計測する、コロナ放電式イオナイザーの管理方法。
前記ダストの捕集は、静電気帯電を防止したチューブを用いる吸引にて行う、請求項１に記載のコロナ放電式イオナイザーの管理方法。