JP5521307B2 - パーティクル捕集装置及びパーティクル捕集方法 - Google Patents

Description

本発明は、大気雰囲気等の気体雰囲気中のパーティクルを基板上に捕集する技術に関する。

半導体製造装置を製造するための装置は、この装置内において処理を行う半導体ウェハ（以下「ウェハ」という）の汚染を防止するために、大きさが例えば１μｍ程度以下のダスト等のパーティクルができるだけ発生しないように構成されており、また大気中に浮遊するパーティクルの数が所定のレベルよりも低く調整されたクリーンルーム内に設けられている。
このようなパーティクルの数は、例えば装置内あるいはクリーンルーム内の大気を吸引し、この大気に対してレーザー光を照射して、パーティクルにより散乱するレーザー光の強度を測定するパーティクルカウンターなどを用いて計測されている。

一方、パーティクルの発生源を突き止めるためには、例えばパーティクルの形状や成分を調べる必要がある。つまり、パーティクルが例えば有機物である場合には、例えば装置の部材間をシールするためのＯ−リングに塗布されたグリースをパーティクルの発生源と推測できるし、またパーティクルにアルミニウムが含まれている場合には、例えば装置の部材同士の摩擦によってパーティクルが発生しているという可能性を検討できる。しかし、上記の測定方法ではパーティクルの形状や成分を分析することができない。

そこで、例えばパーティクルが確認された場所にウェハを静置して、ウェハ上に大気中のパーティクルを捕集する方法が知られている。この方法では、パーティクルを捕集した後、ウェハの表面にレーザー光を照射してパーティクルの位置や数を求めておき、次いでパーティクルが確認された位置に対してＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察やＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）分析を行うことにより、パーティクルの数のみならず形状や成分についても調べることができる。また、この方法では、従来からウェハのために用いられている汎用の分析装置を流用できるので専用の分析装置が不要であり、パーティクルを安価にかつ正確に簡便に分析できるといったメリットがある。

しかし、この方法では大気中に漂うパーティクルがウェハ上に付着する確率が低く、更にはパーティクルが大気中の気流などの影響を受けてしまうので、パーティクルの捕集に長い時間をかける割りには、大気中のパーティクルとの相関関係が低く、結果として大気中の汚染度を高い正確性で把握することが困難である。また、パーティクルの粒径が小さくなればなる程捕集しにくくなる。一方、パーティクルを含む大気を吸引してウェハに吹き付ける方法も知られているが、パーティクルは慣性力によりウェハ上に衝突して付着することになるので、例えば０．３μｍよりも小さなパーティクルでは慣性力が小さく大気と共に流れていくためほとんど捕集できない。

特許文献１には、上記のような慣性力を利用して微粒子を捕集するにあたり、微粒子選別室１内を減圧することによって、ナノレベルといった微粒子であっても効率良く捕集する技術が記載されている。しかし、この方法では、慣性力を利用しているため粒子が捕集板３の中央付近に多く付着しやすくなり、微粒子同士が厚さ方向に重なり合うので、個々の粒子に対するＳＥＭ観察やＥＤＸ分析が困難になってしまう。また、微粒子を含む大気を吸引しながら微粒子選別室１内を減圧する必要があるため、吸気量と排気量とのバランスの調整が極めて困難である。

また、特許文献２には、微粒子を帯電させて捕集する技術が記載されているが、帯電量は微粒子の成分に大きく依存するので、帯電しやすい微粒子例えば金属が多く捕集され、帯電しにくい微粒子例えば有機物が捕集されにくくなる。そのため、この方法は、大気中のパーティクルを種類を問わず一様に捕集してパーティクルの発生場所を突き止めるという上記の目的には不向きである。更に、パーティクルの粒径が小さくなればなる程帯電しにくくなることから、上記のような大きさのパーティクルを捕集するのは困難である。

特開２００７−２０３２８２（段落００２３） 特開２００１−２５９４７４（段落００１９）

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、気体雰囲気中のパーティクルを高い効率で捕集できる技術を提供することにある。

本発明のパーティクル捕集装置は、
基板上に気体雰囲気中のパーティクルを捕集する捕集装置において、
密閉容器内に設けられ、基板を載置する載置部と、
外部の気体雰囲気を前記密閉容器内に取り込むための取り込み口と、
前記密閉容器内を排気するための排気口と、
前記気体雰囲気中に含まれるパーティクルを熱泳動力によって基板上に捕集するために、前記載置部上の基板を被捕集面とは反対側の面から冷却するための冷却手段と、
前記取り込み口から前記密閉容器内に流入する気体を加熱するための加熱手段と、
前記取り込み口側に付着したパーティクルが前記密閉容器内に取り込まれないようにするために、清浄な気体を前記密閉容器内の雰囲気を介して前記取り込み口に送り出す送り出し手段と、を備えたことを特徴とする。

前記パーティクル捕集装置は外部の気体雰囲気を前記取り込み口を介して前記密閉容器内に取り込み、基板の被捕集面に接触させる雰囲気取り込み手段を備えていても良い。
前記雰囲気取り込み手段は、外部の気体雰囲気を前記気体取り込み口を介して前記密閉容器内に取り込み、前記載置部上の基板の被捕集面に沿って通流させて前記排気口から排気する手段であることが好ましい。
上記のパーティクル捕集装置は、
前記取り込み口から取り込んだ気体雰囲気が前記載置部上の基板の被捕集面に沿って通流するように、前記載置部に対向する気流規制部材を備えていることが好ましい。
前記加熱手段は、前記載置部に載置された基板に対向するように設けられていることが好ましい。

本発明のパーティクル捕集方法は、
基板上に気体雰囲気中のパーティクルを捕集する捕集方法において、
密閉容器内に設けられた載置部に基板を載置する工程と、
パーティクルの捕集対象である気体を前記密閉容器の取り込み口から当該密閉容器内に取り込む工程と、
前記気体を加熱する工程と、
加熱された気体を載置部上の基板の被捕集面に接触させる工程と、
前記気体雰囲気中に含まれるパーティクルを熱泳動力によって前記基板上に捕集するために、前記載置部上の基板を被捕集面とは反対側の面から冷却手段により冷却する工程と、
前記取り込む工程に先立って、前記取り込み口側に付着したパーティクルが前記密閉容器内に取り込まれないようにするために、清浄な気体を前記密閉容器内の雰囲気を介して前記取り込み口に送り出す工程と、を含むことを特徴とする。

前記加熱された気体を基板の被捕集面に接触させる工程は、前記載置部上の基板と、この載置部に対向するように設けられた気流規制部材と、の間を通流させる工程であることが好ましい。
前記加熱する工程は、前記載置部上の基板に対向して設けられた加熱手段により加熱する工程であることが好ましい。

本発明は、基板上に気体雰囲気中のパーティクルを捕集するにあたり、載置部上の基板の被捕集面にパーティクルの捕集対象である気体を接触させ、例えば基板の表面に沿って気体を通流させて接触させ、その気体を加熱すると共に基板を冷却している。従って、熱泳動力により気体中に含まれるパーティクルが基板に引き寄せられるため、パーティクルを基板上に高い効率で捕集することができる。

本発明の実施の形態であるパーティクル捕集装置について、以下に説明する。このパーティクル捕集装置は、基板であるシリコンウェハ（以下、「ウェハ」という）Ｗの表面にダスト等のパーティクルを捕集する装置であり、ウェハＷ上に捕集するにあたって、パーティクルの熱泳動力を利用している。
この熱泳動力とは、図１に示すように、例えば１μｍ程度以下の微少なパーティクル（粒子）１の周囲に温度勾配が生じている時に、当該パーティクル１に対して働く力である。具体的には、パーティクル１を介して例えば上下の領域に温度差が生じている場合には、パーティクル１の上方の温度の高い領域では気体分子例えば大気の分子の動きが活発であり、そのためパーティクル１に衝突する大気の分子のエネルギーが大きいが、パーティクル１の下側の温度の低い領域では、大気の分子の動きが上方よりも穏やかになるので、パーティクル１に衝突する大気の分子のエネルギーが小さくなる。そのため、この衝突エネルギーの差により、パーティクル１はいわば下側の温度の低い領域に向かって押し出されていることになり、従って上下方向の温度差（温度勾配）がなくなるか、あるいは後述のようにパーティクル１の下方に設けられたウェハＷに付着（衝突）するまで大気中を泳動（下降）することになる。

この泳動力は、大気分子の衝突エネルギーの差によって働く力であるため、後述の実施例に示すように、パーティクル１の上下方向における温度差が大きいほど強くなり、また粒径が１μｍ程度以下の微少なパーティクル１に対して強く働くことになるが、パーティクル１の形状や成分にはほとんど影響を受けない。この熱泳動力を利用したパーティクル捕集装置について、図２を参照して説明する。尚、この実施の形態では、パーティクル１を捕集する基板としては上記のようにシリコン材料を用いているが、他の材料例えばガラスなどであっても良い。

図２に示すように、このパーティクル捕集装置は、内部の中央にウェハＷを載置する載置部１１が配設された偏平な円筒形の筐体２１と、この筐体２１の上面の開口部を塞ぐように例えば図示しないボルトなどにより当該筐体２１の上端面に着脱自在に気密に設けられた蓋体２２と、からなる密閉容器２３を備えている。
この載置部１１の内部には、載置部１１上に載置されるウェハＷの温度を測定するために、例えば密閉容器２３の外部から当該載置部１１の中央位置まで伸び出す熱電対１１ａが埋設されており、この密閉容器２３の外部における熱電対１１ａの端部には、温度検出部１１ｂが接続されている。

この載置部１１と筐体２１の底面との間には、当該載置部１１上に載置されるウェハＷをパーティクル１の被捕集面とは反対側の面から、この例では下面側から例えば１０℃〜３０℃好ましくは２０℃程度に冷却できるように、例えばペルチェ素子が組み合わされた円板状の冷却手段をなす冷却板１２が設けられており、この冷却板１２は、支持部材１２ａによって筐体２１の底面から浮いた状態で支持されている。この冷却板１２の内部には、密閉容器２３の外部の冷媒源１３から所定の温度例えば２０℃に冷却された冷媒例えば水が冷媒循環路１５を介して循環する冷媒通流路１４が形成されており、この冷媒循環路１５には、この冷媒通流路１４と冷媒源１３との間において冷媒を循環させるための冷媒ポンプ１６が介設されている。

また、この冷却板１２の下方側における密閉容器２３の底面には、排気口５１が開口しており、この排気口５１から伸びる排気路５２は、吸引バルブ５３を介して吸引ポンプなどの雰囲気取り込み手段をなす吸引手段５４に接続されている。
密閉容器２３の底面とこの吸引バルブ５３との間には、例えば大気中のダストなどのパーティクル１を取り除くためのフィルター５７が介設された送り出し路５６の一端側が接続されており、この送り出し路５６の他端側は、送り出しバルブ５５を介してブロアなどの送風装置５８に接続されている。この送風装置５８は、後述の取り込み口４１及び取り込み路４２内に付着したパーティクル１が密閉容器２３内に取り込まれないように、密閉容器２３の外部の大気をフィルター５７において清浄化して取り込み、この清浄な気体を取り込み口４１及び取り込み路４２から当該密閉容器２３の外部に排気するためのものである。これらの送り出しバルブ５５、送り出し路５６、フィルター５７及び送風装置５８は、送り出し手段をなす。

密閉容器２３の蓋体２２の下面には、この載置部１１上に載置されるウェハＷに対向するように、円板状の加熱手段である加熱プレート３１が気流形成部材として設けられており、この加熱プレート３１は、蓋体２２と共に筐体２１から着脱自在に構成されている。この加熱プレート３１内には、電源３２に接続されたヒーター３３が埋設されており、当該加熱プレート３１の下面つまり載置部１１上のウェハＷとこの加熱プレート３１との間の領域の雰囲気を所定の温度例えば４０℃〜１５０℃好ましくは６０℃に加熱できるように構成されている。従って、載置部１１上のウェハＷとこの加熱プレート３１との間には、上側から下側に向かって温度が例えば１０〜１２０℃好ましくは４０℃低くなる温度勾配が形成されていることになる。この加熱プレート３１の下面と載置部１１上に載置されるウェハＷの上面との間の離間寸法Ｌは、例えば１〜１０ｍｍ好ましくは３ｍｍに設定されている。

この加熱プレート３１の中央位置には、蓋体２２を介して密閉容器２３の外部の雰囲気を取り込むための取り込み口４１が開口している。この密閉容器２３の上方には、取り込み口４１から伸びる伸縮自在及び引き回し自在の例えばフレキシブルチューブからなる取り込み路４２が接続されており、この取り込み路４２の上流端（取り込み口４１の他端側）は、例えば作業者がパーティクル１を含む雰囲気に近接させて当該雰囲気を取り込むことができるように開口している。
また、この加熱プレート３１内には、当該加熱プレート３１の温度を測定できるように、密閉容器２３の外部から当該加熱プレート３１の中央位置つまり取り込み口４１の内部位置まで伸びる熱電対３１ａが埋設されており、密閉容器２３の外部における熱電対３１ａの端部には、温度検出部３１ｂが接続されている。

この密閉容器２３の下面側には、密閉容器２３を支持するための支持軸６１が複数箇所に接続されており、この支持軸６１の下端には、例えば作業者がパーティクル捕集装置を移動させることができるように走行手段をなす車輪６２が設けられている。また、この密閉容器２３の下面中央部側には、上面が開口すると共に外方側にフランジ状に伸び出して当該下面に接続される概略箱型の収納容器２５が固定されており、この収納容器２５内には、既述の冷媒源１３、冷媒ポンプ１６、吸引手段５４及び送風装置５８がこのパーティクル捕集装置と共に移動できるように収納されている。

このパーティクル捕集装置には、例えばコンピュータからなる制御部５が設けられている。この制御部５はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部５からパーティクル捕集装置の各部に制御信号を送り、後述のパーティクル捕集方法を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。また、例えばメモリには載置部１１の冷却温度や加熱プレート３１の加熱温度などの処理パラメータの値が書き込まれる領域が設けられており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、例えば温度検出部１１ｂ、３１ｂの読みとり値が上記のパラメータ値となるように、制御信号がこのパーティクル捕集装置の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部６に格納されて制御部５にインストールされる。

次に、上記のパーティクル捕集装置を用いた本発明のパーティクル捕集方法について説明する。先ず、予めその表面のパーティクル１の数をパーティクルカウンタで計測し、更に後述の分析装置でその界面を観察してデータを取得したウェハＷをパーティクル捕集装置内にセットする。具体的には、蓋体２２と加熱プレート３１とを筐体２１から持ち上げて、例えば作業者により筐体２１の上方側からウェハＷを載置部１１上に載置し、蓋体２２を筐体２１に固定して密閉雰囲気を構成する。この作業はできるだけパーティクル１の少ない清浄度の高い雰囲気で行うことが好ましい。

次いで、図３（ａ）に示すように、吸引バルブ５３を閉じると共に送り出しバルブ５５を開放して、送風装置５８によりパーティクル１の捕集対象である外部の大気を取り込んで、フィルター５７においてこの大気中に含まれるパーティクル１を除去した後、当該大気を密閉容器２３の内部、取り込み口４１及び取り込み路４２を介して密閉容器２３の外部に排気する。このように大気を取り込み路４２から排出することにより、例えば取り込み口４１や取り込み路４２の内部にパーティクル１が付着していた場合でも、同図に示すように、このパーティクル１が密閉容器２３の外部に排出される。尚、この図３においてはバルブ５３、５５の開放した状態を白色、閉じた状態を黒色として描画してある。

また、加熱プレート３１及び載置部１１上のウェハＷが夫々例えば６０℃、２０℃となるように、電源３２の出力及び冷媒源１３から冷媒通流路１４へ通流する冷媒の流量や温度を調整して、加熱プレート３１とウェハＷとの間に上方から下方に向かって温度が例えば４０℃程度低くなる温度勾配を形成する。そして、送風装置５８からの送風を停止して、あるいは送風装置５８からの送風を続けて外部のパーティクル１が取り込み路４２内に入り込まないようにしたまま、パーティクル１の発生場所にパーティクル捕集装置を移動させる。次いで、図３（ｂ）に示すように、送り出しバルブ５５を閉じて吸引バルブ５３を開放すると共に、取り込み路４２の開口端をパーティクル１の発生場所（パーティクル１を取り込む場所）に近接させる。

吸引手段５４の吸引により、この取り込み路４２の開口端からパーティクル１を含む雰囲気が例えば３０リットル／ｍｉｎ程度の流量で密閉容器２３内に向かって通流して、図４に示すように、取り込み口４１から加熱プレート３１と載置部１１上のウェハＷとの間の領域に流れ込んでいき、ウェハＷの被捕集面にパーティクル１を含む気流が接触する。この加熱プレート３１とウェハＷとの間には、既述のように上方から下方に向かって温度が４０℃程度低くなる温度勾配が形成されているので、既述のように密閉容器２３内に取り込まれたパーティクル１は、熱泳動力によって温度の低い下側のウェハＷに向かって速やかに押し出されていき、ウェハＷに衝突して当該ウェハＷに吸着することとなる。

そして、密閉容器２３内に取り込まれたパーティクル１を含む気流（気体雰囲気）は、吸引手段５４の吸引によりウェハＷの中央部側から周辺部側に向かって流れていくので、同様に熱泳動力によって例えばウェハＷの全面に亘って広くパーティクル１が捕集される（付着する）こととなる。その後、この気流は排気口５１及び排気路５２を介して吸引され、密閉容器２３の外部に排出されていく。こうしてパーティクル１の捕集を所定の時間例えば１０分程度行うことにより、ウェハＷの表面には形状や性質に関係なく多数のパーティクル１が捕集されることになる。その後、このウェハＷ上に捕集されたパーティクル１に対して、以下のようにして分析を行う。尚、パーティクル１は既述のように極めて小さいので、ウェハＷ上に吸着するとほとんどあるいは全く脱落しない。

先ず、吸引バルブ５３を閉じると共に、ヒーター３３への給電と冷媒通流路１４への冷媒の通流とを停止する。そして、不要なパーティクル１が密閉容器２３内に入り込まないように送り出しバルブ５５を開放して送風装置５８から清浄な大気を取り込み路４２へと通流させ、パーティクル捕集装置をパーティクル１の影響のない場所へ移動させる。次いで、送り出しバルブ５５を閉じて例えば作業者により蓋体２２を開放してウェハＷを取り出し、例えばパーティクルカウンターにてパーティクル１の数を測定する。具体的には、図５（ａ）に示すように、回転載置台７１上に所定の向きでウェハＷを載置して、この回転載置台７１を鉛直軸回りに回転させると共に、レーザー光照射部７２からこのウェハＷの表面の例えば中央部に向かってレーザー光を照射する。

ウェハＷ上にパーティクル１が付着している場合には、パーティクル１によってこのレーザー光が散乱されるので、散乱光受光部７３には散乱されたレーザー光が受光され、パーティクル１の付着が検出されることになる。一方、ウェハＷ上にパーティクル１が付着していない場合には、散乱光受光部７３にはレーザー光が受光されないので、パーティクル１が付着してないことが分かる。そして、同図（ｂ）に示すように、レーザー光照射部７２と散乱光受光部７３とをウェハＷの中央部から周縁側に向かってスキャンさせることにより、ウェハＷの面内に亘ってパーティクル１のサイズ（ある範囲を有するサイズである）毎にパーティクル１の有無（数）が検出されることになり、また回転載置台７１上に載置した時のウェハＷの向き、回転載置台７１の回転角度及びレーザー光照射部７２の移動距離（位置）から、ウェハＷ上におけるパーティクル１の位置がマッピングあるいは個々に算出されることになる。尚、この図５において、パーティクル１の大きさについては模式的に拡大して示している。

その後、パーティクル１が確認されたウェハＷの表面に対してＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察及びＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ）分析を行うことにより、パーティクル１の形状の分析（観察）と成分の分析とを行う。そして、予めウェハＷについてパーティクルカウンタで計測した結果及びＳＥＭ等により表面を観察し、分析した結果と、パーティクル１捕集後のウェハＷについての各結果と、を比較して、パーティクル１の捕集の対象となっている雰囲気中の汚染度を求め、またパーティクル１の発生源が推測されることとなる。

上述の実施の形態によれば、大気中のパーティクル１をウェハＷ上に捕集するにあたり、密閉容器２３内の載置部１１上にウェハＷを載置して、この載置部１１上のウェハＷに対向するように設けられた加熱プレート３１により当該加熱プレート３１とウェハＷとの間の雰囲気を加熱すると共に、載置部１１上のウェハＷがこの加熱プレート３１よりも低い温度となるように載置部１１を冷却している。そして、この加熱プレート３１と載置部１１上のウェハＷとの間の領域にパーティクル１を含む雰囲気を通流させているので、このパーティクル１は熱泳動力により温度の低いウェハＷ側に向かって押し出され、そのためパーティクル１を速やかに捕集することができる。従って、このウェハＷ上に捕集したパーティクル１に対して粒径、形状及び成分の分析を行うことができる。

また、密閉容器２３の外部の雰囲気を吸引する前に、送風装置５８から取り込み路４２に向かって清浄な大気をいわば逆流させているので、取り込み口４１や取り込み路４２の内部にパーティクル１が付着している場合でも、このようなパーティクル１を密閉容器２３の外部に排出してウェハＷ上への吸着を抑えることができる。そのため、不要なパーティクル１の影響を抑えて、分析が必要な雰囲気に含まれるパーティクル１を正確に捕集することができる。
更に、密閉容器２３内にパーティクル１を含む雰囲気を取り込むにあたり、また上記のように取り込み口４１に向けて清浄な大気を逆流させるにあたり、ウェハＷとパーティクル１を含む雰囲気との間の流路（取り込み口４１及び取り込み路４２）にはバルブやポンプ（吸引手段５４）、ブロア（送風装置５８）などのパーティクル１の発生源となるおそれのある部材を設けていないので、これらの部材から発生するパーティクル１をウェハＷ上に取り込むおそれがない。

更にまた、加熱プレート３１と載置部１１上のウェハＷとの間の温度差を上記のように１０〜１２０℃に設定しているので、熱泳動力によるパーティクル１の移動速度を大きくして当該パーティクル１を速やかに捕集することができる。また、気流形成部材である加熱プレート３１を載置部１１に対向するように設けているので、またこの加熱プレート３１と載置部１１上のウェハＷとの間の離間寸法Ｌを上記のように狭く設定しているので、パーティクル１の上下における温度勾配を大きく取ることができ、そのためパーティクル１を速やかに捕集することができる。
更に、パーティクル捕集装置を移動自在に構成することにより、また伸縮自在及び引き回し自在な取り込み路４２を設けたことにより、パーティクル１を含む雰囲気に取り込み口４１の開口端を近接させて当該雰囲気を取り込むことができる。

尚、上記の例においては、載置部１１上にウェハＷを載置した後に加熱プレート３１及び載置部１１の温度を調整するようにしたが、予めこれらの加熱プレート３１及び載置部１１の温度を調整しておき、その後載置部１１にウェハＷを載置するようにしても良い。また、載置部１１上のウェハＷに対してパーティクル１を含む雰囲気の吹きつけ（吸引）を始めてから、加熱プレート３１及び載置部１１の温度を調整しても良い。

更に、吸引手段５４を設けて取り込み口４１から外部の気体雰囲気を密閉容器２３内に取り込むようにしたが、例えばこの吸引手段５４を設けずに、外部の気体雰囲気が例えば取り込み口４１から自然に密閉容器２３内に入り込む構成としても良い。この場合には、例えばパーティクルを含む雰囲気中にパーティクル捕集装置を静置すると、例えば取り込み口４１から外部の雰囲気が密閉容器２３内に例えば大気の対流などにより自然に入り込み、加熱プレート３１とウェハＷとの間における温度勾配によりパーティクル１がウェハＷ側に引き寄せられて捕集されることとなる。このような構成においても、上記の例と同様の効果が得られる。尚、加熱プレート３１とウェハＷとの間を通流してパーティクル１を捕集された気体雰囲気は、その後例えば排気口５１から自然に密閉容器２３の外部に排出されていくことになる。また、このように吸引手段５４を設けない場合には、既述の取り込み路４２や排気路５２を設けなくても良い。

上記の例においては、加熱プレート３１及び載置部１１の高さ位置を固定するようにしたが、これらの加熱プレート３１あるいは載置部１１に昇降機構を設けて、加熱プレート３１の下面と載置部１１上のウェハＷの表面との離間寸法Ｌを調整することにより、パーティクル１の上下における温度差を変えるようにしても良い。
また、載置部１１の下方位置に排気口５１を形成したが、図６に示すように、蓋体２２における加熱プレート３１の周囲に形成しても良いし、図７に示すように、加熱プレート３１の中央位置に排気口５１を形成し、蓋体２２における加熱プレート３１の周囲に取り込み口４１を形成しても良い。更に、図８に示すように、加熱プレート３１と載置部１１上のウェハＷとの間の領域に臨む側方位置の一端側に取り込み口４１を形成して、当該一端側に対向する他端側に向かってパーティクル１を含む雰囲気が一方向流として通流するようにしても良い。つまり、加熱プレート３１と載置部１１上のウェハＷとの間にパーティクル１を含む雰囲気が通流すれば良い。

更に、上記の例においては載置部１１に対向する加熱プレート３１内にヒーター３３を設けたが、図９に示すように、取り込み路４２の周囲に加熱手段としてヒーター８１を巻回して、この取り込み路４２において加熱した雰囲気を密閉容器２３内に取り込むようにしても良い。この場合には、加熱された雰囲気が加熱プレート３１と載置部１１上のウェハＷとの間を中央側から周縁側に通流して、当該雰囲気とウェハＷとの間における温度勾配によって、同様にパーティクル１がウェハＷ上に捕集されることになり、同様の効果が得られる。
また、このような場合において、気流形成部材である加熱プレート３１を設けることによって、加熱された雰囲気がウェハＷの表面に近接して通流するので、速やかにパーティクル１を捕集できるが、図１０に示すように、加熱プレート３１を設けなくても良い。
更にまた、図１１に示すように、載置部１１に対向するように、加熱手段として例えばハロゲンランプ８２を設けても良い。これらの場合においても、既述の図６〜図８に示したように、取り込み路４２や排気路５２を蓋体２２の上面中央や加熱プレート３１の側方位置に接続しても良いし、あるいは筐体２１の側壁に接続しても良い。

また、ウェハＷを冷却するための冷却手段としては、既述の冷却板１２以外にも、例えば図１２に示すように、密閉容器２３の底面の内部中央に中空の気体通流路９１を形成し、密閉容器２３の外部のブロアなどの送風機９２から気体例えばこの密閉容器２３の外部の常温の雰囲気を通流させ、この密閉容器２３の底面に載置したウェハＷを冷却するようにしても良い。この場合においては、密閉容器２３の底面が載置部をなすこととなる。尚、この図１２においては排気口５１や熱電対１１ａ、３１ａ等の描画を省略している。また、同図中９３はバルブである。
また、例えば既述の図１の例において、ウェハＷを吸着できるように図示しない吸着機構を備えた載置部１１を蓋体２２の下面に設けて、この載置部１１の下面側にウェハＷを保持すると共に、この載置部１１に対向するように密閉容器２３の下方側に加熱プレート３１を設けても良い。

尚、上記の例ではウェハＷとパーティクル１を含む雰囲気との間の流路にはパーティクル１の発生源となるおそれのある部材（バルブやポンプ（吸引手段５４）、ブロア（送風装置５８））を介設しなかったが、これらの部材を介設するようにしても良い。この場合には、パーティクル１の分析を行うにあたり、例えば取り込み路４２から清浄な大気を取り込むことにより部材から発生したパーティクル１をウェハＷ上に捕集して、このウェハＷと、この部材から発生したパーティクル１と共に分析が必要な雰囲気に含まれるパーティクル１を捕集したウェハＷと、に付着したパーティクル１の数や性状（形状及び成分）を比較するようにしても良い。

上記の各例においては、密閉容器２３内に外部の雰囲気を通流させながら当該雰囲気中に含まれるパーティクル１を捕集するようにしたが、例えば気体取り込み路４２に図示しないバルブを設けて、密閉容器２３内に外部の雰囲気を取り込んだ後、このバルブ及び吸引バルブ５３を閉じることによって密閉容器２３内をいわば静止状態としてウェハＷ上にパーティクル１を捕集しても良い。

次に、パーティクル１に対して働く既述の熱泳動力を確かめるために行った実験について説明する。
（実験例１）
先ず、加熱プレート３１と載置部１１との温度差が０℃、２０℃、４０℃及び６０℃となるようにこれらの加熱プレート３１及び載置部１１の温度を以下の表１に示すように設定してウェハＷ上にパーティクル１を捕集し、既述のレーザー光によるパーティクルカウンターを用いてパーティクル１の個数を計測した結果（画像）を図１３に示す。尚、この図１３において、白色がパーティクル１の確認された位置を示している。

（表１）

その結果、従来の捕集方法（温度差：０℃）ではパーティクル１はほとんど捕集されていなかったが、加熱プレート３１と載置部１１との間に温度勾配を形成することによって、捕集されるパーティクル１が多くなり、更に加熱プレート３１と載置部１１との間の温度差が大きくなるにつれて、ウェハＷの中央部及び周縁部のいずれにおいても多くのパーティクル１が捕集されることが分かった。

（実験例２）
次に、上記の実験例と同様に加熱プレート３１と載置部１１との温度差を変えてパーティクル１を捕集して、捕集されたパーティクル１の個数を大きさ毎に集計した。この結果を図１４に示す。
この図１４から、上記の実験例と同様に温度差が大きくなる程ウェハＷ上に捕集されるパーティクル１の個数が増えていき、４０℃以上の温度差では従来例よりも捕集効率が１００倍程度（０．１％→１０％）まで増えることが分かった。

（実験例３）
上記の実験例２において、どのレベルの大きさのパーティクル１が熱泳動力の影響を受ける（捕集される）か確かめるために、従来例（温度差：０℃）において捕集したパーティクル１の個数を１（＝１００％）とした場合に、温度差を２０℃〜６０℃に設定して捕集したパーティクル１の個数の割合がこの従来例に対してどの程度増えているか計算した。

その結果、図１５に示すように、パーティクル１が例えば０．５μｍ程度の大きさの場合には、例えば温度差が６０℃の時にはパーティクル１の捕集効率が従来例の５倍程度以上に向上し、更にパーティクル１が例えば０．２μｍ以下の大きさの場合には、パーティクル１の捕集効率が従来例の１００倍程度（１００％→１００００％）まで向上することが分かった。

本発明のパーティクル捕集の原理を示す模式図である。 本発明のパーティクル捕集装置の一例を示す縦断面図である。 上記のパーティクル捕集装置の作用を示す概略図である。 上記のパーティクル捕集装置の作用を示す概略図である。 上記のパーティクル捕集装置にて捕集したパーティクルに対して行われる分析の一例を示す概略図である。 上記のパーティクル捕集装置の他の例を示す密閉容器の縦断面図である。 上記のパーティクル捕集装置の他の例を示す密閉容器の縦断面図である。 上記のパーティクル捕集装置の他の例を示す密閉容器の縦断面図である。 上記のパーティクル捕集装置の他の例を示す密閉容器の縦断面図である。 上記のパーティクル捕集装置の他の例を示す密閉容器の縦断面図である。 上記のパーティクル捕集装置の他の例を示す密閉容器の縦断面図である。 上記のパーティクル捕集装置の他の例を示す密閉容器の縦断面図である。 本発明の実施例で得られた特性図である。 本発明の実施例で得られた特性図である。 本発明の実施例で得られた特性図である。

符号の説明

Ｗ ウェハ
Ｌ 離間寸法
１ パーティクル
１１ 載置部
１２ 冷却板
２３ 密閉容器
３１ 加熱プレート
５１ 排気口
５６ 送り出し路

Claims (8)

1. 基板上に気体雰囲気中のパーティクルを捕集する捕集装置において、
   密閉容器内に設けられ、基板を載置する載置部と、
   外部の気体雰囲気を前記密閉容器内に取り込むための取り込み口と、
   前記密閉容器内を排気するための排気口と、
   前記気体雰囲気中に含まれるパーティクルを熱泳動力によって基板上に捕集するために、前記載置部上の基板を被捕集面とは反対側の面から冷却するための冷却手段と、
   前記取り込み口から前記密閉容器内に流入する気体を加熱するための加熱手段と、
   前記取り込み口側に付着したパーティクルが前記密閉容器内に取り込まれないようにするために、清浄な気体を前記密閉容器内の雰囲気を介して前記取り込み口に送り出す送り出し手段と、を備えたことを特徴とするパーティクル捕集装置。
2. 外部の気体雰囲気を前記取り込み口を介して前記密閉容器内に取り込み、基板の被捕集面に接触させる雰囲気取り込み手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパーティクル捕集装置。
3. 前記雰囲気取り込み手段は、外部の気体雰囲気を前記気体取り込み口を介して前記密閉容器内に取り込み、前記載置部上の基板の被捕集面に沿って通流させて前記排気口から排気する手段であることを特徴とする請求項２に記載のパーティクル捕集装置。
4. 前記取り込み口から取り込んだ気体雰囲気が前記載置部上の基板の被捕集面に沿って通流するように、前記載置部に対向する気流規制部材を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のパーティクル捕集装置。
5. 前記加熱手段は、前記載置部に載置された基板に対向するように設けられたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のパーティクル捕集装置。
6. 基板上に気体雰囲気中のパーティクルを捕集する捕集方法において、
   密閉容器内に設けられた載置部に基板を載置する工程と、
   パーティクルの捕集対象である気体を前記密閉容器の取り込み口から当該密閉容器内に取り込む工程と、
   前記気体を加熱する工程と、
   加熱された気体を載置部上の基板の被捕集面に接触させる工程と、
   前記気体雰囲気中に含まれるパーティクルを熱泳動力によって前記基板上に捕集するために、前記載置部上の基板を被捕集面とは反対側の面から冷却手段により冷却する工程と、
   前記取り込む工程に先立って、前記取り込み口側に付着したパーティクルが前記密閉容器内に取り込まれないようにするために、清浄な気体を前記密閉容器内の雰囲気を介して前記取り込み口に送り出す工程と、を含むことを特徴とするパーティクル捕集方法。
7. 前記加熱された気体を基板の被捕集面に接触させる工程は、前記載置部上の基板と、この載置部に対向するように設けられた気流規制部材と、の間を通流させる工程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捕集方法。
8. 前記加熱する工程は、前記載置部上の基板に対向して設けられた加熱手段により加熱する工程であることを特徴とする請求項６または７に記載のパーティクル捕集方法。

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