JP6515843B2

JP6515843B2 - 表面付着物の検査装置及び検査方法

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Publication number: JP6515843B2
Application number: JP2016047904A
Authority: JP
Inventors: 博倫江口
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP2017161437A

Description

本発明は、物体の表面に付着したパーティクルその他の汚染物質を検査するための表面付着物の検査装置及び検査方法に関するものである。

半導体ウェーハの表面、液晶ガラス、有機ＥＬ、磁気ディスク、ＩＣチップ若しくは半導体装置又はこれらを製造・検査するための機器の表面に付着したパーティクルを捕捉し、パーティクルの発生源を解析する表面汚染測定器が知られている。たとえば、特許文献１には、測定対象物の近傍からの空気を吸引する吸引手段と、吸引した空気中のパーティクルの量や成分等を測定する測定部と、測定対象物の表面へ流体を吐出する吐出手段と、測定対象物の表面に近接配置されるサンプリング部材であって、当該サンプリング部材の周囲に可撓性部材で構成された遮蔽部材が設けられたことを特徴とする表面汚染測定器が開示されている。

特開２０００−３２１１８０号公報

上記特許文献１に記載の表面汚染測定器では、測定対象物の表面へ流体を吐出するとともに測定対象物の近傍からの空気を吸引することで、吸引した空気中のパーティクルの量や成分等を測定する構成とされている。しかしながら、測定対象物が帯電しているとパーティクルが静電気によって強く吸着されるため、流体を吐出したとしても全てのパーティクルが捕捉される訳ではない。このため、パーティクルの測定精度が高いとは言えなかった。

本発明が解決しようとする課題は、パーティクルその他の表面付着物を正確に検査できる検査装置及び検査方法を提供することである。

本発明は、カップ状の被覆部材の開口部の端縁を測定対象面に接触させ、前記測定対象面を被覆し、前記測定対象面の電位を測定し、測定された電位をゼロにする又はゼロに近づける除電エネルギを付与し、前記被覆部材の内部の空気を吸引し、吸引した空気中のパーティクルを検査することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、測定対象面の電位を測定し、測定された電位をゼロにする又はゼロに近づける電位を付与することで測定対象面の電位が打ち消されるので、静電気によるパーティクルの吸着を解消することができる。その結果、パーティクルその他の表面付着物を正確に検査することができる。

本発明に係る表面付着物の検査装置の一実施の形態を示すブロック図である。図１の被覆部材２１の矢印II方向から見た底面図である。図１のコントローラが実行する検査処理の一例を示すフローチャートである。測定対象面の表面電位とパーティクルカウンタにて測定されたパーティクル数の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の表面付着物の検査装置２は、たとえば半導体ウェーハを取り扱うクリーンルーム内の壁面、床面、天井面、処理装置の面、基台の面、半導体ウェーハを収容する容器等々、半導体ウェーハの周囲の環境に存在するパーティクルの数量や成分などを分析するために用いられる。こうした面（以下、測定対象物１の測定対象面１１ともいう）は、作業者の手（通常樹脂やゴム製手袋をはめている）や他の物体と接触・摩擦・剥離・衝突することで帯電する。特に温度が２０〜２５℃、湿度が５０％以下といったクリーンルームにおいては高温多湿環境に比べて帯電し易い。こうした測定対象物が帯電していると、従来のパーティクルカウンタを用いて測定しても、パーティクルが測定対象面に静電気によって強く吸着されるため、全てのパーティクルを測定できず、測定値が実際の値より小さくなる。図４は、測定対象面の表面電位とパーティクルカウンタにて測定された単位面積あたりの平均パーティクル数の関係を示すグラフである。横軸は表面電位を示し、最左端の値ｘに対し、１０倍（１０ｘ）から１０００倍（１０００ｘ）の帯電電位になった場合について、計測されたパーティクル数を縦軸に示している。また３つの各線は、異なる測定対象物１の測定結果を示している。同図に示すとおり、いずれの測定対象物１においても、電位ｘの際のパーティクル数に対し、表面電位が大きくなるほど測定されるパーティクル数が小さくなることが理解される。

このため、本実施形態の表面付着物の検査装置２は、図１に示すように、開口部２１１の端縁が測定対象面１１に接し、測定対象面１１を被覆するカップ状の被覆部材２１と、測定対象面１１の電位を測定する表面電位計２２と、表面電位計２２により測定された電位をゼロにする又はゼロに近づける電位を測定対象面１１に付与する除電器２３と、被覆部材２１の内部の空気を撹拌する給気ポンプ２４等と、被覆部材２１の内部の空気を吸引する吸引ポンプ２５等と、吸引ポンプ２５により吸引した空気中のパーティクルを検査するパーティクルカウンタ２６と、を備える。そして、図３に示すように、カップ状の被覆部材２１の開口部２１１の端縁を測定対象面１１に接触させて測定対象面１１を被覆し（ステップＳＴ１）、測定対象面１１の電位を測定し（ステップＳＴ２）、測定された電位をゼロにする又はゼロに近づける除電エネルギを測定対象面１１に付与し（ステップＳＴ１３）、被覆部材２１の内部の空気を撹拌し（ステップＳＴ９）、被覆部材２１の内部の空気を吸引し（ステップＳＴ１０）、吸引した空気中のパーティクルを検査する（ステップＳＴ１１）。

被覆部材２１は、一端に開口部２１１を有するカップ状をなし、金属、セラミック又は樹脂などの剛体により構成されている。後述する除電器２３として軟Ｘ線装置を用いる場合に、金属製であれば１ｍｍ以上、樹脂製であれば２ｍｍ以上の板厚であることが、軟Ｘ線の遮蔽機能の点で好ましい。被覆部材２１の横断面は、円形又は矩形のいずれであってもよい。被覆部材２１の開口部２１１の他端には、ヘッド２１２が設けられ、その両側に表面電位計２２と除電器２３が設けられている。なお、被覆部材２１の開口部２１１を測定対象面１１の形状に追従させるために、被覆部材２１の開口部２１１に柔軟性を有する部材を装着してもよい。

ヘッド２１２には給気配管２４２と、吸引配管２５２が接続されている。本実施形態の被覆部材２１では、ヘッド２１２が被覆部材２１の上端に固定されているので、ヘッド２１２から測定対象面１１までの距離が常に一定になる。したがって、測定対象面１１における給気と吸引のバランスが一定となるため、捕集バラツキによるパーティクルの測定誤差を小さくすることができるという利点がある。

表面電位計２２は、いわゆる非接触型電位形であり、開口部２１１で被覆された測定対象面１１の表面電位を測定し、そのデータをコントローラ２８へ出力する（具体的には、コントローラ２８が所定タイミングで表面電位計２２の測定データを読み出す）。

除電器２３は、測定対象面１１の電位をゼロにする除電エネルギ又はゼロに近づける除電エネルギを当該測定対象面に付与するものである。特に好ましくは、測定対象面１１の表面電位の絶対値を０〜１ｋＶにする。除電器２３としては、コロナ放電を利用したイオナイザ、軟Ｘ線の照射又は紫外線の照射を例示することができる。コロナ放電により被覆部材２１の内部の空気をイオン化するイオナイザを除電器２３として用いる場合には、図１に示すように被覆部材２１にイオナイザからなる除電器２３を固定する他、これに代えて、後述する給気配管２４２にイオナイザからなる除電器を設け、給気ポンプ２４から被覆部材２１の内部へ供給される空気をイオン化してもよい。またこの場合に、コロナ放電に代えて軟Ｘ線により給気をイオン化してもよい。

測定対象物１が常圧下での空気中や酸素雰囲気中にある場合には、除電器２３として、波長１ｎｍ以下、エネルギが約０．１〜５ＫｅＶの軟Ｘ線を照射する軟Ｘ線照射装置を用いることが好ましい。軟Ｘ線を照射すると、空気分子が光子吸収により光イオン化され、さらに電離した電子は高エネルギを有するため、中性の原子・分子との衝突によりこれらを電離させ、これが芋づる式に連続して生じる電子雪崩現象によって大量のイオン対が生成する。軟Ｘ線照射装置を除電器２３として用いると、完全なオゾンフリー（オゾンの発生がない）でイオンのみが効率よく生成するという利点がある。

これに対して、測定対象物１が窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気及び減圧下にある場合には、除電器２３として、波長１０〜４００ｎｍ、すなわち可視光線より短波長で軟Ｘ線より長波長の紫外線を照射する紫外線照射装置を用いることが好ましい。特に減圧雰囲気における紫外線照射による除電性能は、真空状態に近づくほど飛躍的に高くなる。

除電器２３として軟Ｘ線照射装置又は紫外線照射装置を用いる場合には、安全性を考慮して、図１に示すように、被覆部材２１の開口部２１１と測定対象物１との接触面の近傍の外部に、接触面から漏洩する軟Ｘ線量を検出するＸ線測定器又は紫外線を検出する紫外線測定器２７を設け、その測定結果をコントローラに出力することが望ましい。そして、これらＸ線測定器又は紫外線測定器２７により軟Ｘ線又は紫外線の漏洩が検出されたら軟Ｘ線又は紫外線の照射を停止するとともに、漏洩の旨を喚起する措置を講じることが望ましい。

上述した表面電位計２２によって測定対象面１１の電位が所定閾値より高い場合には、除電器２３を用いて測定対象面１１に、イオン化空気、軟Ｘ線又は紫外線などの除電エネルギを付与する。このとき、被覆部材２１の開口部２１１と測定対象面１１とで囲まれた内部空間の空気を撹拌し、除電された測定対象面１１に付着していたパーティクルを浮遊させるために、被覆部材２１の内部に給気する。給気手段としては、給気ポンプ２４と、一端が給気ポンプ２４に接続され、他端がヘッド２１２のエア吹出孔２４３に接続された給気配管２４２と、給気配管２４２の途中に設けられて給気内に混入したパーティクルを除去する除塵フィルタ２４１と、を備える。本実施形態の被覆部材２１においては、図２に示すようにヘッド２１２の外周に等配で４つのエア吹出孔２４３が設けられている。この給気手段により、給気ポンプ２４で吸引された空気は、除塵フィルタ２４１で除塵されたのち、給気配管２４２を介して４つのエア吹出孔２４３から被覆部材２１の内部へ吹き出し、この空気によって被覆部材２１の内部が撹拌されることになる。

一方、除電及び撹拌されることでパーティクルを含んだ被覆部材２１の内部の空気はパーティクルカウンタ２６へ導かれる。このための吸引手段として、吸引ポンプ２５と、一端が吸引ポンプ２５に接続され、他端がヘッド２１２のエア吸引孔２５３に接続された吸引配管２５２と、吸引配管２５２の途中に設けられて吸引空気に混入したパーティクルを光散乱方式で計測するパーティクルカウンタ２６と、同じく吸引配管２５２の途中に設けられて吸引空気に混入したパーティクルを捕集するパーティクル捕集器２５１と、を備える。この吸引手段により、被覆部材２１の内部の空気は、吸引配管２５２によりパーティクルカウンタ２６に導かれたのち、パーティクル捕集器２５１を通過し、吸引ポンプ２５から排気される。なお、パーティクルカウンタ２６は、吸引空気に混入したパーティクルの数量を粒径サイズごとに計測するが、パーティクル捕集器２５１で捕集されたパーティクルは分析装置などに供され、成分等を分析することでパーティクルの発生源などの特定に利用される。

コントローラ２８は、除電器２３のＯＮ／ＯＦＦ、給気ポンプ２４のＯＮ／ＯＦＦ、吸引ポンプ２５のＯＮ／ＯＦＦ及びパーティクルカウンタ２６のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、表面電位計２２の測定データを読み出し、除電器２３による除電エネルギ量（たとえば除電エネルギの付与時間）を制御する。さらに、Ｘ線測定器又は紫外線測定器２７の測定データを読み出し、軟Ｘ線又は紫外線の漏洩を検出した場合には除電器２３の作動を停止するとともに作業者などに漏洩の旨を喚起する。

なお、図１に示す実施形態では、給気ポンプ２４と吸引ポンプ２５を別々に設け、給気系と吸引系とを互いに独立させたが、給気ポンプ２４と吸引ポンプ２５を一つの循環ポンプで構成し、給気系と吸引系とを接続して循環系としてもよい。

次に、本実施形態の検査装置２の使用方法について説明する。図３は、主としてコントローラ２８が実行する検査処理の一例を示すフローチャートである。まずステップＳＴ１において、被覆部材２１を測定対象物１の測定対象面１１にセットする。このとき、被覆部材２１の開口部２１１の端縁が測定対象面１１に接するように、特に軟Ｘ線照射装置又は紫外線照射装置を除電器２３として用いる場合は好ましくは密着するようにセットする。被覆部材２１の開口部２１１を測定対象面１１に接触させ、測定対象面１１を被覆したら、ステップＳＴ２において、コントローラ２８は、表面電位計２２の測定データを読み出し、測定対象面１１の表面電位を把握する。

ステップＳＴ３において、セットして初回（１回目）のルーチンか否かを判断し、初回のルーチンである場合はステップＳＴ４へ進み、当該ステップＳＴ４にて測定対象面１１が所定値Ｖ_０より高い値で帯電しているかどうか判断する。所定値Ｖ_０より高い値で帯電していなければステップＳＴ９へ進む。所定値Ｖ_０より高い値で帯電している場合は、ステップＳＴ５へ進み、当該ステップＳＴ５において予め定められた短時間の軟Ｘ線または紫外線の照射を行ったのちステップＳＴ６へ進む。ステップＳＴ３において、初回のルーチンに限ってステップＳＴ４→ＳＴ５→ＳＴ６の処理を実行するのは、被覆部材２１が測定対象物１の測定対象面１１に適切にセットされたか否かを確認するためである。

なお、ステップＳＴ３においてセットしてから２回目以降のルーチンである場合は、ステップＳＴ４及びＳＴ５に代えて、ステップＳＴ１３→ＳＴ６へ進む。そして、ステップＳＴ１３においては、コントローラ２８は、測定された電位に応じた除電エネルギを除電器２３から測定対象面１１へ付与するために除電器２３を制御する。ここで、測定された電位に応じた除電エネルギとは、たとえば測定された測定対象面１１の電位の絶対値が１ｋＶを超える場合は、越えた数値に相関した時間だけ除電器２３をＯＮする。なお、たとえば測定された測定対象面１１の電位の絶対値が１ｋＶ以下の場合の除電エネルギはゼロ、すなわち除電器２３をＯＦＦのままとする。

ステップＳＴ３→ＳＴ４→ＳＴ５→ＳＴ６に続くステップＳＴ７において、コントローラ２８は、Ｘ線測定器又は紫外線測定器２７による測定データを読み出し、被覆部材２１の開口部２１１と測定対象面１１との間から軟Ｘ線又は紫外線が漏洩していないかを確認する。そして、ステップＳＴ７において、軟Ｘ線又は紫外線の漏洩が確認されたら、ステップＳＴ１２へ進んで除電器２３をＯＦＦするとともに漏洩の旨を作業者等に喚起した後、処理を終了する。

ステップＳＴ７において、軟Ｘ線又は紫外線の漏洩が確認されなかったら、ステップＳＴ８へ進み、コントローラ２８は、再び表面電位計２２の測定データを読み出し、その測定データの絶対値が所定値Ｖ_０、たとえば上述した１ｋＶ以下であるか否かを判断する。この判断の結果、測定データの絶対値が１ｋＶ（所定値Ｖ_０）を超えている場合はステップＳＴ２へ戻り、再度電位を測定し（ステップＳＴ２）、測定された電位に応じた除電エネルギの付与（ステップＳＴ１３）、漏洩Ｘ線又は漏洩紫外線の測定及び判定（ステップＳＴ６及びＳＴ７）を繰り返す。ステップＳＴ８において、測定データの絶対値が１ｋＶ（所定値Ｖ_０）以下の場合はステップＳＴ９へ進み、コントローラ２８は、給気ポンプ２４をＯＮし、被覆部材２１の内部へ給気する。給気ポンプ２４のＯＮ時間は、たとえばタイマーなどを用いて設定することができる。これにより、給気ポンプ２４で吸引された空気は、除塵フィルタ２４１で除塵されたのち、給気配管２４２を介して４つのエア吹出孔２４３から被覆部材２１の内部へ吹き出し、この空気によって被覆部材２１の内部が撹拌されることになる。なお、Ｘ線や紫外線以外で、漏れが人体の安全に影響しない除電方法を使用する場合は、ステップＳＴ５，ＳＴ６，ＳＴ７を省略することができる。

ステップＳＴ１０において、コントローラ２８は、吸引ポンプ２５をＯＮし、被覆部材２１の内部の空気を吸引する。吸引ポンプ２５のＯＮ時間は、たとえばタイマーなどを用いて設定することができる。これにより、被覆部材２１の内部の空気は、吸引配管２５２を介してパーティクルカウンタ２６に導かれたのち、パーティクル捕集器２５１を通過し、吸引ポンプ２５から排気される。ステップＳＴ１１において、コントローラ２８は、パーティクルカウンタ２６をＯＮし、パーティクル数を計測する。なお、パーティクル捕集器２５１で捕集されたパーティクルは、図外の分析装置などに供され、パーティクルの成分等を分析することでパーティクルの発生源などの特定に利用される。

以上のとおり、本実施形態の表面付着物の検査装置２によれば、帯電し易い環境下にあるクリーンルーム内の各種装置、壁面、基台、容器などにおいても、除電したのちパーティクルの検査を実行する構成であるため、精度の高い検査装置及び検査方法を提供することができる。特に、軟Ｘ線や紫外線を用いた除電器２３によれば、測定対象物１が、常圧下での空気中や酸素雰囲気中にあるのか、窒素ガスやアルゴンガス、不活性ガス雰囲気及び減圧下にあるのかでこれらを選択し、これにより測定環境に応じて高い除電効率を発揮することができる。

１…測定対象物
１１…測定対象面
２…検査装置
２１…被覆部材
２１１…開口部
２１２…ヘッド
２２…表面電位計（電位測定手段）
２３…除電器（除電手段）
２４…給気ポンプ（撹拌手段）
２４１…除塵フィルタ
２４２…給気配管（撹拌手段）
２４３…エア吹出孔（撹拌手段）
２５…吸引ポンプ（吸引手段）
２５１…パーティクル捕集器
２５２…吸引配管（吸引手段）
２５３…エア吸引孔（吸引手段）
２６…パーティクルカウンタ（検査手段）
２７…Ｘ線測定器，紫外線測定器
２８…コントローラ

Claims

開口部の端縁が測定対象面に接し、前記測定対象面を被覆するカップ状の被覆部材と、
前記測定対象面の電位を測定する電位測定手段と、
前記電位測定手段により測定された電位をゼロにする又はゼロに近づけるために軟Ｘ線を前記測定対象面に照射する軟Ｘ線照射装置と、
前記被覆部材の内部の空気を撹拌する撹拌手段と、
前記被覆部材の内部の空気を吸引する吸引手段と、
前記吸引手段により吸引した空気中のパーティクルを検査する検査手段と、
前記被覆部材の開口部と前記測定対象面との接触部の近傍の外部に、前記接触部から漏洩する軟Ｘ線量を検出するＸ線量検出手段とを備え、
前記軟Ｘ線照射装置は、
前記被覆部材を前記測定対象面にセットした直後に、予め定められた一定の時間で軟Ｘ線を前記測定対象面に照射し、
その後、前記電位測定手段により測定された電位に応じた時間で軟Ｘ線を前記測定対象面に照射する、表面付着物の検査装置。
前記軟Ｘ線照射装置は、前記電位測定手段により測定された電位の絶対値が１ｋＶ以下になるまで軟Ｘ線を前記測定対象面に照射する、請求項１に記載の表面付着物の検査装置。
開口部の端縁が測定対象面に接し、前記測定対象面を被覆するカップ状の被覆部材と、
前記測定対象面の電位を測定する電位測定手段と、
前記電位測定手段により測定された電位をゼロにする又はゼロに近づけるために紫外線を前記測定対象面に照射する紫外線照射装置と、
前記被覆部材の内部の空気を撹拌する撹拌手段と、
前記被覆部材の内部の空気を吸引する吸引手段と、
前記吸引手段により吸引した空気中のパーティクルを検査する検査手段と、
前記被覆部材の開口部と前記測定対象面との接触部の近傍の外部に、前記接触部から漏洩する紫外線量を検出する紫外線量検出手段とを備え、
前記紫外線照射装置は、
前記被覆部材を前記測定対象面にセットした直後に、予め定められた一定の時間で紫外線を前記測定対象面に照射し、
その後、前記電位測定手段により測定された電位に応じた時間で紫外線を前記測定対象面に照射する、表面付着物の検査装置。
前記紫外線照射装置は、前記電位測定手段により測定された電位の絶対値が１ｋＶ以下になるまで紫外線を前記測定対象面に照射する、請求項３に記載の表面付着物の検査装置。
カップ状の被覆部材の開口部の端縁を測定対象面に接触させ、前記測定対象面を被覆し、
前記測定対象面の電位を測定し、
前記被覆部材を前記測定対象面にセットした直後に、予め定められた一定の時間で軟Ｘ線を前記測定対象面に照射し、
その後、測定された電位に応じた時間で軟Ｘ線を前記測定対象面に照射し、前記測定対象面の電位をゼロにするか又はゼロに近づけ、
前記被覆部材の開口部と前記測定対象面との接触部から漏洩する軟Ｘ線量を検出し、
前記被覆部材の内部の空気を撹拌し、
前記被覆部材の内部の空気を吸引し、
吸引した空気中のパーティクルを検査する表面付着物の検査方法。
カップ状の被覆部材の開口部の端縁を測定対象面に接触させ、前記測定対象面を被覆し、
前記測定対象面の電位を測定し、
前記被覆部材を前記測定対象面にセットした直後に、予め定められた一定の時間で紫外線を前記測定対象面に照射し、
その後、測定された電位に応じた時間で紫外線を前記測定対象面に照射し、前記測定対象面の電位をゼロにするか又はゼロに近づけ、
前記被覆部材の開口部と前記測定対象面との接触部から漏洩する紫外線量を検出し、
前記被覆部材の内部の空気を撹拌し、
前記被覆部材の内部の空気を吸引し、
吸引した空気中のパーティクルを検査する表面付着物の検査方法。