JP6769330B2

JP6769330B2 - パーティクル計数システム

Info

Publication number: JP6769330B2
Application number: JP2017024854A
Authority: JP
Inventors: 俊光幣之内; 森　隆弘; 隆弘森; 統宏井上; 康弘山蔭
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-02-14
Also published as: JP2018132866A

Description

本発明は、微細な（数十ナノメートル程度の）塵埃（パーティクル）を検出するパーティクル計測装置を用いたパーティクル計数システムに関する。

例えば、イオン注入装置や有機ＥＬ用成膜装置やエッチング装置等の半導体製造装置は、パーティクルが半導体製造装置（真空の処理室）内に存在すると、このパーティクルがウェハに付着して歩留りが低下することが知られている。特に、近年のように半導体装置の高密度化や微細化が進むと、このパーティクルによる製造歩留りの低下は大きな問題となる。

そこで、半導体製造装置には、その処理室内を浮遊するパーティクルをリアルタイムで検出するパーティクル計測装置が設けられている（例えば特許文献１参照）。このパーティクル計測装置を用いて処理室内に存在するパーティクルを計測し、その計測値に基づいて製造プロセスの条件を最適化したりクリーニングしたりすることにより、製造歩留りの低下を防止している。

図５は、従来のパーティクル計数システムの一例を示す概略構成図である。また、図６は、図５に示すパーティクル計測装置の平面図であり、図７は、図６に示すパーティクル計測装置の垂直断面図である。
パーティクル計数システム１０１は、パーティクル計測装置１０と、制御ユニット（制御部）１３０と、パーソナルコンピュータ（制御部）４０と、制御ユニット１３０とパーソナルコンピュータ４０とを接続するための通信ケーブル３３と、パーティクル計測装置１０と制御ユニット１３０とを接続するための通信ケーブル３４とを備える。

パーティクル計測装置１０は、測定ヘッド２０と、発光素子（光照射手段）となる半導体レーザ素子１３と、受光素子（散乱光検出手段）となる光電子倍増管（ＰＭＴ）１４と、ビームストッパ（迷光除去機構）１９と、ヒータ（加熱手段）１５と、半導体レーザ素子１３やヒータ１５を駆動するための部品１６と、測定ヘッド２０等が温度値ｔになった
こと等の温度状態を検知するための熱電対（温度センサ）１７ａと、測定環境が真空に達したこと等の圧力状態を検知するための圧力センサ１７ｂとを備える。

測定ヘッド２０は、筐体２１とモジュール２３とを有する。
モジュール２３には、通信ケーブル３４と接続されるための接続口（図示せず）が形成されている。これにより、パーティクル計測装置１０と制御ユニット１３０とは、通信ケーブル３４を介して信号の送受信が可能となっている。

筐体２１の内部には、半導体レーザ素子１３と、ＰＭＴ１４と、ビームストッパ１９とがこの順に配置されている。
半導体レーザ素子１３は、筐体２１の左端部内に配置され、所定波長のレーザ光Ｌを右方に出力するものである。また、ビームストッパ１９は、筐体２１の右端部内に配置され、レーザ光Ｌを吸収するものである。

そして、筐体２１上部の中央部付近の壁面の所定位置には、上下方向に貫通した導入口（導入部）１８ａが形成されるとともに、導入口１８ａと上下方向に対向する筐体２１の壁面の所定位置にも、上下方向に貫通した排出口１８ｂが形成されている。つまり、導入口１８ａと排出口１８ｂとによりパーティクルＰが筐体２１中央部の内部（測定対象領域）に侵入して排出される構成となっている。
これにより、半導体レーザ素子１３から出射されたレーザ光Ｌは、筐体２１中央部の内部（測定対象領域）を通った後、ビームストッパ１９に吸収される。このとき、パーティクルＰが測定対象領域に存在すれば、レーザ光ＬとパーティクルＰとが衝突し、レーザ光ＬはパーティクルＰにより散乱されて散乱光が発生する。

また、導入口１８ａと排出口１８ｂとの間となる筐体２１後部の中央部付近の壁面の所定位置には、ＰＭＴ１４が配置されている。これにより、測定対象領域に侵入したパーティクルＰで発生した散乱光がＰＭＴ１４で受光されるようになっている。

ＰＭＴ１４は、光が照射されることにより電気信号（以下「パーティクル信号」という）を生成する構成となっている。パーティクル信号は、通信ケーブル３４を介して制御ユニット１３０に順次出力される。

ヒータ１５は、筐体２１を温度値ｔに加熱するものである。
半導体を製造する際には様々な工程があり、その様々な工程の内の１つにウェハの熱処理等を行う加熱工程があるが、この加熱工程において半導体製造装置側との温度差をなくすことで、製造プロセスに悪影響を与えることを防止することができる。

熱電対１７ａは、筐体２１の温度値ｔを検出することにより電気信号（以下「温度信号」という）を生成する構成となっている。温度信号は、通信ケーブル３４を介して制御ユニット１３０に順次出力される。
圧力センサ１７ｂは、測定対象領域の圧力値ｐ_ｓを検出することにより電気信号（以下「圧力信号」という）を生成する構成となっている。圧力信号は、通信ケーブル３４を介して制御ユニット１３０に順次出力される。

制御ユニット１３０は、パーティクル信号（計測値）を整形してパーティクルＰの計数（処理結果）を行ったりパーティクルＰの粒径（処理結果）を算出したりして、それらをパーソナルコンピュータ４０に出力するパーティクル信号処理部１３１ａと、温度信号と圧力信号とを取得してパーソナルコンピュータ４０に出力する信号処理部１３１ｂとを備える。

パーソナルコンピュータ４０は、操作ボタンやキーボード等からなる入力部４２と、モニタ等からなる表示部４３と、制御ユニット１３０からの処理結果や計測値や温度信号や圧力信号を表示部４３に表示したり、入力部４２を用いて設定された測定条件（サンプリング周波数、閾値電圧、測定時間等）等を制御ユニット１３０に出力したりする信号処理部４１と、記憶部４４とを備える。
これにより、例えば表示部４３には、パーティクル情報（例えば、一定時間の間に通過したパーティクルの数やその粒径等）や温度値ｔや圧力値ｐ_ｓがリアルタイムで表示される。そして、測定が終了すると、一連の測定結果（測定中の各時点におけるパーティクルの通過数、測定中に通過したパーティクル数の合計、粒径の分布、温度値ｔ、圧力値ｐ_ｓ等）が測定ファイルとして記憶部４４に格納される。

特開平６−２６８２３号公報

しかしながら、上述したようなパーティクル計測装置１０では、圧力センサ１７ｂで検出された圧力値ｐｓが、測定ヘッド２０が配置された測定環境が同じ圧力値で変動していないにもかかわらず、測定環境の温度変化とともに変動することがあった。つまり、測定環境の正確な圧力値が得られていなかった。

本件発明者らは、測定環境の正確な圧力値を取得する方法について検討を行った。
圧力センサ１７ｂで検出される圧力値ｐ_ｓは、ある温度（例えば１２５℃）で校正されており、この温度と異なると、検出される圧力値ｐ_ｓも変動することがわかった。つまり、圧力センサ１７ｂには、温度依存性がある。
一方、圧力センサ１７ｂの代わりに、温度依存性のない圧力計をパーティクル計測装置１０に採用することが考えられるが、装置コストが増大することやパーティクル計測装置１０の寸法が大型化するという問題点がある。
そこで、補正テーブルを予め作成しておき、その補正テーブルを用いて圧力センサで検出された圧力値ｐ_ｓを補正することを見出した。このとき、圧力センサには通常機差があることから、圧力センサ毎に補正テーブルを作成する必要がある。

すなわち、本発明のパーティクル計数システムは、気相中に存在するパーティクルを測定対象領域に導入するための導入部と、前記測定対象領域に光を出射する光照射手段と、前記測定対象領域に導入されたパーティクルによる散乱光を検出して検出信号を生成する散乱光検出手段と、加熱手段と、温度値を検出する温度センサと、前記測定対象領域の圧力値を検出する圧力センサと、前記光照射手段及び前記加熱手段を制御する部品を有するモジュールとを有する測定ヘッドと、前記検出信号に基づいてパーティクル情報を作成する制御部と前記モジュールとを接続するためのケーブルとを備えるパーティクル計数システムであって、前記温度センサで検出された温度値に基づいて、前記圧力センサで検出された圧力値を補正するための補正テーブル又は補正式を記憶する記憶部を備え、前記制御部は前記補正テーブル又は前記補正式に基づいて前記圧力値を補正するようにしている。

以上のように、本発明のパーティクル計数システムによれば、圧力センサで検出された圧力値ｐｓを補正テーブルや補正式にて補正することで、測定ヘッドの温度が変化しても正確な圧力値を得ることができる。また、装置コストが増大することもなく、測定ヘッドの寸法にも影響を与えない。

また、本発明のパーティクル計数システムにおいて、前記記憶部は、前記制御部又は前記モジュールの部品に設けられているようにしてもよい。

本発明のパーティクル計数システムの一例を示す概略構成図。本発明の補正テーブルの一例を示す図。補正テーブルの他の一例を示す図。補正テーブル作成方法の説明図。従来のパーティクル計数システムの一例を示す概略構成図。図５に示すパーティクル計測装置の平面図。図６に示すパーティクル計測装置の垂直断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

図１は、本発明に係るパーティクル計数システムの一例を示す概略構成図である。なお、上述したパーティクル計数システムやパーティクル計測装置と同様のものについては、同じ符号を付している。
パーティクル計数システム１は、パーティクル計測装置１０と、制御ユニット（制御部）３０と、パーソナルコンピュータ（制御部）４０と、制御ユニット３０とパーソナルコンピュータ４０とを接続するための通信ケーブル３３と、パーティクル計測装置１０と制御ユニット３０とを接続するための通信ケーブル３４とを備える。

制御ユニット３０は、パーティクル信号（計測値）を整形してパーティクルの計数（処理結果）を行ったり、パーティクルの粒径（処理結果）を算出したりしてパーソナルコンピュータ４０に出力するパーティクル信号処理部３１ａと、温度信号と圧力信号とを取得してパーソナルコンピュータ４０に出力したり補正テーブルを作成したりする信号処理部３１ｂと、補正テーブルを記憶するための記憶部３１ｃとを備える。

ここで、記憶部３１ｃに記憶されている補正テーブルについて説明する。図４は、補正テーブル作成方法について説明するための図である。
補正テーブルは、熱電対１７ａで検出された各温度値ｔにおいて、熱が伝わらないようにされた圧力計で検出された圧力値ｐ_ｂと、圧力センサ１７ｂで検出された圧力値ｐ_ｓとの関係を示すものであって、図２は、図４に示す絶対圧力計５３で検出された圧力値ｐ_ｂと圧力センサ１７ｂで検出された圧力値ｐ_ｓとの関係を示すものであり、図３は、図４に示す絶対圧力計５３で検出された圧力値ｐ_ｂと他の圧力センサで検出された圧力値ｐ_ｓとの関係を示すものである。これにより、測定ヘッド２０の温度が温度値ｔであるときに、圧力センサ１７ｂで検出された圧力値ｐ_ｓに圧力差（ｐ_ｂ−ｐ_ｓ）を加算することで、圧力値ｐ_ｓから圧力値ｐ_ｂに変換することができるようになっている。

さらに、パーティクル計測装置１０の補正テーブルを作成する補正テーブル作成方法について説明する。
まず、製造業者等は、調整環境（分析者等が使用する測定環境に近い温度環境）にパーティクル計測装置１０を設置する。つまり、ドライエア等が流通する上流配管５１に導入口１８ａを連結するとともに、真空ポンプ（図示せず）と接続された下流配管５２に排出口１８ｂを連結する。

このとき、製造業者等は、排出口１８ｂと下流配管５２との間に断熱性を有する部材５４や所定距離を有する部材５４を介して絶対圧力計５３を連結する。つまり、絶対圧力計５３にヒータ１５の熱が伝わらないようにする。
次に、製造業者等は、調整環境を基準となる基準圧力値ｐ’（例えば２１．５Ｔｏｒｒ）に設定し、絶対圧力計５３で検出される圧力値ｐ_ｂが基準圧力値ｐ’と一致するように調整する。

次に、信号処理部３１ｂは、制御信号をヒータ１５に出力し、温度値ｔ_１における圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓと絶対圧力計５３の圧力値ｐ_ｂとを記録する。さらに、信号処理部３１ｂは、制御信号をヒータ１５に出力し、温度値ｔ_２における圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓと絶対圧力計５３の圧力値ｐ_ｂとを記録する。このように各温度値ｔにおける圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓと絶対圧力計５３の圧力値ｐ_ｂとを記録していく。

最後に、信号処理部３１ｂは、温度値ｔ_１における圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓと絶対圧力計５３の圧力値ｐ_ｂとの差Δｐ_１を算出する。さらに、信号処理部３１ｂは、温度値ｔ_２における圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓと絶対圧力計５３の圧力値ｐ_ｂとの差Δｐ_２を算出する。このようにして各温度値ｔにおける圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓと絶対圧力計５３の圧力値ｐ_ｂとの差Δｐ_ｎを算出することで、補正テーブルを作成して記憶部３１ｃに記録させる（図２及び図３参照）。なお、測定した温度値ｔ間の補間が必要となるが、これには一次補間や二次補間等を用いる。

続いて、本発明に係るパーティクル計数システム１の使用方法について説明する（図１参照）。
まず、分析者等は、測定環境にパーティクル計測装置１０を設置する。つまり、排気ガス等が流通する上流配管（排気系）６１に導入口１８ａを連結するとともに、真空ポンプと接続された下流配管６２に排出口１８ｂを連結する。

次に、信号処理部３１ｂは、熱電対１７ａの温度値ｔを順次取得して、制御信号をヒータ１５に出力するとともに、温度値ｔをパーソナルコンピュータ４０に出力する。
また、信号処理部３１ｂは、圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓを順次取得して、補正テーブルを用いて熱電対１７ａの温度値ｔにおける圧力差Δｐ_ｎを、圧力センサ１７ｂの圧力値ｐ_ｓに加算することで、圧力値ｐ_ｂと補正してパーソナルコンピュータ４０に出力する。
また、パーティクル信号処理部３１ａは、パーティクル信号を順次取得し、取得したパーティクル信号を整形してパーティクルの計数（処理結果）を行ったりパーティクルの粒径（処理結果）を算出したりしてパーソナルコンピュータ４０に出力する。
その結果、表示部４３には、パーティクル情報（例えば、一定時間の間に通過したパーティクルの数やその粒径等）や温度値ｔや圧力値ｐ_ｂがリアルタイムで表示される。

以上のように、本発明のパーティクル計数システム１によれば、圧力センサ１７ｂで検出された圧力値ｐ_ｓを補正テーブルにて補正することで、測定ヘッド２０の温度が変化しても正確な圧力値ｐ_ｂを得ることができる。また、装置コストが増大することもなく、測定ヘッド２０の寸法にも影響を与えない。

＜他の実施形態＞
（１）上述したパーティクル計数システム１では、補正テーブルは、制御ユニット３０の記憶部３１ｃに記憶されている構成を示したが、部品１６やパーソナルコンピュータ４０
の記憶部４４に記憶されているような構成としてもよい。

（２）上述したパーティクル計数システム１では、補正テーブルが記憶されている構成を示したが、補正式（一次式や二次式や三次式等の近似式）が記憶されているような構成としてもよい。

（３）上述したパーティクル計数システム１では、補正テーブルが制御ユニット３０で作成される構成を示したが、パーソナルコンピュータ４０で作成されるような構成としてもよい。また、絶対圧力計５３を用いて補正テーブルが作成される構成を示したが、断熱性を有する部材５４や所定距離を有する部材５４を介して連結するため、パーティクル計測装置１０と同じ種類の圧力センサ１７ｂを用いて作成されるような構成としてもよい。

（４）上述したパーティクル計測装置１０では、筐体２１の右端部内にビームストッパ１９が配置されている構成を示したが、測定対象領域以外に光を反射する反射部材が配置されるような構成としてもよい。

本発明は、パーティクルを検出するパーティクル計測装置を用いたパーティクル計数システムに利用することができる。

１０：パーティクル計測装置
１３：半導体レーザ素子（光照射手段）
１４：ＰＭＴ（散乱光検出手段）
１５：ヒータ（加熱手段）
１６：部品
１７ａ：熱電対（温度センサ）
１７ｂ：圧力センサ
１８ａ：導入口（導入部）
２０：測定ヘッド
２３：モジュール
３０：制御部
３１ｃ：記憶部
３４：通信ケーブル

Claims

気相中に存在するパーティクルを測定対象領域に導入するための導入部と、前記測定対象領域に光を出射する光照射手段と、前記測定対象領域に導入されたパーティクルによる散乱光を検出して検出信号を生成する散乱光検出手段と、加熱手段と、温度値を検出する温度センサと、前記測定対象領域の圧力値を検出する圧力センサと、前記光照射手段及び前記加熱手段を制御する部品を有するモジュールとを有する測定ヘッドと、
前記検出信号に基づいてパーティクル情報を作成する制御部と前記モジュールとを接続するためのケーブルとを備えるパーティクル計数システムであって、
前記温度センサで検出された温度値に基づいて、前記圧力センサで検出された圧力値を補正するための補正テーブル又は補正式を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は前記補正テーブル又は前記補正式に基づいて前記圧力値を補正することを特徴とするパーティクル計数システム。
前記記憶部は、前記制御部又は前記モジュールの部品に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のパーティクル計数システム。