JP6988714B2 - パーティクル計数装置 - Google Patents

Description

本発明は、パーティクル計数装置に関する。

半導体製品を製造する半導体製造装置の内部に浮遊するパーティクルが、半導体製造装置を用いて製造される半導体製品の品質および歩留まりに影響を与えることが知られている。このため、半導体製造装置内のパーティクルの個数を直接計測するパーティクル計数装置を用いて、半導体製造装置の内部を常時監視することが行われている。

パーティクル計数装置の構成を開示した先行文献として、特開２０１６−２２３８８７号公報（特許文献１）がある。特許文献１に記載されたパーティクル計数装置は、測定ヘッドと、ケース部とを備えている。測定ヘッドは、パーティクルを測定対象領域に導入するための開口と、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を有している。ケース部は、測定対象領域にレーザ光を出射する光照射手段を有している。

特開２０１６−２２３８８７号公報

特許文献１に記載のパーティクル計数装置においては、計測ヘッドの内部にパーティクルを導入するための開口部が外部に露出している。このため、開口部を通って計測ヘッドの内部に入射した外乱光を光検出部が検出する場合がある。この場合、光検出部の検出に基づいて計数されたパーティクルの数の計測精度が低下する。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、外乱光の影響によるパーティクルの個数の計測精度の低下を抑制できる、パーティクル計数装置を提供することを目的とする。

本発明に基づくパーティクル計数装置は、計測ヘッドと、光照射部と、カバーとを備えている。計測ヘッドは、有底円筒状の外形を有し、径方向に貫通する２つの第１開口部を含んでいる。計測ヘッドは、計測ヘッドの内周面上に配置され、計測ヘッド中のパーティクルによるレーザ光の散乱光を検出する光検出部を含んでいる。光照射部は、計測ヘッドの内側において、計測ヘッドの中心軸に沿って計測ヘッドの底部に向けてレーザ光を照射する。カバーは、有底円筒状の外形を有し、径方向に貫通する２つの第２開口部を含んでいる。カバーは、中心軸が計測ヘッドの中心軸と同軸になるように、計測ヘッドに隙間をあけて計測ヘッドを覆っている。計測ヘッドの中心軸上から計測ヘッドの径方向に見て、２つの第１開口部の各々の第１開口領域と、２つの第２開口部の各々の第２開口領域とは、互いに重なっていない。

本発明の一形態においては、カバーは、計測ヘッドに対する、計測ヘッドの周方向の相対的な位相を、変更可能に設けられている。

本発明の一形態においては、２つの第１開口部の各々は、２つの第２開口部の各々に対して、計測ヘッドの周方向の位相が９０度異なっている。

本発明によれば、外乱光の影響によるパーティクルの個数の計測精度の低下を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置の構成を示す正面図である。 図１のパーティクル計数装置を矢印ＩＩ方向から見た上面図である。 図２のパーティクル計数装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図３のパーティクル計数装置をＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。 図３のパーティクル計数装置をＶ−Ｖ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置において、図４に示す状態から、計測ヘッドに対するカバーの周方向の位相を変更した状態の断面図である。 本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置が、計測対象装置に取付けられた状態を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置の構成を示す正面図である。図２は、図１のパーティクル計数装置を矢印ＩＩ方向から見た上面図である。図３は、図２のパーティクル計数装置をＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、図３のパーティクル計数装置をＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図５は、図３のパーティクル計数装置をＶ−Ｖ線矢印方向から見た断面図である。

図１〜図５に示すように、本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置１００は、計測ヘッド１１０と、光照射部１２０と、カバー１３０とを備えている。

計測ヘッド１１０は、有底円筒状の外形を有し、径方向に貫通する２つの第１開口部１１１を含んでいる。本実施形態においては、第１開口部１１１は、第１開口部１１１の貫通方向から見たときに、四角が丸い略矩形状の外形を有している。この略矩形の長辺は、計測ヘッド１１０の中心軸Ｃと略平行である。２つの第１開口部１１１は、中心軸Ｃを間に挟んで互いに対向するように位置している。

２つの第１開口部１１１の各々は、測定対象物であるパーティクルが計測ヘッド１１０の内外に通流するための通流口である。具体的には、パーティクルは、一方の第１開口部１１１から計測ヘッド１１０の内部に流入し、他方の第１開口部１１１から計測ヘッド１１０の外部に流出する。なお、２つの第１開口部１１１の各々の、形状および配置は、上記に限られず、パーティクルを計測ヘッド１１０の内外に通流可能な形状および配置であればよい。

計測ヘッド１１０は、計測ヘッド１１０の内周面上に配置されている光検出部１１２を含んでいる。本実施形態に係るパーティクル計数装置１００において、計測ヘッド１１０は、２つの光検出部１１２を含んでいる。２つの光検出部１１２の各々は、計測ヘッド１１０中のパーティクルによるレーザ光の散乱光を検出する。２つの光検出部１１２の各々は、フォトダイオードで構成されている。光検出部１１２の検出信号は、図示しない制御ユニットに出力される。

本実施形態においては、中心軸Ｃ方向において、光検出部１１２の長さは、第１開口部１１１の長さと略同一である。２つの光検出部１１２の各々は、計測ヘッド１１０の径方向において、計測ヘッド１１０の中心軸Ｃを間に挟んで互いに対向するように位置している。光検出部１１２は、計測ヘッド１１０の周方向において、第１開口部１１１と交互に配置されている。なお、２つの光検出部１１２の各々の位置は、上記に限られず、計測ヘッド１１０中のパーティクルによるレーザ光の散乱光を検出可能な位置であればよい。また、光検出部１１２が１つだけ配置されていてもよい。

計測ヘッド１１０の底部１１３の内面上に、ビームストッパ１１４が配置されている。ビームストッパ１１４は、光照射部１２０から照射されてビームストッパ１１４に到達したレーザ光を吸収する。これにより、計測ヘッド１１０の内部においてレーザ光の多重反射が起きることを抑制できる。

光照射部１２０は、計測ヘッド１１０の内側において、計測ヘッド１１０の中心軸Ｃに沿って計測ヘッド１１０の底部１１３に向けてレーザ光を照射する。具体的には、光照射部１２０は、レーザ光を出射するレーザ発振器１２１と、レーザ発振器１２１から出射されたレーザー光を集光するレンズ１２２とを含んでいる。光照射部１２０は、レーザ発振器１２１およびレンズ１２２を収容する有底円筒状のケースをさらに含んでいる。

光照射部１２０のケースには、中心軸Ｃ方向に貫通した貫通孔１２３が設けられている。貫通孔１２３の外側には、貫通孔１２３を塞ぐように出射窓１２４が配置されている。出射窓１２４は、サファイア製の円板で構成されている。出射窓１２４と光照射部１２０のケースとの間は、Ｏリングでシールされて気密性が確保されている。

レーザ発振器１２１は、ケースの底面における中心軸Ｃ上の位置に配置されている。レンズ１２２は、レーザ発振器１２１と貫通孔１２３との間に配置されている。レンズ１２２の位置は、レーザ光の光軸およびフォーカスの位置がパーティクルの測定における最適な位置になるように、調整されている。

レーザ発振器１２１から出射されたレーザ光は、レンズ１２２、貫通孔１２３および出射窓１２４を通過して、計測ヘッド１１０内部に照射される。光照射部１２０は、パーティクル計数装置１００がパーティクルの個数を計測している間、レーザ光を照射し続ける。

光照射部１２０のケースには、配線挿入部１２５がさらに設けられている。配線挿入部１２５には、図示しないコントロールケーブルが挿入される。パーティクル計数装置１００は、コントロールケーブルを通じて制御ユニットと電気的に接続される。

制御ユニットにおいて、光検出部１１２の検出信号が演算処理されることにより、パーティクルの個数が算出される。制御ユニットは、図示しない記憶装置と接続されていてもよい。記憶装置では、制御ユニットで算出されたパーティクルの個数が記憶され、記憶装置に接続された表示装置にパーティクルの個数の推移が表示される。このようにして、半導体製造装置などの計測対象装置の内部のパーティクルの個数の推移を監視することができる。

カバー１３０は、有底円筒状の外形を有しており、中心軸が計測ヘッド１１０の中心軸Ｃと同軸になるように、計測ヘッド１１０に隙間１３２をあけて計測ヘッド１１０を覆っている。カバー１３０の底部は、中心軸Ｃ方向において、計測ヘッド１１０の底部１１３と接している。

中心軸Ｃ方向におけるカバー１３０の長さは、カバー１３０が計測ヘッド１１０の第１開口部１１１を覆うことができる長さ以上であることが好ましい。計測ヘッド１１０とカバー１３０との間の隙間１３２の広さは、パーティクルが隙間１３２を通過可能な広さであれば特に限定されない。本実施形態において、隙間１３２の広さは、計測ヘッド１１０の周方向および中心軸Ｃ方向の各々において均一である。

カバー１３０は、径方向に貫通する２つの第２開口部１３１を含んでいる。本実施形態においては、第２開口部１３１は、第２開口部１３１の貫通方向から見たときに、四角が丸い略矩形状の外形を有している。この略矩形の長辺は、計測ヘッド１１０の中心軸Ｃと略平行である。２つの第２開口部１３１は、中心軸Ｃを間に挟んで互いに対向するように位置している。

本実施形態において、第２開口部１３１を第２開口部１３１の貫通方向から見たときの第２開口部１３１の外形は、第１開口部１１１を第１開口部１１１の貫通方向から見たときの第１開口部１１１の外形と略同一である。なお、２つの第２開口部１３１の各々の、形状および配置は、上記に限られず、パーティクルを計測ヘッド１１０の内外に通流可能な形状および配置であればよい。

ここで、第１開口領域１１５および第２開口領域１３５の各々について詳細に説明する。図４に示すように、第１開口領域１１５は、中心軸Ｃに対して垂直な断面上において、中心軸Ｃと第１開口部１１１の開口端とを結ぶ２つの半直線で挟まれた領域である。第１開口領域１１５は、中心軸Ｃ方向に沿って延在している。本実施形態においては、２つの第１開口領域１１５は、中心軸Ｃに関して、線対称に位置している。

第２開口領域１３５は、中心軸Ｃに対して垂直な断面上において、中心軸Ｃと第２開口部１３１の開口端とを結ぶ２つの半直線で挟まれた領域である。第２開口領域１３５は、中心軸Ｃ方向に沿って延在している。本実施形態においては、２つの第２開口領域１３５は、中心軸Ｃに関して、線対称に位置している。

本実施形態においては、図４に示すように、計測ヘッド１１０の中心軸Ｃ上から計測ヘッド１１０の径方向に見て、２つの第１開口部１１１の各々の第１開口領域１１５と、２つの第２開口部１３１の各々の第２開口領域１３５とは、互いに重なっていない。

本実施形態においては、２つの第１開口部１１１の各々は、２つの第２開口部１３１の各々に対して、計測ヘッド１１０の周方向の位相が９０度異なっている。計測ヘッド１１０の周方向における第１開口部１１１と第２開口部１３１との位相差は、中心軸Ｃから計測ヘッド１１０の径方向に延在する、第１開口領域１１５の２等分線と、第２開口領域１３５の２等分線との、なす角である。

本実施形態においては、カバー１３０は、計測ヘッド１１０に対する、計測ヘッド１１０の周方向の相対的な位相を、変更可能に設けられている。具体的には、図３および図５に示すように、カバー１３０の底部側の内周面は、計測ヘッド１１０の底部１１３側の外周面と摺接可能に嵌合している。

カバー１３０には、径方向に貫通した３つのねじ孔が設けられている。３つのねじ孔は、カバー１３０の周方向に略等間隔に配置されている。３つのねじ孔の各々には、止めねじ１５０が螺合する。３つの止めねじ１５０を締め付けることによって、計測ヘッド１１０に対してカバー１３０を固定することができる。３つの止めねじ１５０を緩めることにより、計測ヘッド１１０に対してカバー１３０を周方向に回転させることが可能となる。

図６は、本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置において、図４に示す状態から、計測ヘッドに対するカバーの周方向の位相を変更した状態の断面図である。図６においては、図４と同一の断面視にて図示している。

図６に示すように、カバー１３０の周方向の位相を変更した場合、２つの第１開口部１１１の各々の、２つの第２開口部１３１の各々に対する、計測ヘッド１１０の周方向の位相差が、９０度ではなくなっている。すなわち、本実施形態に係るパーティクル計数装置１００は、２つの第１開口部１１１の各々の第１開口領域１１５と、２つの第２開口部１３１の各々の第２開口領域１３５とが、互いに重ならない範囲であれば、第１開口部１１１と第２開口部１３１との計測ヘッド１１０の周方向における位相差が９０度でない状態で使用することも可能である。

図１〜図３に示すように、本実施形態に係るパーティクル計数装置１００は、計測ヘッド１１０と光照射部１２０との間に、円筒状の接続部１４０をさらに備えている。接続部１４０には、レーザ光が通過する開口部が設けられている。接続部１４０は、計測ヘッド１１０側に、フランジを有している。接続部１４０は、たとえばハーメチックコネクタである。

接続部１４０の計測ヘッド１１０側の端部には、図示しないねじ機構が設けられている。このねじ機構によって、接続部１４０と計測ヘッド１１０とが着脱可能に互いに接続されている。接続部１４０の光照射部１２０側の端部は、光照射部１２０のケースと接続されている。接続部１４０の光照射部１２０側の端面における開口部の周縁部と、出射窓１２４の接続部１４０側の端面の周縁部とが直接接触している。

図７は、本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置が、計測対象装置に取付けられた状態を示す概略図である。図７に示すように、計測対象装置１０は、パーティクル計数装置１００を取付けるための接続口１１を備えている。

パーティクル計数装置１００を計測対象装置１０に取付ける場合、カバー１３０を取り付けられた計測ヘッド１１０が、接続口１１から計測対象装置１０の内部１２へ挿入され、接続部１４０のフランジが接続口１１に接続される。これにより、計測ヘッド１１０の第１開口部１１１を含む部分、および、カバー１３０が、計測対象装置１０の内部１２に配置される。光照射部１２０は、計測対象装置１０の外部に配置される。

計測対象装置１０は、たとえば半導体製造装置である。この場合、計測対象装置１０の内部１２は、真空雰囲気であり、計測対象装置１０の外部は、大気雰囲気である。接続部１４０と接続口１１とは、気密接合されている。

ここで、パーティクル計数装置１００の動作について説明する。
計測対象装置１０の内部１２のパーティクルは、カバー１３０の第２開口部１３１からカバー１３０の内部に流入する。カバー１３０の内部に流入したパーティクルは、計測ヘッド１１０とカバー１３０との間の隙間１３２を通過して、計測ヘッド１１０の第１開口部１１１から計測ヘッド１１０の内部に流入する。

計測ヘッド１１０の内部においては、光照射部１２０が計測ヘッド１１０の中心軸Ｃに沿って計測ヘッド１１０の底部１１３に向けてレーザ光を照射している。光検出部１１２は、計測ヘッド１１０の内部に流入したパーティクルによるレーザ光の散乱光を検出する。光検出部１１２の検出信号が、制御ユニットにおいて演算処理されることにより、パーティクルの個数が算出される。

仮に、計測対象装置１０の内部１２に外乱光が進入した場合、パーティクル計数装置１００においては、計測ヘッド１１０の中心軸Ｃ上から計測ヘッド１１０の径方向に見て、２つの第１開口部１１１の各々の第１開口領域１１５と、２つの第２開口部１３１の各々の第２開口領域１３５とは、互いに重なっていないため、外乱光は、カバー１３０によって第１開口領域１１５が遮蔽されているため、第１開口部１１１から計測ヘッド１１０の内部に進入することができない。これにより、光検出部１１２が外乱光を検出することを抑制することができる。その結果、外乱光の影響によるパーティクルの個数の計測精度の低下を抑制することができる。

本実施形態においては、２つの第１開口部１１１の各々は、２つの第２開口部１３１の各々に対して、計測ヘッド１１０の周方向の位相が９０度異なっている。これにより、外乱光が計測ヘッド１１０の内部に進入することを効果的に抑制することができる。

本実施形態においては、カバー１３０は、計測ヘッド１１０に対する、計測ヘッド１１０の周方向の相対的な位相を、変更可能に設けられている。これにより、計測ヘッド１１０の第１開口部１１１に対する、第２開口部１３１の周方向の相対的な位相を変更することが可能となる。その結果、特定の方向から計測対象装置１０の内部１２に進入する外乱光が計測ヘッド１１０の内部に進入することをより確実に抑制することができる。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０ 計測対象装置、１１ 接続口、１２ 内部、１００ パーティクル計数装置、１１０ 計測ヘッド、１１１ 第１開口部、１１２ 光検出部、１１３ 底部、１１４ ビームストッパ、１１５ 第１開口領域、１２０ 光照射部、１２１ レーザ発振器、１２２ レンズ、１２３ 貫通孔、１２４ 出射窓、１２５ 配線挿入部、１３０ カバー、１３１ 第２開口部、１３２ 隙間、１３５ 第２開口領域、１４０ 接続部、１５０ 止めねじ。

Claims (1)

1. 有底円筒状の外形を有し、径方向に貫通する２つの第１開口部を含む計測ヘッドと、
   前記計測ヘッドの内側において、前記計測ヘッドの中心軸に沿って前記計測ヘッドの底部に向けてレーザ光を照射する光照射部と、
   有底円筒状の外形を有し、径方向に貫通する２つの第２開口部を含み、中心軸が前記計測ヘッドの中心軸と同軸になるように、前記計測ヘッドに隙間をあけて前記計測ヘッドを覆うカバーとを備え、
   前記計測ヘッドは、前記計測ヘッドの内周面上に配置され、前記計測ヘッド中のパーティクルによる前記レーザ光の散乱光を検出する光検出部を含み、
   前記計測ヘッドの中心軸上から前記計測ヘッドの径方向に見て、前記２つの第１開口部の各々の第１開口領域と、前記２つの第２開口部の各々の第２開口領域とが、互いに重なっておらず、
   前記カバーは、前記計測ヘッドに対する、前記計測ヘッドの周方向の相対的な位相を、変更可能に設けられている、パーティクル計数装置。

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