JPH0344539A - 真空内ダスト監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、真空装置内、特に薄膜加工装置内のダスト
による汚染度を監視するダスト監視装置に関する。

［従来の技術］ 薄膜加工装置、特にＬＳＩなどの半導体製造用の装置に
おいては、製品の歩留まりを確保するために基板上への
塵の付着を最少限にしなくてはならない。したがって、
半導体チップの集積度の向上と共に、半導体製造環境の
ダストによる汚染度を常時モニターしてダスト汚染をコ
ントロールすることの必要性が増大しつつある。

半導体の製造は通常、高性能なりリーンルーム内で行わ
れ、ダストによる大気環境の汚染度が常時監視される。

この汚染度の監視には、第５図に示すような大気中ダス
トモニターが使用される。

このダストモニターでは、監視する場所の大気中に浮遊
するダスト粒子２０をノズル３１から空気とともに吸引
して測定部に導き、この吸引した気流に、レーザ発振器
１０からのレーザビーム２１を、収束レンズ系１１を通
して照射するものである。そして、ダスト粒子からの散
乱光２２を、集光レンズ系３４を通して散乱光検出器１
６で検出することによって、ダスト粒子数をカウントす
る。

ダスト粒子で散乱しなかったレーザビーム２１はレーザ
ビーム吸収器１５に入る。測定部の気流は吸引ポンプ３
２によって排出される。このダストモニターでは、吸引
した一定量の大気中のダスト粒子のカウント数の大小に
よってダスト汚染度を判定することができる。しかし、
この種のダストモニターは、真空装置内のダスト汚染度
を監視する目的に用いることは不可能である。というの
は、真空内においては気体密度が極端に希薄であるので
、ダストを空坤と共に吸引することができないからであ
る。

そこで、真空装置内のダスト汚染を監視する目的で、第
６図に示すような別のタイプのダストモニターが開発さ
れている。第６図（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（
ｃ）は斜視図である。このダストモニターでは、レーザ
発振器１０から出たレーザビーム２１を、２枚の対向す
るミラー３８の間で繰り返し反射させて、飛来してきた
ダスト粒子２０がレーザビーム２１を横切るときの散乱
光２２を集光ミラー３３で散乱光検出器１６に集めてこ
れを検出することによりダスト粒子をカウントしている
。ダスト粒子２０で散乱しなかったレーザビーム２１は
最終的にレーザビーム吸収器１５に入る。この種のダス
トモニターは、大気中、真空中を問わず検出ができる特
徴を持つが、レーザビームは非常に細いのでダスト粒子
がレーザビームを横切る確率が低く、ダストの少ない環
境においては十分な感度での測定が困難であるという欠
点を持つ。

真空中においてはダスト粒子は発生源から、まっすぐに
飛来し、真空壁などに付着した後は再び舞い上がること
が無い。このため真空中の空間を飛行しているダスト粒
子の数は比較的少ないので、第６図に示すようなダスト
モニターは、比較的圧力の高い場合（例えば、大気圧か
らの排気の初期や、逆に真空室内を大気圧に戻すベント
時など）を除いては汚染度の監視には不十分である。

第６図に示すようなダストモニターの従来例は例えば特
開昭６２−２１５８４３号に開示されている。

真空装置内のダスト汚染度を測定するもう一つの方法は
、ダミーウェハーを実際に真空装置内に置いたり真空装
置内で搬送したりして、これを大気に取り出した直後に
、ウェハー表面上に付着したダスト粒子の数を第７図に
示す装置でカウントする方法である。この方法では、真
空装置から取り出したウェハー３５を試料台２４にセッ
トし、レーザ発振器１０からのレーザビーム２１を収束
レンズ系１１を通してウェハー３５に照射する。

その際、試料台２４をモータ２６で回転させるとともに
、モータ２６の支持台をレール３６に沿って移動させる
。すなわち、別のモータ２７を回転すれば試料台送りね
じ３７を介して試料台２４が直線的に移動する。このよ
うにウェハー３５を回転及び直進させて、ウェハー全面
にレーザビーム２１を掃引照射し、ウェハー表面上に付
着したダスト粒子２０からの散乱光２２を集光レンズ系
３４を通して散乱光検出器１６で検出することにより、
ダスト粒子をカウントしている。この方法は、真空装置
内で製造する製品の汚染度に一番近い情報が得られると
いう長所があるが、ダスト汚染度の測定に先立ってダミ
ーウェハーを真空装置内で搬送しなければならないので
、リアルタイムでのダスト監視ができないという欠点が
ある。また、真空装置内のどの部分がダスト汚染源であ
るかを判定できないという欠点もある。

なお、真空容器内にウェハーを置いて、このウェハー表
面上のダスト粒子の大きさ、位置などを検出する装置と
して、特開昭６３−１９０３４８号に開示されたものが
知られている。このダストモニターを真空装置内のダス
ト汚染度の測定に応用する場合には、やはりダミーウェ
ハーにダストを付着させてからこのウェハーをダストモ
ニターにセットする必要があり、結局、第７図に示した
装置と同様にリアルタイムでダスト監視ができないとい
う欠点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 以′上述べたように、従来のダスト監視方法は、原理的
に真空中のダスト監視には応用できないか、応用できて
も感度が不十分であるか、または連続的にリアルタイム
でダスト監視ができないなどの欠点があった。

この発明の目的は、上述の欠点を解消し、真空装置内の
ダスト汚染度の監視が、十分な感度で、かつ連続的に行
えるダスト監視装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の発明は次の特徴を備えている。

すなわち、このダスト監視装置は、 真空中のダストを捕集する捕集面と、 前記捕集面をダスト捕集位置からダスト検出位置に移動
する移動手段と、 前記ダスト検出位置にある前記捕集面に測定光を照射す
る照射手段と、 前記捕集面上のダストによって前記測定光が散乱したと
きの散乱光を検出する検出手段とを備えている。

ここで、ダスト捕集面とは、真空環境に露出可能な表面
であればよい。真空中のダスト粒子は捕集面に当たると
、これに付着するが、付着したダスト粒子が再び捕集面
から飛び出す確率はきわめて低い。

測定光としては通常レーザビームが用いられる。

レーザビームの波長はダスト粒子の測定限界を定める。

すなわち、レーザビームの波長を短くすれば小さなダス
ト粒子に対しても十分な散乱光を得ることができ、より
小さなダスト粒子を検出することが可能になる。

捕集面上でのレーザビームのスポット径は、数十μｍ〜
数百μｍとするのが好ましい。スポット径は、ダストの
読取り時間と分解能との兼ね合いによって決定される。

すなわち、スポット径を大きくすればするほど、捕集面
の全面をレーザビームでスキャンするのに要する時間が
短くなり、読み取り時間が短縮できる。これは、リアル
タイムでのダスト監視には好都合である。しかし、この
ようにスポット径が大きいと、照射スポットの中に複数
個のダスト粒子が入ってしまう確率が高くなる。ダスト
粒子からの散乱光の検出は、散乱光が有るか無いかを判
定しているだけなので、照射スポットの中に一つのダス
ト粒子があっても複数のダスト粒子があっても、同様の
検出出力となる。

したがって、スポット径が大きくなると、近接するダス
ト粒子のいずれかを数え落とす危険が高くなる。一方、
スポット径を小さくすれば、近接するダスト粒子を測定
する分解能が向上して、数え落としの危険は小さくなる
が、読取り時間が長くなる。照射スポット径はこれらの
事項を考慮して決定される。

この発明では捕集面の形状は特に限定されないが、ダス
ト捕集位置とダスト検出位置との間で捕集面を移動させ
るのに便利なように、各種の形状を工夫することができ
る。最も簡単なものは、捕集面を、回転可能な円板の表
面で構成するものである。請求項２の発明では、捕集面
は、循環移動可能な無端ベルトの表面で構成しである。

請求項３の発明では、捕集面は、中心袖の回りで回転可
能な円筒面で構成しである。請求項４の発明では、捕集
面は、二つの回転軸の回りで回転可能な球面で構成しで
ある。

［作用］ ダストを含む真空環境に捕集面を露出させると、捕集面
には時々刻々ダスト粒子が飛来し付着する。

この捕集面を、一定時間間隔ごとに、あるいは連続的に
、検出位置に移動させる。そして、測定光を捕集面（こ
照射してダスト粒子からの散乱光を検出する。通常は、
散乱光検出パルスの数をカウントしてダスト粒子の数を
測定する。真空装置内のダスト汚染度が高いほど一定時
間にダスト捕集面に蓄積されるダスト数は多いので、こ
のカウント数から真空装置内のダスト汚染度を判断する
ことができる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例の斜視図である。

図に示すダスト監視装置の全体は、真空装置内のダスト
汚染度を監視したい部分に設置される。レーザ発振器１
０を光源とするレーザビーム２１は収束レンズ系１１を
通り、さらにビームスキャン用の振動ミラー１２で反射
して、ダスト捕集板１３上で４０〜５０μｍのビーム直
径に収束する。

レーザビーム２１はミラー１２の振動によって円形のダ
スト捕集板１３の半径方向に掃引される。

円形のダスト捕集板１３はモータ１４によって回転する
ことができるので、ダスト捕集板１３の回転とミラー１
２によるレーザビーム２１の掃引との組み合わせによっ
て、ダスト捕集板１３の全面をレーザビームでスキャン
することができる。

ダスト捕集板１３の表面は鏡面に仕上げられていて、こ
の面上に入射したレーザビームは反射の法則に従って反
射し、反射光吸収器１５に入射して吸収される。レーザ
ビームがスキャンされる領域上にダスト粒子２０が存在
すると、レーザビームはダスト粒子２０で散乱して四方
に散乱光２２が散らばる。この散乱光の一部は、散乱光
検出器１６に入る。この検出器１６で、散乱光による検
出ピークをカウントすることにより捕集板１３上のダス
ト粒子の数を知ることができる。

上述のレーザ照射系および散乱光測定系は、全体が暗箱
１７に収容されているので、外界からの迷光によるバッ
クグラウンドを低減でき、測定感度を上げることができ
る。この実施例では、暗箱１７はダスト捕集板１３の上
面の面積の約半分を覆っている。

次に、各部の詳細を説明する。

レーザ発振器１０としてはコンパクトな半導体レーザを
使用しており、レーザの波長は７８０ｎｍである。この
波長を使用すると、０．３μｍ以上のダスト粒子を検出
することができる。より短い波長を使えば、より小さな
ダスト粒子も検出できるが、現在のところ、これより短
波長の半導体レーザは入手が難しいので、上述のレーザ
波長を使用している。ガスレーザを使用すればより短波
長のレーザビームが得られるが、大型でかつ構造が複雑
になり、真空装置内に設置するという観点からは採用し
にくい。

ダスト捕集板１３は直径ＩＱｃｍの円板である。

ダスト監視装置を小形化する観点からいえばダスト捕集
板１３はもっと小さいほうがよい。しかし、捕集面積を
あまり小さくすると、ダストの少ない環境ではダスト粒
子の検出個数が非常に少なくなり、ダスト監視の精度が
悪くなる。

散乱光検出器１６は、ダスト捕集板１３の半径寸法（５
ｃｍ）をほぼカバーするように、ダスト捕集板１３の半
径方向に沿って捕集板から少しし離して設置しである。

散乱光検出器１６は、受光面の長さが２ｃｍのフォトダ
イオードを２個並べて構成し、長さ４ｃｍの受光面を形
成している。

二つのフォトダイオード出力の論理和をとることによっ
てダスト粒子からの散乱光の有無を検出している。散乱
光検出器１６の出力は、最終的に、ダスト粒子の存在に
対応したパルスとなっている。

したがって、このパルスをカウントすればダスト粒子の
数を数えることができる。この実施例では、入手の容易
性から２ｃｍのフォトダイオードを２個用いているが、
もちろん長さ４ｃｍのフォトダイオードを１個用いても
よい。

散乱光検出器１６としては、このほかに、光電子増倍管
を用いることができる。ただし、細長い受光面のものを
用いるのは現実的ではないので、この場合は、ダスト捕
集板の半径方向に沿って光ファイバを並べて散乱光を集
光し、光ファイバの他端を１か所に集めてそこから出て
くる散乱光を光電子増倍管で検出する。

また、ダスト捕集板の半径方向に沿ったダスト粒子の個
数分布を測定する場合は、散乱光検出器として、多数の
ＣＣＤやフォトダイオードを一列に並べたイメージセン
サを利用する。

次に、この実施例の使用方法を説明する。

まず、第１図に示すダスト監視装置を、真空装置内のダ
スト汚染度を測定したい部分に配置する。

そして、ダスト捕集板１３を連続的に回転させる。

ダスト捕集板１３は暗箱１７に覆われている部分ではダ
スト粒子を捕集できないが、それ以外の露山部分でダス
ト粒子を捕集できる。レーザビーム２１をダスト捕集板
１３の外周部分に当てるように振動ミラー１２の角度を
定める。この状態でダスト捕集板１３を１回転させると
、レーザスポットの幅で円環状にダスト捕集板１３にレ
ーザビームが当たる（円環状の照射領域をトラックと呼
ぶことにする）。次に、振動ミラー１２を若干動かして
レーザスポットの寸法分だけ照射位置をダスト捕集板の
内側にずらせ、同様にダスト捕集板１３を１回転させる
。この操作を繰り返して、レーザビーム照射位置をダス
ト捕集板１３の外周部分から中心付近まで移動させれば
、ダスト捕集板１３の全面にレーザビームを当てること
ができる。

レーザスポット径を５０μｍとして、ダスト捕集板の半
径５ｃｍのうちの４ｃｍを有効にレーザ照射するとした
場合には、ダスト捕集板１３は８００個の同心状のトラ
ックに分割される。すなわち、ダスト捕集板１３を８０
０回だけ回転させると、ダスト捕集板の全面にレーザビ
ームを当てることができる。この動作を１分間でおこな
うにはダスト捕集板１３を８００　ｒｐｍの速度で回転
させる。なお、ダスト捕集板１３上でのレーザ移動速度
を一定にするには、レーザビームがダスト捕集板の外周
付近に当たっているときにはダスト捕集板をゆっくり回
転させ、レーザビームが中央に移動するにつれて速く回
転させる。

振動ミラ゛−１２を間欠的ではなくて連続的に動かして
もよく、その場合は、ダスト捕集板１３に渦巻状にレー
ザビームが当たることになる。

以上のようなレーザビーム照射方法によれば、例えば１
分間でダスト捕集板全面でのダスト粒子の検出が完了す
る。ところで、真空中のダスト汚染度を判断するには、
ダスト捕集板上での単位時間、単位面積当たりの付着ダ
スト数をカウントする必要がある。しかし、第１図のダ
スト監視装置を他の場所から所定位置に配置する間にも
、また、測定を開始する前にも、ダスト粒子はダスト捕
集板に付着するので、ダスト蓄積時間を計算するのはき
わめて困難である。これを防ぐために、測定を開始する
前はダスト監視装置をカバーで覆っておき、カバーを取
り外した時点から蓄積時間を計算することが考えられる
。しかし、この方法でも、最初からダスト捕集板に付着
しているダスト粒子を無視できない。そこで、実際は、
まず、ダスト捕集板の全面にレーザビームを照射して（
例えば１分かかる）、ダスト粒子をカウントし、１次デ
ータを得る。次に、その直後に再度、ダスト捕集板の全
面にレーザビームを照射して（同様に１分かかる）、ダ
スト粒子をカウントし、２次データを得る。そして、２
次データのダストカウント数から１次データのダストカ
ウント数を差し引けば、ダスト捕集板の露出面積（全面
積の約半分）当たりの１分間当たりのダスト付着数が求
まる。もし、１次データ測定作業の終了時刻と２次デー
タ測定作業の開始時刻との間に時間をおけば、その時間
間隔に１分間を足したものがダスト蓄積時間となる。

１次データ、２次データ、３次データと次々にダストカ
ウント数を求めて、前回のデータから差し引いていけば
、リアルタイムでダスト汚染度を求めることができる。

ただし、得られたダスト汚染度は、１回の測定所用時間
（例えば１分）での平均値となる。

ダストが多い環境では、１回の測定所用時間を短縮して
リアルタイム測定の時間間隔を短縮する方がよい。その
ためには、ダスト捕集板の回転速度を上げて、それに比
例して振動ミラーの移動速度を速めればよい。しかし、
ダスト捕集板の回転速度を上げるのには限界があり、ま
た、回転速度を上げ過ぎると、ダスト捕集板に到達した
ダスト粒子をはじき飛ばしてしまう恐れもある。そこで
、測定所用時間を短縮する別の方法として、振動ミラー
１２を高速で振動させてダスト捕集板１３の半径方向に
レーザビームを高速で往復スキャンすれば、ダスト捕集
板１３を１回転させるだけで測定を完了させることがで
きる。この場合、ダスト捕集板１３の全面を必ずしもレ
ーザ照射する必要はなく、照射しない部分があってもよ
い。得られたデータに統計的な処理をすれば全面のダス
ト粒子の数を推定できるからである。なお、このような
間引き測定は、レーザビームを外周から中央に移動させ
る間にダスト捕集板を多数回回転させるような最初に述
べた測定方法でも採用できる。

比較的ダストの少ない環境では、データ測定間隔を長く
とることによって蓄積時間を増加させて測定精度の向上
を図ることができる。ダストの少ない環境であることが
あらかじめ分かっていれば、面積の大きいダスト捕集板
にしておくこともできる。

第２図はこの発明の別の実施例の斜視図である。

第１図の実施例と異なる点は、ダスト捕集部材１３ａが
円板ではなくて連続的に循環する無端ベルトの形状であ
ることである。第１図の実施例と同じ部分には同じ符号
を付けである。ダスト捕集部材１３ａは、モータ１４に
駆動されて連続的にまたは間欠的に移動する。レーザビ
ーム２１はダスト捕集部材１３ａの幅方向に往復スキャ
ンすることになる。この実施例の装置では、ベルトを長
くすることによって、検出部から比較的離れた部分のダ
スト汚染度をモニターすることが可能である。

第３図はさらに別の実施例を示す。この実施ｆ！１１に
おいては、ダスト捕集部材１３ｂは円筒状であり、この
円筒の外表面にダストを捕集する。ダスト捕集部材１３
ｂはモータ１４に駆動されて連続的にまたは間欠的に回
転する。レーザビーム２１はダスト捕集部材１３ａの軸
方向に往復スキャンすることになる。円筒状のダスト捕
集部材１３ａの上半分は真空環境に露出しており、下半
分は暗箱１７で覆われている。したがって、円筒の」二
半分でダスト粒子を捕集し、円筒の下側でダスト粒子を
検出することになる。これを第１図の装置と比較すると
、第１図の装置では円板の上方からやって来るダスト粒
子を円板の上面で捕集して、同様に円板の上方からレー
ザビームを照射してダスト粒子を検出しているのに対し
、第３図の装置ではダスト捕集方向とダスト検出方向は
反対になっている。これにより、第３図の装置は第１図
の装置と比較して装置全体をコンパクトにでき、真空装
置のチャンバーの狭い部分に設置するのに有利となる。

第４図はさらに別の実施例を示す。この実施例において
は、ダスト捕集部材１３ｃは球状であり、この球の外表
面にダストを捕集する。ダスト捕集部材１３ｃは二つの
モータ１４ａ、１４ｂによって回転駆動する。モータ１
４ｂは、図示しない支持部材に固定してあり、このモー
タ１４ｂの回転によって直角アーム１９が間欠的にまた
は連続的に回転する。これにより、ダスト捕集部材１３
ｃは矢印Ｂの方向に回転する。アーム１９の他端には別
のモータ１４ａを固定し、このモータ１４ａの回転によ
って球状のダスト捕集部材１３ｅを矢印Ａの方向に連続
的に回転させる。この装置ではレーザビームの照射位置
１８は空間的に固定してあり、二つのモータ１４ａ、１
４ｂを回転させることによって、球面上の任意の点をレ
ーザ照射位置に持ってくるようにしている。すなわち、
レーザビームを移動させる機構は必要ない。アーム１９
は１８０度の角度範囲で回転移動させれば足りる。球の
上半分は真空環境に露出しており、下半分は暗箱１７で
国われている。したがって、第３図の装置と同様に、球
の」二半分でダスト粒子を捕集して球の下側でダスト粒
子を検出することになり、装置全体をコンパクトにでき
る。

以上、各種の実施例を述べてきたが、捕集面の形状は上
述のものに限定するものではなく、その他の形状として
もよい。

［発明の効果］ 請求項１の発明では、捕集面をダスト捕集位置にもって
きてダストを捕集蓄積し、この捕集面をダスト検出位置
に移動してから測定光を照射してダスト粒子を検出して
いる。このように捕集蓄積してからダスト検出を行って
いるので、蓄積時間、蓄積面積を適切に選択することに
よって、ダストが少ない環境でも真空中のダスト汚染度
を十−分な感度で測定することができる。また、ダスト
捕集位置とダスト検出位置との間でダスト捕集面を移動
できるようにしたのでリアルタイムでダスト汚染度を監
視することができる。

請求項２の発明では、捕集面を、循環移動可能な無端ベ
ルトの表面で構成しであるので、ダスト捕集部材をあま
り大きくしなくても、検出部から比較的離れた位置のダ
スト監視が可能になる。

請求項３の発明では、捕集面を、中心軸の回りで回転可
能な円筒面で構成しであるので、円板の捕集面を利用す
る場合と比較して装置をコンパクトにできる。

請求項４の発明では、捕集面を、二つの回転軸の回りで
回転可能な球面で構成しであるので、円板の捕集面を利
用する場合と比較して、請求項３の発明と同様に装置を
コンパクトにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は円板状捕集面を備える実施例の斜視図、第２図
は無端ベルト状捕集面を備える実施例の斜視図、 第３図は円筒状捕集面を備える実施例の斜視図、第４図
は球状捕集面を備える実施例の斜視図、第５図は従来技
術による大気環境中ダストモニターの断面図、 第６図（ａ）（ｂ）（ｃ）は従来技術による真空白ダス
トモニターの平面図、正面図、斜視図、第７図は従来技
術によるウェハー表面ダスト検査装置の斜視図である。 １０・・・レーザ発振器 １２・・・振動ミラー １３・・・ダスト捕集板 １４・・・モータ １６・・・散乱光検出器 ２０・・・ダスト粒子 ２１・・・レーザビーム（測定光） ２２・・・散乱光

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中のダストを捕集する捕集面と 前記捕集面をダスト捕集位置からダスト検出位置に移動
   する移動手段と、 前記ダスト検出位置にある前記捕集面に測定光を照射す
   る照射手段と、 前記捕集面上のダストによって前記測定光が散乱したと
   きの散乱光を検出する検出手段と、を備えることを特徴
   とする真空内ダスト監視装置。
2. （２）前記捕集面は、循環移動可能な無端ベルトの表面
   で構成されていることを特徴とする請求項１記載の真空
   内ダスト監視装置。
3. （３）前記捕集面は、中心軸の回りで回転可能な円筒面
   で構成されていることを特徴とする請求項１記載の真空
   内ダスト監視装置。
4. （４）前記捕集面は、二つの回転軸の回りで回転可能な
   球面で構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   真空内ダスト監視装置。