JPH04204039A - 微粒子計測システム - Google Patents

微粒子計測システム

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JPH04204039A
JPH04204039A JP2329280A JP32928090A JPH04204039A JP H04204039 A JPH04204039 A JP H04204039A JP 2329280 A JP2329280 A JP 2329280A JP 32928090 A JP32928090 A JP 32928090A JP H04204039 A JPH04204039 A JP H04204039A
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JP
Japan
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light
laser
plasma
corpuscle
emission
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Application number
JP2329280A
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English (en)
Inventor
Masakazu Hoshino
正和 星野
Toshiyoshi Iino
飯野 利喜
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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〕 本発明は、低圧気体中の微粒子、クリーンルーム内の塵
埃、洗浄用純水中の微粒子の数密度や粒径の計測を行う
微粒子計測システムに関するものである。さらには、半
導体製造のCVD、ドライエツチング等の各工程に用い
られるCVD装置。
トライエツチング装置に関する。
〔従来の技術〕
微粒子計測システムの測定原理について説明する。特開
平1−116433号公報に記載の様に、この微粒子計
測システムでは、気田中や液体中に浮遊、あるいは、生
成される微粒子に微粒子がブレイクダウンする程度(物
質による異なる)のレーザ光を照射する。これにより、
微粒子の表面近傍からの蒸発物がプラズマ状態になり、
プラズマ発光が起こる。
レーザブレイクダウンとは、レーザ光がエネルギ源とな
り物質を構成する原子の電子がはぎ取られ、物質がプラ
ズマ化する現象を言う。
この発光は、レーザ光がパルスレーザ光である場合、−
パルスの時間内で起こる。この光を集光し、分光して得
られるスペクトルを高電変換器で受光する。レーザ光照
射体積(測定体積)に含まれる微粒子数が1以下の様に
、微粒子数密度が希薄な場合、プラズマの発光回数を計
数することにより微粒子数密度の測定を、また、発光強
度が微粒子断面積に比例することがら粒径の推計を行う
一方、微粒子数密度が高く、レーザ光照射体積内に複数
の微粒子が存在する場合には、空間分解能をもつ光電変
換器(例えば、マトリックス状のマイクロチャンネルプ
レート)で発光を受けて、同時発光する微粒子の計数を
行う。また、微粒子数密度が希薄な場合と同様に、発光
強度から粒径の推計を行なう。また、構成物質の相違す
る複数種の粒子からの発光を分光して、それぞれの構成
物質に対応する単色光の強度を検出して、各微粒子の数
密度を区別して計数する。
従来の微粒子計測システムは、特開昭1−116433
号公報に記載のように、(1)プラズマ発光と同時に散
乱光を検出するような装置構造になっていない。また(
2)レーザ光の強度を固体のレーザブレイクダウンしき
い値以上にし、気体のそれより低い値に設定しているた
めに、微粒子雰囲気の気体をブレイクダウンしプラズマ
発光させることができない等の問題がある。理科年表に
よれば、固体がもっともレーザブレイクダウンしやすく
、ついで液体、気体の順になっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来技術には、レーザブレイクダウンプラズマ発光と同
時におこる散乱光を検出するための検出器が装備されて
おらず、微粒子計測の精度が低いと言う問題がある。
本発明の目的は、レーザブレイクダウンプラズマ発光と
同時に散乱光を検出することにより、精度の高い微粒子
計測システムを実現することにある。
従来技術では、レーザ光照射体積のレーザ光の強度を微
粒子のレーザブレイクダウンしきい値以上、気体のそれ
より低く設定しているために、微粒子雰囲気の気体をブ
レイクダウンさせることが出来ないと言う問題がある。
本発明の目的は、レーザ光照射体積のレーザ光強度を微
粒子雰囲気の気体のレーザブレイクダウンしきい値以上
に設定することにより、精度の高い微粒子計測システム
を実現することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、(1)微粒子による散乱光
の波長は、入射レーザ光の波長と同一であり、レーザブ
レイクダウンにより発生するプラズマ光の波長は、広範
囲(紫外〜赤外まで)である性質を利用し、光検出器の
受光面にレーザブレイクダウンにより発生するプラズマ
光をカットするための光フィルタを具備した光検出器系
を設け、散乱光を検出できる様にする。また(2)レー
ザ出力を調整し、測定点のレーザ光強度を気体のレーザ
ブレイクダウンしきい値以上に設定するようにする。
〔作用〕
前述の手段によれば、(1)光検出器受光面の前面に設
けた光フィルタにより、レーザブレイクダウンによって
発生したプラズマ光をカットすることができるので、微
粒子の散乱によって発生した散乱光だけを検出し、デー
タ処理することにより、微粒子の数と粒径を計測出来る
様になる。また、(2)レーザ出力を調整し、測定点の
微粒子に照射するレーザ光の強度を高めることにより、
微粒子と共に、微粒子雰囲気の気体をレーザブレイクダ
ウンさせることができる様になる。
〔実施例〕
以下、第1図から第4図を用いた、本発明の詳細な説明
する。第1図は、第一の実施例の微粒子計測システムの
構成を示したものである。第1図に示す様に、微粒子計
測システムは、レーザ光源1(例えばパルスYAGレー
ザ)、レーザ入射光学系2(図中二点鎖線で囲む領域)
、プラズマ光検出系3とその処理制御系4、散乱光検出
系5とその処理制御系6により構成される。レーザ入射
光学系2は、光出力調整器、凹レンズ及び凸レンズより
なる。プラズマ光検出系3は、プラズマ光を集光するた
めの凸レンズ7、入射レーザ光をカットするための光フ
ィルタ8(例えば、干渉フィルタ)及び光検出器9(例
えば、光電子増倍管)よりなる。散乱光検出系5は、散
乱光を集光するための凸レンズ10、プラズマ光をカッ
トするための光フイルタ−11及び光検出器12よりな
る。
第2図は、微粒子にパルスレーザ光が照射された時に起
こるレーザブレイクダウンによるプラズマ発光と散乱光
及びレーザ発光との関係を時系列的に示したものである
。第2図に示す様に、微粒子にレーザ光が照射されると
、入射レーザ光と同じ波長の散乱光が同時に発生する。
また、レーザブレイクダウンによる広範囲(紫外〜赤外
まで)の波長のプラズマ発光は、レーザ発光より10n
sec程度おくれで起こる。プラズマ発光が、入射レー
ザ光の発光よりも遅れるのは、レーザ光のエネルギが微
粒子に吸収されるのに数ナノ秒要するためである。この
様に、微粒子による散乱光とプラズマ発光が別々におこ
るので、これらの信号を分別して検出することが可能で
ある。
従って、プラズマ発光及び散乱光の検出信号を別々に処
理することにより、同一微粒子に対して粒径と数密度を
二種類の方法で計測することが出来るので、計測精度の
向上が図れる。
第1図及び第2図を用いて、第一の実施例での微粒子計
測方法について説明する。レーザ光源1からのビーム状
のレーザ光は、レーザ入射光学系2により、計測領域1
3内の目的の位置にレーザ光が集光し、ビームウェスト
14 (ビームウェスト径を数十ミクロンから数百ミク
ロンに設定)が形成される。このビームウェスト14に
微粒子が存在しないと、プラズマ発光及び散乱光の発光
は起こらない。また、ビームウェスト14に微粒子が存
在すると、第2図に示すように、まず散乱光が発せられ
るので、散乱光検品系5の凸レンズ10により集光し、
光フィルタ11によりレーザブレイクダウンによるプラ
ズマ発光をカットし、光検出器12で散乱光の強度を検
出する。次に、レーザブレイクダウンによるプラズマ発
光を、プラズマ光検出系3の凸レンズ7により集光し、
光フィルタ8により散乱光をカットし、光検出器9でプ
ラズマ光の強度を検出する。
この様にして、次々に、レーザ光源1から、−定の周期
でレーザ光を発することにより、一定時間内に起こった
プラズマ発光の回数から微粒子密度を強度から微粒子径
を処理制御系4で求める。
同様に、散乱光の発光回数から微粒子密度を強度から微
粒子径を処理制御系6で求める。
この様にして求まった微粒子の数密度と粒径を比較検討
し、最終的な微粒子の数密度と粒径を決定することによ
り、精度の高い微粒子計測が実現される。
第3図は、微粒子に照射するレーザ光の強度を微粒子雰
囲気中の気体のレーザブレイクダウンしきい値以上に設
定した場合の、レーザブレイクダウンによって発生する
プラズマ発光の実験結果を示したものである。
第3図において、実線で示したのが、気体だけをレーザ
ブレイクダウンさせた時のプラズマ発光であり、ガウス
分布状のピークが一つ現われる。
レーザブレイクダウン発光回数の総数は、入射レーザ光
のパルス数と一致する。これに対して、第3図において
、−点鎖線で示したのが気体と微粒子が同時、あるいは
、気体だけがレーザブレイクダウンした時のものであり
、それぞれに対応する二つのピークが現われる。発光強
度の高い領域のピークが気体と微粒子が同時にプラズマ
発光したものであり、発光強度の低い領域のピークは、
気体だけがプラズマ発光したものである。ブレイクダウ
ン発光回数の総数は、入射レーザ光のパルス数と一致す
る。この現象を用いて、微粒子計測システムの精度を向
上する。
つまり、微粒子のブレイクダウン発光回数Nは、次式で
求められる。
N=N、−Nよ N″:N2 ここに、No は一定時間内のレーザ光のパルス数、N
2は気体のブレイクダウン回数、N2 は、微粒子と気
体が一緒にブレイクダウンした回数である。ここで、N
工は、ビームウェストのレーザ光強度を気体のブレイク
ダウンしきい値以上に設定してあり、必ずブレイクダウ
ンが起こるので正確に求めることができる。また、N2
については、レーザ光強度の変動、微粒子径のばらつき
、微粒子のビームウェストの通過の仕方等の影響を受け
やすいので、正確に求めにくい。
つまり、従来の計測システムでは、微粒子のブレイクダ
ウンのみを計数しているために、高い精度を実現する二
とが容易ではなかった。
従って、第一の実施例で説明した微粒子計測システムに
おいて、ビームウェスト14におけるレーザ光強度を微
粒子雰囲気中の気体が必ずブレイクダウンする様に、気
体のブレイクダウンしきい値以上に設定することにより
、上記した様に、正確に微粒子によるブレイクダウン発
光回数を精度良く計測でき、ひいては、精度の高い微粒
子計測システムを供給することができる。
第4図は、微粒子計測システム及びAE(Acoust
ic Emission)計測システムの半導体製造装
置への適用例を示したものである。半導体製造装置の真
空処理室15内には、上部電極16.下部電極17があ
り、下部電極17の上には、ウェハ25が置かれている
。また、真空処理室15の下部には、処理ガスを排気す
るための高真空ポンプ18、及び、低真空ポンプ19が
、バルブ22゜23.24を介して接続されている。低
真空ポンプ19の排気側には、排ガスを処理して除外す
るための、排ガス処理装置28が接続されている。
上部電極16には、処理ガスを真空処理室15内に導入
するためのガス供給装置26がガス切り換えバルブ27
を介して接続されている。また、上部電極16と下部電
極17の間には、プラズマ電源29が接続されている。
微粒子計測システムは、レーザ光源30.入射光学系3
1.光ファイバ32.光検出器33.制御処理装置34
により構成される。入射光学系31は、真空処理室15
の壁面に取り付けられている。また、光ファイバ32は
、その受光面が上部電極16に埋め込まれている。レー
ザ光@30よりのレーザ光は、入射光学系31により、
真空処理室15内のビームウェストが形成される。この
ビームウェストを粒子状の固体反応生成物や、その他の
微小異物が通過すると、レーザブレイクダウンによりプ
ラズマ発光が起こる。このプラズマ発光を光ファイバ3
2により光検出器33まで導いて、制御処理袋W34に
より、発光回数と発光強度を検出し、真空処理室15内
の微粒子をモニタリングする。
AE計測システムは、AEセンサ35,36、制御処理
装置37より構成される。AEセンサ35.36は、真
空処理室15の壁面に取り付けられている。AEセンサ
35,36は、熱や応力サイクルが原因となり、真空処
理室15の壁面に堆積した堆積膜に発生する微小クラン
クから発せられる高周波弾性波を検出することにより、
微小クラックの発生゛を検出する。
第4図を用いて、その動作を説明する。つまり、ロード
ロック室20からウェハ25を真空処理室15内に導入
する。そして、真空処理室15内にCVD用ガスをガス
供給装置26を用いて導入する。そして、上部電極16
と下部電極17との間にプラズマ電源29によりプラズ
マを立てることにより、ウェハ25にプラズマCVDを
行う。そして、所定の膜厚を付けたあと、ロードロック
室20にウェハ25を移す。この様な、動作を繰り返す
ことにより、次第に、真空処理室15内の壁面に不用な
膜が堆積する。この膜が熱や、応力サイクルの付加によ
り突然クラックが入ったり、剥がれ落ちたりするために
、真空処理室15内が汚染される。この様になってくる
と、処理中のウェハ25に剥がれ落ちた堆積膜や、クラ
ックの発生と共に発生する微粒子等により汚染される。
その結果、半導体製造過程における歩留まりが低下する
と言う問題が発生する。しかし、微粒子計測システム及
びAE計測システムが付加されているので、真空処理室
15内での微粒子の発生や、この壁面からの堆積膜の剥
離や、クランクの発生による微粒子の発生等を常に監視
することができるので、発見した時点で、ガス供給装置
26のガス切り換えバルブ27を制御系37を用いて、
エツチング用ガスに切り替えて、真空処理室15内をプ
ラズマ洗浄し、不用な微粒子がなくなったら、再び、ガ
ス供給袋!26のガス切り替えバルブ27を制御系37
を用いてCVD用ガスに切り替えて、ウェハ25にCV
D成膜する。この様にすることにより、常に績浄な雰囲
気でCVD成膜できるので、製造過程における歩留まり
が向上する。
〔発明の効果〕
本発明の微粒子計測システムでは、同一微粒子にたいし
て、光散乱及びブレイクダウンによるプラズマ発光の二
つの方法により、微粒子計測ができるので計測精度の高
い微粒子計測システムを提供することがa来る。
さらに、入射レーザ光を微粒子雰囲気の気体が必ずブレ
イクダウンする様に、設定することにより、精度の高い
微粒子計測システムを提供することが出来る。
この計測システムを半導体製造装置の容器内の微粒子管
理に用いることにより、半導体素子の生産における歩留
まりの向上が図れ、半導体素子の線幅の微細化に対応で
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例の微粒子計測システムのブ
ロック図、第2図は、レーザ光、微粒子による散乱光及
びレーザブレイクダウンによるプラズマ光の発光の説明
図、第3図は、レーザブレイクダウンによるプラズマ発
光の説明図、第4図は、微粒子計測システムの半導体製
造装置への適用時の装置の系統図である。 1・・・レーザ光源、2・・・レーザ入射光学系、3・
・・プラズマ光検出系、4・・・処理制御系、5・・・
散乱光検出系、6・・・処理制御系、7・・・凸レンズ
、8・・・フィルタ、9・・・光検出器、10・・・凸
レンズ、11・・・フィルタ、12・・・光検出器、1
3・・・計測領域、14・・・ビームウェスト、15・
・・真空処理室、16・・上部電極、17・・・下部電
極、18・高真空ポンプ。 19・・・低真空ポンプ、20・・・ロードロック室、
21・・・ゲートバルブ、22・・・バルブ、23・・
・バルブ、24・・・バルブ、25・・・ウェハ、26
・・ガス供給装置、27・・・ガス切り換えバルブ、2
8・排ガス処理装置、29・・・プラズマ電源、30・
・・レーザ光源、31・・・入射光学系、32・・光フ
ァイバ、33・・・光検出器、34・・制御処理装置、
35・・・AEセンサ、36・・・AEセンサ、37・
・・制御処理率 1 図 第 2 図 時間− 第 32 発光は支 −

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、気体中や液体中の固体粒子に、パルス状のレーザ光
    を集光し、高密度化して照射することにより、固体粒子
    をレーザブレイクダウンに至らしめ、この時発生するプ
    ラズマの発光回数と強度を利用して、気体中や液体中の
    固体粒子の数密度の粒径を計測するレーザ光源、信号処
    理系、レーザ光導入系及びプラズマ光検出系より構成さ
    れる微粒子計測システムにおいて、 前記プラズマ光と共に散乱光を検出するための、散乱光
    検出系を付加したことを特徴とする微粒子計測システム
JP2329280A 1990-11-30 1990-11-30 微粒子計測システム Pending JPH04204039A (ja)

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