JPH0474966A - 微粒子移動計測装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、微粒子の移動状態を計測するに用いられる微
粒子移動計測装置に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体製造では半導体ウェハ上に１ミクロン程
度の微粒子が付着しても、製造された半導体は不良品と
なる。そこで、半導体製造工程では例えばエツチングチ
ャンバ内における微粒子の移動方向を測定し、この移動
方向から微粒子の発塵源を求めることが行われている。

この場合、微粒子の発塵源は、エツチングチャンバ内の
複数領域において微粒子の移動方向を測定し、これら領
域における移動方向からエツチングチャンバ全体におけ
る微粒子の移動状態を求めることにより得られる。

第７図はかかる微粒子移動計測装置の構成図である。ベ
ース１上にはＨｅ−Ｎ　ｅレーザ発振器（以下、レーザ
発振器と省略する）２及びスキャナ３か設けられている
。又、ベース１上には半導体ウェハ４及び撮像系５が設
けられている。この撮像系５は望遠レンズ６に広角レン
ズ７を接続し、さらに広角レンズ７にイメージインテン
ファイヤー８を接続し、このイメージインテンファイヤ
ー８にテレビジョンカメラ９を接続したものとなってい
る。このテレビジョンカメラ９はテレビジョンカメラコ
ントロールユニット１０により動作制御され、テレビジ
ョンカメラ９から出力された映像信号はテレビジョンカ
メラコントロールユニット１０からビデオデツキ１１を
通して画像処理装置１２に送られてモニタテレビジョン
１３に映し出されるようになっている。

かかる構成であれば、レーザ発振器２から出力されたレ
ーザビームはスキャナ３に到達する。このスキャナ３は
レーザビームを半導体ウニ／Ｘ４の上方に向けて上下方
向にスキャンさせる。この状態に半導体ウェハ４の上方
に微粒子１４が存在すると、スキャンされたレーザビー
ムは微粒子６に照射され、この微粒子６に散乱光］５か
生じる。

撮像系５は散乱光１５を望遠レンズ６及び広角レンズ７
を通してイメージインテンファイヤー８に送り、このイ
メージインテンファイヤー８により光増幅してテレビジ
ョンカメラ９に送る。このテレビジョンカメラ９は増幅
された散乱光を撮像して映像信号として出力する。この
映像信号はテレビジョンカメラコントロールユニット１
０からビデオデツキ１１に送られて磁気テープに記録さ
れ、さらに画像処理装置１２において画像処理されてモ
ニタテレビジョン１３に画像として映し出される。かく
して、モニタテレビジョン］３には微粒子６の移動が映
し出される。

しかしながらモニタテレビジョン］３に映し出される微
粒子６の移動は２次元平面上のものであり、実際に微粒
子６は３次元空間を移動するものであり、従って微粒子
６の一部の移動しか計測できない。このため、微粒子６
の発塵源を正確に求めることは困難となっている。

しかるに、３次元映像を得る方法としてはステレオ法を
用いれば可能であるが、このステレオ法を用いると構成
が複雑に成るとともに演算処理装置が必要となる。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように微粒子の移動は２次元平面上であって正確
に微粒子の移動方向を求めることはできず、又、ステレ
オ法を用いると構成が複雑に成るとともに演算処理装置
が必要となる。

そこで本発明は、微粒子の移動方向を３次元空間で求め
ることができる微粒子移動計測装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、少なくとも波長の異なる２つのレーザビーム
を放射するレーザ光放射手段と、このレーザ光放射手段
により放射された各レーザビムをそれぞれ平面形状のレ
ーザ光に成形するとともにこれらレーザ光の平面方向を
同一方向に配置して被計測空間に照射する〒面し−サ照
射手段と、被計測空間に照射されている各レーザ光の平
面方向に対してほぼ垂直方向から波計ｌ１ｌＰＩ空間を
撮像する撮像装置と、この撮像装置により撮像された微
粒子によって生しる散乱光の波長等に基づいて微粒子の
移動方向を３次元座標により求める３次元移動算出手段
とを備えて上記目的を達成しようとする微粒子移動計測
装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、レーザビーム放射
手段から放射された少なくとも波長の異なる２つのレー
ザビームは平面レーザ照射手段によりそれぞれ平面形状
のレーザ光に成形されるとともにその平面方向を同一方
向に配置して被計測空間に照射される。この状態に撮像
装置は各レーザ光の平面方向に対してほぼ垂直方向から
被計測空間を撮像し、３次元移動算出手段は撮像装置に
より撮像された微粒子に生じる散乱光の波長等に基づい
て微粒子の移動方向を３次元座標により求める。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は微粒子移動計測装置の構成図である。

レーザ光放射手段として３台のレーザ発振器２０゜２１
．２３が備えられており、これらレーザ発振器２０，２
１．２２はそれぞれ異なる波長のレーザビームを出力す
るものとなっている。これらレーザ発振器２０，２１．
２２は例えばＨｅ−Ｎｅレーザ（赤橙色）、アルゴンレ
ーザ（青色）、金属イオンレーザ（紫に近い青色）など
である。これらレーザ発振器２０，２１．２２は出力さ
れる各レーザビームが互いに平行になるように配置され
ている。これらレーザ発振器２０，２１．２２のレーザ
出力方向にはスキャナ機構２３が設けられている。

このスキャナ機構２３は各レーザ発振器２０゜２１．２
２から出力された各レーザビームをそれぞれＺ軸方向に
平行な平面形状のレーザ光（以下、平面レーザ光と称す
る）ｓ、ｐ、ｑに成形するとともにこれら平面レーザ光
ｓ＋　　ｐ、Ｑの平面方向を同一方向に配置して被計測
空間３０に照射するものである。具体的にはスキャナ用
モータ２４の回転軸に支持軸を連結し、この支持軸２５
にスキャンミラー２６．２７．２８をＹ軸方向に所定間
隔例えば５ミリメートル間隔で設けたものとなっている
。この場合、スキャナ用モータ２４は図示矢印の如く所
定角度範囲でかつ所定周期で回動する。そして、レーザ
発振器２０から出力されたレーザビームがスキャンミラ
ー２６に照射され、レーザ発振器２１から出力されたレ
ーザビームがスキャンミラー２７に照射され、又レーザ
発振器２２から出力されたレーザビームがスキャンミラ
ー２８に照射されるように配置されている。

被計測空間３０を撮像する撮像系３１が各平面レーザ光
１ｉ、　　ｐ＋　　Ｑの平面方向に対して垂直方向つま
りＹ軸方向に視野を向けて配置されている。

この撮像系３１は望遠レンズ３２に広角レンズ３３を接
続し、さらに広角レンズ３３にイメージインテンファイ
ヤー３４を接続し、このイメージインテンファイヤー３
４にカラーテレビジョンカメラ３５を接続したものとな
っている。カラーテレビジョンカメラ３５の映像出力端
子はビデオデツキ３６の入力端子に接続され、このビデ
オデツキ３６の出力端子はカラーモニタテレビジョン３
７の入力端子に接続されている。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

各レーザ発振器２０，２１．２２はそれぞれ異なる波長
のレーザビームを出力する。このうち、レーザ発振器２
０から出力されたレーザビームはスキャンミラー２６に
照射され、レーザ発振器２１から出力されたレーザビー
ムはスキャンミラー２７に照射され、又レーザ発振器２
２から出力されたレーザビームはスキャンミラー２８に
照射される。

スキャン用モータ２４は所定角度範囲でかつ所定周期で
回動し、この回動に応動してかくスキャンミラー２６．
２７．２８は各レーザビームをスキャンさせる。すなわ
ち、スキャンミラー２６はレーザ発振器２０からのレー
ザビームをＺ軸方向に所定角度範囲でスキャンして平面
レーザ光Ｓを形成し、スキャンミラー２７はレーザ発振
器２１からのレーザビームをＺ軸方向に所定角度範囲で
スキャンして平面レーザ光ｐを形成し、さらにスキャン
ミラー２８はレーザ発振器２２からのレーザビームをＺ
軸方向に所定角度範囲でスキャンして平面レーザ光ｑを
形成する。

この状態に微粒子４０が平面レーザ光Ｓに存在すると、
微粒子４０には平面レーザ光Ｓが照射されて赤橙色の散
乱光が生じる。又、微粒子４０が平面レーザ光ｐに存在
すると、微粒子４０には平面レーザ光ｐが照射されて青
色の散乱光が生じる。

同様に微粒子４０が平面レーザ光ｑに存在すると、微粒
子４０には平面レーザ光ｑが照射されて紫に近い青色の
散乱光が生じる。

従って、微粒子４０がＹ軸方向に撮像系３１に向かって
移動すると、微粒子４０には第２図乃至第４図に示すよ
うに平面レーザ光ｑを通過するときに紫に近い青色の散
乱光が生じ、平面レーザ光ｐを通過するときに青色の散
乱光が生じ、平面レーザ光ｑを通過するときに赤橙色の
散乱光か生じる。

このとき、撮像系３１は上記各色の散乱光を順次望遠レ
ンズ３２及び広角レンズ３３を通してイメージインテン
ファイヤー３４に送り、このイメージインテンファイヤ
ー３４により光増幅してテレビジョンカメラ３５に送る
。このテレビジョンカメラ３５は増幅された散乱光を撮
像して映像信号として出力する。この映像信号はビデオ
デツキ３６に送られて磁気テープに記録され、さらにカ
ラーモニタテレビジョン３７に画像として映し出される
。かくして、モニタテレビジョン３７には所定期間内に
例えば上記第２図乃至第４図に示す散乱光の色で微粒子
の移動が映し出される。このとき、ビデオデツキ３６は
映像信号を記録するとともに内部時計により時刻を記録
する。

しかして、微粒子４０は所定期間内においてＸ軸方向に
ｘａ、Ｚ軸方向にｚａ、Ｙ軸方向に平面レーザ光の配置
間隔の２倍の距離だけ撮像系３１に向かって移動してい
ることか計測される。

このように上記一実施例においては、波長の異なる３つ
のレーザビームをそれぞれ平面レーザ光Ｓ、ｐ＋　　ｑ
に成形するとともにその平面方向を同一方向に配置して
被計測空間３０に照射し、この状態に撮像系３１により
各平面レーザ光ｓ、ｐ。

ｑの平面方向に対してほぼ垂直方向から被計測空間３０
を撮像し、この撮像系３０により撮像された映像をカラ
ーテレビジョン３７に映し出して微粒子４０のＸ、Ｚ軸
方向位置及び散乱光の色からＹ軸方向の位置を検出する
ようにしたので、インプロセスで微粒子４０の移動状態
が３次元座標でその移動時間とともに検出てきる。しか
も、その構成は簡単で複雑な演算装置等は不必要である
。

従って、微粒子の４０の移動方向及びその時間から微粒
子４０の発塵源を正確に求めることができ、例えばエツ
チングチャンバ内における微粒子の発塵源を求めること
ができる。

次に上記一実施例の変形例を第５図を参照して説明する
。なお、第１図と同一部分には同一符号を付してその詳
しい説明は省略する。

同装置はレーザ光放射手段の構成を変更したもので、波
長λ。のレーザ発振器５０を設け、このレーザ発振器５
０から出力されたレーザビームを変調器５１に入射して
いる。この変調器５１は入射したレーザビームの波長λ
。を変調せずに、又例えば、波長λ。を２倍、３倍に変
調して出力する機能を有している。この場合、変調器５
１は時分割に波長を変調する。そして、この変調器５１
から出力されるレーザビームの光路上には波長λ。

の波長変換ハーフミラ−５２が配置され、この波長変換
ハーフミラ−５２により波長λ。のレーザビームが透過
してスキャン用ミラー２８の配置されている方向に送ら
れている。又、このハーフミラ−５２により分岐された
波長λ。以外のレーザビームの光路上には波長２λ。の
波長変換ハーフミラ−５３及び反射ミラー５４が配置さ
れている。

波長変換ハーフミラ−５３は波長２λ。のレーザビーム
を分岐してスキャン用ミラー２７の配置されている方向
に送り、その他の波長３λ。のレーザビームを反射ミラ
ー５４に分岐する。

かかる構成であれば、スキャンミラー２６は波長３λ０
のレーザビームをＺ軸方向に所定角度範囲でスキャンし
て平面レーザ光３ｆを形成し、スキャンミラー２７は波
長２λ。の平面レーザ光２ｆを形成し、さらにスキャン
ミラー２８は波長λ。の平面レーザ光ｆを形成する。こ
の状態に微粒子４０が平面レーザ光ｆに存在すると、微
粒子４０には波長λ。の色の散乱光が生じる。又、微粒
子４０が平面レーザ光２ｆに存在すると、微粒子４０に
は波長２λ０の色の散乱光が生し、同様に微粒子４０が
平面レーザ光３ｆに存在すると、微粒子４０には波長３
λ０の色の散乱光が生じる。

以下、上記一実施例と同様に撮像系３１は微粒子４０に
生じる散乱光を撮像してその映像信号をビデオデツキ３
６を通してテレビジョンカメラ３５に送る。このテレビ
ジョンカメラ３５には散乱光の画像が映し出される。

このような構成でも上記一実施例と同様の効果を奏する
ことは言うまでもない。

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、レ
ーザ光放射手段は第６図に示すように波長の異なる各レ
ーザビームｈ＋、ｈ２゜ｈ３を１枚のスキャンミラー５
５に照射して平面レーザ光に成形するようにしても良い
。又、平面レーザ光は互いに平行でなく交差するように
照射しても良い。この平面レーザ光はスキャナ用ミラー
のスキャンにより形成するのでなく、レンズやミラーな
どから構成される光学系により形成しても良い。さらに
スキャナ用ミラーのスキャンタイミングとカラーモニタ
テレビジョンの画像フレームのタイミングとを同期すれ
ば、波長の異なる２つのレーザビームでも微粒子の移動
を３次元座標により求められる。又、計測に適用する対
象はエツチングチャンバに限らず、空気中、ガス雰囲気
中、真空中、クリーンルームなどに適用できる。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明によれば、微粒子の移動方向
を３次元空間で求めることができる微粒子移動計測装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明に係わる微粒子移動計測装置
の一実施例を説明するための図であって、第１図は構成
図、第２図乃至第４図は微粒子の移動を示す図、第５図
及び第６図はレーザ照射手段の変形例を示す図、第７図
は従来装置の構成図である。 ２０．２１．２２・・・レーザ発振器、２３・・・スキ
ャナ機構、２６，２７．２８・・・スキャンミラ３０・
・・被計測空間、３１・・・撮像系、３６・・・ビデオ
デツキ、３７・・・カラーモニタテレビジョン、４０・
・・微粒子。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 節 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも波長の異なる２つのレーザビームを放
   射するレーザ光放射手段と、このレーザ光放射手段によ
   り放射された各レーザビームをそれぞれ平面形状のレー
   ザ光に成形するとともにこれらレーザ光の平面方向を同
   一方向に配置して被計測空間に照射する平面レーザ照射
   手段と、前記被計測空間に照射されている前記各レーザ
   光の平面方向に対してほぼ垂直方向から前記被計測空間
   を撮像する撮像装置と、この撮像装置により撮像された
   微粒子によって生じる散乱光の波長等に基づいて前記微
   粒子の移動状態を３次元座標により求める３次元移動算
   出手段とを具備したことを特徴とする微粒子移動計測装
   置。
2. （２）レーザ光放射手段は少なくとも波長の異なる２つ
   のレーザ発振器から成る請求項（１）記載の微粒子移動
   計測装置。
3. （３）レーザ光放射手段は１波長のレーザ発振器と、こ
   のレーザ発振器から出力されたレーザビームを他の波長
   に変調する変調器とから成る請求項（１）記載の微粒子
   移動計測装置。
4. （４）平面レーザ照射手段は各波長別のスキャンミラー
   を所定間隔ごとに配置して成る請求項（１）記載の微粒
   子移動計測装置。