JPH063253A

JPH063253A - 粒子検出システム

Info

Publication number: JPH063253A
Application number: JP4185654A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Nakada; 重範仲田; Masanori Yamaguchi; 真典山口; Seisaku Kamiya; 誠作神谷; Shintaro Sato; 信太郎佐藤; Takahiro Uchiyama; 隆博内山; Kazuyoshi Ueki; 和義植木; Shinya Iida; 進也飯田
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】粒径サイズの小さなパーティクルを感度良く
検出できる粒子検出システムを提供する。【構成】軸線方向に長くてパーティクルが進入する開
口を側部に有する筒状部材と、その内部の一端側に配置
された光学系素子と、他端側に配置されたビームストッ
パーと、前記開口に隣接して前記筒状部材の内部に配置
された光センサーと、Ｈｅ−ＣｄレーザやＡｒレーザ等
の高出力短波長レーザのようなガスレーザ管とよりな
り、光学系素子とガスレーザ管を光ファイバで連結した
構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空装置内で浮遊又は
降下する微粒子、または真空装置の排気ラインに排出さ
れる微粒子を高感度で検出する粒子検出システムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造装置をはじめとして、
ＬＣＤやディスク製造における薄膜形成装置、エッチン
グ装置、ＣＶＤ装置などの真空装置は、その内部が極め
て清浄であることが要求されている。その結果、それら
の装置の内部に、ミクロン、サブミクロンオーダーの大
きさの「ごみ」などの異物であるパーティクルが存在し
て、ウエハやディスクなどに付着すると歩留りが大きく
低下する。ことに最近では、半導体産業において、半導
体装置の集積度が非常に高いＤＲＡＭが量産されてお
り、パーティクルが生産歩留りに与える影響はきわめて
大きい。このため、パーティクルを測定するパーティク
ルモニターが実用化されており、その測定値に基づいて
プロセス条件を最適化し、更には、突発的なパーティク
ルの発生を検知して歩留りの低下の防止を図っている。

【０００３】一般に、半導体装置の生産プロセスにおい
て、歩留り向上のため、パターンの回路線幅の１／３〜
１／１０のサイズのパーティクルまでも管理する必要が
ある。そして、現在では、回路線幅が０．８μｍの製品
が作られている。また、今後、半導体装置の集積度の高
度化にともない、回路線幅が０．５μｍから０．３５μ
ｍと、ますます狭くなっていくと考えられる。その結
果、より小さなパーティクルまでも検出できる粒子検出
システムが必要になっている。

【０００４】従来、真空装置内におけるパーティクルモ
ニターとして、特開平２ー５５９３７号が開示している
ものが知られている。それを図２を用いて説明する。Ａ
は従来のセンサーヘッドを示す。詳細に説明すると、図
中、100 はステンレス鋼で形成されているカバー筒状部
材、90はカバー100 に設けられた開口、10は発振波長７
８０ｎｍ，出力３０ｍＷの半導体レーザ、20は半導体レ
ーザ10から出力されたレーザ光線、30は光学系素子例え
ば収束レンズ、40はレーザ光線30の両側に設けられた光
センサーとしてのフォトダイオード、50は過剰の迷光を
効果的に取り除くためのフィルター、60はフォトダイオ
ードを所定の位置に保持するラバーマウント、70はビー
ムスットパー、80はケーシングをそれぞれ示す。なお、
パーティクル検出領域は、開口90の下方に位置する、向
かい合うフィルター50，50の間である。

【０００５】次に動作を説明する。半導体レーザ10から
出力されるレーザ光線20は、収束レンズ30を通過する。
そして、レーザ光線20はケーシング80の軸線に沿って進
行する。そして、レーザ光線20は、フィルター50，50間
の検出領域を通過し、ビームスットパー70に衝突し吸収
される。レーザ光線20が、フィルター50，50間の検出領
域を通過する際、開口90より進入してきたパーティクル
と衝突すると、散乱光が発生する。そして、発生した散
乱光は、フィルター50によって、レーザの発振波長以外
の光が除かれた後フォトダイオード40で検出され、パー
ティクルとしてカウントされる。なお、検出信号に基
づくカウントの方式については、特開昭６２ー２１５８
４３号に説明されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、より小
さいパーティクルの検出のためには、半導体レーザの出
力密度を上げなければならない。その理由として、パー
ティクルにあったて反射する散乱光が強くなり、より小
さいパーティクルまで検出することができるからであ
る。ところが、半導体レーザの出力を上げれば、それに
ともない、該半導体自身が昇温してしまう。この昇温た
め、半導体レーザの出力効率が低下し、また、急速に寿
命が短くなるという欠点が生じる。一例として、半導体
の温度が１０度上昇すると、該半導体の寿命は半分程度
まで激減する。

【０００７】また、パーティクルの検出のための光源の
波長は、短いほど強い散乱光が得られる。現在、半導体
レーザの発振波長は、高出力タイプのものでは７８０ｎ
ｍより長い波長のものしか得られない。研究段階として
は、半導体レーザで６７０ｎｍ付近の波長を得ることに
成功している。しかし、その場合、半導体レーザの出力
は１０ｍＷ程度しか得られず、現段階において、商業ベ
ースにのせることはできない。

【０００８】そこで、本発明は、かかる課題を解決する
ためになされたもので、半導体レーザに変えて、Ｈｅ−
Ｃｄレーザ（発振波長３２５ｎｍ）やＡｒレーザ（発振
波長４４８ｎｍ）等の高出力短波長レーザを使用し、粒
径サイズの小さなパーティクルを精度良く検出できる、
粒子検出システムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の粒子検出システムは、長手方向に長形
の開口を有する筒状部材と、前記筒状部材の内部の一端
側に配置された光学系素子と、前記筒状部材の内部の他
端側に配置されたビームストッパーと、前記開口に隣接
して前記筒状部材の内部に配置された光センサーと、ガ
スレーザ管と、前記光学系素子と前記ガスレーザ管を連
結する光ファイバとからなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】このような構成によって、センサーヘッド内部
の半導体レーザに変え、センサーヘッド外部より光ファ
イバを介して、高出力短波長のレーザ光線をセンサーヘ
ッド内に導き、それを光源とする。そして、該高出力短
波長のレーザ光線がパーティクルにあるので反射する散
乱光が強くなり、より小さなパーティクルまでも検出で
きる。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の一実施例である粒子検出
システムの概略説明図を示す。初めに、構成を説明す
る。Ｂはこの実施例のセンサーヘッドを示す。詳細に説
明すると、図中、Ｃは高出力短波長レーザ、31は光学系
素子例えばコリメータレンズ、21はコリメータレンズを
通過して、平行光に整形されたレーザ光線、11は光ファ
イバをそれぞれ示す。光学系素子としては、レンズ系，
プリズム系，光ファイバなどいろいろ利用しても良い。
なお、その他、図２と同じ符号は同一部分を示す。次
に、動作を説明する。センサーヘッドＢの外部に設置さ
れた高出力短波長レーザＣからのレーザ光線を光ファイ
バ11を介して、センサーヘッドＢの内部に、光源として
導く。次に、光ファイバ11から出射されたレーザ光線は
約６０°の広がりがあるが、コリメータレンズ31を通過
して、平行なレーザ光線21となる。そして、レーザ光線
21は、ケーシング80の軸線に沿って進行し、検出領域を
通過し、ビームスットパー70に衝突し吸収される。次
に、この発明における、粒子検出方法について説明す
る。コリメータレンズ31を通過した平行なレーザ光線21
は、フィルター50，50間を通過する。その際、開口90よ
り進入してきたパーティクルに、レーザ光線21が衝突す
る。その結果、散乱光が発生する。そして、発生した散
乱光は、フィルター50を通過した後フォトダイオード40
で検出され、パーティクルとしてカウントされる。

【００１２】一般に、粒子による光の散乱は、Ｍｉｅ散
乱と呼ばれている。この散乱様式は粒子パラメータαに
よって特徴づけられる。ここで、光源からの光の波長を
λ、粒子の粒径をＤとすると、粒子パラメータα＝πＤ
／λとなる。特に、α＜２の場合は、Rayleigh散乱に近
づき、散乱光強度は粒子の径の６乗に比例し、波長の４
乗に逆比例する。一例として、レーザの発振出力を同じ
３０ｍＷにしておいて、半導体レーザの発振波長７８０
ｎｍとＨｅ−Ｃｄレーザの発振波長３２５ｎｍとを用い
た場合の散乱光強度を比較すると、（３２５／７８０）
^-4＝３３．１８となり、Ｈｅ−Ｃｄレーザの場合の方が
３０倍以上の散乱光強度が得られる。従って、Ｈｅ−Ｃ
ｄレーザ（発振波長３２５ｎｍ）やＡｒレーザ（発振波
長４４８ｎｍ）のような高出力短波長レーザを使用する
ことにより、パーティクルにあたって反射する散乱光が
つよくなる。その結果、従来、散乱光が弱くてフォトダ
イオードで検出不可能であった微小粒子が検出可能にな
った。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、センサーヘッド外
部より高出力短波長レーザから出力されるレーザ光線を
光ファイバを介して、センサーヘッド内部に光源として
導くことにより、より一層粒径の小さいパーティクルを
検出できる。すなわち、センサーヘッドとガスレーザ管
を連結するのが光ファイバであるので、レーザ光の損失
が少ない。また、光ファイバのフレキシビリティを生か
してガスレーザ管は、センサーヘッドの使用位置から任
意の離れた位置に自由に配置できるので、大型高出力の
短波長ガスレーザ管を光源として利用でき、一方、セン
サーヘッドも真空装置内の任意の位置に設置できる。こ
のため、パーティクルの検出感度を著しく向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である粒子検出システムの概
略説明図を示す。

【図２】従来の粒子検出システムの概略説明図を示す。

【符号の説明】

１０半導体レーザ１１光ファイバ２０レーザ光線２１レーザ光線３０収束レンズ３１コリメータレンズ４０フォトダイオード５０フィルター６０ラバーマウント７０ビームストッパー８０ケーシング９０開口１００カバーＡセンサーヘッドＢセンサーヘッドＣ高出力短波長レーザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤信太郎静岡県御殿場市駒門１−90 ウシオ電機株式会社内 (72)発明者内山隆博静岡県御殿場市駒門１−90 ウシオ電機株式会社内 (72)発明者植木和義神奈川県横浜市緑区石川町6409 ウシオ電機株式会社内 (72)発明者飯田進也神奈川県横浜市緑区石川町6409 ウシオ電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向に長形の開口を有する筒状部材
と、前記筒状部材の内部の一端側に配置された光学系素子
と、前記筒状部材の内部の他端側に配置されたビームストッ
パーと、前記開口に隣接して前記筒状部材の内部に配置された光
センサーと、ガスレーザ管と、前記光学系素子と前記ガスレーザ管を連結する光ファイ
バとからなることを特徴とする粒子検出システム。