JPH1090162A - サイクロン集束体を有する粒子測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大容量の空気に対して塵粒子の数を測定する
ことができる半導体用粒子測定器を提供する。 【解決手段】 サンプル空気流入口と、測定後のサンプ
ル空気を排気するポンプ２とを備えた、半導体クリーン
ルームのパーチクル程度を測定する半導体用粒子測定器
１において、サンプル空気流入口にサンプル空気の体積
を増大させるためにサイクロン集束体９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サイクロン集束体
を有する半導体製造用の粒子測定器に関する。より詳し
くは、測定しようとする空気試料中の塵などの粒子を濃
縮させて空気試料の清浄度を測定するために用いられる
サイクロン集束体を有する半導体製造用の粒子測定器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】クリーンルームは、一定の目的のために
除塵させた空間であって、その空間の空気中に浮遊する
塵（浮遊粒子）を所望の水準値以下に制御して、クリー
ンルーム内にある作業対象の内外部に塵が至らないよう
にしている。同時に、空気調和、照度制御、また特別な
目的のためには騒音や振動防止なども実施されて、作業
対象に対する工程を最適条件下で行えるようにしてい
る。

【０００３】特に、半導体の生産ラインでは、パターン
の形成やレチクルの制作などの基本設計からウェーハの
製造工程、検査工程、アセンブリ／パッケージ工程、最
終試験工程、品質検査工程などを経るが、これら工程の
うち、特にウェーハの製造工程では、拡散、露光、現
像、エッチング、拡散などの工程を繰り返し行わなけれ
ばならないため、塵汚染や温度及び湿度の調節などが非
常に重要である。従って、半導体の歩留まり向上、及び
製品の精密度や信頼性向上の観点から、汚染があっては
ならないのは当然のことである。

【０００４】半導体製造工程において、前記クリーンル
ームの汚染管理は非常に重要なことであり、クリーンル
ームの汚染管理を適切に行うためにはクリーンルーム内
に流入する空気の除塵、及びその他様々な汚染源のクリ
ーンルーム内への流入を防止することが重要である。と
同時に、クリーンルーム自体の清浄度を測定し、測定さ
れたデータに基づいてクリーンルームを管理し、空気調
和器及び除塵濾過装置を運転することも重要である。

【０００５】従って、クリーンルームの汚染管理のため
には、実際に使われるクリーンルーム内の任意にサンプ
リングされた位置における汚染の程度を測定する必要が
あり、このために一般に粒子測定器が用いられている。

【０００６】このような粒子測定器として、塵粒子の測
定方法に応じた数種の粒子測定器が様々に開発されてお
り、市販品として入手可能である。特に、レーザ光源を
用い、レーザ光線の通過する経路中に存在する塵粒子に
よるレーザ光の散乱の程度を測定して汚染度を測定する
光学粒子測定器が広く用いられている。この光学粒子測
定器を例として説明すると、レーザ光線を放出するレー
ザ光源と、レーザ光源に対向する位置に取り付けられて
レーザ光線を遮断する遮断壁と、レーザ光源から遮断壁
へ向かうレーザ光線の経路に対して垂直に取り付けられ
た感知器とから構成されている。

【０００７】図３は、従来の粒子測定器を概略的に示す
斜視図である。図３によれば、粒子測定器１を中心とし
て、粒子測定器１を用いて測定する空気(fresh air) の
循環手段として、流速測定器３を備えたポンプ２が粒子
測定器１の一側に設けられている。また粒子測定器１の
他側には、粒子測定器１内に測定しようとする空気を流
入させるための引入管５が連結されている。さらに引入
管５には、屈曲自在の連結管６を介して指向吸入管７が
連結されており、指向吸入管７の先にはさらに吸入口８
が形成されている。ポンプ２の稼動によって、測定しよ
うとする空気は、指向吸入管７、連結管６、及び引入管
５を通って、粒子測定器１内に流入し、空気中の塵粒子
の量が測定される。測定完了後、空気はポンプ２を通じ
て放出される。

【０００８】粒子測定器１、ポンプ２、及びポンプ２に
取り付けられた流速測定器３などは全て市販品として購
入して使用でき、明らかに公知であって、当該技術分野
の熟練した者には容易に理解されるものである。特に、
ポンプ２内には除塵フィルタが内蔵されており、この除
塵フィルタによる除塵によって、クリーンルーム内のパ
ーチクル測定のために粒子測定器を稼動しても別途に汚
染が発生せず、むしろ除塵効果を上げることができる。
また、連結管６としては屈曲自在の中空の管が用いら
れ、テフロン(Teflon)やタイゴン(Tygon) などの商標名
の合成樹脂管が用いられている。

【０００９】しかし、前記した従来の粒子測定器１で
は、測定できる空気の測定量に限界がある一方で、クリ
ーンルーム自体は段々大型化されている趨勢にある。ク
リーンルーム全体が有する総空気量に比べて測定される
サンプル量は非常に少なく、このためこれまでは、結果
的に収得されるデータの信頼性が低下するという問題点
があった。

【００１０】実際的な例を挙げると、半導体生産ライン
を始めとした精密電子産業用クリーンルームは、生産性
の向上のために高さ３．５ｍ、幅１００ｍ、長さ１００
ｍの規模に大型化されており、高清浄度を維持するため
に時間当たり４００回以上空気を帰還させている。これ
に対し、粒子測定器１の１回の測定時のサンプル量は２
８．３リットルにすぎない。このため、結果的に約１.
２７×１０^-7 、即ち千万分の１に相当するサンプルに
ついての測定値によってクリーンルーム全体を管理する
ことになり、かなり不合理であり、誤差（偏差）が深化
して測定値に対する信頼度を低下させている。

【００１１】測定回数を増加させれば幾らか誤差（偏
差）を低減することはできるが、クリーンルーム全体の
総空気量に比べてサンプル量はやはり依然として少な
く、測定自体に長時間を要し、実時間測定結果を得るこ
とができないといった問題点があった。

【００１２】さらに、測定器の測定容量、即ちサンプル
量を多くして短時間内に多くのサンプル空気を測定し
て、クリーンルーム内の粒子濃度水準を正確に測定する
といった方法を考えることもできる。しかし、図４に示
すように被測定試料空気の量と最小可測粒径とは反比例
の関係にあり、ヘリウム−ネオンレーザを採用した汎用
の粒子測定器１を用いて測定した場合、２８．３リット
ルのサンプル量に対して最小粒径０．０９μｍまで（１
００％効率基準）しか測定し得ないという問題があり、
実用化が不可能であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、大容
量の空気に対して塵粒子の数を測定することができる、
サイクロン集束体を有する半導体用粒子測定器を提供す
ることにある。

【００１４】本発明の他の目的は、大容量のサンプル空
気に対して、粒径０．１μｍまでの粒子を測定すること
ができる、サイクロン集束体を有する半導体用粒子測定
器を提供することにある。

【００１５】本発明のさらに他の目的は、吸入管の位置
にかかわらず空気を均一に吸入することができる、無指
向吸入管を有する粒子測定器を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明においては、サンプル空気流入口と、測定後
のサンプル空気を排気するポンプとを備えた、半導体ク
リーンルーム内のパーチクル測定を行う粒子測定器にお
いて、前記サンプル空気流入口にサイクロン集束体を設
けた。

【００１７】前記サイクロン集束体は、測定器側の狭幅
端部と空気流入側の広幅端部とを有し、前記狭幅端部が
収斂管を通じて前記粒子測定器の引入管に連結され、か
つ、前記広幅端部が排気管によって前記ポンプに連結さ
れ、なおかつ、前記サイクロン集束体の広幅端部の側壁
に通じて外部から空気を引き込む連結管が連結されてな
ることが望ましい。

【００１８】また前記連結管の端部には、多数の吸入孔
が設けられた無指向吸入管が連結されていることが望ま
しい。

【００１９】さらに、粒子迂回管が前記サイクロン集束
体の狭幅端部と前記収斂管とを互いに連結するように構
成することが望ましい。粒子迂回管の直径は、前記粒子
測定器に吸入される総空気量が、前記粒子迂回管を通過
する空気量と、前記狭幅端部から収斂管に直接吸入され
る空気量とに等分されるように設計することが望まし
い。

【００２０】特に、前記サイクロン集束体の内壁を電解
研磨して、空気中に含まれた塵がくっ付かないように
し、且つ、空気流に対する摩擦力を最小化することが望
ましい。

【００２１】さらに、前記粒子測定器に空気吸入力を提
供するポンプには、サンプル空気の量を調節する速度調
節器を備えることが望ましい。

【００２２】さらにまた、前記粒子測定器として、レー
ザ光源を用いてパーチクル数を測定する光学粒子測定器
を使用することが望ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
添付図面を参照して詳細に説明する。

【００２４】図１に示すように、本発明によるサイクロ
ン集束体９をもつ半導体用粒子測定器１は、サンプル空
気流入口と、測定されたサンプル空気を排気するポンプ
２とを備えた、半導体クリーンルームのパーチクル濃度
を測定する半導体用粒子測定器において、サンプル空気
流入口にサンプル空気の体積を増大させるためのサイク
ロン集束体９が設けられたことを特徴とする。

【００２５】前記において、除塵フィルタと、流速測定
器３の取り付けられたポンプ２とを有する従来の粒子測
定器１は、市販品として一般に購入して使用することが
でき、公知のものであって、当該技術分野で通常の知識
を有する者には容易に理解されるものである。

【００２６】本発明では、このような従来の粒子測定器
１で測定される空気、即ち空気のサンプル量を増大させ
るに際して、単純に全体サンプル量を増加させる代わり
に、サイクロンの原理によって空気に比べて重い塵粒子
に遠心力を加えて塵粒子が集中した部分のサンプルを取
って粒子測定器１内に流入させて、塵粒子の数を計測す
るようにした。これにより、サンプル量の増加にもかか
わらず、従来の粒子測定器１と同様に粒径０．１μｍの
パーチクルまで測定可能である。

【００２７】前記サイクロン集束体９は、本発明による
サイクロン集束体を有する半導体用粒子測定器において
初めて用いられるものである。図２の断面図に示すよう
に、サイクロン集束体９は狭幅端部と広幅端部とを有
し、狭幅端部は収斂管１０を通じて引入管５に連結さ
れ、広幅端部は排気管１２を通じてポンプ２に連結され
ている。また、サイクロン集束体９の広幅端部の側壁に
通ずるように連結管６が連結されている。このような構
造は、サイクロンの原理による一般的なサイクロンと同
一であって、広幅端部と狭幅端部とを有する中空の円錐
体の形をとることができる。

【００２８】ここで、サイクロンの原理とは、次第に狭
くなる円筒体内で流体を回転運動させたとき、流体中に
含まれたより重い塵粒子が遠心力の作用を受けて次第に
円筒体の縁側に集中する現象をいう。本発明ではこのサ
イクロンの原理を利用して、塵粒子の含まれた空気をサ
イクロン集束体９内で回転運動させることにより、塵粒
子が遠心力を受けてサイクロン集束体９の内壁近くに集
中するようにしている。

【００２９】特に、サイクロン集束体９の内壁は、電解
研磨(electropolishing)処理を施しておくのが望まし
い。ここで、電解研磨とは、電気的エネルギーを用いて
前記内壁を滑らかに表面加工することをいう。すなわ
ち、金属や半導体などを濃厚なリン酸水溶液などの中で
比較的大きな電流密度でアノード溶解させ、その表面を
平滑かつ光沢のある面に仕上げる表面処理方法である。
このような表面加工によってサイクロン集束体９の内壁
の平滑度を高めることにより、サイクロン集束体９内に
おいて空気流に働く抵抗を最小化して、ポンプ２の出力
を増大させる必要なくポンプ２の吸入作用を効果的に最
大に活用できるようにする。同時に、空気中の塵粒子が
サイクロン集束体９の内壁に任意に固着することを防止
する。

【００３０】引入管５に連結された収斂管１０は、サイ
クロン集束体９の狭幅端部に連結されていて、サイクロ
ン集束体９の狭幅端部を通過して塵粒子が集中し、吐き
出された空気流を、サイクロン集束体９から引入管５を
通じて粒子測定器１内へ流入させる役割を果たす。

【００３１】特に、サイクロン集束体９の狭幅端部と収
斂管１０とを互いに連結する粒子迂回管１１を設けるこ
とが望ましい。粒子迂回管１１は、サイクロン集束体９
内における空気流の回転運動によってサイクロン集束体
９の内壁近くに集中した塵粒子を、回転運動する空気流
の一部とともに別途に迂回させて、狭幅端部を通じて収
斂管１０内に流入する空気流とともに粒子測定器１の引
入管５に流入させる役割を果たす。この粒子迂回管１１
の作用によって、サイクロン集束体９に集中した塵粒子
がより効果的に粒子測定器１内に流入するようになる。

【００３２】ポンプ２とサイクロン集束体９の広幅端部
とを連結する排気管１２は、延長され、サイクロン集束
体９の中心部内側に突き出すように取り付けられる。サ
イクロン原理に従って塵粒子が遠心力を受けてサイクロ
ン集束体９の内壁近くに集中する一方で、相対的に塵粒
子がほとんど存在しない中心部近くの空気流を粒子測定
器１を通過させずに直接ポンプ２側に噴出させて、ポン
プ２を通じて排気する。このようにして粒子測定器１を
通過する空気流の量、即ちサンプリングされる空気量を
減らすことにより、より正確な測定を可能にし、また測
定可能な最小粒径の限界を高めることができる。

【００３３】特に、サイクロン集束体９に吸入された総
空気量が、排気管１２を通る空気量と、狭幅端部から収
斂管１１へ直接吸入される空気量とに二等分されるよう
に設計することができる。このような構成によって、吸
入される空気の全てが粒子測定器１を経るのではなく、
その一部のみが粒子測定器１を経るようにし、塵粒子が
ほとんど含まれない半分程度の空気は、粒子測定器１を
経ずに直接ポンプ２を通じて排出されるようにすること
ができる。

【００３４】サイクロン集束体９の広幅端部の側壁を通
じて外部の空気をサンプリングして流入させるのに用い
られる連結管６には、従来の粒子測定器１で用いられた
連結管６と同一または類似の、可撓性のある中空の管を
用いられることができる。例えば、テフロン(Teflon)や
タイゴン(Tygon) などの商標名の合成樹脂管を用いるこ
とができる。

【００３５】特に、連結管６の端部には多数の吸入孔１
４を設けた無指向吸入管１３を連結することができる。
この無指向吸入管１３は、従来の粒子測定器１の連結管
６の端部に取り付けられて用いられた指向吸入管７とは
異なり、四方から均等に空気を吸入する。このため、指
向吸入管７を使用して装置の壁などに付着していた塵粒
子を吸入するなど、サンプリング位置に応じて発生して
いた測定の偏差を減少させることができる。この無指向
吸入管１３は中空の円筒体に多数の吸入孔１４を形成さ
せて構成され、塵粒子を含んだ空気は、この吸入孔１４
を通じてサンプリングされて、連結管６を通じてサイク
ロン集束体９内に流入する。

【００３６】ポンプ２には速度調節器４が設けられてい
る。速度調節器４はサンプル空気の量を調節するもの
で、通常の可変抵抗器などが用いられてもよい。

【００３７】特に、粒子測定器１としては、レーザ光源
を用いてパーチクル数を測定する光学粒子測定器を用い
ることができ、このような光学粒子測定器は、当該技術
分野で通常の知識をもつ者には容易に理解されるもので
ある。

【００３８】前記した構成による本発明のサイクロン集
束体を有する半導体用粒子測定器は次のように動作す
る。

【００３９】まず、粒子測定器１による測定のために、
連結管６を通じて外部からサイクロン集束体９内への空
気(fresh air) の引入が行われる。空気流入の原動力
は、従来の粒子測定器１に備えられたポンプ２の駆動に
よる吸入力である。即ち、ポンプ２の駆動によって、こ
れに連結された粒子測定器１を通る空気流が発生し、こ
れは、引入管５と収斂管１０によって粒子測定器１に連
結されたサイクロン集束体９内において空気流を生じさ
せる。

【００４０】サイクロン集束体９の広幅端部の一側面か
らその内部に引入された空気流は、サイクロン集束体９
はその下方ほど狭く狭幅端部を形成しているために、そ
の内部で下方に行くに従ってその範囲を狭められ、同時
に流速を増していく。同時に時計方向や反時計方向の回
転運動をしながら狭幅端部の側に流入していく。空気流
の速度増加と、一定方向への回転運動とによって、空気
流に含まれている塵粒子は遠心力の作用を受けることに
なって、サイクロン集束体９の内壁近くに集中し、他
方、サイクロン集束体９の中心部分には、塵粒子はほと
んど存在しない状態になる。

【００４１】サイクロン集束体９の内壁近くに集中され
た塵粒子は、空気流と一緒に粒子迂回管１１を通じて収
斂管１０内に流入し、引き続き収斂管１０に連結された
引入管５を通じて粒子測定器１内に流入して計測される
のである。

【００４２】一方、サイクロン集束体９の広幅端部の中
心部には、内側、下方に突き出して延長された排気管１
２の一端が固定されており、この排気管１２の他端は、
粒子測定器１のポンプ２に連結されている。塵粒子が遠
心力の作用を受けてサイクロン集束体９の内壁近くに集
中するので、塵粒子がほとんど存在しない中心部分の空
気は粒子測定気１を通過せずに直接排気管１２を通じて
ポンプ２に流入した後排出される。

【００４３】結果として、本発明によって粒子測定器１
に取り付けられたサイクロン集束体９は、多量の空気を
採取して、その中に含まれた塵粒子を集束させて空気の
一部と一緒に粒子測定器１内に流入させ、塵粒子の数を
計数し得るようにし、且つ、残余の空気が粒子測定器１
を通過せずに直接ポンプ２を通じて排出されるようにし
たもので、このようにして塵粒子を集束させる役割を果
たしている。

【００４４】しかも、このような方法で塵粒子を集束さ
せて、既存の粒子測定器１でサンプリングされて測定さ
れた空気量と同程度の少量の空気量に対する測定を行っ
て、大量の空気の測定によって生じる測定可能粒径の低
下を招かずに、大量の空気をサンプルとして採取して単
時間内に粒径０．１μｍのパーチクルまで測定を行って
いる。

【００４５】

【発明の効果】従って、本発明によれば、大量の空気量
の測定による可測粒径の低下を招かずに、大量の空気を
サンプルとして採取して、単時間内に粒径０．１μｍの
パーチクルまで測定できる。従って、従来の粒子測定器
１に比べて信頼性の高い測定結果を得ることができる。

【００４６】さらに無指向吸入管を使用することによ
り、サンプリング位置に応じて生じる測定偏差の少ない
測定結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体用粒子測定器を概略的に示
した斜視図である。

【図２】本発明による半導体用粒子測定器のサイクロン
集束体部分を示した垂直断面図である。

【図３】従来の粒子測定器を概略的に示した斜視図であ
る。

【図４】空気のサンプル量に対する塵粒子の最小可測粒
径を示したグラフである。

【符号の説明】

１ 粒子測定器 ２ ポンプ ３ 流速測定器 ４ 速度調節器 ５ 引入管 ６ 連結管 ９ サイクロン集束体 １０ 収斂管 １１ 粒子迂回管 １２ 排気管 １３ 無指向吸入管 １４ 吸入孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドン−ヨウン キム 大韓民国京畿道水原市八達区梅灘洞198− 26

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サンプル空気流入口と、測定後のサンプ
   ル空気を排気するポンプとを備えた、半導体クリーンル
   ーム内のパーチクル測定を行う粒子測定器において、前
   記サンプル空気流入口にサイクロン集束体を設けたこと
   を特徴とする半導体用粒子測定器。
2. 【請求項２】 前記サイクロン集束体が測定器側の狭幅
   端部と空気流入側の広幅端部とを有し、前記狭幅端部が
   収斂管を通じて前記粒子測定器の引入管に連結され、か
   つ、前記広幅端部が排気管によって前記ポンプに連結さ
   れ、なおかつ、前記サイクロン集束体の広幅端部の側壁
   に通じて外部から空気を引き込む連結管が連結されてな
   る、請求項１記載の半導体用粒子測定器。
3. 【請求項３】 前記連結管の端部に多数の吸入孔が設け
   られた無指向吸入管が連結されている、請求項２記載の
   半導体用粒子測定器。
4. 【請求項４】 粒子迂回管が前記サイクロン集束体の狭
   幅端部と前記収斂管とを互いに連結している、請求項２
   記載の半導体用粒子測定器。
5. 【請求項５】 前記粒子測定器に吸入される総空気量
   が、前記粒子迂回管を通過して吸入される空気量と、前
   記狭幅端部から収斂管に直接吸入される空気量とに等分
   されている、請求項４記載の半導体用粒子測定器。
6. 【請求項６】 前記サイクロン集束体の内壁が電解研磨
   されている、請求項１または請求項２記載の半導体用粒
   子測定器。
7. 【請求項７】 前記ポンプが、サンプル空気の量を調節
   する速度調節器を備えている、請求項１記載の半導体用
   粒子測定器。
8. 【請求項８】 前記粒子測定器が、レーザ光源を用いて
   パーチクル数を測定する光学粒子測定器である、請求項
   １記載の半導体用粒子測定器。