JPH11271210A - 塵粒子検出方法及びこの方法を用いた塵粒子検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のレーザ光散乱式塵粒子検出器では、検
出器を塵粒子発生源から離れた位置にしか取り付けられ
ない装置設計上の制約がある場合、塵粒子の検出率が悪
かった。 【解決手段】 レーザ光散乱式塵粒子検出器のレーザ光
出射空間部を挟んで塵粒子１９が進入する開口部４と反
対側に低温源１０２を設け、当該低温源の温度を塵粒子
検出器のその他の部分の温度及び、開口部を介した視野
に含まれる真空容器壁面の温度より低く設定し、熱泳動
により塵粒子を当該低温源に集める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塵粒子検出器に関
し、特に半導体製造装置等の真空室内に存在する塵粒子
の大きさと数を検出する光散乱式の塵粒子検出方法及び
この方法を用いた塵粒子検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の半導体製造プロセスにおいては、
歩留まりが製品の信頼性と値段を決定する。この歩留ま
りは、半導体製品を製造する装置内に発生する塵粒子と
深い関係があり、半導体製造装置内で発生する塵粒子の
数を極力少なくすることが歩留まりの向上につながる。
つまり塵粒子が多い環境下で半導体製品を製造すると、
ウエハ上に塵粒子が付着する確率が上昇し、その結果、
ウエハ上の配線パターンに欠陥を引き起こすなど、製品
の不良率が増し、歩留まりが減少する。従って半導体製
品を製造する際には、半導体製造装置内で発生する塵粒
子の数を常に把握し、それが或る値に達した時点で半導
体製造装置のメンテナンスを行い、真空室内部に蓄積し
た塵粒子を除く必要がある。また、塵粒子の発生源を突
き止めて対処する等の対策も時には必要になる。塵等の
微粒子を検出する一般的な方法としては、従来から光散
乱方式がしばしば用いられる。光散乱方式とは、レーザ
光を塵粒子に照射したときに発生する散乱光を受光素子
で検出し、微粒子の数や大きさ等を計測する方式であ
る。半導体製造装置の内部の塵粒子発生状況を計測する
場合においても、光散乱方式が用いられる。

【０００３】図３は従来の光散乱式塵粒子検出器であ
り、又、図４は当該塵粒子検出器の組み付け状態を説明
するための外観斜視図である。１は小型真空室であり、
上部にフランジ部２を有する。小型真空室１はそのフラ
ンジ部２によって製造装置の真空容器３のフランジ部に
取り付けられ、小型真空室１の内部空間は開口部４を通
して真空容器３と通じている。小型真空室１は図４に示
すような立方体形状を有し、対向する２つの側壁部には
孔５，６が設けてあり、各孔にはガラス（レーザ光導入
ガラス７、レーザ光導出ガラス８）が取り付けられ、大
気側と真空側を気密に隔離しながらレーザ光９が小型真
空室１を通過するためのレーザ光導入窓部とレーザ光導
出窓部を形成している。

【０００４】この様な形態を有する小型真空室１に対し
て粒子検出ユニット１０が取り付けられる。粒子検出ユ
ニット１０は小型真空室１から独立した単独ユニットで
あり、小型真空室１に対して着脱自在の構造を有する。
粒子検出ユニット１０の外観を形成するケース１１は、
所定箇所にほぼ正方形で上面から下面に通じる開口部１
２を備えている。粒子検出ユニット１０の中にはレーザ
出射ユニット１３が設けられ、レーザダイオード１４と
レンズ１５を内蔵する。開口部１２を挟んで反対側には
ビ−ム吸収器１６が配置されている。ビーム吸収器１６
の設置個所手前部分でかつレーザ光線軸の周囲にフォト
センサー１７が配置されている。フォトセンサー１７の
前面には光学フィルター１８が配置されている。

【０００５】小型真空室１のフランジ部２を真空容器３
のフランジポートなどに装着することにより、小型真空
室１の内部は真空装置の運転時は真空状態に保たれる。
そして、レーザダイオード１４より出射されたレーザ光
９はレンズ１５で絞られながら、レーザ光導入ガラス７
を通過し、焦点を結んだ後、レーザ光導出ガラス８を通
ってビーム吸収器１６に入射し、ここで吸収される。レ
ーザ光９はレーザ光導入ガラス７とレーザ光導出ガラス
８の間では細く絞られ真空中に投射され続けているが、
もし、開口部４から塵粒子１９が進入して、この領域で
レーザ光９を横切るとレーザ散乱光２０が発生する。こ
のレーザ散乱光２０は光学フィルター１８を通過するこ
とでノイズ光を除去した後、フォトセンサー１７により
光電流信号に変換される。この結果、塵粒子１９がレー
ザ光９を横切った数が計測される。又、その時の塵粒子
１９の大きさは、塵粒子１９のサイズが大きければ大き
いほど強いレーザ散乱光２０を発生する効果を利用して
測定される。尚、光学フィルタ１８は、レーザ光９が有
する波長の光だけを選択的に通過させるバンドパスフィ
ルタであり、環境光など他の波長の光がフォトセンサー
１７で検出されないようにするために使われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この様な従来の光散乱
式塵粒子検出器は、その占有体積上からくる制約や、真
空室に設置するためのフランジポート配置上の制約か
ら、塵粒子発生源から離れた位置にしか設置できないこ
とも多く、この場合、塵粒子検出器の開口部にたまたま
飛来してきた塵粒子だけ（しかも真空容器のフランジ部
付近に飛来した塵粒子が、必ずしもその開口部から入射
するとは限らない。即ち、開口部付近を通過してそのま
ま遠ざかってしまう塵粒子も相当ある。）を検出するこ
とになるため、実際は真空容器内で塵粒子が発生してい
るにもかかわらず、検出器では検出されないという問題
を生じた。

【０００７】本発明の目的は、この問題を解決し、塵粒
子検出器を真空装置内の塵粒子発生源から離れた場所に
設置した場合でも効率良く検出が行えるように改良した
塵粒子検出方法及び塵粒子検出器を提供することにあ
る。

【０００８】

【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、第１の本発明（請求項１に対応）に係わる塵粒子
検出方法は、真空容器内で発生した塵粒子がレーザ光を
横切る時に発生するレーザ散乱光を検出することにより
塵粒子の数と大きさを検出する塵粒子検出方法に於い
て、真空雰囲気中に低温部を設けることにより熱勾配を
形成し、塵粒子の熱泳動作用により、塵粒子を低温部に
向かって移動させることで、真空容器中の塵粒子をレー
ザ光通過部に集めた。この結果、真空容器内で発生した
塵粒子が低温部に集まり、低温部近くを通過するレーザ
光が塵粒子で散乱する確率が増加する。

【０００９】第２の本発明（請求項２に対応）に係わる
塵粒子検出器は、真空容器内で発生した塵粒子がレーザ
光を横切る時に発生するレーザ散乱光を検出することに
より塵粒子の数と大きさを検出する塵粒子検出器に於い
て、レーザ光出射空間部を挟み塵粒子が進入する開口部
とは逆側の位置に低温源を設け、該低温源の温度を、該
低温源以外の塵粒子検出器の温度、及び、該低温源から
塵粒子が進入してくる開口部を介した視野に含まれる真
空容器の温度より低い温度とした。これにより、第１の
発明を実施する構成が提供される。

【００１０】第３の本発明（請求項３に対応）に係わる
塵粒子検出器は、上記第２の発明において、低温源とし
て、熱伝導率の高い金属体を用いて流路を設け、当該流
路内に低温の液体または気体を流すことを特徴とする。
これにより、温度コントロールが容易な低温源が提供さ
れる。

【００１１】第４の本発明（請求項４に対応）に係わる
塵粒子検出器は、上記第２の発明において、低温源とし
て、ペルチエ素子を用いた。配管等の工事をすることな
く、配線するだけで低温源が得られる。

【００１２】第５の本発明（請求項５に対応）は、真空
容器のポート部を用いて取り付けた、請求項２ないし４
のいずれか一項に記載の塵粒子検出器であり、検出器を
外部（大気中）からメンテナンス出来ること、腐食性の
雰囲気での塵粒子検出に効果がある。

【００１３】第６の本発明（請求項６に対応）は、真空
容器内に取り付けた、請求項２ないし４のいずれか一項
に記載の塵粒子検出器であり、塵粒子の発生源に近いと
ころに検出器を設置することで、検出効率をあげること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第一の実施形態を
示す。本発明を構成する部品の内で、先に述べた従来例
と同一の符号を付したものは、その構成及び機能が従来
例と全く同じであるので、ここではその説明を省略す
る。

【００１５】本実施形態の特徴は、小型真空室１の底部
にある。即ち、本発明では小型真空室１の底部に設けら
れた孔１０１に外側から低温源１０２を差し込み、これ
を気密に取り付けている。当該低温源１０２は熱伝導性
の良い材料で製作されており、その中に加工された流路
１０３は流入口１０４と流出口１０５に連通している。
そして、当該塵粒子検出器を運転するときには、この流
路１０３内に外部から低温の流体を流し、低温源１０２
のＢ面を低温化している。

【００１６】この様な構成では、低温源１０２の温度
は、周辺環境よりも低くなり、塵粒子１９は熱泳動作用
（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｓｉｓ）を受ける。「熱泳動
作用」とは、塵粒子１９が浮遊する媒質（本実施形態で
は真空容器３内部に残留するガスとか、真空容器３内に
充填されるプロセスガス）中の温度勾配によって引き起
こされる塵粒子の移動作用を指す。この現象は、高温に
さらされる塵粒子の側面が、低温にさらされる塵粒子の
側面より、より高いエネルギーをもつ媒質分子によって
衝撃を受け、この結果塵粒子１９が低温度領域に移動す
ることで発生すると考えられている。そして、 Ｓ．
Ｍ．Ｃｏｌｌｉｎｓ等の研究により、１２℃／ｃｍ程度
の熱勾配があれば塵粒子が低温源に向かって移動するこ
とがわかっている（Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．Ａ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．６ ｐ．２９５０
１９９５）。

【００１７】例えば、本発明者が使用した装置では、小
型真空室１の深さと、真空容器３の取り付け部の壁厚を
合計した寸法（つまり、図１に於いて、Ａ面から、Ｂ面
迄）は約４ｃｍであるので、低温源の温度を周辺部の温
度よりも５０℃程度低くすれば、低温源１０２より温度
の高い塵粒子検出器の部分、及び、開口部を介した視野
に含まれる真空容器３付近の塵粒子は、低温源１０２に
向けて熱泳動し、その結果レーザ光９を横切る塵粒子数
が増加することになる。

【００１８】なお、低温源として、図１では、配管を介
して外部から低温の液体やガスなどを流すようにしてい
るが、低温源としては、これ以外にも例えば異種の導体
又は半導体の接点に電流を流すとき接点でジュール熱以
外に熱の発生又は吸収（これは電流の方向で変わる）が
生じる現象を利用したペルチエ素子を用いる方法もあ
る。ペルチエ素子では、通電するだけで、冷却効果が得
られるし、素子も小型で形状も種々のものが市販されて
おり、設計上選択の自由度が大きいのが特徴である。し
かし、ペルチエ素子は表面の温度は下がるが、裏面は逆
に温度が上昇するので、裏面の熱を巧く放熱する工夫が
必要になる。一方、配管を設け、この配管中に低温の液
体又は気体等の流体を流し、集塵部の温度を下げる方式
では、ペルチエ素子を用いるときに生じる放熱の問題は
特に生じない。しかし、ペルチエ素子に比べれば配管の
為のコストアップやメンテナンス工数の増大の問題はあ
る。

【００１９】図２で本発明の第二の実施形態を説明す
る。図２において、前記の第一実施形態で説明した要素
と実質的に同一の機能を有する要素には同一の符号を付
している。図１に示した第一実施形態では小型真空室１
の内部のみが真空となり、他の部分は大気中に設置され
ているが、図２に示した第二実施形態では、小型真空室
を用いないで、低温源を含めて塵粒子検出器全体を真空
容器３中に配置している。即ち、レーザダイオード１
４、レンズ１５、ビーム吸収器１６、光学フィルタ１８
及びフォトセンサー１７はすべて同一の検出器筐体２０
１に組み込まれ、低温源体２０２は検出器筐体２０１の
開口部２０３直下に設置されて真空容器３の内壁部に固
定されている。

【００２０】開口部２０３に入射して来る塵粒子１９は
低温源体２０２によって熱泳動作用を受け、より多くの
塵粒子１９が開口部２０３に入射する。開口部２０３に
入射した塵粒子１９はレーザ光９を横切りレーザ散乱光
２０を発生させる。レーザ散乱光２０は光学フィルタ１
８を通過してフォトセンサー１７に入射し、電気信号に
変換される。

【００２１】第二実施形態では、低温源体２０２とし
て、ペルチエ素子を用いている場合を示している。勿
論、この場合でも図１の様に配管により冷却することも
可能である。ペルチエ素子を用いた場合の排熱処理は、
真空容器３の壁面を介して大気中へ輻射と自然対流作用
で行うことで済めばそれでもよい。しかし、それだけで
は排熱が不十分であるなら、真空容器の大気側壁面に放
熱フィンを設けるとか、更にはこれを強制空冷すること
で放熱効率を更に上げることも出来る。更に排熱効率を
上げる必要があれば、ペルチエ素子の固定される真空容
器の外壁面に配管を敷設して液体で冷却することも勿論
可能である。

【００２２】この形式の実施形態では、塵粒子検出器の
設置場所をかなり自由に選択できる特長がある。つま
り、前述の通り、真空装置３内に存在する塵粒子は均一
な分布をしていない場合が多い。この様な場合、塵粒子
を効率よく検出するには多くの粒子が存在する部分に近
づけて塵粒子検出器を設置しすることがより望ましい。
一方、図１に示した第一実施形態の塵粒子検出器では、
真空装置のフランジポート部に取り付ける必要上、設置
場所が限定され、検出率が落ちる場所に取り付けざるを
得ない場合もある。この点、図２に示した第二の実施形
態は有利である。又、ペルチエ素子への給電は、レーザ
光出射ユニットといっしょに電力供給端子を用いれば済
み、図１の実施形態の様に取り付けポートを設ける必要
が無いのも有利な点である。一方、図１の様な第一実施
形態の方式はセンサー部分を真空室外に設置できる為、
真空装置内部が高温になったり、或いはプロセスに反応
性ガスを用いる時の塵粒子計測には有利である。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、塵粒子検出器に低温源を設けたことによって真
空室内の塵粒子を熱泳動作用によって低温源付近に収集
することができるようにしたため、塵粒子が飛来し易く
なり、塵粒子に対する検出率を向上させることができ
る。また、塵粒子が飛来しにくい場所に塵粒子検出器を
設置せざるを得ない場合でも、従来と比べれば、高検出
率での検出が可能となり、設計上の自由度が増す効果も
ある。又、塵粒子を低温部に集めることでチャンバ内の
クリーン度を高めるという副次的な効果も生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の塵粒子検出器の第一実施形態を示す要
部縦断面図である。

【図２】本発明の塵粒子検出器の第二実施形態を示す要
部縦断面図である。

【図３】従来の塵粒子検出器の一例を示す要部縦断面図
である。

【図４】従来の塵粒子検出器の組み付け状態を説明する
ための外観斜視図である。

【符号の説明】

１…小型真空室 ２…フランジ部 ３…真空容器 ４…開口部 ５…孔 ６…孔 ７…レーザ光導入ガラス ８…レーザ光導出ガラス ９…レーザ光 １０…粒子検出ユニット １１…ケース １２…開口部 １３…レーザ出射ユニット １４…レーザダイオード １５…レンズ １６…ビーム吸収器 １７…フォトセンサー １８…光学フィルター １９…塵粒子 ２０…レーザ散乱光 １０１…孔 １０２…低温源体 １０３…流路 １０４…流入口 １０５…流出口 ２０１…検出器筐体 ２０２…低温源体 ２０３…開口部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内で発生した塵粒子がレーザ光
   を横切る時に発生するレーザ散乱光を検出することによ
   り塵粒子の数と大きさを検出する塵粒子検出方法に於い
   て、真空雰囲気中に熱勾配を形成し、塵粒子の熱泳動作
   用により、真空容器中の塵粒子をレーザ光通過部に集め
   る塵粒子検出方法。
2. 【請求項２】 真空容器内で発生した塵粒子がレーザ光
   を横切る時に発生するレーザ散乱光を検出することによ
   り塵粒子の数と大きさを検出する塵粒子検出器に於い
   て、レーザ光出射空間部を挟み塵粒子が進入する開口部
   とは逆側の位置に低温源を設け、該低温源の温度を、該
   低温源以外の塵粒子検出器の温度、及び、該低温源から
   塵粒子が進入してくる開口部を介した視野に含まれる真
   空容器の温度より低い温度とした塵粒子検出器。
3. 【請求項３】 熱伝導率の高い金属体を用いて流路を設
   け、当該流路内に低温の流体を流すことで前記低温源と
   した請求項２の塵粒子検出器。
4. 【請求項４】 前記低温源としてペルチエ素子を用いた
   請求項２の塵粒子検出器。
5. 【請求項５】 真空容器のポート部を用いて取り付けた
   ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一
   項に記載の塵粒子検出器。
6. 【請求項６】 真空容器内に取り付けることを特徴とす
   る請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の塵粒
   子検出器。