KR20180037112A - 파티클 포집 장치, 파티클 포집 방법, 및 파티클 포집 시스템 - Google Patents

파티클 포집 장치, 파티클 포집 방법, 및 파티클 포집 시스템 Download PDF

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KR20180037112A
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히카루 기쿠치
가츠시 아베
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 대상물에 접촉하는 일이 없이, 대상물 상의 파티클을 효율적으로 포집하는 것에 관한 것이다. 파티클 포집 장치(20)는 하우징(23)과, 조정 기구(21)와, 공급구(25)와, 흡기구(27)를 구비한다. 하우징(23)은 대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되며 상단이 폐색되어 있는 통형상의 형상을 갖는다. 조정 기구(21)는 하우징(23)의 하단과 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성한다. 공급구(25)는 하우징(23)의 하단의 개구에 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있으며, 대상물에 가스를 공급한다. 흡기구(27)는 공급구(25)보다 공급구(25)의 중심축 측에 형성되어 있으며, 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인한다.

Description

파티클 포집 장치, 파티클 포집 방법, 및 파티클 포집 시스템{PARTICLE COLLECTING APPARATUS, PARTICLE COLLECTING METHOD, AND PARTICLE COLLECTING SYSTEM}
본 발명의 여러 가지의 측면 및 실시형태는 파티클 포집 장치, 파티클 포집 방법, 및 파티클 포집 시스템에 관한 것이다.
제조 후의 반도체 장치나 사용 후의 반도체 제조 장치 내의 부품 등을 평가하기 위한 툴로서, 반도체 장치 등의 표면에 퇴적된 파티클을 포집하는 파티클 포집 장치가 알려져 있다(예를 들면, 하기의 특허문헌 1 참조). 이러한 파티클 포집 장치는 평가 대상이 되는 반도체 장치 등에 접촉하며, 반도체 장치 등의 표면 상에 밀폐 공간을 형성하고, 밀폐 공간 내에 가스를 공급한다. 그리고, 파티클 포집 장치는 공급된 가스에 의해 반도체 장치 등의 표면에 퇴적된 파티클을 감아올리고, 감아올려진 파티클을 포함하는 가스를 흡인하는 것에 의해, 반도체 장치 등의 표면에 퇴적된 파티클을 포집한다. 파티클 포집 장치에는, 초음파 발생기가 마련되어 있으며, 초음파 발생기로부터 방사되는 초음파에 의해 반도체 장치 등의 표면에 퇴적된 파티클을 효율적으로 감아올릴 수 있다.
일본 특허 공개 제 2013-71083 호 공보
그러나, 종래의 파티클 포집 장치는 밀폐 공간을 형성하기 위해 대상물에 접촉할 필요가 있다. 그 때문에, 평가 대상이 되는 반도체 장치 등에 오염이나 손상 등이 생기는 경우가 있다. 종래의 파티클 포집 장치를 평가 대상이 되는 반도체 장치 등에 접촉시키지 않고 사용하는 것을 생각할 수 있지만, 반도체 장치 등의 표면 상에 밀폐 공간이 형성되지 않기 때문에, 파티클의 포집율이 저하된다. 또한, 파티클 포집 장치로부터 공급된 가스에 의해, 반도체 장치 등의 표면 상에 퇴적되어 있는 파티클이 흩뿌려져, 반도체 장치 등에 다른 오염이 생기는 경우도 있다.
본 발명의 일 측면은, 파티클 포집 장치에 있어서, 하우징과, 간극 형성 기구와, 공급구와, 흡기구를 구비한다. 하우징은 대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되며 상단이 폐색되어 있는 통형상의 형상을 갖는다. 간극 형성 기구는 하우징의 하단과 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성한다. 공급구는 하우징의 하단의 개구에 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있으며, 대상물에 가스를 공급한다. 흡기구는 공급구보다 공급구의 중심축 측에 형성되어 있으며, 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인한다.
본 발명의 여러 가지의 측면 및 실시형태에 의하면, 대상물에 접촉하는 일이 없이, 대상물 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
도 1은 파티클 포집 시스템의 일 예를 도시하는 시스템 구성도이다.
도 2는 파티클 포집 장치의 설치 상태의 일 예를 도시하는 상면도이다.
도 3은 파티클 포집 장치의 헤드의 단면의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 파티클 포집 장치의 헤드의 바닥면의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 공급로 내의 공간 및 흡기로 내의 공간의 형상의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 공급로 내의 공간 및 흡기로 내의 공간의 형상의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 공급로 내의 공간 및 흡기로 내의 공간의 형상의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 공급로 내의 공간 및 흡기로 내의 공간의 형상의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 공급구의 경사의 일 예를 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 10은 공급로의 높이, 흡기로의 높이, 및 공급구의 폭의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 공급로의 높이, 흡기로의 높이, 및 공급구의 폭을 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12는, 흡인되는 가스의 유량에 대하여, 공급되는 가스의 유량을 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 13은, 도 12에 도시한 시뮬레이션 결과 중, SiO2의 결과를 정리한 도면이다.
도 14는 유량을 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 유량과 대상물 상의 풍속과의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 대상물 상의 풍속과 포집율의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 공급구의 각도를 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 파티클 포집 장치와 대상물의 사이의 거리를 변경한 경우의 대상물 상의 풍속 및 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 공급구의 각도와, 대상물 상의 풍속과, 포집율의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 20은 파티클 포집 장치의 헤드의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 21은 파티클 포집 장치의 헤드의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 22는 초음파의 진폭과 발진수의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 23은 초음파의 진폭과, 대상물까지의 거리와, 충격파 압력의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 24는 초음파의 진폭과, 대상물까지의 거리와, 충격파 압력의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 25는 초음파의 진폭과, 대상물까지의 거리와, 충격파 압력의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
개시하는 파티클 포집 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 하우징과, 간극 형성 기구와, 공급구와, 흡기구를 구비한다. 하우징은 대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되며 상단이 폐색되어 있는 통형상의 형상을 갖는다. 간극 형성 기구는 하우징의 하단과 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성한다. 공급구는 하우징의 하단의 개구에 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있으며, 대상물에 가스를 공급한다. 흡기구는 공급구보다 공급구의 중심축 측에 형성되어 있으며, 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인한다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 공급구의 중심축을 따라서 배치된 원통형상의 통형상의 부재를 추가로 구비하여도 좋다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치의 하나의 실시형태에 있어서, 통형상 부재는 대상물을 향하여 초음파를 발생하는 초음파 발생기라도 좋다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치의 하나의 실시형태에 있어서, 초음파 발생기가 발생시킨 초음파에 의해 대상물의 표면에 부여되는 충격파 압력은 150 dB 이상이어도 좋다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치는, 하나의 실시형태에 있어서, 칸막이 판과, 제 1 유로와, 제 2 유로를 구비한다. 칸막이 판은 공급구에 공급되는 가스와 흡기구로부터 흡인된 가스를 구획한다. 제 1 유로는, 하우징의 외부로부터 공급된 가스를 공급구에 흘리는 제 1 유로로서, 하우징의 내측 벽과 칸막이 판의 외측 벽의 사이에 형성되어 있으며, 하우징의 외부로부터 공급된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 공급구의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 낮아지는 형상을 갖는다. 제 2 유로는, 흡기구로부터 흡인된 가스를 하우징의 외부로 흘리는 제 2 유로로서, 칸막이 판의 내측 벽과 통형상 부재의 외측 벽의 사이에 형성되어 있으며, 흡기구로부터 흡인된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 통형상 부재의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 높아지는 형상을 갖는다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치의 하나의 실시형태에 있어서, 제 1 유로를 흐르는 가스는 공급구의 중심축을 중심으로 하여 하우징의 내측 벽을 따라서 소정의 방향으로 선회하면서 상방으로부터 하방으로 흘러도 좋고, 제 2 유로를 흐르는 가스는 흡기구의 중심축을 중심으로 하여 칸막이 판의 내측 벽을 따라서, 제 1 유로를 흐르는 가스와 동일한 방향으로 선회하면서 하방으로부터 상방으로 흘러도 좋다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치의 하나의 실시형태에 있어서, 대상물 상의 가스의 풍속은 0.02 ㎜/sec 이상이어도 좋다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치의 하나의 실시형태에 있어서, 흡기구를 거쳐서 흡인되는 가스의 유량에 대한, 공급구를 거쳐서 공급되는 가스의 유량의 비율은 1.0 이상 1.2 이하의 범위 내의 비율이어도 좋다.
또한, 개시하는 파티클 포집 장치의 하나의 실시형태에 있어서, 하우징의 외형은 대략 원통형상이어도 좋고, 공급구는 하우징의 하단에 있으며, 공급구의 중심축의 방향으로 경사져 있어도 좋다. 또한, 하우징의 하단의 반경을 r, 하우징의 하단과 대상물의 거리를 d1로 한 경우, 공급구의 중심축에 대한 공급구의 경사의 각도(θ)는 하기 식으로 나타내는 범위 내의 각도라도 좋다.
tan-1(d1/2r)<θ≤60°
또한, 개시하는 파티클 포집 장치의 하나의 실시형태에 있어서, 공급구로부터 공급되는 가스는 드라이 에어 또는 불활성 가스라도 좋다.
개시하는 파티클 포집 방법은, 하나의 실시형태에 있어서, 대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되고 상단이 폐색되어 있는 통형상의 하우징의 하단과 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성하는 단계와, 하우징의 하단의 개구에 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있는 공급구로부터 대상물에 가스를 공급하는 단계와, 공급구보다 공급구의 중심축 측에 형성되어 있는 흡기구로부터 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인하는 단계를 포함한다.
개시하는 파티클 포집 시스템은, 하나의 실시형태에 있어서, 파티클 포집 장치와, 파티클 포집 장치에 가스를 공급하는 가스 공급 장치와, 가스 공급 장치로부터 파티클 포집 장치에 공급되는 가스의 공급량을 제어하는 유량 제어기와, 파티클 포집 장치로부터 가스를 흡인하는 흡인 펌프와, 흡인 펌프에 의해 파티클 포집 장치로부터 흡인되는 가스의 유속을 측정하는 유속계를 구비한다. 파티클 포집 장치는 하우징과, 간극 형성 기구와, 공급구와, 흡기구와, 칸막이 판을 구비한다. 하우징은 대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되며 상단이 폐색되어 있는 통형상의 형상을 갖는다. 간극 형성 기구는 하우징의 하단과 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성한다. 공급구는 하우징의 하단의 개구에 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있으며, 가스 공급 장치로부터 공급된 가스를 대상물에 공급한다. 흡기구는 공급구보다 공급구의 중심축 측에 형성되어 있으며, 흡인 펌프에 의한 흡인에 의해 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인한다.
개시하는 파티클 포집 시스템은, 하나의 실시형태에 있어서, 파티클 포집 장치와 유속계의 사이에 마련되며, 파티클 포집 장치를 거쳐서 흡인된 가스에 포함되는 파티클의 수를 측정하는 파티클 카운터를 추가로 구비해도 좋다.
이하에, 개시하는 파티클 포집 장치, 파티클 포집 방법, 및 파티클 포집 시스템의 실시형태에 대해, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해, 개시되는 파티클 포집 장치, 파티클 포집 방법, 및 파티클 포집 시스템이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[파티클 포집 시스템(10)의 구성]
도 1은 파티클 포집 시스템(10)의 일 예를 도시하는 시스템 구성도이다. 파티클 포집 시스템(10)은, 예를 들면 도 1에 도시하는 바와 같이, 파티클 포집 장치(20)와, 흡인 펌프(40)와, 유속계(41)와, 파티클 카운터(42)와, 가스 공급 장치(45)와, 매스플로우 컨트롤러(MFC)(46)와, 필터(47)를 갖는다. 도 1에는, 챔버(11) 내에서 탑재대(12)에 탑재된 반도체 웨이퍼(13)에 소정의 처리가 실시된 후, 챔버(11)의 상부가 개방되며 챔버(11)의 상부에 파티클 포집 장치(20) 등이 배치된 상태가 도시되어 있다.
파티클 포집 장치(20)는 조정 기구(21) 및 헤드(22)를 갖는다. 헤드(22)에는, 배관(43) 및 배관(48)이 접속되어 있다. 가스 공급 장치(45)는 평가 대상이 되는 대상물의 일 예인 반도체 웨이퍼(13)의 표면에 공급되는 가스를 공급한다. 가스 공급 장치(45)에 의해 공급되는 가스는, 예를 들면 드라이 에어나 불활성 가스이다. 불활성 가스로서는, 예를 들면 아르곤 가스나 질소 가스 등을 예로 들 수 있다. 가스 공급 장치(45)로부터 공급된 가스는 MFC(46)에 의해 유량이 제어된다. 그리고, MFC(46)에 의해 유량이 제어된 가스는 필터(47)에 의해 청정화되며, 배관(48)을 거쳐서 헤드(22)에 공급된다.
흡인 펌프(40)는 유속계(41), 파티클 카운터(42), 및 배관(43)을 거쳐서 헤드(22)에 접속되며, 헤드(22)의 하면으로부터, 헤드(22)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 가스를 흡인한다. 유속계(41)는 흡인 펌프(40)에 의해 흡인되는 가스의 유속을 측정한다. 파티클 카운터(42)는 헤드(22)의 하면으로부터 흡인된 가스에 포함되는 파티클의 수를 측정한다.
헤드(22)는 하단의 면이 반도체 웨이퍼(13)에 대향하도록 배치되며, 배관(48)을 거쳐서 공급된 가스를 헤드(22)의 하단에 형성된 공급구로부터 반도체 웨이퍼(13) 상에 분사한다. 또한, 헤드(22)는, 흡인 펌프(40)의 흡인 동작에 의해, 헤드(22)의 하면에 형성된 흡기구로부터 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인하고, 흡인한 가스를 배관(43)을 거쳐서 파티클 카운터(42)로 흘린다.
조정 기구(21)는, 이동 기구(30)와 헤드(22)의 사이의 거리를 조정하는 것에 의해, 헤드(22)의 하면과 반도체 웨이퍼(13)의 사이에 소정 거리의 간극을 형성한다. 조정 기구(21)는 간극 형성 기구의 일 예이다.
이동 기구(30)는 가이드(31)에 대하여 파티클 포집 장치(20)를 보지한다. 또한, 이동 기구(30)는, 가이드(31)를 따라서 이동하는 것에 의해, 가이드(31) 상의 위치를 변경할 수 있다. 이동 기구(32)는 가이드(31)를 보지한다. 이동 기구(32)는, 예를 들면 도 2에 도시하는 바와 같이, 챔버(11)의 측벽을 따라서 이동하는 것에 의해, 가이드(31)의 방향(φ)을 변경할 수 있다. 도 2는 파티클 포집 장치(20)의 설치 상태의 일 예를 도시하는 상면도이다. 도시하지 않은 제어 장치에 의해 이동 기구(30) 및 이동 기구(32)가 제어되는 것에 의해, 파티클 포집 장치(20)를 반도체 웨이퍼(13) 상의 임의의 위치로 이동시킬 수 있다. 그리고, 반도체 웨이퍼(13) 상에 있어서의 파티클 포집 장치(20)의 위치와, 파티클 포집 장치(20)에 의해 포집된 파티클을 대응시키는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상에 있어서 파티클의 발생 개소를 특정할 수 있다.
또한, 실시예에 있어서, 파티클 포집 장치(20)는 평가 대상이 되는 대상물의 일 예인 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 포집하지만, 대상물은 반도체 웨이퍼(13)에 한정되지 않는다. 파티클 포집 장치(20)는, 반도체 제조 장치의 부품, 예를 들면 정전 척이나 챔버(11)의 측벽 등의 표면에 퇴적되어 있는 파티클을 포집하여도 좋다.
상기와 같이 구성된 파티클 포집 시스템(10)은 도시하지 않은 제어 장치에 의해 그 동작이 통괄적으로 제어된다. 제어 장치는 CPU(Central Processing Unit) 등을 갖고, 파티클 포집 시스템(10)의 각 부(部)를 제어하는 프로세서와, 유저 인터페이스와, 기억부를 구비한다. 유저 인터페이스에는, 오퍼레이터가 파티클 포집 시스템(10)을 조작하기 위한 커멘드 등의 입력에 이용되는 키보드나, 파티클 포집 시스템(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등이 포함된다. 기억부에는, 파티클 포집 시스템(10)으로 실행되는 각종 처리를 프로세서가 실현되기 위한 제어 프로그램이나 데이터 등이 기억되어 있다.
프로세서는, 기억부에 기억되어 있는 제어 프로그램 등을 판독하여 실행하는 것에 의해, 이하의 처리를 실행한다. 즉, 프로세서는, 이동 기구(30) 및 이동 기구(32)를 제어하여, 파티클 포집 장치(20)를 반도체 웨이퍼(13) 상의 소정의 위치에 이동시킨다. 그리고, 프로세서는, 조정 기구(21)를 제어하여, 헤드(22)의 하면과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 간극이 소정의 거리가 되도록 조정한다. 그리고, 프로세서는, 흡인 펌프(40) 및 유속계(41)를 가동시켜, 흡인 펌프(40)에 의해 흡인되는 가스의 유속을 유속계(41)로부터 판독한다. 그리고, 프로세서는, 유속계(41)로부터 판독된 유속이 소정의 유량에 대응하는 유속이 되도록 흡인 펌프(40)에 의한 흡인량을 제어한다. 또한, 프로세서는, 가스 공급 장치(45)를 가동시켜, 헤드(22)의 하면으로부터 분사되는 가스의 유량이 소정의 유량이 되도록 MFC(46)를 제어한다. 그리고, 프로세서는, 파티클 카운터(42)를 가동시켜, 파티클 카운터(42)에 의해 측정된 파티클의 수를 나타내는 데이터를 취득한다.
[파티클 포집 장치(20)의 구성]
도 3은 파티클 포집 장치(20)의 헤드(22)의 단면의 일 예를 도시하는 도면이다. 도 4는 파티클 포집 장치(20)의 헤드(22)의 바닥면의 일 예를 도시하는 도면이다. 헤드(22)는 반도체 웨이퍼(13)와 대향하는 하단이 개구되며, 상단이 폐색되어 있는 대략 원통형상의 하우징(23)을 갖는다. 하우징(23)의 중심축을 z축이라 정의한다. 또한, 예를 들면 도 4에 도시하는 바와 같이, 하우징(23)의 하단의 면에 있어서의 반경을 r이라 정의한다.
하우징(23)은, 예를 들면 가볍고 유전율이 낮은 재료에 의해 형성된다. 하우징(23)의 재료로서는, 예를 들면 도전성을 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌, 도전성을 갖는 폴리이미드, 도전성을 갖는 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지, 알루미늄 합금, 도전성을 갖는 폴리카보네이트(polycarbonate) 수지 등을 예로 들 수 있다. 이들 재료를 이용하는 것에 의해, 정전기의 대전에 의해 하우징(23) 자체에 파티클이 흡착되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 하우징(23)의 표면에는, 예를 들면 전해 연마 등에 의해 경면 가공이 실시되는 것이 바람직하다. 하우징(23)의 표면에 경면 가공이 실시되는 것에 의해, 하우징(23)의 표면으로의 파티클의 부착이 억제된다.
하우징(23)의 하단의 개구에는, 예를 들면 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 하우징(23)의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있으며, 반도체 웨이퍼(13)에 가스를 공급하는 공급구(25)가 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 공급구(25)의 중심축은 z축과 일치하고 있다. 공급구(25)는 하우징(23)의 외부로부터 배관(48)을 거쳐서 공급된 가스를 공급구(25)에 흘리는 공급로(24)에 연통되어 있다.
또한, 하우징(23)의 하단의 개구에는, 예를 들면 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 공급구(25)보다 공급구(25)의 중심축인 z축 측에 형성되어 있으며, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인하는 흡기구(27)가 형성되어 있다. 흡기구(27)는 흡기구(27)를 거쳐서 흡인된 가스를 하우징(23)의 외부로 흘리는 흡기로(26)에 연통되어 있다
또한, 하우징(23) 내에는, 공급로(24) 내를 흐르는 가스와, 흡기로(26) 내를 흐르는 가스를 구획하는 대략 원통형상의 칸막이 판(28)이 마련되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서, 칸막이 판(28)의 내측 면과 하우징(23)의 하단의 면이 이루는 각도(θ1)는, 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이, 90°보다 크다.
또한, 공급로(24)는, 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이, 하우징(23)의 내측 벽과 칸막이 판(28)의 외측 벽의 사이에 형성되어 있으며, 하우징(23)의 외부로부터 배관(48)을 거쳐서 공급된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 공급구(25)의 중심축(본 실시예에서는 z축)의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 낮아지는 형상을 갖는다. 이에 의해, 하우징(23)의 외부로부터 배관(48)을 거쳐서 공급로(24) 내에 공급된 가스는, 공급구(25)의 중심축의 주위를 선회하면서, 상방으로부터 하방으로 나선형상으로 흘러, 공급구(25)로부터 반도체 웨이퍼(13)에 분사된다. 공급로(24)는 제 1 유로의 일 예이다.
흡기로(26)는, 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이, 칸막이 판(28)의 내측 벽과 초음파 발생기(29)의 외측 벽의 사이에 형성되어 있으며, 흡기구(27)로부터 흡인된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 초음파 발생기(29)의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 높아지는 형상을 갖는다. 이에 의해, 흡기구(27)를 거쳐서 하우징(23)의 하방으로부터 흡인된 가스는, 흡기로(26) 내에서 초음파 발생기(29)의 주위를, 예를 들면 도 4의 화살표 A로 나타내는 방향으로 선회하면서, 하방으로부터 상방으로 나선형상으로 흐르고, 배관(43)을 거쳐서 흡인 펌프(40)에 흡인된다. 흡기로(26)는 제 2 유로의 일 예이다.
또한, 하우징(23) 내에는, 공급구(25)의 중심축인 z축을 따라서 초음파 발생기(29)가 배치되어 있다. 본 실시예에 있어서, 초음파 발생기(29)는 대략 원통형상의 형상을 갖는다. 초음파 발생기(29)는 초음파를 발생시키고, 발생시킨 초음파를 반도체 웨이퍼(13)에 방사시키는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(13)의 표면에 부착되어 있는 파티클을 이탈시킨다. 초음파 발생기(29)가 발생시키는 초음파의 주파수는, 예를 들면 15 ㎑ 내지 1 ㎒이다. 또한, 초음파 발생기(29)가 발생시키는 초음파의 주파수는, 바람직하게는, 예를 들면 15 ㎑ 내지 200 ㎑이다. 초음파 발생기(29)는 통형상 부재의 일 예이다. 본 실시예에 있어서, 예를 들면 도 3에 도시하는 바와 같이, 하우징(23)의 하단과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1)는 초음파 발생기(29)의 하단과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d2)와 동일하다. 또한, 거리(d1)가 거리(d2) 이하이면, 거리(d1)와 거리(d2)는 상이한 거리라도 좋다.
도 5 내지 도 8은 공급로(24) 내의 공간(240) 및 흡기로(26) 내의 공간(260)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 공간(240) 및 공간(260)의 일 예를 도시하는 사시도이다. 도 6은 공간(240) 및 공간(260)의 일 예를 도시하는 정면도이다. 도 7은 공간(240) 및 공간(260)의 일 예를 도시하는 우측면도이다. 도 8은 공간(240) 및 공간(260)의 일 예를 도시하는 좌측면도이다.
공급로(24) 내의 공간(240)은, 예를 들면 도 5 내지 도 8에 도시하는 바와 같이, 배관(48)을 거쳐서 공급된 가스가 흐르는 방향(도 5에 나타내는 화살표 B의 방향)에 있어서, z축의 주위를 선회함에 따라서 공간(240)의 높이가 서서히 낮게 되어 있다. 그리고, 공간(240) 내에는, 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같이, z축 방향에서 본 경우, 대략 원환상의 공간(240)의 접선 방향으로 배관(48)으로부터 가스가 공급된다. 이에 의해, 하우징(23)의 외부로부터 배관(48)을 거쳐서 공급로(24) 내에 공급된 가스는, z축의 주위를 예를 들면 도 5의 화살표 B로 나타내는 방향으로 선회하면서, 상방으로부터 하방으로 나선형상으로 흐른다.
흡기로(26) 내의 공간(260)은, 예를 들면 도 5 내지 도 8에 도시하는 바와 같이, 배관(43)을 거쳐서 흡인되는 가스가 흐르는 방향(도 5에 나타내는 화살표 C의 방향)에 있어서, z축의 주위를 선회함에 따라서 공간(260)의 높이가 서서히 높게 되어 있다. 그리고, 공간(260) 내에서는, 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같이, z축 방향에서 본 경우, 대략 원환상의 공간(260)의 접선 방향으로 배관(43)을 거쳐서 가스가 흡인된다. 이에 의해, 하우징(23)의 하방으로부터 흡인된 가스는, 흡기로(26) 내에서 z축의 주위를, 예를 들면 도 5의 화살표 C로 나타내는 방향으로 선회하면서, 하방으로부터 상방으로 나선형상으로 흐른다. 공간(240) 내를 흐르는 가스의 선회 방향과, 공간(260) 내를 흐르는 가스의 선회 방향은, 예를 들면 도 5에 도시하는 바와 같이, z축 방향에서 본 경우 동일한 방향이다.
또한, 본 실시예에 있어서, 공급구(25)는, 예를 들면 도 9에 도시하는 바와 같이, 공급구(25)의 중심축(본 실시예에서는 z축)의 방향으로 경사져 있다. 도 9는 공급구(25)의 경사의 일 예를 설명하기 위한 확대 단면도이다. 하우징(23)의 하단의 면에 대한 공급구(25)의 경사의 각도를 θ2라 정의한다.
이와 같이, 공급로(24) 내에 공급된 가스는, 공급로(24) 내의 공간(240)을, 상방으로부터 하방으로 나선형상으로 흐르고, 환상으로 형성된 공급구(25)로부터 공급구(25)의 중심축의 방향으로 비스듬하게 분사되고, 반도체 웨이퍼(13) 상에 공급된다. 반도체 웨이퍼(13) 상에 공급된 가스는 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 감아올려, 공급구(25)보다 공급구(25)의 중심축 측에 형성된 흡기구(27)를 거쳐서 흡인된다. 그리고, 흡기로(26) 내의 공간(260)을, 하방으로부터 상방으로 나선형상으로 흘러, 배관(43)을 거쳐서 흡인 펌프(40)에 흡인된다.
이와 같이, 하우징(23)의 하방에 있어서, 공급구(25)로부터 z축의 방향으로 경사진 비스듬한 하방에 가스가 공급되고, 공급된 가스가 z축 근방에서 흡인된다. 이에 의해, 공급구(25)로부터 공급된 가스에 의해 감아올려진 파티클이, 반도체 웨이퍼(13) 상에 있어서, 헤드(22)의 하방의 영역보다 외측의 영역으로 확산되는 것이 억제된다. 즉, 공급구(25)로부터 공급된 가스는 에어 커튼으로서도 기능하고 있다. 그 때문에, 가스의 공급에 의한 파티클의 확산을 억제할 수 있다.
또한, 공급로(24) 내의 공간(240)을 상방으로부터 하방으로 나선형상으로 흘러 공급구(25)로부터 반도체 웨이퍼(13) 상에 분사된 가스는 흡기구(27)를 거쳐서 흡인되며, 흡기로(26) 내의 공간(260)을, 하방으로부터 상방으로 나선형상으로 흐른다. 그 때문에, 하우징(23)의 하방에 있어서, 소정의 방향(본 실시예에서는, z축을 따라서 상방으로부터 하방을 본 경우에 반시계 회전 방향)으로 가스가 선회하는 소용돌이가 발생한다. 이에 의해, 공급구(25)로부터 반도체 웨이퍼(13) 상에 공급된 가스는 하우징(23)의 하방에서 체류되는 일이 없이 흡기구(27)를 거쳐서 효율적으로 흡인된다. 따라서, 공급구(25)로부터 공급된 가스에 의해 감아올려진 파티클이 흡기구(27)를 거쳐서 효율적으로 포집된다.
[시뮬레이션 결과]
다음에, 헤드(22)에 있어서의 공급로(24)의 높이(h1), 흡기로(26)의 높이(h2), 및 공급구(25)의 폭(w)을 변경한 경우의 파티클의 포집율을 시뮬레이션했다. 도 10은 공급로(24)의 높이(h1), 흡기로(26)의 높이(h2), 및 공급구(25)의 폭(w)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 공급로(24)의 높이(h1), 흡기로(26)의 높이(h2), 및 공급구(25)의 폭(w)을 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 11에서는, 비교예로서 대상물에 접촉하며 파티클을 포집하는 종래의 파티클 포집 장치를, 반도체 웨이퍼(13)로부터 거리(d1) 분리하여 이용한 경우의 포집율이, 번호 "0"의 란에 나타나 있다. 포집율이란, 대상물 상에 존재하는 파티클 중 포집된 파티클의 비율을 나타낸다. 또한, 종래의 파티클 포집 장치로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 제 2013-71083 호 공보에 개시되어 있는 파티클 포집 장치가 이용되었다.
또한, 도 11에 나타낸 시뮬레이션에 있어서의 그 이외의 조건은 이하와 같다.
하우징(23)의 하단과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1) 2 ㎜
하우징(23)의 하단의 면에 대한 공급구(25)의 경사의 각도(θ2) 45°
공급구(25)로부터 공급되는 가스종 드라이 에어
공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량 28.3 L/min
흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량 28.3 L/min
파티클의 재료 Al2O3
파티클의 사이즈 0.1 ㎛
또한, 이하에서는, 특별히 언급하는 경우를 제외하고, 시뮬레이션은 상기의 조건으로 실행된다.
도 11의 시뮬레이션 결과를 참조하면, 본 실시예의 파티클 포집 장치(20)에서는, 공급로(24)의 높이(h1), 흡기로(26)의 높이(h2), 및 공급구(25)의 폭(w)이 도 11에 나타낸 모든 치수라도, 종래의 파티클 포집 장치보다 파티클의 포집율이 30% 이상이나 높게 되어 있다. 또한, 공급로(24)의 높이(h1), 흡기로(26)의 높이(h2), 및 공급구(25)의 폭(w)을 조정하는 것에 의해, 파티클의 포집율을 90% 이상으로 높일 수 있다. 실제로, 도 11의 번호 "0"의 종래의 파티클 포집 장치와, 번호 "5"로 나타낸 파티클 포집 장치(20)를 제작하고, 파티클의 포집율을 측정한 바, 도 11에 나타낸 시뮬레이션 결과와 마찬가지의 측정 결과가 얻어졌다. 따라서, 본 실시예의 파티클 포집 장치(20)는, 대상물에 접촉하는 일이 없이, 대상물 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
다음에, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)과, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)의 비율(Q1/Q2)을 변경하여, 파티클의 포집율을 시뮬레이션했다. 도 12는 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 대하여, 공급되는 가스의 유량(Q1)을 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12에 도시한 시뮬레이션에서는, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2), 즉 흡인 펌프(40)가 흡인하는 가스의 유량(Q2)을 28.3 L/min으로 고정하고, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1), 즉 가스 공급 장치(45)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)을 변화시켰다. 또한, 도 12에 나타낸 시뮬레이션에서는, 산화 알루미늄(Al2O3), 이산화 규소(SiO2), 및 물(H2O)을 포집 대상의 파티클의 재료로서 이용했다. 또한, 도 12에 나타낸 시뮬레이션에서는, 파티클의 사이즈(직경)로서, 0.1 ㎛, 0.5 ㎛, 및 1.0 ㎛의 3종류에 대하여, 각각 포집율을 시뮬레이션했다.
도 12의 (A)는 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)이 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)과 동일한 28.3 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 12의 (B)는 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)이 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 비하여 10% 많은 31.1 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 12의 (C)는 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)이 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 비하여 20% 많은 34.0 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 12의 (D)는 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)이 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 비하여 30% 많은 36.8 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 12의 (E)는 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)이 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 비하여 40% 많은 39.6 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 12의 (F)는 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)이 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 비하여 50% 많은 42.5 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다.
도 12의 (A) 내지 (F)를 참조하면, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)과, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)이 동일한 경우에, 파티클의 포집율이 최대가 되는 것을 알 수 있었다. 또한, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)이 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 비하여 많아짐에 따라서, 파티클의 사이즈나 종류에 상관없이, 포집율이 저하되는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 도 12에 나타낸 시뮬레이션 결과 중, SiO2의 결과를 정리하면, 예를 들면 도 13과 같이 된다. 도 13을 참조하면, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)을 많게 하여도, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 비하여 20% 많은 34.0 L/min까지이면, 파티클의 포집율을 80% 이상으로 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 대한 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)의 비율(Q1/Q2)은 1.0≤(Q1/Q2)≤1.2인 것이 바람직하다.
또한, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)을 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)보다 많게 하면, 흡기구(27)에는, 파티클 포집 장치(20)의 주변의 가스도 흡인되게 된다. 그 때문에, 파티클 포집 장치(20)의 하방의 대상물 상의 파티클 이외의 파티클도 포집되어 버려, 파티클 포집 장치(20)의 하방의 대상물 상에 존재하는 파티클의 수를 올바르게 평가하는 것이 곤란해진다. 따라서, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)은 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)보다 적게 하는 것이 바람직하다.
도 12 및 도 13의 결과로부터, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)과, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)이 동일한 경우에, 포집율이 최대가 되는 것을 알 수 있었기 때문에, 다음에 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)과, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)을 동일하게 하여, 유량(Q1 및 Q2)을 변화시킨 경우의 포집율에 대하여 시뮬레이션을 실행했다. 도 14는 유량을 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 14에 나타낸 시뮬레이션에서는, 도 12에 나타낸 시뮬레이션과 마찬가지로, Al2O3, SiO2, 및 H2O를 포집 대상의 파티클의 재료로서 이용하고, 파티클의 사이즈로서 0.1 ㎛, 0.5 ㎛ 및 1.0 ㎛의 3종류에 대하여, 각각 포집율을 시뮬레이션했다.
도 14의 (A)는 유량(Q1 및 Q2)이 14.2 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 14의 (B)는 유량(Q1 및 Q2)이 21.2 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 14의 (C)는 유량(Q1 및 Q2)이 28.3 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 14의 (D)는 유량(Q1 및 Q2)이 35.4 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 14의 (E)는 유량(Q1 및 Q2)이 42.5 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 14의 (F)는 유량(Q1 및 Q2)이 49.5 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다. 도 14의 (G)는 유량(Q1 및 Q2)이 56.6 L/min의 경우의 포집율을 나타낸다.
도 14의 (A) 내지 (G)에 나타낸 각 유량으로 가스를 공급 및 흡인한 경우의 대상물 상의 풍속을 그래프화하면, 예를 들면 도 15와 같이 된다. 도 15는 유량과 대상물 상의 풍속의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다. 또한, 대상물 상이란, 예를 들면 상방으로부터 z축 방향으로 초음파 발생기(29)의 바닥면을 반도체 웨이퍼(13) 상에 투영한 경우에 반도체 웨이퍼(13) 상에 형성되는 반도체 웨이퍼(13) 상의 영역을 가리킨다. 도 15를 참조하면, 공급 및 흡인되는 가스의 유량이 증가함에 따라서, 대상물 상의 가스의 풍속도 증가하고 있는 것을 알 수 있다.
다음에, 도 15에 나타낸 가스의 풍속에 대하여, 파티클의 포집율을 그래프화하면, 예를 들면 도 16과 같이 된다. 도 16은 대상물 상의 풍속과 포집율의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 16에서는, 파티클의 포집율로서, Al2O3의 포집율을 이용하고 있다. 도 16을 참조하면, 풍속이 작은 범위에서는, 풍속의 증가에 수반하여 포집율이 증가하지만, 풍속이 큰 범위에서는, 포집율이 일정값으로 수속(收束)되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 16을 참조하면, 대상물 상에서의 가스의 풍속이 0.02 m/sec 이상이면, 포집율이 80% 이상이 되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 대상물 상에서의 가스의 풍속이 0.02 m/sec 이상이 되도록, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량 및 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량을 조정하는 것이 바람직하다.
다음에, 공급구(25)의 경사의 각도(θ2)를 변화시킨 경우의 포집율에 대하여 시뮬레이션을 실행했다. 공급구(25)는, 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이, 하우징(23)의 하단의 면에 대하여 각도(θ2)로 경사져 있다. 도 17은 공급구(25)의 각도(θ2)를 변경한 경우의 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 공급구(25)의 각도(θ2)가 증가함에 따라서, 포집율이 저하되는 것을 알 수 있다. 포집율을 80% 이상으로 유지하기 위해서는, 공급구(25)의 각도(θ2)는 60° 이하인 것이 바람직하다. 또한, 도 17을 참조하면, 공급구(25)의 각도(θ2)가 작을수록 포집율이 높아지는 경향이 있다. 여기서, 공급구(25)로부터의 가스의 분사 방향이, 예를 들면 상방으로부터 z축 방향으로 파티클 포집 장치(20)의 바닥면을 반도체 웨이퍼(13) 상에 투영한 경우에 반도체 웨이퍼(13) 상에 형성되는 영역(이하, 대상 영역이라 함) 내를 향하고 있으면, 공급구(25)로부터 분사된 가스는 파티클 포집 장치(20)의 하단에 형성된 흡기구(27)에 의해 흡인된다.
그러나, 공급구(25)로부터의 가스의 분사 방향이 대상 영역 외부를 향하고 있는 경우, 공급구(25)로부터 분사된 가스는 대상 영역의 외측으로 확산되며, 공급구(25)로부터 분사된 가스의 일부가 흡기구(27)에 의해 흡인되지 않는다. 이 때문에, 공급구(25)로부터의 가스의 분사 방향은 대상 영역 내를 향하고 있는 것이 바람직하다. 공급구(25)로부터의 가스의 분사 방향이 대상 영역 내를 향하고 있기 위해서는, 공급구(25)의 각도(θ2)는 이하의 식 (1)로 나타내는 범위 내일 필요가 있다.
tan-1(d1/2r)<θ2≤90° (1)
또한, 상기 식 (1)에 있어서의 d1은, 도 3에 도시한 바와 같이, 하우징(23)의 하단과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리를 나타낸다. 또한, 상기 식 (1)에 있어서의 r은, 도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(23)의 하단의 면에 있어서의 반경을 나타낸다.
따라서, 도 17에 나타낸 시뮬레이션 결과와, 상기 식 (1)에 근거하여, 공급구(25)의 각도(θ2)는 이하의 식 (2)로 나타내는 범위 내인 것이 바람직하다.
tan-1(d1/2r)<θ2≤60° (2)
다음에, 파티클 포집 장치(20)의 하단의 면과 대상물인 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1)를 변경한 경우의 포집율에 대하여 시뮬레이션을 실행했다. 도 18은 파티클 포집 장치(20)와 대상물의 사이의 거리(d1)를 변경한 경우의 대상물 상의 풍속 및 포집율의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 18의 (A)는 공급구(25)의 각도(θ2)가 30°인 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 18의 (B)는 공급구(25)의 각도(θ2)가 45°인 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 18의 (C)는 공급구(25)의 각도(θ2)가 60°인 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 도 18의 (A) 내지 (C)에 있어서, 검은 사각이 포집율을 나타내며, 흰색 동그라미가 풍속을 나타내고 있다. 또한, 도 18에 나타낸 시뮬레이션에서는, 파티클 포집 장치(20)의 하단의 면과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1)와, 초음파 발생기(29)의 바닥면과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d2)가 동일한 파티클 포집 장치(20)가 이용되고 있다.
도 18의 (A) 내지 (C)의 시뮬레이션 결과를 참조하면, 공급구(25)의 각도(θ2)가 어느 경우에 있어서도, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1)가 1 ㎜ 내지 2 ㎜의 범위에서는, 거리(d1)의 증가에 수반하여 포집율 및 풍속이 증가하고 있다. 한편, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1)가 2 ㎜ 내지 4 ㎜의 범위에서는, 거리(d1)의 증가에 수반하여 포집율 및 풍속이 조금 감소하고 있다.
또한, 도 18의 (A) 내지 (C)의 시뮬레이션 결과를 참조하면, 공급구(25)의 각도(θ2)가 어느 경우에 있어서도, 풍속이 최대가 되고 있는 거리(d1)에 있어서, 파티클의 포집율도 최대로 되어 있다. 여기서, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1)가 짧아지면, 좁은 공간에 일정량의 가스가 흐르기 때문에, 풍속이 증가한다. 그러나, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d1)가 너무 짧아지면, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 컨덕턴스가 증가하기 때문에, 초음파 발생기(29)의 바로 아래에 유입되는 가스가 감소하고, 흡기구(27)에 직접 유입되는 가스가 증가한다. 그 때문에, 초음파 발생기(29)의 바로 아래에 있어서의 가스의 풍속이 감소한다. 풍속은 가스의 유입 공간과 컨덕턴스의 균형이 잡혔을 때 최대가 된다.
도 18의 (A) 내지 (C)의 그래프를 하나로 정리하면, 예를 들면 도 19와 같이 된다. 도 19는 공급구(25)의 각도(θ2)와, 대상물 상의 풍속과, 포집율의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 19를 참조하면, 대상물 상에 있어서의 풍속이 0.02 m/sec 이상이며, 또한 공급구(25)의 각도(θ2)가 60° 미만이면, 파티클의 포집율이 80% 이상이 되는 것을 알 수 있다.
이상, 파티클 포집 시스템(10)의 실시예에 대하여 설명했다. 상기 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 실시예의 파티클 포집 시스템(10)에 의하면, 대상물에 접촉하는 일이 없이, 대상물 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 흡기로(26)의 중심에 대략 원통형상의 초음파 발생기(29)가 마련되어 있다. 그 때문에, 초음파 발생기(29)의 하면과 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 풍속을 높일 수 있다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 흡기로(26)의 중심으로 마련된 대략 원통형상의 초음파 발생기(29)에 의해, 반도체 웨이퍼(13)의 표면에 소정의 주파수 및 진폭의 초음파가 방사된다. 이에 의해, 초음파 발생기(29)의 하방에 있어서, 반도체 웨이퍼(13)의 표면에 존재하는 파티클을 반도체 웨이퍼(13)의 표면으로부터 이탈시킬 수 있다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 가스 공급 장치(45)로부터 공급된 가스가, 공급로(24) 내를, 공급구(25)의 중심축을 중심으로 하여, 나선형상으로 선회하면서 상방으로부터 하방으로 흘러, 공급구(25)로부터 반도체 웨이퍼(13) 상에 공급된다. 또한, 반도체 웨이퍼(13) 상에 공급된 가스는 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 감아올려, 공급구(25)보다 공급구(25)의 중심축 측에 형성되어 있는 흡기구(27)를 거쳐서, 흡기로(26) 내를, 공급구(25)의 중심축을 중심으로 하여, 나선형상으로 선회하면서 하방으로부터 상방으로 흐른다. 이에 의해, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이에는, 가스의 선회류가 발생하여, 공급구(25)로부터 공급된 가스에 의해 감아올려진 파티클이, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 영역으로부터 외부로 흩뿌려지는 일이 없이, 흡기구(27) 및 흡기로(26)를 거쳐서 효율적으로 흡인된다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 공급구(25)의 중심축의 방향에서 본 경우, 공급로(24) 내를 나선형상으로 흐르는 가스의 선회 방향과, 흡기로(26) 내를 나선형상으로 흐르는 가스의 선회 방향이 동일하다. 그 때문에, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이에 가스의 선회류를 효율적으로 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 가스의 풍속은, 예를 들면 도 16 및 도 19를 이용하여 설명한 바와 같이, 0.02 ㎜/sec 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량(Q2)에 대한, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량(Q1)의 비율(Q1/Q2)은, 예를 들면 도 13을 이용하여 설명한 바와 같이, 1.0≤(Q1/Q2)≤1.2인 것이 바람직하다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 공급구(25)는, 하우징(23)의 하단에 있어서, 공급구(25)의 중심축의 방향으로 경사져 있으며, 하우징(23)의 하단의 반경을 r, 하우징(23)의 하단과 반도체 웨이퍼(13)의 거리를 d1로 한 경우, 하우징(23)의 하단의 면에 대한 공급구(25)의 경사의 각도(θ2)는, 도 17을 이용하여 설명한 바와 같이, 전술의 식 (2)로 나타내는 범위 내의 각도인 것이 바람직하다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클을 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서의 파티클 포집 시스템(10)에서는, 공급구(25)로부터 반도체 웨이퍼(13)에 공급되는 가스는 드라이 에어 또는 불활성 가스인 것이 바람직하다. 이에 의해, 공급구(25)로부터 반도체 웨이퍼(13) 상에 공급되는 가스에 의한 반도체 웨이퍼(13)의 표면의 변질을 억제할 수 있다.
<기타>
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 그 요지의 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기한 실시예에 있어서의 헤드(22)에서는, 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 칸막이 판(28)의 내측 면과 하우징(23)의 하단의 면이 이루는 각도(θ1)는 90°보다 크다. 그러나, 개시의 기술은 이에 한정되지 않는다. 다른 예로서, 헤드(22)는, 예를 들면 도 20에 도시하는 바와 같이, 칸막이 판(28)의 내측 면과 하우징(23)의 하단의 면이 이루는 각도(θ1')가 90°보다 작아도 좋다. 이 경우라도, 실시예의 경우와 마찬가지로, 80% 이상의 포집율을 달성할 수 있다.
또한, 상기한 실시예에 있어서의 헤드(22)에서는, 도 3 내지 도 8을 이용하여 설명한 바와 같이, 공급로(24)는, 배관(48)을 거쳐서 공급된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 공급구(25)의 중심축의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 낮아지는 형상을 갖는다. 이에 의해, 공급로(24) 내를 흐르는 가스는 공급로(24) 내에 있어 상방으로부터 하방으로 나선형상으로 흐른다. 또한, 흡기로(26)는, 흡기구(27)로부터 흡인된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 초음파 발생기(29)의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 높아지는 형상을 갖는다. 이에 의해, 흡기로(26) 내를 흐르는 가스는 흡기로(26) 내에 있어서 하방으로부터 상방으로 나선형상으로 흐른다. 그러나, 개시의 기술은 이에 한정되지 않는다.
다른 예로서, 공급로(24) 및 흡기로(26)는, 예를 들면 도 21에 도시하는 바와 같이, 천정의 높이가 대략 일정한 형상을 갖고 있어도 좋다. 이 경우, 배관(48)을 거쳐서 공급로(24) 내에 공급된 가스는 공급로(24) 내에 확산하면서 상방으로부터 하방으로 흘러, 공급구(25)의 중심축의 주위를 선회하는 일이 없이 공급구(25)로부터 반도체 웨이퍼(13) 상에 공급된다. 또한, 흡기구(27)로부터 흡인된 가스는 흡기로(26) 내에서 초음파 발생기(29)의 주위를 선회하는 일이 없이, 흡기로(26) 내를 하방으로부터 상방으로 흘러, 배관(43)을 거쳐서 흡인 펌프(40)에 의해 흡인된다. 이러한 구조의 헤드(22)에 있어서도, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 유량 및 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 유량을 전술의 실시예에 나타낸 헤드(22)를 이용하는 경우보다 많게 하는(예를 들면 3배 이상으로 함) 것에 의해, 80% 이상의 포집율을 달성할 수 있다.
또한, 전술의 실시예에 있어서, 초음파의 진폭과 대상물까지의 거리(d2)의 관계에 대하여, 이하의 실측을 실행했다. 우선, 초음파 발생기(29)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d2)를 5 ㎜로 설정한 경우의 초음파의 진폭과 발진수의 관계를 실측했다. 도 22는 초음파의 진폭과 발진수의 관계의 일 예를 도시하는 도면이다. 도 22를 참조하면, 초음파 발생기(29)가 발생시킨 초음파의 진폭이 85 ㎛ 이상이 되면, 발진수가 가속적으로 증가하는 것을 알 수 있다.
도 23 내지 도 25는 초음파의 진폭과, 대상물까지의 거리(d2)와, 충격파 압력의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다. 충격파 압력은, 예를 들면 도 23 내지 도 25에 나타내는 바와 같이, 초음파 발생기(29)로부터 대상물인 반도체 웨이퍼(13)까지의 거리(d2)와, 초음파의 진폭의 2개의 파라미터에 의존한다. 충격파 압력은 초음파 발생기(29)로부터 반도체 웨이퍼(13)까지의 거리(d2)가 감소함에 따라서 증가한다. 또한, 충격파 압력은 초음파의 진폭이 증가함에 따라서 증가한다.
예를 들면 도 24 및 도 25를 참조하면, 초음파 발생기(29)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이의 거리(d2)가 5 ㎜인 경우, 초음파 발생기(29)가 85 ㎛의 진폭의 초음파를 발생시키면, 충격파 압력은 153.6 dB이 된다. 충격파 압력은, 초음파 발생기(29)로부터 반도체 웨이퍼(13)까지의 거리(d2)와, 초음파의 진폭의 2개의 파라미터에 의존하지만, 충격파 압력이 153.6 dB 이상이면, 반도체 웨이퍼(13)로부터의 발진수가 가속적으로 증가하게 된다. 또한, 발명자에 의해 추가로 검토한 결과, 충격파 압력이 150 dB 이상이면, 반도체 웨이퍼(13)로부터의 발진수가 가속적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 가속적인 발진이 관측되는 충격파 압력의 값은 대상물의 재료나 그 제조 방법 등에 의존한다. 충격파 압력에 주목하여, 발진수를 제어하는 것에 의해, 초음파 발생기(29)와 대상물의 사이의 거리(d2) 및 초음파의 진폭의 최적값을 정량화하는 것이 가능하다.
또한, 전술의 실시예에 있어서의 헤드(22)에서는, 도 3 내지 도 8을 이용하여 설명한 바와 같이, 공급로(24)는 가스가 흐르는 방향으로 공급구(25)의 중심축의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 낮아지는 형상을 갖고, 흡기로(26)는 가스가 흐르는 방향으로 초음파 발생기(29)의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 높아지는 형상을 갖는다. 그러나, 개시의 기술은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 공급로(24)에는, 칸막이 판(28)의 외측 벽 또는 하우징(23)의 내측 벽을 따라서, 상방으로부터 하방에 나선형상으로 리브나 홈이 형성되어도 좋다. 이에 의해, 공급로(24) 내에서 선회류를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 흡기로(26)에는, 칸막이 판(28)의 내측 벽을 따라서, 하방으로부터 상방에 나선형상으로 리브나 홈이 형성되어도 좋다. 이에 의해, 흡기로(26) 내에서 선회류를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다. 이에 의해, 파티클 포집 장치(20)와 반도체 웨이퍼(13)의 사이에 가스의 선회류를 보다 효율적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 전술의 실시예에 있어서의 헤드(22)에는, 대략 중앙에 원통형상의 초음파 발생기(29)가 마련되고, 초음파 발생기(29)로부터 하방의 반도체 웨이퍼(13)로 초음파가 방사되었지만, 다른 예로서, 초음파 발생기(29)에 초음파를 발생시키지 않거나, 혹은 초음파 발생기(29)의 위치에 초음파를 발생하지 않는 원통형상의 부재가 배치되어도 좋다. 이 경우라도, 공급구(25)로부터 공급되는 가스의 선회류와, 흡기구(27)로부터 흡인되는 가스의 선회류에 의해, 헤드(22)의 하방의 반도체 웨이퍼(13) 상의 파티클이 효율적으로 포집된다.
10: 파티클 포집 시스템 11: 챔버
12: 탑재대 13: 반도체 웨이퍼
20: 파티클 포집 장치 21: 조정 기구
22: 헤드 23: 하우징
24: 공급로 25: 공급구
26: 흡기로 27: 흡기구
28: 칸막이 판 29: 초음파 발생기
30: 이동 기구 31: 가이드
32: 이동 기구 40: 흡인 펌프
41: 유속계 42: 파티클 카운터
43: 배관 45: 가스 공급 장치
46: MFC 47: 필터
48: 배관 240: 공간
260: 공간

Claims (13)

  1. 파티클 포집 장치에 있어서,
    대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되며 상단이 폐색되어 있는 통형상의 하우징과,
    상기 하단과 상기 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성하는 간극 형성 기구와,
    상기 하단의 개구에 상기 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있으며, 상기 대상물에 가스를 공급하는 공급구와,
    상기 공급구보다 상기 공급구의 중심축 측에 형성되어 있으며, 상기 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인하는 흡기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급구의 중심축을 따라서 배치된 원통형상의 통형상 부재를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 통형상 부재는 상기 대상물을 향하여 초음파를 발생하는 초음파 발생기인 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 초음파 발생기가 발생시킨 초음파에 의해 상기 대상물의 표면에 부여되는 충격파 압력은 150 dB 이상인 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급구에 공급되는 가스와 상기 흡기구로부터 흡인된 가스를 구획하는 칸막이 판과,
    상기 하우징의 외부로부터 공급된 가스를 상기 공급구에 흘리는 제 1 유로로서, 상기 하우징의 내측 벽과 상기 칸막이 판의 외측 벽의 사이에 형성되어 있으며, 상기 하우징의 외부로부터 공급된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 상기 공급구의 중심축의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 낮아지는 형상을 갖는 제 1 유로와,
    상기 흡기구로부터 흡인된 가스를 상기 하우징의 외부로 흘리는 제 2 유로로서, 상기 칸막이 판의 내측 벽과 상기 통형상 부재의 외측 벽의 사이에 형성되어 있으며, 상기 흡기구로부터 흡인된 가스가 흐르는 방향에 있어서, 상기 통형상 부재의 주위를 선회함에 따라서 천정이 서서히 높아지는 형상을 갖는 제 2 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 유로를 흐르는 가스는 상기 공급구의 중심축을 중심으로 하여 상기 하우징의 내측 벽을 따라서 소정의 방향으로 선회하면서 상방으로부터 하방으로 흐르고,
    상기 제 2 유로를 흐르는 가스는 상기 흡기구의 중심축을 중심으로 하여 상기 칸막이 판의 내측 벽을 따라서 상기 제 1 유로를 흐르는 가스와 동일한 방향으로 선회하면서 하방으로부터 상방으로 흐르는 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상물 상의 가스의 풍속은 0.02 ㎜/sec 이상인 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기구를 거쳐서 흡인되는 가스의 유량에 대한, 상기 공급구를 거쳐서 공급되는 가스의 유량의 비율은 1.0 이상 1.2 이하의 범위 내의 비율인 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징의 외형은 대략 원통형상이며,
    상기 공급구는 상기 하우징의 하단에 있어서 상기 공급구의 중심축의 방향으로 경사져 있으며,
    상기 하우징의 하단의 반경을 r, 상기 하우징의 하단과 상기 대상물의 거리를 d1로 한 경우, 상기 하우징의 하단의 면에 대한 상기 공급구의 경사의 각도(θ)는 tan-1(d1/2r)<θ≤60°으로 나타내는 범위 내의 각도인 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급구로부터 공급되는 가스는 드라이 에어 또는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 장치.
  11. 파티클 포집 방법에 있어서,
    대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되며 상단이 폐색되어 있는 통형상의 하우징의 하단과 상기 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성하는 단계와,
    상기 하단의 개구에 상기 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있는 공급구로부터 상기 대상물에 가스를 공급하는 단계와,
    상기 공급구보다 상기 공급구의 중심축 측에 형성된 흡기구로부터 상기 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 방법.
  12. 파티클 포집 시스템에 있어서,
    파티클 포집 장치와,
    상기 파티클 포집 장치에 가스를 공급하는 가스 공급 장치와,
    상기 가스 공급 장치로부터 상기 파티클 포집 장치에 공급되는 가스의 공급량을 제어하는 유량 제어기와,
    상기 파티클 포집 장치로부터 가스를 흡인하는 흡인 펌프와,
    상기 흡인 펌프에 의해 상기 파티클 포집 장치로부터 흡인되는 가스의 유속을 측정하는 유속계를 구비하고,
    상기 파티클 포집 장치는,
    대상물과 대향하고 있는 하단이 개구되며 상단이 폐색되어 있는 통형상의 하우징과,
    상기 하단과 상기 대상물의 사이에 소정 거리의 간극을 형성하는 간극 형성 기구와,
    상기 하단의 개구에 상기 하우징의 내측 벽을 따라서 환상으로 형성되어 있으며, 상기 가스 공급 장치로부터 공급된 가스를 상기 대상물에 공급하는 공급구와,
    상기 공급구보다 상기 공급구의 중심축 측에 형성되어 있으며, 상기 흡인 펌프에 의한 흡인에 의해 상기 대상물 상의 파티클을 포함하는 가스를 흡인하는 흡기구를 구비하는 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 파티클 포집 장치와 상기 유속계의 사이에 마련되며, 상기 파티클 포집 장치를 거쳐서 흡인된 가스에 포함되는 파티클의 수를 측정하는 파티클 카운터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는
    파티클 포집 시스템.
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