WO2015146429A1 - パーティクル計数装置 - Google Patents

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統宏 井上
康弘 山蔭
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    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1486—Counting the particles

Definitions

  • the present invention relates to a particle counter for measuring the number of particles floating in a specific place such as a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus or an exhaust pipe.
  • Particles such as dust generated in the semiconductor processing process and floating in the processing chamber cause the performance of the product to deteriorate. Therefore, in the semiconductor processing apparatus, in order to suppress the generation of particles, the inside of the processing chamber (chamber) is placed in a high vacuum state, and a particle counting device that measures particles floating in the processing chamber in real time is installed (for example, patents). Reference 1).
  • FIG. 6 is a top view of the particle counter
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A′-A ′ of FIG. 6.
  • the particle counting device is provided at a cylindrical casing 110, a pair of openings 111a and 111b formed on the peripheral surface of the casing 110 so as to face each other, and one end (base end) of the casing 110.
  • the detectors 120a and 120b are included.
  • the light detection units 120a and 120b include photodiodes 121a and 121b and cover glasses 122a and 122b for protecting the photodiodes 121a and 121b, respectively, and are arranged so as to face each other across the optical path of the laser light 130.
  • a particle counter particles that enter the inside of the housing 110 from any one of the openings 111a and 111b emit scattered light when irradiated with the laser light 130 from the laser light source 112.
  • the scattered light enters the light detection units 120a and 120b and is detected by the photodiodes 121a and 121b.
  • the detection signal is sent to a data processing unit (not shown) including a computer or the like, and the data processing unit generates particles. Are counted.
  • FIG. 8 shows an example of detection signals from the light detection units 120a and 120b.
  • the particle counting device compares such a detection signal with a predetermined threshold voltage, determines that a portion where the detection signal exceeds the threshold voltage is a particle-derived signal peak, and counts particles.
  • the present invention has been made in view of the above points.
  • the object of the present invention is to reduce the noise appearing on the detection signal of scattered light in the particle counter to improve the S / N ratio. It is to enable detection.
  • the particle counter according to the present invention which has been made to solve the above problems, a) a cylindrical housing; b) a pair of openings formed on the peripheral surface of the casing so as to face each other; c) a light source for irradiating the inside of the housing with laser light from the base end side to the front end side of the housing; d) A pair of light detectors arranged so as to sandwich the optical path of the laser light inside the housing, and detecting scattered light generated by irradiating the laser light to particles entering the housing from the opening.
  • Means Have The pair of openings are formed on the base end side with respect to the region where the light detection means is arranged in the axial direction of the housing, and disturbance light incident from the openings directly enters the light detection means. It is characterized by reducing this.
  • the particle counter of the present invention having the above-described configuration, the pair of openings are formed on the base end side (light source side) with respect to the region where the light detection means of the housing is disposed. For this reason, the disturbance light which directly enters the light detection means from the opening is reduced, and noise derived from the disturbance light appearing on the detection signal can be suppressed.
  • the opening is provided on the base end side of the light detection means as in the present invention
  • side scattered light that is, light scattered in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the laser light
  • the particle counter it is desirable to use a laser that emits laser light having a short wavelength (about 300 to 500 nm) as the laser light source.
  • the particle counter According to the particle counter according to the present invention, it is possible to reduce noise appearing on the detection signal of scattered light from the particles, thereby making it possible to detect minute particles.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1.
  • Sectional drawing which shows the modification of the particle counter concerning the said embodiment.
  • Sectional drawing which shows another modification of the particle counting device which concerns on the said embodiment.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along arrow A′-A ′ in FIG. 6. The figure which shows an example of the detection signal by a particle counter.
  • FIGS. 1 is a top view of a particle counter according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • Components that are the same as or correspond to those in FIGS. 6 and 7 described above are denoted by the same reference numerals in the last two digits as those given in FIGS. 6 and 7, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the side where the laser light source 12 is provided in the axial direction of the housing 10 is the rear side (the base end side in the present invention), and the side where the beam stopper 14 is provided is the front (the front end side in the present invention). ).
  • the particle counter according to the present embodiment is characterized in that a pair of openings 11a and 11b for allowing particles to pass through the housing 10 are provided behind the light detection units 20a and 20b. Thereby, the disturbance light which enters from the openings 11a and 11b and directly enters the light detection units 20a and 20b can be reduced, and noise derived from the disturbance light can be reduced.
  • the openings 11a and 11b are arranged in the axial direction of the housing 10 so that ambient light that enters the housing 10 from the openings 11a and 11b does not directly enter the light detection units 20a and 20b. It is desirable to form it at a position sufficiently separated from the region where 20a and 20b are provided.
  • Intensity I scat of the scattered light is inversely proportional to the fourth power of the wavelength ⁇ as shown by the following formula of Rayleigh scattering.
  • I 0 intensity of irradiated light
  • a radius of particle
  • r distance from particle
  • n refractive index of particle
  • a laser light source 12 in the present embodiment that can emit laser light having a wavelength shorter than 500 nm (desirably about 300 to 500 nm, more preferably 400 to 500 nm).
  • the intensity of the scattered light can be increased.
  • the laser light with a short wavelength is irradiated, the scattered light from the particles is more strongly distributed forward (that is, the ratio of the forward scattered light to the entire scattered light is increased), and thus the light detection units 20a and 20b described above. It becomes possible to further improve the detection efficiency of the scattered light.
  • the particle counter According to the particle counter according to the present embodiment, it is possible to improve the SN ratio of the detection signal and accurately count even minute particles.
  • the region where the light detection units 20 a and 20 b are provided and the region where the openings 11 a and 11 b are formed do not overlap. These areas may be somewhat overlapped as long as the noise does not interfere with particle counting. In other words, it is preferable that the light detection unit can efficiently detect the forward scattered light and the opening is provided at a position where disturbance light is prevented from directly entering the light detection unit.
  • the housing from the openings 11a and 11b of the disturbance light.
  • a light blocking unit is provided on the optical path of the light. It is desirable to provide it.
  • the light-shielding portion may include projecting portions 15 a and 15 b that are erected from the inner peripheral surface of the housing 10 toward the optical axis of the laser beam 30.
  • the ambient light protrudes radially from the outer peripheral surface of the housing 10 at least at the rear end side of the periphery of the openings 11a and 11b so that the ambient light does not enter the housing 10 at a shallow angle. It is good also as a structure which provided the light-shielding part which consists of the protrusion parts 16a and 16b which do. 4 and 5 are sectional views showing a state in which the particle counter according to the present invention is cut along a plane that includes the optical axis of the laser beam 30 and is parallel to the light receiving surfaces of the photodiodes 21a and 21b.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 110 ... Housing

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Abstract

　筒型の筐体１０と、筐体１０の周面に互いに対向するように形成された一対の開口部１１ａ、１１ｂと、筐体１０の基端側から先端側に向かって筐体１０の内部にレーザ光３０を照射する光源１２と、筐体１０内部に前記レーザ光３０の光路を挟むように配置され、前記開口部１１ａ、１１ｂから筐体１０内に進入したパーティクルにレーザ光３０が照射されることで生じる散乱光を検出する一対の光検出手段２０ａ、２０ｂとを有するパーティクル計数装置において、前記開口部１１ａを、筐体１０の軸方向において光検出手段２０ａ、２０ｂが配置されている領域よりも基端側に形成する。

Description

パーティクル計数装置
　本発明は、例えば半導体製造装置のチャンバ内や排気管といった特定の場所を浮遊する粒子（パーティクル）の数を計測するパーティクル計数装置に関する。
　半導体の処理工程で発生し、処理室内を浮遊する粉塵などのパーティクルは、製品の性能等を低下させる原因となる。そこで、半導体処理装置では、パーティクルの発生を抑えるために処理室（チャンバ）内を高真空状態にすると共に、処理室内を浮遊するパーティクルをリアルタイムで計測するパーティクル計数装置を設置している（例えば特許文献１を参照）。
　従来のパーティクル計数装置の一例を図６及び図７に示す。図６はパーティクル計数装置の上面図であり、図７は図６のＡ’－Ａ’矢視断面図である。該パーティクル計数装置は、円筒形の筐体１１０と、筐体１１０の周面に互いに対向するように形成された一対の開口部１１１ａ、１１１ｂと、筐体１１０の一端（基端）に設けられたレーザ光源１１２と、レーザ光を集光及び成形するためのレンズ１１３と、筐体１１０の他端（先端）に設けられたビームストッパ１１４と、筐体１１０の内部に設けられた一対の光検出部１２０ａ、１２０ｂとを含んでいる。光検出部１２０ａ、１２０ｂは、それぞれフォトダイオード１２１ａ、１２１ｂと該フォトダイオード１２１ａ、１２１ｂを保護するためのカバーガラス１２２ａ、１２２ｂを備えており、レーザ光１３０の光路を挟んで互いに対向するように配置されている。こうしたパーティクル計数装置において、いずれかの開口部１１１ａ、１１１ｂから筐体１１０の内部に進入したパーティクルは、レーザ光源１１２からのレーザ光１３０の照射により散乱光を発する。この散乱光が光検出部１２０ａ、１２０ｂに入射してフォトダイオード１２１ａ、１２１ｂにより検出され、その検出信号がコンピュータ等から成るデータ処理部（図示略）に送出されて、該データ処理部にてパーティクルの計数が行われる。
　前記光検出部１２０ａ、１２０ｂによる検出信号の一例を図８に示す。パーティクル計数装置は、こうした検出信号を予め定められた閾値電圧と比較し、検出信号が閾値電圧を超えた部分をパーティクル由来の信号ピークと判定してパーティクルの計数を行う。
特開2013-88198号公報
　近年、半導体製造装置では従来に比べて微細な加工が行われるようになっており、こうした微細加工においては、これまで問題とならなかったような微小なパーティクルであっても加工精度を低下させる要因となる。そのため、近年ではパーティクル計数装置によって、ごく微小なパーティクルを検出することが求められている。パーティクルによる散乱光の強度は該パーティクルの粒径に依存するため、微小なパーティクルを検出するためには、前記閾値電圧を低く設定する必要がある。しかしながら、閾値電圧を低く設定した場合、ノイズ成分がパーティクル由来の信号ピークとして判定されてしまい、正確な計数を行うことができない場合があった。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パーティクル計数装置において散乱光の検出信号上に現れるノイズを低減してＳＮ比を改善し、微小なパーティクルについても検出可能とすることにある。
　上記課題を解決するために成された本発明に係るパーティクル計数装置は、
　a)筒型の筐体と、
　b)前記筐体の周面に互いに対向するように形成された一対の開口部と、
　c)前記筐体の基端側から先端側に向かって該筐体の内部にレーザ光を照射する光源と、
　d)前記筐体内部に前記レーザ光の光路を挟むように配置され、前記開口部から前記筐体内に進入したパーティクルに前記レーザ光が照射されることで生じる散乱光を検出する一対の光検出手段と、
を有し、
　前記一対の開口部が、前記筐体の軸方向において前記光検出手段が配置されている領域よりも基端側に形成され、前記開口部から入射する外乱光が前記光検出手段に直接入射することを低減することを特徴としている。
　従来のパーティクル計数装置における光検出部１２０ａ、１２０ｂには、パーティクルからの散乱光のみならず開口部１１１ａ、１１１ｂから筐体１１０内に進入した外乱光も入射し、これが検出信号上でノイズ成分となって微小なパーティクルの検出を妨げる要因となっていた。これに対し、上記構成から成る本発明のパーティクル計数装置では、筐体の光検出手段が配設されている領域よりも基端側（光源側）に前記一対の開口部が形成されている。このため、開口部から光検出手段に直接入射する外乱光が低減され、検出信号上に現れる外乱光由来のノイズを抑えることができる。
　なお、本発明のように開口部を光検出手段よりも基端側に設けた場合、パーティクルからの散乱光のうち側方散乱光（すなわちレーザ光の光軸と略直交する方向に散乱した光）は光検出手段で受光されないこととなる。そこで、本発明に係るパーティクル計数装置では、前記レーザ光源として短波長（３００～５００ｎｍ程度）のレーザ光を発するものを用いることが望ましい。短波長のレーザ光をパーティクルに照射した場合には前方散乱光（パーティクルからレーザ光の進行方向に向けて散乱する光）が支配的となるため、開口部を光検出手段よりも基端側に設けた場合（すなわち開口部の前方に光検出手段を配置した場合）でも、効率よく散乱光を検出することができる。
　以上で説明したように、上記本発明に係るパーティクル計数装置によれば、パーティクルからの散乱光の検出信号上に現れるノイズを低減することができ、これにより微小なパーティクルも検出可能となる。
本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置の上面図。 図１のＡ－Ａ矢視断面図。 図１のＢ－Ｂ矢視断面図。 前記実施形態に係るパーティクル計数装置の変形例を示す断面図。 前記実施形態に係るパーティクル計数装置の別の変形例を示す断面図。 従来のパーティクル計数装置の概略構成図。 図６のＡ’－Ａ’矢視断面図。 パーティクル計数装置による検出信号の一例を示す図。
　以下、本発明を実施するための形態について図１～３を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置の上面図であり、図２は図１のＡ－Ａ矢視断面図、図３は図１のＢ－Ｂ矢視断面図である。なお、上述の図６及び図７と同一又は対応する構成要素については、図６及び図７で付与されたものと下２桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。また、以下では、筐体１０の軸方向においてレーザ光源１２が設けられている側を後方（本発明における基端側）とし、ビームストッパ１４が設けられている側を前方（本発明における先端側）とする。
　本実施形態に係るパーティクル計数装置は、パーティクルを筐体１０内に通過させるための一対の開口部１１ａ、１１ｂが、光検出部２０ａ、２０ｂよりも後方に設けられていることを特徴としている。これにより、開口部１１ａ、１１ｂから入射して光検出部２０ａ、２０ｂに直接入射する外乱光を軽減し、該外乱光由来のノイズを低減することができる。
　なお、開口部１１ａ、１１ｂから筐体１０内に入射した外乱光が光検出部２０ａ、２０ｂに直接入射することがないよう、開口部１１ａ、１１ｂは、筐体１０の軸方向において光検出部２０ａ、２０ｂが設けられている領域から十分に離間した位置に形成することが望ましい。
　散乱光の強度Ｉｓｃａｔは以下のレイリー散乱の式で示されるように波長λの４乗に反比例する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　ここで、Ｉ０：照射光の強度、ａ：パーティクルの半径、ｒ：パーティクルからの距離、ｎ：パーティクルの屈折率
　従って、本実施形態におけるレーザ光源１２としては５００ｎｍよりも短波長（望ましくは３００～５００ｎｍ程度、さらに好ましくは４００～５００ｎｍ）のレーザ光を出射できるものを使用することが望ましい。これにより、パーティクルの粒子径が小さい場合でも散乱光の強度を大きくすることができる。また、短波長のレーザ光を照射した場合、パーティクルからの散乱光はより前方に強く分布する（すなわち散乱光全体に占める前方散乱光の割合が大きくなる）ため、上記の光検出部２０ａ、２０ｂによる散乱光の検出効率を一層高めることが可能となる。
　以上により、本実施形態に係るパーティクル計数装置によれば、検出信号のＳＮ比を改善し、微小なパーティクルについても正確に計数することが可能となる。
　なお、図１では、筐体１０の軸方向において、光検出部２０ａ、２０ｂが設けられている領域と開口部１１ａ、１１ｂが形成されている領域とが重複しない構成としたが、外乱光由来のノイズがパーティクル計数の妨げとならない範囲でこれらの領域が多少重複していてもよい。つまり、光検出部が効率よく前方散乱光を検出でき、かつ、外乱光が直接光検出部に入射することを低減する位置に開口部が設けられるとよい。
　また、光検出部２０ａ、２０ｂが設けられている領域と開口部１１ａ、１１ｂが形成されている領域とが近接している場合には、前記外乱光の内、開口部１１ａ、１１ｂから筐体１０の内部に浅い角度（すなわちレーザ光３０の光軸と平行に近い角度）で進入して光検出部２０ａ、２０ｂへと直接入射する光を遮るために、該光の光路上に遮光部を設けることが望ましい。該遮光部は例えば、図４に示すように、筐体１０の内周面からレーザ光３０の光軸に向かって立設された突出部１５ａ、１５ｂから成るものとすることができる。あるいは、前記外乱光が筐体１０の内部に浅い角度で入射しないよう、図５に示すように、開口部１１ａ、１１ｂの周縁の少なくとも後端側において筐体１０の外周面から径方向に突出する突出部１６ａ、１６ｂから成る遮光部を設けた構成としてもよい。なお、図４、５はいずれも本発明に係るパーティクル計数装置をレーザ光３０の光軸を含み且つフォトダイオード２１ａ、２１ｂの受光面に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
１０、１１０…筐体
１１ａ、１１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ…開口部
１２、１１２…レーザ光源
１３、１１３…レンズ
１４、１１４…ビームストッパ
２０ａ、２０ｂ、１２０ａ、１２０ｂ…光検出部
２１ａ、２１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ…フォトダイオード
２２ａ、２２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ…カバーガラス
３０、１３０…レーザ光

Claims (5)

  1. 　a)筒型の筐体と、
    　b)前記筐体の周面に互いに対向するように形成された一対の開口部と、
    　c)前記筐体の基端側から先端側に向かって該筐体の内部にレーザ光を照射する光源と、
    　d)前記筐体内部に前記レーザ光の光路を挟むように配置され、前記開口部から前記筐体内に進入したパーティクルに前記レーザ光が照射されることで生じる散乱光を検出する一対の光検出手段と、
    を有し、
    　前記一対の開口部が、前記筐体の軸方向の前記光検出手段が配置されている領域よりも基端側に形成され、前記開口部から入射する外乱光が前記光検出手段に直接入射するのを低減することを特徴とするパーティクル計数装置。
  2. 　前記パーティクルに前記レーザ光が照射されることで生じる散乱光が前記レーザ光の進行方向に強く分布するように、前記レーザ光が５００ｎｍよりも短波長であることを特徴とする請求項１に記載のパーティクル計数装置。
  3. 　前記レーザ光の波長が３００～５００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパーティクル計数装置。
  4. 　前記筐体の軸方向において、前記開口部が形成されている領域が、前記光検出手段が配置されている領域と重複していないことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のパーティクル計数装置。
  5. 　前記筐体の軸方向において、前記開口部が形成されている領域と前記光検出手段が配置されている領域とが近接しており、
    　前記筐体が、前記開口部からの外乱光の前記光検出手段への直接入射を遮るための遮光部を有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のパーティクル計数装置。
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