特許 6561590 パーティクル計数装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6561590

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】パーティクル計数装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/06 20060101AFI20190808BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/06 D

   G01N15/06 C

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-109862(P2015-109862)

(22)【出願日】2015年5月29日

(65)【公開番号】特開2016-223887(P2016-223887A)

(43)【公開日】2016年12月28日

【審査請求日】2017年9月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100114030

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿島 義雄

(72)【発明者】

【氏名】森 隆弘

(72)【発明者】

【氏名】井上 統宏

(72)【発明者】

【氏名】梶山 理沙

(72)【発明者】

【氏名】山蔭 康弘

【審査官】 磯田 真美

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２３０８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１２３５５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−２３４８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７２６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０３−０６８０４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０５６１９０４３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７０９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０３５６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０５５９３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １５／００ − １５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パーティクルを測定対象領域に導入するための開口と、前記測定対象領域に導入されたパーティクルによる散乱光を検出して検出信号を生成する散乱光検出手段とを有する測定ヘッドと、
前記測定対象領域にレーザ光を出射する光照射手段を有するケース部と、
前記測定ヘッドと前記ケース部とを接続する接続部と、
前記接続部と前記ケース部との間に挟持され、前記レーザ光を透過させる出射窓とを備えるパーティクル計数装置であって、
前記出射窓は、弾性封止体を介して前記ケース部に接触し、かつ、前記接続部に直接に接触していることを特徴とするパーティクル計数装置。

【請求項2】

前記出射窓には、反射防止コーティング膜が形成されていない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。

【請求項3】

前記出射窓は、弾性体を介さず前記接続部と接触していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパーティクル計数装置。

【請求項4】

前記開口と前記出射窓との間で、前記出射窓の前方の所定領域に、レーザ光通過孔を有するブロックが配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパーティクル計数装置。

【請求項5】

前記ブロックは、前記所定領域に取付け取外し可能となっていることを特徴とする請求項４に記載のパーティクル計数装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微細な塵埃（パーティクル）を検出するパーティクル計数装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、イオン注入装置や有機ＥＬ用成膜装置等の半導体製造装置は、パーティクルが半導体製造装置（真空の処理室）内に存在すると、このパーティクルがウェハに付着して歩留りが低下することが知られている。特に、近年のように半導体装置の高密度化や微細化が進むと、このパーティクルによる製造歩留りの低下は大きな問題となる。

【0003】

そこで、半導体製造装置には、その処理室内を浮遊するパーティクルをリアルタイムで検出するパーティクル計数装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。このパーティクル計数装置を用いて処理室内に存在するパーティクルを計測し、その計測値に基づいて製造プロセスの条件を最適化及びクリーニングすることにより、製造歩留りの低下を防止している。

【0004】

図３は、従来のパーティクル計測システムの一例を示す概略構成図である。また、図４は、図３に示すパーティクル計数装置の斜視図であり、図５は、図４の断面図である。
図３に示すパーティクル計測システムは、パーティクル計数装置１００と、制御ユニット３０と、パーソナルコンピュータ４０と、制御ユニット３０とパーソナルコンピュータ４０とを接続するためのシリアルクロスケーブル３３と、パーティクル計数装置１００と制御ユニット３０とを接続するためのコントロールケーブル３４とを備える。

【0005】

パーティクル計数装置１００は、ハウジング２０と、発光素子となる半導体レーザ素子（光照射手段）１３と、受光素子となるフォトダイオード（散乱光検出手段）１４ａ、１４ｂと、光学レンズ１１と、出射窓板１５と、ビームストッパ１９と、半導体レーザ素子１３を駆動するための前置増幅器（図示せず）とを備える。

【0006】

ハウジング２０は、外径ｒ_１、内径ｒ_２の円筒形状の測定ヘッド２１と、円筒形状のハーメチックフランジ（接続部）２２と、円筒形状のケース部２３とを有する。そして、測定ヘッド２１は、ハーメチックフランジ２２の前部にネジ機構等（図示せず）によって取り付け及び取り外しが可能となっている。

【0007】

ケース部２３には、コントロールケーブル３４と接続されるための接続口２３ａが形成されている。これにより、パーティクル計数装置１００と制御ユニット３０とは、コントロールケーブル３４を介して信号の送受信が可能となっている。
また、ケース部２３内には半導体レーザ素子１３と、光学レンズ１１とが配置されており、所定波長のレーザ光Ｌを前方に出射するようになっている。

【0008】

ハーメチックフランジ２２は、前後方向に貫通する複数個のネジ穴２２ａを有する。このネジ穴２２ａにネジ４２を通すことで、イオン注入装置４１に形成されている接続口（測定対象物）４１ａとハーメチックフランジ２２とを固定することが可能となっている。

【0009】

出射窓板１５は、ＡＲ（反射防止）コーティング膜が形成されたサファイア製の円板体（直径ｒ_３）であり、出射窓板１５前面の周縁部とハーメチックフランジ２２の円形状の開口部後面（直径ｒ_４）の周縁部とがゴム製の円環形状のＯリング（弾性体）１１１を介して接触するとともに、出射窓板１５後面の周縁部とケース部２３の開口部前面の周縁部とがゴム製の円環形状のＯリング（弾性体）１２を介して接触している。

【0010】

測定ヘッド２１の内部には、直径ｒ_５の円形状の開口１７ａを有する仕切板１７が形成されており、この仕切板１７により測定ヘッド２１の内部は前部と後部とに分離されている。そして、測定ヘッド２１の前側先端部には、レーザ光Ｌを吸収するビームストッパ１９が配置されている。

【0011】

測定ヘッド２１の壁面前部の所定位置には、上下方向に貫通し前後方向に延びる長孔状の開口１８ａが形成されるとともに、開口１８ａと上下方向に対向する測定ヘッド２１の壁面の所定位置にも、上下方向に貫通し前後方向に延びる長孔状の開口１８ｂが形成されている。つまり、開口１８ａ、１８ｂによりパーティクルが測定ヘッド２１内部の前方部分（測定対象領域）に侵入するような構成となっている。
また、２つの開口１８ａ、１８ｂの間となる測定ヘッド２１の前部側壁面の所定位置には、長方形状のフォトダイオード１４ａが配置されるとともに、このフォトダイオード１４ａと左右方向に対向する所定位置にも、長方形状のフォトダイオード１４ｂが配置されている。フォトダイオード１４ａ、１４ｂは、光が照射されることによりパルス状の電気信号（以下「パーティクル信号」という）を生成する構成となっている。

【0012】

このようなパーティクル計数装置１００によれば、半導体レーザ素子１３から出射されたレーザ光Ｌは光学レンズ１１により集光され、出射窓板１５を通過し、仕切板１７の開口１７ａを通過して測定ヘッド２１内部の前方部分（測定対象領域）を通過した後にビームストッパ１９に吸収される。このとき、パーティクルが測定対象領域に存在すれば、レーザ光Ｌとパーティクルとが衝突し、レーザ光Ｌはパーティクルにより散乱されて散乱光が発生する。この散乱光がフォトダイオード１４ａ、１４ｂで受光されることにより生成されたパーティクル信号は、コントロールケーブル３４を介して制御ユニット３０に出力される。

【0013】

制御ユニット３０は、パーティクル信号（計測値）を整形してパーティクルの計数（処理結果）及びパーティクルの粒径（処理結果）を算出し、シリアルクロスケーブル３３を介して処理結果をパーソナルコンピュータ４０に出力する信号処理部（図示せず）と、コントロールケーブル３４を介してパーティクル計数装置１００の動作を制御する制御部（図示せず）とを備える。

【0014】

パーソナルコンピュータ４０は、操作ボタンやキーボード等からなる入力部（図示せず）と、モニタ等からなる表示部４０ａと、信号処理部からの処理結果や計測値を表示部４０ａに表示したり入力部を用いて設定された測定条件（サンプリング周波数、閾値電圧、測定時間等）等を制御ユニット３０にシリアルクロスケーブル３３を介して出力したりする制御部（図示せず）と、記憶部（図示せず）とを備える。これにより、例えば、表示部４０ａには、パーティクル情報（例えば、一定時間の間に通過したパーティクルの数やその粒径及び通過速度等）がリアルタイムで表示される。そして、測定が終了すると、一連の測定結果（測定中の各時点におけるパーティクルの通過数、測定中に通過したパーティクル数の合計、粒径や通過速度の分布等）が測定ファイルとして記憶部に格納される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開平６−２６８２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

ところで、イオン注入装置４１内では、主にウェハ表面に形成されているレジスト（カーボンを主成分とする）がイオンビームに飛ばされることによりパーティクル（汚染物質）となって浮遊する。このパーティクル（汚染物質）がパーティクル計数装置１００の測定対象領域に侵入した後、出射窓板１５に「吸い寄せられ」て、出射窓板１５の前面に付着することがあり、その結果、レーザ光Ｌのパワーや検出能力の低下を招くという問題があった。そのため、分析者等は、定期的に溶剤をつけた綿棒を用いて出射窓板１５の前面を清掃しなければならず、メンテナンスに手間がかかっていた。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本出願人は、出射窓板１５の汚染を防止する方法について検討した。
パーティクル（汚染物質）が出射窓板１５に付着することやレーザ光Ｌの反射を防止するために、出射窓板１５上にはＡＲコーティング膜が形成されている。ところで、計測時には粒径の小さいパーティクルに対応するために、４０５ｎｍ等の波長、５００ｍＷの「青い」レーザ光Ｌが使用されているが、この４０５ｎｍ等の波長の「青い」レーザ光Ｌがパーティクルを「呼び寄せる」（パーティクルが「負性光泳動現象」により出射窓板１５側に移動する）ことが知られている。

【0018】

しかし、出射窓板１５上に形成されたＡＲコーティング膜は、レーザ光Ｌのエネルギを吸収・蓄積して温度上昇を招き、出射窓板１５へのパーティクル（汚染物質）の「密着性」を向上させていた。また、その際、電界の強い出射窓板１５の中心部ほどエネルギを溜めやすく、パーティクルがプロファイル状（局所的）に付着していた。よって、出射窓板１５上にＡＲコーティング膜を形成することは、パーティクルが出射窓板１５周辺に存在（滞留）することを前提としており、パーティクルが引きつけられることについては考慮されていないことがわかった。

【0019】

そこで、出射窓板１５の放熱性（筐体のハウジング２０への放熱性）を向上させて、レーザ光Ｌのエネルギを「溜めこまない」ようにするとともに、局所的な温度勾配が発生しにくくすることにした。ここで、図６は、サファイア製の光学レンズ上にコーティング膜を形成した際の汚染結果（汚染レベル、ＤＣ降下率、ＥＤＸ強度、顕微鏡観察）を示す表である。なお、図６における「汚染レベル」は、５段階評価で「５：良好（汚染無）→１：不充分（汚染有）」とした。

【0020】

図６に示す通り、実施例１に係るパーティクル計数装置（コーティング膜無し）及び実施例２に係るパーティクル計数装置（ＩＴＯコーティング膜（透明導電性膜）有り）は、汚染レベルが低く抑えられたが、比較例１に係るパーティクル計数装置（ＡＲコーティング膜有り；図４参照）は、かなり汚染されていた。この結果、熱伝導効率のよいサファイア製の光学レンズに対しては、放熱性の悪いＡＲコーティング膜を形成せずに実装した方がよいことがわかった。なお、光学レンズ上にＡＲコーティング膜を形成しない場合には、光学レンズでのレーザ光の反射分を保証するためにレーザ光のパワーを上げる必要が生じるが、その際の反射分は約１０％程度であり、実際の運用上には問題がないこともわかった。

【0021】

また、出射窓板１５の放熱効率を向上させるため、出射窓板１５を、後述する図２のように放熱性の悪いＯリング（弾性体）１１１を介さずハウジング（筐体）２０に「直置き」することも見出した。

【0022】

さらに、パーティクル（汚染物質）が上記の負性光泳動現象により出射窓板１５側に移動して滞留することから、パーティクルが出射窓板１５に接触する面積を減少させるため、細いレーザ光通過孔を有するブロックを出射窓板１５の前方付近に配置することにした。ここで、図７は、ブロックを配置した際の汚染結果（汚染レベル、ＤＣ降下率、ＥＤＸ強度、顕微鏡観察）を示す表である。なお、図７における「汚染レベル」は、図６と同様に５段階評価で「５：良好（汚染無）→１：不充分（汚染有）」とした。また、図８は、図７の比較例２に係るパーティクル計数装置の断面図であり、図９は、図７の参考例１に係るパーティクル計数装置の断面図である。

【0023】

ブロックの配置については、図８の比較例２に係る「長手型ブロック」を有するパーティクル計数装置１０１のように、出射窓板１５と開口１８ａ、１８ｂとの前方空間、すなわちハーメチックフランジ２２の開口部と仕切板１７の間の空間をブロック１０’で「埋めてしまう」形態も考えられる。しかしながら、この構成ではかえってパーティクル（汚染物質）が出射窓板１５に到達する経路を提供することとなって、汚染が進行することがわかった。つまり、図９の参考例１に係る「短縮型ブロック」を有するパーティクル計数装置１０２のように、出射窓板１５と開口１８ａ、１８ｂとの間にある程度の空間を残し、パーティクル（汚染物質）を「滞留」させるようなブロック１０の配置が望ましいことを見出した。

【0024】

また、汚染発生時におけるブロック１０及び出射窓板１５の「清掃」を容易にするために、ブロック１０は着脱可能とし、汚染発生時には取り外して清掃できるようにすることも見出した。

【0025】

すなわち、本発明のパーティクル計数装置は、パーティクルを測定対象領域に導入するための開口と、前記測定対象領域に導入されたパーティクルによる散乱光を検出して検出信号を生成する散乱光検出手段とを有する測定ヘッドと、前記測定対象領域にレーザ光を出射する光照射手段を有するケース部と、前記測定ヘッドと前記ケース部とを接続する接続部と、前記接続部と前記ケース部との間に挟持され、前記レーザ光を透過させる出射窓とを備えるパーティクル計数装置であって、前記出射窓は、弾性封止体を介して前記ケース部に接触し、かつ、前記接続部に直接に接触するようにしている。

【発明の効果】

【0026】

以上のように、本発明のパーティクル計数装置によれば、出射窓の放熱性を良好にして、出射窓の汚染を防止することができる。

【0027】

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
また、本発明のパーティクル計数装置は、前記出射窓には、反射防止コーティング膜が形成されていないようにしてもよい。
また、本発明のパーティクル計数装置は、前記出射窓は、弾性体を介さず前記接続部と接触しているようにしてもよい。

【0028】

そして、本発明のパーティクル計数装置は、前記開口と前記出射窓との間で、前記出射窓の前方の所定領域に、レーザ光通過孔を有するブロックが配置されているようにしてもよい。
ここで、「所定領域」とは、設計者等によって予め決められた任意の距離であり、例えば、開口と出射窓との間の距離の５％以上２０％以下であることが好ましく、１２％であることが特に好ましい。
本発明のパーティクル計数装置によれば、ブロックが配置されることにより、できるだけ出射窓にパーティクル（汚染物質）が接触しないようにすることができる。

【0029】

さらに、本発明のパーティクル計数装置は、前記ブロックは、前記所定領域に取付け取外し可能となっているようにしてもよい。
本発明のパーティクル計数装置によれば、汚染発生時に出射窓及びブロックを容易に清掃することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明に係るパーティクル計数装置の断面図。

【図2】図１に示すパーティクル計数装置の分解断面図。

【図3】パーティクル計測システムの一例を示す概略構成図。

【図4】図３に示すパーティクル計数装置の斜視図。

【図5】図４に示すパーティクル計数装置の断面図。

【図6】サファイア製光学レンズ上へのコーティング膜形成時の汚染結果を示す表。

【図7】ブロック配置時の汚染結果を示す表。

【図8】比較例２に係るパーティクル計数装置の断面図。

【図9】参考例１に係るパーティクル計数装置の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

【0032】

図１は、本発明に係るパーティクル計数装置の断面図であり、図２は、図１のパーティクル計数装置を分解して示した断面図である。なお、上述したパーティクル計測システムやパーティクル計数装置１００と同様のものについては、同じ符号を付している。
本発明におけるパーティクル計測システムは、パーティクル計数装置１と、制御ユニット３０と、パーソナルコンピュータ４０と、制御ユニット３０とパーソナルコンピュータ４０とを接続するためのシリアルクロスケーブル３３と、パーティクル計数装置１と制御ユニット３０とを接続するためのコントロールケーブル３４とを備える。

【0033】

パーティクル計数装置１は、ハウジング２０と、発光素子となる半導体レーザ素子（光照射手段）１３と、受光素子となるフォトダイオード（散乱光検出手段）１４ａ、１４ｂと、光学レンズ１１と、出射窓板１５と、ビームストッパ１９と、半導体レーザ素子１３を駆動するための前置増幅器（図示せず）と、ブロック１０とを備える。

【0034】

ハウジング２０は、外径ｒ_１、内径ｒ_２の円筒形状の測定ヘッド２１と、円筒形状のハーメチックフランジ（接続部）２２と、円筒形状のケース部２３とを有する。そして、測定ヘッド２１は、ハーメチックフランジ２２の前部にネジ機構等（図示せず）によって取り付け及び取り外しが可能となっている。

【0035】

出射窓板１５は、直径ｒ_３のサファイア製の円板体である。なお、本発明における出射窓板１５上には、ＡＲコーティング膜が形成されていない。
そして、出射窓板１５前面の周縁部とハーメチックフランジ２２の円形状の開口部後面（直径ｒ_４）の周縁部とが直接接触するとともに、出射窓板１５後面の周縁部とケース部２３の円形状の開口部前面の周縁部とが円環形状のＯリング（弾性体）１２を介して接触している。つまり、出射窓板１５前面の周縁部とハーメチックフランジ２２の円形状の開口部後面の周縁部には、Ｏリングは存在しない。

【0036】

ブロック１０は、外径ｒ_２、内径ｒ_４、幅ｌの円筒体である。そして、ブロック１０の着脱については、測定ヘッド２１をハーメチックフランジ２２から取り外すことにより、出射窓板１５の前方側の所定領域においてブロック１０を配置したり取り出したりすることが可能となっている。

【0037】

上記ブロック１０の幅ｌは、仕切板１７と出射窓板１５との間の距離の５％以上２０％以下であることが好ましく、１２％であることが特に好ましい。また、上記内径ｒ_４は、Ｍ３〜Ｍ６の雌ネジであり、Ｍ５雌ネジであることが特に好ましい。

【0038】

このようなパーティクル計数装置１によれば、半導体レーザ素子１３から出射されたレーザ光Ｌは光学レンズ１１により集光され、出射窓板１５を通過し、ブロック１０の開口（レーザ光通過孔）１０ａを通過し、さらに仕切板１７の開口１７ａを通過して測定ヘッド２１内部の前方部分（測定対象領域）を通過した後にビームストッパ１９に吸収される。このとき、パーティクルが測定対象領域に存在すれば、レーザ光Ｌとパーティクルとが衝突し、レーザ光Ｌはパーティクルにより散乱されて散乱光が発生する。この散乱光がフォトダイオード１４ａ、１４ｂで受光されることにより生成されたパーティクル信号は、コントロールケーブル３４を介して制御ユニット３０に出力される。

【0039】

以上のように、本発明のパーティクル計数装置によれば、出射窓板１５の放熱性を向上させることにより、出射窓板１５の汚染を防止することができる。また、ブロック１０が配置されることにより、できるだけ出射窓板１５にパーティクル（汚染物質）が接触しないようにすることができる。さらに、汚染発生時にはブロック１０及び出射窓板１５を容易に清掃することができる。

【0040】

＜他の実施形態＞
上述したパーティクル計数装置１では、測定ヘッド２１の先端部にビームストッパ１９が配置される構成としたが、これに代えて、測定対象領域以外に光を反射する反射部材を配置する構成としてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、パーティクルを検出するパーティクル計数装置等に利用することができる。

【符号の説明】

【0042】

１： パーティクル計数装置
１０： ブロック
１１：光学レンズ
１３： 半導体レーザ素子（光照射手段）
１４ａ、１４ｂ： フォトダイオード（散乱光検出手段）
１５： 出射窓板
１８ａ、１８ｂ： 開口
２１： 測定ヘッド
２２： ハーメチックフランジ（接続部）
２３： ケース部
Ｌ： レーザ光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】