JPH02138852A - 光シート形成手段と空間中微小粒子測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空間中微小粒子測定装置に係り、特に、光シー
トを形成して粒子に光を照射し、その散乱光を検出して
空間中に存在する粒子の大きさ、個数を計測する光シー
ト形成手段と空間中微小粒子測定装置に関する。

〔従来の技術〕

粒子に光を照射して、その散乱光を検出して空間中に存
在する粒子の大きさ、個数を計測する装置として、例え
ば特願昭６１−２２８１６７号に示されるように、粒子
に光を照射して散乱光を発生させる粒子検出領域として
、レーザ光をシリンドリカル・レンズによって広げて幅
広で薄い光のシートを形成するものがある。また文献　
＜　Ｂ（＋ｒｄｅｎ　。

Ｐ、Ｇ、、　Ｂａｒｏｎ、　Ｙ、　ａｎｄ　Ｍｃ　Ｇ１
ｎ１ｅｙ、　Ｂ、　：Ｍｏｎｉｔｏｒ４ｎｇ　Ｐａｒｔ
ｉｃｌｅｓ　ｉｎ　Ｖａｃｕｕｍ　−ＰｒｏｃｅｓｓＥ
ｑｕｉｐｍｅｎｔ　：　Ｍｉｃｒｏｃ＊ｎｔａｍｉｎａ
ｔｉｏｎ、　０ｃｔｏｂｅｒ。

１９８７、　ｐｐ３０−３４．　＞に示されるように、
粒子検出領域として、平行な２面のミラー面の間で１本
のレーザビームを繰り返し往復反射させてレーザビーム
の網を形成するものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、まず、レーザ光のシートを形
成する方式のものは、１本のレーザビームを広げてシー
トを形成し、しかも放出された光は出て行ったきりで粒
子検出領域を一度しか通過しないので、検出能力を上げ
るためにシートを形成する光の強度を大きくするにはレ
ーザ出力を大きくしなければならず、装置の大型化を招
くため、検出能力を高めることが困難であった。粒子に
照射される光の強度が小さいと、検出可能下限粒子径を
小さくすることが難しい。またレーザビームの網を形成
する方式においては、粒子検出領域における光強度の分
布を−様にすることが困難であった。粒子検出領域内の
光強度にムラがあると、散乱光強度に基づいて求める粒
子の大きさの測定値に誤差が生じる。

本発明の課題は、粒子に光を当てて散乱光を発生させる
ための粒子検出用照射光として、導入光量が少ない場合
にも光強度が大きく、がっ、粒子検出領域面内における
光強度の分布が−様な光シートを形成するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、内面ミラー加工された光路と、該光路の側
壁に、該側壁と測定平面との交線に沿って設けられ、前
記光路内の光を前記平面に沿って流出入させる光流出入
路と、前記光路に光を導入する導入路と、を備えた光シ
ート形成手段によって達成される。

また、光流出入路が設けられた側の光路内面に対向する
側の光路内面に、光路に入射した光を散乱反射する散乱
反射部が設けられている請求項１に記載の光シート形成
手段としてもよい。

また、光流出入路は、測定平面を挾んで配置された互に
平行な反射面の間に形成されており、該反射面は前記測
定平面側を反射面としている請求項１に記載の光シート
形成手段としてもよい。

また、光流出入路の、光路から遠い側の端部が、ベルマ
ウス状に拡大する形状に形成されている請求項３に記載
の光シート形成手段としてもよく、光流出入路の、光路
から遠い側の端部に、集束レンズが設けられている請求
項３に記載の光シート形成手段としてもよい。

また、光路が環状に形成されており、測定平面は周縁を
該環状光路の内周側側壁で限られた有限平面である請求
項１乃至５に記載の光シート形成手段としてもよく、光
路が環状に形成されており、測定平面はその内周縁を該
環状光路の外周側側壁で限られ、その外周縁を内面側に
前記測定平面に垂直なミラー面を備えた環状のミラーで
限られた有限平面である請求項１乃至５に記載の光シー
ト形成手段としてもよい。

また、測定平面の外周縁の一部が光路の側壁で限られ、
前記外周縁の残りの部分は測定平面に垂直なミラー面で
限られている請求項１乃至５に記載の光シート形成手段
としてもよい。

上記の課題は、粒子に光を照射し、該粒子による散乱光
を検出して空間中に存在する粒子の大きさ、および個数
を計測する空間中微小粒子測定装置に、請求項１乃至８
のいずれかに記載された光シート形成手段と、前記光シ
ート形成手段の導入路に光を出力する光発生装置と、粒
子が発生する散乱光を検出する光検出装置と、を備え、
前記光シート形成手段が形成する光シートを粒子に照射
する光とする空間中微小粒子測定装置によっても達成さ
れる。

さらり、上記の課題は、粒子に光を照射し、該粒子によ
る散乱光を検出して空間中に存在する粒子の大きさ、お
よび個数を計測する空間中微小粒子測定方法において、
微小な距離だけ離れ、互に平行な有限面積の平面ではさ
まれた領域内で、光を不特定の方向に複数回繰り返し反
射させて光シートを形成し、該光シートを粒子に照射す
る光とすることによっても達成される。

〔作用〕

内面をミラー加工された光路は、この光路内に導入路を
通して導入された光を、光路内面での反射によって光路
内に保持する。光路内に保持された光の一部は光路の側
面に設けられた光流出入路を通って外部空間へ流出し、
粒子に光を照射するための光シートを形成する。このと
き、光流出入路は光路の側面と測定平面との交線に沿っ
て設けられているので、光流出入路から流出して光シー
ト部を通過した光は、進む先の光流出入路を通して再び
光路内に流入する。すなわち光路内に導入された光は光
路内面で繰り返し反射されながら何度も光シート部を通
過する。その光の光シート部の通過は、繰り返し反射に
よって光が減衰、消滅するまで繰り返されるので、導入
光量が少ない場合にも、光強度が大きく、かつ、光シー
ト面内における光強度の分布が−様な光シートが得られ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を示すもの
で、これらの図において、１はその大きさ、個数を測定
すべき測定平面を通過する微小粒子を表す。２は粒子１
に照射される光シートであり、測定平面を含んでいる。

光シート２は光路をなすガラス製の光路管５の側面に設
けられた光流出入路である光流入出スリット６を通って
流入出する光で形成されている。光流入出スリット６は
、前記光路管５の側面に、その側面と測定平面との交線
に沿って設けられている。光路管５、および光流出入路
の光路から遠い側の端部である流入出口を除く光流入出
スリット６の外面にはミラー形成膜７が形成されており
、これにより光路管５および光流入出スリット６の内面
はミラー面となっている。光路管５には、光路管５内に
導入光３を導く導入路である光ファイバー製の光導入路
９が接続され、光導入路９は光発生装置１０に接続され
ている。また光シート２の面を見る位置に、光シート２
の面を通過する粒子１から発する散乱光４を検出する光
検出装置１１が備えられている。

そして光検出装置１１は、その検出信号を送るための信
号線１２を通して信号解析装置１３に接続されている。

また、光路管５は環状に形成されており、その環状の光
路管５の内周面側の側壁に光流入出スリット６が設けら
れている。そして光流入出スリット６は、前記光シート
２の厚みの中心面を挟むように設けられ、かつ前記光シ
ート２０面に平行な２つの平面で形成されている。そし
て光路管５の、光流入出スリット６が設けられた側の管
内面と対向する側の管内面に、管内面に入射した光を散
乱反射する散乱反射部８が備えられている。散乱反射部
８は、例えば第４図および第５図に示すように、光シー
ト２にほぼ垂直な反射面から成る波状の面に形成されて
いる。また前記光検出装置１１は、具体的には、例えば
第６図に示すように、集光レンズｌｌａ、スリットｌｌ
ｂ、光電子倍増管（フォトマル）１１ｃとを備えている
。

次に、本実施例について、その動作を説明する。

第１図において、光発生装置１０を作動させると、これ
によって光導入路９を通して導入光３が環状の光路管５
内に流入する。光路管５の内面はミラー面となっている
ことから光路管５内に流入した光は光路管５内で反射を
繰返えし、その一部は環状の光路管５の内周側の側壁面
に設けられた光流入出スリット６を通して環状の光路管
５に囲ま九た外部空間に流出する。このとき、光流入出
スリット６は、光シー１−２の厚みの中心面を挟むよう
に設けられ、かつ光シート２の面に平行な内面がミラー
面の２つの平面で形成され、かつ光流入出スリット６は
光路管５の側面と測定平面との交線に沿って設けられて
いるので、光流入出スリン１へ６から流出した光は、環
状の光路管５に囲まれた空間に、光流入出スリン１−６
の幅と同程度の厚さの光シート２を形成し、前記測定平
面はこの光シート領域内に含まれている。そして上記構
成より、光流入出スリンｌ−６から流出して光シート２
の領域を通過した光は、その大部分が装置外部に漏れ出
ることなく、進む先の光流入出スリンＩ−〇を通して再
び光路管５内に流入する。光路管５の、光流入出スリッ
ト６が設けられた側の管内面と対向する側の管内面には
、管内面に入射した光を散乱反射する散乱反射部８が備
えられているので、光路管５内に流入した光は、第７図
の斜線領域で示すように、光シート２面内で広い範囲に
反射され、光流入出スリット６から再び光シート２内に
流出する。このような反射は第８図に示すように、光が
反射によって減衰したり、装置外部に漏れ出たりして消
滅するまで繰り返されるので、光路管５に導入される導
入光３の光量が少ない場合にも光シート２の断面におけ
る光強度が大きく、かつ、光シート２面内における光強
度の分布が一様となる。この光シーｌ〜２を粒子１が通
過すると散乱光４が発生し、この散乱光４が光検出装置
１１によって検出されて、該光検出装置１１の出力信号
が信号解析装置１３によって解析される。出力信号の波
の個数から粒子の個数が求められるが、このとき光シー
ト２の光強度が大きいので、粒径が小さい粒子１まで検
出される。また出力信号の波高から粒子１の粒径が求め
られるが、光シート２面内における光強度の分布が一様
であるので、求められた粒子１の粒径の値に生じる誤差
が小さい。

第９図は本発明の第２の実施例を示すもので、この図に
おいて第１図と同符号のものは同一部分または相当する
部分である。この実施例は第１図に示す、対向する２つ
の平面からなる光流入出スリット６の流入出口部を、ベ
ルマウス状に拡大する形状６ａに形成した点が第１の実
施例と異なる。

この実施例によれば、光シート２内を通過した光が光流
入出スリン１−６に流入するとき、流入光が光流入出ス
リット６に流入することなく装置の外部に漏れ出すこと
が防止されるので、光シート２の光強度の低下が防止さ
れる。

第１０図は本発明の装置の第３の実施例を示すもので、
この図において第１図と同符号のものは同一部分または
相当する部分である。この実施例は、対向する２平面か
らなる光流入出スリット６の流入出口部に、流出光を平
行光線とする集束レンズ６ｂが設けられている点が、第
１の実施例と異なる。

この実施例によれば、光が光流入出スリット６から流出
するとき平行光線化され、流出光が、形成する光シート
の厚さ方向に広がって装置外部に漏れ出すことが防止さ
れるので、光シート２の光強度が低下しない。

第１１図および第１２図は本発明の第４の実施例を示す
もので、第１１願は光路管５の断面図、第１２図は第１
１図の朋−層線に沿う断面図であり、この図において第
１図と同符号のものは同一部分または相当する部分であ
る。この実施例は、光路管５の、光流入出スリット６が
設けられた側の管内面に対向する側の管内面に、管内面
に入射した光を散乱反射するように設けられた散乱反射
部８が、どの方向の断面でも、同じような粗さを有する
凸凹面で構成された点が特徴であり、他は前記第１の実
施例と同じである。

この実施例によれば、この散乱反射部８で反射された光
は、広範囲に一様に反射されるので、光シート内におけ
る光強度の分布が一様になる。

第１３図および第１４図は本発明の第５の実施例を示す
もので、第１３図は光路管５の断面図、第１４図は第１
３図のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図であり、この図に
おいて第１図と同符号のものは同一部分または相当する
部分である。この実施例は、光路管５の、光流入出スリ
ット６が設けられた側の管内面と対向する側の管内面に
、管内面に入射した光を散乱反射するように設けられた
散乱反射部８が、光シート２の面に概略垂直な方向に刻
まれた複数の溝で構成された点が特徴であり、他は第１
の実施例と同じである。

この実施例によれば、例えば光路管５本体がガラス柱で
構成されると、”その散乱反射部８を形成すべき領域に
上記のような溝を形成することは、通常の機械加工によ
って容易に行うことができるという利点がある。

第１５図および第１６図は本発明の第６の実施例を示す
もので、第１５図は光路管５の断面図、第１６図は第１
５図のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿う平面図であり、この図に
おいて第１図と同符号のものは同一部分または相当する
部分である。この実施例は、囲まれた有限平面領域であ
る光シート２形成面の外周の一部に光路管５が配置され
、残りの外局部に、光シート２の面に垂直なミラー面１
４ａを備えたミラー１４が配置された点が第１の実施例
と異なる。

この実施例によれば、複雑な加工を必要とする光路管５
が短くて済むので、製造能率向上、および低コスト化の
効果がある。

第１７図および第１８図は本発明の第７の実施例を示す
もので、第１７図は光路管５の断面図、第１８図は第１
７図のＸ■−Ｘ■線に沿う平面図であり、この図におい
て第１図と同符号のものは同一部分または相当する部分
である。この実施例においては、光路管５が環状に形成
され、この環状の光路管５の外周面側に光流入出スリッ
ト６が設けられ、この環状の光路管５を囲むように、か
つ、光流出入スリット６の光流出入口６ａに対向する内
面側にミラー面１４ａを備えた環状のミラー１４が配置
され、前記環状の光路管５とこの環状のミラー面１４ａ
に挟まれた領域に光シート２が形成される。

この実施例によれば、短い光路管５によって広い面積の
光シートを形成することができるので、装置の製造能率
の向上、および低コスト化の効果がある。

第１９図は本発明の第８の実施例を示すもので、半導体
製造装置でプロセス処理中のウェハに沈着する塵埃のモ
ニターするために、空間中微小粒子測定装置を設けたも
のである。この図において第１図と同符号のものは同一
部分または相当する部分である。この実施例は、反応容
器２４内で２種類の反応ガス２５ａ、２５ｂを反応させ
、それによって生成される反応物をウェハ２０上に堆積
させることによってウェハ２０上に薄膜を形成する装置
（常圧ＣＶＤ装置）において、反応容器内の試料台２２
の上方かつ流れの上流に本発明の光路管５と光検出装置
１１とを備え、反応容器２４外に光発生装置１ｏと信号
解析装置１３とを備えて、空間中微小粒子測定装置を形
成したものである。

この実施例によれば、例えば反応容器２４の内壁に堆積
した反応生成物がプロセス処理中のウェハに落下したと
き、これを検出することができるので、不良プロセスに
よるデバイス不良を予知したり、半導体製造装置の清浄
時期を適切に決定してプロセスを良好な状態に保つこと
ができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば導入光量が少ない
場合にも光強度が大きく、かつ、測定平面を含む粒子検
出領域内における光強度の分布が−様な光シートを形成
することができるので、微小な粒子の検出、およびその
粒子径の正確な測定が可能となり、半導体、ＩＣ等の製
造に際し品質管理技術を向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す斜視図、第
２図はその部分縦断面図、第３図は同じくその部分平面
図、第４図は第２図の一部を拡大した部分縦断面図、第
５図は第４図の■−■線に沿ってみた部分平面図、第６
図は光検出装置の具体例を示す縦断側面図、第７図およ
び第８図は本発明の装置の動作を説明するための平面図
、第９図は本発明の第２の実施例を示す部分縦断面図、
第１０図は本発明の第３の実施例を示す部分縦断面図、
第１１図は本発明の装置の第４の実施例を示す部分縦断
面図、第１２図は第１１図のｘｎ−ｘｎ線に沿ってみた
部分平面図、第１３図は本発明の第５の実施例を示す部
分縦断面図、第１４図は第１３図のＸＩＶ−ＸＩＶ線に
沿ってみた部分平面図、第１５図は本発明の第６の実施
例を示す縦断正図、第１６図はその平面図、第１７図は
本発明の第７の実施例を示す縦断面図、第１８図はその
平面図で第１９図は本発明の第８の実施例を示す断面図
である。 １・・・粒子、２・・・光シーＩ〜、４・・・散乱光、
５・・・光路（光路管）、６・・・光流出入路（光流入
出スリット）、６ａ・・ベルマウス状に拡大する形状、
６ｂ・・集束レンズ、８・・散乱反射部、９・・・導入
路、１０・・・光発生装置、１１・・光検出装置、１４
・・・ミラー２２・・・試料台、２４・・・反応容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内面ミラー加工された光路と、該光路の側壁に、該
   側壁と測定平面との交線に沿って設けられ、前記光路内
   の光を前記平面に沿って流出入させる光流出入路と、前
   記光路に光を導入する導入路と、を備えた光シート形成
   手段。 ２、光流出入路が設けられた側の光路内面に対向する側
   の光路内面に、光路に入射した光を散乱反射する散乱反
   射部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載
   の光シート形成手段。 ３、光流出入路は、測定平面を挾んで配置された互に平
   行な反射面の間に形成されており、該反射面は前記測定
   平面側を反射面としていることを特徴とする請求項１に
   記載の光シート形成手段。 ４、光流出入路の、光路から遠い側の端部が、ベルマウ
   ス状に拡大する形状に形成されていることを特徴とする
   請求項３に記載の光シート形成手段。 ５、光流出入路の、光路から遠い側の端部に、集束レン
   ズが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の
   光シート形成手段。 ６、光路が環状に形成されており、測定平面は周縁を該
   環状光路の内周側側壁で限られた有限平面であることを
   特徴とする請求項１乃至５に記載の光シート形成手段。 ７、光路が環状に形成されており、測定平面はその内周
   縁を該環状光路の外周側側壁で限られ、その外周縁を内
   面側に前記測定平面に垂直なミラー面を備えた環状のミ
   ラーで限られた有限平面であることを特徴とする請求項
   １乃至５に記載の光シート形成手段。 ８、測定平面の外周縁の一部が光路の側壁で限られ、前
   記外周縁の残りの部分は測定平面に垂直なミラー面で限
   られていることを特徴とする請求項１乃至５に記載の光
   シート形成手段。 ９、粒子に光を照射し、該粒子による散乱光を検出して
   空間中に存在する粒子の大きさ、および個数を計測する
   空間中微小粒子測定装置において、請求項１乃至８のい
   ずれかに記載された光シート形成手段と、前記光シート
   形成手段の導入路に光を出力する光発生装置と、粒子が
   発生する散乱光を検出する光検出装置と、を備え、前記
   光シート形成手段が形成する光シートを粒子に照射する
   光とすることを特徴とする空間中微小粒子測定装置。 １０、粒子に光を照射し、該粒子による散乱光を検出し
   て空間中に存在する粒子の大きさ、および個数を計測す
   る空間中微小粒子測定方法において、微小な距離だけ離
   れ、互に平行な有限面積の平面ではさまれた領域内で、
   光を不特定の方向に複数回繰り返し反射させて光シート
   を形成し、該光シートを粒子に照射する光とすることを
   特徴とする空間中微小粒子測定方法。 １１、反応容器内にウェハ資料台が設けられ、該資料台
   上で半導体が形成される半導体製造装置において、該反
   応容器内に請求項９に記載された空間中微小粒子測定装
   置が設けられていることを特徴とする半導体製造装置。