JPH0222534A - 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】 〔概要〕 半導体製造装置内部における塵埃などのような粒子の発
生状況をインプロセスで観測することができる粒子計測
装置に関し、 プローブビームの面積を広くでき、かつ受光面積も拡大
可能とすることで、排気管内部を通過する塵埃を高い確
率で捕捉し、粒子の個数や大きさを確実に測定可能とす
ることを目的とし、処理装置内部に発生する塵埃粒子を
光散乱を用いてインプロセスで測定するために、投光系
と、散乱光を検知する受光系とを設けて成る排気系設置
型の粒子測定装置において、 レーザの発光パターンを変形させ均一な強度分布のシー
ト状光を照射するシートビーム投光系を設け、かつ複数
個の半導体光検出器を直列に接続することで、受光光学
系を構成する。

粒子計測装置が要望される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体製造装置内部における塵埃などのよう
な粒子の発生状況をインプロセスで観測することができ
る粒、子計測装置に関する。

ＬＳＩ等の半導体装置の製造歩留まりを向上させるため
には、ウェハ上に付着し回路パターンにダメージを与え
る塵埃の発生状況を常に監視する必要がある。しかしな
がら、ＬＳＩ等を製造する半導体製造装置（例えば、Ｃ
ＶＤ、スパッタ装置、エツチング装置等）においては、
−Ｓに、真空室の内部でプロセスが行われるため、外部
から雰囲気ガスをサンプリングして、塵埃の発生状況を
調べることは不可能である。そこで、外部から、内部の
状況を観測する計測装置が必要となっている。

また、ＬＳＩ等の回路パタン−の微細化に伴って、監視
しなければならない粒子はより小さく、１μｍ程度以下
のものまで検出する必要があるため、検出効率が高く、
また最小検出粒径の小さい〔従来の技術〕 従来、半導体製造装置内部の粒子発生状況の検出法とし
ては一１製造ロフトの初期にダミーのウェハを装置内に
送り込み、その表面に付着した塵埃数を調査・測定して
、装置内部の塵埃状況を推測している。しかしながら、
粒子測定後に装置内で被処理基板が破損したりした場合
に、粒子が発生したことを即時に検出することができな
いため、破損後に処理された製品はすべて不良品となり
、歩留りが低下する。

したがって、処理装置内の粒子発生状況を、常時即時に
監視できるインプロセスの装置が必要となる。近年、装
置内部の塵埃発生状況を観測したいという要望の高まり
と共に、スバーンタやエツチングなどの処理の最中に測
定するインプロセス型の粒子計測装置（旧ＣＲＯＣＯＮ
ＴＡＭＩＮＡＴＩＯＮ　Ｏｃｔ、　１９８７ｐ３０〜３
４によって公知）がＨＹＴ社（ハイ・イールド・テクノ
ロジー社）から販売されている。しかし、この装置は、
真空装置内にセンサ部を挿入する形式なため、完全に無
侵襲とはいえず、処理装置内の流れを乱すなどの問題が
生じる。

これに対し、本発明の出願人から、特願昭６３−９０７
１号として、第６図〜第８図に示すような装置が提案さ
れている。第６図において、１は半導体製造装置であり
、真空ポンプＰで真空状態にすることにより、真空中で
、ＣＶＤ、スパッタ、エツチング等の処理が行なわれる
。半導体製造装置ｌと真空ポンプＰの吸気側との間の配
管２に、センサ系３が設けられている。４は排気口であ
る。

センサ系３は、第７図のように、半導体レーザＬＤから
出射するレーザ光を、レンズ５で平行光に変換し、断面
円形のレーザ光６が配管２を横切るようにしたものであ
る。半導体製造装置１中の塵埃などの粒子が、排気管２
を通過して排出されるときに、該粒子７がセンサ系３中
のレーザ光６中を通過すると、光が散乱する。この散乱
光を受光レンズ８を介して、光−電変換装置９で受光す
ると、第８図のような検出信号が得られる。この波形図
において、出力が急峻に高（なっている時点が、粒子が
レーザ光６を通過し、散乱光が発生したことを示してい
る。したがって、急峻な波形の数を計数することで、粒
子の個数を測定でき、波形の高さにより、粒子の大きさ
を測定できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この装置は、完全無侵襲でかつ処理の最中に粒子検出で
きる。塵埃粒子によって散乱される光の強度は、散乱点
から検出点までの距離の二乗に反比例するため、受光部
が限定され、かつ受光面積が狭い場合は、任意の点から
の散乱光を精度良く検出することは難しい。そこで、従
来の技術は、前記のように粒子検出用のプローブビーム
を単一の丸型ビーム６とし、計測可能な領域を限定する
ことで計測性能を得ている。しかしながら、配管２中に
おけるレーザ光６の占める面積が小さいため、粒子がレ
ーザ光６と出会う確率が低く、そのために、粒子の検出
効率が低く、信頼性が不十分である。また、計測可能領
域を広（取ることが出来す、装置全体とと７での塵埃の
挙動を知ることが出来ないという問題点を生じていた。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようと
するものであって、プローブビームの面積を広くでき、
かつ受光面積も拡大可能とすることで、排気管内部を通
過する塵埃を高い確率で捕捉し、粒子の個数や大きさを
確実に測定できるようにすることにある。

（課題を解決するための手段］ 第１図は本発明による粒子測定装置の基本原理を説明す
る図である。２は、半導体製造装置と真空ポンプとの間
を接続する排気管であり、検出用の光に対し透明の材料
からなっている。

この排気管２中に光を入射するための投光系１１）を有
し、この投光系１０は、薄いシート状の光１１を形成す
る機能を有しており、またシート状面が、排気流と垂直
方向となるように配置されている。

排気管２の外周には、半導体光検出器Ｄ…が複数個配設
されている。そしてこれらの光検出器Ｄ…は、直列に接
続されている。

〔作用〕

このように、検出用の光ビームを、薄くて面積の広いシ
ート状にし、排気管２中のより広い面積に光ビームを照
射すれば、排気管２を通過する粒子は、その多くが光ビ
ームを横切ることになる。

また、このように強度分布の均一なシート状の光ビーム
１１を用いて塵埃粒子の検出を行なった場合、粒子が光
ビームを横切ったときの散乱光強度は、散乱点の位置と
無関係に、塵埃粒子の大きさのみによって決定される。

従って、半導体光検出器Ｄ…を多数設け、各位置から全
ての散乱光を検出することにより、ビームを横切って通
過する塵埃粒子を全て確実に捕捉、検知ことか可能にな
る。

また、反射鏡１２を設け、光を折り返し２計測領域を通
過させることによって、粒子径が波長に比べて大きい場
合に発生する散乱光の強度分布に基づく測定誤差を防止
することも出来る。

実際には、全ての散乱光を取り込むことは不可能であり
、受光器の受光面積を可能な限り拡大することで対応す
るのが通常の考え方である。しかし、半導体光検出器は
、第９図にその等価回路を示すように、ｐｎ接合面積に
比例した接合容量をもっており、受光面積を単に拡大す
ると、応答速度の劣化を招き、粒子からの散乱光波形（
特に波高値）を変化させるため、粒子径の弁別が困難と
なってしまう。

そこで、本発明者らは、直列接続したコンデンサの合成
容量は元の値の個数分の１になることに青［」シ、光検
出器りを複数個直列に接続して周波数特性の測定を行っ
たところ、栄−の検出器として動作させた場合と比較し
て、数倍の特性改善を実現できることを確認した。この
手法を用いることにより、検出性能を著しく低コーさせ
ることなしに、受光面積を拡大させることができ、より
多くの散乱光を検出できることは明らかである。

〔第一実施例］ 次に本発明による粒子測定装置が実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。第２図（ａ）（ｂ）は
本発明の第一実施例を示す縦断面図と横断面図である。

２ａは排気管２と同し内径をもつガラス管であり、半導
体製造装置と真空ポンプ間の排気管２に、０リング１３
などのシール材を介して、気密接続されている。

ガラス管２ａの外側には、投光系１０と反射鏡１２ａが
対向配置されている。投光系１０は、半導体レーザＬＤ
からの出射光を、ビームエキスパンダ１４でビームスポ
ットを拡大し、次にシリンドリカルレンズ１５で幅広の
シート状に整形し、かつ濃度フィルタ１６等の手段によ
り、光強度分布を均一化する装置である。この投光系１
０で形成されるシート状ビームとしては、幅２０〜３０
ｍｍ、厚さ０．１〜０．２１程度のものが得られる。

散乱光を検出するための受光光学系は、ガラス管２ａの
外周に、複数個の半導体光検出器Ｄ…を配列し、直列に
接続することにより構成されている９半導体光検出器Ｄ
…は、１辺が１０ｍｍ程度のものを用い、ガラス管２ａ
の外周に等間隔に数個以上配列する。

する。

そして半導体光検出器Ｄ…の出力側に増幅器１７を接続
し、電流−電圧変換して、検出出力を得る。

またこの実施例では、反射鏡として平面鏡１２ａを用い
、レーザ光を平面反射鏡１２ａで往復させることにより
、計測領域内での光密度を向上させているため、シート
状ビーム１１中を塵埃粒子７が通過したときの、散乱断
面積に応じた光量を、直列接続した半導体光受光系によ
り検出し、粒子径の判別、計数を正確に行なえる。この
場合、前方散乱、後方散乱を均一化することができるた
め、粒径がレーザ光の波長と比較して大きい粒子の測定
に好適である。

〔第二実施例〕

第３図は、本発明の第二の実施例を示す横断面図であり
、反射鏡として２個のプリズム１２１．１２２を用いて
いる。すなわち、２個のプリズム１２１．１２２は、シ
ート状ビーム１１の面がプリズム１２１．１２２の反射
面と垂直で、かつ４５度反射されるように配置されてい
る。そのため、シート状ビームがプリズム１２１．１２
２で反射され、往復することにより、シートビームの幅
が２倍に拡大されるので、粒子の捕捉がより確実となり
、検出効率を一層向上させることが可能となる。またこ
の場合は、粒径がレーザ光の波長と比較して大きい粒子
の測定に好適である。

〔第三実施例〕

この実施例は、第４図に示すように、反射鏡として、凹
面鏡１２ｂを使用することで、シート状ビームが拡大す
るを防止している。また凹面鏡１２ｂは、光トラツプ１
８中に配設されている。

前記のように、反射鏡でシート状ビーム１１を折り返し
、計測領域を通過させることによって、粒子径が波長に
比べて大きい場合に発生する、散乱光の強度分布に基づ
く測定誤差を防止することができる。

しかしながら、レーザ光は、光密度を上げて粒子検出効
率を向上させるために、測定領域内でシート状ビームの
厚み方向に薄（絞りこんである。

従って、反射鏡面に到達した時には発散光となっており
、反射光は拡散し迷光となって受光器に入り、かえって
検出効率を低下させることになる。

そこで、例えば凹面鏡のように、集光作用のある光学素
子を用いて、再度プローブビームを検出領域に集光させ
れば、粒子に照射されるレーザ光量を倍増させることが
できる。

ただし、装置寸法から凹面鏡の大きさが制限されている
ため、凹面鏡に入射出来ない光が生ずると、やはり迷光
となって検出効率を低下させる。

したがって、凹面鏡１２ｂを光トラップ１８の内部に設
置している。これにより、凹面鏡１２ｂに入射できない
光は、光トラツプ１８側に透過するため、これらの迷光
成分が除去され、検出効率がさらに向上する。

なお、凹面鏡１２ｂの焦点は、ガラス管２ａの中央部に
合わせる。

凹面ｍ１２　ｂに代えて、平面鏡または前記のプリズム
１２１　、１２２を光トラツプ１８中に配設してもよい
。また投光光学系１１）をも、光トラツプ内に設置する
と、−層効果的である。

〔第四実施例〕

第５図は第四の実施例を示す図であり、投光系１０の光
出射部の最終段として、中央部にスリット状開口をもっ
た凹面鏡１９を設置することで、プローブビームを多重
回反射往復させる構成となっている。これにより、測定
領域における光密度がさらに上がり、散乱光強度が一層
強くなる。

〔発明の効果］ 以上のように本発明によれば、プローブビームとしてシ
ート状ビームを形成する投光系ＩＯを使用するため、塵
埃などの粒子を高い検出効率で測定できる。また検出部
の排気管の外周に、複数の半導体光検出器Ｄ…を配列し
、かつ直列接続しているため、粒子がシート状ビームを
通過する際の散乱光強度から、粒子の個数、大きさを精
度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による粒子測定装置の基本原理を説明す
る図、第２図〜第５図は本発明の各種実施例を示す図、
第６図は従来の粒子測定装置の全容を示す図、第７図は
従来の粒子測定装置の原理を説明する図、第８図は粒子
測定装置の出力波形を示す図、第９図は半導体光検出器
の等価回路を示す図である。 図において、ｌは半導体製造装置、Ｐは真空ポンプ、２
は排気管、２ａは排気管の途中に設けたガラス管、７は
粒子、１０は投光系、１１はシート状ビーム、１２は反
射鏡、１２ａは平面鏡、１２１．１２２はプリズム、Ｄ
…は半導体光検出器をそれぞれ示す。 特許出願人　　　　　富士通株式会社 復代理人　弁理士　　福　島　康　文 未発日月の基本−）ｌｉ里 第１図 第二＊権利 第３図 躬口欠権利 第５図 躬三実施例 粒子ｊシリ定兼直イ２ｉ容 第６図 従来の立子」り定装置 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、処理装置内部に発生する塵埃粒子を光散乱を用いて
   インプロセスで測定するために、投光系と、散乱光を検
   知する受光系とを設けて成る排気系設置型の粒子測定装
   置において、 レーザの発光パターンを変形させ均一な強度分布のシー
   ト状光（１１）を照射するシートビーム投光系（１０）
   を設け、かつ複数個の半導体光検出器（Ｄ…）を直列に
   接続することで、受光光学系を構成したことを特徴とす
   る粒子測定装置。 ２、前記光学系において、シートビーム投光系（１０）
   と対向する位置に、反射鏡（１２）を設置することで、
   ビームを反射させて折り返すことを特徴とする請求項１
   記載の粒子測定装置。 ３、前記反射鏡が、プリズムで構成され、かつ入射光軸
   と出射光軸の間にずれが起きるように配置されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の粒子測定装置。 ４、前記反射鏡が、凹面鏡で構成され、入射光束を所定
   の位置に再度集光するように調整したことを特徴とする
   請求項１記載の粒子測定装置。