JPH10281976A - 粒子計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】測定対象空間の雰囲気を乱すことなく、粒子を
容易且つ高精度に計測できる粒子計測装置を提供するこ
と。 【解決手段】液体中の粒子をレーザ光によって計測する
粒子計測装置において、内部を測定空間とする中空筒状
の筒体と、レーザ光を発振するレーザ光発振手段と、レ
ーザ光を測定空間に導入するためのレーザ光導入手段
と、粒子にレーザ光が当ることにより発生する散乱光を
導出する散乱光導出手段と、散乱光導出手段により導出
された散乱光を検出する検出手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空間中、特に液対中
に浮遊する粒子数を計測するための粒子計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶基板や半導体ウエハなどを製造する
工程においては、洗浄工程でディップ槽式の洗浄処理装
置、エッチング工程ではウエットエッチング装置を利用
することが多々ある。これらの装置では液晶基板や半導
体ウエハ（以下、単に被処理体と称する）を液体を溜め
た槽内につけて処理を行うが、槽内に落ちた粒子は液体
を汚染することとなり、場合によっては再び被処理物に
付着して汚染することもある。

【０００３】そこで、上述したような槽内の液体中に浮
遊している粒子の再付着による汚染を防ぐためには、液
体中に浮遊する粒子の管理が必要となってくる。そこ
で、上述したような液体中に浮遊している粒子の数を被
処理体の製造工程に適合した数値以下に管理するため、
液体中に浮遊している粒子数を計測している。粒子数を
計測する装置としては、吸引サンプリング式のレーザパ
ーティクルカウンター（略称ＬＰＣ）が広く用いられて
おり、粒子の粒径やベクトルの測定など特殊な場合に
は、位相ドップラー粒子測定装置（略称ＰＤＰＡ）が用
いられる。

【０００４】ＬＰＣは測定セル部に、サンプリングチュ
ーブを用いて液体を吸引してレーザ光を照射し、レーザ
光の光路の所定位置から所定の角度だけ傾斜した位置に
設けた検出手段により、液体中に存在している粒子や気
泡により反射した散乱光を検出してレーザ光の光路の所
定位置を通過した粒子の数を計測している。

【０００５】一方、ＰＤＰＡはドップラー効果を利用し
て、液体中に浮遊している粒子の中で比較的大きな粒子
の粒子径やこの粒子の進行する進行方向のベクトルを計
測するものである。ＰＤＰＡもＬＰＣと同じようにレー
ザ光による計測を行う構成ではあるが、装置はかなり大
きい構成となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬＰＣにお
いては、測定セル部へ槽内の液体をサンプリングチュー
ブを用いて吸引するとき、サンプリングチューブ内に粒
子が付着してしまったり、また逆に、サンプリングチュ
ーブ内に付着していた粒子が測定セル部に吸引されるな
どして、精度の良い計測を長時間に亘って行うことがで
きないという問題が生じる。

【０００７】さらに、槽内の液体を測定セル部に吸引
し、この吸引した液体中に含まれる粒子を集めて測定す
る方式であるため、吸引する際に槽内雰囲気を乱し、液
流を変えるため、洗浄装置での洗浄能力が低下すること
もある。また、時間的・空間的分解能も低く、粒子や気
泡などの槽内での挙動が乱雑になるために、発生箇所を
特定する場合など、挙動を解析することが非常に困難と
なる。

【０００８】また、ＰＤＰＡでは、測定光学系がかなり
大きく、また光軸調整に手間が掛かり、被測定空間が限
定されてしまう。本発明は上記の事情に基づきなされた
もので、その目的とすることろは、被測定空間の雰囲気
を乱すことなく、特定部分の浮遊粒子や気泡の数を容易
且つ高精度に計測できる粒子計測装置を提供しようとす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１に記載された発明は、空間中に浮遊する粒子
をレーザ光により計測する粒子計測装置において、測定
空間を有する測定手段と、レーザ光を発振するレーザ光
発振手段と、レーザ光を測定空間内に導入するレーザ光
導入手段と、粒子にレーザ光が当ることにより発生する
散乱光を導出する散乱光導出手段と、散乱光導出手段に
より導出された散乱光を検出する検出手段とを有する。

【００１０】請求項２に記載された発明では、測定手段
を、内部を測定空間とする中空筒状の筒体としている。
また、請求項３に記載された発明では、測定手段とし
て、外形形状が略ウエハ形状をなし、測定空間としての
空洞部を中央部に有するリング状測定手段を用いてい
る。

【００１１】請求項１及び２に記載された発明による
と、筒体の内部に被測定空間が形成されているため、計
測には液体中にこの筒体を設置しておけば、雰囲気が乱
れることがなく、よって微粒子を良好に計測することが
できる。請求項３に記載された発明によると、測定部分
を半導体ウエハ形状に形成したため、実際の処理と同様
の雰囲気下で粒子の測定を行うことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第一の実施の形態
について、図１を参照しながら説明する。粒子計測装置
１は、液晶基板や半導体ウエハなどの被処理体にウエッ
トエッチング処理やディップ槽式の洗浄処理を行う装置
などに設けられ、洗浄液や薬液などを貯溜している槽内
に浮遊している粒子や気泡などの個数を計測するもの
で、槽内の粒子や気泡の個数を一定個数以下に管理する
ために用いられるものである。

【００１３】図１に示す粒子計測装置１は、例えば紙面
に直行する方向の両端が開口した中空筒状の筒体２を有
し、この筒体２の内部はディップ槽式洗浄装置やウエッ
トエッチング装置に設けられた洗浄水や薬液等を貯溜し
ている槽内に（以下、単に被測定対象空間と称する）に
配置させ、筒体内部空間３においてレーザ光によって粒
子の計測を行うものである。

【００１４】筒体２は、略正方形の板状体である側壁を
例えば４枚組合せて筒状体に形成されており、測定対象
空間である筒体内部空間３に被測定対象空間中の液体を
自然に導入する。

【００１５】このような筒体内部空間３に導入されるレ
ーザ光Ｌは、外部に設けられたレーザ光発振手段である
レーザダイオード４から出射される。このレーザダイオ
ード４にはレーザ光導出手段である光ファイバ５の一端
側が接続されており、出射されたレーザ光Ｌを筒体２の
所定側面近傍まで伝送する。光ファイバ５の他端は筒体
２の第一側面２ａに対面する位置にあり、レーザ光Ｌが
この第一側面２ａに対して出射される方向に固定されて
いる。光ファイバ５の他端と第一側面２ａとの間には、
光学手段としてのレンズ６が設けられており、このレン
ズ６によりレーザ光Ｌを所定のビーム径の平行光線にし
ている。

【００１６】第一側面２ａの光ファイバ５の他端と対向
する位置には、レーザ光Ｌのビーム径とほぼ同等或は若
干大きい開口径を有する第一開口部７が形成され、レー
ザ光Ｌに対して影響を与えない透明なガラスなどが嵌合
されている。レンズ６を透過したレーザ光Ｌはこの第一
開口部７より筒体内部空間３へと導入される。導入され
たレーザ光Ｌは筒体内部空間３を進行し、第一側面２ａ
と対向する第二側面２ｂまで到達するが、第二側面２ｂ
のレーザ光Ｌが到達する位置には、第一開口部７と同様
にビーム径とほぼ同等或は若干大きい第二開口部８が形
成されており、第一開口部７と同様ガラスが勘合されて
いる。筒体内部空間３を通過したレーザ光Ｌは第二開口
部８を通過して筒体２の外部へと放射される。なお本実
施の形態では、第二開口部８が設けられた構成となって
いるが、第二側面２ｂがレーザ光Ｌの吸収性に優れるも
のであるときには必ずしも第二開口部８を設けなくても
よい。

【００１７】筒体内部空間３には多数の粒子が浮遊して
いるが、この浮遊している粒子がレーザ光Ｌの光路に入
ると、レーザ光Ｌを様々な方向に反射して散乱光Ｓを生
じる。そのため本実施の形態においては、第一及び第二
側面２ａ、２ｂとは異なる第三側面２ｃに第三開口部９
（第一、第二開口部７、８と同様レンズを勘合してい
る）を形成し、レーザ光Ｌの散乱光Ｓを導出している。

【００１８】第三開口部９の外方には、外部光線を遮断
し散乱光Ｓの波長のみを透過する干渉フィルタ１０を設
けている。さらに干渉フィルタ１０の外方にはレンズ１
１、及び散乱光導出手段としての光ファイバ１２の一端
がレンズ１１に対向して設けられている。このため干渉
フィルタ１０を透過した散乱光Ｓはレンズ１１により絞
られて光ファイバー１２の一端へ導入される。

【００１９】導入された散乱光Ｓは、光ファイバ１２の
他端に連結されているフォトトランジスタ１３へ伝送さ
れる。そして、フォトトランジスタ１３において光電変
換された後、電気パルスへと変換されてフォトトランジ
スタ１３の他端側に接続されている計数装置１４に入力
される。計数装置１４は入力された電気パルスに対して
信号処理を行い、粒子数を計数する構成となっている。

【００２０】ここで、筒体２の周囲は密封支持体１５に
より防液状態に密封されており、この密封支持体１５内
に上述したレーザダイオード４、光ファイバ５、１２、
レンズ６、１１、干渉フィルタ１０等が設置されてい
る。

【００２１】以上のような構成を有する粒子計測装置１
の作用につき、以下に説明する。筒体内部空間３は被測
定対象空間の液体と連通しているため、粒子を計測する
場合に被測定対象空間に粒子計測装置１を設置するだけ
で良く、被測定対象空間の雰囲気を乱すことなく粒子を
良好に計測することができ、粒子数の管理も容易に行う
ことができる。

【００２２】また、測定箇所を変えて粒子の計測を行え
ば、粒子数の場所による分布状態の計測ができ、粒子の
発生源の特定も容易にに行うことが可能となる。次に、
本発明の第二の実施の形態につき図２を参照しながら説
明する。粒子計測装置２１は、測定部分における形状を
概略ウエハの形状にしたものである。測定部分２２は、
外形形状を半導体ウエハ形状に形成し、中央部に測定対
象空間として略円形の孔を形成した石英ガラス板を２枚
貼り合せて構成している。

【００２３】測定対象空間へのレーザ光Ｌの導入は、測
定部分２２の外部に設けられたレーザ光発振手段である
レーザダイオード２３より出射されたレーザ光Ｌを、レ
ーザ光導入手段である出射用光ファイバ２４により伝送
して導入している。出射用光ファイバ２４は、２枚の石
英ガラス板の間に形成された溝（図示せず）に配置さ
れ、一端はレーザダイオード２３に接続され、他端は測
定対象空間の所定位置まで導かれている。出射用光ファ
イバ２４の測定対象空間に露出する端面部はレンズ形状
に加工してあり、レーザ光Ｌを所定のビーム径の平行光
線に形成している。

【００２４】出射用光ファイバ２４から出射されたレー
ザ光Ｌの進行方向に対し、直角方向に位置する部分に
は、散乱光導出手段である受光用光ファイバ２５の一端
面を位置させている。受光用光ファイバ２５も出射用光
ファイバ２４と同様、２枚の石英ガラスの間に形成され
た溝（図示せず）に配置され、他端を測定部分２２外部
へ導出している。受光用光ファイバ２５の他端はフォト
トランジスタ２６に接続されており、フォトトランジス
タ２６は計数装置２７に接続されている。

【００２５】以上のような構成を有する粒子計測装置２
１では、通常の半導体ウエハと同様にディップ槽内や処
理装置上に配置させると、実際に半導体ウエハを加工す
る際と同様の条件で槽内や処理雰囲気のモニタリングが
でき、粒子数の測定、ひいては粒子数の管理を良好に行
うことが可能となる。

【００２６】以上、本発明の一実施の形態について述べ
たが、本発明はこれ以外にも種々変形可能である。以
下、それについて述べる。本実施の形態においては、光
ファイバを用いてレーザ光を伝送していたが、測定環境
によっては、光ファイバを設けない構成、つまりレーザ
光発振位置にレーザダイオード、散乱光受光位置にフォ
トトランジスタを設置する構造としても良い。

【００２７】また、レーザ光出射手段としては、レーザ
ダイオードのほかにＨｅ−Ｎｅガスレーザなど、他のレ
ーザ光発振手段を用いることはもちろん可能である。ま
た、光電変換素子としては、フォトトランジスタのほか
に光電子増倍管やアバランシェフォトダイオードなどの
他の光電変換素子を用いてもよい。

【００２８】また、レーザ光出射位置と散乱光受光位置
を直行させているが、直角より大きい角度の位置（前方
散乱光受光）、或は直角より小さい角度の位置（後方散
乱光受光）でも構わない。但し、前方散乱光受光の方が
好ましい。さらに、実施の形態においては、液体中の粒
子や気泡の検出について説明しているが、気体中でも同
様に測定することは可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１及び２の発
明によれば、筒体の内部に被測定空間が形成されている
ため、計測には液体中にこの筒体を設置しておけば、雰
囲気が乱れることがなく、よって微粒子を良好に計測す
ることができる。また、請求項１及び３の発明によれ
ば、測定部分を半導体ウエハ形状に形成したため、実際
の処理と同様の雰囲気下で粒子の測定を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態に係わる粒子計測装
置の構成を示す図。

【図２】本発明の第二の実施の形態に係わる粒子計測装
置の構成を示す図。

【符号の説明】

１…粒子測定装置、３…筒体内空間（測定対象空間）、
４…レーザダイオード（レーザ光発振手段）、５…光フ
ァイバ（レーザ光導入手段）、１２…光ファイバ（散乱
光導出手段）、１４…計数手段、Ｌ…レーザ光、Ｓ…散
乱光。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間中に浮遊する粒子をレーザ光により計
   測する粒子計測装置において、 測定空間を有する測定手段と、 レーザ光を発振するレーザ光発振手段と、 レーザ光を上記測定空間内に導入するレーザ光導入手段
   と、 上記粒子に上記レーザ光が当ることにより発生する散乱
   光を導出する散乱光導出手段と、 散乱光導出手段により導出された散乱光を検出する検出
   手段とを有することを特徴とする粒子計測装置。
2. 【請求項２】上記測定手段は、内部を測定空間とする中
   空筒状の筒体であることを特徴とする請求項１記載の粒
   子計測装置。
3. 【請求項３】上記測定手段は、外形形状が略ウエハ形状
   をなし、測定空間としての空洞部を中央部に有するリン
   グ状測定手段であることを特徴とする請求項１記載の粒
   子計測装置。