JP2010190814A - パーティクル検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体処理装置の処理室内を浮遊するパーティクルの分布に関する正確な情報を取得することができるパーティクル検出装置を提供する。
【解決手段】本発明のパーティクル検出装置１は、半導体処理装置の処理室内を浮遊するパーティクルを検出するために前記処理室の排気管１８に設置され、前記排気管１８内の測定対象領域の全体に同時に光を照射する半導体レーザダイオード１０と３２チャンネルの光電子増倍管から成る散乱光検出器１２と、前記散乱光検出器１２の検出信号をチャンネル毎に処理することにより前記排気管１８内を通過するパーティクルの分布状況に関する情報を出力する制御基板２４と、前記制御基板２４が出力する前記パーティクルの分布状況を表示する表示部３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体処理装置等の排気中に含まれる粉塵等のパーティクルを検出するパーティクル検出装置に関する。

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検出装置が設けられている。
前記パーティクル検出装置は、例えば処理室からの排気ダクトに配設されており、当該排気ダクト内に光源（たとえばレーザ光）からの光を照射すると、パーティクルが排気ダクト内を通過するときに散乱光を発する。この散乱光を電気信号に変換したものの中から、ある一定以上の電圧に達したものをパーティクルとして検出している。

従来のパーティクル検出装置では、排気ダクト内の一部の領域にレーザ光を照射しているため、当該領域を通過するパーティクルしか検出することができない。これに対して、特許文献１には、処理室の内部にレーザ光を走査して照射することにより、処理室内におけるパーティクルの分布や大きさ、個数などを判別するパーティクル検出装置が記載されている。

特開2003-7681号公報

特許文献１のようにレーザ光を走査して照射すると、処理室内の広い領域においてパーティクルを検出できるが、異なる領域に同時に出現したパーティクルを検出することができない。
本発明が解決しようとする課題は、半導体処理装置の処理室内を浮遊するパーティクルの分布に関する正確な情報を取得することができるパーティクル検出装置を提供することである。

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検出装置は、半導体処理装置の処理室内を浮遊するパーティクルを検出するために前記処理室の排気管に設置されるパーティクル検出装置であって、
a)前記排気管内の測定対象領域の全体に同時に光を照射する光照射手段と、
b)複数の検出素子から成り、前記測定対象領域に光が照射されたときに生じる散乱光を検出する散乱光検出器と、
c)前記散乱光検出器の検出信号を前記検出素子毎に処理することにより前記排気管内を通過するパーティクルの分布状況に関する情報を出力する信号処理部と、
d)前記信号処理部が出力する前記パーティクルの分布状況に関する情報を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする。

また、本発明のパーティクル検出装置は、さらに、前記信号処理部が出力するパーティクルの分布状況に関する情報を保存する保存部と、前記保存部に保存された前記パーティクルの分布状況に関する情報を処理する情報処理部を備えることを特徴とする。

本発明のパーティクル検出装置では、排気管内の測定対象領域の全体に同時に光を照射し、且つ、それにより生じる散乱光を複数の検出素子から成る散乱光検出器で検出するようにし、さらに、信号処理部は、散乱光検出器の検出信号を検出素子毎に処理してパーティクルの分布状況に関する情報を表示手段に出力し、それに基づき表示手段はパーティクルの分布状況に関する情報を表示するようにした。このため、排気管内の測定対象領域におけるパーティクルの分布を正確に把握することができる。

本発明の一実施例に係るパーティクル検出装置の全体構成を示す概略図。 排気管内の測定対象領域を示す図。 データ収録中のモニタ画面の一例を示す図。 発生状況表示部に表示されたビットパターンの一例を示す図。 発生状況表示部に切替表示されるヒストグラムの一例を示す図。 パーティクルの測定ファイルの内容の表示例を示す図。

本発明に係るパーティクル検出装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１はパーティクル検出装置１の全体構成を示す概略図である。パーティクル検出装置１は、半導体レーザダイオード１０、散乱光検出器１２、データ収録装置１４等を備えて構成されている。
半導体レーザダイオード１０は、半導体処理装置の処理室の排気管１８に設けられた導光路２０を通して前記排気管１８内にレーザ光を照射する。散乱光検出器１２は例えば３２チャンネルの光電子倍増管（ＰＭＴ）から成り、排気管１８内を通過するパーティクルがレーザ光に照射されたときに生じる散乱光を検出する。

導光路２０は排気管１８内をパーティクルＰが通過する方向（図１に矢印Ａで示す）と直交する方向に延びている。従って、半導体レーザダイオード１０からのレーザ光はパーティクルの通過方向Ａと直交する方向に排気管１８内を横切る。これにより、複数のパーティクルが測定対象領域の異なる箇所を同時に通過した場合でも全てのパーティクルを検出することができる。

散乱光検出器１２は、レーザ光が照射された排気管１８内をパーティクルＰが通過することによって変化する散乱光に応じたアナログ電圧をチャンネル毎に制御基板２４で処理し、データ収録装置１４に出力する。制御基板２４内にある、信号制御部３６、および分析制御部３４では、チャンネル毎のアナログ電圧をアナログ電圧を閾値とするディジタル信号に変換し、カウンタ回路部２６に出力する。カウンタ回路部２６では、入力されたディジタル信号のＯＮ／ＯＦＦ状態を監視する。保存部２８には、予め設定されたパラメータや、散乱光検出器１２のアナログ電圧を処理することにより得られた種々のデータがファイルに保存されている。表示部３０は、散乱光検出器１２の検出したパーティクルの分布状況に関する情報をリアルタイムで表示すると共に、保存部２８から読み出したファイルに応じたパーティクルの分布状況に関する情報を表示する。

データ収録装置１４は例えばパーソナルコンピュータであり、コンピュータ上では監視／制御用アプリケーション２２が動作している。制御基板２４は散乱光検出器１２の信号を分析したり処理したりするためのハードウェアコンポーネントであり、制御基板２４が処理した情報をデータ収録装置１４で集計し、保存、表示と言った処理を行う。例えば、データ収録装置１４のＯＳとしてマイクロソフト社のWindows(登録商標）を用いる場合、データ収録基板制御部３２や、保存部２８、表示部３０は制御基板２４から受け取ったデータを処理する手段として、データタイプやメソッドをパッケージ化したダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ）の形で実装することができる。

監視／制御用アプリケーション２２は例えば次の機能を有している。
（１）散乱光検出器１２が検出したパーティクル数をカウントする。
（２）パーティクルの発生状況を時間軸に沿ってモニタする。
（３）測定結果をファイルに保存することや、保存したファイルを読み出し、表示する。
（４）測定に必要なパラメータが格納されたファイル（自動測定用コマンドファイル）を取り込み、そのファイル内容に従って自動測定を行う。
（５）測定結果を編集可能なファイル形式に変換する。
つまり、本実施例では、制御基板２４及び監視／制御用アプリケーション２２が情報処理部として機能する

ここで、散乱光検出器１２の検出信号(アナログ電圧)について説明する。入射光Ｉ_０がパーティクルに照射されたときに発生する散乱光強度Ｉ_scattは以下の式で表される。

なお、ａはパーティクル半径、λは入射光の波長、ｎはパーティクルの屈折率、θは入射光の進行方向と散乱光の観測方向のなす角度、rはパーティクルから検出器までの距離を示す。
式（１）より、散乱光強度はパーティクル半径ａの６乗に比例し、光の波長λの４乗に反比例することがわかる。従って、散乱光強度からパーティクルの数や半径を求めることができる。また、入射光の波長が大きくなると散乱光強度が減少することから、短波長の光を照射することが有効である。

次に、本実施形態のパーティクル検出装置１の動作について説明する。
監視／制御用アプリケーションソフトを起動すると表示部３０の表示画面に初期画面（図示せず）が表示される。使用者は、まずこの初期画面で、測定に必要なパラメータ（サンプリング周波数、閾値電圧、測定時間等）を設定する。

各パラメータの設定後、ユーザが測定開始ボタンを押すとデータ収録が開始される。図３はデータ収録中のモニタ画面を示している。このモニタ画面の右半部には測定に必要なパラメータが表示され、左半部にはパーティクルの発生状況をモニタ表示する発生状況表示部１００が表示される。

発生状況表示部１００には、パーティクルの検出位置を示すビットパターン及びヒストグラムを切り替え表示することができる。発生状況表示部１００の表示状態は、「表示切替」ボタンの押下によって切り替えられる。
図４は発生状況表示部１００に表示されたビットパターンを拡大して示している。ビットパターンは、３２チャンネルの光電子増倍管が検出したアナログ電圧を、予め設定された閾値を基準にディジタル化した３２bitのディジタルＩ／Ｏ出力値と、その論理和（ＯＲ）を黒丸（●）及び白丸（○）で表示したものである。黒丸がパーティクルを検出した箇所（チャンネル）を示し、白丸がパーティクルを検出しなかった箇所を示している。
このビットパターン表示部１００に表示されるビットパターンの表示間隔はサンプリング間隔の例えば１００倍に設定されている。つまり、サンプリング間隔：100μs(サンプリング周波数:10kHz)に対して、表示間隔は10msに設定されている。表示間隔は変更可能である。このように本実施例では、収録したデータはメインメモリに格納され、測定終了後に一括してファイルに保存されるが、表示部３０に表示されるビットパターン（ヒストグラム）はメインメモリのデータを測定の進度に合わせて参照したものである。

図５は、「表示切替」ボタンを押下することにより発生状況表示部１００に表示されるヒストグラムを拡大して示す図である。図５の縦軸はパーティクルの検出個数を、横軸は３２bitディジタルＩ／Ｏのビット番号を示す。このヒストグラムは、予め設定された単位時間毎に異なる色（図５では異なる線種でハッチングしている）で表示される。このヒストグラムにより、どの光電子増倍管で多くのパーティクルが検出されたか、また、どのタイミングで多くのパーティクルが検出されたかがわかる。

データ収録は、指定された測定時間が経過したとき、或いは途中で測定終了ボタンが押されることにより終了する。このとき、データを保存するよう設定されている場合には、測定終了後にデータ収録結果がファイルに保存される。

パーティクル検出装置１では、データ収録が終了すると図４及び図５に示したビットパターン及びヒストグラムや、パーティクルの粒径等のパーティクル発生状況に関するデータがパーティクル測定ファイルとして保存部２８に保存される。各ファイルにはヘッダー情報が記録され、その下に検出で得られたデータが順に格納される。また、データ収録前に設定したパラメータデータも保存部２８に保存される。保存部２８に保存されたファイルは適宜読み出して表示部３０に表示させることができる。
図６にパーティクルの測定ファイルの内容の表示例を示す。ここでは、測定ファイルの内容が設定値一覧として表示される。このファイル表示画面で「抽出時間」が設定され、抽出ボタンが押されると、測定ファイルの詳細情報が、マイクロソフト社のExcel(登録商標）等の汎用ソフトフォーマットのファイルとして抽出される。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような変更が可能である。
レーザ光の進行方向はパーティクルの通過方向と交差していれば良い。
散乱光検出器は３２チャンネルに限らない。また、散乱光検出器の光電子増倍管は光に沿わせる他、光を斜めに交差する方向に並んで配置しても良い。要は、測定対象領域の広い範囲に亘ってパーティクルが通過する様子を検出することができるように光電子増倍管が配置されていれば良い。

１…パーティクル検出装置
１０…半導体レーザダイオード
１２…散乱光検出器
１４…データ収録装置
１８…排気管
２４…制御基板
２８…保存部
３０…表示部

Claims (2)

1. 半導体処理装置の処理室内を浮遊するパーティクルを検出するために前記処理室の排気管に設置されるパーティクル検出装置において、
   a)前記排気管内の測定対象領域の全体に同時に光を照射する光照射手段と、
   b)複数の検出素子から成り、前記測定対象領域に光が照射されたときに生じる散乱光を検出する散乱光検出器と、
   c)前記散乱光検出器の検出信号を前記検出素子毎に処理することにより前記排気管内を通過するパーティクルの分布状況に関する情報を出力する信号処理部と、
   d)前記信号処理部が出力する前記パーティクルの分布状況に関する情報を表示する表示手段と
   を備えることを特徴とするパーティクル検出装置。
2. 前記信号処理部が出力するパーティクルの分布状況に関する情報を保存する保存部と、前記保存部に保存された前記パーティクルの分布状況に関する情報を処理する情報処理部を備えることを特徴とする請求項１記載のパーティクル検出装置。

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