(57)【要約】【課題】フォトマスクの表面汚染物質の分析をするため、フォトマスクを使うのでなく、フォトマスクの表面と同一の物質を形成した基材を捕集部に設けて、分析方法が固定・限定されずに、分析用気体から分子状化学汚染物質の捕集が選択的であり、経時的に汚染物質の捕集を行うことを可能とする汚染物分析用捕集装置を提供する。【解決手段】分析用の気体中を経時的に吸引する吸引部と、分子状汚染物質を経時的に捕集する捕集部を備えた汚染物質分析用捕集装置であって、捕集部は、基材と、その表面に表面物質層を形成し、表面物質層は、所望の材料表面と同一物質からなること、及び捕集部が、汚染物質を選択的に捕集する手段を備え、その手段は、ペルチェ素子、又はランプヒータを用いて、表面物質層の表面を特定温度に加熱、又は冷却することにより、前記表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集する汚染物分析用捕集装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析用の気体中（以下分析用気体と記す）から分子状化学汚染物質を経時的に吸引する吸引部と、該吸引部により吸引された分子状汚染物質を経時的に捕集する捕集部を備えた汚染物質分析用捕集装置であって、捕集部は、基材と、その表面に表面物質層を形成し、前記表面物質層は、所望の材料表面と同一物質からなることを特徴とする汚染物分析用捕集装置。
【請求項２】
前記基材は、金属よりなることを特徴とする請求項１記載の汚染物分析用捕集装置。
【請求項３】
前記捕集部が、物理、又は化学的反応により汚染物質を選択的に捕集する手段と、分析用気体以外の気体による汚染を受けないようにする防護手段とを備えることを特徴とする請求項１、又は２記載の汚染物分析用捕集装置。
【請求項４】
前記汚染物質を選択的に捕集する手段は、前記表面物質層の表面を特定温度に加熱、又は冷却することにより、前記表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集することを特徴とする請求項３記載の汚染物分析用捕集装置。
【請求項５】
前記汚染物質を選択的に捕集する手段は、前記表面物質層の表面近傍の分析用気体へ特定波長の光線の照射することにより、前記表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集することを特徴とする請求項３記載の汚染物分析用捕集装置。
【請求項６】
前記汚染物質を選択的に捕集する手段は、前記表面物質層の表面近傍の分析用気体へ特定波長の放射線の照射することにより、前記表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集することを特徴とする請求項３記載の汚染物分析用捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子製品の製造に影響を与える、気体中に浮遊する分子汚染物質が製造材料へ経時に付着した汚染物質を分析検出するための、気体−固体表面相互作用、化学的相互作用、物理的相互作用を利用した汚染物質を分析するための汚染物分析用捕集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子製品、例えば、半導体、フラットパネルディスプレイや、医療、食品などの製造プロセスおよび技術は、その多くは、クリーンルームで作業が実施されている。従来、クリーンルームでは、粒子状のゴミ（浮遊パーティクル）が問題視され、物理的な固体形状で、一定の大きさを呈するものが制限の対象であった。近年、気体中の浮遊分子汚染物質または気相分子汚染物質（Ａｉｒ  ｂｏｎｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ：ＡＭＣ、以下ＡＭＣと表記）が製造材料表面に化学的相互作用によって付着し、表面分子汚染（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ：ＳＭＣ，以下ＳＭＣと表記）となり、性能劣化や製品不良の要因となる問題が発生している。このようなＳＭＣの問題、例えば、半導体プロセスでは、例えばレジストのＴ―トッピング、不完全なエピタキシャル成長、不均質な酸化物層の成長、腐蝕工程の不均一腐食反応、配線材料の密着性不良などを引き起こし、電子製品として正常な電気的特性が得られなくなる原因となる。その他に、光学装置産業においてｈａｚｉｎｇなど光学的性能の劣化影響、ハードディスクドライブでは回転ディスクと読み取りプローブとの摩擦による摩耗劣化影響などの要因として挙げられる。
【０００３】
有害なＳＭＣを引き起こす種々のＡＭＣは、クリーンルームではその存在が当該分野では公知であり、例えば半導体分野、例えば米国では、ＳＥＭＩ規格Ｆ２１−９５クラスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにグループ分類されている。
【０００４】
ＡＭＣの供給源としては、クリーンルームの屋外から外気処理された供給気体については、外気に含まれる自動車の排気ガスを始め、種々の産業廃棄物や動植物からの蒸発散の分子汚染物質が十分に濾過処理されず、クリーンルーム内に流入する、又はクリーンルーム内においては、粒子捕集フィルターの構成材料、気密シーラント材からの分子汚染物質、又は設置された製造装置、使用する製造材料からのガス放出などが挙げられる。さらに別の供給源としては、クリーンルーム内の作業者からの呼吸による生理的活動排出物、又は衣服などからのガス放出が挙げられる。
【０００５】
これらのＳＭＣの監視については、その分析やモニタリングが考案されている。しかし、例えば、上記で例示したＳＥＭＩ規格Ｆ２１−９５クラスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの分類すべてを分析、又はモニタする単一機器や装置は存在しない。現在の技術は、有機物、無機物など特定の物性種のみを検出する装置のみで、問題がある。
【０００６】
一般に、気相中に含まれる分子レベルの成分は蒸気圧や分子構造など、その物質のもつ物理化学的特性と固体表面の分子結合状態や温度などに関係して固体表面に吸着・付着する。吸着・付着量は、その一部の物質は気体中の濃度に比例して平衡吸着するため、固体表面への極微量吸着量を計測することで気相中の濃度を逆算して求めることが出来る。
【０００７】
現存のモニタリング技術においては、化学種の特定情報を得る方法として分析用気体のサンプルを吸着媒体に一旦捕集し、クロマトグラム分析する手法を利用したものや、水晶振動子マイクロバランス（Ｑｕａｒｔｚ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ：
ＱＣＭ）や表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ：ＳＡＷ）を利用した技術がある。この方法は、センサ表面に蓄積された物質量の多少に応じた周波数変化を汚染量として換算する原理である。
【０００８】
また、現存の装置では、センサ表面への付着物質選択方法として、熱的作用をその原理とし、センサ上流部に気体加熱器を備えた出願（特許文献１参照）もある。しかしながら、気体の加熱では汚染物の沸点を利用した選択性の観点からは選択性が不十分である。なぜならば、汚染物選択を行うべきはセンサ表面の温度である。センサ表面に沸点選択性を有することが本質であり、センサ表面温度が該汚染物質の沸点であることが必要である。
【０００９】
他のセンサ表面への付着物質制御方法としては、半導体製造業界では、雰囲気汚染から材料を隔離すべく、材料を容器内に格納することが行われていて、その容器の材質から発生する脱ガス成分に着目し、該脱ガス成分のみを検出するセンサを容器内に装着し、容器内にセンサ内臓させた出願（特許文献２参照）がある。
【００１０】
上述の特許文献１、又は２はいずれも分析方法が固定・限定されている。また、該ＳＭＣ物質の選択性について不十分である。また、さらに気体が例えば特定波長の光源や電子線、放射線環境下に存在する場合における、汚染物質との反応生成物質の捕集については網羅していない。以上の種々の問題がある。
【００１１】
以下に、公知文献を記す。
【特許文献１】特開２００４−６９６８６号公報
【特許文献２】特開２００４−４７９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、フォトマスクの表面汚染物質の分析をするため、フォトマスクを使うのでなく、フォトマスクの表面と同一の物質を形成した基材を捕集部に設けて、分析方法が固定・限定されずに、分析用気体から分子状化学汚染物質の捕集が選択的であり、経時的に汚染物質の捕集を行うことを可能とする汚染物分析用捕集装置を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係る発明は、分析用の気体中（以下分析用気体と記す）から分子状化学汚染物質を経時的に吸引する吸引部と、該吸引部により吸引された分子状汚染物質を経時的に捕集する捕集部を備えた汚染物質分析用捕集装置であって、捕集部は、基材と、その表面に表面物質層を形成し、前記表面物質層は、所望の材料表面と同一物質からなることを特徴とする汚染物分析用捕集装置である。
【００１４】
本発明の請求項２に係る発明は、前記基材は、金属よりなることを特徴とする請求項１記載の汚染物分析用捕集装置である。
【００１５】
本発明では、捕集部の基材上に、形成する表面物質層が、所望の材料表面と同一物質からなる等、任意に、複数種類の表面物質層を選択することが可能となる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る発明は、前記捕集部が、物理、又は化学的反応により汚染物質を選択的に捕集する手段と、分析用気体以外の気体による汚染を受けないようにする防護手段とを備えることを特徴とする請求項１、又は２記載の汚染物分析用捕集装置である。
【００１７】
本発明の請求項４に係る発明は、前記汚染物質を選択的に捕集する手段は、前記表面物質層の表面を特定温度に加熱、又は冷却することにより、前記表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集することを特徴とする請求項３記載の汚染物分析用捕集装置である。
【００１８】
本発明の請求項５に係る発明は、前記汚染物質を選択的に捕集する手段は、前記表面物質層の表面近傍の分析用気体へ特定波長の光線の照射することにより、前記表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集することを特徴とする請求項３記載の汚染物分析用捕集装置である。
【００１９】
本発明の請求項６に係る発明は、前記汚染物質を選択的に捕集する手段は、前記表面物質層の表面近傍の分析用気体へ特定波長の放射線の照射することにより、前記表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集することを特徴とする請求項３記載の汚染物分析用捕集装置である。
【００２０】
本発明では、表面物質層の表面を特定温度に加熱、若しくは冷却、又は特定波長の光線の照射することにより、表面物質層の表面に汚染物質を選択的に捕集することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の汚染物分析用捕集装置を用いれば、分析用気体中に存在する分子汚染物質（ＡＭＣ）より、汚染される材料表面と同一とした表面物質層を形成した捕集部に付着する物質（ＳＭＣ）の組成のうちの特定の成分毎に、その沸点温度に表面物質層を加熱若しくは冷却、又は特定の放射線を照射下の環境等、任意に設定することにより、所定の汚染物質のみを経時的、かつ、選択的に捕集することができ、分析用気体の種々の成分の捕集を総合的に行い、分析用気体中の分子汚染物質の分析・評価に利用可能となる。
【００２２】
請求項１に係る本発明によれば、捕集部の表面物質層にフォトマスクの表面と同じ材質を形成することにより、フォトマスクを使うのでなく、前記表面物質層に、複数個の材質、例えば石英材と遮光膜材等を用いて、経時的に汚染物質の捕集を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の汚染物分析用捕集装置の構造概略を図１に示す。図１は斜視図であり、捕集装置１００は、巻き取り状とした捕集リール１０とリール駆動装置２０の捕集部と、吸引部の、排気ポンプ３０、吸引管４０、吸引口５０、吸気バルブ６０、排気口７０、排気バルブ８０で構成される。汚染物質を含んだ気体（分析用気体）９００は、排気ポンプ３０により、吸引口５０から吸引され、吸引管４０に設けられた開口部４１Ａ，４１Ｂを貫通する捕集リール１０の表面の一部である暴露表面１０Ａに到達し、汚染物質付着後、排気口７０から排出される。リール駆動装置２０により捕集リール１０は図中矢印で示すように所定の速度で連続的に掃引、又は一定時間間隔で断続的に巻き取られ、経時変化する汚染物質の捕集動作が行われる。また、リール駆動装置２０、排気ポンプ３０、吸気バルブ６０、排気バルブ８０はそれぞれリール駆動制御器３１０、排気ポンプ制御器３２０、バルブ開閉制御器３３０で制御され、装置全体では、中央制御器３００で統合制御される。
【００２４】
図１の参考図に示すように、捕集リール１０の基材１の表面の少なくとも片面は表面物質層２が形成され、該表面物質層は汚染分析したい材料と同一の物質で構成されていることが望ましい。例えばフォトマスクの表面汚染を分析したい場合は、フォトマスクには無機物、無機酸化物、金属、金属酸化物または、複数以上の混合物質が形成されており、前記表面物質層２は、珪素、ＳｉＯ，Ｃｒ，ＣｒＯ，Ｔａ，ＴａＳｉ，ＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮ，ＴａＢＮ，ＣｒＮ，ＣｒＯＮ，Ｍｏ，ＭｏＳｉ，Ｚｒ，ＺｒＳｉ，ＭｏＺｒＳｉ等
で形成される。表面物質層の形成にはスパッタリング、蒸着、原子層蓄積、コーティングなどが利用可能である。
【００２５】
図２Ａ、図２Ｂに捕集リール１０の詳細の一例の平面図を示す。なお、参考図は、側断面図である。図２Ａは、捕集リール１０の片側面に突起１１が連続して形成されており、巻き取り時に表裏が密着して反対面に付着物質が転写することを防ぐスペーサーとして機能する。図２Ｂは、連続したリブ状様とした事例である。
【００２６】
図３は、図１上のＹ−Ｙ‘面の部分拡大図であり、該汚染物質の選択性を任意の沸点温度に設定することにより可能とする構造断面であり、以下図３にて説明する。沸点制御手段は、例えば暴露表面１０Ａの加熱・冷却両方が可能なペルチェ素子２１０であり、吸引管４０内に導かれた捕集リール１０の暴露表面１０Ａの直上片面（図３Ａ）もしくは上下両面（図３Ｂ）に設置した温調ユニット２００の内部に設置する。暴露表面１０Ａでの温度はペルチェ素子２１０と暴露表面１０Ａと等距離αの位置に設置した、捕集リール１０と同一材料とした測定面を温度計２２０で測定する。温度計２２０はペルチェ素子２１０を所定の温度となるよう、温度制御器２３０にフィードバックし、その温度を制御する。沸点制御が加熱のみで良い場合はペルチェ素子２１０に代わり熱線ヒータや赤外線ランプヒータ、でも良い。
【００２７】
沸点選択性を利用する場合、基板１及び表面物質層２は、加熱、又は冷却をうける。ステンレスはその表面を電界研磨などで平滑化が可能であり、実効表面積を少なく出来ることが知られている。捕集リール１０の基材１にステンレスを用いた場合、その基材１は実効表面積が低減され、加熱・冷却による材質自身からのアウトガス放出を低減できる効果があり、捕集物質に対する影響が少なく好都合である。
【００２８】
さらに、汚染物質の磁性を選択性として利用する場合、ステンレスの場合、それぞれ非磁性、着磁性が基材自身で選択できる利点がある。
【００２９】
さらに、ステンレスなどの金属は静電気の帯電が無いことから、汚染物質の帯電電荷（正負）に対して反発・吸引作用を与えない利点がある。
【００３０】
ステンレス以外の金属では、選択性の一候補として、触媒性を示すＴｉＯや、腐食性物質に対してはＡｇ，Ａｕなどが挙げられる。
【００３１】
図４に図３同様の断面図を示す。図４は該汚染物質がさらに特定波長の光源や電子線、放射線環境下にある場合における捕集リール１０材質との反応生成物質の捕集を意図して行う実施例を示す。光源４１０や電子線源４２０、放射線源４３０は暴露表面１０Ａの領域に照射されれば良い。本実施例では吸引管４０に照射ユニット４００を設置し、内部に光源４１０または電子線源４２０、放射線源４３０を設置した。照射ユニット４００は図３Ａ，図３Ｂ同様、暴露表面１０Ａの直上片面もしくは両面に配置する。光源４１０の線源にはレーザー発振器、又は一般に真空紫外線領域に輝線スペクトルを有する重水素ランプ、又は遠紫外線領域に輝線スペクトルを有するキセノンランプ、又は近紫外線から可視光、又は近赤外線領域に連続波長帯を有するハロゲンランプなどが適用可能である。光源４１０，電子線源４２０，放射線源４３０には、さらにその内部にフィルター４４０もしくは回折格子光学系４５０など波長選択手段をさらに有しても良い。照射ユニット４００は図３（Ｂ）同様上下両面に配置しても良い。
【００３２】
図５Ａ〜Ｂに、捕集済の捕集リール１０が捕集前後で汚染を受けないように防護手段を備える場合の実施例を示す。なお、図５Ａは上面図で、５Ｂは、その側断面図である。吸引管４０に気密構造とする送り側カセット５１０Ａ、受け側カセット５１０Ｂを脱着可能
なように気密接続する。吸引管４０には両カセット５１０Ａ，５１０Ｂを気密接続可能とする気密ポート４２Ａ，４２Ｂをそれぞれ設置する。両カセット５１０Ａ，５１０Ｂには開閉扉５２０Ａ，５２０Ｂを設ける。開閉扉５２０Ａ、５２０ＢはＯリング５９０を用いて気密を確保する。両カセット５１０Ａ、５１０Ｂには不純物を含まず、かつ捕集物質に化学的反応を示さない不活性ガス、例えば窒素ガスを供給する。供給されるガスは流量調整器５３０で流量調整し、捕集物質の熱脱離を防ぐために少なくとも沸点以下に温度調整する熱交換器５４０を介し、バルブ５５０Ａ、５５０Ｂから供給する。供給ガスは流量と同時に圧力計５６０Ａ，５６０Ｂにて両カセット５１０Ａ，５１０Ｂ内を外部に対して正圧に保つように制御を行う。正圧が保たれた時点で開閉扉５２０Ａ，５２０Ｂを開く。捕集リールが送り側カセット５１０Ａからリール駆動装置２０にて送出され、気密ポート４２Ａ，４２Ｂを通過して反対側の受け側カセット５１０Ｂに捕集リール１０が巻き取り、格納され捕集が完了する。両カセット５１０Ａ，５１０Ｂの取り外しは、開閉扉５２０Ａ、５２０Ｂ、バルブ５５０Ａ、５５０Ｂを閉じる。次に接続バルブ５７０Ａ、５７０Ｂを閉じると送り側カセット５１０Ａ，受け側カセット５１０Ｂが気密封止される。接続継ぎ手５８０Ａ，５８０Ｂから両カセット５１０Ａ，５１０Ｂを取り外せば良い。
【００３３】
図５に示した上記実施例では本発明の汚染物分析用捕集装置を大気圧下で使用する事例を説明したが、減圧装置に接続して減圧気体中に浮遊する汚染物質を捕集する場合について同様に図６を用いて説明する。減圧下の気体を吸入する場合は吸気口５０を減圧装置７１０にゲートバルブ７２０などを介して気密接続すればよい。送り側カセット５１０Ａ、受け側カセット５１０Ｂは前述の通り吸引管４０に気密接続されているから、気密ポート４２Ａ、４２Ｂを通じて同圧密閉となる。従って減圧装置７１０外部の周辺気体が捕集リール１０に接触することは無い。捕集リール１０が送り側カセット５１０Ａから受け側カセット５１０Ｂに巻き取りが完了したら気密ポート４２Ａ、４２Ｂ、開閉扉５２０Ａ、５２０Ｂを閉じる。次に受け側カセット５１０Ｂを吸引管４０から取り外す。取り外した段階では受け側カセット５１０Ｂ内は真空である。窒素などの不活性ガスで充填したい場合は図５での説明通り熱交換器５４０、５５０Ｂ、接続継ぎ手５８０Ｂ、接続バルブ５７０Ｂを介して、差圧計５６０Ｂが大気圧以上になるまで供給すれば良い。
【００３４】
一般に減圧環境は平均自由工程を基準に粘性流、中間流、分子流に区分される。減圧環境中の気体分子の動きは分子速度が真空度によって異なることから、捕集に費やした気体容積は大気圧とは異なり、汚染物質が捕集リール１０の暴露表面１０Ａへの接触機会（効率）を考慮すべきである。排気ポンプ３０は減圧装置７１０の真空度以下に排気能力を備えたものを選択する必要があり、接触機会（効率）は捕集リール１０の巻き取り時間で調整すればよい。
【００３５】
上述の説明によって、気体中に存在する分子汚染（ＡＭＣ）のうち、所望の材料表面と同一とした捕集媒体の表面物質層に付着する物質（ＳＭＣ）を捕集するため、表面物質層の表面温度を任意に設定することで分子状化学汚染物質を連続、かつ、選択的に捕集し、種々の分析・評価手段に利用可能な汚染物分析用捕集装置が実現した。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の汚染物分析用捕集装置の第１の実施例を示す説明図である。
【図２】Ａ〜Ｂは、本発明の部分図で、第２の実施例を示す説明図である。
【図３】Ａ〜Ｂは、本発明の部分拡大図で、第３の実施例を示す側断面図である。
【図４】本発明の部分拡大図で、第４の実施例を示す側断面図である。
【図５】本発明の汚染物分析用捕集装置の第５の実施例を示す図面で、Ａは上面図、Ｂは側断面図である。
【図６】本発明の汚染物分析用捕集装置の第６の実施例を示す上面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…基材
２…表面物質
１０…捕集リール
１０Ａ…暴露表面
２０…リール駆動装置
３０…排気ポンプ
４０…吸引管
４１Ａ…開口部
４１Ｂ…開口部
４２Ａ…気密ポート
４２Ｂ…気密ポート
５０…吸引口
６０…吸気バルブ
７０…排気口
８０…排気バルブ
１００…捕集装置
２００…温調ユニット
２１０…ペルチェ素子
２２０…温度計
２３０…温度制御器
３００…中央制御器
３１０…リール駆動装置
３２０…排気ポンプ制御器
３３０…バルブ開閉器
３４０…温度制御器
４００…照射ユニット
４１０…光源
４２０…電子線源
４３０…放射線源
４４０…フィルター
４５０…回折格子光学系
５１０Ａ…送り側カセット
５１０Ｂ…受け側カセット
５２０Ａ…開閉扉
５２０Ｂ…開閉扉
５３０…流量調整器
５４０…熱交換器
５５０Ａ…バルブ
５５０Ｂ…バルブ
５６０Ａ…圧力計
５６０Ｂ…圧力計
５７０Ａ…バルブ
５７０Ｂ…バルブ
５８０Ａ…接続継ぎ手
５８０Ｂ…接続継ぎ手
５９０…Ｏリング
７１０…減圧装置
７２０…ゲートバルブ
９００…汚染物質を含んだ気体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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