(57)【要約】【課題】100nm以下の粒径の異物粒子を高効率で検出できるパーティクルカウンタを搭載したプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】処理室と、プラズマ生成のための高周波電源と、ガスを供給するためのガス供給手段と、ガス排気ラインを介して前記処理室内を減圧するためのガス排気手段と、前記処理室内の圧力を調整するための調圧バルブと、被処理体を戴置するためのステージとを備え、さらに、前記ガス排気ラインを流れる排気ガスにレーザー光を透過させるためのレーザー光源と、前記レーザー光内を通過した異物粒子による散乱光を検出するためのＩ−ＣＣＤカメラと、該Ｉ−ＣＣＤカメラで計測した画像から異物の検出を行う異物判定検出ユニットとを備え、前記異物判定検出ユニットは、前記計測した画像から、所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれるときに前記異物粒子を検出したと判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、プラズマ生成のための高周波電源と、ガスを供給するためのガス供給手段と、ガス排気ラインを介して前記処理室内を減圧するためのガス排気手段と、前記処理室内の圧力を調整するための調圧バルブと、被処理体を戴置するためのステージとを有するプラズマ処理装置において、
前記ガス排気ラインを流れる排気ガスにレーザー光を透過させるためのレーザー光源と、前記レーザー光内を通過した異物粒子による散乱光を検出するためのＩ−ＣＣＤカメラと、該Ｉ−ＣＣＤカメラで計測した画像から異物の検出を行う異物判定検出ユニットとを備えており、
前記異物判定検出ユニットは、前記計測した画像から、所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれるときに前記異物粒子を検出したと判定することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記異物判定検出ユニットは、前記計測した画像において、任意の軸線に沿った所定の幅の矩形領域内に、前記所定値以上の信号強度の前記画素が、所定のピッチ以内で、所定の長さだけ存在する場合、所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれていると判定することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記異物判定検出ユニットは、前記Ｉ−ＣＣＤカメラで計測した画像を、画像処理プログラムで処理して、各画素の信号強度の状態から略直線の画素列が存在する状態を検出したら前記異物粒子が存在すると判定することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記異物判定検出ユニットは、前記計測した画像において、所定の信号強度の画素が略直線上に概ね等間隔で並んでいる場合に、前記異物粒子を検出したと判定することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記異物判定検出ユニットは、前記計測した画像において、所定の強度以上の信号を得た画素が略直線で結ばれるとき、該略直線上の画素において、所定の強度以上の信号を得た画素の間隔から異物粒子の速度を推定し、該推定した異物粒子の速度がガスの流れ速度を同程度であるときに異物粒子を検出したと判定することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記異物判定検出ユニットは、前記所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれるか異なかの判定の前に、全画素の前記信号強度合計値がある一定のスレショルド値を超えているか否の判定により、前記異物粒子の検出を行うことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記処理室内の圧力に応じて、該処理室内に存在するガスによるレイリー散乱光強度を推定し、前記異物粒子による信号とノイズ信号を区別するためのスレショルド値を調整し、
前記調圧バルブが前記処理室内を調圧しているときにできる隙間の直下に、前記レーザー光を透過させ、該レーザー光内を通過した前記異物粒子による散乱光を前記Ｉ−ＣＣＤカメラで計測することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項１において、
観測領域における前記レーザー光のパワー密度が、最も強い位置において少なくとも100mW/mm2以上であり、
前記レーザー光源にはパルス発振型のレーザーを用い、該レーザーの１パルスにおいて、粒径80nmのパーティクルによって散乱される前記散乱光のうち、該散乱光を検出する集光光学系に対して入射する光子数が少なくとも平均１以上となるように、レーザーパワー密度と集光光学系の設置位置と集光光学系の対物レンズ径を調整したことを特徴するプラズマ処理装置。
【請求項９】
処理室と、プラズマ生成のための高周波電源と、ガスを供給するためのガス供給手段と、ガス排気ラインを介して前記処理室内を減圧するためのガス排気手段と、前記処理室内の圧力を調整するための調圧バルブと、被処理体を戴置するためのステージとを有するプラズマ処理装置における異物粒子検出方法であって、
前記プラズマ処理装置は、前記ガス排気ラインを流れる排気ガスにレーザー光を透過させるためのレーザー光源と、前記レーザー光内を通過した異物粒子による散乱光を検出するためのＩ−ＣＣＤカメラと、該Ｉ−ＣＣＤカメラで計測した画像から異物の検出を行う異物判定検出ユニットとを備えており、
前記調圧バルブが前記処理室内を調圧しているときにできる隙間の直下に、前記レーザー光を透過させ、
該レーザー光内を通過した前記異物粒子による散乱光を前記Ｉ−ＣＣＤカメラで計測し、
前記計測した画像から、所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれるときに前記異物粒子を検出したと判定することを特徴とするプラズマ処理装置における異物粒子検出方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記計測した画像において、前記排気ガス流れに対応する軸線に沿った所定の幅の矩形領域内に、前記所定値以上の信号強度の前記画素が、所定のピッチ以内で、所定の長さだけ存在する場合、所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれていると判定することを特徴とするプラズマ処理装置における異物粒子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置及びその異物粒子検出方法に係り、特に、量産機搭載可能なパーティクルモニタを備えたプラズマ処理装置及びその異物粒子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
DRAMやマイクロプロセッサ等の半導体装置の製造工程において、プラズマエッチングやプラズマCVDが広く用いられている。プラズマを用いた半導体装置の加工における課題の１つに被処理体に付着する異物粒子（パーティクル）の数を低減することが挙げられる。例えばエッチング処理中に被処理体の微細パターン上に異物粒子が付着すると、その部位は局所的にエッチングが阻害される。これにより断線などの不良が生じ歩留まり低下を引き起こす。
【０００３】
一般に、プラズマ処理装置においては異物粒子の汚染による歩留まり低下を防ぐため、異物粒子の発生量が所定の量を超えたとき、装置を大気開放しスワップパーツ（交換部品）等を分解・交換・洗浄する方法（全掃またはウエットクリーニングと言う）が採られている。異物粒子による汚染レベルを測定する方法としては、例えば、検査用ウエハを処理室内に搬送して模擬放電等を行い、その際に付着した異物粒子数をウエハ表面検査装置にてカウントする方法が最もよく用いられている。
【０００４】
また、その他のパーティクル汚染レベルの測定方法としては、一般にパーティクルモニタあるいはパーティクルカウンタと呼ばれるin-situで異物粒子数を計測できる計測装置を用いるものがある。該計測装置（以後パーティクルモニタと呼ぶ）は一般に、少なくともレーザー光源と、パーティクルによって散乱されたレーザーを検出するための光検出器を有しており、検出可能な異物粒子の粒径は、簡便な構造のもので200nm前後、高出力レーザーや、レーザーと光検出系を同期させるシステム等を備えたやや複雑な構成で実用上は百数十nmとなっている。
【０００５】
処理室内で異物粒子をモニタすることを目的としたパーティクルモニタについては、例えば特許文献１、特許文献２に記載されている。前者にはミラーを使ってレーザー光をウエハ直上でスキャンさせ、且つモニタ設置のためのポートが１つで済むモニタの構成について記載されている。後者には検出部にＣＣＤカメラを用い、異物粒子を捉えた画像から異物粒子が無い状態で測定した画像を差し引くことにより異物粒子の検出感度を向上させる方法が記載されている。また、例えば特許文献３には、処理室内を排気するためのバイパス排気ラインの途中にパーティクルモニタを設置することが記載されている。さらに、特許文献４には、異物粒子が通過する領域を狙ってその位置にレーザー光を通すことにより、異物粒子の検出効率を高める方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３００５３号公報
【特許文献２】特開平２０００−１５５０８６号公報
【特許文献３】特開２００５−３１７９００号公報
【特許文献４】特開２００９−１１７５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ウエハに落下した異物粒子の数を測定するウエハ表面検査装置では、近年、例えば50nmの粒径の異物粒子が検出可能なまでに検出感度が向上している。そのため半導体装置の量産ラインでは例えば粒径60nm以上のパーティクルの数によって処理装置の汚染レベルを判断している。例えば「粒径60nm以上の異物粒子数が100個を超えたらウエットクリーニングを行う」などの判断基準を設けている。異物粒子径と異物発生量の関係については、微小な異物粒子ほど発生量が多いことが一般に知られており、例えば粒径60nm以上の異物粒子数が100個であるとき、60〜80nmの異物粒子数が80個、80〜100nmの異物粒子数が19個、100nm以上の異物粒子数が１個というような粒径分布となる。従って、パーティクルによる汚染レベルは事実上、粒径100nm以下の異物粒子のウエハへの付着量によって判断している。
【０００８】
一方で、上記で述べたin-situで異物粒子を検出できるパーティクルモニタでは、100nm以下の粒径のパーティクルを測定するのが難しい。
【０００９】
例えば、特許文献２に開示されているような、ＣＣＤカメラで異物粒子を捉えた画像から異物粒子が写っていないバックグランドの画像を差し引くという処理方法を、100nm以下の粒径のパーティクルの測定に採用しても、異物粒子の検出感度を高める効果は殆ど期待できない。そのため、パーティクルモニタでの測定結果のみによってウエットクリーニングの必要性を判断することは困難である。即ち、パーティクルモニタは検査用ウエハを用いてウエハ表面検査装置で測定する方法の代替手段にはなっておらず、補助的なモニタとしての利用にとどまっている。もし、100nm以下の粒径、例えば80nmの粒径の異物粒子を高い検出効率で測定できる量産装置に搭載可能なパーティクルモニタがあれば、検査用ウエハを用いた異物数測定が不要になるため、検査用ウエハのコストが低減できる。また、検査用ウエハを用いた異物数測定は所定のタイミングで行っており、例えば１日２回測定する。しかし、例えば１０分の１の確率で発生するような突発的なパーティクルの大量発生については、１日２回程度の測定ではすぐに検知できない可能性があり、数日間製品処理を継続してしまうようなこともあり得る。もし、常時、異物レベルを必要な精度で監視できるパーティクルモニタがあれば、異物粒子の突発的な発生をいち早く察知し、歩留まり低下を早めに阻止できるメリットが生じる。
【００１０】
本発明の目的は、100nm以下の粒径の異物粒子を高効率で検出できる、パーティクルカウンタを搭載したプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、常時、異物レベルを必要な精度で監視できるパーティクルモニタを搭載したプラズマ処理装置及びその異物粒子検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の代表的なものを示すと次のとおりである。すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、処理室と、プラズマ生成のための高周波電源と、ガスを供給するためのガス供給手段と、ガス排気ラインを介して前記処理室内を減圧するためのガス排気手段と、前記処理室内の圧力を調整するための調圧バルブと、被処理体を戴置するためのステージとを備え、さらに、前記ガス排気ライン途中にレーザー光を透過させるためのレーザー光源と、前記レーザー光内を通過した異物粒子による散乱光を検出するためのＩ−ＣＣＤカメラと、該Ｉ−ＣＣＤカメラで計測した画像から異物粒子の検出を行う異物判定検出ユニットとを備えており、前記異物判定検出ユニットは、前記計測した画像から、所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれるときに前記異物粒子を検出したと判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｉ−ＣＣＤカメラで取得した画像を、画像処理プログラムで処理して、各画素の信号強度の状態から略直線の画素列が存在する、換言すると複数の画素が実質的に直線で結ばれる状態を検出したら異物粒子が存在すると判定する。そのため、100nm以下の粒径の異物粒子を、容易に検出できる。また、検査用ウエハを用いた異物数測定が不要になり、常時、異物レベルを必要な精度で監視できるパーティクルモニタを搭載したプラズマ処理装置及びその異物粒子検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施例になる、パーティクルモニタを搭載したプラズマ処理装置の縦断面図である。
【図２Ａ】第１の実施例のパーティクルモニタユニットを上方から見た断面の概要図である。
【図２Ｂ】第１の実施例のパーティクルモニタユニットを側面から見た断面の概要図である。
【図３】異物粒子による散乱光強度（ａ）の異物粒子径依存性と、迷光について説明する図である。
【図４】第１の実施例における、異物判定プログラムのフロー図である。
【図５Ａ】Ｉ−ＣＣＤにおいてＣＣＤ素子の１画素あたりに入射する迷光の光子数が平均１個の場合の画像例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａの画像において、横軸を信号強度、縦軸をその信号強度となった画素数としてプロットした図である。
【図６】画像番号と、全画素の信号強度の合計値との関係を示す図である。
【図７Ａ】異物粒子よる散乱光が比較的強い場合の測定例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの画像において、横軸を信号強度、縦軸をその信号強度となった画素数としてプロットした図である。
【図８Ａ】異物粒子による散乱光強度が弱い場合の、計測画像例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａの画像における画素数と信号強度の相関を示す図である。
【図９Ａ】所定の強度以上の信号を得た画素が略直線で結ばれる状態を説明する図である。
【図９Ｂ】ある基点から所定の範囲以内の点を、結ぶ手順を説明する図である。
【図９Ｃ】図９Ｂにおいて、ある基点から所定の範囲以内の点を、所定の数以上結ぶことができるものを抽出した図である。
【図９Ｄ】図９Ｂの点に関し、１方向に各画素の信号強度を積算して比較することにより、異物粒子の検出を判断することを示す図である。
【図１０Ａ】信号強度２００以上の画素を白、２００未満の画素を黒として、異物粒子の軌跡を抽出する方法を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示した異物粒子の軌跡を抽出した結果を示す図である。
【図１１Ａ】比較的速度の早い異物粒子を計測したCCD画像である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示した異物粒子の軌跡を抽出した結果を示す図である。
【図１２Ａ】比較例として、図５Ａの画像から（Ａ）に示す図５Ａと同等のバックグランド光を差し引いた画像を（Ｂ）として示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの（Ｂ）の、信号強度と画素数の関係を示した図である。
【図１３Ａ】比較例として、図８Ａから図１２Ａの（Ａ）を差し引いた画像を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの画像における信号強度と画素数の関係を示した図である。
【図１４Ａ】本発明の第２の実施例として、観測領域を複数に分割した装置を上方から見た断面の概要を示す図である。
【図１４Ｂ】観測領域を複数に分割した装置を側面から見た断面の概要を示す図である。
【図１５Ａ】３つの検出器により異物粒子を捉えた場合の、信号の時間変化の例を示す図である。
【図１５Ｂ】バックグラウンド光のみによる信号の時間変化の例を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施例になる、排気ライン中を通過する異物粒子の検出装置に関し、排気ライン断面を上方から見た図である。
【図１７】図１６に示した配管の断面を示す図である。
【図１８Ａ】１つ検出器と１つのレーザー光源からなる単一の異物粒子検出器を複数個排気ラインに設置した装置の側面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの装置を上方から見た図である。
【図１９】異物粒子による散乱光のうち、前方散乱光側の光を測定する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明では処理室と、処理室にガスを供給する手段と、処理室を減圧する排気手段と、処理室内の圧力を調整するための調圧バルブと、被処理体を戴置するステージとを備えたプラズマ処理装置において、レーザーパワー密度100mW/mm2以上のレーザー光を前記調圧バルブが調圧中（全閉ではない状態）にできる隙間の直下に通し、異物粒子によって散乱されたレーザー光はイメージインテンシファイア付きのCCDカメラ（Ｉ−ＣＣＤカメラ）によって検出し、Ｉ−ＣＣＤカメラによって得られた２次元の画像において、所定の強度以上の信号を得られた複数の画素が略直線でフィッティングできるとき異物粒子を検出したと判断する信号処理系を具備させた。
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に適用したプラズマ処理装置及びその異物粒子検出方法の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
まず、本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本実施例のパーティクルモニタを搭載したプラズマ処理装置の例を示している。まずは本発明の適用対象であるプラズマ処理装置の全体構成について説明する。処理室１の上部にはマイクロ波を導入するための導波路が設置されている。また処理室１の上部には、マイクロ波を透過する天板３と、ガスを供給するためのシャワープレート５が設置されている。シャワープレート５に対向するように、処理室下方には被処理体であるウエハ２を載置するためのステージ４が設置されている。処理室内にガスを供給するための処理ガス供給系、及び、プラズマ生成のための高周波電力や、被処理体にバイアスを印加するための高周波電力については図示を省略した。処理室１の主排気ラインには、処理室内を減圧するためのターボ分子ポンプ４１と、ドライポンプ４２が設置されている。また、処理室内の圧力を調整するため、調圧バルブユニット４３が主排気ライン内でかつターボ分子ポンプ４１の上方に設置されている。処理室内で発生したパーティクルを検出するためのパーティクルモニタユニット１１６がターボ分子ポンプ４１と調圧バルブ４３の間に設置してある。処理室内の圧力を測定するため、真空計５４が処理室１に設置されている。また、全掃等で処理室を大気開放した後に真空引きを行う際、初期排気を行うためのバイパス排気ライン４８が処理室１とドライポンプ４２の間に設置されている。４４はメインバルブである。なお、主排気ラインとバイパス排気ラインを纏めて、処理室の排気系統と定義する。
【００１８】
次に、パーティクルモニタユニット１１６の構成について図２を参照して説明する。図２Ａはパーティクルモニタユニットを上方から、図２Ｂはパーティクルモニタユニットを側面から見た断面の概要を示している。パーティクルモニタユニットは、CCDカメラ（イメージインテンシファイア付きのＣＣＤカメラ（I-CCDカメラ））、及び異物判定検出ユニットを備えている。すなわち、フラッパーの隙間の直下にレーザー光を照射し、パーティクルによって散乱された散乱光（光子）をCCDカメラ１０３で計測する。またパーティクルモニタユニットは、異物判定検出ユニットとして、ＣＰＵやメモリを有するパーソナルコンピュータ１２０を備えており、メモリ上でプログラムを実行することにより、CCDカメラで取得された画像を処理してパーティクルの発生を検出、判定する機能を有する。すなわち、パーティクルモニタユニット１１６は、Ｉ−ＣＣＤカメラで計測した画像において、所定の強度以上の信号を得た画素が略直線で結ばれるときに、異物粒子を検出したと判断する機能を備えている。
【００１９】
レーザー光源ユニット１００には、パルス発振型のレーザー光源を用い、該レーザー光源から発振されたレーザー光は、ビームエキスパンダー等からなるビーム断面形状調整光学系１０１を介して、ビーム径やビーム断面形状を調整する。また、所定の断面形状に調整した後のレーザー光のパワー密度はレーザー断面の幅（半値全幅（ＦＷＨＭ））において100mW/mm2以上となっている。レーザー光の断面の高さ幅H（ＦＷＨＭ）は約10mmである。
【００２０】
レーザー光は、調圧バルブ４３（バタフライバルブ）の２枚のフラッパーの隙間の直下を通過し、ビームダンパー１０２によって終端する。レーザー光１１０を横切った異物粒子８０によって発生した散乱光１１８の一部は集光光学系１１７に入射し、Ｉ−ＣＣＤカメラ１０３により検出される。特許文献４に示したように、シャワープレートからガスを流した状態では、処理室内壁等から剥離して発生した異物粒子の多くはガスの流れによって排気側へ輸送される。多くの異物粒子はフラッパーの隙間を通過してターボ分子ポンプ内に入射するため、異物粒子はフラッパー８７の隙間の直下を通るレーザー光１１０を通過する確率が高い。即ち、異物粒子が通る確率が高い領域にレーザー光を照射することによって異物粒子の検出効率を高めている。
【００２１】
Ｉ−ＣＣＤカメラ１０３に入射するプラズマ光を低減するため、レーザー光と同程度の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ１０８を集光光学系１１７に設置してある。またＩ−ＣＣＤカメラのイメージインテンシファイア（ＩＩ）のゲートは、パーソナルコンピュータ１２０で制御されるパルスジェネレーター１０９によって、レーザーパルスとＩＩのゲートを同期するようにしている。これによってレーザーのパルス間、即ちレーザー光が発振されていないタイミングでは、Ｉ−ＣＣＤカメラのCCD素子にプラズマ光（プラズマ光によるノイズ）が記録されないようにしている。
【００２２】
次に、異物粒子による散乱光と、それ以外の迷光に関して述べる。図３は、異物粒子による散乱光強度（ａ）の異物粒子径依存性と、迷光について説明するためのものである。横軸は異物粒子の粒子径、縦軸は集光光学系に入射する光子数を示している。ここで迷光とは異物粒子以外の要因で発生したレーザーの散乱光を指すものとする。概ね100nm以下の粒径の異物粒子による光散乱はレイリー散乱となるため、異物粒子による散乱光強度は異物粒子径の6乗に比例する。即ち200nmの粒径の異物粒子に対して100nmの異物粒子ではレーザー散乱光強度は約１００分の１に低減することになる。迷光としては大きくは、レーザー導入窓やビームダンパー等での散乱・反射によって発生するもの（ｂ）と、ガスによるレイリー散乱（ｃ）に分けられる。ガスによるレイリー散乱光の強度は処理室内に供給するガスの圧力に比例するため、圧力が半分になればガスのレイリー散乱に起因する迷光の強度も半分になる。なお、以後の説明では単に迷光と記述した場合は、（ｂ）と（ｃ）の合計を示すものとする。
【００２３】
異物粒子を検出するためには、異物粒子による散乱光の絶対強度が大きいことに加えて、迷光の強度と比較して、できるだけ異物粒子による散乱光の強度が大きいことが望ましい。特に、位置分解能のない光電子増倍管（ＰＭＴ）等からなる光検出器を用いたときは、一般に異物粒子による信号の方が迷光による信号に比べて十分大きくなければ異物粒子を検出することは難しい。これは図３中のＹの領域に相当する。一方で、Ｉ−ＣＣＤのような位置分解能を有する検出器を用いた場合、画像処理を行えば、集光光学系に入射する迷光の光子数の方が異物粒子による散乱光の光子数より多い場合（図３中のＸの領域）でも異物粒子の検出が可能である。以下異物粒子の検出手順等を詳細に説明する。
【００２４】
本発明では、パーティクルモニタユニットの異物判定検出ユニットにおいて、図４に示したように、まず、Ｉ−ＣＣＤカメラ１０３により検出されたＣＣＤ素子の全画素のデータを取得し（Ｓ２００）、次に、異物判定検出機能を有する画像処理プログラムにより５つのＳＴＥＰ（Ｓ２０１〜Ｓ２０５）の異物粒子検出の処理を行い、いずれかのステップで異物粒子を検出した場合は、さらに「異物粒子の径」の判定を行う（Ｓ２０６）。いずれのステップでも異物粒子を検出しなかった場合は、「異物粒子検出せず」の判定（Ｓ２０７）を行って、処理を終了する。
【００２５】
まず、Ｓ２００で取得するＣＣＤ素子の全画素のデータとは、例えば図５Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図１１Ａに測定例として示したような、Ｉ−ＣＣＤカメラ１０３により検出された１画面の全画素のデータである。なお、図示した例では、１つの画素が観測している空間領域が0.05mm幅相当である。
【００２６】
図５Ａは、Ｉ−ＣＣＤにおいてＣＣＤ素子の１画素あたりに入射する迷光の光子数が平均１個の場合、換言すると異物粒子が検出されない場合の、画像例を示している。画素数は縦横200×200、合計で40000画素となっている。集光光学系に入射する迷光の光子数の合計は約40000個である。ここで、集光光学系に１個の光子が入射したとき、ＣＣＤの素子上では半値幅が数画素、中央の画素での信号強度が最大100となるように規格化して示した。Ｉ−ＣＣＤカメラに入射した１個の光子による信号が、ＣＣＤ素子上で数画素に広がって記録されるのは、主にイメージインテンシファイアに起因するものである。図５Aでは、信号強度0を黒、信号強度400以上は白となるように信号強度0から400の間をグレースケールで表示した。図５Bは図５Ａの画像において、横軸を信号強度、縦軸をその信号強度となった画素数としてプロットしたものである。図５Ｂの下側の図は図５Ｂの上側の図において、縦軸が0〜10付近を拡大して示したものである。信号強度100〜200となった画素数はそれぞれ約200〜250個であり、一方で信号強度が500を大きく超える画素は無い。全画素の信号強度合計値は約500万である。
【００２７】
迷光はランダムに入射する光であり、またイメージインテンシファイアでの信号増倍等もランダムな要素を含むため、撮影画像によって全画素の信号強度の合計値は完全には一定値とはならず、例えば、図６に示すようにある程度の変動がある。図６の横軸は画像番号、縦軸は全画素の信号強度の合計値を示している。
【００２８】
なお、図６において、画像番号１〜２０の範囲が、異物粒子を捉えていないときの図５Aのような画像の場合を示している。一方、図６の画像番号２１は図８Ａに示したような、異物粒子による比較的弱い散乱光を計測した場合、画像番号２２は図７Ａに示したような異物粒子による比較的強い散乱光を計測した場合、すなわち全画素の信号強度合計値がある一定のスレショルド値αを超えた場合、を示している。
【００２９】
次に、最初の異物粒子検出ＳＴＥＰ（Ｓ２０１）について述べる。Ｓ２０１では、単純に、「CCD素子の全画素の信号強度の合計値が、所定の値以上か否か」の基準で異物粒子の有無を判定する。このＳ２０１では、異物粒子よる散乱光がスレショルド値αを超えた比較的強い場合の測定例、すなわち、Ｓ２００で取得した画像が図７Ａに示した画像、換言すると、図６中において画像番号２２に相当する場合の異物粒子の有無を判定する。図７Ａに示したように、異物粒子の軌跡はＸ〜X’間において略直線として示されている。ここで、観測領域は10×10mmである。即ち一画素の観測範囲は0.05×0.05mmである。レーザーパルス周波数は10kHz、異物粒子の速度は約0.5m/sであり、輸送方向は概ね直線である。レーザー１パルス毎に異物粒子によって散乱された光子のうち、集光光学系に入射する光子数は平均5個である。レーザー１パルスあたりの異物粒子の移動距離は約0.05mmであるから、レーザーパルス１ショット毎に、異物粒子の像は概ねＣＣＤ上で１つ隣の画素へ移動することになる。この場合、異物粒子の軌跡は連続した直線の軌跡として捉えられる。集光光学系に入射した迷光の光子数は図５と同様に40000個である。
【００３０】
図７Aに示したように、異物粒子の散乱光を捉えた画素の信号強度が、迷光のみを捕らえた画素の信号強度（図５A）に対して比較的大きい場合は、図６中に示したように、ある一定のスレショルド値αを超えたかを判断することにより、全画素の信号強度の合計値から異物粒子の検出を判断できる。さらに、１つの異物粒子による信号強度が弱い場合（微小な異物粒子の場合）でも、複数個同時に計測されている場合は、信号強度の合計値から同様な手法で異物粒子の検出を判定できる。このような処理をS２０１にて行う。
【００３１】
次に、２番目の異物粒子検出処理Ｓ２０２について述べる。この処理では、図７Ａ、図７Ｂに示したような画像について、Ｓ２０１とは異なる方法、すなわち、信号強度以上となった画素の合計数が所定の画素数以上となったか、の判定基準で異物粒子の有無の検出を行う。異物粒子が検出されない図５Ｂと比較して、図７Ｂの例では、信号強度500以上となる画素が明らかに多くなっている。そのため、「所定の信号強度以上となった画素の合計数が所定の画素数以上となったとき異物粒子を観測した」とすれば、異物粒子の検出を判定できる。即ち、Ｓ２０２において、例えば「信号強度7００以上の画素が合計で２０画素以上のとき異物粒子を計測した」と定義すればよい。このＳ２０２の方法では、散乱光強度が大きい、即ち、粒径の比較的大きい異物粒子の検出に有効である一方で、散乱光強度の弱い、即ち粒径の比較的小さい異物粒子を複数個捉えたときには「異物粒子の検出」を判断することがS２０１と比べて難しくなる。従って、非常に大まかに言うと、S２０１、S２０２共に「異物粒子の検出」と判定される場合は、粒径の大きい異物粒子を検出し、S２０１では「異物粒子検出」となってもS２０２で「異物粒子検出」とならなければ、微小な異物粒子を複数個同時に捉えたことを示していることを意味しており、Ｓ２０６における検出異物粒子の粒径の判定に役立つ。
【００３２】
次に、３番目の異物粒子検出処理Ｓ２０３では、Ｓ２００で取得した画像における異物粒子よる散乱光が比較的弱く、Ｓ２０１、Ｓ２０２では異物粒子を検出できなかった場合の異物粒子を測定する。ここでは、「ある一定以上の信号強度となった画素を概ね直線で辿ることができるか」という判定基準により、異物粒子による散乱光強度が弱い場合（且つ、同時に多数の異物粒子が観測されていない場合）の異物粒子の検出を行う。この場合の計測画像例を図８Ａに示す。XからX’間に直線状に異物粒子の軌跡が捉えられている。観測領域や条件、異物粒子の速度等は図７と同様であり、レーザー１パルス毎に異物粒子によって散乱された光子のうち、集光光学系に入射する光子数は平均1個である（図７の場合の１／５）。この場合、S２０１のように全画素の信号強度の合計値は図６中の画像番号２１のようになり、図６中のαよりも小さく、従って、異物粒子が写っていない画像の信号強度の合計値と明確な差がなくなる。また、図８Ｂに画素数と信号強度の相関を示したが、図５Ｂと大きな差はなく、Ｓ２０２の方法でも検出は難しい。そのため、Ｓ２０３では、以下に述べる方法で、異物粒子の軌跡を画素上で追跡することによって異物粒子の検出を行う。
【００３３】
まず、図１で示したように、バタフライバルブ４３の下方にレーザー光１１０を通し、その散乱光を側面から観測する場合、異物粒子の軌跡は略直線となる。直線にならない場合の例としては、例えば論文（Thin Solid Films 516 (2008) 3469-3473）にあるように、プラズマ放電中に被処理体直上を運動する異物粒子が上下に振動運動しながら被処理体に平行方向へ輸送されることが挙げられる。
【００３４】
そこで、異物粒子の軌跡が略直線であると予測される場合は、ある一定以上の信号強度となった画素を概ね直線で辿ることができるかを判断することによって、迷光によるノイズか異物粒子による信号かを判断することができる。この方法を、図９Ａ〜図９Ｄを用いて説明する。
【００３５】
まず、図９Ａは、所定の強度以上の信号を得た複数の画素が略直線で結ばれる、換言すると、「ある一定以上の信号強度となった複数の画素を概ね直線で辿ることができる」という状態を説明する図である。異物粒子はガスの流れに乗っているので、その軌跡はガスの流れにほぼ沿っている。すなわち、Ｓ２００で取得した画像に異物粒子が含まれる場合、その軌跡は、一般に、画像の一方の軸、ここでは縦（Ｙ）軸若しくはそれに近い角度（略プラスマイナス１０度）の軸線に沿って、略直線となっている。そこで、Ｓ２００で取得した画像５００内で、任意のＹ軸に沿った、所定の幅Ｗの矩形領域５２０を想定しこの領域内に、所定値以上の信号強度の画素５３０（５３０−１〜５３０−５）が、所定のピッチＳ以内で、所定の長さＬだけ存在する場合、略直線の画素列が存在する、換言すると複数の画素が実質的に直線で結ばれる、と判定する。図９Ａ中の画素５４０は、所定値よりも低い信号強度の画素を示している。一例として、矩形領域５２０の所定の幅Ｗを中央の画素列に対してＸ軸と直角方向に各１画素以内とし、ピッチＳは中央のＸ軸に沿って上下各２画素以内、所定の長さＬはＸ軸に沿って５画素相当分以上とする。あるいは、測定条件によっては、幅Ｗを２画素以内、ピッチＰを５画素以内、長さＬを３０画素以上とする。このような条件で、所定の長さＬの実質的に直線状態にある画素列が検知されたら、「異物粒子の軌跡」と判定する。上記画素列を抽出すると共に、上記画素列の条件を満たさない画素５３０のデータを削除することにより、実質的に直線状態にある画素列のデータが得られる。
【００３６】
より具体的な例について、図９Ｂで説明する。図９Ｂは、10×10の範囲の100画素を示しており、例えば信号強度200以上の画素は白、200未満は黒で示した。まずＹ＝１において、Ｘ＝１から順に２００以上の強度の画素を探す。すると（Ｘ，Ｙ）＝（２，１）において該当する画素がある。次に、この画素の座標を（Xn=1、Yn=1）＝（２，１）として、ΔＸで±１、ΔＹで５以内、即ち（Ｘn=2，Ｙn=2）＝（Ｘn=1＋ΔＸ（−１≦ΔＸ≦１）、Yn=1＋ΔY（ΔY≦５））の範囲（図９Ｂ中のaの範囲）で強度２００以上の画素があるかを探す。すると、（Ｘ，Ｙ）＝（２，５）に該当する画素がある。次にこの位置を基点に同様にＸで±１、Ｙで＋５以内の範囲（図９Ｂ中のb）の範囲を探す。しかし、該当する画素は無いため、これ以上画素を結ぶことはできない。また（X、Y）＝（８，２）を基点にした場合においても、同様にΔX＝±１、ΔY≦５の範囲（図９Ｂ中のｃの範囲）には強度２００以上の画素は無いため、線を結ぶことはできない。対して、（Ｘ，Ｙ）＝（５，１）の画素を基点（n=１）とし、、ΔＸ＝±１、ΔＹ≦５の範囲を探すと、（Ｘ、Ｙ）＝（５，３）に該当画素（n=２）があり、さらにこれを基点にΔＸ＝±１、ΔＹ≦５の範囲を探すと、（Ｘ，Ｙ）＝（６，４）の座標に該当画素（n=３）を探すことができる。この手順を繰り返して、ある基点から所定の範囲以内の点を、合計で所定の画素数以上（例えば５画素）結ぶことができるものを抽出すると図９Ｃのようになる。図９Ｃでは、最初の基点から８画素（n=１〜８）を長さ１０画素の略直線で結ぶことができる。このような作業によって異物粒子の軌跡を抽出することができる。当然、略直線で結んだ時の該略直線の長さが所定の長さ以上であることも判定基準となる。異物粒子検出の判定基準を整理すると以下の３つとなる。  
（１）所定の信号強度以上となる画素（ｎ番目）を起点として所定のΔX及びΔYの範囲以内に、所定の信号強度以上となる次の画素（ｎ＋１番目）を探し、
（２）上記（１）の作業を所定の回数（ｎ）以上繰り返すことができる（ｎが所定の値以上となる）。  
（３）略直線の長さが所定の長さ以上となる。  
即ち、始点の画素（ｎ＝１）から終点の画素（ｎ＝最大値）を結ぶ略直線の長さが所定の長さ以上となる。
【００３７】
同様な手法によって図８Aを解析した結果を、図１０に示す。図１０Aでは信号強度２００以上の画素を白、２００未満の画素を黒としたものである。図１０Aにおいて、例えば最初の起点から始まってXn+1＝Xn＋ΔX（ΔX=±２）、Yn+1＝Yn＋ΔY（ΔY≦５）と定義した所定の範囲に強度２００以上の画素があるかを判定して直線で結べるかを判定し、且つその直線上に例えば強度２００以上の画素が５０画素以上（即ちｎ≧５０）となる場合を異物粒子の軌跡と判断すると、図１０Ｂに示したように異物粒子の軌跡を抽出することができる。このような判定をＳ２０３で行う。
【００３８】
次に、４番目の異物粒子検出処理Ｓ２０４で、図８Ａに示したような異物粒子による散乱光が比較的弱い場合の異物粒子について、Ｓ２０３とは異なる方法により測定する。ここでは、「１方向に各画素の信号強度を積算した値が所定値以上か」により、異物粒子の有無を判定する。すなわち、異物粒子の軌跡が直線であると推定できる場合には、例えば図９Ｂにおいて、所定の矩形領域毎に１方向に各画素の信号強度を積算して比較することでも異物粒子の検出を判断できる。これを図９Ｄに示した。図９Ｄの縦軸は１方向すなわちX=nとX=n+1の列において、２００以上の強度の画素の数を示し、横軸はX座標ｎを示している。図９Ｄから分かるように、X=５とX=６の列における２００以上の強度の画素数が、他の列に比べて有意に大きくなっており、このような手法によっても異物粒子の有無を判定することができる。Ｓ２０４は、処理はシンプルであるが、S２０３と比べて、軌跡が曲がっていると検出能力が低下する。
【００３９】
次に、５番目の異物粒子検出処理Ｓ２０５として、異物粒子の速度が速いために、Ｓ２００で取得した画像における異物粒子よる散乱光が比較的弱く、さらに連続した直線にはならないためにＳ２０１〜Ｓ２０４では異物粒子を検出できなかった場合の検出方法について述べる。ここでは、「ある一定以上の信号強度の複数の画素が略直線上に概ね等間隔で並んでいるか」により検出を行う。例えば、図５と同様に200×200画素が10mm×10mmの範囲を観測し、レーザーのパルス周波数が10kHz、異物粒子の速度が5m/sである場合、レーザー１パルス間で移動する異物粒子の距離は0.5mmである。１画素あたりの観測範囲は0.05×0.05mmであるから、異物粒子による散乱光は約10画素毎に記録され、異物粒子による軌跡は点線として観測される。この例を図１１Ａに示した。図１１Ａ中のＸからＸ’間に点線状に異物の軌跡が捉えられている。迷光は１０画素で平均１個であり、全体として4000個の光子が入射している。
【００４０】
最初の基点Xn=1、Ｙn=1をＹ＝１〜２０の範囲で信号強度が１００以上の画素を選び出し、Xn+1＝Xn＋ΔＸ（−２≦ΔＸ≦２）、Yn+1＝Yn＋ΔＹ（８≦ΔＹ≦１２）として信号強度１００以上の次の点を探し出せるかを判定し、結果、１５点以上結べた画素のみを抽出すると、図１１Ｂの画像が得られる。迷光がある一定値以下の場合、ランダムなノイズが偶然等間隔で且つ直線上に並ぶ確率は非常に低いため、誤検出の確率を下げながらも、微小異物粒子による微弱な散乱光を検出できる。ただし、Ｓ２０５ではΔＹに下限と上限を設けて、検索範囲を狭めているため、予測される異物粒子の速度に合わせてΔＹの範囲を決定すると効果的である。また、ガスの流れ速度が観測範囲で一定でない場合は、ガスの流れ速度分布に応じて、ΔＸ、ΔＹを座標毎に変化させるようにした方が望ましい。
【００４１】
以上、図４に示した異物粒子検出に関する５つのＳＴＥＰ（Ｓ２０１〜Ｓ２０５）のいずれかを経て、「異物粒子検出」の判定を行うことができ、次に異物粒子による散乱光の強度や推定される速度等から異物粒子の粒径を判定する（Ｓ２０６）。もし、５つのＳＴＥＰのいずれにも該当しない場合は、「異物粒子検出せず」と判定して（Ｓ２０７）、異物粒子検出の処理を終了する。
【００４２】
次に、本発明の異物粒子検出に用いられるレーザー断面の大きさ、及びレーザーのパルス周波数について述べる。処理室内における異物粒子の速度は、ターボ分子ポンプで跳ね返された異物粒子における高速成分等を除き、一般に数十m/sよりは低速であると考えることができる。これはガスの流れ速度が数十m/s以下であることによる。そのため、観測領域について、異物粒子の進行方向側のレーザー光の幅（図２におけるH）は、観測領域のガスの速度、または予測される異物粒子の速度をV、レーザーの周波数をF、レーザー光の幅をHとしたとき、次式（１）の関係にあることが望ましい。
H≧５×Ｖ／Ｆ        （１）
例えば、異物粒子の速度を１０ｍ／ｓ、レーザーの周波数を１０ｋＨｚとすると、
H  =  ５  ×  １０［ｍ／ｓ］  ／  １００００［ｓ−１］
となり、
Ｈ  ≧  ０．００５［ｍ］
となる。
【００４３】
Hを５ｍｍとすると異物粒子の軌跡は５つの等間隔に並んだ点として観測される。もちろんレーザー１パルスにおいて、集光光学系に入射する異物粒子による散乱光の光子数は１個よりも十分大きいことが条件である。  
集光光学系に入射する異物粒子による散乱光を増加させるためにはレーザー光のパワー密度やパルスエネルギーを上げることが有効である。
【００４４】
レーザー１パルスあたりの単位断面エネルギーが概ね10μJ/mm2以上であれば、レーザー光から数十cm離れた場所に設置したやや大型のカメラレンズおいて、粒径80nm程度の大きさの異物粒子による集光光学系への入射光子数がレーザー１パルスあたり数個が期待できる。従って、レーザーの単位断面あたりの平均エネルギーをＰとすると、次式（２）の関係を満たすことが望ましい。
Ｐ［mＷ/mm2］  ≧  1×10−２  ×  Ｆ［Ｈｚ］      （２）
F＝１０ｋHzとすると、Pは100ｍW/mm2以上となる。また、レーザー光の高さHは、例えば数十ｃｍとするとTMPと調圧バルブの距離が離れすぎるためエッチング装置全体の高さが大きく変わるため望ましくなく、数mm〜数十mmであることが望ましい。そのため、Ｆは概ね１０ｋＨｚよりは高い周波数であることが望ましい。
【００４５】
なお、図４の異物粒子検出処理S２０５による異物粒子の検出を大きく期待する場合は、Pはもう少し大きい値、例えばP≧５００ｍW /mm2程度のレーザーパワー密度が望ましい。また、集光光学系に入射するプラズマ光が迷光に対して微弱なときは、パルスレーザーではなく、ＣＷレーザーを用いることも可能である。ただし、この場合Ｓ２０５の処理による異物検出は困難になる。
【００４６】
なお、本発明は調圧バルブを備えたプラズマ処理装置、すなわち、プラズマエッチング処理装置やＣＶＤ処理装置に適用可能である。
【００４７】
以上述べたように、本発明によれば、Ｉ−ＣＣＤカメラで取得した画像を、画像処理プログラムで処理して、各画素の信号強度の状態から略直線の画素列が存在する、換言すると複数の画素が実質的に直線で結ばれる状態を検出したら異物粒子が存在すると判定する。そのため、100nm以下の粒径の異物粒子を、容易に検出できる。また、検査用ウエハを用いた異物数測定が不要になり、常時、異物レベルを必要な精度で監視できる。
【００４８】
［比較例］
次に、実施例１に対する比較例として、Ｉ−ＣＣＤカメラ１０３により検出された画像から異物粒子が写っていない画像を差し引くという画像処理方法について簡単に述べる。図１２Ａの（Ａ）は、図５Ａと同等のバックグランド光を捉えた別の画像である。図１２Ａの（Ｂ）は、図５Ａの画像から図１２の（Ａ）の画像を差し引いた画像である。差し引いた結果、信号強度がマイナスの値なった画素については信号強度０として黒で示している。図１２Ｂは、図１２Ａの（Ｂ）について、信号強度と画素数の関係を示したものである。図１３Ａは、図６Ａから図１２Ａの（Ａ）を差し引いた画像を示している。また、図１３Ｂは、図１３Ａの画像における信号強度と画素数の関係を示したものである。
【００４９】
図１３Ｂと図１２Ｂとの比較からも分かるように、両者に大きな違いは見られない。すなわち、検出された画像からバックグランド光を差し引く処理を行っても、異物粒子の検出感度を高める効果は少ないか、場合によっては逆効果になることもある。この理由は、迷光によるノイズ信号はランダムな分布であり、ランダムな分布をもつ画像から別のランダムな分布をもつ画像を差し引いても、結果としてランダムな分布を持つ画像しか得られない。即ち、迷光による信号強度が例えば１画素あたり平均１個レベルのような、迷光強度が比較的弱い場合は、異物粒子が捉えられている画像から、異物粒子が写っていない画像を差し引いても、異物粒子の検出精度を大きく高めることはできない。
【実施例２】
【００５０】
次に、第２の実施例として、第１の実施例で述べたＩ−ＣＣＤのような空間分解能を有していない、例えばＰＭＴ等の光検出器を異物粒子の検出に用いた場合の例について述べる。本実施例は、処理室と、プラズマ生成のための高周波電源と、ガスを供給するためのガス供給手段と、処理室内を減圧するためのガス排気手段と、処理室内の圧力を調整するための調圧バルブと、被処理体を戴置するためのステージとを有するプラズマ処理装置において、前記調圧バルブが処理室内を調圧しているときにできる隙間の直下にレーザー光を透過させ、ＰＭＴ等の複数の光検出器によって異なる領域を観測し、前記複数の光検出器が所定の強度以上の信号を所定の時間差で検出したときに異物粒子を検出したと判断するようにしたことを特徴とする。以下、詳細に説明する。
【００５１】
例えば、図７に示したような測定条件であっても、光電子増倍管（ＰＭＴ）のような、位置分解能のない検出器では、同じ10×10mmの範囲を観測した場合、何らかの工夫をしないと異物粒子の検出を判断することは難しい。その理由は次の通りである。異物粒子の速度は略0.5m/sであるから、Ｉ−ＣＣＤの露光時間は少なくとも約20msあれば図７Ａの画像を得ることができる。20ms間のレーザーのショット数は200回である。集光光学系に入射する迷光の光子数は40000個であるから、レーザー１ショットあたりの迷光の入射量は光子数200個である。一方で、レーザー１ショットあたりの異物粒子による散乱光の集光光学系への入射光子数は5個であるから、レーザー1ショット間毎に異物粒子の検出を判定したとしても、迷光の方が40倍程度強い。そのため、異物粒子の信号は迷光によるノイズに埋もれてしまう。もし、観測範囲を４００分の１、即ち、例えば0.5mm×0.5mmと小さくすれば、集光光学系に入射する迷光の光子数はレーザー１ショットあたり平均0.5個となり、一方で異物粒子による散乱光の入射光子数は平均5個であるため、異物粒子による散乱光の方が１０倍程度強くなり、異物粒子の検出が容易になる。
【００５２】
即ち、位置分解能の無い検出器を用いる場合は、迷光を低減するか、あるいは観測範囲を小さくする必要である。ただし、ガスによるレイリー散乱が迷光の支配要因である場合、ガス圧を下げれば迷光は低減できるが、プラズマ処理条件を変更する必要があるためこれは容易ではない。一方で観測領域を狭める場合、異物粒子が観測領域を通過する確率が低下するため、検出率が低下するデメリットが生じる。
【００５３】
位置分解能を有しない光検出器を用いながらも広い範囲を観測して検出率を高めるためには、観測領域を複数に分割し、複数個の検出器用いて、各検出器それぞれが、別々の領域を観測する必要がある。しかし、これは位置分解能を持った検出器を設置したことと同等である。そこで、異物粒子の輸送方向及び速度がある程度予測できる場合は、２つ以上の検出器を用いて、おのおのが異なる場所を観測し、２つ以上の検出器で得られた信号の時間差から異物粒子の検出を判断できるようにすればよい。この例を図１４に示す。図１４Aは観測領域を複数に分割した装置を上方から、図１４Ｂは側面から見た断面の概要を示している。この実施例では、調圧バルブが処理室内を調圧しているときにできる隙間の直下にレーザー光を透過させ、複数の光検出器によって異なる領域を観測し、これら複数の光検出器が所定の強度以上の信号を所定の時間差で検出したときに異物粒子を検出したと判断する。
【００５４】
すなわち、断面が高さ方向に長い矩形のレーザー光１１０を２枚のフラッパー８７の隙間の直下に通し、レーザー光の上方Ｕと中間Ｖと下方Ｗの３つの領域を３つの集光光学系１１７−１〜１１７−３を用いて等間隔で異物粒子８０を観測する。集光光学系で集めた光は光ファイバー１２１を通してそれぞれＰＭＴを用いた光検出器１１９−１〜１１９−３にて測定する。
【００５５】
図１５に、３つの検出器による信号の時間変化の例を示す。図１５Ａは異物粒子８０を捉えた場合、図１５Ｂはバックグラウンド光のみによる信号の例を示している。横軸は時間、縦軸は信号強度を示している。図１５において点線kは異物検出による信号と迷光によるノイズを区別するためのスレショルド値を示している。図１５Ａにおいて、時間t1にて異物粒子８０がレーザー光１１０の上方Uの領域に進入したとき、領域Uを観測している検出器１１９−１にて平均的な迷光よりも強い光による信号を検知している。そして時刻t2において、異物粒子が観測領域Vに到達したとき、領域Vを観測している検出器１１９−２がスレショルドk以上の光を検出する。そしてt2とt1の時間差Δt1-2と同程度の時間Δt2-3が経過したt3において、異物粒子が観測領域Wに到達し、このとき、領域Wを観測している検出器１１９−３がスレショルド値k以上の光信号を検出する。これは、異物粒子８０の運動が概ね直線であり、且つ速度が大きく変わらないために、時間的に等間隔で３つの検出器で順番に異物粒子からの散乱光を検出できることを利用したものである。
【００５６】
一方で、図１５Bに示したように、時刻t4において検出器１１９−１がスレショルドkを超える信号を検出し、次に時刻t5において検出器１１９−２がスレショルドkを超える信号を検出しても、t4からr5の時間差Δt4-5に相当する時間Δt5-6経過後のt6ではスレショルドを超える信号を検出器１１９−３は検出していない。そしてΔt4-5とは大きく異なるΔt5-7経過後のt7で検出器１１９−３がスレショルドkを超える信号を捉えている。このような場合は、得られた一連の信号は異物粒子によるものではなく、ランダムな迷光による信号と判断する。このように、複数の検出領域で計測される信号の時間差を合わせて考えることにより異物粒子の検出感度を上げることができる。
【００５７】
なお、観測領Ｕ，Ｖ，Ｗそれぞれの間隔が等間隔である必要はなく、等間隔でない場合はそれに応じた、タイミング差でスレショルドを超える信号を検出したかを判断すればよい。さらに、ガスの流れ速度が観測領域において大きく変化している場合は、異物粒子の検出タイミングにずれが生じる。この場合は、あらかじめガスの流れ速度に応じて検出タイミングを予測するのが望ましい。例えばガスの流れがＶ−Ｗ間に比べてＵ−Ｖ間の方が約10%早い場合、異物粒子はＵからＶの領域に移動する時間の方が、ＶからＷへ移動する時間の方が約10%程度短い。従って、このような場合、次式（３）
Δt1-2  ≒  １．１  ×  Δt2-3            （３）
である時に異物粒子を検出したとすればよい。
【００５８】
本実施例によれば、異物粒子の輸送方向が概ね直線となるように検出部及び検出光学系を設置し、得られた信号と異物粒子の輸送速度から推定される信号強度が一致したときに、異物粒子の検出を判断することにより、100nm以下の粒径の異物粒子を容易に検出できる。
【実施例３】
【００５９】
実施例２で述べたような測定は、例えば排気ライン中を通過する異物粒子の検出にも応用できる。この例を本発明の第３の実施例として図１６、図１７に示す。本実施例は、処理室と、プラズマ生成のための高周波電源と、ガスを供給するためのガス供給手段と、処理室内を減圧するためのガス排気手段と、処理室内の圧力を調整するための調圧バルブと、被処理体を戴置するためのステージとを有するプラズマ処理装置において、処理室とガス排気手段を接続するガス排気ラインの途中に、レーザー光を通し、複数の領域を観測するための複数の光検出器を設置し、該複数の光検出器が所定の強度以上の信号を検出したタイミングが所定の間隔であるときに異物粒子を検出したと判断することを特徴とする。以下、詳細に説明する。
【００６０】
図１６は、排気ライン４８及びパーティクルモニタユニット１１６の断面を上方から見た図、図１７は排気ラインの断面を見た図である。排気ライン４８の途中にレーザー光１１０を通し、観測領域をＵ，Ｖ，Ｗの３つの領域に分け、それぞれの領域を観測している検出器１１９−１、１１９−２、１１９−３が所定の時間差で所定の強度以上の信号の検出を判断することによって、異物粒子の検出感度を高めることができる。
【００６１】
また、図１８（図１８Ａは排気ライン４８及びパーティクルモニタユニット１１６を側面から見た図、図１８Ｂは上方から見た図）に示すように、１つ検出器１１９と１つのレーザー光源１１０からなる単一の異物粒子検出器を複数個、排気ライン４８に直列に設置し、個々の検出器からの信号の時間差をモニタする方法でもよい。また、異物粒子がレーザー光を通過する確率が高くなるように、異物粒子の流れ方向を調整するための流れ制御板１１２を設置するとよい。また、これまではレーザー光源にパルス駆動のレーザーを用いていたが、プラズマによるバックグラウンド光が無い、または無視できる場合には、ＣＷレーザーを用いてもよい。
【００６２】
なお、以上述べた実施例では集光光学系はレーザー光１１０に対して垂直方向に設置していたが、図１９に示したように、バンドパスフィルタ１０８、集光光学系１１７及びＩ−ＣＣＤカメラ１０３を、レーザー光１１０の光軸と斜めに交差する位置に配置し、異物粒子による散乱光のうち、前方散乱光側の光を測定するようにしてもよい。当然、後方散乱側を測定するように検出器を設置してもよいことは言うまでも無い。
【００６３】
本実施例によれば、異物粒子の輸送方向が概ね直線となるように検出部及び検出光学系を設置し、得られた信号と異物粒子の輸送速度から推定される信号強度が一致したときに、異物粒子の検出を判断することにより、100nm以下の粒径の異物粒子を容易に検出できる。
【符号の説明】
【００６４】
１：処理室、２：被処理体、３：天板、４：ステージ、５：シャワープレート、４１：ターボ分子ポンプ、４２：ドライポンプ、４３：調圧バルブユニット、４４：メインバルブ、４８：バイパス排気ライン、５４：真空計、８０：異物粒子、８７：フラッパー、１００：レーザー光源ユニット、１０１：レーザー断面形状調整光学系、１０２：レーザー終端ユニット、１０３：Ｉ−ＣＣＤカメラ、１０８：バンドパスフィルタ、１０９：パルスジェネレーター、１１０：レーザー光、１１２：流れ制御板、１１６：パーティクルモニタユニット、１１７：集光光学系、１１８：パーティクルによるレーザー散乱光、１１９：光検出器、１２１：光ファイバー。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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