(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬液の流路を形成するフローセルと、
レーザ光の光源と、
受光素子アレイと、
前記流路における前記薬液の進行方向に対して垂直な方向から前記薬液に前記レーザ光を照射する照射光学系と、
前記流路内の前記レーザ光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、前記受光素子アレイに集光する集光光学系と、
前記受光素子アレイの出力信号に基づいて、前記検出領域の粒子を計数する信号処理部とを備え、
前記検出領域の中心での前記レーザ光のエネルギ密度は、３×１０８ｍＷ／ｃｍ２以上であり、
前記受光素子アレイは、複数の受光素子を有し、前記複数の受光素子は、それぞれ、（ａ）前記粒子からの散乱光のスポット径より大きい縦および横の幅を有し、（ｂ）前記集光光学系を介して、前記検出領域における、サイズが７６０μｍ２以下の領域における粒子からの散乱光を受光し、
前記信号処理部は、最小可測粒径０．０３μｍに対応するしきい値で前記検出領域の粒子を計数可能であること、
を特徴とする薬液用パーティクルカウンタ。
【請求項２】
前記レーザ光の波長は、５３２ｎｍであり、
前記薬液の屈折率は、１．２６から１．４３までのいずれかであること、
を特徴とする請求項１記載の薬液用パーティクルカウンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液用パーティクルカウンタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの製造において、歩留り改善は重要な課題であり、使用される薬液に含まれている不純物の粒子がプロセスに影響を与えるため、薬液中の粒子の管理粒径がＩＴＲＳ（International Technology Roadmap for Semiconductors）に記載されている。そのため、薬液中の粒子を計数することで、薬液がそのような基準を満たしているかが確認できる。
【０００３】
薬液中の粒子を比較的低コストで測定する装置としてパーティクルカウンタがある。パーティクルカウンタでは、薬液流体にレーザ光を照射し、薬液流体中の粒子からの散乱光を観測して、粒子を計数している。
【０００４】
薬液では、薬液自体によるレーザ光の散乱などがあるため、薬液中の粒子を測定する場合、水の中の粒子を測定する場合に比べ、背景ノイズが大きくなる。そのため、あるパーティクルカウンタは、検出信号において、背景ノイズに起因する高周波成分を減衰させて、ＳＮ比を向上させている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−９２５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、半導体ウェハの製造におけるプロセスルールの微細化によって、ハーフピッチ２０ｎｍの超微細構造が量産に用いられるようになっており、薬液中の粒径０．０３μｍの粒子を計数するパーティクルカウンタが要求されている。市場では薬液中の粒径０．０４μｍの粒子を計数可能なパーティクルカウンタが販売されているものの、薬液中の粒径０．０３μｍの粒子を計数することは困難である。
【０００７】
図５は、パーティクルカウンタにおける散乱光の検出信号を説明する図である。図５に示すように、ノイズレベルより高い電圧にしきい値が設定され、粒子からの散乱光の波高値Ｖｐｅａｋがしきい値を超えたパルスが計数される。
【０００８】
つまり、最小可測粒径に対応する波高値がノイズレベルより高くなるようにし、最小可測粒径に対応するしきい値Ｖｍｉｎでノイズと粒子からの散乱光のパルスとを弁別しなければならない。一般に、粒径が光源波長より十分小さい場合、粒子からの散乱光は粒径の６乗に比例するため（レイリー散乱）、粒径が小さくなるほど、波高値Ｖｐｅａｋは低くなる。そのため、薬液中の粒径０．０４μｍの粒子を計数可能であっても、薬液中の粒径０．０３μｍの粒子をただちに計数できるものではない。
【０００９】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、薬液中の粒径０．０３μｍの粒子を計数できる薬液用パーティクルカウンタを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る薬液用パーティクルカウンタは、薬液の流路を形成するフローセルと、レーザ光の光源と、受光素子アレイと、流路における薬液の進行方向に対して垂直な方向から薬液にレーザ光を照射する照射光学系と、流路内のレーザ光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、受光素子アレイに集光する集光光学系と、受光素子アレイの出力信号に基づいて、検出領域の粒子を計数する信号処理部とを備える。そして、検出領域の中心でのレーザ光のエネルギ密度は、３×１０８ｍＷ／ｃｍ２以上であり、受光素子アレイは、複数の受光素子を有し、複数の受光素子は、それぞれ、（ａ）粒子からの散乱光のスポット径より大きい縦および横の幅を有し、（ｂ）集光光学系を介して、検出領域におけるサイズが７６０μｍ２以下の領域における粒子からの散乱光を受光し、信号処理部は、最小可測粒径０．０３μｍに対応するしきい値で検出領域の粒子を計数可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薬液中の粒径０．０３μｍの粒子を計数できる薬液用パーティクルカウンタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る薬液用パーティクルカウンタの光学的な構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す薬液用パーティクルカウンタの側面図である。
【図３】図３は、図１における受光素子アレイ４と、受光素子アレイ４に対応する検出領域との関係を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る薬液用パーティクルカウンタの電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、パーティクルカウンタにおける散乱光の検出信号を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る薬液用パーティクルカウンタの光学的な構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す薬液用パーティクルカウンタの側面図である。
【００１５】
図１において、フローセル１は、Ｌ形に屈曲しており、薬液の流路１ａを形成している。流路１ａの断面（ＹＺ平面に平行な断面）の形状は、１ｍｍ×１ｍｍの矩形である。この実施の形態では、フローセル１は、サファイヤ製であり、薬液は、イソプロピルアルコール、フッ化水素酸溶液、アセトンなどであって、屈折率が１．２６から１．４３までのいずれかのものである。
【００１６】
光源２は、レーザ光を出射するレーザ光源である。照射光学系３は、流路１ａにおける薬液の進行方向（図１におけるＸ方向）に対して垂直な方向（図１におけるＺ方向）から薬液に、光源２が出射したレーザ光を照射する。なお、照射光学系３は、例えば特開２００３−２７０１２０号公報に記載されているようなレンズ群で、エネルギ密度が高まるようにレーザ光を整形している。
【００１７】
この実施の形態では、光源２のレーザ光の波長は５３２ｎｍである。なお、光源２のレーザ光の波長は、５３２ｎｍ以下であればよい。この波長の領域（レイリー散乱領域）では散乱光の強度は波長の４乗に反比例する。よって、波長が５３２ｎｍ以上であった場合でも、例えばレーザ光の出力を上げることで、波長の４乗に反比例する分を補うことができる。また、この実施の形態では、光源２のレーザ光の出力は８００ｍＷである。なお、光源２のレーザ光の出力は、８００ｍＷ以上であればよい。さらに、この実施の形態では、照射光学系３によって、後述の検出領域の中心でのレーザ光のエネルギ密度は、略３×１０８ｍＷ／ｃｍ２とされる。なお、検出領域の中心でのレーザ光のエネルギ密度は、略３×１０８ｍＷ／ｃｍ２以上であればよい。レーザ光の出力が８００ｍＷより低い場合であっても、エネルギ密度を３×１０８ｍＷ／ｃｍ２以上に上げることは可能であるが、照射領域の断面積（ＸＹ平面に平行な断面）が減少するため、１×１ｍｍ断面のフローセルに流れる試料の計数効率が５％より低くなる。
【００１８】
受光素子アレイ４は、Ｚ方向に配列された複数の受光素子を有している。集光光学系５は、流路１ａ内のレーザ光の光路上の検出領域における粒子からの散乱光を、受光素子アレイ４に集光する。集光光学系５は、例えば球面レンズである集光レンズである。集光光学系５は、検出領域の中心および受光素子アレイ４の中心を通り、流路１ａにおける薬液の進行方向（図１におけるＸ方向）に平行な光軸を有する。つまり、「検出領域」は、レーザ光と集光光学系５により受光素子アレイ４上へ集光される範囲とが交差する領域である。
【００１９】
なお、図２に示すように、上述の検出領域と集光光学系５との間に位置するフローセル１の内壁には、球面状に凹部１ｂが形成されており、検出領域からフローセル１の内壁に入射する散乱光の屈折を抑制している。
【００２０】
図３は、図１における受光素子アレイ４と、受光素子アレイ４に対応する検出領域との関係を説明する図である。図４は、本発明の実施の形態に係る薬液用パーティクルカウンタの電気的な構成を示すブロック図である。
【００２１】
この実施の形態では、図３（Ａ）に示すように、受光素子アレイ４は、２５個の受光素子４−１〜４−２５を備えている。図３（Ｂ）に示すように、受光素子アレイ４に対応する検出領域１１は、受光素子４−１〜４−２５にそれぞれ対応する領域１１−１〜１１−２５から構成されている。受光素子アレイを用いると、受光素子の一つ一つの面積が小さくなるため、背景光によるノイズレベルを小さくできる。図３（Ｃ）に示すように、この実施の形態では、受光素子４−ｉのサイズは、１９０μｍ（Ｚ方向）×４００μｍ（Ｙ方向）であり、領域１１−ｉのサイズは、１９μｍ（Ｚ方向）×４０μｍ（Ｙ方向）である。つまり、集光光学系５の倍率が１０倍に設計されている。この実施の形態では、１つの受光素子４−ｉに対応する領域１１−ｉのサイズ（面積）は、７６０μｍ２（１９μｍ×４０μｍ）であるが、それ以下のサイズ（面積）でもよい。また、検出領域中心付近の散乱光の受光素子上でのスポット径は、略３０μｍとなる。受光素子４−ｉの縦および横の幅は、この値（略３０μｍ）より大きければよい。なお、この実施の形態では、検出領域１１のサイズは、１９，０００μｍ２（４７５μｍ×４０μｍ）となり、流速分布を加味すると計数効率は略５％となっている。
【００２２】
図４において、信号処理部２１は、各受光素子４−ｉ（ｉ＝１，・・・，２５）に対応して計数処理部２２−ｉと、すべての計数処理部２２−１〜２２−２５による計数結果の和を計算する加算処理部２３とを備える。
【００２３】
計数処理部２２−ｉ（ｉ＝１，・・・，２５）は、各受光素子４−ｉからの出力信号に基づいて、検出領域における受光素子４−ｉに対応する領域における粒子を計数する。計数処理部２２−ｉは、ローパスフィルタ３１、波高値検出部３２、および計数部３３を備える。ローパスフィルタ３１は、粒子からの散乱光に起因するパルスに比べ高周波成分を減衰させるフィルタ特性を有する。波高値検出部３２は、ローパスフィルタ３１の出力信号におけるパルスの波高値を検出する。計数部３３は、各パルスについて、波高値検出部３２により検出されたパルスの波高値を、粒径に対応するしきい値と比較して粒子を検出すると、粒子数をカウントアップする。
【００２４】
信号処理部２１における各計数部３３は、最小可測粒径０．０３μｍに対応するしきい値で検出領域の粒子を計数可能である。なお、各計数部３３は、複数のしきい値で、複数の粒径区分のそれぞれについて粒子を計数するようにしてもよい。
【００２５】
次に、上記薬液用パーティクルカウンタの動作について説明する。
【００２６】
フローセル１内の流路１ａを、流速１０ｍＬ／ｍｉｎで層流となるように薬液が流され、光源２から出射した上述のレーザ光が、照射光学系３で整形され、整形後のレーザ光が薬液に照射され、上述の検出領域１１の各領域１１−ｉを通過する粒子からの散乱光が集光光学系５によって、受光素子アレイ４のいずれかの受光素子４−ｉ上に集光される。
【００２７】
粒子からの散乱光が受光素子４−ｉに入射すると、受光素子４−ｉは、その散乱光に対応するパルスを出力する。そして、信号処理部２１において、そのパルスに基づいて、粒子が計数処理部２２−ｉにより計数される。
【００２８】
以上のように、上記実施の形態に係る薬液用パーティクルカウンタでは、レーザ光の波長は、５３２ｎｍ以下であり、レーザ光の出力は、８００ｍＷ以上であり、検出領域の中心でのレーザ光のエネルギ密度は、３×１０８ｍＷ／ｃｍ２以上であり、受光素子アレイ４は、複数の受光素子を有し、複数の受光素子４−ｉはそれぞれ、集光光学系５を介して、検出領域１１におけるサイズが７６０μｍ２以下の領域における粒子からの散乱光を受光し、信号処理部２１は、最小可測粒径０．０３μｍに対応するしきい値で検出領域の粒子を計数可能である。
【００２９】
このようにすることで、薬液中の粒径０．０３μｍの粒子を計数できる。なお、実験において、上述した検出領域１１における各領域１１−ｉのサイズおよびレーザ光の条件、並びに最小可測粒径０．０３μｍに対応するしきい値によって、粒径が０．０３μｍの粒子が計数されることが実証されている。
【００３０】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、例えば、半導体ウェハ製造に使用する薬液中の粒子の計数に適用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  フローセル
１ａ  流路
２  光源
３  照射光学系
４  受光素子アレイ
４−ｉ  受光素子
５  集光光学系
１１  検出領域
２１  信号処理部
【要約】
【課題】  薬液中の粒径０．０３μｍの粒子を計数できる薬液用パーティクルカウンタを得る。
【解決手段】  この薬液用パーティクルカウンタでは、検出領域の中心でのレーザ光のエネルギ密度は、３×１０８ｍＷ／ｃｍ２以上であり、受光素子アレイ４は、複数の受光素子を有し、複数の受光素子４−ｉはそれぞれ、集光光学系５を介して、検出領域１１におけるサイズが７６０μｍ２以下の領域における粒子からの散乱光を受光し、信号処理部２１は、最小可測粒径０．０３μｍに対応するしきい値で検出領域の粒子を計数可能である。
【選択図】  図１【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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