(57)【要約】【課題】パーティクルの計数をより正確に行うことのできるパーティクル計数装置を提供する。【解決手段】測定対象領域１４０を一定方向に向かって通過するパーティクルＰを計数するパーティクル計数装置において、測定対象領域に光を照射する光照射手段１２９と、前記測定対象領域１４０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手段１３２と、前記散乱光検出手段１３２から順次出力される検出信号を予め定められた閾値と比較し、検出信号が前記閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでを１つのパーティクル由来の信号と判定してパーティクルの計数を行うパーティクル計数手段２１１とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象領域を一定方向に向かって通過するパーティクルを計数するパーティクル計数装置であって、
a)測定対象領域に光を照射する光照射手段と、
b)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手段と、
c)前記散乱光検出手段から順次出力される検出信号を予め定められた閾値と比較し、検出信号が前記閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでを１つのパーティクル由来の信号と判定してパーティクルの計数を行うパーティクル計数手段と、
を有することを特徴とするパーティクル計数装置。
【請求項２】
更に、
d)前記検出信号が前記閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでの間における検出信号の最大値に基づいてパーティクルの粒径を算出する粒径算出手段、
を有することを特徴とする請求項１に記載のパーティクル計数装置。
【請求項３】
更に、
e)前記検出信号が前記閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでの時間と、パーティクルの通過方向に沿った前記測定対象領域の長さとに基づいてパーティクルの通過速度を算出する通過速度算出手段、
を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパーティクル計数装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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計数装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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計数装置が設けられている（例えば、特許文献１を参照）。前記パーティクル計数装置は、例えば処理室からの排気ダクトに配設されており、当該排気ダクト内の測定対象領域に光源からの光を照射すると、該測定対象領域内をパーティクルが通過するときに散乱光を発する。この散乱光を検出器で検出し、該検出器の検出信号を予め設定された閾値と比較することでパーティクルの計数が行われる。
【０００３】
また、パーティクルによる散乱光の強度は該パーティクルの粒径に依存するため、前記検出信号に現れる各パーティクル由来のピークの高さから該パーティクルの粒径を推定することができる。また更に、上記検出信号に現れるピークの幅からパーティクルが前記測定対象領域を通過するのに要した時間を求めることができ、この値と前記測定対象領域の長さから各パーティクルの通過速度（すなわちパーティクルの流速）を求めることができる。
【０００４】
但し、上記のようなパーティクル計数装置において、粒径の大きなパーティクルが測定対象領域を通過した場合、光の干渉により、前記検出信号上でピークの先割れが生じる場合がある。そこで、従来のパーティクル計数装置では、図５のように、検出信号の強度が前記閾値を超えてから所定時間（図中の「パーティクル判定時間」）が経過するまでの間に複数のピーク（閾値を超える部分）が出現した場合でも、これらを１つのパーティクル由来のピークと判定してパーティクルの計数を行っていた。
【０００５】
また、このとき前記パーティクル判定時間内における信号強度の最大値（図中のＳｍａｘ）を前記１つのパーティクルに対応した信号強度とし、該信号強度に基づいてパーティクルの粒径を算出していた。更に、前記複数のピークの内の最初のピークが閾値を超えてから最後のピークが閾値を下回るまでの時間を前記１つのパーティクルが測定対象領域を通過するのに要した時間として、この値からパーティクルの通過速度を算出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平6-26823号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来のパーティクル計数装置では、上記のパーティクル判定時間の間に実際に複数のパーティクルが測定対象領域を通過した場合でも、１つのパーティクルが通過したものとして扱われることとなる。そのため、パーティクルの計数結果や、粒径の算出結果、及び通過速度の算出結果が不正確になる場合があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、パーティクルの計数、及びパーティクルの粒径や通過速度の推定をより正確に行うことのできるパーティクル計数装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
測定対象領域を一定方向に向かって通過するパーティクルを計数するパーティクル計数装置であって、
a)測定対象領域に光を照射する光照射手段と、
b)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手段と、
c)前記散乱光検出手段から順次出力される検出信号を予め定められた閾値と比較し、検出信号が前記閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでを１つのパーティクル由来の信号と判定してパーティクルの計数を行うパーティクル計数手段と、
を有することを特徴としている。
【００１０】
また、上記本発明に係るパーティクル計数装置は、更に、
d)前記検出信号が前記閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでの間における検出信号の最大値に基づいてパーティクルの粒径を算出する粒径算出手段、
を有するものとすることが望ましい。
【００１１】
また、上記本発明に係るパーティクル計数装置は、更に、
e)前記検出信号が前記閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでの時間と、パーティクルの通過方向に沿った前記測定対象領域の長さとに基づいてパーティクルの通過速度を算出する通過速度算出手段、
を有するものとすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような構成を有する本発明に係るパーティクル計数装置によれば、散乱光検出器からの検出信号が閾値を超えてから再び該閾値を下回るまでを１つのパーティクルに由来する信号として扱うため、短時間に複数のパーティクルが測定対象領域を通過した場合でも、パーティクルの計数、及びパーティクルの粒径や通過速度の算出を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置の全体構成を示す概略図。
【図２】排気管内の測定対象領域を示す図。
【図３】同実施形態におけるパーティクルの計数方法、粒径の算出方法、及び通過速度の算出方法を説明する模式図。
【図４】同実施形態におけるパーティクルの計数方法の別の例を説明する模式図。
【図５】従来のパーティクル計数装置におけるパーティクルの計数方法、粒径の算出方法、及び通過速度の算出方法を説明する模式図。
【図６】従来の方法によるパーティクルの計数結果を示すグラフ。
【図７】本発明の方法によるパーティクルの計数結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパーティクル計数装置の概略構成図である。パーティクル計数装置は、大きく分けて検出部１００と制御／処理部２００から構成されている。図１及び図２に示すように、検出部１００は例えば半導体製造装置の排気管１２２の途中に設けられている。排気管１２２内は真空状態ないし真空に近い状態になっており、図２において紙面と垂直な方向に（例えば紙面手前側から裏側に向かって）パーティクルＰが流れてくるようになっている。
【００１５】
検出部１００は、排気管１２２の壁面に対向配置される光入射窓１２４と光出射窓１２６、前記光入射窓１２４から光出射窓１２６に向かってレーザ光を照射する光照射部１２８、前記レーザ光の照射方向と略直交する方向の排気管１２２の壁面に設けられた検出窓１３０、前記レーザ光の照射方向に延伸したスリット１３７を有する遮光板１３６、検出窓１３０及びスリット１３７を通過した散乱光を検出する散乱光検出器１３２、検出窓１３０と散乱光検出器１３２との間に配置された集光レンズ１３４、等を備えている。
【００１６】
光照射部１２８は、半導体レーザ素子等の光源１２９と、この光源１２９が照射するレーザ光をシート状の光に変換するレンズ（図示せず）から成る。光照射部１２８から照射されたシート状の光は光入射窓１２４から排気管１２２内に入射し、排気管１２２内（真空領域）を通過する。これにより排気管１２２内の矩形シート状の測定対象領域１４０に光が照射され、当該領域１４０を通過するパーティクルによって散乱光が発生する。前記測定対象領域１４０で発生した散乱光のうち検出窓１３０及びスリット１３７を通過した散乱光は集光レンズ１３４によって散乱光検出器１３２に集光される。
【００１７】
散乱光検出器１３２が検出した散乱光はそこで電気信号に変換され、この電気信号は制御／処理部２００に設けられた信号処理部２１０に入力される。信号処理部２１０は、散乱光検出器１３２からの検出信号に基づいて所定の処理を行うものであり、パーティクルの計数を行う計数部２１１と、パーティクルの粒径を算出する粒径算出部２１２と、パーティクルの通過速度を算出する通過速度算出部２１３とを備えている。制御／処理部２００は、更に、検出部１００及び信号処理部２１０の動作を制御する制御部２２０と、操作ボタンやキーボードを備えた入力部２３０と、モニタ等から成る表示部２４０と、信号処理部２１０における処理結果や入力部２３０を用いて設定された測定条件等を記憶する記憶部２５０とを備えている。なお、制御／処理部２００は、専用のハードウェアによって構成してもよく、所定の制御／処理用のソフトウェアを搭載したパーソナルコンピュータによって構成してもよい。また、専用のハードウェアとパーソナルコンピュータを組み合わせて成るものとしてもよい。
【００１８】
次に、本実施形態のパーティクル計数装置の動作について説明する。まず、ユーザが入力部２３０から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）を設定して測定の開始を指示すると、信号処理部２１０による検出信号の収集が開始される。即ち、光源１２９による光の照射によって生じた散乱光が散乱光検出器１３２によって検出され、その検出信号（アナログ電圧）が順次、信号処理部２１０に送出される。
【００１９】
信号処理部２１０に送出された検出信号は計数部２１１にて閾値電圧と比較される。なお、検出信号は通常は閾値電圧を下回っており、パーティクルによる散乱光が検出されたときに閾値電圧を超えるようになっている。計数部２１１は、検出信号が一旦閾値電圧を超え、その後再び閾値電圧を下回った時点で１つのパーティクルが通過したと判定する。従って、例えば図３に示すように、閾値電圧を超える時間域（図中のＡ、Ｂ、Ｃ）が短時間の間に複数出現した場合、従来であれば、これらを纏めて１つのパーティクルとして計数していたところを、本実施形態のパーティクル計数装置では、３個のパーティクルとして計数する。なお、このとき、閾値の設定によっては大粒径のパーティクルによるピークの先割れを複数のパーティクルとカウントしてしまう可能性もあるが、一般に、半導体処理装置の排気等において、ピークの先割れを生じるような大粒径のパーティクルが含まれる割合は僅かであるため、全体としてはパーティクル検出に関する精度を向上させることができる。
【００２０】
なお、計数部２１１は散乱光検出器１３２からの検出信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号に基づいてパーティクルの計数を行うものとしてもよい。この場合、図３の検出信号は、閾値以上であればハイ（Ｈ）、閾値未満であればロー（Ｌ）として二値化され、図４のような信号となる。そして、該信号上の１つのパルス（信号がハイ状態になってから再びロー状態となるまでの領域）が１つのパーティクルとして計数される。
【００２１】
また、散乱光検出器１３２からの検出信号は、粒径算出部２１２にも送出され、ここで各パーティクルに対応した検出信号の強度から該パーティクルの粒径が算出される。このとき、本実施形態に係るパーティクル測定装置では、上述のパーティクル計数の際と同様に、信号強度が閾値を超えてから再び閾値を下回るまでの時間域（図中のＡ、Ｂ、Ｃ）の各々を、１つのパーティクル由来の散乱光が検出されている時間域として扱い、各時間域における信号強度の最大値（図中のＡｍａｘ、Ｂｍａｘ、Ｃｍａｘ）を各パーティクルに対応した検出信号の強度として決定する。
【００２２】
なお、入射光Ｉ０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Ｉscattは以下の式で表される。
【００２３】
【数１】
2012189509.tif 000003
【００２４】
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。散乱光強度は検出部１００における検出信号の強度に対応するため、各パーティクルによる検出信号の強度が分かれば、それに基づいて該パーティクルの半径を求めることができる。
【００２５】
具体的には、例えば、散乱光検出器１３２による検出信号の強度とパーティクルの粒径との関係を表した換算式や対応テーブルを予め記憶部２５０に記憶しておき、粒径算出部２１２が該換算式又は対応テーブルを参照して前記各パーティクルに対応した信号強度から該パーティクルの粒径を決定する。
【００２６】
また更に、散乱光検出器１３２からの検出信号は、通過速度算出部２１３にも送出され、ここで測定対象領域１４０を通過する際の各パーティクルの通過速度が算出される。このとき、本実施形態に係るパーティクル測定装置では、上記同様に、信号強度が閾値を超えてから再び閾値を下回るまでの間（図中のＡ、Ｂ、Ｃ）を、それぞれ１つのパーティクルが測定対象領域１４０を通過している時間域と判定し、各時間域の幅（すなわち各パーティクルが測定対象領域１４０を通過するのに要した時間）で、パーティクルの流通方向に沿った測定対象領域１４０の長さ（すなわち、上記シート状の光の厚さｗ１、又はスリット１３７の開口幅ｗ２）を除算することにより各パーティクルの通過速度をそれぞれ算出する。
【００２７】
上記のような測定及び信号処理が行われている間、表示部２４０にはパーティクルの通過状況に関する情報（例えば、一定時間の間に通過したパーティクルの数やその粒径、通過速度など）がリアルタイムで表示される。そして、測定が終了すると、一連の測定結果（測定中の各時点におけるパーティクルの通過数や、測定中に通過したパーティクル数の合計、粒径や通過速度の分布など）がパーティクル測定ファイルとして記憶部２５０に格納される。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、データ取得前に設定したパラメータデータも記憶部２５０に保存される。記憶部２５０に保存されたファイルは適宜読み出して表示部２４０に表示させることができる。
【００２８】
以上、本発明を実施するための形態について説明を行ったが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。例えば、本発明のパーティクル計数装置における散乱光検出器として、特開2010-190814に記載のような複数の検出素子から成るもの（例えば、３２チャンネルの光電子増倍管）を使用し、各素子からの信号を個別に処理することにより、排気管を通過するパーティクルの分布に関する正確な情報を取得できるようにしてもよい。また、本発明のパーティクル計数装置は、本発明の方法（図３〜５を用いて説明したもの）によるパーティクルの計数、粒径の算出、及び通過速度の算出と、上記従来方法（図５を用いて説明したもの）によるパーティクルの計数、粒径の算出、及び通過速度の算出の両方を実行可能なものとし、測定を行うに際し、いずれの方法を適用するかをユーザが適宜選択できるようにしてもよい。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明に係るパーティクル計数装置の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。図６及び図７は、同一の信号（散乱光検出器１３２からの検出信号に相当）を使用して、従来の方法でパーティクル計数を行った結果（図６）と、本発明の方法でパーティクルの計数を行った結果（図７）を示している。図中のグラフはいずれも横軸が信号強度、縦軸がパーティクルの積算個数を表している。前記信号強度はパーティクルの粒径に対応しているため、横軸は右へ行くほど粒径が大きいことになる。これらのグラフを比較すると、図７中の丸で囲んだ部分でパーティクルの検出個数が増加しており、本発明の方法によりパーティクル計数の感度が向上していることがわかる。
【符号の説明】
【００３０】
１００…検出部
１２２…排気管
１２８…光照射部
１２９…光源
１３２…散乱光検出器
１３７…スリット
１４０…測定対象領域
２００…制御／処理部
２１０…信号処理部
２１１…計数部
２１２…粒径算出部
２１３…通過速度算出部
２２０…制御部
２３０…入力部
２４０…表示部
２５０…記憶部
【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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【図７】
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