(57)【要約】【課題】測定対象物の被測定面に凹凸があっても、被測定面に付着したパーティクルを精度良く測定することが可能なパーティクル測定装置を提供する。【解決手段】プローブＰは、その内部に圧縮空気を導入する圧縮空気導入口３２と、圧縮空気導入口から導入された圧縮空気を被測定面Ｔに噴射する噴射口６５を下端面６４に有し、プローブＰ内に上下動自在に配置された少なくとも１つの柱状のフローティングパッド６とを備える。フローティングパッド６は、噴射口６５から噴射されて下端面６４と被測定面Ｔとの間の隙間Ｂを流れる圧縮空気の２次圧により下端面６４に作用する上向きの力で、被測定面Ｔに対して非接触に保持される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の被測定面に空気を噴射して被測定面から飛散したパーティクルを含む空気を吸入するプローブと、プローブにより吸入された空気に含まれるパーティクルを計数する計数器とを備えるパーティクル測定装置において、
前記プローブは、その内部に圧縮空気を導入する圧縮空気導入口と、圧縮空気導入口から導入された圧縮空気を被測定面に噴射する噴射口を下端面に有し、前記プローブ内に上下動自在に配置された少なくとも１つの柱状のフローティングパッドとを備え、
前記フローティングパッドは、前記噴射口から噴射されて前記下端面と被測定面との間の隙間を流れる圧縮空気の２次圧により前記下端面に作用する上向きの力で被測定面に対して非接触に保持されるように構成したことを特徴とするパーティクル測定装置。
【請求項２】
前記フローティングパッドは上部よりも下部が拡径された段付き円柱状に形成され、前記フローティングパッドの拡径した部分の上端の段部に前記圧縮空気導入口から導入された圧縮空気の１次圧による下向きの力が作用するようにしたことを特徴とする請求項１記載のパーティクル測定装置。
【請求項３】
前記フローティングパッド内に形成された前記噴射口に連通する流路に絞り部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のパーティクル測定装置。
【請求項４】
前記プローブの下面に、前記隙間を流れる空気の一部を排気する排気口を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のパーティクル測定装置。
【請求項５】
前記プローブは、前記排気口に接続された排気路と、排気路から分岐した分岐路とを更に備え、分岐路を前記計数器に連通させたことを特徴とする請求項４記載のパーティクル測定装置。
【請求項６】
前記排気口に連通するファンを更に備えたことを特徴とする請求項４又は５記載のパーティクル測定装置。
【請求項７】
前記計数器は、前記プローブから吸入された空気の流量を検出する流量検出部を備え、
前記流量検出部の検出結果に基づいて、前記ファンの回転速度が調整されることを特徴とする請求項６記載のパーティクル測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の被測定面に空気を噴射して被測定面から飛散したパーティクルを含む空気を吸入するプローブと、プローブにより吸入された空気に含まれるパーティクルを計数する計数器とを備えるパーティクル測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造工程は、所定の清浄度に保たれたクリーンルーム内で一貫して行われるが、半導体デバイスが形成される基板表面へのパーティクルの付着を完全に回避することは一般に困難である。基板表面に付着するパーティクルが多くなると、基板上に形成された配線の短絡や基板の金属汚染等が生じ、半導体デバイスの性能が低下するという問題がある。このため、処理の前後で基板表面に付着したパーティクルや例えばスパッタリング装置の処理室内に取り付けられるターゲット等の半導体製造装置の構成部品に付着したパーティクル等を測定し、常時監視が行われている。
【０００３】
このようなパーティクルの測定に用いられるパーティクル測定装置として、手持式のプローブと計数器とから構成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。上記特許文献１記載のものでは、測定対象物の被測定面に沿ってプローブを走査し、プローブ下面に設けられた噴射口から被測定面に空気を噴射することで被測定面に付着したパーティクルを飛散させ、飛散させたパーティクルを含む空気をプローブの吸入口から吸入し、吸入した空気に含まれるパーティクルを計数器で計数する。
【０００４】
ここで、プローブの走査中に噴射口から被測定面までの距離が変化すると、それに伴い被測定面に吹き付けられる空気圧が変化する。そして、噴射口（即ち、プローブ下面）から被測定面までの距離が長くなった場合には、被測定面に吹き付けられる空気圧が低下し、被測定面に付着したパーティクルが飛散し難くなり、結果として、パーティクルの測定精度が低下する。
【０００５】
パーティクルの測定精度を向上させるためには、パーティクル測定中に、噴射口から被測定面までの距離を一定に保つ必要がある。しかしながら、プローブの走査は作業者の手で行われるため、噴射口から被測定面までの距離を一定に保つことは難しい。特に、プローブを走査する被測定面に凹凸があると、噴射口から被測定面までの距離を一定に保つことは極めて困難である。従って、測定対象物の被測定面に凹凸がある場合には、パーティクルの測定精度の低下が避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９２０２１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、測定対象物の被測定面に凹凸があっても、被測定面に付着したパーティクルを精度良く測定することが可能なパーティクル測定装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、測定対象物の被測定面に空気を噴射して被測定面から飛散したパーティクルを含む空気を吸入するプローブと、プローブにより吸入された空気に含まれるパーティクルを計数する計数器とを備えるパーティクル測定装置において、プローブは、その内部に圧縮空気を導入する圧縮空気導入口と、圧縮空気導入口から導入された圧縮空気を被測定面に噴射する噴射口を下端面に有し、プローブ内に上下動自在に配置された少なくとも１つの柱状のフローティングパッドとを備え、フローティングパッドは、噴射口から噴射されて上記下端面と被測定面との間の隙間を流れる圧縮空気の２次圧により該下端面に作用する上向きの力で被測定面に対して非接触に保持されるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、圧縮空気導入口から導入された圧縮空気を噴射口から被測定面に噴射することで、被測定面に付着したパーティクルが飛散し、飛散したパーティクルを含む空気がプローブにより吸引され、吸引された空気に含まれるパーティクルが計数器により計数される。このとき、フローティングパッドにはその上端面に作用する大気圧と自重とによる下向きの力が作用するが、フローティングパッドの下端面には圧縮空気の２次圧による上向きの力が作用する。そして、下向きの力と上向きの力がつり合う位置にフローティングパッドが移動し、被測定面に対して非接触に保持される。
【００１０】
ここで、プローブの走査中に被測定面に凹部があると、フローティングパッドの噴射口（すなわち、下端面）と被測定面との間の隙間が広がり、該隙間を流れる圧縮空気の２次圧が低くなる。このため、フローティングパッドの下端面に作用する上向きの力が減少し、フローティングパッドが下方に移動する。一方、プローブの走査中に被測定面に凸部があると、フローティングパッドの下端面と被測定面との間の隙間が狭くなり、該隙間を流れる圧縮空気の２次圧が高くなる。このため、フローティングパッドの下端面に作用する上向きの力が増加し、フローティングパッドが上方に移動する。このようにプローブを走査する被測定面に凹凸があっても、凹凸に追従してフローティングパッドが上下動することで、フローティングパッドの下端面と被測定面との間の隙間が一定に保たれる。従って、被測定面に凹凸があっても、被測定面に付着したパーティクルを精度良く測定することができる。
【００１１】
被測定面に付着したパーティクルを飛散させるためには、噴射口から噴射される圧縮空気の２次圧を高くすることが望ましいが、圧縮空気の２次圧を高くすると、上向きの力が大きくなり過ぎて、フローティングパッドの下端面が被測定面から離れ過ぎてしまう。この場合、フローティングパッドを比重の大きい材料で形成して、下向きの力を大きくすれば、２次圧を高くしたとしても、フローティングパッドの下端面と被測定面との間の距離を適切に確保できる。然し、これではプローブの総重量が増加し、作業者によるプローブの操作性が悪化する。
【００１２】
本発明においては、フローティングパッドを上部よりも下部が拡径された段付き円柱状に形成し、フローティングパッドの拡径した部分の上端の段部に圧縮空気導入口から導入された圧縮空気の１次圧による下向きの力が作用するように構成することが好ましい。これによれば、圧縮空気の２次圧を高くしても、圧縮空気の１次圧によりフローティングパッドに作用する下向きの力が大きくなるため、フローティングパッドの下端面と被測定面との間の距離を適切に確保できる。そして、フローティングパッドを比重の大きい材料で形成する必要がないため、プローブの総重量の増加を招かない。
【００１３】
また、本発明においては、フローティングパッド内に形成された噴射口に連通する流路に絞り部材を設けることが好ましい。これによれば、噴射口から噴射される空気の流速が高められて、フローティングパッドの下端面と被測定面との間の距離が長いと、ベルヌーイ効果による下方への吸引力がフローティングパッドに作用する。その結果、フローティングパッドの下端面と被測定面との間の距離がより短くなったところで、下向きの力と２次圧による上向きの力とがつり合うようになる。そして、フローティングパッドの下端面と被測定面との間の距離が短くなると、被測定面に吹き付けられる空気圧が高くなるため、被測定面に付着したパーティクルが飛散しやすくなり、パーティクルの測定精度を一層向上できる。
【００１４】
ところで、上記従来例のものでは、プローブから被測定面に噴射される空気流量と、プローブにより吸入され計数器に導かれる空気流量とは概ね等しくされている。ここで、一般に、計数器では空気の許容流量が定められており、この許容流量が多い計数器は高価格であるため、このような許容流量が多い計数器を用いるとコストアップを招来する。他方で、被測定面に噴射される空気流量を少なくすると、被測定面に付着したパーティクルが飛散し難くなるため、測定精度が低下する。これに対して、本発明において、プローブの下部に、前記隙間を流れる空気の一部を排気する排気口を設ければ、計数器に流入する空気流量が少なくなるため、許容流量が少ない安価な計数器を用いることができ、コストアップを招かないという利点が得られる。しかも、被測定面に噴射する空気流量を少なくする必要がないため、測定精度の低下を招かない。
【００１５】
本発明においては、排気口に接続された排気路から分岐した分岐路を前記計数器に連通させてもよい。これによれば、排気口を吸入口と兼用できるため、プローブの構造を簡略化できてよい。
【００１６】
また、本発明においては、排気口と連通するファンを更に備えることが好ましい。これによれば、ファンを作動させることで排気口から排気される空気量を調整できるため、計数器に流入する空気の流量を調整できる。この場合、計数器は、プローブから流入する空気の流量を検出する流量検出部を備え、流量検出部の検出結果に基づいて、ファンの回転速度を調整することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のパーティクル測定装置を示す斜視図。
【図２】図１に示すプローブ本体の平面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態のパーティクル測定装置を説明する。図１を参照して、Ｍは、パーティクル測定装置である。パーティクル測定装置Ｍは、プローブＰと計数器Ｃとから構成される。ここで、計数器Ｃとしては、公知構造のものを用いることができるため、ここでは計数器Ｃの具体的な構造や計数器Ｃでのパーティクルの計数方法についての説明を省略する。
【００１９】
プローブＰは、プローブ本体１と、ハンドル２とを備えている。図２、図３も参照して、プローブ本体１は、第１のベース３と、第１のベース３の下側に設けられる第２のベース４と、第２のベース４を囲うジャケット５とから構成される。第１のベース３にはその中心を上下方向に貫通する貫通孔３０が形成され、第２のベース４にはその上面の中心から上方に延びる突起４０が一体的に形成されている。そして、突起４０が貫通孔３０に挿通された状態で、第１及び第２のベース３、４とジャケット５とがねじ１０で固定されている。
【００２０】
ハンドル２の一端には固定板２０が設けられている。固定板２０は、平面視円形の基部２１と、基部２１の周囲１箇所から外方に突出する平面視矩形の凸部２２とからなる。基部２１は、第１のベース３の上面にねじ１１で固定されている。基部２１には、突起４０や後述のフローティングパッド６の上部を挿通する複数の透孔が形成されている。凸部２２には、後述の排気管７を挿通する透孔が形成されている。ハンドル２の他端の上側には、グリップ２３が取り付けられ、作業者がプローブＰを走査できるようにしている。このグリップ２３の下側には排気用のファン２４が取り付けられている。
【００２１】
第１及び第２のベース３、４には、相互に連通する貫通孔３１、４１が形成され、これらの貫通孔３１、４１内にフローティングパッド６が挿通されている。本実施形態では、３個のフローティングパッド６が両ベース３、４の中心と同心の円上に周方向に等間隔で配置されている。
【００２２】
フローティングパッド６の上端面６０の近傍にはストッパ６１が設けられ、フローティングパッド６の下方への移動を規制している。ストッパ６１は、例えばワッシャ６１ａと、このワッシャ６１ａの抜け防止用のＥクリップ６１ｂとで構成される。フローティングパッド６は、上部よりも下部が２段階で拡径された円柱状である。図３に示されるフローティングパッド６の上部の径ｄ１は、例えば６ｍｍであり、上部の下の第１段階の拡径部の径ｄ２は、例えば７．７ｍｍであり、最下部の拡径部の径ｄ３は、例えば９ｍｍである。第１段階の拡径部の上端の段部６２が第１のベース部３下面に当接することにより、フローティングパッド６の上方への移動が規制される。このため、フローティングパッド６は、図３において符号Ｄで示す量（例えば１ｍｍ）だけ上下動自在である。
【００２３】
第１のベース３の側面には、３個のフローティングパッド６に対応して３個の圧縮空気導入口３２が開設されている。各圧縮空気導入口３２には図示省略の圧縮空気供給源に通じる配管が接続され、第１のベース３内に圧縮空気を導入できるようにしている。第１のベース３内には、圧縮空気導入口３２と連通する流路３３が形成されている。流路３３は、フローティングパッド６の側面まで水平方向に延びた後、下方に屈曲してフローティングパッド６の段部６２に達している。この流路３３を介して段部６２に圧縮空気が供給されると、段部６２に圧縮空気の１次圧（例えば、５気圧）による下向きの力が作用する。
【００２４】
第２のベース４内には、第１のベース３の流路３３を下方に延長する流路４２が形成されている。フローティングパッド６内には、流路４２と連通する流路６３が形成されている。流路６３は、フローティングパッド６の中心軸近傍まで水平に延び、下方に屈曲して下端面６４に達している。フローティングパッド６の下端面６４には、流路６３に連通する噴射口６５が開設され、圧縮空気を噴射できるようにしている。噴射口６５から噴射された空気は、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の隙間Ｂを流れ、フローティングパッド６の下端面６４に圧縮空気の１次圧よりも低圧の２次圧（例えば、３気圧）による上向きの力が作用する。
【００２５】
なお、図３において仮想線で示すように、フローティングパッド６内の流路６３に絞り部材６６たるオリフィスを配置すれば、噴射口６５から噴射される空気の流速を高めることができる。噴射口６５から噴射される空気の流速を高めるために、流路６３内に絞り部材６６たる短管を挿設してもよく、噴射口６５に皿ねじを配置してもよい。
【００２６】
第２のベース４の下端面４３の中心には、上記隙間Ｂを流れる空気を吸入する吸入口４４が開設されている。第２のベース４内には、吸入口４４から上方に延びて突起４０の上端に達する吸入路４５が形成されている。突起４０上端面に露出する吸入路４５の上端は、図示省略する配管を介して計数器Ｃに連通している。
【００２７】
ジャケット５の下面は開放面となっている。そして、プローブ本体１の下面に、ジャケット５の内周面と第２のベース４の外周面４６との間の環状の隙間から成る排気口５１を設け、上記隙間Ｂを流れる空気の一部を排気できるようにしている。ジャケット５内には、排気口５１に連通する排気路５２が形成されている。ジャケット５上面に露出する排気路５２の他端は、排気管７を介して上記ファン２４に接続され、ファン２４を作動させることにより排気口５１からの排気量を増大できるようにしている。なお、計数器Ｃとして、計数器Ｃに流入する空気の流量を検出する流量検出部を備えるものを用い、この流量検出部の検出結果に基づいて、図示省略の制御部によりファン２４の回転速度を調整するように構成してもよい。
【００２８】
排気管７は、ジャケット５の上面から上方に延びて固定板２０の凸部２２に形成した透孔に挿入されるストレート形状の配管７１と、この配管７１の上端に接続されるフレキシブル配管７２とで構成されている。フレキシブル配管７２の一端には、配管７１の上端に接続されるフランジ７３が設けられており、このフランジ７３がねじ７３ａで凸部２２に固定されている。フレキシブル配管７２の他端は上記ファン２４に接続され、排気口５１から吸い込まれた空気を大気中に排気できるようにしている。
【００２９】
本実施形態によれば、作業者のハンドル２の操作によりプローブＰを被測定面（例えばターゲット表面）Ｔ上で走査しながら、圧縮空気導入口３２に圧縮空気を導入すると、噴射口６５から噴射された空気が被測定面Ｔに吹き付けられ、被測定面Ｔに付着したパーティクルが飛散し、飛散したパーティクルを含む空気が吸引口４４から吸引され、吸引された空気に含まれるパーティクルが計数器Ｃにて計数される。このとき、フローティングパッド６にはその自重と、上端面６０に作用する大気圧と、段部６２に作用する圧縮空気の１次圧とによる下向きの力が作用し、フローティングパッド６の下端面６４には該下端面６４と被測定面Ｔとの間の隙間Ｂを流れる圧縮空気の２次圧による上向きの力が作用する。そして、下向きの力と上向きの力がつり合う位置にフローティングパッド６が移動し、被測定面Ｔに対して非接触に保持される。
【００３０】
ここで、プローブＰの走査中に被測定面Ｔに凹部があると、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の隙間Ｂの上下方向幅が広がり、この隙間Ｂを流れる圧縮空気の２次圧が低くなるため、フローティングパッド６の下端面６４に作用する上向きの力が減少し、フローティングパッド６が下方に移動する。そして、下方への移動に伴い２次圧が上昇し、隙間Ｂの上下方向幅が所定量に減少したところで、下向きの力と上向きの力がつり合う。また、プローブＰの走査中に被測定面Ｔに凸部があると、隙間Ｂの上下方向幅が狭くなり、この隙間Ｂを流れる圧縮空気の２次圧が高くなるため、フローティングパッド６の下端面６４に作用する上向きの力が増加し、フローティングパッド６が上方に移動する。そして、上方への移動に伴い２次圧が低下し、隙間Ｂの上下方向幅が所定量に増加したところで、下向きの力と上向きの力がつり合う。このように被測定面Ｔに凹凸があっても、凹凸に追従してフローティングパッド６が上下動することで、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の隙間Ｂが一定に保たれる。従って、被測定面Ｔに凹凸があっても、被測定面Ｔに付着したパーティクルを精度良く測定することができる。
【００３１】
ところで、フローティングパッド６の噴射口６５から噴射された空気を全て吸入口４４から吸入すると、計数器Ｃに流入する空気の流量が多くなり、許容流量の多い計数器Ｃを用いなければならず、結果としてコストアップを招く虞がある。それに対して、本実施形態では、フローティングパッド６の下端面６４（すなわち、プローブＰの下面）と被測定面Ｔとの間の隙間Ｂを流れる空気の一部が吸入口４４から吸入され、残りの空気は排気口５１に吸い込まれ、排気管７とファン２４とを介して大気中に排気される。このため、計数器Ｃに流入する空気の流量を抑えることができて、許容流量の比較的少ない計数器を用いることが可能になり、コストアップを防ぐことができるという利点もある。
【００３２】
また、噴射口６５に連通する流路６３に絞り部材６６を設ければ、噴射口６５から噴射される空気の流速が高められて、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の距離が比較的長いと、ベルヌーイ効果による下方への吸引力がフローティングパッド６に作用する。その結果、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の距離がより短くなったところで、下向きの力と２次圧による上向きの力とがつり合うようになる。そして、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の距離が短くなると、被測定面Ｔに付着したパーティクルが飛散しやすくなり、パーティクルの測定精度を一層向上できる。
【００３３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、３個のフローティングパッド６を有するプローブ本体１を例に説明したが、プローブ本体１は少なくとも１個のフローティングパッド６を有していればよい。
【００３４】
上記実施形態においては、段付き円柱状のフローティングパッド６を用いる場合について説明したが、フローティングパッド６の形状はこれに限定されず、柱状（例えば円柱状）であればよい。この場合、フローティングパッドには上端面に作用する大気圧と自重とによる下向きの力と、フローティングパッドの下端面に作用する圧縮空気の２次圧による上向きの力とが作用する。そして、下向きの力と上向きの力がつり合う位置にフローティングパッドが移動し、被測定面に対して非接触に保持される。
【００３５】
但し、パーティクルを飛散させやすくするために圧縮空気の２次圧を高めると、下向きの力よりも上向きの力が大きくなり過ぎて、フローティングパッド６の下端面６４が被測定面Ｔから離れ過ぎてしまう。この場合、フローティングパッド６を比重の大きい材料で形成して、下向きの力を大きくすれば、２次圧を高くしても、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の距離を適切に確保できる。然し、これではプローブの総重量が増加し、作業者によるプローブＰの操作性が悪化する。
【００３６】
そのため、圧縮空気の２次圧を高くする場合には、上記実施形態の如く、フローティングパッド６を段付き円柱状に形成し、拡径部の上端の段部６２に圧縮空気の１次圧による下向きの力が作用するように構成することが好ましい。これによれば、圧縮空気の２次圧を高くしても、圧縮空気の１次圧によりフローティングパッド６に作用する下向きの力が大きくなるため、フローティングパッド６の下端面６４と被測定面Ｔとの間の距離を適切に確保できる。そして、フローティングパッド６を比重の大きい材料で形成する必要がないため、プローブＰの総重量の増加を招かない。
【００３７】
上記実施形態においては、排気口５１とは別個に計数器Ｃに連通する吸入口４４を設けているが、排気口５１に接続された排気管７から分岐した分岐管を計数器Ｃに連通させてもよい。これによれば、排気口５１を吸入口と兼用でき、第２のベース３に吸入口４４や吸入路４５を形成しなくてもよいため、プローブＰの構造を簡略化でき、コストを抑えることができる。
【符号の説明】
【００３８】
Ｍ…パーティクル測定装置、Ｐ…プローブ、Ｃ…計数器、Ｔ…被測定面、６…フローティングパッド、７…排気管、２４…ファン、３２…圧縮空気導入口、４４…吸入口、６２…段部、５１…排気口、６４…下端面、６５…噴射口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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