(57)【要約】【課題】レーザ光源１aのモードホップなどのレーザ出力変動によるレーザノイズ、空気分子などから発せされるレイリー散乱光、光学系筐体内部壁面での光反射などに起因する光ノイズの影響をなくし、微粒子を精度よく測定することが可能な微粒子計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ光源（１a）の出力変動によるレーザノイズ、空気分子からのレイリー散乱光や光学系筐体（６）の内部壁面での反射による迷光（１１）等の光ノイズを検出するための光ノイズ受光光学系（３）を設け、信号処理部（１２）にて散乱光受光信号と光ノイズ受光信号の差分をとることにより、散乱光受光信号に含まれる光ノイズ成分を除去するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射されたレーザ光を検出領域へ向けて照射するレーザ光照射光学系と、このレーザ光の照射時に検出領域を通流する流体中の微粒子から発せられる散乱光を検出する散乱光受光光学系と、受光素子から出力される電気信号を処理する信号処理部とを備え、微粒子の大きさおよび数量を計測する微粒子計測装置において、
光ノイズを測定するための光ノイズ受光光学系を設け、
前記信号処理部にて、前記散乱光受光光学系からの散乱光受光信号と前記光ノイズ受光光学系からの光ノイズ受光信号との差分をとり、光ノイズ成分を除去した微粒子検出信号を得るようにした、
ことを特徴とする微粒子計測装置。
【請求項２】
前記光ノイズ受光光学系は、検出部筐体に形成された隔壁を間に挟んで前記散乱光受光光学系と近接するように併設されていることを特徴とする請求項１に記載の微粒子計測装置。
【請求項３】
前記光ノイズ受光光学系は、レーザ光の光軸と同軸上に前記レーザ光照射光学系と対向するように配置されており、レーザ光の出力変動を検出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の微粒子計測装置。
【請求項４】
前記レーザ光照射光学系から照射されるレーザ光を、レーザ光の照射方向と該照射方向と直交する方向の２つのレーザ光に分割するためのビームスプリッタを設け、一方のレーザ光を検出領域に向けて照射するとともに、他方のレーザ光を前記光ノイズ受光光学系へ導光するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の微粒子計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工場の室内、または、半導体製造装置などの真空処理装置内部における微粒子の数量及び大きさを計測する微粒子計測装置に関する。
【０００２】
半導体製品を製造する工場などにおいては、異物である浮遊微粒子がウエハーに付着すると生産歩留まりが大きく低下してしまう。特に近年では、半導体の集積度が高まり、室内や真空処理装置（薄膜形成装置、エッチング装置）内部の清浄度を適切に管理することが益々重要となってきている。
【０００３】
管理対象空間内の清浄度を計測するための従来の微粒子計測装置として、例えば、特開昭５４−１７７８０号公報に記載されているものが知られている。この微粒子計測装置は、光散乱方式と呼ばれるもので、検出器内部を通流する流体にレーザ光を照射し、流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で捕捉するように構成されている。そして、受光素子から出力される電気信号を波高分析処理して微粒子の数及び大きさ（粒径）を求めている。
【０００４】
また、真空処理装置用の微粒子計測装置（パーティクル検出システム）としては、例えば、特許文献２に記載の装置がある。これを図５及び図６に基づいて説明する。
この微粒子計測装置は、ビーム光Ｌをパイプ部材２０内に向けて照射するレーザ光源２１、レンズ２３と絞り２４からなるコリメータ光学系２２、ビーム光を受け止めるビームストッパー２５、ビーム照射時の微粒子の散乱光を受光する光ファイバケーブル２７、光ファイバケーブル２７に接続されたフォトマルチプライヤー２８、フォトフォトマルチ用高圧電源２９、プリアンプ３０、マルチプライヤー２８の出力信号を処理する信号処理装置３１とで構成される。
【０００５】
この装置では、パイプ部材２０の一方のフランジ３２を真空装置（不図示）の排気ラインに接続すると共に、他方のフランジ３３を真空ポンプに接続するようにしている。これによって、真空装置内の微粒子がパイプ部材２０の検出領域２６に導かれる。そして、ビーム光Ｌを照射された微粒子から散乱光が発せられ、点線で示す散乱光Ｌ’が光ファイバケーブル２７介してフォトマルチプライヤー２８に入射すると、フォトマルチプライヤー２８で電気信号に変換され、その電気信号が信号処理装置３１で処理された後、信号処理装置３１の液晶パネル３４に微粒子数のカウント値と粒径が表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−１７７８０号公報
【特許文献２】特開平５−２８８６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、微粒子からの散乱光を利用した微粒子計測装置においては、レーザ光源のモードホップなどのレーザ出力の変動に起因するノイズ、空気分子などから発せられるレイリー散乱光、あるいは、光学系筐体内部壁面での光の反射による迷光の影響などが主な光ノイズ源となり、これらが微粒子からの散乱光受光信号に含まれてしまうことで、微粒子の検出信号対雑音の比（S/N比）を減少させ、検出感度の低下を招くという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、微粒子を精度よく測定することが可能な微粒子計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、レーザ光源から出射されたレーザ光を検出領域へ向けて照射するレーザ光照射光学系と、このレーザ光の照射時に検出領域を通流する流体中の微粒子から発せられる散乱光を検出する散乱光受光光学系と、受光素子から出力される電気信号を処理する信号処理部とを備え、微粒子の大きさおよび数量を計測する微粒子計測装置において、光ノイズを測定するための光ノイズ受光光学系を設け、前記信号処理部にて、前記散乱光受光光学系からの散乱光受光信号と前記光ノイズ受光光学系からの光ノイズ受光信号との差分をとり、光ノイズ成分を除去した微粒子検出信号を得るようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の微粒子計測装置において、前記光ノイズ受光光学系が、検出部筐体に形成された隔壁を間に挟んで前記散乱光受光光学系と近接するように併設されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載の微粒子計測装置において、前記光ノイズ受光光学系が、レーザ光の光軸と同軸上に前記レーザ光照射光学系と対向するように配置されており、レーザ光の出力変動を検出するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１に記載の微粒子計測装置において、前記レーザ光照射光学系から照射されるレーザ光を、レーザ光の照射方向と該照射方向と直交する方向の２つのレーザ光に分割するためのビームスプリッタを設け、一方のレーザ光を検出領域に向けて照射するとともに、他方のレーザ光を前記光ノイズ受光光学系へ導光するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザ光源の出力変動によるレーザノイズ、空気分子からのレイリー散乱光や光学系筐体壁面での光反射による迷光等の光ノイズを検出するための光ノイズ受光光学系を設け、散乱光受光信号と光ノイズ受光信号の差分をとることにより、散乱光受光信号に含まれる光ノイズ成分を除去するようにしたことで、高いS/N比を得ることができ、従って、微粒子を精度よく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態による微粒子計測装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態による微粒子計測装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態による微粒子計測装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係る微粒子計測装置の信号処理部の動作を説明するための波形図である。
【図５】従来の微粒子計測装置の断面図である。
【図６】従来の微粒子計測装置の概要を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して具体的に説明する。
なお、本発明による微粒子計測装置を、半導体製造工場などの室内に設置する場合、吸引チューブ及びポンプを用い、管理対象空間内の流体を計測装置内部の検出領域へと吸引して外部へ排気する構成とすることができる。また、本発明による微粒子計測装置を、真空処理装置の内部やその排気ラインなどに設置する場合には、自由落下やプロセスガスの流れを利用し、微粒子を含む流体を導入口から計測装置内部の検出領域へ導く構成としても良い。
【００１６】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、微粒子計測装置の１００の詳細図である。
図示のように、微粒子計測装置の検出部１００は、半導体レーザ素子からなるレーザ光源１a、レーザ光源１aから出射されるレーザ光を平行光化して光学系筐体6内の検出領域５に向けて照射するための集光レンズ１ｂ、レーザ照射光７を受け止めるビームストッパー１４とを備える。
【００１７】
筐体３の両側壁面の中央部分には、流体を導入するための導入口と排気するための排気口が設けられており、流体の通流する検出領域９を形成している。
さらに、筐体６の底面部には、２つの貫通孔が設けられ、流体中に含まれる微粒子８からの散乱光１０を検出する散乱光受光光学系２と、ノイズを測定する光ノイズ受光光学系３とが収納されている。散乱光受光光学系２は、検出領域９の直下に設けられた集光レンズ２aと受光素子２bからなる。また、光ノイズ受光光学系３は、集光レンズ３aと受光素子３ｂからなり、散乱光受光光学系２と近接するように筐体３に形成された隔壁６aを間に挟んで配置されている。
【００１８】
ここで、検出領域９へ到達した流体中の微粒子８は、紙面に対して垂直に移動する。その際、平行光化されたレーザ光７が検出領域９を通過する微粒子８を照射する。
レーザ光７が照射された微粒子８からは、その粒径および屈折率に応じた散乱光１０が発生する。その散乱光１０を集光レンズ２aにより受光素子２ｂへ導光することにより、受光素子２ｂから散乱光１０の受光光量に応じた電気信号が出力される。そして、受光素子２ｂから出力された電気信号について、信号処理部１２により増幅処理や各種演算などがなされ、粒径および粒子数が表示部１３に表示される。
【００１９】
従来の装置にあっては、この散乱光１０の受光光量に基づく信号のみにより微粒子８の測定が行われてきた。しかしながら、受光素子２bに到達するのは微粒子８からの散乱光１０だけではなく、空気分子からの散乱光であるレイリー散乱光や筐体３の内部壁面から反射した光（迷光）などが含まれ、それが光ノイズ源となる。また、レーザ光源１aのモードホップや、レンズの端面反射などの戻り光に起因するレーザ光源１aの出力変動といったレーザノイズの影響も受ける。これらの影響により、本来検出したい微粒子8からの散乱光の検出信号がノイズに埋もれ、高いS/N比を確保することができずに検出感度を低下させてしまっていた。
【００２０】
本実施形態では、このような光ノイズの影響を低減する手段として、光ノイズを測定するための光ノイズ受光光学系３を付加し、散乱光受光信号と光ノイズ受光信号の差動信号をとることにより、散乱光受光信号に含まれる光ノイズ成分を除去する。
なお、光ノイズ受光光学系３は、検出領域９付近の迷光１１のみを受光するように微粒子８からの散乱光を検出する散乱光受光光学系２の近傍に設置し、かつ、検出領域９を通過する微粒子８からの散乱光１０ができるだけ到達しないように隔壁６aによって散乱光受光光学系２との間を区画する構成としている。
【００２１】
散乱光受光光学系２の受光素子２ｂから出力された電気信号は信号処理部１２へ入力される。この信号処理部１２では、散乱光受光光学系２の受光素子２ｂから出力された信号と、光ノイズ受光光学系３の受光素子３bから出力された信号との差分を取る。
【００２２】
図４は、信号処理部１２の動作を説明するための波形図である。
図示のように、散乱光受光光学系２の受光素子２ｂからの信号は、微粒子８からの散乱光成分１６（パルス信号）に光ノイズ成分１７が重畳した信号１８として出力される。そこで、この光ノイズ成分１７を光ノイズ受光光学系３で検出し、信号処理部１２にて、散乱光受光光学系２の受光素子２ｂから出力された信号と、光ノイズ受光光学系３の受光素子３ｂから出力された信号との差動を取ることにより、散乱光成分１６のみを抽出し、微粒子検出信号を得るようにする。
【００２３】
ここで、受光素子３ｂおよび受光素子２ｂに到達する光ノイズは、主にレーザ光源１aのモードホップや、レンズの端面反射などの戻り光によるレーザの出力変動によるものであり、それぞれの出力信号に同様の振動として現れるため、差動により相殺することができる。なお、光ノイズ信号の大きさに関しては、各受光系の配置位置などにより異なる可能性があるため、予め微粒子８が存在しない清浄環境において、適宜、受光素子３ｂおよび受光素子２ｂの感度調整を行い、差動によるノイズ低減効果が最大となるように校正しておくことが望ましい。
このように、本実施形態よれば、散乱光検出信号１８から光ノイズ成分１７を除去して微粒子検出信号（散乱光成分１６）を得るようにしているので、高いS/N比が確保でき、微粒子を精度よく計測することが可能となる。
【００２４】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、第２の実施形態に係る微粒子計測装置２００の詳細図である。なお、レーザ光照射光学系および散乱光受光光学系については上述の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
本実施形態においては、光ノイズを測定するための集光レンズ４aと受光素子４bとからなる光ノイズ受光光学系４が、レーザ光４の光軸と同軸上にレーザ光照射光学系1と対向するように設置される。この光ノイズ受光光学系４により、レーザ光４の光量を検出するようにし、レーザ光源１aのモードホップやレンズの端面反射などの戻り光によるレーザ出力の変動を捉えて光ノイズ信号として出力する。
【００２６】
そして、上述の第１の実施形態と同様、信号処理部１２にて、散乱光受光光学系2の受光素子２bから出力される信号と、光ノイズ受光光学系４の受光素子４bから出力される信号との差動をとることにより、光ノイズ成分を除去した微粒子検出信号を得るようにしている。
【００２７】
なお、本実施形態では、光ノイズ受光光学系４がレーザ照射光学系1と対向配置されており、光ノイズ受光光学系４の受光素子４bに到達する光ノイズの光量が、散乱光受光光学系２の受光素子２ｂに到達する光ノイズの光量に比べ10^6程度大きくなるため、予め清浄環境下において、受光素子２ｂおよび受光素子４ｂの感度（ゲイン）調整を含む校正作業を行っておくことが必要である。
【００２８】
〔第３実施形態〕
さらに、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は、第３の実施形態に係る微粒子計測装置３００の詳細図である。本実施形態は、レーザ光照射光学系１と散乱光受光光学系２との間にビームスプリッタ１５を設け、このビームスプリッタ１５の直下に集光レンズ５aと受光素子５bとからなる光ノイズ受光光学系５を配置するようにしたものである。
【００２９】
即ち、レーザ光照射光学系１から照射されたレーザ光７を、レーザ光の照射方向と該照射方向と直交する方向の２つのレーザ光に分割し、一方のレーザ光を検出領域９に向けて照射するとともに、他方のレーザ光を光ノイズ受光光学系５へ導光するようにしている。
【００３０】
そして、本実施形態においても、上述の第１、２の実施形態と同様、信号処理部１２にて、散乱光受光光学系２の受光素子２ｂから出力される信号と、光ノイズ受光光学系５の受光素子５aから出力される信号との差動をとることにより、光ノイズ成分（レーザノイズ）を除去した微粒子検出信号を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１：レーザ光照射光学系
２：散乱光受光光学系
３、４、５：光ノイズ受光光学系
６：筐体
７：レーザ光
８：微粒子
９：検出領域
１０：散乱光
１２：信号処理部
１３：表示部。
【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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