(57)【要約】【課題】  洗浄対象が機械部品などの構造物である場合を想定したパーティクルの付着具合に関し、純水中ではなく大気中においてパーティクル数を計測する手法を提供する。【解決手段】  本発明は、測定対象物を傾斜および回転可能に保持する手段と、測定対象物に熱衝撃を加える手段と、測定対象物に振動を加える手段と、熱衝撃とともに振動を同時に加え、測定対象物表面に付着したパーティクルを脱離させ、下方に配置したプレート上に収集する手段と、収集したパーティクルの数を計数する手段とを有することを特徴とする清浄度評価装置に関する。【選択図】図１
2009216414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を傾斜および回転可能に保持する保持機構と、
前記測定対象物に熱衝撃を加える熱衝撃付与手段と、
前記測定対象物に振動を加える加振手段と、
前記熱衝撃付与手段による熱衝撃とともに前記加振手段による振動を同時に加え、前記測定対象物表面に付着したパーティクルを脱離させ、下方に配置したプレート上に収集するパーティクル収集手段と、
を有することを特徴とする清浄度評価装置。
【請求項２】
前記加振手段は、超音波振動もしくはインパクト振動のいずれか、もしくはその両方を発生できることを特徴とする請求項１に記載の清浄度評価装置。
【請求項３】
前記加振手段は、強度と周波数の少なくとも一方が可変であることを特徴とする請求項１または２に記載の清浄度評価装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の清浄度評価装置において、前記プレート上に収集されたパーティクル数を計数するパーティクル計数手段を備え、該パーティクル計数手段は、レーザー光源と、レーザー光が照射された時に前記パーティクルに起因したレーザー光の散乱を検知する検出器とから構成されることを特徴とする清浄度評価装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の清浄度評価装置において、減圧チャンバー内に配設されることを特徴とする清浄度評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃や測定対象物の表面に付着したパーティクルを評価する装置に係わり、特に、磁気ディスク装置や微小レンズなど各種微小機械部品に付着したパーティクルを計数するための清浄度評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や磁気ディスク装置を始めとする多くの製品では微細化が進み、洗浄工程においてもこれに応じた高い清浄度が要求されている。同時に、洗浄対象物の清浄度を評価・管理する手法が重要であることは言うまでもない。
【０００３】
このような要求に対し、半導体ウェハの表面に付着したパーティクルを評価する手法は実用化されており、数多くの製品が販売されている。その多くは、平坦な半導体ウェハ表面上にレーザー光を照射し、その反射光や散乱光を検出してウェハ表面上のパーティクルを検出する手法を用いている。
【０００４】
一方、磁気ディスク装置や各種微小機械部品の洗浄を行う精密洗浄分野においては、半導体ウェハ上のパーティクルを評価する手法が使えない点が課題であり、これと言った測定手法が存在しないのが現状である。これは、半導体ウェハのように表面が平坦ではなく、測定対象物が三次元構造を持っている場合が多いためである。このため、微小機械部品における清浄度評価は、純水による超音波洗浄前後の純水中のパーティクル数を比較して洗浄状況を把握する間接的な手法が一般的に行われている（例えば、特許文献１または２参照）。
【０００５】
これに対し、装置のステージアームなどがステッピングモーター駆動する際に発生する塵埃が問題とされる分野において、測定対象物をステッピングモーターと同様レベルの１００Ｈｚ程度の周波数で振動させ、測定対象物表面のパーティクルを落下させ、光学検査装置で評価する方法なども提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平０９−００５２２７号公報
【特許文献２】特開２０００−０１２６６９号公報
【特許文献３】特開２００５−９３９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、純水中においてパーティクル数を比較する従来の手法では、１）純水中にもともと含まれているパーティクルの影響を受ける、２）純水中の気泡の影響を受けて測定誤差を発生する、３）洗浄に用いた純水全てを計測することは不可能なため、溶液中のごく一部分を抽出して測定し全量を推測することによる誤差が発生する、などの問題を抱えている。
【０００７】
また、測定対象物を１００Ｈｚ程度の周波数で振動させる手法では、本願が対象としている精密部品の表面に付着した塵埃を効率的に落下させることは困難である。
【０００８】
そこで、本発明では、洗浄対象が機械部品などの構造物である場合を想定したパーティクルの付着具合に関し、純水中ではなく大気中においてパーティクル数を計測する手法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一の発明は、測定対象物を傾斜および回転可能に保持する保持機構と、前記測定対象物に熱衝撃を加える熱衝撃付与手段と、前記測定対象物に振動を加える加振手段と、前記熱衝撃付与手段による熱衝撃とともに前記加振手段による振動を同時に加え、前記測定対象物表面に付着したパーティクルを脱離させ、下方に配置したプレート上に収集するパーティクル収集手段と、を有することを特徴とする清浄度評価装置に関する。
【００１０】
すなわち、第一の発明によれば、保持機構が、測定対象物の傾斜および回転を可能に保持する保持し、熱衝撃付与手段が、測定対象物に熱衝撃を加え、加振手段が、測定対象物に振動を加え、パーティクル収集手段が、熱衝撃付与手段による熱衝撃とともに加振手段による振動を同時に加えて測定対象物表面に付着したパーティクルを脱離させ、測定対象物の保持機構の下方に配置したプレート上に収集する構成とすることによって、サンプルに付着したパーティクルの数を、実際の使用状況と同様の条件下で観測でき、測定対象物の清浄度を直接的に評価できる清浄度評価装置の実現が可能となる。
【００１１】
第二の発明は、前記加振手段は、超音波振動もしくはインパクト振動のいずれか、もしくはその両方を発生できることを特徴とする上記第一の発明に記載の清浄度評価装置に関する。
【００１２】
すなわち、第二の発明によれば、超音波振動やパルス的なインパクト振動を加えることによって、測定対象物に効率的な振動を与え、付着したパーティクルの脱離を促すことが可能となる。
【００１３】
第三の発明は、前記加振手段は、強度と周波数の少なくとも一方が可変であることを特徴とする上記第一または第二の発明に記載の清浄度評価装置に関する。
【００１４】
すなわち、第三の発明によれば、加振に用いる振動は、周波数もしくは振動強度を変えることによって、測定対象物の共振点付近で動作させることができ、表面に付着したパーティクルを効率よく脱離させることが可能となる。
【００１５】
第四の発明は、上記第一乃至第三の発明のいずれかに記載の清浄度評価装置において、前記プレート上に収集されたパーティクル数を計数するパーティクル計数手段を備え、該パーティクル計数手段は、レーザー光源と、レーザー光が照射された時に前記パーティクルに起因したレーザー光の散乱を検知する検出器とから構成されることを特徴とする清浄度評価装置に関する。
【００１６】
すなわち、第四の発明によれば、光散乱法を用い、収集したパーティクルに起因するレーザー光の散乱を検知することによって、パーティクルの数や大きさを評価することが可能となる。
【００１７】
第五の発明は、上記第一乃至第四の発明のいずれかに記載の清浄度評価装置において、減圧チャンバー内に配設されることを特徴とする清浄度評価装置に関する。
【００１８】
すなわち、第五の発明によれば、装置構成部品を低真空領域とした減圧チャンバー内に構成することで、脱離するパーティクルの収集効率を向上させることが可能となる。また、光学検査の代わりに電子顕微鏡による検査を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上、本発明により、測定対象物に付着した微小粒子の数を、従来の水中評価ではなく、大気中（または減圧下）において、実際の使用状況と同様の条件下で観測できるため、測定対象物の清浄度を直接的に評価できるようになる。さらに、過剰な製造条件や洗浄条件を設定するリスクを低減できるため、製造コストの低減につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。以下の例では、測定対象物（以降、サンプルと記述）として直径が５ｍｍ程度の微小なレンズ部品を想定しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態になる清浄度評価装置の基本構成を示す。清浄度評価装置は、サンプル４を保持する保持機構３を有し、保持機構３は、傾斜と回転が可能なチルトステージ１に取り付けられている。また、サンプル４に熱衝撃を加えるため、ハロゲンランプなどのヒーター６が配置され、さらには、サンプル４に振動を加えるための振動子２と、それを駆動するための信号発生器５を備え、超音波領域の振動を加えることが可能となっている。すなわち、本発明の清浄度評価装置は、サンプル４に振動とともに熱衝撃（急速の昇温降温による熱衝撃動作）を加えることで、サンプル４表面に付着したパーティクルを効率的に脱離させ、サンプル４の保持機構３の下方に配置したプレート１０上に堆積したパーティクルを光散乱法で検出する構成となっている。
【００２２】
熱衝撃および振動の付加に関しては、例えば、ハロゲンランプ等の昇温機構およびＨｅ冷却等の降温機構による熱衝撃をサンプル４に加えることによって、サンプル４に付着している塵埃などのパーティクルの付着力を弱め、その上で、さらに超音波領域の振動を加えることによって相乗的な効果が生まれ、より効率的なパーティクルの脱離が促進されることとなる。
【００２３】
なお、加振に用いる振動は、周波数もしくは振動強度を可変とし、サンプル４の共振点付近で動作させることによって、表面に付着したパーティクル（または微粒子）を効率よく脱離させることが可能となる。また、上記超音波振動に代えて、あるいは併用して、例えば、通常の使用状態から想定される以上の周波数及び強度を有するインパクト振動をサンプル４に加えることによって、パーティクルの脱離を促進させることが可能である。
【００２４】
そして、サンプル４の下方には、鏡面状の清浄なプレート１０が配置され、そのプレート１０上に、サンプル４に加えた熱衝撃と振動によってサンプル４表面に付着したパーティクルを脱離させ、堆積させることができる。
【００２５】
さらに、パーティクル収集手段としての上記プレート１０は、保持機構３の下方に配置された板状体であり、当該板状体表面の少なくとも一部の表面荒さは、サンプル４に付着するパーティクル寸法より小さくすることが好ましい。
【００２６】
こうして堆積したパーティクルを光散乱法で検出することが可能である。光散乱法は、レーザー光をサンプル表面に照射した時にパーティクルによって散乱される光を、光電子増倍管などの光センサを用いて検出し、その散乱光強度によって粒子径や個数分布などを計測する一般的手法である。なお、光散乱法による測定の代わりに、市販の表面検査装置を用いることも可能である。また、パーティクルの収集効率を高めるために、減圧チャンバー内での処理が好適である。
【００２７】
さらに、パーティクルを脱離させる条件は、対象部品が実際に使用される環境を想定して選ぶことができるようにしている。こうした条件設定によって、例えば、実使用環境を超える条件下でのパーティクル数が基準値を超えなければ、実際の使用環境でも部品表面からのパーティクル脱離はなく、問題は発生しないというような判断が可能となる。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態になる清浄度評価装置におけるサンプル固定加振冷却構造例を示す。本例では、清浄度評価装置におけるサンプル固定部分の具体的構造例を示している。
【００２９】
保持機構３は、傾斜と回転を付与する機構を有し、サンプル４の向きを適宜変えることができるものとしている。また、保持機構３には、熱衝撃の効果を高めるためのヘリウム（Ｈｅ）ガスによるＨｅ冷却ライン２０が取り付けられている。Ｈｅガスはサンプル４背面に接触するような構成とし、Ｏリング２１によってシールする構造を用いている。ヒーターによる加熱後、ガス冷却を行うことで、サンプル４に急激な温度変化を与えることができるようにしている。冷却する機構には、ペルチェ素子などを用いることも有効である。さらに、サンプル４を挟持して保持するため、保持機構３の底部にバネ部材による固定部２２を備える。
【００３０】
加振に用いる振動は、２０ｋＨｚ程度から徐々に周波数を上げ、数百ｋＨｚまで印加できるようにすることで、サンプル４の共振点付近で動作させることができ、表面に付着したパーティクルを効率よく脱離させることが可能である。また、パーティクル脱離を促進するため、超音波振動の他、数ｍｓオーダーの１パルス信号を用いたインパクト振動も併用し、パーティクルの脱離を促すことも可能である。
【００３１】
サンプル４表面に付着するパーティクルは静電気力により拘束されている場合も多いため、この付着力を排除する除電機構として、例えば、高周波ＡＣ方式のイオナイザを配備することが好適である。
【００３２】
サンプル４の下方には、鏡面状の清浄なプレート１０として、例えば、シリコンウェハを配置し、サンプルに加えた熱衝撃と振動によってサンプル４表面に付着したパーティクルを脱離させて当該プレート１０上に堆積させている。
【００３３】
図３は、本発明の実施の形態になる清浄度評価装置の構成部品の減圧チャンバーへの取り付け構成例を示す。実施例は、脱離するパーティクルの収集効率を向上させるため、装置構成部品を減圧チャンバー３０内に構成した例を示している。減圧チャンバー３０内の装置構成部品は、チルトステージ１及び振動子２からなる保持機構３にセットされたサンプル４からパーティクル脱離部部分と、同一支持台３１に取り付けられたプレート１０及びプレート１０上の収集パーティクルを検出するレーザ光源８と検出器９からなるパーティクル検出部分とから構成されている。
【００３４】
そして、減圧チャンバー３０内の空気は、バルブ３２を介して真空ポンプ３３によって排出される。ここでは、減圧時の圧力は、１Ｐａ程度としたが、これらのいわゆる低真空領域でも十分な効果が見込める。
【００３５】
このように、減圧チャンバー３０中における清浄度評価では、サンプル４に付着したパーティクルが大気中における気流の影響で、他所にパーティクルが飛散するのを防止することができ、より正確なパーティクルの収集を図ることが可能となる。
【００３６】
なお、減圧チャンバー３０を用いる場合，適度の真空度を実現した上で電子顕微鏡筒を組み合わせ、光学検査の代わりに電子顕微鏡による検査を行うことも有効である。
【００３７】
図４は、清浄度評価装置の本発明の実施の形態になる清浄度評価装置の動作フローを示す。
Ｓ１１（保持機構へのクランプ）：まず、サンプル４を図１及び図２に示す保持機構３にクランプ式の固定機構（図２の固定部２２）を用いて固定する。
Ｓ１２（熱衝撃＆振動付与）：引き続き、ヒーター６を用いて１５０℃程度まで急速加熱するとともに、２０ｋＨｚ程度の超音波振動を加える。この時、サンプル４の共振が得られるように振動数を調整することが望ましい。必要に応じて，チルトステージ１を用いたサンプル４の回転も同時に行う。また、サンプルの温度が１５０℃に到達したら，すみやかに冷却機構を用いてサンプルを急冷させる。
【００３８】
このような急速の昇温降温による熱衝撃動作によって、サンプル４とパーティクルの熱膨張係数の違いによるパーティクルの脱離が促進される。例えば、プラスチックのサンプル４に金属が付着物となっている場合などのように、サンプル４と付着したパーティクルの熱膨張係数の差を利用するもので、上述した急熱＆急冷による熱衝撃をサンプル４に加えることにより、付着物との歪みが生じ、脱離効果が促進されることとなる。
Ｓ１３（イオナイザ併用）：さらに、イオナイザ７による静電付着力の除去も加えることで、サンプル４表面に付着したパーティクルを効率よく脱離させることが可能となる。
Ｓ１４（回転による脱離処理）：また、本実施例では、表面が露出したレンズ部品をサンプル４として用いているため必要性は低いが、サンプル４の回転を併用することにより、複雑な形状をもつサンプルであっても、多様な面からパーティクルを効率よく脱離させることができる。
【００３９】
また、処理時間や条件はサンプル４の状態や実際の使用環境下を考慮して設定するのが望ましい。所定の処理が終了した時点で、加熱冷却、加振、イオナイザ駆動、サンプル４の回転、を全て停止させ、パーティクルの脱離処理は終了となる。
Ｓ１５（パーティクル計測処理）：以上の処理によって脱離したパーティクルは、サンプル４下に配置した清浄なシリコンウェハ上に堆積され、これを光散乱法を用いてパーティクルの数や大きさを評価する。なお、光散乱法による評価は、シリコンウェハ上に堆積したパーティクルを計測する方法に限らず、レーザー光を空中でライン状にスキャンさせ、パーティクルが落下する途中の段階で、レーザー光を横切る際に発生する散乱光を測定する方法などでも構わない。また、サンプル４によっては、レーザー光を直接サンプル表面に当て、散乱光を検出することで表面に付着するパーティクルの状態を測定する方法も有効である。
【００４０】
さらに、減圧チャンバー３０を用いた場合には、サンプル４をセットした後、減圧チャンバー３０を減圧し、上記の一連の脱離処理を実行する。そして、光散乱法による評価までを実施した後、減圧チャンバー３０を大気開放して評価を終了することになる。
【００４１】
以上述べてきた本発明の実施の態様は、以下の付記に示す通りである。
（付記１）  測定対象物を傾斜および回転可能に保持する保持機構と、
前記測定対象物に熱衝撃を加える熱衝撃付与手段と、
前記測定対象物に振動を加える加振手段と、
前記熱衝撃付与手段による熱衝撃とともに前記加振手段による振動を同時に加え、前記測定対象物表面に付着したパーティクルを脱離させ、下方に配置したプレート上に収集するパーティクル収集手段と、
収集した前記パーティクルの数を計数するパーティクル計数手段と、
を有することを特徴とする清浄度評価装置。
（付記２）  前記加振手段は、超音波振動もしくはインパクト振動のいずれか、もしくはその両方を発生できることを特徴とする付記１に記載の清浄度評価装置。
（付記３）  前記加振手段は、強度と周波数の少なくとも一方が可変であることを特徴とする付記１または２に記載の清浄度評価装置。
（付記４）付記１乃至３のいずれかに記載の清浄度評価装置において、前記プレート上に収集されたパーティクル数を計数するパーティクル計数手段を備え、該パーティクル計数手段は、レーザー光源と、レーザー光が照射された時に前記パーティクルに起因したレーザー光の散乱を検知する検出器とから構成されることを特徴とする清浄度評価装置。
（付記５）  付記１乃至４のいずれかに記載の清浄度評価装置において、減圧チャンバー内に配設されることを特徴とする清浄度評価装置。
（付記６）  付記１乃至５のいずれかに記載の清浄度評価装置において、さらに前記測定対象物の表面を除電する手段を有することを特徴とする清浄度評価装置。
（付記７）  前記パーティクル収集手段における前記プレートは、前記保持機構の下方に配設された板状体であり、当該板状体表面の少なくとも一部の表面荒さが、前記測定対象物に付着するパーティクル寸法より小さいことを特徴とする付記１に記載の清浄度評価装置。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態になる清浄度評価装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態になる清浄度評価装置におけるサンプル固定加振冷却構造例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態になる清浄度評価装置の構成部品の減圧チャンバーへの取り付け構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態になる清浄度評価装置の動作フローを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  チルトステージ
２  振動子
３  保持機構
４  サンプル
５  信号発生器
６  ヒーター
７  イオナイザ
８  レーザ光源
９  検出器
１０  鏡面プレート
２０  Ｈｅ冷却ライン
２１  Ｏリング
２２  固定部
３０  減圧チャンバー
３１  支持台
３２  バルブ
３３  真空ポンプ
【図１】
2009216414.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009216414.tif 000006