JP2018194304A - パーティクル計数装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パーティクル計数装置において複数のチャンネルの間の測定誤差を解消し、正確なパーティクル計数を可能とする。【解決手段】メモリ２６５に予め、各フォトダイオード１４２から同一強度の信号が出力された場合の各信号処理回路２６２のデジタル出力データの差違に基いて作成された各デジタル出力データの補正値を保持させておく。実際にパーティクル計数を行う際には、各フォトダイオード１４２からの出力にこの補正データを加える。これにより、各種要因による各信号処理回路２６２の個体差を吸収し、各フォトダイオード１４２の出力信号から正確なデータを得ることができ、正しいパーティクル計数を行うことができる。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば半導体製造装置のチャンバ内や排気管といった特定の場所を浮遊或いは通過する粒子（パーティクル）の数を計測するパーティクル計数装置に関する。

半導体の処理工程で発生し、処理室内を浮遊等する粉塵等のパーティクルは、製品の性能等を低下させる原因となる。そこで、半導体処理装置では、パーティクルの発生を抑えるために処理室（チャンバ）内を高真空状態にすると共に、処理室内を浮遊するパーティクルをリアルタイムで計測するパーティクル計数装置を設置している。

従来のパーティクル計数装置の構成の一例を図１に示す。このパーティクル計数装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０を貫くように設けられた配管１２０と、筐体１１０の一端に設けられたレーザ光源１３０と、配管１２０に関してレーザ光源１３０から直角の方向に設けられた光検出部１４０を備えている。

レーザ光源１３０は、筐体１１０の他端側に向けてレーザビームBを照射するようになっており、配管１２０の該レーザビームBが通過する箇所には通過孔（図示せず）が設けられている。また、配管１２０の該レーザビームBの経路に直交する方向、すなわち、光検出部１４０の方向にも、散乱光を通すための開口（図示せず）が設けられている。配管１２０の両端には、本パーティクル計数装置１００を測定対象の配管に取り付けるためのフランジ１２１、１２２が設けられている。

光検出部１４０は多数のフォトダイオード（光検出素子）１４２を有しており、これら多数のフォトダイオード１４２は前記レーザビームBに平行に配列されている（特許文献１）。

これら筐体１１０と配管１２０、及びレーザ光源１３０と光検出部１４０が測定ヘッド１５０を構成する。測定ヘッド１５０は制御ユニット１６０に接続され、制御ユニット１６０には更にパソコン１７０が接続される。

このパーティクル計数装置１００の測定原理を図２により説明する。このパーティクル計数装置１００の配管１２０を測定対象の配管に取り付け、レーザ光源１３０からレーザビームBを配管１２０内に向けて照射する。配管１２０内を流れるパーティクルpがレーザビームBの光路を通過したとき、このパーティクルpがレーザ光を散乱させ、散乱光Rが光検出部１４０の1又は複数のフォトダイオード（PD）１４２により検出される。各フォトダイオード１４２からの出力信号は制御ユニット１６０内において常時観測されており、パーティクルpがレーザビームBの通過した時点でいくつかのフォトダイオード１４２からの出力信号には、図３に示すように、散乱光Rの検出を示すピークが現れる。各フォトダイオード１４２からの出力信号が所定の閾値THを超えた場合に、パーティクルpが配管１２０内を通過したと判断され、カウントされる。

特開2016-065833号公報

前述のとおり、パーティクル計数装置１００の光検出部１４０には複数のフォトダイオード１４２が含まれ、各フォトダイオード１４２からはそれぞれ測定信号が制御ユニット１６０に出力される。制御ユニット１６０には、図４に示すように、各フォトダイオード１４２（PD01、PD02、PD03、…）に対応したチャンネル毎に信号処理回路１６２が設けられ、それぞれ対応するフォトダイオード１４２からの信号を処理する。各信号処理回路１６２の出力は制御ユニット１６０に設けられた判定部１６４に送られ、判定部１６４では、全信号処理回路１６２からの出力に基づいてパーティクルpの検出の有無を判断する。

このように、制御ユニット１６０に設けられた複数の信号処理回路１６２には、それぞれ対応するフォトダイオード１４２からの信号を処理するために、同一の回路が備えられている。各回路には抵抗やコンデンサ等の電気素子が含まれるが、これら電気素子には必然的に個体差があることから、各チャンネルの信号処理回路１６２に同一の信号が入力したとしても、信号処理回路１６２からの出力には差が生じることがある。このような信号処理回路１６２からの出力における誤差は判定部１６４における判定に影響を及ぼし、パーティクル計数値に誤差が生じる原因となる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パーティクル計数装置において複数のチャンネルの間の測定誤差を解消し、正確なパーティクル計数を可能とすることにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係るパーティクル計数装置は、
a) 複数の光電変換素子から成る光電変換部と、
b) 前記光電変換部の各光電変換素子の出力信号から該出力信号の強度に対応するデジタル出力データを生成する信号処理回路を含む信号処理部と、
c) 前記複数の信号処理回路の各デジタル出力データに加えるべき所定の正又は負の補正データを保持している補正データ保持部と、
d) 前記信号処理部の各信号処理回路が生成するデジタル出力データに、前記補正データ保持部が保持している補正データを加える補正部と
を備えることを特徴としている。

本発明に係るパーティクル計数装置では、補正データ保持部に予め、光電変換部の各光電変換素子から同一強度の信号が出力された場合の信号処理部の各信号処理回路のデジタル出力データの差違に基いて作成された各光電変換素子のデジタル出力データの補正値を保持させておく。これにより、各種要因による信号処理部の各信号処理回路の個体差を吸収し、光電変換部の各光電変換素子の出力信号から正確なデータを得ることができ、正しいパーティクル計数を行うことができる。

前記補正データ保持部に保持させる補正データは、本発明のパーティクル計数装置により作成できるようにしておくこともできる。すなわち、本発明に係るパーティクル計数装置は更に、
e) 前記信号処理部の各信号処理回路に入力するための外部からの信号を受け入れる補正用信号入力部と、
f) 補正用信号入力部から入力された外部からの信号をそれぞれ、前記光電変換部の各光電変換素子の出力信号と切り替えて各信号処理回路に入力する入力切替部と、
g) 前記入力切替部により外部からの信号が各信号処理回路に入力されたときの各信号処理回路のデジタル出力データに基き、前記補正データを生成する補正データ生成部と、
h) 前記補正データを前記補正データ保持部に書き込む補正データ書込部と
を備えるようなものであってもよい。

この態様のパーティクル計数装置において、補正データ生成部と補正データ書込部は、外部のデータ処理装置（例えば、パーティクル計数装置に接続されたパソコン）内に設けられていてもよいし、 パーティクル計数装置の内部に設けられていてもよい。

上記本発明に係るパーティクル計数装置によれば、信号処理部の各信号処理回路が生成するデジタル出力データに、予め作成された補正データが加えられるため、各信号処理回路に含まれる抵抗やコンデンサ等の電気素子の個体差等に起因する各信号処理回路の特性の差違を吸収し、光電変換部の複数の光電変換素子からの出力を正しく測定することができる。これにより、パーティクル計数装置における複数のチャンネルの間の測定誤差を解消し、正確なパーティクル計数が可能となる。

従来のパーティクル計数装置の概略構成図。 前記パーティクル計数装置におけるパーティクル計数の原理説明図。 パーティクル係数装置の測定ヘッドの出力信号の一例を示すグラフ。 パーティクル計数装置の各チャンネルの構成を示す概略構成図。 本発明に係るパーティクル計数装置の第１の実施例の信号処理系の概略構成図。 本発明に係るパーティクル計数装置の第２の実施例の信号処理系の概略構成図。 第１の実施例のパーティクル計数装置の補正前後のカウント数を比較したグラフ。 第２の実施例のパーティクル計数装置における補正データ作成処理のフローチャート。

本発明に係るパーティクル計数装置の第１の実施例について図５を参照しつつ説明する。本実施例のパーティクル計数装置は、図５に示すように、概略、測定ヘッド１５０、制御ユニット１６０、パソコン１７０等から構成される。測定ヘッド１５０の構成は図１に示したものと同様である。

測定ヘッド１５０には所定個数のフォトダイオード１４２が備えられており、各フォトダイオード１４２はそれぞれ入射した光を検出して電気信号に変換する。配管１２０に投射されたレーザ光が該配管１２０内を通過するパーティクルpにより散乱され、このフォトダイオード１４２のいずれかに入射すると、該フォトダイオード１４２が高い検出信号を出力し、それ以外のフォトダイオード１４２は通常通り低い値（バックグラウンド値）を出力する。

測定ヘッド１５０のこれらフォトダイオード１４２の出力信号（図５では1本のラインでまとめて示している。）は、制御ユニット１６０内の同数設けられた信号処理回路１６２にそれぞれ入力される。各信号処理回路１６２では、各フォトダイオード１４２からの信号を増幅するとともに、所定の周波数、分解能で量子化してデジタル出力データを作成する。各信号処理回路１６２で作成されたこれらのデジタル出力データ（図５では同様に1本のラインでまとめて示している。以下、これら1本のラインに含まれる、各フォトダイオード１４２と各信号処理回路１６２に対応する部分をチャネルと呼ぶ。）は、加算器１６６においてメモリ１６５に保持されている各チャネルの補正データがそれぞれ加算され、加算後のデータ（補正後測定データ）は判定部１６４に送られる。判定部１６４では、全信号処理回路１６２からの出力に基づいてパーティクルpの検出の有無を判断する。この判定結果はインタフェイス１６７を介してパソコン１７０に送られる。パソコン１７０では、予めインストールされた所定のパーティクル計数装置用データ処理プログラムにより送られてきたデータを処理し、利用者に分かりやすいような形で表示部１７１に表示する。この際、本実施例のパーティクル計数装置では、複数の信号処理回路１６２に含まれる電気素子の個体差等に起因する各信号処理回路１６２の特性の差違を吸収し、複数のフォトダイオード１４２からの出力を正しく測定するため、正確なパーティクル計数及びそれに基づくデータ処理が可能となる。

本実施例のパーティクル計数装置における、光検出部１４０の或る1つのフォトダイオード１４２から出力される電圧（散乱光電圧）とその所定時間内の出現頻度（カウント数）をプロットしたグラフを図７に示す。補正前（破線）ではカウント数のピークが150mVのあたりにあり、それよりも低い散乱光電圧ではカウント数が非常に小さくなっているが、これは実情に合わない。従って、このようなグラフに基づき、補正データを-50mVとして、それを該フォトダイオード１４２の出力に加えることにより（すなわち、このような補正データをメモリ１６５に予め収納しておくことにより）、同図の補正後（実線）のように、散乱光電圧がゼロに近づくほどカウント数が大きくなるという実情に合ったグラフとすることができる。

本実施例のパーティクル計数装置の判定部１６４には、上記のパーティクル計数機能の他に、各フォトダイオード１４２が正常に動作しているか否かを判定する機能（異常検出機能）を持たせることもできる。すなわち、判定部１６４は各信号処理回路１６２を通じて各フォトダイオード１４２からの出力を常時監視していることから、いずれかのフォトダイオード１４２からの出力が異常に高い場合や、異例の長時間に亘って何らの出力も送られてこない場合には、該フォトダイオード１４２が異常であると判定することができる。この場合、制御ユニットに設けられた警報器（ランプ、ブザー等。図示せず）で警報を発したり、インタフェイス１６７を介してその旨の情報をパソコン１７０に送り、異常データを含むデータ処理が行われないようにすることができる。

本発明に係るパーティクル計数装置の第２の実施例を図６を参照しつつ説明する。図６において、第１実施例を表す図５と対応する要素には同一又は１００番台を２とした番号を付した。本実施例のパーティクル計数装置の基本的構成は図５に示す第１実施例のものと同じであるが、本実施例のパーティクル計数装置では制御ユニット２６０に、メモリに保持させるべき補正データをそれ自身が生成するための機能が備えられている。すなわち、ファンクションジェネレータ１８０等の外部の信号生成器からの信号を入力するインタフェイス２６８（外部信号入力インタフェイス。補正用信号入力部に相当）と、該外部信号を、測定ヘッド１５０のフォトダイオード１４２からの信号に替えて各信号処理回路２６２に入力させるための切替スイッチ２６９（入力切替部に相当）が備えられ、判定部２６４には次に述べるような機能が付加されている。

本実施例のパーティクル計数装置における補正データ作成のための処理を図８のフローチャートにより説明する。まず、使用者がファンクションジェネレータ１８０を制御ユニット２６０の外部信号入力インタフェイス２６８に接続する（ステップS1）。そして、制御ユニットを補正値作成モードに切り替える（ステップS2）。これにより、切替スイッチ２６９が、外部信号入力インタフェイス２６８と各信号処理回路２６２とを接続するように切り替えられる。また、加算器２６６は動作しなくなる。この状態で、使用者がファンクションジェネレータ１８０の信号を順次各信号処理回路２６２に入力してゆく（ステップS3）。判定部２６４は、各信号処理回路２６２からのデジタル出力データをそのまま受け、順次記憶してゆく（ステップS4）。全ての信号処理回路２６２からのデジタル出力データが得られた時点で、これら全データに基づき、各チャンネルの補正データを決定する（ステップS5。この処理を行う判定部２６４が補正データ生成部に相当）。判定部２６４は、決定された補正データをメモリ２６５に格納する（ステップS6。この処理を行う判定部２６４が補正データ書込部に相当）。

１００…パーティクル計数装置
１１０…筐体
１２０…配管
１２１、１２２…フランジ
１３０…レーザ光源
１４０…光検出部
１４２…フォトダイオード
１５０…測定ヘッド
１６０、２６０…制御ユニット
１６２、２６２…信号処理回路
１６４、２６４…判定部
１６５、２６５…メモリ
１６６、２６６…加算器
１６７、２６７…インタフェイス
１７０…パソコン
１７１…表示部
１８０…ファンクションジェネレータ
２６８…外部信号入力インタフェイス
２６９…切替スイッチ

Claims (3)

1. a) 複数の光電変換素子から成る光電変換部と、
   b) 前記光電変換部の各光電変換素子の出力信号から該出力信号の強度に対応するデジタル出力データを生成する信号処理回路を含む信号処理部と、
   c) 前記複数の信号処理回路の各デジタル出力データに加えるべき所定の正又は負の補正データを保持している補正データ保持部と、
   d) 前記信号処理部の各信号処理回路が生成するデジタル出力データに、前記補正データ保持部が保持している補正データを加える補正部と
   を備えることを特徴とするパーティクル計数装置。
2. 更に、
   e) 前記信号処理部の各信号処理回路に入力するための外部からの信号を受け入れる補正用信号入力部と、
   f) 補正用信号入力部から入力された外部からの信号をそれぞれ、前記光電変換部の各光電変換素子の出力信号と切り替えて各信号処理回路に入力する入力切替部と、
   g) 前記入力切替部により外部からの信号が各信号処理回路に入力されたときの各信号処理回路のデジタル出力データに基き、前記補正データを生成する補正データ生成部と、
   h) 前記補正データを前記補正データ保持部に書き込む補正データ書込部と
   を備え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。
3. 更に、前記各光電変換素子の出力信号に基づき、前記各光電変換素子の動作の異常を検出する異常検出部を備え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。

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