CN101627302B - 气体分析器 - Google Patents

Abstract

本发明的气体分析器包含：离子化部(211)，用以离子化试样气体；第1离子检测部(212)及第2离子检测部(213)，夹着所述离子化部(211)而设置，并且离开所述离子化部(211)起算的距离相互不同，以检测来自所述离子化部(211)的离子；过滤器部(214)，设在所述离子化部(211)及所述第1离子检测部(212)之间，选择性地使来自所述离子化部(211)的离子通过；运算装置(3)，利用通过所述第1离子检测部(212)所得的试样气体的第1全压TP₁及通过所述第2离子检测部(213)所得的试样气体的第2全压TP₂，修正通过所述第1离子检测部(212)所得的由所述过滤器部(214)所选择的特定成分的分压PP₁；且在利用四极质谱分析法等的气体分析器中，可维持分辨率，并即使在测定值无法追随周围气体压力变化的区域也可进行修正。

Description

气体分析器

技术领域

本发明涉及气体分析器，特别涉及利用四极质谱分析法等的气体分析器测定値修正方法。

背景技术

已知该种残余气体分析器具备传感器单元与装置本体而形成，传感器单元具有包含离子化部、质谱分析部与检测部的传感器部及交流产生器部，装置本体以缆线连接该传感器单元(参照例如非专利文献1)。

又根据该残余气体分析器，首先，自高温丝极发射的热电子影响导入离子化部的残余气体而将其离子化。以透鏡加速、收敛产生的离子，将其导往质谱分析部。在质谱分析部中对例如4条圆柱形电极(四极)施加直流及交流电压以筛选离子。作为电流以检测部的法拉第杯检测分离的离子。该离子电流会随残余气体量(分压)变化，故可高精度测定残余气体。

然而存在有下列问题，四极质谱分析器的离子电流与残余气体量(分压)成比例增加时，周围气体压力一旦升高，飞行于四极部内的离子与气体的碰撞机率即会增加而导致离子难以到达检测部，且因空间电荷的影响等检测敏感度会变化。因此，四极部配置的周围气体压力一旦高于既定値(例如约1×10^-2～1×10^-1Pa)，离子电流的增加即会变缓慢。因此，离子电流一旦超过峰値即会减少(参照图6)。

另一方面，一旦缩短构成四极部的圆柱形电极，即使周围气体压力高通过四极部内的离子与气体的碰撞机率也小，周围气体压力即使在该既定値以上也可进行测定。

然而存在有一旦缩短圆柱形电极分辨率即会降低的问题。

又，如专利文献1所示，以往有以下的气体分析器，在离子化部附近设置用以测定全压的全压测定部(在专利文献1中为符号11)，利用离子化部附近的全压修正测定値的分压。

然而，在这样的气体分析器中存在以下的问题，即用于修正的全压测定值若不正确，即使利用该全压修正分压，也无法进行正确的修正。实际上如此测定的全压也如上述，周围气体压力一旦高于既定値(约1×10^-1～1Pa)，周围气体压力的变化即不成比例。存在特别是全压一旦超过峰値即无法利用全压修正分压的问题。

非专利文献1：池田亨，「专辑论文超小型残余气体分析器PressureMaster RGA系列」，HORIBA Technical Reports，堀场制作所株式会社，2004年3月，第28册，p.12-15

专利文献1：日本特开平11-31473号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在此，为一举解决上述问题点，本发明的主要课题是期望其可维持分辨率并可在测定値不与周围气体压力的变化成比例增加的区域进行修正。

解决课题的手段

即本发明的气体分析器，其特征在于，包含：

离子化部，用以离子化试样气体；

第1离子检测部及第2离子检测部，夹着该离子化部而设置，并且离开该离子化部的距离相互不同，以检测来自该离子化部的离子；

过滤器部，设在该离子化部及该第1离子检测部之间，选择性地使来自该离子化部的离子通过；及

运算装置，利用通过该第1离子检测部所得的试样气体第1全压、通过该第2离子检测部所得的试样气体第2全压、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离修正通过该第1离子检测部所得的由该过滤器部所选择的特定成分分压。

若如此，利用通过离开离子化部的距离不同的第1离子检测部及第2离子检测部所得的试样气体第1全压及第2全压修正选择离子的分压，故可维持分辨率，并即使在相对于例如周围气体压力的上升、二离子检测部的测定値超过峰値而减少的压力区域也可进行修正。即可使以往可测定分压的极限値(分压测定极限値)尽量朝高压侧偏移。且其是将过滤器部配置在第1离子检测部与离子化部之间的构造，故只要在利用四极质谱分析法等质谱分析法的已知的气体分析器的构成中使第2离子检测部因与第1离子检测部的关系夹着离子化部而设置即可，故可直接使用既存的气体分析器。

可考虑使该运算装置利用该第1全压与该第2全压比、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离修正该分压以作为具体的修正方法。

且使用上述气体分析器的测定结果修正方法，其特征在于，包含：

第1全压测定步骤，通过该第1离子检测部测定该试样气体第1全压；

第2全压测定步骤，通过该第2离子检测部测定该试样气体第2全压；

分压测定步骤，通过该第1离子检测部测定由该过滤器部所选择的选择离子分压；及

修正步骤，利用该第1全压及、该第2全压、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离修正该分压。

且本发明的气体分析器用修正程序通过气体分析器实行，该气体分析器包含：

离子化部，用以离子化试样气体；

第1离子检测部及第2离子检测部，夹着该离子化部而设置，并且离开该离子化部的距离相互不同以检测来自该离子化部的离子；

过滤器部，设在该离子化部及该第1离子检测部之间，选择性地使来自该离子化部的离子通过；及

运算装置；

且该气体分析器用修正程序的特征在于，该运算装置中具有下列功能：

利用通过该第1离子检测部所得的试样气体第1全压及通过该第2离子检测部所得的试样气体第2全压修正通过该第1离子检测部所得的由该过滤器部所选择的特定成分分压。

本发明的气体分析器用运算装置用于气体分析器中，该气体分析器包含：

离子化部，用以离子化试样气体；

第1离子检测部及第2离子检测部，夹着该离子化部而设置，并且离开该离子化部的距离相互不同以检测来自该离子化部的离子；及

过滤器部，设在该离子化部及该第1离子检测部之间，选择性地使来自该离子化部的离子通过；

且该气体分析器用运算装置的特征在于：

利用通过该第1离子检测部所得的试样气体第1全压、通过该第2离子检测部所得的试样气体第2全压、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离修正通过该第1离子检测部所得的由该过滤器部所选择的特定成分分压。

且若是使用本发明气体分析器的半导体制造装置即可适当进行半导体制造。具体而言，本发明的气体分析器可适用于溅镀或真空蒸镀中特定气体的监控或溅镀或真空蒸镀后残余气体的测定。且也可适用于蚀刻后、CVD后或是腔室清洗后残余气体的测定。

发明的效果

采用如此构成，本发明可维持分辨率并可在测定値不与周围气体压力的变化成比例增加的区域进行修正。

附图说明

图1是本发明一实施形态的气体分析器的示意构成图。

图2是同一实施形态中传感器部的内部构成图。

图3是显示测定包含于试样气体的N₂分压时的修正结果图。

图4是显示测定包含于试样气体的Ar分压时的修正结果图。

图5是变形实施形态的传感器部的内部构成图。

图6是显示已知气体分析器测定结果的图。

符号说明

1…气体分析器

TP₁…第1全压

TP₂…第2全压

PP₁…特定成分的分压

2…传感器单元

21…传感器部

211…离子化部

212…第1离子检测部

213…第2离子检测部

214…四极部

22…交流产生器部

3…运算装置

具体实施方式

实施发明的最佳形态

以下参照图式说明关于本发明一实施形态。又，图1是显示本实施形态的气体分析器1的示意构成图。图2是传感器部21内部构成图。

<装置构成>

本实施形态的气体分析器1是用于例如半导体制程中及装置清洗后真空腔室100内的气体监视器，如图1所示，其包含：

传感器单元2，包含侦测真空腔室100内制程气体或是残余气体等试样气体的传感器部21；及

运算装置3，控制该传感器部21并根据该传感器部21的输出进行残余气体的分析处理等。

以下说明关于各部2、3。

如图1所示，传感器单元2包含传感器部21与设于该传感器部21后端部的交流产生器部22等。且连接运算装置3与该传感器单元2的缆线CA连接交流产生器部22后端部。

如图2所示，传感器部21具有安装于真空腔室100时用以导入真空腔室100内残余气体的气体导入口(未图示)，并包含：

离子化部211，将自该气体导入口导入传感器部21内的试样气体的残余气体加以离子化；

第1离子检测部212及第2离子检测部213，夹着该离子化部211而设置，并且离开该离子化部211的距离相互不同，以检测来自该离子化部211的离子；及

四极部214，设于该离子化部211及该第1离子检测部212之间，作为过滤器部选择性使来自该离子化部211的离子通过。

离子化部211内部具有丝极，通过自丝极发射的热电子离子化试样气体。又，通过第1抽出电极215或是第2抽出电极216抽出由离子化部211所产生的离子。第1抽出电极215及第2抽出电极216皆由单一或是复数电极构成。第1抽出电极215设于离子化部211与四极部214之间，将由离子化部211所产生的离子朝四极部214及第1离子检测部212侧抽出并加速、收敛该离子。第2抽出电极216设于离子化部211与第2离子检测部213之间，将由离子化部211所产生的离子朝第2离子检测部213侧抽出并加速、收敛该离子。

四极部214按照离子的电荷质量比分离由第1抽出电极215所加速、收敛的离子束。具体而言，四极部214由以90°间隔配置的2组相对电极(圆柱形电极)所构成，相对者彼此是同电位，且在分别差90°各组之间施加重迭有直流电压U与高频电压Vcosωt的电压，使其U/V比一定并变化V，按照(质量/电荷数)比选择入射至此相对电极内的离子并使其通过。

第1离子检测部212是捕捉由四极部214所分离的离子并作为离子电流加以检测的法拉第杯。具体而言，第1离子检测部212是用以检测由四极部214所分离的特定成分离子，检测该特定成分试样气体中分压PP₁。且其是用以检测所有由离子化部211离子化的试样气体离子，并检测试样气体全压TP₁。

第2离子检测部213是捕捉通过第2抽出电极216使其收敛的离子并作为离子电流加以检测的法拉第杯。具体而言，第2离子检测部213是用以检测所有离子化的离子并检测试样气体全压TP₂。

说明关于第1离子检测部212及第2离子检测部213的具体配置形态。

如上述，第1离子检测部212及第2离子检测部213夹着离子化部211并与离子化部211相对而设置。即第1离子检测部212相对于四极部214设置于该离子化部211的相反侧。该第2离子检测部213相对于该离子化部211设置于该四极部214的相反侧。又，离子化部211、四极部214、第1离子检测部212及第2离子检测部213配置于一直线上。且离开离子化部211的距离X相互不同而配置。详细来说，自离子化部211起至第1离子检测部212为止的距离X1大于自离子化部211起至第2离子检测部213为止的距离X2而配置。

交流产生器部22将以该第1离子检测部212及第2离子检测部213检测的离子电流转换为显示电压值的数字电压信号，输出该电压信号至运算装置3。

运算装置3(装置本体)内建有搭载CPU或内部存储器等的电路部(未图标)，按照记忆于该内部存储器的程序使该CPU或接口设备作动，该运算装置3根据该传感器部21的输出进行试样气体的分析处理等。

以下具体说明运算装置3并说明关于试样气体中特定成分的分压PP₁、试样气体的全压TP₁的修正方法。

<第1全压测定步骤>

第1全压测定步骤是通过第1离子检测部212检测由离子化部211所产生的离子以测定试样气体的第1全压TP₁的步骤。即运算装置3为将所有由离子化部211所产生的试样气体离子导往第1离子检测部212而控制未图示的电源，从而对第1抽出电极215施加电压并对四极部214及第2抽出电极216不施加电压。由此通过第1离子检测部212检测所有产生的离子。又，通过交流产生器部22将来自第1离子检测部212的离子电流转换为数字电压信号以输出至运算装置3。且运算装置3接收数字电压信号以计算第1全压TP₁并将该第1全压数据收纳于未图示的收纳部。

<第2全压测定步骤>

第2全压测定步骤是通过第2离子检测部213检测由离子化部211所产生的离子以测定试样气体的第2全压TP₂的步骤。即运算装置3为将所有由离子化部211所产生的试样气体离子导往第2离子检测部213而控制未图示的电源，从而对第2抽出电极216施加电压并对第1抽出电极215及四极部214不施加电压。由此通过第2离子检测部213检测所有产生的离子。又，通过交流产生器部22将来自第2离子检测部213的离子电流转换为数字电压信号以输出至运算装置3。且运算装置3接收数字电压信号以计算第2全压TP₂并将该第2全压数据收纳于未图示的收纳部。

<分压测定步骤>

分压测定步骤是通过第1离子检测部212仅检测所产生的离子中特定成分的离子(选择离子)以测定该特定成分分压PP₁的步骤。即运算装置3为将所有由离子化部211所产生的试样气体离子导往四极部214而控制电源，从而对第1抽出电极215施加电压并通过四极部214仅使所有离子内特定成分的离子通过四极部214。由此通过第1离子检测部212仅检测特定成分的离子。又，通过交流产生器部22将来自第1离子检测部212的离子电流转换为数字电压信号以输出至运算装置3。且运算装置3接收数字电压信号以计算特定成分分压PP₁并将该特定成分分压数据收纳于未图示的收纳部。

又，进行上述第1全压测定步骤、第2全压测定步骤及分压测定步骤的顺序不限于上述，以任何顺序进行皆可。

<修正步骤>

修正步骤是修正通过该分压测定步骤所计算的特性成分分压PP₁及通过第1全压测定步骤所计算的试样气体全压TP₁的步骤。具体而言，运算装置3利用通过该第1全压步骤所得的第1全压TP₁与通过该第2全压步骤所得的第2全压TP₂比(TP₂/TP₁或是TP₁/TP₂)、自离子化部211起至第1离子检测部212为止的距离X1及自离子化部211起至第2离子检测部213为止的距离X2，通过以下公式修正分压PP₁。又，公式中PP₀显示修正后分压。

[数式1]

PP₀＝PP₁×α

α是「由X1、X2、

所构成的函数」

在此显示X1是自离子化部211起至第1离子检测部212为止的距离，X2是自离子化部211起至第2离子检测部213为止的距离。

更具体而言，通过以下方程序修正分压PP₁。

[数式2]

${\mathrm{PP}}_0={\mathrm{PP}}_1\&times;\exp \left\{\frac{X1}{X1-X2}1n\left(\frac{\mathrm{TP}2}{\mathrm{TP}1}\right)\right\}$

且运算装置3通过以下方程序修正全压TP₁。又，方程式中TP₀显示修正后全压。

[数式3]

TP₀＝TP₁×β

β是「由X1、X2、

所构成的函数」

在此显示X1是自离子化部211起至第1离子检测部212为止的距离，X2是自离子化部211起至第2离子检测部213为止的距离。

更具体而言，通过以下公式修正全压TP₁。

[数式4]

${\mathrm{TP}}_0={\mathrm{TP}}_1\&times;\exp \left\{\frac{X1}{X1-X2}1n\left(\frac{\mathrm{TP}2}{\mathrm{TP}1}\right)\right\}$

又，运算装置3将如此修正的特定成分分压PP₀及试样气体全压TP₀对未图示的显示部加以输出等。

其次使用本实施形态的气体分析器1将关于测定包含于试样气体的N₂及Ar时的测定结果显示于图3及图4。

图3是显示包含于试样气体中的氮气(N₂)分压PP₁的修正结果图。自图3可知在第1全压TP₁及第2全压TP₂的增加变缓慢的压力范围(约0.6～10²Pa)，特别是第1全压TP₁及第2全压TP₂的测定值超过波峰的压力范围(约1Pa～10²Pa)试样气体中N₂的分压PP₁受到修正。又，在第1全压TP₁及第2全压TP₂几乎相等的()压力范围(10^-7～0.6Pa)测定値PP₁与实际压力成比例随比例增加故无需修正。

且图4是显示包含于试样气体中的氩气(Ar)分压PP₁修正结果图。自图4可知在第1全压TP₁及第2全压TP₂的增加变缓慢的压力范围(约10^-1～10²Pa)，特别是第1全压TP₁及第2全压TP₂的测定値超过波峰的压力范围(约1Pa～10²Pa)试样气体中Ar的分压PP₁受到修正。

<本实施形态的效果>

根据如此构成的本实施形态的气体分析器1，利用通过离开离子化部211的距离X不同的第1离子检测部212及第2离子检测部213所得的第1全压TP₁及第2全压TP₂修正特定成分分压PP₁，故可维持分辨率，且即使在例如相对于周围气体压力的上升，二离子检测部212、213测定値超过峰値而减少的压力区域(约1Pa～10²Pa)也可进行修正。即可使以往可测定分压的极限值(分压测定极限値)尽量朝高压侧偏移。

且第1离子检测部212兼为试样气体全压TP₁测定用及特定成分分压PP₁测定用，再加上其为四极部214配置于第1离子检测部212与离子化部211之间的构造，故可简单化装置构成，且只要在利用四极质谱分析法的以往气体分析器1构成中使第2离子检测部213因与第1离子检测部212的关系夹着离子化部211而设置即可，故可直接使用既存的气体分析器1。

<其它变形实施形态>

又，本发明不限于该实施形态。以下说明中对对应该实施形态的构件赋予同一符号。

例如该实施形态中第1离子检测部212及第2离子检测部213虽与离子化部211、四极部214配置于一直线上，但若第2离子检测部213因与第1离子检测部212的关系夹入离子化部211而配置，即例如图5所示，其配置形态不限于该实施形态。

且在离子检测部，除法拉第杯外也可使用二次电子倍增器(Secondary electronmultiplier)。如此即可进一步提升检测敏感度。

且也可在测定未知试样气体时预先对裂化解谱图数据库化，通过参照该数据库鉴别包含于试样气体的特定成分，以修正测定的分压PP₁。

且该实施形态中虽使用四极部作为过滤器部但除此之外也可使用扇形磁场型、电场磁场双聚焦型、飞行时间型等离子渗透型。且也可组合这些。

除此之外也可适当组合上述的实施形态或变形实施形态一部分或是全部，本发明当然不限于该实施形态，可在不超出其宗旨的范围内进行各种变形。

产业上利用性

通过本发明可维持分辨率并在测定値不与周围气体压力的变化成比例增加的区域进行修正。

Claims (5)

1.一种气体分析器，包含：

离子化部，用以离子化试样气体；

第1离子检测部及第2离子检测部，夹着所述离子化部而设置，并且离开所述离子化部的距离相互不同，以检测来自所述离子化部的离子；

过滤器部，设在所述离子化部及所述第1离子检测部之间，选择性地使来自所述离子化部的离子通过；及

运算装置，利用通过所述第1离子检测部所得的试样气体的第1全压、通过所述第2离子检测部所得的试样气体的第2全压、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离，修正通过所述第1离子检测部所得的由所述过滤器部所选择的特定成分的分压。

2.如权利要求1所述的气体分析器，其特征在于，所述运算装置利用所述第1全压与所述第2全压的比例、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离修正所述分压。

3.一种气体分析器的修正方法，该气体分析器包含：

离子化部，用以离子化试样气体；

第1离子检测部及第2离子检测部，夹着所述离子化部而设置，并且离开所述离子化部的距离相互不同，以检测来自所述离子化部的离子；

过滤器部，设在所述离子化部及所述第1离子检测部之间，选择性地使所述离子化的离子通过；及

运算装置，接收来自所述第1离子检测部及第2离子检测部的检测信号，以分析所述试样气体，

且所述气体分析器的修正方法的特征在于，包含：

第1全压测定步骤，通过所述第1离子检测部测定所述试样气体的第1全压；

第2全压测定步骤，通过所述第2离子检测部测定所述试样气体的第2全压；

分压测定步骤，通过所述第1离子检测部测定由所述过滤器部所选择的特定成分的分压；及

修正步骤，利用所述第1全压、所述第2全压、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离修正所述分压。

4.如权利要求3所述的气体分析器的修正方法，其特征在于，利用所述第1全压与所述第2全压的比例、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离在所述修正步骤中修正所述分压。

5.一种气体分析器用运算装置，用于气体分析器中，所述气体分析器包含：

离子化部，用以离子化试样气体；

第1离子检测部及第2离子检测部，夹着所述离子化部而设置，并且离开所述离子化部的距离相互不同，以检测来自所述离子化部的离子；及

过滤器部，设在所述离子化部及所述第1离子检测部之间，选择性地使来自所述离子化部的离子通过，

且所述气体分析器用运算装置的特征在于：

利用通过所述第1离子检测部所得的试样气体的第1全压、通过所述第2离子检测部所得的试样气体的第2全压、自所述离子化部起至所述第1离子检测部为止的距离、以及自所述离子化部起至所述第2离子检测部为止的距离，修正通过所述第1离子检测部所得的由所述过滤器部所选择的特定成分的分压。

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