CN101814425A - 半导体制造工艺用吸光分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体制造工艺用吸光分析装置，其具备与半导体制造工艺的处理室的排气流路连接的流路切换机构和多重反射型水分浓度计测用吸光分析计，该吸光分析计使来自激光光源的激光在单元内多重反射，检测单元内的气体的吸光度变化，并测定该气体中的水分浓度。所述流路切换机构将所述排气流路在经由所述单元而被排气的计测用流路和不经由所述单元而被排气的旁通流路之间进行切换并连接。
Description
技术领域
本发明涉及利用激光测定气体中的水分量的装置。例如本发明涉及在半导体制造生产线中为了将工艺气体中的水分浓度抑制在一定值以下而用于持续监视水分量的半导体制造工艺用吸光分析装置。
背景技术
半导体制造工艺中，对半导体衬底(硅晶片)表面进行各种微细加工及处理。此时，使用蚀刻气体、外延成长用的反应气体、CVD(化学气相成长)用的反应气体等多种工艺气体(process gas)。公知有当这些工艺气体中含有水分时，则工艺气体和水分、或衬底表面和水分发生反应，生成不需要的副生成物，其结果是所制造的半导体的成品率显著降低。
因此，在半导体制造工艺中，为了确保处理的稳定性，探讨了在半导体制造装置上安装工艺监视器。作为其一例提案有：在半导体制造装置的工艺气体的排出口安装监视器，通过监视废气的成分，掌握半导体制造工艺的状态，由此，无论在加载室内还是加载时都能够提高成品率，实现处理的稳定化。
通常，作为工艺气体，多使用反应性高的气体，因此，其废气中混有腐蚀性高的气体、未反应物、水分等反应性副生成物等各种物质，在监视废气的情况下，在其测定系统需要进行硬件方面及软件方面的应对。
作为废气的监视器，水分监视特别重要。作为对工艺气体中含有的水分浓度进行计测的方法，例如已知有计测水晶振动器的频率变化的水晶振荡式、及吸附气体中的水分并计测静电电容变化的静电电容式。另外，还提案有使用波长可变型的激光并利用红外线吸收分光法测定水分浓度的激光水分计(参照特开平5-99845号公报、特开平11-183366号公报)。
上述的激光水分计中，向采样单元内导入采样气体，向采样单元入射具有规定波长的激光，通过对所透过的激光进行解析，根据在水分的吸收波长下的激光的强度来检测水分浓度。由于传感器部可对测定对象气体以非接触的方式进行测定，因此，与水晶振荡式及静电电容式的结构不同，其特征在于，也可以适用于腐蚀性气体，响应时间快。
另外，在上述的激光水分计的废气分析用单元中，为提高分析灵敏度，使用Whith式、及在对置的两个反射镜间进行多次反射的Herriott式(参照D.R.Herriott，H.Kogelnik，and R.Kompfer，Appl.Opt.3，523(1964))等。
在半导体制造工艺的废气中含有各种物质，其付着于水分计的单元(セル)中的反射镜及窗上，成为光学系的反射率及透射率低下的原因，以分析灵敏度降低为问题点进行举例。
发明内容
本发明的目的在于，在半导体制造工艺的废气监视器所使用的水分计的灵敏度降低得以抑制。
废气中的各种物质内对水分计的分析灵敏度降低影响最大的是颗粒(粉末体物质)。颗粒连续地产生是比较稀有的，多在打开了加载互锁真空室和处理室之间的闸阀之后、及导入了反应气体之后等特定的定时引起。于是，本发明中，使得对水分浓度测定造成影响的颗粒没有混入。
本发明的半导体制造工艺用吸光分析装置具备：与半导体制造工艺的处理室的排气流路连接的流路切换机构、和经由所述流路切换机构与所述排气流路连接的吸光分析计。
所述吸光分析计是多重反射型水分浓度计测用吸光分析计，其测定工艺气体中的水分浓度，具备使从所述排气流路排出的工艺气体流通的单元及光学系，该光学系使来自激光光源的激光在所述单元内多重反射，检测所述单元内的工艺气体的吸光度变化。
所述流路切换机构的构成为，在经由所述吸光分析计的所述单元排气的计测用流路和不经由所述单元排气的旁通流路之间切换并连接所述排气流路。
由此，在颗粒的产生达到一定水平以上的情况下，颗粒浓度高的废气通过旁通流路，防止颗粒付着在分析计内的光学元件面上，由此可抑制灵敏度降低，可高精度地测定水分浓度。
优选处理室内具备计测工艺气体中包含的颗粒的颗粒计数器。流路切换机构可将颗粒计数器的颗粒数的测定结果作为流路切换的判断基准使用。
为自动地防止颗粒向分析计的混入，具备所述流路切换机构、与所述颗粒计数器及所述吸光分析计可进行通信地连接的控制部，控制部在检测到工艺气体中有一定浓度以上的颗粒的情况下，自动地切换流路切换机构，将排气流路与不经由所述分析计而排气的旁通流路连接，可以防止颗粒付着在分析计内。由此，能够自动地防止颗粒向分析计的混入，从而操作简单。
附图说明
图1是表示一实施例的概略图；
图2是表示多重反射型水分浓度计测用吸光分析计的一实施例的概略剖面图。
符号说明
4吹扫气体导入口
5光源室
6光源部
7、8反射镜
9检测部
12吹扫气体排出口
13连接器
14多重反射单元
15、16反射镜
17a、17b凸缘
18试样气体导入口
19试样气体排出口
20a光透射窗
25控制部
31晶片盒
33晶片
35加载互锁真空室
37闸阀
39反应室(处理室)
41阀
43真空计
45颗粒计数器
47主排气泵
49、53切换阀
50流路切换机构
51分析计
55、57干式泵
59控制部
具体实施方式
下面，说明本发明的实施例。
图1是半导体制造工艺监视用吸光分析装置的概略图。晶片盒31所收容的硅晶片33被放入用于使其移行到减压环境的加载互锁真空室35。在加载互锁真空室35连接有干式泵57，从而可将其内部减压。
加载互锁真空室35经由闸阀37与对硅晶片进行工艺气体处理的反应室(处理室)39连接。闸阀37在加载互锁真空室35的压力是可向反应室39内移送晶片的压力(通常100mTorr～50mTorr)下被打开。
在反应室39的排气口直接连接有可将反应室39排气至高真空度的主排气泵47、在主排气泵47下游所配置的低真空的粗抽真空用干式泵55。主排气泵47和干式泵55均用于将反应室39内减压。
在反应室39，用于等离子体处理的各种反应气体类经由阀41被供给，就可对晶片使用各种工艺气体进行处理。另外，在反应室39连接有真空计43和颗粒计数器45。真空计43计测真空室39内的真空度，颗粒计数器45可计测反应室39内的颗粒数量。
在主排气泵47和干式泵55之间连接有流路切换机构50。流路切换机构50具备在主排气泵47所配置的切换阀49和在干式泵55侧所连接的切换阀53。切换阀49与分析计51的单元的试样气体导入口连接，切换阀53与同单元的排出口连接，并且，在两切换阀49、53之间连接有短路流路。两切换阀49、53在构成将来自反应室39的废气经由分析计51的单元而被排气的计测用流路的状态、和构成不经由分析计51的单元而两切换阀49、53间短路的旁通流路的状态之间被切换。作为切换阀49、53，可使用三通阀(例如Swagelock社的SS68-XTF32)等。
控制部59与颗粒计数器45、流路切换机构50及分析计51连接，可进行通信。
作为分析计51使用多重反射型水分浓度计测用吸光分析计。其次，对作为分析计51所使用的多重反射型水分浓度计测用吸光分析计进行说明。图2是吸光分析计的概略剖面图。
在导入试样气体的多重反射单元14的内侧两端，为了多重反射所入射的激光而配置有对置的一对凹面反射镜15、16。反射镜15、16分别安装于凸缘17a、17b上。
照射激光的光源室5与单元14的反射镜16侧的凸缘17b邻接地配置。在反射镜16和凸缘17b上设有用于激光的入射和射出的光透射窗20a，在与该光透射窗20a对应的光源室5的壁面也设有用于激光的入射和射出的光透射窗24。在光透射窗20a和24之一方或两方嵌入由相对于激光有透射性的石英板等构成的窗板，将单元14和光源室5之间气密密封。在光源室5的内部具备：光源部6、使从光源部6照射的激光反射并从光透射窗24、20a导入单元14内的反射镜7、由光敏二极管等构成的检测部9、将在单元14内由反射镜15、16多重反射并从光透射窗20a、24所射出的激光导向检测部9的反射镜8。
作为光源部6的光源使用激光光源。这是由于，在卤素灯等灯光源中，在反射镜15、16之间多重反射时光束的发散增大，不能取出充分的光量。
光源部6和检测部9经由设于光源室5的侧面的连接器13与以一定的扫描频率扫描激光的波长的控制部25连接。控制部25与图1的控制部59连接。
在单元14设有导入试样气体的试样气体导入口18和排出试样气体的试样气体排出口19。试样气体导入口18和试样气体排出口19分别与图1的切换阀49和切换阀53连接。
在光源室5，为了将光源室5内确保干燥状态，设置有导入吹扫气体的吹扫气体导入口4和排出吹扫气体的吹扫气体排出口12，N2等干气体从吹扫气体导入口4导入，从吹扫气体排出口12排出。
其次说明该实施例的动作。
[半导体制造工艺]
晶片33从晶片盒31被移送(运送)到加载互锁真空室35。将收容晶片33的加载互锁真空室35内减压至可以将晶片33移送到反应室39内的压力(通常100mTorr～50mTorr)。在加载互锁真空室35减压后，将与反应室39之间隔开的闸阀37打开，将晶片移送到反应室39内。
反应室39的压力在导入晶片时有若干的压力变动，因此，通过主排气泵47使其降低至规定压力(数mTorr～数百μTorr)。之后，通过将反应性气体类经由阀41导入反应室39且使等离子体点火，由此对晶片进行等离子体处理。
在反应室39内，在由晶片表面和等离子体所激励的反应气体、所激励的多个反应气体间等复杂的反应系下进行处理。在进行工艺处理时，反应室39内的气体通过主排气泵47持续排气，经由分析计51监视水分，同时将不需要的物质(例如未反应气体、反应生成物、自由基等)排出除去。
[水分浓度计测]
图2中，干气体从光源室5的吹扫气体导入口4导入，从吹扫气体排出口12排出。理想的是以光源室5的内部不会付着水分等成分的方式充分地进行吹扫并减压。
作为试样气体的工艺气体从单元14的试样导入口18流入，进行工艺气体中的水分的测定。从光源室5内的光源部6射出的激光由反射镜7反射，使其朝向多重反射单元14。激光在通过了光透射窗24、20a后，向对置配置的反射镜15、16内入射，首先向反射镜15入射。之后，在反射镜15和反射镜16之间重复多重反射。多重反射后的激光从光透射窗20a、24取出，向光源室5内的反射镜8入射并被反射，且入射到检测部9并进行光电转换，从而测定水分浓度。水分浓度根据在单元14内的激光的光量的衰减求取。
[流路切换]
通过与反应室39连接的颗粒计数器45对反应室39内的气体中的颗粒数进行计测，在计测到一定水平以上的颗粒数的情况下，切换流路切换机构50，使来自反应室39的废气流向不经由分析计51的旁通流路。作为切换流路切换机构50的判定基准的颗粒数或颗粒浓度可以通过试验预先确定。
半导体制造工艺中的废气中含有各种物质，但通过计测水分浓度，可以判断工艺是否适当地进行。
本实施例中，在主排气泵47和分析计51之间设置由切换阀49、53，可使来自反应室39的废气选择流向经过分析计51的计测用流路或不经过分析计51的旁通流路。由此，可根据与各半导体制造工艺及监视的特性相适应的定时和量(时间控制)将采样气体导入分析计51。
就切换阀49、53的切换而言，将由反应室39所安装的颗粒计数器45得到的计测结果反馈给控制部59而实时地决定流路切换的定时也可。另外，进行模拟测试，根据颗粒计数器的计测结果预先求出切换阀49、53的切换定时，在该预先求出的定时手动或自动切换切换阀49、53也可。
Claims (5)
1.一种半导体制造工艺用吸光分析装置，其具备：
流路切换机构，其与半导体制造工艺的处理室的排气流路连接；
多重反射型水分浓度计测用吸光分析计，其是经由所述流路切换机构与所述排气流路连接的吸光分析计，该吸光分析计具备使从所述排气流路排出的工艺气体流通的单元、及使来自激光光源的激光在所述单元内多重反射而对所述单元内的工艺气体的吸光度变化进行检测的光学系统，由此对工艺气体中的水分浓度进行测定，其特征在于，
所述流路切换机构按照将所述排气流路在经由所述吸光分析计的所述单元而被排气的计测用流路和不经由所述单元而被排气的旁通流路之间切换并连接的方式构成。
2.如权利要求1所述的吸光分析装置，其中，
所述处理室内具备对工艺气体中包含的颗粒进行计测的颗粒计数器。
3.如权利要求2所述的吸光分析装置，其中，
具备与所述流路切换机构、所述颗粒计数器及所述吸光分析计按可通信的方式连接的控制部，
所述流路切换机构在工艺气体中的水分浓度测定中将所述排气流路与所述计测用流路连接，
所述控制部在所述颗粒计数器检测到工艺气体中有一定量以上的颗粒时，将所述流路切换机构切换为所述旁通流路。
4.如权利要求1所述的吸光分析装置，其中，
在所述排气流路直接连接有在所述处理室侧所配置的主排气泵和在所述主排气泵的下游所配置的粗抽真空用泵，
所述流路切换机构配置在所述主排气泵和粗抽真空用泵之间。
5.如权利要求4所述的吸光分析装置，其中，
所述流路切换机构具备在主排气泵侧所配置的第一切换阀和在所述干式泵侧所连接的第二切换阀，第一切换阀与所述单元的气体导入口连接，第二切换阀与所述单元的排出口连接，并且，在两切换阀间连接有短路流路，
通过两切换阀的切换，将所述计测用流路作为来自所述处理室的废气经由所述单元的流路而构成，将所述旁通流路作为来自所述处理室的废气不经由所述单元而经由两切换阀间的短路流路的流路而构成。
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