CN111837220B - 气体成分的监视方法及其装置、以及使用了其的处理装置 - Google Patents

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Abstract

在具备在比被加工物的设置位置靠下游侧处再激励而形成等离子体并监视该等离子体的发光的气体成分监视部的气体成分监视装置中，将气体成分监视部构成为具备：导入气体供给部，其供给导入气体；喷嘴部，其形成有孔和开口部，所述孔供从导入气体供给部供给的导入气体通过，所述开口部在该孔的中途将在排气配管部流动的分析对象的气体的一部分取入孔的内部；放电电极部，其使从开口部取入到喷嘴部的内部的分析对象的气体和供给到孔的内部的导入气体放电而在喷嘴的内部产生等离子体；以及发光检测部，其检测由放电电极部在喷嘴的内部产生的等离子体的发光。

Description

气体成分的监视方法及其装置、以及使用了其的处理装置
技术领域
本发明涉及使用蚀刻、CVD、灰化、表面改质等工艺气体来加工被处理物的处理装置的气体成分的监视、以及处理结束的监视(终点检测)的方法及其装置、以及使用了其的处理装置。
背景技术
例如，在半导体元件制造、液晶、太阳能电池这样的电气元件的制作中使用被称为工艺气体的高纯度的各种性质的气体来对晶片等被加工材料施加处理的制造装置是现今不可缺少的重要的工业机械。这些工艺气体根据处理方案的步骤的信息，通过质量流量控制器等流量控制器、气体阀而导入处理室、反应器(腔室)，使工艺气体等离子体化、或者在高温下反应，从而对被加工材料施加蚀刻、CVD、灰化、表面改质、扩散这样的加工。
例如在实施使等离子体直接与被加工材料、壁面接触的蚀刻、清洗的情况下，通过将来自腔室的等离子体发光(通过波长)分光，监视来自特定气体成分的发光的强度的经时变化，由此能够监视蚀刻处理的结束(终点)、壁面清洗的结束(终点)的时间。将该监视方法称为发光分光分析(OES：Optical Emission Spectroscopy)法。
作为监视腔室内的气体成分、终点的其他方法，存在以离子质量分析、气相色谱分析、原子(分子)气体吸光这样不同的原理为基础的方法、还存在从被处理物的薄膜干涉光测量膜厚的干涉膜厚测定(FTM：Film Thickness Monitor)法，并且存在使实际的膜附着于水晶振子而通过感应电容量的变化来测量膜厚的水晶式膜厚监视用检测器等监视工艺处理的进行状况的方法。在实际的处理装置中，在这些检测方案中，由于前者的OES的响应性的良好、正确性以及装置(系统)的简便性而最多用于终点检测。
然而，在以所谓的自由基反应为主体的处理中，气体成分在发光监视波长(通常为250～800nm左右)中不作为充分的明线光谱而发光，因此在OES中难以得到明确的信号光谱，所述以所谓的自由基反应为主体的处理是以下处理：使来自生成的等离子体的气体通过具有多个贯通的开孔的缓冲板(石英制、铝制)导入被处理材料、壁面而使用除去了带电粒子(离子以及电子)的作为自由基的激励气体进行处理、或者通过催化剂化学气相沉积(CAT-CVD：Catalytic Chemical Vapor Deposition、Hot Wire CVD)法、Hot Wire Etching(热丝蚀刻)不使气体成分离子化而通过催化剂、热激励气体进行处理。
在自由基反应中，与等离子体反应相比，能量被抑制为较低，因此没有积极地进行与分子的破裂、离子化等相伴的再结合。这是因为，在通过再结合返回到中性分子、或者电子返回到更低的稳定的能级时，发出与各自的能量差对应的分子(原子)固有的波长的光。
作为解决该问题的方案，一直以来提出了日本特开昭58-84431号公报(专利文献1)中可看到的那样的利用其他等离子体源将排出的气体再次等离子体化而进行发光分析的方法。另外，在该方法中，已知有如日本特开昭60-247924号公报(专利文献2)那样在较低的压力侧发光光谱显眼且S/N比良好的情况。
并且，最近如日本特开2013-191875号公报(专利文献3)所示，还存在如下方法：使下游侧的气体同样地等离子体化，监视该等离子体的电特性而检测终点。
另一方面，在美国专利第5，892，364号说明书(专利文献4)中记载有使用利用了电介质阻挡放电的等离子体源而将处理气体再等离子体化来进行检测的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭58-84431号公报
专利文献2：日本特开昭60-247924号公报
专利文献3：日本特开2013-191875号公报
专利文献4：美国专利第5，892，364号说明书
非专利文献
非专利文献1：田村等；由等离子体、催化剂混合引起的脉冲CH4/CO2改质和反应机构阐明；静电学会杂志第40卷第1号(2016)
发明内容
发明要解决的课题
在利用其他等离子体源重新激励来自进行工艺处理的负压下的腔室的废气而监视发光的方法中，由于在工艺处理中尚未反应的活性气体存在于废气中，因此存在如下问题：通过腐蚀、反应使采光用的视口(通常，材质为石英、或透光性氧化铝)的表面模糊、另外附着沉积成分从而使发光强度随时间推移降低。
另外，同样地，还存在构成放电部的电极的金属构件因活性气体而变质、或者腐蚀而被削去的问题。优选这些电极部的材质不易被削去、另外能够简单地更换那样的材料、结构。
另外，从监视气体成分的目的出发，以下四个方面变得重要。在S/N比的提升、进行稳定的检测方面，一个重要的是如何将废气中的作为目标的气体成分大量地引入到再激励的等离子体中。第二个重要的是构建具有仅发光的充分的电子温度、等离子体密度、或真空紫外发光成分，且具有足以使废气的成分发光的充分的能量的等离子体。
第三个是对等离子体发光部如何进行采光，需要效率良好地取入等离子体光。第四个是响应、时间常量的问题。若在要检测终点的再放电部中混入来自放电部周边的反应生成物的来自沉积的气体成分，则S/N比降低，因此不在放电部中产生沉积等的研究变得重要。
本发明在比这些被加工物的设置位置靠下游侧处再激励而形成等离子体并监视该发光的方法的基础上，提供放电部的维护性良好，能够避免沉积且能够效率良好地采光的具有充分的活性化能量的等离子体源的结构，并重新提供效率良好的监视方法及装置、以及使用了其的处理装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题，在本发明中，在使用由发光分光分析装置监视从处理装置排出而在排气配管部流动的分析对象的气体的成分的气体成分监视装置的方法的基础上，从外部向气体成分监视装置重新供给气体。从气体供给部向气体成分监视装置的将喷嘴部贯通的孔的内部导入该气体，并将在排气配管部流动的分析对象的气体的一部分从设置于喷嘴部的中途的开口部取入孔的内部。在喷嘴部的孔的内部中的包含从导入气体的供给部取入分析对象的气体的部分的区域内，由设置于气体成分监视装置的放电电极放电而产生等离子体，将产生的等离子体的发光通过喷嘴部的孔而由气体成分监视装置的发光检测部检测，基于由该发光检测部检测到的等离子体的发光的信息来监视分析对象的气体的成分。
另外，相对于上述的采光用的视口模糊的课题能够通过在供给气体中使用氩(Ar)等惰性气体而将采光用的视口的接气部用该惰性气体覆盖来解决。另外，上述放电部的电极的金属构件变质、或者腐蚀的课题能够通过使用将电极的金属构件的表面用电介质覆盖的电介质阻挡放电由此在金属构件保持清洁的状态下仅更换消耗的电介质来达成。另外，在本发明中，将从处理装置排出的分析对象的气体用所谓的真空喷射方式取入，因此在再激励的等离子体中更多地取入在排气配管部流动的分析对象的气体的成分。当然，考虑到安装有气体成分监视装置的排气配管中的压力，使供给气体的流量、形成喷射部的喷嘴、开口部的形状适当化，以使得成为适于电介质阻挡放电的压力。
另外，对于上述的等离子体的能量的课题，通过使供给到电介质阻挡放电的导入气体不仅为氩(Ar)，还为混入有氦(He)的气体，能够得到更大的离解能量来解决。
另外，通过从设置于端部的采光用的视口观察产生等离子体的喷嘴内部表面，而最有有效地取入发光。
并且，对上述的响应、时间常量带来影响的沉积的课题能够通过从被加工物的处理在反应器(腔室)开始之前利用气体成分监视装置产生等离子体而在该期间进行喷嘴内的沉积的清洗来解决。
发明效果
根据本发明，通过从放电部导入气体的上游侧采光、监视在比被处理物靠下游侧处重新由电介质阻挡放电等形成的等离子体所引起的废气成分的发光、以及用喷射功能将废气积极地取入等离子体，从而能够效率良好地、没有时滞地、使S/N比提升地检测以自由基反应为主体的被处理物的工艺处理的反应的进行状况的监视、终点时间。
另外，根据本发明，通过构成为使这些功能汇集在一个凸缘，并对该监视系统的品质、性能进行管理，能够提供维护性良好的、不产生机械误差的监视方法、监视系统(装置)以及使用了其的处理装置。
附图说明
图1是示出本发明的处理装置的概要的结构的框图。
图2是设置于本发明的排气路线的气体成分的监视装置的结构简图。
图3是示出本发明的另一实施例的结构简图。
具体实施方式
在以自由基反应为主体的所谓的不发光的工艺处理中，处理的结束(终点)的检测困难。虽然公开了再次激励废气而进行终点检测的方法，但在组装到处理装置时，存在分别独立地设置放电部、受光部、或者装置高价且大型的课题。
在本发明中，在排气配管的中途使用将受光部、导入气体部、电磁场施加部设置于大气侧并将接地电极部设置于真空侧而成的一体型的发光监视装置，从而对被加工物进行处理后的下游的废气再次进行等离子体化而使其发光，确定(分光)气体而检测处理的终点。用喷射功能将废气取入并在绝缘内筒内产生电介质阻挡放电，将其从大气压侧采光。提供一种紧凑且受光效率良好的气体成分的监视方法及其装置。
另外，本发明在比被加工物的设置位置靠下游侧处再激励而形成等离子体并监视其发光的方法的基础上，提供放电部的维护性良好，能够避免沉积且能够效率良好地进行采光的具有充分的活性化能量的等离子体源的结构，并重新提供效率良好的监视方案及装置以及使用了其的处理装置。
首先，关于用于再激励而形成等离子体的等离子体源，利用了专利文献4中记载的电介质阻挡放电。在单元中形成等离子体，使该等离子体束与其他气体、材料接触而得到该被激励的发光光谱，通过气体成分的分析来判定终点。但是，此时，为了更加积极地将废气取入等离子体，而形成具有喷嘴结构、气体取入口、气体扩散部的所谓的喷射结构，主要在该部分放电。
废气由于该放电部的喷射结构而被吸引于等离子体中，而效率良好地发光。作为气体的监视，也可以追随特定光谱(波长)的发光强度的经时变化。
另外，在将例如氦(He)混入导入气体的情况下，即使将He离子的明线光谱706.5nm、587.6nm、以及388.9nm中的任一波长光的发光强度与目标的废气成分的发光强度(例如钨W的400.9nm、407.4nm、429.5nm等)的波长光的发光强度之比、强度的差分作为指标进行监视，也能够效率良好地监视气体浓度的变化(蚀刻进行状况)、蚀刻终点。
在导入气体中，如专利文献4中记载的那样“优选使用惰性气体，包含氩、氦、氮、氙、氪、氖、或者它们的混合物”的情况没有任何改变。除了这些惰性气体以外，将氧作为导入气体而将放电部始终放置于氧化环境中也是有效的，因为能够通过工艺(例如抗蚀剂的灰化)而更加效率良好地避免沉积。
但是，对于采光部，设置于设为喷射结构的放电部的上游侧、即设置于该惰性气体导入侧的端面。通过使惰性气体始终流动而减少了包含未反应气体的废气与采光的视口接触的机会，而抑制了表面粗糙、模糊(变质层的形成)进而抑制了向表面的沉积物的产生。同时，能够高效地接收在筒状的单元内形成的圆筒状的等离子体光。此时，来自形成放电部的电介质表面的反射光也有助于采光的光量增大。
由作为等离子体流(等离子枪)扩散到单元外的等离子体激励的反应气体的发光也形成于该单元的前端，但该光也能够通过单元内的圆筒部而由最上游的采光部高效地接收。
一般地，在电介质阻挡放电中，作为电极的金属不暴露于等离子体，因此不消耗。覆盖电极的电介质(石英、氧化铝、钇等)有可能消耗，若仅将该放电部表面的电介质作为消耗品来运用，则运转效率良好。
如以上所示的那样，在使用惰性气体等导入气体的电介质阻挡放电中设置用喷射功能导入废气的功能，并从设置于导入气体上游侧的端口对该放电光采光，由此能够实现效率良好的OES的气体监视、终点判定方法及装置。
当然，在本发明中以电介质阻挡放电为例进行说明，但以供给气体为主，在其圆筒内沿长度方向放电，而从设置于该供给气体的上游侧的端口采光的方法并不局限于电介质阻挡放电，当然也能够利用其他放电方式(CCP(Capacitive Coupled Plasma：电荷耦合等离子体)、ICP(Inductively Coupled Plasma：电容耦合等离子体)、微波放电、磁控管放电等)。
以下，使用附图来说明本发明的各实施方式。
[实施例1]
作为本发明的第一实施例，对使用了气体成分的监视方法及其装置的处理装置进行说明。
图1是示出本实施例的处理装置的概要的结构的框图。本实施例的处理装置100是使用蚀刻、CVD、灰化、表面改质等在等离子体中激励的工艺气体将被处理物加工的装置，具备：处理装置主体110，其在内部具备载置处理对象的试料(被加工物)101的载置台111；排气泵113，其将处理装置主体的内部排气而维持所希望的压力状态；以及主排气管112，其用于将处理装置主体110的气体、反应生成物排出。另外在主排气管112的中途具备压力调整机构145、主配管分隔阀146、以及本发明的气体成分监视装置150。主排气管112经由排出管152而与排气泵113连接。当从气体供给部120供给处理气体(工艺气体)并向维持在所希望的压力的等离子体产生源130供给电力而产生等离子体时，产生的等离子体向处理装置主体110的内部扩散，开始载置于载置台111的试料101的处理。在载置台111具备控制温度的温度控制部140。
本实施例的处理装置主体110还经由具备导入管分隔阀184的导入管151而与排气机构115连接。在排气机构115中，为了形成低压而使用涡旋分子泵等具有更大排气量的泵。导入管分隔阀184具有不仅单纯地密封还能够进行压力调整的开度可变的阀体。在排气机构115的下游侧具备第二气体成分监视装置150’。从排出配管153排出的气体经由排出管152而与排气泵113连接。由气体成分监视装置150以及150’采光的光分别经由石英纤维4以及4’而导向各个分光器4-1以及4-1’，在此进行分光检测，并变换为电信号。
本实施例的处理装置100由控制部160控制。即，气体供给部120、等离子体产生源130、控制试料101的搬运的载置台111、温度控制部140、压力调整机构145、主配管分隔阀146、导入管分隔阀184、排气机构115、气体成分监视装置150以及150’、分光器4-1以及4-1’、以及排气泵113分别与控制部160直接或者间接地连接，并被控制部160控制。在图1中，控制部160与各控制对象的设备的连接的状态省略了图示。控制部160也可以进一步经由通信线路等而与上位的控制系统(未图示)连接。
图1所示的结构为一例，本专利所规定的结构并不局限于该图1的结构。
在图1所示的结构的处理装置100中，首先，在将处理对象的试料101减压下，使用系统整体的搬运机构(未图示)，将试料101载置于载置台111而通过温度控制部140使试料101开始向规定的温度的控制。在搬运时将开口的闸阀(未图示)等关闭，而将处理装置主体110的内部与搬运机构隔绝。接下来，根据设定的方案切换是在主排气管112的路线上排气、还是在导入管151的低真空侧的路线上排气，而关闭不使用的路线侧的分隔阀。从气体供给部120将处理气体(工艺气体)向处理装置主体110的内部供给，同时使本发明的气体成分监视装置150或150’运转，而在内部产生等离子体。当处理装置主体110的内部能够维持在所希望的压力，且试料101能够控制在规定的温度内时，向等离子体产生源130供给电力(施加装置未图示)而使其动作来形成等离子体。产生的等离子体成分向处理装置主体110的内部扩散。
载置于载置台111的试料101的表面通过由等离子体形成的自由基、离子、以及气相中的未反应的中性粒子、吸附于表面的气体之间的竞争反应而对表面进行蚀刻处理。从该试料101的表面脱离的处理完毕的气体包含试料101的构成粒子(元素、分子)而反映了表面的状态(从蚀刻对象膜的表面的消失等)的状况。另外，处理气体的成分(例如氯、氟这样的蚀刻剂)也另外根据试料101的表面状态而增减。从处理装置主体110的内部排出的处理完毕的气体导向气体成分监视装置150或150’，最终由排气泵113排出。
此时，气体成分监视装置150或150’将等离子体形成用电源22-2接通而施加电力，从而导向气体成分监视装置150或150’的处理完毕的气体的一部分发光，并通过各个分光器4-1或4-1’分析成分，其分析的结果被送至控制部160。
在控制部160中，根据预先存储的算法来处理气体的成分分析的经时变化，由此检测蚀刻处理的终点。当按照方案的处理结束时，使向等离子体产生源130的电力的供给停止而使等离子体消失，然后使处理气体(工艺气体)的供给停止，而使试料101的表面的处理结束。可以使本发明的气体成分监视装置150或150’的等离子体形成用电源22-2此时停止而消除等离子体，也可以维持起动的状态而形成等离子体直到下次试料的处理。当试料101成为能够搬运的规定温度时，从处理装置主体110搬出，并搬入下一个试料。重复这些步骤，能够将多张的处理连续地进行处理。
根据本实施例，能够使用气体成分监视装置150或150’对处理完毕的气体效率良好地进行成分监视，因此能够精度良好地检测试料101的表面的等离子体处理的终点。需要说明的是，将本发明的气体成分监视装置150或150’独立地设置于各个排气系统路线，但即使在两个路线合流后、即在排气泵113的上游设置一个气体成分监视装置150，对本发明所说明的功能、所得到的效果也没有任何改变。
[实施例2]
在本实施例中，对实施例1所说明的气体成分监视装置150或150’的具体的结构、以及使用其的气体成分的监视方法进行说明。
图2示出在处理装置100(参照图1)的处理装置主体110的内部设置于比载置于载置台111的被加工物即试料101(参照图1)靠下游侧的排气路线的结构。气体成分监视装置150或150’构成为具备大气部155和真空部156。
在处理装置主体110的内部，包含未反应的工艺气体、反应生成物的处理完毕的气体经由图2的右手侧的KF凸缘44(Inlet：入口)而从与主排气管112连接的导入管151导入，并从下侧的KF凸缘45(Outlet：出口)被吸引。上述KF凸缘44以及45分别通过快速连接器46、47而形成主排气管112或排出配管153(参照图1)的一部分。
在图2中，41是排气管，由KF凸缘44和45形成呈所谓的L型的弯头形状的一个排气配管部，并形成用于朝向下游侧插入而安装气体成分监视装置150或150’(参照图1)的壳体。在图2中进行了这样的安装，但安装的端口并不局限于该L型弯头形状。
在图2中，KF凸缘(Outlet：出口)45的相反侧、图2的上部是本发明的气体成分监视装置150或150’(参照图1)的安装端口。在气体成分监视装置150或150’(参照图1)中，组装于封压头喷嘴36的大气部155将设置于封压头喷嘴36的O型环33作为轴密封与真空(减压侧)隔断而进行组装。
以下说明大气部155的各结构的要素。1是受光部外壳，2是反射镜，3是准直仪，4是石英纤维。反射镜2和准直仪3收纳于受光部外壳1的内部。石英纤维4与分光器4-1的受光元件(未图示)连接，并另外具有将各波长的光强度作为电信号取出的作用。
与由分光器4-1取出的各波长的光强度相应的电信号被送向控制部160，检测处理装置主体110的内部的试料101的等离子体处理的终点。
9是采光端口并使用石英、或透光性氧化铝。采光端口9的周围被O型环11轴密封。8是端口按压件，在该端口按压件8还设置有用于采光的贯通孔8-1。
7是基础气体导入部，通过形成于凸缘13的气体导入孔7-1而向采光端口9的下部供给导入气体。从该基础气体导入部7通常借助质量流量控制器(MFC：未图示)等而导入限制在恒定流量的混入有氦(He)气体的氩(Ar)气体。在本实施例中，将导入气体设为混入有氦(He)气体的氩(Ar)气体，但即使是氩气体单质、或氮、氙、氪、氖、或者它们的混合气体、或氧也没有任何问题。选择可得到必要的能量级的气体作为导入气体。
凸缘13与将第一喷嘴29的上部与电极外壳15之间电绝缘的第一绝缘件17之间被O型环12密封。另外，凸缘13与基础气体导入部7之间被O型环10密封。
对于反射镜2的光轴中心、端口按压件8的贯通孔8-1，在与它们相同的轴上设置有具有贯通孔291的第一喷嘴29，还设置有第二喷嘴32。第一喷嘴29和第二喷嘴32由氧化铝、透光性氧化铝、氮化铝或者石英等电介质形成。第一喷嘴29具有导入气体节流部29-3，而使从基础气体导入部7供给的导入气体的流速增大，并且使处理完毕的气体、构成等离子体的粒子难以返回采光端口9一侧。
上部的O型环18与下部的O型环33之间的第一喷嘴29的外侧为大气压，通过在该部分使用上部的定心环件27和下部的定心环件28而使电极26设置于第一喷嘴29的外周。电极26的最内侧表面与第一喷嘴29的内部的贯通孔291的表面保持恒定的距离，而形成电磁场施加电极构成部29-1。
在上述上部的定心环件27、下部的定心环件28使用了氟树脂系的O型环，但目的是形成等离子体的贯通孔291的表面与第一喷嘴29的外周的电极26的金属表面的距离以在圆周向上不产生偏差的方式配置为大致同心圆状，只要能够达成该目的，并不局限于该氟树脂的材料。另外，在第一喷嘴29的上部，为了增大相对于接地的阻抗，而通过第二绝缘件19和第三绝缘件20使第一绝缘件17、电极26的周围的空间上的距离、沿面距离设置得较大。
在电极26经由导电轴25、铜板23、连接器22而连接有导入缆线22-1和等离子体形成用电源22-2。当然，也可以在比上述连接器22靠外部处设置以高频相位调整为目的的匹配网络电路(未图示)。等离子体形成用电源22-2与控制部160连接，并由控制部160控制。
导电轴25通过绝缘构件21而与电极外壳15电绝缘。另外，在电极外壳15安装有能够装卸的盖部24，在将盖部24从电极外壳15取下的状态下，能够进行对导电轴25、铜板23的电极外壳15的安装、取下。
接下来，以下说明真空部156的各结构的要素。
在第二喷嘴32没有与大气之间的密封部分，整体设置于真空部156的环境中，但在接地电极形成部29-2的前端附近通过定心环件40而以与第一喷嘴29同轴配置的方式定位。着眼于同轴配置的定位，其目的在于避免在第二喷嘴32的内壁上沿周向产生阻抗的差异而集中在特定位置持续放电的情况。在定心环件40中使用了氟树脂系的O型环，但并不局限于该氟树脂的材料。作为从电磁场施加电极构成部29-1观察时的等离子体阻抗最小的接地电极，当然将接地电极形成部29-2设置于第二喷嘴32的前端。由第一喷嘴29的最下部、插入第一喷嘴29的最下部的第二喷嘴32的上部、以及绝缘衬套37构成气体吸引喷射形成部29-4。绝缘衬套37通过防脱螺丝38而固定于封压头喷嘴36。从KF凸缘44导入的处理完毕的气体的一部分通过气体的粘性而被从绝缘衬套37的开口部37-1吸引，而被导入32-1的吸引空间。
另外，为了不产生来自图2所示的大气部155、真空部156的电磁泄漏，而对于必须以大面积密闭的部分设置有第一电磁屏蔽线16、第二电磁屏蔽线35、第三电磁屏蔽线39。它们具有电密闭性，但通常没有作为真空密封件的功能。
接下来，使用图2来说明本实施例的气体成分的监视方法及其装置的动作。关于本实施例所使用的气体成分监视装置150用的等离子体形成用电源22-2，与在为了加工试料101而形成等离子体的等离子体产生源130中使用的电力(施加装置未图示)同样地，从安全以及设备的保护的观点出发，将不在真空下不能接通的联锁设置于控制部160。
若从气体供给部120供给的可燃性气体、自燃性气体的供给量、控制压力不适当，则本实施例的电介质阻挡放电用的等离子体形成用电源22-2不能接通，而确保进一步的安全。在图2中没有示出，但也可以设置将该气体成分监视装置150、设置该气体成分监视装置150的配管的整体覆盖而通过氮等惰性气体吹扫内部那样的防爆功能。
能够在等离子体形成用电源22-2中设置10KHz至1000MHz的高频电源，但在本实施例中，设置了400KHz的输出300W的高频电源。将从基础气体导入部7导入的气体在大气压下换算下以5～1000ml/min的流量供给。该流量按照处理工艺的每个方案处理条件进行适当化，以得到稳定的放电。从基础气体导入部7通过气体导入孔7-1而导入的导入气体在第一喷嘴29的导入气体节流部29-3节流，因此在通过该导入气体节流部29-3后流速增大。在处理装置主体110内部的被加工物即试料101的处理方案的开始、或开始之前，起动该本实施例的气体成分监视装置150的等离子体形成用电源22-2。由此，在电磁场施加电极构成部29-1与接地电极形成部29-2之间产生所谓的电介质阻挡放电。
从气体供给部120供给到处理装置主体110内部的处理气体(工艺气体)被供给到等离子体产生源130的电力激励而向处理装置主体110内部扩散，并对载置于载置台111的试料101进行处理，处理完毕的气体从主排气管112通过排气泵113而排出。或者根据方案，由驱动部A驱动而关闭主配管分隔阀146并由驱动部M驱动而打开导入管分隔阀184，从而切换到经由排气机构115的路线。排出的处理完毕的气体中的一部分从气体成分监视装置150或者150’的开口部37-1被吸引，而添加到电介质阻挡放电的等离子体。
由该放电形成的等离子体具有较高的等离子体密度和等离子体电位，而使导入气体的Ar、He激励或者离子化，另外，使从气体吸引喷射形成部29-4取入的在处理装置主体110内部处理完毕的气体分子破裂或者激励。例如He在从He+离子状态接受电子而返回中性粒子时、在作为He自由基而电子从被激励的轨道落入更低的轨道的情况下，将该差分的能量作为光而放出，但该光能量也被使用于处理完毕气体的破裂、向自由基的激励，但在检测终点的目标中即使是来自He的激励也没有任何问题。
在He、其他气体分子再结合、返回基态时放出的光经由第二喷嘴32的贯通孔32-1、第一喷嘴29的贯通孔291、导入气体节流部29-3、以及采光端口9而被向大气中取出，并经由端口按压件8的贯通孔8-1、反射镜2、准直仪3、石英纤维4而被接收。采光端口9的不是大气侧的下侧(第一喷嘴29的一侧)充满He，没有与反应生成物、其他气体分子的接触，因此在采光端口9不存在透过光量的降低，而能够长期稳定地使用。
即，在本实施例中，构成为：从基础气体导入部7向采光端口9与导入气体等离子体形成区域50之间导入惰性气体，并且通过设置导入气体节流部29-3而使在导入气体等离子体形成区域50产生的等离子体不到达采光端口9。由此，能够防止由采光端口9的等离子体引起的恶化，能够经由采光端口9稳定地接收与导入气体等离子体形成区域50的等离子体的发光大致忠实的光。
在图2中还示出了导入气体等离子体形成区域50和废气吸引区域51的示意图。如图所示，由于等离子体形成的条件，导入气体等离子体形成区域50还扩散到封压头喷嘴36的前端的第二喷嘴32的下方空间部，在再结合、返回基底状态时在该导入气体等离子体形成区域50中发光，但此时也能够从经由这些贯通孔32-1、291、采光端口9的方向经由贯通孔8-1、反射镜2、准直仪3、石英纤维4而效率良好地采光，并由分光器4-1来检测。
另外，在电磁场施加电极构成部29-1与接地电极形成部29-2之间形成有等离子体，而在该位置存在较多带电粒子的离子、电子，能够通过带电粒子射入、辐射来将第一喷嘴29的贯通孔291和第二喷嘴32的贯通孔32-1的内壁适度地加温，因此能够抑制在贯通孔291和32-1的壁面产生沉积。并且，电磁场施加电极构成部29-1的电极26配设于大气侧，因此热量适度地释放，而能够抑制在电极26的极度的热量的上升。
然而，封压头喷嘴36成为将前端节流，而不阻碍处理完毕气体的排气流动的结构，与通常的L型排气配管(使用90度弯曲管的类型)相比不会导致极端的排气速度的降低。
在分光器4-1中，检测经由石英纤维4而送来的导入气体等离子体形成区域50的发光，而取出与各波长的光强度相应的电信号，并送向控制部160，而根据处理的算法来检测处理装置主体110的内部的试料101的等离子体处理的终点。此时，通过将气体成分监视装置150设为上述所说明的那样的结构，经由石英纤维4而送来的导入气体等离子体形成区域50的发光几乎没有由从导入气体等离子体形成区域50在石英纤维4中随时间推移变化引起的信号强度的恶化。其结果是，在分光器4-1中，能够从石英纤维4接收与导入气体等离子体形成区域50的发光大致忠实的光。
接受这样的检测导入气体等离子体形成区域50的发光的分光器4-1的输出信号，而在控制部160中追随特定光谱(波长)的发光强度的经时变化，由此能够监视气体成分。另外，作为监视该气体成分的结果，能够检测处理装置的处理的终点、例如蚀刻处理的终点。
另外，在将例如氦(He)用于导入气体的情况下，即使将He离子的明线光谱发光强度与目标的废气成分的波长光的发光强度之比、强度的差分作为指标而监视，也能够效率良好地进行气体成分的监视、例如监视气体浓度的变化(蚀刻进行状况)。另外，作为监视该气体成分的结果，能够检测等离子体处理装置的等离子体处理的终点、例如蚀刻处理的终点。
由此，使用比较的简单的结构的气体成分监视装置，能够在每次的处理时精度良好地检测处理装置主体110的内部的试料101的等离子体处理的终点，并能够将等离子体处理的品质维持为一样。
根据本实施例，通过从放电部导入气体的上游侧采光、监视在比被处理物靠下游侧处重新由电介质阻挡放电等形成的等离子体所引起的废气成分的发光、以及用喷射功能将废气积极地取入等离子体，从而能够效率良好地、没有时滞地、使S/N比提升地检测以自由基反应为主体的被处理物的工艺处理的反应的进行的状况的监视、终点时间。
[实施例3]
使用图3来说明实施例2所说明的气体成分监视装置150的大气部155的另一实施例。图3所示的气体成分监视装置1551与在实施例2中图2所说明的气体成分监视装置150的结构以及动作大致相同，因此对与图2所说明的大气部155共通的部分标注相同的部件编号并省略说明。
与图2的结构之间的差异在于在图3中将图2的第一喷嘴29分割为喷嘴(1)30和喷嘴(2)31。在图3中，喷嘴(1)30由石英形成，喷嘴(2)31由透光性氧化铝形成。在导入气体节流部31-1的形成中，石英与氧化铝相比加工性良好，能够将制作多台时的装置间的发光监视方面的性能差异缩小。在图3中，将喷嘴(1)30设为石英制，但在整体的功能上与图2的装置没有任何改变，能够同样地进行再激励的等离子体光的采光。
根据本实施例，能够提供在得到与实施例2同等的效果的基础上装置间的发光监视的性能差异较小的气体成分监视装置150。
工业上的可利用性
本发明用于在半导体器件的制造工序中的使用处理气体而通过处理装置来处理晶片的工序中检测处理装置的处理的终点。
附图标记说明：
1···受光部外壳 2···反射镜 3···准直仪 4···石英纤维 4-1···分光器 7···基础气体导入部 8···端口按压件 9···采光端口13···凸缘 15···电极外壳 22-2···等离子体形成用电源 25···导电轴26···电极 29···第一喷嘴 29-1···电磁场施加电极构成部 29-2···接地电极形成部 29-3···导入气体节流部 29-4···气体吸引喷射形成部 30···喷嘴(1) 31···喷嘴(2) 32···第二喷嘴 36···封压头喷嘴 41···排气管100···处理装置 110···处理装置主体 112···主排气管 113···排气泵115···排气机构 120···气体供给部 130···等离子体产生源 150、150’、1551···气体成分监视装置 155···大气部 156···真空部。

Claims (15)

1.一种气体成分监视方法，其使用气体成分监视装置来监视从处理装置排出而在排气配管部流动的分析对象的气体的成分，
所述气体成分监视方法的特征在于，
将导入气体从所述气体成分监视装置的导入气体供给部导入所述气体成分监视装置的将喷嘴部贯通的孔的内部，
将在所述排气配管部流动的所述分析对象的气体的一部分从设置于将所述喷嘴部贯通的所述孔的中途的开口部取入所述孔的内部，
在所述喷嘴部的所述孔的内部中的包含从所述导入气体供给部导入所述导入气体并从所述开口部取入所述分析对象的气体的部分的区域内，由所述气体成分监视装置的放电电极放电而产生等离子体，
将产生的所述等离子体的发光通过所述喷嘴部的所述孔而由所述气体成分监视装置的发光检测部检测，
基于由所述发光检测部检测到的所述等离子体的发光的信息来监视所述分析对象的气体的成分。
2.根据权利要求1所述的气体成分监视方法，其特征在于，
由所述发光检测部经由透过光的采光端口而检测在所述喷嘴部的内部产生的所述等离子体的发光。
3.根据权利要求2所述的气体成分监视方法，其特征在于，
由所述导入气体供给部从所述喷嘴部与所述采光端口之间向所述喷嘴部的内部供给所述导入气体。
4.根据权利要求2所述的气体成分监视方法，其特征在于，
在所述喷嘴部的所述孔形成有在所述采光端口一侧与所述开口部之间形成的一部分缩窄而成的节流部，将从所述导入气体供给部供给的所述导入气体通过所述节流部而向形成有所述开口部的一侧供给。
5.根据权利要求1所述的气体成分监视方法，其特征在于，
将所述分析对象的气体用排气泵从所述排气配管部排出，并且从形成于所述喷嘴部的所述开口部将所述分析对象的气体的一部分取入所述孔的内部。
6.一种气体成分监视装置，其具备：
排气配管部，其供从处理装置排出的分析对象的气体的一部分流动；以及
气体成分监视部，其监视在所述排气配管部流动的所述分析对象的气体的成分；
所述气体成分监视装置的特征在于，
所述气体成分监视部具备：
导入气体供给部，其供给导入气体；
喷嘴部，其形成有孔和开口部，所述孔供从所述导入气体供给部供给的所述导入气体通过，所述开口部在所述孔的中途将在所述排气配管部流动的所述分析对象的气体的一部分取入所述孔的内部；
放电电极部，其使从所述开口部取入到所述喷嘴部的内部的所述分析对象的气体和供给到所述孔的内部的所述导入气体放电而在所述喷嘴部的内部产生等离子体；以及
发光检测部，其检测由所述放电电极部在所述喷嘴部的内部产生的所述等离子体的发光。
7.根据权利要求6所述的气体成分监视装置，其特征在于，
所述发光检测部经由由透过光的材料形成的采光端口而检测在所述喷嘴部的内部产生的所述等离子体的发光。
8.根据权利要求7所述的气体成分监视装置，其特征在于，
所述导入气体供给部从所述喷嘴部与所述采光端口之间向所述喷嘴部的内部供给所述导入气体。
9.根据权利要求7所述的气体成分监视装置，其特征在于，
所述喷嘴部的所述孔在所述采光端口一侧与所述开口部之间形成有一部分缩窄而成的节流部。
10.根据权利要求6所述的气体成分监视装置，其特征在于，
所述排气配管部具备将所述分析对象的气体从所述排气配管部排出的排气泵。
11.一种处理装置，其具备：
处理装置主体，其在内部具备载置处理对象的试料的载置台；
排气部，其将所述处理装置主体的内部排气成真空；
处理气体供给部，其向所述处理装置主体的内部供给处理气体；
等离子体产生部，其在由所述排气部排气成真空并从所述处理气体供给部供给所述处理气体的所述处理装置主体的内部放电而在所述处理装置主体的内部产生等离子体；以及
气体成分监视装置，其监视由所述排气部从所述处理装置主体的内部排出的从所述处理气体供给部供给的所述处理气体的成分，
所述处理装置的特征在于，
所述气体成分监视装置具备：
排气配管部，其供分析对象的气体流动；以及
气体成分监视部，其监视在所述排气配管部流动的所述分析对象的气体的成分，
所述气体成分监视部具备：
导入气体供给部，其供给导入气体；
喷嘴部，其形成有孔和开口部，所述孔供从所述导入气体供给部供给的所述导入气体通过，所述开口部在所述孔的中途将在所述排气配管部流动的所述分析对象的气体的一部分取入所述孔的内部；
放电电极部，其使从所述开口部取入到所述喷嘴部的内部的所述分析对象的气体和供给到所述孔的内部的所述导入气体放电而在所述喷嘴部的内部产生等离子体；以及
发光检测部，其检测由所述放电电极部在所述喷嘴部的内部产生的所述等离子体的发光。
12.根据权利要求11所述的处理装置，其特征在于，
所述发光检测部经由透过光的采光端口而检测在所述喷嘴部的内部产生的所述等离子体的发光。
13.根据权利要求12所述的处理装置，其特征在于，
所述导入气体供给部从所述喷嘴部与所述采光端口之间向所述喷嘴部的内部供给所述导入气体。
14.根据权利要求12所述的处理装置，其特征在于，
所述喷嘴部的所述孔在所述采光端口一侧与所述开口部之间形成有一部分缩窄而成的节流部。
15.根据权利要求11所述的处理装置，其特征在于，
所述排气配管部具备将所述分析对象的气体从所述排气配管部排出的排气泵。
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