CN113678228A - 气体分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体分析装置(1)，具有：样品腔室(11)，其具备介电性的壁体构造(12)，仅流入作为测定对象的样品气体(9)；等离子体生成机构(13)，其借由介电性的壁体构造来通过电场和/或磁场在被减压后的样品腔室内生成等离子体(18)；以及分析单元(21)，其借由所生成的等离子体来分析样品气体。能够提供一种即使是含有腐蚀性气体的样品气体也能够长时间、高精度地进行分析的气体分析装置。

Description

气体分析装置
技术领域
本发明涉及一种气体分析装置。
背景技术
在日本特开2017-107816号公报中公开了一种与提供能够确保长寿命的热电子发射用灯丝、以及提高使用该热电子发射用灯丝的质谱仪的分析精度有关的技术。因此，公开了一种热电子发射用灯丝，其具备流过电流的芯材、以及以覆盖所述芯材的表面的方式形成的电子发射层，该热电子发射用灯丝的特征在于，所述电子发射层具有实质阻断气体的致密性。
在日本特开2016-27327号公报中记载了以下内容：在辉光放电发光分析装置(GD-OES、Glow discharge optical emission spectrometry)中，试样保持构件具备具有试样固定面的电极(第二电极)、以及将试样固定面配置于内侧的外筒部及内筒部(抵接部)。在试样与辉光放电管的开口部分离的状态下，将内筒部的开口端与开口部的周缘抵接。对连通的辉光放电管与外筒部及内筒部的内部进行减压，并供给氩气。接着，使内筒部相对于外筒部移动来使试样靠近辉光放电管的阳极(第一电极)的圆筒部(端部)的前端，使制冷剂在流路(冷却部)中流动来冷却试样，向电极施加电压来进行辉光放电发光分析。
发明内容
发明要解决的问题
期望一种寿命更长、并且即使是含有腐蚀性气体的样品气体也能够长时间地、高精度地进行分析的气体分析装置。
本发明的一个方式是一种气体分析装置，具有：样品腔室，其具备介电性的壁体构造，仅流入作为测定对象的样品气体；等离子体生成机构，其借由介电性的壁体构造来通过电场和/或磁场在被减压后的样品腔室内生成等离子体；以及分析单元，其借由所生成的等离子体来分析样品气体。在该气体分析装置中，在仅流入作为测定对象的样品气体的样品腔室中生成等离子体，因此能够不使用辉光放电用的氩气、用于生成等离子体火炬的氩气等除样品气体以外的气体地生成等离子体。因而，通过分析单元借由所生成的等离子体来分析样品气体，能够更高精度地且定量地测定样品气体中包含的成分。
另外，通过在样品腔室中借由介电性的壁体构造来使用电场和/或磁场生成等离子体，能够排除辉光放电用的阴极、热电子发射用的灯丝等耐腐蚀性低的部件。因此，能够提供一种即使是含有腐蚀性气体的样品气体也能够长时间地、高精度地进行分析的气体分析装置。
气体分析装置可以还具备气体输入单元，气体输入单元构成为仅使来自工艺的样品气体流入到样品腔室。来自工艺、尤其是包括蚀刻、膜生成等等离子体工艺的工艺的样品气体无需氩气等的协助就容易地生成等离子体，是应用该气体分析装置的应用之一。
介电性的壁体构造可以包含石英(Quartz)、氧化铝(Al2O3)以及氮化硅(SiN3)中的至少一方。等离子体生成机构可以包括利用电感耦合等离子体(ICP、Inductively CoupledPlasma)、电介质阻挡放电(DBD、Dielectric Barrier Discharge)以及电子回旋共振(ECR、Electron Cyclotron Resonance)中的至少一方来产生等离子体的机构。
样品腔室可以为小型化的小型腔室。能够在与大型的工艺腔室相独立的小型的腔室内生成稳定的测定用的等离子体。例如，可以是，样品腔室的总长为1mm-100mm、直径为1mm-100mm。总长和直径可以为5mm以上，也可以为10mm以上，可以为80mm以下，也可以为50mm以下，还可以为30mm以下。样品腔室的容量可以为1mm3以上，可以为105mm3以下。样品腔室的容量可以为10mm3以上，也可以为30mm3以上，还可以为100mm3以上。样品腔室的容量可以为104mm3以下，可以为103mm3以下。
分析单元可以为以光学方式检测在样品腔室内生成的等离子体的发光的发光分析单元。发光分析单元可以具备光谱仪。分析单元可以包括：过滤器单元，其对等离子体中的被离子化的气体进行过滤；以及检测器单元，其用于检测过滤后的离子。气体分析装置可以还具有配置于过滤器单元与样品腔室之间的能量过滤器。
本发明的其它方式之一是具有上述的气体分析装置的工艺监视装置。该监视装置包括与工艺腔室不同的样品腔室，能够在样品腔室中生成与在工艺腔室内生成的工艺等离子体相独立的等离子体。因而，与对工艺腔室内所生成的工艺等离子体进行测定的以往的工艺监视器(等离子体工艺监视器)不同，能够生成适于气体分析的条件的等离子体，并能够高精度地监视工艺腔室内的气体的状态。
本发明的另一不同的其它方式之一是一种系统，具有：上述的气体分析装置；以及工艺腔室，在该工艺腔室中实施等离子体工艺，该工艺腔室用于向气体分析装置供给样品气体。利用对腐蚀性气体的耐性高并且不用使用氩气等辅助气体而生成等离子体的气体分析装置，能够长时间地、高精度地监视等离子体工艺。该系统可以包括工艺监视装置。
该系统可以还具有工艺控制单元，工艺控制单元基于气体分析装置的测定结果，来对在工艺腔室内实施的至少一个等离子体工艺进行控制。工艺控制单元可以包括根据由气体分析装置针对至少一个等离子体工艺的副产物进行测定的测定结果来判断至少一个等离子体工艺的终点的单元。
本发明的另一不同的其它方式之一是具有用于实施等离子体工艺的工艺腔室的系统的控制方法。系统具有包括与工艺腔室不同的样品腔室，该样品腔室仅流入来自工艺腔室的样品气体。用于监视在工艺腔室中形成的等离子体的该方法包括以下工序：基于气体分析装置的测定结果，来对工艺腔室内实施的等离子体工艺进行控制。对等离子体工艺进行控制可以包括以下工序：根据由气体分析装置针对至少一个等离子体工艺的副产物进行测定的测定结果来判断至少一个等离子体工艺的终点。至少一个等离子体工艺可以包括蚀刻、膜生成以及清洁中的至少一方。
在该控制方法中，气体分析装置可以测定在样品腔室内通过热电子进行离子化得到的离子。该控制方法可以包括以下工序：在样品腔室中，生成与工艺腔室的等离子体相独立的等离子体。能够更持续地、高精度地监视工艺腔室内的状态，从而能够进行稳定的控制。
本发明的另一不同的其它方式之一是一种程序，用于控制具有用于实施等离子体工艺的工艺腔室的系统。程序具有用于基于气体分析装置的测定结果来对工艺腔室内实施的等离子体工艺进行控制的命令。程序也可以还具有用于在样品腔室中生成与工艺腔室相独立的等离子体的命令。程序或程序产品可以记录在适当的记录介质中来提供。
附图说明
图1是表示气体分析装置的一例的框图。
图2是表示包括进行等离子体离子化的气体分析装置的系统的一例的图。
图3是表示系统的控制的一例的流程图。
图4是表示进行等离子体离子化的质谱分析装置的其它例子的图。
具体实施方式
本发明的一个实施方式是气体分析装置，其一例为质谱仪。在对半导体制造工艺的监视等使用腐蚀性气体的环境中的应用中，要求耐腐蚀性高的传感器。
参照图1来说明作为气体分析装置的一例的四极型质谱仪的概要。四极质谱仪(质谱分析装置)99包括将作为分析对象的气体(气体样品、样品气体)9离子化的离子化装置(离子化单元、离子源)90、以及分析被离子化的气体8的分析单元(气体分析区域)21。气体分析单元21包括作为过滤器单元20的四级杆部、以及捕获通过四级杆的各电极间并到达的气体离子8的检测器单元(检测部、例如法拉第杯)30。过滤器单元20的四级杆部包括在周向上以规定间隔配置的沿上下方向延伸的多个、代表性地为四个圆柱状的电极。质谱分析装置99包括收纳离子化装置90和气体分析单元21的真空容器(壳体)40，流入到壳体40的气体9通过离子化装置90被离子化。气体分析装置99包括将壳体40维持为负压(真空)的排气系统60。排气系统60可以包括涡轮分子泵(TMP)61和罗茨泵(RP)62来作为真空泵。
离子化装置90包括栅格91、以及作为供给热电子(电子流)93的阴极发挥功能的灯丝92。栅格91的一例通过将金属细线组装为格子状后组装成圆筒形状而构成。灯丝92与在支承架上以规定间隔沿周向设置的金属制的支承销连接，并且所述灯丝92配置于栅格91的外周。灯丝92的一例通过电沉积处理用氧化钇来覆盖由铱构成的母材的表面。在过滤器单元20与离子化装置90之间设置有用于使朝向四级杆部的离子高效地收敛的聚焦电极25。聚焦电极25例如与灯丝92的支承销电连接，将灯丝92的电位与聚焦电极25的电位设为相等。
以往的质谱分析装置99被设计为在以纯粹的气体、即非腐蚀性气体的环境为对象的条件下运转。作为与该条件对应的阴极材料(灯丝材料)，有Y2O3/Ir、即芯材由铱Ir构成且电子发射层由氧化钇(yttrium、Y2O3)构成的灯丝。关于该灯丝92，Y2O3的钇Y与氟F或氟系的气体反应而成为氟化钇YF3或氟氧化钇YOF，并且它们具有蒸发性。对于成分中含有碳氟化物CFx的气体，钨W材料作为灯丝材料(阴极材料)是有效的。然而，关于钨W，无法说在四氯化碳CCl4、盐酸HCl、氟化钨WF6、氯化钨WCL6等的气体或环境中具有充足的寿命。
另外，在含有硅油的环境下，尤其在质谱分析装置99的启动、停止时，灯丝92有时会被Si、SiO2、SiN等涂覆而使功能受到抑制。还可能通过包含氟化甲烷CF4、氮氟化物NF3等的腐蚀性气体进行清洁，但灯丝92的寿命由此而可能进一步缩短。
作为栅格91，大多使用因科镍合金600。一部分气体沉积于栅格91而成为形成绝缘膜的原因，可能无法在电离器/离子光学区域生成正确的电位分布。
作为质谱分析装置99的离子化法，当前主要使用电子冲击离子源。在该方式中，需要热灯丝92作为电子发射极，灯丝92可能与样品气体9、其副产物发生反应。另外，由于灯丝92加热周围的部件，因此可能导致化学反应速度增加。能够讨论使用不具有加热部分的等离子体离子化源。然而，为了生成作为等离子体源的等离子体火炬，需要导入氩气等辅助气体，导致该氩气与样品气体9一同成为了气体分析的对象。当如辉光放电等那样使用热电子来生成等离子体时，需要灯丝(阴极)，从而与利用热电子的离子化同样地存在耐腐蚀性的问题。并且，灯丝的蒸发物、化学反应物可能成为气体分析的对象。
在图2中示出本发明的实施方式之一。图2所示的系统80包括：工艺装置70，其包括用于实施等离子体工艺的工艺腔室71；以及工艺监视装置(工艺监视器)50，其对在工艺腔室71中实施的各工艺进行监视。工艺装置70为在包括化学工业的加工·制造产业中制造和/或加工各种产品所使用的装置。本例的工艺装置70包括使用等离子体工艺来制造或加工产品的装置，代表性地为实施在基板78上生成各种膜或层的工序、对基板78进行蚀刻的工序的装置。工艺装置70的一例为进行CVD(化学蒸镀、Chemical Vapor Deposition)或PVD(物理蒸镀、Physical Vapor Deposition)的系统。工艺装置70的一例为将半导体作为基板78来实施工艺的装置。工艺装置70的不同的一例为实施将滤光器等光学部件作为基板78来层叠各种薄膜的工艺的装置。工艺装置70并不限定于这些例子。
工艺装置70包括用于设置作为加工对象的基板的腔室(工艺腔室)71、向工艺腔室71供给加工用的气体的气体供给装置72、以及包括对工艺腔室71内的成膜用和/或蚀刻用的等离子体(工艺等离子体)的生成进行控制的功能的工艺控制单元75。工艺控制单元75也可以还具备进行用于生成清洁等离子体的控制的功能，所述清洁等离子体用于清洁工艺腔室71的内部。
工艺监视器50包括分析从工艺腔室71供给的气体(样品气体)9的气体分析装置1、以及控制气体分析装置1并监视工艺腔室71的内部的状态的监视器控制单元51。气体分析装置1包括生成从工艺装置70供给的作为测定对象的样品气体9的等离子体18的等离子体生成单元10、以及借由所生成的等离子体18来分析样品气体9的分析单元21。等离子体生成单元10包括：腔室(样品腔室)11，其具备介电性的壁体构造12，仅流入作为测定对象的样品气体9；以及等离子体生成机构13，其借由介电性的壁体构造12来通过电场和/或磁场在被减压后的样品腔室11内生成等离子体18。
本例的气体分析装置1为质谱型，分析单元21具有：过滤器单元(在本例中为四级杆部)20，其通过质荷比来对等离子体生成装置10中生成为等离子体18并被离子化的样品气体(样品气体离子)8进行过滤；聚焦电极25，其将等离子体18的一部分引入成为离子流8；检测器单元30，其检测过滤后的离子；以及真空容器(壳体)40，其收纳有分析单元21。气体分析装置1包括将壳体40的内部维持为适当的负压条件(真空条件)的排气系统60。本例的排气系统60包括涡轮分子泵(TMP)61和罗茨泵62。排气系统60还控制等离子体生成装置10的样品腔室11的内压。
气体分析装置1还具有气体输入单元19，所述气体输入单元19构成为仅使来自工艺装置70的样品气体9流入到等离子体生成单元10的样品腔室11。只有来自工艺70的样品气体9流入到通过排气系统60减压后的样品腔室11中，并在样品腔室11的内部形成等离子体18。即，在等离子体生成单元10中，不使用氩气等协助气体(辅助气体)，仅通过样品气体9来生成分析用的等离子体18。样品腔室11的壁体12由介电性的构件(电介质)构成，其一例为石英(Quartz)、氧化铝(Al2O3)以及氮化硅(SiN3)等对等离子体的耐久性高的电介质。
等离子体生成单元10的等离子体生成机构13在样品腔室11的内部，借由介电性的壁体构造12来通过电场和/或磁场生成等离子体18，而不使用电极且不使用等离子体火炬。等离子体生成机构13的一例为通过高频(RF、Radio Frequency：射频)电力激励等离子体18的机构。作为RF等离子体，能够举出电感耦合等离子体(ICP、Inductively CoupledPlasma)、电介质阻挡放电(DBD、Dielectric Barrier Discharge)、电子回旋共振(ECR、Electron Cyclotron Resonance)等方式。这些方式的等离子体生成机构13包括高频电源15和沿着样品腔室11配置的线圈14。
使用与气体分析装置1共用的排气系统60、独立的排气系统、或与工艺装置70共用的排气系统等，将样品腔室(容器)11的内压控制为适当的负压。样品腔室11的内压可以为容易生成等离子体的压力、例如0.01kPa-1kPa的范围。在将工艺腔室71的内压管理为1帕(Pa)-数百帕(Pa)左右的情况下，样品腔室11的内压可以被管理为比所述工艺腔室71的内压低的压力、例如0.1帕(Pa)-数十帕(Pa)左右，也可以被管理为0.1Pa以上或0.5Pa以上、10Pa以下或5Pa以下。例如，可以将样品腔室11的内部减压至1mTorr-10mTorr(0.13Pa-1.3Pa)左右。通过将样品腔室11维持为上述程度的减压，能够仅通过样品气体9在低温下生成等离子体18。
在工艺监视器50中，监视对象为从实施等离子体工艺的工艺腔室71供给的样品气体9。因此，在样品腔室11内，不使用电弧放电或等离子体火炬等，而通过以适当的条件供给RF电力，由此仅导入样品气体9就能够维持等离子体18。为了在腔室11内生成并限制等离子体18，可以同时使用磁场和电场。通过不需要消耗的电极的等离子体生成来将样品气体9离子化，能够解决伴随电极的消耗引起的寿命的问题，从而能够提供测定寿命更长且能够进行更稳定的测定的气体分析装置1。
并且，通过不需要氩气等辅助气体，能够生成仅样品气体9电离得到的等离子体18并供给至气体分析单元21。因此，能够提供样品气体9的测定精度高并且不仅能够测定气体成分还能够进行成分的定量测定的气体分析装置1。因此，在搭载气体分析装置1的工艺监视器(工艺监视装置)50中，能够长时间、稳定且高精度地监视工艺装置70的工艺腔室71的内部的状态。
另外，在工艺监视器50中，能够通过与工艺腔室71独立的气体分析专用的样品腔室11生成样品气体9的等离子体18。因而，能够以与工艺腔室71不同的条件，并以适于采样和气体分析的条件在样品腔室11内生成等离子体18。因此，即使在工艺腔室71中未生成工艺等离子体或清洁等离子体时，也能够借由样品气体9来监视工艺腔室71的内部的状态。
样品腔室11可以为能够生成等离子体18的程度的小型、例如数毫米(mm)至数十毫米(mm)左右的腔室(小型腔室)。通过减小样品腔室11的容量，能够提供实时性优异的气体分析装置1。另外，即使在采用具备光谱仪作为气体分析单元21的发光分析型的单元的情况下，也能够通过维持长度为数毫米(mm)至数十毫米(mm)左右的等离子体18来进行气体分析。
样品腔室11可以是总长为1mm-100mm、直径为1mm-100mm。样品腔室11的总长和直径可以为5mm以上，也可以为10mm以上，可以为80mm以下，也可以为50mm以下，还可以为30mm以下。样品腔室11的容量可以为1mm3以上，可以为105mm3以下。样品腔室11的容量可以为10mm3以上，也可以为30mm3以上，还可以为100mm3以上。样品腔室11的容量可以为104mm3以下，也可以为103mm3以下。
工艺监视器50的监视器控制单元51包括进行等离子体生成单元10的控制的等离子体控制单元(等离子体控制功能)52、进行过滤器单元20的控制的过滤器控制单元(过滤器控制功能)53以及进行检测器单元30的控制的检测器控制单元(检测器控制功能)54。监视器控制单元51可以具备包括存储器和CPU的计算机资源，可以通过程序59来提供监视器控制单元51的功能。程序(程序产品)59可以记录在适当的记录介质中来提供。
等离子体控制单元52可以具备以下功能：对用于在样品腔室11中生成等离子体18的高频电源15的频率、电压等进行控制；通过设置于气体输入单元19的流量控制阀19a来对样品气体9的流入量进行控制；以及通过设置于与排气系统60之间的连接线路的压力控制阀65来对样品腔室11的内压进行控制。通过控制这些因素，即使在工艺腔室71中实施的工艺的种类发生变化或者工艺的状态发生变化，也能够稳定地在样品腔室11内生成等离子体18，从而能够持续地分析和监视来自工艺装置70的样品气体9。
本例的分析单元21为质谱型、尤其为四极质谱型，过滤器单元20为四极过滤器。因此，过滤器控制单元53包括作为对四级杆施加高频和直流的驱动单元(RF/DC单元)的功能。过滤器单元20通过质荷比对被离子化的样品气体8进行过滤。
检测器控制单元54利用通过了过滤器单元20的离子捕捉通过检测器单元(检测单元、集电极单元)30、例如法拉第杯生成的离子电流来检测样品气体9中包含的成分。通过过滤器单元20，扫描规定的amu(原子质量单位、Atomic Mass Unit)的范围，通过检测器单元30求出被扫描的范围的离子强度，由此能够定量测定样品气体9中包含的原子(分子)。因此，能够在监视器控制单元51中输出(显示)样品气体9中包含的气体成分和浓度来作为测定结果或监视的结果。监视器控制单元51包括显示或者输出这些测定结果(监视结果)的单元(功能)55。
工艺装置70的工艺控制单元75基于气体分析装置1的测定结果来控制在工艺腔室71内实施的至少一个等离子体工艺，在该工艺腔室71中实施等离子体工艺，且该工艺腔室71用于向气体分析装置1供给样品气体9。工艺控制单元75包括通过气体分析装置1针对至少一个等离子体工艺的副产物进行测定的测定结果来判断至少一个等离子体工艺的终点的功能(终点控制单元)76。
工艺控制单元75还包括控制蚀刻工艺的功能(蚀刻控制单元)74a、控制成膜(膜生成)工艺的功能(成膜控制单元)74b以及控制清洁工艺的功能(清洁控制单元)74c，终点控制单元(终点控制功能)76控制各个工艺的结束时间点。工艺控制单元75可以具备包括存储器和CPU的计算机资源，可以通过程序79来提供工艺控制单元75的功能。程序(程序产品)79可以记录在适当的记录介质中来提供。
蚀刻控制单元74a例如向工艺腔室71导入碳氟化物CFx、六氟化硫SF6、氮氟化物NF3、四氟化硅SiF4等蚀刻气体来使半导体基板78生成工艺等离子体，从而对基板78进行蚀刻。在终点控制单元76中，能够通过气体分析装置1针对蚀刻工艺的副产物即被蚀刻的层的成分、例如氧化硅SiO2在样品气体9的浓度进行测定的测定结果，来判断蚀刻工艺的终点。在该工艺的情况下，作为副产物的SiO2的浓度与被蚀刻的面积具有相关性、例如具有比例关系，从而能够高精度地判断规定的深度或广度的区域的蚀刻的结束。尤其是，通过使用耐腐蚀性高的气体分析装置1来监视蚀刻工艺，能够稳定且高精度地进行工艺的控制。
在气体分析装置1中，除了副产物以外还能够一同测定蚀刻气体的成分。因而，通过工艺监视器50，能够通过包括蚀刻气体的状态的监视和终点的监视在内的多个监视项目来监视工艺的状态。蚀刻控制单元74a可以包括对基于从工艺监视器50得到的多个监视项目来控制蚀刻工艺的进展进行机器学习得到的模型(人工智能、AI)。在下面的各工艺控制中也是同样的。
在设置有终点层的基板78中，可以是终点控制单元76判断工艺监视器50检测到终点层的成分作为副产物这一情况来确定蚀刻工艺的终点，终点的检测方法并不限定于上述的方法。以往的使用等离子体工艺监视器进行的终点的监视是以光学方式判断并检测工艺腔室71内的等离子体的状态。与此相对，使用气体分析装置1进行的终点的监视包括借由与工艺等离子体分开地生成的等离子体来实时地监视实际的副产物的浓度，从而能够更高精度地进行终点的判断。
在利用成膜控制单元74b进行的成膜工艺中，能够通过检测由成膜用的等离子体产生的副产物来判断终点。在成膜工艺(膜生成工艺)中，例如，在工艺腔室71中针对半导体基板78成膜SiO2层的情况下，生成TEOS等离子体(四乙基硅酸盐(日文：オルトケイ酸テトラエチル)、四乙氧基硅烷(日文：テトラエトキシシラン)、Tetraethyl orthosilicate(正硅酸乙酯))，在成膜氮化硅SiNx层的情况下，生成含有硅烷SiH4和氨NH3的等离子体。在终点控制单元76中，能够通过气体分析装置1针对成膜工艺中的副产物、例如氢化物(水分)、碳化氢、碳氧化物在样品气体9中的浓度进行测定的测定结果，来判断成膜工艺的终点。
在成膜工艺的情况下，副产物的浓度与成膜的面积或厚度具有相关性、例如具有比例关系，从而能够高精度地判断规定的面积或厚度的膜的生成的结束。同时，能够通过工艺监视器50监视成膜工艺中的工艺等离子体的状态、以及能够使用工艺监视器50的监视结果来通过AI控制成膜工艺与上述的蚀刻控制相同。另外，通过使用由涂覆等引起的影响少的气体分析装置1来监视工艺，能够稳定且高精度地控制成膜工艺。
在利用清洁控制单元74c进行的清洁工艺中，能够利用通过清洁等离子体生成的副产物来判断终点。当在工艺腔室71中成膜SiO2层后进行清洁的情况下，生成含有氮氟化物NF3等腐蚀性气体的清洁等离子体。能够通过气体分析装置1借由样品气体9来实时且高精度地检测本例中的作为清洁等离子体的副产物的四氟化硅SiF4，来判断清洁工艺的终点。
在图3中通过流程图示出具有搭载有本例的气体分析装置1的工艺监视器50的系统80的控制的一例。在步骤101中，开始工艺装置70中的等离子体工艺。在步骤102中，与工艺腔室71连接的气体分析装置1进行监视，在步骤103中，基于气体分析装置1的测定结果来控制在工艺腔室71内实施的等离子体工艺。在该过程中，在步骤104中，当通过气体分析装置1针对等离子体工艺的副产物的测定结果判明实施中的等离子体工艺的终点时，在步骤105中结束等离子体工艺。在步骤106中，如果在工艺装置70的半导体基板等加工对象物的制造或加工过程中需要下一等离子体工艺，则返回到步骤101并开始下一等离子体工艺。通过包括这样的控制方法的制造方法或加工方法，能够使用工艺装置70以最小的加工时间来制造并提供高质量的产品。
在图4中示出本发明的实施方式的其它例。该系统80的基本结构与图2所示的系统80相同。气体分析装置1包括等离子体生成单元10。气体分析装置1还在等离子体生成单元10与过滤器单元(在本例中为四极单元)20之间包括能量过滤器27。在本例中，使用贝塞尔盒(Bessel-Box)类型的能量过滤器(能量分析器)，但也可以为CMA(Cylindrical MirrorAnalyzer：镜筒分析器)。能量过滤器27由圆筒电极以及配置于圆筒电极的中心部的圆板形电极(电位与圆筒电极的电位相同)、配置于圆筒电极的两端的电极构成，并且所述能量过滤器27作为通过由圆筒电极与两端电极的电位差Vba形成的电场以及圆筒电极的电位Vbe仅使具有特定的动能的离子通过的带通滤波器进行动作。能够阻止在生成等离子体时产生的软X射线、在气体离子化时产生的光通过配置于圆筒电极中心的圆板形电极而直接入射到离子检测器(检测器)30，能够减小噪声。另外，成为也不检测在离子生成部内部和外部生成且与中心轴平行地入射的离子、中性粒子等的构造。
在以压力比工艺低的低压生成等离子体的等离子体生成单元10中，不需要注入氩等离子体等辅助气体，从而能够高精度地进行从工艺提取的样品气体的定量分析。另外，不是通过利用电极的脉冲放电来生成等离子体，从而能够连续地生成等离子体，并能够抑制由于脉冲的占空比等引起的变动，关于这一点，也能够减少噪声，并提高分析精度。并且，通过直接进行离子化，能够减少离子化电流，并且还能够抑制碎片的产生。
另外，通过使等离子体生成单元10以低压运转，能够抑制反应性高的成分流入离子化单元以及借由该离子化单元流入到气体分析装置(质谱分析装置)1，从而能够延长包括含有腐蚀性高的成分的样品气体9的分析在内的测定寿命。并且，在等离子体离子化中，不仅形成正离子，还形成负离子，因此能够过滤正负的离子来检测气体中的成分，从而能够进行更高精度的分析。另外，由于样品气体9在被离子化时成为被限制在样品腔室11内的状态，因此能够增加离子化的面积，还能够提高离子化效率。与此同时，能够向腔室11内和气体分析装置1供给进行等离子体化所得到的大量的自由基，还能够抑制氧化物等的沉积。
另外，在气体分析装置1的包括壳体40的很多的部分由Fe-Ni材料形成的情况下，在最差的情形中，HF、HCL、WFx、WCLx等可能与Fe-Ni材料发生反应而消失。能够将由CFx等腐蚀性高的气体生成的等离子体作为清洁用的等离子体引入到气体分析装置1中进行清洁，但是在气体分析装置1的很多的部件由金属构成的情况下，具有因金属发生腐蚀而使气体分析装置1的寿命减少的可能性。因此，通过用热解碳(热解石墨、PG)代替金属或者在金属的表面安装或涂覆热解碳(热解石墨、PG)来形成构成气体分析装置1的部件是有效的。
此外，在上述中，以四极型的质谱分析装置为例进行了说明，但过滤器部20也可以为离子捕获型，还可以为维恩过滤器等其它类型。另外，过滤器部20不限于质谱型，也可以为使用离子迁移率等其它物理量来对气体的分子或原子进行过滤的过滤器。另外，气体分析单元可以为发光分析单元等光学分析装置。
另外，在上述中，说明了本发明的特定的实施方式，但在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员能够想到各种其它的实施方式和变形例，并且这种其它的实施方式和变形是上述的权利要求书的对象，本发明是通过上述的权利要求书来规定的。

Claims (16)

1.一种气体分析装置，具有：
样品腔室，其具备介电性的壁体构造，仅流入作为测定对象的样品气体；
等离子体生成机构，其借由所述介电性的壁体构造来通过电场和/或磁场在被减压后的所述样品腔室内生成等离子体；以及
分析单元，其借由所生成的所述等离子体来分析所述样品气体。
2.根据权利要求1所述的气体分析装置，其中，
还具有气体输入单元，所述气体输入单元构成为仅使来自工艺的所述样品气体流入到所述样品腔室。
3.根据权利要求1或2所述的气体分析装置，其中，
所述介电性的壁体构造包含石英、氧化铝以及氮化硅中的至少一方。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的气体分析装置，其中，
所述等离子体生成机构包括利用电感耦合等离子体、电介质阻挡放电以及电子回旋共振中的至少一方来产生等离子体的机构。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的气体分析装置，其中，
所述样品腔室的总长为1mm-100mm，直径为1mm-100mm。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的气体分析装置，其中，
所述分析单元包括：
过滤器单元，其对所述等离子体中的被离子化的气体进行过滤；以及
检测器单元，其用于检测过滤后的离子。
7.根据权利要求6所述的气体分析装置，其中，
还具有能量过滤器，所述能量过滤器配置于所述过滤器单元与所述样品腔室之间。
8.一种工艺监视装置，具有根据权利要求1至7中的任一项所述的气体分析装置。
9.一种系统，具有：
根据权利要求1至7中的任一项所述的气体分析装置；以及
工艺腔室，在所述工艺腔室中实施等离子体工艺，所述工艺腔室用于向所述气体分析装置供给所述样品气体。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，
还具有工艺控制单元，所述工艺控制单元基于所述气体分析装置的测定结果，来对在所述工艺腔室内实施的至少一个等离子体工艺进行控制。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，
所述工艺控制单元包括根据由所述气体分析装置针对所述至少一个等离子体工艺的副产物进行测定的测定结果来判断所述至少一个等离子体工艺的终点的单元。
12.一种方法，是具有用于实施等离子体工艺的工艺腔室的系统的控制方法，
所述系统具有包括与所述工艺腔室不同的样品腔室的气体分析装置，所述样品腔室仅流入来自所述工艺腔室的样品气体，
该方法包括以下工序：基于所述气体分析装置的测定结果，来对所述工艺腔室内实施的等离子体工艺进行控制。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
对所述等离子体工艺进行控制包括以下工序：根据由所述气体分析装置针对至少一个等离子体工艺的副产物进行测定的测定结果来判断所述至少一个等离子体工艺的终点。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，
所述至少一个等离子体工艺包括蚀刻、膜生成以及清洁中的至少一方。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法，其中，
包括以下工序：在所述样品腔室中，生成与所述工艺腔室的等离子体相独立的等离子体。
16.一种程序，是用于控制系统的程序，所述系统具有用于实施等离子体工艺的工艺腔室，
所述系统具有包括与所述工艺腔室不同的样品腔室的气体分析装置，所述样品腔室仅流入来自所述工艺腔室的样品气体，
该程序具有用于基于所述气体分析装置的测定结果来对所述工艺腔室内实施的等离子体工艺进行控制的命令。
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