JP2005114388A - Method of measuring moisture amount in gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フッ素を含む化合物のガス例えば半導体製造用の原料ガス中の水分量を測定する方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring a moisture content in a fluorine-containing compound gas, for example, a raw material gas for semiconductor production.
半導体デバイスの高集積化を図るための手法の一つとして配線を多層化する技術があり、多層配線構造をとるためには、n番目の配線層と(n+1)番目の配線層とを導電層で接続すると共に導電層以外の領域は層間絶縁膜と呼ばれる薄膜が形成される。この層間絶縁膜の代表的なものとしてSiO2膜があるが、近年デバイスの動作についてより一層の高速化を図るために層間絶縁膜の比誘電率を低くすることが要求されている。 As a technique for achieving high integration of semiconductor devices, there is a technique of multilayering wiring. In order to take a multilayer wiring structure, an nth wiring layer and an (n + 1) th wiring layer are connected to a conductive layer. In addition, a thin film called an interlayer insulating film is formed in the region other than the conductive layer. A typical example of the interlayer insulating film is a SiO2 film. In recent years, it has been required to lower the relative dielectric constant of the interlayer insulating film in order to further increase the operation speed of the device.
このような要請により、炭素(C)及びフッ素(F)の化合物であるフッ素添加カーボン膜(フロロカーボン膜)が注目されている。SiO2膜の比誘電率が4付近であるのに対して、フッ素添加カーボン膜は、原料ガスの種類を選定すれば比誘電率が2以下になることから層間絶縁膜として極めて有効な膜である。フッ素添加カーボン膜の原料ガスとしては種々のガスが知られているが、例えばC5F8(ペルフロロシクロペンテン)ガスは網状構造体からなる膜を形成できる点で優れた原料ガスである。 Due to such a demand, a fluorine-added carbon film (fluorocarbon film) which is a compound of carbon (C) and fluorine (F) has attracted attention. Whereas the relative dielectric constant of the SiO2 film is around 4, the fluorine-added carbon film is a very effective film as an interlayer insulating film because the relative dielectric constant becomes 2 or less if the type of source gas is selected. . Various gases are known as source gases for the fluorine-added carbon film. For example, C5F8 (perfluorocyclopentene) gas is an excellent source gas in that a film composed of a network structure can be formed.
ところでこのような原料ガス中に水分が含まれていると、フッ素添加カーボン膜中に水素が取り込まれこの水素がフッ素と結合してフッ化水素を生成し、デバイスの製造工程中において例えば350℃以上に加熱されるとフッ化水素が膜から抜けてしまい、この結果フッ素添加カーボン膜の重量減少が起こり、層間絶縁膜としての機能が損なわれる。即ち原料ガス中に水分が含まれていると、フッ素添加カーボン膜は熱的安定性に欠けるという課題がある。C5F8ガスは、エッチング用のガスとして99.99%の純度のものが製造されており、このエッチンググレードのC5F8ガスを使用すれば、水分量は10重量ppm以下であり、極く微量である。 By the way, when such raw material gas contains moisture, hydrogen is taken into the fluorine-added carbon film, and this hydrogen is combined with fluorine to generate hydrogen fluoride. When heated as described above, hydrogen fluoride escapes from the film, resulting in a decrease in the weight of the fluorine-added carbon film, and the function as an interlayer insulating film is impaired. In other words, when moisture is contained in the source gas, there is a problem that the fluorine-added carbon film lacks thermal stability. The C5F8 gas is manufactured with a purity of 99.99% as an etching gas. If this etching grade C5F8 gas is used, the amount of water is not more than 10 ppm by weight and is extremely small.
しかしながらこのように水分含量が少ないC5F8ガスを用いてフッ素添加カーボン膜を成膜すると、膜中の水素含量は数%(原子%)もの値になる。これは水素がフッ素の未結合手に選択的に結合するからであると考えられる。従ってC5F8ガスをフッ素添加カーボン膜の原料ガスとして用いる場合には、原料ガス中の水分量は望ましくは例えば1重量ppm以下であり、より望ましくは100重量ppb以下である。 However, when a fluorine-added carbon film is formed using C5F8 gas having a low water content, the hydrogen content in the film becomes a value of several percent (atomic%). This is presumably because hydrogen is selectively bonded to fluorine dangling bonds. Therefore, when C5F8 gas is used as a raw material gas for the fluorine-added carbon film, the amount of water in the raw material gas is desirably 1 ppm by weight or less, and more desirably 100 ppm by weight or less.
図8はC5F8ガスを用い、プラズマ処理を行ってベアシリコンウエハ上にフッ素添加カーボン膜を500nm成膜し、この膜を加熱して重量減少を調べた結果である。点線(1)は、水分量が10重量ppm以下であるエッチンググレートのC5F8ガスを用いた場合であり、実線(2)は、エッチンググレードのC5F8ガスに対して上述のような水分除去処理を行ったガスを用いた場合である。この結果からおよそ350℃から420℃付近までの間の温度にフッ素添加カーボン膜を加熱した場合、原料ガスの水分量の僅かな差異が薄膜の重量減少に大きく効いてくることが理解できる。従ってフッ素添加カーボン膜を成膜した後の半導体装置の製造工程中にこうした温度まで加熱される工程が含まれる場合には、原料ガス中の水分量を極力少なくすることが重要である。 FIG. 8 shows the result of examining the weight reduction by heating a 500 nm fluorine-added carbon film on a bare silicon wafer by performing plasma treatment using C5F8 gas. The dotted line (1) shows the case where an etching great C5F8 gas having a moisture content of 10 ppm by weight or less is used, and the solid line (2) shows the above-described moisture removal treatment performed on the etching grade C5F8 gas. This is the case of using a different gas. From this result, it can be understood that when the fluorine-added carbon film is heated to a temperature between about 350 ° C. and about 420 ° C., a slight difference in the moisture content of the source gas greatly affects the weight reduction of the thin film. Therefore, when the process of heating to such a temperature is included in the manufacturing process of the semiconductor device after forming the fluorine-added carbon film, it is important to reduce the amount of water in the source gas as much as possible.
一方水の沸点は100℃であり、C5F8の沸点は27℃であることから例えば99.99%の純度のC5F8を液化したものを蒸留することによりほとんどの水分を除去することができ、更にC5F8を分子篩いにかけて水分を吸着除去し、この分子篩いによる水分除去工程を複数段行うことで原料ガス中の水分量を極微量な値例えば100重量ppb以下にまで抑えることができる。 On the other hand, since the boiling point of water is 100 ° C. and the boiling point of C 5 F 8 is 27 ° C., most of the water can be removed by distilling a liquefied C 5 F 8 having a purity of 99.99%. The moisture content in the raw material gas can be suppressed to a very small value, for example, 100 weight ppb or less by performing a plurality of stages of moisture removal processes using the molecular sieve.
ところで上述の水分除去の処理を行った原料ガスを半導体製造用のガスとして用いる場合、当然のことながらその仕様を保証する、つまり水分量が例えば1重量ppm以下であることを保証する必要があり、そのためには原料ガス中の水分を定量しなければならない。極く微量の水分を定量する手法としてはカールフィシャー法、質量分析法(非特許文献1)が知られている。カールフィシャー方法は水と選択的にかつ定量的に反応するカールフィッシャー試薬(ヨウ素、二酸化硫黄、塩基及びアルコールなどの溶剤からなる試薬)を用いて水分を測定する方法である。また質量分析法は、気相の分子に例えば熱電子を衝突させてその分子をイオン化し、磁場型あるいは四重極型装置により質量/電荷数の大きさの順に並んだ質量スペクトルを測定する方法であり、水分に対応するピーク強度から水分量を測定できる。 By the way, when using the raw material gas that has been subjected to the above water removal treatment as a gas for semiconductor production, it is natural to guarantee its specifications, that is, to guarantee that the water content is, for example, 1 ppm by weight or less. For this purpose, the moisture in the raw material gas must be quantified. Karl Fischer method and mass spectrometry (Non-patent Document 1) are known as methods for quantifying a very small amount of water. The Karl Fischer method is a method of measuring moisture using a Karl Fischer reagent (a reagent comprising a solvent such as iodine, sulfur dioxide, base and alcohol) that selectively and quantitatively reacts with water. Mass spectrometry is a method in which, for example, thermoelectrons collide with gas phase molecules to ionize the molecules, and measure a mass spectrum arranged in order of mass / charge number with a magnetic field type or quadrupole type device. The water content can be measured from the peak intensity corresponding to the water content.
カールフィシャー法は、検出限界が5重量ppm程度であることから、原料ガス中の水分量が1重量ppm以下であることを保証するためには適用できない。これに対して質量分析法は、1重量ppm以下の水分まで検出でき、特に大気圧雰囲気下で測定する方法によれば、10重量ppbの水分も検出できる。しかしながら質量分析法は、ガス分子をイオン化するときに分子が解離するため、ガスが炭素及びフッ素の化合物である場合には、フッ素イオンが生成されてしまう。フッ素の質量は「19」であり、水分子(H2O)の質量は「18」であることから、これらの質量は1番違いであり、従ってこれらの質量スペクトルが重なってしまい、水分量を正確に測定することができない。 Since the Karl Fischer method has a detection limit of about 5 ppm by weight, it cannot be applied to guarantee that the amount of water in the raw material gas is 1 ppm by weight or less. On the other hand, mass spectrometry can detect up to 1 ppm by weight of water, and particularly 10 wt ppb of water can be detected according to the method of measurement in an atmospheric pressure atmosphere. However, in mass spectrometry, molecules are dissociated when gas molecules are ionized, so that when the gas is a compound of carbon and fluorine, fluorine ions are generated. Since the mass of fluorine is “19” and the mass of water molecule (H 2 O) is “18”, these masses are the most different, so their mass spectra overlap, and the moisture content is accurate. Cannot be measured.
このようにフッ素を含む試料ガス中の水分が5重量ppm以下の場合には、その水分量を測定することができなかった。このため例えば炭素及びフッ素を含む半導体製造用の原料ガスについて、5重量ppm以下の水分量例えば1重量ppm以下の水分量の測定を行うことができず、そのガス中の水分量に関する仕様を保証することができないという課題があった。 Thus, when the moisture in the sample gas containing fluorine was 5 ppm by weight or less, the amount of moisture could not be measured. For this reason, for example, a raw material gas for semiconductor production containing carbon and fluorine cannot be measured for a moisture content of 5 ppm by weight or less, for example, a moisture content of 1 ppm by weight or less, and the specifications regarding the moisture content in the gas are guaranteed. There was a problem that could not be done.
本発明はこのような背景に基づいてなされたものであり、その目的は、フッ素を含む化合物のガス中の微量水分を測定することのできる方法を提供することにある。 The present invention has been made based on such a background, and an object thereof is to provide a method capable of measuring a trace amount of water in a gas of a compound containing fluorine.
本発明は、フッ素を含む化合物のガス中の水分量を測定する方法において、
フッ素を含む化合物の試料ガスであって、微量水分を含む試料ガスに正電荷の金属イオンを付着させて当該試料ガスをイオン化する工程と、
イオン化された試料ガスを質量分析して、水分量を測定する工程と、を含むことを特徴とするガス中の水分量測定方法である。
The present invention relates to a method for measuring a moisture content in a gas of a compound containing fluorine,
A sample gas of a compound containing fluorine, and a step of ionizing the sample gas by attaching a positively charged metal ion to a sample gas containing a trace amount of moisture;
A method for measuring the amount of moisture in the gas, comprising: performing mass spectrometry of the ionized sample gas and measuring the amount of moisture.
試料ガスは例えば半導体製造用のガスであり、水分量の測定はそのガス中の水分量に関する仕様を保証するために行われる。半導体製造用のガスとは例えば半導体装置を構成するフッ素添加カーボン膜を製造するためのガスである
カールフィッシャー法による水分の測定限界が5重量ppm程度であることから、本発明は、ガス中の水分量が5重量ppm以下の場合には特に有効である。試料ガス(あるいは原料ガス)に付着する正電荷の金属イオンは例えばリチウムイオンである。フッ素を含む化合物は、例えば炭素及びフッ素の化合物であり、炭素及びフッ素の化合物は例えばC5F8を挙げることができる。
The sample gas is, for example, a gas for manufacturing a semiconductor, and the moisture content is measured in order to guarantee specifications relating to the moisture content in the gas. The gas for manufacturing a semiconductor is, for example, a gas for manufacturing a fluorine-added carbon film constituting a semiconductor device. Since the measurement limit of moisture by the Karl Fischer method is about 5 ppm by weight, the present invention This is particularly effective when the water content is 5 ppm by weight or less. The positively charged metal ions adhering to the sample gas (or source gas) are, for example, lithium ions. The compound containing fluorine is, for example, a compound of carbon and fluorine, and examples of the compound of carbon and fluorine include C5F8.
本発明によれば、フッ素を含む化合物の試料ガスに正電荷の金属イオンを付着させてイオン化し質量分析を行うので、ガスの化合物分子を解離させなくて済み、フッ素イオンが生成されない。従って水(H2O)の分子量「18」に近い分子量「19」のフッ素イオンが存在しないので、水分について正確な質量分析を行うことができ、この結果試料ガス中に微量に含まれている水分を正確に定量することができる。このため例えば半導体製造用の原料ガスの水分量に関して仕様を保証できるようになり、水分量が極めて少ない半導体製造用の原料ガスを半導体製造装置メーカに供給することができる。 According to the present invention, positively charged metal ions are attached to a sample gas of a compound containing fluorine to perform ionization and mass spectrometry. Therefore, it is not necessary to dissociate compound molecules of the gas, and fluorine ions are not generated. Accordingly, since there is no fluorine ion having a molecular weight “19” close to the molecular weight “18” of water (H 2 O), it is possible to perform accurate mass analysis on the moisture, and as a result, the moisture contained in a trace amount in the sample gas can be obtained. Accurate quantification is possible. For this reason, for example, it becomes possible to guarantee the specifications regarding the moisture content of the raw material gas for semiconductor manufacturing, and it is possible to supply the semiconductor manufacturing raw material gas with a very small moisture content to the semiconductor manufacturing equipment manufacturer.
次に、本発明の実施の形態について図面に基づき説明する。まず、図1には、本発明の水分量測定方法の実施の形態に適用される質量分析装置1の構成図が示されている。この質量分析装置1は、イオン化室2と、差動排気室3と、計測室4とを備えている。イオン化室2は、後方側(図1中左側)にて隔壁21により区画されたイオン放射室22と、この隔壁21の前方側(図1中右側)に位置するイオン付着領域23とを備えている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows a configuration diagram of a
イオン放射室22内には、線状のフィラメントに球状の金属酸化物を薄膜状に塗布して構成されたイオン付着用のエミッタ24が設けられており、金属酸化物としては酸化リチウム(LiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化ケイ素(SiO2)からなる焼結体が用いられている。エミッタ24は、加熱することにより正電荷の金属イオン例えばLi+を隔壁21のイオン通過口25からイオン付着領域23に放出するためのものであり、図示していないが当該エミッタ24を加熱するための給電用電源(図示せず)が接続されている。
In the
イオン放射室22には、窒素(N2)ガス導入管26が接続されており、隔壁21のイオン通過口25から窒素ガスが吹き出すようになっている。これは後述の試料ガスがイオン放射室22内に入り込み、エミッタ24と接触しないようにするためである。試料ガスに腐食性や堆積性がある場合には、高温となるエミッタ24表面と試料ガスが反応して金属イオンの発生量が減少してしまうことがあり、金属イオン(例えばLi+)はN2ガスの流れによりイオン通過口25から放出されるようになっている。
A nitrogen (N 2)
またイオン化室2には、イオン付着領域23に試料ガスを導入するための試料ガス導入管11が接続されており、この試料ガス導入管11の基端側には混合室12が設けられている。この混合室12には第1のガス供給管13及び第2のガス供給管14が接続されており、試料ガス供給源であるC5F8ガス供給源15から第1のガス供給管13を介してC5F8ガスが、またアルゴン(Ar)ガス供給源16から第2のガス供給管14を介してアルゴンガスが夫々混合室12内に供給されるようになっている。なおMFC1、MFC2は流量調整部であるマスフローコントローラ、V1、V2はバルブである。
The
アルゴンガスを質量分析装置1内に試料ガスと共に導入する理由は、試料ガスを希釈するためであるが、その希釈ガスとしてはアルゴンガスに限らず試料ガスの定量に影響のない他の不活性ガスであってもよい。
The reason why the argon gas is introduced into the
差動排気室3は、隔壁31により第1室32及び第2室33に区画されており、第1室32はアパーチャ27を介してイオン化室2に連通していると共に第2室33内には3つのリング状の集束レンズ34が設けられている。また計測室4は隔壁41を介して第2室33に連通しており、この計測室4には、試料ガスの質量分析を行うQポール型(四重極型)質量分析機構42と、Qポール型質量分析機構42により選択されたm(質量)/z(電荷数)のイオンを検出する電子増倍管からなる検出器43とが設けられている。
The
また差動排気室3の第1室32及び第2室33には、排気路35、36を介してターボ分子ポンプTP1及びTP2が夫々接続される共に、計測室4には排気路44を介して真空排気手段であるターボ分子ポンプTP3が接続されており、各々所定の圧力状態を作り出すことができるようになっている。なおDP1〜DP3はドライポンプである。
In addition, turbo molecular pumps TP1 and TP2 are connected to the
質量分析定量の際の前記各室内の圧力については、イオン化室2はアパーチャ23を介してターボ分子ポンプTP1により真空排気されて100Paに維持され、また差動排気室3の第1室32及び第2室33は夫々0.1Pa及び10−3Paに維持され、計測室4では10−5Paに維持される。これは、Qポール型質量分析機構21が正常に動作するためには10−5程度の低い圧力が必要なためで、この圧力を得るために独立した真空排気手段が設けられ、計測室4に向かって圧力を徐々に低くするようになっている。
Regarding the pressure in each chamber during the mass spectrometric determination, the
次に上述の質量分析装置1を用いて、試料ガスであるC5F8ガス中の水分量を測定する方法について説明する。C5F8ガスはこの例では半導体製造用の原料ガス、例えばフッ素添加カーボン膜(以下CF膜という)からなる層間絶縁膜を成膜するための原料ガスであって、純度が99.99%であるエッチンググレードのC5F8ガスに対して水分除去処理を行ったものである。例えば前記C5F8ガスを液化した液体を蒸留することによりほとんどの水分を除去し、更にC5F8を分子篩いにかけて水分を吸着除去し、この分子篩いによる水分吸着除去工程を複数段行うことで原料ガス中の水分量を極微量な値例えば100重量ppb以下に抑えている。そしてこの水分量が100重量ppb以下と予測されるC5F8ガスについて以下のようにして水分量を測定し、当該ガスの水分量に関する仕様について保証する。
Next, a method for measuring the moisture content in the C5F8 gas, which is the sample gas, using the
従ってC5F8ガス供給源15は、この例では半導体製造メーカに出荷するためのガスのサンプルが充填された容器であり、このC5F8ガス供給源15からの試料ガスとアルゴンガス供給源16からのアルゴンガスが夫々例えば150sccm及び300sccmの流量で混合室12内にて混合され、試料ガスがアルゴンガスと共にイオン化室2に導入される。イオン化室2での試料ガスの圧力は100Paとされ、エミッタ24は例えば600℃〜1000℃程度に加熱され、Li+が放出される。C5F8及びH2Oは中性分子であるが、ある程度分極しているためLi+は、図2に示すようにイオン化室2にて試料ガスであるC5F8の分子及びH2Oの分子に付着して、これらC5F8の分子及びH2O分子は夫々分子毎に正電荷に帯電し、イオン化される。
Accordingly, in this example, the C5F8
Li+が付着した試料ガスの分子は、付着直後は余剰エネルギを持った不安定な状態となっているが、イオン化室2内の圧力が100Paであるときには、ガス分子の平均自由工程は0.07mm程度であり、ガス分子と1秒間に107回も衝突する。従って衝突する多数のガス分子にすぐに余剰エネルギを奪われて安定なLi+付きの試料ガス分子となる。
The sample gas molecules attached with Li + are in an unstable state with surplus energy immediately after the attachment, but when the pressure in the
エミッタ24には、例えば+20V、隔壁21には例えば+10Vの電圧が印加されている。また集束レンズ34の前後両端のレンズは0Vに保持され、中央のレンズは例えば+10Vの電圧が印加されている。Qポール型質量分析機構21の中心電位は0Vである。
For example, a voltage of +20 V is applied to the emitter 24, and a voltage of +10 V is applied to the
Li+付きC5F8ガス分子及びLi+付きH2O分子は、隔壁21及び集束レンズ34の左端のレンズにより形成される電界に引かれて、図1中右方向に、イオン化室2からアパーチャ27を通過して、差動排気室3に引き出される。集束レンズ34に囲まれる領域に入ったLi+付きC5F8ガス分子、Li+付きH2O分子は、中央レンズのプラス電位により集束された後に、計測室4内に輸送され、Qポール型質量分析機構42により質量毎に分別されて電子倍増管43により各イオンの量が測定される。
Li + with C5F8 gas molecules and Li + with H2O molecule is drawn in an electric field formed by the left end of the lens of the
こうして得られた質量スペクトルには図3に示すように、C5F8の分子量にLi+分の質量である7amu(atomic mass unit;質量単位)が加えられた「219」の部分と、H2O分子量に7amuが加えられた「25」の部分とに相対感度のピークが出現する。また、分子量「43」の部分にもピークが認められるが、これは、水の2量体にLi+が付着したものである。C5F8ガス中の水分量は、例えば分子量「25」のピーク強度の相対値について検量線を作成しておくことにより定量することができるが、分子量「43」のピーク部分について検量線を作成して定量するようにしてもよい。 In the mass spectrum thus obtained, as shown in FIG. 3, a portion of “219” in which 7 amu (atomic mass unit), which is the mass of Li +, is added to the molecular weight of C 5 F 8 , and the H 2 O molecular weight. A peak of relative sensitivity appears at the portion of “25” where 7 amu is added. In addition, a peak is also observed in the molecular weight “43” portion, which is a Li + adhering to a water dimer. The amount of water in the C5F8 gas can be quantified by, for example, preparing a calibration curve for the relative value of the peak intensity of the molecular weight “25”, but creating a calibration curve for the peak portion of the molecular weight “43”. You may make it quantify.
上述の実施の形態によれば、Li+ を試料ガスの分子に付着させてその分子をイオン化させており、この場合Li+ の付着エネルギーが小さいことから分子が壊れずにイオン化され、このため水分子の分子量18に近い分子量19であるフッ素イオンが形成されないので、質量スペクトルにはフッ素イオンのピークに邪魔されずに水分子のピークが現れ、従ってC5F8ガス中の微量な水分量をppbレベルで測定することができる。この結果C5F8ガスについて例えば水分量が1重量ppm以下であるという仕様保証を行うことができ、半導体製造装置メーカではこのガスを例えばガスの製造メーカから購入して使用することができる。そしてこのように水分含量が極めて微量に抑えられたC5F8ガスを用いることにより熱的安定性に優れた絶縁膜例えば層間絶縁膜を形成することができ、このことにより結局半導体デバイスの高速化を実現することができる。 According to the above-described embodiment, Li + is attached to the sample gas molecules to ionize the molecules, and in this case, since the adhesion energy of Li + is small, the molecules are ionized without being broken. Since a fluorine ion having a molecular weight of 19 close to the molecular weight of 18 is not formed, a peak of a water molecule appears in the mass spectrum without being disturbed by the peak of the fluorine ion. Can be measured. As a result, for C5F8 gas, for example, it is possible to guarantee the specification that the moisture content is 1 ppm by weight or less, and the semiconductor manufacturing apparatus manufacturer can purchase and use this gas from, for example, the gas manufacturer. By using C5F8 gas with a very low moisture content, an insulating film with excellent thermal stability, such as an interlayer insulating film, can be formed. This ultimately increases the speed of semiconductor devices. can do.
ここでイオン付着イオン化法のためのエミッタ24は、本発明の実施の形態では、線状のフィラメントに球状の金属酸化物を薄膜状に塗布したものが適用されているが、フィラメントの代わりにホットプレートを使用したものなど各種形状・構造のものを採用することができる。 Here, in the embodiment of the present invention, the emitter 24 for the ion attachment ionization method is formed by applying a spherical metal oxide to a linear filament in the form of a thin film. Various shapes and structures, such as those using plates, can be used.
また付着する金属イオンとしては、現状の金属イオンの中で最もアフィニティが高い、すなわち感度が高いという理由からLi+を適用して例で説明したが、アルカリ金属イオンとしては、K+、Na+、Rb+、Cs+、またその他の金属イオンとしてAl+、Ga+、In+なども使用することができる。 In addition, as the metal ions to be attached, Li + is applied in the example because it has the highest affinity among the current metal ions, that is, the sensitivity is high, but as the alkali metal ions, K + , Na + , Rb + , Cs + , and other metal ions such as Al + , Ga + , and In + can also be used.
そして質量分析機構としては、Qポール型質量分析機構を適用して説明したが、その他外部イオントラップ型質量分析機構、磁場セクタ型質量分析機構、TOF(飛行時間)型質量分析機構を使用することができる。 As the mass analysis mechanism, the Q-pole type mass analysis mechanism has been described, but other external ion trap type mass analysis mechanism, magnetic sector type mass analysis mechanism, and TOF (time-of-flight) type mass analysis mechanism should be used. Can do.
更に測定すべき試料としてはすべてガス状のもので説明したが、試料自体は固体や液体でも構わない。固体や液体の試料が何らかの手段でガス状にされ、そのガスを試料ガスとして分析するものであればよい。また炭素とフッ素との化合物のガスとしてはC5F8ガスに限らず例えばC4F8ガス、C2F2ガス、C(CF3)4ガスなどであってもよい。更にまた本発明では炭素とフッ素との化合物のガスに限られずその他のフッ素を含むガス例えばNF3などであってもよい。 Further, all the samples to be measured have been described as gaseous, but the sample itself may be solid or liquid. Any solid or liquid sample may be used as long as it is gasified by some means and the gas is analyzed as a sample gas. Further, the gas of the compound of carbon and fluorine is not limited to C5F8 gas, but may be C4F8 gas, C2F2 gas, C (CF3) 4 gas, or the like. Furthermore, in the present invention, the gas is not limited to a compound gas of carbon and fluorine, but may be another gas containing fluorine, such as NF3.
ここで水分量の検量線を作成するために水分を実質含まない窒素ガス中に所定量の水分を含有させて試料ガスとし、この試料ガスを上述の質量分析装置を通して質量スペクトルを求め、分子量「25」に対応するピークの相対感度を求めた。水分含量を60ppb、80ppb、100ppb、1000ppb及び3000ppbの5通りに設定し、各試料ガスにおけるピークの相対感度をプロットしたところ図4に示す検量線が得られた。試料ガス中の水分含量の設定は、窒素ガスに混合される水分量をレーザ水分計により測定することにより行った。従ってこの検量線を用いることにより、例えばC5F8ガス中の水分量を定量でき、例えば水分量が5重量ppm以下あるいは1重量ppm以下であることを保証することができる。 Here, in order to create a calibration curve for the moisture content, a predetermined amount of moisture is contained in a nitrogen gas that does not substantially contain moisture to obtain a sample gas, and the mass spectrum is obtained through the above-described mass spectrometer, and the molecular weight “ The relative sensitivity of the peak corresponding to “25” was determined. When the moisture content was set to 5 types of 60 ppb, 80 ppb, 100 ppb, 1000 ppb, and 3000 ppb, and the relative sensitivity of the peak in each sample gas was plotted, the calibration curve shown in FIG. 4 was obtained. The moisture content in the sample gas was set by measuring the amount of moisture mixed with nitrogen gas with a laser moisture meter. Therefore, by using this calibration curve, for example, the amount of water in the C5F8 gas can be determined, and for example, it can be ensured that the amount of water is 5 ppm by weight or less or 1 ppm by weight or less.
次いで、上述のようにして水分量が保証された原料ガス例えばC5F8ガスを用いて層間絶縁膜を成膜するプロセスについて説明する。先ずプラズマ成膜装置の構成について図5〜図7に基づき簡単に説明する。このプラズマ成膜装置は、ラジアルラインスリットアンテナを用いてプラズマを発生させるCVD(chemical vapor deposition)装置である。図中101は処理容器(真空チャンバ)、100は絶縁材、111は載置台であり、この載置台111の内部には冷却媒体流路やヒータなどの温調手段(図示せず)が設けられている。また載置台111には例えば13.56MHzのバイアス用高周波電源112が接続されている。
Next, a process for forming an interlayer insulating film using a source gas, for example, C5F8 gas, whose water content is guaranteed as described above will be described. First, the configuration of the plasma film forming apparatus will be briefly described with reference to FIGS. This plasma film forming apparatus is a chemical vapor deposition (CVD) apparatus that generates plasma using a radial line slit antenna. In the figure, 101 is a processing vessel (vacuum chamber), 100 is an insulating material, and 111 is a mounting table. Inside the mounting table 111, temperature control means (not shown) such as a cooling medium flow path and a heater are provided. ing. Further, for example, a high
前記処理容器101の上部には載置台111と対向するように、例えば平面形状が略円形状に構成された例えばアルミナからなる第1のガス供給部102が設けられている。このガス供給部102における載置台111と対向する面には多数の第1のガス供給孔121が形成されている。ガス供給孔121はガス流路122を介して第1のガス供給路123に連通している。第1のガス供給路123はプラズマガスであるアルゴン(Ar)ガスやクリプトン(Kr)ガスなどの供給源や水素(H2)ガスの供給源が接続されている。
A first
また載置台111と第1のガス供給部102との間には、例えば平面形状が略円形状に構成された導電体からなる第2のガス供給部103が設けられ、このガス供給部103における載置台111と対向する面には多数の第2のガス供給孔131が形成されている。このガス供給部103の内部には、例えば図6に示すようにガス供給孔131の一端側と連通する格子状のガス流路132が形成されており、このガス流路132には第2のガス供給路133の一端側が接続されている。また第2のガス供給部103には、当該ガス供給部103を貫通するように、多数の開口部134が形成されている。この開口部134は、プラズマやプラズマ中の原料ガスを当該ガス供給部103の下方側の空間に通過させるためのものであり、例えば隣接するガス流路132同士の間に形成されている。
Further, a second
ここで第2のガス供給部103は、第2のガス供給路133を介して原料ガスであるフッ素と炭素とを含む原料ガス例えばC5F8ガスの供給源135と接続され、この原料ガスは、第2のガス供給路133を介してガス流路132に順次通流し、前記ガス供給孔131を介して、第2のガス供給部103の下方側の空間に一様に供給される。なお114は排気管であり、図示しない真空排気手段に接続されている。
Here, the second
前記第2のガス供給部103の上部側には、例えばアルミナなどの誘電体により構成されたカバープレート113が設けられ、このカバープレート113の上部側には、当該カバープレート113と密接するようにアンテナ部104が設けられている。このアンテナ部104は、図7に示すように、平面形状が円形の下面側が開口する扁平なアンテナ本体141と、このアンテナ本体141の前記下面側の開口部を塞ぐように設けられ、多数のスリットが形成された円板状の平面アンテナ部材(スリット板)142とを備えており、これらアンテナ本体141と平面アンテナ部材142とは導体により構成され、扁平な中空の円形導波管を構成している。
A
また前記平面アンテナ部材142とアンテナ本体141との間には、例えばアルミナや酸化ケイ素、窒化ケイ素等の低損失誘電体材料により構成された遅相板143が設けられている。この遅相板143はマイクロ波の波長を短くして前記導波管内の管内波長を短くするためのものである。この実施の形態では、これらアンテナ本体141、平面アンテナ部材142、遅相板143によりラジアルラインスリットアンテナが構成されている。
Further, a
このように構成されたアンテナ部104は、前記平面アンテナ部材142がカバープレート113に密接するように図示しないシール部材を介して処理容器101に装着されている。そしてこのアンテナ部104は同軸導波管144を介して外部のマイクロ波発生手段145と接続され、例えば周波数が2.45GHzあるいは8.3GHzのマイクロ波が供給されるようになっている。この際、同軸導波管144の外側の導波管144Aはアンテナ本体141に接続され、中心導体144Bは遅相板143に形成された開口部を介して平面アンテナ部材142に接続されている。
The
前記平面アンテナ部材142は例えば厚さ1mm程度の銅板からなり、図7に示すように例えば円偏波を発生させるための多数のスリット146が形成されている。このスリット146は略T字状に僅かに離間させて配置した一対のスリット146a,146bを1組として、周方向に沿って例えば同心円状や渦巻き状に形成されている。このようにスリット146aとスリット146bとを相互に略直交するような関係で配列しているので、2つの直交する偏波成分を含む円偏波が放射されることになる。この際スリット対146a,146bを遅相板143により圧縮されたマイクロ波の波長に対応した間隔で配列することにより、マイクロ波が平面アンテナ部材142より略平面波として放射される。
The
続いて上述の実施の形態で水分量が測定されたC5F8ガスを用いて上記の成膜装置により実施される成膜プロセスの一例について説明する。先ず表面にアルミニウム配線が形成された基板であるウエハWを搬入して載置台111上に載置する。続いて処理容器101の内部を所定の圧力まで真空引きし、第1のガス供給路123を介して第1のガス供給部102にプラズマガス例えばArガスを所定の流量例えば300sccmで供給すると共に、第2のガス供給路133を介して原料ガス供給部である第2のガス供給部103に原料ガス例えばC5F8ガスを所定の流量例えば150sccmで供給する。そして処理容器101内を例えばプロセス圧力13.3Paに維持し、載置台111の表面温度を350℃に設定する。
Next, an example of a film forming process performed by the above film forming apparatus using the C5F8 gas whose moisture content is measured in the above embodiment will be described. First, a wafer W, which is a substrate on which aluminum wiring is formed, is loaded and placed on the mounting table 111. Subsequently, the inside of the
一方マイクロ波発生手段145から2.45GHz,2000Wの高周波(マイクロ波)を供給すると、このマイクロ波は、TMモード或いはTEモード或いはTEMモードで同軸導波管144内を伝搬してアンテナ部104の平面アンテナ部材142に到達し、同軸導波管の中心導体144Bを介して、平面アンテナ部材142の中心部から周縁領域に向けて放射状に伝搬される間に、スリット対146a,146bからマイクロ波がカバープレート113、第1のガス供給部102を介して当該ガス供給部102の下方側の処理空間に向けて放出される。 このとき既述のようにスリット対146a,146bを配列したので、円偏波が平面アンテナ部材142の平面に亘って均一に放出され、この下方の空間(成膜空間)の電界密度が均一化される。そしてこのマイクロ波のエネルギ−により、広い空間の全域に亘って高密度で均一なプラズマが励起される。このプラズマは、第2のガス供給部103の開口部134を介して当該ガス供給部103の下方側の成膜空間に流れ込んで行き、また第2のガス供給部103から成膜空間に供給されたC5F8ガスが第2のガス供給部103の上部側に回り込んで活性化されその後下降し、結果として第2のガス供給部103の下方側の成膜空間には、C5F8ガスが活性化させて得られた活性種群が存在する。
On the other hand, when a high frequency (microwave) of 2.45 GHz and 2000 W is supplied from the microwave generation means 145, the microwave propagates in the
そしてウエハW上に輸送された活性種はCF膜として成膜されるが、その際プラズマ引き込み用のバイアス電圧により、ウエハWに引き込まれたArイオンが、スパッタエッチング作用によりウエハW表面のパターン上の角部に成膜したCF膜を削り取り、間口を広げながら、パターン溝底部からCF膜を成膜し、凹部にCF膜が埋め込まれる。 The active species transported onto the wafer W is formed as a CF film. At this time, Ar ions drawn into the wafer W by the bias voltage for plasma attraction are sputter-etched on the pattern on the surface of the wafer W. The CF film formed at the corners of the film is scraped off, and the CF film is formed from the bottom of the pattern groove while widening the opening, and the CF film is embedded in the recess.
1 質量分析装置
2 イオン化室
3 差動排気室
4 質量分析室
12 混合室
15 試料ガスの供給源
24 エミッタ
25 イオン通過口
27 アパーチャ
34 集束レンズ
42 Qポール型質量分析機構
43 電子増倍管からなる検出器
TP1〜TP3 真空ポンプ
101 処理容器
102 第1のガス供給部
103 第2のガス供給部
104 アンテナ部
111 載置台
114 排気管
141 アンテナ本体
142 平面アンテナ部材
143 遅相板
144 同軸導波管
146、146a、146b スリット
W ウエハ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
フッ素を含む化合物の試料ガスであって、微量水分を含む試料ガスに正電荷の金属イオンを付着させて当該試料ガスをイオン化する工程と、
イオン化された試料ガスを質量分析して、水分量を測定する工程と、を含むことを特徴とするガス中の水分量測定方法。 In the method for measuring the amount of water in the gas of a compound containing fluorine,
A sample gas of a compound containing fluorine, and a step of ionizing the sample gas by attaching a positively charged metal ion to a sample gas containing a trace amount of moisture;
A method for measuring the amount of moisture in the gas, comprising: performing mass spectrometry of the ionized sample gas and measuring the amount of moisture.
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WO2010106792A1 (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | 株式会社アルバック | Method for detecting oxigen, method for determining air leakage, gas component detector, and vacuum processor |
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