JP3389278B2 - 昇温脱離ガス分析装置 - Google Patents

昇温脱離ガス分析装置

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JP3389278B2 JP05732493A JP5732493A JP3389278B2 JP 3389278 B2 JP3389278 B2 JP 3389278B2 JP 05732493 A JP05732493 A JP 05732493A JP 5732493 A JP5732493 A JP 5732493A JP 3389278 B2 JP3389278 B2 JP 3389278B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路用半導体チッ
プその他小形かつ精密な部品の試験に利用する。本発明
は、被試験物となる試料を高真空中に配置し、その試料
を加熱するときに、この試料から放出されるきわめて微
量の脱離ガスを捕捉してその質量分析をすることによ
り、その試料の製造工程の経歴を評価して、その製造工
程を改良するために利用する。
【0002】
【従来の技術】半導体チップの製造工程では、薬品によ
る処理、洗浄、蒸着などが繰り返し実行される多数の工
程を経ることになるが、製造歩留りを向上するためには
その製造工程のどの部分をどのように改良すればよいか
を発見しなければならない。このために、半導体チップ
の半製品あるいは製品の脱離ガスを検出する技術が知ら
れている。これは、製造工程の途中あるいは終点で摘出
された半製品あるいは製品を試料として、これを極めて
高い真空中に置きこの試料を加熱する。そうすると、そ
の試料に残留している薬品などの微量成分がガス状で放
出される。このガスをその真空雰囲気中で捕捉し、その
質量分析をするとその組成を特定することができるか
ら、製造工程中のどの部分の処理がどのように影響して
いるかを評価することができる。
【0003】本願出願人のひとりは、このための装置を
飛躍的に改良する発明について先に特許出願した(特開
平4−48254号公報参照)。この改良は、きわめて
高い真空を作るために金属円筒を外殻とする真空チャン
バを鉛直に用い、その中心付近に試料ステージを配置
し、その試料ステージを下方から赤外線により照射する
構造である。そして、試験期間を通じて高い真空度を維
持するために高性能の真空ポンプを用い、これを試験期
間を通じて連続的に運転するとともに、真空チャンバ内
の雰囲気を真空ポンプに導入する排気通路に脱離ガスを
検出するための質量分析計を配置したものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この装置は、これまで
測定不能であった低レベルのガスを計測することができ
る装置として内外からきわめて高い評価を得た。ところ
が、この装置を利用して試験をおこなっていたところ、
水素ガス(H2 )や水(H2 O)などの分子については
大きい問題がないものの、SiOのような化合物につい
ては、その分子が真空チャンバの壁面に衝突すると、ガ
ス状ではなくなり、その壁面に付着してしまうことに気
付いた。すなわち、このような分子は加熱された試料か
らひとたびガス状で放出されても、真空ポンプの排気通
路に入る前にその大部分が雰囲気中から消滅してしま
う。このことは測定の結果にそのような分子については
検出感度が低下し、さらに、検出できる脱離ガスの種類
を限定しかねないことにもなる。
【0005】本発明はこの点を改良するもので、検出感
度を向上するとともに、脱離ガスの種類によって検出感
度が低下することを防止し、さらに検出できる脱離ガス
の種類を多様にすることができる昇温脱離ガス分析装置
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空チャンバ
と、この真空チャンバを真空に維持する真空ポンプと、
この真空チャンバ内に配置された試料ステージと、この
試料ステージ上に置かれた試料をこの試料ステージの下
から赤外線を照射することにより加熱する加熱器と、前
記真空チャンバ内に配置されその試料からの加熱による
脱離ガスを検出する質量分析計とを備えた昇温脱離ガス
分析装置において、前記質量分析計は、その取入口が前
記試料から放射される脱離ガスを直接受けうる位置でか
つ前記赤外線の放射路外になるように配置されたことを
特徴とする。
【0007】前記真空チャンバの外殻には、中心軸が鉛
直に配置された一つの金属円筒と、この金属円筒の上端
に被せられた蓋とを含み、前記試料ステージの試料載置
面が前記中心軸上にその中心軸に垂直な平面になるよう
に形成され、かつ、前記質量分析計を取付ける複数のポ
ートがあらかじめ形成され、前記蓋には、ほぼその中心
にその試料ステージを透過する赤外線をこの真空チャン
バ外部に放散させるための赤外線透過窓が形成される。
前記取入口の位置は、前記試料の中心を通る鉛直線に対
して角度が5〜80度が望ましく、特に10〜60度が
望ましく、前記試料からの距離は10〜150mmが望
ましく、特に50〜150mmであることが望ましい。
前記質量分析計は前記金属円筒の壁面に配置されたポー
ト、前記蓋に前記赤外線透過窓に並んで配置されたポー
ト、またはその他の位置に配置されたポートに取付ける
ことができる。
【0008】
【作用】一般に、検出装置をガスを放射する試料に接近
させれば、その感度が向上することは考えられることで
あるが、昇温による脱離ガスを精度よく分析する装置で
は、その真空チャンバは大き過ぎても小さ過ぎてもまず
く、さまざまな実験から5リットル程度が適当と考えら
れている。すなわち、真空チャンバが大きいと脱離ガス
はチャンバ内に広く拡散してしまうし、小さ過ぎるとチ
ャンバの壁面が加熱されて壁面からのガスが放出され背
景雑音が増大する。
【0009】一方、質量分析計は、取入口を通過した分
子をイオン化し、加速し、その分子を電界およびまたは
磁界を通過させることにより、その質量数を測定するも
のであるから、どうしても一定の大きさが必要である。
このために従来は真空チャンバの排気通路に質量分析計
を配置する構造となっていた。
【0010】質量分析計を試料と同一の真空チャンバ内
に配置するにはいろいろと工夫を要する。本発明では、
質量分析計を筒状に形成し、これを真空チャンバの蓋あ
るいは円筒壁に設けたポートから突っ込み、質量分析計
の一部はそのポートから外にはみ出すような形状にし
た。質量分析計の本体は真空中にあり、ポートからはみ
出した部分は堅固な金属筒で覆い、その金属筒の端部か
ら測定信号を取り出す構造をとった。
【0011】また、試験を繰り返し行ったところ、質量
分析計の取入口が試料を加熱する赤外線により照射され
ると、質量分析計それ自体の背景雑音が大きくなって相
対感度が低下してしまうことが観察された。さらに詳し
く観察すると、試料から脱離ガスが放出される放出角度
は、その試料ステージを透過する赤外線の放射角度より
大きく拡がっていることが分かったので、質量分析計の
取入口を赤外線の放射角度の外で、しかも脱離ガス放出
角度の範囲内に設定することができた。
【0012】
【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。図1は本発明実施例装置の構成を示す正面図、図2
は本発明実施例装置の構成を示す斜視図。図3は本発明
実施例装置における真空チャンバ内の試料ステージと質
量分析計の取入口との位置関係を示す図である。
【0013】本発明実施例は、真空チャンバ1と、この
真空チャンバ1を真空に維持する真空ポンプ1aと、真
空チャンバ1内に配置された試料ステージ2と、この試
料ステージ2の上に置かれた試料3をこの試料ステージ
2の下から赤外線を照射することにより加熱する加熱器
4と、真空チャンバ1内に配置されその真空チャンバ1
内のガス分子を検出する質量分析計5とを備え、質量分
析計5は、図3に示すようにその取入口が試料3から放
射される脱離ガスを直接受けうる位置でかつ赤外線放射
路6の外になるように配置される。
【0014】真空チャンバ1の外殻には、中心軸が鉛直
に配置された一つの金属円筒11と、この金属円筒11
の上端に被せられた蓋12とを含み、試料ステージ2の
試料載置面が前記中心軸上にその中心軸に垂直な平面に
なるように形成され、蓋12には、ほぼその中心にその
試料ステージ2を透過する赤外線をこの真空チャンバ1
の外部に放散させる赤外線透過窓12aが形成され、質
量分析計5が蓋12に赤外線透過窓12aに並んで配置
されたポート12bに取付けられる。
【0015】さらに、金属円筒11には、質量分析計5
を試料3に対し他の方向から取付けるためのポート12
cが取付けられる。この質量分析計5を取付けるポート
は必要に応じて複数設けることができる。また、質量分
析計5の取入口5aの位置は試料3の中心を通る鉛直線
に対して図3に示す角度θが10〜60度の範囲、さら
に望ましくは12〜20度の範囲に設定され、試料3か
らの距離Lが50〜150mmの範囲に設定される。
【0016】なお、図1および図2の中で、15はロー
ドロックチャンバ、16は試料移載用マニュプレータ、
17は試料出入ポート、18は質量分析計出力画面、2
0は測温装置である。
【0017】試料分析の操作は、真空状態に保った真空
チャンバ1内の試料ステージ2の上に、ゲート弁を持つ
ロードロックチャンバ15から試料3を搬送載置し、十
分高い真空度が得られてから、加熱器4から赤外線を照
射し試料ステージ2上の試料3を加熱する。加熱された
試料3からは脱離ガスが放出される。このガス分子を直
接質量分析計5の取入口5aに導入して、この分子をイ
オン化し、加速して電界および磁界、あるいはそのいず
れかを通過させることによりその質量数を測定する。こ
の質量分析計の動作については公知であるのでここでは
詳しい説明を省略する。
【0018】このような質量分析計5による検出は、原
則的には質量分析計をガスを放射している試料3に接近
させるほどその感度は向上する。
【0019】本発明は、質量分析計5を筒状に形成して
小型化し、真空チャンバ1の蓋12および金属円筒11
の壁面に設けられたポート12bまたはポート12cの
いずれかに挿入できるように構成されているので、図3
に示すように質量分析計5の取入口5aの設置角度を試
料3の中心を通る鉛直線に対しθ=10〜60度の範囲
内で選択し設定することができ、また、ポート12bお
よび12cに接続するパイプの長さを変えることによ
り、試料3から取入口5aまでの距離Lを50〜150
mmの範囲内で選択し設定することができる。
【0020】これにより、質量分析計5の取入口5aを
赤外線放射路6外にありながら角度θの値ができるだけ
小さく、かつ、最も試料3に接近させた位置に設定す
る。取入口5aが赤外線に照射されないので、赤外線に
よる背景雑音の影響を少なくすことができる。
【0021】図4は本発明実施例装置を用いたSiO
(一酸化珪素)の検出結果を示す図である。
【0022】この検出例では、図3に示す試料3の中心
を通る鉛直線に対する質量分析計5の取入口5aの角度
θを19度および57度に設定した場合のSiOの検出
強度を求めたもので、θ=19度の場合には、試料と質
量分析計の取入口5aとの距離Lを165mmから10
0mmにすることにより、検出強度Sは4から36程度
まで上昇し、θ=57度の場合には距離Lを115mm
から50mmにすることにより、検出強度Sは14から
50程度まで上昇していることがわかる。これによりい
ずれの角度でも取入口を試料に接近させたことにより検
出強度が高められたことが実証される。
【0023】質量分析計5の取入口5aをさらに試料3
に接近させると、あるいは直上のポートから垂直に挿入
すると、赤外線放射路6の中に取入口5aが入り測定が
困難になる。
【0024】図5は本発明実施例装置を用いたH2 (水
素)の検出結果を示す図である。
【0025】この検出例は、図3に示す角度θを19度
および57度に設定し、室温より1000°Cまで加熱
した場合の試料3に対する330°Cおよび500°C
付近のH2 ピークの検出強度を求めたものである。θ=
19度で330°C付近のピークの場合には、距離Lを
165mmから100mmにすることにより、検出強度
Sはわずかであるが120から200程度まで上昇し、
500°C付近のピークの場合には、距離Lを165m
mから100mmにすることにより、その検出強度Sは
290から630程度まで上昇している。
【0026】また、θ=57度で330°付近のピーク
の場合には、距離Lを115mmから50mmにすると
その検出強度Sはほぼ2倍になり、500℃付近のピー
クの場合には距離Lを同様に115mmから50mmに
することによりその検出強度Sはほぼ倍に上昇してい
る。
【0027】前述した二つの例からわかるように、被測
定試料によって取入口5aの角度θおよび距離Lを選択
し質量分析計5を取付けることにより、SiOのような
化合物の場合は著しく検出感度を高めることができる。
またH2 のような無機ガスの場合もわずかに検出感度を
高めることができる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、質
量分析計の取入口が試料から放射される脱離ガスを直接
受け、かつ赤外線の放射角度の外になるように配置され
ているので質量分析の感度をさらに向上させることがで
きる。また、真空チャンバの外殻に複数のポートを設け
ることができるために、チャンバの形状、寸法、他のポ
ートとの関連などを考慮したうえで、上記複数のポート
のうちの最適なポートに質量分析計を取付けることによ
り、多種類のガス分析を行うことができ、ガスの種類に
よる検出感度の低下を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例装置の構成を示す正面図。
【図2】本発明実施例装置の構成を示す斜視図。
【図3】本発明実施例装置における真空チャンバ内の試
料ステージと質量分析計の取入口との位置関係を示す
図。
【図4】本発明実施例装置を用いたSiOの検出結果を
示す図。
【図5】本発明実施例装置を用いたH2 の検出結果を示
す図。
【符号の説明】
1 真空チャンバ 1a 真空ポンプ 2 試料ステージ 3 試料 4 加熱器 5 質量分析計 5a 取込口 6 赤外線放射路 11 金属円筒 12 蓋 12a 赤外線透過窓 12b、12c ポート 15 ロードロックチャンバ 16 マニュプレータ 17 試料出入ポート 18 質量分析計出力画面 20 測温装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−48254(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/62 - 27/70 H01J 40/00 - 49/48 JICSTファイル(JOIS)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空チャンバと、この真空チャンバを真
    空に維持する真空ポンプと、この真空チャンバ内に配置
    された試料ステージと、この試料ステージ上に置かれた
    試料をこの試料ステージの下から赤外線を照射すること
    により加熱する加熱器と、前記真空チャンバ内に配置さ
    れ前記試料から脱離するガスを検出する質量分析計とを
    備えた昇温脱離ガス分析装置において、 前記質量分析計は、その取入口が前記試料ステージの載
    置面より高い位置で前記試料から放射される脱離ガスを
    直接受けうる位置であって、前記試料ステージを透過し
    た赤外線の放射路外に設けられ、前記質量分析計の中心
    軸が前記試料の中心を通る鉛直線に対して5から80度
    の角度をなすように配置されたことを特徴とする昇温脱
    離ガス分析装置。
  2. 【請求項2】 前記真空チャンバの外殻には、中心軸が
    鉛直に配置された一つの金属円筒と、この金属円筒の上
    端に被せられた蓋とを含み、 前記試料ステージの試料載置面が前記金属円筒の中心軸
    上にその中心軸に垂直な平面になるように形成され、前記蓋の中心部分には、前記 試料ステージを透過した赤
    外線を前記真空チャンバ外部に放散させる赤外線透過窓
    が形成され、 前記質量分析計が前記蓋に前記赤外線透過窓に並んで配
    置されたポートに取り付けられた請求項1記載の昇温脱
    離ガス分析装置。
  3. 【請求項3】 前記真空チャンバの外殻には、中心軸が
    鉛直に配置された一つの金属円筒と、この金属円筒の上
    端に被せられた蓋とを含み、 前記試料ステージの試料載置面が前記金属円筒の中心軸
    に垂直な平面になるように形成され、 前記金属円筒には、取付けられる質量分析計の中心軸が
    前記金属円筒の中心軸と交差する点の高さが前記試料ス
    テージの試料載置面の高さ以上となるようなポートが形
    成され 求項1記載の昇温脱離ガス分析装置。
  4. 【請求項4】 前記真空チャンバの外殻には、前記質量
    分析計を取付ける複数のポートがあらかじめ形成された
    請求項2または3記載の昇温脱離ガス分析装置。
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