JP3705270B2 - 赤外吸収測定方法および赤外吸収測定装置、ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents
赤外吸収測定方法および赤外吸収測定装置、ならびに半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コストでかつ高精度の赤外吸収測定方法ならびに赤外吸収測定装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、前記赤外吸収測定方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００３】
【背景技術】
一般に、ある試料の赤外吸収を測定する場合（例えば、特許文献１参照）、試料の濃度に応じて適切なセル長を有するセルが適宜選択される。試料の濃度が高すぎる場合、吸光度が飽和するため、セル長がより長いセルを用いる必要がある。すなわち、試料の濃度に応じて、複数のセルを用意しなければならない。しかしながら、赤外吸収測定用のセルは高額であるため、複数のセルを用意すると測定コストが高騰するという問題が生じていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８２０４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低コストでかつ高精度の赤外吸収測定方法ならびに赤外吸収測定装置を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の目的は、前記赤外吸収測定方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
１．赤外吸収測定方法
本発明の赤外吸収測定方法は、
（ａ）測定対象成分を含む試料ガスを減圧した状態で、該測定対象成分の赤外吸収を測定し、
（ｂ）前記赤外吸収中において、前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、
（ｃ）前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、該試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出すること、を含む。
【０００８】
本発明の赤外吸収測定方法によれば、前記測定対象成分の濃度に応じて前記試料ガスの圧力を減圧して測定することができるため、前記測定対象成分の濃度に応じてセルを交換する必要がない。これにより、測定に要するコストを低減することができる。その結果、低コストでかつ高精度にて赤外吸収を測定することができる。
【０００９】
また、減圧状態の前記試料ガスを導入して赤外吸収測定を行なうことにより、前記試料ガスが前記セル内に導入されてから排出されるまでに要する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。このため、測定に要する時間を短縮することができ、測定の効率化を図ることができる。なお、本明細書中において「常圧」とは大気圧のことをいう。
【００１０】
本発明の赤外吸収測定方法は、以下の態様（１）〜（５）をとることができる。
【００１１】
（１）前記（ｃ）において、検量線を参照して、前記吸光面積に対応する仮濃度Ｍ１を算出し、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力をＰ１とし、前記減圧時の前記試料ガスの圧力をＰ２としたとき、前記試料ガスの濃度Ｍ２は、以下の式（１）で示すことができる。
【００１２】
Ｍ２＝Ｍ１Ｐ１／Ｐ２ 式（１）
前記検量線は、一定圧力下において、測定対象成分の吸光面積と、該吸光面積に対する測定対象成分の濃度との関係を示す。
【００１３】
この方法によれば、前記減圧時の前記試料ガスの圧力Ｐ２を調整することにより、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に得ることができる濃度範囲内に仮濃度Ｍ１（前述の式（１）参照）を設定することができる。これにより、前記検量線を利用して、前述した式（１）に基づいて、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に測定することができる。
【００１４】
（２）前記測定対象成分は、赤外吸収領域に主ピーク領域および副ピーク領域を含み、前記ピーク領域が、前記主ピーク領域であることができる。この方法によれば、前記測定対象成分の濃度が非常に高い場合であっても、前記試料ガスを減圧することによって、セルを交換することなく、前記測定対象成分の濃度を正確に測定することができる。
【００１５】
（３）さらに、（ｄ）前記（ａ）における前記試料ガスの圧力と異なる圧力下で、該試料ガス中の前記測定対象成分の赤外吸収を測定し、
（ｅ）前記（ｄ）において測定された前記赤外吸収中において、前記測定対象成分を示すピーク領域から吸光面積を算出し、
（ｆ）前記（ｅ）において算出された前記吸光面積および前記（ｄ）における前記試料ガスの圧力から、該試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出し、
（ｇ）前記（ｃ）において算出された前記測定対象成分の濃度と、前記（ｆ）において算出された前記測定対象成分の濃度とを比較すること、を含むことができる。
【００１６】
この方法によれば、それぞれのセルを用いて測定した赤外吸収から得られた前記測定対象成分の濃度を比較することによって、より高精度の赤外吸収測定が可能になる。
【００１７】
（４）前記（ｄ）において、前記試料ガスの圧力は常圧であることができる。
【００１８】
（５）前記測定対象成分は、半導体製造装置から排出される排ガス中に含まれることができる。
【００１９】
２．半導体装置の製造方法
本発明の半導体装置の製造方法は、前記測定対象成分が、半導体製造装置から排出される排ガス中に含まれ、上記の赤外吸収測定方法を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出することができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記セル内において、前記試料ガスが減圧状態で赤外吸収測定が行なわれるため、該セル内に前記試料ガスが滞在する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。これにより、前記試料ガス中に含まれ、半導体製造装置から排ガスとともに排出される固形物が、前記セル内に付着するのを防止することができる。
【００２１】
３．第１の赤外吸収測定装置
本発明の第１の赤外吸収測定装置は、
測定対象成分を含む試料ガスを減圧するポンプと、前記ポンプによって減圧された前記試料ガス中の前記測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、を含む。
【００２２】
本発明の第１の赤外吸収測定装置によれば、前記赤外吸収測定方法と同様の作用効果を有する。
【００２３】
４．第２の赤外吸収測定装置
本発明の第２の赤外吸収測定装置は、
赤外吸収測定用の第１および第２のセルを含み、試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、
前記第１のセルに前記試料ガスを導入する第１のラインと、
前記第２のセルに前記試料ガスを導入する第２のラインと、を含み、
前記第１のセル内の前記試料ガスの圧力と、前記第２のセル内の前記試料ガスの圧力とが異なる。
【００２４】
本発明の第２の赤外吸収測定装置によれば、より正確に測定された前記測定対象成分の濃度を測定結果として採用することができる。
【００２５】
この場合、前記第１のセル内の前記試料ガス中の前記測定対象成分と、前記第２のセル内の前記試料ガス中の前記測定対象成分とについて、同時に赤外吸収測定が行なうことができる。これにより、前記第１のセル内の前記試料ガスと、前記第２のセル内の前記試料ガスとが異なる圧力で設定された状態で、前記第１および第２のセル内の前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分を同時に測定し、それぞれのセルを用いて測定した赤外吸収から得られた前記測定対象成分の濃度を比較することができるため、より高精度の赤外吸収測定が可能になる。
【００２６】
５．第３の赤外吸収測定装置
本発明の第３の赤外吸収測定装置は、
赤外吸収測定用のセルを含み、試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、
試料ガス導入切替部と、
前記試料ガス導入切替部に並列に接続され、前記セルに該試料ガスを導入する前記第１および第２のラインと、を含み、
前記試料ガス導入切替部は、前記第１のラインまたは前記第２のラインのいずれか一方に、前記試料ガスを導入する機能を有し、
前記セルには、前記第１のラインまたは前記第２のラインから前記試料ガスが導入され、
前記第１のラインから前記セルに導入された前記試料ガスの圧力と、前記第２のラインから該セルに導入された前記試料ガスの圧力とが異なる。
【００２７】
本発明の第３の赤外吸収測定装置によれば、前記第１のラインから導入された前記試料ガスの圧力と、前記第２のラインから導入された前記試料ガスの圧力とが異なることにより、前記測定対象成分の濃度に応じて、より適切な圧力下で前記試料ガスを測定することができる。これにより、前記測定対象成分の濃度をより正確に測定することができる。
【００２８】
また、前記三方弁を切り替えることによって、前記測定対象成分の濃度が大きい場合は、前記第１のラインから減圧された前記試料ガスを導入し、前記測定対象成分の濃度が小さい場合は、前記第２のラインから常圧の前記試料ガスを導入して、赤外吸収測定を行なうことができる。これにより、前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分の濃度に応じて、セルの交換を行なう必要がない。これにより、コストの削減を図ることができる。
【００２９】
この場合、前記ガス導入切替部は、三方弁であり、前記三方弁の切り替えによって、前記第１のラインまたは前記第２のラインのいずれか一方から前記セルに前記試料ガスが導入されることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
［第１の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図１は、本実施の形態の赤外吸収測定装置１００を模式的に示す図である。
【００３２】
本実施の形態の赤外吸収測定装置１００においては、測定対象成分を含む試料ガスが、ガス導入ライン２８を通って赤外吸収分析装置１０へと導入された後、この赤外吸収分析装置１０にて、前記測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分が、赤外吸収の測定対象となる。
【００３３】
試料ガスは、１種類以上の前記測定対象成分を含む。本実施の形態においては、試料ガスが１種類の前記測定対象成分（ＣＨＦ３）を含む場合を例にとり説明する。
【００３４】
また、この赤外吸収測定装置１００は、図１に示すように、ガス導入ライン２８の途中に、弁２７が設置されている。弁２７としては、例えばニードル弁を用いることができる。また、この赤外吸収測定装置１００において、排気ライン２６の途中には、ポンプ２４が設置されている。試料ガスの圧力は、弁２７およびポンプ２４によって制御することができる。具体的には、この弁２７およびポンプ２４は、前記試料ガスを減圧するために用いられる。より具体的には、ガス導入ライン２８に導入された試料ガスは、このポンプ２４および弁２７によって減圧された後、赤外吸収分析装置１０へと導入される。これにより、赤外吸収分析装置１０内では、前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収の測定が行なわれる。
【００３５】
測定後、前記試料ガスは、赤外吸収分析装置１０から排気ライン２６を経て排出される。
【００３６】
なお、図１においては、赤外吸収分析装置１０としてＦＴ−ＩＲを使用した場合について示したが、この赤外吸収分析装置１０の種類は特に限定されるわけではない。また、以降の説明において、測定データは、ＦＴ−ＩＲとしてＭＩＤＡＣ社製ＩＧＡ２０００を用いた場合の実験結果である。この場合、測定においては１ｃｍ長のセルを使用した。
【００３７】
（赤外吸収測定方法）
次に、図１に示す赤外吸収測定装置１００を用いた赤外吸収測定方法について、具体的に説明する。
【００３８】
（１）赤外吸収の測定
まず、前述したように、この赤外吸収測定装置１００において、前記測定対象成分（ＣＨＦ３）を含む前記試料ガスを減圧した状態で、赤外吸収分析装置１０にて前記測定対象成分の赤外吸収を測定する。具体的には、減圧された前記試料ガスが、赤外吸収分析装置１０内のセル２１に導入され、このセル２１を用いて前記測定対象成分の赤外吸収が測定される。また、セル２１内における前記試料ガスの圧力Ｐ２は、圧力センサ２２によって検知される。測定後、前記試料ガスはセル２１から排出され、排気ライン２６によって外部に排出される。
【００３９】
（２）吸光面積の算出
次いで、この赤外吸収分析装置１０によって得られた前記測定対象成分の赤外吸収スペクトルから、前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積が算出される。この吸光面積の算出は、市販のソフトウエアを用いて行なうことができる。
【００４０】
（３）測定対象成分の濃度の算出
次いで、前記（２）で得られた前記吸光面積と、前記（１）で得られた前記減圧時の前記試料ガスの圧力とから、前記測定対象成分の濃度を算出する。
【００４１】
具体的には、まず、検量線を参照して、前記吸光面積に対応する仮濃度Ｍ１を算出する。この検量線は、前記測定対象成分の濃度と吸光面積との関係を示すものであり、以下の方法により作成される。なお、検量線を作成するかわりに、既知の検量線を用いることもできる。
【００４２】
（Ａ）検量線の作成
検量線は、既知の濃度の前記測定対象成分を含むガスについて赤外吸収を測定して吸光面積を算出し、該測定対象成分の濃度を複数変えて同様に吸光面積を算出した後、それぞれの濃度における吸光面積をプロットすることにより得られる。なお、検量線作成のための前記測定対象成分の濃度測定において、ガスの圧力は一定とする。ここでは、前記ガスの圧力をＰ １ とする。
【００４３】
赤外吸収では、圧力が一定の条件下において、測定されるガス中の前記測定対象成分の濃度と、該濃度における該測定対象成分の吸光面積とは、比例関係を有する。したがって、圧力が一定の条件下において、前記測定対象成分の各濃度に対する各吸光面積をプロットすることにより、検量線が得られる。
【００４４】
一例として、前記測定対象成分がＣＨＦ３である場合について説明する。図６は、ＣＨＦ３に基づく検量線である。この検量線は、前記測定対象成分（ＣＨＦ３）の濃度に対する吸光面積を示している。すなわち、図６において、縦軸は吸光面積、横軸はＣＨＦ３の濃度をそれぞれ示している。
【００４５】
ＣＨＦ３は、赤外吸収領域内に、主ピーク領域（１０９０−１２４７ｃｍ−１）と２つの副ピーク領域（１３１６−１４３７ｃｍ−１，２９８０−３０８０ｃｍ−１）とを有する。したがって、前記測定対象成分がＣＨＦ３である場合、主ピーク領域と副ピーク領域それぞれについて検量線を作成することができる。図６では、主ピーク領域に基づく検量線と、２本の副ピーク領域に基づく２本の検量線とが示されている。
【００４６】
本実施の形態においては、主ピーク領域に基づいて吸光面積を算出することにより、ＣＨＦ３の濃度を算出する場合について説明する。なお、図６において、縦軸（吸光面積）は、主ピーク領域に基づく検量線ではグラフの左端の目盛りを、副ピーク領域に基づく検量線では右端の目盛りをそれぞれ用いた値で示される。なお、図６に示す検量線は、測定対象成分（ＣＨＦ３）を含むガスが常圧下で赤外吸収測定が行なわれた測定結果に基づくものである。
【００４７】
（Ｂ）濃度の算出
例えば、図６に示すように、前記測定対象成分がＣＨＦ３である場合において、得られた吸光面積がＳ１であるとする。このとき、図６の主ピーク領域に基づく検量線を参照すると、前記ガス中におけるＣＨＦ３の濃度（仮濃度）はＭ１である。
【００４８】
前記ガスの圧力が一定の場合、前記測定対象成分の吸光面積は、前記測定対象成分の濃度に比例する。また、前記測定対象成分の吸光面積が同じである場合、前記測定対象成分の濃度と、前記測定対象成分の圧力とは、反比例の関係にある。
【００４９】
前述したように、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力がＰ１であり、前記減圧時の前記試料ガスの圧力はＰ２であるすると、前記試料ガス中における前記測定対象成分の濃度Ｍ２は、以下の式（１）で示される。
【００５０】
Ｍ２＝Ｍ１Ｐ１／Ｐ２ （１）
したがって、仮濃度Ｍ１および圧力Ｐ１，Ｐ２を測定することにより、前記式（１）に基づいて、前記試料ガス中における前記測定対象成分の濃度Ｍ２が得られる。
【００５１】
（作用効果）
本実施の形態の作用効果を説明する前に、本実施の形態の作用効果と比較するために、一般的な赤外吸収測定方法について説明する。
【００５２】
（１）一般的な赤外吸収測定方法
一般的な赤外吸収測定では、測定されるガス中の測定対象成分の濃度に応じて適切なセル長のセルを選択する必要がある。すなわち、一般に、前記測定対象成分の濃度が大きい場合、セル長が短いセルを使用し、前記測定対象成分の濃度が小さい場合、セル長が長いセルを使用する。
【００５３】
また、測定対象成分の種類や濃度によっては、正確な検量線が得られない場合がある。ここでは、一例として、前記測定対象成分がＣＦ４である場合について説明する。図７は、ＣＦ４に基づく検量線を示している。なお、図７において、縦軸（吸光面積）は、主ピーク領域に基づく検量線ではグラフの左端の目盛りを、副ピーク領域に基づく検量線では右端の目盛りをそれぞれ用いた値で示される。なお、図７に示す検量線は、測定対象成分（ＣＦ４）を含むガスの圧力がほぼ大気圧に等しい状態で赤外吸収測定が行なわれた測定結果に基づくものである。
【００５４】
前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合、図７に示すように、主ピーク領域に基づく検量線において、濃度が高い領域で、検量線のリニアリティが失われている（図７の点線部分参照）。その理由を以下の（Ｉ）および（II）に示す。
【００５５】
（Ｉ）図７に示すように、ＣＦ４は赤外吸収領域中に主ピーク領域（１２３０−１３０５ｃｍ−１）と副ピーク領域（２１６０−２２００ｃｍ−１）を有する。また、図８に、ＣＦ４の赤外吸収スペクトルおよび副ピーク領域の拡大図を示す。さらに、図９（ａ），（ｂ）に、ＣＦ４の主ピーク領域の拡大図を示す。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）よりも分解能を高くして測定した結果を示している。
【００５６】
図８では、ＣＦ４の主ピーク領域に存在するピークはシングルピークにみえるが、拡大すると図９（ａ），（ｂ）に示すように、ＣＦ４の主ピーク領域には複数のピークが存在する。したがって、ＣＦ４の主ピーク領域に基づく検量線を作成する場合、図９（ｂ）に示す複数のピークの存在を無視して検量線を作成すると、正確な検量線が得られない。
【００５７】
（II）図９（ａ），（ｂ）には、ＣＦ４が異なる濃度を有する場合における、主ピーク領域（１２３０−１３０５ｃｍ−１）の赤外吸収波形が示されている。具体的には、ＣＦ４の濃度が、ピークが高い順から１０３．５ｐｐｍ−ｍ，１０．３ｐｐｍ−ｍ，３．６３ｐｐｍ−ｍ，０．４１ｐｐｍ−ｍである場合の赤外吸収波形が示されている。図９（ａ），（ｂ）において、波形と横軸（波数）で囲まれた面積（吸光面積）は、ＣＦ４の濃度に比例する。したがって、試料ガス中に含まれるＣＦ４の濃度を求める場合、赤外吸収測定を行なった後、図９（ａ），（ｂ）を参照して吸光面積を算出し、図７の検量線を参照して、前記吸光面積からＣＦ４の濃度を算出することができる。
【００５８】
ＣＦ４の主ピーク領域においては、図９（ｂ）に示すように、ＣＦ４の濃度が０．４１ｐｐｍ−ｍ，３．６３ｐｐｍ−ｍ，１０．３ｐｐｍ−ｍと順に大きくなるにつれて、波形に含まれるピークが高くなる。しかしながら、ＣＦ４の濃度がさらに１０３．５ｐｐｍ−ｍとなった場合、一番高いピークは、濃度に比例して高くならず、ある吸光度のところで飽和してしまう。すなわち、試料ガス中に含まれるＣＦ４の濃度を、主ピーク領域に基づく検量線を用いて求める場合において、図７に示すように、ＣＦ４の濃度が大きい領域では、吸光面積がＣＦ４の濃度に比例しないため、吸光面積に基づいて正確な濃度を算出することができないことがある。
【００５９】
以上の（Ｉ）および（II）に示す理由により、ＣＦ４の主ピーク領域に基づく検量線は、高濃度の領域において信頼性が低下する。これに対して、ＣＦ４の濃度が高濃度の領域では、ＣＦ４の副ピーク領域に基づく検量線を用いる方法もある。しかしながら、副ピーク領域に基づく検量線では、図７に示すように、ＣＦ４の濃度が大きい範囲ではリニアリティが優れているのに対し、ＣＦ４の濃度が小さい範囲ではリニアリティが小さい。この原因の一つとして、図８に示すように、ＣＦ４においては、副ピーク領域に存在するピークの高さは、主ピーク領域に存在するピークの高さと比較して非常に小さいため、ＣＦ４の濃度が小さい範囲では、ノイズの影響でＣＦ４のピークを正確に定量することが難しく、ＣＦ４の濃度について誤差が大きくなることが考えられる。したがって、ＣＦ４の濃度が小さい範囲では、副ピーク領域に基づく検量線を用いると、得られるＣＦ４の濃度の信頼性が低下することが考えられる。
【００６０】
（２）作用効果
これに対して、本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、測定対象成分を含む試料ガスを減圧した状態で赤外吸収を測定し、前記赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。すなわち、測定されるガス中の測定対象成分の濃度に応じて前記試料ガスを減圧した状態で赤外吸収を測定する。そして、前記赤外吸収から前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記測定対象成分の検量線を参照して、前記吸光面積に対応する仮濃度Ｍ１を算出する。さらに、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力をＰ１とし、前記減圧時の前記試料ガスの圧力をＰ２としたとき、前述した式（１）を用いて、前記試料ガスの濃度Ｍ２を算出することができる。このため、前記測定対象成分の濃度に応じてセルを交換する必要がない。これにより、測定に要するコストを低減することができる。その結果、低コストでかつ高精度にて赤外吸収を測定することができる。
【００６１】
また、本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、前記減圧時の前記試料ガスの圧力Ｐ２を調整することにより、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に得ることができる濃度範囲内に仮濃度Ｍ１（前述の式（１）参照）を設定することができる。これにより、前記検量線を利用して、前述した式（１）に基づいて、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に測定することができる。
【００６２】
例えば、前記測定対象成分がＣＦ４の場合のように、主ピーク領域に基づく検量線のうち高濃度の領域において検量線のリニアリティが低いため、高濃度の領域では正確な濃度を得るのが困難である。一方、この場合、副ピーク領域に基づく検量線を用いると、ノイズの影響により検量線の信頼性が低下するため、正確な濃度が得られない。これに対し、本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、前記減圧時の前記試料ガスの圧力Ｐ２を調整することにより、前記主ピーク領域に基づく検量線において、正確な測定ができる濃度範囲内に仮濃度Ｍ １ （前述の式（１）参照）を設定することができる。これにより、前記主ピーク領域に基づく検量線を利用して、前述した式（１）に基づいて、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に測定することができる。
【００６３】
さらに、セル２１内で、減圧状態の前記試料ガスを導入して赤外吸収測定を行なうことにより、前記試料ガスがセル２１内に導入されてから排出されるまでに要する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。このため、測定に要する時間を短縮することができ、測定の効率化を図ることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、前記測定対象成分がＣＦ４の場合、主ピーク領域に基づく検量線を用いてＣＦ４の濃度を算出した場合について説明したが、主ピーク領域および副ピーク領域のうちどのピーク領域に基づく検量線を使用するかは、前記測定対象成分の種類や、前記試料ガスに含まれる他の成分に基づいて判断される。このことは、後述する実施の形態においても同様である。
【００６５】
［第２の実施の形態］
図２は、本実施の形態の赤外吸収測定装置１００と接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。
【００６６】
本実施の形態の赤外吸収測定装置１００では、半導体製造装置１１から排出されたガスが、窒素ガス２０と混合されて試料ガスが作製された後、この試料ガスがガス導入ライン２８を介して赤外吸収分析装置１０へと導入され、この赤外吸収分析装置１０にて、前記試料ガスに含まれる各測定対象成分の赤外吸収が測定される。
【００６７】
半導体製造装置１１内では、例えばドライエッチングやＣＶＤ等の半導体製造プロセスが行なれる。ドライエッチング工程では、例えば、ＰＦＣ(perfluorocarbon)が、ガスプラズマとして利用されている。本実施の形態においては、ＰＦＣのうちＣ４Ｆ８をエッチングガスに用いた場合について説明する。しかしながら、本実施の形態の赤外吸収装置による測定対象となるガスは、これに限定されるわけではない。
【００６８】
ＰＦＣは温室効果ガス(greenhouse gas)の一種である。温室効果ガスは、このＰＦＣのほか、ＣＯ２、ＮＯＸ、メタン等がある。これらの温室効果ガスは、赤外線領域に強い吸収をもち、大気中に放出されると、地表から放射されるエネルギーを吸収する。この吸収されたエネルギーは上空の宇宙空間と下層の地表に向かって放出される。この場合、地表から放出されたエネルギーの一部が温室効果ガスによって再び地表に戻されるため、地表の温度が上昇する。このような機構により、温室効果ガスは地球温暖化効果をもたらすと考えられている。
【００６９】
温室効果ガスによる温暖化の影響の程度を比較する指標として、地球温暖化係数（global warming potential;ＧＷＰ）がある。このＧＷＰは、ＣＯ２１単位重量に比べてそれぞれのガス１単位重量がどれだけの温暖化効果を持つかを表したものである。温室効果ガスの中でも温暖化効果が高いガスとしてＰＦＣが挙げられる。ＰＦＣはＧＷＰ値がきわめて高く、たとえばＣＦ４のＧＷＰ値はＣＯ２の約６５００倍である。また、ＰＦＣは他のガスと比較して安定であり、大気中の寿命が非常に長く、たとえばＣＦ４では大気寿命が約５０，０００年である。したがって、ＰＦＣは一度大気中に放出されると長年にわたって地球を暖めることになる。
【００７０】
このＰＦＣは、半導体デバイスの製造工程において通常用いられるものであり、特に低圧プラズマを利用した装置で多く用いられている。例えばドライエッチング装置では、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４のエッチングにＣＦ４、Ｃ４Ｆ８等のＰＦＣが使用されている。また、ＣＶＤ装置では、装置に付着したシリコン化合物等の膜をクリーニングするために、Ｃ２Ｆ６等のガスプラズマが多く用いられる。さらに、ウエハを冷却する溶媒として液体ＰＦＣが用いられている。しかしながら、前述したように、ＰＦＣは高い温暖化効果を有するため、ＰＦＣの排出量の削減が国際的に求められている。
【００７１】
ここで、ＰＦＣの排出量の削減を実証するためには、工場から排出されるＰＦＣガスを測定する必要がある。現状では、工場から排出されるＰＦＣガスを実際に測定することは難しいため、ＰＦＣを使用する半導体製造装置から排出されるＰＦＣガスを測定して、投入ガスあたりの排出ガス量の比（エミッションファクター）と、工場で消費するガス量とから、ＰＦＣの排出量を規定することとなっている。エミッションファクターは、半導体製造装置から実際に排出されるＰＦＣガスを測定して算出されるものである。
【００７２】
半導体製造装置１１のチャンバ１２内で、Ｃ４Ｆ８を用いてドライエッチングを行なう場合、処理の対象となる半導体基板上に形成された絶縁層の組成等によって、排ガス中には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、ＣＯＦ２、ＨＦ、ＳｉＦ４、ＯＦ２、ＮＦ３、ＳＯ２、ＳＦ６、ＳＯ２Ｆ２、ＳＯＦ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、およびＣＯ２等が含まれている可能性がある。
【００７３】
例えば、半導体製造装置１１のチェンバ１２内でドライエッチングを行なうために、Ｃ４Ｆ８のガスプラズマを発生させる場合、ポンプを用いてチェンバ１２内をほぼ真空状態にした後、所定量のＣ４Ｆ８を導入し高電圧を印加する。これにより、Ｃ４Ｆ８のガスプラズマが発生する。このガスプラズマが前記ドライエッチングに用いられる。この場合、使用されたＣ４Ｆ８のうち所定の割合のものはＣＦ４等へと分解されるが、残りはそのままＣ４Ｆ８の形でチェンバ１２から排出される。この排ガスを、ポンプ１４を用いて吸引し、必要に応じて、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで前記排ガスを希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスが赤外吸収分析装置１０に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について赤外吸収が測定される。
【００７４】
また、この赤外吸収測定装置１００は、図１に示すように、前記試料ガスを減圧する。半導体製造装置１１から排出された試料ガスは、ポンプ２４と弁２７との関係によって減圧された後、赤外吸収分析装置１０のセル２１に導入される。これにより、セル２１内では、前記試料ガスが減圧された状態にて測定が行なわれる。この場合、前記試料ガスの圧力は、ポンプ２４と弁２７との関係によって調節することができる。
【００７５】
測定後、前記試料ガスは、セル２１から排気ライン２６を経て除害装置１６に導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。
【００７６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態の赤外吸収測定方法および測定装置１００と同様の作用効果を有する。加えて、本実施の形態によれば、半導体装置の製造プロセスで生じる排ガス中の各測定対象成分について、高精度の分析が可能となる。例えば、ＰＦＣ等の温室効果ガスの濃度を正確に測定することができる。
【００７７】
また、半導体製造装置から排出される排ガスには、この製造プロセスによって生じた固形物が含まれている場合が多い。例えば、半導体製造プロセスが、絶縁層のエッチングである場合、エッチングにより生じた絶縁層由来の固形物が含まれている。本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、セル２１内において前記試料ガスが減圧状態で赤外吸収測定が行なわれるため、セル２１内に前記試料ガスが滞在する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。これにより、セル２１内に前記固形物が付着するのを防止することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、赤外吸収測定装置１００が半導体製造装置１１と別途設置されている場合について示したが、赤外吸収測定装置１００を半導体製造装置１１内に設置することもできる。このことは、後述する他の実施形態でも同様である。
【００７９】
［第３の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図３は、本実施の形態の赤外吸収測定装置２００と、この赤外吸収測定装置２００に接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、赤外吸収測定装置２００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。すなわち、赤外吸収測定装置が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる点で、第２の実施の形態と共通する。
【００８０】
本実施の形態の赤外吸収測定装置２００は、赤外吸収測定に用いるセル（第１および第２のセル２１，３１）を２つ含む点で、セル（セル２１）を１つ含む第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と異なる構成を有する。赤外吸収測定装置２００において、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の構成要素には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００８１】
本実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、半導体製造装置１１のチェンバ１２から排出された排ガスは、ポンプ１４によって吸引される。その後、必要に応じて、前記排ガスは、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスがセル２１，３１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について赤外吸収が測定される。
【００８２】
セル２１，３１にはそれぞれ、ガス導入ライン２８，３８を介して、測定対象成分を含む試料ガスが導入される。ガス導入ライン２８，３８はそれぞれ、セル２１，３１に前記試料ガスを導入する。すなわち、前記試料ガスは、ガス導入ライン２８，３８を介してセル２１，３１に導入された後、セル２１，３１を用いた赤外吸収分析結果に基づいて、前記ガスに含まれる各測定対象成分の赤外吸収が測定される。
【００８３】
また、この赤外吸収測定装置２００は、図３に示すように、前記試料ガスを減圧するためのポンプ２４および弁２７を含む。弁２７は、ガス導入ライン（第１のライン）２８の途中に設置されている。また、ポンプ２４は、排気ライン２６の途中に設置されている。半導体製造装置１１から排出された試料ガスは、このポンプ２４および弁２７によって減圧された後、セル２１へと導入される。これにより、セル２１内では、前記試料ガスが減圧された状態にて測定が行なわれる。
【００８４】
一方、ガス導入ライン２８とは異なり、ガス導入ライン（第２のライン）３８の途中に設置された弁３７は、弁２７よりもよりオープンな状態（開放された状態）となっている。したがって、セル３１には、常圧下で前記試料ガスが導入される。これにより、セル３１内では、前記試料ガスが常圧下で測定される。
【００８５】
測定後、前記試料ガスは、セル２１，３１からそれぞれ排気ライン２６，４６を経て除害装置１６へと導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。
【００８６】
（赤外吸収測定方法）
次に、本実施の形態の赤外吸収測定方法について説明する。
【００８７】
まず、前記試料ガスがセル２１に導入される前に、該試料ガスは、ポンプ２４と弁２７との関係によって減圧されている。次いで、セル２１へと導入された前記試料ガスは、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の方法にて、前記試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、セル２１内で前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。この前記測定対象成分の濃度を算出する方法は、第１の実施の形態の欄で既に説明したため、詳しい説明は省略する。
【００８８】
一方、ガス導入ライン３８を介してセル３１へと導入された前記試料ガスは、常圧下で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収から前記試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める方法は、一般的な方法を用いる。すなわち、得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記吸光面積から検量線を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。ここで、検量線とは、前述したように、常圧下における前記測定対象成分の濃度に対する吸光面積の関係を示す線である。
【００８９】
次いで、セル２１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度と、セル３１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度とを比較する。その結果、両者の濃度が同じであれば、正確な濃度測定がなされていることが確認できる。
【００９０】
一方、セル２１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度と、セル３１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度とが異なる場合、いずれか一方の濃度を測定結果として採用することができる。
【００９１】
例えば、第１の実施の形態で説明したように（図７参照）、前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合において、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が低いときは、減圧状態の前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収は、ＣＦ４を示すピークに対してノイズが相対的に大きいため、得られるＣＦ４の濃度が正確でない場合がある。したがって、この場合、セル３１を用いた測定により得られた赤外吸収から算出したＣＦ４の濃度、すなわち前記試料ガスが常圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【００９２】
これに対して、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が高いときは、高濃度領域における検量線のリニアリティが低いため（図７参照）、常圧下で前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収から、前記主ピーク領域に基づく検量線を用いて算出したＣＦ４の濃度は正確でない場合がある。したがって、この場合、セル２１を用いた測定により得られた赤外吸収から算出したＣＦ４の濃度、すなわち前記試料ガスが減圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、セル２１内の前記試料ガスを減圧状態にし、セル３１内の前記試料ガスを常圧にした場合を示したが、セル２１，３１内の前記試料ガスをいずれも減圧状態にし、かつ、セル２１，３１内の前記試料ガスを異なる圧力にすることもできる。この場合についても、前記試料ガスに含まれるＣＦ４の濃度によって、セル２１，３１のうち、より正確な濃度のＣＦ４の濃度を測定結果として採用することができる。
【００９４】
（作用効果）
本実施の形態によれば、前述した第１および第２の実施の形態と同様の作用効果を有する。
【００９５】
加えて、本実施の形態によれば、前記第１のセル内の前記試料ガスの圧力と、前記第２のセル内の前記試料ガスの圧力とが異なることにより、より正確に測定された前記測定対象成分の濃度を測定結果として採用することができる。
【００９６】
すなわち、本実施の形態によれば、セル２１内の前記試料ガスと、セル３１内の前記試料ガスとが異なる圧力で設定された状態で、セル２１，３１内の前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分を同時に測定し、それぞれのセルを用いて測定した赤外吸収から得られた前記測定対象成分の濃度を比較することができるため、より高精度の赤外吸収測定が可能になる。
【００９７】
［第４の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図４は、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００と、この赤外吸収測定装置３００と接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、赤外吸収測定装置３００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。すなわち、赤外吸収測定装置が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる点で、第２の実施の形態と共通する。
【００９８】
本実施の形態の赤外吸収測定装置３００は、三方弁（ガス導入切替部）９７を含み、ガス導入ライン２８，３８がこの三方弁９７に並列に接続されている点で、第２の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と異なる構成を有する。赤外吸収測定装置３００において、第２の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の構成要素には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００９９】
本実施の形態においては、第２および第３の実施の形態と同様に、半導体製造装置１１のチェンバ１２から排出された排ガスは、ポンプ１４によって吸引される。その後、必要に応じて、前記排ガスは、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスがセル２１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について、赤外吸収が測定される。
【０１００】
セル２１には、ガス導入ライン（第１のライン）２８またはガス導入ライン（第２のライン）３８を介して、測定対象成分を含む試料ガスが導入される。すなわち、前記試料ガスは、ガス導入ライン２８，３８のうちいずれか一方を介してセル２１へと導入された後、セル２１を用いた赤外吸収分析結果に基づいて、前記ガスに含まれる各測定対象成分の赤外吸収が測定される。
【０１０１】
ガス導入ライン２８，３８は、三方弁９７に並列に接続されている。また、前記試料ガスは、三方弁９７の栓の方向を切り替えることによって、ガス導入ライン２８，３８のいずれか一方を通ってセル２１に導入される。すなわち、三方弁９７は、ガス導入ライン２８，３８のいずれか一方に前記試料ガスを導入する機能を有する。
【０１０２】
また、ガス導入ライン２８には、図４に示すように、前記試料ガスを減圧するための弁２７が設置されている。この弁２７は、ガス導入ライン２８の途中に設置されている。また、この赤外吸収測定装置３００において、排気ライン２６の途中には、ポンプ２４が設置されている。したがって、前記試料ガスがガス導入ライン２８を通ってセル２１に導入される場合、前記試料ガスは、このポンプ２４および弁２７によって減圧された後、セル２１に導入される。この場合、セル２１内では、前記試料ガスが減圧された状態にて赤外吸収測定が行なわれる。
【０１０３】
一方、ガス導入ライン２８とは異なり、ガス導入ライン３８の途中に設置された弁３７は、オープンな状態（開放された状態）である。したがって、前記試料ガスがガス導入ライン３８を通ってセル２１へと導入される場合、セル２１には、常圧下で前記試料ガスが導入される。この場合、セル２１内では、前記試料ガスが常圧下で測定される。
【０１０４】
測定後、前記試料ガスは、セル２１からそれぞれ排気ライン２６を経て除害装置１６へと導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、ガス導入ライン２８から導入された前記試料ガスが減圧状態であり、ガス導入ライン３８から導入された前記試料ガスが常圧である場合を示したが、例えば、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００において、ガス導入ライン２８，３８から導入された前記試料ガスをいずれも減圧状態にし、かつ、ガス導入ライン２８，３８からそれぞれ導入された前記試料ガスが、それぞれ異なる圧力となるようにすることもできる。
【０１０６】
例えば、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００において、ガス導入ライン３８に、例えばニードル弁からなる弁３７を設置することができる。前記試料ガスの圧力は、弁３７によって制御することができる。この場合、前記試料ガスに含まれるＣＦ４の濃度に応じて、三方弁９７の栓を切り替えることによって、ガス導入ライン２８，３８のうちいずれか一方からセル２１に前記試料ガスを導入することができる。すなわち、前記試料ガスに含まれるＣＦ４の濃度に応じて、ガス導入ライン２８，３８のうちいずれか一方を選択してセル２１に前記試料ガスを導入することができる。このため、赤外吸収測定において、前記試料ガス中の前記測定対象成分（ＣＦ４）の濃度に応じて、セル２１内の前記試料ガスをより適切な圧力にすることができる。これにより、前記赤外吸収から得られるＣＦ４の濃度を、適切な濃度範囲に設定することができる。この結果、より正確なＣＦ４の濃度を測定結果として採用することができる。
【０１０７】
（赤外吸収測定方法）
次に、本実施の形態の赤外吸収測定方法について説明する。
【０１０８】
まず、三方弁９７の栓の切り替えによって、ガス導入ライン２８から前記試料ガスが導入される。この場合、該試料ガスは、ポンプ２４および弁２７によって減圧された後、セル２１に導入される。次いで、セル２１に導入された前記試料ガスは、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の方法にて、前記試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、セル２１内で前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収が測定された後、前記赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。この前記測定対象成分の濃度を算出する方法は、第１の実施の形態の欄で既に説明したため、詳しい説明は省略する。
【０１０９】
一方、三方弁９７の栓の切り替えによって、ガス導入ライン３８から前記試料ガスが導入される。この場合、ガス導入ライン３８を介してセル２１に導入された前記試料ガスは、常圧下で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収から、前記試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める方法は、一般的な方法を用いる。すなわち、得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記吸光面積から検量線を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。ここで、検量線とは、前述したように、常圧下において、前記測定対象成分の濃度に対する吸光面積の関係を示す線である。
【０１１０】
例えば、第１の実施の形態で説明したように（図７参照）、前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合において、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が低いときは、減圧状態の前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収は、ＣＦ４を示すピークに対してノイズが相対的に大きいため、得られるＣＦ４の濃度が正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン３８からセル２１に前記試料ガスを導入する。この場合、前記試料ガスが常圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【０１１１】
これに対して、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が高いときは、高濃度領域における検量線のリニアリティが低いため（図７参照）、常圧下で前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収から、前記主ピーク領域に基づく検量線を用いて算出したＣＦ４の濃度は正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン２８からセル２１に前記試料ガスを導入する。これにより、前記試料ガスが減圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【０１１２】
（作用効果）
本実施の形態によれば、前述した第１および第２の実施の形態と同様の作用効果を有する。
【０１１３】
加えて、本実施の形態によれば、ガス導入ライン２８から導入された前記試料ガスの圧力と、ガス導入ライン３８から導入された前記試料ガスの圧力とが異なることにより、前記測定対象成分の濃度に応じて、より適切な圧力下で前記試料ガスを測定することができる。これにより、前記測定対象成分の濃度をより正確に測定することができる。
【０１１４】
また、三方弁９７を切り替えることによって、前記測定対象成分の濃度が大きい場合は、ガス導入ライン２８から減圧された前記試料ガスを導入し、前記測定対象成分の濃度が小さい場合は、ガス導入ライン３８から常圧の前記試料ガスを導入して、赤外吸収測定を行なうことができる。これにより、前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分の濃度に応じて、セルの交換を行なう必要がない。これにより、コストの削減を図ることができる。
【０１１５】
［第５の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図５は、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００と、この赤外吸収測定装置３００と接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、第４の実施の形態と同様に、赤外吸収測定装置３００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。
【０１１６】
一方、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００は、半導体製造装置１１に接続された除害装置１６の前後における排ガスの濃度を測定するために設置されている点で、第４の実施の形態と異なる構成を有する。
【０１１７】
本実施の形態においては、第２〜第４の実施の形態と同様に、半導体製造装置１１のチェンバ１２から排出された排ガスは、ポンプ１４によって吸引される。その後、必要に応じて、前記排ガスは、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスがセル２１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について、赤外吸収が測定される。
【０１１８】
また、前記排ガスは、セル２１からそれぞれ排気ライン２６を経て除害装置１６へと導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。本実施の形態においては、除害装置１６から排出される除害済ガスについても、セル２１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について、赤外吸収を測定することができる。
【０１１９】
（赤外吸収測定方法）
次に、本実施の形態の赤外吸収測定方法について説明する。
【０１２０】
はじめに、半導体製造装置１１のチャンバ１２から排出された排ガス中の測定対象成分を測定する場合について説明する。前記排ガスは前述したように、窒素ガス２０によって希釈されて試料ガスが作製される。また、この排ガスは、除害装置１６を通過する前であるため、除害装置１６を通過した後に排出されるガス（除害済ガス）と比較して、前記測定対象成分の濃度が高い。
【０１２１】
まず、三方弁８７を調整することによって、半導体製造装置１１のチャンバ１２から排出された排ガスを含む試料ガスが、三方弁９７に導入される。次いで、三方弁９７を調整することによって、前記試料ガスをガス導入ライン２８へと導入する。ここで、弁２７を絞ることにより、前記試料ガスを減圧状態にすることができる。この赤外吸収測定装置３００においては、三方弁９７の切り換え、ならびに弁２７と弁３７との絞り方の違いによって、前記試料ガスの圧力を調整することができる。この場合、該試料ガスがセル２１に導入される前に、該試料ガスが減圧される。次いで、セル２１へと導入された前記試料ガスは、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の方法にて、前記試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、セル２１内で前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収が測定された後、前記赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。この前記測定対象成分の濃度を算出する方法は、第１の実施の形態の欄で既に説明したため、詳しい説明は省略する。
【０１２２】
次に、除害装置１６から排出された除害済ガス中の測定対象成分を測定する場合について説明する。この場合、前記除害済ガス中に測定対象成分が残留しているかを確認することで、除害装置１６が正常に機能しているかどうかを確認することができる。また、この除害済ガスは、除害装置１６を通過した後であるため、除害装置１６を通過する前の排ガスと比較して、前記測定対象成分の濃度が低い。
【０１２３】
まず、三方弁８７を調整することによって、除害装置１６から排出された排ガスを含む試料ガスが、三方弁９７に導入される。次いで、三方弁９７を調整することによって、前記試料ガスをガス導入ライン３８へと導入する。ここで、弁３７を開放することにより、前記試料ガスをより常圧に近い状態にすることができる。ガス導入ライン３８を介してセル２１へと導入された前記試料ガスは、常圧下で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収から、前記試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める方法は、一般的な方法を用いる。すなわち、得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記吸光面積から検量線を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。ここで、検量線とは、前述したように、常圧下における前記測定対象成分の濃度に対する吸光面積の関係を示す線である。
【０１２４】
例えば、第１の実施の形態で説明したように（図７参照）、前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合を例にとり説明する。除害装置１６を通過した後のガス（除害済ガス）は、除害装置１６を通過する前の排ガスと比較して、ＣＦ４の濃度が低い。このように、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が低いときは、減圧状態の前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収は、ＣＦ４を示すピークに対してノイズが相対的に大きいため、得られるＣＦ４の濃度が正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン３８からセル２１に前記試料ガスを導入する。これにより、前記試料ガスが常圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、除害装置１６を通過した後の排ガス中のＣＦ４の濃度とすることができる。
【０１２５】
これに対して、除害装置１６を通過する前の排ガスは、除害装置１６を通過した後のガス（除害済ガス）と比較して、ＣＦ４の濃度が高い。このように、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が高いときは、高濃度領域における主ピーク領域に基づく検量線のリニアリティが低いため（図７参照）、常圧下で前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収から、前記検量線を用いて算出したＣＦ４の濃度は正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン２８からセル２１に前記試料ガスを導入する。これにより、前記試料ガスが減圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、除害装置１６を通過する前の排ガス中のＣＦ４の濃度とすることができる。
【０１２６】
ここで、除害装置１６を通過する前の排ガス中のＣＦ４の濃度をＣ１、除害装置１６を通過した後の排ガス中のＣＦ４の濃度をＣ２とすると、除害装置によるＣＦ４の除害率Ｘ（％）は、以下の式（２）で示される。
Ｘ＝（１−Ｃ２／Ｃ１）×１００ 式（２）
以上に説明したように、本実施の形態によれば、除害装置１６内の特定成分（ここではＣＦ４）の除害率Ｘを算出することができる。この結果、除害装置１６の除害性能を評価することができる。
【０１２７】
（作用効果）
本実施の形態によれば、前述した第４の実施の形態と同様の作用効果を有する。
【０１２８】
また、除害装置１６の前後におけるガス中の測定対象成分について、より正確な濃度を得ることができる。すなわち、測定する前記測定対象成分の濃度に応じて、前記試料ガスの圧力状態を変化させて、該測定対象成分の赤外吸収を測定することができるため、除害装置１６の前後におけるガス中の測定対象成分について、同じピーク領域に基づく検量線を用いて前記測定対象成分の濃度を得ることができる。これにより、前記測定対象成分の濃度をより正確に得ることができる。
【０１２９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１３０】
【実施例】
次に、本発明の一実施例について説明する。本実施例においては、図１に示す赤外吸収測定装置１００を用いて、ＳＦ６を測定対象成分として含む試料ガスに対して赤外吸収測定を行なった結果を示す。具体的には、ＳＦ６を窒素ガスに混合させて、試料ガスを既知の流量でセルに導入した。この試料ガスはポンプにて減圧された後、減圧された前記試料ガスをセルに導入して、赤外吸収を行なった。ＳＦ６の流量は、１２．５，２５，５０，１００［ｃｃ／分］の４種類とした。一般に、ＳＦ６の流量と、ＳＦ６の濃度とは比例関係を有する。なお、本実施例においては、赤外吸収測定にあたり１ｃｍ長のセルを用いた。また、ＳＦ６は主ピーク領域（９１０−１００９ｃｍ−１）について吸光面積を測定し、主ピーク領域に基づく検量線を用いてＳＦ６の定量を行なった。なお、ここで用いた検量線は、大気圧下で測定した場合のデータ（ＳＦ６の濃度および吸光面積）に基づいて作成されたものである。
【０１３１】
各濃度における前記試料ガスに対して赤外吸収を測定し、得られた赤外吸収波形からＳＦ６の吸光面積をそれぞれ求めた。この吸光面積から検量線を参照してＳＦ６の仮濃度を求めた。ここで、仮濃度をＭ１とし、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力をＰ１とし、前記減圧時の前記試料ガスの圧力をＰ２とすると、前記試料ガス中の前記ＳＦ６の濃度Ｍ２は、前記式（１）で示される。この式（１）から、前述した各濃度の試料ガスについて、前記試料ガス中の前記ＳＦ６の濃度Ｍ２を求めた。
【０１３２】
前述した各濃度の試料ガスについて、ＳＦ６の流量と、ＳＦ６の濃度（Ｍ２）との関係を図１０に示す。また、図１０に、前述した各濃度の試料ガスについて、減圧を行なわずに赤外吸収を測定した結果を比較例として示す。
【０１３３】
実施例においては、図１０に示すように、ＳＦ６を含む試料ガスを減圧下で上記の各流量でセルに導入した場合、各流量の場合に算出されるＳＦ６の濃度は、流量に比例した。
【０１３４】
ところで、ＳＦ６を試料ガスに用いた場合、一般に、第１の実施の形態の欄で説明したＣＦ４の場合と同様に、高濃度の領域において検量線のリニアリティが小さいため、高濃度の領域では、正確な濃度が得られない場合がある。図１０を参照すると、比較例では、ＳＦ６の濃度が小さい領域では、ＳＦ６の流量とＳＦ６の濃度との間に比例関係が成立した。しかしながら、比較例において、ＳＦ６の濃度が大きい領域（具体的にはＳＦ６の流量が１００［ｃｃ／分］）では、ＳＦ６の流量とＳＦ６の濃度との間で比例関係が成立しなくなった。すなわち、比較例においては、ＳＦ６の流量が大きい領域では、ＳＦ６の流量が大きくなるにつれて、ＳＦ６の濃度の増加が小さくなった。
【０１３５】
これに対して、実施例では、ＳＦ６を含む試料ガスが減圧されることにより、ＳＦ６の流量が大きい領域においても、ＳＦ６の流量とＳＦ６の濃度との間に比例関係が得られた。
【０１３６】
以上により、本実施例によれば、ＳＦ６を含む試料ガスを減圧することにより、高精度でＳＦ６の濃度を測定することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図２】 第２の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図３】 第３の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図４】 第４の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図５】 第５の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図６】 ＣＨＦ３において、主ピーク領域および副ピーク領域それぞれにおける濃度と吸光面積との関係（検量線）を示す図である。
【図７】 ＣＦ４において、主ピーク領域および副ピーク領域それぞれにおける濃度と吸光面積との関係（検量線）を示す図である。
【図８】 ＣＦ４の主ピーク領域と副ピーク領域とを示す図である。
【図９】 ＣＦ４の主ピーク領域の拡大図である。
【図１０】 本発明の実施例の赤外吸収測定において、測定対象成分（ＳＦ６）の濃度と流量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０，１１０ 赤外吸収分析装置、 １１ 半導体製造装置、 １２ チャンバ、 １４ ポンプ、 １６ 除害装置、 １８ 反応ガス、 ２０，３０ 窒素ボンベ、 ２１，３１ セル、 ２２，３２ 圧力センサ、 ２３，３３ 温度センサ、 ２４ 排気ポンプ、 ２５，２７，３４，３７，４５ 弁、 ２６，４６ 排気ライン、 ２８，３８ ガス導入ライン、 ８７，９７ 三方弁、１００，２００，３００ 赤外吸収測定装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コストでかつ高精度の赤外吸収測定方法ならびに赤外吸収測定装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、前記赤外吸収測定方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００３】
【背景技術】
一般に、ある試料の赤外吸収を測定する場合（例えば、特許文献１参照）、試料の濃度に応じて適切なセル長を有するセルが適宜選択される。試料の濃度が高すぎる場合、吸光度が飽和するため、セル長がより長いセルを用いる必要がある。すなわち、試料の濃度に応じて、複数のセルを用意しなければならない。しかしながら、赤外吸収測定用のセルは高額であるため、複数のセルを用意すると測定コストが高騰するという問題が生じていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８２０４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低コストでかつ高精度の赤外吸収測定方法ならびに赤外吸収測定装置を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の目的は、前記赤外吸収測定方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
１．赤外吸収測定方法
本発明の赤外吸収測定方法は、
（ａ）測定対象成分を含む試料ガスを減圧した状態で、該測定対象成分の赤外吸収を測定し、
（ｂ）前記赤外吸収中において、前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、
（ｃ）前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、該試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出すること、を含む。
【０００８】
本発明の赤外吸収測定方法によれば、前記測定対象成分の濃度に応じて前記試料ガスの圧力を減圧して測定することができるため、前記測定対象成分の濃度に応じてセルを交換する必要がない。これにより、測定に要するコストを低減することができる。その結果、低コストでかつ高精度にて赤外吸収を測定することができる。
【０００９】
また、減圧状態の前記試料ガスを導入して赤外吸収測定を行なうことにより、前記試料ガスが前記セル内に導入されてから排出されるまでに要する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。このため、測定に要する時間を短縮することができ、測定の効率化を図ることができる。なお、本明細書中において「常圧」とは大気圧のことをいう。
【００１０】
本発明の赤外吸収測定方法は、以下の態様（１）〜（５）をとることができる。
【００１１】
（１）前記（ｃ）において、検量線を参照して、前記吸光面積に対応する仮濃度Ｍ１を算出し、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力をＰ１とし、前記減圧時の前記試料ガスの圧力をＰ２としたとき、前記試料ガスの濃度Ｍ２は、以下の式（１）で示すことができる。
【００１２】
Ｍ２＝Ｍ１Ｐ１／Ｐ２ 式（１）
前記検量線は、一定圧力下において、測定対象成分の吸光面積と、該吸光面積に対する測定対象成分の濃度との関係を示す。
【００１３】
この方法によれば、前記減圧時の前記試料ガスの圧力Ｐ２を調整することにより、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に得ることができる濃度範囲内に仮濃度Ｍ１（前述の式（１）参照）を設定することができる。これにより、前記検量線を利用して、前述した式（１）に基づいて、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に測定することができる。
【００１４】
（２）前記測定対象成分は、赤外吸収領域に主ピーク領域および副ピーク領域を含み、前記ピーク領域が、前記主ピーク領域であることができる。この方法によれば、前記測定対象成分の濃度が非常に高い場合であっても、前記試料ガスを減圧することによって、セルを交換することなく、前記測定対象成分の濃度を正確に測定することができる。
【００１５】
（３）さらに、（ｄ）前記（ａ）における前記試料ガスの圧力と異なる圧力下で、該試料ガス中の前記測定対象成分の赤外吸収を測定し、
（ｅ）前記（ｄ）において測定された前記赤外吸収中において、前記測定対象成分を示すピーク領域から吸光面積を算出し、
（ｆ）前記（ｅ）において算出された前記吸光面積および前記（ｄ）における前記試料ガスの圧力から、該試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出し、
（ｇ）前記（ｃ）において算出された前記測定対象成分の濃度と、前記（ｆ）において算出された前記測定対象成分の濃度とを比較すること、を含むことができる。
【００１６】
この方法によれば、それぞれのセルを用いて測定した赤外吸収から得られた前記測定対象成分の濃度を比較することによって、より高精度の赤外吸収測定が可能になる。
【００１７】
（４）前記（ｄ）において、前記試料ガスの圧力は常圧であることができる。
【００１８】
（５）前記測定対象成分は、半導体製造装置から排出される排ガス中に含まれることができる。
【００１９】
２．半導体装置の製造方法
本発明の半導体装置の製造方法は、前記測定対象成分が、半導体製造装置から排出される排ガス中に含まれ、上記の赤外吸収測定方法を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出することができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記セル内において、前記試料ガスが減圧状態で赤外吸収測定が行なわれるため、該セル内に前記試料ガスが滞在する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。これにより、前記試料ガス中に含まれ、半導体製造装置から排ガスとともに排出される固形物が、前記セル内に付着するのを防止することができる。
【００２１】
３．第１の赤外吸収測定装置
本発明の第１の赤外吸収測定装置は、
測定対象成分を含む試料ガスを減圧するポンプと、前記ポンプによって減圧された前記試料ガス中の前記測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、を含む。
【００２２】
本発明の第１の赤外吸収測定装置によれば、前記赤外吸収測定方法と同様の作用効果を有する。
【００２３】
４．第２の赤外吸収測定装置
本発明の第２の赤外吸収測定装置は、
赤外吸収測定用の第１および第２のセルを含み、試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、
前記第１のセルに前記試料ガスを導入する第１のラインと、
前記第２のセルに前記試料ガスを導入する第２のラインと、を含み、
前記第１のセル内の前記試料ガスの圧力と、前記第２のセル内の前記試料ガスの圧力とが異なる。
【００２４】
本発明の第２の赤外吸収測定装置によれば、より正確に測定された前記測定対象成分の濃度を測定結果として採用することができる。
【００２５】
この場合、前記第１のセル内の前記試料ガス中の前記測定対象成分と、前記第２のセル内の前記試料ガス中の前記測定対象成分とについて、同時に赤外吸収測定が行なうことができる。これにより、前記第１のセル内の前記試料ガスと、前記第２のセル内の前記試料ガスとが異なる圧力で設定された状態で、前記第１および第２のセル内の前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分を同時に測定し、それぞれのセルを用いて測定した赤外吸収から得られた前記測定対象成分の濃度を比較することができるため、より高精度の赤外吸収測定が可能になる。
【００２６】
５．第３の赤外吸収測定装置
本発明の第３の赤外吸収測定装置は、
赤外吸収測定用のセルを含み、試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、
試料ガス導入切替部と、
前記試料ガス導入切替部に並列に接続され、前記セルに該試料ガスを導入する前記第１および第２のラインと、を含み、
前記試料ガス導入切替部は、前記第１のラインまたは前記第２のラインのいずれか一方に、前記試料ガスを導入する機能を有し、
前記セルには、前記第１のラインまたは前記第２のラインから前記試料ガスが導入され、
前記第１のラインから前記セルに導入された前記試料ガスの圧力と、前記第２のラインから該セルに導入された前記試料ガスの圧力とが異なる。
【００２７】
本発明の第３の赤外吸収測定装置によれば、前記第１のラインから導入された前記試料ガスの圧力と、前記第２のラインから導入された前記試料ガスの圧力とが異なることにより、前記測定対象成分の濃度に応じて、より適切な圧力下で前記試料ガスを測定することができる。これにより、前記測定対象成分の濃度をより正確に測定することができる。
【００２８】
また、前記三方弁を切り替えることによって、前記測定対象成分の濃度が大きい場合は、前記第１のラインから減圧された前記試料ガスを導入し、前記測定対象成分の濃度が小さい場合は、前記第２のラインから常圧の前記試料ガスを導入して、赤外吸収測定を行なうことができる。これにより、前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分の濃度に応じて、セルの交換を行なう必要がない。これにより、コストの削減を図ることができる。
【００２９】
この場合、前記ガス導入切替部は、三方弁であり、前記三方弁の切り替えによって、前記第１のラインまたは前記第２のラインのいずれか一方から前記セルに前記試料ガスが導入されることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
［第１の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図１は、本実施の形態の赤外吸収測定装置１００を模式的に示す図である。
【００３２】
本実施の形態の赤外吸収測定装置１００においては、測定対象成分を含む試料ガスが、ガス導入ライン２８を通って赤外吸収分析装置１０へと導入された後、この赤外吸収分析装置１０にて、前記測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分が、赤外吸収の測定対象となる。
【００３３】
試料ガスは、１種類以上の前記測定対象成分を含む。本実施の形態においては、試料ガスが１種類の前記測定対象成分（ＣＨＦ３）を含む場合を例にとり説明する。
【００３４】
また、この赤外吸収測定装置１００は、図１に示すように、ガス導入ライン２８の途中に、弁２７が設置されている。弁２７としては、例えばニードル弁を用いることができる。また、この赤外吸収測定装置１００において、排気ライン２６の途中には、ポンプ２４が設置されている。試料ガスの圧力は、弁２７およびポンプ２４によって制御することができる。具体的には、この弁２７およびポンプ２４は、前記試料ガスを減圧するために用いられる。より具体的には、ガス導入ライン２８に導入された試料ガスは、このポンプ２４および弁２７によって減圧された後、赤外吸収分析装置１０へと導入される。これにより、赤外吸収分析装置１０内では、前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収の測定が行なわれる。
【００３５】
測定後、前記試料ガスは、赤外吸収分析装置１０から排気ライン２６を経て排出される。
【００３６】
なお、図１においては、赤外吸収分析装置１０としてＦＴ−ＩＲを使用した場合について示したが、この赤外吸収分析装置１０の種類は特に限定されるわけではない。また、以降の説明において、測定データは、ＦＴ−ＩＲとしてＭＩＤＡＣ社製ＩＧＡ２０００を用いた場合の実験結果である。この場合、測定においては１ｃｍ長のセルを使用した。
【００３７】
（赤外吸収測定方法）
次に、図１に示す赤外吸収測定装置１００を用いた赤外吸収測定方法について、具体的に説明する。
【００３８】
（１）赤外吸収の測定
まず、前述したように、この赤外吸収測定装置１００において、前記測定対象成分（ＣＨＦ３）を含む前記試料ガスを減圧した状態で、赤外吸収分析装置１０にて前記測定対象成分の赤外吸収を測定する。具体的には、減圧された前記試料ガスが、赤外吸収分析装置１０内のセル２１に導入され、このセル２１を用いて前記測定対象成分の赤外吸収が測定される。また、セル２１内における前記試料ガスの圧力Ｐ２は、圧力センサ２２によって検知される。測定後、前記試料ガスはセル２１から排出され、排気ライン２６によって外部に排出される。
【００３９】
（２）吸光面積の算出
次いで、この赤外吸収分析装置１０によって得られた前記測定対象成分の赤外吸収スペクトルから、前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積が算出される。この吸光面積の算出は、市販のソフトウエアを用いて行なうことができる。
【００４０】
（３）測定対象成分の濃度の算出
次いで、前記（２）で得られた前記吸光面積と、前記（１）で得られた前記減圧時の前記試料ガスの圧力とから、前記測定対象成分の濃度を算出する。
【００４１】
具体的には、まず、検量線を参照して、前記吸光面積に対応する仮濃度Ｍ１を算出する。この検量線は、前記測定対象成分の濃度と吸光面積との関係を示すものであり、以下の方法により作成される。なお、検量線を作成するかわりに、既知の検量線を用いることもできる。
【００４２】
（Ａ）検量線の作成
検量線は、既知の濃度の前記測定対象成分を含むガスについて赤外吸収を測定して吸光面積を算出し、該測定対象成分の濃度を複数変えて同様に吸光面積を算出した後、それぞれの濃度における吸光面積をプロットすることにより得られる。なお、検量線作成のための前記測定対象成分の濃度測定において、ガスの圧力は一定とする。ここでは、前記ガスの圧力をＰ １ とする。
【００４３】
赤外吸収では、圧力が一定の条件下において、測定されるガス中の前記測定対象成分の濃度と、該濃度における該測定対象成分の吸光面積とは、比例関係を有する。したがって、圧力が一定の条件下において、前記測定対象成分の各濃度に対する各吸光面積をプロットすることにより、検量線が得られる。
【００４４】
一例として、前記測定対象成分がＣＨＦ３である場合について説明する。図６は、ＣＨＦ３に基づく検量線である。この検量線は、前記測定対象成分（ＣＨＦ３）の濃度に対する吸光面積を示している。すなわち、図６において、縦軸は吸光面積、横軸はＣＨＦ３の濃度をそれぞれ示している。
【００４５】
ＣＨＦ３は、赤外吸収領域内に、主ピーク領域（１０９０−１２４７ｃｍ−１）と２つの副ピーク領域（１３１６−１４３７ｃｍ−１，２９８０−３０８０ｃｍ−１）とを有する。したがって、前記測定対象成分がＣＨＦ３である場合、主ピーク領域と副ピーク領域それぞれについて検量線を作成することができる。図６では、主ピーク領域に基づく検量線と、２本の副ピーク領域に基づく２本の検量線とが示されている。
【００４６】
本実施の形態においては、主ピーク領域に基づいて吸光面積を算出することにより、ＣＨＦ３の濃度を算出する場合について説明する。なお、図６において、縦軸（吸光面積）は、主ピーク領域に基づく検量線ではグラフの左端の目盛りを、副ピーク領域に基づく検量線では右端の目盛りをそれぞれ用いた値で示される。なお、図６に示す検量線は、測定対象成分（ＣＨＦ３）を含むガスが常圧下で赤外吸収測定が行なわれた測定結果に基づくものである。
【００４７】
（Ｂ）濃度の算出
例えば、図６に示すように、前記測定対象成分がＣＨＦ３である場合において、得られた吸光面積がＳ１であるとする。このとき、図６の主ピーク領域に基づく検量線を参照すると、前記ガス中におけるＣＨＦ３の濃度（仮濃度）はＭ１である。
【００４８】
前記ガスの圧力が一定の場合、前記測定対象成分の吸光面積は、前記測定対象成分の濃度に比例する。また、前記測定対象成分の吸光面積が同じである場合、前記測定対象成分の濃度と、前記測定対象成分の圧力とは、反比例の関係にある。
【００４９】
前述したように、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力がＰ１であり、前記減圧時の前記試料ガスの圧力はＰ２であるすると、前記試料ガス中における前記測定対象成分の濃度Ｍ２は、以下の式（１）で示される。
【００５０】
Ｍ２＝Ｍ１Ｐ１／Ｐ２ （１）
したがって、仮濃度Ｍ１および圧力Ｐ１，Ｐ２を測定することにより、前記式（１）に基づいて、前記試料ガス中における前記測定対象成分の濃度Ｍ２が得られる。
【００５１】
（作用効果）
本実施の形態の作用効果を説明する前に、本実施の形態の作用効果と比較するために、一般的な赤外吸収測定方法について説明する。
【００５２】
（１）一般的な赤外吸収測定方法
一般的な赤外吸収測定では、測定されるガス中の測定対象成分の濃度に応じて適切なセル長のセルを選択する必要がある。すなわち、一般に、前記測定対象成分の濃度が大きい場合、セル長が短いセルを使用し、前記測定対象成分の濃度が小さい場合、セル長が長いセルを使用する。
【００５３】
また、測定対象成分の種類や濃度によっては、正確な検量線が得られない場合がある。ここでは、一例として、前記測定対象成分がＣＦ４である場合について説明する。図７は、ＣＦ４に基づく検量線を示している。なお、図７において、縦軸（吸光面積）は、主ピーク領域に基づく検量線ではグラフの左端の目盛りを、副ピーク領域に基づく検量線では右端の目盛りをそれぞれ用いた値で示される。なお、図７に示す検量線は、測定対象成分（ＣＦ４）を含むガスの圧力がほぼ大気圧に等しい状態で赤外吸収測定が行なわれた測定結果に基づくものである。
【００５４】
前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合、図７に示すように、主ピーク領域に基づく検量線において、濃度が高い領域で、検量線のリニアリティが失われている（図７の点線部分参照）。その理由を以下の（Ｉ）および（II）に示す。
【００５５】
（Ｉ）図７に示すように、ＣＦ４は赤外吸収領域中に主ピーク領域（１２３０−１３０５ｃｍ−１）と副ピーク領域（２１６０−２２００ｃｍ−１）を有する。また、図８に、ＣＦ４の赤外吸収スペクトルおよび副ピーク領域の拡大図を示す。さらに、図９（ａ），（ｂ）に、ＣＦ４の主ピーク領域の拡大図を示す。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）よりも分解能を高くして測定した結果を示している。
【００５６】
図８では、ＣＦ４の主ピーク領域に存在するピークはシングルピークにみえるが、拡大すると図９（ａ），（ｂ）に示すように、ＣＦ４の主ピーク領域には複数のピークが存在する。したがって、ＣＦ４の主ピーク領域に基づく検量線を作成する場合、図９（ｂ）に示す複数のピークの存在を無視して検量線を作成すると、正確な検量線が得られない。
【００５７】
（II）図９（ａ），（ｂ）には、ＣＦ４が異なる濃度を有する場合における、主ピーク領域（１２３０−１３０５ｃｍ−１）の赤外吸収波形が示されている。具体的には、ＣＦ４の濃度が、ピークが高い順から１０３．５ｐｐｍ−ｍ，１０．３ｐｐｍ−ｍ，３．６３ｐｐｍ−ｍ，０．４１ｐｐｍ−ｍである場合の赤外吸収波形が示されている。図９（ａ），（ｂ）において、波形と横軸（波数）で囲まれた面積（吸光面積）は、ＣＦ４の濃度に比例する。したがって、試料ガス中に含まれるＣＦ４の濃度を求める場合、赤外吸収測定を行なった後、図９（ａ），（ｂ）を参照して吸光面積を算出し、図７の検量線を参照して、前記吸光面積からＣＦ４の濃度を算出することができる。
【００５８】
ＣＦ４の主ピーク領域においては、図９（ｂ）に示すように、ＣＦ４の濃度が０．４１ｐｐｍ−ｍ，３．６３ｐｐｍ−ｍ，１０．３ｐｐｍ−ｍと順に大きくなるにつれて、波形に含まれるピークが高くなる。しかしながら、ＣＦ４の濃度がさらに１０３．５ｐｐｍ−ｍとなった場合、一番高いピークは、濃度に比例して高くならず、ある吸光度のところで飽和してしまう。すなわち、試料ガス中に含まれるＣＦ４の濃度を、主ピーク領域に基づく検量線を用いて求める場合において、図７に示すように、ＣＦ４の濃度が大きい領域では、吸光面積がＣＦ４の濃度に比例しないため、吸光面積に基づいて正確な濃度を算出することができないことがある。
【００５９】
以上の（Ｉ）および（II）に示す理由により、ＣＦ４の主ピーク領域に基づく検量線は、高濃度の領域において信頼性が低下する。これに対して、ＣＦ４の濃度が高濃度の領域では、ＣＦ４の副ピーク領域に基づく検量線を用いる方法もある。しかしながら、副ピーク領域に基づく検量線では、図７に示すように、ＣＦ４の濃度が大きい範囲ではリニアリティが優れているのに対し、ＣＦ４の濃度が小さい範囲ではリニアリティが小さい。この原因の一つとして、図８に示すように、ＣＦ４においては、副ピーク領域に存在するピークの高さは、主ピーク領域に存在するピークの高さと比較して非常に小さいため、ＣＦ４の濃度が小さい範囲では、ノイズの影響でＣＦ４のピークを正確に定量することが難しく、ＣＦ４の濃度について誤差が大きくなることが考えられる。したがって、ＣＦ４の濃度が小さい範囲では、副ピーク領域に基づく検量線を用いると、得られるＣＦ４の濃度の信頼性が低下することが考えられる。
【００６０】
（２）作用効果
これに対して、本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、測定対象成分を含む試料ガスを減圧した状態で赤外吸収を測定し、前記赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。すなわち、測定されるガス中の測定対象成分の濃度に応じて前記試料ガスを減圧した状態で赤外吸収を測定する。そして、前記赤外吸収から前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記測定対象成分の検量線を参照して、前記吸光面積に対応する仮濃度Ｍ１を算出する。さらに、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力をＰ１とし、前記減圧時の前記試料ガスの圧力をＰ２としたとき、前述した式（１）を用いて、前記試料ガスの濃度Ｍ２を算出することができる。このため、前記測定対象成分の濃度に応じてセルを交換する必要がない。これにより、測定に要するコストを低減することができる。その結果、低コストでかつ高精度にて赤外吸収を測定することができる。
【００６１】
また、本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、前記減圧時の前記試料ガスの圧力Ｐ２を調整することにより、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に得ることができる濃度範囲内に仮濃度Ｍ１（前述の式（１）参照）を設定することができる。これにより、前記検量線を利用して、前述した式（１）に基づいて、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に測定することができる。
【００６２】
例えば、前記測定対象成分がＣＦ４の場合のように、主ピーク領域に基づく検量線のうち高濃度の領域において検量線のリニアリティが低いため、高濃度の領域では正確な濃度を得るのが困難である。一方、この場合、副ピーク領域に基づく検量線を用いると、ノイズの影響により検量線の信頼性が低下するため、正確な濃度が得られない。これに対し、本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、前記減圧時の前記試料ガスの圧力Ｐ２を調整することにより、前記主ピーク領域に基づく検量線において、正確な測定ができる濃度範囲内に仮濃度Ｍ １ （前述の式（１）参照）を設定することができる。これにより、前記主ピーク領域に基づく検量線を利用して、前述した式（１）に基づいて、前記測定対象成分の濃度Ｍ２を正確に測定することができる。
【００６３】
さらに、セル２１内で、減圧状態の前記試料ガスを導入して赤外吸収測定を行なうことにより、前記試料ガスがセル２１内に導入されてから排出されるまでに要する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。このため、測定に要する時間を短縮することができ、測定の効率化を図ることができる。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、前記測定対象成分がＣＦ４の場合、主ピーク領域に基づく検量線を用いてＣＦ４の濃度を算出した場合について説明したが、主ピーク領域および副ピーク領域のうちどのピーク領域に基づく検量線を使用するかは、前記測定対象成分の種類や、前記試料ガスに含まれる他の成分に基づいて判断される。このことは、後述する実施の形態においても同様である。
【００６５】
［第２の実施の形態］
図２は、本実施の形態の赤外吸収測定装置１００と接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。
【００６６】
本実施の形態の赤外吸収測定装置１００では、半導体製造装置１１から排出されたガスが、窒素ガス２０と混合されて試料ガスが作製された後、この試料ガスがガス導入ライン２８を介して赤外吸収分析装置１０へと導入され、この赤外吸収分析装置１０にて、前記試料ガスに含まれる各測定対象成分の赤外吸収が測定される。
【００６７】
半導体製造装置１１内では、例えばドライエッチングやＣＶＤ等の半導体製造プロセスが行なれる。ドライエッチング工程では、例えば、ＰＦＣ(perfluorocarbon)が、ガスプラズマとして利用されている。本実施の形態においては、ＰＦＣのうちＣ４Ｆ８をエッチングガスに用いた場合について説明する。しかしながら、本実施の形態の赤外吸収装置による測定対象となるガスは、これに限定されるわけではない。
【００６８】
ＰＦＣは温室効果ガス(greenhouse gas)の一種である。温室効果ガスは、このＰＦＣのほか、ＣＯ２、ＮＯＸ、メタン等がある。これらの温室効果ガスは、赤外線領域に強い吸収をもち、大気中に放出されると、地表から放射されるエネルギーを吸収する。この吸収されたエネルギーは上空の宇宙空間と下層の地表に向かって放出される。この場合、地表から放出されたエネルギーの一部が温室効果ガスによって再び地表に戻されるため、地表の温度が上昇する。このような機構により、温室効果ガスは地球温暖化効果をもたらすと考えられている。
【００６９】
温室効果ガスによる温暖化の影響の程度を比較する指標として、地球温暖化係数（global warming potential;ＧＷＰ）がある。このＧＷＰは、ＣＯ２１単位重量に比べてそれぞれのガス１単位重量がどれだけの温暖化効果を持つかを表したものである。温室効果ガスの中でも温暖化効果が高いガスとしてＰＦＣが挙げられる。ＰＦＣはＧＷＰ値がきわめて高く、たとえばＣＦ４のＧＷＰ値はＣＯ２の約６５００倍である。また、ＰＦＣは他のガスと比較して安定であり、大気中の寿命が非常に長く、たとえばＣＦ４では大気寿命が約５０，０００年である。したがって、ＰＦＣは一度大気中に放出されると長年にわたって地球を暖めることになる。
【００７０】
このＰＦＣは、半導体デバイスの製造工程において通常用いられるものであり、特に低圧プラズマを利用した装置で多く用いられている。例えばドライエッチング装置では、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４のエッチングにＣＦ４、Ｃ４Ｆ８等のＰＦＣが使用されている。また、ＣＶＤ装置では、装置に付着したシリコン化合物等の膜をクリーニングするために、Ｃ２Ｆ６等のガスプラズマが多く用いられる。さらに、ウエハを冷却する溶媒として液体ＰＦＣが用いられている。しかしながら、前述したように、ＰＦＣは高い温暖化効果を有するため、ＰＦＣの排出量の削減が国際的に求められている。
【００７１】
ここで、ＰＦＣの排出量の削減を実証するためには、工場から排出されるＰＦＣガスを測定する必要がある。現状では、工場から排出されるＰＦＣガスを実際に測定することは難しいため、ＰＦＣを使用する半導体製造装置から排出されるＰＦＣガスを測定して、投入ガスあたりの排出ガス量の比（エミッションファクター）と、工場で消費するガス量とから、ＰＦＣの排出量を規定することとなっている。エミッションファクターは、半導体製造装置から実際に排出されるＰＦＣガスを測定して算出されるものである。
【００７２】
半導体製造装置１１のチャンバ１２内で、Ｃ４Ｆ８を用いてドライエッチングを行なう場合、処理の対象となる半導体基板上に形成された絶縁層の組成等によって、排ガス中には、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、ＣＯＦ２、ＨＦ、ＳｉＦ４、ＯＦ２、ＮＦ３、ＳＯ２、ＳＦ６、ＳＯ２Ｆ２、ＳＯＦ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＣＯ、およびＣＯ２等が含まれている可能性がある。
【００７３】
例えば、半導体製造装置１１のチェンバ１２内でドライエッチングを行なうために、Ｃ４Ｆ８のガスプラズマを発生させる場合、ポンプを用いてチェンバ１２内をほぼ真空状態にした後、所定量のＣ４Ｆ８を導入し高電圧を印加する。これにより、Ｃ４Ｆ８のガスプラズマが発生する。このガスプラズマが前記ドライエッチングに用いられる。この場合、使用されたＣ４Ｆ８のうち所定の割合のものはＣＦ４等へと分解されるが、残りはそのままＣ４Ｆ８の形でチェンバ１２から排出される。この排ガスを、ポンプ１４を用いて吸引し、必要に応じて、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで前記排ガスを希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスが赤外吸収分析装置１０に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について赤外吸収が測定される。
【００７４】
また、この赤外吸収測定装置１００は、図１に示すように、前記試料ガスを減圧する。半導体製造装置１１から排出された試料ガスは、ポンプ２４と弁２７との関係によって減圧された後、赤外吸収分析装置１０のセル２１に導入される。これにより、セル２１内では、前記試料ガスが減圧された状態にて測定が行なわれる。この場合、前記試料ガスの圧力は、ポンプ２４と弁２７との関係によって調節することができる。
【００７５】
測定後、前記試料ガスは、セル２１から排気ライン２６を経て除害装置１６に導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。
【００７６】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態の赤外吸収測定方法および測定装置１００と同様の作用効果を有する。加えて、本実施の形態によれば、半導体装置の製造プロセスで生じる排ガス中の各測定対象成分について、高精度の分析が可能となる。例えば、ＰＦＣ等の温室効果ガスの濃度を正確に測定することができる。
【００７７】
また、半導体製造装置から排出される排ガスには、この製造プロセスによって生じた固形物が含まれている場合が多い。例えば、半導体製造プロセスが、絶縁層のエッチングである場合、エッチングにより生じた絶縁層由来の固形物が含まれている。本実施の形態の赤外吸収測定方法によれば、セル２１内において前記試料ガスが減圧状態で赤外吸収測定が行なわれるため、セル２１内に前記試料ガスが滞在する時間を、常圧下で前記試料ガスを測定する場合と比較して短くすることができる。これにより、セル２１内に前記固形物が付着するのを防止することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、赤外吸収測定装置１００が半導体製造装置１１と別途設置されている場合について示したが、赤外吸収測定装置１００を半導体製造装置１１内に設置することもできる。このことは、後述する他の実施形態でも同様である。
【００７９】
［第３の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図３は、本実施の形態の赤外吸収測定装置２００と、この赤外吸収測定装置２００に接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、赤外吸収測定装置２００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。すなわち、赤外吸収測定装置が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる点で、第２の実施の形態と共通する。
【００８０】
本実施の形態の赤外吸収測定装置２００は、赤外吸収測定に用いるセル（第１および第２のセル２１，３１）を２つ含む点で、セル（セル２１）を１つ含む第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と異なる構成を有する。赤外吸収測定装置２００において、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の構成要素には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００８１】
本実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、半導体製造装置１１のチェンバ１２から排出された排ガスは、ポンプ１４によって吸引される。その後、必要に応じて、前記排ガスは、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスがセル２１，３１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について赤外吸収が測定される。
【００８２】
セル２１，３１にはそれぞれ、ガス導入ライン２８，３８を介して、測定対象成分を含む試料ガスが導入される。ガス導入ライン２８，３８はそれぞれ、セル２１，３１に前記試料ガスを導入する。すなわち、前記試料ガスは、ガス導入ライン２８，３８を介してセル２１，３１に導入された後、セル２１，３１を用いた赤外吸収分析結果に基づいて、前記ガスに含まれる各測定対象成分の赤外吸収が測定される。
【００８３】
また、この赤外吸収測定装置２００は、図３に示すように、前記試料ガスを減圧するためのポンプ２４および弁２７を含む。弁２７は、ガス導入ライン（第１のライン）２８の途中に設置されている。また、ポンプ２４は、排気ライン２６の途中に設置されている。半導体製造装置１１から排出された試料ガスは、このポンプ２４および弁２７によって減圧された後、セル２１へと導入される。これにより、セル２１内では、前記試料ガスが減圧された状態にて測定が行なわれる。
【００８４】
一方、ガス導入ライン２８とは異なり、ガス導入ライン（第２のライン）３８の途中に設置された弁３７は、弁２７よりもよりオープンな状態（開放された状態）となっている。したがって、セル３１には、常圧下で前記試料ガスが導入される。これにより、セル３１内では、前記試料ガスが常圧下で測定される。
【００８５】
測定後、前記試料ガスは、セル２１，３１からそれぞれ排気ライン２６，４６を経て除害装置１６へと導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。
【００８６】
（赤外吸収測定方法）
次に、本実施の形態の赤外吸収測定方法について説明する。
【００８７】
まず、前記試料ガスがセル２１に導入される前に、該試料ガスは、ポンプ２４と弁２７との関係によって減圧されている。次いで、セル２１へと導入された前記試料ガスは、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の方法にて、前記試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、セル２１内で前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。この前記測定対象成分の濃度を算出する方法は、第１の実施の形態の欄で既に説明したため、詳しい説明は省略する。
【００８８】
一方、ガス導入ライン３８を介してセル３１へと導入された前記試料ガスは、常圧下で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収から前記試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める方法は、一般的な方法を用いる。すなわち、得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記吸光面積から検量線を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。ここで、検量線とは、前述したように、常圧下における前記測定対象成分の濃度に対する吸光面積の関係を示す線である。
【００８９】
次いで、セル２１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度と、セル３１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度とを比較する。その結果、両者の濃度が同じであれば、正確な濃度測定がなされていることが確認できる。
【００９０】
一方、セル２１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度と、セル３１を用いた測定により得られた前記測定対象成分の濃度とが異なる場合、いずれか一方の濃度を測定結果として採用することができる。
【００９１】
例えば、第１の実施の形態で説明したように（図７参照）、前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合において、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が低いときは、減圧状態の前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収は、ＣＦ４を示すピークに対してノイズが相対的に大きいため、得られるＣＦ４の濃度が正確でない場合がある。したがって、この場合、セル３１を用いた測定により得られた赤外吸収から算出したＣＦ４の濃度、すなわち前記試料ガスが常圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【００９２】
これに対して、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が高いときは、高濃度領域における検量線のリニアリティが低いため（図７参照）、常圧下で前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収から、前記主ピーク領域に基づく検量線を用いて算出したＣＦ４の濃度は正確でない場合がある。したがって、この場合、セル２１を用いた測定により得られた赤外吸収から算出したＣＦ４の濃度、すなわち前記試料ガスが減圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、セル２１内の前記試料ガスを減圧状態にし、セル３１内の前記試料ガスを常圧にした場合を示したが、セル２１，３１内の前記試料ガスをいずれも減圧状態にし、かつ、セル２１，３１内の前記試料ガスを異なる圧力にすることもできる。この場合についても、前記試料ガスに含まれるＣＦ４の濃度によって、セル２１，３１のうち、より正確な濃度のＣＦ４の濃度を測定結果として採用することができる。
【００９４】
（作用効果）
本実施の形態によれば、前述した第１および第２の実施の形態と同様の作用効果を有する。
【００９５】
加えて、本実施の形態によれば、前記第１のセル内の前記試料ガスの圧力と、前記第２のセル内の前記試料ガスの圧力とが異なることにより、より正確に測定された前記測定対象成分の濃度を測定結果として採用することができる。
【００９６】
すなわち、本実施の形態によれば、セル２１内の前記試料ガスと、セル３１内の前記試料ガスとが異なる圧力で設定された状態で、セル２１，３１内の前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分を同時に測定し、それぞれのセルを用いて測定した赤外吸収から得られた前記測定対象成分の濃度を比較することができるため、より高精度の赤外吸収測定が可能になる。
【００９７】
［第４の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図４は、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００と、この赤外吸収測定装置３００と接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、赤外吸収測定装置３００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。すなわち、赤外吸収測定装置が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる点で、第２の実施の形態と共通する。
【００９８】
本実施の形態の赤外吸収測定装置３００は、三方弁（ガス導入切替部）９７を含み、ガス導入ライン２８，３８がこの三方弁９７に並列に接続されている点で、第２の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と異なる構成を有する。赤外吸収測定装置３００において、第２の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の構成要素には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
【００９９】
本実施の形態においては、第２および第３の実施の形態と同様に、半導体製造装置１１のチェンバ１２から排出された排ガスは、ポンプ１４によって吸引される。その後、必要に応じて、前記排ガスは、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスがセル２１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について、赤外吸収が測定される。
【０１００】
セル２１には、ガス導入ライン（第１のライン）２８またはガス導入ライン（第２のライン）３８を介して、測定対象成分を含む試料ガスが導入される。すなわち、前記試料ガスは、ガス導入ライン２８，３８のうちいずれか一方を介してセル２１へと導入された後、セル２１を用いた赤外吸収分析結果に基づいて、前記ガスに含まれる各測定対象成分の赤外吸収が測定される。
【０１０１】
ガス導入ライン２８，３８は、三方弁９７に並列に接続されている。また、前記試料ガスは、三方弁９７の栓の方向を切り替えることによって、ガス導入ライン２８，３８のいずれか一方を通ってセル２１に導入される。すなわち、三方弁９７は、ガス導入ライン２８，３８のいずれか一方に前記試料ガスを導入する機能を有する。
【０１０２】
また、ガス導入ライン２８には、図４に示すように、前記試料ガスを減圧するための弁２７が設置されている。この弁２７は、ガス導入ライン２８の途中に設置されている。また、この赤外吸収測定装置３００において、排気ライン２６の途中には、ポンプ２４が設置されている。したがって、前記試料ガスがガス導入ライン２８を通ってセル２１に導入される場合、前記試料ガスは、このポンプ２４および弁２７によって減圧された後、セル２１に導入される。この場合、セル２１内では、前記試料ガスが減圧された状態にて赤外吸収測定が行なわれる。
【０１０３】
一方、ガス導入ライン２８とは異なり、ガス導入ライン３８の途中に設置された弁３７は、オープンな状態（開放された状態）である。したがって、前記試料ガスがガス導入ライン３８を通ってセル２１へと導入される場合、セル２１には、常圧下で前記試料ガスが導入される。この場合、セル２１内では、前記試料ガスが常圧下で測定される。
【０１０４】
測定後、前記試料ガスは、セル２１からそれぞれ排気ライン２６を経て除害装置１６へと導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、ガス導入ライン２８から導入された前記試料ガスが減圧状態であり、ガス導入ライン３８から導入された前記試料ガスが常圧である場合を示したが、例えば、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００において、ガス導入ライン２８，３８から導入された前記試料ガスをいずれも減圧状態にし、かつ、ガス導入ライン２８，３８からそれぞれ導入された前記試料ガスが、それぞれ異なる圧力となるようにすることもできる。
【０１０６】
例えば、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００において、ガス導入ライン３８に、例えばニードル弁からなる弁３７を設置することができる。前記試料ガスの圧力は、弁３７によって制御することができる。この場合、前記試料ガスに含まれるＣＦ４の濃度に応じて、三方弁９７の栓を切り替えることによって、ガス導入ライン２８，３８のうちいずれか一方からセル２１に前記試料ガスを導入することができる。すなわち、前記試料ガスに含まれるＣＦ４の濃度に応じて、ガス導入ライン２８，３８のうちいずれか一方を選択してセル２１に前記試料ガスを導入することができる。このため、赤外吸収測定において、前記試料ガス中の前記測定対象成分（ＣＦ４）の濃度に応じて、セル２１内の前記試料ガスをより適切な圧力にすることができる。これにより、前記赤外吸収から得られるＣＦ４の濃度を、適切な濃度範囲に設定することができる。この結果、より正確なＣＦ４の濃度を測定結果として採用することができる。
【０１０７】
（赤外吸収測定方法）
次に、本実施の形態の赤外吸収測定方法について説明する。
【０１０８】
まず、三方弁９７の栓の切り替えによって、ガス導入ライン２８から前記試料ガスが導入される。この場合、該試料ガスは、ポンプ２４および弁２７によって減圧された後、セル２１に導入される。次いで、セル２１に導入された前記試料ガスは、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の方法にて、前記試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、セル２１内で前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収が測定された後、前記赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。この前記測定対象成分の濃度を算出する方法は、第１の実施の形態の欄で既に説明したため、詳しい説明は省略する。
【０１０９】
一方、三方弁９７の栓の切り替えによって、ガス導入ライン３８から前記試料ガスが導入される。この場合、ガス導入ライン３８を介してセル２１に導入された前記試料ガスは、常圧下で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収から、前記試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める方法は、一般的な方法を用いる。すなわち、得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記吸光面積から検量線を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。ここで、検量線とは、前述したように、常圧下において、前記測定対象成分の濃度に対する吸光面積の関係を示す線である。
【０１１０】
例えば、第１の実施の形態で説明したように（図７参照）、前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合において、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が低いときは、減圧状態の前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収は、ＣＦ４を示すピークに対してノイズが相対的に大きいため、得られるＣＦ４の濃度が正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン３８からセル２１に前記試料ガスを導入する。この場合、前記試料ガスが常圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【０１１１】
これに対して、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が高いときは、高濃度領域における検量線のリニアリティが低いため（図７参照）、常圧下で前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収から、前記主ピーク領域に基づく検量線を用いて算出したＣＦ４の濃度は正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン２８からセル２１に前記試料ガスを導入する。これにより、前記試料ガスが減圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、測定結果として採用することができる。
【０１１２】
（作用効果）
本実施の形態によれば、前述した第１および第２の実施の形態と同様の作用効果を有する。
【０１１３】
加えて、本実施の形態によれば、ガス導入ライン２８から導入された前記試料ガスの圧力と、ガス導入ライン３８から導入された前記試料ガスの圧力とが異なることにより、前記測定対象成分の濃度に応じて、より適切な圧力下で前記試料ガスを測定することができる。これにより、前記測定対象成分の濃度をより正確に測定することができる。
【０１１４】
また、三方弁９７を切り替えることによって、前記測定対象成分の濃度が大きい場合は、ガス導入ライン２８から減圧された前記試料ガスを導入し、前記測定対象成分の濃度が小さい場合は、ガス導入ライン３８から常圧の前記試料ガスを導入して、赤外吸収測定を行なうことができる。これにより、前記試料ガスに含まれる前記測定対象成分の濃度に応じて、セルの交換を行なう必要がない。これにより、コストの削減を図ることができる。
【０１１５】
［第５の実施の形態］
（赤外吸収測定装置）
図５は、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００と、この赤外吸収測定装置３００と接続された半導体製造装置１１を模式的に示す図である。本実施の形態においては、第４の実施の形態と同様に、赤外吸収測定装置３００が、半導体製造装置１１から排出されるガス中の測定対象成分を定量分析するために用いられる場合について説明する。
【０１１６】
一方、本実施の形態の赤外吸収測定装置３００は、半導体製造装置１１に接続された除害装置１６の前後における排ガスの濃度を測定するために設置されている点で、第４の実施の形態と異なる構成を有する。
【０１１７】
本実施の形態においては、第２〜第４の実施の形態と同様に、半導体製造装置１１のチェンバ１２から排出された排ガスは、ポンプ１４によって吸引される。その後、必要に応じて、前記排ガスは、窒素ボンベ２０から供給される窒素ガスで希釈して、試料ガスが得られる。この試料ガスがセル２１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について、赤外吸収が測定される。
【０１１８】
また、前記排ガスは、セル２１からそれぞれ排気ライン２６を経て除害装置１６へと導入され、この除害装置１６にて前記試料ガス中の有害物質が除去された後、大気へと放出される。本実施の形態においては、除害装置１６から排出される除害済ガスについても、セル２１に導入された後、前記試料ガス中の各測定対象成分について、赤外吸収を測定することができる。
【０１１９】
（赤外吸収測定方法）
次に、本実施の形態の赤外吸収測定方法について説明する。
【０１２０】
はじめに、半導体製造装置１１のチャンバ１２から排出された排ガス中の測定対象成分を測定する場合について説明する。前記排ガスは前述したように、窒素ガス２０によって希釈されて試料ガスが作製される。また、この排ガスは、除害装置１６を通過する前であるため、除害装置１６を通過した後に排出されるガス（除害済ガス）と比較して、前記測定対象成分の濃度が高い。
【０１２１】
まず、三方弁８７を調整することによって、半導体製造装置１１のチャンバ１２から排出された排ガスを含む試料ガスが、三方弁９７に導入される。次いで、三方弁９７を調整することによって、前記試料ガスをガス導入ライン２８へと導入する。ここで、弁２７を絞ることにより、前記試料ガスを減圧状態にすることができる。この赤外吸収測定装置３００においては、三方弁９７の切り換え、ならびに弁２７と弁３７との絞り方の違いによって、前記試料ガスの圧力を調整することができる。この場合、該試料ガスがセル２１に導入される前に、該試料ガスが減圧される。次いで、セル２１へと導入された前記試料ガスは、第１の実施の形態の赤外吸収測定装置１００と同様の方法にて、前記試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収が測定される。すなわち、セル２１内で前記試料ガスが減圧された状態で赤外吸収が測定された後、前記赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出する。そして、前記吸光面積および前記減圧時の前記試料ガスの圧力から、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。この前記測定対象成分の濃度を算出する方法は、第１の実施の形態の欄で既に説明したため、詳しい説明は省略する。
【０１２２】
次に、除害装置１６から排出された除害済ガス中の測定対象成分を測定する場合について説明する。この場合、前記除害済ガス中に測定対象成分が残留しているかを確認することで、除害装置１６が正常に機能しているかどうかを確認することができる。また、この除害済ガスは、除害装置１６を通過した後であるため、除害装置１６を通過する前の排ガスと比較して、前記測定対象成分の濃度が低い。
【０１２３】
まず、三方弁８７を調整することによって、除害装置１６から排出された排ガスを含む試料ガスが、三方弁９７に導入される。次いで、三方弁９７を調整することによって、前記試料ガスをガス導入ライン３８へと導入する。ここで、弁３７を開放することにより、前記試料ガスをより常圧に近い状態にすることができる。ガス導入ライン３８を介してセル２１へと導入された前記試料ガスは、常圧下で赤外吸収が測定される。ここで得られた赤外吸収から、前記試料ガス中の測定対象成分の濃度を求める方法は、一般的な方法を用いる。すなわち、得られた赤外吸収中において前記測定対象成分を示すピーク領域の吸光面積を算出し、前記吸光面積から検量線を用いて、前記試料ガス中の前記測定対象成分の濃度を算出する。ここで、検量線とは、前述したように、常圧下における前記測定対象成分の濃度に対する吸光面積の関係を示す線である。
【０１２４】
例えば、第１の実施の形態で説明したように（図７参照）、前記測定対象成分としてＣＦ４を用いた場合を例にとり説明する。除害装置１６を通過した後のガス（除害済ガス）は、除害装置１６を通過する前の排ガスと比較して、ＣＦ４の濃度が低い。このように、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が低いときは、減圧状態の前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収は、ＣＦ４を示すピークに対してノイズが相対的に大きいため、得られるＣＦ４の濃度が正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン３８からセル２１に前記試料ガスを導入する。これにより、前記試料ガスが常圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、除害装置１６を通過した後の排ガス中のＣＦ４の濃度とすることができる。
【０１２５】
これに対して、除害装置１６を通過する前の排ガスは、除害装置１６を通過した後のガス（除害済ガス）と比較して、ＣＦ４の濃度が高い。このように、前記試料ガス中のＣＦ４の濃度が高いときは、高濃度領域における主ピーク領域に基づく検量線のリニアリティが低いため（図７参照）、常圧下で前記試料ガスを測定して得られた赤外吸収から、前記検量線を用いて算出したＣＦ４の濃度は正確でない場合がある。したがって、この場合、三方弁９７の切り替えによって、ガス導入ライン２８からセル２１に前記試料ガスを導入する。これにより、前記試料ガスが減圧下で測定されたＣＦ４の赤外吸収から得られたＣＦ４の濃度を、除害装置１６を通過する前の排ガス中のＣＦ４の濃度とすることができる。
【０１２６】
ここで、除害装置１６を通過する前の排ガス中のＣＦ４の濃度をＣ１、除害装置１６を通過した後の排ガス中のＣＦ４の濃度をＣ２とすると、除害装置によるＣＦ４の除害率Ｘ（％）は、以下の式（２）で示される。
Ｘ＝（１−Ｃ２／Ｃ１）×１００ 式（２）
以上に説明したように、本実施の形態によれば、除害装置１６内の特定成分（ここではＣＦ４）の除害率Ｘを算出することができる。この結果、除害装置１６の除害性能を評価することができる。
【０１２７】
（作用効果）
本実施の形態によれば、前述した第４の実施の形態と同様の作用効果を有する。
【０１２８】
また、除害装置１６の前後におけるガス中の測定対象成分について、より正確な濃度を得ることができる。すなわち、測定する前記測定対象成分の濃度に応じて、前記試料ガスの圧力状態を変化させて、該測定対象成分の赤外吸収を測定することができるため、除害装置１６の前後におけるガス中の測定対象成分について、同じピーク領域に基づく検量線を用いて前記測定対象成分の濃度を得ることができる。これにより、前記測定対象成分の濃度をより正確に得ることができる。
【０１２９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１３０】
【実施例】
次に、本発明の一実施例について説明する。本実施例においては、図１に示す赤外吸収測定装置１００を用いて、ＳＦ６を測定対象成分として含む試料ガスに対して赤外吸収測定を行なった結果を示す。具体的には、ＳＦ６を窒素ガスに混合させて、試料ガスを既知の流量でセルに導入した。この試料ガスはポンプにて減圧された後、減圧された前記試料ガスをセルに導入して、赤外吸収を行なった。ＳＦ６の流量は、１２．５，２５，５０，１００［ｃｃ／分］の４種類とした。一般に、ＳＦ６の流量と、ＳＦ６の濃度とは比例関係を有する。なお、本実施例においては、赤外吸収測定にあたり１ｃｍ長のセルを用いた。また、ＳＦ６は主ピーク領域（９１０−１００９ｃｍ−１）について吸光面積を測定し、主ピーク領域に基づく検量線を用いてＳＦ６の定量を行なった。なお、ここで用いた検量線は、大気圧下で測定した場合のデータ（ＳＦ６の濃度および吸光面積）に基づいて作成されたものである。
【０１３１】
各濃度における前記試料ガスに対して赤外吸収を測定し、得られた赤外吸収波形からＳＦ６の吸光面積をそれぞれ求めた。この吸光面積から検量線を参照してＳＦ６の仮濃度を求めた。ここで、仮濃度をＭ１とし、前記検量線を作成するために使用された、測定対象成分を含むガスの赤外吸収測定時の圧力をＰ１とし、前記減圧時の前記試料ガスの圧力をＰ２とすると、前記試料ガス中の前記ＳＦ６の濃度Ｍ２は、前記式（１）で示される。この式（１）から、前述した各濃度の試料ガスについて、前記試料ガス中の前記ＳＦ６の濃度Ｍ２を求めた。
【０１３２】
前述した各濃度の試料ガスについて、ＳＦ６の流量と、ＳＦ６の濃度（Ｍ２）との関係を図１０に示す。また、図１０に、前述した各濃度の試料ガスについて、減圧を行なわずに赤外吸収を測定した結果を比較例として示す。
【０１３３】
実施例においては、図１０に示すように、ＳＦ６を含む試料ガスを減圧下で上記の各流量でセルに導入した場合、各流量の場合に算出されるＳＦ６の濃度は、流量に比例した。
【０１３４】
ところで、ＳＦ６を試料ガスに用いた場合、一般に、第１の実施の形態の欄で説明したＣＦ４の場合と同様に、高濃度の領域において検量線のリニアリティが小さいため、高濃度の領域では、正確な濃度が得られない場合がある。図１０を参照すると、比較例では、ＳＦ６の濃度が小さい領域では、ＳＦ６の流量とＳＦ６の濃度との間に比例関係が成立した。しかしながら、比較例において、ＳＦ６の濃度が大きい領域（具体的にはＳＦ６の流量が１００［ｃｃ／分］）では、ＳＦ６の流量とＳＦ６の濃度との間で比例関係が成立しなくなった。すなわち、比較例においては、ＳＦ６の流量が大きい領域では、ＳＦ６の流量が大きくなるにつれて、ＳＦ６の濃度の増加が小さくなった。
【０１３５】
これに対して、実施例では、ＳＦ６を含む試料ガスが減圧されることにより、ＳＦ６の流量が大きい領域においても、ＳＦ６の流量とＳＦ６の濃度との間に比例関係が得られた。
【０１３６】
以上により、本実施例によれば、ＳＦ６を含む試料ガスを減圧することにより、高精度でＳＦ６の濃度を測定することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図２】 第２の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図３】 第３の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図４】 第４の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図５】 第５の実施形態の赤外吸収測定装置を模式的に示す図である。
【図６】 ＣＨＦ３において、主ピーク領域および副ピーク領域それぞれにおける濃度と吸光面積との関係（検量線）を示す図である。
【図７】 ＣＦ４において、主ピーク領域および副ピーク領域それぞれにおける濃度と吸光面積との関係（検量線）を示す図である。
【図８】 ＣＦ４の主ピーク領域と副ピーク領域とを示す図である。
【図９】 ＣＦ４の主ピーク領域の拡大図である。
【図１０】 本発明の実施例の赤外吸収測定において、測定対象成分（ＳＦ６）の濃度と流量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０，１１０ 赤外吸収分析装置、 １１ 半導体製造装置、 １２ チャンバ、 １４ ポンプ、 １６ 除害装置、 １８ 反応ガス、 ２０，３０ 窒素ボンベ、 ２１，３１ セル、 ２２，３２ 圧力センサ、 ２３，３３ 温度センサ、 ２４ 排気ポンプ、 ２５，２７，３４，３７，４５ 弁、 ２６，４６ 排気ライン、 ２８，３８ ガス導入ライン、 ８７，９７ 三方弁、１００，２００，３００ 赤外吸収測定装置
Claims (4)
- 赤外吸収測定用の第１および第２のセルを含み、試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、
前記第１のセルに前記試料ガスを導入する第１のラインと、
前記第２のセルに前記試料ガスを導入する第２のラインと、を含み、
前記第１のセル内の前記試料ガスの圧力と、前記第２のセル内の前記試料ガスの圧力とが異なる、赤外吸収測定装置。 - 請求項１において、
前記第１のセル内の前記試料ガス中の前記測定対象成分と、前記第２のセル内の前記試料ガス中の前記測定対象成分とについて、同時に赤外吸収測定が行なわれる、赤外吸収測定装置。 - 赤外吸収測定用のセルを含み、試料ガス中の測定対象成分の赤外吸収を測定する赤外吸収分析装置と、
試料ガス導入切替部と、
前記試料ガス導入切替部に並列に接続され、前記セルに該試料ガスを導入する前記第１および第２のラインと、を含み、
前記試料ガス導入切替部は、前記第１のラインまたは前記第２のラインのいずれか一方に、前記試料ガスを導入する機能を有し、
前記セルには、前記第１のラインまたは前記第２のラインから前記試料ガスが導入され、
前記第１のラインから前記セルに導入された前記試料ガスの圧力と、前記第２のラインから該セルに導入された前記試料ガスの圧力とが異なる、赤外吸収測定装置。 - 請求項３において、
前記ガス導入切替部は、三方弁であり、
前記三方弁の切り替えによって、前記第１のラインまたは前記第２のラインのいずれか一方から前記セルに前記試料ガスが導入される、赤外吸収測定装置。
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