JP3846800B2 - 発生ガス分析方法とその装置 - Google Patents
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Description
この昇温脱離分析法は、試料を配置する試料室と、試料室内の試料を加熱する加熱炉と、試料から脱離したガスを検出する検出手段としての質量分析計と、高真空雰囲気の測定環境を形成するためのターボ分子ポンプ(TMP)とを備えた昇温脱離分析装置によって実現される(例えば、特許文献1を参照)。
第2の試料を試料室内に配置し、第1の測定ステップと同等の昇温速度で加熱し、試料室と連通する測定室にて当該第2の試料からの発生ガス量を検出する第2の測定ステップとを含み、
各測定ステップの検出結果に基づき、各試料相互の発生ガス量を比較することを特徴とする。
第1の試料から測定対象物質が除外された試料を第2の試料として、第2の測定ステップを実施し、
さらに、測定対象物質からの発生ガス量を算出する補正ステップを含む方法とすることができる。
試料室内に配置された試料の温度をあらかじめ設定した温度まで加熱して保持するとともに、測定室内があらかじめ設定した真空度になったとき、測定を開始することが好ましい。
加熱炉制御手段が、
試料室に配置した第1の試料を加熱する第1の測定ステップと、試料室に配置した第2の試料を加熱する第2の測定ステップとを、同等の昇温速度でそれぞれ実行し、
データ処理手段が、
各測定ステップでの脱離ガス検出手段による検出結果に基づき、各試料相互の発生ガス量を比較することを特徴とする。
測定対象物質と非測定対象物質とを含む試料を第1の試料として実施された第1の測定ステップでの脱離ガス検出手段による検出結果と、
第1の試料から測定対象物質が除外された試料を第2の試料として実施された第2の測定ステップでの脱離ガス検出手段による検出結果とに基づき、
測定対象物質からの発生ガス量を算出する構成とすることが好ましい。
同一温度に関し各測定ステップで得られた検出結果を演算処理して、測定対象物質からの発生ガス量を算出する構成とすることが好ましい。
測定室内を真空排気する真空排気手段と、
測定室内の真空度を測定する真空度測定手段とを備え、
脱離ガス検出制御手段が、
試料室内に配置された試料温度があらかじめ設定した温度にまで加熱され、かつ測定室内があらかじめ設定した真空度になったとき、脱離ガス検出手段から出力される検出結果の記録を開始する構成とすることもできる。
試料室内に配置された試料をあらかじめ設定した温度にまで加熱して保持するとともに、測定室内があらかじめ設定した真空度になったとき、あらかじめ設定してある所定の昇温速度をもって試料室内に配置された試料を加熱させる構成とすることができる。
図1は本発明の実施形態に係る昇温脱離分析装置(発生ガス分析装置)を模式的に示す構成図である。
同図に示す昇温脱離分析装置は、試料室1と測定室2とを連通した構成の装置本体3を備えている。試料室1の周囲には、加熱手段としての赤外線加熱炉4が設置してあり、試料室1内に配置した試料Sを、その周囲から赤外線加熱炉4で均一に加熱することができる。試料Sは、試料ホルダに保持された状態で試料室1の中空部内に配置される。試料ホルダには試料温度測定手段としての熱電対6が装着してあり、この熱電対6によって試料温度が測定される。
パーソナルコンピュータ11は、周知のとおり、中央処理部(CPU)20、ROM21(Read only memory)、RAM22(Random access memory)、記憶部23(例えば、ハードディスク)を備えており、これら各部がバス24を介して相互にデータをやりとりできる内部構造となっている。また、パーソナルコンピュータ11には、入出力インターフェース25a,25b、25c、25dを介して熱電対6、真空計10、加熱炉制御回路12、MS制御回路13が接続されている。さらに、パーソナルコンピュータ11は、キーボードやマウス等の操作部26および液晶ディスプレイ等の表示部27を備えている。
パーソナルコンピュータ11に格納された発生ガス分析プログラムには、図3に示すような設定画面が組み込まれており、この設定画面で測定開始条件と測定条件とを操作者が設定できるようになっている。
測定開始条件としては、測定開始時の試料温度(測定開始温度)と測定室2内の真空度(測定開始真空度)の双方を設定するようになっている。中央処理部20は、試料Sが設定された測定開始温度まで加熱され、かつ測定室2内が設定された測定開始真空度に到達したとき、加熱炉制御回路12とMS制御回路13とに測定開始の指令信号を出力する。
なお、必要に応じ、測定室2内の真空度を先行して測定開始真空度に保持しておき、試料温度が測定開始温度に到達したとき、測定を開始するように構成することも可能である。
本実施の形態では、半導体ウエハに形成された薄膜を測定対象物質として説明する。半導体ウエハは、シリコン基板の表面に薄膜が形成されおり、これを本実施形態では第1の試料とする。第1の試料には、測定対象物質である薄膜とともに、シリコン基板やそこに付着した汚染物質などの非測定対象物質が含まれている。
一方、製膜まえのシリコン基板を第2の試料とする。この第2の試料には、測定対象物質である薄膜が除外されており、シリコン基板やそこに付着した汚染物質などの被測定対象物質のみが含まれている。
〔第2の測定ステップ〕
まず、第2の試料を試料ホルダに装着して試料室1の中空部内に配置し、第2の測定ステップを実施する(ステップS1)。
第2の測定ステップでは、パーソナルコンピュータ11の中央処理部20が、熱電対から送られてくる温度測定データを監視しており、試料温度があらかじめ設定してある測定開始温度に到達したとき、その測定開始温度を保持するように中央処理部20から加熱炉制御回路12へ指令信号が出力される。加熱炉制御回路12はこの指令信号にしたがって赤外線加熱炉4を制御し、試料室1内の試料Sの温度を測定開始温度に保持する。
次に、第1の試料を試料ホルダに装着して試料室1の中空部内に配置し、第2の測定ステップと同一の測定開始条件および測定条件をもって、第1の測定ステップを実施する(図4のステップS2)。
第1の測定ステップでも、第2の測定ステップと同様に、パーソナルコンピュータ11の中央処理部20が、熱電対6から送られてくる温度測定データを監視しており、試料温度があらかじめ設定してある測定開始温度に到達したとき、その測定開始温度を保持するように中央処理部20から加熱炉制御回路12へ指令信号が出力される。加熱炉制御回路12はこの指令信号にしたがって赤外線加熱炉4を制御し、試料室1内の試料Sの温度を測定開始温度に保持する。
次に、試料温度を照合して、各測定ステップにおける同一試料温度での発生ガス量を求め、補正ステップを実施する(図2のステップS3,S4,S5)。すなわち、パーソナルコンピュータ11の中央処理部20は、記憶部23に保存された各測定ステップにおける検出結果を読み出し、それらを比較して第1の試料に含まれる測定対象物質の発生ガス量を算出する。
なお、ここでは、検出データの所望の温度範囲を直線補完して試料温度を関数とした連続的な検出データを求めたが、直線補完の代わりに関数近似、スプライン近似などを用いてもよい。
例えば、昇温脱離分析法以外の発生ガス分析にも適用することができる。
また、上述した実施の形態では、パーソナルコンピュータ11に格納された発生ガス分析プログラムに、測定開始条件として測定開始真空度をあらかじめ設定しておき、中央処理部20が真空計10からの真空度測定データを監視していたが、これに限定されず、例えば、真空計10に測定開始真空度の設定機能をもたせ、真空計10が測定室2内の真空度を直接監視し、測定開始真空度に達したとき、中央処理部20へ検出信号を出力する構成としてもよい。この場合、中央処理部20は、この検出信号をトリガとして、測定開始の指令信号を出力する。
図8はその測定結果を示す図であり、各測定温度で質量分析計により検出された脱離ガスのイオン強度(TPD)とそのときの真空度が表示されている。図9は図8の測定開始部分を拡大して示す図である。
次に、白金セル(非測定対象物質)のみを先の測定(第2の測定ステップ)と同等の昇温速度をもって加熱し、昇温脱離ガス分析を実施した。
図10はその測定結果を示す図であり、各測定温度で質量分析計により検出された脱離ガスのイオン強度(TPD)とそのときの真空度が表示されている。図10は図11の測定開始部分を拡大して示す図である。
上記のとおり各測定ステップにおける測定開始時点の真空度と温度をほぼ同一としたことにより、各測定ステップの測定結果を同一測定条件のもとで比較することが可能となり、その結果、適正にブランクを除去して測定対象物質から脱離したガスのイオン強度を高精度に検出することができた(図12参照)。
2:測定室
3:装置本体
4:赤外線加熱炉
6:熱電対
7:質量分析計
8:ターボ分子ポンプ
9:真空ポンプ
10:真空計
11:パーソナルコンピュータ
12:加熱炉制御回路
13:MS制御回路
20:中央処理部
21:ROM
22:RAM
23:記憶部
24:バス
25a〜25d:入出力インターフェース
26:操作部
27:表示部
Claims (4)
- 測定対象物質と非測定対象物質とを含む第1の試料を試料室内に配置し、所定の昇温速度で加熱し、前記試料室と連通する測定室にて当該第1の試料からの発生ガス量を検出する第1の測定ステップと、
前記第1の試料から測定対象物質が除外された第2の試料を試料室内に配置し、前記第1の測定ステップと同等の昇温速度で加熱し、前記試料室と連通する測定室にて当該第2の試料からの発生ガス量を検出する第2の測定ステップとを含み、
前記各測定ステップの検出結果に基づき、各試料相互の発生ガス量を比較する発生ガス分析方法であって、
前記各測定ステップを、同一の測定条件下で実施するとともに、
前記各測定ステップは、前記試料室内に配置された試料の温度と前記測定室内の真空度とを監視し、前記試料室内に配置された試料の温度をあらかじめ設定した温度まで加熱して保持し、かつ前記測定室内があらかじめ設定した真空度になったとき測定を開始することを特徴とする発生ガス分析方法。 - 請求項1の発生ガス分析方法において、
さらに、前記測定対象物質からの発生ガス量を算出する補正ステップを含むことを特徴とする発生ガス分析方法。 - 請求項2の発生ガス分析方法において、
前記補正ステップでは、同一温度に関し各測定ステップで得られた検出結果を演算処理して、前記測定対象物質からの発生ガス量を算出することを特徴とする発生ガス分析方法。 - 試料を配置する試料室と、試料室内の試料を加熱する加熱炉と、試料の温度を測定する試料温度測定手段と、当該試料温度測定手段の検出結果に基づき前記加熱炉の温度を制御する加熱炉制御手段と、前記試料室と連通する測定室と、当該測定室内にて試料から脱離したガスを検出する脱離ガス検出手段と、当該脱離ガス検出手段を制御する脱離ガス検出制御手段と、前記脱離ガス検出手段による検出結果を試料温度との関係をもって分析処理するデータ処理手段と、前記測定室内を真空排気する真空排気手段と、前記測定室内の真空度を測定する真空度測定手段とを備え、
前記脱離ガス検出制御手段は、
前記試料室内に配置された試料温度があらかじめ設定した温度にまで加熱され、かつ前記測定室内があらかじめ設定した真空度になったとき、前記脱離ガス検出手段から出力される検出結果の記録を開始し、
前記加熱炉制御手段は、
前記試料室に配置した測定対象物質と非測定対象物質とを含む第1の試料を加熱する第1の測定ステップと、前記試料室に配置した前記第1の試料から測定対象物質が除外された第2の試料を加熱する第2の測定ステップとを、前記試料室内に配置された試料をあらかじめ設定した同一の温度にまで加熱して保持し、かつ前記測定室内があらかじめ設定した同一の真空度になったとき、あらかじめ設定してある同等の所定の昇温速度をもって前記試料室内に配置された試料を加熱させる構成であり、
前記データ処理手段は、
同一温度に関し前記各測定ステップで得られた前記脱離ガス検出手段による検出結果を演算処理して、前記測定対象物質からの発生ガス量を算出するとともに、各試料相互の発生ガス量を比較することを特徴とする発生ガス分析装置。
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