JP5008656B2

JP5008656B2 - 残留ガス分析計

Info

Publication number: JP5008656B2
Application number: JP2008507413A
Authority: JP
Inventors: 亨池田; 潤次青木; 興太郎瀧尻
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-03-09
Also published as: CN101405599A; JPWO2007111110A1; KR20080098427A; WO2007111110A1; US8054081B2; EP2006671A1; US20100134116A1; KR101057959B1; CN101405599B; TW200806983A

Description

本発明は、半導体装置などのチャンバ内の残留ガス分析などに用いられる残留ガス分析計に関するものである。

近年、半導体デバイスの高密度化・高機能化に伴い、成膜やエッチング工程のドライ化が急速に進んでいる。

高性能な製品を安定に作るためには、チャンバ内の状態を正確に把握し、プロセスを最適な状態に保つためにリアルタイム制御が不可欠になる。このための残留ガス分析計（ＲＧＡ：Residual Gass Analyzer）が強く求められている。

具体的にこの種の残留ガス分析計は、イオン源・質量分析部・検出部から成るセンサ部およびスペクトラコンバータ部を一体的に備えるセンサユニットと、このセンサユニットと外部のパソコンとの間に設けられそれぞれに対してケーブル接続されるインタフェース部とを具備して成るものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

そしてこの残留ガス分析計によれば、まず、イオン源に導入された残留ガスは、高温のフィラメントから放出された熱電子と衝突しイオン化される。生成されたイオンは、レンズで加速・収束されて、質量分析部に導かれる。質量分析部では、４本の円柱形電極（四重極）に直流及び交流電圧を印加し、イオンの質量がふるい分けられる。分離されたイオンは、ファラデーカップで電流として検出される。このイオン電流は、残留ガスの量（分圧）に比例しているため、残留ガスを精度良く測定することができる。
池田亨、「特集論文超小型残留ガス分析計ＰｒｅｓｓｕｒｅＭａｓｔｅｒＲＧＡシリーズ」、ＨＯＲＩＢＡＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔｓ、株式会社堀場製作所、２００４年３月、第２８号、ｐ．１２−１５

しかしながら従来の構成では、センサユニットとインタフェース部とが別体であるので、センサユニットを半導体装置の狭い場所に配して計測し得るように思えるものの、外部のパソコンとケーブル接続した状態でしか計測することができないため、事実上、センサユニットの取付場所に制限を受けてしまう。また、外部のパソコンがなければ、分析結果を表示させることもできない。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的は、半導体装置の狭い場所等にも好適に配して計測することができ、また、外部のパソコン無しで計測から計測結果の表示までを行うことができるといった、優れた残留ガス分析計を提供することにある。

すなわち、本発明に係る残留ガス分析計は、残留ガスを検知するセンサ部を備えて成るセンサユニットと、前記センサ部を制御するための操作を受け付ける操作部、前記センサ部の出力に基づいて残留ガスの分析処理を行う残留ガス分析処理部、および、残留ガス分析処理部での分析処理結果を画面表示する分析処理結果画面表示部を備える装置本体とを具備し、前記センサ部が、イオンを電荷対質量比に応じて分離する質量分析部を有し、前記装置本体が、前記センサユニットを取り付けるための取付面を有し、前記取付面に前記センサユニットを装着させた装着状態で、前記装置本体の操作部が操作されて、前記操作部が受け付けた操作により前記装置本体が前記質量分析部を制御することによりイオンを電荷対質量比に応じて分離して残留ガスの分析処理を開始するものであり、前記取付面から前記センサユニットが離脱した離脱状態で、前記装置本体の操作部が操作されて、前記操作部が受け付けた操作により前記装置本体が前記質量分析部を制御することによりイオンを電荷対質量比に応じて分離して残留ガスの分析処理を開始するものであることを特徴とする。

このようなものによれば、センサユニットを装置本体から離脱させれば、装置全体としては入らないような半導体装置の狭いところに配して使用することができる。また、センサユニットを装置本体に装着させれば、装置全体として単独で用いることができ取り扱い易い。また、センサ部を動作させるためにパソコン等の外部の装置の起動等が不要であり、使い勝手が良い。

すなわち、半導体装置の狭い場所等にも好適に配して計測することができ、また、外部のパソコン無しで計測から計測結果の表示までを行うことができるといった、優れた残留ガス分析計を提供することができる。

上述した効果を確保しながら、複数個所を同時に計測できるようにするには、１つの装置本体に対して、複数のセンサユニットのうち一のセンサユニットを装着し、他のセンサユニットを前記１つの装置本体から離脱させた状態で前記１つの装置本体または前記一のセンサユニットに対してシリアルまたはパラレル接続となるように有線接続または無線接続していることが望ましい。

本発明のセンサ部の望ましい態様としては、このセンサ部が、気体分子をイオン化するためのイオン源と、このイオン源から得られるイオンビームをイオンの電荷対質量比に応じて分離する四重極部と、この四重極部で分離したイオンビームを捕らえてイオン電流として検出するファラデーカップ検出部とを備えるものが挙げられる。

前記センサユニットが、前記ファラデーカップ検出部で検出したイオン電流を、電圧値を示すデジタル電圧信号に変換するスペクトラコンバータ部を備えるのであれば、センサユニットを装置本体から離脱させた状態で使用しても、例えば半導体装置に設けたマグネット等の影響を避けることができ、精度の良い測定を行うことができる。

本発明の操作部の望ましい態様としては、この操作部が、前記装置本体に設けた操作ボタンであるものが挙げられる。

また、使い勝手を一層良くするためには、前記操作部が、前記装置本体から着脱可能であることが望ましい。さらに、装置本体とは別体の操作部を設けるようにしても良い。

配線の簡略にするためには、前記１つの装置本体及び複数のセンサユニットが電極供給及び通信可能なケーブルを有し、それらケーブルが、電力供給可能なハブに接続されていることが望ましい。

このように本発明に係る残留ガス分析計は、センサユニットを装置本体から離脱させれば、装置全体としては入らないような半導体装置の狭いところに配して使用することができる。また、センサユニットを装置本体に装着させれば、装置全体として単独で用いることができ取り扱い易い。また、センサ部を動作させるためにパソコン等の外部の装置の起動等が不要であり、使い勝手が良い。

図１は本発明の一実施形態に係る残留ガス分析計を示す全体斜視図（装着状態）である。図２は同実施形態における残留ガス分析計を示す全体斜視図（離脱状態）である。図３は同実施形態における残留ガス分析計を示す正面図である。図４は同実施形態における残留ガス分析計を示す左側面図である。図５は同実施形態における残留ガス分析計を示す平面図である。図６は同実施形態における残留ガス分析計を示す右側面図である。図７は同実施形態における残留ガス分析計を示す底面図である。図８は同実施形態における残留ガス分析計を示す背面図である。図９は同実施形態におけるセンサ部の構成を模式的に示す構造断面図である。図１０は同実施形態における複数のセンサユニットの接続態様を示す図である。図１１は本発明の他の実施形態における残留ガス分析計を示す全体斜視図（装着状態）である。図１２は同実施形態における残留ガス分析計を示す全体斜視図（離脱状態）である。図１３はその他の実施形態における残留ガス分析計を示す全体構成図である。図１４はその他の実施形態における残留ガス分析計を示す全体斜視図（装着状態）である。

符号の説明

Ａ・・・残留ガス分析計、１・・・センサユニット、１１・・・センサ部、１２・・・スペクトラコンバータ部、２・・・装置本体、（Ｐ１）・・・装着状態、（Ｐ２）・・・離脱状態、２Ｂ・・・操作部（センサ操作ボタン）、２Ｐ・・・分析処理結果画面表示部（液晶パネル）、１１１・・・イオン源、１１３・・・四重極部、１１４・・・ファラデーカップ検出部

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態の残留ガス分析計Ａは、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８に示すように、残留ガスを検知するセンサ部１１およびスペクトラコンバータ部１２（図示せず）を一体的に備えて成るセンサユニット１と、このセンサユニット１を装着させた装着状態（Ｐ１）（図１参照）または離脱させた離脱状態（Ｐ２）（図２参照）をとる装置本体２とを具備して成るものである。以下、各部を具体的に説明する。

センサユニット１は、図１等に示すように、略直方体形状のセンサユニットケース１０に、センサ部１１と図示しないスペクトラコンバータ部１２や電源などを設けて成るものである。なお、本実施形態では、センサユニットケース１０の１つの端壁１０１からセンサ部１１の先端側を飛び出させている。また、該センサユニットケース１０の他の端壁１０２には、装置本体２から離脱させた際に、その装置本体２と該センサユニット１とをケーブルＣＡ接続するためのコネクタ１Ｃを設けている（図６参照）。本実施形態では、このコネクタ１Ｃに、ＲＳ−２３２Ｃコネクタを用いているが、ＵＳＢコネクタを用いるなど実施態様に応じて適宜変更可能である。また、センサユニットケース１０の底壁１００には、装置本体２の取り付け用に、その取付方向に沿って各部等断面形状を有する取付金具１ｘａ、１ｘｂ（以下、取付金具１ｘと総称する）を設けている（図２参照）。

センサ部１１は、図９に示すように、気体分子をイオン化するためのイオン源１１１と、このイオン源１１１から得られるイオンビームを加速・収束するレンズ１１２と、このレンズ１１２で加速・収束されてたイオンビームをイオンの電荷対質量比に応じて分離する四重極部１１３と、この四重極部１１３で分離したイオンビームを捕らえてイオン電流として検出するファラデーカップ検出部１１４とを備えるものである。

スペクトラコンバータ部１２は、前記ファラデーカップ検出部１１４で検出したイオン電流を、電圧値を示すデジタル電圧信号に変換するものである。

装置本体２は、図２等に示すように、正面パネル２０１や右側面パネル２０２などの複数のパネルから成る外観視略Ｌ字ブロック形状のものであって、ＣＰＵや内部メモリ等を搭載した回路部（図示せず）を内蔵して成る。そして、その内部メモリに記憶されたプログラムにしたがって、前記ＣＰＵや周辺機器を作動し、当該装置本体２が、前記センサ部１１の出力に基づいて残留ガスの分析処理を行う残留ガス分析処理部等としての機能を発揮するように構成している。

また、センサユニット１を装着した際には、センサユニットケース１０の頂壁１０３と当該装置本体２の頂面パネル２０３とが略面一となり（図４、図６参照）、且つ、センサユニットケース１０の端壁１０１と当該装置本体２の左側面パネル２０４とが、略面一となるようにしている（図５参照）。すなわち、装置本体２にセンサユニット１を装着したときには、当該残留ガス分析計Ａが、センサ部１１の先端部を除いて全体として略直方体形状となる。

正面パネル２０１は、複数の操作ボタン２Ｂを有するに加え、液晶パネル２Ｐ（本発明の「残留ガス分析処理部での分析処理結果を画面表示する分析処理結果画面表示部」に相当）などを有して成る。複数の操作ボタン２Ｂは、前記センサ部１１を制御するための操作を受け付けるセンサ操作ボタン（本発明の「操作部」に相当）や、表示態様を操作するための表示用ボタンなどから成る。

右側面パネル２０２には、電源スイッチ２Ｓと、当該装置本体２から離脱させたセンサユニット１にケーブル接続するためのコネクタ２Ｃと等を設けている。本実施形態では、このコネクタ２Ｃに、ＲＳ−２３２Ｃコネクタを用いているが、ＵＳＢコネクタを用いるなど実施態様に応じて適宜変更可能である。そして、このコネクタ２Ｃを利用することで、１つの装置本体２に対して、８つのセンサユニット１を、ケーブルＣＡ接続でシリアル接続できるようにしている（図１０参照）。具体的には、装置本体２に対して８つのうちの一のセンサユニット１を装着し、他の７つのセンサユニット１を前記装置本体２から離脱させた状態で前記一のセンサユニット１に対して順次シリアル接続できるようにしてある。これにより、例えば、８つのセンサユニット１で、半導体装置Ｂの８つのチェンバＢ１を一度に測定および管理することができる。

また、センサユニット１を取り付けるための取付面２００には、その取付方向に沿って各部等断面形状を有する取付金具２ｘを設けている（図２参照）。

次に上記構成の残留ガス分析計Ａの使用方法について説明する。

（１）センサユニット１を装置本体２から離脱させて使用する場合。

まず、センサユニット１を、装置本体２から離脱させる。

そして、離脱させたセンサユニット１と装置本体２とをケーブルＣＡ接続する（図２参照）。

次に、離脱させたセンサユニット１を、半導体装置の計測場所に取り付ける。

装置本体２のセンサ操作ボタンを操作して、測定を開始する。

測定を開始すると、センサ部１１では、まず、イオン源１１１が気体分子をイオン化する。そして、このイオン源１１１から得られるイオンビームを、レンズ１１２が加速・収束し、該レンズ１１２で加速・収束されてたイオンビームを、四重極部１１３がイオンの電荷対質量比に応じて分離する。この四重極部１１３で分離したイオンビームを、ファラデーカップ検出部１１４が捕らえてイオン電流として検出する。

そして、スペクトラコンバータ部１２が、前記ファラデーカップ検出部１１４で検出したイオン電流を、電圧値を示すデジタル電圧信号に変換し、装置本体２に測定データとして送信する。

このようにして得られた測定データは、装置本体２の残留ガス分析処理部によって分析処理され、その分析処理結果を、表示用ボタンの操作等によって液晶パネル２Ｐに表示することができる。

なお、測定で得られたデータは、内部メモリに一時的または半恒久的に記憶させておくことができる。

（２）センサユニット１を装置本体２に装着させて使用する場合。

センサユニット１を装置本体２に装着させた状態で、半導体装置の計測場所に取り付けて使用する以外は、（１）の場合と同様である。ただし、センサユニット１を半導体装置Ｂに取り付けた後、装置本体２を、センサユニット１に装着させるといったこともできる。このように、センサユニット１と装置本体２とを半導体装置Ｂに対して、個別的に順次取り付ける場合であっても、装置本体２は、外観視略Ｌ字ブロック形状を成しているので、略直方体形状のセンサユニット１に簡単に取り付けることができる。加えて、センサユニット１と装置本体２との間に、その取付方向に沿って各部等断面形状を有する取付金具１ｘ、２ｘをそれぞれ設けているので、センサユニット１と装置本体２とをスライド移動させながら簡単に取り付けることができる。また、センサユニット１と装置本体２とを取り付けた後は、取付金具１ｘ、２ｘによって取付方向と直行する方向にはがたつかない。

したがって、このような残留ガス分析計Ａによれば、センサユニット１を装置本体２から離脱させれば、装置全体としては入らないような半導体装置の狭いところに配して使用することができる。また、センサユニット１を装置本体２に装着させれば、装置全体として単独で用いることができ取り扱い易い。また、センサ部１１を動作させるためにパソコン等の外部の装置の起動等が不要であり、使い勝手が良い。

すなわち、半導体装置の狭い場所等にも好適に配して計測することができ、また、外部のパソコン無しで計測から計測結果の表示までを行うことができるといった、優れた残留ガス分析計Ａを提供することができる。

前記センサユニット１が、前記ファラデーカップ検出部１１４で検出したイオン電流を、電圧値を示すデジタル電圧信号に変換するスペクトラコンバータ部１２を備えるので、センサユニット１を装置本体２から離脱させた状態で使用しても、例えば半導体装置に設けたマグネット等の影響を避けることができ、精度の良い測定を行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、本実施形態では操作部を操作ボタン２Ｂとしているが、液晶パネル２Ｐを利用したタッチパネル式のものとすることもできる。

また、本実施形態では、分析処理結果を液晶パネル２Ｐに表示するようにしているが、当該残留ガス分析計Ａを、パソコン等の外部の装置から切り離してスタンドアローンとして用いるのである限り、その出力態様は実施態様に応じて適宜変更可能である。例えば、印字出力することを妨げない。

さらに、１つの装置本体２に対して、８つのセンサユニット１を、ケーブル接続でシリアル接続できるようにしているが、接続するセンサユニット１の個数は適宜変更可能である。また、ケーブル接続に代えて無線接続を採用することもできる。

その上、図１１、図１２に示すように、センサユニット１が、装置本体２を装着支持するといった実施態様も考えられる。

加えて、図１３に示すように、複数のセンサユニット１と、１つの装置本体２とを、電力供給可能な１つのハブ３００（いわゆるハブ電源）に接続するようにしても良い。具体的には、各センサユニット１が、電力供給及び通信可能なケーブルＣＡを有し、そのケーブルＣＡがハブ３００に接続される。また、装置本体２が電極供給及び通信可能なケーブルを有し、そのケーブルＣＡがハブ３００に接続される。これにより、複数のセンサユニット１を用いる場合であっても配線を簡単化することができる。

さらに加えて、図１４に示すように、前記操作部２Ｂを、前記装置本体２から着脱可能に構成しても良い。これにより、残留ガス分析計の使い勝手を一層向上させることができる。具体的には、前記実施形態における正面パネル２０１から、複数の操作ボタン２Ｂをリモコンとして着脱可能にしている。なお、装置本体とは別に操作用リモコンを設けても良い。このとき、操作用リモコンは、無線であっても、有線であっても良い。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明によれば、センサユニットを装置本体から離脱させれば、装置全体としては入らないような半導体装置の狭いところに配して使用することができる。また、センサユニットを装置本体に装着させれば、装置全体として単独で用いることができ取り扱い易くなる。また、センサ部を動作させるためにパソコン等の外部の装置の起動等が不要であり、使い勝手を良くすることができる。

Claims

残留ガスを検知するセンサ部を備えて成るセンサユニットと、
前記センサ部を制御するための操作を受け付ける操作部、前記センサ部の出力に基づいて残留ガスの分析処理を行う残留ガス分析処理部、および、残留ガス分析処理部での分析処理結果を画面表示する分析処理結果画面表示部を備える装置本体とを具備し、
前記センサ部が、イオンを電荷対質量比に応じて分離する質量分析部を有し、
前記装置本体が、前記センサユニットを取り付けるための取付面を有し、
前記取付面に前記センサユニットを装着させた装着状態で、前記装置本体の操作部が操作されて、前記操作部が受け付けた操作により前記装置本体が前記質量分析部を制御することによりイオンを電荷対質量比に応じて分離して残留ガスの分析処理を開始するものであり、
前記取付面から前記センサユニットが離脱した離脱状態で、前記装置本体の操作部が操作されて、前記操作部が受け付けた操作により前記装置本体が前記質量分析部を制御することによりイオンを電荷対質量比に応じて分離して残留ガスの分析処理を開始するものであることを特徴とする残留ガス分析計。
１つの装置本体に対して、複数のセンサユニットのうち一のセンサユニットを装着し、他のセンサユニットを前記１つの装置本体から離脱させた状態で前記１つの装置本体または前記一のセンサユニットに対してシリアルまたはパラレル接続となるように有線接続または無線接続していることを特徴とする請求項１記載の残留ガス分析計。
前記センサ部が、気体分子をイオン化するためのイオン源と、このイオン源から得られるイオンビームをイオンの電荷対質量比に応じて分離する四重極部と、この四重極部で分離したイオンビームを捕らえてイオン電流として検出するファラデーカップ検出部とを備えるものであることを特徴とする請求項１記載の残留ガス分析計。
前記センサユニットが、前記ファラデーカップ検出部で検出したイオン電流を、電圧値を示すデジタル電圧信号に変換するスペクトラコンバータ部を備えることを特徴とする請求項３記載の残留ガス分析計。
前記操作部が、前記装置本体に設けた操作ボタンであることを特徴とする請求項１記載の残留ガス分析計。
前記操作部が、前記装置本体から着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の残留ガス分析計。
前記１つの装置本体及び複数のセンサユニットが、電力供給可能なハブに接続されていることを特徴とする請求項２記載の残留ガス分析計。