JP5016031B2 - 質量分析ユニット - Google Patents

Description

本発明は、質量分析ユニットに関する。
本出願は、特願２００７−１２９４０８号を基礎出願とし、その内容を取り込む。

半導体装置やＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）の製造工程では、様々な真空装置が利用されている。その真空装置のプロセス管理を行うため、四重極型の質量分析装置が使用されている。この質量分析装置は、分析対象ガスに含まれる様々な物質の、質量電荷比（質量数／電荷数）ごとの分圧を測定する装置である。また、近年では、材料の分析、たんぱく質等の生体高分子化合物の解析、セキュリティ分野等、多岐に亘って使用されており、ますます需要は拡大していく傾向にある。

四重極型の質量分析装置は、質量分析管内でイオン源部であるフィラメントに通電して熱電子を放出させ、それによって気体を電離してイオンを生成させる。イオン化されたイオンを検出するイオン検出器には、Ｃｕ−Ｂｅ合金、酸化アルミニウム(ＡｌＯ)等からなる２次電子増倍管が多く利用されている。
ところで、質量分析装置の使用上の注意を誤ると、フィラメントやイオン検出器の故障に繋がってしまう。また、フィラメントやイオン検出器には各々寿命があり、その寿命を越えると正確な測定ができなくなってしまう。そこで、フィラメントや、イオン検出器の故障防止、寿命計測、寿命を延命させるために、例えば、以下のような構成が開示されている。

フィラメントは圧力が概略１Ｐａ以下でなければ点灯することができず、それ以上の圧力では、フィラメントが断線してしまう虞がある。そこで、フィラメントや、イオン検出器の故障防止のために、特許文献１では、質量分析装置に真空計の圧力検出部を設置してフィラメントの断線を防いでいる。また、特許文献２では、フィラメントの過電防止回路を付加してフィラメントの断線を防いでいる。また、特許文献３では、フィラメント電流を検出してフィラメントの寿命を予測している。

一方、イオン検出器の寿命を延命させるために、特許文献４では、不要なイオン検出を避けることにより検出器の寿命を延命している。また、特許文献５では、キャリブレーションガスのガス流量をマススペクトルパターンで決定することにより、流量を最適化して、イオン検出器の感度劣化防止、イオン源部の汚れの検知を行っている。また、特許文献６では、イオン検出器に使用する材料と構造を選択することにより、イオン検出器の寿命を延命している。

また、質量分析装置は、上述したように使用圧力以下でなければ作動させることができない。そこで、圧力が高い場合は、差動排気系と呼ばれるポンプシステムを利用し、質量分析装置に差動排気系を加えて質量分析ユニットを構成することがある。この場合、ポンプシステムが故障してしまうと、質量分析装置の故障に繋がることがある。これを防ぐために、例えば、特許文献７では、ポンプの異常発生前後の各状態に応じて、異常未発生時における予防保全対応策と、異常発生時における不具合対応法と、異常発生後における危険回避対応法とのそれぞれを、表示、電気信号出力、若しくは音声出力により予防保全している。
特開２００４−３４９１０２号公報 特許第３７３４９１３号公報 特開平７−１５１８１６号公報 特開平９−２２６８１号公報 特開平８−３２１２７７号公報 特開平９−１７０１８３号公報 特開２００４−１７７２１３号公報 特開平５−２７５０５２号公報 特開平５−１０９８６０号公報

半導体装置、ＦＰＤ等の製造工程では、エッチング装置や、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等を用いる。このような装置に質量分析ユニットを用いる場合、エッチング装置に導入される腐食性・ハロゲン系ガス、またはＣＶＤ装置に充填される金属・絶縁膜を堆積させるためのガスが、フィラメントやイオン検出器に悪影響を与えてしまう。例えば、フィラメントが腐食性・ハロゲン系ガスに曝されると、酸化イットリアからなるフィラメントの表面のコーティングが剥がれ、最終的にはフィラメントの断線や、フィラメントとグリッドとの間に流れるエミッション電流が流れなくなる等の異常が発生する虞がある。また、イオン検出部である２次電子増倍管は、その金属表面にイオンを高速で衝突させることで、２次電子を発生させるものであるため、金属表面に金属・絶縁膜が堆積してしまうと、２次電子が発生しにくくなってしまう虞がある。そこで、特許文献８，９には、成膜中においても反応ガスモニタを可能にする技術が提案されている。なお、上述した腐食性・ハロゲン系ガスや金属・絶縁膜を堆積させるためのガスのように、質量分析ユニットにおける特定部位の機能を低下させるガスを、以下には「特定ガス」という。

また、質量分析ユニットの寿命、性能が向上し、需要が拡大する一方で、質量分析ユニットの使用上の注意点を意識せずに使用するユーザーが増加している。具体的には、質量分析ユニットは測定する装置、ガス等、用途に応じて使い分けなければならないが、その用途を考慮せずに使用されることがあるため、質量分析ユニットに予期しない特定ガスが導入されてしまうことがある。これにより、フィラメントやイオン検出器等が製品寿命に至らずに故障に至ることが多くなってきている。

また、前述したようにフィラメントやイオン検出器等は寿命がある部品であるため、定期的に交換しなければならないが、交換の時期は、使用状態、使用状況に応じて変動してしまう。したがって、交換の時期が判断し難く、使用不能になって正しく測定できなくなってから交換することで、質量分析ユニットの使用停止期間が長くなってしまう問題がある。また、まだ使用可能であるにも関わらず事前に交換してしまうことで、資源やコストのロスに繋がってしまう問題もある。

また、フィラメントやイオン検出器等を交換する際や、ポンプのオーバーホールの際には、特定ガスがフィラメントやイオン検出器等に付着している可能性があるため、作業者の安全を確保しなければならない。従来、作業者は交換時やオーバーホール時毎に、特定ガスの導入履歴を、事前にユーザーに確認してから作業に着手しているため、交換作業に手間が生じていた。

さらに、質量分析ユニットをエッチング・ＣＶＤ装置に使用する場合、測定中でも質量分析部と差動排気系に使用するポンプとを加熱しておくことにより、金属・絶縁物が付着しないようにしている。ポンプには、腐食・ハロゲンガスを希釈するために、パージガス（例えば、Ｎ_２）を流している。測定終了後、上述した腐食性・ハロゲン系ガスや金属・絶縁膜を堆積させるためのガス等が導入されていない場合には、質量分析管、ポンプの加熱及びポンプのパージをする必要がない。それにもかかわらず、質量分析管、ポンプの加熱及びポンプのパージを作動し続けると、電力とガスを浪費してしまうという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、特定部位の機能低下を防止することができ、特定部位の劣化時期を正確に把握できる質量分析ユニットの提供を目的とする。
また、補修対称部品の補修作業等を効率的に行うことができ、省電力化を図ることができる質量分析ユニットの提供を目的とする。

（１）本発明の他の質量分析ユニットは、被測定ガスの質量電荷比ごとのイオン電流値を検出して分圧を測定する質量分析部を備えた質量分析ユニットであって、この質量分析ユニットの特定部位の機能を低下させる特定ガスの質量電荷比の記録を予め保持する制御部をさらに備え；前記質量分析部により検出された前記特定ガスのイオン電流値とこのイオン電流値を検出した検出時間との積分値が所定値以上となった場合に、前記制御部が、前記特定部位の機能低下を示す警告信号を出力するとともに、前記特定部位に対する電圧の印加を解除して前記特定部位の機能を停止させ；前記所定値は、前記特定部位が劣化するまでの前記イオン電流値と、前記検出時間との積分値以下である。
この構成によれば、特定部位の機能低下の警告信号を出力することで、特定ガスのイオン電流値とその検出時間との積分値に対応する特定部位の経時変化を、正確に知らせることができる。また、特定部位に印加されている電圧の印加を解除して特定部位の機能を停止させることで、特定部位のさらなる経時変化を抑制することもできる。

この場合、質量分析ユニットにおける特定部位の寿命を正確に知らせることができ、これに応じてユーザーは、交換の時期を判断することができる。よって、特定部位が使用不能になってから交換したり、まだ使用可能であるにも関わらず事前に交換してしまったりすることを防ぐことができる。したがって、特定部位を最大限に使用することができるため、コストを抑えることができるとともに、省資源化を図ることもできる。

本発明の質量分析ユニットによれば、質量分析ユニットにおける特定部位の機能を低下させる特定ガスの質量電荷比が制御部に記録され、その特定ガスのイオン電流値が所定値を超えた場合に、特定部位の機能低下の警告信号を出力する。これにより、予期しない特定ガスが導入された場合や、ユーザーが特定ガスの質量電荷比を認識していない場合でも、質量分析ユニットにおける特定部位の機能低下の可能性を即座に知らせることができる。よって、特定ガスで特定部位が機能低下することを防ぐことができるため、質量分析ユニットを長期間にわたって効率的に使用することできる。
また、特定ガスの質量電荷比のイオン電流値が質量分析部により検出された場合に、特定ガスの情報および／または補修対象部品の情報を記録することで、補修対象部品への特定ガスの付着有無を正確かつ迅速に確認することが可能になる。したがって、ユーザー以外の作業者が補修対象部品の補修作業を行う際においても、作業者の安全を確保した上で効率的に作業を行うことができる。
また、質量分析ユニットにおける特定部位の機能を低下させる特定ガスが導入されていない場合に、特定部位保全手段を停止させることで、質量分析ユニットの省電力化を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る質量分析ユニットのブロック図である。 図２は、同実施形態に係る測定部の内部構造を示す断面図である。 図３は、同実施形態に係る質量分析ユニットを装着したエッチング装置を示す概略構成図である。 図４は、質量電荷比とイオン電流値との質量スペクトルを示すグラフである。 図５は、エッチングプロセス中において時間と特定ガスのイオン電流値の変化との関係を、エッチング装置と質量分析ユニットとの作用に対応させたグラフである。 図６は、同実施形態における質量分析ユニットの予防保全方法を示すフローチャートである。 図７は、同実施形態における質量分析ユニットの予防保全方法を示すフローチャートである。 図８は、同実施形態に係る質量分析ユニットの部品管理方法における測定部、ポンプの製造番号と特定ガスの記録例である。 図９は、同実施形態における質量分析ユニットの省電力化方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 質量分析部
１０ 質量分析ユニット
２２ イオン源部（特定部位、補修対象部品）
２７ イオン検出部（特定部位、補修対象部品）
６３ 制御部
８０ ターボ分子ポンプ（補修対象部品）
８１ フォアポンプ（補修対象部品）
８２ ベーキングヒータ（特定部位保全手段）
８４ 希釈ガス供給部（特定部位保全手段）

本発明の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（質量分析ユニット）
図１は、本実施形態に係る質量分析ユニットのブロック図を示す。
質量分析装置には、磁場偏向型や四重極型等が存在するが、本実施形態では、トランスデューサ型の四重極型質量分析装置を例として説明する。四重極型の質量分析装置は、被測定ガス中に存在するガスの種類とそれぞれのガスの分圧を計測する。

本実施形態に係る質量分析ユニット１０は、質量分析部１と、この質量分析部１に導入される被測定ガスの圧力を所定値まで減圧する差動排気部２０と、これら質量分析部１及び差動排気部２０を制御する制御用ＰＣ（制御部）６２とを備えている。質量分析部１は、被測定ガスの質量電荷比ごとの分圧を測定する測定部１２と、この測定部１２に連続的に設けられてかつ、制御用ＰＣ６２から出力される信号に基づいて測定部１２を駆動する電気系部１４とを備えている。

差動排気部２０は、被測定ガスを測定部１２に導入するガス導入部２４と、前記測定部１２内に導入される被測定ガスの一部を減圧するターボ分子ポンプ８０（補修対象部品）と、このターボ分子ポンプ８０に連結するフォアポンプ（補修対象部品：例えば、ダイアフラムポンプ）８１とを備えている（以下、両ポンプを合わせてポンプ８０，８１という）。

ガス導入部２４は、被測定ガスの選択を可能とする選択バルブＶ１，Ｖ２を備えている。選択バルブＶ２側にはオリフィスが組み合わされており、選択バルブＶ１に比べ、測定部１２に導入されるガス量を絞って小さくできるようになっている。すなわち、測定部１２に導入するガス量を小さくする場合には、選択バルブＶ２を選択すればよい。
差動排気部２０は、測定部１２内における被測定ガスの圧力が、測定部１２が良好に動作する範囲（１０^−２Ｐａ以下の範囲）以上である場合に駆動させることで、測定部１２内の圧力を所定の圧力まで減圧させる。

測定部１２にはベーキングヒータ８２ａ（特定部位保全手段）が接続され、ポンプ８０にはベーキングヒータ８２ｂ（特定部位保全手段）が接続され、ポンプ８１にはベーキングヒータ８２ｃ（特定部位保全手段）が接続されている。ベーキングヒータ８２ａは、測定部１２内に存在する水分を蒸発させ、測定部１２内に存在する水蒸気を排出させることで、測定部１２内を減圧する。ベーキングヒータ８２ｂ，８２ｃは、ポンプ８０，８１内を加熱して、ポンプ８０，８１内に被測定ガスから生成される金属・絶縁膜が付着するのを防ぐ。

また、測定部１２とターボ分子ポンプ８０との間には、ポンプ８０，８１内に流れる被測定ガスを希釈するための希釈ガス供給部８４（特定部位保全手段）が接続されている。本実施形態において、この希釈ガス（パージガス）は、例えば窒素（Ｎ_２）等が用いられる。

制御用ＰＣ６２は、制御部６３とメモリ部６４と表示部６５とを備えている。制御部６３は、測定部１２で検出された質量電荷比とそれに応じたイオン電流値とに基づいて電気系部１４に出力信号を送り、質量分析部１及び差動排気部２０の動作を制御する。メモリ部６４には、後述する所定値や各データが記録及び保存される。表示部６５は、ユーザーに対して測定部１２の情報を視認可能にするものであり、制御部６３により検出された質量電荷比とそれに応じたイオン電流値の大きさや、後述する警告表示等の各種情報が表示される。イオン電流値は、入射イオンの量に比例するため、イオン電流値の大きさからその質量電荷比を有するイオンの量が分かる。その結果、真空装置内の各気体の分圧等が認識可能となる。
なお、制御用ＰＣ６２により行われる制御、操作、各種情報の表示等を、電気系部１４により行ってもよい。

図２は、測定部１２の内部構造を示す図である。
図２に示すように、測定部１２は、有底の金属製の容器１１を有している。この容器１１は一方が開口された円筒形状からなり、内部に質量選別部２が配置され、開口２９側が、後述する真空装置に接続されている。
まず、質量選別部２について説明すると、この質量選別部２は、取付筒７３と、イオン源部２２と、四重極２３と、イオン検出部２７とを有している。
取付筒７３は、絶縁物が円筒形状に成形されており、その二個の開口のうち、一方が容器１１の開口２９側に向けられ、他方がイオン検出部２７に向けられている。

四重極２３は、金属製円柱から成る四本の電極で構成されており、取付筒７３の内部に配置されている（図２では二本が見えている）。また、四重極２３を構成する四本の電極は、それぞれ取付筒７３の中心軸線に沿った方向に向けられており、互いに所定間隔を開けて取付筒７３内部の壁面にネジ止め固定されている。

イオン源部２２は、熱フィラメントであり、例えばイリジウム（Ｉｒ）線に酸化イットリアがコーティングされたものが用いられている。イオン源部２２は、取付筒７３の開口付近であって、その開口と、容器１１の開口２９との間の位置に配置されている。また、イオン源部２２と四重極２３の間には、スリット７４が配置されている。

測定する真空装置の内部に存する気体は、容器１１の開口２９を通って容器１１の内部に進入するため、容器１１内部の雰囲気は、真空装置の内部の雰囲気と同じになっている。従って、イオン源部２２周囲の雰囲気は、真空装置の内部の雰囲気と同じ組成になっている。

イオン源部２２に通電し、イオン源部２２から熱電子を放出させると、その熱電子がイオン源部２２周囲に存する気体分子に衝突し、イオンが生成される。
スリット７４は、小孔７５を有しており、その小孔７５が、四重極２３を構成する四本の電極の間に位置している。イオン源部２２によって生成されたイオンは、スリット７４の小孔７５を通過して四重極２３の内部に進入する。

四重極２３を構成する各電極には、直流バイアス電圧に所定周波数の交流電圧が重畳された電圧が印加されている。四重極２３の内部に進入したイオンは、直流バイアス電圧の大きさと、交流電圧の大きさとに応じた質量電荷比を有するものだけが、四重極２３の間を通過する。従って、それらの大きさを変化させると、所望の質量電荷比のイオンだけを通過させることができる。

取付筒７３とイオン検出部２７との間には、スリット７６が配置されている。
したがって、四重極２３の内部を通過したイオンは、スリット７６の小孔７７に向かって飛行し、小孔７７を通過してイオン検出部２７に入射する。

イオン検出部２７にイオンが入射するとイオン電流が検出される。イオン検出部２７には、Ｃｕ−Ｂｅ合金、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）等からなる２次電子増倍管やＳＵＳ等からなるファラデーカップが用いられるが、本実施形態においては、２次電子増倍管を用いている。２次電子増倍管は、その金属表面にイオンを高速で衝突させることで、２次電子を発生させ、１つのイオンが数倍に増幅するため、検出の感度を向上させることができる。

（質量分析ユニットの使用方法）
次に、図３に基づいて、本実施形態に係る質量分析ユニット１０の使用方法について説明する。
図３は、本実施形態に係る質量分析ユニット１０を装着した真空装置の概略構成図である。

以下には、質量分析ユニット１０を装着する真空装置として、誘導結合方式（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）の反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）装置５０を例に挙げて説明する。反応性イオンエッチング装置５０（以下「エッチング装置５０」という）は、気密封止されたチャンバ５２を備えている。そのチャンバ５２には、エッチングガスの給気手段５３及びチャンバ５２内のガスの排気手段５４が接続されている。チャンバ５２の内部には、基板５を載置するステージ５５が設けられている。エッチング生成物がチャンバ５２の内壁に付着するのを防止するため、ステージ５５を取り囲むように防着板５９が設けられている。

一方、チャンバ５２の内部にプラズマを発生させるため、チャンバ５２の上方にはアンテナ５７が配置され、そのアンテナ５７がプラズマ用高周波電源５８に接続されている。
このように構成されたエッチング装置５０においてエッチングを行うには、まずステージ５５に基板５を載置し、基板５を所定温度に保持する。次に、給気手段５３からエッチングガスを供給し、チャンバ５２を所定圧力に保持する。次に、プラズマ用高周波電源５８を駆動して、アンテナ５７に高周波電圧を印加する。これにより、チャンバ５２の内部にプラズマが発生し、エッチングガスが励起されて、イオンやラジカル等の活性種が生成される。ここで生成されたラジカルが基板５に作用し、エッチング対象物を含む揮発性物質が生成されて、エッチング処理が行われる。

このエッチング装置５０は、チャンバ５２から離間配置された制御用ＰＣ６２に接続されており、制御用ＰＣ６２によってエッチング装置５０の動作を制御できる。つまり、制御用ＰＣ６２は、質量分析ユニット１０とエッチング装置５０との双方に接続され、質量分析ユニット１０の制御とエッチング装置５０の制御との双方を行えるようになっている。

上記エッチングガスとしては、フッ酸（ＨＦ），塩素（Ｃｌ）等の腐食性・ハロゲン系ガスが用いられる。
チャンバ５２の側壁に設けられたガス供給チューブは、質量分析ユニット１０におけるガス導入部２４を構成する選択バルブＶ１，Ｖ２に接続されている。そして、ガス導入部２４を介して、前記測定部１２に被測定ガスが導入されるようになっている。

本実施形態の質量分析の原理は、差動排気部２０を用い、被測定ガス（特定ガス）を質量分析部１の測定部１２に導入する。次に、イオン源部２２の熱フィラメントで生成された熱電子により、導入されたガス分子をイオン化する。次に、四重極２３における４本のロッドに直流電圧及び交流電圧による電場を加え、イオン源部２２から入射したイオンのうち特定の質量電荷比をもつイオンのみを通過させる。次に、イオン検出部２７において、四重極２３を通過したイオンをイオン電流として検出する。そして、四重極２３に印加する電場をスイープさせ、質量電荷比ごとにイオン電流を測定し、ガスの種類とそれぞれのガスの分圧を計測する。

ここで、図４は、チャンバ５２内にエッチングガスとしてフッ酸（ＨＦ）が導入された場合の、質量電荷比（ｍ／ｚ）に対するイオン電流値（Ａ）の質量スペクトルを示すグラフである。
図４に示すように、フッ酸の質量電荷比は、ｍ／ｚ＝２０であるので、ｍ／ｚ＝２０にピーク（２．５０×１０^−１０（Ａ））が出現していることがわかる。これにより、チャンバ５２内にフッ酸（ＨＦ）が導入されていると判断することができる。

ここで、図５は、時間（Ｔ）と特定ガスのイオン電流値（Ｉ）の変化との関係を、エッチング装置と質量分析ユニットとの作用に対応させた図である。
図５に示すように、まず時刻Ｔ０において質量分析ユニット１０を作動させると、制御部６３から、ベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃおよび希釈ガス供給部８４の作動開始信号が出力される。これにより、測定部１２及びポンプ８０，８１の加熱、並びにポンプ８０，８１のパージを開始する。

測定部１２及びポンプ８０，８１が十分に加熱された時点（時刻Ｔ１）で、プロセス開始信号に基づいて、測定部１２によりチャンバ５２内の質量電荷比ごとの分圧の測定を開始する。そして、プロセス開始信号に基づいて、チャンバ５２内にエッチングガスを導入し、エッチングが行われる。エッチング終了後、プロセス停止信号に基づいて、エッチングガスの導入が停止される（時刻Ｔ３）。そして、エッチングガスの導入停止後には残留エッチングガスが暫減し、イオン電流値は時刻Ｔ４においてエッチングガス導入前の状態に戻る。ここで、エッチングガス導入前の状態（期間Ｔ０〜Ｔ１及びＴ４以降）をバックグランド状態とする。

（予防保全方法）
以下、図６及び表１に基づいて、質量分析ユニット１０をエッチング装置５０に装着した場合の予防保全方法について説明する。図６は、本実施形態における予防保全方法を示すフローチャートである。なお、本予防保全方法は、エッチング装置５０のチャンバ５２内に、エッチングガス（特定ガス）としてフッ酸が導入された場合を例として説明する。

質量分析ユニット１０におけるイオン源部２２がフッ酸等の腐食性・ハロゲン系ガスに曝されると、酸化イットリアからなるイオン源部２２の表面のコーティングが剥がれ、最終的にはイオン源部２２の断線や、イオン源部２２とグリッド間に流れるエミッション電流が流れなくなる等の異常が発生する虞がある。また、イオン検出部２７に用いる２次電子増倍管は、Ｃｕ−Ｂｅ合金、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）等からなるため、そのような金属が塩素等に曝されると、溶けて劣化してしまう虞がある。なお、上述した腐食性・ハロゲン系ガスのように、質量分析ユニットにおける特定部位（イオン源部２２やイオン検出部２７等）の機能を低下させるガスを、以下、「特定ガス」という。

一方、特定ガスが、イオン源部２２の断線やイオン検出部２７等の劣化を促進させることを認識しているユーザーは少ない。また、導入された特定ガスの質量電荷比のピークがいつ出現するか認識しているユーザーが少ないため、特定ガスが導入されていることを気付かないユーザーも多い。
また、質量分析ユニット１０に予期しない特定ガスが導入されることがある。つまり、特定ガスに対して耐性が低い質量分析ユニット１０（例えば、スパッタリング・蒸着装置用）に、そのような特定ガスが導入されてしまうことがある。特定ガスがそのまま導入され続けると、イオン源部２２やイオン検出器２７が早期に劣化してしまうこともある。

そこで、本発明者は、メモリ部６４に特定ガスの質量電荷比を予め設定し、検出された特定ガスのイオン電流値が、所定値以上検出された場合にユーザーに警告を促すことで、イオン源部２２の断線やイオン検出部２７の劣化を防ぐことができることを見出した。

具体的には、まず特定ガスの質量電荷比とイオン電流値の所定値を設定する。
以下に示す表１は、エッチング装置５０に導入され、イオン源部２２及びイオン検出部２７等の機能を低下させる特定ガス（例えば、質量分析ユニット１０をエッチング装置に装着する場合、腐食性・ハロゲン系の特定ガス）と、各特定ガスの質量電荷比との対応表である。

同表１に示すように、特定ガスの各質量電荷比の対応表を予め設定し、このデータをメモリ部６４に記録する。そして、表１の各特定ガスに対応する質量電荷比のイオン電流値の所定値を各特定ガス毎に設定し、メモリ部６４に記録する。

本予防保全方法における所定値は、上述したバックグランド状態に検出されるイオン電流値以上に設定されていることが好ましい（例えば、図５中のＩ１）。これにより、特定ガスが導入されたことを早期に検出できる。
なお、被測定ガス（特定ガス）がイオン化される際に、気体分子が分解されることにより、クラッキングパターンと呼ばれるピークが出現する。図４においては、フッ酸が導入される以前にもｍ／ｚ＝２０にピークが出現している。そこで、前記所定値をクラッキングパターンにより生じ得るピークのイオン電流値以上に設定することがより好ましい。これにより、特定ガスによるピークとクラッキングパターンによるピークとを分別して、質量分析ユニット１０の誤作動を防ぎ、信頼性を確保することができる。

次に、図６に示すように、測定部１２によりチャンバ５２内の質量電荷比ごとの分圧の測定を開始する（ステップＳ１）。測定方法は、上述したように四重極２３に印加する電場をスイープさせ、質量電荷比ごとにイオン電流を測定し、ガスの種類とそれぞれのガスの分圧を計測する。

測定している質量電荷比と表１とを対応させて、設定された質量電荷比（例えば、ｍ／ｚ＝２０）の特定ガスが存在するかどうかを判定する（ステップＳ２）。ここで、イオン電流値のピークが検出されず、特定ガスが含まれなかった場合（ステップＳ２の判断がＮｏの場合）、制御部６３から電気系部１４に測定継続の信号を出力し、異なる質量電荷比の測定を継続させる。一方、イオン電流値のピークが検出された場合（ステップＳ２の判断がＹｅｓの場合）、そのピークのイオン電流値がメモリ部６４に設定された所定値以上であるかどうかを判断する（ステップＳ３）。

そして、ピークのイオン電流値が所定値よりも低い場合（ステップＳ３の判断がＮｏの場合）、測定部１２による測定を継続させる。一方、ピークのイオン電流値が所定値以上である場合（ステップＳ３の判断がＹｅｓの場合）、特定ガスが導入されていると判断する。この場合には、制御部６３から表示部６５に警告信号を出力する。この警告信号としては、例えばイオン源部２２の断線の虞や、エミッション電流値異常、イオン検出部２７の劣化等、特定部位の機能低下の可能性に応じた警告信号が出力される。

警告信号を受信した表示部６５は、その信号に基づいて警告表示の情報を点灯させる（ステップＳ４）。これにより、ユーザーは、イオン源部２２や、イオン検出部２７のどの部位に機能低下の可能性があるかを即座に知ることができる。なお、この警告表示は、表示部６５で視認する情報以外に、ブザー等による音声提供により認識可能に構成してもよい。

制御部６３は、警告表示をした後、電気系部１４に測定継続の信号を出力し、異なる質量電荷比の測定を継続させ、他の特定ガス（表１に示すフッ酸以外の特定ガス）が導入されているかどうかを、上記フローと同様の方法で測定していく。

したがって、本実施形態における質量分析ユニット１０の予防保全方法は、メモリ部６４にイオン源部２２及びイオン検出部２７等の機能を低下させる特定ガスの質量電荷比が予め記録され；制御部６３が、その特定ガスのイオン電流値が所定値以上となった場合に、表示部６５へ警告信号を出力する：構成とした。
この構成によれば、特定ガスのイオン電流値が所定値を超えた場合に、制御部６３が警告信号を出力することで、特定ガスの質量電荷比を認識していないユーザーに対しても、質量分析ユニット１０におけるイオン源部２２の断線やイオン検出部２７の劣化の可能性を即座に知らせることができる。そのため、特定ガスによるイオン源部２２の断線やイオン検出部２７の劣化を防ぐことができる。したがって、イオン源部２２やイオン検出部２７を長期間にわたって効率的に使用することできる。

また、本実施形態の予防保全方法を、特定ガスの耐性に弱い質量分析ユニットに用いれば、使用上の注意を誤って特定ガスに対して耐性の弱い質量分析ユニットをエッチング装置に装着してしまった場合においても、質量分析ユニットの機能低下の可能性をユーザーに対して即座に知らせることができる。

（第２実施形態）
（寿命管理方法）
次に、図７のフローチャートに基づいて、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、質量分析ユニット１０をエッチング装置５０に装着した場合の寿命管理方法であり、イオン電流値と検出時間との積分値に基づいて所定値を設定する点で、上記第１実施形態と異なる。

特定ガスとしてメモリ部６４に設定された質量電荷比のイオン電流値のピークが大きいほど、エッチング装置５０のチャンバ５２内に導入されている特定ガスの量が多いのは明らかであり、この量に伴い、イオン源部２２やイオン検出部２７等の消耗部品（以下、まとめて消耗部品という）の寿命が短くなる。また、特定ガスを検出している時間が長いほど、消耗部品の寿命は短くなる。消耗部品が寿命を越えたまま測定し続けると、正確な測定ができなくなってしまうため、定期的に交換しなければならないが、交換の時期は、特定ガスの種類、使用状態、使用状況に応じて変動してしまう。
したがって、これら消耗部品は交換の時期が判断し難い。例えば、消耗部品が使用不能になって正しく測定できなくなってから交換する場合、交換に時間を要してしまい、質量分析ユニット１０の使用停止期間が長くなってしまう。また、消耗部品をまだ使用可能であるにも関わらず事前に交換してしまう場合、消耗部品の使用効率が悪く、資源やコストのロスに繋がってしまう等の問題がある。

そこで、本発明者は、消耗部品の寿命管理方法として、検出された特定ガスのイオン電流値と検出時間との積分値を求め、その積分値が予め設定された所定値を超えた場合に、ユーザーに警告を促すとともに、イオン源部２２やイオン検出部２７に印加する電圧の印加を解除することで、上述した問題を解決できることを見出した。

具体的には、まず特定ガスの質量電荷比を設定するとともに、各特定ガス毎の所定値を設定し、予めメモリ部６４に記録する。本寿命管理方法における所定値は、検出された特定ガスのイオン電流値と検出時間との積分値が、消耗部品が寿命に至るまでの積分値以下であることが好ましい。
次に、図７に示すように、上述した予防保全方法のステップＳ１，２と同様に測定を開始し、設定された質量電荷比の特定ガスが存在するかどうかを判定する（ステップＳ２１、Ｓ２２）。

ここで、イオン電流値のピークが検出されず、特定ガスが含まれなかった場合（ステップＳ２２の判断がＮｏの場合）、制御部６３から電気系部１４に測定継続の信号を出力し、測定部１２に異なる質量電荷比の測定を継続させる。一方、イオン電流値のピークが検出された場合（ステップＳ２２の判断がＹｅｓの場合）、そのピークのイオン電流値と検出時間との積分値を算出し、メモリ部６４に記録する。なお、検出時間とは、今回測定により特定ガスが存在すると判断される期間である。なお、前回測定までの積分値が予め記録されている場合には、その積分値に今回測定の積分値を加算して記録する。そして、現在記録されている積分値が、メモリ部６４に設定された所定値以上であるかどうかを判断する（ステップＳ２３）。

そして、積分値が所定値よりも小さい場合（ステップＳ２３の判断がＮｏの場合）、測定部１２による測定を継続させる。一方、積分値が所定値以上である場合（ステップＳ２３の判断がＹｅｓの場合）、消耗部品が寿命に近づいていると判断する。この場合には、前記ステップＳ４と同様に制御部６３から表示部６５に警告信号を出力する。この警告信号としては、例えばイオン源部２２の断線の虞や、エミッション電流値以上、イオン検出部２７の劣化等により交換の必要性がある特定部位に応じた警告信号が出力される。警告信号を受信した表示部６５は、その信号に基づいて警告表示の情報を点灯させる（ステップＳ２４）。これにより、ユーザーは消耗部品の交換時期を判断することができる。

ここで、表示部６５に警告表示すると同時に、制御部６３は、電気系部１４に対して、イオン源部２２及びイオン検出器２７に印加している電圧の印加を解除する停止信号を出力する（ステップＳ２５）。その信号を受信した電気系部１４は、イオン源部２２及びイオン検出部２７に印加されている電圧の印加を解除し、測定を停止させる。これにより、消耗部品のさらなる劣化を抑制することができる。

したがって、本実施形態における質量分析ユニット１０の寿命管理方法は、特定ガスのイオン電流値と、イオン電流値を検出した検出時間との積分値が、所定値以上となった場合に警告信号を出力するとともに、イオン源部２２及びイオン検出部２７に印加されている電圧の印加を解除し、測定を停止させる構成とした。
この構成によれば、特定ガスのイオン電流値と、イオン電流値を検出した検出時間との積分値が所定値以上となった場合に、表示部６５に警告表示をすることで、イオン源部２２及びイオン検出部２７等の消耗部品の経時変化を正確に知らせることができる。また、消耗部品に印加する電圧の印加を解除して測定を停止させることで、消耗部品のさらなる経時変化を抑制することができる。

さらに、本実施形態においては、前記所定値をイオン源部２２及びイオン検出部２７の寿命の積分値以下に設定する構成とした。
この構成によれば、前記所定値をイオン源部２２及びイオン検出部２７の寿命の積分値以下に設定することで、イオン源部２２やイオン検出部２７等の消耗部品の寿命を正確に知らせることができる。すなわち、イオン源部２２やイオン検出部２７等の消耗部品の交換時期は、質量分析ユニット１０の使用状態、使用状況に応じて変動してしまうが、ユーザーが警告表示に応じて、交換の時期を判断することができる。したがって、消耗部品が使用不能となった後の、質量分析ユニット１０の使用停止期間を短縮することができるため、作業効率を向上させることができる。また、イオン源部２２及びイオン検出部２７が、まだ使用可能であるにも関わらず事前に交換してしまうことを防ぐことができるため、イオン源部２２及びイオン検出部２７の使用効率を向上させて、低コスト化及び省資源化を図ることができる。

（第３実施形態）
（部品管理方法）
次に、図８に基づいて、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、質量分析ユニット１０をエッチング装置５０に装着した場合における、質量分析ユニット１０の部品管理方法である。図８は、本部品管理方法における測定部、ポンプ８０，８１の製造番号と特定ガスの記録例である。

上述したイオン源部２２やイオン検出部２７等の消耗部品は、寿命のある部品であるため、必ず交換することが必要である。また、差動排気部２０のポンプ８０，８１も定期的なオーバーホールが必要となる（以下、定期的なオーバーホール作業や消耗部品の交換作業を「補修作業」といい、オーバーホールが必要な部品や交換が必要な消耗部品を「補修対象部品」という）。ところで、補修対象部品の補修作業は、通常、ユーザー以外の作業者により行われる。この場合、補修対象部品に特定ガス等が付着している可能性があるため、作業者は、特定ガスの付着有無を確認し、作業の安全を確保しなければならない。
そこで、従来では、補修対象部品の補修作業時に、特定ガスの導入履歴を事前にユーザーに確認してから作業に着手しており、作業効率が悪いという問題があった。

そこで、本発明者は、メモリ部６３に、補修対象部品への付着有無の確認を必要とする特定ガスの質量電荷比を予め記録し、特定ガスが導入された際にその特定ガスの情報と、補修対象部品の情報とを記録することで、上述した問題を解決できることを見出した。

具体的には、上述した予防保全方法（図６参照）におけるステップＳ２までのステップと同様の方法で測定を行う。
そして、イオン電流値のピークが検出されず、特定ガスが含まれなかった場合、制御部６３から電気系部１４に測定継続の信号を出力し、異なる質量電荷比の測定を継続させる。一方、イオン電流値のピークが検出された場合、そのイオン電流値と検出時間との積分値をメモリ部６４に記録する。なお、前回測定までの積分値が予め記録されている場合には、その積分値に今回測定の積分値を加算して記録する。具体的には、図８に示すように、検出された特定ガスのイオン電流値と検出時間の積分値のデータが、その特定ガスの質量電荷比に対応させてメモリ部６４に記録される。

積分値のデータがメモリ部６４に記録されると同時に、さらに、その時に使用されている測定部１２の製造番号（例えば、図８中の分析管製造番号）と、ポンプ８０，８１の製造番号（例えば、図８中のポンプ製造番号）がメモリ部６４に記録される。そして、これら記録が制御部６３からネットワークを介してサーバーに保存される。作業者は、補修対象部品の補修作業時にこの情報を読み出すことで、表示部６５に、図８に示すような情報が表示される。

したがって、本実施形態における質量分析ユニット１０の部品管理方法は、特定ガスの質量電荷比のイオン電流値が測定部１２により検出された場合に、特定ガスのイオン電流値と、イオン電流値を検出した検出時間との積分値が記録されるとともに、測定部１２及び差動排気部２０等の補修対象部品の情報が記録される構成とした。
この構成によれば、イオン源部２２やイオン検出部２７等の消耗部品を交換する際や、ポンプ８０，８１をオーバーホールする際に、メモリ部６４に記録された情報を読み出すことで、特定ガスの導入履歴を正確かつ迅速に確認することが可能となる。したがって、ユーザー以外の作業者が交換、オーバーホールする際においても、作業者の安全を確保した上で、効率的に作業を行うことができる。

（第４実施形態）
（省電力化方法）
次に、図９のフローチャートに基づいて、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、エッチングプロセス終了後（図５中の時刻Ｔ３以降）における、質量分析ユニット１０の省電力化方法である。

上述したように、特定ガスの導入中には、測定部１２及びポンプ８０，８１をベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃにより加熱するとともに、ポンプ８０，８１に流れる特定ガスを希釈するために、希釈ガス供給部８４によりパージガスを流している。ところが、例えば、エッチングプロセス終了後等において特定ガスが導入されていない場合には、測定部１２及びポンプ８０，８１の加熱及びポンプ８０，８１のパージを行う必要がない。
それにもかかわらず、測定部１２及びポンプ８０，８１の加熱及びポンプ８０，８１のＮ_２パージを作動し続けると、電力とパージガスを浪費してしまう問題があった。

そこで、本発明者は、エッチングプロセス終了後、特定ガスのイオン電流値が所定値を下回り、ポンプ８０，８１に悪影響を与える虞がなくなった時点で、測定部１２及びポンプ８０，８１の加熱及びポンプ８０，８１のＮ_２パージを停止させることで、省電力化を図ることができることを見出した。

具体的には、まず特定ガスの質量電荷比とイオン電流値の所定値を設定する。この所定値としては、前述したバックグランド状態におけるイオン電流値（図５中のＩ２）付近に設定されていることが好ましい。

そして、図９に示すように、ベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃを作動させ、希釈ガス供給部８４からポンプ８０，８１にパージガスを供給する（ステップＳ３１）。この作動タイミングとしては、ベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃを加熱し、測定部１２及びポンプ８０，８１を所定の温度に上昇させるために時間を要するため、プロセス開始信号（図５中Ｔ１）の数時間前に作動開始することが好ましい（図５中時刻Ｔ０）。

そして、プロセス開始信号に基づいて、特定ガスを導入し、エッチングを開始する。同時に、測定部１２によりチャンバ５２内の質量電荷比ごとの分圧の測定を開始する。その後、プロセス停止信号に基づいて、特定ガスの導入が停止され、エッチングプロセスが終了する（図５中のＴ３）。

ここで、エッチングプロセス終了後にも、第１実施形態における予防保全方法（図６参照）のステップＳ１，Ｓ２と同様の方法で測定を続け、設定された質量電荷比の特定ガスが存在するかどうかを判定する（ステップＳ３２，Ｓ３３）。
そして、イオン電流値のピークが検出されず、特定ガスが含まれなかった場合（ステップＳ３３の判断がＮｏの場合）、制御部６３から電気系部１４に測定継続の信号を出力し、測定部１２に異なる質量電荷比の測定を継続させる。一方、イオン電流値のピークが検出された場合（ステップＳ３３の判断がＹｅｓの場合）、そのピークのイオン電流値が、メモリ部６４に設定された所定値以下であるかどうかを測定する（ステップＳ３４）。

そして、ピークのイオン電流値が所定値よりも高い場合（ステップＳ３４の判断がＮｏの場合）、ベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃによる加熱と希釈ガス供給部８４からのパージガスの供給を作動し続け、測定部１２による測定を継続する。一方、ピークのイオン電流値が所定値以下である場合（ステップＳ３４の判断がＹｅｓの場合）、バックグランド状態であってチャンバ５２内に特定ガスが導入されていないと判断する。この場合、制御部６３から電気系部１４に停止信号を出力する。その信号を受信した電気系部１４は、ベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃによる加熱と希釈ガス供給部８４からのパージガスの供給を停止させる（ステップＳ３５）。以上により、質量分析ユニット１０による測定を終了する。
なお、停止後に特定ガスが再導入される場合には、再始動のプロセス開始信号に対応させて上記フローのステップＳ３１以降のステップと同様に対応させる。

したがって、本実施形態における質量分析ユニット１０の省電力化方法は、特定ガスのイオン電流値が所定値以下になった場合に、差動排気部２０のベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃによる加熱と希釈ガス供給部８４からのパージガスの供給を停止させる構成とした。
この構成によれば、特定ガスが導入されなくなり、ベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃや希釈ガス供給部８４に影響を与える虞がなくなった時点で、自動的に差動排気部２０のベーキングヒータ８２ａ，８２ｂ，８２ｃによる加熱と希釈ガス供給部８４からのパージガスの供給を停止させることで、質量分析ユニット１０の省電力化を図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例のみに限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において、設計要求等に基づき種々の変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態に係る予防保全方法では、イオン電流値が所定値を超えた時点で警告表示する構成としたが、上記第２実施形態と同様にイオン電流値と検出時間との積分値に基づいて所定値を設定してもよい。

なお、イオン源部２２またはイオン検出部２７を劣化させ得るガスとして、例えばＣＶＤ装置に導入される６フッ化タングステン（ＷＦ_６）等の金属膜を堆積させるガスや、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２とＮＨ_３等の絶縁膜を堆積させるガスも挙げられる。
上記金属膜・絶縁膜を堆積させるガスがイオン源部２２やイオン検出部２７に与える影響として、２次電子増倍管を用いたイオン検出部２７に金属・絶縁膜が堆積してしまうと、金属表面からの２次電子が発生しにくくなってしまう。また、イオン源部２２に金属・絶縁膜が堆積してしまうと、エミッション電流が流れなくなってしまう等の虞もある。
そこで、本発明の第１〜第４実施形態のように、金属膜・絶縁膜を堆積させるガスの質量電荷比を予めメモリ部６４に設定するとともに、その質量電荷比を有する金属膜・絶縁膜を堆積させるガスのイオン電流値の所定値を設定することで、金属膜・絶縁膜を堆積させるガスに対しても同様に適用することができる。これにより、金属膜・絶縁膜を堆積させるガスが導入されるＣＶＤ装置に質量分析ユニット１０を用いても省電力化を図るとともに、イオン源部２２やイオン検出部２７等の消耗部品を効率的に使用することができる。

本発明によれば、特定部位の機能低下を防止することができ、なおかつ特定部位の劣化時期を正確に把握することができる質量分析ユニットを提供することが可能となる。また、本発明によれば、補修対称部品の補修作業等を効率的に行うことができ、なおかつ省電力化を図ることができる質量分析ユニットを提供することが可能となる。

Claims (1)

1. 被測定ガスの質量電荷比ごとのイオン電流値を検出して分圧を測定する質量分析部を備えた質量分析ユニットであって、
   この質量分析ユニットの特定部位の機能を低下させる特定ガスの質量電荷比の記録を予め保持する制御部をさらに備え；
   前記質量分析部により検出された前記特定ガスのイオン電流値とこのイオン電流値を検出した検出時間との積分値が所定値以上となった場合に、前記制御部が、前記特定部位の機能低下を示す警告信号を出力するとともに、前記特定部位に対する電圧の印加を解除して前記特定部位の機能を停止させ；
   前記所定値は、前記特定部位が劣化するまでの前記イオン電流値と、前記検出時間との積分値以下である；
   ことを特徴とする質量分析ユニット。

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