JPH02307043A - 真空チャンバー内ガス分析センサ - Google Patents
真空チャンバー内ガス分析センサInfo
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- JPH02307043A JPH02307043A JP1257609A JP25760989A JPH02307043A JP H02307043 A JPH02307043 A JP H02307043A JP 1257609 A JP1257609 A JP 1257609A JP 25760989 A JP25760989 A JP 25760989A JP H02307043 A JPH02307043 A JP H02307043A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L21/00—Vacuum gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
- G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、真空チャンバー内ガス分析センサに係わり、
特にスパッターリング蒸着過程で生ずるチャンバーガス
の検出や真空系での成分ガスの準リアルタイム分析に好
適な真空チャンバー内ガス分析センサに関する6 [従来の技術] 容器内の1種或いは多種のガスの全圧と量分測定するた
めに、従来より多種の装置が提案されている。しかし、
ごく僅かな装置だけが容器内のそれぞれのガスの種類と
分圧を感知するために考案されている。
特にスパッターリング蒸着過程で生ずるチャンバーガス
の検出や真空系での成分ガスの準リアルタイム分析に好
適な真空チャンバー内ガス分析センサに関する6 [従来の技術] 容器内の1種或いは多種のガスの全圧と量分測定するた
めに、従来より多種の装置が提案されている。しかし、
ごく僅かな装置だけが容器内のそれぞれのガスの種類と
分圧を感知するために考案されている。
−i的な型のこの穐のセンサーは四極型質量分析器であ
り、その代表的なものに米国特許第4.362 、93
6号公報に記述されたものがる。この種の分析器では、
ガスはイオン化され、四極質量分析器によって分離され
る。これらの分析器は各種ガスのイオンが質量比信号に
対し特殊なチャージを持つという原理に基づいて操作さ
れる。
り、その代表的なものに米国特許第4.362 、93
6号公報に記述されたものがる。この種の分析器では、
ガスはイオン化され、四極質量分析器によって分離され
る。これらの分析器は各種ガスのイオンが質量比信号に
対し特殊なチャージを持つという原理に基づいて操作さ
れる。
多種に亘る他の質量分析器は磁器センサーとタイム オ
ブ・フライト装置を具備する。比較的一般的でない他の
センサーは与えたRF場におけるイオンの振動周波数も
しくはガス イオンの軌道寸法によるガス種の分離に依
存している。
ブ・フライト装置を具備する。比較的一般的でない他の
センサーは与えたRF場におけるイオンの振動周波数も
しくはガス イオンの軌道寸法によるガス種の分離に依
存している。
[発明が解決しようとする課題]
−mに、この種の全ての分析器はイオン化の手段と実質
的なチャージと質量の関係を検知するフィルタとを用い
ておいり、良好な分離を得るには高真空(10−’ F
−ル以上)を必要とする。これより高い圧力では、同−
或いは異なるチャージ/質量比を有するイオン間での衝
突分散と、中性原子に対して誘導される衝突現象が特殊
ガスを発生させ、これが原因で定量分析が困難となる。
的なチャージと質量の関係を検知するフィルタとを用い
ておいり、良好な分離を得るには高真空(10−’ F
−ル以上)を必要とする。これより高い圧力では、同−
或いは異なるチャージ/質量比を有するイオン間での衝
突分散と、中性原子に対して誘導される衝突現象が特殊
ガスを発生させ、これが原因で定量分析が困難となる。
この問題を解決するために収られる通常の方法はある量
のガスがアイオナイザ−に入ることを制限する圧力低減
ステージを設けることと、アイオナイザ−に入る大部分
のガスを排除するための別個な高圧ポンプを利用するこ
とである。これらの付加的な装置はプロセス気体の制御
に際し、時間遅れ3起こし、さらに測定価格が上がると
いう実質的な問題も含まれる。これらの質量分析器は高
い補償費と精度を補償するなめに定期的に補正すること
が必要である等から、使用者の負担が大きい。
のガスがアイオナイザ−に入ることを制限する圧力低減
ステージを設けることと、アイオナイザ−に入る大部分
のガスを排除するための別個な高圧ポンプを利用するこ
とである。これらの付加的な装置はプロセス気体の制御
に際し、時間遅れ3起こし、さらに測定価格が上がると
いう実質的な問題も含まれる。これらの質量分析器は高
い補償費と精度を補償するなめに定期的に補正すること
が必要である等から、使用者の負担が大きい。
例えは赤外線吸収法のような他のガス分析方法は、圧が
代表的にいって10−5気圧のオーダーである真空蒸着
或いはスパッターリング・プロセスに使用される低減さ
れたガス圧には効果がない。
代表的にいって10−5気圧のオーダーである真空蒸着
或いはスパッターリング・プロセスに使用される低減さ
れたガス圧には効果がない。
電子ビーム励起法は、米国特許第4.036.167号
公報に記述されるように、蒸着粒子の蒸着速度を測定す
るためだけに利用される。多くの理由から、この装置は
スパッターリング圧における基準ガスを分析するには適
していない、最近、スパッターリングのような系におけ
るガス分圧を測定し、制御するための装置が、例えは米
国特許第4,692゜630号公報に提案されている。
公報に記述されるように、蒸着粒子の蒸着速度を測定す
るためだけに利用される。多くの理由から、この装置は
スパッターリング圧における基準ガスを分析するには適
していない、最近、スパッターリングのような系におけ
るガス分圧を測定し、制御するための装置が、例えは米
国特許第4,692゜630号公報に提案されている。
そこで、高真空並びに中真空範囲での真空プロセスに操
作可能な分圧ガス分析装置を供給することが本発明の目
的である。
作可能な分圧ガス分析装置を供給することが本発明の目
的である。
また、本発明は全圧にして200 xlol)−ルのオ
ーダーまでの広い範囲に亘ってのガス成分を、庄低減ス
テージを必要とせずに、測定するための装置を供給する
ことも他の目的である。
ーダーまでの広い範囲に亘ってのガス成分を、庄低減ス
テージを必要とせずに、測定するための装置を供給する
ことも他の目的である。
さらに、装置の遅いワーム アンプのために発生するエ
ラーを避けた分圧ガス測定装置を供給することも本発明
の他の目的である。さらにまた、光電的技法により、チ
ャンバー中の未知或いは存在してほしくないガスの混合
成分を検出、認識するための装置を供給することも本発
明の目的である。
ラーを避けた分圧ガス測定装置を供給することも本発明
の他の目的である。さらにまた、光電的技法により、チ
ャンバー中の未知或いは存在してほしくないガスの混合
成分を検出、認識するための装置を供給することも本発
明の目的である。
[課題を解決するための手段]
前記目的を達成するために、本発明は光励起分析部と、
所定のガスが発生する真空プロセスチャンバーと、この
真空プロセスチャンバーから前記ガスを前記光励起分析
部に導く接続部とを備え、前記ガスの原子或いは分子を
励起し、特定波長のフォトンを放出させる電子ビーム発
生手段と、前記フォトンを波長により分別する分別手段
と、分別手段で分別したフォトンの強度を検出し、強度
に比例しな電気信号を出力する光検出手段とが、前記光
励起分析部に設けられた構成となっている。
所定のガスが発生する真空プロセスチャンバーと、この
真空プロセスチャンバーから前記ガスを前記光励起分析
部に導く接続部とを備え、前記ガスの原子或いは分子を
励起し、特定波長のフォトンを放出させる電子ビーム発
生手段と、前記フォトンを波長により分別する分別手段
と、分別手段で分別したフォトンの強度を検出し、強度
に比例しな電気信号を出力する光検出手段とが、前記光
励起分析部に設けられた構成となっている。
[作 用]
本発明によると、スパッターリング或いは真空蒸着チャ
ンバーなどの真空プロセスチャンバーで発生する所定の
ガスが、接続部を介して光励起分析部に導かれる。
ンバーなどの真空プロセスチャンバーで発生する所定の
ガスが、接続部を介して光励起分析部に導かれる。
光励起分析部において、真空プロセスチャンバーで発生
した所定のガスに、電子ビーム発生手段からガスの分子
或いは原子の最外殻電子を励起するに充分なエネルギー
を持った電子が照射される。
した所定のガスに、電子ビーム発生手段からガスの分子
或いは原子の最外殻電子を励起するに充分なエネルギー
を持った電子が照射される。
この電子照射により、ガスから特定波長のフォトンが放
出され、軌道電子が低いエネルギー状態に戻る。
出され、軌道電子が低いエネルギー状態に戻る。
放出されたフォトンは、分別手段によって波長が分別さ
れ、分別されたフォトン強度が光検出手段により検出さ
れる。
れ、分別されたフォトン強度が光検出手段により検出さ
れる。
[実 施 例]
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第り図は第1の実施例の光励起分析部の断面部分を含む
正面図、第2図は第1図の断面部分を含む拡大側面図で
ある。
正面図、第2図は第1図の断面部分を含む拡大側面図で
ある。
第1図と第2図を先ず参照すると、光励起分析部10は
、図示されていないスパッターリング或いは真空蒸着チ
ャンバーに連結されるネック14を持つシェル即ちハウ
ジング12から構成される。ハウジング12はネック1
4が接続し、光検出器ケース18がその上に配置される
励起ケース16を持つ、電子ビーム発生装置即ち電子ガ
ン20は励起ケース16の中に配置される。この電子ガ
ン20は、電子発生のために加熱されるフィラメント2
4がその上に延ばされるフレーム22を持つ、フィラメ
ント24の両端は、図示されていない外部リード線に接
続される。
、図示されていないスパッターリング或いは真空蒸着チ
ャンバーに連結されるネック14を持つシェル即ちハウ
ジング12から構成される。ハウジング12はネック1
4が接続し、光検出器ケース18がその上に配置される
励起ケース16を持つ、電子ビーム発生装置即ち電子ガ
ン20は励起ケース16の中に配置される。この電子ガ
ン20は、電子発生のために加熱されるフィラメント2
4がその上に延ばされるフレーム22を持つ、フィラメ
ント24の両端は、図示されていない外部リード線に接
続される。
穴開きプレート26は一水平方向への電子ビームの通過
を許すためにその方向に延ばされ、またjかに水平面に
広がった開口30を持つ、ガスを通過する電子の通過を
増加させる目的で使用される電子ビーム用の焦点電極は
好ましくはない使用しない方がよい、この通路を可能な
限り短くすることにより、本発明はイオン化された原子
と分子から制御されずに励起される発生電子に起因する
先約非直線性を防止する。さらにグロー・ディスチャー
ジ・ブレイクダウンはこれへの幾何学的距離を最小にす
ることで避けられる。
を許すためにその方向に延ばされ、またjかに水平面に
広がった開口30を持つ、ガスを通過する電子の通過を
増加させる目的で使用される電子ビーム用の焦点電極は
好ましくはない使用しない方がよい、この通路を可能な
限り短くすることにより、本発明はイオン化された原子
と分子から制御されずに励起される発生電子に起因する
先約非直線性を防止する。さらにグロー・ディスチャー
ジ・ブレイクダウンはこれへの幾何学的距離を最小にす
ることで避けられる。
ファラデイー・トラップ32或いは類似の他の装置は、
二次電子の発生を防ぎ、その発生を最小におさえること
が出来るように、発生電子ビームを捕らえる目的で励起
ケース16の中に配置される。
二次電子の発生を防ぎ、その発生を最小におさえること
が出来るように、発生電子ビームを捕らえる目的で励起
ケース16の中に配置される。
ステンレス鋼あるいは他の薄い、低熱伝導性でしかも低
熱イナーシャ材からなる円柱形のシールド33が励起ケ
ース16の中の電子ガン20の周囲に配置される。この
シールド33が設けられているために、励起ケース16
で構成される大きい熱シンクから励起体積中のガスをシ
ールドするので、励起#積を速やかに安定した操作温度
に持ちきたらすことが促進される。
熱イナーシャ材からなる円柱形のシールド33が励起ケ
ース16の中の電子ガン20の周囲に配置される。この
シールド33が設けられているために、励起ケース16
で構成される大きい熱シンクから励起体積中のガスをシ
ールドするので、励起#積を速やかに安定した操作温度
に持ちきたらすことが促進される。
この方法により、スタート・アップ後の安定した読みか
得られるために必要なかなりの待ち時間を節約できる。
得られるために必要なかなりの待ち時間を節約できる。
これはガス密度に対する温度効果による。これの効果は
、一定量のガスの圧、体積と温度に関係する通常の気体
法則から゛容易に理解できる。柔軟性のあるセラミック
か他の材料もまた熱遮断パリで−或いはシールド33と
して利用できる。
、一定量のガスの圧、体積と温度に関係する通常の気体
法則から゛容易に理解できる。柔軟性のあるセラミック
か他の材料もまた熱遮断パリで−或いはシールド33と
して利用できる。
プレート26とファラデイー・トラップ32の間の間隙
での励起状態を観察するために、ハウジング12の光検
出器ケース18の中に一組の観察用通R34が設定され
ている9反応体積の中でガスの原子と分子の脱励起によ
り解放されたフォトンは、光検出器ケース18の容器の
一部を構成する窓35を介して観察用通路34に沿って
通過する。窓は問題の波長幅にあるフォトンに対し、高
度に透過性である。
での励起状態を観察するために、ハウジング12の光検
出器ケース18の中に一組の観察用通R34が設定され
ている9反応体積の中でガスの原子と分子の脱励起によ
り解放されたフォトンは、光検出器ケース18の容器の
一部を構成する窓35を介して観察用通路34に沿って
通過する。窓は問題の波長幅にあるフォトンに対し、高
度に透過性である。
フォトンはこれらの観察用通路(第1図の左右に)フィ
ルター・ホールグー36を介して相関するフォト・マル
チプライヤ−管38或いは他の適切な光センサーに導か
れる。
ルター・ホールグー36を介して相関するフォト・マル
チプライヤ−管38或いは他の適切な光センサーに導か
れる。
各々の観察用通134には、対応するファト マルチプ
ライヤ−管38の前面でそれら通路を横切るように配置
されるフィルター40か他の適切な波長分離手段が設け
られている。ファト・マルチアライヤー管38の出力電
流は一般に観察されるガスの分圧に比例している。固体
の光/電流変換装置は周知であり、ファト マルチプラ
イヤ−管38と交換しえる。
ライヤ−管38の前面でそれら通路を横切るように配置
されるフィルター40か他の適切な波長分離手段が設け
られている。ファト・マルチアライヤー管38の出力電
流は一般に観察されるガスの分圧に比例している。固体
の光/電流変換装置は周知であり、ファト マルチプラ
イヤ−管38と交換しえる。
フィルター ホールグー36には、分析されるガスの分
子を特別に認識し、他の波長を排除し選択された波長だ
けを通過する一組の移動及び交換が可能な薄膜干渉フィ
ルター408.40bが取り付けられている。二つの異
なるガスから発生したフォトンは波長の点で互いに非常
に近いことがあり、与えられた波長において、これら二
種のガスを区別するには困難さがあることもある。
子を特別に認識し、他の波長を排除し選択された波長だ
けを通過する一組の移動及び交換が可能な薄膜干渉フィ
ルター408.40bが取り付けられている。二つの異
なるガスから発生したフォトンは波長の点で互いに非常
に近いことがあり、与えられた波長において、これら二
種のガスを区別するには困難さがあることもある。
しかしながら、与えられたガスの種類に対し、通常二、
三の利用できるスベクトラル エミッションがある。従
ってフィルターは最大信号強度のみならず、他のガス発
生(エミッション)からの干渉を制限する点も考慮して
選択される。ガス分圧をモニターするために使用される
波長は、また熱陰極フィラメントの黒体放射に関係する
ガスから発生する光信号の量により選択され、さらに分
析されるガス混合体の中での波長を他の発生波長から最
大限に分離するという見地からも選択される。
三の利用できるスベクトラル エミッションがある。従
ってフィルターは最大信号強度のみならず、他のガス発
生(エミッション)からの干渉を制限する点も考慮して
選択される。ガス分圧をモニターするために使用される
波長は、また熱陰極フィラメントの黒体放射に関係する
ガスから発生する光信号の量により選択され、さらに分
析されるガス混合体の中での波長を他の発生波長から最
大限に分離するという見地からも選択される。
ファト マルチプライヤ−管38と電子ガン・フィラメ
ント陰極との間に、幾何学的空間が存在し、この幾何学
的空間を介してファト・マルチアライヤー管38は電子
ガン・フィラメント陰極に直線通路で接続されている。
ント陰極との間に、幾何学的空間が存在し、この幾何学
的空間を介してファト・マルチアライヤー管38は電子
ガン・フィラメント陰極に直線通路で接続されている。
従って、フィラメント陰極により発生する迷走黒体放射
が例え僅かでもあると、それはファト・マルチプライヤ
−管38に到着する。他の方法として、冷陰極電子ディ
スチャージ・エレメントが電子ガン20のかわりに用い
られる。これらの装置は周知であり、特にここで説明す
る必要はない。
が例え僅かでもあると、それはファト・マルチプライヤ
−管38に到着する。他の方法として、冷陰極電子ディ
スチャージ・エレメントが電子ガン20のかわりに用い
られる。これらの装置は周知であり、特にここで説明す
る必要はない。
前述のように、本装置用の好ましいフィルターは安価で
調節が不要の薄膜干渉フィルターであり、一般には、希
望する与えられた波長のフォトンの透過には効果的であ
る0回折格子はまたフィルター40としても利用できる
が、別の光学的レイアウトを必要とする。モノクロメー
タ−とか他のより複雑な光波長分離装置の使用も可能で
ある。
調節が不要の薄膜干渉フィルターであり、一般には、希
望する与えられた波長のフォトンの透過には効果的であ
る0回折格子はまたフィルター40としても利用できる
が、別の光学的レイアウトを必要とする。モノクロメー
タ−とか他のより複雑な光波長分離装置の使用も可能で
ある。
本実施例では、電気機械的フィルター交換器は、フィル
ター・ホールグー36のタレット36bに順に接続され
たシャフト36aを回転するステップ・モーター41の
形式をとっている。これは一つのフィルター40aから
他のフィルターに交換するために、ピボット36cの回
りにタレットをステップ状に回転する。フィルター・ホ
ールグー36により行われるフィルター40a 、40
bの交換によると多種のガスの認識が可能となる。この
ようにして、光センサ−38は低圧ガス混合体を構成す
る多種ガスの完全なる分析のために用いられる。
ター・ホールグー36のタレット36bに順に接続され
たシャフト36aを回転するステップ・モーター41の
形式をとっている。これは一つのフィルター40aから
他のフィルターに交換するために、ピボット36cの回
りにタレットをステップ状に回転する。フィルター・ホ
ールグー36により行われるフィルター40a 、40
bの交換によると多種のガスの認識が可能となる。この
ようにして、光センサ−38は低圧ガス混合体を構成す
る多種ガスの完全なる分析のために用いられる。
フィラメント24の電圧は、十分の数電子ボルトから数
電子ボルトであるガス分子の軌道電子を励起するために
選択される。100ボルトあるいはこれ以下が電子ビー
ム発生エレメントに対して十分であることがわかってい
る。このレベルに電圧を保持することは使用するセンサ
ーを、問題としている圧における瞬時に発生スルグロー
・ディスチャージから防ぐことになる。
電子ボルトであるガス分子の軌道電子を励起するために
選択される。100ボルトあるいはこれ以下が電子ビー
ム発生エレメントに対して十分であることがわかってい
る。このレベルに電圧を保持することは使用するセンサ
ーを、問題としている圧における瞬時に発生スルグロー
・ディスチャージから防ぐことになる。
発生した電子ビームが、ガスの原子或いは分子の外殻電
子と衝突することにより、電子ビームのエネルギーがガ
スの原子或いは分子に与えられる。
子と衝突することにより、電子ビームのエネルギーがガ
スの原子或いは分子に与えられる。
これによって原子或いは原子は励起され、それらが基盤
状態に戻る時、特性波長においてフォトンを発生する。
状態に戻る時、特性波長においてフォトンを発生する。
電子ビームは一部に変調されるかチョップされることが
望ましい、このように変調されるかチョップされること
によりガス原子の脱励起からのフォトンと、単に基盤で
あるかフィラメント光でありうる同様な波長をもつフォ
トンとの間での分離のための簡単な手段を供給すること
になる。この方法は相敏怒性検出法として知られる。こ
の場合には約500ヘルツの変調周波数が利用可能であ
る。
望ましい、このように変調されるかチョップされること
によりガス原子の脱励起からのフォトンと、単に基盤で
あるかフィラメント光でありうる同様な波長をもつフォ
トンとの間での分離のための簡単な手段を供給すること
になる。この方法は相敏怒性検出法として知られる。こ
の場合には約500ヘルツの変調周波数が利用可能であ
る。
図示したように、アッセンブリー光励起分析部10のネ
ック144誹主チヤンバ一体積に接近した真空チャンバ
ーの一部に接続されるが、プロセス用装置の一部として
の接続方法ではない、ネック14は主チャンバ一体積と
連絡するボートを設定し、拡散を介して、チャンバー・
ガスの代表的なサンプルを受は入れる。比較的大きい径
のネック14はガス混合体の輸送とガスの種別選択の遅
れを最小限にくい止める。拡散による時間遅れは従って
最小に保持できる。
ック144誹主チヤンバ一体積に接近した真空チャンバ
ーの一部に接続されるが、プロセス用装置の一部として
の接続方法ではない、ネック14は主チャンバ一体積と
連絡するボートを設定し、拡散を介して、チャンバー・
ガスの代表的なサンプルを受は入れる。比較的大きい径
のネック14はガス混合体の輸送とガスの種別選択の遅
れを最小限にくい止める。拡散による時間遅れは従って
最小に保持できる。
ガスの電子ビーム励起により作りだされる光は−a的に
電子ビームの直交方向で観察される。この幾何学的状態
はファト・マルチプライヤ−管見に達する熟フィラメン
ト24の白熱からの黒体放射の星を最小とする。この幾
何学的様相の他の利点はガスの励起から検出器までの距
離をやはり最小にできる。励起過程の性格上、生成され
るフォトン・フラックスは方向性のない均一のものとな
る。
電子ビームの直交方向で観察される。この幾何学的状態
はファト・マルチプライヤ−管見に達する熟フィラメン
ト24の白熱からの黒体放射の星を最小とする。この幾
何学的様相の他の利点はガスの励起から検出器までの距
離をやはり最小にできる。励起過程の性格上、生成され
るフォトン・フラックスは方向性のない均一のものとな
る。
フォトン収集効率は距離の二乗の逆数に比例し、最大フ
ォトン収集は観察用通路34をビームにより励起された
ガスに可能な限りを近づけることで達成される。
ォトン収集は観察用通路34をビームにより励起された
ガスに可能な限りを近づけることで達成される。
ガス圧と収集されたフォトン・フラックス間の機能的な
関係はガスを通って移動するフォトンの距離の変化に顕
著に影響される。この距離を最小に保つように設計した
センサーを用いると、上の関係は、ガスを介してより長
いフォトン通路を使用した場合に比較してより良い直線
性が得られた。
関係はガスを通って移動するフォトンの距離の変化に顕
著に影響される。この距離を最小に保つように設計した
センサーを用いると、上の関係は、ガスを介してより長
いフォトン通路を使用した場合に比較してより良い直線
性が得られた。
これは、自吸収現象として知られる。電子ビーム励起に
よるフォトンは波長にして非常に狭い範囲にあり、これ
らと同じ波長は、それらの波長を発生ずる分子と同様な
穐類のガス分子により、しばしば再吸収されることが多
い。
よるフォトンは波長にして非常に狭い範囲にあり、これ
らと同じ波長は、それらの波長を発生ずる分子と同様な
穐類のガス分子により、しばしば再吸収されることが多
い。
従って、もしフォトンが非常に厚いガス体を通過しなけ
ければならない場合には、低圧にさいし予測されるレベ
ルと比較して高圧での強度に顕著な低減をもたらすこと
になる。もちろん、要求される計算を単純にするなめに
も応答は出来る限り直線に近いことが望ましい、従って
、励起フォトンが通過しなければならないガスを介して
の距離は最小に保たねばならない。
ければならない場合には、低圧にさいし予測されるレベ
ルと比較して高圧での強度に顕著な低減をもたらすこと
になる。もちろん、要求される計算を単純にするなめに
も応答は出来る限り直線に近いことが望ましい、従って
、励起フォトンが通過しなければならないガスを介して
の距離は最小に保たねばならない。
前述の通り、各種のガスは多くの異なる波長と周波数を
作りだす、二つの異なるガス種の波長において互いに非
常に近いフォトンを発生することもある。もしこのこと
が与えられた波長での二種のガス種を分離するにさいし
問題をおこす場合は、他のいかなる波長からも適切に分
離されるそれぞれのガスが有する異なる波長が用いられ
る。従って、波長はその波長における強度に基づくだけ
でなく、存在する他のガスの似かよった波長からの分離
、そして一般的な波長範囲において他の基盤(バックグ
ランド)ノイズとか黒体放射の無いこと等のモニターリ
ングのための諸条件から選択すべきである。このように
して選択された予測されるガスの特別な混合体と、問題
としている波長を通過し他を排除するために用いるフィ
ルタ一手段が存在するかどうかとの妥協で検出の可能性
が設定される。
作りだす、二つの異なるガス種の波長において互いに非
常に近いフォトンを発生することもある。もしこのこと
が与えられた波長での二種のガス種を分離するにさいし
問題をおこす場合は、他のいかなる波長からも適切に分
離されるそれぞれのガスが有する異なる波長が用いられ
る。従って、波長はその波長における強度に基づくだけ
でなく、存在する他のガスの似かよった波長からの分離
、そして一般的な波長範囲において他の基盤(バックグ
ランド)ノイズとか黒体放射の無いこと等のモニターリ
ングのための諸条件から選択すべきである。このように
して選択された予測されるガスの特別な混合体と、問題
としている波長を通過し他を排除するために用いるフィ
ルタ一手段が存在するかどうかとの妥協で検出の可能性
が設定される。
好ましくは、薄膜の干渉フィルターがフィルター40と
して使用される。これらの要求される薄さはタレット3
6b上に配置される多数のフィルター40を可能とする
。従って、期待される全ガスが分圧として検出され、分
析される。このことはさらに同じ光サンサー38が数種
のガスの分圧を順に分析することを可能にする。
して使用される。これらの要求される薄さはタレット3
6b上に配置される多数のフィルター40を可能とする
。従って、期待される全ガスが分圧として検出され、分
析される。このことはさらに同じ光サンサー38が数種
のガスの分圧を順に分析することを可能にする。
第3図は、第1の実施例の全体構成を示す説明図である
。第3図は制御系も示され、この系は真空容器中の特殊
ガスの成分をモニターできる能力だけでなく、当該ガス
の成分の制御も可能である。
。第3図は制御系も示され、この系は真空容器中の特殊
ガスの成分をモニターできる能力だけでなく、当該ガス
の成分の制御も可能である。
図示されたアッセンブリーはスバッターリング・ターゲ
ット44と素地46をその中に含むスパッターリング・
チャンバー42を含む、スパッターリング・チャンバー
42はネック14を介して光励起分析部10に接続され
るので、ガスはスバターリング・チャンバー42と光励
起分析部10の間を自由に流動できる。
ット44と素地46をその中に含むスパッターリング・
チャンバー42を含む、スパッターリング・チャンバー
42はネック14を介して光励起分析部10に接続され
るので、ガスはスバターリング・チャンバー42と光励
起分析部10の間を自由に流動できる。
スパッターリング分圧制御器50は光励起分析部10の
ファト・マルチプライヤ−管38に接続する入口を持つ
、このスパッターリング分圧制御器50は問題のガスの
分圧を計算する。当該スパッターリング分圧制御器50
はスパッターリング・パワー・サプライ52、光励起分
析部10の電子ビーム発生手段20,22そして二種の
ガスをそれぞれのガス供給[58,60からスパッター
リング・チャンバー42に導くなめに配置される一組の
可変リーク弁54,56にそれぞれ接続する出口を持つ
。
ファト・マルチプライヤ−管38に接続する入口を持つ
、このスパッターリング分圧制御器50は問題のガスの
分圧を計算する。当該スパッターリング分圧制御器50
はスパッターリング・パワー・サプライ52、光励起分
析部10の電子ビーム発生手段20,22そして二種の
ガスをそれぞれのガス供給[58,60からスパッター
リング・チャンバー42に導くなめに配置される一組の
可変リーク弁54,56にそれぞれ接続する出口を持つ
。
最良の効率には、不活性ガスA (58)をターゲット
44の近くにまで導き、−有情性ガスB(60)を素地
46の範囲に導くことである。シールディングをしばし
ばこれら二種のガスの間に部分的なバリヤーを形成する
ために使用する。このシールディングはスパッターされ
る材料の輸送を有効にするために比較的透過性であるべ
きである。スパッターリング・チャンバー42と連絡す
るキャパシタンスマノメーター62はスパッターリング
分圧制御器50に結続され、また検量のために利用でき
る。全スパッターリング過程が自動化できるように、図
示の通り、スパッターリング分圧制御器50を中央プロ
セス・コンピューター(図示されず)に接続するコンピ
ューター バス64がある。
44の近くにまで導き、−有情性ガスB(60)を素地
46の範囲に導くことである。シールディングをしばし
ばこれら二種のガスの間に部分的なバリヤーを形成する
ために使用する。このシールディングはスパッターされ
る材料の輸送を有効にするために比較的透過性であるべ
きである。スパッターリング・チャンバー42と連絡す
るキャパシタンスマノメーター62はスパッターリング
分圧制御器50に結続され、また検量のために利用でき
る。全スパッターリング過程が自動化できるように、図
示の通り、スパッターリング分圧制御器50を中央プロ
セス・コンピューター(図示されず)に接続するコンピ
ューター バス64がある。
他のプロセス容器同様に、スパッターリングチャンバー
42は、不純物を除去し、うすめるなめに一定したガス
流が要求される。活性スパッターリングの場合は、ガス
の少なくとも一種は化学反応で消費される。よって、一
定の分圧比を保つためにはチャンバー42に入る供給カ
ス量は絶えず変化する。このような実際的なアレンジメ
ントでは、ガス分圧の制御は容器中の各種に対する値の
連続測定、測定値と期待値との比較、並びにリーク弁5
4.56を介してスパッターリング・チャンバー42へ
の適切ガス量の供給により達成される。これらリーク弁
は一般に手に入り、電磁式、電気機械式或いはピエゾ・
エレクトリックの形である。この固有的な速度から、ピ
エゾ エレクトリック形が望ましい。
42は、不純物を除去し、うすめるなめに一定したガス
流が要求される。活性スパッターリングの場合は、ガス
の少なくとも一種は化学反応で消費される。よって、一
定の分圧比を保つためにはチャンバー42に入る供給カ
ス量は絶えず変化する。このような実際的なアレンジメ
ントでは、ガス分圧の制御は容器中の各種に対する値の
連続測定、測定値と期待値との比較、並びにリーク弁5
4.56を介してスパッターリング・チャンバー42へ
の適切ガス量の供給により達成される。これらリーク弁
は一般に手に入り、電磁式、電気機械式或いはピエゾ・
エレクトリックの形である。この固有的な速度から、ピ
エゾ エレクトリック形が望ましい。
キャパシタンス・マノメーター62をも使用することは
有益であるが、系の操作には本質的でない。
有益であるが、系の操作には本質的でない。
マノメーター62は真のガス圧測定用の種別に依存しな
い手段である。このマノメーター62は容器中の全ガス
圧を測定する手段であるよりも、むしろ系を検量するた
めの圧標準である。スパッターリンク・チャンバー42
にマノメーター62を取すつけることにより、ファト・
マルチプライヤ−管38と関係する電気的アンブリファ
イヤーの調節が簡単となり、結果として生成されるフォ
トンとガスに相関する収集されるフォトンとの間の関係
が独立関係となる。
い手段である。このマノメーター62は容器中の全ガス
圧を測定する手段であるよりも、むしろ系を検量するた
めの圧標準である。スパッターリンク・チャンバー42
にマノメーター62を取すつけることにより、ファト・
マルチプライヤ−管38と関係する電気的アンブリファ
イヤーの調節が簡単となり、結果として生成されるフォ
トンとガスに相関する収集されるフォトンとの間の関係
が独立関係となる。
一方、各々のガスに対しこれらの関係が判れば、さらに
キャパシタンス・マノメーターの読みを必要とせずに、
操作が圧とガス成分の広い範囲にわたって可能となる。
キャパシタンス・マノメーターの読みを必要とせずに、
操作が圧とガス成分の広い範囲にわたって可能となる。
本発明を実施する具体例において、各種の窒化物(Ti
e)と酸化物(TlO2)の膜が生成される。この操作
において、スパッターリング・プロセスへの電力供給を
制御すると有益である。上述の分圧制御の結果、プラズ
マ・インピーダンスが非常に近いトレランスで保たれる
ことで、簡単な電流制御は十分である。この理由から、
スパッターリング繰作のための電流制御は電力制御に仁
って単純にして適切な手段となる。
e)と酸化物(TlO2)の膜が生成される。この操作
において、スパッターリング・プロセスへの電力供給を
制御すると有益である。上述の分圧制御の結果、プラズ
マ・インピーダンスが非常に近いトレランスで保たれる
ことで、簡単な電流制御は十分である。この理由から、
スパッターリング繰作のための電流制御は電力制御に仁
って単純にして適切な手段となる。
従って、本発明では、供給電力電流を調節するか、蒸着
が完了ましかになった時点で、電力レベルを手動で調節
するかのいずれかが実際的である。
が完了ましかになった時点で、電力レベルを手動で調節
するかのいずれかが実際的である。
現代的なスパッターリング・パワー サプライはまた電
力の制御と保持用の手段を持つ、このことはさらに浸食
により長時間陰極変化の効果を最小限とする利点がある
。
力の制御と保持用の手段を持つ、このことはさらに浸食
により長時間陰極変化の効果を最小限とする利点がある
。
ガス混合体のガス成分はタレット36bのプログラムさ
れた回転と、既知ガスに対応したフィルターの電流強度
と通過波長を基礎とする簡単な演算理論の使用とにより
、自動的に分析できる。波長選択が完全でない場合は、
特殊ガスに対する各フィルターの応答を知ることにより
、かかる不完全情報を考慮に入れた演算理論が改良され
る。この情報は希望する定量的情報を作りだすなめに訂
正される。
れた回転と、既知ガスに対応したフィルターの電流強度
と通過波長を基礎とする簡単な演算理論の使用とにより
、自動的に分析できる。波長選択が完全でない場合は、
特殊ガスに対する各フィルターの応答を知ることにより
、かかる不完全情報を考慮に入れた演算理論が改良され
る。この情報は希望する定量的情報を作りだすなめに訂
正される。
第4図及び第5図は、それぞれ第2及び第3の実施例の
要部の構成を示す説明図である。
要部の構成を示す説明図である。
他のアレンジメントとしては第4図に示したものがあり
、第2図と各部分が同一であるため、ここでは説明を省
く、ここで検量された第1のスリット51が反応範囲か
らポリクロマティック光の通路中に配置される。このス
リットを通過した光は固定された回折格子66上に衝突
する。
、第2図と各部分が同一であるため、ここでは説明を省
く、ここで検量された第1のスリット51が反応範囲か
らポリクロマティック光の通路中に配置される。このス
リットを通過した光は固定された回折格子66上に衝突
する。
これにより、ポリクロマティック光がその成分、つまり
それぞれ異なる角度に別れるλ1、λ2、λ、の波長に
分解される。そこには、第2のスリット53a 、 5
3b 、 53c並びに光をそれぞれの波長で捉えるた
めに配置されたファト・マルチプライヤ−管38a 、
38b 、38cがある。
それぞれ異なる角度に別れるλ1、λ2、λ、の波長に
分解される。そこには、第2のスリット53a 、 5
3b 、 53c並びに光をそれぞれの波長で捉えるた
めに配置されたファト・マルチプライヤ−管38a 、
38b 、38cがある。
他のアレンジメントが第5図に示されるか“、各部分は
第2図と同様である。ここに、単一の第2のスリット5
3と単一のファト マルチプライヤ−管38を除き、第
4図同様に第1のスリット51がある。格子66から回
折された光の波長成分^1、λ2、λ、に対応したあら
かじめ決められた位置に回折格子をステッパー・モータ
ー41が回転する。
第2図と同様である。ここに、単一の第2のスリット5
3と単一のファト マルチプライヤ−管38を除き、第
4図同様に第1のスリット51がある。格子66から回
折された光の波長成分^1、λ2、λ、に対応したあら
かじめ決められた位置に回折格子をステッパー・モータ
ー41が回転する。
いかなる実施例においても、検出器の位置とスリットが
観察される波長を決定する。コンピュータのプログラミ
ングに詳しい者にとっては、系操作の他の分野を制御し
たり、キャパシタンス、マノメーターを用いた光学的分
圧分析の検量の自動化は簡単なことである。
観察される波長を決定する。コンピュータのプログラミ
ングに詳しい者にとっては、系操作の他の分野を制御し
たり、キャパシタンス、マノメーターを用いた光学的分
圧分析の検量の自動化は簡単なことである。
尚、実施例においては発明を、ある好ましい具体的例に
ついて詳細に説明してきたとはいえ、発明はこれらの具
体例に限らず、また添付した特許請求範囲に述べるよう
に、多数の改良と変化が本発明の趣旨を損なうことなく
、それぞれに優れた術をも提供することも理解されるべ
きである。
ついて詳細に説明してきたとはいえ、発明はこれらの具
体例に限らず、また添付した特許請求範囲に述べるよう
に、多数の改良と変化が本発明の趣旨を損なうことなく
、それぞれに優れた術をも提供することも理解されるべ
きである。
[発明の効果]
高或いは中程度の真空範囲での真空プロセス・チャンバ
ー内のガス成分を認識、分析し、またガス分圧の測定を
圧低減シテージなしで行うことを目的とした分圧ガス分
析器を発明した。そのために、電子ビームを用いて検出
ガスの原子と分子の電子を励起し、ファト マルチプラ
イヤ−管のような光検出器を用いて、ガス分子種の最外
殻電子の崩壊にさいし、特性的なフォトンの波長を検出
、薄膜干渉フィルターで他の波長を排除し、これをガス
分圧に相関する比例電気的用電流に交換し、分析を実施
する特殊センサーが発明され、これにより従来型のガス
分析器にみられる稽々の不具合点を改良し、効果的にガ
ス分析が実施できる。
ー内のガス成分を認識、分析し、またガス分圧の測定を
圧低減シテージなしで行うことを目的とした分圧ガス分
析器を発明した。そのために、電子ビームを用いて検出
ガスの原子と分子の電子を励起し、ファト マルチプラ
イヤ−管のような光検出器を用いて、ガス分子種の最外
殻電子の崩壊にさいし、特性的なフォトンの波長を検出
、薄膜干渉フィルターで他の波長を排除し、これをガス
分圧に相関する比例電気的用電流に交換し、分析を実施
する特殊センサーが発明され、これにより従来型のガス
分析器にみられる稽々の不具合点を改良し、効果的にガ
ス分析が実施できる。
第1図は、本発明の第1の実施例の光励起分析部の断面
部分を含む正面図、第2図は第1図の断面部分を含む拡
大側面図、第3図は本発明の第1の実施例の全体構成を
示す説明図、第4図は本発明の第2の実施例の要部の構
成を示す説明図、第5図は本発明の第3の実施例の要部
の構成を示す説明図である。 10・・・光励起分析部、12・ハウジング、14・・
ネック、16・・・励起ケース、18・・光検出器ケー
ス、20・電子ガン、22・・・フレーム 24・・・
フィラメント、26・・穴開きプレート、30・開口、
32・・ファラデイー トラップ、33シールド、34
・・観察用通路、35・窓、36・・フィルターホール
ター、36a・・・ンヤフト、36b・・・タレット、
38・ファト・マルチプライヤ−管、40−= 7 イ
ルター、40a、40b −7イルター、41・・・ス
テップ・モーター、42・・スパッターリング・チャン
バー、44・・・スバ・ツタ−リング ターゲット、4
6・J・素地、50・・スパッターリング分圧$lf
f3f器、51・・・第1のスリット、52・・・スパ
ッターリング・パワー サプライ、53a、53b、5
3cm・第2のスリット、54.56・・可変リーク弁
、58.60・・・ガス供給源、 A(58)・・不活
性ガス、B(6G)・・・活性ガス、62・・・キャパ
シタンス マノメーター、64・コンピューター・バス
、66・・・回折格子。
部分を含む正面図、第2図は第1図の断面部分を含む拡
大側面図、第3図は本発明の第1の実施例の全体構成を
示す説明図、第4図は本発明の第2の実施例の要部の構
成を示す説明図、第5図は本発明の第3の実施例の要部
の構成を示す説明図である。 10・・・光励起分析部、12・ハウジング、14・・
ネック、16・・・励起ケース、18・・光検出器ケー
ス、20・電子ガン、22・・・フレーム 24・・・
フィラメント、26・・穴開きプレート、30・開口、
32・・ファラデイー トラップ、33シールド、34
・・観察用通路、35・窓、36・・フィルターホール
ター、36a・・・ンヤフト、36b・・・タレット、
38・ファト・マルチプライヤ−管、40−= 7 イ
ルター、40a、40b −7イルター、41・・・ス
テップ・モーター、42・・スパッターリング・チャン
バー、44・・・スバ・ツタ−リング ターゲット、4
6・J・素地、50・・スパッターリング分圧$lf
f3f器、51・・・第1のスリット、52・・・スパ
ッターリング・パワー サプライ、53a、53b、5
3cm・第2のスリット、54.56・・可変リーク弁
、58.60・・・ガス供給源、 A(58)・・不活
性ガス、B(6G)・・・活性ガス、62・・・キャパ
シタンス マノメーター、64・コンピューター・バス
、66・・・回折格子。
Claims (9)
- (1)光励起領域の周囲に急速に熱安定性空間が形成さ
れる低熱伝導性の光励起分析部と、所定のガスが発生す
る真空プロセスチャンバーと、この真空プロセスチャン
バーから前記ガスを前記光励起分析部に導く接続部とを
備え、所定方向に電子を照射することにより、前記ガス
の原子或いは分子を励起し、特定波長のフォトンを放出
させる電子ビーム発生手段と、前記フォトンを放出方向
と波長により分別する分別手段と、この分別手段で分別
したフォトンの強度を検出し、強度に比例した電気信号
を出力する光検出手段とが、前記光励起分析部に設けら
れていることを特徴とする真空チャンバー内ガス分析セ
ンサ。 - (2)電子ビーム発生手段が、フィラメントヒータと陰
極を具備し、このフィラメントヒータと陰極上に配置さ
れるスリーブが光励起領域を囲んでいることを特徴とす
る請求項(1)に記載の真空チャンバー内ガス分析セン
サ。 - (3)電子ビーム発生手段が、電子ビームが衝突する電
子トラップを具備し、この電子トラップをスリーブが囲
んでいることを特徴とする請求項(2)に記載の真空チ
ャンバー内ガス分析センサ。 - (4)スリーブがステンレス鋼で形成されていることを
特徴とする請求項(2)に記載の真空チャンバー内ガス
分析センサ。 - (5)フリーブがセラミック材で形成されていることを
特徴とする請求項(2)に記載の真空チャンバー内ガス
分析センサ。 - (6)光励起分析部と、所定のガスが発生する真空プロ
セスチャンバーと、この真空プロセスチャンバーから前
記ガスを前記光励起分析部に導く接続部とを備え、所定
方向に電子を照射することにより、前記ガスの原子或い
は分子を励起し、特定波長のフォトンを放出させる電子
ビーム発生手段と、所定波長範囲のフォトンを通過させ
ることにより、フォトンを分別する分別手段と、複数の
波長を走査し、各波長のフォトン強度を検出記録する光
検出手段とが、前記光励起分析部に設けられていること
を特徴とする真空チャンバー内ガス分析センサ。 - (7)分別手段が、回転タレット上に配置された複数の
フィルタを含むことを特徴とする請求項(6)に記載の
真空チャンバー内ガス分析センサ。 - (8)分別手段が、回折格子とこの回折格子で分離され
た波長域を選択的に検出する波長検出器とを含むことを
特徴とする請求項(6)に記載の真空チャンバー内ガス
分析センサ。 - (9)光検出手段が、プログラムされたコンピュータを
含むことを特徴とする請求項(6)に記載の真空チャン
バー内ガス分析センサ。
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