JPH0337562A

JPH0337562A - 真空装置およびプロセスチャンバ内のガス分析方法

Info

Publication number: JPH0337562A
Application number: JP1172173A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Inomata; 猪又　重郎; Masaru Nakamura; 優中村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-02-18
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: US5093571A; JP2952894B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　要〕プロセスチャンバ内のガス分析方法に関し、プロセスチ
ャンバ内が低真空の雰囲気であっても質量分析計によっ
てガス分析ができることを目的とし、プロセスチャンバに真空排気手段が接続されてプロセス
チャンバの外にプロセスチャンバの中の真空度よりも高
い真空雰囲気が形成され、前記真空雰囲気に質量分析計
が配置され、かつ真空雰囲気が、質量分析計が機能可能
な高い真空度であるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、プロセスチャンバ内のガス分析方法に関する
。

近年、半導体集積回路を中心とした電子デバイスの進展
に伴い、この電子デバイスの製造分野においては、真空
雰囲気のチャンバ内で処理を行ったり、あるいは−旦真
空にしてからガスを導入して、特殊なガス雰囲気のチャ
ンバ内で処理を行ったりする、いわゆる真空装置が、電
子デバイス製造工程に欠かせなくなっている。

この真空も含めた特殊雰囲気を利用する各種の製造装置
のおいては、真空装置のチャンバの内部の真空度が、通
常の高真空をさらに上回る超高真全系（］、　Ｘ　１０
”１０Ｔｏｒｒ以下）相当の性能が要求されるよ・うに
なっている。

この要求は、真空を利用した種々のプロセスにおいて、
ラーハイスの性能をより高度にし、より高密度にし、あ
るいはより高品質にするために不可欠なものである。

そして、プロセス処理が行われる、いわゆるプロセスチ
ャンバ内の雰囲気の質を上げること、およびそのｎＩＩ
提となる真空の質をあげることが重要な課題となってい
る。

真空の質を上げるための背景となる技術の１つが、真空
系と外部（大気）との気密隔絶を如何に完全に行・うか
であることはもちろんである。

しかし、もう１つは、真空系内、特にプロセスチャンバ
内の雰囲気を如何に効率よく高精度に測定するかが、背
景となる重要な技術である。

つまり、このプロセスチャンバ内のガス雰囲気測定とは
、ガス分析とリーク検出である。

（従来の技術］プロセスチャンバ内の、一般に真空度と呼はれる気圧を
測定する方法に電離真空計がある。

しかし、この計測方法においては、プＴｅｌセスチャン
バ内のガス分析まではできない。

近時、プロセスチャンバ内が真空であるばかりでなく、
例えば、反応性スパッタとかＣＶ　Ｄのような特殊なガ
ス雰囲気の中でプロセス処理が行われることが多くなっ
ている。

このようなガス雰囲気の分析には、質量分析（）がよく
用いられる。

質量分析計は、電磁的相方作用を利用して、原子や分子
のイオンを質量の違いによって分析する装置で、幾つか
の方式がある。

そして、プロセスチャンバ内のガス雰囲気分析には、質
量分析計の・種である、４極子マスフイルタ（４重極子
質量分析計、Ｑ−Ｍａｓｓ）がよく用いられる。

第３し１は質量分析計による従来のガス分析方法の説明
図である。

同図において、１はプロセスチャンバ、２は真空排気手
段、３は質量分析計、４はプロセスチャンバ１の中に雰
囲気ガスを制御性よく導入するガス導入弁である。

一般に、大気に開放されていて、大気圧つまり、７６０
Ｔｏｒｒのプロセスチャンバの内部は、ます、油回転真
空ポンプなどの低真空排気手段によって、例えば、１０
３〜１０”’Ｔｏｒｒ程度まで真空度を上げる、いわゆ
る粗引きが行われる。

その後、油や水銀の拡散ポンプとか、各種イオンポンプ
とかの高真空排気手段に切り換え、例えば、１［）−５
Ｔｏｒｒとか、１０−　＋Ｔ　ｏｒｒとかの高真空を、
場合によっては、１Ｏ−１０Ｔｏｒｒ以］二の超高真空
を得ている。

こうしで、真空になったプロセスチャンバ１の中には、
必要に応１．′７て、ガス導入弁４を通して所定のガス
が導入され、例えば、１０−”Ｔｏｒｒの真空度が保た
力、て、プロセス処理が行われる。

こ＼て、第４図は、第３図の方法における真空度と分圧
との関係図である。

この図は、第３図におムノるガス導入弁４から導入した
ガスがＮ２ガスの場合であり、このＮ２ガスの導入量（
リーク量）が、０％、Ａ％、Ｂ％（Ａ＜Ｂ）の３種類の
条件をそれぞれパラメータとしたときに、Ｔｏｒｒの単
（＋′Ｌで表したプロセスチャンバ１の中の真空度に対
して、任意単位で表示した質量分析計３の中のＮ２ガス
の分圧がどのような値になるかを示している。

この図から、プロセスチャンバ１の中の真空度が上がっ
てくると、Ｎ２ガスの導入量が大きくなる０％、Ａ％、
１３％の順に、質里分＋Ｊｊ−呂−ｔ３の由のＮ２ガス
の分圧の降下の開始が高真空度側に柊動して遅くなる傾
向になる。

ところで、質量分析計３は、原子や分子のイオンの真空
中の挙動を利用して解析する装置であるから、１０−５
”［”　ｏｒｒよりも高い真空雰囲気でないと正常に機
能しない。

従って、１０−　”　Ｔ　ｏｒｒといった低いプロセス
チャンバ１の雰囲気においては、質量分析言１３を用い
てガス分析を行うことは適さない。

そこで、質量分析計３をプロセスチャンバ１のガス雰囲
気よりももっと高真空に保つ工夫がなされている。

第５図は第３図の方法を改良した従来のガス分析方法の
説明図である。

同図においては、プロセスチャンバ１に連結した真空排
気手段２とは別に、質量分析計３がプロセスチャンバ１
とは独立に排気できるようになっている。

すなわち、質量分析計３においては、プロセスチャンバ
１の中の、例えば、１Ｏ−３Ｔｏｒｒの真空度よりもよ
り真空度が高いＩＱ−５Ｔｏｒｒとか、１Ｏ−６Ｔｏｒ
ｒの雰囲気を得るために、質量分析計３とプロセスチャ
ンバ１の間の管路に流量調整弁５を設けるとともに、管
路を質量分析計３の側で分岐し、高真空排気手段２１と
低真空排気手段２２とを連設している。

こソては、高真空排気手段２１には、ロータとステーク
とがタービン翼となっている分子ポンプ、いわゆるター
ボ分子ポンプを用い、低真空排気手段２２には油回転ポ
ンプ用いでおり、こうして、質量分析計３内を高真空の
雰囲気にして機能させることができる。

第６図は、第５図の方法における真空度と分圧との関係
図である。

この図も、第５図におけるガス導入弁４から導入したガ
スがＮ２ガスの場合であり、このＮ２ガスの導入量（リ
ーク量）が、０％、Ａ％、Ｂ％（Ａ＜Ｂ）のときの値を
それぞれパラメータとしたときの、プロセスチャンバ′
１の中のＴ　ｏｒｒの単位で表した真空度と、任意単位
で表示したＮ２ガスの分圧との関係図である。

この図から、プロセスチャンバ１の中の真空度が下がっ
てくるにつれて、Ｎ２ガスの導入量に違いがあっても、
分圧の差がなくなってくることが分かる。

このことは、プロセスチャンバｌの中のＮ２ガスの分圧
と、質量分析言４３の中のＮ２ガスの分圧とが等値でな
く、真のプロセスチャンバ１の中のガス分析ができなく
なることを意味している。

〔発明が解決しようとする課題〕

質量分析計を用いてプロセスチャンバ内のガス分析を行
うとき、プロセスチャンバの中の真空度が例えば、１Ｏ
−５Ｔｏｒｒ以上の高真空であれば、質量分析計は極め
て有用な分析手段である。

しかし、スパック装置のような場合には、プロセスチャ
ンバは、その中の雰囲気を、高真空に排気した後、所定
のガスを導入（リーク）して、例えば、真空度を、］０
−３Ｔｏｒｒといった低真空にして用いられる。

このような低真空度のプロセスチャンバに直付けした質
量分析計による従来のガス分析においては、質量分析計
によって測定したガス分析値が、プロセスチャンバ内の
ガス雰囲気の状態を正しく表していないという問題があ
った。

木発１！１１ば、このようなガス導入を行った低真空の
プロセスチャンバ内のガス分析を、質量分析計によって
正しく測定できる手段を提供することを目的としている
。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、プロセスチャンバに真空排気手段が
接続されてプロセスチャンバの外にプロセスチャンバの
中の真空度よりも高い真空雰囲気が形成され、前記真空
雰囲気・に質量分析計が配置され、かつ真空雰囲気が、
質量分析計が機能可能な高い真空度であるように構成し
たプロセスチャンバ内のガス分析方法によって解決でき
る。

〔作　用〕

スパッタ装置のような、プロセスチャンバの中の真空度
が、例えば、１０−’Ｔｏｒｒといった低真空の場合に
、質量分析計を用いてもプロセスチャンバの中のガス分
析が正しく行えなかった従来の方法に替えて、本発明に
おいては、質量分析側の配置する位置を、質量分析計が
十分に機能する高い真空雰囲気になるようにしている。

すなわち、まず、プロセスチャンバに真空排気手段を接
続して、例えば、１０−’Ｔｏｒｒのプロセスチャンバ
に対して、１Ｏ−５Ｔｏｒｒとか１Ｏ−６Ｔｏｒｒの０真空雰囲気を形成するようにしている。

この高い真空雰囲気が形成される場所は、真空排気手段
の、例えば、ポンプの中はもちろんであるが、プロセス
チャンバと真空排気手段とを接続する配管の管路の途中
であってもよく、何れにしても、質量分析計が十分に機
能する高い真空雰囲気の場所に、質量分析計を配置する
ようにしている。

実際には、真空排気手段である真空ポンプの側壁とか、
配管の主管路にバイパス管路を分岐して設けたりする。

こうして、本発明になるガス分析方法によれば、真空度
の低いプロセスチャンバの中のガス分析を質量分析計を
用いて行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図は実施例の評価
の説明図である。

同図において、プロセスチャンバ１にはＡ／２のスパッ
タ装置を用いた。

こ＼で、真空排気手段２には、ガス分子を吸着して捕そ
くするクライオポンプを用い、このポンプの中の真空度
は、３．５Ｘ１０−５Ｔｏｒｒである。

そして、プロセスチャンバ１のＡｒガス雰囲気の中に、
ガス導入弁４からＮ２ガスを導入し、プロセスチャンバ
１内の真空度を７　Ｘｌ０−３Ｔｏｒｒ　ニなるように
調整してスパッタを行うこととした。

そのため、プロセスチャンバ１と真空排気手段２との間
には流量調整弁５を介在させて接続し、１００分のｌの
圧力差が生じるようにｌｉｔ調整弁５を設定した。

一方、質量分析計は、真空排気手段２であるクライオポ
ンプの側壁に孔を開けて取り付けた。

シリコンウェーハにＡＩをスパッタしながら、質量分析
計の出力を読み取り、本発明になるガス分析方法の評価
を行った。

第２図において、横軸に処理したウェーハの枚数、縦軸
にＮ２分圧の任意単位をとると、Ｎ２の導入量が０％の
ときと５０ｐｐｍのときとで面線が明瞭に分離し、本発
明になるガス分析方法が極めて有用であることが確認で
きた。

こ覧で用いたプロセスチャンバや真空排気手段などには
、いろいろな装置が適応でき、限定したものではないの
で種々の変形が可能である。

また、６１量分析計が、１０−　’　Ｔ　ｏｒｒよりも
高い真空度の雰囲気でないと、正常に機能しないことは
周知のことであるが、プロセスチャンバの真空度やガス
雰囲気の種類については、種々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明になる質量分析計を用いた真
空チャンバ内のガス分析方法によれば、従来測定できな
かったプロセスチャンバ内の真空度が低い場合にも、安
定に測定できる。

従って、本発明は、真空プロセスチャンバを用いて行わ
れている、半導体集積回路を中心とした電子デバイスの
研究・開発・製造などの今後の発展に寄与できる。

３

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図は実施例の評価の説明図、第３図は質量分析計による従来のガス分析方法の説明図
、第４図は第３図の方法における真空度と分圧との関係図
、第５図は第３図の方法を改良した従来のガス分析方法の
説明図、第６図は第５図の方法における真空度と分圧との関係図
、である。図において、 ■はプロセスチャンバ、２は真空排気手段、３は質量分
析計、である。（事中Ｊ珊譚ン（型−首匂）

Claims

【特許請求の範囲】プロセスチャンバ（１）に真空排気手段（２）が接続さ
れて該プロセスチャンバ（１）の外部に該プロセスチャ
ンバ（１）の中の真空度よりも高い真空雰囲気が形成さ
れ、前記真空雰囲気に質量分析計（３）が配置され、かつ該
真空雰囲気が、該質量分析計（３）が機能可能な高い真
空度であることを特徴とするプロセスチャンバ内のガス
分析方法。