JPH04262245A - 不純物ガス量評価方法およびその装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雰囲気中に微量に存在
する不純物ガスのガス量の相対的な経時変化を測定して
不純物ガス量の多少を評価する不純物ガス量評価方法お
よびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路等においては、
雰囲気中に不純物ガスが含まれていると、配線材料が腐
食したりするなどの不都合を生じるので、これら雰囲気
中に含まれる不純物ガス量を検出してその多少を評価す
ることが必要となる。

【０００３】雰囲気中に微量に存在する不純物ガスのガ
ス量を分析するものとして、従来、たとえば、定電位電
解式のガス分析装置がある。

【０００４】このガス分析装置は、図４に示すように、
プラスチック等でできた容器ｂの両端に隔膜ｃを取り付
けてなるセルａを有し、このセルａ内には、作用電極ｄ
、対電極ｅ、および参照電極ｆが相対して設けられると
ともに、電解質溶液ｇが充填されている。

【０００５】分析対象ガスは、隔膜ｃを通ってセルａ内
に侵入する。このとき、各電極ｄ、ｅ、ｆと電解質溶液
ｇとの界面を一定の設定電位に保っていると、特定成分
のガスのみが直接電解され、その際に作用電極ｄにおい
て得られる電解電流を検出出力として取り出すことでガ
ス量が測定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の定電位電解式の
ガス分析装置は、既存のものでは最も検出感度が高く、
たとえば、塩素系のガスでは０．５ｐｐｍ程度のものを
検出することが可能である。

【０００７】しかし、現実には、上記の検出限界以下の
レベルにおいても、半導体配線材料等では腐食が発生す
ることがある。

【０００８】したがって、このような分野では、一層低
濃度の不純物ガスを検出できる高感度のものが要求され
ているが、従来では、そのような装置は存在しなかった
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するためになされたもので、雰囲気中に含まれる低
濃度の不純物ガスを従来よりも一層高感度で検出するも
のである。

【００１０】不純物ガスを含む雰囲気中に金属薄膜を曝
露しておくと、不純物ガスによって金属薄膜の光沢が消
失するなどの現象が発生する。したがって、金属薄膜の
反射光量は、金属薄膜の腐食の程度、すなわち雰囲気中
の不純物ガス量と何等かの相関関係にある。

【００１１】本発明は、このような現象に着目したもの
であって、第１の発明に係る不純物ガス量の評価方法で
は、曝露用と参照用の各金属薄膜を準備し、曝露用の金
属薄膜は不純物ガスを含む雰囲気ガス中に曝露する一方
、参照用の金属薄膜は不活性ガスでパージし、この状態
で各金属薄膜に対してそれぞれ光を照射して、各金属薄
膜に対する反射光を検出し、次に、所定時間の経過後に
、再度、前記各金属薄膜に対する反射光を検出し、所定
時間経過前後に得られる反射光の各検出出力に基づいて
、曝露用の金属薄膜に関する規格化された反射光の相対
強度を算出するようにしている。

【００１２】第２の発明に係る不純物ガスの評価装置で
は、第１の発明方法を実施するために、曝露用と参照用
の各金属薄膜がそれぞれ収納される収納ケースを有し、
この収納ケースには、不活性ガスの導入口を設けるとと
もに、一部を切り欠いて開口部を形成し、かつ、収納ケ
ース内には前記各金属薄膜をそれぞれ連続的に開口部に
向けて送出する送出手段を設け、さらに、収納ケースの
外部には、雰囲気ガスを曝露用の金属薄膜に対して噴き
出すガス噴出手段を設け、このガス噴出手段の噴出口を
前記開口部に臨ませ、さらに、開口部には参照用の金属
薄膜を不活性ガスでパージするパージ手段を設ける一方
、光源から前記開口部を通して曝露用と参照用の各金属
薄膜に対して照射された光の各反射光の強度を検出する
第１、第２反射光検出部と、第１、第２反射光検出部か
らの検出出力に基づいて、曝露用の金属薄膜に関する規
格化された反射光の相対強度を算出する演算部とを備え
ている。

【００１３】

【作用】曝露用と参照用の各金属薄膜に対する反射光量
の経時変化をそれぞれ測定し、これらの測定データに基
づいて、曝露用の金属薄膜に関する規格化された反射光
の相対強度を求める。

【００１４】これは定量的ではないが、相対的な反射光
強度の変化を高感度に検出することができ、雰囲気中の
不純物ガス量の多少を評価することが可能となる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の実施例に係る不純物ガス量評
価装置の全体構成を示す斜視図、図２は同装置の正面断
面図、図３は同装置の一部を示す平面図である。

【００１６】これらの図において、１は不純物ガス量の
評価装置の全体を示し、２，２’は曝露用と参照用の各
金属薄膜、４は各金属薄膜２，２’が共に収納される収
納ケースである。そして、この収納ケース４には、Ａｒ
等の不活性ガスの導入口６が設けられるとともに、上部
の一部分を長方形に切り欠いて開口部８が形成されてい
る。また、収納ケース４内には各金属薄膜２，２’をそ
れぞれ連続的に開口部８に向けて送出する送出手段とし
ての送出ローラ１０，１０’と、各金属薄膜２，２’を
巻き取る巻取ローラ１２，１２’とが設けられている。 さらに、開口部８の参照用の金属薄膜２’の通過部分に
は、この金属薄膜２’を不活性ガスでパージするパージ
手段としての矩形断面の透明ガラス管２０が取り付けら
れている。

【００１７】そして、曝露用の金属薄膜２は、収納ケー
ス４内の送出ローラ１０，１０’と巻取ローラ１２，１
２’との間に直接架け渡されており、また、参照用の金
属薄膜２’は、送出ローラ１０’から透明ガラス管２０
を通って巻取ローラ１２’に架け渡されている。これに
より、曝露用の金属薄膜２は、開口部８に位置する部分
だけが収納ケース４の外部に露出し、また、参照用の金
属薄膜２’は透明ガラス管２０によって不活性ガスでパ
ージされる。

【００１８】一方、収納ケース４の外部には、その雰囲
気ガスを開口部８を横切って通過する曝露用の金属薄膜
２に対して噴き出す供給ポンプ１４と供給パイプ１６と
からなるガス供給手段１８が設けられている。そして、
供給パイプ１６の先端の噴出口１６ａが開口部８の曝露
用の金属薄膜２の通過地点に臨んでいる。

【００１９】２２はタングステンランプ等の光源、２４
はこの光源からの光の波長を選択して単色化するための
波長選択素子で、たとえば、回折格子やプリズム等の分
光器が使用される。２６は分光器２４で波長選択され光
を２つに分岐させるビームスプリッタ、２８，２８’は
各金属薄膜２，２’に対する入射光をそれぞれ検出する
第１、第２入射光検出部、３０，３０’はハーフミラー
、３２，３２’は入射側スリットである。

【００２０】また、３４，３４’は各金属薄膜２，２’
でそれぞれ反射された反射光の強度を検出する第１、第
２反射光検出部、３６，３６’は反射側スリットである
。

【００２１】４０はＣＰＵで、このＣＰＵは入射側と反
射側の各第１、第２検出部２８，２８’，３４，３４’
からの各検出出力に基づいて、曝露用の金属薄膜２に関
する規格化された反射光の相対強度Ｄｒｅｆを算出する
演算部として機能するとともに、巻取ローラ１２，１２
断面の各駆動モータ（図示省略）と、波長選択素子２４
とをそれぞれ制御するようになっている。

【００２２】次に、上記装置１を用いて不純物ガス量の
多少を評価する方法について説明する。

【００２３】まず、曝露用と参照用の各金属薄膜２，２
’を準備する。両金属薄膜２，２’は本例では共に同一
のものが使用され、その種類としては、不純物ガスの種
類に応じて適宜選択される。たとえば、大気中に含まれ
る不純物ガスが硫化水素であれば銀、塩化水素であれば
銅やステンレスなどが使用される。

【００２４】また、測定中、Ａｒ等の不活性ガスがガス
導入管６から導入されて送出ローラ１０，１０’に巻回
されている各金属薄膜２，２’が測定中に腐食されない
ようにされる。さらに、収納ケース４の外部の雰囲気ガ
スは、供給ポンプ１４によって供給パイプ１６の噴き出
口１６ａから噴出され、これによって、収納ケース４の
開口部８において、曝露用の金属薄膜２が不純物ガスを
含む雰囲気ガス中に曝露されるが、参照用の金属薄膜２
’は透明ガラス管２０によって不活性ガスでパージされ
ている。

【００２５】一方、測定中、光源２２は常時点灯されて
おり、この光源２２からの光は、波長選択素子２４によ
り特定波長が選択され、その単色光がビームスプリッタ
２６で２つに分岐され、各分岐された光はそれぞれハー
フミラー３０，３０’に照射される。ハーフミラー３０
，３０’で反射された一部の光はそれぞれ第１、第２入
射光検出部２８，２８’で検出され、その検出出力がＣ
ＰＵ４０に取り込まれる。

【００２６】また、一方のハーフミラー３０を通過した
光は、入射側スリット３２、収納ケース４の開口部８を
順次通過して曝露用の金属薄膜２に照射され、その反射
光は反射側スリット３６を通って第１反射光検出部３６
で検出される。また、他方のハーフミラー３０’を通過
した光は、入射側スリット３２’、収納ケース４の開口
部８、および透明ガラス管２０を順次通過して曝露用の
金属薄膜２’に照射され、その反射光は透明ガラス管２
０と反射側スリット３６’を通って第２反射光検出部３
６で検出される。そして、第１、第２反射光検出部３６
，３６’の各検出出力は、ＣＰＵ４０に送出される。

【００２７】いま、各金属薄膜２，２’が巻取ローラ１
２，１２’により移送されて開口部８において共に新生
面が露出されたときの状態を時間Ｔ＝０とする。これを
初期状態として、その際に、各第１、第２検出部２８，
２８’，３４，３４’でそれぞれ検出された曝露用の金
属薄膜２の入射光強度をＩｏ、参照用の金属薄膜２’の
入射光強度をＩｏ’、曝露用金属薄膜２の反射光強度を
Ｒｏ、参照用の金属薄膜２’の反射光強度をＲｏ’とす
る。

【００２８】巻取ローラ１２，１２’を停止した状態で
所定時間だけ各金属薄膜２，２’を保持し、その時間経
過直後（Ｔ＝ｔ）に、各金属薄膜２，２’に対する入射
光と反射光とをそれぞれ検出する。このときの曝露用の
金属薄膜２の入射光強度をＩｔ、参照用の金属薄膜２’
の入射光強度をＩｔ’、曝露用金属薄膜２の反射光強度
をＲｔ、参照用の金属薄膜２’の反射光強度をＲｔ’と
する。

【００２９】これらのデータＩｏ，Ｉｏ’，Ｒｏ，Ｒｏ
’，Ｉｔ，Ｉｔ’，Ｒｔ，Ｒｔ’はＣＰＵ４０に取り込
まれるので、ＣＰＵは、これらのデータに基づいて、曝
露用の金属薄膜２に関する規格化された反射光の相対強
度Ｄｒｅｆを、次式により算出する。

【００３０】 　　Ｄｒｅｆ＝｛（Ｒｔ／Ｒｔ’）／（Ｉｔ／Ｉｔ’）
｝／｛（Ｒｏ／Ｒｏ’）／（Ｉｏ／Ｉｏ’）｝　　（１
） 　　ここで、雰囲気ガス中にたとえば腐食性の硫化水素
や塩素ガス等の不純物ガスを含む場合には、所定時間の
経過後（Ｔ＝ｔ）に、曝露用の金属薄膜２の表面の光沢
が消失し、ＲｔがＲｏと比べて変化する。そのため、初
期状態からの時間ｔを常に一定にしてＲｔ／Ｒｏを測定
すれば、このＲｔ／Ｒｏがその時間ｔの相対的な金属薄
膜の変化を示す。雰囲気ガス中に含まれる不純物ガスの
量が多い場合には、このＲｔ／Ｒｏの値はより小さくな
り、この数値によって雰囲気中の不純物ガス量の多少を
評価することが可能である。しかし、実際には、金属薄
膜２の表面状態のばらつきや、光源２２の光量変動等の
影響があるので、上記の（１）式のようにして、規格化
された反射光の相対強度Ｄｒｅｆを算出して、このよう
な変動要因を除く補正をしている。

【００３１】なお、上記の（１）式は所定時間ｔ内での
平均的な強度であり、この値を算出するには、各金属薄
膜２，２’を所定時間ｔだけ曝露する必要がある。した
がって、これよりも短時間で曝露用の金属薄膜２の表面
状態が急激に変化したときには、その状態変化を検出す
ることができない。そこで、瞬時変化に対応すべく、微
少な単位時間Δｔの経過前後の曝露用の金属薄膜２の入
射光と反射光の各強度Ｒｔ，Ｉｔ，Ｒｔ’，Ｉｔ’をそ
れぞれＣＰＵ４０に取り込み、単位時間Δｔでの強度変
化ΔＤを、　　ΔＤ＝（Ｒｔ’／Ｉｔ’）／（Ｒｔ／Ｉ
ｔ）／Δｔ　　　　　　　　　　　　（２） として常時計算して、瞬時変化を把握できるようにして
もよい。

【００３２】また、この実施例では、曝露用の参照用の
各金属薄膜２，２’の入射光強度Ｉｏ，Ｉｏ’，Ｉｔ，
Ｉｔ’をそれぞれ検出することにより、光源２２の光量
変動の影響を除くようにしているが、光源２２が安定し
ておれば曝露用と参照用の各金属薄膜２，２’の反射光
強度Ｒｏ，Ｒｏ’，Ｒｔ，Ｒｔ’のみ検出してもよい。

【００３３】また、波長選択素子２４をＣＰＵ４０で制
御して所定範囲で波長走査を行い、各波長に対する入射
光強度と反射光強度を測定すれば、特定波長の光に対す
る金属薄膜の走査ピークが得られ、雰囲気中の不純物ガ
スの一つの指標とすることもできる。

【００３４】なお、本発明は、特に腐食性のガスに限定
されずに、金属薄膜２と反応する大気中やバルクガス中
の不純物成分ガスの分析に広く適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、不純物ガスを含む雰囲
気中に金属薄膜を曝露すると不純物ガスによって金属薄
膜が腐食されるなどして光沢が消失する現象を利用し、
曝露用と参照用の各金属薄膜に対する反射光量の経時変
化をそれぞれ測定することにより、曝露用金属薄膜に対
する規格化された反射光強度を求めるので、雰囲気中に
含まれる低濃度の不純物ガスを従来よりも一層高感度で
検出し、その多少を評価できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る不純物ガス量評価装置の
全体構成を示す斜視図である。

【図２】図１の装置の正面断面図である。

【図３】図１の装置の一部を示す平面図である。

【図４】従来の定電位電解式のガス分析装置の縦断面図
である。

【符号の説明】

１…不純物ガス評価装置、２，２’…金属薄膜、４…収
納ケース、６…不活性ガスの導入口、８…開口部、１２
，１２’…送出ローラ（送出手段）、１８…ガス噴出手
段、２０…透明ガラス管（パージ手段）、２２…光源、
２８，２８’…第１、第２入射光検出部、３４，３４’
…第１、第２反射光検出部、４０…ＣＰＵ（演算部）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　曝露用と参照用の各金属薄膜を準備し
   、曝露用の金属薄膜は不純物ガスを含む雰囲気ガス中に
   曝露する一方、参照用の金属薄膜は不活性ガスでパージ
   し、この状態で各金属薄膜に対してそれぞれ光を照射し
   て、各金属薄膜に対する反射光を検出し、次に、所定時
   間の経過後に、再度、前記各金属薄膜に対する反射光を
   検出し、前記の所定時間経過前後に得られる反射光の各
   検出出力に基づいて、曝露用の金属薄膜に関する規格化
   された反射光の相対強度を算出することを特徴とする不
   純物ガス量評価方法。
2. 【請求項２】　　曝露用と参照用の各金属薄膜がそれぞ
   れ収納される収納ケースを有し、この収納ケースには、
   不活性ガスの導入口を設けるとともに、一部を切り欠い
   て開口部を形成し、かつ、収納ケース内には前記各金属
   薄膜をそれぞれ連続的に開口部に向けて送出する送出手
   段を設け、さらに、収納ケースの外部には、雰囲気ガス
   を曝露用の金属薄膜に対して噴き出すガス噴出手段を設
   け、このガス噴出手段の噴出口を前記開口部に臨ませ、
   さらに、開口部には参照用の金属薄膜を不活性ガスでパ
   ージするパージ手段を設ける一方、光源から前記開口部
   を通して曝露用と参照用の各金属薄膜に対して照射され
   た光の各反射光の強度を検出する第１、第２反射光検出
   部と、前記第１、第２反射光検出部からの検出出力に基
   づいて、曝露用の金属薄膜に関する規格化された反射光
   の相対強度を算出する演算部と、を備えることを特徴と
   する不純物ガス量評価装置。