JPH05203625A - 脱離ガス検出装置の試料ステージ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空チャンバ内に設置し、その上に試料を載
置して赤外線を照射する脱離ガス検出装置の構造を改良
する。 【構成】 赤外線を導入するガラス棒を真空チャンバ内
に垂設し、その上端にキャップ形状の試料ステージを被
せ、その試料ステージの上面に試料を載置する構造とす
る。 【効果】 赤外線が試料に集中的に照射され、試料ステ
ージおよび試料のみが有効に加熱され、真空チャンバ内
の他の部分は加熱されることなく、環境からの余分なガ
スの発生を防ぎ、背景ノイズによる影響を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体チップ製造工程に
おける工程の評価に利用する。本発明は脱離ガス分析装
置の真空チャンバ内で利用する。

【０００２】脱離ガス分析装置は、試料である半導体チ
ップを高真空雰囲気の中で加熱し、その試料から脱離す
るごく微量のガスを質量分析計に導入して観測し、その
観測結果によりその半導体チップを製造した半導体製造
工程を評価修正し、その製造歩留りを向上するために利
用する装置である。

【０００３】

【従来の技術】試料半導体チップを真空チャンバ内に配
置し、その試料に赤外線を照射して加熱し、その試料か
ら脱離するガスを質量分析計に導入して計測し、その計
測結果に基づいて半導体チップの製造工程の欠点を修正
する技術が知られている。この技術は半導体製造工程で
製造歩留りを向上するためにきわめて有効な技術であ
る。

【０００４】試料となる半導体チップは約10mm平方でそ
の厚さは約１mmあるいはそれ以下であり、その製造工程
で十分に清浄に処理されているから、その試料を加熱す
るさいに発生するガスはきわめて微量である。したがっ
て、真空チャンバをきわめて高い真空度に維持するとと
もに、真空チャンバの殻壁その他の環境から不要なガス
の発生がないようにしないと試料から発生する脱離ガス
を正しく観測できない。

【０００５】従来装置では、真空チャンバの殻壁に大き
い石英ガラスの窓を作り、その窓から赤外線発生ランプ
からの赤外線を照射して試料を加熱する構造のものが知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来構造で
は、赤外線が試料以外に、真空チャンバの殻壁や真空チ
ャンバ内にある各種装置をも照射することになり、試料
以外からも脱離ガスが発生する。これは背景ノイズとな
って試料からの脱離ガスの正確な測定を阻害する。

【０００７】また、他の装置では真空チャンバの外に赤
外線発生装置を配置し、発生した赤外線をガラス棒によ
り真空チャンバ内に導入する技術もあるが、脱離ガス分
析装置にこれを応用したものはない。

【０００８】本発明はこのような背景に行われたもので
あり、試料を局所的に加熱することができ、その構造が
簡単である脱離ガス分析装置の試料ステージを提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、赤外線発生装
置を真空チャンバの下に配置し、真空チャンバ内に前記
赤外線を導入するガラス棒を垂設し、このガラス棒の上
端に試料を載置するキャップ形状の試料ステージを被せ
る構造を特徴とする。その試料ステージは、上面が試料
を載置するに適する形状に、下面が前記ガラス棒の上端
に緩く嵌合する形状にそれぞれ加工される。この試料ス
テージの大きさは載置される試料がはみ出すことなくち
ょうど載る程度に小さく作ることがよい。

【００１０】この試料ステージは、加熱中は試料と等し
い温度になるように薄く作ることがよい。この試料ステ
ージには熱電対を挿入する孔が形成される。

【００１１】この試料ステージは円板状に形成すること
が加工の上から有利であり、その上面は平坦であって、
その上面円周にそってわずかに面取り加工を施しておく
と、試料を横すべりさせて載置させあるいは撤去するこ
とが容易にできる。

【００１２】この試料ステージは半透明石英ガラスある
いはくもりガラス状に処理された石英ガラスが望まし
い。

【００１３】ガラス棒は赤外線に対する透明度の上から
石英ガラスがよい。

【００１４】さらに、このガラス棒の上端と前記試料ス
テージとの間には真空チャンバ内に連通する空隙を設け
る構造が優れている。

【００１５】

【作用】赤外線発生装置を真空チャンバの外しかも下方
に配置し、発生した赤外線をガラス棒で真空チャンバの
下から導入する。ガラス棒は相当程度の強度があるので
これをそのまま試料ステージの脚として利用する。その
ガラス棒の上端に半透明のキャップ形状の試料ステージ
を被せ、この試料ステージの上面に試料を載置する構造
とする。したがって、試料はその裏面から赤外線により
照射され、この試料ステージおよび試料のみが加熱され
ることになる。

【００１６】この構造は、試料のみを赤外線により照射
するきわめて有効な構造である。

【００１７】試料ステージをガラス棒に被せるために、
余分の部品を使用しないことがよい。すなわち、キャッ
プ形状に形成した試料ステージの下面にはガラス棒に緩
く嵌合する加工を施しておく。

【００１８】この試料ステージには温度測定用の熱電対
を挿入する孔を設けておき、ここに挿入する熱電対の電
線を真空チャンバの外に導く。これにより試料の温度と
熱電対で計測する温度とをかなり一致させることができ
る。試料ステージは半透明石英ガラスであり、ガラス棒
は透明石英ガラスであるので、赤外線は試料ステージの
温度を上昇させるが、ガラス棒の温度はあまり上昇させ
ない。このためガラス棒と試料ステージとの間に真空チ
ャンバ内に連通する空隙を設けると、試料ステージのみ
が加熱されガラス棒は加熱されない。したがって、ガラ
ス棒の表面から余分なガスが真空チャンバ内に発生して
背景ノイズとなることはない。

【００１９】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

【００２０】図１は、本発明一実施例の全体配置図であ
り、図２は同実施例の系統図であり、図４は試料ステー
ジ図である。

【００２１】真空チャンバ１内に設置され、試料６を載
置し、その試料６に赤外線を照射する手段として赤外線
発生ランプ21と反射面７Ａとを含む赤外線発生装置７を
設けた脱離ガス検出装置の試料６を載置する試料ステー
ジ構造において、本発明の特徴とするところは次の通り
である。 真空チャンバ１内に前記赤外線発生ランプ21からの
赤外線を導入する直径20mmのガラス棒４が垂直に配置さ
れ、上面が試料６を載置するに適する形状に下面がガラ
ス棒４の上部の端面４Ｂに緩く嵌合する形状にそれぞれ
加工されたキャップ形状の試料ステージ５がガラス棒４
の上端に被せられたこと、 試料ステージ５には熱電対21Ａを挿入する直径１mm
の孔５Ｃが形成されたこと、 試料ステージ５は直径26mmの円板状であり、その上
面の直径23mm以内の部分は平坦である。この上面の円周
にそって傾斜角15°の面取りがなされている。また前記
熱電対21Ａが挿入される孔５Ｃは、上面と平行にあけら
れ、孔５Ｃの中心と上面との距離は２mmである。これは
試料６の加熱温度を熱電対21Ａによりできるだけ正確に
測定するためである。このため試料ステージ５はあらか
じめその厚さを大きく製作しておき、孔５Ｃをあけてか
ら上面を削っていく、 試料ステージ５は半透明石英ガラスであり、ガラス
棒４は透明石英ガラスである。このためそれぞれに導入
される赤外線によって、試料ステージ５は加熱される
が、ガラス棒４はほとんど加熱されない、 図４(b) に示す試料ステージの断面図に示すよう
に、その下面の嵌合部５Ａはガラス棒４とその周方向の
両端部にそれぞれ少なくとも0.1mm 以上のすき間がある
ようになっており、この嵌合部の上方に空隙として内径
が17.5mmで高さが１mmであるすき間５Ｄが設けられる。
このすき間５Ｄは孔５Ｂを介して真空チャンバ１の内部
と連通する。前述のように半透明石英ガラスである試料
ステージ５は赤外線により加熱され、透明石英ガラスで
あるガラス棒４は加熱されにくい。試料ステージ５の熱
がガラス棒４に伝導によって移動しないように前記すき
間５Ｄが設けられている。

【００２２】本実施例で分析される半導体チップは標準
的には縦横10mmのものであり、最大のものは縦横12mmの
ものである。したがって試料ステージ５の平坦な部分の
直径は前述のように20mmで十分である。また後述するよ
うに本実施例ではマニュピレータにより試料を試料ステ
ージに移したり、戻したりする場合に、その操作を円滑
に行うため、前記のように傾斜角15°の面とり部分を前
記平坦部分の円周にそって設けてある。

【００２３】本実施例の真空チャンバ１の内径は200mm
であり、その天井面と底面との距離は220mm であり、試
料ステージ５は前記底面より70mm上方に突出している。

【００２４】次に図１および図２を用いて、本実施例の
配置について説明する。

【００２５】本実施例では、真空チャンバ１と、この真
空チャンバ１を真空に維持する真空ポンプ２Ａ、３Ａ
と、真空チャンバ１内に配置された試料ステージ５（図
２参照）と、この試料ステージ５に載置された試料６を
加熱する加熱器７および21と、真空チャンバ１内に連接
する質量分析計９、10および11とを含む。

【００２６】本実施例の各部品はほぼデスク23上に配置
され、真空ポンプのうちロータリイ型の真空ポンプであ
る３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、冷却水タンク24およびコンピュ
ータユニット25はデスク23外に配置される。

【００２７】真空チャンバ１は、その壁構造が金属筒１
Ｃと、天井側および底面側の金属端板１Ａ、１Ｂより構
成され、その内壁面は表面研磨されている。真空チャン
バ１を真空に維持する真空ポンプのうち、符号２Ａは磁
気浮上型ターボ分子ポンプである。この真空チャンバ１
は外部からの試料の出し入れにさいして、その真空状態
が破壊されない構造となっている。

【００２８】すなわち、真空チャンバ１より十分に小さ
い空間に収容され、真空チャンバ１との間に開閉弁13を
備え、前記磁気浮上型ターボ分子ポンプ２Ａとは別系の
ターボ分子ポンプ２Ｂによりその真空を維持するロード
ロック機構を設ける構造である。

【００２９】本実施例では、真空チャンバ１の内径は、
試料ステージ５の直径26mmに対して５倍以上であり、試
料ステージ５から壁面との距離は60mm以上である。

【００３０】ロードロック機構は、図２および図３に示
すように、それを囲むロードロックチャンバ12の内部に
設けられる（図３(b) 参照）。

【００３１】ロードロック機構は、試料を搬送する搬送
台15と、この搬送台15を搬送するラック部16と、このラ
ック部16を駆動するピニオン17を回転するピニオン回転
軸17Ａとを含む。このピニオン回転軸のシール構造は、
図３(c) に示すように、二つのＯリング19Ａ、19Ｂとの
間はスペーサ19Ｃによりほぼ一定の空間である中間排気
室20Ａが確保されるもので、この中間排気室20Ａは図２
に示すように前記真空ポンプ２Ａおよび２Ｂとは別系の
ロータリイ型の真空ポンプ３Ｃにより真空に維持され
る。

【００３２】真空チャンバ１内にはストッパ16Ａを備
え、ラック部16が真空チャンバ１内に移動して、このス
トッパ16Ａに接触した位置で、搬送台15が試料ステージ
５に横づけされる構造である。

【００３３】開閉弁13にはスライド弁13Ａをつまみ18Ｂ
を回転することにより開閉させる軸26Ａが設けられ、こ
の軸26Ａはベローズによりシールされる。

【００３４】加熱器７は、赤外線発生ランプ21を内包す
る赤外線発生装置であり、この赤外線発生装置７は、真
空チャンバ１の外に配置され、試料ステージ５は赤外線
発生装置７で発生し、ガラス棒４で導入された赤外線で
加熱される。

【００３５】真空チャンバ１は直径が大きい接続管８
（本実施例では内径120mm)を介して質量分析計のイオン
化部９に連通される。真空チャンバ１の真空状態を維持
するためこの接続管８は主排気管８Ａにより磁気浮上型
ターボ分子ポンプ２Ａおよびロータリイ型の真空ポンプ
３Ａに接続される。このイオン化部９につづいて励磁部
10とコレクタ部11とが設けられる。

【００３６】真空チャンバ１を高真空状態にするために
は、最初にロータリイ型の真空ポンプ３Ａにより或る程
度の真空状態としたのちに、磁気浮上型ターボ分子ポン
プ２Ａにより、10^-10torr 程度の真空状態に維持する。

【００３７】真空チャンバ１のロードロック機構と対向
する位置にマニュピレータ27が設けられている。このマ
ニュピレータ27は、前述のラック部16により試料ステー
ジ５に横づけされた搬送台15上の試料を試料ステージ５
の上に移し、また戻すためのものである。

【００３８】次に各部品の動作をそれぞれ個別に説明す
る。

【００３９】図３において、ロードロック機構では、通
常搬送台15とラック部16とは、ロードロックチャンバ12
の端部12Ａ側に寄せられており、搬送台15は試料挿入口
14のほぼ下方に位置する。このとき開閉弁13はスライド
弁13Ａにより閉塞されている。試料挿入口14を開放する
ときは、あらかじめコック22Ａを開放して、ロードロッ
クチャンバ12の内部に乾燥窒素Ｎ₂ を充填しておき、試
料挿入口14を開き試料を搬送台15に載置する。つぎにコ
ック22Ａを閉じ、コック22Ｄを開いて予備排気を行い、
次いでコック22Ｃを開きロードロックチャンバ12内が高
真空となるよう排気を行う。

【００４０】真空計32Ａにより真空状態を確認してか
ら、開閉弁13を開き、つまみ18Ａによりピニオン17を回
転して、ラック部16を真空チャンバ１側に移動させる。
搬送台15が試料ステージ５の所定の位置に接近すると、
ラック部16の先端は真空チャンバ１内に設けられたスト
ッパ16Ａに接触し、搬送台15は試料ステージ５に横づけ
される。

【００４１】この状態で搬送台15に載置された試料を試
料ステージ５に移載するには、前記マニュピレータ27に
よる。

【００４２】マニュピレータ27の縦断面図を示す図６
(b) において、真空チャンバの殻である金属筒１Ｃには
強固な構造の鞘体27Ａにフランジ27Ｂが設けられてい
る。このフランジ27Ｂの外方の大気圧雰囲気に第一およ
び第二操作端であるつまみ18Ｃと18Ｄとが設けられる。

【００４３】この第一操作端であるつまみ18Ｃの操作に
より真空チャンバのほぼ中心からほぼ放射方向にほぼ水
平に移動する管状の外軸27Ｃがあり、その一端に軸受27
Ｄを介して第一作用端27Ｅが取付けられる。

【００４４】この外軸27Ｃの内側に外軸27Ｃに沿ってそ
の長手方向に相対位置を変化する内軸27Ｆがあり、この
内軸27Ｆの外側の一端に前記第二操作端であるつまみ18
Ｄが取付けられ、この内軸27Ｆの他端に第二作用端27Ｇ
が設けられる。

【００４５】外軸27Ｃの真空チャンバ内側の先端部とフ
ランジ27Ｂに固定された座27Ｈとの間には外軸27Ｃの変
位にしたがって伸縮する第一ベローズ28Ａが被せられ、
内軸27Ｆと外軸27Ｃとの間にはこの外軸27Ｃと内軸27Ｆ
との相対変位にしたがって伸縮する第二ベローズ28Ｂが
被せられている。また第一作用端27Ｅと第二作用端27Ｇ
との間には、板ばね27Ｊにより吊り下げられたコの字状
の爪27Ｋが取付けられている。

【００４６】このように二つのベローズを設けることに
より、各操作端の操作に伴う真空チャンバ内のリークが
防止される。

【００４７】通常の状態、すなわち試料の交換を行わな
い状態では、つまみ18Ｃの操作により外軸27Ｃと内軸27
Ｆは共に図の右側に引かれた位置にあり、第一ベローズ
28Ａは圧縮され、第一および第二作用端27Ｅおよび27Ｇ
は金属筒１Ｃ側に引かれている。

【００４８】前述のようにロードロック機構の搬送台15
が試料ステージ５に横づけされた状態で、第一操作端で
あるつまみ18Ｃにより、外軸27Ｃと内軸27Ｆとを図の左
側に移動し、爪27Ｋを破線の位置に移動させる。このと
きつまみ18Ｄを外軸27Ｃに対して内軸27Ｆを図の左側に
押し込むように操作する。これにより第二ベローズ28Ｂ
が伸ばされ、第一および第二作用端27Ｅと27Ｇとの間隔
は縮むので、板ばね27Ｊが押し出され爪27Ｋは下降す
る。ここでつまみ18Ｃを操作することにより外軸27Ｃと
内軸27Ｆを共に図の右側に移動し、搬送台15の上の試料
を試料ステージ５の上に移載することができる。このよ
うにして、試料を移すことができる。

【００４９】この操作は、真空チャンバの金属筒１Ｃに
設けられた覗き窓１Ｅ（図６(b) で破線で示すもの）か
ら観察しながら行われる。

【００５０】赤外線発生装置７は真空チャンバ１の外側
下方に配置され、その内部の楕円体状の反射面７Ａのひ
とつの焦点に置かれた赤外線発生ランプ21が発生する赤
外線を他の焦点に置かれた石英のガラス棒４の受光面４
Ａより吸収し、他の端面４Ｂより試料ステージ５の下面
に導入する。赤外線発生ランプ21はコンピュータユニッ
ト25により制御される温度制御部29の送出する電流によ
り試料ステージ５に所定の温度を与える。この反射面７
Ａの熱を赤外線発生装置７の外部に放散させないよう
に、反射面７Ａの外部の水ジャケットに前記冷却水タン
ク24からパイプ30Ａにより冷却水が送入される。

【００５１】図４は、試料ステージの図である。ガラス
棒４は透明石英ガラスであり、ステージ５は半透明石英
ガラスである。図４(b) に示すように試料ステージ５の
下面にはガラス棒４の端面４Ｂに緩く嵌合する嵌合部５
Ａが形成され、しかも端面４Ｂと嵌合部５Ａとのすき間
５Ｄには、孔５Ｂが設けられ真空チャンバ内の雰囲気と
連通する。緩く嵌合され、すき間５Ｄが設けられている
ので、試料ステージ５が高温になってもその伝達熱によ
りガラス棒４の温度が上昇することがない。試料ステー
ジ５の上部に設けられた孔５Ｃは熱電対21Ａを挿通する
ものである。

【００５２】ガラス棒４の真空チャンバの金属端板１Ｂ
を貫通する部分にシール構造が設けられる。本シール構
造も前述のロードロック機構のピニオン回転軸17Ａに設
けられたものと同様に中間排気室20Ｃに二重のＯリング
19Ｄ、19Ｅとスペーサ19Ｆとが設けられ、真空チャンバ
１内部の真空度を保持する。この中間排気室20Ｃは真空
チャンバ１を排気する真空ポンプとは別系の真空手段で
あるロータリイ型の真空ポンプ３Ｃにより排気される。

【００５３】一方、前述のように赤外線発生装置７を冷
却した冷却水はパイプ30Ｂを介して、中間排気室20Ｂの
外方に設けられた筒体19Ｇの冷却水通路31に送入され、
パイプ30Ｃを介して、冷却水タンク24に送りかえされ
る。このためシール部分はつねに冷却されシール部に支
障が起こらない。

【００５４】図５は、質量分析計の構造を示す図であ
る。

【００５５】本図に示すようにイオン化部９内のイオン
化室９Ａは複数の開口９Ｂを備えた開放型のもので、こ
のイオン化部９と真空チャンバ１とは太くかつ短い通路
である接続管８で連結されている。

【００５６】質量分析計の一般的な試料導入において
は、試料ステージに載置された試料６が発生する脱離ガ
スを一旦蓄積してこれを狭い通路を通してイオン化室９
Ａに送っている。この方法では脱離ガスが発生した時点
と、イオン化室でこの脱離ガスがイオン化される時点と
では若干のタイムラグがあり、リアルタイムの分析がで
きない。

【００５７】本実施例では試料６から発生した脱離ガス
33Ｇは蓄積されることなくイオン化部９内に導かれ、開
口９Ｂを通してイオン化室９Ａに入り、そこでフィラメ
ント（図示せず）からの電子線の衝撃によってイオン化
される。引出し電極９Ｃによりイオン化室９Ａから引出
されたイオンビーム33Ｅは、励磁部10の磁極10Ａの磁界
により偏倚されコレクタ部11で検出される。

【００５８】本実施例では、試料の交換を行っても真空
チャンバ１内への大気のリークは極めて小さい。このた
め、背景ノイズが極めて小さくおさえられるとともに、
真空状態を形成する真空ポンプ動作の準備時間が極めて
小さい。

【００５９】また楕円体状の反射面とガラス棒とによ
り、試料の加熱エネルギである赤外線を、試料に集中し
て導入できる。このため従来のような熱源の導入手段と
比較して、真空チャンバの内壁面などを赤外線が照射す
る可能性がきわめて小さくなる。また照射する可能性が
僅かにあっても、試料ステージから壁面までの距離が大
きく、かつ表面研磨されているので、壁面の加熱による
余分なガスの発生が抑制される。

【００６０】また真空チャンバ、ロードロック機構の内
部および各シール構造のそれぞれの空間の真空度を維持
するために、それぞれ別系の真空ポンプが使用される。
例えばその内容積が大きく最も高真空度（10^-10torr 程
度) を必要とする真空チャンバに対しては、磁気浮上型
のターボ分子ポンプ２Ａが用いられ、これより容量が小
さいが試料の出し入れにさいしてしばしば大気開放する
ロードロックチャンバに対してはターボ分子ポンプ２Ｂ
が用いられる。

【００６１】Ｏリングによる気体のリーク量は、このＯ
リングで区分された領域の気圧の差に依存する。したが
って、ロードロック機構のピニオン回転軸17Ａやガラス
棒４の真空チャンバの貫通部の二重Ｏリングのシール構
造で、それぞれの二つのＯリングの間の空間、すなわち
中間排気室を10^-3torr程度の真空度にすることにより、
真空側のＯリングから真空チャンバへのリーク量を５桁
程度低減することができる。このため本実施例では、こ
れらの空間をロータリイポンプ３Ｃにより、この程度の
真空を維持するようにしている。

【００６２】次に図２を参照して、本実施例の動作手順
を説明する。 ・開閉弁13を閉塞し、コック22Ａを開きロードロックチ
ャンバ12内に乾燥窒素Ｎ₂ を充填する。 ・試料挿入口14を開き搬送台15に試料を挿入する。 ・コック22Ａを閉じ、試料挿入口14を閉じる。 ・コック22Ｄを開き、ロータリイ型の真空ポンプ３Ｃで
予備排気する。 ・コック22Ｄを閉じ、コック22Ｃを開きロードロックチ
ャンバ12内をターボ分子ポンプ２Ｂで排気する。 ・真空計32Ａによりロードロックチャンバ12内の到達圧
力を確認して、開閉弁13を開く。 ・つまみ18Ａによりピニオン17を回転し、ラック部16に
より搬送台15を真空チャンバ１内にストッパ16Ａに触れ
るまで移送し、搬送台15を試料ステージ５に横づけす
る。 ・マニュピレータ27により、搬送台15の上の試料６を試
料ステージ５上に移載する。 ・マニュピレータ27を試料ステージ５より引き離す。 ・搬送台15などをロードロックチャンバ12内に引きもど
す。 ・開閉弁13を閉塞する。 ・真空計32Ｂにより真空チャンバの到達真空度を確認す
る。 ・コンピュータユニット25で温度制御部29などを制御す
る昇温プログラムをロードする。 ・コンピュータユニット25で質量分析計で測定しようと
する脱離ガスの質量数を設定する。 ・分析開始（昇温し、その温度信号をコンピュータユニ
ットに取込むと同時に設定した質量数のイオン電流信号
を取込む）。 ・分析測定終了。 ・開閉弁13を開き、搬送台15を試料ステージ５に横づけ
し、マニュピレータ27を用いて試料を搬送台15に移載す
る。 ・搬送台15などをロードロックチャンバ12内に引き上
げ、開閉弁13を閉塞する。 ・コック22Ａを開き、乾燥窒素Ｎ₂ をロードロックチャ
ンバ12内に充填させる。 ・試料挿入口14を開き試料を交換する。 ・一方、コンピュータユニット25は分析データを処理
し、イオン電流と温度との関係図（パイログラム）を印
字出力する。

【００６３】以上の動作手順により、本実施例により分
析を行ったパイログラムの実績を図７の(a) および(b)
に示す。本図では縦軸はイオン電流の相対値である。図
７(a) に示すように、質量数Ｍ／ｚ＝18（H₂O)と質量な
Ｍ／ｚ＝28（Ｃ₂ Ｈ₄ ）のそれぞれのピーク値の前後の
平坦な部分でも、イオン電流値はほぼ一定している。こ
れはノイズの混入が極めて小さいことを意味する。図７
(b) は試料を挿入しない状態の測定値で、Ｍ／ｚ＝18お
よびＭ／ｚ＝28の値は変化しない。これは試料以外から
の放出ガスによる背景ノイズがないことを示している。

【００６４】比較例として、1990年４月に開催されたア
メリカの電気電子技術協会（ＩＥＥＥ）の会議に報告さ
れた最近の最良といわれる分析測定例を図８(c) に示
す。本図では縦軸はイオン電流の絶対値となるように整
理されているが、例えばＭ／ｚ＝18のカーブではピーク
値の高温側の平坦部は低温側の平坦部より破線で示すよ
うに傾斜している。これは、背景ノイズによる影響であ
ると考えられる。

【００６５】図８は、本発明の他の実施例の系統図であ
る。これは図２に示す前例とほとんど同様であるので詳
しい説明を省く。詳しくは配管系や弁などが少し異なる
のみである。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料を局所的に加速できるので、余分なガスの発生がほ
とんどなく背景ノイズの発生が極めて小さく、かつ構造
が簡単である脱離ガス分析装置を実現できる。本発明に
より半導体チップなどの試料のそれぞれの製造工程にお
ける不都合な点が、端的に指摘されるので、半導体生産
工程における不良率が極めて減少でき、その製造歩留り
を大きく向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の全体配置図、(a) は正面図、
(b) は平面図。

【図２】同実施例の系統図。

【図３】同実施例のロードロック機構の説明図、(a) は
外観斜視図、(b) は内部構成図、(c) はシール構造図。

【図４】試料ステージ図、(a) は全体図、(b) は試料ス
テージ詳細図。

【図５】質量分析計構造図。

【図６】マニュピレータ図で、(a) は平面図、(b) は縦
断面図。

【図７】分析結果の一例を示す図（パイログラム）。

【図８】本発明他の実施例による系統図。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ １Ａ、１Ｂ その金属端板 １Ｃ 金属筒 １Ｄ、１Ｅ 覗き窓 ２Ａ 磁気浮上型ターボ分子ポンプ ２Ｂ ターボ分子ポンプ ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ ロータリイ型の真空ポンプ ４ 透明石英ガラスであるガラス棒 ４Ａ 受光面 ４Ｂ 他の端面 ５ 試料ステージ ５Ａ 嵌合部 ５Ｂ、５Ｃ 孔 ５Ｄ すき間 ６ 試料 ７ 加熱器である赤外線発生装置 ７Ａ 反射面 ８ 接続管 ８Ａ 主排気管 ９、10、11 質量分析計のそれぞれイオン化部、励磁
部、コレクタ部 ９Ａ イオン化室 ９Ｂ 開口 ９Ｃ 引出し電極 10Ａ 磁極 12 ロードロックチャンバ 12Ａ その端部 13 開閉弁 13Ａ スライド弁 14 試料挿入口 15 搬送台 16 ラック部 16Ａ ストッパ 17 ピニオン 17Ａ ピニオン回転軸 18Ａ、18Ｂ つまみ 18Ｃ、18Ｄ マニュピレータのそれぞれ第一および第二
操作端であるつまみ 19Ａ、19Ｂ、19Ｄ、19Ｅ Ｏリング 19Ｃ、19Ｆ スペーサ 19Ｇ 筒体 20Ａ、20Ｂ 中間排気室 21 赤外線発生ランプ 21Ａ 熱電対 22Ａ、22Ｂ、22Ｃ、22Ｄ コック 23 デスク 24 冷却水タンク 25 コンピュータユニット 26Ａ 軸 27 マニュピレータ 27Ａ 鞘体 27Ｂ フランジ 27Ｃ 外軸 27Ｄ 軸受 27Ｅ、27Ｇ 第一および第二作用端 27Ｆ 内軸 27Ｈ 座 27Ｊ 板ばね 27Ｋ 爪 27Ｌ ばね 27Ｍ キー 27Ｎ スプリング押えねじ 28Ａ、28Ｂ 第一および第二ベローズ 30Ａ、30Ｂ、30Ｃ パイプ 31 冷却水通路 32Ａ、32Ｂ 真空計 33Ｇ 脱離ガス 33Ｅ イオンビーム

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１２月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】図１は、本発明一実施例の全体配置図であ
り、図３は同実施例の系統図であり、図５は試料ステー
ジ図である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】真空チャンバ１内に設置され、試料６を載
置し、その試料６に赤外線を照射する手段として赤外線
発生ランプ２１と反射面７Ａとを含む赤外線発生装置７
を設けた脱離ガス検出装置の試料６を載置する試料ステ
ージ構造において、本発明の特徴とするところは次の通
りである。 真空チャンバ１内に前記赤外線発生ランプ２１から
の赤外線を導入する直径２０ｍｍのガラス棒４が垂直に
配置され、上面が試料６を載置するに適する形状に下面
がガラス棒４の上部の端面４Ｂに緩く嵌合する形状にそ
れぞれ加工されたキャップ形状の試料ステージ５がガラ
ス棒４の上端に被せられたこと、 試料ステージ５には熱電対２１Ａを挿入する直径１
ｍｍの孔５Ｃが形成されたこと、 試料ステージ５は直径２６ｍｍの円板状であり、そ
の上面の直径２３ｍｍ以内の部分は平坦である。この上
面の円周にそって傾斜角１５゜の面取りがなされてい
る。また前記熱電対２１Ａが挿入される孔５Ｃは、上面
と平行にあけられ、孔５Ｃの中心と上面との距離は２ｍ
ｍである。これは試料６の加熱温度を熱電対２１Ａによ
りできるだけ正確に測定するためである。このため試料
ステージ５はあらかじめその厚さを大きく製作してお
き、孔５Ｃをあけてから上面を削っていく、 試料ステージ５は半透明石英ガラスであり、ガラス
棒４は透明石英ガラスである。このためそれぞれに導入
される赤外線によって、試料ステージ５は加熱される
が、ガラス棒４はほとんど加熱されない、 図５（ｂ）に示す試料ステージの断面図に示すよう
に、その下面の嵌合部５Ａはガラス棒４とその周方向の
両端部にそれぞれ少なくとも０．１ｍｍ以上のすき間が
あるようになっており、この嵌合部の上方に空隙として
内径が１７．５ｍｍで高さが１ｍｍであるすき間５Ｄが
設けられる。このすき間５Ｄは孔５Ｂを介して真空チャ
ンバ１の内部と連通する。前述のように半透明石英ガラ
スである試料ステージ５は赤外線により加熱され、透明
石英ガラスであるガラス棒４は加熱されにくい。試料ス
テージ５の熱がガラス棒４に伝導によって移動しないよ
うに前記すき間５Ｄが設けられている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】次に図１ないし図３を用いて、本実施例の
配置について説明する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】本実施例では、真空チャンバ１と、この真
空チャンバ１を真空に維持する真空ポンプ２Ａ、３Ａ
と、真空チャンバ１内に配置された試料ステージ５（図
３参照）と、この試料ステージ５に載置された試料６を
加熱する加熱器７および２１と、真空チャンバ１内に連
接する質量分析計９、１０および１１とを含む。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】ロードロック機構は、図３および図４に示
すように、それを囲むロードロックチャンバ１２の内部
に設けられる（図４（ｂ）参照）。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】ロードロック機構は、試料を搬送する搬送
台１５と、この搬送台１５を搬送するラック部１６と、
このラック部１６を駆動するピニオン１７を回転するピ
ニオン回転軸１７Ａとを含む。このピニオン回転軸のシ
ール構造は、図４（ｃ）に示すように、二つのＯリング
１９Ａ、１９Ｂとの間はスペーサ１９Ｃによりほぼ一定
の空間である中間排気室２０Ａが確保されるもので、こ
の中間排気室２０Ａは図３に示すように前記真空ポンプ
２Ａおよび２Ｂとは別系のロータリイ型の真空ポンプ３
Ｃにより真空に維持される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】図４において、ロードロック機構では、通
常搬送台１５とラック部１６とは、ロードロックチャン
バ１２の端部１２Ａ側に寄せられており、搬送台１５は
試料挿入口１４のほぼ下方に位置する。このとき開閉弁
１３はスライド弁１３Ａにより閉塞されている。試料挿
入口１４を開放するときは、あらかじめコック２２Ａを
開放して、ロードロックチャンバ１２の内部に乾燥窒素
Ｎ_２を充填しておき、試料挿入口１４を開き試料を搬送
台１５に載置する。つぎにコック２２Ａを閉じ、コック
２２Ｄを開いて予備排気を行い、次いでコック２２Ｃを
開きロードロックチャンバ１２内が高真空となるよう排
気を行う。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】マニュピレータ２７の縦断面図を示す図７
（ｂ）において、真空チャンバの殻である金属筒１Ｃに
は強固な構造の鞘体２７Ａにフランジ２７Ｂが設けられ
ている。このフランジ２７Ｂの外方の大気圧雰囲気に第
一および第二操作端であるつまみ１８Ｃと１８Ｄとが設
けられる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】この操作は、真空チャンバの金属筒１Ｃに
設けられた覗き窓１Ｅ（図７（ｂ）で破線で示すもの）
から観察しながら行われる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】図５は、試料ステージの図である。ガラス
棒４は透明石英ガラスであり、ステージ５は半透明石英
ガラスである。図５（ｂ）に示すように試料ステージ５
の下面にはガラス棒４の端面４Ｂに緩く嵌合する嵌合部
５Ａが形成され、しかも端面４Ｂと嵌合部５Ａとのすき
間５Ｄには、孔５Ｂが設けられ真空チャンバ内の雰囲気
と連通する。緩く嵌合され、すき間５Ｄが設けられてい
るので、試料ステージ５が高温になってもその伝達熱に
よりガラス棒４の温度が上昇することがない。試料ステ
ージ５の上部に設けられた孔５Ｃは熱電対２１Ａを挿通
するものである。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】図６は、質量分析計の構造を示す図であ
る。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】次に図３を参照して、本実施例の動作手順
を説明する。 ・開閉弁１３を閉塞し、コック２２Ａを開きロードロッ
クチャンバ１２内に乾燥窒素Ｎ_２を充填する。 ・試料挿入口１４を開き搬送台１５に試料を挿入する。 ・コック２２Ａを閉じ、試料挿入口１４を閉じる。 ・コック２２Ｄを開き、ロータリイ型の真空ポンプ３Ｃ
で予備排気する。 ・コック２２Ｄを閉じ、コック２２Ｃを開きロードロッ
クチャンバ１２内をターボ分子ポンプ２Ｂで排気する。 ・真空計３２Ａによりロードロックチャンバ１２内の到
達圧力を確認して、開閉弁１３を開く。 ・つまみ１８Ａによりピニオン１７を回転し、ラック部
１６により搬送台１５を真空チャンバ１内にストッパ１
６Ａに触れるまで移送し、搬送台１５を試料ステージ５
に横づけする。 ・マニュピレータ２７により、搬送台１５の上の試料６
を試料ステージ５上に移載する。 ・マニュピレータ２７を試料ステージ５より引き離す。 ・搬送台１５などをロードロックチャンバ１２内に引き
もどす。 ・開閉弁１３を閉塞する。 ・真空計３２Ｂにより真空チャンバの到達真空度を確認
する。 ・コンピュータユニット２５で温度制御部２９などを制
御する昇温プログラムをロードする。 ・コンピュータユニット２５で質量分析計で測定しよう
とする脱離ガスの質量数を設定する。 ・分析開始（昇温し、その温度信号をコンピュータユニ
ットに取込むと同時に設定した質量数のイオン電流信号
を取込む）。 ・分析測定終了。 ・開閉弁１３を開き、搬送台１５を試料ステージ５に横
づけし、マニュピレータ２７を用いて試料を搬送台１５
に移載する。 ・搬送台１５などをロードロックチャンバ１２内に引き
上げ、開閉弁１３を閉塞する。 ・コック２２Ａを開き、乾燥窒素Ｎ_２をロードロックチ
ャンバ１２内に充填させる。 ・試料挿入口１４を開き試料を交換する。 ・一方、コンピュータユニット２５は分析データを処理
し、イオン電流と温度との関係図（パイログラム）を印
字出力する。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】以上の動作手順により、本実施例により分
析を行ったパイログラムの実績を図８の（ａ）および
（ｂ）に示す。本図では縦軸はイオン電流の相対値であ
る。図８（ａ）に示すように、質量数Ｍ／ｚ＝１８（Ｈ
ＢＯ）と質量なＭ／ｚ＝２８（Ｃ_２Ｈ_４）のそれぞれの
ピーク値の前後の平坦な部分でも、イオン電流値はほぼ
一定している。これはノイズの混入が極めて小さいこと
を意味する。図８（ｂ）は試料を挿入しない状態の測定
値で、Ｍ／ｚ＝１８およびＭ／ｚ＝２８の値は変化しな
い。これは試料以外からの放出ガスによる背景ノイズが
ないことを示している。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６４】比較例として、１９９０年４月に開催され
たアメリカの電気電子技術協会（ＩＥＥＥ）の会議に報
告された最近の最良といわれる分析測定例を図９（ｃ）
に示す。本図では縦軸はイオン電流の絶対値となるよう
に整理されているが、例えばＭ／ｚ＝１８のカーブでは
ピーク値の高温側の平坦部は低温側の平坦部より破線で
示すように傾斜している。これは、背景ノイズによる影
響であると考えられる。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６５】図９は、本発明の他の実施例の系統図であ
る。これは図３に示す前例とほとんど同様であるので詳
しい説明を省く。詳しくは配管系や弁などが少し異なる
のみである。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の全体配置図の正面図。

【図２】本発明一実施例の全体配置図の平面図。

【図３】同実施例の系統図。

【図４】同実施例のロードロック機構の説明図、（ａ）
は外観斜視図、（ｂ）は内部構成図、（ｃ）はシール構
造図。

【図５】試料ステージ図、（ａ）は全体図、（ｂ）は試
料ステージ詳細図。

【図６】質量分析計構造図。

【図７】マニュピレータ図で、（ａ）は平面図、（ｂ）
は縦断面図。

【図８】分析結果の一例を示す図（パイログラム）。

【図９】本発明他の実施例による系統図。

【符号の説明】 １ 真空チャンバ １Ａ、１Ｂ その金属端板 １Ｃ 金属筒 １Ｄ、１Ｅ 覗き窓 ２Ａ 磁気浮上型ターボ分子ポンプ ２Ｂ ターボ分子ポンプ ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ ロータリイ型の真空ポンプ ４ 透明石英ガラスであるガラス棒 ４Ａ 受光面 ４Ｂ 他の端面 ５ 試料ステージ ５Ａ 嵌合部 ５Ｂ、５Ｃ 孔 ５Ｄ すき間 ６ 試料 ７ 加熱器である赤外線発生装置 ７Ａ 反射面 ８ 接続管 ８Ａ 主排気管 ９、１０、１１ 質量分析計のそれぞれイオン化部、励
磁部、コレクタ部 ９Ａ イオン化室 ９Ｂ 開口 ９Ｃ 引出し電極 １０Ａ 磁極 １２ ロードロックチャンバ １２Ａ その端部 １３ 開閉弁 １３Ａ スライド弁 １４ 試料挿入口 １５ 搬送台 １６ ラック部 １６Ａ ストッパ １７ ピニオン １７Ａ ピニオン回転軸 １８Ａ、１８Ｂ つまみ １８Ｃ、１８Ｄ マニュピレータのそれぞれ第一および
第二操作端であるつまみ １９Ａ、１９Ｂ、１９Ｄ、１９Ｅ Ｏリング １９Ｃ、１９Ｆ スペーサ １９Ｇ 筒体 ２０Ａ、２０Ｂ 中間排気室 ２１ 赤外線発生ランプ ２１Ａ 熱電対 ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ コック ２３ デスク ２４ 冷却水タンク ２５ コンピュータユニット ２６Ａ 軸 ２７ マニュピレータ ２７Ａ 鞘体 ２７Ｂ フランジ ２７Ｃ 外軸 ２７Ｄ 軸受 ２７Ｅ、２７Ｇ 第一および第二作用端 ２７Ｆ 内軸 ２７Ｈ 座 ２７Ｊ 板ばね ２７Ｋ 爪 ２７Ｌ ばね ２７Ｍ キー ２７Ｎ スプリング押えねじ ２８Ａ、２８Ｂ 第一および第二ベローズ ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ パイプ ３１ 冷却水通路 ３２Ａ、３２Ｂ 真空計 ３３Ｇ 脱離ガス ３３Ｅ イオンビーム

【手続補正１７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図４】

【図２】

【図３】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に設置され、試料を載置
   し、その試料に赤外線を照射する手段を設けた脱離ガス
   検出装置の試料ステージ構造において、 前記真空チャンバ内に前記赤外線を導入するガラス棒が
   垂設され、 上面が前記試料を載置するに適する形状に、下面が前記
   ガラス棒の上端に緩く嵌合する形状にそれぞれ加工され
   たキャップ形状の試料ステージがそのガラス棒の上端に
   被せられたことを特徴とする脱離ガス検出装置の試料ス
   テージ構造。
2. 【請求項２】 前記試料ステージに熱電対を挿入する孔
   が形成された請求項１記載の脱離ガス検出装置の試料ス
   テージ構造。
3. 【請求項３】 前記試料ステージは円板状であり、その
   上面は平坦であって、その上面円周にそって面取り加工
   が施された形状である請求項１記載の脱離ガス検出装置
   の試料ステージ構造。
4. 【請求項４】 前記試料ステージは半透明石英ガラスで
   ある請求項１記載の脱離ガス検出装置の試料ステージ構
   造。
5. 【請求項５】 前記ガラス棒の材質は透明石英ガラスで
   ある請求項１記載の脱離ガス検出装置の試料ステージ構
   造。
6. 【請求項６】 前記ガラス棒の上端と前記試料ステージ
   との間には前記真空チャンバ内に連通する空隙を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の脱離ガス検出装置の試
   料ステージ構造。