JPH0611486A - 真空チャンバへの赤外線導入構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い真空環境を維持する真空チャンバ内に試
料を加熱するための赤外線をガラス棒により導入する構
造の改良である。 【構成】 ガラス棒に二重のＯリングを設け、この二つ
のＯリングの間の空間を真空チャンバの真空系とは別の
真空ポンプにより真空に維持し、さらにこの二重のＯリ
ングによるシールを冷却する。 【効果】 赤外線の漏洩により温度が変化することがあ
っても完全なシールを施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造工程の評価に
利用する。本発明は脱離ガス分析装置に利用する。脱離
ガス分析装置は、試料である半導体チップを真空中で加
熱し、発生するガスを質量分析計で分析し、その分析結
果に基づき半導体製造工程を修正するための装置であ
る。

【０００２】本発明は、試料を載置する真空チャンバの
中にこの試料を加熱するための赤外線を導入する構造に
関する。

【０００３】

【従来の技術】従来から真空チャンバ内に試料を置き、
真空チャンバに高真空を形成してからその試料に赤外線
を照射して加熱し、発生する脱離ガスを質量分析計に導
き分析を行う装置が知られている。

【０００４】従来装置では、真空チャンバの殻壁に石英
ガラスの窓を設け、この窓の外に赤外線発生ランプを配
置して発生する赤外線を試料に照射させる構造であっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来構造では、赤
外線発生ランプから発生する赤外線はガラス窓で散乱
し、真空チャンバの内壁面や真空チャンバ内にある試料
以外の装置が加熱され、その表面に付着されている塵や
水蒸気などがガスとなって真空チャンバ内に脱離するこ
とになる。これは試料から脱離するガスを分析するとき
の背景ノイズとなって、試料から脱離するガスの状態を
正確に分離分析できない。

【０００６】一方、赤外線発生装置を真空チャンバの外
に設置し、発生した赤外線をガラス棒を用いて真空チャ
ンバ内に導入する技術も考えられているが、そのシール
構造は十分でなく、きわめて高い真空環境（10^-10torr
程度）を達成することができない。すなわち、赤外線ラ
ンプを点滅するとガラス棒に温度変化が生じて、シール
から気体分子がリークしてしまう。

【０００７】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、高真空の真空チャンバ内の試料に局所的に赤外
線を照射することができるとともに、赤外線ランプが点
滅されても、真空チャンバの真空のリークがきわめて小
さいシール構造を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、二重にＯリン
グを配置し、その二つのＯリングの間に空間を設けて、
その空間を別系の真空ポンプにより真空状態とすること
を特徴とする。その二つのＯリングの近傍を冷却する構
造とすることがよい。

【０００９】すなわち本発明は、真空チャンバの外に配
置された赤外線発生装置で発生された赤外線をその真空
チャンバ内に導入するガラス棒を備えた真空チャンバの
シール構造において、前記ガラス棒に密接し前記真空チ
ャンバ内の真空をシールする第一のＯリングと、前記ガ
ラス棒に密接し前記第一のＯリングと間隔をおいて設け
られ、大気をシールする第二のＯリングと、前記二つの
Ｏリングに共に接しこの二つのＯリングの間で前記ガラ
ス棒の外を被う筒体と、この筒体、前記二つのＯリング
および前記ガラス棒の間に形成される空間を真空に維持
する前記真空チャンバの系とは別系の真空手段と、前記
筒体を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とする。

【００１０】前記別系の真空手段とは、真空ポンプその
ものが別系であることが望ましいが、真空ポンプの一部
あるいは全部が共通であっても、真空チャンバの真空に
影響を与えることがないように設定された系であればよ
い。

【００１１】前記冷却手段は、水冷構造であることが望
ましい。

【００１２】前記二つのＯリングの間の空間には、二つ
のＯリングに当接しＯリングの位置を固定するための薄
い筒状のスペーサを挿入することが望ましい。

【００１３】

【作用】一般に、Ｏリングによるシール構造では、その
シールをリークする気体のリーク量はそのＯリングによ
り区分された領域の気圧の差に比例する。 本発明で
は、真空チャンバの気圧はほぼ10^-10 torrであり、二つ
のＯリングの間の空間は簡単な真空ポンプで真空を形成
しても10^-3torr程度の真空が得られる。したがって、大
気と前記二つのＯリングの間の空間との間に小さいリー
クがあっても、この空間と真空チャンバとの間にはほと
んどリークは発生することがないから、全体としてほと
んどリークのないシール構造を得ることができる。

【００１４】さらに、本発明では前記空間の近傍を冷却
するので、赤外線発生ランプが点滅されても、赤外線の
漏洩に起因する温度変化をきわめて小さく抑制できるか
ら、良好なシール状態を保持することができる。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

【００１６】図１は、本発明を脱離分析装置に実施した
全体配置図であり、図２は同じく系統図であり、図４は
真空チャンバとガラス棒と間のシール構造を示す試料ス
テージ図である。

【００１７】真空チャンバ１はその内部が磁気浮上型タ
ーボ分子ポンプ２Ａにより10^-10torr 程度の高真空状態
に維持され、試料ステージ５に載置された半導体チップ
などの試料６を加熱し脱離ガスを発生させる構造となっ
ている。この発生した脱離ガスは接続管８を介して質量
分析計９、10および11でガス成分の質量数（Ｍ／ｚ）ご
とに、温度に対応したイオン電流の分析が行われる。

【００１８】試料から脱離するガスは極めて微量である
から、この分析操作において、真空チャンバ１内を高真
空状態に維持するとともに、試料以外のものを加熱する
ことにより発生する余分のガスがひきおこす背景ノイズ
を可及的小さくしなければならない。

【００１９】この試料６の熱源として真空チャンバ１の
外に配置された赤外線発生装置７と、その赤外線発生装
置７の出力赤外線を真空チャンバ１内に導入するガラス
棒４とを備えている。

【００２０】このような真空チャンバへの赤外線導入構
造において、本発明の特徴とするところは、ガラス棒４
に密接し真空チャンバ１内の真空をシールする第一のＯ
リング19Ｄと、ガラス棒４に密接し第一のＯリング19Ｄ
と間隔をおいて設けられ大気をシールする第二のＯリン
グ19Ｅと、この二つのＯリング19Ｄおよび19Ｅに共に接
しこの二つのＯリングの間でガラス棒４の外を被う筒体
19Ｇと、筒体19Ｇ、二つのＯリング19Ｄ、19Ｅおよびガ
ラス棒４との間に形成される空間である中間排気室20Ｃ
を真空に維持するため真空チャンバ１の真空系である前
記磁気浮上型ターボ分子ポンプ２Ａ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とを備えたことに
ある。

【００２１】さらに筒体19Ｇを冷却するための冷却手段
として、冷却水がパイプ30Ｂおよび30Ｃを介してそれぞ
れ給排水される冷却水通路31を備えている。

【００２２】また前記中間排気室20Ｃには二つのＯリン
グ19Ｄおよび19Ｅにそれぞれ当接する薄い筒状のスペー
サ19Ｆを備え、Ｏリング19Ｄ、19Ｅのガラス棒４との密
接が破れ、シール機能が低下することを防いでいる。

【００２３】また赤外線発生装置７は、赤外線発生ラン
プ21と、この赤外線発生ランプ21が一方の焦点位置にな
るようにその赤外線発生ランプ21を覆う楕円体の反射面
７Ａとを備えた構造であり、ガラス棒４の一端の受光面
４Ａが反射面７Ａの他方の焦点位置に配置されている。

【００２４】赤外線発生装置７は、その反射面７Ａの外
方に水ジャケットが設けられ、ここに図１(b) に示す冷
却水タンク24から、パイプ30Ａにより冷却水が送入さ
れ、赤外線発生装置７の外周の温度が上昇しないように
なっている。この水ジャケットから排出された冷却水は
前記パイプ30Ｂにより筒体19Ｃの冷却水通路31に送ら
れ、さらにパイプ30Ｃを介して、冷却水タンク24に戻
る。このように水ジャケットと冷却水通路31とを直列に
接続したのは、冷却水の流れを確実にするためである。

【００２５】ガラス棒４は透明石英ガラスであるので、
その内部に通る赤外線の吸収による温度上昇は少ない
が、Ｏリングの温度上昇をさけるために冷却水通路31が
設けられている。

【００２６】楕円体の反射面の二つの焦点に、それぞれ
赤外線の発生源と受光端とを設けた加熱手段について
は、既に知られているが、この手段を高真空チャンバ内
に載置された試料を加熱する脱離ガス分析計に実施した
ことはなかったものである。

【００２７】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。

【００２８】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、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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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と壁面との距離は60mm以上である。

【００３３】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）。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】開閉弁13にはこのスライド弁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26Ｂによりシールされる。

【００３７】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で発生されガラス棒４で導入された赤外線で
加熱される。

【００３８】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。

【００３９】真空チャンバ１を高度の真空状態にするた
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。

【００４０】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
に移し、また戻すためのものである。

【００４１】次に各部品の動作をそれぞれ個別に説明す
る。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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に所定の温度が与える。この反射面７
Ａの発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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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赤外線発生ラ
ンプ21の点滅により、このシール部に支障が起こらな
い。

【００５７】図５は、質量分析計の構造を示す図であ
る。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】本実施例では、試料の交換を行っても真空
チャンバ１内の真空状態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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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７(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。

【００６８】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。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
赤外線を真空チャンバ内に載置した試料以外の部分に照
射することがなく、かつ真空チャンバ内への大気のリー
クを極めて小さくできる真空チャンバへの赤外線導入構
造を実現できる。このため高い真空環境内で背景ノイズ
が極めて小さい分析が行われるので、この分析結果から
試料である半導体チップの製造工程に不備があったと
き、これを端的に指摘できるから、半導体製造工程の歩
留りが向上する効果がある。

【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 27Ｆ 内軸 27Ｄ 軸受 27Ｅ、27Ｇ 第一および第二作用端 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】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】図１および図２は、本発明を脱離分析装置
に実施した全体配置図であり、図３は同じく系統図であ
り、図５は真空チャンバとガラス棒と間のシール構造を
示す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】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】赤外線発生装置７は、その反射面７Ａの外
方に水ジャケットが設けられ、ここに図２（ｂ）に示す
冷却水タンク２４から、パイプ３０Ａにより冷却水が送
入され、赤外線発生装置７の外周の温度が上昇しないよ
うになっている。この水ジャケットから排出された冷却
水は前記パイプ３０Ｂにより筒体１９Ｃの冷却水通路３
１に送られ、さらにパイプ３０Ｃを介して、冷却水タン
ク２４に戻る。このように水ジャケットと冷却水通路３
１とを直列に接続したのは、冷却水の流れを確実にする
ためである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】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】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】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、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】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】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】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】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】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】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】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】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の外方の大気圧零囲気に第
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】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】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】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】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】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】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】００６５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６５】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を試科ステージ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】００６６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６６】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】００６７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６７】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。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６８】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 ２７Ｆ 内軸 ２７Ｄ 軸受 ２７Ｅ、２７Ｇ 第一および第二作用端 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２】

【図４】

【図３】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバの外に配置された赤外線発
   生装置と、その赤外線発生装置の出力赤外線をその真空
   チャンバ内に導入するガラス棒とを備えた真空チャンバ
   への赤外線導入構造において、 前記ガラス棒に密接し前記真空チャンバ内の真空をシー
   ルする第一のＯリングと、 前記ガラス棒に密接し前記第一のＯリングと間隔をおい
   て設けられ、大気をシールする第二のＯリングと、 前記二つのＯリングに共に接しこの二つのＯリングの間
   で前記ガラス棒の外を被う筒体と、 この筒体、前記二つのＯリングおよび前記ガラス棒の間
   に形成される空間を真空に維持する前記真空チャンバの
   真空系とは別系の真空手段とを備えたことを特徴とする
   真空チャンバへの赤外線導入構造。
2. 【請求項２】 前記筒体を冷却する冷却手段を備えた請
   求項１記載の真空チャンバへの赤外線導入構造。
3. 【請求項３】 前記冷却手段は、前記筒体に形成された
   水路と、この水路に冷水を供給する手段とを含む請求項
   ２記載の真空チャンバへの赤外線導入構造。
4. 【請求項４】 前記空間には前記二つのＯリングにそれ
   ぞれ当接する薄い筒状のスペーサを備えた請求項１記載
   の真空チャンバへの赤外線導入構造。