KR101141782B1 - 질량 분석 유닛 - Google Patents

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츠토무 유리
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Abstract

이 질량 분석 유닛은 피측정 가스의 질량 전하비별 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서, 이 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부를 더 구비하고; 상기 질량 분석부에 의해 검출된 상기 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 소정값 이상이 된 경우에 상기 제어부가 상기 특정 부위의 기능 저하를 나타내는 경고 신호를 출력한다.

Description

질량 분석 유닛{Mass spectrometry unit}
본 발명은 질량 분석 유닛에 관한 것이다.
본 출원은 일본특원2007-129408호를 기초 출원으로 하여 그 내용을 반영한다.
반도체 장치나 FPD(Flat Panel Display)의 제조 공정에서는 여러가지 진공 장치가 이용되고 있다. 그 진공 장치의 프로세스 관리를 하기 위해 4중극형의 질량 분석 장치가 사용되었다. 이 질량 분석 장치는 분석 대상 가스에 포함되는 여러가지 물질의 질량 전하비(질량수/전하수)별 분압을 측정하는 장치이다. 또 최근에는 재료의 분석, 단백질 등 생체 고분자 화합물의 해석, 보안 분야 등 다방면에 걸쳐 사용되고 있으며 수요가 더욱 확대되고 있다.
4중극형의 질량 분석 장치는 질량 분석관 내에서 이온원부인 필라멘트에 통전시켜 열전자를 방출시키고, 그로 인해 기체를 전리(電離)하여 이온을 생성시킨다. 이온화된 이온을 검출하는 이온 검출기에는 Cu-Be합금, 산화알루미늄(AlO) 등으로 이루어진 2차 전자 증배관이 많이 이용되고 있다.
그런데 질량 분석 장치의 사용상 주의를 잘못하면 필라멘트나 이온 검출기의 고장으로 이어진다. 또 필라멘트나 이온 검출기에는 각각 수명이 있는데 그 수명을 초과하면 정확한 측정이 불가능해진다. 그래서 필라멘트나 이온 검출기의 고장 방지, 수명 계측, 수명을 늘리기 위해, 예를 들면 이하와 같은 구성이 개시되어 있다.
필라멘트는 압력이 약 1Pa 이하가 아니면 점등할 수 없고, 그 이상의 압력에서는 필라멘트가 끊어질 우려가 있다. 그래서 필라멘트나 이온 검출기의 고장 방지를 위해 특허문헌 1에서는 질량 분석 장치에 진공계의 압력 검출부를 설치하여 필라멘트의 단선을 방지한다. 또 특허문헌 2에서는 필라멘트의 과전(過電) 방지 회로를 부가하여 필라멘트의 단선을 방지한다. 또 특허문헌 3에서는 필라멘트 전류를 검출하여 필라멘트의 수명을 예측하였다.
한편, 이온 검출기의 수명을 늘리기 위해 특허문헌 4에서는 불필요한 이온 검출을 막음으로써 검출기의 수명을 늘렸다. 또 특허문헌 5에서는 캘리브레이션 가스의 가스 유량을 매스 스펙트럼 패턴으로 결정함으로써 유량을 최적화하여 이온 검출기의 감도 악화를 방지하고 이온원부의 더러움을 검지하였다. 또 특허문헌 6에서는 이온 검출기에 사용하는 재료와 구조를 선택함으로써 이온 검출기의 수명을 늘렸다.
또 질량 분석 장치는 상술한 것처럼 사용 압력 이하가 아니면 작동시킬 수 없다. 그래서 압력이 높은 경우에는 차동 배기계(差動 排氣系)라고 불리는 펌프 시스템을 이용하고 질량 분석 장치에 차동 배기계를 추가하여, 질량 분석 유닛을 구성하는 경우가 있다. 이 경우, 펌프 시스템이 고장나면 질량 분석 장치의 고장으로 이어지기도 한다. 이것을 막기 위해 예를 들면, 특허문헌 7에서는 펌프의 이상 발 생 전후의 각 상태에 따라 이상 미발생시의 예방 보전 대응책과, 이상 발생시의 부적합 대응법과, 이상 발생 후의 위험 회피 대응법 각각을 표시, 전기 신호 출력 또는 음성 출력에 의해 예방 보전하였다.
특허문헌 1: 일본특개2004-349102호 공보
특허문헌 2: 일본특허제3734913호 공보
특허문헌 3: 일본특개평7-151816호 공보
특허문헌 4: 일본특개평9-22681호 공보
특허문헌 5: 일본특개평8-321277호 공보
특허문헌 6: 일본특개평9-170183호 공보
특허문헌 7: 일본특개2004-177213호 공보
특허문헌 8: 일본특개평5-275052호 공보
특허문헌 9: 일본특개평5-109860호 공보
반도체 장치, FPD 등의 제조 공정에서는 식각 장치나 CVD(Chemical Vapor Deposition)장치 등을 사용한다. 이와 같은 장치에 질량 분석 유닛을 사용할 경우 식각 장치에 도입되는 부식성?할로겐계 가스, 또는 CVD장치에 충전되는 금속?절연막을 퇴적시키기 위한 가스가 필라멘트나 이온 검출기에 악영향을 미친다. 예를 들면, 필라멘트가 부식성?할로겐계 가스에 노출되면 산화이트리아로 이루어진 필라멘트 표면의 코팅이 벗겨져 최종적으로는 필라멘트의 단선이나 필라멘트와 그리드 사이에 흐르는 에미션 전류가 흐르지 않게 되는 등 이상이 발생할 염려가 있다. 또 이온 검출부인 2차 전자 증배관은 그 금속 표면에 이온을 고속으로 충돌시킴으로써 2차 전자를 발생시키는 것이므로 금속 표면에 금속?절연막이 퇴적되면 2차 전자가 발생하기 어렵게 될 염려가 있다. 그래서 특허문헌 8,9에는 성막중에도 반응 가스 모니터를 가능하게 하는 기술이 제안되었다. 아울러 상술한 부식성?할로겐계 가스나 금속?절연막을 퇴적시키기 위한 가스와 같이, 질량 분석 유닛에서의 특정 부위의 기능을 저하시키는 가스를, 이하에서는 「특정 가스」라고 한다.
또 질량 분석 유닛의 수명, 성능이 향상되어 수요가 확대되는 반면, 질량 분석 유닛의 사용상 주의점을 의식하지 않고 사용하는 사용자가 증가하고 있다. 구체적으로는 질량 분석 유닛은 측정하는 장치, 가스 등 용도에 따라 적절히 사용해야 하는데, 그 용도를 고려하지 않고 사용되는 경우가 있기 때문에 질량 분석 유닛에 예기치 않은 특정 가스가 도입되는 경우가 있다. 이로써 필라멘트나 이온 검출기 등이 제품 수명을 다하지 못하고 고장나는 경우가 많아지고 있다.
또 상술한 것처럼 필라멘트나 이온 검출기 등은 수명이 정해져 있는 부품이므로 정기적으로 교환해야 하는데, 교환 시기는 사용 상태, 사용 상황에 따라 변동된다. 따라서 교환 시기를 판단할 수 없어 사용 불가능해져 제대로 측정할 수 없을 때 비로소 교환함으로써 질량 분석 유닛의 사용 정지 기간이 길어진다는 문제가 있다. 또 아직 사용 가능함에도 불구하고 미리 교환함으로써 자원이나 비용 손실로 연결되는 문제도 있다.
또 필라멘트나 이온 검출기 등을 교환할 때나 펌프의 오버홀(overhaul)시에는 특정 가스가 필라멘트나 이온 검출기 등에 부착되어 있을 가능성이 있기 때문에 작업자의 안전을 확보하여야 한다. 종래, 작업자는 교환시나 오버홀시마다 특정 가스의 도입 이력을 사전에 사용자에게 확인한 후 작업에 착수하기 때문에 교환 작업이 번거로왔다.
또 질량 분석 유닛을 식각?CVD장치에 사용할 경우, 측정중에도 질량 분석부와 차동 배기계에 사용하는 펌프를 가열함으로써 금속?절연물이 부착되지 않도록 하였다. 펌프에는 부식?할로겐 가스를 희석하기 위해 퍼지 가스(예를 들면, N2)를 흐르게 하였다. 측정 종료 후, 상술한 부식성?할로겐계 가스나 금속?절연막을 퇴적시키기 위한 가스 등이 도입되지 않은 경우에는 질량 분석관, 펌프의 가열 및 펌프의 퍼지를 할 필요가 없다. 그럼에도 불구하고 질량 분석관, 펌프의 가열 및 펌프의 퍼지를 계속 작동시키면 전력과 가스가 낭비된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 특정 부위의 기능 저하를 방지할 수 있고 특정 부위의 악화 시기를 정확하게 파악할 수 있는 질량 분석 유닛의 제공을 목적으로 한다.
또 보수 대칭 부품의 보수 작업 등을 효율적으로 수행할 수 있어 전력 절약을 꾀할 수 있는 질량 분석 유닛의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 수단을 채용하였다.
(1)본 발명의 질량 분석 유닛은 피측정 가스의 질량 전하비별 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서, 이 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부를 더 구비하고; 상기 질량 분석부에 의해 검출된 상기 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 소정값 이상이 된 경우에 상기 제어부가 상기 특정 부위의 기능 저하를 나타내는 경고 신호를 출력한다.
이 구성에 의하면, 질량 분석 유닛에서의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스의 질량 전하비가 제어부에 기록된다. 그리고 특정 가스의 이온 전류값이 소정값을 초과한 경우에 특정 부위의 기능 저하 경고 신호를 출력함으로써 예기치 못한 특정 가스가 도입된 경우나 사용자가 특정 가스의 질량 전하비를 인식하지 않은 경우에도 질량 분석 유닛에서의 특정 부위의 기능 저하 가능성을 즉석에서 알릴 수 있다. 따라서 특정 가스에 의해 특정 부위가 기능 저하되는 것을 막을 수 있다.
(2)본 발명의 다른 질량 분석 유닛은 피측정 가스의 질량 전하비별 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서, 이 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부를 더 구비하고; 상기 질량 분석부에 의해 검출된 상기 특정 가스의 이온 전류값과 이 이온 전류값을 검출한 검출 시간의 적분값이 소정값 이상이 된 경우에, 상기 제어부가 상기 특정 부위의 기능 저하를 나타내는 경고 신호를 출력함과 동시에 상기 특정 부위에 대한 전압의 인가를 해제하여 상기 특정 부위의 기능을 정지시킨다.
이 구성에 의하면, 특정 부위의 기능 저하 경고 신호를 출력함으로써 특정 가스의 이온 전류값과 그 검출 시간의 적분값에 대응하는 특정 부위의 시간 흐름에 따른 변화를 정확하게 알릴 수 있다. 또 특정 부위에 인가되어 있는 전압의 인가를 해제하여 특정 부위의 기능을 정지시킴으로써 특정 부위의 시간 흐름에 따른 변화를 억제할 수도 있다.
(3)상기 (2)에 기재된 질량 분석 유닛에서는 상기 소정값이 상기 특정 부위가 악화될 때까지의 상기 이온 전류값과 상기 검출 시간의 적분값 이하여도 좋다.
이 경우, 질량 분석 유닛에서의 특정 부위의 수명을 정확하게 알릴 수 있고, 이에 따라 사용자는 교환 시기를 판단할 수 있다. 따라서 특정 부위가 사용 불가능해진 후 교환하거나 아직 사용 가능함에도 불구하고 사전에 교환하는 것을 막을 수 있다. 따라서 특정 부위를 최대한으로 사용할 수 있기 때문에 비용을 절감함과 동시에 자원 절약화를 꾀할 수도 있다.
(4)또 본 발명의 다른 질량 분석 유닛은, 피측정 가스의 질량 전하비별 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서, 이 질량 분석 유닛의 보수 작업시 보수 대상 부품에 대한 부착 유무의 확인을 필요로 하는 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부를 더 구비하고; 상기 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 상기 질량 분석부에 의해 검출된 경우에 상기 제어부가 상기 특정 가스의 정보 및 상기 보수 대상 부품의 정보 중 적어도 한가지를 기록한다.
이 구성에 의하면, 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 질량 분석부에 의해 검출된 경우에 특정 가스의 정보 및/또는 보수 대상 부품의 정보를 기록함으로써 보수 대상 부품에 대한 특정 가스의 부착 유무를 정확하고도 신속하게 확인할 수 있게 된다. 따라서 사용자 이외의 작업자가 보수 대상 부품의 보수 작업을 할 때에도 작업자의 안전을 확보한 후에 효율적으로 작업할 수 있다.
(5)또 본 발명의 다른 질량 분석 유닛은 피측정 가스의 질량 전하비별 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서, 이 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부와; 상기 특정 가스에 의한 상기 특정 부위의 기능 저하를 방지하는 특정 부위 보전 수단;을 구비하고, 상기 질량 분석부에 의해 검출된 상기 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 소정값 이하가 된 경우에 상기 제어부가 상기 특정 부위 보전 수단을 정지시킨다.
이상의 것을 특징으로 하는 질량 분석 유닛.
이 구성에 의하면, 질량 분석 유닛에서의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스가 도입되지 않은 경우에 특정 부위 보전 수단을 정지시킴으로써 질량 분석 유닛의 전력 절약을 꾀할 수 있다.
본 발명의 질량 분석 유닛에 의하면, 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스의 질량 전하비가 제어부에 기록되고, 그 특정 가스의 이온 전류값이 소정값을 초과한 경우에 특정 부위의 기능 저하 경고 신호를 출력한다. 이로써 예기치 못한 특정 가스가 도입된 경우나 사용자가 특정 가스의 질량 전하비를 인식하지 못한 경우에도 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능 저하 가능성을 즉석에서 알릴 수 있다. 따라서 특정 가스로 특정 부위가 기능 저하되는 것을 막을 수 있기 때문에 질량 분석 유닛을 장기간에 걸쳐 효율적으로 사용할 수 있다.
또 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 질량 분석부에 의해 검출된 경우에 특정 가스의 정보 및/또는 보수 대상 부품의 정보를 기록함으로써 보수 대상 부품에 대한 특정 가스의 부착 유무를 정확하고도 신속하게 확인할 수 있게 된다. 따라서 사용자 이외의 작업자가 보수 대상 부품의 보수 작업을 할 때에도 작업자의 안전을 확보한 후에 효율적으로 작업을 할 수 있다.
또 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 특정 가스가 도입되지 않은 경우에 특정 부위 보전 수단을 정지시킴으로써 질량 분석 유닛의 전력 절약을 꾀할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 질량 분석 유닛의 블럭도이다.
도 2는 동실시형태에 관한 측정부의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 동실시형태에 관한 질량 분석 유닛을 장착한 식각 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 4는 질량 전하비와 이온 전류값의 질량 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 5는 식각 프로세스중에서 시간과 특정 가스의 이온 전류값의 변화의 관계를 식각 장치와 질량 분석 유닛의 작용에 대응시킨 그래프이다.
도 6은 동실시형태에서의 질량 분석 유닛의 예방 보전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 동실시형태에서의 질량 분석 유닛의 예방 보전 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8은 동실시형태에 관한 질량 분석 유닛의 부품 관리 방법에서의 측정부, 펌프의 제조 번호와 특정 가스의 기록예이다.
도 9는 동실시형태에서의 질량 분석 유닛의 전력 절약 방법을 도시한 흐름도이다.
<부호의 설명>
1 질량 분석부
10 질량 분석 유닛
22 이온원부(源部)(특정 부위, 보수 대상 부품)
27 이온 검출부(특정 부위, 보수 대상 부품)
63 제어부
80 터보 분자 펌프(보수 대상 부품)
81 진공 펌프(보수 대상 부품)
82 베이킹 히터(특정 부위 보전 수단)
84 희석 가스 공급부(특정 부위 보전 수단)
본 발명의 일실시형태에 대해서 도면을 참조하여 이하에 설명하기로 한다. 아울러 이하의 설명에 사용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경하였다.
(질량 분석 유닛)
도 1은, 본 실시형태에 관한 질량 분석 유닛의 블럭도를 도시한다.
질량 분석 장치에는 자장 편향형이나 4중극형 등이 존재하는데, 본 실시형태 에서는 트랜스듀서형의 4중극형 질량 분석 장치를 예로 들어 설명하기로 한다. 4중극형의 질량 분석 장치는 피측정 가스중에 존재하는 가스의 종류와 각각의 가스의 분압을 계측한다.
본 실시형태에 관한 질량 분석 유닛(10)은 질량 분석부(1)와, 이 질량 분석부(1)에 도입되는 피측정 가스의 압력을 소정값까지 감압하는 차동 배기부(20)와, 이들 질량 분석부(1) 및 차동 배기부(20)를 제어하는 제어용 PC(제어부)(62)를 구비하고 있다. 질량 분석부(1)는 피측정 가스의 질량 전하비별 분압을 측정하는 측정부(12)와, 이 측정부(12)에 연속적으로 설치되고 또한 제어용 PC(62)에서 출력되는 신호에 기초하여 측정부(12)를 구동하는 전기계부(電器系部)(14)를 구비하였다.
차동 배기부(20)는 피측정 가스를 측정부(12)에 도입하는 가스 도입부(24)와, 상기 측정부(12) 안에 도입되는 피측정 가스의 일부를 감압하는 터보 분자 펌프(80)(보수 대상 부품)와, 이 터보 분자 펌프(80)에 연결되는 진공 펌프(forepump)(보수 대상 부품: 예를 들면, 다이어프램 펌프)(81)를 구비하고 있었다(이하, 양 펌프를 합하여 펌프(80),(81)이라고 한다).
가스 도입부(24)는 피측정 가스의 선택을 가능하게 하는 선택 밸브(V1),(V2)를 구비하고 있다. 선택 밸브(V2)쪽에는 오리피스가 조합되어 있어 선택 밸브(V1)에 비해 측정부(12)에 도입되는 가스량을 줄여 작게 할 수 있도록 있다. 즉, 측정부(12)에 도입되는 가스량을 줄일 경우에는 선택 밸브(V2)를 선택하면 된다.
차동 배기부(20)는 측정부(12) 안의 피측정 가스의 압력이, 측정부(12)가 양 호하게 동작하는 범위(1O-2Pa 이하의 범위) 이상인 경우에 구동시킴으로써 측정부(12) 안의 압력을 소정 압력까지 감압시킨다.
측정부(12)에는 베이킹 히터(82a)(특정 부위 보전 수단)가 접속되고, 펌프(80)에는 베이킹 히터(82b)(특정 부위 보전 수단)가 접속되고, 펌프(81)에는 베이킹 히터(82c)(특정 부위 보전 수단)가 접속되어 있다. 베이킹 히터(82a)는, 측정부(12) 안에 존재하는 수분을 증발시키고 측정부(12) 안에 존재하는 수증기를 배출시킴으로써 측정부(12) 안을 감압한다. 베이킹 히터(82b),(82c)는 펌프(80),(81) 안을 가열하여 펌프(80),(81) 안에 피측정 가스로 생성되는 금속?절연막이 부착되는 것을 막는다.
또 측정부(12)와 터보 분자 펌프(80) 사이에는 펌프(80),(81) 안에 흐르는 피측정 가스를 희석하기 위한 희석 가스 공급부(84)(특정 부위 보전 수단)가 접속되어 있다. 본 실시형태에서 이 희석 가스(퍼지 가스)는, 예를 들면 질소(N2) 등이 사용된다.
제어용 PC(62)는 제어부(63)와 메모리부(64)와 표시부(65)를 구비하고 있다. 제어부(63)는 측정부(12)에서 검출된 질량 전하비와 그에 따른 이온 전류값에 기초하여 전기계부(14)에 출력 신호를 보내고 질량 분석부(1) 및 차동 배기부(20)의 동작을 제어한다. 메모리부(64)에는 후술하는 소정값이나 각 데이터가 기록 및 보존된다. 표시부(65)는 사용자에 대해 측정부(12)의 정보를 시인(視認) 가능하게 하는 것으로서, 제어부(63)에 의해 검출된 질량 전하비와 그에 따른 이온 전류값의 크기 나 후술하는 경고 표시 등 각종 정보가 표시된다. 이온 전류값은 입사 이온의 양에 비례하기 때문에 이온 전류값의 크기로부터 그 질량 전하비를 가진 이온의 양을 알 수 있다. 그 결과, 진공 장치 안의 각 기체의 분압 등을 인식할 수 있게 된다.
아울러 제어용 PC(62)에 의해 이루어지는 제어, 조작, 각종 정보의 표시 등을 전기계부(14)에 의해 수행해도 좋다.
도 2는, 측정부(12)의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 것처럼, 측정부(12)는 바닥이 있는 금속제 용기(11)를 가지고 있다. 이 용기(11)는 한쪽이 개구된 원통형으로 이루어지고 내부에 질량 선별부(2)가 배치되고 개구(29)쪽이 후술하는 진공 장치에 접속되어 있다.
우선, 질량 선별부(2)에 대해서 설명하면, 이 질량 선별부(2)는 장착통(73)과 이온원부(22)와 4중극(23)과 이온 검출부(27)를 가지고 있다.
장착통(73)은 절연물이 원통형으로 성형되어 있고, 그 2개의 개구 중 한쪽이 용기(11)의 개구(29)쪽을 향하고 있고 다른 쪽이 이온 검출부(27)를 향하고 있다.
4중극(23)은 금속제 원주로 구성된 4개의 전극으로 구성되어 있으며 장착통(73)의 내부에 배치되어 있다(도 2에서는 2개가 보인다). 또 4중극(23)을 구성하는 4개의 전극은 각각 장착통(73)의 중심축선에 따른 방향으로 향해 있고, 서로 소정 간격을 두고 장착통(73) 내부의 벽면에 나사로 고정되어 있다.
이온원부(22)는 열필라멘트로서, 예를 들면 이리듐(Ir)선에 산화이트리아가 코팅된 것이 사용되었다. 이온원부(22)는 장착통(73)의 개구 부근에 있으며, 그 개구와 용기(11)의 개구(29) 사이의 위치에 배치되어 있다. 또 이온원부(22)와 4중 극(23) 사이에는 슬릿(74)이 배치되어 있다.
측정하는 진공 장치의 내부에 있는 기체는 용기(11)의 개구(29)를 통해 용기(11)의 내부에 진입하기 때문에 용기(11) 내부의 분위기는 진공 장치 내부의 분위기와 동일하게 되어 있다. 따라서 이온원부(22) 주위의 분위기는 진공 장치 내부의 분위기와 같은 조성으로 되어 있다.
이온원부(22)에 통전되어 이온원부(22)로부터 열전자를 방출시키면 그 열전자가 이온원부(22) 주위에 있는 기체 분자에 충돌하여 이온이 생성된다.
슬릿(74)은 작은 구멍(75)을 가지고 있고, 그 작은 구멍(75)이 4중극(23)을 구성하는 4개의 전극 사이에 위치해 있다. 이온원부(22)에 의해 생성된 이온은 슬릿(74)의 작은 구멍(75)을 통과하여 4중극(23)의 내부에 진입한다.
4중극(23)을 구성하는 각 전극에는 직류 바이어스 전압에 소정 주파수의 교류 전압이 중첩된 전압이 인가되어 있다. 4중극(23)의 내부에 진입한 이온은 직류 바이어스 전압의 크기와 교류 전압의 크기에 따른 질량 전하비를 가진 것만이 4중극(23) 사이를 통과한다. 따라서 그들의 크기를 변화시키면 원하는 질량 전하비의 이온만을 통과시킬 수 있다.
장착통(73)과 이온 검출부(27) 사이에는 슬릿(76)이 배치되어 있다.
따라서 4중극(23)의 내부를 통과한 이온은 슬릿(76)의 작은 구멍(77)을 향해 비행하고 작은 구멍(77)을 통과하여 이온 검출부(27)에 입사된다.
이온 검출부(27)에 이온이 입사되면 이온 전류가 검출된다. 이온 검출부(27)에는 Cu-Be합금, 산화알루미늄(AlO) 등으로 이루어진 2차 전자 증배관이나 SUS 등 으로 이루어진 패러데이 컵이 사용되는데, 본 실시형태에서는 2차 전자 증배관을 사용하였다. 2차 전자 증배관은 그 금속 표면에 이온을 고속으로 충돌시킴으로써 2차 전자를 발생시켜 하나의 이온이 여러 배로 증폭되기 때문에 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
(질량 분석 유닛의 사용 방법)
다음으로, 도 3에 기초하여 본 실시형태에 관한 질량 분석 유닛(10)의 사용 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 질량 분석 유닛(10)을 장착한 진공 장치의 개략 구성도이다.
이하에는, 질량 분석 유닛(10)을 장착하는 진공 장치로서, 유도 결합 방식(Inductive Coupling 플라즈마;ICP)의 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching;RIE) 장치(50)를 예로 들어 설명하기로 한다. 반응성 이온 식각 장치(50)(이하, 「식각 장치(50)」라고 한다)는 기밀 봉지된 챔버(52)를 구비하고 있다. 그 챔버(52)에는 식각 가스의 급기 수단(53) 및 챔버(52) 안의 가스의 배기 수단(54)이 접속되어 있다. 챔버(52)의 내부에는 기판(5)을 재치하는 스테이지(55)가 설치되어 있다. 식각 생성물이 챔버(52)의 내벽에 부착되는 것을 방지하기 위해 스테이지(55)를 둘러싸도록 방착판(59)이 설치되어 있다.
한편, 챔버(52)의 내부에 플라즈마를 발생시키기 위해 챔버(52)의 윗쪽에는 안테나(57)가 배치되고, 그 안테나(57)가 플라즈마용 고주파 전원(58)에 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 식각 장치(50)에서 식각을 실시하려면 우선 스테이지(55)에 기판(5)을 재치하고 기판(5)을 소정 온도로 유지한다. 다음으로, 급기 수단(53)에서 식각 가스를 공급하고 챔버(52)를 소정 압력으로 유지한다. 다음으로, 플라즈마용 고주파 전원(58)을 구동하여 안테나(57)에 고주파 전압을 인가한다. 이로써 챔버(52) 내부에 플라즈마가 발생하고 식각 가스가 여기되어 이온이나 래디컬 등의 활성종이 생성된다. 여기에서 생성된 래디컬이 기판(5)에 작용하고 식각 대상물을 포함한 휘발성 물질이 생성되어 식각 처리된다.
이 식각 장치(50)는 챔버(52)로부터 이간 배치된 제어용 PC(62)에 접속되어 있으며, 제어용 PC(62)에 의해 식각 장치(50)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제어용 PC(62)는 질량 분석 유닛(10)과 식각 장치(50) 쌍방에 접속되어 질량 분석 유닛(10)의 제어와 식각 장치(50)의 제어 모두를 수행할 수 있도록 되어 있다.
상기 식각 가스로서는, 불산(HF), 염소(Cl) 등의 부식성?할로겐계 가스가 사용된다.
챔버(52)의 측벽에 설치된 가스 공급 튜브는 질량 분석 유닛(10)에서의 가스 도입부(24)를 구성하는 선택 밸브(V1),(V2)에 접속되어 있다. 그리고 가스 도입부(24)를 통해 상기 측정부(12)에 피측정 가스가 도입되도록 되어 있다.
본 실시형태의 질량 분석 원리는, 차동 배기부(20)를 사용하여 피측정 가스(특정 가스)를 질량 분석부(1)의 측정부(12)에 도입한다. 다음으로, 이온원부(22)의 열필라멘트에 생성된 열전자에 의해 도입된 가스 분자를 이온화한다. 다음으로 4중극(23)에서의 4개의 로드에 직류 전압 및 교류 전압에 의한 전기장을 추가하여 이온원부(22)에서 입사된 이온 중 특정 질량 전하비를 가진 이온만을 통과시킨다. 다음으로, 이온 검출부(27)에서 4중극(23)을 통과한 이온을 이온 전류로서 검출한다. 그리고 4중극(23)에 인가되는 전기장을 스위핑시켜 질량 전하비마다 이온 전류를 측정하고 가스의 종류와 각각의 가스의 분압을 계측한다.
여기에서 도 4는 챔버(52) 안에 식각 가스로서 불산(HF)이 도입된 경우의, 질량 전하비(m/z)에 대한 이온 전류값(A)의 질량 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 4에 도시한 것처럼, 불산의 질량 전하비는 m/z=20이므로, m/z=20에 피크(2.50×10-10(A))가 출현한 것을 알 수 있다. 이로써 챔버(52) 안에 불산(HF)가 도입되어 있다고 판단할 수 있다.
여기에서 도 5는 시간(T)과 특정 가스의 이온 전류값(I)의 변화와의 관계를 식각 장치와 질량 분석 유닛의 작용에 대응시킨 도면이다.
도 5에 도시한 것처럼, 우선 시각T0에서 질량 분석 유닛(10)을 작동시키면, 제어부(63)에서 베이킹 히터(82a),(82b),(82c) 및 희석 가스 공급부(84)의 작동 개시 신호가 출력된다. 이로써 측정부(12) 및 펌프(80),(81)의 가열 및 펌프(80),(81)의 퍼지를 개시한다.
측정부(12) 및 펌프(80),(81)가 충분히 가열된 시점(시각Tl)에서 프로세스 개시 신호에 기초하여 측정부(12)에 의해 챔버(52) 안의 질량 전하비별 분압의 측정을 개시한다. 그리고 프로세스 개시 신호에 기초하여 챔버(52) 안에 식각 가스를 도입하고 식각이 이루어진다. 식각 종료 후, 프로세스 정지 신호에 기초하여 식각 가스의 도입이 정지된다(시각T3). 그리고 식각 가스의 도입 정지 후에는 잔류 식각 가스가 서서히 감소(tapering)되고, 이온 전류값은 시각T4에서 식각 가스 도입 전의 상태로 되돌아간다. 여기에서 식각 가스 도입 전의 상태(기간T0～T1 및 T4 이후)를 백그라운드 상태로 한다.
(예방 보전 방법)
이하, 도 6 및 표 1에 기초하여 질량 분석 유닛(10)을 식각 장치(50)에 장착한 경우의 예방 보전 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은, 본 실시형태에서의 예방 보전 방법을 도시한 흐름도이다. 아울러 본 예방 보전 방법은 식각 장치(50)의 챔버(52) 안에 식각 가스(특정 가스)로서 불산이 도입된 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
질량 분석 유닛(10)에서의 이온원부(22)가 불산 등의 부식성?할로겐계 가스에 노출되면, 산화이트리아로 이루어진 이온원부(22) 표면의 코팅이 벗겨져 최종적으로는 이온원부(22)의 단선이나 이온원부(22)와 그리드간에 흐르는 에미션 전류가 흐르지 않게 되는 이상이 발생할 염려가 있다. 또 이온 검출부(27)에 사용하는 2차 전자 증배관은 Cu-Be합금, 산화알루미늄(AlO) 등으로 이루어지기 때문에 그러한 금속이 염소 등에 노출되면 녹아서 악화될 염려가 있다. 아울러 상술한 부식성?할로겐계 가스와 같이 질량 분석 유닛에서의 특정 부위(이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등)의 기능을 저하시키는 가스를, 이하, 「특정 가스」라고 한다.
한편, 특정 가스가 이온원부(22)의 단선이나 이온 검출부(27) 등의 악화를 촉진시키는 것을 인식하고 있는 사용자는 적다. 또 도입된 특정 가스의 질량 전하 비의 피크가 언제 출현하는지 인식하고 있는 사용자가 적기 때문에 특정 가스가 도입된다는 것을 깨닫지 못하는 사용자도 많다.
또 질량 분석 유닛(10)에 예기치 못한 특정 가스가 도입되는 경우가 있다. 즉, 특정 가스에 대해 내성이 낮은 질량 분석 유닛(10)(예를 들면, 스퍼터링?증착 장치용)에 그와 같은 특정 가스가 도입되는 경우가 있다. 특정 가스가 그대로 계속 도입되면, 이온원부(22)나 이온 검출기(27)가 조기에 악화되기도 한다.
그래서 본 발명자는 메모리부(64)에 특정 가스의 질량 전하비를 사전에 설정하고 검출된 특정 가스의 이온 전류값이 소정값 이상 검출된 경우에 사용자에게 경고를 발함으로써 이온원부(22)의 단선이나 이온 검출부(27)의 악화를 막을 수 있다는 것을 발견했다.
구체적으로는, 우선 특정 가스의 질량 전하비와 이온 전류값의 소정값을 설정한다.
이하에 도시하는 표 1은, 식각 장치(50)에 도입되어 이온원부(22) 및 이온 검출부(27) 등의 기능을 저하시키는 특정 가스(예를 들면, 질량 분석 유닛(10)을 식각 장치에 장착할 경우, 부식성?할로겐계의 특정 가스)와, 각 특정 가스의 질량 전하비의 대응표이다.
[표 1]
질량 전하비(m/Z) 가스종
20 HF
35 Cl
70 Cl2
71 NF3
81 HBr
88 CF4
100 SiH2Cl2
138 C2F6
동표 1에 도시한 것처럼, 특정 가스의 각 질량 전하비의 대응표를 사전에 설정하고 이 데이터를 메모리부(64)에 기록한다. 그리고 표 1의 각 특정 가스에 대응하는 질량 전하비의 이온 전류값의 소정값을 각 특정 가스마다 설정하고 메모리부(64)에 기록한다.
본 예방 보전 방법에서의 소정값은, 상술한 백그라운드 상태로 검출되는 이온 전류값 이상으로 설정되어 있는 것이 바람직하다(예를 들면, 도 5 중의 I1). 이로써 특정 가스가 도입된 것을 조기에 검출할 수 있다.
아울러 피측정 가스(특정 가스)가 이온화될 때에 기체 분자가 분해됨으로써 크래킹 패턴이라고 불리는 피크가 출현한다. 도 4에서는 불산이 도입되기 이전에도 m/z=20에 피크가 출현하였다. 그래서 상기 소정값을 크래킹 패턴에 의해 생길 수 있는 피크의 이온 전류값 이상으로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이로써 특정 가스에 의한 피크와 크래킹 패턴에 의한 피크를 분별하여 질량 분석 유닛(10)의 오작동을 막고 신뢰성을 확보할 수 있다.
다음으로, 도 6에 도시한 것처럼 측정부(12)에 의해 챔버(52) 안의 질량 전하비별 분압의 측정을 개시한다(단계S1). 측정 방법은, 상술한 것처럼 4중극(23)에 인가되는 전기장을 스위핑시켜 질량 전하비마다 이온 전류를 측정하고 가스의 종류와 각각의 가스의 분압을 계측한다.
측정한 질량 전하비와 표 1을 대응시켜 설정된 질량 전하비(예를 들면, m/z=20)의 특정 가스가 존재하는지 여부를 판정한다(단계S2). 여기에서 이온 전류값의 피크가 검출되지 않아 특정 가스가 포함되지 않은 경우(단계S2의 판단이 No인 경우), 제어부(63)로부터 전기계부(14)에 측정 계속의 신호를 출력하고 다른 질량 전하비의 측정을 계속시킨다. 한편, 이온 전류값의 피크가 검출된 경우(단계S2의 판단이 Yes인 경우), 그 피크의 이온 전류값이 메모리부(64)에 설정된 소정값 이상인지 아닌지 판단한다(단계S3).
그리고 피크의 이온 전류값이 소정값보다도 낮은 경우(단계S3의 판단이 No인 경우), 측정부(12)에 의한 측정을 계속시킨다. 한편, 피크의 이온 전류값이 소정값 이상인 경우(단계S3의 판단이 Yes인 경우), 특정 가스가 도입되어 있다고 판단한다. 이 경우에는 제어부(63)에서 표시부(65)로 경고 신호를 출력한다. 이 경고 신호로서는, 예를 들면 이온원부(22)의 단선 염려나 에미션 전류값 이상, 이온 검출부(27)의 악화 등 특정 부위의 기능 저하 가능성에 따른 경고 신호가 출력된다.
경고 신호를 수신한 표시부(65)는 그 신호에 기초하여 경고 표시 정보를 점등시킨다(단계S4). 이로써 사용자는 이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등의 부위에 기능 저하 가능성이 있는지를 즉석에서 알 수 있다. 아울러 이 경고 표시는 표시부(65)에서 시인되는 정보 이외에 버저 등에 의한 음성 제공으로 인식 가능하게 구성해도 좋다.
제어부(63)는 경고 표시를 한 후, 전기계부(14)에 측정 계속의 신호를 출력하여 다른 질량 전하비의 측정을 계속시키고, 다른 특정 가스(표 1에 나타낸 불산 이외의 특정 가스)가 도입되어 있는지 여부를 상기 흐름과 같은 방법으로 측정해 나간다.
따라서, 본 실시형태에서의 질량 분석 유닛(10)의 예방 보전 방법은, 메모리부(64)에 이온원부(22) 및 이온 검출부(27) 등의 기능을 저하시키는 특정 가스의 질량 전하비가 사전에 기록되어; 제어부(63)가 그 특정 가스의 이온 전류값이 소정값 이상이 된 경우에 표시부(65)에 경고 신호를 출력하는: 구성으로 하였다.
이 구성에 의하면, 특정 가스의 이온 전류값이 소정값을 초과한 경우에 제어부(63)가 경고 신호를 출력함으로써 특정 가스의 질량 전하비를 인식하지 못한 사용자에 대해서도 질량 분석 유닛(10)에서의 이온원부(22)의 단선이나 이온 검출부(27)의 악화 가능성을 즉석에서 알릴 수 있다. 따라서 특정 가스에 의한 이온원부(22)의 단선이나 이온 검출부(27)의 악화를 막을 수 있다. 따라서 이온원부(22)나 이온 검출부(27)를 장기간에 걸쳐 효율적으로 사용할 수 있다.
또 본 실시형태의 예방 보전 방법을 특정 가스의 내성에 약한 질량 분석 유닛에 사용하면, 사용상 주의를 잘못하여 특정 가스에 대해 내성이 약한 질량 분석 유닛을 식각 장치에 장착시킨 경우에도 질량 분석 유닛의 기능 저하 가능성을 사용자에게 즉석에서 알릴 수 있다.
(제2 실시형태)
(수명 관리 방법)
다음으로 도 7의 흐름도에 기초하여 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명하기로 한다. 본 실시형태는 질량 분석 유닛(10)을 식각 장치(50)에 장착한 경우의 수명 관리 방법으로서, 이온 전류값과 검출 시간의 적분값에 기초하여 소정값을 설정하는 점에서 상기 제1 실시형태와 다르다.
특정 가스로서 메모리부(64)에 설정된 질량 전하비의 이온 전류값의 피크가 클수록 식각 장치(50)의 챔버(52) 안에 도입되어 있는 특정 가스의 양이 많은 것은 명백하고, 이 양에 따라 이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등의 소모 부품(이하, 통합하여 소모 부품이라고 한다)의 수명이 짧아진다. 또 특정 가스를 검출하는 시간이 길수록 소모 부품의 수명은 짧아진다. 소모 부품이 수명을 초과한 채로 계속 측정하면 정확한 측정이 불가능해지므로 정기적으로 교환해야 하는데, 교환 시기는 특정 가스의 종류, 사용 상태, 사용 상황에 따라 변동된다.
따라서 이들 소모 부품은 교환 시기를 판단하기 힘들다. 예를 들면, 소모 부품을 사용할 수 없게 되어 제대로 측정할 수 없게 되서야 교환할 경우 교환에 시간이 걸려 질량 분석 유닛(10)의 사용 정지 기간이 길어진다. 또 소모 부품을 아직 사용 가능함에도 불구하고 미리 교환할 경우, 소모 부품의 사용 효율이 나빠 자원이나 비용 손실로 연결되는 등의 문제가 있다.
그래서 본 발명자는 소모 부품의 수명 관리 방법으로서, 검출된 특정 가스의 이온 전류값과 검출 시간의 적분값을 구하고 그 적분값이 사전에 설정된 소정값을 초과한 경우에 사용자에게 경고를 발함과 동시에 이온원부(22)나 이온 검출부(27)에 인가되는 전압의 인가를 해제함으로써 상술한 문제를 해결할 수 있다는 것을 발 견하였다.
구체적으로는, 우선 특정 가스의 질량 전하비를 설정함과 동시에 각 특정 가스마다의 소정값을 설정하여 사전에 메모리부(64)에 기록한다. 본 수명 관리 방법에서의 소정값은 검출된 특정 가스의 이온 전류값과 검출 시간의 적분값이 소모 부품이 수명을 다할 때까지의 적분값 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 7에 도시한 것처럼 상술한 예방 보전 방법의 단계S1,2와 같이 측정을 개시하여 설정된 질량 전하비의 특정 가스가 존재하는지 여부를 판정한다(단계S21,S22).
여기에서 이온 전류값의 피크가 검출되지 않아 특정 가스가 포함되지 않은 경우(단계S22의 판단이 No인 경우), 제어부(63)로부터 전기계부(14)에 측정 계속의 신호를 출력하여 측정부(12)에 다른 질량 전하비의 측정을 계속시킨다. 반면, 이온 전류값의 피크가 검출된 경우(단계S22의 판단이 Yes인 경우), 그 피크의 이온 전류값과 검출 시간의 적분값을 산출하여 메모리부(64)에 기록한다. 아울러 검출 시간이란, 이번 측정에 의해 특정 가스가 존재한다고 판단되는 기간이다. 아울러 전회 측정까지의 적분값이 사전에 기록되어 있는 경우에는 그 적분값에 이번 측정 적분값을 가산하여 기록한다. 그리고 현재 기록되어 있는 적분값이 메모리부(64)에 설정된 소정값 이상인지 여부를 판단한다(단계S23).
그리고 적분값이 소정값보다도 작은 경우(단계S23의 판단이 No인 경우), 측정부(12)에 의한 측정을 계속시킨다. 한편, 적분값이 소정값 이상인 경우(단계S23의 판단이 Yes인 경우), 소모 부품이 수명을 다해간다고 판단한다. 이 경우에는 상 기 단계S4와 같이 제어부(63)로부터 표시부(65)에 경고 신호를 출력한다. 이 경고 신호로서는, 예를 들면 이온원부(22)의 단선 염려나 에미션 전류값 이상, 이온 검출부(27)의 악화 등에 의해 교환 필요성이 있는 특정 부위에 따른 경고 신호가 출력된다. 경고 신호를 수신한 표시부(65)는 그 신호에 기초하여 경고 표시 정보를 점등시킨다(단계S24). 이로써 사용자는 소모 부품의 교환 시기를 판단할 수 있다.
여기에서 표시부(65)에 경고 표시함과 동시에 제어부(63)는 전기계부(14)에 대해 이온원부(22) 및 이온 검출기(27)에 인가되어 있는 전압의 인가를 해제하는 정지 신호를 출력한다(단계S25). 그 신호를 수신한 전기계부(14)는 이온원부(22) 및 이온 검출부(27)에 인가되어 있는 전압의 인가를 해제하고 측정을 정지시킨다. 이로써 소모 부품이 더 악화되는 것을 억제할 수 있다.
따라서 본 실시형태에서의 질량 분석 유닛(10)의 수명 관리 방법은 특정 가스의 이온 전류값과, 이온 전류값을 검출한 검출 시간의 적분값이 소정값 이상이 된 경우에 경고 신호를 출력함과 동시에 이온원부(22) 및 이온 검출부(27)에 인가되어 있는 전압의 인가를 해제하고 측정을 정지시키는 구성으로 하였다.
이 구성에 의하면, 특정 가스의 이온 전류값과, 이온 전류값을 검출한 검출 시간의 적분값이 소정값 이상이 된 경우에 표시부(65)에 경고 표시를 함으로써 이온원부(22) 및 이온 검출부(27) 등 소모 부품의 시간 흐름에 따른 변화를 정확하게 알릴 수 있다. 또 소모 부품에 인가되는 전압의 인가를 해제하여 측정을 정지시킴으로써 소모 부품의 시간 흐름에 따른 변화를 억제할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 상기 소정값을 이온원부(22) 및 이온 검출부(27)의 수명의 적분값 이하로 설정하는 구성으로 하였다.
이 구성에 의하면, 상기 소정값을 이온원부(22) 및 이온 검출부(27)의 수명의 적분값 이하로 설정함으로써 이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등 소모 부품의 수명을 정확하게 알릴 수 있다. 즉, 이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등 소모 부품의 교환 시기는 질량 분석 유닛(10)의 사용 상태, 사용 상황에 따라 변동되지만, 사용자가 경고 표시에 따라 교환 시기를 판단할 수 있다. 따라서 소모 부품이 사용 불가능해진 후의 질량 분석 유닛(10)의 사용 정지 기간을 단축할 수 있기 때문에 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또 이온원부(22) 및 이온 검출부(27)가 아직 사용 가능함에도 불구하고 미리 교환하는 것을 막을 수 있기 때문에 이온원부(22) 및 이온 검출부(27)의 사용 효율을 향상시켜 저비용화 및 자원 절약화를 꾀할 수 있다.
(제3 실시형태)
(부품 관리 방법)
다음으로 도 8에 기초하여 본 발명의 제3 실시형태에 대해서 설명하기로 한다. 본 실시형태는 질량 분석 유닛(10)을 식각 장치(50)에 장착한 경우의 질량 분석 유닛(10)의 부품 관리 방법이다. 도 8은, 본 부품 관리 방법에서의 측정부, 펌프(80),(81)의 제조 번호와 특정 가스의 기록예이다.
상술한 이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등의 소모 부품은 수명이 있는 부품이므로 반드시 교환해야 한다. 또 차동 배기부(20)의 펌프(80),(81)도 정기적인 오버홀이 필요해진다(이하, 정기적인 오버홀 작업이나 소모 부품의 교환 작업을 「보수 작업」이라고 하고, 오버홀이 필요한 부품이나 교환이 필요한 소모 부품을 「보 수 대상 부품」이라고 한다). 그런데 보수 대상 부품의 보수 작업은 통상 사용자 이외의 작업자에 의해 이루어진다. 이 경우, 보수 대상 부품에 특정 가스 등이 부착되어 있을 가능성이 있기 때문에 작업자는 특정 가스의 부착 유무를 확인하여 작업 안전을 확보하여야 한다.
그래서 종래에는 보수 대상 부품의 보수 작업시에 특정 가스의 도입 이력을 사전에 사용자에게 확인한 후 작업에 착수하여 작업 효율이 나쁘다는 문제가 있었다.
그래서 본 발명자는 메모리부(63)에 보수 대상 부품에 대한 부착 유무의 확인을 필요로 하는 특정 가스의 질량 전하비를 사전에 기록하고, 특정 가스가 도입되었을 때에 그 특정 가스의 정보와 보수 대상 부품의 정보를 기록함으로써 상술한 문제를 해결할 수 있다는 것을 발견하였다.
구체적으로는 상술한 예방 보전 방법(도 6 참조)에서의 단계S2까지의 단계와 같은 방법으로 측정한다.
그리고 이온 전류값의 피크가 검출되지 않아 특정 가스가 포함되지 않은 경우, 제어부(63)로부터 전기계부(14)에 측정 계속의 신호를 출력하여 다른 질량 전하비의 측정을 계속시킨다. 한편, 이온 전류값의 피크가 검출된 경우, 그 이온 전류값과 검출 시간의 적분값을 메모리부(64)에 기록한다. 아울러 전회 측정까지의 적분값이 사전에 기록되어 있는 경우에는 그 적분값에 이번 측정 적분값을 가산하여 기록한다. 구체적으로는, 도 8에 도시한 것처럼 검출된 특정 가스의 이온 전류값과 검출 시간의 적분값의 데이터를 그 특정 가스의 질량 전하비에 대응시켜 메모 리부(64)에 기록한다.
적분값의 데이터가 메모리부(64)에 기록됨과 동시에, 나아가 그 때에 사용되는 측정부(12)의 제조 번호(예를 들면, 도 8 중의 분석관 제조 번호)와 펌프(80),(81)의 제조 번호(예를 들면, 도 8 중의 펌프 제조 번호)가 메모리부(64)에 기록된다. 그리고 이들 기록이 제어부(63)로부터 네트워크를 통해 서버에 보존된다. 작업자는 보수 대상 부품의 보수 작업시에 이 정보를 독출함으로써 표시부(65)에 도 8에 도시한 정보가 표시된다.
따라서, 본 실시형태에서의 질량 분석 유닛(10)의 부품 관리 방법은 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 측정부(12)에 의해 검출된 경우에 특정 가스의 이온 전류값과, 이온 전류값을 검출한 검출 시간의 적분값이 기록됨과 동시에 측정부(12) 및 차동 배기부(20) 등의 보수 대상 부품의 정보가 기록되는 구성으로 하였다.
이 구성에 의하면, 이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등의 소모 부품을 교환할 때나 펌프(80),(81)를 오버홀할 때에 메모리부(64)에 기록된 정보를 독출함으로써 특정 가스의 도입 이력을 정확하고도 신속하게 확인할 수 있게 된다. 따라서 사용자 이외의 작업자가 교환, 오버홀할 때에도 작업자의 안전을 확보한 후에 효율적으로 작업할 수 있다.
(제4 실시형태)
(전력 절약 방법)
다음으로, 도 9의 흐름도에 기초하여 본 발명의 제4 실시형태에 대해서 설명 하기로 한다. 본 실시형태는 식각 프로세스 종료 후(도 5 중의 시각T3 이후)의 질량 분석 유닛(10)의 전력 절약 방법이다.
상술한 것처럼 특정 가스의 도입중에는 측정부(12) 및 펌프(80),(81)를 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)에 의해 가열함과 동시에 펌프(80),(81)에 흐르는 특정 가스를 희석하기 위해 희석 가스 공급부(84)에 의해 퍼지 가스를 흘려 보내고 있다. 그런데, 예를 들면 식각 프로세스 종료 후에 특정 가스가 도입되지 않은 경우에는 측정부(12) 및 펌프(80),(81)의 가열 및 펌프(80),(81)의 퍼지를 수행할 필요가 없다.
그럼에도 불구하고 측정부(12) 및 펌프(80),(81)의 가열 및 펌프(80),(81)의 N2퍼지를 계속 작동시키면 전력과 퍼지 가스가 낭비된다는 문제가 있었다.
그래서 본 발명자는 식각 프로세스 종료 후, 특정 가스의 이온 전류값이 소정값을 밑돌아 펌프(80),(81)에 악영향을 줄 염려가 없어진 시점에서, 측정부(12) 및 펌프(80),(81)의 가열 및 펌프(80),(81)의 N2퍼지를 정지시킴으로써 전력 절약을 꾀할 수 있다는 것을 발견하였다.
구체적으로는, 우선 특정 가스의 질량 전하비와 이온 전류값의 소정값을 설정한다. 이 소정값으로서는, 상술한 백그라운드 상태에서의 이온 전류값(도 5 중의 I2) 부근에 설정되어 있는 것이 바람직하다.
그리고 도 9에 도시한 것처럼 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)를 작동시켜 희석 가스 공급부(84)에서 펌프(80),(81)에 퍼지 가스를 공급한다(단계S31). 이 작동 타이밍으로서는, 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)를 가열하여 측정부(12) 및 펌프(80),(81)를 소정의 온도로 상승시키기 위해 시간이 필요하므로, 프로세스 개시 신호(도 5 중 Tl)의 몇시간 전에 작동 개시하는 것이 바람직하다(도 5 중 시각T0).
그리고 프로세스 개시 신호에 기초하여 특정 가스를 도입하고 식각을 개시한다. 동시에 측정부(12)에 의해 챔버(52) 안의 질량 전하비별 분압의 측정을 개시한다. 그 후, 프로세스 정지 신호에 기초하여 특정 가스의 도입이 정지되고 식각 프로세스가 종료된다(도 5 중의 T3).
여기에서 식각 프로세스 종료 후에도 제1 실시형태에서의 예방 보전 방법(도 6 참조)의 단계S1,S2와 같은 방법으로 계속 측정하여 설정된 질량 전하비의 특정 가스가 존재하는지 여부를 판정한다(단계S32,S33).
그리고 이온 전류값의 피크가 검출되지 않아 특정 가스가 포함되지 않은 경우(단계S33의 판단이 No인 경우), 제어부(63)에서 전기계부(14)로 측정 계속의 신호를 출력하여 측정부(12)에 다른 질량 전하비의 측정을 계속시킨다. 한편, 이온 전류값의 피크가 검출된 경우(단계S33의 판단이 Yes인 경우), 그 피크의 이온 전류값이 메모리부(64)에 설정된 소정값 이하인지 여부를 측정한다(단계S34).
그리고 피크의 이온 전류값이 소정값보다 높은 경우(단계S34의 판단이 No인 경우), 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)에 의한 가열과 희석 가스 공급부(84)로부터의 퍼지 가스의 공급을 계속 작동시켜 측정부(12)에 의한 측정을 계속한다. 한편, 피크의 이온 전류값이 소정값 이하인 경우(단계S34의 판단이 Yes인 경우), 백그라운드 상태로서 챔버(52) 안에 특정 가스가 도입되지 않았다고 판단한다. 이 경우, 제어부(63)에서 전기계부(14)로 정지 신호를 출력한다. 그 신호를 수신한 전기계부(14)는 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)에 의한 가열과 희석 가스 공급부(84)로부터의 퍼지 가스의 공급을 정지시킨다(단계S35). 이상에 의해 질량 분석 유닛(10)에 의한 측정을 종료한다.
아울러, 정지 후에 특정 가스가 재도입될 경우에는 재시동 프로세스 개시 신호에 대응시켜 상기 흐름의 단계S31 이후의 단계와 같이 대응시킨다.
따라서 본 실시형태에서의 질량 분석 유닛(10)의 전력 절약 방법은, 특정 가스의 이온 전류값이 소정값 이하가 된 경우에 차동 배기부(20)의 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)에 의한 가열과 희석 가스 공급부(84)로부터의 퍼지 가스의 공급을 정지시키는 구성으로 하였다.
이 구성에 의하면, 특정 가스가 도입되지 않게 되어 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)나 희석 가스 공급부(84)에 영향을 줄 염려가 없어진 시점에서 자동적으로 차동 배기부(20)의 베이킹 히터(82a),(82b),(82c)에 의한 가열과 희석 가스 공급부(84)로부터의 퍼지 가스의 공급을 정지시킴으로써 질량 분석 유닛(10)의 전력 절약을 꾀할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 예에 한정되지 않는다는 것은 말할 것도 없다. 상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지를 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 여러가지 변경이 가능하다.
예를 들면, 상기 제1 실시형태에 관한 예방 보전 방법에서는, 이온 전류값이 소정값을 초과한 시점에서 경고 표시하는 구성으로 하였으나, 상기 제2 실시형태와 같이 이온 전류값과 검출 시간의 적분값에 기초하여 소정값을 설정해도 좋다.
아울러 이온원부(22) 또는 이온 검출부(27)를 악화시킬 수 있는 가스로서, 예를 들면 CVD장치에 도입되는 6불화텅스텐(WF6) 등의 금속막을 퇴적시키는 가스나 SiH2Cl2과 NH3 등의 절연막을 퇴적시키는 가스도 들 수 있다.
상기 금속막?절연막을 퇴적시키는 가스가 이온원부(22)나 이온 검출부(27)에 주는 영향으로서, 2차 전자 증배관을 사용한 이온 검출부(27)에 금속?절연막이 퇴적되면 금속 표면에서의 2차 전자가 발생하기 어렵게 된다. 또 이온원부(22)에 금속?절연막이 퇴적되면 에미션 전류가 흐르지 않게 될 우려도 있다.
그래서 본 발명의 제1～제4 실시형태와 같이 금속막?절연막을 퇴적시키는 가스의 질량 전하비를 사전에 메모리부(64)에 설정함과 동시에 그 질량 전하비를 가진 금속막?절연막을 퇴적시키는 가스의 이온 전류값의 소정값을 설정함으로써 금속막?절연막을 퇴적시키는 가스에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다. 이로써 금속막?절연막을 퇴적시키는 가스가 도입되는 CVD장치에 질량 분석 유닛(10)을 사용하더라도 전력 절약을 꾀함과 동시에 이온원부(22)나 이온 검출부(27) 등의 소모 부품을 효율적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 특정 부위의 기능 저하를 방지할 수 있고 또 특정 부위의 악화 시기를 정확하게 파악할 수 있는 질량 분석 유닛을 제공할 수 있게 된다. 또 본 발명에 의하면 보수 대칭 부품의 보수 작업 등을 효율적으로 수행할 수 있고 또 전력 절약을 꾀할 수 있는 질량 분석 유닛을 제공할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 피측정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서,
    이 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 피측정 가스인 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부를 더 구비하고;
    상기 질량 분석부에 의해 검출된 상기 특정 가스의 이온 전류값과 이 이온 전류값을 검출한 검출 시간의 적분값이 소정값 이상이 된 경우에, 상기 제어부가 상기 특정 부위의 기능 저하를 나타내는 경고 신호를 출력함과 동시에 상기 특정 부위에 대한 전압의 인가를 해제하여 상기 특정 부위의 기능을 정지시키는;
    것을 특징으로 하는 질량 분석 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소정값이 상기 특정 부위가 악화될 때까지의 상기 이온 전류값과 상기 검출 시간의 적분값 이하인 것을 특징으로 하는 질량 분석 유닛.
  4. 피측정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서,
    이 질량 분석 유닛의 보수 작업시 보수 대상 부품에 대한 부착 유무의 확인을 필요로 하는 피측정 가스인 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부를 더 구비하고;
    상기 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 상기 질량 분석부에 의해 검출된 경우에 상기 제어부가 상기 특정 가스의 정보 및 상기 보수 대상 부품의 정보 중 적어도 한쪽을 기록하는;
    것을 특징으로 하는 질량 분석 유닛.
  5. 피측정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값을 검출하여 분압을 측정하는 질량 분석부를 구비한 질량 분석 유닛으로서,
    이 질량 분석 유닛의 특정 부위의 기능을 저하시키는 피측정 가스인 특정 가스의 질량 전하비의 기록을 미리 유지하는 제어부;
    상기 특정 가스에 의한 상기 특정 부위의 기능 저하를 방지하는 특정 부위 보전 수단;
    을 구비하고,
    상기 질량 분석부에 의해 검출된 상기 특정 가스의 질량 전하비의 이온 전류값이 소정값 이하가 된 경우에 상기 제어부가 상기 특정 부위 보전 수단을 정지시키는 것을 특징으로 하는 질량 분석 유닛.
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