KR102383689B1 - 가스 분석 장치 및 가스 분석 장치의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
유입되는 샘플 가스(9)를 분석하는 가스 분석 장치(1)를 제공한다. 가스 분석 장치는, 샘플 가스를 필터링하는 필터 유닛(20)과, 필터링된 결과를 검출하는 디텍터 유닛(30)과, 이것들을 수납하는 하우징(40)과, 각각의 전위를 제어하는 제어 유닛(60)을 갖는다. 제어 유닛은, 필터 유닛, 디텍터 유닛 및 하우징의 전위를, 샘플 가스의 공급원의 프로세스 플라즈마(75), 또는, 플라즈마 생성 유닛(50)에 의해 생성된 플라즈마(55)를 클리닝용의 플라즈마로서 끌어들이는 클리닝 전위로 설정하는 클리닝 제어 유닛(61)을 포함한다.
Description
[0001] 본 발명은, 클리닝 기능을 구비한 가스 분석 장치에 관한 것이다.
[0002] 일본 특허공개공보 제2012-3976호에는, 별개의 전원을 필요로 하지 않고, 전자 충격 방식에 의해 효과적으로 그리드를 디가스(degas) 처리할 수 있는 저비용의 사중극형(四重極型) 질량분석계를 제공하는 기술이 개시(開示)되어 있다. 필라멘트 및 그리드를 구비한 이온원(源)과, 4개의 원기둥(圓柱) 형상의 전극을 둘레 방향을 따라 소정 간격으로 배치하여 이루어지는 사중극부와, 사중극부를 통과한 소정의 이온을 포집(捕集)하는 이온 검출부를 갖는 장치는, 추가로, 필라멘트에 직류 전류를 통전(通電)시키는 전원과, 그리드에 대해 필라멘트보다 높은 전위를 인가(印加)하는 전원과, 그리드와 필라멘트 간에 소정의 전위차를 만들기 위해 필라멘트에 소정의 전위를 부여하는 전원과, 사중극부의 상대되는 전극에, 양·음의 직류 전압과 교류 전압이 중첩된 전압을 인가하는 전원과, 제어 유닛을 구비하며, 사중극부용의 전원을 통해 양·음의 양(兩) 전압 간의 전위차에 상당하는 전압을 그리드에 인가할 수 있도록 구성된다.
[0003] 반도체 제조 프로세스의 모니터링 등의 어플리케이션에 있어서, 여러 종류의 다양한 가스를 포함하는 다양한 환경을 모니터링할 수 있는 내성이 높은 센서가 요구되고 있다.
[0004] 본 발명의 하나의 양태는, 유입되는 샘플 가스를 분석하는 가스 분석 장치이다. 이 장치는, 샘플 가스를 필터링하는 필터 유닛과, 필터링된 결과를 검출하는 디텍터(detector) 유닛과, 필터 유닛 및 디텍터 유닛을 수납하는 하우징과, 필터 유닛, 디텍터 유닛 및 하우징의 전위를 제어하는 제어 유닛을 갖는다. 제어 유닛은, 필터 유닛, 디텍터 유닛 및 하우징의 전위를, 샘플 가스의 공급원의 프로세스 플라즈마, 또는, 플라즈마 생성 유닛에 의해 생성된 플라즈마를 클리닝용의 플라즈마로서 끌어들이는 클리닝 전위로 설정하는 클리닝 제어 유닛을 포함한다. 클리닝 전위는, 접지 전위 또는 음전위여도 된다. 정기적으로, 또는 적당한 타이밍으로 하우징을 포함하여, 클리닝 전위로 가스 분석 장치를 설정함으로써 플라즈마를 끌어들여서, 플라즈마에 의해 가스 분석 장치 내부를 클리닝할 수 있다.
[0005] 가스 분석 장치는, 플라즈마 생성 유닛을 갖고 있어도 된다. 클리닝 제어 유닛은, 샘플 가스의 공급원이 프로세스 플라즈마를 생성하는 타이밍에 클리닝 전위로 설정하는 유닛을 포함해도 된다.
[0006] 가스 분석 장치는, 샘플 가스를 이온화하는 이온화 유닛을 가지며, 필터 유닛은, 이온화된 샘플 가스를 필터링하는 유닛을 포함해도 된다. 전형적인 필터 유닛의 일례는, 이온화된 샘플 가스를 질량전하비(質量電荷比)에 의해 필터링하는 유닛이다. 이온화 유닛은, 열전자 공급 유닛을 포함하며, 클리닝 제어 유닛은, 이온화 유닛의 전위를 클리닝 전위로 설정하는 유닛을 포함해도 되고, 이온화 유닛도 포함하여 클리닝해도 된다.
[0007] 본 발명의 다른 양태 중 하나는, 유입되는 샘플 가스를 분석하는 가스 분석 장치의 제어 방법이다. 가스 분석 장치는, 샘플 가스를 필터링하는 필터 유닛과, 필터링된 결과를 검출하는 디텍터 유닛과, 필터 유닛 및 디텍터 유닛을 수납하는 하우징과, 필터 유닛, 디텍터 유닛 및 하우징의 전위를 제어하는 제어 유닛을 갖는다. 제어 방법은, 제어 유닛이, 필터 유닛, 디텍터 유닛 및 하우징의 전위를, 샘플 가스의 공급원의 프로세스 플라즈마, 또는, 플라즈마 생성 유닛에 의해 생성된 플라즈마를, 클리닝용의 플라즈마로서 끌어들이는 클리닝 전위로 설정하는 단계를 포함한다. 클리닝 전위는, 접지 전위 또는 음전위여도 된다.
[0008] 가스 분석 장치는, 플라즈마 생성 유닛을 포함하고, 해당 방법은, 플라즈마 생성 유닛이, 클리닝 전위로 설정하는 단계와 병행하여 클리닝용 플라즈마를 생성하는 단계를 포함해도 된다. 클리닝 전위로 설정하는 단계는, 샘플 가스의 공급원이 프로세스 플라즈마를 생성하는 타이밍에 클리닝 전위로 설정하는 단계를 포함해도 된다. 가스 분석 장치가, 샘플 가스를 이온화하는 이온화 유닛을 갖는 경우는, 클리닝 전위로 설정하는 단계는, 이온화 유닛의 전위를 클리닝 전위로 설정하는 단계를 포함해도 된다.
[0009] 본 발명의 다른 양태 중 하나는, 유입되는 샘플 가스를 분석하는 가스 분석 장치를 제어하는 프로그램이다. 프로그램(프로그램 제품)은, 제어 유닛에 의해, 필터 유닛, 디텍터 유닛 및 하우징의 전위를, 샘플 가스의 공급원의 프로세스 플라즈마, 또는, 플라즈마 생성 유닛에 의해 생성된 플라즈마를, 클리닝용의 플라즈마로서 끌어들이는 클리닝 전위로 설정하는 명령을 갖는다. 프로그램 또는 프로그램 제품은, 적당한 기록 매체에 기록하여 제공되어도 된다.
[0010] 도 1은, 종래의 질량 분석 장치의 일례를 나타낸 블록도이다.
도 2는, 플라즈마 클리닝을 행하는 가스 분석 장치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은, 가스 분석 장치의 제어의 개요를 나타낸 플로차트이다.
도 4는, 플라즈마 클리닝을 행하는 가스 분석 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5는, 플라즈마 클리닝을 행하는 가스 분석 장치의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 2는, 플라즈마 클리닝을 행하는 가스 분석 장치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은, 가스 분석 장치의 제어의 개요를 나타낸 플로차트이다.
도 4는, 플라즈마 클리닝을 행하는 가스 분석 장치의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5는, 플라즈마 클리닝을 행하는 가스 분석 장치의 또 다른 예를 나타낸 도면이다.
[0011] 본 발명의 하나의 실시형태는 가스 분석 장치이며, 그 일례는 질량 분석 장치이다. 반도체 제조 프로세스의 모니터링 등 어플리케이션에 있어서는 여러 종류의 다양한 성분을 포함하는 가스를 모니터링할 필요가 있으며, 이들에 대해 안정적이며 고정밀도의 측정이 가능한 센서가 요구되고 있다.
[0012] 도 1을 참조하여, 가스 분석 장치의 일례로서 사중극형 질량분석계의 개요를 설명한다. 사중극 질량분석계(질량 분석 장치)(91)는, 분석 대상인 가스(가스 샘플, 샘플 가스)(9)를 이온화하는 이온화 장치(이온화 유닛, 이온원)(10)와, 이온화된 가스(8)를 분석하는 가스 분석 유닛(가스 분석 섹션)(21)을 포함한다. 가스 분석 유닛(21)은, 필터 유닛인 사중극부(20)와, 사중극의 각 전극 사이를 통과하여 도달하는 가스 이온(8)을 포집하는 디텍터 유닛(검출부, 예컨대, 패러데이 컵(Faraday Cup))(30)을 포함한다. 필터 유닛(20)은, 둘레 방향을 따라 소정 간격으로 배치된 상하 방향으로 연장되는 복수 개, 전형적으로는 4개의 원기둥(圓柱) 형상의 전극을 포함한다. 질량 분석 장치(91)는, 이온화 장치(10), 필터 유닛(20), 및 디텍터 유닛(30)을 수납하는 진공 용기(하우징)(40)와, 하우징(40) 내부를 부압으로 유지하는 진공 펌프(45)를 포함하며, 하우징(40)으로 유입된 가스(9)를 이온화 장치(10)에 의해 이온화한다.
[0013] 이온화 유닛(10)은, 그리드(11)와, 전자류(電子流)를 공급하는 캐소드로서 기능하는 필라멘트(12)를 포함한다. 그리드(11)의 일례는, 금속 세선(細線)을 격자 형상 및 원통 형상으로 조립부착하여 구성된다. 필라멘트(12)는, 지지 프레임에 둘레 방향을 따라 소정 간격으로 설치된 금속제의 지지 핀에 접속되어 있으며, 그리드(11)의 외주(外周)에 배치된다. 필라멘트(12)의 일례는, 이리듐으로 이루어진 모재(母材)의 표면을 전착(電着) 처리에 의해 산화이트륨으로 피복(被覆)한 것이다. 필터 유닛(20)과 이온화 유닛(10)과의 사이에는, 필터 유닛(20)으로 향하는 이온이 효율적으로 수렴되는 포커스 전극(25)이 설치되어 있다. 포커스 전극(25)은, 예컨대, 필라멘트(12)의 지지 핀과 전기적으로 접속되어 있으며, 필라멘트(12)의 전위와 포커스 전극(25)의 전위를 동등하게 하고 있다.
[0014] 종래의 질량 분석 장치(91)는, 순수한 가스, 즉, 부식성 가스가 아닌 환경을 대상으로 한 조건에서 가동(稼動)하도록 설계되어 있다. 이 조건에 대응한 캐소드 재료(필라멘트 재료)로서는, Y2O3/Ir, 즉, 심재(core)가 이리듐(Ir)으로 이루어지고, 전자 방출층이 산화이트륨(이트리아(yttria), Y2O3)으로 이루어진 필라멘트가 있다. 불화탄소(CFx)를 성분으로서 포함하는 가스에 대해서는, 텅스텐(W) 재료가 필라멘트 재료(캐소드 재료)로서 유효하다고 되어 있다.
[0015] 프로세스로부터의 가스에 실리콘 오일이 포함되는 환경하에서는, 특히, 질량 분석 장치(91)의 기동 및 정지 시에, 실리콘(Si), 산화규소(SiO2), 실리콘질화물(SiN) 등으로 필라멘트(12)가 코팅되어, 기능이 저해되는 경우가 있다.
[0016] 그리드(11)는, 현재로서는 인코넬(Inconel)(600)이 이용되고 있다. 그리드(11)에 일부의 가스가 퇴적하여 절연막이 될 가능성이 있어, 이오나이저(ionizer)/이온 광학 영역에서 올바른 전위 분포를 작성하지 않을 가능성이 있다. 또한, 가스 분석 장치(91)의 모니터링 대상인 프로세스의 일례로서, 반도체 제조 프로세스에 있어서 CVD 또는 PVD를 행하는 시스템을 들 수 있다. 이 시스템에서 실시되는 프로세스는, 이산화규소(SiO2), 실리콘질화물(SiN3), 질화티탄(TiN), 질화탄탈(TaN) 등의 산화물 또는 절연물을 퇴적시키는 프로세스를 포함하여, 시스템을 모니터링하는 가스 분석 장치(91)에 있어서도, 이러한 산화물 또는 절연물이, 이온화 유닛(10), 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및/또는 하우징(40)에 퇴적될 가능성이 있다.
[0017] 도 2는, 본 발명의 하나의 실시형태를 나타내고 있다. 이 가스 분석 장치(1)는, 도 1에 나타낸 가스 분석 장치와 마찬가지로 질량 분석 장치이며, 프로세스(70)로부터 하우징(40)으로 유입되는 샘플 가스(9)를 분석하는 장치이다. 가스 분석 장치(1)는, 샘플 가스(9)를 이온화하는 이온화 유닛(10)과, 이온화된 샘플 가스(가스 이온)(8)를 질량전하비에 의해 필터링하는 필터 유닛(본 예에 있어서는 사중극부)(20)과, 포커스 전극(25)과, 필터링된 결과로서 필터 유닛(20)을 통과한 이온(가스 성분)을 검출하는 디텍터 유닛(30)과, 이온화 유닛(10), 필터 유닛(20) 및 디텍터 유닛(30)을 수납하며, 내부를 진공 펌프(45)에 의해 부압으로 제어하기 위한 하우징(챔버)(40)을 포함한다. 가스 분석 장치(1)는, 추가로, 이온화 유닛(10), 포커스 전극(25), 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)의 전위를 제어하는 제어 유닛(60)을 갖는다. 필터 유닛(20)의 전위는, 사중극에 대해 고주파 및 직류를 인가하는 구동 유닛(RF/DC 유닛)(22)을 통해 제어된다. 이온화 유닛(10)은, 열전자 공급 유닛(13)으로서 필라멘트(캐소드)(12) 및 그리드(11)를 포함한다.
[0018] 가스 분석 장치(1)는, 클리닝용의 플라즈마(55)를 생성하는 플라즈마 생성 유닛(50)을 포함한다. 플라즈마 생성 유닛(50)의 일례는, 0.01∼1kPa 정도의 저압에서, 전극을 사용하지 않는 생성 방법에 의해 플라즈마를 생성할 수 있는 유닛이다. 플라즈마 생성 유닛(50)은, 석영(Quartz), 산화알루미늄(Al2O3), 질화규소(SiN3) 등의 플라즈마에 대해 내구성이 높은 유전체로 형성된 용기(51)와, 전기장 혹은 자기장에 의해 용기 내에서 플라즈마를 생성하는 기구(52)를 포함한다. 플라즈마 생성 유닛(50)은, 프로세스로부터, 또는 클리닝에 적합한 성분의 가스를 끌어들여서, 유전 결합 플라즈마(ICP), 유전체 배리어 방전(DBD), 전자 사이클로트론 공명(ECR) 등의 방법에 의해, 0.01∼1kPa의 압력하에서 플라즈마를 생성할 수 있다. 예컨대, 측정용의 플라즈마 생성을 겸하는 경우는 1∼10mTorr 정도의 감압하에서 플라즈마를 생성해도 된다. 클리닝용의 플라즈마를 전용으로 생성하는 경우는, 10∼수백Pa 정도의 압력하에서 플라즈마를 생성해도 된다. 플라즈마를 용기 내에 가두기 위해 자기장과 전기장을 병용해도 된다.
[0019] 제어 유닛(60)은, 가스 분석 장치(1)의 각 부분의 전위를 제어한다. 샘플 가스(9)를 분석할 때에는, 이온화 유닛(10)에 있어서 그리드(11)의 전위는, 필라멘트(캐소드)(12)의 전위에 대해 소정의 에너지(eV)의 전자류(열전자류)가 얻어지도록 설정된다. 예컨대, 그리드(11)의 전위는 5∼15V로 설정되고, 필라멘트(12)의 전위는 그리드(11)의 전위에 대해 20∼100V만큼 음전압이 되도록 설정된다. 또한, 이러한 전위는 일례이며, 이 값으로 한정되는 것은 아니다. 이하에 있어서도 마찬가지이다. 샘플 가스(9)는, 이온화 유닛(10)에 있어서 필라멘트(12)로부터 공급되는 열전자류와 충돌하여, 기체 이온(양이온)(8)이 되며, 일부가 인출 전극(포커스 전극)(25)에 의해 인출되어 필터 유닛(20)에 공급된다.
[0020] 필터 유닛(20)의 사중극에는, 구동 유닛(22)을 통해, 직류 성분과 고주파 성분이 중첩된 극성이 반대인 전압이 인가된다. 패러데이 컵 등이 이용되는 이온 디텍터 유닛(30)의 전위는, 필터 유닛(20)을 통과한 가스 이온(8)을 검출하기 위해 그리드(11)의 전위보다 낮은 전위, 예컨대, 접지 전위 또는 약간의 음전위로 설정된다. 이들을 수납하는 하우징(40)의 전위는, 이온류(ion stream)(8)에 대한 영향을 억제하기 위해 접지 전위 또는 양전위로 설정된다.
[0021] 제어 유닛(60)은, 가스 분석 장치(1)의 전체에, 구체적으로는, 하우징(40)에 플라즈마를 끌어들여서, 하우징(40)에 수납되어 있는 부분(parts)만이 아니라, 하우징(40)을 포함하여 클리닝하는 클리닝 제어 유닛(61)을 포함한다. 클리닝 제어 유닛(61)은, 이온화 유닛(10)의 그리드(11) 및 필라멘트(12)를 포함한 열전자 공급 유닛(13)의 전위와, 필터 유닛(20)의 전위와, 디텍터 유닛(30)의 전위와, 하우징(40)의 전위를 클리닝 전위(Vc)로 설정하고, 클리닝 중에는 클리닝 전위(Vc)를 유지한다. 즉, 이 클리닝 제어 유닛(61)은, 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)의 전위를 클리닝 전위(Vc)로 설정하는 유닛(61a)과, 이온화 유닛(10)의 전위를 클리닝 전위(Vc)로 설정하는 유닛(61b)을 포함한다.
[0022] 클리닝 전위(Vc)는, 양으로 대전된 플라즈마를 효율적으로 끌어들여서, 플라즈마에 의한 클리닝 효율을 향상시키기 위해, 접지 전위 또는 음전위여도 된다. 플라즈마는 수V 정도, 양으로 대전되는 경우가 많아, 하우징(40)에, 효율적으로 플라즈마를 끌어들여 클리닝을 실행하기 위해서는, 클리닝 전위(Vc)는 음전위인 것이 바람직하다.
[0023] 또한, 클리닝 제어 유닛(61)은, 클리닝 전위(Vc)를, 이온화 유닛(10), 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)과 공통되도록 설정해도 되고, 플라즈마를 더욱 효율적으로 끌어들이기 위해서, 적당한 전압 구배(勾配)를 형성하도록 설정해도 된다. 예컨대, 클리닝 전위(Vc)는, 하우징(40)을 향해 전압 구배를 형성하도록 설정해도 된다. 또한, 클리닝 전위(Vc)는, 클리닝 중에, 이온화 유닛(10), 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)의 각 섹션, 또는 각 섹션을 구성하는 부품 단위로, 집중적인 세정 효과를 얻기 위함, 또는, 클리닝되는 강도를 제어하기 위함 등의 목적으로, 각 섹션 및/또는 부품의 전위 또는 전위차를, 시간 경과에 따라, 차례로, 혹은 랜덤하게 제어해도 된다. 또한, 클리닝 전위(Vc)는, 전체적으로, 또는, 각 섹션, 각 부품 단위로, 클리닝 중에 각 전위를 변동시켜도 된다.
[0024] 제어 유닛(60)은, 클리닝 플라즈마(55)가 필요한 타이밍에 플라즈마 생성 유닛(50)에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 제어 유닛(65)을 포함한다. 클리닝 제어 유닛(61)은, 정기적으로, 이온화 유닛(10)의 필라멘트(12)로부터의 방출(emission) 전류의 변화 등의 가스 분석 장치(1)의 성능을 모니터링한 결과, 또는, 가스 분석 장치(1)의 상위의 어플리케이션으로부터의 오더 등에 따라 플라즈마 클리닝의 필요 여부를 판단하는 유닛(61c)을 포함한다.
[0025] 클리닝 제어 유닛(61)이, 플라즈마 클리닝이 필요하다고 판단하면, 플라즈마 생성 제어 유닛(65)을 통해 플라즈마 생성 유닛(50)에서 클리닝용의 플라즈마(55)가 생성된다. 클리닝 전위(Vc)가 설정되면, 생성된 플라즈마(55)가, 이온화 유닛(10)을 통해, 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)에 접촉할 때까지 끌어들여져, 이들 표면에 부착되어 있는 물질, 예컨대, 산화물 등의 절연물질을 제거할 수 있다.
[0026] 플라즈마 생성 유닛(50)에서 생성되는 플라즈마(55)는 약간, 수V 정도, 예컨대 5V 정도의 양전위로 대전된다. 이 때문에, 가스 분석 장치(1)를 접지 전위 또는 음전위의 클리닝 전위(Vc)로 유지함으로써, 플라즈마(55)를 가스 분석 장치(질량 분석 장치)(1)의 내부로 끌어들여 플라즈마 클리닝을 행하는 것이 가능하다. 가스 분석 장치(1)의 클리닝 중의 전위는, 플라즈마(55)의 전위보다 낮으면 되고, 양전위여도 되는데, 플라즈마(55)의 전위에 대해 어느 정도의 전위차를 확보하는 것이 바람직하며, 클리닝 전위(Vc)는, 접지 전위 또는 그 이하의 음전위여도 된다. 플라즈마 생성 유닛(50)에서 생성되는 클리닝용의 플라즈마(55)의 전위를 더욱 올려서, 이온화 유닛(10), 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)에 대해 상대적으로 양으로 높은 전위로 설정해도 된다. 클리닝 중에, 양전위의 클리닝 전위(Vc)를 설정하더라도, 클리닝용의 플라즈마(55)를 가스 분석 장치(1), 구체적으로는 하우징(40)으로 끌어들여, 클리닝할 수 있다.
[0027] 클리닝 제어 유닛(61)은, 샘플 가스(9) 공급원의 프로세스(70)가 프로세스 플라즈마(75)를 생성하는 타이밍에 클리닝 전위(Vc)로 설정하는 유닛(프로세스 플라즈마 클리닝 유닛)(61d)을 포함한다. 가스 분석 장치(질량 분석 장치)(1)의 모니터링 대상인 프로세스(70)는, CVD(화학 증착, Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD(물리 증착, Physical Vapor Deposition)를 행하는 시스템(71)을 포함한다. 이 시스템(71)에 있어서는, 산화규소(SiO2), 실리콘질화물(SiN3), 질화티탄(TiN), 질화탄탈(TaN) 등의 산화물 또는 절연물을 퇴적시키는 프로세스를 포함하며, 이때, SiO2에 대해서는 TEOS(오르토규산테트라에틸, 테트라에톡시실란, Tetraethyl orthosilicate) 플라즈마를, SiN에 대해서는, 실란(SiH4) 및 암모니아(NH3)를 포함하는 플라즈마를 이용한다. 따라서, 가스 분석 장치(1)에, 이러한 프로세스 클리닝용의 플라즈마(75)를 클리닝 플라즈마로서 끌어들임으로써, 가스 분석 장치(1)의 내부를 클리닝해도 된다.
[0028] 샘플 가스(9) 공급원의 프로세스가 반도체 제조 프로세스(70)인 경우는, 시스템(71) 내부의 클리닝이나, 프로세스(70) 대상물의 드라이 에칭 등을 하기 위해, 에칭용 플라즈마를 생성한다. 예컨대, 불소계의 래디칼을 발생시키는 불화탄소(CFx), 육불화황(SF6), 불화질소(NF3), 사불화규소(SiF4) 등을 포함하는 클리닝용 플라즈마(75)가 생성된다. 클리닝 제어 유닛(60)의 프로세스 플라즈마 클리닝 유닛(61d)은, 프로세스(70)의 시스템(71)을 제어하는 프로세스 제어 유닛(73)과 통신을 행하여, 시스템(71)이 프로세스 클리닝용의 플라즈마(75) 또는 드라이 에칭용의 플라즈마를 생성할 타이밍을 취득한다. 클리닝 제어 유닛(61)은, 그 타이밍에 클리닝 전위(Vc)를 세팅한다.
[0029] 따라서, 가스 분석 장치(1)는, 가스 분석 장치(1)가 감시 대상으로 하고 있는 프로세스(70)에서 클리닝 플라즈마(75)가 생성되는 타이밍에 맞추어, 모니터링용의 전위 설정으로부터 클리닝 전위(Vc)로 설정을 변경함으로써 내부를 클리닝할 수 있다. 이 때문에, 프로세스(70)가 재가동할 경우에, 가스 분석 장치(1)는, 리프레시된 상태로 프로세스(70)를 모니터링할 수 있다. 프로세스(70)를 감시하기 위한 복수의 가스 분석 장치(1)가 배치되어 있는 경우는, 복수의 가스 분석 장치(1)를 시분할로 전환하여, 프로세스(70)측으로부터 플라즈마(75)를 끌어들여서, 각각의 가스 분석 장치(1)의 내부를 클리닝해도 된다.
[0030] 시스템(71)의 클리닝에 필요로 하는 시간(길이) 및/또는 타이밍과, 개개의 가스 분석 장치(1)의 내부를 클리닝하는 시간(길이) 및/또는 타이밍이 합치되지 않는 경우는, 샘플링 가스(9) 및 클리닝 플라즈마(75)를 도입하는 라인(배관)에 제어 밸브(차단 밸브)(67b)를 설치하여 클리닝 제어 유닛(61)이 클리닝 플라즈마(75)의 도입을 제어해도 된다. 플라즈마 생성 유닛(50)으로부터 클리닝 플라즈마(55)를 도입하는 라인(배관)에 제어 밸브(차단 밸브)(67a)를 설치하여 클리닝 제어 유닛(61)이 클리닝 플라즈마(55)의 도입을 제어해도 된다.
[0031] 가스 분석 장치(1)는 많은 부품이 금속으로 구성되어 있어, 측정 대상인 가스(9)에 의해 산화물, 기타의 절연성의 다양한 성분이 퇴적된다. 예컨대, CFx(저농도)를 모니터링하는 경우는 F가 가스로서 분리되어 카본(C)이 퇴적되거나, TEOS를 모니터링하는 경우는 SiO2가 퇴적될 가능성이 있다. 한편, 금속 표면을 클리닝하기 위해, CFx 등의 클리닝 플라즈마(55 또는 75)를 도입하면, 금속이 부식하여 가스 분석 장치(1)의 수명이 저하될 가능성이 있다. 이 때문에, 가스 분석 장치(1)를 구성하는 하우징(40)의 내면을 포함하여, 금속 대신에 열분해 카본(열분해 흑연, PG)을 장착하거나, 혹은 금속의 표면에 열분해 카본(열분해 흑연, PG)을 코팅해 두는 것은 유효하다.
[0032] 도 3은, 가스 분석 장치(1)의 제어 방법의 일례를 나타내고 있다. 단계 81에서, 제어 유닛(60)은, 이온화 유닛(10), 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)을 포함한 가스 분석 장치(1)의 각 섹션, 각 부품의 전위를 측정 상태로 세팅하여, 프로세스(70)로부터 유입되는 샘플 가스(9)의 분석을 행한다. 단계 82에서, 클리닝 제어 유닛(61)이 가스 분석 장치(1)의 실행 시간(running time), 내부의 각 섹션의 모니터링 결과 등으로부터 클리닝이 필요하다고 판단하면, 단계 83에서는, 플라즈마 생성 유닛(50)에서 클리닝 플라즈마(55)를 생성한다. 단계 85에서, 클리닝 제어 유닛(61)은, 클리닝 전위(Vc)를 세팅한다. 이와 병행하여, 단계 85에서는, 플라즈마 생성 유닛(50)이 클리닝용 플라즈마(55)를 생성하고, 가스 분석 장치(1)는 클리닝 플라즈마(55)를 끌어들여서, 하우징(40)을 포함하여 클리닝을 행한다.
[0033] 한편, 단계 84에서, 클리닝 제어 유닛(61)이 프로세스 제어 유닛(73)과 통신하여 프로세스(70)가 클리닝으로 들어가, 클리닝 플라즈마(75)를 생성하는 타이밍이라고 판단되면, 단계 85에서, 클리닝 전위(Vc)를 세팅하고, 프로세스(70)로부터 클리닝 플라즈마(75)를 끌어들여서 가스 분석 장치(1)를 클리닝한다. 클리닝 제어 유닛(61)은, 단계 86에서 클리닝이 종료될 때까지 클리닝 전위(Vc)를 유지한다. 클리닝이 종료되면, 단계 81로 되돌아와 가스 분석을 개시한다.
[0034] 클리닝 제어 유닛(61)을 포함하는 제어 유닛(60)의 기능은, 클리닝 전위(Vc)의 설정을 실행하는 명령을 포함하는 프로그램(프로그램 제품)(66)에 의해 제공되어도 된다. 제어 유닛(60)은, 프로세서, 메모리 등의 컴퓨터 자원을 구비하고 있어도 되며, 프로그램(66)은 메모리 등의 기록 매체에 기록하여 제공해도 된다.
[0035] 도 4는, 본 발명의 실시형태의 다른 예를 나타내고 있다. 이 가스 분석 장치(질량 분석 장치)(1)의 기본적인 구성은 도 2에 나타낸 가스 분석 장치와 공통된다. 이온화 유닛(10)은, 열전자 공급 유닛(13)으로서 필라멘트(12) 및 그리드(11)를 포함한다. 이 가스 분석 장치(1)는, 플라즈마 생성 유닛(50)을 포함하지 않고, 감시 대상인 프로세스(70)에서 생성되는 클리닝용의 플라즈마(75)를 끌어들여서, 클리닝을 행하는 클리닝 제어 유닛(61)을 포함한다. 따라서, 클리닝 제어 유닛(61)은, 프로세스 제어 유닛(73)과 통신하여, 프로세스(70)가 클리닝 플라즈마(75)를 생성하는 타이밍이 되면, 가스 분석 장치(1)의 하우징(40)을 포함한 각 섹션, 각 부분에 클리닝 전위(Vc)를 설정하여, 샘플링 라인(79)을 통해 클리닝 플라즈마(75)를 가스 분석 장치(1)로 끌어들인다.
[0036] 이 가스 분석 장치(1)는, 프로세스(70)로부터 클리닝 플라즈마(75)를 끌어내기 위한 전위를 설정하는 인출 전극(69)을 구비하고 있어도 된다. 또한, 샘플링 가스(9)를 공급하는 라인(배관)(79s)에 대해, 직경이 큰 라인(배관)(79)을, 클리닝 플라즈마(75)를 공급하기 위해 준비해도 된다. 클리닝 제어 유닛(61)은, 클리닝 플라즈마(75)를 끌어들일 때에는, 샘플링 라인(79s)의 밸브(68a)를 닫고, 플라즈마 공급 라인(79)의 밸브(68b)를 여는 조작을 자동적으로 행해도 된다.
[0037] 도 5는, 본 발명의 실시형태의 또 다른 예를 나타내고 있다. 이 가스 분석 장치(질량 분석 장치)(1)의 기본적인 구성은 도 2에 나타낸 가스 분석 장치와 공통된다. 이온화 유닛(10)으로서, 열전자 공급 유닛(13) 대신에 플라즈마 생성 장치(50)가, 프로세스(70)로부터의 샘플 가스(9)를 플라즈마(55)로 변화시켜, 가스 분석을 위한 이온류(8)로서 필터 유닛(20)에 공급한다. 클리닝이 필요하다고 클리닝 제어 유닛(61)이 판단하면, 클리닝 제어 유닛(61)은, 필터 유닛(20), 디텍터 유닛(30) 및 하우징(40)에 클리닝 전위(Vc)를 설정하고, 플라즈마 생성 유닛(50)에서 생성되는 플라즈마(55)를 대량으로, 클리닝 플라즈마(55)로서 하우징(40) 내로 끌어들인다.
[0038] 플라즈마 생성 유닛(50)과 하우징(40)을 접속하는 플라즈마 공급 라인(58)에 제어 밸브(59)를 설치함으로써, 클리닝 제어 유닛(61)에 의해 밸브(59)의 개방도를 제어하여 하우징(40)에 공급되는 플라즈마의 양을 제어해도 된다. 도 4에 나타낸 가스 분석 장치와 마찬가지로, 직경이 상이한 2개의 라인을 전환하여 하우징(40)에 공급되는 플라즈마의 양을 제어해도 된다.
[0039] 또한, 상기에서는, 사중극 타입의 질량 분석 장치를 가스 분석 장치의 예로 들어 설명하고 있지만, 필터부(20)는, 이온 트랩형이어도 되고, 빈 필터(Wien filter) 등의 다른 타입이어도 된다. 또한, 필터부(20)는, 질량분석형에 한정되지 않으며, 이온 이동도(移動度) 등의 다른 물리량을 이용하여 가스의 분자 또는 원자를 필터링하는 것이어도 된다.
[0040] 또한, 상기에 있어서는, 본 발명의 특정한 실시형태를 설명하였지만, 다양한 다른 실시형태 및 변형예는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어나는 일 없이 당업자가 생각해 낼 수 있는 것이며, 이러한 다른 실시형태 및 변형은 이하의 청구범위의 대상이 되며, 본 발명은 이하의 청구범위에 의해 규정되는 것이다.
Claims (13)
- 유입되는 샘플 가스를 분석하는 가스 분석 장치로서,
상기 샘플 가스를 필터링하는 필터 유닛과,
필터링된 결과를 검출하는 디텍터 유닛과,
상기 필터 유닛 및 상기 디텍터 유닛을 수납하는 하우징과,
상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 전위를 제어하는 제어 유닛을 가지며,
상기 제어 유닛은, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 전위를, 상기 디텍터 유닛으로 이온을 유도하는 분석 중의 전위 대신에, 클리닝 전위로 설정하는 클리닝 제어 유닛을 포함하고,
상기 클리닝 전위는, 상기 샘플 가스의 공급원의 프로세스 플라즈마, 또는, 플라즈마 생성 유닛에 의해 생성된 플라즈마를 클리닝용의 플라즈마로서 끌어들이는 전위이며, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 각각에, 상기 하우징을 향해 플라즈마를 끌어들이는 전압 구배를 형성하도록 설정되는 전위를 포함하는, 가스 분석 장치. - 제1항에 있어서,
상기 클리닝 제어 유닛은, 상기 클리닝 전위로서 상기 하우징을 음전위로 설정하는, 가스 분석 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플라즈마 생성 유닛을 갖는, 가스 분석 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 클리닝 제어 유닛은, 상기 샘플 가스의 공급원이 프로세스 플라즈마를 생성하는 타이밍에 상기 클리닝 전위로 설정하는 유닛을 포함하는, 가스 분석 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 샘플 가스를 이온화하는 이온화 유닛을 가지며,
상기 필터 유닛은, 상기 이온화된 샘플 가스를 필터링하는 유닛을 포함하는, 가스 분석 장치. - 제5항에 있어서,
상기 이온화 유닛은, 열전자 공급 유닛을 포함하며,
상기 클리닝 제어 유닛은, 상기 이온화 유닛의 전위를 상기 클리닝 전위로 설정하는 유닛을 포함하는, 가스 분석 장치. - 제5항에 있어서,
상기 이온화 유닛은, 상기 플라즈마 생성 유닛을 포함하는, 가스 분석 장치. - 유입되는 샘플 가스를 분석하는 가스 분석 장치의 제어 방법으로서,
상기 가스 분석 장치는, 상기 샘플 가스를 필터링하는 필터 유닛과, 필터링된 결과를 검출하는 디텍터 유닛과, 상기 필터 유닛 및 상기 디텍터 유닛을 수납하는 하우징과, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 전위를 제어하는 제어 유닛을 가지며,
상기 제어 유닛이, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 전위를, 상기 디텍터 유닛으로 이온을 유도하는 분석 중의 전위 대신에, 클리닝 전위로 설정하는 단계를 포함하고,
상기 클리닝 전위는, 상기 샘플 가스의 공급원의 프로세스 플라즈마, 또는, 플라즈마 생성 유닛에 의해 생성된 플라즈마를 클리닝용의 플라즈마로서 끌어들이는 전위이며, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 각각에, 상기 하우징을 향해 플라즈마를 끌어들이는 전압 구배를 형성하도록 설정되는 전위를 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서,
상기 클리닝 전위로 설정하는 단계는, 상기 클리닝 전위로서 상기 하우징을 음전위로 설정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 가스 분석 장치는, 플라즈마 생성 유닛을 포함하며,
상기 플라즈마 생성 유닛이, 상기 클리닝 전위로 설정하는 단계와 병행하여 클리닝용 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 클리닝 전위로 설정하는 단계는, 상기 샘플 가스의 공급원이 프로세스 플라즈마를 생성하는 타이밍에 상기 클리닝 전위로 설정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 가스 분석 장치는, 상기 샘플 가스를 이온화하는 이온화 유닛을 가지며, 상기 필터 유닛은, 상기 이온화된 샘플 가스를 필터링하는 유닛을 포함하며,
상기 클리닝 전위로 설정하는 단계는, 상기 이온화 유닛의 전위를 상기 클리닝 전위로 설정하는 단계를 포함하는, 방법. - 유입되는 샘플 가스를 분석하는 가스 분석 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 기록된 프로그램으로서,
상기 가스 분석 장치는, 상기 샘플 가스를 필터링하는 필터 유닛과, 필터링된 결과를 검출하는 디텍터 유닛과, 상기 필터 유닛 및 상기 디텍터 유닛을 수납하는 하우징과, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 전위를 제어하는 제어 유닛을 가지며,
상기 제어 유닛에 의해, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 전위를, 상기 디텍터 유닛으로 이온을 유도하는 분석 중의 전위 대신에, 클리닝 전위로 설정하는 명령을 갖고,
상기 클리닝 전위는, 상기 샘플 가스의 공급원의 프로세스 플라즈마, 또는, 플라즈마 생성 유닛에 의해 생성된 플라즈마를 클리닝용의 플라즈마로서 끌어들이는 전위이며, 상기 필터 유닛, 상기 디텍터 유닛 및 상기 하우징의 각각에, 상기 하우징을 향해 플라즈마를 끌어들이는 전압 구배를 형성하도록 설정되는 전위를 포함하는, 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 기록된 프로그램.
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