KR20230112634A - 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 - Google Patents

가스 분석 장치 및 가스 분석 방법 Download PDF

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유헤이 사카구치
마사카즈 미나미
교지 시부야
모토노부 다카하시
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가부시키가이샤 호리바 에스텍
가부시키가이샤 호리바 세이샤쿠쇼
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Abstract

본 발명은 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 측정하는 것이며, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 분석하는 가스 분석 장치로서, 재료 가스 또는 부 생성 가스가 도입되는 가스 셀과, 가스 셀에 파장 변조된 레이저광을 조사하는 레이저 광원과, 가스 셀을 투과한 레이저광을 검출하는 광 검출기와, 광 검출기의 출력 신호에 의해 얻어지는 광 흡수 신호를 이용하여 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는 신호 처리부를 구비하고, 가스 셀은 대기압보다도 작은 소정의 압력으로 감압되어 있고, 레이저 광원은 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 상기 레이저광을 파장 변조한다.

Description

가스 분석 장치 및 가스 분석 방법
본 발명은 가스 분석 장치 및 가스 분석 방법에 관한 것이다.
종래, 특허 문헌 1에 나타내는 것처럼, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부(副) 생성 가스에 포함되는 측정 대상 성분을 측정하는 것으로서, 비분산형 적외선 흡수법(NDIR)을 이용한 것이 생각되고 있다. 이 NDIR을 이용한 가스 분석 장치에서는, 필라멘트 등의 넓은 파장의 광을 발생시키는 적외광원과, 소정의 파장 범위의 광을 통과시키는 밴드 패스 필터를 이용하여, 측정 대상 성분에 의한 광의 흡수를 측정하고 있다.
여기서, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 SiF4 또는 CF4를 측정하는 경우, 동일한 파장 범위에 흡수를 가지는 다른 간섭 성분이 존재하면, 그것들에 의해서 SiF4 또는 CF4가 간섭 영향을 받게 된다. 간섭 영향을 저감시키기 위해서 밴드 패스 필터의 파장 범위를 좁게 하면 광 검출기에서 검출되는 광량이 감소하여, 정밀도 좋게 측정하는 것이 곤란하게 되어 버린다.
특허 문헌 1 : 일본 특개 2013－181930호 공보
이에 본 발명은 상기의 문제점을 해결할 수 있도록 이루어진 것으로, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 측정하는 것을 그 주된 과제로 하는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 가스 분석 장치는, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 분석하는 가스 분석 장치로서, 상기 재료 가스 또는 상기 부 생성 가스가 도입되는 가스 셀과, 상기 가스 셀에 파장 변조된 레이저광을 조사하는 레이저 광원과, 상기 가스 셀을 투과한 레이저광을 검출하는 광 검출기와, 상기 광 검출기의 출력 신호에 의해 얻어지는 광 흡수 신호를 이용하여 상기 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는 신호 처리부를 구비하고, 상기 가스 셀은 대기압보다도 작은 소정의 압력으로 감압되어 있고, 상기 레이저 광원은 상기 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 상기 레이저광을 파장 변조하는 것을 특징으로 한다.
이러한 가스 분석 장치이면, 대기압보다도 작은 소정의 압력으로 감압된 가스 셀에, 할로겐화물의 광 흡수 스펙트럼의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 파장 변조된 레이저광을 조사하므로, 할로겐화물의 광 흡수 스펙트럼의 특징을 적확하게 파악할 수 있어, 할로겐화물의 광 흡수 신호에 대한 간섭 성분의 영향을 제거하기 쉬워진다. 여기서, 가스 셀을 소정의 압력으로 감압하고 있으므로, 대기압하에 있어서의 할로겐화물의 광 흡수 신호보다도, 보다 샤프한 피크가 얻어져, 할로겐화물의 광 흡수 신호에 대한 간섭 성분의 영향을 저감시킬 수 있다. 또, 종래의 NDIR에서는 할로겐화물의 광 흡수 스펙트럼이 얻어지지 않았지만, 본 발명에서는 광 흡수 스펙트럼에 상당하는 광 흡수 신호를 얻을 수가 있으므로, 복수의 성분에 의한 흡수가 간섭하고 있었을 경우에도 스펙트럼 해석 기술에 의해서 간섭 영향을 저감시킬 수 있다.
또한, 광 흡수 스펙트럼의 특징부로서는, 예를 들면 광 흡수 스펙트럼의 피크와 골 또는 자락(상승 부분)을 포함하는 부분이다. 이와 같이 광 흡수 스펙트럼의 피크와 골 또는 자락을 포함하는 부분에서 레이저광을 파장 변조시킴으로써, 광 검출기의 출력 신호에 있어서의 콘트라스트를 크게 할 수 있어, 간섭 성분의 영향을 제거하기 쉬워진다.
플루오르화물인 SiF4는, 어느 감압하에서는, 1031cm－1 부근을 골로 하여 1034cm－1 부근과 1030cm－1 부근에 2개의 피크가 있는 광 흡수 스펙트럼을 가지고 있고, 1030cm－1 부근의 피크가 가장 크다. 이 때문에, SiF4의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 측정하기 위해서는, 상기 파장 변조 범위는 그 파수(波數)폭이 1030.5cm－1~1031.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 여기에서는, 상기 파장 변조 범위는 그 파수폭이 1029cm－1~1032cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 반도체 제조 프로세스에 있어서의 SiF4의 간섭 성분으로서는, NF3, CH3F, NH3나 그 외의 부 생성물 등이 있으며, 상기의 파장 변조 범위를 이용함으로써, 이들 간섭 영향을 제거하기 쉬워진다.
플루오르화물인 CF4는, 어느 감압하에서는, 1282.5cm－1~1283.5cm－1의 범위에 광 흡수 스펙트럼의 피크를 가지고 있다. 이 때문에, CF4의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 측정하기 위해서는, 상기 파장 변조 범위는 그 파수폭이 1282.5cm－1~1283.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 여기에서는, 상기 파장 변조 범위는 그 파수폭이 1281.5cm－1~1284.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 반도체 제조 프로세스에 있어서의 CF4의 간섭 성분으로서는, C2H2F2, C4F8, COF2나 그 외의 부 생성물 등이 있고, 상기의 파장 변조 범위를 이용함으로써, 이들 간섭 영향을 제거하기 쉬워진다.
또, 불소를 포함하는 할로겐화물인 SiF4 및 CF4의 2성분의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 측정하기 위해서는, 상기 레이저 광원은 상기 파장 변조 범위의 파수폭이 1030.5cm－1~1031.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정된 제1 레이저 광원과, 상기 파장 변조 범위의 파수폭이 1282.5cm－1~1283.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정된 제2 레이저 광원을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 제1 레이저 광원과 제2 레이저 광원을 가짐으로써, 재료 가스 또는 부 생성 가스 중의 SiF4 및 CF4의 2성분을 동시에 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 구체적인 실시 양태로서는, 상기 신호 처리부는 상기 할로겐화물의 광 흡수 신호에 대한 간섭 성분의 영향을 스펙트럼 해석에 의해서 보정하고, 상기 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는 것이 바람직하다.
저농도 또는 저분압의 할로겐화물을 정밀도 좋게 측정하기 위해서는, 상기 가스 셀은 내부에 한 쌍의 반사 미러가 마련되어 상기 레이저광을 다중 반사하는 것인 것이 바람직하다.
가스 셀에 상기 재료 가스 또는 상기 부 생성 가스에 포함되는 성분이 부착되기 어렵게 하고, 측정 정밀도의 열화를 방지하기 위해서는, 상기 가스 셀을 가열하는 가열 기구를 가지는 것이 바람직하다.
신호 처리부에 의해 할로겐화물의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 산출하기 위해서는, 상기 가스 셀 내의 압력을 측정하는 압력 센서를 가지는 것이 바람직하다.
가스 셀의 구체적인 배치의 양태로서는, 상기 가스 셀은 반도체 제조 프로세스가 행해지는 챔버 또는 해당 챔버에 접속된 배관에 마련되어 있는 것을 생각할 수 있다.
상기 배관에는, 상기 챔버를 퍼지하는 진공 펌프가 마련되어 있고, 상기 가스 셀은 상기 진공 펌프보다도 상기 챔버측에 마련되어 있는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는, 상기 배관에는, 상기 진공 펌프보다도 상기 챔버측에 상기 챔버의 압력을 제어하는 압력 제어 밸브가 마련되어 있고, 상기 가스 셀의 인렛 포트가 상기 압력 제어 밸브의 상류측에 접속되고, 상기 가스 셀의 아울렛 포트가 상기 압력 제어 밸브의 하류측에 접속되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 가스 셀은 반도체 제조 프로세스가 행해지는 챔버에 의해 구성할 수도 있다. 이 구성이면, 예를 들면 웨이퍼로부터 발생한 가스를 직접 측정할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 가스 분석 방법은, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 분석하는 가스 분석 방법으로서, 상기 재료 가스 또는 상기 부 생성 가스를 가스 셀에 도입하는 공정과, 상기 가스 셀에 파장 변조된 레이저광을 조사하는 공정과, 상기 가스 셀을 투과한 레이저광을 검출하는 공정과, 광 검출기의 출력 신호에 의해 얻어지는 광 흡수 신호를 이용하여 상기 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는 공정을 가지며, 상기 가스 셀을 대기압보다도 작은 소정의 압력으로 감압함과 아울러, 상기 레이저광을, 상기 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 파장 변조하는 것을 특징으로 한다.
이상에 기술한 본 발명에 의하면, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가스 분석 장치를 장착한 반도체 제조 장치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 동 실시 형태의 가스 분석 장치의 전체 구성도이다.
도 3은 동 실시 형태에 있어서의 신호 처리 장치의 기능 블록도이다.
도 4는 동 실시 형태에 있어서의 레이저 발진 파장의 변조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 5는 동 실시 형태에 있어서의 발진 파장, 광 강도 I(t), 로그 강도 L(t), 특징 신호 Fi(t), 상관값 Si의 일례를 나타내는 시계열 그래프이다.
도 6은 SiF4의 흡수 스펙트럼 및 파장 변조 범위를 나타내는 도면이다.
도 7은 CF4의 흡수 스펙트럼 및 파장 변조 범위를 나타내는 도면이다.
도 8은 동 실시 형태의 단독 상관값 및 샘플 상관값을 이용한 농도 또는 분압 산출의 개념도를 나타내는 도면이다.
도 9는 동 실시 형태의 가스 분석 장치에서 취득된 SiF4의 광 흡수 신호와, 반도체 제조 프로세스에서 생성된 간섭 성분이 되는 부 생성물의 광 흡수 신호를 나타내는 도면이다.
도 10은 동 실시 형태의 가스 분석 장치에 있어서 간섭 영향 보정을 행하지 않는 경우(Interference Correction OFF)와, 간섭 영향 보정을 행했을 경우(Interference Correction ON)에 있어서의 SiF4의 농도 지시값을 나타낸 그래프이다.
도 11은 변형 실시 형태에 따른 가스 분석부의 전체 모식도이다.
도 12는 본 발명을 장착한 반도체 제조 장치의 변형예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명을 장착한 반도체 제조 장치의 변형예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명을 장착한 반도체 제조 장치의 변형예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명을 장착한 반도체 제조 장치의 변형예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가스 분석 장치에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
＜장치 구성＞
본 실시 형태의 가스 분석 장치(100)는, 반도체 제조 장치에 장착되어 사용되는 것이며, 예를 들면 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스(이하, 간단하게 「가스」라고 한다.)에 포함되는 측정 대상 성분인 할로겐화물의 농도 또는 분압을 적외 흡수법에 의해 측정하는 것이다. 여기서 할로겐화물로서는, 플루오르화물, 염화물, 브로민화물 등을 생각할 수 있다.
이 가스 분석 장치(100)는, 도 1에 나타내는 것처럼, 예를 들면 반응성 이온 에칭(RIE)을 행하는 에칭 장치에 장착되어, 웨이퍼(W)에 대한 반응성 이온 에칭(RIE)의 엔드 포인트 모니터로서 이용할 수 있고, 이 경우에는, 가스에 포함되는 SiF4 또는 CF4의 농도 또는 분압을 측정하는 것을 생각할 수 있다.
구체적으로 가스 분석 장치(100)는, 도 2에 나타내는 것처럼, 가스가 도입되는 가스 셀(2)과, 가스 셀(2)에 파장 변조된 레이저광을 조사하는 레이저 광원(3)과, 가스 셀(2)을 투과한 레이저광을 검출하는 광 검출기(4)와, 광 검출기(4)의 출력 신호에 의해 얻어지는 광 흡수 신호를 이용하여 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는 신호 처리 장치(5)를 구비하고 있다.
가스 셀(2)은 할로겐화물의 흡수 파장 대역에 대해 광의 흡수가 거의 없는 석영, 플루오르화 칼슘, 플루오르화 바륨, 셀렌화 아연 등의 투명 재질로 광의 입사구 및 출사구가 형성된 것이다. 이 가스 셀(2)에는, 가스를 내부에 도입하기 위한 인렛 포트와, 내부의 재료 가스 또는 부 생성 가스를 배출하기 위한 아울렛 포트가 마련되어 있고, 가스는 이 인렛 포트로부터 가스 셀(2) 내에 도입되어 봉입된다. 또, 가스 셀(2)은 내부에 한 쌍의 반사 미러(M1, M2)가 마련되어 있고, 레이저광을 다중 반사하는 소위 헤리엇(Herriot) 셀이라고 불리는 것이다.
본 실시 형태의 가스 셀(2)은 반도체 제조 프로세스가 행해지는 챔버(200)에 접속되어 있고, 본 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 것처럼, 챔버(200)에 접속된 배관(H)에 접속해서 마련되어 있다. 배관(H)에는 챔버(200)의 압력을 컨트롤하는 압력 제어 밸브(CV)와, 챔버(200)를 퍼지하는 진공 펌프(CP)가 이 순서로 마련되어 있다. 그리고, 가스 셀(2)은 해당 진공 펌프(CP)보다도 챔버(200)측에 마련되어 있고, 가스 셀(2)의 인렛 포트가 압력 제어 밸브(CV)의 상류측에 접속되고, 가스 셀(2)의 아울렛 포트가 압력 제어 밸브(CV)의 하류측에 접속되어 있다. 이것에 의해, 가스 셀(2)은 대기압(101.3kPa)보다도 작은 소정의 압력(예를 들면 10Torr 이하)으로 감압되게 된다.
그 외, 가스 셀(2)의 주위에는, 도 2에 나타내는 것처럼, 가스 셀(2)의 내부를 소정의 온도(예를 들면 200℃)로 가열하기 위한 예를 들면 전열선을 이용한 히터 등의 가열 기구(6)가 마련되어 있다. 또, 가스 셀(2)에는, 가스의 압력(전압(全壓))을 측정하는 압력 센서(7)가 마련되어 있다. 또한, 가스의 압력을 측정할 수 있으면, 가스 셀(2) 이외의 위치에 마련되어도 된다.
레이저 광원(3)은, 여기에서는 반도체 레이저의 일종인 양자 캐스케이드 레이저(QCL：Quantum Cascade Laser)이며, 중적외(4~10μm)의 레이저광을 발진한다. 이 레이저 광원(3)은 주어진 전류(또는 전압)에 의해서, 발진 파장을 소정의 파장 변조 범위에서 변조하는 것이 가능한 것이다. 본 실시 형태의 레이저 광원(3)은, 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 발진 파장을 변조할 수 있는 것이다. 또한, 발진 파장이 가변이기만 하면, 다른 타입의 레이저를 이용해도 되고, 발진 파장을 변화시키기 위해서, 온도를 변화시키는 등 해도 상관없다.
광 검출기(4)는, 여기에서는, 비교적 염가의 서모 파일 등의 열형의 것을 이용하고 있지만, 그 외의 타입의 것, 예를 들면, 응답성이 좋은 HgCdTe, InGaAs, InAsSb, PbSe 등의 양자형 광전 소자를 이용해도 상관없다.
신호 처리 장치(5)는 버퍼, 증폭기 등으로 이루어지는 아날로그 전기 회로와, CPU, 메모리 등으로 이루어지는 디지털 전기 회로와, 그들 아날로그/디지털 전기 회로 사이를 중개하는 AD 컨버터, DA 컨버터 등을 구비한 것이며, 상기 메모리의 소정 영역에 격납한 소정의 프로그램에 따라서 CPU나 그 주변 기기가 협동함으로써, 도 3에 나타내는 것처럼, 레이저 광원(3)의 출력을 제어하는 광원 제어부(51)나, 광 검출기(4)로부터의 출력 신호를 수신하고, 그 값을 연산 처리하여 측정 대상 성분의 농도 또는 분압을 산출하는 신호 처리부(52)로서의 기능을 발휘한다.
이하에 각부를 상술한다.
광원 제어부(51)는 전류(또는 전압) 제어 신호를 출력함으로써 레이저 광원(3)의 전류원(또는 전압원)을 제어하는 것이다.
구체적으로 광원 제어부(51)는, 레이저 광원(3)의 구동 전류(또는 구동 전압)를 소정 주파수로 변화시킴으로써, 레이저광의 발진 파장을 중심 파장에 대해서 소정 주파수로 변조시킨다. 이것에 의해서, 레이저 광원(3)은 소정의 변조 주파수로 변조된 변조광을 사출하게 된다. 또, 광원 제어부(51)는 레이저광의 발진 파장을 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 변조시킨다.
이 실시 형태에 있어서는, 광원 제어부(51)는 구동 전류를 삼각파 모양으로 변화시켜, 발진 주파수를 삼각파 모양으로 변조한다(도 5의 「발진 파장」참조). 실제로는, 발진 주파수가 삼각파 모양으로 되도록, 구동 전류의 변조를 다른 함수로 행한다. 또, 레이저광의 발진 파장은, 도 4에 나타내는 것처럼, 할로겐화물의 흡수 스펙트럼의 피크 또는 그 근방을 중심 파장으로 하여 변조되도록 하고 있다. 그 외, 광원 제어부(51)는 구동 전류를 정현파 모양이나 톱니파 모양, 또는 임의의 함수 모양으로 변화시켜, 발진 주파수를 정현파 모양이나 톱니파 모양, 또는 임의의 함수 모양으로 변조해도 된다.
구체적으로 측정 대상 성분인 할로겐화물이 SiF4인 경우에는, 도 6에 나타내는 것처럼, 광원 제어부(51)는 레이저광의 파장 변조 범위를, 그 파수폭이 1030.5cm－1~1031.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 변조시킨다. 여기에서는, 광원 제어부(51)는 상기 파장 변조 범위를, 그 파수폭이 1029cm－1~1032cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 변조시킨다. 이와 같이 변조시킴으로써, SiF4의 흡수 스펙트럼에 있어서 상승 및 피크 모두의 특징부를 포함하게 할 수 있다.
또, 측정 대상 성분인 플루오르화물이 CF4인 경우에는, 도 7에 나타내는 것처럼, 광원 제어부(51)는 레이저광의 파장 변조 범위를, 그 파수폭이 1282.5cm－1~1283.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 변조시킨다. 여기에서는, 광원 제어부(51)는 상기 파장 변조 범위를, 그 파수폭이 1281.5cm－1~1284.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 변조시킨다. 이와 같이 변조시킴으로써, CF4의 흡수 스펙트럼에 있어서 상승, 피크 및 하강의 모든 특징부를 포함하게 할 수 있다.
신호 처리부(52)는 로그 연산부(52a), 상관값 산출부(52b), 격납부(52c), 농도 또는 분압 산출부(52d) 등으로 이루어진다.
로그 연산부(52a)는 광 검출기(4)의 출력 신호인 광 강도 신호에 로그 연산을 실시하는 것이다. 광 검출기(4)에 의해 얻어지는 광 강도 신호의 경시 변화를 나타내는 함수 I(t)는, 도 5의 「광 강도 I(t)」와 같이 되고, 로그 연산을 실시함으로써, 도 5의 「로그 강도 L(t)」과 같이 된다.
상관값 산출부(52b)는 샘플광의 강도에 관련된 강도 관련 신호와 복수의 소정의 특징 신호 각각의 상관값을 산출하는 것이다. 특징 신호란, 강도 관련 신호와 상관을 취함으로써, 강도 관련 신호의 파형 특징을 추출하기 위한 신호이다. 특징 신호로서는, 예를 들면 정현파 신호나, 그 이외의 강도 관련 신호로부터 추출하고 싶은 파형 특징에 맞춘 다양한 신호를 이용할 수 있다.
이하에서는, 특징 신호에 정현파 신호 이외의 것을 이용했을 경우의 예를 설명한다. 상관값 산출부(52b)는 샘플광의 강도에 관련된 강도 관련 신호와, 해당 강도 관련 신호에 대해서 정현파 신호(정현 함수)와는 상이한 상관이 얻어지는 복수의 특징 신호 각각의 상관값을 산출한다. 여기에서는, 상관값 산출부(52b)는 로그 연산된 광 강도 신호(로그 강도 L(t))를 강도 관련 신호로서 이용한다.
또, 상관값 산출부(52b)는 측정 대상 성분(할로겐화물)의 종류수 및 간섭 성분의 종류수를 합한 수보다도 큰 수의 특징 신호 Fi(t)(i=1, 2,···, n)를 이용하여, 아래 식 (수 1)에 의해, 샘플광의 강도 관련 신호와 복수의 특징 신호 각각의 상관값인 복수의 샘플 상관값 Si를 산출하는 것이다. 또한, 식 (수 1)에 있어서의 T는, 변조의 주기이다.
[수 1]
상관값 산출부(52b)는 샘플 상관값을 산출할 때, 식 (수 1)과 같이, 샘플광의 강도 관련 신호 L(t)과 복수의 특징 신호 Fi(t)의 상관값 Si로부터 레퍼런스광의 강도 관련 신호 L0(t)과 복수의 특징 신호 Fi(t)의 상관값인 레퍼런스 상관값 Ri을 뺀 보정을 한 샘플 상관값 Si＇를 산출하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 샘플 상관값에 포함되는 오프셋을 제거하여, 측정 대상 성분 및 간섭 성분의 농도 또는 분압에 비례한 상관값이 되어, 측정 오차를 저감시킬 수 있다. 또한, 레퍼런스 상관값을 빼지 않는 구성이어도 된다.
여기서, 레퍼런스광의 취득 타이밍은, 샘플광과 동시, 측정의 전후 또는 임의의 타이밍이다. 레퍼런스광의 강도 관련 신호 또는 레퍼런스 상관값은, 미리 취득하여 격납부(52c)에 기억하고 있어도 된다. 또, 레퍼런스광을 동시에 취득하는 방법은, 예를 들면, 광 검출기(4)를 2개 마련하고, 레이저 광원(3)으로부터의 변조광을 빔 스플리터 등에 의해 분기시키고, 일방을 샘플광 측정용으로 하고, 타방을 레퍼런스광 측정용으로 하는 것을 생각할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 상관값 산출부(52b)는 복수의 특징 신호 Fi(t)로서, 정현 함수보다도 로그 강도 L(t)의 파형 특징을 파악하기 쉬운 함수를 이용하고 있다. 측정 대상 성분 및 1개의 간섭 성분을 포함하는 샘플 가스인 경우에는, 2개 이상의 특징 신호 F1(t), F2(t)를 이용하는 것을 생각할 수 있고, 2개의 특징 신호 F1(t), F2(t)로서는, 예를 들면, 흡수 스펙트럼의 형태에 가까운 로렌츠 함수에 기초한 함수와, 해당 로렌츠 함수에 기초한 함수의 미분 함수를 이용하는 것을 생각할 수 있다. 또, 특징 신호로서는, 로렌츠 함수에 기초한 함수 대신에, 포크트 함수에 기초한 함수, 또는 가우스 함수에 기초한 함수 등을 이용할 수도 있다. 이러한 함수를 특징 신호에 이용함으로써, 정현 함수를 이용했을 때보다도 보다 큰 상관값을 얻을 수 있어, 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 특징 신호는 직류 성분을 제거, 즉 변조 주기로 적분했을 때 제로가 되도록 오프셋을 조정하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 광 강도의 변동에 의한 강도 관련 신호에 오프셋이 실릴 때의 영향을 제거할 수 있다. 또한, 특징 신호의 직류 성분을 제거하는 대신에, 강도 관련 신호의 직류 성분을 제거해도 되고, 특징 신호와 강도 관련 신호 모두 직류 성분을 제거해도 된다. 그 외, 특징 신호로서, 측정 대상 성분 및/또는 간섭 성분의 흡수 신호의 샘플값, 또는 이를 본뜬 것을 각각 이용해도 된다.
또한, 2개의 특징 신호 F1(t), F2(t)를 서로 직교하는 직교 함수열 또는 직교 함수열에 가까운 함수열로 함으로써, 로그 강도 L(t)의 특징을 보다 효율적으로 추출할 수 있어, 후술하는 연립 방정식에 의해 얻어지는 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 할 수 있다.
격납부(52c)는 측정 대상 성분 및 각 간섭 성분이 단독으로 존재하는 경우의 각각의 강도 관련 신호와 복수의 특징 신호 Fi(t)로부터 구해진 측정 대상 성분 및 각 간섭 성분 각각의 단위 농도 또는 분압당 상관값인 단독 상관값을 격납하는 것이다. 이 단독 상관값을 구하는데 이용하는 복수의 특징 신호 Fi(t)는, 상관값 산출부(52b)에서 이용하는 복수의 특징 신호 Fi(t)와 동일하다.
여기서, 격납부(52c)는 단독 상관값을 격납할 때, 측정 대상 성분 및 각 간섭 성분이 단독으로 존재하는 경우의 상관값으로부터 레퍼런스 상관값을 뺀 다음, 단위 농도 또는 단위 분압당으로 환산하는 보정을 한 단독 상관값을 격납하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 단독 상관값에 포함되는 오프셋을 제거하고, 측정 대상 성분 및 간섭 성분의 농도 또는 분압에 비례한 상관값이 되어, 측정 오차를 저감시킬 수 있다. 또한, 레퍼런스 상관값을 빼지 않는 구성이어도 된다.
농도 또는 분압 산출부(52d)는 상관값 산출부(52b)에 의해 얻어진 복수의 샘플 상관값을 이용하여 측정 대상 성분의 농도 또는 분압을 산출하는 것이다.
구체적으로 농도 또는 분압 산출부(52d)는, 상관값 산출부(52b)에 의해 얻어진 복수의 샘플 상관값과, 격납부(52c)에 격납된 복수의 단독 상관값에 기초하여, 측정 대상 성분의 농도 또는 분압을 산출하는 것이다. 보다 상세하게는, 농도 또는 분압 산출부(52d)는 상관값 산출부(52b)에 의해 얻어진 복수의 샘플 상관값과, 격납부(52c)에 격납된 복수의 단독 상관값과, 측정 대상 성분 및 각 간섭 성분 각각의 농도 또는 분압으로 이루어지는 연립 방정식을 풂으로써, 측정 대상 성분(할로겐화물)의 농도 또는 분압을 산출하는 것이다. 또한, 신호 처리부(52)는 농도 또는 산출부(52d)에 의해 얻어진 할로겐화물의 농도 또는 분압을, 압력 센서(7)에 의해 얻어진 전압을 이용하여 보정할 수도 있다.
다음으로, 상기 각부의 상세 설명을 겸하여, 이 가스 분석 장치(100)의 동작의 일례를 설명한다. 이하에서는, 가스 중에 1개의 할로겐화물(예를 들면 SiF4)과 1개의 간섭 성분이 포함되는 경우를 상정하고 있다.
또한, 간섭 성분은 SiF4의 흡수 스펙트럼과 중첩되는 흡수 스펙트럼을 가지는 성분이며, (1) 챔버(200)에 도입되는 에칭 가스 자체, (2) 챔버(200) 내에서 플라즈마 등에 의해 발생하는 래디칼종과 측벽의 보호막 형성종, 또는, (3) 에칭 처리에 의해서 생성하는 부 생성물을 생각할 수 있다. 구체적으로 간섭 성분으로서는, Cl2, SF6, C4F8, CHF3, CH2F2, NF3, HF, SiCl4, SiCl2, CO, O2, N2, FCN 등을 들 수 있다.
＜레퍼런스 측정＞
먼저, 광원 제어부(51)가 레이저 광원(3)을 제어하여, 변조 주파수로 또한 할로겐화물의 흡수 스펙트럼의 피크 또는 그 근방을 중심으로, 레이저광의 발진 파장을 소정의 파장 변조 범위에서 변조한다. 또한, 스팬 가스를 이용한 레퍼런스 측정 전에, 제로 가스를 이용한 레퍼런스 측정을 행하고, 레퍼런스 상관값의 측정을 행해도 된다.
다음으로, 오퍼레이터에 의해 또는 자동적으로, 가스 셀(2) 내에 스팬 가스(성분 농도 또는 분압이 이미 알려진 가스)가 도입되어, 레퍼런스 측정이 행해진다. 이 레퍼런스 측정은 할로겐화물이 단독으로 존재하는 스팬 가스와, 간섭 성분이 단독으로 존재하는 스팬 가스 각각에 있어서 행해진다.
구체적으로는, 레퍼런스 측정에 있어서, 로그 연산부(52a)가 광 검출기(4)의 출력 신호를 수신하여 로그 강도 L(t)을 산출한다. 그리고, 상관값 산출부(52b)는 그 로그 강도 L(t)과 2개의 특징 신호 F1(t), F2(t)의 상관값을 산출하고, 그 상관값으로부터 레퍼런스 상관값을 뺀 것을 스팬 가스의 농도 또는 분압으로 나눔으로써, 단위 농도 또는 단위 분압당 각 스팬 가스의 상관값인 단독 상관값을 산출한다. 또한, 단독 상관값을 산출하는 대신에, 스팬 가스 농도 또는 분압과 해당 스팬 가스의 상관값의 관계를 기억시키고 있어도 된다.
구체적으로는 이하와 같다.
할로겐화물이 단독으로 존재하는 스팬 가스를 가스 셀(2) 내에 도입함으로써, 상관값 산출부(52b)에 의해 할로겐화물의 상관값 S1t, S2t를 산출한다(도 8 참조). 여기서, S1t는 제1 특징 신호와의 상관값이고, S2t는 제2 특징 신호와의 상관값이다. 그리고, 상관값 산출부(52b)는 그들 상관값 S1t, S2t로부터 레퍼런스 상관값 Ri을 뺀 것을 할로겐화물의 스팬 가스 농도 또는 분압 ct로 나눔으로써, 단독 상관값 s1t, s2t를 산출한다. 또한, 할로겐화물의 스팬 가스 농도 또는 분압 ct는, 미리 유저 등에 의해 신호 처리부(52)에 입력된다.
또, 간섭 성분이 단독으로 존재하는 스팬 가스를 가스 셀(2) 내에 도입함으로써, 상관값 산출부(52b)에 의해 간섭 성분의 상관값 S1i, S2i를 산출한다(도 8 참조). 여기서, S1i는 제1 특징 신호와의 상관값이고, S2i는 제2 특징 신호와의 상관값이다. 그리고, 상관값 산출부(52b)는 그들 상관값 S1i, S2i로부터 레퍼런스 상관값 Ri을 뺀 것을 간섭 성분의 스팬 가스 농도 또는 분압 ci로 나눔으로써, 단독 상관값 s1i, s2i를 산출한다. 또한, 간섭 성분의 스팬 가스 농도 또는 분압 ci는, 미리 유저 등에 의해 신호 처리부(52)에 입력된다.
상기에 의해 산출된 단독 상관값 s1t, s2t, s1i, s2i는, 격납부(52c)에 격납된다. 또한, 이 레퍼런스 측정은 제품 출하 전에 행하도록 해도 되고, 정기적으로 행하도록 해도 된다.
＜샘플 측정＞
광원 제어부(51)가 레이저 광원(3)을 제어하여, 변조 주파수로 또한 할로겐화물의 흡수 스펙트럼의 피크 또는 그 근방을 중심으로, 레이저광의 발진 파장을 소정의 파장 변조 범위에서 변조한다.
다음으로, 오퍼레이터에 의해 또는 자동적으로, 가스 셀(2) 내에 가스가 도입되고, 샘플 측정이 행해진다.
구체적으로는, 샘플 측정에 있어서, 로그 연산부(52a)가 광 검출기(4)의 출력 신호를 수신하여 로그 강도 L(t)을 산출한다. 그리고, 상관값 산출부(52b)는 그 로그 강도 L(t)과 복수의 특징 신호 F1(t), F2(t)의 샘플 상관값 S1, S2를 산출하고, 그 상관값으로부터 레퍼런스 상관값 Ri을 뺀 샘플 상관값 S1＇, S2＇를 산출한다(도 8 참조).
그리고, 농도 또는 분압 산출부(52d)는, 상관값 산출부(52b)가 산출한 샘플 상관값 S1＇, S2＇와, 격납부(52c)의 단독 상관값 s1t, s2t, s1i, s2i와, 할로겐화물 및 각 간섭 성분 각각의 농도 Ctar, Cint로 이루어지는 이하의 2원 연립 방정식을 푼다.
[수 2]
이것에 의해, 상기 식 (수 2)의 연립 방정식을 푸는 것과 같은 간단하고 또한 확실한 연산에 의해, 간섭 영향이 제거된 할로겐화물의 농도 또는 분압 Ctar를 결정할 수 있다.
또한, 간섭 성분이 2이상 존재한다고 상정할 수 있는 경우에도, 간섭 성분의 수만큼, 단독 상관값을 추가하고, 성분종의 수와 동일한 원수의 연립 방정식을 풂으로써, 마찬가지로 간섭 영향이 제거된 할로겐화물의 농도 또는 분압을 결정할 수 있다.
즉, 일반적으로 할로겐화물과 간섭 성분을 합하여 n종의 가스가 존재하는 경우, m번째의 특징 신호에 있어서의 k번째의 가스종의 단독 상관값을 smk, k번째의 가스종의 농도 또는 분압을 Ck, m번째의 특징 신호 Fm(t)에 있어서의 샘플 상관값을 Sm＇라고 하면, 이하의 식 (수 3)이 성립된다.
[수 3]
이 식 (수 3)으로 나타내지는 n원 연립 방정식을 풂으로써, 할로겐화물 및 간섭 성분의 각 가스의 농도 또는 분압을 결정할 수 있다.
도 9는 측정 대상 성분이 SiF4인 경우의, 본 실시 형태의 가스 분석 장치(100)에서 취득된 SiF4의 광 흡수 신호와, 반도체 제조 프로세스에서 생성된 간섭 성분이 되는 부 생성물의 광 흡수 신호를 나타내고 있다. 파장 변조 범위가 1030.5cm－1~1031.5cm－1를 포함하도록 변조함으로써, SiF4와 부 생성물의 광 흡수 신호의 특징의 차이가 명확하게 되어 있고, 상기의 간섭 보정 기술에 의해서, 간섭 영향을 저감시킬 수 있다. 또한, SiF4의 광 흡수 신호는, 특징부로서, 파수 데이터점 10 부근의 골 또는 자락으로부터 파수 데이터점 125 부근의 피크까지의 상승부를 가지고 있지만, 부 생성물의 광 흡수 신호는 SiF4와 같은 특징부를 가지지 않았다. 이것이 SiF4와 부 생성물의 광 흡수 신호의 특징의 차이이다.
도 10은 챔버 내에서, 간섭 성분인 부 생성물이 발생됐을 때의 본 실시 형태의 가스 분석 장치(100)의 SiF4의 농도 지시값을 나타낸 그래프이다. 상기의 간섭 보정 기술을 적용하지 않는 경우는, 부 생성물에 의한 간섭 영향이 나와 있지만, 상기의 간섭 보정 기술을 적용했을 경우는, 간섭 영향을 충분히 저감시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 도 9 및 도 10에서는, SiF4와 부 생성물의 관계를 나타내고 있지만, CF4에서도 마찬가지인 것이 추측된다.
＜본 실시 형태의 효과＞
이와 같이 구성한 본 실시 형태의 가스 분석 장치(100)에 의하면, 대기압보다도 작은 소정의 압력으로 감압된 가스 셀(2)에, 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 파장 변조된 레이저광을 조사하므로, 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징을 적확하게 파악할 수 있다. 여기서, 가스 셀(2)을 소정의 압력으로 감압하고 있으므로, 대기압하에 있어서의 할로겐화물의 광 흡수 신호보다도, 보다 샤프한 피크가 얻어지고, 할로겐화물의 광 흡수 신호에 대한 간섭 성분에 의한 간섭 영향을 저감시킬 수 있다. 또, 종래의 NDIR에서는 할로겐화물의 광 흡수 스펙트럼이 얻어지지 않았지만, 본 발명에서는 광 흡수 스펙트럼을 얻을 수 있으므로, 복수의 성분에 의한 흡수가 간섭하고 있었을 경우에도 스펙트럼 해석 기술에 의해서 간섭 영향을 저감시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 샘플광의 강도에 관련된 강도 관련 신호인 로그 강도 L(t)과, 해당 로그 강도 L(t)에 대해서 복수의 특징 신호 Fi(t) 각각의 상관값 Si를 산출하고, 산출된 복수의 상관값 Si를 이용하여 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하므로, 흡수 신호를 흡수 스펙트럼으로 변환하지 않고, 흡수 신호의 특징을 적은 변수로 파악할 수 있어, 복잡한 스펙트럼 연산 처리를 하는 일 없이, 할로겐화물의 농도 또는 분압을 간단한 연산으로 측정할 수 있다. 예를 들면 일반적인 스펙트럼 피팅에서 이용하는 데이터 점수는 수백점 필요하지만, 본 실시 형태에서는 겨우 몇 개로부터 수십개 정도의 상관값을 사용하면 동등한 정밀도로 농도 또는 분압의 산출이 가능해진다. 그 결과, 연산 처리의 부하를 작게 할 수 있어, 고도한 연산 처리 장치가 불필요해져, 가스 분석 장치(100)의 코스트를 삭감할 수 있음과 아울러, 소형화가 가능해진다.
＜그 외의 실시 형태＞
예를 들면, 상기 실시 형태의 로그 연산부(52a)는 광 검출기(4)의 광 강도 신호를 로그 연산하는 것이었지만, 광 검출기(4)의 광 강도 신호를 이용하여, 샘플광의 강도와 참조광인 변조광의 강도의 비의 로그(이른바 흡광도)를 산출하는 것이어도 된다. 이 때, 로그 연산부(52a)는 샘플광의 강도의 로그를 연산하고, 변조광의 강도의 로그를 연산한 후에 그것들을 뺌으로써 흡광도를 산출해도 되고, 샘플광의 강도와 변조광의 강도의 비를 구한 후에 그 비의 로그를 취함으로써 흡광도를 산출해도 된다.
또, 상기 실시 형태의 상관값 산출부(52b)는, 강도 관련 신호와 특징 신호의 상관값을 산출하는 것이었지만, 강도 관련 신호와 특징 신호의 내적값을 산출하는 것이어도 된다.
또, 상기 실시 형태에서는, 격납부(52c)는 레퍼런스 상관값을 이용하여 보정한 단독 상관값을 격납하는 것이었지만, 격납부(52c)에 보정 전의 단독 상관값을 격납해 두고, 농도 또는 분압 산출부(52d)가 보정 전의 단독 상관값으로부터 레퍼런스 상관값을 뺀 다음, 단위 농도 또는 분압당으로 환산하는 보정을 한 단독 상관값을 구하는 구성으로 해도 된다.
복수의 특징 신호는 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 서로 상이한 함수이면 된다. 또, 특징 신호로서, 예를 들면 농도 또는 분압이 이미 알려진 스팬 가스를 흘려 얻어진 광 강도 또는 로그 강도의 파형(샘플 스펙트럼)을 나타내는 함수를 이용해도 된다. 또, 1개의 할로겐화물의 농도를 측정하는 경우에는, 특징 신호는 적어도 1개 있으면 된다.
또한, n보다 큰 종류의 특징 신호를 이용하여, 가스종의 수보다 큰 개수의 단독 상관값 및 샘플 상관값을 구하고, 가스종의 수보다도 큰 원수의 연립 방정식을 만들어, 최소 이승법으로, 각 성분 농도 또는 분압을 결정해도 되고, 이렇게 함으로써, 보다 측정 노이즈에 대해서도 오차가 작은 농도 또는 분압 결정이 가능해진다.
또, 가스 분석 장치(100)는, 도 11에 나타내는 것처럼, 가스 셀(2)에 레이저광을 조사하는 광원인 복수의 레이저 광원(3)을 구비하는 것이어도 된다. 여기서, 가스 분석 장치(100)는 복수의 할로겐화물(SiF4, CF4 등)의 농도 또는 분압을 측정하는 것을 생각할 수 있고, 이 경우에는, 파장 변조 범위의 파수폭이 1030.5cm－1~1031.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 파장 변조되는 SiF4용의 제1 레이저 광원(31)과, 파장 변조 범위의 파수폭이 1282.5cm－1~1283.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 파장 변조되는 CF4용의 제2 레이저 광원(32)을 가진다. 이들 제1 레이저 광원(31) 및 제2 레이저 광원(32)은, 광원 제어부(51)에 의해서, 서로 동일한 발진 주기이고 또한 그것들의 발진 타이밍이 서로 상이하도록 펄스 발진된다. 신호 처리 장치(5)는 광 검출기(4)에 의해 얻어진 광 강도 신호로부터, 복수의 레이저 광원(31, 32) 각각의 신호를 분리하고, 분리한 각 레이저 광원(31, 32)의 광 흡수 신호를 이용하여, 각 레이저 광원(31, 32)에 대응하는 측정 대상 성분의 농도 또는 분압을 산출한다. 또한, 신호 처리부(52)에 의한 측정 대상 성분의 농도 또는 분압의 산출은 상기 실시 형태와 같다.
상기 실시 형태의 신호 처리부는, 상기 샘플광의 강도에 관련된 강도 관련 신호와, 해당 강도 관련 신호에 대해서 소정의 상관이 얻어지는 특징 신호를 이용하여, 상기 측정 대상 성분의 농도 또는 분압에 의존하는 상관값을 산출하는 상관값 산출부, 및 상기 상관값 산출부에 의해 얻어진 상관값을 이용하여 상기 측정 대상 성분의 농도 또는 분압을 산출하는 농도 또는 분압 산출부의 기능을 발휘하는 것이었지만, 그 외의 연산 방법을 이용한 것이어도 된다.
본 발명의 가스 분석 장치의 설치 위치로서는, 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 도 12의 (A)에 나타내는 것처럼, 챔버의 측벽에 마련된 포트에 접속해서 마련되어, 챔버(200) 내에 확산된 가스를 분석하도록 해도 되고, 도 12의 (B)에 나타내는 것처럼, 챔버(200)에 접속된 직하의 배관(H)에 마련된 포트에 접속해서 마련되어도 된다. 또, 도 13의 (A), (B)에 나타내는 것처럼, 배관(H)에 가스 셀(2)을 장착하도록 하여 가스 분석 장치(100)를 마련되어도 된다. 이 경우, 배관(H)이 가스 셀(2)을 관통하는 것 같은 형태가 된다.
또한, 도 14의 (A)에 나타내는 것처럼, 챔버(200)의 좌우 측벽에 광 입사창(201)과 광 출사창(202)을 형성하고, 챔버(200) 자체를 가스 셀로 해도 된다. 이 구성이면, 웨이퍼(W)로부터 발생하는 가스를 직접 측정할 수 있다. 이러한 구성에 있어서도, 웨이퍼(W)에 대한 예를 들면 반응성 이온 에칭(RIE)의 엔드 포인트 모니터로서 이용할 수 있다. 도 14의 (B)에 나타내는 것처럼, 챔버(200)의 내부에 반사 미러(M3)를 배치하고, 레이저 광원(3) 및 광 검출기(4)를 챔버(200)의 일방의 측벽 측에 한데 모아 배치해도 된다. 이것에 의해, 설치 스페이스의 제약에 유연하게 대응할 수 있게 되고, 또, 광로 길이를 길게 할 수 있다. 또한, 도 15의 (A)에 나타내는 것처럼, 챔버(200)의 상하벽에 광 입사창(201)과 광 출사창(202)을 형성하고, 챔버(200) 자체를 가스 셀로 해도 되고, 도 15의 (B)에 나타내는 것처럼, 챔버(200)의 내부에 반사 미러(M3)를 배치하고, 레이저 광원(3) 및 광 검출기(4)를 챔버(200) 상벽측 또는 하벽측에 한데 모아 배치해도 된다. 또한, 도 14의 (B), 도 15의 (B)에 있어서는, 반사 미러(M3)는 챔버(200)의 내부에 마련해도 되고, 창을 통해서 챔버(200)의 외부에 마련해도 된다.
광원도, 반도체 레이저에 관계없이, 다른 타입의 레이저여도 되고, 측정 정밀도를 담보하기에 충분한 선폭을 가지는 단파장 광원으로서, 파장 변조만 할 수 있는 것이라면, 어떠한 광원을 이용해도 된다. 또, 광원을 강도 변조하는 것이어도 된다.
그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에 있어서 다양한 실시 형태의 변형이나 조합을 행해도 상관없다.
본 발명에 의하면, 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 정밀도 좋게 측정할 수 있다.
100···가스 분석 장치
200···챔버
H···배관
CP···진공 펌프
2···가스 셀
3···레이저 광원
4···광 검출기
52···신호 처리부
M1, M2···반사 미러
6···가열 기구
7···압력 센서
31···제1 레이저 광원
32···제2 레이저 광원

Claims (15)

  1. 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 분석하는 가스 분석 장치로서,
    상기 재료 가스 또는 상기 부 생성 가스가 도입되는 가스 셀과,
    상기 가스 셀에 파장 변조된 레이저광을 조사하는 레이저 광원과,
    상기 가스 셀을 투과한 레이저광을 검출하는 광 검출기와,
    상기 광 검출기의 출력 신호에 의해 얻어지는 광 흡수 신호를 이용하여 상기 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는 신호 처리부를 구비하고,
    상기 가스 셀은 대기압보다도 작은 소정의 압력으로 감압되어 있고,
    상기 레이저 광원은 상기 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 상기 레이저광을 파장 변조하는, 가스 분석 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 할로겐화물은 SiF4이고,
    상기 파장 변조 범위는 그 파수폭이 1030.5cm－1~1031.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는, 가스 분석 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 파장 변조 범위는 그 파수폭이 1029cm－1~1032cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는, 가스 분석 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 할로겐화물은 CF4이고,
    상기 파장 변조 범위는 그 파수폭이 1282.5cm－1~1283.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는, 가스 분석 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 파장 변조 범위는 그 파수폭이 1281.5cm－1~1284.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정되어 있는, 가스 분석 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 할로겐화물은 SiF4 및 CF4이고,
    상기 레이저 광원은
    상기 파장 변조 범위의 파수폭이 1030.5cm－1~1031.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정된 제1 레이저 광원과,
    상기 파장 변조 범위의 파수폭이 1282.5cm－1~1283.5cm－1의 일부 또는 전부를 포함하도록 설정된 제2 레이저 광원을 가지는, 가스 분석 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 할로겐화물의 광 흡수 신호에 대한 간섭 성분의 영향을 스펙트럼 해석에 의해서 보정하고, 상기 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는, 가스 분석 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 셀은 내부에 한 쌍의 반사 미러가 마련되어 상기 레이저광을 다중 반사하는 것인, 가스 분석 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 셀을 가열하는 가열 기구를 가지는, 가스 분석 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 가스 또는 상기 부 생성 가스의 압력을 측정하는 압력 센서를 가지는, 가스 분석 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 셀은 반도체 제조 프로세스가 행해지는 챔버 또는 해당 챔버에 접속된 배관에 마련되어 있는, 가스 분석 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 배관에는 상기 챔버를 퍼지하는 진공 펌프가 마련되어 있고,
    상기 가스 셀은 상기 진공 펌프보다도 상기 챔버측에 마련되어 있는, 가스 분석 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 배관에는 상기 진공 펌프보다도 상기 챔버측에 상기 챔버의 압력을 제어하는 압력 제어 밸브가 마련되어 있고,
    상기 가스 셀의 인렛 포트가 상기 압력 제어 밸브의 상류측에 접속되고, 상기 가스 셀의 아울렛 포트가 상기 압력 제어 밸브의 하류측에 접속되어 있는, 가스 분석 장치.
  14. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 셀은 반도체 제조 프로세스가 행해지는 챔버에 의해 구성되어 있는, 가스 분석 장치.
  15. 반도체 제조 프로세스에 이용하는 재료 가스 또는 반도체 제조 프로세스에 의해 생기는 부 생성 가스에 포함되는 할로겐화물의 농도 또는 분압을 분석하는 가스 분석 방법으로서,
    상기 재료 가스 또는 상기 부 생성 가스를 가스 셀에 도입하는 공정과,
    상기 가스 셀에 파장 변조된 레이저광을 조사하는 공정과,
    상기 가스 셀을 투과한 레이저광을 검출하는 공정과,
    광 검출기의 출력 신호에 의해 얻어지는 광 흡수 신호를 이용하여 상기 할로겐화물의 농도 또는 분압을 산출하는 공정을 가지고,
    상기 가스 셀을, 대기압보다도 작은 소정의 압력으로 감압함과 아울러, 상기 레이저광을, 상기 할로겐화물의 광 흡수 신호의 특징부를 포함하는 파장 변조 범위에서 파장 변조하는, 가스 분석 방법.
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