TW202043735A - 吸光分析裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種吸光分析裝置其具備：光射出模塊，遮蓋流入或產生分析對象氣體的容器的第一開口的方式安裝，並將光向容器內射出及光檢測模塊檢測從光射出模塊射出並通過了容器內的光，光射出模塊還具備底座凸緣，在容器的外表面安裝於第一開口的周圍；窗口材料，其外側面相對於與容器內接觸的內側面傾斜預定角度；密封部件，被夾在底座凸緣與窗口材料的內側面之間；以及按壓體，具備固定於底座凸緣的固定面和將窗口材料的外側面向底座凸緣側按壓的傾斜面。

Description

吸光分析裝置
本發明涉及一種基於吸光度對分析對象氣體進行分析的吸光分析裝置。
在半導體的製造工藝中，對半導體基板(硅晶片)表面進行各種微細加工和/或處理。此時，使用蝕刻氣體、外延生長用的反應氣體、CVD(化學氣相沈積)用的反應氣體等各種工藝氣體。已知如果這些工藝氣體中含有水分，則工藝氣體與水分、或基板表面與水分發生反應而生成不需要的副產物，其結果製造的半導體的成品率顯著下降。
因此，如專利文獻1所示，在從作為真空容器的腔室排出各種氣體的排氣流路中的一部分設置作為光學單元的吸光分析裝置，對排出氣體中包含的氣體的水分含量、應從腔室內排除的雜質等進行監測。
然而，這樣的吸光分析裝置僅對從腔室排出的氣體進行監測，因此，即使吸光分析裝置未檢測出雜質，也有可能在腔室內殘留非常少量的雜質。
此外，在想要基於吸光度來判定是否存在上述那樣的非常少量的雜質的情況下，如果水分凝結於構成例如光學單元的窗口材料，則有可能產生測定誤差，並產生錯誤判定。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2010-190824號公報
技術問題
本發明是鑒於上述問題而完成的，其目的在於提供能夠直接測定流入到腔室等容器內或在腔室等容器內產生的分析對象氣體，且能夠防止由於水分的凝結引起的測定誤差的吸光分析裝置。
技術方案
即，本發明的吸光分析裝置的特徵在於，具備：光射出模塊，以遮蓋流入或產生分析對象氣體的容器的第一開口的方式安裝，並將光向所述容器內射出；以及光檢測模塊，檢測從所述光射出模塊射出並通過了所述容器內的光，所述光射出模塊具備：底座凸緣，在所述容器的外表面安裝於所述第一開口的周圍；窗口材料，其外側面相對於與所述容器內接觸的內側面傾斜預定角度；密封部件，被夾在所述底座凸緣與所述窗口材料的內側面之間；以及按壓體，具備固定於所述底座凸緣的固定面和將所述窗口材料的外側面向所述底座凸緣側按壓的傾斜面。
如此，能夠基於通過了容器內的光對分析對象氣體進行分析，因此，如果例如在容器內存在分析對象氣體，則能夠直接測定其吸光度。
進一步地，為了消除由所述光射出模塊所射出的光帶來的干涉影響，所述窗口材料具有傾斜預定角度的外側面，所述按壓體具備傾斜面，因此，能夠將所述窗口材料的內側面筆直地按壓到所述密封部件而均勻地擠壓所述密封部件。因此，能夠防止所述密封部件被不均勻地擠壓而使所述窗口材料在預料之外的位置與所述底座凸緣接觸而被冷卻，並因存在於所述容器內的水分而在所述窗口材料的內側面產生結露。
根據這些設置，能夠基於吸光度準確地判定存在於容器內的微小量的分析對象氣體的有無。
為了防止所述窗口材料與所述底座凸緣接觸而使熱量散失，產生在所述窗口材料的內側面容易發生結露的狀態，可以在所述按壓體固定於所述底座凸緣的狀態下，所述窗口材料擠壓所述密封部件，並且所述窗口材料的內側面與所述底座凸緣分離。
作為用於使所述窗口材料不與所述底座凸緣接觸的具體構成，可列舉所述底座凸緣具備：貫通孔，供所述按壓體的一部分和所述窗口材料配置在其內部；支撐部，從所述貫通孔的內周面向內側突出，支撐所述密封部件；以及安裝面，安裝所述按壓體的固定面，在所述按壓體的固定面固定於所述底座凸緣的安裝面的狀態下，所述窗口材料與所述貫通孔的內周面和所述支撐部分離。
為了能夠有效地對所述窗口材料加熱，進一步難以在所述窗口材料的內側面產生結露，所述吸光分析裝置可以是：所述光射出模塊還具備設置於所述窗口材料的側面的片狀加熱器。
為了使所述窗口材料的溫度可靠地保持在不產生結露的溫度，所述吸光分析裝置可以是：所述光射出模塊還具備測定所述窗口材料的溫度的溫度感測器，所述吸光分析裝置還具備溫度控制器，所述溫度控制器基於設定溫度和由所述溫度感測器測定的測定溫度來控制所述片狀加熱器。
為了使所述光射出模塊在與所述容器的內部接觸的部分不使用會造成污染的材料，且能夠防止熱量從與所述窗口材料接觸的部件散失，所述底座凸緣可以為金屬制，所述按壓體可以為樹脂制。
作為適用於防止所述窗口材料的熱量介由所述按壓體而散失的具體構成，可列舉所述按壓體由聚苯硫醚(PPS)形成。
為了能夠以簡單的光路對所述容器內的分析對象氣體進行分析，使所述光射出模塊和所述光檢測模塊的安裝變得容易，所述吸光分析裝置可以是所述光檢測模塊以遮蓋所述容器的與第一開口相向地形成的第二開口的方式安裝。
例如，作為用於判定所述容器內的分析對象氣體的有無的具體構成例，可列舉所述吸光分析裝置還具備濃度計算部，所述濃度計算部基於所述光檢測模塊的輸出來計算分析對象氣體的濃度。
例如，為了能夠利用形成於所述容器的第一開口的周圍的視口等的結構而構成本發明的吸光分析裝置，吸光分析裝置可以具有如下特徵，具備：光射出模塊，以遮蓋流入或產生分析對象氣體的容器的第一開口的方式安裝，並將光向所述容器內射出；以及光檢測模塊，檢測從所述光射出模塊射出並通過了所述容器內的光，所述光射出模塊具備：窗口材料，其外側面相對於與所述容器內接觸的內側面傾斜預定角度；密封部件，在所述容器的外側面被夾在所述第一開口的周圍與所述窗口材料的內側面之間；以及按壓體，具備固定於所述容器的外側面的固定面和將所述窗口材料的外側面向所述容器側按壓的傾斜面。
技術效果
如此根據本發明的吸光分析裝置，即使是具有例如楔形的窗口材料也能夠通過樹脂制的所述按壓體的傾斜面筆直地按壓，並能夠將所述密封部件均勻地擠壓。因此，能夠一邊利用所述密封部件實現充分的密封，一邊使所述窗口材料不與所述金屬制的底座凸緣接觸。因此，能夠防止所述窗口材料的熱量從所述底座凸緣散失而在所述窗口材料的內側面因所述容器內的水分產生結露。
參照圖1~圖5對本發明的一個實施方式的吸光分析裝置100進行說明。
本實施方式的吸光分析裝置100是監測在半導體的製造工藝中被提供各種氣體的腔室C內是否存在分析對象氣體的裝置。
這裡，本實施方式的分析對象氣體是流入到作為容器的腔室C內的工藝氣體和/或工藝氣體等在腔室C內反應而產生的氣體，是希望在預定條件下從腔室C內完全去除的氣體。即，分析對象氣體是應通過腔室C的例如排氣功能而從腔室C內排出的氣體，並且是即使在腔室C內存在分析對象氣體，其存在量也非常微小的氣體。
具體地，如圖1所示，吸光分析裝置100具備：安裝在構成腔室C的隔板的外表面的光射出模塊M1、向光射出模塊M1輸入雷射的雷射模塊LM、檢測從光射出模塊M1射出且通過了容器內的光的光檢測模塊M2、控制光射出模塊M1和光檢測模塊M2的溫度的溫度控制器TC、以及進行數據記錄等的運算器COM。
光射出模塊M1例如以遮蓋形成在腔室C的側面的第一開口C1的方式安裝，並介由該第一開口C1而將雷射導入到腔室C內。光射出模塊M1具備介由光纖接收從雷射模塊LM內的雷射光源1射出的雷射的連接部2、以及以相對於腔室C的外表面形成密封的方式安裝的凸緣部3。從雷射光源1射出的雷射通過連接部2、凸緣部3內而在腔室C內行進。
接下來，參照圖2~圖4對光射出模塊M1的凸緣部3的詳細構成進行說明。
如圖2所示，凸緣部3呈大致多級圓筒狀，且具備第一密封部件5、底座凸緣4、第二密封部件6、窗口材料7、按壓體8、以及上部凸緣UF。這裡，各密封部件是O形環。
底座凸緣4是在中央部形成有貫通孔的大致圓板狀的金屬板。底座凸緣4相對於腔室C的外側面CW以第一開口C1與貫通孔41連通的方式安裝。在底座凸緣4中安裝於腔室C的外表面的內側面，形成有收容第一密封部件5的環狀溝槽42，第一密封部件5在腔室C的外表面與底座凸緣4的內側面之間形成真空密封。另一方面，在底座凸緣4的外側面形成有安裝按壓體8的外周部分的安裝面44。
此外，在貫通孔41的腔室C側，支撐第二密封部件6的環狀的支撐部43向貫通孔41的半徑方向內側突出。即，在貫通孔41內以從腔室C側起依次為第二密封部件6、窗口材料7、按壓體8的一部分的順序配置，通過利用按壓體8將窗口材料7向底座凸緣4側按壓，從而在窗口材料7的與腔室C內的空間接觸的內側面和底座凸緣4的支撐部43之間擠壓第二密封部件6而形成真空密封。
窗口材料7是用於光學測定的石英玻璃制的部件，呈對扁平圓柱的一個端面進行斜切而成的形狀。因此，窗口材料7的外側面72相對於窗口材料7的與腔室C內的空間接觸的內側面71傾斜預定角度。因此，在窗口材料7，內側面71與外側面72並非平行，能夠防止由例如雷射在各個面反射的成分而產生干涉。
如圖3所示，在窗口材料7的側面的大部分包裹著片狀加熱器73，構成為能夠直接對窗口材料7自身加熱。即，不介由底座凸緣4等其他部件而對窗口材料7加熱。此外，在窗口材料7的側面中未設置片狀加熱器73的區域，以直接與窗口材料7的側面接觸的方式設置有熱電偶作為溫度感測器74。即，熱電偶被構成為能夠測定窗口材料7自身的溫度。從片狀加熱器73和熱電偶的外側以包圍窗口材料7的周圍的方式包裹著樹脂制的隔熱帶75。
如圖4所示，按壓體8是在中央部形成開口並且該開口的周邊突出的大致扁平兩級圓筒狀的部件。該按壓體8是通過螺栓B1固定於底座凸緣4，從而中央部分與窗口材料7的外側面72接觸並向底座凸緣4側按壓的部件。為了與窗口材料7的外側面72接觸而使窗口材料7的熱量難以散失，按壓體8由樹脂形成。具體地，按壓體8由聚苯硫醚(PPS)形成。此外，構成為在按壓體8與窗口材料7之間不設置密封部件，按壓體8與窗口材料7直接接觸。即，由於通過第二密封材料6形成了真空密封，所以在按壓體8與窗口材料7之間不另外形成密封。因此，相對於若在窗口材料7的內側面71和外側面72雙方具有密封材料則在通過按壓體8來按壓窗口材料7時該窗口材料7的內側面71與底座凸緣4的安裝面44之間的平行容易被打破的情況，在本實施方式中能夠在保持各個面的平行的狀態下擠壓第二密封部件6。此外，雖然按壓體8是樹脂制，但其並不存在於真空側而是存在於大氣側，因此，在腔室C內按壓體8的樹脂成分也不會蒸發而產生污染。
若對按壓體8的結構進行詳細描述，則按壓體8具備扁平環狀的外周部分和具有對大致扁平圓筒的一端面斜切而成的形狀的中央部分。在外周部分形成有相對於底座凸緣4的外側面即安裝面44固定的圓環狀的固定部81。在該固定面81沿圓周方向等間隔地形成有六個螺栓插入孔83，並通過在各螺栓插入孔83分別插入螺栓B1而與在底座凸緣4的安裝面44開口的螺紋孔進行螺合。在按壓體8的中央部分形成有在固定於底座凸緣4的狀態下相對於底座凸緣4的安裝面44傾斜的傾斜面82。換言之，傾斜面82在固定於底座凸緣4的狀態下相對於窗口材料7的內側面71傾斜，傾斜面82相對於固定面81的傾斜角度設定為與窗口材料7的外側面72相對於內側面71的傾斜角度大致相同的角度。因此，如圖2所示，能夠使按壓體8的傾斜面82與窗口材料7的外側面72匹配。
設定為在按壓體8的固定面81相對於底座凸緣4的安裝面44固定，且按壓體8的傾斜面82將窗口材料7的外側面72向底座凸緣4側按壓的狀態下，窗口材料7的內側面71僅與第二密封部件6接觸，並與底座凸緣4的支撐部43分離。即，設定為按壓體8的中央部分的突出量以按壓體8的固定面81為基準來擠壓第二密封部件6而形成真空密封，並且形成窗口材料7的內側面71與底座凸緣4的支撐部43之間的間隙。
上部凸緣UF是安裝連接部2的部分，並以不與按壓體8接觸而僅與底座凸緣4接觸的方式通過螺栓B2固定。即，構成為防止窗口材料7的熱量介由按壓體8而散失到上部凸緣UF。
光檢測模塊M2以遮蓋第二開口C2的方式安裝，第二開口C2形成在腔室C的形成有第一開口C1的側面的相對面。通過光檢測模塊M2內的光電探測器D來檢測通過腔室C內而通過了第二開口C2的雷射，並將與其強度對應的信號輸出到雷射模塊LM。此外，光檢測模塊M2通過與前述的光射出模塊M1的凸緣部3同樣的凸緣部3A而安裝於腔室C的外表面。應予說明，省略重復的詳細說明。
雷射模塊LM具備雷射光源1、CPU、存儲器、A/D轉換器、D/A轉換器等機構，並通過執行存儲在存儲器的程序，從而如圖5所示地發揮作為雷射控制部P1、信號處理部P2的功能。
雷射控制部P1控制施加到雷射光源1的電壓等，以使其射出分析對象氣體的吸收峰的波長。
信號處理部P2將來自光電探測器D的輸出信號轉換為在例如電腦等的運算器COM中容易用於例如濃度計算等的狀態並輸出。
在運算器COM中，將從信號處理部P2輸出的數據進行記錄，並且發揮作為例如濃度計算部P3的功能。濃度計算部P3根據信號處理部P2的輸出計算出吸光度，並基於該吸光度計算出腔室C內的分析對象氣體的濃度。
溫度控制器TC以使光射出模塊M1的窗口材料7和光檢測模塊M2的窗口材料的溫度保持為恆定的方式控制施加到各片狀加熱器73的電壓而控制溫度。在溫度控制器TC內執行溫度控制程序而實現作為溫度控制部P4的功能。該溫度控制部P4以使由溫度感測器74測定的測定溫度與預先設定的設定溫度之間的偏差變小的方式控制施加到片狀加熱器73的電壓。應予說明，設定溫度設定為比在例如腔室C內的壓力下的水的沸點高的溫度。
根據如此構成的本實施方式的吸光分析裝置100，由於按壓窗口材料7的按壓體8具有與被形成楔形的窗口材料7匹配的傾斜面82，所以能夠將第二密封部件6筆直地按壓到底座凸緣4的支撐部43。因此，能夠均勻地擠壓第二密封部件6，並能夠防止像例如用平坦面按壓被形成楔形的窗口材料7的情況那樣窗口材料7進行預料之外的運動而使得其一部分與底座凸緣4接觸。
因此，如圖2所示能夠使窗口材料7不與金屬制的底座凸緣4接觸，而僅與第二密封部件6和樹脂制的按壓體8接觸，由此，能夠使窗口材料7的熱量難以傳導到其他部件。
在如此構成為熱量難以從窗口材料7散失的基礎上，通過片狀加熱器73來直接對窗口材料7加熱，因此，能夠持續保持在水分不凝結的溫度。
根據這些設置，即使在腔室C內存在水分，也能夠防止在窗口材料7的內側面71產生結露，並能夠防止對從光射出模塊M1射出的雷射帶來影響或者在光檢測模塊M2對光的強度帶來誤差。
因此，即使分析對象氣體是非常微小的量，也能夠準確地計算出濃度。
此外，由於基於通過了腔室C內的雷射的吸光度來計算濃度，所以能夠將實際希望知曉分析對象氣體的濃度的場所作為測定點，並能夠使測定時的時間延遲、誤差也盡可能地小。除此之外，由於是由簡單的單條通路構成，所以將光射出模塊M1和光檢測模塊M2安裝於腔室C時的限制也小。
對其他實施方式進行說明。
本發明的吸光分析裝置的凸緣部3的構成並不限於上述實施方式。例如，如圖6所示，凸緣部3可以是不具備上述實施方式的底座凸緣4，而利用形成在作為容器的腔室C的外側面CW的構造體來進行安裝的部件。即，可以構成為窗口材料7設置於腔室C的第一開口C1內，第二密封部件6設置於腔室C的外側面CW與窗口材料7的內側面71之間，並且按壓體8的固定面81也固定於腔室C的外側面CW，傾斜面82將窗口材料7向腔室C側按壓。
在上述實施方式中，計算了分析對象氣體的濃度，但是也可以檢測在腔室內是否存在分析對象氣體的方式構成吸光分析裝置。
光射出模塊和光檢測模塊不限於相向地配置，也可以相對於容器的壁面配置在同一側。例如可以在容器內配置反射鏡，利用光檢測模塊來檢測從光射出模塊射出並被反射鏡反射出的光。
對於由運算器進行的處理，可以利用雷射模塊內的運算功能來實現。此外，對於溫度控制器、雷射模塊、運算器，可以通過一個電腦來實現其功能。
按壓體的傾斜面與窗口材料的外側面也可以不完全匹配。例如，也可以在通過窗口材料擠壓密封部件時，按壓體在與底座凸緣不接觸的範圍內存在一些偏差。
作為容器的一例，列舉了腔室，但是對於其他在內部具有空間的容器也可以使用本發明的吸光分析裝置。
另外，在不違反本發明的主旨的範圍內也可以進行各種變形和/或各實施方式的一部分的組合。
100:吸光分析裝置 1:雷射光源 2:連接部 3:凸緣部 4:底座凸緣 41:貫通孔 42:環狀溝槽 43:支撐部 44:安裝面 5:密封部件 6:第二密封部件 7:窗口材料 71:內側面 72:外側面 73:加熱器 74:溫度感測器 75:隔熱帶 8:按壓體 81:固定面 82:傾斜面 83:插入孔 C:腔室 M1:光射出模塊 M2:光檢測模塊 LM:雷射模塊 TC:溫度控制器 COM:運算器 C1:第一開口 C2:第二開口 UF:上部凸緣 B1、B2:螺栓 3A:凸緣部 P1:雷射控制部 P2:信號處理部 P3:濃度計算部 P4:溫度控制部 D:光電探測器 CW:外側面
圖1是示出本發明的一個實施方式的吸光分析裝置的示意圖。 圖2是示出該實施方式的光射出模塊的凸緣部的結構的示意圖。 圖3是示出該實施方式的窗口材料和溫度調節機構的構成的示意圖。 圖4是示出該實施方式的按壓體的結構的示意性立體圖。 圖5是該實施方式的吸光分析裝置的功能框圖。 圖6是示出本發明的另一實施方式的吸光分析裝置的凸緣部的結構的示意圖。
3:凸緣部
4:底座凸緣
41:貫通孔
42:環狀溝槽
43:支撐部
44:安裝面
5:密封部件
6:第二密封部件
7:窗口材料
71:內側面
72:外側面
73:加熱器
8:按壓體
81:固定面
82:傾斜面
83:插入孔
C:腔室
C1:第一開口
UF:上部凸緣
B1、B2:螺栓
CW:外側面

Claims (10)

  1. 一種吸光分析裝置，係包含： 光射出模塊，以遮蓋流入或產生分析對象氣體的容器的第一開口的方式安裝，並將光向該容器內射出；以及 光檢測模塊，檢測從該光射出模塊射出並通過了該容器內的光； 其中，該光射出模塊更包含： 底座凸緣，在該容器的外表面安裝於該第一開口的周圍； 窗口材料，其外側面相對於與該容器內接觸的內側面傾斜預定角度； 密封部件，被夾在該底座凸緣與該窗口材料的內側面之間；以及 按壓體，具備固定於該底座凸緣的固定面和將該窗口材料的外側面向該底座凸緣側按壓的傾斜面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的吸光分析裝置，其中在該按壓體的固定面固定於該底座凸緣的狀態下，該窗口材料擠壓該密封部件，並且該窗口材料的內側面與該底座凸緣分離。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的吸光分析裝置，其中該底座凸緣更包含： 貫通孔，供該按壓體的一部分和該窗口材料配置在其內部； 支撐部，從該貫通孔的內周面向內側突出，支撐該密封部件；以及 安裝面，安裝該按壓體的固定面； 其中，在該按壓體的固定面固定於該底座凸緣的安裝面的狀態下，該窗口材料與該貫通孔的內周面和該支撐部分離。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的吸光分析裝置，其中該光射出模塊還具備設置於該窗口材料的側面的片狀加熱器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的吸光分析裝置，其中該光射出模塊還具備測定該窗口材料的溫度的溫度感測器，該吸光分析裝置還具備溫度控制器，該溫度控制器基於設定溫度和由該溫度感測器測定的測定溫度來控制該片狀加熱器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的吸光分析裝置，其中該底座凸緣為金屬制，該按壓體為樹脂制。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的吸光分析裝置，其中該按壓體由聚苯硫醚形成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的吸光分析裝置，其中該光檢測模塊以遮蓋該容器的與第一開口相向地形成的第二開口的方式安裝。
  9. 如申請專利範圍第1~8之中任一項所述的吸光分析裝置，其中該吸光分析裝置還具備濃度計算部，該濃度計算部基於該光檢測模塊的輸出來計算分析對象氣體的濃度。
  10. 一種吸光分析裝置，係包含： 光射出模塊，以遮蓋流入或產生分析對象氣體的容器的第一開口的方式安裝，並將光向所述容器內射出；以及 光檢測模塊，檢測從該光射出模塊射出並通過了該容器內的光； 其中，該光射出模塊更包含： 窗口材料，其外側面相對於與該容器內接觸的內側面傾斜預定角度； 密封部件，在該容器的外側面被夾在該第一開口的周圍與該窗口材料的內側面之間；以及 按壓體，具備固定於該容器的外側面的固定面和將該窗口材料的外側面向該容器側按壓的傾斜面。
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