TW202232096A - 氣體分析裝置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之氣體分析裝置(1)係具有：
離子化裝置(10)，產生試樣氣體(9)之離子流(17)、
分析儀(20)，分析從離子化裝置供給之離子流、
第1離子路徑 (41)，將離子流非線性地從離子化裝置導入分析儀入口，以及
阻斷裝置(29)，經由電場或磁場間歇地阻斷及釋放離子流路徑之至少部分路徑之離子流，該離子流路徑係介由第1離子路徑到達分析儀之濾質器(25)，
該氣體分析裝置(1)可在離子流被阻斷之狀態下測定，亦可在離子流未被阻斷之狀態下測定。
Description
本發明係有關氣體分析裝置及其控制方法。
在日本特開1996-7829號中揭示簡化電漿質量分析裝置之離子偏光鏡的構成而容易調整者。因此，在與來自噴嘴的離子的射出方向大致垂直地設置的第1及第2電極板之間，設置有端面斜切的圓筒狀的中間電極，並對各電極施加直流電壓。兩個電場都傾斜且離子經兩個電場偏轉。另一方面，由於電漿光為直行，因此被第2電極板所遮擋。
在使試樣氣體離子化並檢測試樣氣體中所含成分的分析裝置中，要求可降低雜訊並提供降低雜訊的檢測結果之軟體(控制方法、測定方法)，以及提供適合該軟體的硬體。
本發明之一態樣係一種氣體分析裝置，係具有：
離子化裝置，產生試樣氣體之離子流、
分析儀，連續性或間歇性分析從離子化裝置供給之離子流、
第1離子路徑，將離子流非線性地從離子化裝置導入分析儀入口，以及
阻斷裝置，經由電場或磁場間歇地阻斷及釋放離子流路徑之至少部分路徑之離子流，該離子流路徑係介由第1離子路徑到達分析儀之濾質器，
其可在離子流被阻斷之狀態下測定，亦可在離子流未被阻斷之狀態下測定。離子化裝置可包含將試樣氣體進行電漿離子化之裝置。阻斷裝置可包含阻斷電位產生裝置及能量過濾器之任一者。
該氣體分析裝置可採用以下控制方法，抑制來自離子化裝置之光的影響及其它雜訊的影響，可進行高精度的測定。該控制方法係包含以下步驟。
1、 在離子流的通過經阻斷裝置阻斷的狀態下，經分析儀取得第1檢測數據。
2、 在離子流的通過未經阻斷裝置阻斷的狀態下，亦即，在離子流的通過經釋放的狀態下，經分析儀取得第2檢測數據。
3、 輸出包含第2檢測數據與第1檢測數據之差值的檢測結果。第1檢測數據與第2檢測數據可包含光譜數據。
在離子化時所產生的光以線性進行，而第1路徑非線性地引導離子流(導致其彎曲)，藉此在分析儀中可抑制成為雜訊的光之影響，可提高分析精度。然而，在第1路徑中，不可能完全阻擋(遮蔽)光以引導離子流，並且在離子化時由於漏光或雜散光等產生的一部分光到達分析儀，可能會成為帶給測定結果之影響的雜訊之因素。本發明中，取代進一步提高遮光性能以降低雜訊，或者同時在離子流經阻斷(阻擋)的狀態下取得背景之測定結果(第1檢測數據)，藉由在離子流未經積極地阻斷之狀態下得到與第2檢測數據的差值，可得到進一步降低的雜訊成分的高精度之測定結果。
氣體分析裝置，其具有控制該氣體分析裝置之控制裝置，而控制裝置係包含：
第1功能：在離子流的通過經阻斷裝置阻斷的狀態下，經分析儀取得第1檢測數據、
第2功能：在離子流的通過經阻斷裝置釋放的狀態下，經分析儀取得第2檢測數據、
第3功能：輸出包含第2檢測數據與第1檢測數據之差值的檢測結果。
通常，控制裝置係執行程式之裝置，所控制之程式係包含執行下述者之指令：
在離子流的通過經阻斷裝置阻斷的狀態下，經分析儀取得第1檢測數據；
在離子流的通過經阻斷裝置釋放的狀態下，經分析儀取得第2檢測數據；
輸出包含第2檢測數據與第1檢測數據之差值的檢測結果。
圖1(a)及圖1(b)中呈示從右前方及左前方觀看氣體分析裝置之外觀。該氣體分析裝置1係具備有作為離子化裝置(離子源)的微電漿生成裝置與電子碰撞(EI)離子源之混合型。氣體分析裝置1之尺寸及重量之一例係長度400mm、寬度297mm、高度341mm及重量15kg，且在24VDC(350W)之電力供應下運作。氣體分析裝置1係包含電漿生成用之試樣入口3a、與EI離子化用之試樣入口3b，且在側面包含數據輸入/輸出用的幾個端口4。
圖2係呈示拆下氣體分析裝置1之上部殼體2a及側面板2b的狀態。氣體分析裝置1係包含：離子化單元(離子生成單元)10，其對從監控對象之製程所供給的測定對象之試樣氣體(試樣氣體、氣體試樣)進行離子化；分析單元(分析儀)20，介由所生成的離子(離子流)分析試樣氣體；分析單元20之控制模組30；系統控制器(可編程邏輯控制器，PLC)50，控制氣體分析裝置1並輸出測定數據；以及排氣系統60。
圖3係作為包含氣體分析裝置1之系統的一例，呈示製程監視器 100之概略構成。氣體分析裝置1係分析從實施監控對象的電漿製程之製程室101所供給的試樣氣體9。製程室101中實施的電漿製程通常係在基板上生成各種膜或層的步驟或蝕刻基板的步驟，包含CVD(化學氣相沉積：Chemical Vapor Deposition)或PVD(物理氣相沉積：Physical Vapor Deposition)。電漿製程可為將透鏡、濾光片等光學零件作為基板而積層各種類型的薄膜之製程。
例如在半導體中，近年來，由於記憶容量的增加、邏輯速度的提高以及低電力化等之需求，半導體晶片構造正進行三維化。為此，在半導體製程控制中，問題在於製程變得更加複雜，需要原子級品質，並增加測量監控成本。監測包含反應物及副產物的氣體對於製程匹配、成膜時的轉變點測量、蝕刻終點檢測極為重要，採用當前標準的電漿發射光譜 (OES：Optical Emission Spectroscopy)，很難全面監控製程。另一方面，在採用一般的熱燈絲之離子源的殘留氣體分析儀、質譜儀中，由於半導體氣體造成的損壞而損及壽命成為問題。
在使用本例之氣體分析裝置1的製程監視系統100中，即使在嚴酷的環境下亦可進行實時監控，以提供信賴性高的測定結果而可提供新的製程控制。氣體分析裝置1顯著提高半導體晶片製造的產量，作為以最大化良率為目標而開發的整體解決方案平台的功能。如上所述，由於本例之氣體分析裝置1的安裝面積極小，因此可直接與腔室101連接並在現場使用。而且，目前，半導體製造過程裝置中主要採用的標準協議，例如EtherCAT協議可安裝在PLC 50上，並集成到製程機器控制系統100中。
氣體分析裝置1係包含生成試樣氣體9之離子(離子流)17之離子化裝置10、分析從離子化裝置10所供給之離子17的分析儀(分析單元)20。離子化裝置10係包含生成從製程中隔著試樣輸入3a供給之測定對象的試樣氣體9之電漿(微電漿)19，作為離子流17供給分析單元20的電漿生成單元(電漿生成裝置)11。電漿生成單元11係具備介電性壁體構造12a，包含測定對象之試樣氣體9流入的腔室(試樣室)12、在介由介電性壁體構造12a之高頻電場及/或磁場在減壓的試樣室12內生成電漿19之高頻供給裝置(RF供給機構)13以及控制高頻頻率及電力的電漿控制器16。
本例之氣體分析裝置1係可連續或在短週期內間歇性分析從製程100供給的試樣氣體9的質量分析型之分析裝置。分析單元20係包含：藉由質荷比過濾經離子化之試樣氣體(試樣氣體離子)流(離子流）17的過濾器單元(質量過濾器，在本例中為四極桿)25，以及檢測經過濾之離子的檢測器單元26。氣體分析裝置1進一步包含容納過濾器單元25及檢測器單元26的真空容器(殼體)40，以及將殼體40之內部維持在適當的負壓條件(真空條件)之排氣系統60。本例之排氣系統60係包含渦輪分子泵(TMP) 61與魯氏泵(抽吸段、拖曳段)62。排氣系統60為亦控制電漿生成裝置11之試樣室12的內壓之分流式。在排氣系統60之多段TMP61中，成為適於腔室12內壓的負壓之段，或者魯氏泵62的輸入與腔室12連通使腔室12之內壓受到控制。
本例之質量過濾器25係包含用以形成用於依質荷比過濾的雙曲面電場之內側用雙曲面完成之4支圓筒或圓柱狀電極(HyperQuad)25a。四極型質量過濾器25可具有大量的例如9支圓柱狀電極排列成矩陣(陣列)從而形成複數個偽雙曲面電場。檢測器單元26係包含法拉第杯(FC：Faraday Cap)與二次電子倍增管(SEM：Secondary Electron Multiplier)，可將該等組合使用或切換使用。檢測器單元26可為通道型二次電子倍增管(CEM：Channel Electron Multiplier)、微通道板(MP：Microchannel Plate)等其它類型。
本例之電漿生成單元11係包含一體結合在殼體40內部的電漿生成用之試樣室12。腔室12的外殼係由赫史特合金製成，內部插入絕緣的圓筒電極，在其內部生成電漿19。僅試樣氣體9從監控對象之製程室101介由試樣輸入部3a流入經減壓之試樣室12，在試樣室12之內部形成電漿(微電漿)19。亦即，在電漿生成單元11中，不使用氬氣等輔助氣體(支持氣體)，而僅經試樣氣體9生成分析用電漿19。試樣室12的壁體12a係由介電質之構件(介電體)所構成，其一例係石英(Quartz)、氧化鋁(Al
2O
3)及氮化矽(SiN
3)等對電漿具有高度耐受性的介電體。
電漿生成單元11之電漿生成裝置(RF供給機構)13在試樣室12之內部，並不使用電漿炬，隔著介電質壁體構造12a依電場及/或磁場生成電漿19。RF供給機構13之一例係利用高頻(RF，Radio Frequency)電力激發電漿19之機構。RF供給機構135之例方面，可列舉如：感應偶合電漿(ICP：Inductively coupled plasma)、介質阻擋放電(DBD：Dielectric Barrier Discharge)及電子迴旋共振(ECR：Electron Cyclotron Resonance)等方式。以該等方式生成電漿之RF供給裝置13可包含高頻電源與RF場形成單元。RF場形成單元之典型者係包含沿試樣室12配置的線圈 。
本例之電漿生成單元11之電漿控制器16係包含調整(使匹配)由RF供給裝置13所供給之RF場的頻率來維持電漿之匹配控制單元16a、與改變匹配狀態下的RF頻率來點燃的功能(點燃單元)16b。點燃單元16b係例如可使用RF供給裝置13，以高於匹配頻率的頻率在短時間，例如10ms左右以脈衝狀投入高功率的高頻電力來點燃電漿。因此，即使設置傳統的輝光放電用的電極、或無提供壓電元件等之提供高電壓刺激的機構，亦可容易地點燃電漿。在電漿被點燃之後，藉由將RF供給裝置13轉變為穩定的操作狀態，即可生成並維持電漿。此外，電漿生成單元11係可經由氬氣等的輔助氣體形成感應偶合電漿(ICP)並導入試樣氣體以將其離子化的類型。
本例之試樣室12之內壓可為容易生成電漿之壓力，例如在0.01-1kPa之範圍。製程室101之內壓係控制在1-數100Pa左右時，試樣室12之內壓可控制為較低的壓力，例如0.1-數10Pa左右，亦可控制在0.1Pa以上(包含0.1Pa)，或控制在0.5Pa以上(包含0.5Pa)、10Pa以下(包含10Pa)、或5Pa以下(包含5Pa)。例如可將試樣室12之內部減壓至1-10mTorr(0.13-1.3Pa)左右。藉由將試樣室12維持在上述程度的減壓，即可僅以試樣氣體9在低溫下生成電漿19。試樣室12可為例如數mm至數十mm程度的小室(小型室)可生成微電漿19。 藉由減小試樣室12之容量，可提供即時性優異的氣體分析裝置1。試樣室12可為圓筒狀。
氣體分析裝置1係包含：離子化裝置10之電漿生成裝置11，一般係第1離子路徑41，將離子流17從腔室12的出口18非線性地導入分析儀(分析單元)20的入口27、以及從分析單元20的入口27至過濾單元25的預定角度，一般係第2離子路徑42，引導離子流 17使其與過濾器單元 25 的電極 25a 平行輸入。第1離子路徑41包含第1靜電透鏡群43，並通過腔室出口18經電場從在試樣室(電漿室)12中形成的電漿19中提取離子流17，將離子流17導入至入口(開口)27，該入口(開口)27係設置在對腔室出口(腔室開口)18非線性的位置。分析單元20之入口27係設置在障壁27a中的開口，並只有經通過入口(開口)27的離子流17導入分析單元20。在本例中，分析單元20的入口27相對於腔室出口18偏移(沿正交方向移動)到從第2離子路徑42或相對於四極過濾器25之中心軸看時開口不相互重疊的程度，在該等開口18及27之間彎曲並引導離子流17以設置第1離子路徑41。另一方面，從腔室出口18漏出的光被障壁27a從分析單元20屏蔽。
離子流17之路徑在電場的影響下彎曲，而從腔室出口18洩漏的電漿19的激發光發射所產生的光不受電場影響而直線傳播。因此，在相對於腔室出口 18 的移動位置，設置開口27以將離子流17導入過濾器單元25，離子流17在該等之間設置非線性(彎曲)引導的第1離子路徑41，藉此可抑制從腔室出口18線性發射的電漿之激發光到達分析單元20的入口(開口)27。因此，電漿之激發光為檢測器26，在本例中，法拉第杯(FC)與二次電子倍增器 (SEM) 的組合，可抑制到達並成為質譜背景信號(雜訊)之二次電子的產生。
以非線性方式彎折(使彎曲)來引導離子流17之第1離子路徑41如可阻擋直線傳播的光者即可，可為引導離子流17使一次彎曲者，亦可進一步彎曲以引導腔室出口18與分析單元20之入口27排成一條直線者。而且，該第1離子路徑41可控制離子流17之方向，無需具備控制各個離子的移動方向的精度或口徑，並可設計路徑以便不執行如此控制或過濾。
第2離子路徑42係包含第2靜電透鏡群44與佈置在該等之間的能量過濾器28。第2靜電透鏡群44係歷經設置在與第1離子路徑41之間的障壁27a的開口27而控制流入第2離子路徑42的離子流17之方向。能量過濾器28可為容器盒(Bessel-Box)，可為CMA(柱面鏡分析儀：Cylindrical Mirror Analyzer)，亦可為CHA(同心半球分析儀：Concentric Hemispherical Analyzer)。容器盒型之能量過濾器28係由圓筒電極與配置在圓筒電極之中心部的圓板形電極(與圓筒電極相同的電位)、配置在圓筒電極之兩端的電極所構成，經由圓筒電極與兩端電極之間的電位差 Vba所產生的電場，與經由圓筒電極的電位 Vbe 使僅具有特定動能的離子通過作為帶通濾波器之運作。而且，配置在圓筒電極中心之圓板形電極可防止電漿生成時產生的軟X射線及氣體離子化時產生的光直接射入離子檢測器(檢測器)26，可降低雜訊。而且，由於能量過濾器28可消除離子及中性粒子等在離子生成部或外部生成並相對於過濾器單元25平行於中心軸入射，故成為可抑制該等檢測之構造。
更且，能量過濾器28可經由控制電場來阻止具有預定之全部動能的離子(離子電流)17通過第2離子路徑42輸入到過濾器單元25。因此，能量過濾器28介由電場或磁場間歇地阻斷及釋放介由第1離子路徑41至分析儀20之質量過濾器25的路徑之至少一部分中的離子流17以用作阻斷裝置29。代替能量過濾器28或與能量過濾器28協作控制第2離子路徑42中的離子流17的方向之第2靜電透鏡群44之一部分或全部的電場(電位)，並將其作為阻斷電位使用，間歇地阻斷或釋放通向質量過濾器25的離子流17以發揮阻斷裝置(阻斷電位產生裝置)29的功能。
本例之氣體分析裝置1之離子化裝置10更包含燈絲(EI離子源)15，該燈絲(EI離子源)15係藉由電子衝擊使介由試樣輸入3b從製程中供給的測定對象之試樣氣體9而離子化。當EI離子源15在高真空下運作，且監控對象之製程室101中的製程於高真空中時，難以產生微電漿19 之條件的情況下，可使用作為於氣體分析裝置1之極限壓力下的運作，甚至靈敏度校正。將試樣氣體 9 供給至電漿離子化用之試樣輸入 3a、與EI 離子化用的試樣輸入 3b可由製程控制器105通過設在上游的閥門103a及103b自動切換。
一實施例中，製程控制器105在製程室101中具有高的內壓，例如，在1Pa以上(包含1Pa)，在反應性製程的情況下，打開閥門103a，將試樣氣體9供給至氣體分析裝置1，進而，介由氣體分析裝置1的控制裝置(PLC模組)50生成試樣氣體9的電漿19，並提取離子流17以進行質量分析。此時，EI離子源(燈絲)15未點亮，燈泡(開口)103b關閉。製程室101之內壓低，例如，在以極限壓力等進行測定時，製程控制器105關閉電漿側的端口(燈泡)103a，打開EI側的開口103b以供給試樣氣體9，並由控制裝置50使燈絲點亮(使EI運作)生成離子流17並進行質量分析。
氣體分析裝置1包含控制裝置(單元控制器、模組控制器、控制箱、控制模組)30，其係控制系統控制器(系統控制裝置、PCL模組)50之下的分析單元20的各個模組。單元控制器30係包含：第1透鏡控制裝置(控制單元、控制功能、電路、模組) 31，其係控制第1靜電透鏡群43之電位；第2透鏡控制裝置(控制單元)32，其係控制第2靜電透鏡群44之電位；能量過濾器控制裝置(能量過濾器控制單元)33，其係控制能量過濾器28之電位；燈絲控制裝置(燈絲控制單元)34，其係控制燈絲電流及電壓；過濾器控制裝置(四極過濾器控制單元)35，其係控制質量過濾器25之RF及DC電壓；檢測器控制裝置(檢測器控制單元)36，其係控制檢測器並取得檢測電流。本例中，例如：第1靜電透鏡43及第2靜電透鏡44的控制條件設定為與分析單元20取得質譜的條件相同，使通過離子流17，藉由僅變更質量過濾器28的條件，即可可阻斷或釋放流入分析單元20之質量過濾器25的離子流17 。
控制氣體分析裝置1之系統控制裝置(PLC模組)50係包含CPU及記憶體59等電腦資源，藉由下載並執行程式(控制用程式)55來控制氣體分析裝置1。程式55係包含用以使PLC模組50發揮功能之指令，該功能係有：第1模組(第1功能)51，其係在離子流17的通過被阻斷裝置29阻斷的狀態下由分析單元(分析儀)20進行取得第1檢測數據71之處理(第1處理)；第2模組(第2功能)52，其係在離子流17的通過被阻斷裝置29阻斷的狀態 (離子流17的通過經釋放的狀態)下由分析單元20進行取得第2檢測數據72之處理(第2處理)；第3模組(第3功能)53，其係進行輸出包含第2檢測數據71與第1檢測數據72之差值的檢測結果73的處理(第3處理)。
圖4係示意性地呈示質譜(光譜數據，Spectra) 之幾個示例。圖4(a)係並無彎曲並引導離子流之第1離子路徑 17並由傳統型之質量分析裝置所得的檢測結果之一例。亦即，係將離子流17輸入分析單元20而不阻擋電漿19的發光而得到質譜79之一例。可知質譜79的峰寬P1亦寬，偏移量P2亦大，電漿19的發光到達檢測器26引起的雜訊降低所檢測之質譜的精度。
圖4(b)係作為本例之氣體分析裝置1的檢測結果而得的質譜之一例。該質譜78係示意性地呈示在離子流17的通過未被阻斷裝置29阻斷的狀態(釋放狀態)下測定的數據(第2測定數據)72。藉由經分析單元20在第1離子路徑41中非線性地引導離子流17，即可抑制線性進行的電漿19的發光之影響。因此，可知質譜78的峰變得更尖銳(寬度變窄)並且偏移(雜訊基底)量P2減少。更且，在該氣體分析裝置1中，可藉由能量過濾器28來選擇輸入質量過濾器25的離子17的能量。因此，可得到具有更尖銳峰的質譜。
圖4(c)係作為本例之氣體分析裝置1的檢測結果而得到的光譜77，係示意性地呈示在離子流17的通過被阻斷裝置29阻斷的狀態下由分析單元20測定的數據(第1檢測數據)71。亦即，光譜77係在能量過濾器28的條件被設定為所有能量的離子不通過並且光譜77用作阻斷裝置29的狀態下由檢測器26獲得的檢測光譜之一例。在第1離子路徑41中，離子流17被非線性地導向開口27。然而，在包含檢測對象的各種質荷比(m/z)之離子的離子流17在分析單元20，為了供給測量之充分量，離子流17的偏向角度及/或開口27的面積亦有無法優先選擇陰影之情形。特別是，要實現可攜且小型的氣體分析裝置1時，有時會因遮光而無法充分確保離子流17的長度及角度。
而且，氣體分析裝置1之內部中，幾乎總是產生雜散光，未經質量過濾器25過濾的離子有時會到達檢測器26。因此，氣體分析裝置1之固有雜訊總是會出現，並且難以用硬體來阻斷所有雜訊。在氣體分析裝置1中，依據PLC 50的第1模組(功能)51輸入到質量過濾器25的離子流17按照設計經阻斷裝置29阻斷以進行測定。在該製程中所得的數據(第1檢測數據)71可用作氣體分析裝置1中的測定條件固有的雜訊(偏移)。
圖4(d)係呈示第2檢測數據72(圖4(b))與第1檢測數據71(圖4(c))之差值的質譜76，其中，第2檢測數據72係在離子流17未被第2模組52的阻斷裝置29阻斷的狀態下，離子流17由PLC 50的第3模組(功能)53測定，第1檢測數據71係在離子流17經第1模組51之阻斷裝置29阻斷的狀態下取得。從作為第2檢測數據72所得的質譜78，藉由減去作為第1檢測數據71所得之分析裝置1固有的雜訊頻譜(背景頻譜)77，可得到幾乎不受包含偏移的雜訊影響的高精度質譜76，並可將其作為檢測結果73輸出。
圖5係呈示在氣體分析裝置1中輸出消除有偏移(雜訊)的測定結果之處理相關的控制方法之概要。在階段81中 ，判斷第1模組51是否取得與偏移(雜訊)相關的第1檢測數據71。氣體分析裝置1基本上可連續生成離子流17，亦可連續地對該離子流17進行分析、或通過短時間重複實現平均化而間歇地對該離子流17進行分析。因此，在幾乎相同的條件下，可重複進行離子流17經遮掩(阻斷)之狀態下的測定、與離子流17被釋放(未阻斷)的狀態下之測定。與偏移相關的第1檢測數據71係以精度為優先，可在每次取得與質譜相關的第2檢測數據72時取得，在優先測定所需的時間並經過預定的測定次數或時間時、可定期取得，亦可在測定條件變化時、氣體分析裝置1啟動時等限定的時機取得。
在取得第1檢測數據71時，在階段82中，能量過濾器28設定為作為發揮阻斷裝置29之功能的條件，在階段83中，在離子17的通過經能量過濾器28阻斷的狀態下，由分析單元(分析儀)20取得第1檢測數據71。在取得包含偏移之質譜的第2檢測數據72而不是關於偏移(雜訊)的第1檢測數據71時，在階段84中，由第2模組52設定能量過濾器28以在預定條件下對離子流17進行能量分類，在階段85中，關於質譜的第2檢測數據72在離子流17未被阻斷的狀態下由分析單元20取得。更且，在階段86中，從第3模組53輸出從包含偏移所得的第2檢測數據72中減去關於偏移的第1檢測數據71所得的質譜作為檢測結果73。
在該分析裝置1中，電漿19的發光之影響係由彎曲並引導離子流17的第1離子路徑41所抑制，第2檢測數據72中包含的質譜78的峰值尖銳，偏移量亦小。因此，藉由幾乎單純地減去通過阻斷離子流17所得的第1檢測數據71中包含的有限背景資訊，無需經過複雜的處理，即可用更尖銳、更小的偏移量得到更清晰的質譜。
圖6係呈示氣體分析裝置1的幾個不同例。圖6(a)所示的氣體分析裝置1，代替靜電透鏡組，使用控制離子流17的路徑(第1離子路徑)41的離子引導裝置(引導單元)45所構成之例。該引導單元45係包含構成離子路徑41之周圍的例如圓筒狀的電極47、與配置在其內部的偏向用電極46a及46b。要引導之對象的離子帶正電時，圓筒狀之周邊電極47維持在正電位，例如保持在100V左右，偏向用電極46a及46b維持在接地電位，例如維持在0V。離子流17的方向沿著由該等電極所構成之電場來控制，在圖式上，以非線性方式上下移動並彎曲兩次以被引導至分析單元20的開口27。因此，離子流17可從屬於離子化裝置10的電漿生成裝置11的腔室出口18非線性地引導至分析單元20的入口的開口27，以抑制線性進行的電漿光之影響。
圖6(b)所示之氣體分析裝置1，係將配置在離子路徑41中的能量過濾器28，離子流17從屬於離子化裝置10之電漿生成裝置11的腔室出口18形成非線性引導的電場之裝置， 作為阻斷離子流17的阻斷裝置29發揮作用的裝置。如上所述，容器箱型之能量過濾器28係由配置在圓筒電極與圓筒電極之中心部的圓板型電極、與配置在圓筒電極兩端之電極所構成，離子流17以非線性方式引導，從而避開配置在圓筒電極中心的圓板型電極。通常，離子流17係從能量過濾器28的入口朝向出口，以彎曲的流徑通過能量過濾器28，從而繞過圓板型電極的周邊。因此，配置在圓筒電極中心之圓板型電極可阻斷電漿生成時產生的軟X射線及氣體離子化時產生的光直接入射到檢測器26。因此，即使在該等構成的氣體分析裝置1中，藉由以非線性方式引導離子流17，亦可抑制電漿生成裝置11中產生的光之影響。更且，藉由在離子流17被阻斷的狀態下測定偏移(雜訊)，可有效地去除剩餘的雜訊成分，可輸出精度更高的質譜作為檢測結果。
另外，在上述中，說明採用四極型作為氣體分析單元20的質量過濾器25之例，質量過濾器25可為離子阱、威恩過濾器等其它型式。
而且，以上雖對本發明之特定的實施型態進行說明，惟本領域技術人員可在不脫離本發明的範圍及精神的前提下，想到各種其它實施型態及變型，此類其他實施型態及變型成為以下申請專利範圍之對象，本發明係由以下申請專利範圍所限定者。
1:氣體分析裝置
2a:部殼體
2b:側面板
3a:試樣入口
3b:試樣入口
4:端口
9:試樣氣體
10:離子化單元(離子生成單元)、離子化裝置
11:電漿生成單元(電漿生成裝置)
12:腔室(試樣室)
12a:壁體構造
13:高頻供給裝置(RF供給機構)、RF供給裝置
15:燈絲(EI離子源)
16:電漿控制器
16a:匹配控制單元
16b:點燃的功能(點燃單元)
17:離子(離子流)
18:腔室出口
19:電漿(微電漿)
20:分析儀(分析單元)
25:過濾器單元、質量過濾器、四極桿
25a:電極(HyperQuad)
26:檢測器單元、離子檢測器(檢測器)
27:分析儀(分析單元)20的入口、開口
27a:障壁
28:能量過濾器
29:阻斷裝置
30:控制裝置(單元控制器、模組控制器、控制箱、控制模組)
31:第1鏡頭控制裝置(控制單元、控制功能、電路、模組)
32:第2透鏡控制裝置(控制單元)
33:能量過濾器控制裝置(能量過濾器控制單元)
34:燈絲控制裝置(燈絲控制單元)
35:過濾器控制裝置(四極過濾器控制單元)
36:檢測器控制裝置(檢測器控制單元)
40:真空容器、殼體
41:第1離子路徑
42:第2離子路徑
43:第1靜電透鏡群
44:第2靜電透鏡群
45:離子引導裝置(引導單元)45
46a:偏向用電極
46b:偏向用電極
47:電極
50:系統控制器(可編程邏輯控制器，PLC模組)
51:第1模組(第1功能)
52:第2模組(第2功能)
53:第3模組(第3功能)
55:執行程式(控制用程式)
59:記憶體
60:排氣系統
61:渦輪分子泵、多段TMP
62:魯氏泵(抽吸段、拖曳段)
71:第1檢測數據
72:第2檢測數據
73:檢測結果
76:質譜
77:光譜
78:質譜
79:質譜
81:階段
82:階段
83:階段
84:階段
85:階段
86:階段
100:製程監視器、製程
101:製程室
103a:閥門
103b:閥門
105:製程控制器
P1:峰寬
P2:偏移量
[圖1]係呈示氣體分析裝置之一例的外觀之透視圖，圖1(a)表示右前方，圖1(b)表示左前方。
[圖2]係展開氣體分析裝置之殼體並呈示內部的概略構成之透視圖。
[圖3]係呈示氣體分析裝置之概略構成的框圖。
[圖4]係呈示由氣體分析裝置所得之數據的一些例之圖。
[圖5]係呈示氣體分析裝置之控制方法的概要之流程圖
[圖6]係呈示氣體分析裝置之其它例的概略構成圖。
1:氣體分析裝置
3a:試樣入口
3b:試樣入口
9:試樣氣體
10:離子化單元(離子生成單元)、離子化裝置
11:電漿生成單元(電漿生成裝置)
12:腔室(試樣室)
12a:壁體構造
13:高頻供給裝置(RF供給機構)、RF供給裝置
15:燈絲(EI離子源)
16:電漿控制器
16a:匹配控制單元
16b:點燃的功能(點燃單元)
17:離子(離子流)
18:腔室出口
19:電漿(微電漿)
20:分析儀(分析單元)
25:過濾器單元、質量過濾器、四極桿
25a:電極(HyperQuad)
25b:
26:檢測器單元、離子檢測器(檢測器)
27:分析儀(分析單元)20的入口、開口
27a:障壁
28:能量過濾器
29:阻斷裝置
30:控制裝置(單元控制器、模組控制器、控制箱、控制模組)
31:第1鏡頭控制裝置(控制單元、控制功能、電路、模組)
32:第2透鏡控制裝置(控制單元)
33:能量過濾器控制裝置(能量過濾器控制單元)
34:燈絲控制裝置(燈絲控制單元)
35:過濾器控制裝置(四極過濾器控制單元)
36:檢測器控制裝置(檢測器控制單元)
40:真空容器、殼體
41:第1離子路徑
42:第2離子路徑
43:第1靜電透鏡群
44:第2靜電透鏡群
50:系統控制器(可編程邏輯控制器，PLC模組)
51:第1模組(第1功能)
52:第2模組(第2功能)
53:第3模組(第3功能)
55:執行程式(控制用程式)
59:記憶體
60:排氣系統
61:渦輪分子泵、多段TMP
62:魯氏泵(抽吸段、拖曳段)
71:第1檢測數據
72:第2檢測數據
73:檢測結果
100:製程監視器、製程
101:製程室
103a:閥門
103b:閥門
105:製程控制器
Claims (10)
- 一種氣體分析裝置之控制方法，該氣體分析裝置係具有： 離子化裝置，產生試樣氣體之離子流、 分析儀，連續性或間歇性分析從上述離子化裝置供給之上述離子流、 第1離子路徑，將上述離子流非線性地從上述離子化裝置導入上述分析儀入口，以及 阻斷裝置，經由電場或磁場間歇性阻斷及釋放上述離子流路徑之至少部分路徑之上述離子流，該離子流路徑係介由上述第1離子路徑到達上述分析儀之濾質器， 該控制方法係具有： 在上述離子流的通過經上述阻斷裝置阻斷的狀態下，經上述分析儀取得第1檢測數據； 在上述離子流的通過經上述阻斷裝置釋放的狀態下，經上述分析儀取得第2檢測數據； 輸出包含上述第2檢測數據與上述第1檢測數據之差值的檢測結果。
- 如請求項1之方法，其中上述第1檢測數據及上述第2檢測數據包含光譜數據。
- 一種氣體分析裝置，其具有： 離子化裝置，產生試樣氣體之離子流、 分析儀，連續性或間歇性分析從上述離子化裝置供給之離子流、 第1離子路徑，將上述離子流非線性地從上述離子化裝置導入上述分析儀入口，以及 阻斷裝置，經由電場或磁場間歇地阻斷及釋放上述離子流路徑之至少部分路徑之上述離子流，該離子流路徑係介由上述第1離子路徑到達上述分析儀之濾質器。
- 如請求項3之氣體分析裝置，其中上述離子化裝置係包含將上述試樣氣體進行電漿化之裝置。
- 如請求項4之氣體分析裝置，其中上述離子化裝置包含： 試樣室，包含介電質之壁體構造並減壓，且上述試樣氣體從監測對象之製程流入、 高頻供給裝置，經由電場及磁場之至少任一者介由上述介電質之壁體構造在上述試樣室內產生電漿、 電漿控制器，控制由上述高頻供給裝置所供給之高頻頻率及電力， 上述第1離子路徑係包含連接上述試樣室出口與上述分析儀入口的路徑。
- 如請求項5之氣體分析裝置，其中上述電漿控制器係包含改變由上述高頻供給裝置所供給之高頻的頻率以點燃上述試樣室內之電漿的功能。
- 如請求項3至6中任一項之氣體分析裝置，其中上述阻斷裝置係包含阻斷電位產生裝置及能量過濾器之任一者。
- 如請求項3至7中任一項之氣體分析裝置，其進一步具有控制該氣體分析裝置之控制裝置，上述控制裝置係包含： 第1功能：在上述離子流的通過經上述阻斷裝置阻斷的狀態下，經上述分析儀取得第1檢測數據、 第2功能：在上述離子流的通過經上述阻斷裝置釋放的狀態下，經上述分析儀取得第2檢測數據、 第3功能：輸出包含上述第2檢測數據與上述第1檢測數據之差值的檢測結果。
- 一種系統，係具有請求項3至7中任一項之氣體分析裝置、與執行控制上述氣體分析裝置之程式的控制裝置，其中上述控制程式係包含執行下述者之指令： 在上述離子流的通過經上述阻斷裝置阻斷的狀態下，經上述分析儀取得第1檢測數據； 在上述離子流的通過經上述阻斷裝置釋放的狀態下，經上述分析儀取得第2檢測數據； 輸出包含上述第2檢測數據與上述第1檢測數據之差值的檢測結果。
- 一種程式，係請求項3至7中任一項之氣體分析裝置的控制用程式，其具有執行包含下述者之指令： 在上述離子流的通過經上述阻斷裝置阻斷的狀態下，經上述分析儀取得第1檢測數據； 在上述離子流的通過經上述阻斷裝置釋放的狀態下，經上述分析儀取得第2檢測數據； 輸出包含上述第2檢測數據與上述第1檢測數據之差值的檢測結果。
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