TWI442041B - 氣體分析器、氣體分析器修正方法、及氣體分析器用修正程式之記憶媒體 - Google Patents

氣體分析器、氣體分析器修正方法、及氣體分析器用修正程式之記憶媒體 Download PDF

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Hirokazu Kitaura
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Horiba Stec Co
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Description

氣體分析器、氣體分析器修正方法、及氣體分析器用修正程式 之記憶媒體
本發明係關於氣體分析器，特別是關於利用四極質譜儀等之氣體分析器測定值修正方法。
已知此種殘餘氣體分析器具備感測器單元與裝置本體而成，感測器單元具有包含離子化部、質量分析部與檢測部之感測器部及交流產生器部，裝置本體以纜線連接此感測器單元(參照例如非專利文獻1)。
又依此殘餘氣體分析器，首先，自高溫絲極發射之熱電子影響導入離子化部之殘餘氣體而將其離子化。以透鏡加速‧收斂產生之離子，將其導往質量分析部。在質量分析部中對例如4條圓柱形電極(四極)施加直流及交流電壓以篩選離子。作為電流以檢測部之法拉第杯檢測分離之離子。此離子電流會隨殘餘氣體量(分壓)變化，故可高精度測定殘餘氣體。
然而存在有下列問題，四極質量分析器之離子電流與殘餘氣體量(分壓)成一比例增加時，周圍氣體壓力一旦昇高，飛行於四極部內之離子與氣體之碰撞機率即會增加而導致離子難以到達檢測部，且因空間電荷之影響等檢測敏感度會變化。因此，四極部配置之周圍氣體壓力一旦高於既定值(例如約1×10-2 ~1×10-1 Pa)，離子電流之增加即會變鈍。因此，離子電流一旦超過峰值即會減少(參照圖6)。
另一方面，一旦縮短構成四極部之圓柱形電極，即使周圍氣體壓力高通過四極部內之離子與氣體之碰撞機率亦小，周圍氣體壓力即使在該既定值以上亦可進行測定。
然而存在有一旦縮短圓柱形電極解析度即會降低之問題。
又，如專利文獻1所示，自以往即有一氣體分析器，在離子化部附近設置用以測定全壓之全壓測定部(於專利文獻1中為符號11)，利用離子化部附近之全壓修正係測定值之分壓。
然而，如此者中有一問題，即用於修正之全壓測定值若不正 確，即使利用此全壓修正分壓，亦無法進行正確之修正。實際上如此測定之全壓亦如上述，周圍氣體壓力一旦高於既定值(約1×10-1 ~1Pa)，周圍氣體壓力之變化即不成一比例。存在有特別是全壓一旦超過峰值即無法利用全壓修正分壓之問題。
非專利文獻1：池田亨，「專輯論文超小型殘餘氣體分析器PressureMaster RGA系列」，HORIBA Technical Reports，堀場製作所股份公司，2004年3月，第28冊，p.12-15
專利文獻1：日本特開平11-31473號公報
在此，為一舉解決上述問題點，本發明之主要課題係期望其可維持解析度並可在測定值不與周圍氣體壓力之變化成一比例增加之區域進行修正。
亦即依本發明之氣體分析器其特徵在於包含：離子化部，用以離子化試樣氣體；第1離子檢測部及第2離子檢測部，夾著該離子化部而設置，俾使自該離子化部起算之距離相互不同以檢測來自該離子化部之離子；過濾器部，設在該離子化部及該第1離子檢測部之間，選擇性地使來自該離子化部之離子通過；及運算裝置，利用藉由該第1離子檢測部所得之試樣氣體第1全壓及藉由該第2離子檢測部所得之試樣氣體第2全壓修正藉由該第1離子檢測部所得之由該過濾器部所選擇之特定成分分壓。
若如此，利用藉由自離子化部起算之距離不同之第1離子檢測部及第2離子檢測部所得之試樣氣體第1全壓及第2全壓修正選擇離子之分壓，故可維持解析度並即使在如相對於例如周圍氣體壓力之上昇二離子檢測部測定值超過峰值而減少之壓力區域亦可進行修正。亦即可使自以往可測定分壓之極限值(分壓測定極 限值)盡量朝高壓側偏移。且其係將過濾器部配置在第1離子檢測部與離子化部之間之構造，故只要在利用四極質譜儀等質量分析法之習知之氣體分析器之構成中使第2離子檢測部因與第1離子檢測部之關係夾著離子化部而設置即可，故可直接使用既存之氣體分析器。
可考慮使該運算裝置利用該第1全壓與該第2全壓比修正該分壓以作為具體之修正方法。
且使用上述氣體分析器之測定結果修正方法其特徵在於包含：第1全壓測定步驟，藉由該第1離子檢測部測定該試樣氣體第1全壓；第2全壓測定步驟，藉由該第2離子檢測部測定該試樣氣體第2全壓；分壓測定步驟，藉由該第1離子檢測部測定由該過濾器部所選擇之選擇離子分壓；及修正步驟，利用該第1全壓及該第2全壓修正該分壓。
且本發明之氣體分析器用修正程式係藉由一種氣體分析器實行，該氣體分析器包含：離子化部，用以離子化試樣氣體；第1離子檢測部及第2離子檢測部，夾著該離子化部而設置，俾使自該離子化部起算之距離相互不同以檢測來自該離子化部之離子；過濾器部，設在該離子化部及該第1離子檢測部之間，選擇性地使來自該離子化部之離子通過；及運算裝置；且該氣體分析器用修正程式之特徵在於該運算裝置中具有下列功能：利用藉由該第1離子檢測部所得之試樣氣體第1全壓及藉由該第2離子檢測部所得之試樣氣體第2全壓修正藉由該第1離子檢測部所得之由該過濾器部所選擇之特定成分分壓。
本發明之氣體分析器用運算裝置係用於一種氣體分析器中，該氣體分析器包含：離子化部，用以離子化試樣氣體；第1離子檢測部及第2離子檢測部，夾著該離子化部而設置，俾使自該離子化部起算之距離相互不同以檢測來自該離子化部之離子；及過濾器部，設在該離子化部及該第1離子檢測部之間，選擇性地使來自該離子化部之離子通過；且該氣體分析器用運算裝置之特徵在於：利用藉由該第1離子檢測部所得之試樣氣體第1全壓及藉由該第2離子檢測部所得之試樣氣體第2全壓修正藉由該第1離子檢測部所得之由該過濾器部所選擇之特定成分分壓。
且若係使用本發明氣體分析器之半導體製造裝置即可適當進行半導體製造。具體而言，本發明之氣體分析器可適當用於濺鍍或真空蒸鍍中特定氣體之監控或濺鍍或真空蒸鍍後殘餘氣體之測定。且亦可適當用於蝕刻後、CVD後或是腔室清洗後殘餘氣體之測定。
依如此構成，本發明可維持解析度並可在測定值不與周圍氣體壓力之變化成一比例增加之區域進行修正。
 實施發明之最佳形態
以下參照圖式說明關於本發明一實施形態。又，圖1係顯示依本實施形態之氣體分析器1之示意構成圖。圖2係感測器部21內部構成圖。
＜裝置構成＞
依本實施形態之氣體分析器1係用於例如半導體製程中及裝置清洗後真空腔室100內之氣體監視器，如圖1所示，其包含：感測器單元2，包含偵測真空腔室100內製程氣體或是殘餘氣 體等試樣氣體之感測器部21；及運算裝置3，控制該感測器部21並根據該感測器部21之輸出進行殘餘氣體之分析處理等。
以下說明關於各部2、3。
如圖1所示，感測器單元2包含感測器部21與設於該感測器部21後端部之交流產生器部22等。且連接運算裝置3與該感測器單元2之纜線CA連接交流產生器部22後端部。
如圖2所示，感測器部21具有安裝於真空腔室100時用以導入真空腔室100內殘餘氣體之氣體導入口(未圖示)，並包含：離子化部211，將自該氣體導入口導入感測器部21內之係試樣氣體之殘餘氣體加以離子化；第1離子檢測部212及第2離子檢測部213，夾著該離子化部211而設置，俾使自該離子化部211起算之距離相互不同，以檢測來自該離子化部211之離子；及四極部214，設於該離子化部211及該第1離子檢測部212之間，作為過濾器部選擇性使來自該離子化部211之離子通過。
離子化部211內部具有絲極，藉由自絲極發射之熱電子離子化試樣氣體。又，藉由第1抽出電極215或是第2抽出電極216抽出由離子化部211所產生之離子。第1抽出電極215及第2抽出電極216皆由單一或是複數電極構成。第1抽出電極215設於離子化部211與四極部214之間，將由離子化部211所產生之離子朝四極部214及第1離子檢測部212側抽出並加速‧收斂此離子。第2抽出電極216設於離子化部211與第2離子檢測部213之間，將由離子化部211所產生之離子朝第2離子檢測部213側抽出並加速‧收斂此離子。
四極部214按照離子之電荷質量比分離由第1抽出電極215所加速‧收斂之離子束。具體而言，四極部214由以90∘間隔配置之2組對向電極(圓柱形電極)所構成，對向者彼此係同電位，且在分別差90∘各組之間施加重疊有直流電壓U與高頻電壓Vcosωt之電壓，使其U/V比一定並變化V，按照(質量/電荷數) 比選擇入射至此對向電極內之離子並使其通過。
第1離子檢測部212係捕捉由四極部214所分離之離子並作為離子電流加以檢測之法拉第杯。具體而言，第1離子檢測部212係用以檢測由四極部214所分離之特定成分離子，檢測此特定成分試樣氣體中分壓PP1 。且其係用以檢測所有由離子化部211離子化之試樣氣體離子，並檢測試樣氣體全壓TP1 。
第2離子檢測部213係捕捉藉由第2抽出電極216使其收斂之離子並作為離子電流加以檢測之法拉第杯。具體而言，第2離子檢測部213係用以檢測所有離子化之離子並檢測試樣氣體全壓TP2 。
說明關於第1離子檢測部212及第2離子檢測部213之具體配置態樣。
如上述，第1離子檢測部212及第2離子檢測部213夾著離子化部211並與離子化部211對向而設置。亦即第1離子檢測部212相對於四極部214設置於該離子化部211之相反側。該第2離子檢測部213相對於該離子化部211設置於該四極部214之相反側。又，離子化部211、四極部214、第1離子檢測部212及第2離子檢測部213配置於一直線上。且自離子化部211起算之距離X相互不同而配置。詳細來說，自離子化部211起至第1離子檢測部212止之距離X1大於自離子化部211起至第2離子檢測部213止之距離X2而配置。
交流產生器部22將以該第1離子檢測部212及第2離子檢測部213檢測之離子電流轉換為顯示電壓值之數位電壓訊號，輸出此電壓訊號至運算裝置3。
運算裝置3(裝置本體)內建有搭載CPU或內部記憶體等之電路部(未圖示)，按照記憶於此內部記憶體之程式使該CPU或周邊設備作動，該運算裝置3根據該感測器部21之輸出進行試樣氣體之分析處理等。
以下具體說明運算裝置3並說明關於試樣氣體中特定成分之分壓PP1 、試樣氣體之全壓TP1 之修正方法。
＜第1全壓測定步驟＞
第1全壓測定步驟係藉由第1離子檢測部212檢測由離子化部211所產生之離子以測定試樣氣體之第1全壓TP1 之步驟。亦即運算裝置3為將所有由離子化部211所產生之試樣氣體離子導往第1離子檢測部212而控制未圖示之電源，俾使對第1抽出電極215施加電壓並對四極部214及第2抽出電極216不施加電壓。藉此藉由第1離子檢測部212檢測所有產生之離子。又，藉由交流產生器部22將來自第1離子檢測部212之離子電流轉換為數位電壓訊號以輸出至運算裝置3。且運算裝置3接收數位電壓訊號以計算第1全壓TP1 並將此第1全壓資料收納於未圖示之收納部。
＜第2全壓測定步驟＞
第2全壓測定步驟係藉由第2離子檢測部213檢測由離子化部211所產生之離子以測定試樣氣體之第2全壓TP2 之步驟。亦即運算裝置3為將所有由離子化部211所產生之試樣氣體離子導往第2離子檢測部213而控制未圖示之電源，俾使對第2抽出電極216施加電壓並對第1抽出電極215及四極部214不施加電壓。藉此藉由第2離子檢測部213檢測所有產生之離子。又，藉由交流產生器部22將來自第2離子檢測部213之離子電流轉換為數位電壓訊號以輸出至運算裝置3。且運算裝置3接收數位電壓訊號以計算第2全壓TP2 並將此第2全壓資料收納於未圖示之收納部。
＜分壓測定步驟＞
分壓測定步驟係藉由第1離子檢測部212僅檢測所產生之離子中特定成分之離子(選擇離子)以測定此特定成分分壓PP1 之步驟。亦即運算裝置3為將所有由離子化部211所產生之試樣氣體離子導往四極部214而控制電源，俾使對第1抽出電極215施加電壓並藉由四極部214僅使所有離子內特定成分之離子通過四極部214。藉此藉由第1離子檢測部212僅檢測特定成分之離子。又，藉由交流產生器部22將來自第1離子檢測部212之離子電流轉換為數位電壓訊號以輸出至運算裝置3。且運算裝置3接收數位電壓訊號以計算特定成分分壓PP1 並將此特定成分分壓資料收納 於未圖示之收納部。
又，進行上述第1全壓測定步驟、第2全壓測定步驟及分壓測定步驟之順序不限於上述，以任何順序進行皆可。
＜修正步驟＞
修正步驟係修正藉由該分壓測定步驟所計算之特性成分分壓PP1 及藉由第1全壓測定步驟所計算之試樣氣體全壓TP1 之步驟。具體而言，運算裝置3利用藉由該第1全壓步驟所得之第1全壓TP1 與藉由該第2全壓步驟所得之第2全壓TP2 比(TP2 /TP1 或是TP1 /TP2 )、自離子化部211起至第1離子檢測部212止之距離X1及自離子化部211起至第2離子檢測部213止之距離X2，藉由以下方程式修正分壓PP1 。又，方程式中PP0 顯示修正後分壓。
[數式1]
PP 0 =PP 1 ×α
α係「由X 1、X 2、所構成之函數」
在此顯示X1係自離子化部211起至第1離子檢測部212止之距離，X2係自離子化部211起至第2離子檢測部213止之距離。
更具體而言，藉由以下方程式修正分壓PP1 。
[數式2]
且運算裝置3藉由以下方程式修正全壓TP1 。又，方程式中TP0 顯示修正後全壓。
[數式3]
TP 0 =TP 1 ×β
β係「由X 1、X 2、所構成之函數」
在此顯示X1係自離子化部211起至第1離子檢測部212止之距離，X2係自離子化部211起至第2離子檢測部213止之距離。
更具體而言，藉由以下方程式修正全壓TP1 。
[數式4]
又，運算裝置3將如此修正之特定成分分壓PP0 及試樣氣體全壓TP0 對未圖示之顯示部加以輸出等。
其次使用本實施形態之氣體分析器1顯示關於測定包含於試樣氣體之N2 及Ar時之測定結果於圖3及圖4。
圖3係顯示包含於試樣氣體中之氮氣(N2 )分壓PP1 之修正結果圖。自圖3可知在第1全壓TP1 及第2全壓TP2 之增加變鈍之壓力範圍(約0.6~102 Pa)，特別是第1全壓TP1 及第2全壓TP2 之測定值超過波峰之壓力範圍(約1Pa~102 Pa)試樣氣體中N2 之分壓PP1 受到修正。又，在第1全壓TP1 及第2全壓TP2 幾乎相等之(TP2 /TP1 ≒1)壓力範圍(10-7 ~0.6Pa)測定值PP1 與實際壓力成一比例隨比例增加故無需修正。
且圖4係顯示包含於試樣氣體中之氬氣(Ar)分壓PP1 修正結果圖。自圖4可知在第1全壓TP1 及第2全壓TP2 之增加變鈍之壓力範圍(約10-1 ~102 Pa)，特別是第1全壓TP1 及第2全壓TP2 之測定值超過波峰之壓力範圍(約1Pa~102 Pa)試樣氣體中Ar之分壓PP1 受到修正。
＜本實施形態之效果＞
依如此構成之依本實施形態之氣體分析器1，利用藉由自離子化部211起算之距離X不同之第1離子檢測部212及第2離子檢測部213所得之第1全壓TP1 及第2全壓TP2 修正特定成分分壓PP1 ，故可維持解析度，且即使在例如相對於周圍氣體壓力之上昇，二離子檢測部212、213測定值超過峰值而減少之壓力區域(約1Pa~102 Pa)亦可進行修正。亦即可使自以往可測定分壓之極限值(分壓測定極限值)盡量朝高壓側偏移。
且第1離子檢測部212兼為試樣氣體全壓TP1 測定用及特定成分分壓PP1 測定用，再加上其為四極部214配置於第1離子檢測部212與離子化部211之間之構造，故可簡單化裝置構成，且只要在利用四極質譜儀之習知之氣體分析器1構成中使第2離子 檢測部213因與第1離子檢測部212之關係夾著離子化部211而設置即可，故可直接使用既存之氣體分析器1。
＜其他變形實施形態＞
又，本發明不限於該實施形態。以下說明中對對應該實施形態之構件賦予同一符號。
例如該實施形態中第1離子檢測部212及第2離子檢測部213雖與離子化部211、四極部214配置於一直線上，但若第2離子檢測部213因與第1離子檢測部212之關係夾入離子化部211而配置，即例如圖5所示其配置態樣不限於該實施形態。
且除法拉第杯外亦可使用二次電子倍增器(Secondary electron multiplier)於離子檢測部。如此即可更提昇檢測敏感度。
且亦可在測定未知試樣氣體時預先資料庫化裂解譜圖，藉由參照此資料庫鑑別包含於試樣氣體之特定成分，以修正測定之分壓PP1 。
且該實施形態中雖使用四極部作為過濾器部但除此之外亦可係扇形磁場型、電場磁場雙聚焦型、飛行時間型等離子滲透型者。且亦可係組合此等者。
除此之外亦可適當組合上述之實施形態或變形實施形態一部分或是全部，本發明當然不限於該實施形態，可在不超出其宗旨之範圍內進行各種變形。
【產業上利用性】
藉由本發明可維持解析度並在測定值不與周圍氣體壓力之變化成一比例增加之區域進行修正。
1‧‧‧氣體分析器
2‧‧‧感測器單元
21‧‧‧感測器部
22‧‧‧交流產生器部
3‧‧‧運算裝置
100‧‧‧真空腔室
211‧‧‧離子化部
212‧‧‧第1離子檢測部
213‧‧‧第2離子檢測部
214‧‧‧四極部
215‧‧‧第1抽出電極
216‧‧‧第2抽出電極
CA‧‧‧纜線
圖1係依本發明一實施形態之氣體分析器示意構成圖。
圖2係同一實施形態中感測器部之內部構成圖。
圖3係顯示測定包含於試樣氣體之N2 分壓時之修正結果圖。
圖4係顯示測定包含於試樣氣體之Ar分壓時之修正結果圖。
圖5係依變形實施形態之感測器部內部構成圖。
圖6係顯示習知氣體分析器測定結果圖。
1‧‧‧氣體分析器
2‧‧‧感測器單元
21‧‧‧感測器部
22‧‧‧交流產生器部
3‧‧‧運算裝置
100‧‧‧真空腔室
CA‧‧‧纜線

Claims (6)

  1. 一種氣體分析器，包含：離子化部，用以離子化試樣氣體；第1離子檢測部及第2離子檢測部，夾著該離子化部而設置，俾使自該離子化部起算之距離相互不同，以檢測來自該離子化部之離子；過濾器部，設在該離子化部及該第1離子檢測部之間，選擇性地使來自該離子化部之離子通過；及運算裝置，利用藉由該第1離子檢測部所得之試樣氣體的第1全壓及藉由該第2離子檢測部所得之試樣氣體的第2全壓，修正藉由該第1離子檢測部所得之由該過濾器部所選擇之特定成分的分壓。
  2. 如申請專利範圍第1項之氣體分析器，其中該運算裝置利用該第1全壓與該第2全壓之比例修正該分壓。
  3. 一種氣體分析器修正方法，包含：離子化部，用以離子化試樣氣體；第1離子檢測部及第2離子檢測部，夾著該離子化部而設置，俾使自該離子化部起算之距離相互不同，以檢測來自該離子化部之離子；過濾器部，設在該離子化部及該第1離子檢測部之間，選擇性地使該離子化之離子通過；及運算裝置，接收來自該第1離子檢測部及第2離子檢測部之檢測訊號，以分析該試樣氣體；且該氣體分析器修正方法之特徵在於包含：第1全壓測定步驟，藉由該第1離子檢測部測定該試樣氣體的第1全壓；第2全壓測定步驟，藉由該第2離子檢測部測定該試樣氣體的第2全壓；分壓測定步驟，藉由該第1離子檢測部測定由該過濾器部所選擇之特定成分的分壓；及 修正步驟，利用該第1全壓及該第2全壓修正該分壓。
  4. 如申請專利範圍第3項之氣體分析器修正方法，其中利用該第1全壓與該第2全壓之比例於該修正步驟中修正該分壓。
  5. 一種氣體分析器用修正程式之記憶媒體，記憶有氣體分析器用修正程式，其藉由一種氣體分析器實行，該氣體分析器包含：離子化部，用以離子化試樣氣體；第1離子檢測部及第2離子檢測部，夾著該離子化部而設置，俾使自該離子化部起算之距離相互不同，以檢測來自該離子化部之離子；過濾器部，設在該離子化部及該第1離子檢測部之間，選擇性地使來自該離子化部之離子通過；及運算裝置；且該氣體分析器用修正程式之特徵在於該運算裝置中具有下列功能：利用藉由該第1離子檢測部所得之試樣氣體的第1全壓及藉由該第2離子檢測部所得之試樣氣體的第2全壓修正藉由該第1離子檢測部所得之由該過濾器部所選擇之特定成分的分壓。
  6. 一種氣體分析器用運算裝置，用於一種氣體分析器中，該氣體分析器包含：離子化部，用以離子化試樣氣體；第1離子檢測部及第2離子檢測部，夾著該離子化部而設置，俾使自該離子化部起算之距離相互不同，以檢測來自該離子化部之離子；及過濾器部，設在該離子化部及該第1離子檢測部之間，選擇性地使來自該離子化部之離子通過；且該氣體分析器用運算裝置之特徵在於：利用藉由該第1離子檢測部所得之試樣氣體的第1全壓及藉由該第2離子檢測部所得之試樣氣體的第2全壓，修正藉由該第1離子檢測部所得之由該過濾器部所選擇之特定成分的分壓。
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