TWI838493B - 氣體分析裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種氣體分析裝置(1)，係具有：
具備介電性之壁體構造(12)並僅測定對象之樣氣(9)流入之樣品室(11)、
介由介電性之壁體構造經電場及/或磁場在經減壓之樣品室內生成電漿(18)的電漿生成機構(13)、以及，
介由所生成之電漿分析樣氣的分析單元(21)。
本發明亦可提供一種氣體分析裝置，即使為包含腐蝕性的氣體之樣氣，亦可長時間且準確地進行分析。
Description
本發明係有關一種氣體分析裝置。
在日本特開2017-107816號公報中揭示一種技術，其係有關提供可確保長壽命之熱電子發射用燈絲、以及使用該熱電子發射用燈絲之質量分析裝置的分析精度者。因此，揭示：一種熱電子發射用燈絲，其具備電流流過的芯材與形成為覆蓋上述芯材的表面之電子發射層，其中上述電子發射層具有實質上阻擋氣體的緻密度。
在日本特開2016-27327號公報中記載，輝光放電發光分析裝置(GD-OES ：Glow discharge optical emission spectrometry)中，試樣架係具備具有試料固定面之電極(第2電極)與內側配置有試料固定面之外筒部及內筒部(連接部)。輝光放電管之開口部與試料分離的情況下，內管部之開口端與開口部的周邊接觸。將連通的輝光放電管與外筒部及內筒部之內部減壓，並供給氬氣。接著，記載著使內筒部相對於外筒部移動，使試料接近輝光放電管之陽極(第1電極)的圓筒部(端部)的前端，使冷媒在流徑(冷卻部)中流動以冷卻試料，並將電壓施加到電極以進行輝光放電發光分析。
需要一種具有更長壽命，且即使為包含腐蝕性氣體之樣氣亦可在長時間內精度佳地分析的氣體分析裝置。
本發明之一態樣係一種氣體分析裝置，係具有：具備介電性之壁體構造，僅測定對象之樣氣流入之樣品室、介由介電性之壁體構造經電場及/或磁場在經減壓之樣品室內生成電漿的電漿生成機構、以及介由所生成之電漿分析樣氣的分析單元。在該氣體分析裝置，由於在僅測定對象之樣氣流入之樣品室生成電漿，因此無需使用用以生成輝光放電用之氬氣或電漿炬之氬氣等樣氣以外的氣體而可生成電漿。因此，介由經分析單元所生成的電漿分析樣氣，即可精度更佳且定量地測定樣氣中所含的成分。
而且，樣品室中，介由介電性之壁體構造並藉由使用電場及/或磁場生成電漿，即可消除輝光放電用的陰極及熱電發射用的燈絲等對腐蝕耐性低的零件。因此，可提供一種即使為包含腐蝕性氣體之樣氣，亦可長時間且精度優異地分析之氣體分析裝置。
氣體分析裝置係可具備氣體輸入單元，該氣體輸入單元係僅使來自製程的樣氣流入樣品室之構成。來自製程，尤其是來自包含蝕刻、膜生成等電漿製程之製程的樣氣而無需氬氣等輔助即可容易生成電漿之該氣體分析裝置所適用的應用之一。
介電性之壁體構造係可包含石英(Quartz)、氧化鋁(Al2
O3
)以及氮化矽(SiN3
)之至少任1者。電漿生成機構係可包含由感應耦合電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)、介質阻擋放電(DBD：Dielectric Barrier Discharge)以及電子迴旋共振(ECR：Electron Cyclotron Resonance)之至少任1種而產生電漿之機構。
樣品室可為小型化之微型室。可在與大型製程室不同的小型室內生成穩定的測定用電漿。例如：樣品室之全長為1-100mm，直徑可為1-100mm。全長直徑可為5mm以上(包含5mm)，可為10mm以上(包含10mm)，可為80mm以下(包含80mm)，可為50mm以下(包含50mm)，可為30mm以下(包含30mm)。樣品室之容量可為1mm3
以上(包含1mm3
)，可為105
mm3
以下(包含105
mm3
)。樣品室之容量可為10mm3
以上(包含10mm3
)，可為30mm3
以上(包含30mm3
)，可為100mm3
以上(包含100mm3
)。樣品室之容量可為104
mm3
以下(包含104
mm3
)，可為103
mm3
以下(包含103
mm3
)。
分析單元可為光學地檢測在樣品室內生成之電漿的發光之發光分析單元。發光分析單元可具備光譜儀。分析單元可包含將電漿中之離子化氣體進行過濾之濾器單元、與將經過濾之離子進行檢測之檢測器單元。氣體分析裝置可進一步具有配置在濾器單元與樣品室之間的能量過濾器。
本發明之其它態樣之一係具有上述氣體分析裝置之製程監測裝置。該監測裝置係包含與製程室不同的樣品室，可生成與製程室內生成之製程電漿不同電漿的樣品室。因此，與測定製程室內生成之製程電漿的以往製程監測器(電漿製程監測器)不同，生成適於氣體分析之條件的電漿，可精度良好地監測製程室內之氣體狀態。
本發明之進一步不同的其它態樣之一係一種系統，其具有上述氣體分析裝置、與實施電漿製程之製程室，也就是在氣體分析裝置供給樣氣之製程室。對腐蝕性氣體之耐性高，而無需使用如氬氣等之輔助氣體即可藉由生成電漿之氣體分析裝置，在長時間內精確地監測電漿製程。該系統可包含製程監測裝置。
該系統可具有製程控制單元，而該製程控制單元係依據氣體分析裝置之測定結果將製程室內實施之至少一種電漿製程進行控制。製程控制單元係包含至少1個電漿製程之副生成物經氣體分析裝置之測定結果判斷至少1個電漿製程之終點的單元。
本發明之其它不同的態樣之一係具有實施電漿製程之製程室的系統之控制方法。該系統具有氣體分析裝置，而該氣體分析裝置包含僅由製程室之樣氣流入之與製程室不同的樣品室。將製程室所形成之電漿進行監測之該方法，係具有依據氣體分析裝置之測定結果控制在製程室內實施的電漿製程。電漿製程之控制係可包含至少1個電漿製程之副生成物依據氣體分析裝置之測定結果而判斷至少1個電漿製程之終點。至少1個電漿製程係可包含蝕刻、膜生成及清潔之至少1者。
該控制方法中，氣體分析裝置可為在樣品室內經熱電子而離子化的離子進行測定者。該控制方法係可具有在樣品室中生成與製程室不同的電漿者。可更連續，精度良好地監測製程室內的狀態，並可進行穩定的控制。
本發明之其它不同的態樣之一係一種程式，係控制具有實施電漿製程之製程室的系統者。程式係具有依據氣體分析裝置之測定結果控制在製程室內實施的電漿製程之命令。程式在樣品室中可進一步具有生成與製程室不同的電漿之命令。程式或程式製品可記錄在適當的記錄介質中並提供。
本發明之1個實施型態係氣體分析裝置，其一例係質量分析裝置。半導體製造過程之監測等在使用腐蝕性氣體之環境中的應用，係需要高度耐腐蝕性的感測器。
參照第1圖，說明作為氣體分析裝置之一例的四極質量分析儀之概要。四極質量分析儀(質量分析裝置)99係包含將分析對象之氣體(氣體試樣、樣氣)9進行離子化之離子化裝置(離子化單元、離子源)90、與分析經離子化之氣體8的分析單元(氣體分析部)21。氣體分析部21係包含屬於濾器單元20的四極部、與通過四極之各電極間而捕集達到之氣體離子8的檢測器單元(檢測部，例如：法拉第杯)30。濾器單元20之四極部係包含在周邊方向以預定間隔配置在上下方向延伸之複數支，典型上為4支圓柱狀電極。質量分析裝置99係包含收納離子化裝置90及氣體分析單元21之真空容器(殼體)40，流入殼體40之氣體9經由離子化裝置90進行離子化。質量分析裝置99係包含將殼體40維持在負壓(真空)之排氣系統60。排氣系統60可含有作為真空泵之渦輪分子泵(TMP)61及魯氏泵(RP)62。
離子化裝置90係包含柵極91、作為供給熱電子(電子流)93之陰極的機能之絲極92。柵極91之一例係將細金屬線組裝成格子狀且為圓柱形狀之構成。絲極92係連接到金屬製支撐銷，該金屬製支撐銷係以預定間隔沿周邊方向設置在支撐架上，且配置在柵極91的外周。絲極92之一例係將包含釔之母材的表面經由電沉積處理以氧化釔包覆者。在濾器單元20與離子化裝置90之間設置聚焦極25，以使離子有效地朝四極部聚焦。聚焦極25係例如電連接至絲極92的支撐銷，並使絲極92之電位與聚焦極25之電位同等。
以往的質量分析裝置99係設計成純氣體，亦即，在非腐蝕性氣體的環境之條件下操作。作為與該條件對應之陰極材料(絲極材料)，存在Y2
O3
/Ir，亦即，芯材係由銥Ir所構成並且電子發射層由氧化釔(氧化釔：Y2
O3
)所構成的絲極。該絲極92係Y2
O3
之釔Y與氟F或氟系氣體反應，成為氟化釔YF3
或氟氧化釔YOF，該等為蒸發性。對於包含氟化碳CFx
之成分，鎢W材料係有效作為絲極材料(陰極材料)。然而，鎢W在四氯化碳CCl4
、鹽酸HCl、氟化鎢WF6
及氯化鎢WCL6
等氣體或環境中難謂具有足夠的壽命。
而且，在含有矽油的環境下，尤其是在質量分析裝置99之啟動、停止時，絲極92經Si、SiO2
、SiN等塗覆，會有機能受損之情形。亦可用包含氟甲烷CF4
、氟化氮NF3
等腐蝕性氣體進行清潔，藉此可進一步縮短絲極92之壽命。
柵極91方面，通常係使用英高鎳600。部分氣體堆積在柵極91而成為絕緣膜之因素，在游離劑/離子光學區域可能不會產生正確的電位分佈。
質量分析裝置99之離子化法方面，目前主要使用電子碰撞離子源。在該方式中，需要熱絲極92作為電子發射器，絲極92可能會與樣氣9或其副產物反應。而且，由於絲極92加熱周邊零件，會有化學反應速度增加之情形。可考慮使用不具加熱部分之電漿離子源。然而，為了生成成為電漿源之電漿炬而需要導入氬氣等輔助氣體，並與樣氣9一起成為氣體分析對象。如輝光放電等，當使用用以生成電漿之熱電子時，需要絲極(陰極)，並有對與熱電子引起的離子化相同的耐腐蝕之問題。更且，絲極的蒸發物或化學反應物會有成為氣體分析對象之情形。
第2圖係呈示本發明之實施型態之一。第2圖所示之系統80係包含：包含實施電漿製程之製程室71的製程裝置70、監測在製程室71中實施的各製程之製程監測裝置(製程監測器)50。製程裝置70係用於在包含化學工業之加工/製造產業中製造及/或加工各種製品之裝置。本例之製程裝置70係包含使用電漿製程進行製造或加工製品之裝置，典型上，在基板78上生成各種種類之膜或層的步驟，或將基板78進行蝕刻步驟之裝置。製程裝置70之一例係進行CVD(化學氣相沉積：Chemical Vapor Deposition)或PVD(物理氣相沉積：Physical Vapor Deposition)之系統。製程裝置70之一例係將半導體作為基板78實施製程之裝置。製程裝置70之不同例係實施將透鏡、濾光器等光學零件作為基板78而層積各種薄膜的製程之裝置。製程裝置70並不限於該等例。
製程裝置70係包含：設置有加工對象之基板的腔室(製程室71)、在製程室71中供給加工用氣體之氣體供給裝置72、包含在製程室71內控制成膜用及/或蝕刻用電漿(製程電漿)之生成的機能之製程控制單元75。製程控制單元75進一步可具備進行控制生成為了將清潔處理室71內部進行清潔之清潔電漿之機能。
製程監測器50係包含將由製程室71所供給之氣體(樣氣)9進行分析之氣體分析裝置1、與控制氣體分析裝置1並監測製程室71之內部狀態的監測器控制單元51。氣體分析裝置1係包含電漿生成單元10與分析單元21，該電漿生成單元10係生成由製程裝置70供給之測定對象的樣氣9之電漿18，該分析單元21係介由所生成之電漿18分析樣氣9。電漿生成單元10係包含具備介電性之壁體構造12並僅測定對象之樣氣9流入之腔室(樣品室)11、與介由介電性之壁體構造並經電場及/或磁場在經減壓之樣品室11內生成電漿18之電漿生成機構13。
本例之氣體分析裝置1係質量分析型，分析單元21係具有：在電漿生成裝置10根據荷質比將作為電漿18生成之經離子化的樣氣(樣氣離子)8進行過濾之濾器單元(在本例中為四極部)20、吸取部分電漿18作為離子流8之聚焦極25、經過濾之離子進行檢測的檢測器單元30、收納分析單元21之真空容器(殼體)40。氣體分析裝置1係包含將殼體40之內部維持在適當的負壓條件(真空條件)的排氣系統60。本例之排氣系統60係包含渦輪分子泵(TMP)61、魯氏泵62。排氣系統60亦控制電漿生成裝置10之樣品室11的內壓。
氣體分析裝置1進一步具有氣體輸入單元19，該氣體輸入單元19之構成係使僅自製程裝置70之樣氣9流入電漿生成單元10之樣品室11。經排氣系統60減壓之樣品室11中僅流入自製程裝置70之樣氣9 ，使電漿18在樣品室11之內部11形成。亦即，在電漿生成單元10中，不使用氬氣等輔助氣體而僅由樣氣9生成分析用電漿18。樣品室11之壁體12係由介電性構件(介質)所構成，其一例係對石英(Quartz)、氧化鋁(Al2
O3
)及氮化矽(SiN3
)等之電漿具高耐久性的介電體。
電漿生成單元10之電漿生成機構13係在樣品室11之內部不使用電極且不使用電漿炬，而是介由介電性之壁體構造12經電場及/或磁場而生成電漿18。電漿生成機構13之一例係以高頻(RF：Radio Frequency)功率激發電漿18之機構。RF電漿方面，可列舉如：感應耦合電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)、介質阻擋放電(DBD：Dielectric Barrier Discharge)、電子迴旋共振(ECR：Electron Cyclotron Resonance)等方式。該等方式之電漿生成機構13係包含高頻電源15與沿著樣品室11配置之線圈14。
樣品室(容器)11之內壓係使用與氣體分析裝置1共通之排氣系統60不同的排氣系統、或與製程裝置70共通之排氣系統等，控制為適當的負壓。樣品室11之內壓可為容易生成電漿之壓力，例如可為0.01-1kPa之範圍。製程室71之內壓被控制為1-數百Pa左右時，樣品室11之內壓可為低於此之壓力，例如可控制為0.1-數十Pa左右，可控制為0.1Pa以上(包含0.0Pa)、或0.5 Pa以上(包含0.5Pa)10Pa以下(包含10Pa)，或5 Pa以下。例如：樣品室11之內部可減壓至1-10mTorr(0.13-1.3Pa)左右。藉由將樣品室11維持在上述程度的減壓，即可僅以樣氣9在低溫中生成電漿18。
製程監測器50中，監測對象係由實施電漿製程之製程室71供給之樣氣9。因此，在樣品室11內，可在適當的條件下藉由供給RF功率導入樣氣9而不使用電弧放電或電漿炬來維持電漿18。為了在樣品室11內生成並封閉電漿18而可併用磁場與電場。藉由無需消耗之電極而生成電漿使樣氣9離子化，可解決因電極的消耗而引起的壽命問題，可提供具有更長的測定壽命並且可穩定測定之氣體分析裝置1。
更且，藉由消除氬氣之輔助氣體的需求，僅樣氣9可生成經電離之電漿18並供給至氣體分析單元21。因此，可提供樣氣9的測定精度高，不僅氣體成分且能夠定量測定氣體成分的氣體分析裝置1。因此，在配備有氣體分析裝置1的製程監測器(製程監測裝置)50中，可以長期穩定且準確地監測製程裝置70之製程室71的內部狀態。
而且，製程監測器50中，可藉由與製程室71不同之氣體分析專用之樣品室11生成樣氣9之電漿18。因此，可在與製程室71不同的條件下，並以適於採樣及氣體分析之條件在樣品室11內生成電漿18。 因此，即使在製程室71內未生成製程電漿或清潔電漿之情況下，亦可通過樣氣9監測製程室71的內部狀態。
樣品室11係可為可生成電漿18之程度的小型之例如數mm至數十mm左右的腔室(微型室)。藉由縮小樣品室11之容量，可提供即時性優異之氣體分析裝置1。而且，即使在採用作為氣體分析單元21之具備光譜儀的發光分析型的單元時，可藉由維持長度從數mm至數十mm左右之電漿18以分析氣體。
樣品室11之全長可為1-100mm且直徑可為1-100mm。樣品室11之全長及直徑可為5mm以上(包含5mm)，亦可為10mm以上(包含10mm)，可為80mm以下(包含80mm)，可為50mm以下(包含50mm)，亦可為30mm以下(包含30mm)。樣品室11之容量可為1mm3
以上(包含1mm3
)，亦可為105
mm3
以下(包含105
mm3
)。樣品室11之容量可為10mm3
以上(包含10mm3
)，可為30mm3
以上(包含30mm3
)，亦可為100mm3
以上(包含100mm3
)。樣品室11之容量可為104
mm3
以下(包含104
mm3
)，亦可為103
mm3
以下(包含103
mm3
)。
製程監測器50之監測器控制單元51係包含進行電漿生成單元10之控制的電漿控制單元(電漿控制機能)52、進行濾器單元20之控制的濾器控制單元(濾器控制機能)53、進行檢測器單元30之控制的檢測器控制單元(檢測器控制機能)54。監測器控制單元51可具備包含記憶體及CPU之電腦資源，監測器控制單元51之機能可由程式59提供。程式(程式製品)59係可記錄在適當的記錄介質並提供。
電漿控制單元52可具備下述機能：在樣品室11中控制用以生成電漿18之高頻電源15的頻率/電壓等之機能、藉由設在氣體輸入單元19之流量控制閥19a控制樣氣9之流入量之機能、藉由設在與排氣系統60之連接管線之壓力控制閥65來控制樣品室11之內壓的機能。藉由控制該等因素，即使在製程室71中實施的製程之種類改變或製程狀態改變，亦可在樣品室11內穩定地生成電漿18，可從製程裝置70連續地分析及監測樣氣9。
本例之分析單元21係質量分析型，尤其是四極質量分析型，濾器單元20為四極過濾器。因此，濾器控制單元53係包含用作向四極施加高頻及直流電的驅動單元(RF/DC單元)之機能。濾器單元20係以質荷比對經離子化之樣氣8進行過濾。
檢測器控制單元54係藉由通過濾器單元20之離子捕獲在檢測器單元(檢測單元，收集器單元)30，例如在法拉第杯中生成的離子電流，並檢測樣氣9中所含的成分。經由濾器單元20掃描預定的amu(原子質量單位、Atomic Mass Unit)之範圍，藉由檢測器單元30求取經掃描之範圍的離子強度，即可定量測定樣氣9中所含的原子(分子)。因此，在監測器控制單元51，可將樣氣9中所含的氣體成分與濃度作為測定結果或監測結果而輸出(顯示)。監測器控制單元51係包含顯示或輸出該等測定結果(監測結果)之單元(機能)55。
製程裝置70之製程控制單元75係實施電漿製程之製程室71，根據氣體分析裝置1之測定結果，控制將樣氣9供給至氣體分析裝置1的製程室71內實施的至少1個電漿製程。製程控制單元75係包含將至少1個電漿製程之終點，以至少1個電漿製程之副生成物經氣體分析裝置1的測定結果進行判斷之機能(終點控制單元)76。
製程控制單元75進一步包含控制蝕刻製程之機能(蝕刻控制單元)74a、控制成膜(膜生成)製程之機能(成膜控制單元)74b、控制清潔製程之機能(清潔控制單元)74c，終點控制單元(終點控制機能)76控制每個製程的結束時間。製程控制單元75可具備包含記憶體及CPU之電腦資源，製程控制單元75之機能可由程式79提供。程式(程式製品)79係可記錄在適當的記錄介質並提供。
蝕刻控制單元74a係例如對半導體基板78在製程電漿71中導入氟碳化物CFx
、六氟化硫SF6
、氟化氮NF3
、四氟化矽SiF4
等蝕刻氣體並生成製程電漿以蝕刻基板78。蝕刻製程之終點係在終點控制單元76中，屬於蝕刻製程之副生成物的經蝕刻之層的成分，例如氧化矽SiO2
之樣氣9中的濃度可經由氣體分析裝置1之測定結果判斷。在該製程時，屬於副生成物之SiO2
之濃度例如與蝕刻面積成比例關係，並可精確地判斷預定的深度或寬度的區域之蝕刻的結束。尤其是，藉由使用高耐腐蝕性的氣體分析裝置1，並經蝕刻製程之監控，可精確、穩定地進行製程的控制。
氣體分析裝置1中，可一起測定副生成物與蝕刻氣體之成分。因此，可經製程監測器50利用包含蝕刻氣體的狀態之監控與終點之監控的複數個監控項目監控製程之狀態。蝕刻控制單元74a係可包含根據由製程監測器50所得的複數個監控項目控制蝕刻製程的進行之機械學習的模式(人工智能、AI)。以下之各製程控制中亦為相同。
蝕刻製程的終點係在設有終點層之基板78中，終點控制單元76可判斷並確定過程監控器50檢測終點層之成分作為副生成物者，終點之檢測方法並不限於上述方法。使用以往的電漿製程監測器之終點的監測係將製程室71內之電漿狀態進行光學判斷並檢測者。對此，使用氣體分析裝置1之終點的監測係包含將實際的副生成物之濃度經由生成與製程電漿不同的電漿即時監控，進一步精確地進行終點的判斷。
在使用成膜控制單元74b之成膜製程中，藉由經成膜用的電漿檢測副生成物，即可判斷終點。成膜製程(膜生成製程)中，例如對半導體基板78，在製程室71中，在形成SiO2
層時，生成TEOS電漿(原矽酸四乙酯、四乙氧基矽烷、Tetraethyl orthosilicate)，在形成氮化矽SiNx
層時，生成包含矽烷SiH4
及氨NH3
之電漿。成膜製程之終點係在終點控制單元76中，成膜製程中的副生成物，例如：氫化物(水分)、碳化氫、氧化碳之樣氣9中之濃度可經氣體分析裝置1之測定結果判斷。
在成膜製程時，副生成物之濃度係與成膜的面積或厚度有關，例如成比例的關係，可準確地判斷完成了預定之面積或厚度的膜之生成。同時，可將成膜製程中的製程電漿之狀態以製程監測器50監測、或可使用製程監測器50之監測結果並以AI控制成膜製程者，係與上述蝕刻控制相同。而且，藉由使用經塗佈等之影響較少的氣體分析裝置1監測製程，可穩定且精確地控制成膜製程。
在使用清潔控制單元74c之清潔製程中，終點可由清潔電漿生成之副生成物判斷。在製程室71形成SiO2
層後進行清潔時，生成包含氟化氮NF3
等腐蝕性氣體之清潔電漿。清潔製程之終點在該例中係可經由氣體分析裝置1介由樣氣9即時並準確地檢測屬於清潔電漿之副生成物的四氟化矽SiF4
來判斷。
第3圖係以流程圖呈示具有搭載本例之氣體分析裝置1的製程監測器50之系統80之控制的一例。步驟101中，開始製程裝置70中的電漿製程。步驟102中，監測連接到製程室71之氣體分析裝置1，步驟103中，根據氣體分析裝置1之測定結果，控制在製程室71內所實施的電漿製程。在該過程中，步驟104中，當電漿製程之副生成物經氣體分析裝置1的測定結果得知實施中的電漿製程之終點時，步驟105中，結束電漿製程。步驟106中，如在製程裝置70之半導體基板等的工作對象物之製造或加工過程中需要下一個電漿製程時，則返回到步驟101以開始下一個電漿製程。藉由包含如此控制方法之製造方法或加工方法，即可提供使用製程裝置70在最小的加工時間製造高品質的製品。
第3圖係呈示本發明之實施型態的其它例。該系統80之基本構成與第2圖所示之系統80所共有。氣體分析裝置1係包含電漿生成單元10。氣體分析裝置1進一步在電漿生成單元10與濾器單元(在本例中為四極單元)20之間包含能量過濾器27。本例中，使用了貝塞爾盒(Bessel box)型能量過濾器(能量分析器)，惟可為CMA(Cylindrical Mirror Analyzer：筒鏡分析器)。能量過濾器27係由配置在圓筒電極與圓筒電極之中心部的圓板形電極(圓筒電極與同電位)、配置在圓筒電極之兩端的電極所構成，藉由經圓筒電極與兩端電極之間的電位差Vba所成的電場與圓筒電極之電位Vbe僅通過具有特定之物理能之離子用作為帶通濾波器(band-pass filter)。在電漿生成時產生的軟X射線或在氣體離子化時產生的光經由配置在圓筒電極中心的圓板形電極阻止直接射入離子檢測器(檢測器)30，可減少噪音。而且，成為亦未檢測到在離子生成部內及外部生成並平行於中心軸入射的離子或中性粒子等構造。
在以比製程更低壓生成電漿的電漿生成單元10中，無需注入氬氣電漿等輔助氣體，並可精確地進行從製程中採集的樣氣之定量分析。而且，可連續生成電漿而不是使用電極通過脈衝放電生成電漿，可抑制由於脈衝任務等引起的波動，在此方面，亦可減少噪聲且可提高分析精度。更且，藉由直接離子化而可減少離子化電流並抑制碎片的產生。
而且，藉由使電漿生成單元10在低壓下運行，可抑制高反應性組件流入離子化單元及經由該離子化單元流入氣體分析裝置1，可延長包含含腐蝕性高的成分之樣氣9的分析之測定壽命。更且，在電漿離子化中，不僅形成正離子，亦形成負離子，因此，過濾正負離子而可檢測氣體中之成分，可成為準確度更高的分析。而且，樣氣9在離子化時，由於處於被限制在樣品室11中的狀態，因此可增加離子化的面積並提高離子化效率。隨即，經電漿化的大量自由基供給至腔室11及氣體分析裝置1內，亦可抑制氧化物的堆積。
而且，包含氣體分析裝置1之殼體40之大部分以Fe-Ni材料形成時，最差的情況係會有HF、HCL、WFx
、WCLx
等與Fe-Ni材料反應而消除的可能性。經由CFx
等腐蝕性高的氣體將電漿引入作為清潔用電漿之氣體分析裝置1而可清潔，惟氣體分析裝置1之多數零件以金屬構成時，金屬會腐蝕而有降低氣體分析裝置1之壽命的情形。因此，有效的是以熱解碳(熱解石墨，PG)代替金屬或在金屬表面安裝或預先塗覆構成氣體分析裝置1的零件。
另外，上述中係以四極型質量分析裝置為例進行說明，惟濾器部20可為離子阱型，或者可為維恩濾器等的另一種類型。而且，濾器部20並不限於質量分析型，亦可為使用離子遷移率等其它物理量過濾氣體分子或原子者。而且，氣體分析單元可為發光分析單元等光學分析裝置。
而且，上述中，說明本發明之特定的實施型態，惟在不脫離本發明的範圍及精神的情況下，各種其它實施型態及變形例對於本技術領域中具有一般知識者可連想而成者，如此其它之實施型態及變形例係成為申請專利範圍的對象，並且本發明係依申請專利範圍所限定者。
1:氣體分析裝置
8:經離子化之氣體；氣體離子
9:氣體試樣；樣氣；氣體
10:電漿生成單元
11:腔室、樣品室
12:壁體構造
13:電漿生成機構
14:線圈
15:高頻電源
18:電漿
19:氣體輸入單元
19a:流量控制閥
20:濾器單元
21:氣體分析部；分析單元
25:聚焦極
27:能量過濾器
30:檢測器單元；檢測部
40:殼體；真空容器
50:製程監測裝置；製程監測器
51:監測器控制單元
52:電漿控制單元
53:濾器控制單元
54:檢測器控制單元
55:單元(機能)
59:程式
60:排氣系統
61:渦輪分子泵
62:魯氏泵
65:壓力控制閥
70:製程裝置
71:製程室
72:氣體供給裝置
74a:蝕刻控制單元
74b:成膜控制單元
74c:清潔控制單元
75:製程控制單元
76:終點控制單元
78:基板
79:程式
80:系統
90:離子化單元；離子源；離子化裝置
91:柵極
92:絲極
93:熱電子；電子流
99:質量分析裝置
第1圖：係呈示氣體分析裝置之一例的方塊圖。
第2圖：係呈示包含進行電漿離子化之氣體分析裝置的系統之一例之圖。
第3圖：係呈示系統之控制的一例之流程圖。
第4圖：係呈示進行電漿離子化之質量分析裝置的其它例之圖。
1:氣體分析裝置
8:經離子化之氣體；氣體離子
9:氣體試樣；樣氣；氣體
10:電漿生成單元
11:腔室；樣品室
12:壁體構造
13:電漿生成機構
14:線圈
15:高頻電源
18:電漿
19:氣體輸入單元
19a:流量控制閥
20:濾器單元
21:氣體分析部；氣體分析單元
25:聚焦極
30:檢測器單元；檢測部
40:殼體；真空容器
50:製程監測裝置；製程監測器
51:監測器控制單元
52:電漿控制單元
53:濾器控制單元
54:檢測器控制單元
55:單元(機能)
59:程式
60:排氣系統
61:渦輪分子泵
62:魯氏泵
65:壓力控制閥
70:製程裝置；監測製程裝置
71:製程室
72:氣體供給裝置
74a:蝕刻控制單元
74b:成膜控制單元
74c:清潔控制單元
75:製程控制單元
76:終點控制單元
78:基板
79:程式
80:系統
Claims (19)
- 一種氣體分析裝置，其具有：具備介電性之一壁體構造之一樣品室，僅來自一電漿製程室的一欲被分析之樣氣被導入之該樣品室；一排氣系統，其被構造成將該樣品室降壓在一負壓；一位於該樣品室及該排氣系統之間的壓力控制器；一氣體輸入單元，其被構造成僅將來自該電漿製程室的該樣氣導入之該被降壓的樣品室，其中該氣體輸入單元包括一流量控制閥；一在該被減壓之上述樣品室內生成電漿的電漿生成機構，該電漿生成機構包括經過該介電性之壁體構造的一電場及/或磁場；及介由所生成之上述電漿以分析上述樣氣的分析單元。
- 如申請專利範圍第1項之氣體分析裝置，其中該流量控制閥被構造成對從該電漿製程室到該樣品室的該樣氣的流動進行控制。
- 如申請專利範圍第1項之氣體分析裝置，其中上述介電性之壁體構造係包含石英、氧化鋁及氮化矽之至少一者。
- 如申請專利範圍第1項之氣體分析裝置，其中上述電漿生成機構係包含由感應耦合電漿、介質阻擋放電以及電子迴旋共振之至少1者產生電漿的機構。
- 如申請專利範圍第1之氣體分析裝置，其中上述樣品室之總長為1-100mm、直徑為1-100mm。
- 如申請專利範圍第1項之氣體分析裝置，其中上述分析單元係包含將上述電漿中之離子化氣體進行過濾之濾器單元，與經過濾之離子進行檢測的檢測器單元。
- 如申請專利範圍第6項之氣體分析裝置，其中進一步具有在上述濾器單元與上述樣品室之間所配置的能量過濾器。
- 如申請專利範圍第1項之氣體分析裝置，其中該氣體輸入單元被構造成僅將來自該電漿製程室的該樣氣導入該樣品室，沒有用於輔助排氣的附加氣體被導入。
- 一種製程監測裝置，其具有如申請專利範圍第1至8項中任一項之氣體分析裝置。
- 一種電漿製程系統，其具有：如申請專利範圍第1至8項中任一項之氣體分析裝置、與實施電漿製程之使上述樣氣供給至上述氣體分析裝置之製程室。
- 如申請專利範圍第10項之系統，其具有製程控制單元，該製程控制單元係依據上述氣體分析裝置之測定結果來控制在上述製程室內所實施的至少1個電漿製程。
- 如申請專利範圍第11項之系統，其中上述製程控制單元係包含將上述至少1種電漿製程之終點經由上述至少 1個電漿製程的副生成物以上述氣體分析裝置之測定結果進行判斷之單元。
- 如申請專利範圍第10項的系統，其中從該電漿製程被供給的該樣氣包括腐蝕性的成分。
- 一種電漿製程系統的控制方法，該系統具有實施一電漿製程之一製程室，其中，上述系統具有一氣體分析裝置，而該氣體分析裝置係包含僅讓來自上述製程室的一樣氣流入且與上述製程室不同的一樣品室，該方法包括：以一排氣系統將該樣品室降壓；以一位於該樣品室及該排氣系統之間的流動控制器將僅來自該製程室的該樣氣導入之該被降壓的樣品室；在該樣品室內生成一電漿；介由所生成之上述電漿以該氣體分析裝置分析上述樣氣；及係依據上述氣體分析裝置之測定結果來控制在上述製程室內實施的電漿製程。
- 如申請專利範圍第14項之方法，其中控制上述電漿製程者係包含將至少1種電漿製程的終點經由上述至少1個電漿製程的副生成物以上述氣體分析裝置之測定結果來進行判斷。
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中上述至少1個電漿製程係包含蝕刻、膜生成以及清潔之至少1者。
- 如申請專利範圍第14至16項中任一項之方法，其中在上述樣品室中具有生成與上述製程室不同的電漿。
- 如申請專利範圍第14項之方法，其中僅欲被測定的該樣氣被導入該樣品室，沒有用於輔助排氣的附加氣體被導入。
- 一種用於監測一製程室內之製程的氣體分析裝置，該氣體分析裝置包括：一具備介電性之壁體構造之樣品室，僅來自該製程室的一欲被分析之樣氣被導入之該樣品室；一排氣系統，其被構造成將該樣品室降壓在一負壓；一氣體輸入單元，其被構造成僅將來自該製程室內的製程的一樣氣作為該樣氣導入之該被降壓的樣品室，其中該氣體輸入單元包括一流量控制閥；一在該被減壓之上述樣品室內生成電漿的電漿生成機構，該電漿生成機構使用經過該介電性之壁體構造的一電場及/或磁場；及介由所生成之上述電漿以分析上述樣氣的分析單元。
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