CN116569022A - 气体分析装置及气体分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明能够高精度地测定半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺所产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压，气体分析装置对半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压进行分析，并具备：气体池，其导入有材料气体或副生成气体；激光光源，其向气体池照射经波长调制的激光；光检测器，其检测透过气体池的激光；以及信号处理部，其使用由光检测器的输出信号所得的光吸收信号来计算出卤化物的浓度或分压，气体池减压至比大气压小的预定的压力，激光光源在包含卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围对所述激光进行波长调制。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体分析装置及气体分析方法。
背景技术
以往，如专利文献1所示，作为对半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的测定对象成分进行测定的方法，考虑使用非分散型红外线吸收法(NDIR)。在使用该NDIR的气体分析装置中，使用灯丝(filament)等产生广波长的光的红外光源、及使预定的波长范围的光通过的带通滤波器(band pass filter)，对测定对象成分所致的光的吸收进行测定。
在此，在对半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的SiF4或CF4进行测定的情况下，若存在在相同的波长范围具有吸收的其他干扰成分，则导致SiF4或CF4受到这些成分的干扰影响。若为了降低干扰影响而使带通滤波器的波长范围变窄，则由光检测器检测出的光量减少，难以高精度地测定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-181930号公报
发明内容
技术问题
因此，本发明是为了解决上述问题点而完成的，其主要课题在于，高精度地测定半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压。
技术方案
即，本发明的气体分析装置的特征在于，对半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压进行分析，并具备：气体池，其导入有所述材料气体或所述副生成气体；激光光源，其向所述气体池照射经波长调制的激光；光检测器，其检测透过所述气体池的激光；以及信号处理部，其使用由所述光检测器的输出信号所得的光吸收信号来计算出所述卤化物的浓度或分压，所述气体池减压至比大气压小的预定的压力，所述激光光源在包含所述卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围对所述激光进行波长调制。
若为这样的气体分析装置，则向经减压至比大气压小的预定的压力的气体池照射在包含卤化物的光吸收光谱的特征部在内的波长调制范围进行了波长调制的激光，因此能够可靠地掌握卤化物的光吸收光谱的特征，容易去除干扰成分对卤化物的光吸收信号的影响。在此，将气体池减压至预定的压力，因此获得比大气压下的卤化物的光吸收信号更尖锐的峰，能够降低干扰成分对卤化物的光吸收信号的影响。另外，在以往的NDIR中无法获得卤化物的光吸收光谱，但在本发明中能够获得相当于光吸收光谱的光吸收信号，因此即便在多个成分所致的吸收干扰的情况下，也能够通过光谱解析技术来降低干扰影响。
应予说明，作为光吸收光谱的特征部，例如为包含光吸收光谱的峰与谷或下摆(上升部分)在内的部分。通过如此在包含光吸收光谱的峰与谷或下摆在内的部分对激光进行波长调制，从而能够增大光检测器的输出信号中的对比度，容易去除干扰成分的影响。
作为氟化物的SiF4在某减压下，具有以1031cm-1附近为谷而在1034cm-1附近与1030cm-1附近存在两个峰的光吸收光谱，1030cm-1附近的峰最大。因此，为了高精度地测定SiF4的浓度或分压，所述波长调制范围优选以其波数宽度包含1030.5cm-1～1031.5cm-1的一部分或全部的方式设定。在此，所述波长调制范围优选以其波数宽度包含1029cm-1～1032cm-1的一部分或全部的方式设定。作为半导体制造工艺中的SiF4的干扰成分，有NF3、CH3F、NH3和/或其他副产物等，通过使用上述波长调制范围，从而容易去除这些成分的干扰影响。
作为氟化物的CF4在某减压下，在1282.5cm-1～1283.5cm-1的范围具有光吸收光谱的峰。因此，为了高精度地测定CF4的浓度或分压，所述波长调制范围优选以其波数宽度包含1282.5cm-1～1283.5cm-1的一部分或全部的方式设定。在此，所述波长调制范围优选以其波数宽度包含1281.5cm-1～1284.5cm-1的一部分或全部的方式设定。作为半导体制造工艺中的CF4的干扰成分，有C2H2F2、C4F8、COF2和/或其他副产物等，通过使用上述波长调制范围，从而容易去除这些成分的干扰影响。
另外，为了高精度地测定作为含氟的卤化物的SiF4及CF4这两成分的浓度或分压，所述激光光源优选具有：第一激光光源，其以所述波长调制范围的波数宽度包含1030.5cm-1～1031.5cm-1的一部分或全部的方式设定；以及第二激光光源，其以所述波长调制范围的波数宽度包含1282.5cm-1～1283.5cm-1的一部分或全部的方式设定。通过如此具有第一激光光源及第二激光光源，从而能够同时测定材料气体或副生成气体中的SiF4及CF4这两成分。
如上所述，作为具体的实施方式，所述信号处理部优选通过光谱解析修正干扰成分对所述卤化物的光吸收信号的影响，计算出所述卤化物的浓度或分压。
为了高精度地测定低浓度或低分压的卤化物，所述气体池优选在内部设置有一对反射镜，对所述激光进行多重反射。
为了使所述材料气体或所述副生成气体所含的成分不易附着于气体池，并防止测定精度的劣化，优选具有将所述气体池加热的加热机构。
为了通过信号处理部高精度地计算出卤化物的浓度或分压，优选具有测定所述气体池内的压力的压力传感器。
作为气体池的具体的配置方式，考虑所述气体池设置于进行半导体制造工艺的腔室或连接于该腔室的配管。
优选在所述配管设置有对所述腔室进行真空抽吸的真空泵，所述气体池设置于比所述真空泵更靠所述腔室侧的位置。
更具体而言，优选在所述配管，在比所述真空泵更靠所述腔室侧的位置设置有控制所述腔室的压力的压力控制阀，所述气体池的进气口连接于所述压力控制阀的上游侧，所述气体池的出气口连接于所述压力控制阀的下游侧。
另外，所述气体池也能够由进行半导体制造工艺的腔室构成。若为该构成，则能够例如直接测定从晶片产生的气体。
另外，本发明的气体分析方法的特征在于，对半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压进行分析，并包括：将所述材料气体或所述副生成气体导入至气体池的工序；向所述气体池照射经波长调制的激光的工序；检测透过所述气体池的激光的工序；以及使用由所述光检测器的输出信号所得的光吸收信号来计算出所述卤化物的浓度或分压的工序，将所述气体池减压至比大气压小的预定的压力，并且在包含所述卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围对所述激光进行波长调制。
技术效果
根据以上所述的本发明，能够高精度地测定半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺所产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压。
附图说明
图1为示意性地示出组装有本发明的一个实施方式的气体分析装置的半导体制造装置的图。
图2为该实施方式的气体分析装置的整体构成图。
图3为该实施方式中的信号处理装置的功能框图。
图4为示出该实施方式中的激光振荡波长的调制方法的示意图。
图5为示出该实施方式中的振荡波长、光强度I(t)、对数强度L(t)、特征信号Fi(t)、相关值Si的一例的时间序列图表。
图6为示出SiF4的吸收光谱及波长调制范围的图。
图7为示出CF4的吸收光谱及波长调制范围的图。
图8为示出使用该实施方式的单独相关值及样本相关值的、浓度或分压计算的概念图的图。
图9为示出由该实施方式的气体分析装置所获取的SiF4的光吸收信号及在半导体制造工艺中所生成的成为干扰成分的副产物的光吸收信号的图。
图10为示出在该实施方式的气体分析装置中不进行干扰影响修正的情况(关闭干扰影响修正(Interference Correction OFF))及进行了干扰影响修正的情况(开启干扰影响修正(Interference Correction ON))下的SiF4的浓度指示值的图表。
图11为变形实施方式的气体分析部的整体示意图。
图12为示意性地示出组装有本发明的半导体制造装置的变形例的图。
图13为示意性地示出组装有本发明的半导体制造装置的变形例的图。
图14为示意性地示出组装有本发明的半导体制造装置的变形例的图。
图15为示意性地示出组装有本发明的半导体制造装置的变形例的图。
符号说明
100：气体分析装置
200：腔室
H：配管
CP：真空泵
2：气体池
3：激光光源
4：光检测器
52：信号处理部
M1、M2：反射镜
6：加热机构
7：压力传感器
31：第一激光光源
32：第二激光光源
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的气体分析装置进行说明。
＜装置构成＞
本实施方式的气体分析装置100是组装到半导体制造装置而使用的装置，并通过红外吸收法来测定卤化物的浓度或分压，该卤化物为例如半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体(以下简称为“气体”)所含的测定对象成分。在此，作为卤化物，考虑氟化物、氯化物、溴化物等。
如图1所示，该气体分析装置100例如能够组装到进行反应性离子蚀刻(RIE)的蚀刻装置，用作针对晶片W的反应性离子蚀刻(RIE)的端点监视器(end point monitor)，在该情况下，考虑测定气体所含的SiF4或CF4的浓度或分压。
具体而言，如图2所示，气体分析装置100具备：气体池2，其导入有气体；激光光源3，其向气体池2照射经波长调制的激光；光检测器4，其检测透过气体池2的激光；以及信号处理装置5，其使用由光检测器4的输出信号所得的光吸收信号来计算卤化物的浓度或分压。
气体池2由在卤化物的吸收波段中几乎不存在光的吸收的石英、氟化钙、氟化钡、硒化锌等透明材质形成有光的入射口和出射口。在该气体池2，设置有用以将气体导入至内部的进气口、及用以排出内部的材料气体或副生成气体的出气口，气体从该进气口被导入并封入至气体池2内。另外，气体池2在内部设置有一对反射镜M1、M2，被称为将激光进行多重反射的所谓赫里奥特池(herriott cell)。
本实施方式的气体池2连接于进行半导体制造工艺的腔室200，并且本实施方式中，如图1所示，与连接于腔室200的配管H连接而设置。在配管H，按顺序设置有控制腔室200的压力的压力控制阀CV、及对腔室200进行真空抽吸的真空泵CP。而且，气体池2设置于比该真空泵CP更靠腔室200侧的位置，气体池2的进气口连接于压力控制阀CV的上游侧，气体池2的出气口连接于压力控制阀CV的下游侧。由此，气体池2减压至比大气压(101.3kPa)小的预定的压力(例如10Torr以下)。
除此以外，如图2所示，在气体池2的周围设置有用以将气体池2的内部加热至预定的温度(例如200℃)的、例如使用电热线的加热器等加热机构6。另外，在气体池2设置有测定气体的压力(总压)的压力传感器7。应予说明，只要能够测定气体的压力，则也可以设置于除气体池2以外的位置。
在此，激光光源3为作为半导体激光的一种的量子级联激光(QCL：QuantumCascade Laser)，并使中红外(4μm～10μm)的激光振荡。该激光光源3能够通过所施加的电流(或电压)将振荡波长在预定的波长调制范围进行调制。本实施方式的激光光源3能够在包含卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围对振荡波长进行调制。应予说明，只要振荡波长可变，则也可以使用其他类型的激光，还可以为了使振荡波长变化而使温度变化等。
在此，光检测器4是使用比较价廉的热电堆(thermopile)等热型的光检测器，但也可以使用其他类型的光检测器，例如响应性良好的HgCdTe、InGaAs、InAsSb、PbSe等量子型光电元件。
信号处理装置5具备：由缓冲器、放大器等构成的模拟电路；由CPU、存储器等构成的数字电路；以及在这些模拟/数字电路间进行中介的AD转换器、DA转换器等，并通过CPU和/或其周边设备按照保存于上述存储器的预定区域的预定的程序协同动作，从而如图3所示，发挥作为光源控制部51及信号处理部52的功能，该光源控制部51控制激光光源3的输出，该信号处理部52接收来自光检测器4的输出信号，并对其值进行运算处理而计算出测定对象成分的浓度或分压。
以下对各部进行详细描述。
光源控制部51通过输出电流(或电压)控制信号从而控制激光光源3的电流源(或电压源)。
具体而言，光源控制部51通过使激光光源3的驱动电流(或驱动电压)以预定频率变化，从而相对于中心波长以预定频率调制激光的振荡波长。由此，激光光源3射出经预定的调制频率调制的调制光。另外，光源控制部51使激光的振荡波长在包含卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围进行调制。
在该实施方式中，光源控制部51使驱动电流以三角波状变化，将振荡频率调制为三角波状(参照图5的“振荡波长”)。实际上，以振荡频率成为三角波状的方式以其他函数进行驱动电流的调制。另外，如图4所示，激光的振荡波长以卤化物的吸收光谱的峰或其附近为中心波长进行调制。除此以外，光源控制部51也可以使驱动电流以正弦波状或锯齿波状、或者任意的函数状变化，将振荡频率调制为正弦波状或锯齿波状、或者任意的函数状。
具体而言，如图6所示，在作为测定对象成分的卤化物为SiF4的情况下，光源控制部51将激光的波长调制范围以其波数宽度包含1030.5cm-1～1031.5cm-1的一部分或全部的方式进行调制。在此，光源控制部51将上述波长调制范围以其波数宽度包含1029cm-1～1032cm-1的一部分或全部的方式进行调制。通过如此进行调制，从而能够使在SiF4的吸收光谱中包含上升和峰这两者的特征部。
另外，如图7所示，在作为测定对象成分的氟化物为CF4的情况下，光源控制部51将激光的波长调制范围以其波数宽度包含1282.5cm-1～1283.5cm-1的一部分或全部的方式进行调制。在此，光源控制部51将上述波长调制范围以其波数宽度包含1281.5cm-1～1284.5cm-1的一部分或全部的方式进行调制。通过如此进行调制，从而能够使在CF4的吸收光谱中包含上升、峰以及下降的所有特征部。
信号处理部52由对数运算部52a、相关值计算部52b、保存部52c、浓度或分压计算部52d等构成。
对数运算部52a对作为光检测器4的输出信号的光强度信号实施对数运算。示出由光检测器4所得的光强度信号的经时变化的函数I(t)成为图5的“光强度I(t)”那样，通过实施对数运算，从而成为图5的“对数强度L(t)”那样。
相关值计算部52b计算出与样本光的强度关联的强度关联信号与多个预定的特征信号之间的各个相关值。特征信号是用以通过与强度关联信号取相关，从而提取强度关联信号的波形特征的信号。作为特征信号，能够使用例如正弦波信号、除此以外的与欲从强度关联信号提取的波形特征匹配的各种信号。
以下，对特征信号使用除正弦波信号以外的信号的情况的例子进行说明。相关值计算部52b计算出与样本光的强度关联的强度关联信号、与针对该强度关联信号获得与正弦波信号(正弦函数)不同的相关的多个特征信号之间的各个相关值。在此，相关值计算部52b使用经对数运算的光强度信号(对数强度L(t))作为强度关联信号。
另外，相关值计算部52b使用比将测定对象成分(卤化物)的种类数及干扰成分的种类数合计而得的数大的数的特征信号Fi(t)(i＝1、2、……、n)，通过下式(数式1)，计算出作为样本光的强度关联信号与多个特征信号之间的各个相关值的、多个样本相关值Si。应予说明，公式(数式1)中的T为调制的周期。
[数式1]
Si'＝Si-Ri
相关值计算部52b优选在计算出样本相关值时，如公式(数式1)那样，计算出从样本光的强度关联信号L(t)与多个特征信号Fi(t)的相关值Si减去参照光的强度关联信号L0(t)与多个特征信号Fi(t)的相关值即参照相关值Ri的、经修正的样本相关值Si’。由此，能够去除样本相关值所含的偏移(offset)，成为与测定对象成分及干扰成分的浓度或分压成比例的相关值，能够降低测定误差。应予说明，也可以为不减去参照相关值的构成。
在此，参照光的获取时刻为与样本光同时、测定的前后或任意的时刻。参照光的强度关联信号或参照相关值也可以预先获取并存储于保存部52c。另外，关于同时获取参照光的方法，例如考虑设置两个光检测器4，通过分束器(beam splitter)等使来自激光光源3的调制光分支，将一方用于样本光测定，将另一方用于参照光测定。
在本实施方式中，相关值计算部52b使用比正弦函数更容易掌握对数强度L(t)的波形特征的函数作为多个特征信号Fi(t)。在包含测定对象成分及一个干扰成分的样本气体的情况下，考虑使用两个以上的特征信号F1(t)、F2(t)，作为两个特征信号F1(t)、F2(t)，例如，考虑使用基于接近吸收光谱的形状的洛伦兹函数(Lorentz function)的函数、及基于该洛伦兹函数的函数的微分函数。另外，作为特征信号，也能够代替基于洛伦兹函数的函数，而使用基于福格特函数(Voigt function)的函数、或基于高斯函数(Gaussianfunction)的函数等。通过将这样的函数用于特征信号，从而能够获得比使用正弦函数时更大的相关值，能够提高测定精度。
在此，特征信号优选去除直流成分，即以在以调制周期进行积分时成为零的方式调整偏移。通过如此设定，从而能够去除在由光强度的波动所引起的对强度关联信号施加偏移时的影响。应予说明，也可以代替将特征信号的直流成分去除，而将强度关联信号的直流成分去除，或者还可以对特征信号与强度关联信号这两者均去除直流成分。除此以外，作为特征信号，也可以分别使用测定对象成分和/或干扰成分的吸收信号的样本值、或对这些成分进行模拟而得的值。
应予说明，通过将两个特征信号F1(t)、F2(t)设为相互正交的正交函数列或接近于正交函数列的函数列，从而能够更有效率地提取对数强度L(t)的特征，能够使通过后述的联立方程式所得的浓度或分压为高精度。
保存部52c保存单独相关值，该单独相关值为根据测定对象成分及各干扰成分单独存在的情况下的各自的强度关联信号及多个特征信号Fi(t)所求出的、测定对象成分及各干扰成分各自的每单位浓度或分压的相关值。用于求出该单独相关值的多个特征信号Fi(t)与在相关值计算部52b中所用的多个特征信号Fi(t)相同。
在此，保存部52c优选在保存单独相关值时，保存经修正的单独相关值，该经修正的单独相关值是在从测定对象成分及各干扰成分单独存在的情况下的相关值减去参照相关值的基础上，以每单位浓度或单位分压进行换算而成的值。由此，能够去除单独相关值所含的偏移，成为与测定对象成分及干扰成分的浓度或分压成比例的相关值，降低测定误差。应予说明，也可以为不减去参照相关值的构成。
浓度或分压计算部52d使用由相关值计算部52b所得的多个样本相关值来计算出测定对象成分的浓度或分压。
具体而言，浓度或分压计算部52d基于由相关值计算部52b所得的多个样本相关值、及保存于保存部52c的多个单独相关值，计算出测定对象成分的浓度或分压。更详细而言，浓度或分压计算部52d通过对由利用相关值计算部52b所得的多个样本相关值、保存于保存部52c的多个单独相关值、以及测定对象成分及各干扰成分各自的浓度或分压构成的联立方程式求解，从而计算出测定对象成分(卤化物)的浓度或分压。应予说明，信号处理部52也可以使用由压力传感器7所得的总压，对由浓度或计算部53d所得的卤化物的浓度或分压进行修正。
接下来，兼作上述各部的详细说明，对上述气体分析装置100的动作的一例进行说明。以下，设想在气体中包含一个卤化物(例如SiF4)与一个干扰成分的情况。
应予说明，干扰成分为具有与SiF4的吸收光谱重叠的吸收光谱的成分，考虑(1)导入至腔室200的蚀刻气体自身、(2)在腔室200内因等离子体等而产生的自由基种及侧壁的保护膜形成种、或者(3)因蚀刻处理而生成的副产物。具体而言，作为干扰成分，可列举：Cl2、SF6、C4F8、CHF3、CH2F2、NF3、HF、SiCl4、SiCl2、CO、O2、N2、FCN等。
＜参照测定＞
首先，光源控制部51控制激光光源3，以调制频率且以卤化物的吸收光谱的峰或其附近为中心，在预定的波长调制范围对激光的振荡波长进行调制。应予说明，也可以在使用全幅气体(span gas)的参照测定之前，进行使用零点气体(zero gas)的参照测定，进行参照相关值的测定。
接下来，由操作员或自动地向气体池2内导入全幅气体(成分浓度或分压已知的气体)，进行参照测定。该参照测定在卤化物单独存在的全幅气体、及干扰成分单独存在的全幅气体中分别进行。
具体而言，在参照测定中，对数运算部52a接收光检测器4的输出信号而计算出对数强度L(t)。然后，相关值计算部52b计算出该对数强度L(t)与两个特征信号F1(t)、F2(t)之间的相关值，从该相关值减去参照相关值而得的值除以全幅气体的浓度或分压，由此计算出作为每单位浓度或单位分压的各全幅气体的相关值的单独相关值。应予说明，也可以代替计算单独相关值，而存储全幅气体浓度或分压与该全幅气体的相关值之间的关系。
具体而言如下所述。
通过将卤化物单独存在的全幅气体导入至气体池2内，从而由相关值计算部52b计算出卤化物的相关值S1t、S2t(参照图8)。在此，S1t为与第一特征信号之间的相关值，S2t为与第二特征信号之间的相关值。然后，相关值计算部52b从这些相关值S1t、S2t减去参照相关值Ri而得的值除以卤化物的全幅气体浓度或分压ct，由此计算出单独相关值s1t、s2t。应予说明，卤化物的全幅气体浓度或分压ct预先由用户等输入至信号处理部52。
另外，通过将干扰成分单独存在的全幅气体导入至气体池2内，从而由相关值计算部52b计算出干扰成分的相关值S1i、S2i(参照图8)。在此，S1i为与第一特征信号之间的相关值，S2i为与第二特征信号之间的相关值。然后，相关值计算部52b从这些相关值S1i、S2i减去参照相关值Ri而得的值除以干扰成分的全幅气体浓度或分压ci，由此计算出单独相关值s1i、s2i。应予说明，干扰成分的全幅气体浓度或分压ci预先由用户等输入至信号处理部52。
通过上述计算出的单独相关值s1t、s2t、s1i、s2i保存于保存部52c。应予说明，该参照测定可在产品出货前进行，也可以定期进行。
＜样本测定＞
光源控制部51控制激光光源3，以调制频率且以卤化物的吸收光谱的峰或其附近为中心，在预定的波长调制范围对激光的振荡波长进行调制。
接下来，由操作员或自动地向气体池2内导入气体，进行样本测定。
具体而言，在样本测定中，对数运算部52a接收光检测器4的输出信号而计算出对数强度L(t)。然后，相关值计算部52b计算出该对数强度L(t)与多个特征信号F1(t)、F2(t)的样本相关值S1、S2，计算出从该相关值减去参照相关值Ri而得的样本相关值S1’、S2’(参照图8)。
然后，浓度或分压计算部52d对由相关值计算部52b所计算出的样本相关值S1’、S2’、保存部52c的单独相关值s1t、s2t、s1i、s2i、以及卤化物及各干扰成分各自的浓度Ctar、Cint构成的以下的二元联立方程式求解。
[数式2]
s1tCtar+s1iCint＝S1′
s2tCtar+s2iCint＝S2′
由此，能够通过对上式(数式2)的联立方程式求解这样简单且可靠的运算，从而确定剔除了干扰影响的卤化物的浓度或分压Ctar。
应予说明，即使在可设想存在两种以上的干扰成分的情况下，也能够通过以干扰成分的数量来追加单独相关值，对与成分种类的数量相同的元数的联立方程式求解，从而确定同样地剔除了干扰影响的卤化物的浓度或分压。
即，通常在将卤化物与干扰成分合计而存在n种气体的情况下，若将第m个特征信号中的第k个气体种类的单独相关值设为smk，将第k个气体种类的浓度或分压设为Ck，将第m个特征信号Fm(t)中的样本相关值设为Sm’，则以下的公式(数式3)成立。
[数式3]
通过对该式(数式3)所表示的n元联立方程式求解，从而能够确定卤化物及干扰成分的各气体的浓度或分压。
图9示出测定对象成分为SiF4的情况下的通过本实施方式的气体分析装置100所取得的SiF4的光吸收信号及在半导体制造工艺中所生成的成为干扰成分的副产物的光吸收信号。通过以波长调制范围包含1030.5cm-1～1031.5cm-1的方式进行调制，从而使SiF4与副产物的光吸收信号的特征的差异变得明显，并且通过上述干扰修正技术，从而能够降低干扰影响。应予说明，虽然SiF4的光吸收信号具有作为特征部从波数数据点10附近的谷或下摆起到波数数据点125附近的峰为止的上升部，但副产物的光吸收信号不具有SiF4的那样的特征部。这是SiF4与副产物的光吸收信号的特征的差异。
图10为示出在腔室内产生了作为干扰成分的副产物时的本实施方式的气体分析装置100的SiF4的浓度指示值的图表。在未应用上述干扰修正技术的情况下，出现副产物所致的干扰影响，然而，在应用了上述干扰修正技术的情况下，能够充分地降低干扰影响。应予说明，虽然在图9和图10中示出SiF4与副产物之间的关系，但推断CF4也具有同等的关系。
＜本实施方式的效果＞
根据如此构成的本实施方式的气体分析装置100，向经减压至比大气压小的预定的压力的气体池2照射在包含卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围进行了波长调制而得的激光，因此能够可靠地掌握卤化物的光吸收信号的特征。在此，将气体池2减压至预定的压力，因此获得比大气压下的卤化物的光吸收信号更尖锐的峰，能够降低对卤化物的光吸收信号的干扰成分所致的干扰影响。另外，在以往的NDIR中无法获得卤化物的光吸收光谱，但在本发明中能够获得光吸收光谱，因此即使在多个成分所致的吸收干扰的情况下，也能够通过光谱解析技术来降低干扰影响。
另外，本实施方式中，计算出作为与样本光的强度关联的强度关联信号的对数强度L(t)、相对于该对数强度L(t)与多个特征信号Fi(t)之间的各个相关值Si，使用所计算出的多个相关值Si来计算出卤化物的浓度或分压，因此能够不将吸收信号向吸收光谱转换而以少的变量来掌握吸收信号的特征，能够不进行复杂的光谱运算处理而通过简单的运算来测定卤化物的浓度或分压。例如，通常的光谱拟合所用的数据点数需要数百点，但在本实施方式中，最多使用数个至数十个左右的相关值便能以同等的精度计算出浓度或分压。其结果，能够减小运算处理的负荷，无需高度的运算处理装置，能够削减气体分析装置100的成本，并且能够实现小型化。
＜其他实施方式＞
例如，上述实施方式的对数运算部52a对光检测器4的光强度信号进行对数运算，但也可以使用光检测器4的光强度信号，计算出样本光的强度与作为参照光的调制光的强度之比的对数(所谓的吸光度)。此时，对数运算部52a可以通过在运算样本光的强度的对数并运算调制光的强度的对数之后，将这些对数相减从而计算出吸光度，也可以通过在求出样本光的强度与调制光的强度之比后，取该比的对数从而计算出吸光度。
另外，上述实施方式的相关值计算部52b计算出强度关联信号与特征信号的相关值，但也可以计算出强度关联信号与特征信号的内积值。
另外，在上述实施方式中，保存部52c保存使用参照相关值进行修正而得的单独相关值，但也可以预先在保存部52c保存修正前的单独相关值，浓度或分压计算部52d可以构成为，求出经修正的单独相关值，该经修正的单独相关值是在从修正前的单独相关值减去参照相关值的基础上，以每单位浓度或分压进行换算而成的值。
多个特征信号不限于上述实施方式，只要为互不相同的函数即可。另外，作为特征信号，例如也可以使用示出流通浓度或分压已知的全幅气体所得的、光强度或对数强度的波形(样本光谱)的函数。另外，在测定一个卤化物的浓度的情况下，特征信号只要有至少一个即可。
此外，也可以使用大于n的种类的特征信号，求出比气体种类的数量大的个数的单独相关值及样本相关值，制作比气体种类的数量大的元数的联立方程式，通过最小二乘法来确定各成分浓度或分压，通过如此设定，从而能够确定即使相对于测定噪声而误差也更小的浓度或分压。
另外，如图11所示，气体分析装置100也可以具备作为向气体池2照射激光的光源的多个激光光源3。在此，关于气体分析装置3，考虑测定多个卤化物(SiF4、CF4等)的浓度或分压，在该情况下，具有：SiF4用的第一激光光源31，其以波长调制范围的波数宽度包含1030.5cm-1～1031.5cm-1的一部分或全部的方式进行波长调制；以及CF4用的第二激光光源32，其以波长调制范围的波数宽度包含1282.5cm-1～1283.5cm-1的一部分或全部的方式进行波长调制。这些第一激光光源31及第二激光光源32由光源控制部51以彼此相同的振荡周期且这些激光光源的振荡时刻互不相同的方式进行脉冲振荡。信号处理装置5从通过光检测器4所得的光强度信号中分离多个激光光源31、32各自的信号，使用所分离的各激光光源31、32的光吸收信号，计算出与各激光光源31、32对应的测定对象成分的浓度或分压。应予说明，信号处理部52所进行的、测定对象成分的浓度或分压的计算与上述实施方式相同。
上述实施方式的信号处理部发挥下述各部的功能：相关值计算部，其使用与上述样本光的强度关联的强度关联信号、及针对该强度关联信号可获得预定的相关的特征信号，计算出依存于上述测定对象成分的浓度或分压的相关值；以及浓度或分压计算部，其使用由上述相关值计算部所得的相关值来计算出上述测定对象成分的浓度或分压，但上述信号处理部也可以使用其他运算方法。
作为本发明的气体分析装置的设置位置，不限于上述实施方式，也可以如图12的(A)所示，与设置于腔室的侧壁的端口(port)连接而设置，并对扩散至腔室200内的气体进行分析，还可以如图12的(B)所示，与设置于配管H的端口连接而设置，该配管H位于与腔室200连接的正下方。另外，还可以如图13的(A)、图13的(B)所示，以在配管H组装气体池2的方式设置气体分析装置100。在该情况下，配管H成为穿过气体池2那样的形状。
此外，也可以如图14的(A)所示，在腔室200的左右侧壁形成光入射窗201及光出射窗202，而将腔室200自身设为气体池。若为该构成，则能够直接测定从晶片W产生的气体。在这样的构成中，也能够用作针对晶片W的例如反应性离子蚀刻(RIE)的端点监视器。还可以如图14的(B)所示，在腔室200的内部配置反射镜M3，将激光光源3及光检测器4归纳配置于腔室200的一个侧壁侧。由此，能够灵活地应对设置空间的限制，另外，能够延长光路长度。而且，也可以如图15的(A)所示，在腔室200的上下壁形成光入射窗201及光出射窗202，而将腔室200自身设为气体池，还可以如图15的(B)所示，在腔室200的内部配置反射镜M3，将激光光源3及光检测器4归纳配置于腔室200的上壁侧或下壁侧。应予说明，在图14的(B)、图15的(B)中，反射镜M3也可以设置于腔室200的内部，还可以隔着窗而设置于腔室200的外部。
光源不限于半导体激光，也可以为其他类型的激光，只要为具有确保测定精度的足够的线宽的单波长光源且能够进行波长调制，则可以使用任何光源。另外，也可以对光源进行强度调制。
除此以外，只要不违背本发明的主旨，则也可以进行各种实施方式的变形或组合。
工业上的可利用性
根据本发明，能够高精度地测定半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压。
Claims (15)
1.一种气体分析装置，其特征在于，对半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压进行分析，并具备：
气体池，其导入有所述材料气体或所述副生成气体；
激光光源，其向所述气体池照射经波长调制的激光；
光检测器，其检测透过所述气体池的激光；以及
信号处理部，其使用由所述光检测器的输出信号所得的光吸收信号来计算出所述卤化物的浓度或分压，
所述气体池减压至比大气压小的预定的压力，
所述激光光源在包含所述卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围对所述激光进行波长调制。
2.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于，
所述卤化物为SiF4，
所述波长调制范围以其波数宽度包含1030.5cm-1～1031.5cm-1的一部分或全部的方式设定。
3.根据权利要求2所述的气体分析装置，其特征在于，
所述波长调制范围以其波数宽度包含1029cm-1～1032cm-1的一部分或全部的方式设定。
4.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于，
所述卤化物为CF4，
所述波长调制范围以其波数宽度包含1282.5cm-1～1283.5cm-1的一部分或全部的方式设定。
5.根据权利要求4所述的气体分析装置，其特征在于，
所述波长调制范围以其波数宽度包含1281.5cm-1～1284.5cm-1的一部分或全部的方式设定。
6.根据权利要求1所述的气体分析装置，其特征在于，
所述卤化物为SiF4和CF4，
所述激光光源具有：
第一激光光源，其以所述波长调制范围的波数宽度包含1030.5cm-1～1031.5cm-1的一部分或全部的方式设定；以及
第二激光光源，其以所述波长调制范围的波数宽度包含1282.5cm-1～1283.5cm-1的一部分或全部的方式设定。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的气体分析装置，其特征在于，
所述信号处理部通过光谱解析修正干扰成分对所述卤化物的光吸收信号的影响，计算出所述卤化物的浓度或分压。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的气体分析装置，其特征在于，
所述气体池在内部设置有一对反射镜，对所述激光进行多重反射。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的气体分析装置，其特征在于，
所述气体分析装置具有加热机构，所述加热机构将所述气体池加热。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的气体分析装置，其特征在于，
所述气体分析装置具有压力传感器，所述压力传感器测定所述材料气体或所述副生成气体的压力。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的气体分析装置，其特征在于，
所述气体池设置于进行半导体制造工艺的腔室或连接于该腔室的配管。
12.根据权利要求11所述的气体分析装置，其特征在于，
在所述配管设置有对所述腔室进行真空抽吸的真空泵，
所述气体池设置于比所述真空泵更靠所述腔室侧的位置。
13.根据权利要求12所述的气体分析装置，其特征在于，
在所述配管，在比所述真空泵更靠所述腔室侧的位置设置有控制所述腔室的压力的压力控制阀，
所述气体池的进气口连接于所述压力控制阀的上游侧，所述气体池的出气口连接于所述压力控制阀的下游侧。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的气体分析装置，其特征在于，
所述气体池由进行半导体制造工艺的腔室构成。
15.一种气体分析方法，其特征在于，对半导体制造工艺所用的材料气体或因半导体制造工艺而产生的副生成气体所含的卤化物的浓度或分压进行分析，并包括：
将所述材料气体或所述副生成气体导入至气体池的工序；
向所述气体池照射经波长调制的激光的工序；
检测透过所述气体池的激光的工序；以及
使用由所述光检测器的输出信号所得的光吸收信号来计算出所述卤化物的浓度或分压的工序，
将所述气体池减压至比大气压小的预定的压力，并且在包含所述卤化物的光吸收信号的特征部在内的波长调制范围对所述激光进行波长调制。
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