JPH09222394A - 分光器を用いた調和検出によって真空内の分子種を高感度に検出する方法及びそのシステム - Google Patents
分光器を用いた調和検出によって真空内の分子種を高感度に検出する方法及びそのシステムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】調和（調波）検出に基づくスペクトル分光によ
ってサンプルの気相分子種を高精度に検出する方法及び
システムを提供する。 【解決手段】システム２００は、気体サンプル内の分子
種を直接検出可能な吸収スペクトル分光セル２０１を備
えており、セルは、壁体２０３によって限定されたサン
プル領域２０２を有する。壁体には、サンプル領域に対
面した光透過窓２０６が配置された光出入口２０５が設
けられている。セルの中に光ビーム２０９を反射させる
ように、セルには、光反射面２０７が設けられている。
システムには、光源２０８と光透過窓を介してセルから
射出した光ビーム２０９を測定するための検出器２１０
とが設けられている。光源及び検出器は、チャンバ２１
１に収容されている。チャンバには、導入管路２１２と
排出管路２１３が接続されており、排出管路には、気体
流制限器２１４が設けられている。
ってサンプルの気相分子種を高精度に検出する方法及び
システムを提供する。 【解決手段】システム２００は、気体サンプル内の分子
種を直接検出可能な吸収スペクトル分光セル２０１を備
えており、セルは、壁体２０３によって限定されたサン
プル領域２０２を有する。壁体には、サンプル領域に対
面した光透過窓２０６が配置された光出入口２０５が設
けられている。セルの中に光ビーム２０９を反射させる
ように、セルには、光反射面２０７が設けられている。
システムには、光源２０８と光透過窓を介してセルから
射出した光ビーム２０９を測定するための検出器２１０
とが設けられている。光源及び検出器は、チャンバ２１
１に収容されている。チャンバには、導入管路２１２と
排出管路２１３が接続されており、排出管路には、気体
流制限器２１４が設けられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸収スペクトル分
光法を用いた調和（調波）検出によってサンプル内の気
相分子種(molecular species) を検出する方法に関し、
更に、半導体製造装置に適用する同様の検出方法に関す
る。また、本発明は、吸収スペクトル分光法を用いた調
和（調波）検出によってサンプル内の気相分子種を検出
するシステムに関し、更に、このシステムを備えた半導
体製造装置に関する。
光法を用いた調和（調波）検出によってサンプル内の気
相分子種(molecular species) を検出する方法に関し、
更に、半導体製造装置に適用する同様の検出方法に関す
る。また、本発明は、吸収スペクトル分光法を用いた調
和（調波）検出によってサンプル内の気相分子種を検出
するシステムに関し、更に、このシステムを備えた半導
体製造装置に関する。
【０００２】なお、本出願は、１９９６年４月１８日に
提出した出願（出願番号０８／６３４，４３９）の一部
継続出願であり、本出願の各請求項は、１９９５年１０
月１０日に提出した米国出願（出願番号６０／００５，
０１３）に関連している。
提出した出願（出願番号０８／６３４，４３９）の一部
継続出願であり、本出願の各請求項は、１９９５年１０
月１０日に提出した米国出願（出願番号６０／００５，
０１３）に関連している。
【０００３】
【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣｓ）は、一連の製
造プロセスを経て製造されており、その多くのプロセス
において、気体物質が必要となる。そのようなプロセス
には、エッチング、拡散、化学的気相成長（ＣＶＤ）、
イオンインプランテーション、スパッタリング、高速熱
処理が含まれる。このようなプロセスでは、気相中にお
いて、半導体基板と分子種との間で接触が生じる。ＩＣ
装置が極めて繊細な特性を有する結果、その製造損失を
最小限にするように、半導体基板に接触している気体に
は、１０億分の１及び更に低いレベルの不純物が通常必
要となる。この分子不純物の中には、除去することが極
めて困難な水分が含まれているが、逆に、この水分が、
多くの半導体製造プロセスに影響を与えることになる。
造プロセスを経て製造されており、その多くのプロセス
において、気体物質が必要となる。そのようなプロセス
には、エッチング、拡散、化学的気相成長（ＣＶＤ）、
イオンインプランテーション、スパッタリング、高速熱
処理が含まれる。このようなプロセスでは、気相中にお
いて、半導体基板と分子種との間で接触が生じる。ＩＣ
装置が極めて繊細な特性を有する結果、その製造損失を
最小限にするように、半導体基板に接触している気体に
は、１０億分の１及び更に低いレベルの不純物が通常必
要となる。この分子不純物の中には、除去することが極
めて困難な水分が含まれているが、逆に、この水分が、
多くの半導体製造プロセスに影響を与えることになる。
【０００４】分子種の検出方法としては、赤外線吸収ス
ペクトル分光法が知られている。この方法は、所定の分
子の固有周波数特性に対応した赤外光吸収作用の測定値
に基づいた方法である。
ペクトル分光法が知られている。この方法は、所定の分
子の固有周波数特性に対応した赤外光吸収作用の測定値
に基づいた方法である。
【０００５】しかしながら、この方法によって真空チャ
ンバ内の分子種の痕跡量を測定する場合、光源や検出器
が配置されている真空チャンバ外に存する同一分子種に
よる光吸収によって測定精度が制限を受ける場合があ
る。
ンバ内の分子種の痕跡量を測定する場合、光源や検出器
が配置されている真空チャンバ外に存する同一分子種に
よる光吸収によって測定精度が制限を受ける場合があ
る。
【０００６】このような問題を解消するために、３つの
方法が提案されている。第１の方法は、真空チャンバの
外側に光路を形成して、可能な限り真空チャンバの内側
の光路を短くする方法、第２の方法は、純粋な気体を有
する真空チャンバの外側の光路から不純物を取り除く方
法、第３の方法は、真空下で光路を形成する方法であ
る。なお、この場合、“純粋な気体”とは、水分の含有
率が実質的に零であることを意味する。また、第２及び
第３の方法は、測定前に処理を施すことによって組み合
わせることができる。
方法が提案されている。第１の方法は、真空チャンバの
外側に光路を形成して、可能な限り真空チャンバの内側
の光路を短くする方法、第２の方法は、純粋な気体を有
する真空チャンバの外側の光路から不純物を取り除く方
法、第３の方法は、真空下で光路を形成する方法であ
る。なお、この場合、“純粋な気体”とは、水分の含有
率が実質的に零であることを意味する。また、第２及び
第３の方法は、測定前に処理を施すことによって組み合
わせることができる。
【０００７】しかしながら、これら方法は、その効果が
制限される。例えば、真空チャンバ内の分子種の分圧が
低い場合、上記予防措置にも関わらず重大な干渉作用が
発生してしまう。特に、真空チャンバ内の分子種が水を
構成する場合、真空チャンバの外側構成部品は、測定を
妨げるのに充分なレベルで水を除気する場合がある。こ
の除気に加えて、真空チャンバの外側の光路の幾何学的
な構造による漏洩や不充分な不純物の取り除きが、上記
干渉作用を引き起こす。そして、分子種に関する上記の
望ましくない原因を完全に除去することは極めて困難又
は不可能であり、この結果、精度良く測定することがで
きなくなる場合がある。
制限される。例えば、真空チャンバ内の分子種の分圧が
低い場合、上記予防措置にも関わらず重大な干渉作用が
発生してしまう。特に、真空チャンバ内の分子種が水を
構成する場合、真空チャンバの外側構成部品は、測定を
妨げるのに充分なレベルで水を除気する場合がある。こ
の除気に加えて、真空チャンバの外側の光路の幾何学的
な構造による漏洩や不充分な不純物の取り除きが、上記
干渉作用を引き起こす。そして、分子種に関する上記の
望ましくない原因を完全に除去することは極めて困難又
は不可能であり、この結果、精度良く測定することがで
きなくなる場合がある。
【０００８】赤外線吸収スペクトル分光法において、光
の吸収は、圧力に対応して線形に増加する吸収周波数の
中心から広がって生じる。このため、真空チャンバの外
側の高い圧力領域の分子に起因する光吸収の幅は、真空
チャンバの内側の低い圧力領域の分子に起因する光吸収
の幅よりも大きくなる。更に、吸収周波数の中心の光吸
収の上限は、真空チャンバ内の分子種の分圧に直接比例
すると共に、その分圧の変化の幅に直接比例する。この
結果、真空チャンバの外側の気体の全圧力が増加する
と、分圧の変化の幅も増加する。
の吸収は、圧力に対応して線形に増加する吸収周波数の
中心から広がって生じる。このため、真空チャンバの外
側の高い圧力領域の分子に起因する光吸収の幅は、真空
チャンバの内側の低い圧力領域の分子に起因する光吸収
の幅よりも大きくなる。更に、吸収周波数の中心の光吸
収の上限は、真空チャンバ内の分子種の分圧に直接比例
すると共に、その分圧の変化の幅に直接比例する。この
結果、真空チャンバの外側の気体の全圧力が増加する
と、分圧の変化の幅も増加する。
【０００９】簡単な赤外線吸収測定法を用いた場合、真
空チャンバの外側の圧力を増加させて、上記分子に対応
した信号幅の領域を増加させても何等利点は得られな
い。なぜなら、上記分子の濃度が一定に維持されている
と仮定した場合、真空チャンバ内の分子種の分圧は、比
例して増加するからである。また、真空チャンバの外側
の分子に対応した上記信号は、２つの影響が抹殺するこ
とにより抑制されることはない。実際、ドップラー線幅
に依存した大きさの僅かな増加は生じる。この結果、真
空チャンバの外側の光路内の分子種は、打ち消されるこ
とは無い。従って、赤外線吸収スペクトル分光法は、真
空チャンバ無いの分子種の痕跡量を精度良く測定するの
に適当な方法では無い。
空チャンバの外側の圧力を増加させて、上記分子に対応
した信号幅の領域を増加させても何等利点は得られな
い。なぜなら、上記分子の濃度が一定に維持されている
と仮定した場合、真空チャンバ内の分子種の分圧は、比
例して増加するからである。また、真空チャンバの外側
の分子に対応した上記信号は、２つの影響が抹殺するこ
とにより抑制されることはない。実際、ドップラー線幅
に依存した大きさの僅かな増加は生じる。この結果、真
空チャンバの外側の光路内の分子種は、打ち消されるこ
とは無い。従って、赤外線吸収スペクトル分光法は、真
空チャンバ無いの分子種の痕跡量を精度良く測定するの
に適当な方法では無い。
【００１０】また、他のスペクトル分光法として、調和
（調波）検出によるスペクトル分光法が知られており、
この方法によれば、真空チャンバの外側の分子の大きな
変化幅を有効に利用することができる。
（調波）検出によるスペクトル分光法が知られており、
この方法によれば、真空チャンバの外側の分子の大きな
変化幅を有効に利用することができる。
【００１１】なお、この分光法の詳細な説明について
は、ウエブスター( C.R.Webster)等による“Infrared L
aser Absorption:Theory and Applications in Laser R
emoteChemical Analysis,Wiley,New York (1988) ”に
示されている。
は、ウエブスター( C.R.Webster)等による“Infrared L
aser Absorption:Theory and Applications in Laser R
emoteChemical Analysis,Wiley,New York (1988) ”に
示されている。
【００１２】また、１気圧又はそれ以上の空気又は窒素
のマトリックス内に水蒸気がある場合において、吸収特
性の形状は、下式で示すような良く知られたローレンツ
・プロファイルによって表される。
のマトリックス内に水蒸気がある場合において、吸収特
性の形状は、下式で示すような良く知られたローレンツ
・プロファイルによって表される。
【００１３】
【数１】
【００１４】ここで、Ｉ0 （ｖ）は、周波数ｖにおける
入射光強度であり、Ｉ（ｖ）は、周波数ｖにおける透過
光強度である。また、Ｐは、圧力であり、ｃは、水蒸気
の体積濃度である。また、ｌは、サンプルを通る光路の
長さであり、Ｓは、所定の吸収特性の線強度である。ま
た、γは、吸収特性の半値幅であり、ｖ0 は、中心周波
数である。この場合、上限の光吸収は、入射光の周波数
をｖ0 とした場合、
入射光強度であり、Ｉ（ｖ）は、周波数ｖにおける透過
光強度である。また、Ｐは、圧力であり、ｃは、水蒸気
の体積濃度である。また、ｌは、サンプルを通る光路の
長さであり、Ｓは、所定の吸収特性の線強度である。ま
た、γは、吸収特性の半値幅であり、ｖ0 は、中心周波
数である。この場合、上限の光吸収は、入射光の周波数
をｖ0 とした場合、
【００１５】
【数２】 なる式によって表される。
【００１６】真空状態例えば極めて低い分圧（例えば約
０．１トル(Torr)以下で、真空チャンバ内の全気体の圧
力が約０．５トル程度）の下での水蒸気による赤外光吸
収の場合、吸収特性は、極めて制限されたものとなる。
吸収特性幅は、主にドップラー効果によって決定され、
入射光に関係した分子のランダム運動の要因となる。そ
して、この吸収特性幅は、以下の式（ガウス線形）で表
される。
０．１トル(Torr)以下で、真空チャンバ内の全気体の圧
力が約０．５トル程度）の下での水蒸気による赤外光吸
収の場合、吸収特性は、極めて制限されたものとなる。
吸収特性幅は、主にドップラー効果によって決定され、
入射光に関係した分子のランダム運動の要因となる。そ
して、この吸収特性幅は、以下の式（ガウス線形）で表
される。
【００１７】
【数３】
【００１８】この方程式において、γED√ｌｎ（２）
は、上記状態下における吸収特性の半値幅であり、吸収
周波数の中心周波数、分子量、温度に依存している。こ
の線形の中心信号は、以下の式によって規定される。
は、上記状態下における吸収特性の半値幅であり、吸収
周波数の中心周波数、分子量、温度に依存している。こ
の線形の中心信号は、以下の式によって規定される。
【００１９】
【数４】
【００２０】真空状態下で室温約２５℃での水蒸気にお
いて、７１００ｃｍ-1近傍（ここには、一般的な近赤外
ダイオードレーザー源によってアクセス可能な比較的強
い吸収特性が位置付けられる）の周波数の赤外光を吸収
ように、γEDは、ほぼ０．０１ｃｍ-1に等しい値とな
る。１気圧の空気又は窒素のマトリックス内の水蒸気に
おいて、γの一般的な値は、０．１ｃｍ-1である。この
γの値は、気体状サンプルの圧力及び温度、吸収特性の
中心周波数に依存している。一定温度での所定の吸収特
性において、γは、以下の式によってほぼ表される。
いて、７１００ｃｍ-1近傍（ここには、一般的な近赤外
ダイオードレーザー源によってアクセス可能な比較的強
い吸収特性が位置付けられる）の周波数の赤外光を吸収
ように、γEDは、ほぼ０．０１ｃｍ-1に等しい値とな
る。１気圧の空気又は窒素のマトリックス内の水蒸気に
おいて、γの一般的な値は、０．１ｃｍ-1である。この
γの値は、気体状サンプルの圧力及び温度、吸収特性の
中心周波数に依存している。一定温度での所定の吸収特
性において、γは、以下の式によってほぼ表される。
【００２１】
【数５】
【００２２】ここで、ｂは、定数である。更に詳細な方
程式は、オリベイラ(Olivero) やロングボーサム(Longb
otham)によって提案されているが、上式でも充分に上記
議論の目的を達成できる。調和（調波）検出を実行する
ためには、入射光源の周波数を変調する。この場合、正
弦波変調振幅をａ、周波数をωとすると、時間ｔにおけ
る光の周波数は、
程式は、オリベイラ(Olivero) やロングボーサム(Longb
otham)によって提案されているが、上式でも充分に上記
議論の目的を達成できる。調和（調波）検出を実行する
ためには、入射光源の周波数を変調する。この場合、正
弦波変調振幅をａ、周波数をωとすると、時間ｔにおけ
る光の周波数は、
【００２３】
【数６】 なる式で規定される。
【００２４】第一高調波検出(first harmonic detectio
n)において、検出器の信号成分は、周波数ωとレーザー
変調させる位相である。この場合、例えばロックインア
ンプや、ミキサを用いることによって、調和（調波）検
出することができる。なお、ミキサは、検出器出力と周
波数ωの正弦波信号とを結合するようになっており、そ
の位相は、位相シフト器を用いて適当に調節される。そ
して、ミキサ出力は、適当なローパスフィルタを介して
出力される。このようなプロセスの詳細な説明は、ホロ
ウィッツ(Horowitz)やヒル(Hill)による“The Art of E
lectronics”に示されている。この技術は、良く知られ
ており、ω以下の周波数に対応したノイズ成分を正弦波
信号から除去するために用いられている。
n)において、検出器の信号成分は、周波数ωとレーザー
変調させる位相である。この場合、例えばロックインア
ンプや、ミキサを用いることによって、調和（調波）検
出することができる。なお、ミキサは、検出器出力と周
波数ωの正弦波信号とを結合するようになっており、そ
の位相は、位相シフト器を用いて適当に調節される。そ
して、ミキサ出力は、適当なローパスフィルタを介して
出力される。このようなプロセスの詳細な説明は、ホロ
ウィッツ(Horowitz)やヒル(Hill)による“The Art of E
lectronics”に示されている。この技術は、良く知られ
ており、ω以下の周波数に対応したノイズ成分を正弦波
信号から除去するために用いられている。
【００２５】第二高調波検出(second harmonic detecti
on) において、周波数２ωに対応した信号成分が選択さ
れ、第三高調波検出(third harmonic detection)におい
て、周波数３ωに対応した信号成分が選択される。１気
圧での窒素又は空気内の水蒸気において、ｖ0 （中心
線）での第二高調波検出信号は、以下の式によって規定
される。
on) において、周波数２ωに対応した信号成分が選択さ
れ、第三高調波検出(third harmonic detection)におい
て、周波数３ωに対応した信号成分が選択される。１気
圧での窒素又は空気内の水蒸気において、ｖ0 （中心
線）での第二高調波検出信号は、以下の式によって規定
される。
【００２６】
【数７】 同様に、真空状態での水蒸気において、ｖ0 （中心線）
での第二高調波検出信号は、以下の式によって規定され
る。
での第二高調波検出信号は、以下の式によって規定され
る。
【００２７】
【数８】
【００２８】これら関係式は、ウイルソン(G.V.H.Wilso
n)によって“J.Appl.Phys.Vol.34No.11 p.3276 (196
3)”に提案されている。また、ウイルソンは、信号（ｖ
0 ）の上限値が、上記２つの式においてａ／γ（又は、
ａ／γED）＝２．２である場合に得られることを証明し
た。
n)によって“J.Appl.Phys.Vol.34No.11 p.3276 (196
3)”に提案されている。また、ウイルソンは、信号（ｖ
0 ）の上限値が、上記２つの式においてａ／γ（又は、
ａ／γED）＝２．２である場合に得られることを証明し
た。
【００２９】また、第二高調波スペクトル分光は、吸収
特性の中心周波数ｖ0 と等しくなるように、光源から出
射する光の周波数ｖを調節することによって、或いは、
ｖ0を含む領域に亘る周波数を反復して走査することに
よって、実施することが可能である。この場合、上記光
の周波数ｖを調節する方法は、通常、レーザーダイオー
ド等の光源に対する積極的なフィードバック制御が必要
となる。また、上記周波数を反復走査する方法では、全
ての吸収特性に亘る走査が行われる。これら双方の方法
において、主としてｖ0 での信号が所望のサンプル領域
内の水分子によって吸収されるのであれば最も効果的で
ある。
特性の中心周波数ｖ0 と等しくなるように、光源から出
射する光の周波数ｖを調節することによって、或いは、
ｖ0を含む領域に亘る周波数を反復して走査することに
よって、実施することが可能である。この場合、上記光
の周波数ｖを調節する方法は、通常、レーザーダイオー
ド等の光源に対する積極的なフィードバック制御が必要
となる。また、上記周波数を反復走査する方法では、全
ての吸収特性に亘る走査が行われる。これら双方の方法
において、主としてｖ0 での信号が所望のサンプル領域
内の水分子によって吸収されるのであれば最も効果的で
ある。
【００３０】図１には、吸収特性の半値幅γをγ＝０．
１、ＰｌＳ＝１（単に相対値を一定として計算した際の
値）、ｃ＝１０-6、ａ＝ｍｏｄj （ｍｏｄj は、０と１
の間で変化する）に規定した際の信号（ｖ0 ）から得た
信号Ｓj の特性が示されている。図１から明らかなよう
に、信号Ｓj は、ｍｏｄj ＝０．２２（即ち、２．２×
０．１）のときに最大となり、また、この信号Ｓj は、
変調振幅の値が小さくなると低くなる。また、真空チャ
ンバの外周領域が大気圧に維持され且つ真空の下にサン
プルが在る場合において、真空チャンバ内の所定の分子
種により変調振幅が吸収幅の２．２倍に規定された場
合、この変調振幅は、真空チャンバ外の同一分子種の最
適な振幅値よりも必然的に極めて低いものとなる。
１、ＰｌＳ＝１（単に相対値を一定として計算した際の
値）、ｃ＝１０-6、ａ＝ｍｏｄj （ｍｏｄj は、０と１
の間で変化する）に規定した際の信号（ｖ0 ）から得た
信号Ｓj の特性が示されている。図１から明らかなよう
に、信号Ｓj は、ｍｏｄj ＝０．２２（即ち、２．２×
０．１）のときに最大となり、また、この信号Ｓj は、
変調振幅の値が小さくなると低くなる。また、真空チャ
ンバの外周領域が大気圧に維持され且つ真空の下にサン
プルが在る場合において、真空チャンバ内の所定の分子
種により変調振幅が吸収幅の２．２倍に規定された場
合、この変調振幅は、真空チャンバ外の同一分子種の最
適な振幅値よりも必然的に極めて低いものとなる。
【００３１】しかしながら、実際問題として、真空チャ
ンバ内の水分子種（この分子種は、真空チャンバの外側
の光路にも存在する）の小さな分圧を検出することが必
要な場合、変調振幅は、現在使用中の真空チャンバ内の
分子を検出するのに最適な値よりも小さい。この場合、
真空チャンバ外の高圧分子に起因した信号を抑制するよ
うな最適状態に及ばない変調振幅が意図的に選択され
る。
ンバ内の水分子種（この分子種は、真空チャンバの外側
の光路にも存在する）の小さな分圧を検出することが必
要な場合、変調振幅は、現在使用中の真空チャンバ内の
分子を検出するのに最適な値よりも小さい。この場合、
真空チャンバ外の高圧分子に起因した信号を抑制するよ
うな最適状態に及ばない変調振幅が意図的に選択され
る。
【００３２】大気圧の下で、真空チャンバ外の光路中の
分子に起因した信号を抑制するための調和（調波）スペ
クトル分光の利点については、ムシャ(Mucha) による
“ISATransactions, Vol.25,p.25(1986) ”で認められ
ている。更に、ムシャは、最適な変調振幅の存在に言及
しており、この最適な変調振幅は、大気圧の信号の抑制
化と真空チャンバ内の分子に起因した信号の最適化とを
釣り合わせる。この点に関し、現発明者のインマン等(I
nman et al) の先の研究である“Application ofTunabl
e Diode Laser Absorption Spectroscopy to Trace Moi
sture Measurements in Gases, Anal.chem.,Vol.66,No.
15,pp.2471-2479(1994)”において、ムシャの技術は、
真空チャンバ内の分子種の線幅の１．３〜１．８倍の変
調振幅を与えることによって実施条件を満足する。
分子に起因した信号を抑制するための調和（調波）スペ
クトル分光の利点については、ムシャ(Mucha) による
“ISATransactions, Vol.25,p.25(1986) ”で認められ
ている。更に、ムシャは、最適な変調振幅の存在に言及
しており、この最適な変調振幅は、大気圧の信号の抑制
化と真空チャンバ内の分子に起因した信号の最適化とを
釣り合わせる。この点に関し、現発明者のインマン等(I
nman et al) の先の研究である“Application ofTunabl
e Diode Laser Absorption Spectroscopy to Trace Moi
sture Measurements in Gases, Anal.chem.,Vol.66,No.
15,pp.2471-2479(1994)”において、ムシャの技術は、
真空チャンバ内の分子種の線幅の１．３〜１．８倍の変
調振幅を与えることによって実施条件を満足する。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最適状
態に及ばない変調振幅を用いた上記技術には、理論的に
得ることが可能な信号に比べて４倍に至る程度のかなり
の信号損失を伴うことにより、真空チャンバ内の分子種
の痕跡量の測定感度や測定能力が低下してしまうといっ
た問題が存する。
態に及ばない変調振幅を用いた上記技術には、理論的に
得ることが可能な信号に比べて４倍に至る程度のかなり
の信号損失を伴うことにより、真空チャンバ内の分子種
の痕跡量の測定感度や測定能力が低下してしまうといっ
た問題が存する。
【００３４】そこで、半導体製造業の要請に答えるため
に及び従来技術の問題点を解決するために、本発明の目
的は、少なくとも１０億分の１程度の低いレベルでサン
プルの気相分子種を精度良く検出することができるよう
に、調和（調波）検出に基づくスペクトル分光によって
サンプルの気相分子種を検出する新規な方法を提供する
ことにある。
に及び従来技術の問題点を解決するために、本発明の目
的は、少なくとも１０億分の１程度の低いレベルでサン
プルの気相分子種を精度良く検出することができるよう
に、調和（調波）検出に基づくスペクトル分光によって
サンプルの気相分子種を検出する新規な方法を提供する
ことにある。
【００３５】また、本発明の他の目的は、調和（調波）
検出に基づくスペクトル分光によって半導体製造装置内
の気相分子種を検出する方法を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、調和（調波）検出に基づくス
ペクトル分光によってサンプルの気相分子種を検出する
システムを提供することにある。
検出に基づくスペクトル分光によって半導体製造装置内
の気相分子種を検出する方法を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、調和（調波）検出に基づくス
ペクトル分光によってサンプルの気相分子種を検出する
システムを提供することにある。
【００３６】また、本発明の他の目的は、調和（調波）
検出に基づくスペクトル分光によってサンプルの気相分
子種を検出する本発明のシステムを備えた半導体製造装
置を提供することにある。そして、本発明の上記他の目
的及び解釈は、本明細書、図面、請求項に基づいて、当
業者に理解可能となっている。
検出に基づくスペクトル分光によってサンプルの気相分
子種を検出する本発明のシステムを備えた半導体製造装
置を提供することにある。そして、本発明の上記他の目
的及び解釈は、本明細書、図面、請求項に基づいて、当
業者に理解可能となっている。
【００３７】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明の方法、システム、装置によって実現される。本発明
の第１の特徴によれば、調和（調波）検出に基づくスペ
クトル分光によってサンプルの気相分子種(molecular s
pecies) を検出するための新規な方法が実現される。こ
の方法には、少なくとも１つの壁体によって限定された
サンプル領域を有するセルを規定する工程が含まれる。
このセルは、少なくとも１つの光出入口を備えており、
光出入口には、夫々、サンプル領域に対向する面を有し
且つセルを閉鎖するように周囲方向に配置された光透過
窓が設けられている。サンプル気体は、サンプル領域を
介してセル中心軸に沿って平行に流れる。なお、セル
は、大気圧又はそれ以下の圧力で作動（機能）する。
明の方法、システム、装置によって実現される。本発明
の第１の特徴によれば、調和（調波）検出に基づくスペ
クトル分光によってサンプルの気相分子種(molecular s
pecies) を検出するための新規な方法が実現される。こ
の方法には、少なくとも１つの壁体によって限定された
サンプル領域を有するセルを規定する工程が含まれる。
このセルは、少なくとも１つの光出入口を備えており、
光出入口には、夫々、サンプル領域に対向する面を有し
且つセルを閉鎖するように周囲方向に配置された光透過
窓が設けられている。サンプル気体は、サンプル領域を
介してセル中心軸に沿って平行に流れる。なお、セル
は、大気圧又はそれ以下の圧力で作動（機能）する。
【００３８】少なくとも１つの光透過窓を介してセルに
光ビームを導くための周波数変調光源（又は、波長変調
光源）が設けられている。この光源の変調振幅は、サン
プル領域内の検出済み気相分子種に対応した吸収特性の
中心での調和（調波）信号の値を略最大化した値に調整
される。また、光源の中心周波数は、吸収特性の中心に
固定されるように又はこの特性を包含した周波数帯域に
亘って反復走査されるように、調整される。このとき、
個々に記録可能な又は平均化可能なスペクトルが発生す
る。
光ビームを導くための周波数変調光源（又は、波長変調
光源）が設けられている。この光源の変調振幅は、サン
プル領域内の検出済み気相分子種に対応した吸収特性の
中心での調和（調波）信号の値を略最大化した値に調整
される。また、光源の中心周波数は、吸収特性の中心に
固定されるように又はこの特性を包含した周波数帯域に
亘って反復走査されるように、調整される。このとき、
個々に記録可能な又は平均化可能なスペクトルが発生す
る。
【００３９】少なくとも１つの光透過窓を介してセルか
ら射出した光ビームを測定するための検出器が設けられ
ている。この検出器及び上記光源は、セルの外側に配置
され且つサンプル領域から分離したチャンバに収容され
ている。チャンバとサンプル領域とは、少なくとも１つ
の光透過窓を介して互いに光通信されるように配置され
ている。チャンバ内の圧力は、大気圧よりも高い圧力に
対応した値に制御されている。
ら射出した光ビームを測定するための検出器が設けられ
ている。この検出器及び上記光源は、セルの外側に配置
され且つサンプル領域から分離したチャンバに収容され
ている。チャンバとサンプル領域とは、少なくとも１つ
の光透過窓を介して互いに光通信されるように配置され
ている。チャンバ内の圧力は、大気圧よりも高い圧力に
対応した値に制御されている。
【００４０】本発明の第２の特徴は、上記第１の特徴に
関係した方法を用いており、調和（調波）検出に基づく
スペクトル分光によって半導体製造装置の気相分子種を
検出するための方法に関する。
関係した方法を用いており、調和（調波）検出に基づく
スペクトル分光によって半導体製造装置の気相分子種を
検出するための方法に関する。
【００４１】本発明の第３の特徴は、上記第１の特徴に
関係した方法を実施するように、調和（調波）検出に基
づくスペクトル分光によってサンプルの気相分子種を検
出するためのシステムに関する。
関係した方法を実施するように、調和（調波）検出に基
づくスペクトル分光によってサンプルの気相分子種を検
出するためのシステムに関する。
【００４２】本発明の第４の特徴によれば、半導体製造
装置が実現される。この半導体製造装置には、上記第２
の特徴に関係した方法を実施するように、真空ポンプが
接続された真空チャンバが設けられており、真空ポンプ
によって真空チャンバ内の空気を排出するようになって
いる。
装置が実現される。この半導体製造装置には、上記第２
の特徴に関係した方法を実施するように、真空ポンプが
接続された真空チャンバが設けられており、真空ポンプ
によって真空チャンバ内の空気を排出するようになって
いる。
【００４３】
【発明の実施の形態】本発明の調和（調波）検出に基づ
くスペクトル分光法には、少なくとも１つの壁体によっ
て限定されたサンプル領域を有するセルを規定する工程
が含まれる。このセルは、少なくとも１つの光出入口を
備えており、光出入口には、夫々、サンプル領域に対向
する面を有し且つセルを閉鎖するように周囲方向に配置
された光透過窓が設けられている。サンプル気体は、サ
ンプル領域を介してセル中心軸に沿って平行に流れる。
なお、セルは、大気圧以下で機能する。
くスペクトル分光法には、少なくとも１つの壁体によっ
て限定されたサンプル領域を有するセルを規定する工程
が含まれる。このセルは、少なくとも１つの光出入口を
備えており、光出入口には、夫々、サンプル領域に対向
する面を有し且つセルを閉鎖するように周囲方向に配置
された光透過窓が設けられている。サンプル気体は、サ
ンプル領域を介してセル中心軸に沿って平行に流れる。
なお、セルは、大気圧以下で機能する。
【００４４】少なくとも１つの光透過窓を介してセルに
光ビームを導くための周波数変調光源（又は、波長変調
光源）が設けられている。この光源の変調振幅は、サン
プル領域内の検出済み気相分子種に対応した吸収特性の
中心での調和（調波）信号の値を略最大化した値に調整
される。例えば、第二高調波信号の値は、サンプル領域
内の検出済み気相分子種に対応したスペクトル吸収特性
幅のほぼ２．２倍である。また、第四高調波信号の値
は、サンプル領域内の検出済み気相分子種に対応したス
ペクトル吸収特性幅のほぼ３．９倍である。
光ビームを導くための周波数変調光源（又は、波長変調
光源）が設けられている。この光源の変調振幅は、サン
プル領域内の検出済み気相分子種に対応した吸収特性の
中心での調和（調波）信号の値を略最大化した値に調整
される。例えば、第二高調波信号の値は、サンプル領域
内の検出済み気相分子種に対応したスペクトル吸収特性
幅のほぼ２．２倍である。また、第四高調波信号の値
は、サンプル領域内の検出済み気相分子種に対応したス
ペクトル吸収特性幅のほぼ３．９倍である。
【００４５】光源の中心周波数即ち変調が生じる程度の
周波数は、吸収特性の中心に固定されるように又はこの
特性を包含した周波数帯域に亘って反復走査されるよう
に、調整される。このとき、個々に記録可能な又は所望
の平均化が可能なスペクトルが発生する。中心周波数が
所望のスペクトル範囲に亘って反復走査された場合、こ
のような走査は、変調周波数に比べて比較的低速度で行
われるべきである。
周波数は、吸収特性の中心に固定されるように又はこの
特性を包含した周波数帯域に亘って反復走査されるよう
に、調整される。このとき、個々に記録可能な又は所望
の平均化が可能なスペクトルが発生する。中心周波数が
所望のスペクトル範囲に亘って反復走査された場合、こ
のような走査は、変調周波数に比べて比較的低速度で行
われるべきである。
【００４６】少なくとも１つの光透過窓を介してセルか
ら射出した光ビームを測定するための検出器が設けられ
ている。この検出器及び上記光源は、セルの外側に配置
され且つサンプル領域から分離したチャンバに収容され
ている。チャンバとサンプル領域とは、少なくとも１つ
の光透過窓を介して互いに光通信されるように配置され
ている。チャンバ内の圧力は、大気圧よりも高い圧力に
対応した値に制御されている。
ら射出した光ビームを測定するための検出器が設けられ
ている。この検出器及び上記光源は、セルの外側に配置
され且つサンプル領域から分離したチャンバに収容され
ている。チャンバとサンプル領域とは、少なくとも１つ
の光透過窓を介して互いに光通信されるように配置され
ている。チャンバ内の圧力は、大気圧よりも高い圧力に
対応した値に制御されている。
【００４７】本発明の方法及びシステムは、真空チャン
バの分子種をスペクトル分光測定する際に生じる種々の
問題を解消するのに特に最適である。このような問題
は、真空チャンバの外側の光路中に存する同一分子種に
より引き起こされる光吸収に起因した干渉作用によって
部分的に生じる。特に、本発明によれば、真空チャンバ
又は測定セルの外側に配置された光路部分即ち与圧（加
圧）されたチャンバに含まれるこの種の干渉作用によっ
て引き起こされる有害な効果を除去又は最小限に抑制さ
れる。この予圧（加圧）されたチャンバは、大気圧より
高い圧力において最適な作用を奏する。
バの分子種をスペクトル分光測定する際に生じる種々の
問題を解消するのに特に最適である。このような問題
は、真空チャンバの外側の光路中に存する同一分子種に
より引き起こされる光吸収に起因した干渉作用によって
部分的に生じる。特に、本発明によれば、真空チャンバ
又は測定セルの外側に配置された光路部分即ち与圧（加
圧）されたチャンバに含まれるこの種の干渉作用によっ
て引き起こされる有害な効果を除去又は最小限に抑制さ
れる。この予圧（加圧）されたチャンバは、大気圧より
高い圧力において最適な作用を奏する。
【００４８】図２（ａ），（ｂ）には、本発明の気相分
子種を検出するためのシステム２００が示されている。
このシステム２００は、気体サンプル内の分子種を気体
サンプル中で直接検出可能な吸収スペクトル分光セル２
０１を備えている。セル２０１は、測定すべきサンプル
を包含したサンプル領域２０２を有する。サンプル領域
２０２は、１又は複数の壁体２０３によって限定されて
いる。また、セル２０１は、その長手軸２０４に沿って
延出した開口を備えている。この構成によれば、セルを
介して長手軸２０４の中心に沿って平行な方向（図中矢
印方向）にサンプルを通過させることができる。
子種を検出するためのシステム２００が示されている。
このシステム２００は、気体サンプル内の分子種を気体
サンプル中で直接検出可能な吸収スペクトル分光セル２
０１を備えている。セル２０１は、測定すべきサンプル
を包含したサンプル領域２０２を有する。サンプル領域
２０２は、１又は複数の壁体２０３によって限定されて
いる。また、セル２０１は、その長手軸２０４に沿って
延出した開口を備えている。この構成によれば、セルを
介して長手軸２０４の中心に沿って平行な方向（図中矢
印方向）にサンプルを通過させることができる。
【００４９】セル２０１の壁体２０３には、１又は複数
の光出入口２０５が設けられており、光出入口２０５
は、夫々、サンプル領域２０２に対面した光透過窓２０
６を備えている。壁体２０３及び光透過窓２０６は、全
体として、セル２０１の周囲方向を閉鎖している。密閉
された最適な真空状態を形成するように、Ｏリングや他
の一般的な真空密閉部材を用いることが可能である。
の光出入口２０５が設けられており、光出入口２０５
は、夫々、サンプル領域２０２に対面した光透過窓２０
６を備えている。壁体２０３及び光透過窓２０６は、全
体として、セル２０１の周囲方向を閉鎖している。密閉
された最適な真空状態を形成するように、Ｏリングや他
の一般的な真空密閉部材を用いることが可能である。
【００５０】セル２０１の中に光ビーム２０９を反射さ
せるように、セル２０１には、少なくとも１つのミラー
等の光反射面２０７が設けられている。光反射面２０７
には、磨き上げて光沢が施された金属を適用することが
好ましい。
せるように、セル２０１には、少なくとも１つのミラー
等の光反射面２０７が設けられている。光反射面２０７
には、磨き上げて光沢が施された金属を適用することが
好ましい。
【００５１】また、システム２００には、好ましくはダ
イオードレーザ等の周波数変調光源を適用可能な光源２
０８が設けられている。このような構成において、光源
２０８からの光ビーム２０９は、光透過窓２０６を介し
てセル２０１内のサンプル領域２０２に導光された後、
光反射面２０７から反射されることになる。
イオードレーザ等の周波数変調光源を適用可能な光源２
０８が設けられている。このような構成において、光源
２０８からの光ビーム２０９は、光透過窓２０６を介し
てセル２０１内のサンプル領域２０２に導光された後、
光反射面２０７から反射されることになる。
【００５２】そして、最適な光源の性能に対応して、種
々の不純物分子を検出することが可能となる。例えば、
水蒸気、酸化窒素、一酸化炭素、メタン、他の炭化水素
は、不純物の波長特性に対応した光を出射するダイオー
ドレーザからの光の減衰を測定することによって、検出
することが可能である。
々の不純物分子を検出することが可能となる。例えば、
水蒸気、酸化窒素、一酸化炭素、メタン、他の炭化水素
は、不純物の波長特性に対応した光を出射するダイオー
ドレーザからの光の減衰を測定することによって、検出
することが可能である。
【００５３】測定感度が向上するように、レーザー光源
は、所望の分子の吸収作用が最も強く生じるスペクトル
範囲に光を出射する。特に、光源は、約２μｍ以上の波
長の光を出射することが好ましい。多くの不純物分子
が、上記スペクトル範囲で強い吸収帯を有しているから
である。
は、所望の分子の吸収作用が最も強く生じるスペクトル
範囲に光を出射する。特に、光源は、約２μｍ以上の波
長の光を出射することが好ましい。多くの不純物分子
が、上記スペクトル範囲で強い吸収帯を有しているから
である。
【００５４】また、種々の波長可変光源を用いることが
できるが、容易に入手可能な光源としては、ダイオード
レーザー光源が好ましい。この光源は、その発振波長に
おいて、線幅が狭く（約１０-3ｃｍ-1以下）且つ比較的
高い感度（約０．１〜数ミリワット）を有しているから
である。
できるが、容易に入手可能な光源としては、ダイオード
レーザー光源が好ましい。この光源は、その発振波長に
おいて、線幅が狭く（約１０-3ｃｍ-1以下）且つ比較的
高い感度（約０．１〜数ミリワット）を有しているから
である。
【００５５】ダイオードレーザーには、例えば、Pb-sal
t 型ダイオードレーザやGaAs型ダイオードレーザが含ま
れる。Pb-salt 型ダイオードレーザは、その機能上、低
温であることが要求されると共に、赤外光（即ち、３μ
ｍ以上の大きさの波長）を出射する。一方、GaAs型ダイ
オードレーザは、室温近くの温度で動作可能であって、
近赤外領域（０．８〜２μｍ）の光を出射する。
t 型ダイオードレーザやGaAs型ダイオードレーザが含ま
れる。Pb-salt 型ダイオードレーザは、その機能上、低
温であることが要求されると共に、赤外光（即ち、３μ
ｍ以上の大きさの波長）を出射する。一方、GaAs型ダイ
オードレーザは、室温近くの温度で動作可能であって、
近赤外領域（０．８〜２μｍ）の光を出射する。
【００５６】近年、マルティネリ(R.Martinelli)によっ
て提案されたように、ダイオードレーザには、ガリウム
・ヒ素（GaAs）（又は、ヒ素・リン等の複数対の III-V
化合物）に加えてアンチモン（Sb）が含まれている
（“ Mid-infrared wavelengthsenhance trace gas sen
sing,”R.Martinelli, Laser Focus World,March 1996,
p.77参照）。
て提案されたように、ダイオードレーザには、ガリウム
・ヒ素（GaAs）（又は、ヒ素・リン等の複数対の III-V
化合物）に加えてアンチモン（Sb）が含まれている
（“ Mid-infrared wavelengthsenhance trace gas sen
sing,”R.Martinelli, Laser Focus World,March 1996,
p.77参照）。
【００５７】このようなダイオードレーザは、２μｍ以
上の波長の光を出射する一方、−８７．８℃で作動す
る。このような低温が不都合な場合、Pb-salt 型ダイオ
ードレーザに必要な低温（−１７０℃以下の温度）と比
較される。また、４μｍ及び１２℃で作動する同様のレ
ーザが提案されている（Lasers and Optronics,March19
96 参照）。この種のダイオードレーザは、少なくとも
−４０℃の温度で最適に作動する。このような温度で温
度制御を行うために熱電冷却器を用いると、上記のよう
な光源は、低温ダイオードシステムに比べて、複雑性が
低減される。このようなレーザを用いることは、電流レ
ベルに亘る光学特性を向上させる点で重要である。例え
ば、シングルモードのダイオードが利用可能である。な
お、このダイオードは、一定温度で発光し且つ他の波長
での発光に対応したシングル波長で駆動電流が少なくと
も４０ｄＢ以下の強度であるダイオードである。
上の波長の光を出射する一方、−８７．８℃で作動す
る。このような低温が不都合な場合、Pb-salt 型ダイオ
ードレーザに必要な低温（−１７０℃以下の温度）と比
較される。また、４μｍ及び１２℃で作動する同様のレ
ーザが提案されている（Lasers and Optronics,March19
96 参照）。この種のダイオードレーザは、少なくとも
−４０℃の温度で最適に作動する。このような温度で温
度制御を行うために熱電冷却器を用いると、上記のよう
な光源は、低温ダイオードシステムに比べて、複雑性が
低減される。このようなレーザを用いることは、電流レ
ベルに亘る光学特性を向上させる点で重要である。例え
ば、シングルモードのダイオードが利用可能である。な
お、このダイオードは、一定温度で発光し且つ他の波長
での発光に対応したシングル波長で駆動電流が少なくと
も４０ｄＢ以下の強度であるダイオードである。
【００５８】本発明に適用可能な光源としては、上述し
たダイオードレーザに限定されることは無い。例えば、
同様の寸法で且つ簡単な電気的手段によって可変可能な
他の形式のレーザ（例えば、ファイバーレーザや量子カ
スケードレーザ等）を適用することができる。
たダイオードレーザに限定されることは無い。例えば、
同様の寸法で且つ簡単な電気的手段によって可変可能な
他の形式のレーザ（例えば、ファイバーレーザや量子カ
スケードレーザ等）を適用することができる。
【００５９】光源の変調振幅は、サンプル領域内の検出
済み気相分子種に起因した吸収特性の中心での調和（調
波）信号の値を略最大化する値に設定される。この値
は、第二高調波信号において、サンプル領域内の検出済
み気相分子種に起因したスペクトル吸収特性幅の２．２
倍である。また、第四高調波信号において、この値は、
スペクトル吸収特性幅の３．９倍である。
済み気相分子種に起因した吸収特性の中心での調和（調
波）信号の値を略最大化する値に設定される。この値
は、第二高調波信号において、サンプル領域内の検出済
み気相分子種に起因したスペクトル吸収特性幅の２．２
倍である。また、第四高調波信号において、この値は、
スペクトル吸収特性幅の３．９倍である。
【００６０】光源の中心周波数、即ち変調を生じる程度
の周波数は、吸収特性の中心に固定されるように又はこ
の特性を包含した周波数帯域に亘って反復走査されるよ
うに、調整される。このとき、個々に記録可能な又は所
望の平均化が可能なスペクトルが発生する。中心周波数
が所望のスペクトル範囲に亘って反復走査された場合、
このような走査は、変調周波数に比べて比較的低速度で
行われるべきである。
の周波数は、吸収特性の中心に固定されるように又はこ
の特性を包含した周波数帯域に亘って反復走査されるよ
うに、調整される。このとき、個々に記録可能な又は所
望の平均化が可能なスペクトルが発生する。中心周波数
が所望のスペクトル範囲に亘って反復走査された場合、
このような走査は、変調周波数に比べて比較的低速度で
行われるべきである。
【００６１】サンプル領域２０２を通過し、光透過窓２
０６を介してセル２０１から射出した光ビーム２０９を
測定するための検出器２１０が設けられている。なお、
この検出器２１０は、フォトダイオードであることが好
ましい。
０６を介してセル２０１から射出した光ビーム２０９を
測定するための検出器２１０が設けられている。なお、
この検出器２１０は、フォトダイオードであることが好
ましい。
【００６２】いわゆる当業者であれば、以下のような適
当な手段を容易に構成することが可能である。即ち、光
源の中心周波数を調整するための手段、既知の装置や回
路や処理装置（プロセッサ）を用いることによってスペ
クトルを発生させるための手段、これらを制御するため
の手段である。なお、周波数変調や制御及びスペクトル
発生を容易化する説明については、いわゆる当業者の技
術範囲に含まれると思われるため省略する。
当な手段を容易に構成することが可能である。即ち、光
源の中心周波数を調整するための手段、既知の装置や回
路や処理装置（プロセッサ）を用いることによってスペ
クトルを発生させるための手段、これらを制御するため
の手段である。なお、周波数変調や制御及びスペクトル
発生を容易化する説明については、いわゆる当業者の技
術範囲に含まれると思われるため省略する。
【００６３】光源２０８及び検出器２１０は、共に、セ
ル２０１の外側に配置された加圧（与圧）されたチャン
バ２１１に収容されている。また、光ビームがチャンバ
２１１とセル２０１のサンプル領域２０２との間を通過
することができるように、チャンバ２１１及びサンプル
領域２０２は、少なくとも１つの光透過窓２０６を介し
て互いに光通信されるようになっている。しかしなが
ら、チャンバ２１１及びサンプル領域２０２内の各々の
気圧は、互いに隔離された状態にある。
ル２０１の外側に配置された加圧（与圧）されたチャン
バ２１１に収容されている。また、光ビームがチャンバ
２１１とセル２０１のサンプル領域２０２との間を通過
することができるように、チャンバ２１１及びサンプル
領域２０２は、少なくとも１つの光透過窓２０６を介し
て互いに光通信されるようになっている。しかしなが
ら、チャンバ２１１及びサンプル領域２０２内の各々の
気圧は、互いに隔離された状態にある。
【００６４】また、本発明のシステム２００には、大気
圧よりも高い圧力値にチャンバ２１１内の圧力を制御す
るための手段を設けることが可能である。チャンバ２１
１の圧力レベルは、気体の出入量を調節することによっ
て又は調節すること無しに、ある状態に維持させること
が可能である。気体の出入量を調節する場合、適用可能
な気体としては、純気体、又は、窒素、アルゴン、ヘリ
ウム当の不活性気体が含まれる。これらの気体は、加圧
（与圧）気体の導入管路２１２を介してチャンバ２１１
に導入される。また、チャンバ２１１には、排出管路２
１３が接続されている。更に、この排出管路２１３に
は、オリフィスや背圧調整器等の気体流制限器２１４が
設けられている。
圧よりも高い圧力値にチャンバ２１１内の圧力を制御す
るための手段を設けることが可能である。チャンバ２１
１の圧力レベルは、気体の出入量を調節することによっ
て又は調節すること無しに、ある状態に維持させること
が可能である。気体の出入量を調節する場合、適用可能
な気体としては、純気体、又は、窒素、アルゴン、ヘリ
ウム当の不活性気体が含まれる。これらの気体は、加圧
（与圧）気体の導入管路２１２を介してチャンバ２１１
に導入される。また、チャンバ２１１には、排出管路２
１３が接続されている。更に、この排出管路２１３に
は、オリフィスや背圧調整器等の気体流制限器２１４が
設けられている。
【００６５】真空チャンバと真空ポンプシステムを直列
して使用した場合、セル２０１は、大気圧以下の圧力即
ち真空状態で作動させることが可能である。この場合、
チャンバ２１１及びセル２０１は、互いに分離されてい
るため、チャンバ２１１は、大気圧以上の圧力に維持さ
せることが可能である。
して使用した場合、セル２０１は、大気圧以下の圧力即
ち真空状態で作動させることが可能である。この場合、
チャンバ２１１及びセル２０１は、互いに分離されてい
るため、チャンバ２１１は、大気圧以上の圧力に維持さ
せることが可能である。
【００６６】また、セル２０１内の圧力に対するチャン
バ２１１内の圧力の割合を最適化することによって、内
部チャンバの分子に対応した全信号の割合を外部チャン
バの分子に対応した全信号に対して最大化させることが
可能となる。全信号に対するチャンバ２１１外部の分子
に対応した第二高調波信号 secharmj の割合は、以下の
式で規定される。
バ２１１内の圧力の割合を最適化することによって、内
部チャンバの分子に対応した全信号の割合を外部チャン
バの分子に対応した全信号に対して最大化させることが
可能となる。全信号に対するチャンバ２１１外部の分子
に対応した第二高調波信号 secharmj の割合は、以下の
式で規定される。
【００６７】
【数９】
【００６８】この式の分子は、１気圧又はそれ以上の圧
力の空気中又は窒素中における水蒸気に対応した第二高
調波信号を規定するために予め規定した式に等しい。ま
た、この式の分母は、真空状態下の水蒸気に対応した第
二高調波信号を規定するために予め規定した式の合計で
ある。同様に、第四高調波信号fourharmj も以下の式に
よって規定される。
力の空気中又は窒素中における水蒸気に対応した第二高
調波信号を規定するために予め規定した式に等しい。ま
た、この式の分母は、真空状態下の水蒸気に対応した第
二高調波信号を規定するために予め規定した式の合計で
ある。同様に、第四高調波信号fourharmj も以下の式に
よって規定される。
【００６９】
【数１０】
【００７０】上述した場合において、セル２０１の外部
の圧力が１気圧の場合、光路長とセル２０１の内部及び
外部の水分圧とは、等しくなる。そして、セル２０１の
外部の水蒸気の濃度は、この外部における圧力が増加す
ると一定に維持される。なお、Ｐj は、大気圧中におけ
る値である。このような原理を光路長と水分圧とが等し
くない場合に応用することは、平均的技術水準を有する
当業者の技術レベルの範囲に含まれる。また、第二高調
波信号を用いた状態において、変調振幅ａは、ドップラ
ー幅の２．２倍に規定される。
の圧力が１気圧の場合、光路長とセル２０１の内部及び
外部の水分圧とは、等しくなる。そして、セル２０１の
外部の水蒸気の濃度は、この外部における圧力が増加す
ると一定に維持される。なお、Ｐj は、大気圧中におけ
る値である。このような原理を光路長と水分圧とが等し
くない場合に応用することは、平均的技術水準を有する
当業者の技術レベルの範囲に含まれる。また、第二高調
波信号を用いた状態において、変調振幅ａは、ドップラ
ー幅の２．２倍に規定される。
【００７１】図３に示すように、上記各式は、夫々、水
蒸気に対応した１４００ｎｍの範囲の波長における光の
吸収にとって最適なパラメータ値を用いることによって
評価される。なお、図３には、チャンバ２１１の窒素内
の水蒸気の体積濃度が１ｐｐｍの場合において、セル２
０１即ち真空チャンバ内の分圧を１０-6、１０-5、１０
-4トル(torr)の３種類とした場合の夫々の特性が示され
ている。この場合、分圧１０-6トルの特性をratio1j 、
分圧１０-5トルの特性をratio2j 、分圧１０-4トルの特
性をratio3j で示した。また、図３には、内部チャンバ
の第二高調波信号に対する外部チャンバの水分子に起因
した第二高調波信号 ratioj の割合と、内部チャンバの
３種類の分圧における加圧（与圧）チャンバ２１１の圧
力psigjとの関係を比較してグラフ化した図が示されて
いる。
蒸気に対応した１４００ｎｍの範囲の波長における光の
吸収にとって最適なパラメータ値を用いることによって
評価される。なお、図３には、チャンバ２１１の窒素内
の水蒸気の体積濃度が１ｐｐｍの場合において、セル２
０１即ち真空チャンバ内の分圧を１０-6、１０-5、１０
-4トル(torr)の３種類とした場合の夫々の特性が示され
ている。この場合、分圧１０-6トルの特性をratio1j 、
分圧１０-5トルの特性をratio2j 、分圧１０-4トルの特
性をratio3j で示した。また、図３には、内部チャンバ
の第二高調波信号に対する外部チャンバの水分子に起因
した第二高調波信号 ratioj の割合と、内部チャンバの
３種類の分圧における加圧（与圧）チャンバ２１１の圧
力psigjとの関係を比較してグラフ化した図が示されて
いる。
【００７２】このグラフには、チャンバ２１１の圧力ps
igj が増加すると、上記各特性が減少する関係が示され
ている。即ち、チャンバ２１１内の水に起因した信号に
対して、セル２０１内の水に起因した信号が増加してい
る。例えば１気圧（０psig）でのチャンバ２１１内の圧
力、及び、１０-6トルのセル２０１即ち真空チャンバ内
の水蒸気圧力において、全信号の８０％が、チャンバ２
１１内の水分子に起因したものである。この割合は、許
容できるものではなく、水分子の分圧が非常に安定する
まで測定に作用する干渉量が増大する。
igj が増加すると、上記各特性が減少する関係が示され
ている。即ち、チャンバ２１１内の水に起因した信号に
対して、セル２０１内の水に起因した信号が増加してい
る。例えば１気圧（０psig）でのチャンバ２１１内の圧
力、及び、１０-6トルのセル２０１即ち真空チャンバ内
の水蒸気圧力において、全信号の８０％が、チャンバ２
１１内の水分子に起因したものである。この割合は、許
容できるものではなく、水分子の分圧が非常に安定する
まで測定に作用する干渉量が増大する。
【００７３】従って、最適な調和振幅を利用するために
は、外部チャンバ内の圧力は、できるだけ高くすべきで
あるが、水による影響を全信号の１０％に減少するため
には、少なくとも６５psigの圧力にする必要がある。更
に、セル２０１即ち真空チャンバ内の１０-4トルの水蒸
気分圧において、チャンバ２１１内の水は、大気圧での
全信号の３％程度となり、この状態での動作は、円滑に
行われ得る。しかしながら、図３に示すように、圧力を
２０psigに増加することによって、外部チャンバ内の水
分子の影響を全信号の０．６％に減少させることが可能
となる。更に、加圧（与圧）チャンバ内の圧力を増加さ
せた場合、新たな利点が生まれる見込みは無い。なぜな
ら、１％のオーダで上記信号が変動するといった不安定
状態の原因となる可能性があるからである。本発明の利
点的効果は、セル２０１の圧力が１気圧に到達するまで
及び真空チャンバの気圧が１〜５気圧の間で、得ること
ができるが、セル２０１内の圧力は、１トル以下にする
ことが好ましい。
は、外部チャンバ内の圧力は、できるだけ高くすべきで
あるが、水による影響を全信号の１０％に減少するため
には、少なくとも６５psigの圧力にする必要がある。更
に、セル２０１即ち真空チャンバ内の１０-4トルの水蒸
気分圧において、チャンバ２１１内の水は、大気圧での
全信号の３％程度となり、この状態での動作は、円滑に
行われ得る。しかしながら、図３に示すように、圧力を
２０psigに増加することによって、外部チャンバ内の水
分子の影響を全信号の０．６％に減少させることが可能
となる。更に、加圧（与圧）チャンバ内の圧力を増加さ
せた場合、新たな利点が生まれる見込みは無い。なぜな
ら、１％のオーダで上記信号が変動するといった不安定
状態の原因となる可能性があるからである。本発明の利
点的効果は、セル２０１の圧力が１気圧に到達するまで
及び真空チャンバの気圧が１〜５気圧の間で、得ること
ができるが、セル２０１内の圧力は、１トル以下にする
ことが好ましい。
【００７４】著しい利点的効果や予期せぬ結果は、第２
高調波以外の調和（調波）を適用したときに、得ること
が可能となる。実際、加圧（与圧）チャンバ内の圧力を
増加させると、更に高い次数の高調波は、チャンバ内の
分子種に起因した信号をより良く抑制する。
高調波以外の調和（調波）を適用したときに、得ること
が可能となる。実際、加圧（与圧）チャンバ内の圧力を
増加させると、更に高い次数の高調波は、チャンバ内の
分子種に起因した信号をより良く抑制する。
【００７５】図４は、第二高調波信号に関係した図３の
記述に対応しており、アナログ計算による第四高調波信
号の検出結果を比較してグラフ化した図である。図４に
は、内部チャンバに対する加圧（与圧）チャンバの水分
子に起因した第四高調波信号ratioj の割合と、内部チ
ャンバの３種類の分圧における加圧（与圧）チャンバの
圧力psigj との関係を比較してグラフ化した図が示され
ている。この場合、分圧１０-6トルの特性をratio1j 、
分圧１０-5トルの特性をratio2j 、分圧１０-4トルの特
性をratio3j で示した。図４から明らかなように、第四
高調波信号は、加圧（与圧）チャンバの圧力psigj の増
加に伴って減少する。しかしながら、ある圧力を越える
と、この特性は比較的一定となり、更に圧力が増加する
と、この特性は減少しなくなる。
記述に対応しており、アナログ計算による第四高調波信
号の検出結果を比較してグラフ化した図である。図４に
は、内部チャンバに対する加圧（与圧）チャンバの水分
子に起因した第四高調波信号ratioj の割合と、内部チ
ャンバの３種類の分圧における加圧（与圧）チャンバの
圧力psigj との関係を比較してグラフ化した図が示され
ている。この場合、分圧１０-6トルの特性をratio1j 、
分圧１０-5トルの特性をratio2j 、分圧１０-4トルの特
性をratio3j で示した。図４から明らかなように、第四
高調波信号は、加圧（与圧）チャンバの圧力psigj の増
加に伴って減少する。しかしながら、ある圧力を越える
と、この特性は比較的一定となり、更に圧力が増加する
と、この特性は減少しなくなる。
【００７６】図５には、外部チャンバを加圧した場合、
第二高調波検出信号(secharm) と、第四高調波検出信号
(fourharm)と、光源周波数を変調しないで検出した検出
信号(nomod) との関係が示されている。この場合におい
て、内部及び外部チャンバ内の水分圧と光路長は、等し
くなっている。図５から明らかなように、光源周波数を
変調しない場合には、圧力を増加しても何等得るものは
無い。また、上述したように、外部チャンバ内の大気圧
に基づく第二高調波検出によれば、外部チャンバ内の水
による吸収率は８０％となり、これは許容できない。外
部チャンバの圧力を６５psigに増加すると、外部チャン
バ内の水蒸気からの影響は全信号の１０％となり、これ
は許容できる。しかしながら、外部チャンバの圧力が１
気圧であっても、第四高調波検出信号を用いることが好
ましい。この結果、外部チャンバ内の水蒸気からの影響
は１０％となる。そして、外部チャンバの適度の圧力１
５psigと組み合わせることによって、水による影響を１
％以下に減少させることが可能となる。
第二高調波検出信号(secharm) と、第四高調波検出信号
(fourharm)と、光源周波数を変調しないで検出した検出
信号(nomod) との関係が示されている。この場合におい
て、内部及び外部チャンバ内の水分圧と光路長は、等し
くなっている。図５から明らかなように、光源周波数を
変調しない場合には、圧力を増加しても何等得るものは
無い。また、上述したように、外部チャンバ内の大気圧
に基づく第二高調波検出によれば、外部チャンバ内の水
による吸収率は８０％となり、これは許容できない。外
部チャンバの圧力を６５psigに増加すると、外部チャン
バ内の水蒸気からの影響は全信号の１０％となり、これ
は許容できる。しかしながら、外部チャンバの圧力が１
気圧であっても、第四高調波検出信号を用いることが好
ましい。この結果、外部チャンバ内の水蒸気からの影響
は１０％となる。そして、外部チャンバの適度の圧力１
５psigと組み合わせることによって、水による影響を１
％以下に減少させることが可能となる。
【００７７】このような構成を有するシステム２００に
よれば、真空チャンバから排気させる気体の分子種を直
接検出することが可能となると共に、高い又は極端に高
い真空レベルでシステムを作動させることが可能とな
る。この場合において、セル２０１は、真空チャンバと
真空ポンプシステムとの間に配置することができる。ま
た、このシステムは、広範な種類の物質に対する適合性
を有する。例えば、真空チャンバには、プラズマ又は非
プラズマ状態になり得る活性又は不活性気体を包含する
ことが可能である。活性気体を例にとると、本発明のシ
ステムは、湿気レベルが１０００ｐｐｍ以下のＳｉＨ
4 、ＨＣｌ、Ｃｌ2 に対しても適用することが可能であ
る。また、例えば、０2 、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈ2 等の不活性
気体も本発明のシステムに適用することが可能である。
本発明のシステムをプラズマ環境中で用いた場合、本シ
ステムは、光透過窓と他のセル面との構成を最小化する
ために、プラズマ領域から約６インチ又はそれ以上離間
させて配置することが好ましい。図２（ａ），（ｂ）に
示されたシステム２００は、大気（環境）の変化に対応
することができるため、半導体製造装置における分子種
の検知用として使用するのに特に最適なシステムと言え
る。このシステムを半導体製造装置と組み合わせて使用
することにより、リアルタイムで気相分子不純物を直接
検出することが可能となり、特に重要となる歩留まりの
損失を最小限にすることができる。
よれば、真空チャンバから排気させる気体の分子種を直
接検出することが可能となると共に、高い又は極端に高
い真空レベルでシステムを作動させることが可能とな
る。この場合において、セル２０１は、真空チャンバと
真空ポンプシステムとの間に配置することができる。ま
た、このシステムは、広範な種類の物質に対する適合性
を有する。例えば、真空チャンバには、プラズマ又は非
プラズマ状態になり得る活性又は不活性気体を包含する
ことが可能である。活性気体を例にとると、本発明のシ
ステムは、湿気レベルが１０００ｐｐｍ以下のＳｉＨ
4 、ＨＣｌ、Ｃｌ2 に対しても適用することが可能であ
る。また、例えば、０2 、Ｎ2 、Ａｒ、Ｈ2 等の不活性
気体も本発明のシステムに適用することが可能である。
本発明のシステムをプラズマ環境中で用いた場合、本シ
ステムは、光透過窓と他のセル面との構成を最小化する
ために、プラズマ領域から約６インチ又はそれ以上離間
させて配置することが好ましい。図２（ａ），（ｂ）に
示されたシステム２００は、大気（環境）の変化に対応
することができるため、半導体製造装置における分子種
の検知用として使用するのに特に最適なシステムと言え
る。このシステムを半導体製造装置と組み合わせて使用
することにより、リアルタイムで気相分子不純物を直接
検出することが可能となり、特に重要となる歩留まりの
損失を最小限にすることができる。
【００７８】なお、図６には、本発明のシステム６００
を半導体製造装置に組み込んだ構成が示されている。図
６に示すように、この装置６１５は、真空チャンバ６１
６を備えており、真空チャンバ６１６には、半導体基板
６１７が配置される基板ホルダ６１８が内蔵されてい
る。この真空チャンバ６１６には、単一気体や複数の気
体等から成るプロセス気体を導入するための導入管路６
１９が接続されている。また、真空チャンバ６１６に
は、排気用の排気口６２０が設けられており、真空チャ
ンバ６１６は、この排気口６２０を介して排気が施され
る。また、真空チャンバ６１６には、直接又は真空管路
（図示しない）を介して排気を行うための真空ポンプ
（図示しない）が接続されている。この真空ポンプに
は、ポンプ排気管路（図示しない）を接続することが可
能であり、このような構成によれば、他のポンプや気体
集塵器との接続が可能となる。なお、真空ポンプとして
は、機械ポンプ、ブースターポンプ、ロータリーポン
プ、拡散ポンプ、極低温ポンプ、収着ポンプ(sorption
pump) 、ターボモレキュラーポンプ(turbomolecular pu
mp) 等を適用することができる。
を半導体製造装置に組み込んだ構成が示されている。図
６に示すように、この装置６１５は、真空チャンバ６１
６を備えており、真空チャンバ６１６には、半導体基板
６１７が配置される基板ホルダ６１８が内蔵されてい
る。この真空チャンバ６１６には、単一気体や複数の気
体等から成るプロセス気体を導入するための導入管路６
１９が接続されている。また、真空チャンバ６１６に
は、排気用の排気口６２０が設けられており、真空チャ
ンバ６１６は、この排気口６２０を介して排気が施され
る。また、真空チャンバ６１６には、直接又は真空管路
（図示しない）を介して排気を行うための真空ポンプ
（図示しない）が接続されている。この真空ポンプに
は、ポンプ排気管路（図示しない）を接続することが可
能であり、このような構成によれば、他のポンプや気体
集塵器との接続が可能となる。なお、真空ポンプとして
は、機械ポンプ、ブースターポンプ、ロータリーポン
プ、拡散ポンプ、極低温ポンプ、収着ポンプ(sorption
pump) 、ターボモレキュラーポンプ(turbomolecular pu
mp) 等を適用することができる。
【００７９】また、本発明のシステム６００は、真空チ
ャンバ６１６の下部に配置されている。本発明のシステ
ム６００については、図２（ａ），（ｂ）に関する記述
において詳細に説明した構成と同様である。
ャンバ６１６の下部に配置されている。本発明のシステ
ム６００については、図２（ａ），（ｂ）に関する記述
において詳細に説明した構成と同様である。
【００８０】なお、図６では、本発明のシステム６００
は、真空チャンバ６１６の下部に配置しているが、他の
方向に設けることも可能である。また、半導体製造装置
の構成についても、図６に示す構成に限定されることは
無く、本発明のシステム６００を組み込むことが可能な
半導体製造装置であれば、任意の半導体製造装置を適用
することが可能である。例えば、エッチング装置、拡散
装置、化学的気相成長（ＣＶＤ）装置、イオンインプラ
ンテーション装置、スパッタリング装置、高速熱処理装
置に本発明を適用することが可能である。なお、本発明
は、上述した構成に限定されることはなく、新規事項を
追加しない範囲で種々変更することが可能である。
は、真空チャンバ６１６の下部に配置しているが、他の
方向に設けることも可能である。また、半導体製造装置
の構成についても、図６に示す構成に限定されることは
無く、本発明のシステム６００を組み込むことが可能な
半導体製造装置であれば、任意の半導体製造装置を適用
することが可能である。例えば、エッチング装置、拡散
装置、化学的気相成長（ＣＶＤ）装置、イオンインプラ
ンテーション装置、スパッタリング装置、高速熱処理装
置に本発明を適用することが可能である。なお、本発明
は、上述した構成に限定されることはなく、新規事項を
追加しない範囲で種々変更することが可能である。
【図１】１気圧における吸収領域の中心での第二高調波
信号と変調振幅との関係をグラフ化した図。
信号と変調振幅との関係をグラフ化した図。
【図２】（ａ）は、本発明の気相分子種を検出するため
のシステムの断面図、（ｂ）は、そのシステムの斜視
図。
のシステムの断面図、（ｂ）は、そのシステムの斜視
図。
【図３】内部チャンバに対する外部チャンバの水分子に
起因した第二高調波信号の割合と、内部チャンバの水分
子の３種類の分圧に対応した外部チャンバの圧力との関
係を比較してグラフ化した図。
起因した第二高調波信号の割合と、内部チャンバの水分
子の３種類の分圧に対応した外部チャンバの圧力との関
係を比較してグラフ化した図。
【図４】内部チャンバに対する外部チャンバの水分子に
起因した第四高調波信号の割合と、内部チャンバの水分
子の３種類の分圧に対応した外部チャンバの圧力との関
係を比較してグラフ化した図。
起因した第四高調波信号の割合と、内部チャンバの水分
子の３種類の分圧に対応した外部チャンバの圧力との関
係を比較してグラフ化した図。
【図５】光源周波数を変調しない検出状態において、内
部チャンバに対する外部チャンバの水分子に起因した信
号の割合と、第二及び第四高調波検出における外部チャ
ンバの圧力との関係を比較してグラフ化した図。
部チャンバに対する外部チャンバの水分子に起因した信
号の割合と、第二及び第四高調波検出における外部チャ
ンバの圧力との関係を比較してグラフ化した図。
【図６】本発明の気相分子種を検出するためのシステム
を備えた半導体製造装置の断面図。
を備えた半導体製造装置の断面図。
２００ システム ２０１ 吸収スペクトル分光セル ２０２ サンプル領域 ２０３ 壁体 ２０５ 光出入口 ２０６ 光透過窓 ２０７ 光反射面 ２０８ 光源 ２０９ 光ビーム ２１０ 検出器 ２１１ チャンバ ２１２ 導入管路 ２１３ 排出管路 ２１４ 気体流制限器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・エス・インマン アメリカ合衆国、イリノイ州 60534、ラ イオンズ、ダブリュ・フォーティーフィフ ス・プレイス 8714、アパートメント １ エフ
Claims (37)
- 【請求項１】 調和検出に基づくスペクトル分光により
サンプルの気相分子種を検出する方法であって、 この方法は、少なくとも１つの壁体によって限定された
サンプル領域を有し且つ大気圧又はそれ以下の圧力で作
動するセルを規定する工程を有しており、前記セルは、
その中に少なくとも１つの光出入口を備え、この光出入
口には、前記サンプル領域に対向する面を有し且つ前記
セルを閉鎖するように周囲方向に配置された光透過窓が
設けられており、サンプル気体は、前記サンプル領域を
介してセル中心軸に沿って平行に流れるようになってお
り、 また、前記方法は、少なくとも１つの前記光透過窓を介
して前記セルに光ビームを導くための周波数変調光源又
は波長変調光源を規定する工程を有しており、前記光源
の変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気相分子
種に対応した吸収特性の中心での調和信号の値を略最大
化する値に調整され、 また、前記方法は、前記吸収特性の中心に固定されるよ
うに又はこの特性を包含した周波数帯域に亘って反復走
査されるように、前記光源の中心周波数を調整して、個
々に記録可能な又は平均化可能なスペクトルを発生させ
る工程と、少なくとも１つの前記光透過窓を介して前記
セルから射出した前記光ビームを測定するための検出器
を規定する工程とを有しており、 前記検出器及び前記光源は、前記セルの外側に配置され
且つ前記サンプル領域から分離したチャンバに収容され
ており、前記チャンバと前記サンプル領域とは、少なく
とも１つの前記光透過窓を介して互いに光通信されるよ
うに配置され、且つ、前記チャンバ内の圧力は、大気圧
よりも高い圧力値に制御されていることを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 前記調和信号は第二高調波信号であり、
前記変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気相分
子種に対応したスペクトル吸収特性幅のほぼ２．２倍で
ある請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記調和信号は第四高調波信号であり、
前記変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気相分
子種に対応したスペクトル吸収特性幅のほぼ３．９倍で
ある請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記チャンバ内の検出済み気相分子種に
対応した前記信号の割合が略最大化するように、前記チ
ャンバ内の圧力を制御する工程を有している請求項１に
記載の方法。 - 【請求項５】 前記チャンバの圧力は、オリフィス又は
背圧調整器によって制御されている請求項４に記載の方
法。 - 【請求項６】 前記チャンバ内へ加圧気体を導入して前
記チャンバから気体を選択的に排出する工程を有してい
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記光源には、ダイオードレーザが設け
られている請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記分子種は、水蒸気を包含する請求項
１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記分子種は、真空チャンバ又は略大気
圧で作動するチャンバから排出された気体中で検出され
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記セルは、真空チャンバと真空ポン
プとの間であって且つこれらを互いに連通させるように
配置されている請求項９に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記真空チャンバは、半導体製造装置
の一部を構成している請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記半導体製造装置は、エッチング装
置、化学的気相成長装置、イオンインプランテーション
装置、スパッタリング装置、高速熱処理装置を選択して
構成されている請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記半導体製造装置は、エッチング装
置を備えている請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 真空チャンバ内でプラズマを発生する
工程を有している請求項１に記載の方法。 - 【請求項１５】 真空チャンバ内に活性気体を導入する
工程を有している請求項１に記載の方法。 - 【請求項１６】 調和検出に基づくスペクトル分光によ
り半導体製造装置の気相分子種を検出する方法であっ
て、 この方法は、真空ポンプに連通した真空チャンバを規定
して、前記真空チャンバ内を排気する工程を有してお
り、 また、この方法は、少なくとも１つの壁体によって限定
されたサンプル領域を有し且つ大気圧又はそれ以下の圧
力で作動するセルを規定する工程を有しており、前記セ
ルは、その中に少なくとも１つの光出入口を備え、この
光出入口には、前記サンプル領域に対向する面を有し且
つ前記セルを閉鎖するように周囲方向に配置された光透
過窓が設けられており、サンプル気体は、前記サンプル
領域を介してセル中心軸に沿って平行に流れるようにな
っており、 また、前記方法は、少なくとも１つの前記光透過窓を介
して前記セルに光ビームを導くための周波数変調光源又
は波長変調光源を規定する工程を有しており、前記光源
の変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気相分子
種に対応した吸収特性の中心での調和信号の値を略最大
化する値に調整され、 また、前記方法は、前記吸収特性の中心に固定されるよ
うに又はこの特性を包含した周波数帯域に亘って反復走
査されるように、前記光源の中心周波数を調整して、個
々に記録可能な又は平均化可能なスペクトルを発生させ
る工程と、少なくとも１つの前記光透過窓を介して前記
セルから射出した前記光ビームを測定するための検出器
を規定する工程とを有しており、 前記検出器及び前記光源は、前記セルの外側に配置され
且つ前記サンプル領域から分離したチャンバに収容され
ており、前記チャンバと前記サンプル領域とは、少なく
とも１つの前記光透過窓を介して互いに光通信されるよ
うに配置され、且つ、前記チャンバ内の圧力は、大気圧
よりも高い圧力値に制御されていることを特徴とする方
法。 - 【請求項１７】 前記調和信号は第二高調波信号であ
り、前記変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気
相分子種に対応したスペクトル吸収特性幅のほぼ２．２
倍である請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記調和信号は第四高調波信号であ
り、前記変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気
相分子種に対応したスペクトル吸収特性幅のほぼ３．９
倍である請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記チャンバ内の検出済み気相分子種
に対応した全信号の割合が略最大化するように、前記チ
ャンバ内の圧力を制御する工程を有している請求項１６
に記載の方法。 - 【請求項２０】 調和検出に基づくスペクトル分光によ
りサンプルの気相分子種を検出するシステムであって、 このシステムは、少なくとも１つの壁体によって限定さ
れたサンプル領域を有し且つ大気圧以下の圧力で作動す
るセルを備えており、前記セルは、その中に少なくとも
１つの光出入口を備え、この光出入口には、前記サンプ
ル領域に対向する面を有し且つ前記セルを閉鎖するよう
に周囲方向に配置された光透過窓が設けられており、サ
ンプル気体は、前記サンプル領域を介してセル中心軸に
沿って平行に流れるようになっており、 また、前記システムは、少なくとも１つの前記光透過窓
を介して前記セルに光ビームを導くための光源を有する
周波数変調光源系又は波長変調光源系を備えており、こ
の光源系には、前記サンプル領域内の検出済み気相分子
種に対応した吸収特性の中心での調和信号の値を略最大
化する値に前記光源の変調振幅を調整する手段が設けら
れており、 また、前記システムは、前記吸収特性の中心に固定され
るように又はこの特性を包含した周波数帯域に亘って反
復走査されるように、前記光源の中心周波数を調整する
手段と、個々に記録可能な又は平均化可能なスペクトル
を発生させる手段と、少なくとも１つの前記光透過窓を
介して前記セルから射出した前記光ビームを測定するた
めの手段とを備えており、 前記検出器及び前記光源は、前記セルの外側に配置され
且つ前記サンプル領域から分離したチャンバに収容され
ており、前記チャンバと前記サンプル領域とは、少なく
とも１つの前記光透過窓を介して互いに光通信されるよ
うに配置され、且つ、前記チャンバ内の圧力は、制御手
段によって大気圧よりも高い圧力値に制御されているこ
とを特徴とするシステム。 - 【請求項２１】 前記調和信号は第二高調波信号であ
り、前記変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気
相分子種に対応したスペクトル吸収特性幅のほぼ２．２
倍である請求項２０に記載のシステム。 - 【請求項２２】 前記調和信号は第四高調波信号であ
り、前記変調振幅の最適な値は、前記サンプル領域内の
検出済み気相分子種に対応したスペクトル吸収特性幅の
ほぼ３．９倍である請求項２０に記載のシステム。 - 【請求項２３】 前記チャンバ内の検出済み気相分子種
に対応した全信号の割合が最大化するように、前記チャ
ンバ内の圧力が制御される請求項２０に記載のシステ
ム。 - 【請求項２４】 前記制御手段は、前記チャンバに接続
され且つ加圧気体を前記チャンバに導入するための導入
管路と、前記チャンバに接続され且つ前記チャンバ内の
気体を排出するための排出管路とを備えている請求項２
０に記載のシステム。 - 【請求項２５】 前記制御手段は、オリフィス又は背圧
調整器を備えている請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項２６】 周波数変調光源系又は波長変調光源系
は、ダイオードレーザを備えている請求項２０に記載の
システム。 - 【請求項２７】 前記分子種は、水蒸気を包含する請求
項２０に記載のシステム。 - 【請求項２８】 前記セルは、真空チャンバと真空ポン
プとの間であって且つこれらを互いに連通させるように
配置されている請求項２０に記載のシステム。 - 【請求項２９】 前記真空チャンバは、半導体製造装置
の一部を構成している請求項２８に記載のシステム。 - 【請求項３０】 前記半導体製造装置は、エッチング装
置、化学的気相成長装置、イオンインプランテーション
装置、スパッタリング装置、高速熱処理装置を選択して
構成されている請求項２９に記載のシステム。 - 【請求項３１】 前記半導体製造装置は、エッチング装
置を備えている請求項３０に記載のシステム。 - 【請求項３２】 前記真空チャンバは、プラズマ環境中
に設けられている請求項２８に記載のシステム。 - 【請求項３３】 前記真空チャンバは、活性気体環境中
に設けられている請求項２８に記載のシステム。 - 【請求項３４】 排気用の真空ポンプに連通した真空チ
ャンバを備えた半導体製造装置であって、 この装置は、調和検出に基づくスペクトル分光によりサ
ンプルの気相分子種を検出するシステムを備えており、
このシステムには、少なくとも１つの壁体によって限定
されたサンプル領域を有し且つ大気圧以下の圧力で作動
するセルが設けられており、前記セルは、その中に少な
くとも１つの光出入口を備え、この光出入口には、前記
サンプル領域に対向する面を有し且つ前記セルを閉鎖す
るように周囲方向に配置された光透過窓が設けられてお
り、サンプル気体は、前記サンプル領域を介してセル中
心軸に沿って平行に流れるようになっており、 また、前記装置は、少なくとも１つの前記光透過窓を介
して前記セルに光ビームを導くための光源を有する周波
数変調光源系又は波長変調光源系を備えており、この光
源系には、前記サンプル領域内の検出済み気相分子種に
対応した吸収特性の中心での調和信号の値を略最大化す
る値に前記光源の変調振幅を調整する手段が設けられて
いると共に、前記吸収特性の中心に固定されるように又
はこの特性を包含した周波数帯域に亘って反復走査され
るように、前記光源の中心周波数を調整する手段と、個
々に記録可能な又は平均化可能なスペクトルを発生させ
る手段と、少なくとも１つの前記光透過窓を介して前記
セルから射出した前記光ビームを測定するための手段と
が設けられており、 前記検出器及び前記光源は、前記セルの外側に配置され
且つ前記サンプル領域から分離したチャンバに収容され
ており、前記チャンバと前記サンプル領域とは、少なく
とも１つの前記光透過窓を介して互いに光通信されるよ
うに配置され、且つ、前記チャンバ内の圧力は、制御手
段によって大気圧よりも高い圧力値に制御されているこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項３５】 前記調和信号は第二高調波信号であ
り、前記変調振幅は、前記サンプル領域内の検出済み気
相分子種に対応したスペクトル吸収特性幅のほぼ２．２
倍である請求項３４に記載の装置。 - 【請求項３６】 前記調和信号は第四高調波信号であ
り、前記変調振幅の最適な値は、前記サンプル領域内の
検出済み気相分子種に対応したスペクトル吸収特性幅の
ほぼ３．９倍である請求項３４に記載の装置。 - 【請求項３７】 前記チャンバ内の検出済み気相分子種
に対応した全信号の割合が最大化するように、前記チャ
ンバ内の圧力が制御される請求項３４に記載の装置。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US711646 | 1985-03-14 | ||
| US634439 | 1990-12-27 | ||
| US501395P | 1995-10-10 | 1995-10-10 | |
| US63443996A | 1996-04-18 | 1996-04-18 | |
| US71164696A | 1996-09-10 | 1996-09-10 | |
| US005013 | 1996-09-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09222394A true JPH09222394A (ja) | 1997-08-26 |
Family
ID=27357773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8267343A Pending JPH09222394A (ja) | 1995-10-10 | 1996-10-08 | 分光器を用いた調和検出によって真空内の分子種を高感度に検出する方法及びそのシステム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0768523B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09222394A (ja) |
| KR (1) | KR970023954A (ja) |
| CN (2) | CN1176382A (ja) |
| DE (1) | DE69632674T2 (ja) |
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| JP2010164480A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Yokogawa Electric Corp | レーザガス分析計 |
| JP2011117868A (ja) * | 2009-12-04 | 2011-06-16 | Shimadzu Corp | ガス中の水分測定装置 |
| JP2021507221A (ja) * | 2017-12-15 | 2021-02-22 | ネオ モニターズ アクティーゼルスカブＮｅｏ Ｍｏｎｉｔｏｒｓ Ａｓ | 水素ガスセンサ並びに周囲圧力下及び高い圧力下における水素の測定方法 |
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| DE102004028023B4 (de) * | 2004-06-09 | 2006-07-06 | Perkinelmer Optoelectronics Gmbh & Co.Kg | Sensoreinheit zur Erfassung eines Fluids, insbesondere zur Erfassung von Erdgas, Kohlenwasserstoffen, Kohlendioxid oder dgl. in Umgebungsluft |
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| GB201700905D0 (en) | 2017-01-19 | 2017-03-08 | Cascade Tech Holdings Ltd | Close-Coupled Analyser |
| CN110504195B (zh) * | 2019-08-22 | 2022-03-18 | 上海华力集成电路制造有限公司 | 反应腔体的水气监测方法 |
| CN110849769B (zh) * | 2019-10-28 | 2022-07-29 | 北京空间机电研究所 | 一种基于可调谐激光的掩星大气密度廓线测量***及方法 |
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-
1996
- 1996-10-07 DE DE69632674T patent/DE69632674T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-10-07 EP EP96402127A patent/EP0768523B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-10-08 JP JP8267343A patent/JPH09222394A/ja active Pending
- 1996-10-09 CN CN96112703A patent/CN1176382A/zh active Pending
- 1996-10-09 KR KR1019960044696A patent/KR970023954A/ko active IP Right Grant
-
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- 2000-07-05 CN CN00120053A patent/CN1283788A/zh active Pending
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| DE69632674T2 (de) | 2006-01-26 |
| EP0768523B1 (en) | 2004-06-09 |
| EP0768523A2 (en) | 1997-04-16 |
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