JP2004309154A

JP2004309154A - 赤外線分析装置

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Publication number: JP2004309154A
Application number: JP2003098915A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Satake; 司佐竹; Kazuyuki Ikemoto; 和幸池本; Satoyuki Onishi; 智行大西
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: JP4176535B2

Abstract

【課題】特定成分ガスの校正用ガスが、ガスボンベで容易に供給されないガス種である場合において、測定とともに校正も行える赤外線分析装置を提供する。
【解決手段】ガス１の測定用波長と、ガス１による吸収が無視できる程度の吸収しかない波長を、検知する手段および、比較用波長検知手段を備えており、測定用波長にできるだけ近い吸収波長を有するものが比較ガス２として選択されており、ガス１をセルに導入したときには、比較用波長検知手段からの信号に測定時ゲインを乗じたものから測定用波長検知手段からの信号を引き算して検出感度に影響する要素を除去したガス１の測定信号を演算する一方、既知濃度のガス２をセルに導入したときには、測定波長信号に校正時ゲインを乗じたものから比較波長信号を引き算して検出感度に影響する要素を除去したガス２の濃度比較信号を演算する機能と、ガス１とガス２への導入を切換える機能とを有する演算部を備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、赤外線分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの赤外線が、特定成分ガスを含む試料ガスが導入されたセルを通過するようにして、そのとき得られる特定成分ガスの固有吸収波長の赤外線のエネルギーに比例した信号（測定信号）と、特定成分ガスによる吸収がないかあるいは無視できる程度の吸収しかない波長の赤外線のエネルギーに比例した信号（比較信号）との差を増幅して、測定用波長（固有吸収波長）の赤外線の吸収量から特定成分ガスの濃度を求めるようにした赤外線分析装置においては、定期的にゼロ校正とスパン校正とを行う必要がある。
【０００３】
そして、上記赤外線分析装置においてゼロ校正とスパン校正とを行うのに、従来は、セル内にゼロガスを導入して指示が安定した後、ゼロ点調整を行い、次いで、ガスボンベで供給されるスパンガス（所定の既知濃度の特定成分ガス）をセル内に導入して指示が安定した後、スパン調整を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体プロセスのガス供給側に導入され、半導体装置の製造に用いられるガスの多くは、ガスボンベで容易に供給されないものであり、その場合には校正手段がない。
【０００５】
この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、その目的は、特定成分ガスの校正用ガスが、ガスボンベで容易に供給されないガス種である場合において、測定とともに校正も行える赤外線分析装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、この発明の赤外線分析装置は、特定成分ガスの測定用波長、および、特定成分ガスによる吸収がないかあるいは無視できる程度の吸収しかない比較用波長の二種類を、それぞれ検知する測定用波長検知手段、および、比較用波長検知手段を備えており、前記比較用波長のうち、前記測定用波長にできるだけ近い吸収波長を有するものが比較ガスとして選択されており、更に、特定成分ガスを赤外線分析計のセルに導入したときには、前記比較用波長検知手段より出力される比較波長信号に測定時ゲインを乗じたものから前記測定用波長検知手段より出力される測定波長信号を引き算して光源光量等の赤外線分析計の検出感度に影響する要素を除去した特定成分ガスの濃度測定信号を演算する一方、既知濃度の前記比較ガスを前記セルに導入したときには、前記測定波長信号に校正時ゲインを乗じたものから前記比較波長信号を引き算して光源光量等の赤外線分析計の検出感度に影響する要素を除去した前記比較ガスの濃度比較信号を演算する機能と、特定成分ガスと前記比較ガスの前記セルへの導入を相互に切換える信号切換処理機能とを有する演算部を備えたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態について説明する。なお、この発明はそれによって限定されるものではない。
【０００８】
図１〜図４は、この発明の一実施形態を示す。
【０００９】
図１は、いわゆる１光源１セルタイプの赤外線分析計２０を備えた赤外線分析装置の概略構成を示している。図２は、赤外線分析装置の使用環境を示す。また、図３（Ａ）は、半導体プロセスにおけるガスの供給状態を示し、図３（Ｂ）は、その拡大部分を示している。
【００１０】
図４は、校正用ガスが容易に供給できない、例えば１３５０ｃｍ^−１〜１４００ｃｍ^−１の測定用波長を有する特定成分ガス（測定対象ガス）Ａ_１の赤外線吸収スペクトルＱと、前記特定成分ガスＡ_１による吸収がないかあるいは無視できる程度の吸収しかなく、かつ、前記測定用波長にできるだけ近い吸収波長（例えば８８０ｃｍ^−１〜９２０ｃｍ^−１）を有する比較ガスＡ_２の赤外線吸収スペクトルＰとを示す。この実施形態では、半導体装置に用いられる成膜の原料となる粉体のＰｂ（ＤＰＭ）_２を昇華させて特定成分ガスＡ_１を発生させている。また、この実施形態では、上記条件に当てはまる比較ガスＡ_２としてＮＦ_３ガスを用いている。
【００１１】
図１において、１は、赤外線分析計２０のセルで、ガス導入口２、ガス導出口３を備え、両端部に赤外線透過性のセル窓４，５が形成されている。６は、このセル１の一方のセル窓４の外方に設けられた赤外線を発する光源で、この光源６からの赤外線はセル１内を通過して後述する検出部８に入射するようにしてある。図５には、用いる光源６の光量特性が示されている。Ｌは、光量特性曲線である。なお、赤外線分析計２０として、非分散型赤外線分析計を用いている。
【００１２】
７は、セル１と検出部８との間に設けられた変調用のチョッパで、図外の駆動機構によって回転するように構成されている。なお、変調用のチョッパ７をセル１と光源６との間に設けてもよい。
【００１３】
８はセル１の他方のセル窓５の外方に設けられた検出部で、互いに並列に配置された比較波長検出器１０と測定波長検出器（測定用波長検知手段）９とより主としてなる。測定波長検出器９は、特定成分ガスＡ_１が吸収する１３５０ｃｍ^−１〜１４００ｃｍ^−１の測定用波長の赤外線を透過させるバンドパスフィルタ１１を備えており、透過した赤外線エネルギーに比例した測定波長信号（以下Ｓ信号という）を出力する。また、比較波長検出器１０は、特定成分ガスＡ_１による吸収がないかあるいは無視できる程度の吸収しかなく、かつ、前記測定用波長にできるだけ近い８８０ｃｍ^−１〜９２０ｃｍ^−１の比較用波長の赤外線を通過させるバンドパスフィルタ１２を備えており、透過した赤外線エネルギーに比例した比較波長信号（以下Ｃ信号という）を出力する。そして、比較波長検出器１０とバンドパスフィルタ１２とから、比較用波長を検知する比較用波長検知手段が構成され、また、測定波長検出器９とバンドパスフィルタ１１とから、測定用波長を検知する測定用波長検知手段が構成される。
【００１４】
ところで、一般に赤外線分析計などの各種分析計は、検出部、増幅部などの温度ドリフトあるいは経時変化によって生ずる誤差を補正するために、測定を行うに際してはその測定作業に先立って、分析計のゼロ調整およびスパン校正を行う必要がある。そして、所定の既知濃度の特定成分ガス（測定対象ガス）の校正用ガスをガスボンベ等からセルに供給することでスパン校正が行われる。
【００１５】
しかし、上述したように、校正用ガスがガスボンベによって容易に供給されないガスである場合は、校正手段がない。この発明は、特定成分ガスＡ_１の校正用ガスを容易に供給できない場合の近似波長を有する校正用ガスが収容されているガスボンベを使って校正できるようにしたものである。
【００１６】
すなわち、この発明は、校正用ガスがガスボンベによって容易に供給されない、例えばＰｂ（ＤＰＭ）_２を昇華させてなるガスＡ_１を測定対象とする赤外線分析計を持つ赤外線分析装置であって、この赤外線分析装置は、例えば１３５０ｃｍ^−１〜１４００ｃｍ^−１の測定用波長と、例えば８８０ｃｍ^−１〜９２０ｃｍ^−１の比較用波長の二種類を検知する手段として、前記測定用波長検知手段、比較用波長検知手段を持っている。
【００１７】
そして、この発明では、測定用波長と比較用波長の二波長を用いて、特定成分ガスＡ_１の濃度測定信号Ｃと比較ガスの濃度比較信号Ｄを演算するよう構成されている。
【００１８】
１５は、その演算部で、特定成分ガス〔Ｐｂ（ＤＰＭ）_２を昇華させてなるガス〕Ａ_１の濃度測定信号を演算するとともに、前記比較ガス（ＮＦ_３）Ａ_２の濃度比較信号を演算する機能を有し、また、特定成分ガスＡ_１と前記比較ガスＡ_２の前記セル１への導入を例えば三方電磁弁３３によって相互に切換える信号切換処理機能を有し、更に、信号切換を数回繰り返して得られた前記濃度測定信号Ｃおよび濃度比較信号Ｄに基づいて特定成分ガスＡ_１と前記比較ガスＡ_２の濃度検量線を作成する機能を有し、また、測定作業時において既知濃度Ｄの前記比較ガスＡ_２を前記セル１に導入して得られる前記濃度比較信号Ｄ’と前記濃度検量線とに基づいて赤外線分析計２０の校正の要否を判断する機能を有する。
【００１９】
更に、濃度測定信号Ｃの演算は、特定成分ガスＡ_１を赤外線分析計２０のセル１に導入した状態で、前記比較用波長検知手段１０，１２より出力されるＣ信号に測定時ゲインＧ_Ｘを乗じたものから前記測定用波長検知手段９，１１より出力されるＳ信号を引き算するよう行われる。

【００２０】
また、濃度比較信号Ｄの演算は、既知濃度の前記比較ガスＡ_２を前記セル１に導入した状態で、前記Ｓ信号に校正時ゲインＧ_Ｃを乗じたものから前記Ｃ信号を引き算するよう行われる。

【００２１】
そして、これら演算にあたり、演算前に予め、特定成分ガスＡ_１と比較ガスＡ_２の信号強度比を求め、測定時ゲインＧ_Ｘおよび校正時ゲインＧ_Ｃを最適化しておくのが好ましい。
【００２２】
なお、測定用波長と比較用波長の二波長を用いて、特定成分ガスＡ_１の濃度測定信号Ｃと比較ガスの濃度比較信号Ｄを演算するのは、光源６から発せられる赤外線光量が、図５に示すように、特定成分ガスＡ_１による吸収信号量５０、ならびに、比較ガスＡ_２による吸収信号量５１の１０〜１００倍と極端に大きいことから、測定用波長帯として例えば１３５０ｃｍ^−１〜１４００ｃｍ^−１を選択するとともに、そのときの光量検出用波長を例えば８８０ｃｍ^−１〜９２０ｃｍ^−１に選択性を持つバンドパスフィルタ１１で検出し、かつ、前記（１），（２）式に示したように差をとることによって、光源光量等の赤外線分析計の検出感度に影響する要素を除去できるからである。
【００２３】
而して、赤外線分析装置を介して半導体プロセスにおけるＣＶＤチャンバー内に特定成分ガスＡ_１を流す測定作業に先立って、特定成分ガスＡ_１と前記比較ガスＡ_２の濃度検量線を作成する。
【００２４】
この場合、粉体のＰｂ（ＤＰＭ）_２が収容された容器５２をヒータで加熱することにより、Ｐｂ（ＤＰＭ）_２を昇華させて特定成分ガスＡ_１を発生させながら、三方電磁弁３３を測定ライン７０の側に切換えた状態でセル１内に、Ａｒをキャリアガスとして特定成分ガスＡ_１を導入し、これに光源６からの赤外線を投射してチョッパ７によって変調を行う。
【００２５】
特定成分ガスＡ_１を流しているので、前記（１）式から濃度測定信号Ｃを得ることができる。
【００２６】
その後、セル１のパージを行って三方電磁弁３３を測定ライン７０から比較ガス供給ライン８０の側に切換える。これら二つの切換えは、演算部１５が行う。
【００２７】
切換後セル１内に、既知濃度の比較ガスＡ_２を導入し、これに光源６からの赤外線を投射してチョッパ７によって変調を行う。
【００２８】
比較ガスＡ_２を流しているので、前記（２）式から濃度測定信号Ｄを得ることができる。
【００２９】
信号切換を数回繰り返して得られた濃度測定信号Ｃ，Ｄから特定成分ガスＡ_１と前記比較ガスＡ_２の濃度検量線を作成できる。
【００３０】
次に、赤外線分析装置を介してＣＶＤチャンバー内に特定成分ガスＡ_１を流す測定作業を行う。
【００３１】
セル１内に特定成分ガスＡ_１を導入し、これに光源６からの赤外線を投射してチョッパ７によって変調を行う。
【００３２】
特定成分ガスＡ_１を流しているので、前記（１）式から濃度測定信号Ｃを得る。
【００３３】
その後、セル１のパージを行って三方電磁弁３３を測定ライン７０から比較ガス供給ライン８０の側に切換える。これら二つの切換えは、演算部１５が行う。
【００３４】
切換後セル１内に、既知濃度の比較ガスＡ_２を導入し、これに光源６からの赤外線を投射してチョッパ７によって変調を行う。
【００３５】
比較ガスＡ_２を流しているので、前記（２）式から濃度測定信号Ｄ’を得ることができる。
【００３６】
前記セル１に導入して得られた濃度測定信号Ｄ’と濃度測定信号Ｄを前記濃度検量線とに基づいて赤外線分析計の校正の要否を判断する。
【００３７】
そして、校正が必要な場合は、（Ｄ’／Ｄ）×Ｃのスパン校正を行ってＣＶＤチャンバー内に流された特定成分ガスＡ_１の濃度Ｃ’が計測できる。
【００３８】
以上、半導体プロセスにおけるガスは、その校正用ガス（比較ガス）Ａ_２がガスボンベ等によって容易に供給されないものである場合が多いが、上述したように、可能な限り測定用波長に近い比較用波長を有するガスを用い、測定用波長と比較用波長の二波長を検知する測定用波長検知手段９，１１、比較用波長検知手段１０，１２を設け、また、特定成分ガスＡ_１濃度測定時は前記（１）式を用い、比較ガスＡ_２濃度測定時は前記（２）式を用いることにより、簡単な構成で構成機能および測定機能を有する赤外線分析装置を得ることができる。
【００３９】
なお、前記Ｓ信号またはＣ信号は、それぞれが光学系の全体光量を表しているが、例えば光路の汚れによる光量低下（図５においてＬ’で示す）を前記Ｓ信号またはＣ信号の出力信号で確認できるように構成し、更に、例えば光路の汚れにより初期光量から所定の光量（アラームレベル）に低下した時点でアラーム信号を発するように構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上この発明では、特定成分ガスの校正用ガスが、ガスボンベで容易に供給されないガス種である場合において、測定とともに校正も行える赤外線分析装置を提供することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す全体構成説明図である。
【図２】上記実施形態における使用環境を示す構成説明図である。
【図３】（Ａ）は、半導体プロセスにおけるガスの供給状態を示す図である。（Ｂ）は、図３（Ａ）における一部を拡大して示す図である。
【図４】特定成分ガス（測定対象ガス）と比較ガスの赤外線吸収スペクトルを示す特性図である。
【図５】特定成分ガスによる吸収信号量、ならびに、比較ガスによる吸収信号量を示す図である。
【符号の説明】
１…セル、９，１１…測定用波長検知手段、１０，１２…比較用波長検知手段、１５…演算部、２０…赤外線分析計、Ａ_１…特定成分ガス、Ａ_２…比較ガス。

Claims

特定成分ガスの測定用波長、および、特定成分ガスによる吸収がないかあるいは無視できる程度の吸収しかない比較用波長の二種類を、それぞれ検知する測定用波長検知手段、および、比較用波長検知手段を備えており、前記比較用波長のうち、前記測定用波長にできるだけ近い吸収波長を有するものが比較ガスとして選択されており、更に、特定成分ガスを赤外線分析計のセルに導入したときには、前記比較用波長検知手段より出力される比較波長信号に測定時ゲインを乗じたものから前記測定用波長検知手段より出力される測定波長信号を引き算して光源光量等の赤外線分析計の検出感度に影響する要素を除去した特定成分ガスの濃度測定信号を演算する一方、既知濃度の前記比較ガスを前記セルに導入したときには、前記測定波長信号に校正時ゲインを乗じたものから前記比較波長信号を引き算して光源光量等の赤外線分析計の検出感度に影響する要素を除去した前記比較ガスの濃度比較信号を演算する機能と、特定成分ガスと前記比較ガスの前記セルへの導入を相互に切換える信号切換処理機能とを有する演算部を備えたことを特徴とする赤外線分析装置。
前記演算部は、特定成分ガスを半導体プロセスのガス供給側に導入する測定作業に先立って、信号切換を数回繰り返して得られた前記濃度測定信号および濃度比較信号に基づいて特定成分ガスと前記比較ガスの濃度検量線を作成する機能と、測定作業時において既知濃度の前記比較ガスを前記セルに導入して得られる前記濃度比較信号と前記濃度検量線とに基づいて赤外線分析計の校正の要否を判断する機能とを有する請求項１に記載の赤外線分析装置。