真空品質測定システム
【課題】複雑性を最小限に抑えたかまたは解消したガス分析装置を提供する。
【解決手段】本発明の真空チャンバ用のガス分析装置は電子処理部を備えており、この電子処理部が、質量スペクトルデータを受け入れ、真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、これら質量スペクトルデータ、真空チャンバ内の全圧、および少なくとも１つのセンサからの外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出するように構成されている。
【解決手段】本発明の真空チャンバ用のガス分析装置は電子処理部を備えており、この電子処理部が、質量スペクトルデータを受け入れ、真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、これら質量スペクトルデータ、真空チャンバ内の全圧、および少なくとも１つのセンサからの外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年１１月９日付出願の米国仮特許出願第６１／２８０，８２５号および２０１０年４月１６日付出願の米国仮特許出願第６１／３２４，９９２号の利益を主張する。これら米国仮特許出願の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計の用途は、産業プロセスや半導体製造プロセスにまで拡がり、漏れ検出、ガス汚染およびガス組成制御に関する様々な問題の解決に役立っている（特許文献１、非特許文献１、２参照）。質量分析データに基づくガス組成情報の価値は周知のとおりである。しかしながら、質量分析計は複雑な機器であるという印象は根強く、データの解釈にあたっては、関連するデータを収集・解釈することのできる「専門家」に任されているのが一般的な実情である。質量分析計にまつわる「複雑な機器」の烙印は、あながち間違っておらず、技術が高コストである結果とも言える。大半の質量分析機器は高価であり、そのため、製造業者は、想定され得るあらゆるモードでの運転が可能なように、融通性の極めて高い（very flexible ）分析機器を製造する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００８４５４９号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Comparison of Ion Trap Mass Spectrometer and Quadrupole Mass Spectrometer，“Society of Vacuum Coaters, 52nd Annual Technical Conference Proceedings”，（米国），２００９年，ｐ．１２２−１２９
【非特許文献２】Autoresonant Trap Mass Spectrometry (ART MS) for remote sensing applications，“International Journal of Mass Spectrometry”，２０１０年，第２９５巻，ｐ．１３３−１３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
融通性は、質量分析計の専門家にとっては基本的に魅力的である。しかしながら、その分野での経験が少ない人物の場合、選択肢が多過ぎて圧倒されてしまうであろう。したがって、このような複雑性を最小限に抑えるかまたは解消したガス分析装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、真空チャンバ用のガス分析装置は電子処理部を備え、当該電子処理部は、質量スペクトルデータを受け入れ、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出するように構成されている。
【０００７】
前記少なくとも１つの品質基準は、ユーザによってプログラム可能であってもよい。前記ガス分析装置は、さらに、前記質量スペクトルデータを提供する質量分析計を備えていてもよい。前記電子処理部は、さらに、前記質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定するように構成されていてもよい。
【０００８】
一実施形態において、前記電子処理部は、さらに、少なくとも第一段および第二段を有するクライオポンプの飽和レベル（fullness level）を求めるように構成されている。特定の一実施形態において、前記少なくとも１つのセンサは、前記クライオポンプの前記第二段の温度を計測する温度センサを含み、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種が水素であり、前記少なくとも１つの品質基準が前記真空チャンバ内の前記全圧に対する水素の分圧の比（割合、ratio ）を含む。
【０００９】
他の実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の相対濃度を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該相対濃度を用いるように構成されている。さらなる他の実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該分圧を用いるように構成されている。ある実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該少なくとも２つの化学種の分圧を用いるように構成されている。
【００１０】
ある実施形態において、前記ガス分析装置は、前記少なくとも１つの化学種の前記分圧を表示する表示部、前記少なくとも１つの化学種における最小分圧および最大分圧を表示する表示部、ならびに前記少なくとも１つの化学種の分圧を出力するデジタル出力部を備えていてもよい。ある実施形態において、前記ガス分析装置は、前記真空品質指数を表示する表示部、前記真空チャンバ内の前記全圧を表示する表示部、および前記質量スペクトルデータの走査範囲を表示する表示部を備えていてもよい。
【００１１】
前記少なくとも１つのセンサは、基板（substrate ）温度センサおよび／または真空ポンプ速度センサおよび／または質量流量モニタおよび／またはクライオポンプ温度センサおよび／またはイオンポンプ電流センサを含んでいてもよい。ある実施形態において、前記真空品質指数は、二値の出力を制御するものであってもよい。ある実施形態において、前記ガス分析装置は、前記真空品質指数を出力するデジタル出力部、および前記質量スペクトルデータを出力するデジタル出力部を備えていてもよい。
【００１２】
ある実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御するように構成されていてもよい。前記プロセスは、前記真空チャンバのベースアウト（baseout ）であってもよく、前記少なくとも１つのセンサは、前記真空チャンバの温度を計測する温度センサを含んでいてもよい。この実施形態の詳細例では、前記少なくとも１つの品質基準は、水素の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む。他の実施形態において、前記プロセスは、前記真空チャンバのベースアウトであってもよく、前記少なくとも１つのセンサは、前記真空チャンバと前記真空チャンバを真空排気する真空ポンプとの間に介在するゲートバルブの位置センサを含んでいてもよい。この実施形態の詳細例では、前記少なくとも１つの品質基準は、水（水蒸気）の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む。
【００１３】
他の実施形態において、真空チャンバ内のガスを分析する方法は、質量スペクトルデータを受け入れる過程と、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れる過程と、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程とを含む。前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含んでいてもよい。ある実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、プロセスのフィードフォワード制御を含む。ある実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、プロセスのフィードバック制御を含む。ある実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、前記真空チャンバにおける前記プロセスの品質を経時的に監視（追跡、記録）することを含む。他の実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、異なる真空チャンバにおける前記プロセスの品質をマッチングさせることを含む。さらなる他の実施形態において、前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いて前記真空チャンバへの少なくとも１種のガスの流量を制御することを含んでいてもよい。
【００１４】
さらなる他の実施形態において、真空チャンバ内のガスを分析する方法は、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１種のガスの所望濃度を示す入力を受け入れる過程と、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１種のガスの前記所望濃度に対し、質量分析計の予測走査出力（予測される質量分析計の走査出力）を算出する過程と、質量スペクトルデータを受け入れる過程と、前記質量分析計の予測走査出力、および前記質量スペクトルデータを用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程とを含む。前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含んでいてもよい。前記プロセスは、前記真空チャンバへのガスの流量を含んでいてもよい。前記少なくとも１つの品質基準は、前記質量分析計の予測走査出力と前記質量スペクトルデータとの間の相関を含んでいてもよい。
【００１５】
さらなる他の実施形態において、真空チャンバ内のガスを分析する方法は、質量スペクトルデータを受け入れる過程と、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、イオンビーム電流センサからの外部入力を受け入れる過程と、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記イオンビーム電流センサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程とを含む。前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含んでいてもよい。前記プロセスには、イオンビームを用いたイオン注入が含まれ得る。前記少なくとも１つの品質基準は、前記ビームに含まれるイオンと前記真空チャンバ内に存在する中性ガス種（neutral gas species ）との間の電荷交換によって生じるビーム荷電状態の変化による補償を含んでいてもよい。
【００１６】
さらなる他の実施形態において、真空チャンバ用のガス分析システムは、質量分析計と少なくとも１つのセンサと、真空チャンバ用のガス分析装置とを備え、前記ガス分析装置は電子処理部を含み、当該電子処理部が、質量スペクトルデータを受け入れ、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出するように構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、全圧情報と質量スペクトルデータと外部入力とを組み合わせて得られる単一の数値の指数（a single numerical index）により、アナログ電圧、デジタル電圧（デジタル論理）、リレーの閉動作などの出力を駆動することができる利点をはじめとした、数多くの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかるガス分析装置を、パーソナルコンピュータとともに示した概略図である。
【図２】本発明にかかるガス分析装置を、専用データプロセッサとともに示した概略図である。
【図３】本発明にかかる真空品質モニタリングのフローチャートである。
【図４】本発明にかかる真空品質指数を用いて、高エネルギーイオン注入プロセスの圧力補償を実行する様子を示す概略図である。
【図５】本発明にかかる真空品質モニタを用いて真空チャンバへのガスの流量を制御する様子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前述の内容は、添付の図面に示された本発明の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明から明確になる。異なる図をとおして、同一の符号は同一の部分／構成を指すものとする。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の実施形態を示すことに重点が置かれている。
【００２０】
以下では、本発明の例示的な実施形態について説明する。
【００２１】
図１に示す一実施形態において、真空チャンバ１１０用のガス分析装置１００は電子処理部１２０を備える。電子処理部１２０は、質量スペクトルデータ、真空チャンバ１１０内の全圧を示す入力、および少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、これら質量スペクトルデータ、真空チャンバ内の全圧、および少なくとも１つのセンサからの外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数（ＶＱＩ）を算出するように構成されている。
【００２２】
全圧と質量スペクトルデータとの組合せは、（１）チャンバ内の真空品質を経時的に監視し；（２）プロセスのフィードフォワード制御およびフィードバック制御を実行し；（３）チャンバマッチング（chamber matching）を向上させる；にあたって利用可能な、サイン（識別特性、signature）またはパターンと見なすことができる。一変形例として、真空品質モニタ（ＶＱＭ）用のコントローラに組み込まれたスクリプトエンジン（scripting engine）を用いて前記２つのデータ源からＶＱＩを導き出し、このＶＱＩを特定のリアルタイム出力とリンクさせてもよい。上記スクリプトエンジンは、ユーザによってプログラム可能な品質基準に基づいてＶＱＩを導き出すものであってもよい。真空品質指数は、（１）全圧の測定値；（２）質量スペクトルデータ；および（３）外部からのデータ（例えば、真空ポンプ速度、基板温度など）を組み合せることで得られる単一の数値（a single number ）（すなわち、単一の測定出力値）であり、この数値を用いて、リアルタイム出力を駆動したり、プロセスをリアルタイム制御したりすることができる。このような真空品質指数により、複雑なガス分析データおよび質量スペクトルデータを、単一の測定出力値に変換することができる。
【００２３】
図１に示すように、ガス分析装置１００は、さらに、質量スペクトルデータを提供する質量分析計１３０を備えていてもよい。この質量分析計は、四極質量分析計であってもよい。好ましくは、この質量分析計は、自動共鳴トラップ型質量分析計（autoresonant trap mass spectrometer, ＡＲＴ ＭＳ）である。Comparison of Ion Trap Mass Spectrometer and Quadrupole Mass Spectrometer, Society of Vacuum Coaters, 52nd Annual Technical Conference Proceedings, Santa Clara, CA, May 9-14, 2009, pp. 122-129；Autoresonant Trap Mass Spectrometry (ART MS) for remote sensing applications, International Journal of Mass Spectrometry (295) pp. 133-137 (2010)；米国特許出願第１２／５１４，３３９号（出願日２００７年１１月１３日，発明者A. V. Ermakov ら，公開日２０１０年４月８日；出願公開公報第２０１０／００８４５４９ Ａ１号）；および国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３３７５０号（出願日２０１０年５月５日；発明者G. A. Bruckerら）を参照されたい。
【００２４】
上記電子処理部は、さらに、質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定するように構成されたものであってもよい。質量スペクトルに寄与する化学種を同定したりそれら化学種の相対濃度を求めたりするには、高度なデータ処理が必要とされる。そのようなデータ処理は、図１に示すＰＣ１４０、図２に示す専用データプロセッサ１５０、または電子処理部１２０で実行されてもよい。質量スペクトルのピークの位置および相対強度（relative amplitude）を用いて、真空系内に存在する化学種を同定し、ピークの強度を用いて、真空系内の相異なる化学種の濃度を決定する。ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたガス分析装置では、静電型イオントラップが一定の電荷量を保持するので、質量スペクトルのピークの強度（amplitude）は真空系内の圧力に対応（scale with）しない。ＡＲＴ ＭＳによって提供される質量分析データを用いると、比率で表される化学組成を導き出すことができる。しかしながら、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサで分圧の絶対値（絶対的な分圧）を導き出すには、当該センサによって得られた、比率で表される（ratiometric ）組成分析結果を、図１〜図２に示す電離真空計１６０によって得られた全圧情報と組み合わせる必要がある。ガス分析装置１００は、電離真空計１６０（例えば、ＭｉｃｒｏＩｏｎ ＡＴＭ 真空計モジュール（gauge module）など）から全圧を示す入力を得るための接続部を備える。ガス分析装置１００は、当該接続部を介して、質量スペクトルの走査と同時に全圧の測定値（読み取り、readings）を得る。また、ガス分析装置のビューワーソフトウェアが、当該接続部を介して、分圧の絶対値を導き出す。
【００２５】
既述のとおり、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサは静電型イオントラップであり、一定量のイオン電荷密度しか保持することができない（すなわち、イオン電荷密度が静電反発力によって制限される）。十分に時間をおくと、トラップがイオンで飽和する。トラップ内部に蓄積したイオンの相対密度は、真空環境内に存在するガス種の相対濃度を、当該各ガス種のイオン化効率で重み付けしたものに対応する（scale with）。例えば、Ｎ２５０％およびＡｒ５０％からなるガス環境において、Ａｒのイオン化効率が窒素のイオン化効率よりも２０％高いとすると、トラップ内に存在するイオンの密度はＡｒ５４％／Ｎ２４６％と予測される。ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップの放出効率（ejection efficiency ）は、質量依存性が最小限になるように操作可能である（すなわち、１／ｆ走査により、質量に依存しない最適なイオン放出を達成することができる）。トラップから放出される電荷量を各イオンについて計測することにより、トラップ内に存在するイオンの相対電荷量の近似を得ることができる。これは、イオン電流対時間の質量スペクトルから、各イオンの質量ピークの面積を積算し、総放出電荷量に対する各ピークの電荷量寄与度を算出することによって達成される。上記の例では、Ａｒに対応するピークは総放出電荷量の５４％に寄与すると予測され、窒素に由来するピークは残りの４６％に寄与すると予測される。各ピークの相対寄与度を算出し、これらのピークに対応する化学種を同定した後、各化学種のイオン化効率を適用することにより、ガス環境内に存在する各化学種の比率で表される濃度を正確に導き出すことができる。ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサは、本質的に比率で表されるデータを扱う装置である。上記の例では、総電荷量に対する双方の種類のガスの寄与度（すなわち、Ｎ２、Ａｒの大半のピークは、それぞれ２８ａｍｕ、４０ａｍｕに位置する）を求めた後、イオン化効率の比（すなわち、１．２）を用いることにより、これら双方の種類のガスが真空系内にいずれも５０％の割合で存在すると判断できる。
【００２６】
スペクトルのピークを実際の化学種に割り当てるには、例えばスペクトルデコンボリューション法（spectral deconvolution procedure）などにより、質量スペクトルとガスライブラリとを相関させる（関連づける）必要がある。スペクトルデコンボリューション法では、総スペクトルを、ガスライブラリから選択された数種類のガス成分についての質量スペクトルの、線形的な組合せであると仮定する。総スペクトルに合致させるのに必要な各ガス種の寄与度を、線形回帰アルゴリズムによって算出する。このようにして得られた係数が、総スペクトルに対する各ガス成分の寄与度となる。よって、ゼロ以外の数値を取る係数を有するガスは、ガス系内に存在すると推定され、この係数により、スペクトルに含まれる他のピークに対する寄与度が求められる。スペクトルデコンボリューション法は、分子種のフラグメンテーション（分離）も考慮しているので好都合である。
【００２７】
ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサは、比率で表される情報を提供することができる。分圧の絶対値を算出するには、図１〜図２に示すシステム１００の電離真空計１６０によって提供される、さらなる情報が必要となる。電離真空計は、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサと同じく、イオン化されたガス分子で作動する。既述のＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップと同様に、電離真空計のイオン電流に対する各ガスの寄与度は、濃度比を、イオン化効率で重み付けしたものに等しい。既述の例では、Ａｒは、イオン電流の５４％に寄与し、また、全圧測定値の５４％に寄与する。電離真空計によって提供される全圧測定値を各イオンの寄与量に分解するには、その全圧に、トラップから放出された総電荷量に対する各イオンの寄与度を乗算する。例えば、電離真空計の測定値を１×１０―６（１Ｅ−６）Torrとすると、そのうちの５．４×１０−７TorrがＡｒに相当し、そのうちの４．６×１０−７TorrがＮ２に相当する。電離真空計の測定値は窒素を基準として校正されているので、この系に含まれるＮ２の分圧は４．６×１０−７Torrとなる。しかし、Ａｒのイオン化効率はＮ２よりも２０％高いので、系に含まれるＡｒの分圧は：５．４×１０−７Torr／１．２＝４．６×１０−７Torrとなる。したがって、この真空系内には、Ｎ２５０％とＡｒ５０％とからなる混合物が、それぞれ４．６×１０−７Torrの同じ分圧で存在する。つまり、系の全圧は実際には９．２×１０−７Torrであり、電離真空計の測定値である１×１０−６Torrとは異なる。
【００２８】
大半のプロセス技術者が「ガス分析装置」として求めているのは、質量スペクトルを解釈したり複雑なトレンドプロット（trend plots ）を解析したりする手間をかけずとも、自分達が必要とする「ガス組成」情報を提供してくれる装置である。本発明にかかる真空品質モニタは、真空品質の尺度を単一の数値（以降、「指数」と称する）で表す。この指数は、全圧の測定値データ（内部の測定値データまたは外部からの測定値データ）と、質量スペクトルの自動解析によって導き出されたガス組成解析結果とを組み合せることで得られる。この指数は装置内部で導き出され、プロセス技術者により、プロセスにおける様々な段階での「ガス環境の品質」を評価するために使用される。この指数は、ユーザによってプログラム可能な、予め指定されたスクリプト（例えば、Ｌａｂｌｕａ；ブラジル国リオデジャネイロ）によって算出される。この指数には、温度計、真空ポンプ（例えば、ターボ真空ポンプ）速度モニタ、質量流量コントローラなどの外部情報源からの情報が包含されてもよい。図３に、真空品質指数（ＶＱＩ）の一例のフローチャートを示す。自動共鳴トラップ型質量分析（ＡＲＴ ＭＳ）技術を用いた装置の場合、質量スペクトルを生成すると同時にこれを解析することにより、真空品質指数をリアルタイムで導き出して、所定のルールに従いプロセスを進行するか否かを決定する。
【００２９】
真空品質指数を使用する利点として、真空系内の全圧とガス組成とを同時に監視しているので、より優れた判断をより迅速に下せることが挙げられる。真空品質に関する様々な情報を組み合わせて得られる単一の数値の指数により、アナログ電圧、デジタル電圧、リレーの閉動作などの単純な出力を駆動することができる。この方法の効率を最大限にするには、全てのセンサを、真空チャンバの１つのポートに取り付けるだけで済むように、単一のセンサパッケージに組み込めばよい。しかしながら、個別のセンサの形態を維持したいのであれば、これら個別のセンサからのデータを組み合せるようにしてもよい。
【００３０】
例えばプロセスのフィードフォワード制御またはフィードバック制御を実行したい場合や、２つの真空チャンバでのプロセスをマッチングさせたい場合には、真空品質指数の演算に、同じチャンバまたは別のチャンバにおける他の測定値に基づいた、さらなる真空品質指数を包含させてもよい。
【００３１】
当然ながら「真空品質」という用語は人によって異なるものを意味し、さらには、プロセスの異なる段階でその意味が変化し得る。適切な真空品質モニタとしては、ユーザの要求に応じて設定可能であり、かつ、真空品質基準の再調整が必要となり得るプロセスの変化を検出できるものが望ましい。また、装置から単一の数値が出力されるので、不可欠のＳＰＣ（統計的プロセス制御）、および低品質な真空が検出された場合にシステムをシャットダウンすることが可能なインターロックを、極めて簡単に構築することができる。
【００３２】
（１）質量スペクトル；（２）全圧；および（３）補助的な信号；をもとにＶＱＩを算出するには、まず、プロセスを進行させるかまたは停止するかを判断するための真空品質を定量化するにあたって、どのような品質基準をプロセス技術者が使用するのかを把握する必要がある。これは、異なるプロセスに従事するユーザによって、全く別のものを意味し得る。また、これは、複数の段階を有する単一プロセスの場合、そのプロセス内で別のものを意味し得る。ユーザがスクリプトを用いて演算をプログラムできるようにしているので、ＶＱＩの定義をフレキシブルに行うことができる。真空品質モニタの最良の動作例として、以下で、真空品質指数を用いて「継続か停止か」の指示を出す例を幾つか説明する。
【００３３】
（クライオポンプ飽和度（Fullness）センサ）
図１および図２に、ＶＱＭ用のガス分析装置１００の代表的な用途例を示す。この例において、クライオポンプ１７０は、イオン注入装置に対して使用され、詳細には、水素が主成分であるＵＨＶ（超高真空）の真空チャンバ１１０に対して使用される。図１および図２に示すように、全圧センサ１６０および質量分析計１３０が真空チャンバ１１０に設置されている。変形例として、全圧センサ１６０および質量分析計１３０は、クライオポンプ１７０よりも上流であってゲートバルブ１８０よりも下流の位置に設置されてもよい。
【００３４】
クライオポンプの排気速度は、クライオポンプのチャーコール層（charcoal layer）に蓄積した水素の量が増加するにつれて減少する。一般的には、真空チャンバ内の水素レベルが２倍になると、クライポンプの再生成処理を実行するのが望ましいとされる。このような水素レベルの倍増は、Ｈ２容量が限界に達して、クライオポンプの排気速度の５０％が損失した際に見受けられる。一般的に、Ｈ２レベルの増加は、他種の凝縮可能なガスを未だ排気している途中に始まる。したがって、全圧に対するＨ２の比は、クライオポンプの飽和度を監視するにあたって良好な指標となる。真空チャンバ内の水素の分圧は、ステンレス鋼の壁から脱離した水素と、飽和状態のクライオポンプから逆流した水素との混合物からなる。壁に由来する水素レベルは、温度に影響される。Ｈ２の分圧を測定するにあたって温度の影響を取り除くには、Ｈ２レベルを温度に対して正規化する必要がある。また、クライオポンプの第二段の温度（Ｔ２）も、ポンプ内の水素の分圧が高いことを示す指標になる。つまり、この温度が１５Ｋ（ケルビン）を超えた場合、それはクライオポンプの再生成処理が必要であることを示唆している。
【００３５】
クライオポンプの飽和度を特定するプロセスの最初のステップ１）は、全圧に対する水素の分圧の比を算出し、これを室温に対して（線形的応答であると仮定して）正規化することである。分圧レベルが予想の２倍以上であれば、クライオポンプを再生成する。品質基準を、全圧に対するＨ２の比としてもよい。水素の比が高すぎる場合にはＶＱＩ≧１とする。ＶＱＩ＜１の場合には、再生成処理は必要でない。次のステップ２）では、図１および図２に示す温度Ｔ２が１５Ｋを超える場合にはＶＱＩ≧１とし、クライオポンプの再生成処理を開始する。
【００３６】
図１および図２における入力信号は：
１． 全圧（ＴＰ）、
２． 質量スペクトルにおけるＨ２の分圧（ＰＰＨ２）、
３． 外部信号＃１：Ｈ２レベル正規化に用いる外部室温（Ｔ）、および
４． 外部信号＃２：クライオポンプが順調であるか否かの判断に用いる、クライオポンプのＴ２温度、
である。
【００３７】
ここで、良好な真空系（a healthy system）に含まれる水素は最大で９０％であると仮定すると、フレッシュな系では、全圧に対するＨ２の分圧の比が０．９となる。また、Ｈ２の分圧が増加して２倍になると、系内の水素が９５％になると仮定する。さらに、ＴＰ（全圧）に対するＨ２の比が絶対温度に比例する（scales linearly with）と仮定する。すると、ＶＱＩは次式（１）で表される。
ＶＱＩ＝([(ＰＰＨ２/ＴＰ)×(２９８/Ｔ)]/０.９５−０.９４７)×１８.８７ （１）
【００３８】
ポンプが順調な場合、すなわち、Ｈ２が９０％である場合、室温Ｔが２９８Ｋであるとすると、ＶＱＩ＝０となる。
【００３９】
室温を２９８Ｋのままとして、Ｈ２が９５％になると、ＶＱＩ＝１となり、ポンプの再生成処理が必要になる。
【００４０】
（ベース圧力条件（ベースアウト））
真空チャンバのベースアウトは、あらゆる高真空（ＨＶ）（１０−３〜１０−９Torr）の系について共通の真空排気処理である。真空チャンバを排気（pump down ）し、残留化学種についてさらに処理を実行してもよいような、許容可能なベース圧力になるまで、待機するというのが、ベースアウトの基本的な考えである。
【００４１】
半導体プロセスでは、最適な瞬間にプロセスウェハの取出しおよび新たなプロセスウェハの装入ができるように、チャンバ内の全圧がターゲットの高真空レベル未満に低下するまで待つのが常套である。このようなニーズは、半導体産業に限ったことではない。磁気媒体製造ツールの場合も、同じく圧力がターゲットレベル未満に低下するのを待ってから、次のチャンバに移行する。現在の方法では、プロセスを開始する前に、チャンバから全てのガス成分が真空排気されるのを待つ必要がある。このような時間の使い方は非効率とも受け止められる。なぜなら、大量に存在しかつ排気するのに最も時間のかかる成分こそ、プロセスに無害な場合がほとんどだからである。有害な成分のみを監視し、当該成分が有害レベル未満に低下するまで待ったほうが遥かに効率良い。これは、適切なデータ解析機能を具備した質量分析計と、有害な成分の総濃度を監視する指数を算出するスクリプトメカニズムとを用いて自動的に実行することができる。この場合の真空品質指数を定義する一方法として、チャンバ内に存在することが判明している各ガス成分がプロセスに有害となるレベルを実験的に決定し、次に、そのような有害閾値を超える成分が在るか否かを調べるスクリプトを定義する方法が挙げられる。有害な成分（例えば、炭化水素）を、４５原子質量単位（ａｍｕ）以上に質量ピークを有する成分として定義することにより、特定のピークに対応する特定の化学種を化学的に同定する手間を省くことができる。真空品質指数は、有害な成分のレベルをそれらの有害閾値と比較し、正の偏差を全て加算することによって算出される。有害閾値を下回るガスは、他の成分に付加的に寄与しない限り、演算に含めない。全種類のガスについて、閾値を超えた正の偏差を合計したものを、真空品質指数としてもよい。真空品質指数がゼロになると、直ぐにでもウェハを次のウェハと交換してもよい。真空品質指数がゼロであれば、ユーザは、全ての有害な成分が損害閾値よりも低いと確信してよい。ユーザは、わざわざスペクトルを確認せずとも、単に真空品質指数がゼロになるのを待てばよい。自動データ解析が実行可能であれば、どの種類の質量分析計でも、上記のような演算は可能である。しかしながら、ディスクコーティングチャンバ（disc coating chamber）がベース圧力となった０．５秒以内にＶＱＩの測定が可能なのは、ＡＲＴ ＭＳ技術だけである。
【００４２】
ベースアウト用のＶＱＩの他の例として、以下のように、水（水蒸気）の、空気に対する比に基づく品質基準を使用する方法が挙げられる：
ＶＱＩ＝０.６２５×Ｈ２Ｏ/空気＋０.５(全圧＜１×１０−６Torrの場合) （２）
大気条件下で真空チャンバを排気する（pumping down）場合、最初に排気されるのは、大半が空気である。真空排気はＶＱＩ≧１となるまで続けられる。空気が排気されるにつれて、チャンバ内の主成分は水になる。チャンバの真空排気処理の最初のころのＶＱＩは、Ｈ２Ｏ／空気が小さいので、ほぼゼロである。チャンバの真空排気が進行するにつれて、ＶＱＩは増加する。しかし、全圧が１×１０−６Torrを上回っているあいだは、Ｈ２Ｏ／空気＞１．６とならない限り、ＶＱＩ＜１となる。全圧が１×１０−６Torrを上回りかつＨ２Ｏ／空気＞１．６であるという条件は、主に空気が排気される真空排気処理の初期では真空チャンバ内に存在する水はほぼ一定なので、まず成立しないであろう。全圧が下がって１×１０−６Torrに達すると、上記の式（２）に示すように、ＶＱＩに０．５が加算される。これにより、ＶＱＩ＝１となるのに必要なＨ２Ｏ／空気の比は０．８となり、これは、ガス環境の約４４％が水であることを示す。全圧が１×１０−６Torr未満でありかつ水が約４４％を占めるガス環境は、一部の用途において、許容可能な真空環境である。
【００４３】
（ＵＨＶベースアウト）
適切に排気された超高真空（１０−９〜１０−１２Torr（ＵＨＶ））系において、残留ガス環境の９５％が水素になることは周知である。ＵＨＶのユーザは、ＵＨＶ系内の真空が許容可能であるかを判断するにあたって、残留ガス分析装置（ＲＧＡ）の質量スペクトルを確認し、水素の、他の全成分に対する比を単純に評価するのが習慣であり、スペクトルに問題がない（clean ）場合には実験を継続する。ユーザは、実験を制御するにあたって本発明にかかるガス分析装置を用い、Ｈ２の、他の全成分（積算）に対する比が＞０．９５である限り、実験を継続可能としてもよい。これが、この場合の真空品質指数となる。ＵＨＶベースアウト用のＶＱＩは、例えば：
ステップ１）圧力がターゲット数値を上回っており、かつ、スペクトルにおいて水素が全ガスの２５％未満であれば、ＶＱＩ＝０となり、
ステップ２）ＶＱＩは、Ｈ２の、全質量範囲における質量スペクトルの総荷電量に対する％での寄与度となる。
【００４４】
ＶＱＩ＞９０であればプロセスを開始可能とする。この条件は、システムが完全に排気された状態のときにのみ、ＶＱＩが９０になるという考えに基づいている。なお、このＶＱＩは、図１および図２に示す真空チャンバの温度を示す外部入力１９０がＶＱＩ演算に組み込まれることにより、精度が向上する。ＵＨＶチャンバ内の水素レベルは、外部の温度に大きく依存する。真空チャンバ内の水素レベルをもとに、部屋の空調がオンかオフかを判断できるほどである。温度の水素発生（evolution ）に対する影響が分かっていれば、これを用いて水素レベルを正規化することも可能である。これにより、系の温度が高ければ水素も高レベルになることが考慮に入るので、真空チャンバがＵＨＶであるか否かについてユーザが早まった判断を下さないようにできる。上記の品質基準は、全圧の測定値および比率で表される質量スペクトルデータだけを必要とし、任意で、室温を示す入力が組み合わされてもよい。
【００４５】
（炭化水素のベースアウト）
ベースアウトにおける品質基準を、炭化水素による汚染のない、クリーンな真空チャンバとしてもよい。製造プロセスを例に用いて説明する：ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップを新たに設置する場合、当該トラップを排気する際の時系列は次のようになると予想される：１）初期の状態のトラップは、大部分が空気で満たされている。空気が排気されるとスペクトルは主に水となる。なお、全圧は、３時間以内に１×１０−８Torr未満に低下すると仮定する。このレベルに達すると、スペクトルの少なくとも８０％が水で構成されると仮定する。圧力が１×１０−８Torrに達し、かつ、スペクトルの８０％が水となれば、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは許容可能な状態となる。というのも、この時点で油分（すなわち、炭化水素）の寄与度は１０−９Torr程度（すなわち、十分に低い寄与度）となり、また、水はいずれ排気されるからである。圧力が１×１０−８Torrに達さなければ、ユーザは、３時間待った後、スペクトルの主なピークが水であるか否かを確認する。３時間経ってもトラップが１×１０−８Torrにまで排気されておらず、かつ、水がスペクトルの８０％に達しない場合、品質基準は満たされていない。この場合のＶＱＩ用のスクリプトを、以下のように定義してもよい：
【００４６】
スクリプトは、排気が開始されたことを示す信号によって立ち上げられる。外部入力は、トラップがクライオポンプと連通したことを示す、主要ゲートバルブの位置とする。下記のようにＶＱＩを算出した際、ＶＱＩ＝１は排気が成功したことを示す。
【００４７】
排気時間＜３時間で圧力＞１×１０−８Torrであるとき、ＶＱＩ＝０．５とする。
排気時間＞３時間で圧力＞１×１０−８Torrであるとき、試験をとおしてＶＱＩ＝０とし、トラップは排気試験に不合格となる。このようなＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは許容可能でない。トラップに対してベークアウト処理（bakeout ）またはプラズマ洗浄処理（plasma cleaning ）を実行する必要がある。次回の排気まで、スクリプトは実行を停止する。
【００４８】
いったん圧力＜１×１０−８Torrとなると、水の、質量スペクトルに対する、比（分数）での寄与度を算出する。
【００４９】
排気時間が３時間未満で水の寄与度の比が０．８未満であるとき、この水の寄与度の比をＶＱＩとして報告する。
【００５０】
排気時間が３時間を超えており水の寄与度の比＜０．８であるとき、試験をとおしてＶＱＩ＝０とする。このようなＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは不合格である。次回の排気まで、スクリプトは実行を停止する。
【００５１】
３時間経つ前に寄与度の比が０．８に達した場合、ＶＱＩ＝１とする。このようなＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは合格である。このＶＱＩは、次回の排気まで更新されない。３時間経つと、ＶＱＩ＝０、ＶＱＩ＝１のいずれかを報告することができる。これは、ＶＱＩを二値（binary）とする例であり、つまり、合格ならば（１）、不合格ならば（０）とする。
【００５２】
この場合、水の、スペクトルに対する寄与度は、１回の走査でトラップから放出された総電荷量に対して１７ａｍｕのピークおよび１８ａｍｕのピークが寄与する荷電量の百分率を算出することによって求められる。
【００５３】
（Ｐ−ＣＯＭＰ）
現在使用されているイオン注入装置の多くが、ウェハに対するイオンビーム束およびドーズ量（chemical dose ）を制御するために、圧力補償（Ｐ−ＣＯＭＰ）を利用している。Ｐ−ＣＯＭＰを利用する目的は、ビームに含まれるイオンと真空チャンバ内に存在する中性ガス種との間の電荷交換によって生じるビーム荷電状態の変化に起因する、ドーズ量のモニタリング誤差を補償することである。Hsuらに発行された米国特許第7,057,191号明細書を参照されたい。本発明では、圧力変化に伴って観測されるファラデーカップ（ＦＣ）の電流信号を補正することにより、実際のイオン電流値を得る。圧力変化は、ＦＣに向かうイオンビーム中で生じる電荷変化に、影響を与える。圧力が増加すると、より多くの電荷交換が生じるので、電荷変化も増大する。補正係数は、校正（キャリブレーション）過程で定義される。補正係数は、ガス環境の化学組成が変化しないのであれば、全圧のみに基づいたもので十分良好である。しかし、同一の圧力でも化学組成が変化すれば、ビーム荷電状態の変化に劇的なシフトが生じると予想される。全圧のみならず化学組成も判明していれば、ＦＣを用いて測定したイオン電流（ＩＦＣ）を化学変化に依存しないように補正する、補正係数を算出することができる。図４に、そのシナリオを示す。図４では、ＦＣ電流をイオンビーム電流（ＩＩＢ）と関連付けるのに用いる係数を導き出すにあたって、全圧（ＴＰ）計とＡＲＴ ＭＳとの組合せを利用する：
ＶＱＩ＝ｋ（ＴＰ，ガス組成） （３）
ＩＦＣ＝ＩＩＢ×ｋ（ＴＰ，ガス組成） （４）
ＦＣによって報告される電流ＩＦＣは、ウェハにイオン注入する（dosing）ための電流ＩＩＢと異なる。補正係数であるＶＱＩは、全圧（ＴＰ）とガス組成との関数である。実際のＶＱＩの演算は校正に依存する。しかしながら、各ガス種の電子親和力およびイオン化効率が分かっていれば、様々なガスについてのＶＱＩを近似で求めることが可能である。こうして校正が完了すれば、ガス組成に関係なく、Ｐ−ＣＯＭＰを実行することができる。
【００５４】
（特定のガス種の漏れ検出）
高エネルギーイオン注入装置におけるＳＦ６（六フッ化硫黄）検出では、ユーザは１９〜１２８ａｍｕの範囲内で様々なピークの形態で表れるＳＦ６漏れを監視することができる。特定の化学種の漏れ検出については、Coffmanらに発行された米国特許第6,286,362号明細書を参照されたい。ＳＦ６は、高エネルギーイオン注入装置内に存在する１００ＫＶの電位差によって生じるアークを防ぐために、高電圧ボックス内に充填される。この場合、ビームラインでのガス環境を分析対象とする。第１の品質基準は、イオン注入過程が実行される前に、全圧がターゲット数値未満に低下することである。圧力が要求値未満に低下すれば、第２の品質基準は、全圧に対するＳＦ６の寄与度の予測値が１％未満であることである。例えば、プロセス開始前に、ターゲットの全圧（ＴＰ）を２×１０−７Torrとし、かつ、ＳＦ６を１％未満としてもよい。この場合、例えば、ＶＱＩは以下のようになる：
ステップ１）ＴＰ＞２×１０−７Torrであれば、ＶＱＩ＝２
ステップ２）ＶＱＩは、質量スペクトルにおける全電荷量に対する、ＳＦ６のピークに由来する荷電量の％での寄与度とする。
ＶＱＩ≦１であれば、プロセスを実行してよい。
【００５５】
この場合、ターゲットのベース圧力に達しない限り、ＶＱＩ＞１とし、ターゲットのベース圧力に達した後は、ＶＱＩを、スペクトルにおけるＳＦ６のパーセンテージとする。このパーセンテージは、１％未満に保持されるのが望ましい。
【００５６】
圧力がターゲットＴＰを上回るか、あるいは、ＳＦ６のパーセンテージが１％を上回ると、プロセスを停止する。任意で、高電圧ボックスに対するＳＦ６の質量流量を監視する外部入力を演算に含めてもよい。イオン注入プロセスが、ＳＦ６を必要としない低電圧域で実行される場合などは、ガスボックス内にＳＦ６が存在しないので、何のリスクもない。このような場合には、ＶＱＩを１未満に設定し、ＳＦ６検出を実行しなくともよい。
【００５７】
他の用途として、真空チャンバ内の圧力が所望のベースレベルに達さないという問題に対処するために、漏れ検出を行うことがある。大抵の漏れ検出では、圧力レベルが安定するのを待ってから質量分析を行い、系内の残留ガスが空気だけであるか否かを判断する。しかし、系内の全圧に対する空気の比に注目することにより、上記の過程を高速化することができる。適切に密封された系であれば、他の全種類のガス密度に対する空気密度の比から算出したＶＱＩは、一定の最大レベルを超えないはずである。例えば、排気の中間時点で、ガス混合物の半分が空気であることが分かれば、それ以上の時間をかける必要はない。この場合のＶＱＩは、分圧の絶対値についての情報を必要とせず、事実、比率で表される密度情報のみで上記の過程を実行することができる。
【００５８】
（ガス流量制御用の真空品質モニタ）
以上の例では、質量分析計を真空品質モニタ（ＶＱＭ）として使用できること、そして、プロセスの次のステップに移行するうえで単一の数値によって真空系の品質を表現できることを証明した。真空品質指数を用いることにより、いつプロセスを開始するか、プロセスを続けるか、停止するかを決定することができる。また、ＶＱＩは、上流または下流に出力することにより、フィードフォワード制御またはフィードバック制御を実行するための情報にもなる。また、ＶＱＩには、補助的なデータが包含されてもよいし、また、さらなるＶＱＩが包含されてもよい。
【００５９】
図５に示す他の実施形態では、真空品質モニタシステム２１０が、対象となるプロセス箇所の物理的近傍に位置するように、真空チャンバ２２０に取り付けられている。ガス２３０，２４０，２５０の所望の「処方（recipe）」（例えば、Ｎ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏなど）が、ＶＱＭシステム２１０にダウンロードされる。ＶＱＭシステム２１０は、上記処方を構成するガス組成とＶＱＭセンサの既知の出力特性（イオン化の方法、センサのスペクトル応答、システム・計測ノイズ、およびその他の因子に基づくスペクトルライブラリ）とに基づき、質量分析計の予測走査出力（Ｎ２スペクトル２６０、ＣＯスペクトル２７０、およびＨ２Ｏスペクトル２８０）を生成する。次に、ＶＱＭシステム２１０は、測定された質量スペクトル２９０と、各予測スペクトルの組合せからなる組合せスペクトル２９５との間のフィッティング（fit ）（または相関）の閉ループ制御により、ガス流量を制御する。測定された質量スペクトルのデータ２９０、および予測スペクトル２６０，２７０，２８０は、各ガスについてのパーツに処理され、各ガスの流量の制御に利用することができる。ＶＱＭシステムの出力により、ガス流量バルブを直接制御したり、ガス流量制御システムに情報を供給したりすることができる。
【００６０】
さらなる他の実施形態において、真空品質指数（ＶＱＩ）には、予測スペクトルおよび測定されたスペクトルの、リアルタイムの測定値が包含される。ガス混合物のスペクトル間の複雑なフィッティングが単一のＶＱＩ数値に簡略化されるので、これをプロセスのモニタリングおよび制御に利用することができる。
【００６１】
数あるフィッティング「適合度（goodness of fit ）」の確認方法のうち、どれを使用してもよい。この例では、一般的な「相関」法により、２つの複雑な関数間の「適合度」を判断する。
【００６２】
２つの配列（array ）Ｍ（ｓ），Ｎ（ｓ）を定義する（下記の式において、「ｓ」は質量、時間、指数、またはその他の変数を表す）。
【００６３】
【数１】
【００６４】
ガス組成が判明していない場合、ＶＱＭシステムは、他の質量分析計と同じように、既知のガスとの相関なしに、ガスのスペクトルを生成する。
【００６５】
ＶＱＩにより、汚染物質を調べてもよい。この場合、ＶＱＭシステムに、少なくとも１種の汚染物質の予測測定値が予めモニタリング用にダウンロードされてもよい。高い相関（高いＶＱＩ数値）は、少なくとも１種の汚染物質の存在を示し、そのような場合、何らかの処置が取られ得る。
【００６６】
真空品質指数（ＶＱＩ）の相関関数は、例えば、以下のようなものである：
ＶＱＩ Ｎ２＝corr（Ｍ（ｓ），Ｎ２（ｓ））
ＶＱＩ ＣＯ＝corr（Ｍ（ｓ），ＣＯ（ｓ））
ＶＱＩ Ｈ２Ｏ＝corr（Ｍ（ｓ），Ｈ２Ｏ（ｓ））
ＶＱＩ＝corr（Ｍ（ｓ），合計（ｓ））
【００６７】
Ｍ（ｓ）から、存在が予測される他種のガスを減算することにより、分解能を向上させることができる。例えば：
Ｎ２ガスの流量を制御したい場合、Ｘ（ｓ）＝Ｍ（ｓ）−ＣＯ（ｓ）−Ｈ２Ｏ（ｓ）
ＣＯガスの流量を制御したい場合、Ｙ（ｓ）＝Ｍ（ｓ）−Ｎ２（ｓ）−Ｈ２Ｏ（ｓ）
Ｈ２Ｏガスの流量を制御したい場合、Ｚ（ｓ）＝Ｍ（ｓ）−ＣＯ（ｓ）−Ｎ２（ｓ）
【００６８】
すると、Ｎ２ガスの流量の信号は、以下の式に基づいて制御される：
ＶＱＩ Ｎ２’＝α×corr（Ｘ（ｓ），Ｎ２（ｓ））
（式中、αは、ＶＱＩ Ｎ２’を正規化するのに必要な関数である）。
例えば、ＶＱＩ Ｎ２’＝１であれば、適切な流量が達成されている。
【００６９】
ＣＯガスの流量の信号は、以下の式に基づいて制御される：
ＶＱＩ ＣＯ’＝β×corr（Ｙ（ｓ），ＣＯ（ｓ））
（式中、βは、ＶＱＩ ＣＯ’を正規化するのに必要な関数である）。
【００７０】
Ｈ２Ｏガスの流量の信号は、以下の式に基づいて制御される：
ＶＱＩ Ｈ２Ｏ’＝γ×corr（Ｚ（ｓ），Ｈ２Ｏ（ｓ））
（式中、γは、ＶＱＩ Ｈ２Ｏ’を正規化するのに必要な関数である）。
【００７１】
ＶＱＭシステムは、独自の優れたスピード特性およびデータ処理能力を有するので、予定のガス処方が入力されると、この処方に応じた予測ガス成分がインタラクティブにプログラミングされるように構成されている。ＶＱＭシステムは、予定のガス処方に基づいて予測スペクトルを生成し、処方に対する必要な相関関数を計算し、相関結果に基づいて各ガスの流量を制御することができる。
【００７２】
装置の要件として：
１）高速のスペクトル測定およびデータ処理／データ整理；
２）スペクトルライブラリも含めた予測スペクトルを生成する機能、および計測性能に調和するモデル化能力；
２ａ）十分に高速なネットワークに接続され、集中記憶部（centrally stored location）からのフェッチ（取り出し、fetching）によって大量のガスライブラリが利用できること；
３）閉ループ制御システムを提供するための、複雑な相関処理または同様の処理を実行する能力；ならびに
４）対象となるガスが、当該装置のスペクトル測定（質量スペクトル測定、光学スペクトル測定、または他種のスペクトル測定）能力に対応していること；
が挙げられる。
【００７３】
本明細書で引用した全ての特許、特許出願公開公報、およびその他の文献における、本願に関連した全教示内容を、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
【００７４】
本発明を例示的な実施形態を参照しながら詳細に図示・説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部について様々な変更が可能であることを理解するであろう。
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年１１月９日付出願の米国仮特許出願第６１／２８０，８２５号および２０１０年４月１６日付出願の米国仮特許出願第６１／３２４，９９２号の利益を主張する。これら米国仮特許出願の全教示内容は、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計の用途は、産業プロセスや半導体製造プロセスにまで拡がり、漏れ検出、ガス汚染およびガス組成制御に関する様々な問題の解決に役立っている（特許文献１、非特許文献１、２参照）。質量分析データに基づくガス組成情報の価値は周知のとおりである。しかしながら、質量分析計は複雑な機器であるという印象は根強く、データの解釈にあたっては、関連するデータを収集・解釈することのできる「専門家」に任されているのが一般的な実情である。質量分析計にまつわる「複雑な機器」の烙印は、あながち間違っておらず、技術が高コストである結果とも言える。大半の質量分析機器は高価であり、そのため、製造業者は、想定され得るあらゆるモードでの運転が可能なように、融通性の極めて高い（very flexible ）分析機器を製造する傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／００８４５４９号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Comparison of Ion Trap Mass Spectrometer and Quadrupole Mass Spectrometer，“Society of Vacuum Coaters, 52nd Annual Technical Conference Proceedings”，（米国），２００９年，ｐ．１２２−１２９
【非特許文献２】Autoresonant Trap Mass Spectrometry (ART MS) for remote sensing applications，“International Journal of Mass Spectrometry”，２０１０年，第２９５巻，ｐ．１３３−１３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
融通性は、質量分析計の専門家にとっては基本的に魅力的である。しかしながら、その分野での経験が少ない人物の場合、選択肢が多過ぎて圧倒されてしまうであろう。したがって、このような複雑性を最小限に抑えるかまたは解消したガス分析装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、真空チャンバ用のガス分析装置は電子処理部を備え、当該電子処理部は、質量スペクトルデータを受け入れ、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出するように構成されている。
【０００７】
前記少なくとも１つの品質基準は、ユーザによってプログラム可能であってもよい。前記ガス分析装置は、さらに、前記質量スペクトルデータを提供する質量分析計を備えていてもよい。前記電子処理部は、さらに、前記質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定するように構成されていてもよい。
【０００８】
一実施形態において、前記電子処理部は、さらに、少なくとも第一段および第二段を有するクライオポンプの飽和レベル（fullness level）を求めるように構成されている。特定の一実施形態において、前記少なくとも１つのセンサは、前記クライオポンプの前記第二段の温度を計測する温度センサを含み、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種が水素であり、前記少なくとも１つの品質基準が前記真空チャンバ内の前記全圧に対する水素の分圧の比（割合、ratio ）を含む。
【０００９】
他の実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の相対濃度を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該相対濃度を用いるように構成されている。さらなる他の実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該分圧を用いるように構成されている。ある実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該少なくとも２つの化学種の分圧を用いるように構成されている。
【００１０】
ある実施形態において、前記ガス分析装置は、前記少なくとも１つの化学種の前記分圧を表示する表示部、前記少なくとも１つの化学種における最小分圧および最大分圧を表示する表示部、ならびに前記少なくとも１つの化学種の分圧を出力するデジタル出力部を備えていてもよい。ある実施形態において、前記ガス分析装置は、前記真空品質指数を表示する表示部、前記真空チャンバ内の前記全圧を表示する表示部、および前記質量スペクトルデータの走査範囲を表示する表示部を備えていてもよい。
【００１１】
前記少なくとも１つのセンサは、基板（substrate ）温度センサおよび／または真空ポンプ速度センサおよび／または質量流量モニタおよび／またはクライオポンプ温度センサおよび／またはイオンポンプ電流センサを含んでいてもよい。ある実施形態において、前記真空品質指数は、二値の出力を制御するものであってもよい。ある実施形態において、前記ガス分析装置は、前記真空品質指数を出力するデジタル出力部、および前記質量スペクトルデータを出力するデジタル出力部を備えていてもよい。
【００１２】
ある実施形態において、前記電子処理部は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御するように構成されていてもよい。前記プロセスは、前記真空チャンバのベースアウト（baseout ）であってもよく、前記少なくとも１つのセンサは、前記真空チャンバの温度を計測する温度センサを含んでいてもよい。この実施形態の詳細例では、前記少なくとも１つの品質基準は、水素の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む。他の実施形態において、前記プロセスは、前記真空チャンバのベースアウトであってもよく、前記少なくとも１つのセンサは、前記真空チャンバと前記真空チャンバを真空排気する真空ポンプとの間に介在するゲートバルブの位置センサを含んでいてもよい。この実施形態の詳細例では、前記少なくとも１つの品質基準は、水（水蒸気）の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む。
【００１３】
他の実施形態において、真空チャンバ内のガスを分析する方法は、質量スペクトルデータを受け入れる過程と、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れる過程と、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程とを含む。前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含んでいてもよい。ある実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、プロセスのフィードフォワード制御を含む。ある実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、プロセスのフィードバック制御を含む。ある実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、前記真空チャンバにおける前記プロセスの品質を経時的に監視（追跡、記録）することを含む。他の実施形態において、前記プロセスを制御する過程は、異なる真空チャンバにおける前記プロセスの品質をマッチングさせることを含む。さらなる他の実施形態において、前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いて前記真空チャンバへの少なくとも１種のガスの流量を制御することを含んでいてもよい。
【００１４】
さらなる他の実施形態において、真空チャンバ内のガスを分析する方法は、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１種のガスの所望濃度を示す入力を受け入れる過程と、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１種のガスの前記所望濃度に対し、質量分析計の予測走査出力（予測される質量分析計の走査出力）を算出する過程と、質量スペクトルデータを受け入れる過程と、前記質量分析計の予測走査出力、および前記質量スペクトルデータを用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程とを含む。前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含んでいてもよい。前記プロセスは、前記真空チャンバへのガスの流量を含んでいてもよい。前記少なくとも１つの品質基準は、前記質量分析計の予測走査出力と前記質量スペクトルデータとの間の相関を含んでいてもよい。
【００１５】
さらなる他の実施形態において、真空チャンバ内のガスを分析する方法は、質量スペクトルデータを受け入れる過程と、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、イオンビーム電流センサからの外部入力を受け入れる過程と、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記イオンビーム電流センサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程とを含む。前記方法は、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含んでいてもよい。前記プロセスには、イオンビームを用いたイオン注入が含まれ得る。前記少なくとも１つの品質基準は、前記ビームに含まれるイオンと前記真空チャンバ内に存在する中性ガス種（neutral gas species ）との間の電荷交換によって生じるビーム荷電状態の変化による補償を含んでいてもよい。
【００１６】
さらなる他の実施形態において、真空チャンバ用のガス分析システムは、質量分析計と少なくとも１つのセンサと、真空チャンバ用のガス分析装置とを備え、前記ガス分析装置は電子処理部を含み、当該電子処理部が、質量スペクトルデータを受け入れ、前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出するように構成されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、全圧情報と質量スペクトルデータと外部入力とを組み合わせて得られる単一の数値の指数（a single numerical index）により、アナログ電圧、デジタル電圧（デジタル論理）、リレーの閉動作などの出力を駆動することができる利点をはじめとした、数多くの利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかるガス分析装置を、パーソナルコンピュータとともに示した概略図である。
【図２】本発明にかかるガス分析装置を、専用データプロセッサとともに示した概略図である。
【図３】本発明にかかる真空品質モニタリングのフローチャートである。
【図４】本発明にかかる真空品質指数を用いて、高エネルギーイオン注入プロセスの圧力補償を実行する様子を示す概略図である。
【図５】本発明にかかる真空品質モニタを用いて真空チャンバへのガスの流量を制御する様子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前述の内容は、添付の図面に示された本発明の例示的な実施形態についての以下の詳細な説明から明確になる。異なる図をとおして、同一の符号は同一の部分／構成を指すものとする。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の実施形態を示すことに重点が置かれている。
【００２０】
以下では、本発明の例示的な実施形態について説明する。
【００２１】
図１に示す一実施形態において、真空チャンバ１１０用のガス分析装置１００は電子処理部１２０を備える。電子処理部１２０は、質量スペクトルデータ、真空チャンバ１１０内の全圧を示す入力、および少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、これら質量スペクトルデータ、真空チャンバ内の全圧、および少なくとも１つのセンサからの外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数（ＶＱＩ）を算出するように構成されている。
【００２２】
全圧と質量スペクトルデータとの組合せは、（１）チャンバ内の真空品質を経時的に監視し；（２）プロセスのフィードフォワード制御およびフィードバック制御を実行し；（３）チャンバマッチング（chamber matching）を向上させる；にあたって利用可能な、サイン（識別特性、signature）またはパターンと見なすことができる。一変形例として、真空品質モニタ（ＶＱＭ）用のコントローラに組み込まれたスクリプトエンジン（scripting engine）を用いて前記２つのデータ源からＶＱＩを導き出し、このＶＱＩを特定のリアルタイム出力とリンクさせてもよい。上記スクリプトエンジンは、ユーザによってプログラム可能な品質基準に基づいてＶＱＩを導き出すものであってもよい。真空品質指数は、（１）全圧の測定値；（２）質量スペクトルデータ；および（３）外部からのデータ（例えば、真空ポンプ速度、基板温度など）を組み合せることで得られる単一の数値（a single number ）（すなわち、単一の測定出力値）であり、この数値を用いて、リアルタイム出力を駆動したり、プロセスをリアルタイム制御したりすることができる。このような真空品質指数により、複雑なガス分析データおよび質量スペクトルデータを、単一の測定出力値に変換することができる。
【００２３】
図１に示すように、ガス分析装置１００は、さらに、質量スペクトルデータを提供する質量分析計１３０を備えていてもよい。この質量分析計は、四極質量分析計であってもよい。好ましくは、この質量分析計は、自動共鳴トラップ型質量分析計（autoresonant trap mass spectrometer, ＡＲＴ ＭＳ）である。Comparison of Ion Trap Mass Spectrometer and Quadrupole Mass Spectrometer, Society of Vacuum Coaters, 52nd Annual Technical Conference Proceedings, Santa Clara, CA, May 9-14, 2009, pp. 122-129；Autoresonant Trap Mass Spectrometry (ART MS) for remote sensing applications, International Journal of Mass Spectrometry (295) pp. 133-137 (2010)；米国特許出願第１２／５１４，３３９号（出願日２００７年１１月１３日，発明者A. V. Ermakov ら，公開日２０１０年４月８日；出願公開公報第２０１０／００８４５４９ Ａ１号）；および国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３３７５０号（出願日２０１０年５月５日；発明者G. A. Bruckerら）を参照されたい。
【００２４】
上記電子処理部は、さらに、質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定するように構成されたものであってもよい。質量スペクトルに寄与する化学種を同定したりそれら化学種の相対濃度を求めたりするには、高度なデータ処理が必要とされる。そのようなデータ処理は、図１に示すＰＣ１４０、図２に示す専用データプロセッサ１５０、または電子処理部１２０で実行されてもよい。質量スペクトルのピークの位置および相対強度（relative amplitude）を用いて、真空系内に存在する化学種を同定し、ピークの強度を用いて、真空系内の相異なる化学種の濃度を決定する。ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたガス分析装置では、静電型イオントラップが一定の電荷量を保持するので、質量スペクトルのピークの強度（amplitude）は真空系内の圧力に対応（scale with）しない。ＡＲＴ ＭＳによって提供される質量分析データを用いると、比率で表される化学組成を導き出すことができる。しかしながら、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサで分圧の絶対値（絶対的な分圧）を導き出すには、当該センサによって得られた、比率で表される（ratiometric ）組成分析結果を、図１〜図２に示す電離真空計１６０によって得られた全圧情報と組み合わせる必要がある。ガス分析装置１００は、電離真空計１６０（例えば、ＭｉｃｒｏＩｏｎ ＡＴＭ 真空計モジュール（gauge module）など）から全圧を示す入力を得るための接続部を備える。ガス分析装置１００は、当該接続部を介して、質量スペクトルの走査と同時に全圧の測定値（読み取り、readings）を得る。また、ガス分析装置のビューワーソフトウェアが、当該接続部を介して、分圧の絶対値を導き出す。
【００２５】
既述のとおり、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサは静電型イオントラップであり、一定量のイオン電荷密度しか保持することができない（すなわち、イオン電荷密度が静電反発力によって制限される）。十分に時間をおくと、トラップがイオンで飽和する。トラップ内部に蓄積したイオンの相対密度は、真空環境内に存在するガス種の相対濃度を、当該各ガス種のイオン化効率で重み付けしたものに対応する（scale with）。例えば、Ｎ２５０％およびＡｒ５０％からなるガス環境において、Ａｒのイオン化効率が窒素のイオン化効率よりも２０％高いとすると、トラップ内に存在するイオンの密度はＡｒ５４％／Ｎ２４６％と予測される。ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップの放出効率（ejection efficiency ）は、質量依存性が最小限になるように操作可能である（すなわち、１／ｆ走査により、質量に依存しない最適なイオン放出を達成することができる）。トラップから放出される電荷量を各イオンについて計測することにより、トラップ内に存在するイオンの相対電荷量の近似を得ることができる。これは、イオン電流対時間の質量スペクトルから、各イオンの質量ピークの面積を積算し、総放出電荷量に対する各ピークの電荷量寄与度を算出することによって達成される。上記の例では、Ａｒに対応するピークは総放出電荷量の５４％に寄与すると予測され、窒素に由来するピークは残りの４６％に寄与すると予測される。各ピークの相対寄与度を算出し、これらのピークに対応する化学種を同定した後、各化学種のイオン化効率を適用することにより、ガス環境内に存在する各化学種の比率で表される濃度を正確に導き出すことができる。ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサは、本質的に比率で表されるデータを扱う装置である。上記の例では、総電荷量に対する双方の種類のガスの寄与度（すなわち、Ｎ２、Ａｒの大半のピークは、それぞれ２８ａｍｕ、４０ａｍｕに位置する）を求めた後、イオン化効率の比（すなわち、１．２）を用いることにより、これら双方の種類のガスが真空系内にいずれも５０％の割合で存在すると判断できる。
【００２６】
スペクトルのピークを実際の化学種に割り当てるには、例えばスペクトルデコンボリューション法（spectral deconvolution procedure）などにより、質量スペクトルとガスライブラリとを相関させる（関連づける）必要がある。スペクトルデコンボリューション法では、総スペクトルを、ガスライブラリから選択された数種類のガス成分についての質量スペクトルの、線形的な組合せであると仮定する。総スペクトルに合致させるのに必要な各ガス種の寄与度を、線形回帰アルゴリズムによって算出する。このようにして得られた係数が、総スペクトルに対する各ガス成分の寄与度となる。よって、ゼロ以外の数値を取る係数を有するガスは、ガス系内に存在すると推定され、この係数により、スペクトルに含まれる他のピークに対する寄与度が求められる。スペクトルデコンボリューション法は、分子種のフラグメンテーション（分離）も考慮しているので好都合である。
【００２７】
ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサは、比率で表される情報を提供することができる。分圧の絶対値を算出するには、図１〜図２に示すシステム１００の電離真空計１６０によって提供される、さらなる情報が必要となる。電離真空計は、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたセンサと同じく、イオン化されたガス分子で作動する。既述のＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップと同様に、電離真空計のイオン電流に対する各ガスの寄与度は、濃度比を、イオン化効率で重み付けしたものに等しい。既述の例では、Ａｒは、イオン電流の５４％に寄与し、また、全圧測定値の５４％に寄与する。電離真空計によって提供される全圧測定値を各イオンの寄与量に分解するには、その全圧に、トラップから放出された総電荷量に対する各イオンの寄与度を乗算する。例えば、電離真空計の測定値を１×１０―６（１Ｅ−６）Torrとすると、そのうちの５．４×１０−７TorrがＡｒに相当し、そのうちの４．６×１０−７TorrがＮ２に相当する。電離真空計の測定値は窒素を基準として校正されているので、この系に含まれるＮ２の分圧は４．６×１０−７Torrとなる。しかし、Ａｒのイオン化効率はＮ２よりも２０％高いので、系に含まれるＡｒの分圧は：５．４×１０−７Torr／１．２＝４．６×１０−７Torrとなる。したがって、この真空系内には、Ｎ２５０％とＡｒ５０％とからなる混合物が、それぞれ４．６×１０−７Torrの同じ分圧で存在する。つまり、系の全圧は実際には９．２×１０−７Torrであり、電離真空計の測定値である１×１０−６Torrとは異なる。
【００２８】
大半のプロセス技術者が「ガス分析装置」として求めているのは、質量スペクトルを解釈したり複雑なトレンドプロット（trend plots ）を解析したりする手間をかけずとも、自分達が必要とする「ガス組成」情報を提供してくれる装置である。本発明にかかる真空品質モニタは、真空品質の尺度を単一の数値（以降、「指数」と称する）で表す。この指数は、全圧の測定値データ（内部の測定値データまたは外部からの測定値データ）と、質量スペクトルの自動解析によって導き出されたガス組成解析結果とを組み合せることで得られる。この指数は装置内部で導き出され、プロセス技術者により、プロセスにおける様々な段階での「ガス環境の品質」を評価するために使用される。この指数は、ユーザによってプログラム可能な、予め指定されたスクリプト（例えば、Ｌａｂｌｕａ；ブラジル国リオデジャネイロ）によって算出される。この指数には、温度計、真空ポンプ（例えば、ターボ真空ポンプ）速度モニタ、質量流量コントローラなどの外部情報源からの情報が包含されてもよい。図３に、真空品質指数（ＶＱＩ）の一例のフローチャートを示す。自動共鳴トラップ型質量分析（ＡＲＴ ＭＳ）技術を用いた装置の場合、質量スペクトルを生成すると同時にこれを解析することにより、真空品質指数をリアルタイムで導き出して、所定のルールに従いプロセスを進行するか否かを決定する。
【００２９】
真空品質指数を使用する利点として、真空系内の全圧とガス組成とを同時に監視しているので、より優れた判断をより迅速に下せることが挙げられる。真空品質に関する様々な情報を組み合わせて得られる単一の数値の指数により、アナログ電圧、デジタル電圧、リレーの閉動作などの単純な出力を駆動することができる。この方法の効率を最大限にするには、全てのセンサを、真空チャンバの１つのポートに取り付けるだけで済むように、単一のセンサパッケージに組み込めばよい。しかしながら、個別のセンサの形態を維持したいのであれば、これら個別のセンサからのデータを組み合せるようにしてもよい。
【００３０】
例えばプロセスのフィードフォワード制御またはフィードバック制御を実行したい場合や、２つの真空チャンバでのプロセスをマッチングさせたい場合には、真空品質指数の演算に、同じチャンバまたは別のチャンバにおける他の測定値に基づいた、さらなる真空品質指数を包含させてもよい。
【００３１】
当然ながら「真空品質」という用語は人によって異なるものを意味し、さらには、プロセスの異なる段階でその意味が変化し得る。適切な真空品質モニタとしては、ユーザの要求に応じて設定可能であり、かつ、真空品質基準の再調整が必要となり得るプロセスの変化を検出できるものが望ましい。また、装置から単一の数値が出力されるので、不可欠のＳＰＣ（統計的プロセス制御）、および低品質な真空が検出された場合にシステムをシャットダウンすることが可能なインターロックを、極めて簡単に構築することができる。
【００３２】
（１）質量スペクトル；（２）全圧；および（３）補助的な信号；をもとにＶＱＩを算出するには、まず、プロセスを進行させるかまたは停止するかを判断するための真空品質を定量化するにあたって、どのような品質基準をプロセス技術者が使用するのかを把握する必要がある。これは、異なるプロセスに従事するユーザによって、全く別のものを意味し得る。また、これは、複数の段階を有する単一プロセスの場合、そのプロセス内で別のものを意味し得る。ユーザがスクリプトを用いて演算をプログラムできるようにしているので、ＶＱＩの定義をフレキシブルに行うことができる。真空品質モニタの最良の動作例として、以下で、真空品質指数を用いて「継続か停止か」の指示を出す例を幾つか説明する。
【００３３】
（クライオポンプ飽和度（Fullness）センサ）
図１および図２に、ＶＱＭ用のガス分析装置１００の代表的な用途例を示す。この例において、クライオポンプ１７０は、イオン注入装置に対して使用され、詳細には、水素が主成分であるＵＨＶ（超高真空）の真空チャンバ１１０に対して使用される。図１および図２に示すように、全圧センサ１６０および質量分析計１３０が真空チャンバ１１０に設置されている。変形例として、全圧センサ１６０および質量分析計１３０は、クライオポンプ１７０よりも上流であってゲートバルブ１８０よりも下流の位置に設置されてもよい。
【００３４】
クライオポンプの排気速度は、クライオポンプのチャーコール層（charcoal layer）に蓄積した水素の量が増加するにつれて減少する。一般的には、真空チャンバ内の水素レベルが２倍になると、クライポンプの再生成処理を実行するのが望ましいとされる。このような水素レベルの倍増は、Ｈ２容量が限界に達して、クライオポンプの排気速度の５０％が損失した際に見受けられる。一般的に、Ｈ２レベルの増加は、他種の凝縮可能なガスを未だ排気している途中に始まる。したがって、全圧に対するＨ２の比は、クライオポンプの飽和度を監視するにあたって良好な指標となる。真空チャンバ内の水素の分圧は、ステンレス鋼の壁から脱離した水素と、飽和状態のクライオポンプから逆流した水素との混合物からなる。壁に由来する水素レベルは、温度に影響される。Ｈ２の分圧を測定するにあたって温度の影響を取り除くには、Ｈ２レベルを温度に対して正規化する必要がある。また、クライオポンプの第二段の温度（Ｔ２）も、ポンプ内の水素の分圧が高いことを示す指標になる。つまり、この温度が１５Ｋ（ケルビン）を超えた場合、それはクライオポンプの再生成処理が必要であることを示唆している。
【００３５】
クライオポンプの飽和度を特定するプロセスの最初のステップ１）は、全圧に対する水素の分圧の比を算出し、これを室温に対して（線形的応答であると仮定して）正規化することである。分圧レベルが予想の２倍以上であれば、クライオポンプを再生成する。品質基準を、全圧に対するＨ２の比としてもよい。水素の比が高すぎる場合にはＶＱＩ≧１とする。ＶＱＩ＜１の場合には、再生成処理は必要でない。次のステップ２）では、図１および図２に示す温度Ｔ２が１５Ｋを超える場合にはＶＱＩ≧１とし、クライオポンプの再生成処理を開始する。
【００３６】
図１および図２における入力信号は：
１． 全圧（ＴＰ）、
２． 質量スペクトルにおけるＨ２の分圧（ＰＰＨ２）、
３． 外部信号＃１：Ｈ２レベル正規化に用いる外部室温（Ｔ）、および
４． 外部信号＃２：クライオポンプが順調であるか否かの判断に用いる、クライオポンプのＴ２温度、
である。
【００３７】
ここで、良好な真空系（a healthy system）に含まれる水素は最大で９０％であると仮定すると、フレッシュな系では、全圧に対するＨ２の分圧の比が０．９となる。また、Ｈ２の分圧が増加して２倍になると、系内の水素が９５％になると仮定する。さらに、ＴＰ（全圧）に対するＨ２の比が絶対温度に比例する（scales linearly with）と仮定する。すると、ＶＱＩは次式（１）で表される。
ＶＱＩ＝([(ＰＰＨ２/ＴＰ)×(２９８/Ｔ)]/０.９５−０.９４７)×１８.８７ （１）
【００３８】
ポンプが順調な場合、すなわち、Ｈ２が９０％である場合、室温Ｔが２９８Ｋであるとすると、ＶＱＩ＝０となる。
【００３９】
室温を２９８Ｋのままとして、Ｈ２が９５％になると、ＶＱＩ＝１となり、ポンプの再生成処理が必要になる。
【００４０】
（ベース圧力条件（ベースアウト））
真空チャンバのベースアウトは、あらゆる高真空（ＨＶ）（１０−３〜１０−９Torr）の系について共通の真空排気処理である。真空チャンバを排気（pump down ）し、残留化学種についてさらに処理を実行してもよいような、許容可能なベース圧力になるまで、待機するというのが、ベースアウトの基本的な考えである。
【００４１】
半導体プロセスでは、最適な瞬間にプロセスウェハの取出しおよび新たなプロセスウェハの装入ができるように、チャンバ内の全圧がターゲットの高真空レベル未満に低下するまで待つのが常套である。このようなニーズは、半導体産業に限ったことではない。磁気媒体製造ツールの場合も、同じく圧力がターゲットレベル未満に低下するのを待ってから、次のチャンバに移行する。現在の方法では、プロセスを開始する前に、チャンバから全てのガス成分が真空排気されるのを待つ必要がある。このような時間の使い方は非効率とも受け止められる。なぜなら、大量に存在しかつ排気するのに最も時間のかかる成分こそ、プロセスに無害な場合がほとんどだからである。有害な成分のみを監視し、当該成分が有害レベル未満に低下するまで待ったほうが遥かに効率良い。これは、適切なデータ解析機能を具備した質量分析計と、有害な成分の総濃度を監視する指数を算出するスクリプトメカニズムとを用いて自動的に実行することができる。この場合の真空品質指数を定義する一方法として、チャンバ内に存在することが判明している各ガス成分がプロセスに有害となるレベルを実験的に決定し、次に、そのような有害閾値を超える成分が在るか否かを調べるスクリプトを定義する方法が挙げられる。有害な成分（例えば、炭化水素）を、４５原子質量単位（ａｍｕ）以上に質量ピークを有する成分として定義することにより、特定のピークに対応する特定の化学種を化学的に同定する手間を省くことができる。真空品質指数は、有害な成分のレベルをそれらの有害閾値と比較し、正の偏差を全て加算することによって算出される。有害閾値を下回るガスは、他の成分に付加的に寄与しない限り、演算に含めない。全種類のガスについて、閾値を超えた正の偏差を合計したものを、真空品質指数としてもよい。真空品質指数がゼロになると、直ぐにでもウェハを次のウェハと交換してもよい。真空品質指数がゼロであれば、ユーザは、全ての有害な成分が損害閾値よりも低いと確信してよい。ユーザは、わざわざスペクトルを確認せずとも、単に真空品質指数がゼロになるのを待てばよい。自動データ解析が実行可能であれば、どの種類の質量分析計でも、上記のような演算は可能である。しかしながら、ディスクコーティングチャンバ（disc coating chamber）がベース圧力となった０．５秒以内にＶＱＩの測定が可能なのは、ＡＲＴ ＭＳ技術だけである。
【００４２】
ベースアウト用のＶＱＩの他の例として、以下のように、水（水蒸気）の、空気に対する比に基づく品質基準を使用する方法が挙げられる：
ＶＱＩ＝０.６２５×Ｈ２Ｏ/空気＋０.５(全圧＜１×１０−６Torrの場合) （２）
大気条件下で真空チャンバを排気する（pumping down）場合、最初に排気されるのは、大半が空気である。真空排気はＶＱＩ≧１となるまで続けられる。空気が排気されるにつれて、チャンバ内の主成分は水になる。チャンバの真空排気処理の最初のころのＶＱＩは、Ｈ２Ｏ／空気が小さいので、ほぼゼロである。チャンバの真空排気が進行するにつれて、ＶＱＩは増加する。しかし、全圧が１×１０−６Torrを上回っているあいだは、Ｈ２Ｏ／空気＞１．６とならない限り、ＶＱＩ＜１となる。全圧が１×１０−６Torrを上回りかつＨ２Ｏ／空気＞１．６であるという条件は、主に空気が排気される真空排気処理の初期では真空チャンバ内に存在する水はほぼ一定なので、まず成立しないであろう。全圧が下がって１×１０−６Torrに達すると、上記の式（２）に示すように、ＶＱＩに０．５が加算される。これにより、ＶＱＩ＝１となるのに必要なＨ２Ｏ／空気の比は０．８となり、これは、ガス環境の約４４％が水であることを示す。全圧が１×１０−６Torr未満でありかつ水が約４４％を占めるガス環境は、一部の用途において、許容可能な真空環境である。
【００４３】
（ＵＨＶベースアウト）
適切に排気された超高真空（１０−９〜１０−１２Torr（ＵＨＶ））系において、残留ガス環境の９５％が水素になることは周知である。ＵＨＶのユーザは、ＵＨＶ系内の真空が許容可能であるかを判断するにあたって、残留ガス分析装置（ＲＧＡ）の質量スペクトルを確認し、水素の、他の全成分に対する比を単純に評価するのが習慣であり、スペクトルに問題がない（clean ）場合には実験を継続する。ユーザは、実験を制御するにあたって本発明にかかるガス分析装置を用い、Ｈ２の、他の全成分（積算）に対する比が＞０．９５である限り、実験を継続可能としてもよい。これが、この場合の真空品質指数となる。ＵＨＶベースアウト用のＶＱＩは、例えば：
ステップ１）圧力がターゲット数値を上回っており、かつ、スペクトルにおいて水素が全ガスの２５％未満であれば、ＶＱＩ＝０となり、
ステップ２）ＶＱＩは、Ｈ２の、全質量範囲における質量スペクトルの総荷電量に対する％での寄与度となる。
【００４４】
ＶＱＩ＞９０であればプロセスを開始可能とする。この条件は、システムが完全に排気された状態のときにのみ、ＶＱＩが９０になるという考えに基づいている。なお、このＶＱＩは、図１および図２に示す真空チャンバの温度を示す外部入力１９０がＶＱＩ演算に組み込まれることにより、精度が向上する。ＵＨＶチャンバ内の水素レベルは、外部の温度に大きく依存する。真空チャンバ内の水素レベルをもとに、部屋の空調がオンかオフかを判断できるほどである。温度の水素発生（evolution ）に対する影響が分かっていれば、これを用いて水素レベルを正規化することも可能である。これにより、系の温度が高ければ水素も高レベルになることが考慮に入るので、真空チャンバがＵＨＶであるか否かについてユーザが早まった判断を下さないようにできる。上記の品質基準は、全圧の測定値および比率で表される質量スペクトルデータだけを必要とし、任意で、室温を示す入力が組み合わされてもよい。
【００４５】
（炭化水素のベースアウト）
ベースアウトにおける品質基準を、炭化水素による汚染のない、クリーンな真空チャンバとしてもよい。製造プロセスを例に用いて説明する：ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップを新たに設置する場合、当該トラップを排気する際の時系列は次のようになると予想される：１）初期の状態のトラップは、大部分が空気で満たされている。空気が排気されるとスペクトルは主に水となる。なお、全圧は、３時間以内に１×１０−８Torr未満に低下すると仮定する。このレベルに達すると、スペクトルの少なくとも８０％が水で構成されると仮定する。圧力が１×１０−８Torrに達し、かつ、スペクトルの８０％が水となれば、ＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは許容可能な状態となる。というのも、この時点で油分（すなわち、炭化水素）の寄与度は１０−９Torr程度（すなわち、十分に低い寄与度）となり、また、水はいずれ排気されるからである。圧力が１×１０−８Torrに達さなければ、ユーザは、３時間待った後、スペクトルの主なピークが水であるか否かを確認する。３時間経ってもトラップが１×１０−８Torrにまで排気されておらず、かつ、水がスペクトルの８０％に達しない場合、品質基準は満たされていない。この場合のＶＱＩ用のスクリプトを、以下のように定義してもよい：
【００４６】
スクリプトは、排気が開始されたことを示す信号によって立ち上げられる。外部入力は、トラップがクライオポンプと連通したことを示す、主要ゲートバルブの位置とする。下記のようにＶＱＩを算出した際、ＶＱＩ＝１は排気が成功したことを示す。
【００４７】
排気時間＜３時間で圧力＞１×１０−８Torrであるとき、ＶＱＩ＝０．５とする。
排気時間＞３時間で圧力＞１×１０−８Torrであるとき、試験をとおしてＶＱＩ＝０とし、トラップは排気試験に不合格となる。このようなＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは許容可能でない。トラップに対してベークアウト処理（bakeout ）またはプラズマ洗浄処理（plasma cleaning ）を実行する必要がある。次回の排気まで、スクリプトは実行を停止する。
【００４８】
いったん圧力＜１×１０−８Torrとなると、水の、質量スペクトルに対する、比（分数）での寄与度を算出する。
【００４９】
排気時間が３時間未満で水の寄与度の比が０．８未満であるとき、この水の寄与度の比をＶＱＩとして報告する。
【００５０】
排気時間が３時間を超えており水の寄与度の比＜０．８であるとき、試験をとおしてＶＱＩ＝０とする。このようなＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは不合格である。次回の排気まで、スクリプトは実行を停止する。
【００５１】
３時間経つ前に寄与度の比が０．８に達した場合、ＶＱＩ＝１とする。このようなＡＲＴ ＭＳ技術を用いたトラップは合格である。このＶＱＩは、次回の排気まで更新されない。３時間経つと、ＶＱＩ＝０、ＶＱＩ＝１のいずれかを報告することができる。これは、ＶＱＩを二値（binary）とする例であり、つまり、合格ならば（１）、不合格ならば（０）とする。
【００５２】
この場合、水の、スペクトルに対する寄与度は、１回の走査でトラップから放出された総電荷量に対して１７ａｍｕのピークおよび１８ａｍｕのピークが寄与する荷電量の百分率を算出することによって求められる。
【００５３】
（Ｐ−ＣＯＭＰ）
現在使用されているイオン注入装置の多くが、ウェハに対するイオンビーム束およびドーズ量（chemical dose ）を制御するために、圧力補償（Ｐ−ＣＯＭＰ）を利用している。Ｐ−ＣＯＭＰを利用する目的は、ビームに含まれるイオンと真空チャンバ内に存在する中性ガス種との間の電荷交換によって生じるビーム荷電状態の変化に起因する、ドーズ量のモニタリング誤差を補償することである。Hsuらに発行された米国特許第7,057,191号明細書を参照されたい。本発明では、圧力変化に伴って観測されるファラデーカップ（ＦＣ）の電流信号を補正することにより、実際のイオン電流値を得る。圧力変化は、ＦＣに向かうイオンビーム中で生じる電荷変化に、影響を与える。圧力が増加すると、より多くの電荷交換が生じるので、電荷変化も増大する。補正係数は、校正（キャリブレーション）過程で定義される。補正係数は、ガス環境の化学組成が変化しないのであれば、全圧のみに基づいたもので十分良好である。しかし、同一の圧力でも化学組成が変化すれば、ビーム荷電状態の変化に劇的なシフトが生じると予想される。全圧のみならず化学組成も判明していれば、ＦＣを用いて測定したイオン電流（ＩＦＣ）を化学変化に依存しないように補正する、補正係数を算出することができる。図４に、そのシナリオを示す。図４では、ＦＣ電流をイオンビーム電流（ＩＩＢ）と関連付けるのに用いる係数を導き出すにあたって、全圧（ＴＰ）計とＡＲＴ ＭＳとの組合せを利用する：
ＶＱＩ＝ｋ（ＴＰ，ガス組成） （３）
ＩＦＣ＝ＩＩＢ×ｋ（ＴＰ，ガス組成） （４）
ＦＣによって報告される電流ＩＦＣは、ウェハにイオン注入する（dosing）ための電流ＩＩＢと異なる。補正係数であるＶＱＩは、全圧（ＴＰ）とガス組成との関数である。実際のＶＱＩの演算は校正に依存する。しかしながら、各ガス種の電子親和力およびイオン化効率が分かっていれば、様々なガスについてのＶＱＩを近似で求めることが可能である。こうして校正が完了すれば、ガス組成に関係なく、Ｐ−ＣＯＭＰを実行することができる。
【００５４】
（特定のガス種の漏れ検出）
高エネルギーイオン注入装置におけるＳＦ６（六フッ化硫黄）検出では、ユーザは１９〜１２８ａｍｕの範囲内で様々なピークの形態で表れるＳＦ６漏れを監視することができる。特定の化学種の漏れ検出については、Coffmanらに発行された米国特許第6,286,362号明細書を参照されたい。ＳＦ６は、高エネルギーイオン注入装置内に存在する１００ＫＶの電位差によって生じるアークを防ぐために、高電圧ボックス内に充填される。この場合、ビームラインでのガス環境を分析対象とする。第１の品質基準は、イオン注入過程が実行される前に、全圧がターゲット数値未満に低下することである。圧力が要求値未満に低下すれば、第２の品質基準は、全圧に対するＳＦ６の寄与度の予測値が１％未満であることである。例えば、プロセス開始前に、ターゲットの全圧（ＴＰ）を２×１０−７Torrとし、かつ、ＳＦ６を１％未満としてもよい。この場合、例えば、ＶＱＩは以下のようになる：
ステップ１）ＴＰ＞２×１０−７Torrであれば、ＶＱＩ＝２
ステップ２）ＶＱＩは、質量スペクトルにおける全電荷量に対する、ＳＦ６のピークに由来する荷電量の％での寄与度とする。
ＶＱＩ≦１であれば、プロセスを実行してよい。
【００５５】
この場合、ターゲットのベース圧力に達しない限り、ＶＱＩ＞１とし、ターゲットのベース圧力に達した後は、ＶＱＩを、スペクトルにおけるＳＦ６のパーセンテージとする。このパーセンテージは、１％未満に保持されるのが望ましい。
【００５６】
圧力がターゲットＴＰを上回るか、あるいは、ＳＦ６のパーセンテージが１％を上回ると、プロセスを停止する。任意で、高電圧ボックスに対するＳＦ６の質量流量を監視する外部入力を演算に含めてもよい。イオン注入プロセスが、ＳＦ６を必要としない低電圧域で実行される場合などは、ガスボックス内にＳＦ６が存在しないので、何のリスクもない。このような場合には、ＶＱＩを１未満に設定し、ＳＦ６検出を実行しなくともよい。
【００５７】
他の用途として、真空チャンバ内の圧力が所望のベースレベルに達さないという問題に対処するために、漏れ検出を行うことがある。大抵の漏れ検出では、圧力レベルが安定するのを待ってから質量分析を行い、系内の残留ガスが空気だけであるか否かを判断する。しかし、系内の全圧に対する空気の比に注目することにより、上記の過程を高速化することができる。適切に密封された系であれば、他の全種類のガス密度に対する空気密度の比から算出したＶＱＩは、一定の最大レベルを超えないはずである。例えば、排気の中間時点で、ガス混合物の半分が空気であることが分かれば、それ以上の時間をかける必要はない。この場合のＶＱＩは、分圧の絶対値についての情報を必要とせず、事実、比率で表される密度情報のみで上記の過程を実行することができる。
【００５８】
（ガス流量制御用の真空品質モニタ）
以上の例では、質量分析計を真空品質モニタ（ＶＱＭ）として使用できること、そして、プロセスの次のステップに移行するうえで単一の数値によって真空系の品質を表現できることを証明した。真空品質指数を用いることにより、いつプロセスを開始するか、プロセスを続けるか、停止するかを決定することができる。また、ＶＱＩは、上流または下流に出力することにより、フィードフォワード制御またはフィードバック制御を実行するための情報にもなる。また、ＶＱＩには、補助的なデータが包含されてもよいし、また、さらなるＶＱＩが包含されてもよい。
【００５９】
図５に示す他の実施形態では、真空品質モニタシステム２１０が、対象となるプロセス箇所の物理的近傍に位置するように、真空チャンバ２２０に取り付けられている。ガス２３０，２４０，２５０の所望の「処方（recipe）」（例えば、Ｎ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏなど）が、ＶＱＭシステム２１０にダウンロードされる。ＶＱＭシステム２１０は、上記処方を構成するガス組成とＶＱＭセンサの既知の出力特性（イオン化の方法、センサのスペクトル応答、システム・計測ノイズ、およびその他の因子に基づくスペクトルライブラリ）とに基づき、質量分析計の予測走査出力（Ｎ２スペクトル２６０、ＣＯスペクトル２７０、およびＨ２Ｏスペクトル２８０）を生成する。次に、ＶＱＭシステム２１０は、測定された質量スペクトル２９０と、各予測スペクトルの組合せからなる組合せスペクトル２９５との間のフィッティング（fit ）（または相関）の閉ループ制御により、ガス流量を制御する。測定された質量スペクトルのデータ２９０、および予測スペクトル２６０，２７０，２８０は、各ガスについてのパーツに処理され、各ガスの流量の制御に利用することができる。ＶＱＭシステムの出力により、ガス流量バルブを直接制御したり、ガス流量制御システムに情報を供給したりすることができる。
【００６０】
さらなる他の実施形態において、真空品質指数（ＶＱＩ）には、予測スペクトルおよび測定されたスペクトルの、リアルタイムの測定値が包含される。ガス混合物のスペクトル間の複雑なフィッティングが単一のＶＱＩ数値に簡略化されるので、これをプロセスのモニタリングおよび制御に利用することができる。
【００６１】
数あるフィッティング「適合度（goodness of fit ）」の確認方法のうち、どれを使用してもよい。この例では、一般的な「相関」法により、２つの複雑な関数間の「適合度」を判断する。
【００６２】
２つの配列（array ）Ｍ（ｓ），Ｎ（ｓ）を定義する（下記の式において、「ｓ」は質量、時間、指数、またはその他の変数を表す）。
【００６３】
【数１】
【００６４】
ガス組成が判明していない場合、ＶＱＭシステムは、他の質量分析計と同じように、既知のガスとの相関なしに、ガスのスペクトルを生成する。
【００６５】
ＶＱＩにより、汚染物質を調べてもよい。この場合、ＶＱＭシステムに、少なくとも１種の汚染物質の予測測定値が予めモニタリング用にダウンロードされてもよい。高い相関（高いＶＱＩ数値）は、少なくとも１種の汚染物質の存在を示し、そのような場合、何らかの処置が取られ得る。
【００６６】
真空品質指数（ＶＱＩ）の相関関数は、例えば、以下のようなものである：
ＶＱＩ Ｎ２＝corr（Ｍ（ｓ），Ｎ２（ｓ））
ＶＱＩ ＣＯ＝corr（Ｍ（ｓ），ＣＯ（ｓ））
ＶＱＩ Ｈ２Ｏ＝corr（Ｍ（ｓ），Ｈ２Ｏ（ｓ））
ＶＱＩ＝corr（Ｍ（ｓ），合計（ｓ））
【００６７】
Ｍ（ｓ）から、存在が予測される他種のガスを減算することにより、分解能を向上させることができる。例えば：
Ｎ２ガスの流量を制御したい場合、Ｘ（ｓ）＝Ｍ（ｓ）−ＣＯ（ｓ）−Ｈ２Ｏ（ｓ）
ＣＯガスの流量を制御したい場合、Ｙ（ｓ）＝Ｍ（ｓ）−Ｎ２（ｓ）−Ｈ２Ｏ（ｓ）
Ｈ２Ｏガスの流量を制御したい場合、Ｚ（ｓ）＝Ｍ（ｓ）−ＣＯ（ｓ）−Ｎ２（ｓ）
【００６８】
すると、Ｎ２ガスの流量の信号は、以下の式に基づいて制御される：
ＶＱＩ Ｎ２’＝α×corr（Ｘ（ｓ），Ｎ２（ｓ））
（式中、αは、ＶＱＩ Ｎ２’を正規化するのに必要な関数である）。
例えば、ＶＱＩ Ｎ２’＝１であれば、適切な流量が達成されている。
【００６９】
ＣＯガスの流量の信号は、以下の式に基づいて制御される：
ＶＱＩ ＣＯ’＝β×corr（Ｙ（ｓ），ＣＯ（ｓ））
（式中、βは、ＶＱＩ ＣＯ’を正規化するのに必要な関数である）。
【００７０】
Ｈ２Ｏガスの流量の信号は、以下の式に基づいて制御される：
ＶＱＩ Ｈ２Ｏ’＝γ×corr（Ｚ（ｓ），Ｈ２Ｏ（ｓ））
（式中、γは、ＶＱＩ Ｈ２Ｏ’を正規化するのに必要な関数である）。
【００７１】
ＶＱＭシステムは、独自の優れたスピード特性およびデータ処理能力を有するので、予定のガス処方が入力されると、この処方に応じた予測ガス成分がインタラクティブにプログラミングされるように構成されている。ＶＱＭシステムは、予定のガス処方に基づいて予測スペクトルを生成し、処方に対する必要な相関関数を計算し、相関結果に基づいて各ガスの流量を制御することができる。
【００７２】
装置の要件として：
１）高速のスペクトル測定およびデータ処理／データ整理；
２）スペクトルライブラリも含めた予測スペクトルを生成する機能、および計測性能に調和するモデル化能力；
２ａ）十分に高速なネットワークに接続され、集中記憶部（centrally stored location）からのフェッチ（取り出し、fetching）によって大量のガスライブラリが利用できること；
３）閉ループ制御システムを提供するための、複雑な相関処理または同様の処理を実行する能力；ならびに
４）対象となるガスが、当該装置のスペクトル測定（質量スペクトル測定、光学スペクトル測定、または他種のスペクトル測定）能力に対応していること；
が挙げられる。
【００７３】
本明細書で引用した全ての特許、特許出願公開公報、およびその他の文献における、本願に関連した全教示内容を、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。
【００７４】
本発明を例示的な実施形態を参照しながら詳細に図示・説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部について様々な変更が可能であることを理解するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ用のガス分析装置であって、
電子処理部を備え、当該電子処理部が、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れ、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、
ｃ）少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する、
ように構成された、ガス分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記電子処理部が、さらに、前記質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定するように構成された、ガス分析装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記電子処理部が、さらに、少なくとも第一段および第二段を有するクライオポンプの飽和レベルを求めるように構成された、ガス分析装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記少なくとも１つのセンサが、前記クライオポンプの前記第二段の温度を計測する温度センサを含み、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種が水素であり、前記少なくとも１つの品質基準が前記真空チャンバ内の前記全圧に対する水素の分圧の比を含む、ガス分析装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の相対濃度を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該相対濃度を用いるように構成された、ガス分析装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該分圧を用いるように構成された、ガス分析装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該少なくとも２つの化学種の分圧を用いるように構成された、ガス分析装置。
【請求項８】
請求項６において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の前記分圧を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項９】
請求項６において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種における最小分圧および最大分圧を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項１０】
請求項２において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の分圧を出力するデジタル出力部を備える、ガス分析装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、基板温度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、真空ポンプ速度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、質量流量モニタを含む、ガス分析装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、クライオポンプ温度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、イオンポンプ電流センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項において、
前記真空品質指数が、二値の出力を制御する、ガス分析装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御するように構成された、ガス分析装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトであり、前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバの温度を計測する温度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水素の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析装置。
【請求項２０】
請求項１７において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトであり、前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバと前記真空チャンバを排気する真空ポンプとの間に介在するゲートバルブの位置センサを含む、ガス分析装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析装置。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか一項において、
さらに、前記真空チャンバ内の前記全圧を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータの走査範囲を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を出力するデジタル出力部を備える、ガス分析装置。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータを出力するデジタル出力部を備える、ガス分析装置。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか一項において、
前記少なくとも１つの品質基準が、ユーザによってプログラム可能である、ガス分析装置。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータを提供する質量分析計を備える、ガス分析装置。
【請求項２９】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、
ｃ）少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れる過程と、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項３０】
請求項２９において、
さらに、前記質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３１】
請求項３０において、
さらに、少なくとも第一段および第二段を有するクライオポンプの飽和レベルを求める過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３２】
請求項３１において、
前記少なくとも１つのセンサが、前記クライオポンプの前記第二段の温度を計測する温度センサを含み、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種が水素であり、前記少なくとも１つの品質基準が前記真空チャンバ内の前記全圧に対する水素の分圧の比を含む、ガス分析方法。
【請求項３３】
請求項３０において、
さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の相対濃度を求める過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該相対濃度を用いる、ガス分析方法。
【請求項３４】
請求項３１において、
さらに、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１つの化学種の分圧を求める過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該分圧を用いる、ガス分析方法。
【請求項３５】
請求項３４において、
さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の分圧を求める過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該少なくとも２つの化学種の分圧を用いる、ガス分析方法。
【請求項３６】
請求項３５において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の前記分圧を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３７】
請求項３６において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種における最小分圧および最大分圧を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３８】
請求項３０において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の分圧のデジタル出力を出力する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３９】
請求項２９から３８のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、基板温度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４０】
請求項２９から３９のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、真空ポンプ速度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４１】
請求項２９から４０のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、質量流量モニタを含む、ガス分析方法。
【請求項４２】
請求項２９から４１のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、クライオポンプ温度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４３】
請求項２９において、
前記少なくとも１つのセンサが、イオンポンプ電流センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４４】
請求項２９から４３のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を用いて二値の出力を制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項４５】
請求項２９から４４のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を用いてアナログ出力を制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項４６】
請求項２９から４５のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項４７】
請求項４６において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトであり、前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバと前記真空チャンバを排気する真空ポンプとの間に介在するゲートバルブの位置センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４８】
請求項４７において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析方法。
【請求項４９】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、プロセスのフィードフォワード制御を含む、ガス分析方法。
【請求項５０】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、プロセスのフィードバック制御を含む、ガス分析方法。
【請求項５１】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、前記真空チャンバにおける前記プロセスの品質を経時的に監視することを含む、ガス分析方法。
【請求項５２】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、異なる真空チャンバにおける前記プロセスの品質をマッチングさせることを含む、ガス分析方法。
【請求項５３】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、前記真空チャンバへの少なくとも１種のガスの流量を制御することを含む、ガス分析方法。
【請求項５４】
請求項２９から５３のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５５】
請求項２９から５４のいずれか一項において、
さらに、前記真空チャンバ内の前記全圧を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５６】
請求項２９から５５のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータの走査範囲を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５７】
請求項２９から５６のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数のデジタル出力を出力する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５８】
請求項２９から５７のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータのデジタル出力を出力する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５９】
請求項２９から５８のいずれか一項において、
前記少なくとも１つの品質基準が、ユーザによってプログラム可能である、ガス分析方法。
【請求項６０】
請求項２９から５９のいずれか一項において、
前記質量スペクトルデータを質量分析計から受け入れる、ガス分析方法。
【請求項６１】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、
ｃ）前記質量スペクトルデータ、および前記真空チャンバ内の全圧を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項６２】
請求項６１において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項６３】
請求項６２において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトである、ガス分析方法。
【請求項６４】
請求項６３において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水素の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析方法。
【請求項６５】
請求項６１から６４のいずれか一項において、
さらに、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れる過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該外部入力を用いる、ガス分析方法。
【請求項６６】
請求項６５において、
前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバの温度を計測する温度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項６７】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、
ｃ）イオンビーム電流センサからの外部入力を受け入れる過程と、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記イオンビーム電流センサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項６８】
請求項６７において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項６９】
請求項６８において、
前記プロセスが、イオンビームを用いたイオン注入である、ガス分析方法。
【請求項７０】
請求項６９において、
前記少なくとも１つの品質基準が、前記ビームに含まれるイオンと前記真空チャンバ内に存在する中性ガス種との間の電荷交換によって生じるビーム荷電状態の変化による補償を含む、ガス分析方法。
【請求項７１】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１種のガスの所望濃度を示す入力を受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１種のガスの前記所望濃度に対し、質量分析計の予測走査出力を算出する過程と、
ｃ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｄ）前記質量分析計の予測走査出力、および前記質量スペクトルデータを用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項７２】
請求項７１において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項７３】
請求項７２において、
前記プロセスが、前記真空チャンバへのガスの流量を含む、ガス分析方法。
【請求項７４】
請求項７１から７３のいずれか一項において、
前記少なくとも１つの品質基準が、前記質量分析計の予測走査出力と前記質量スペクトルデータとの間の相関を含む、ガス分析方法。
【請求項７５】
真空チャンバ用のガス分析システムであって、
i ）質量分析計と、
ii）少なくとも１つのセンサと、
iii ）ガス分析装置と、
を備え、前記ガス分析装置は電子処理部を含み、当該電子処理部が、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れ、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、
ｃ）少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する、
ように構成された、ガス分析システム。
【請求項７６】
請求項７５において、
前記少なくとも１つのセンサが、基板温度センサを含む、ガス分析システム。
【請求項７７】
請求項７５または７６において、
前記少なくとも１つのセンサが、真空ポンプ速度センサを含む、ガス分析システム。
【請求項７８】
請求項７５から７７のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、質量流量モニタを含む、ガス分析システム。
【請求項７９】
請求項７５から７８のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、クライオポンプ温度センサを含む、ガス分析システム。
【請求項８０】
請求項７５から７９のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、イオンポンプ電流センサを含む、ガス分析システム。
【請求項１】
真空チャンバ用のガス分析装置であって、
電子処理部を備え、当該電子処理部が、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れ、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、
ｃ）少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する、
ように構成された、ガス分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記電子処理部が、さらに、前記質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定するように構成された、ガス分析装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記電子処理部が、さらに、少なくとも第一段および第二段を有するクライオポンプの飽和レベルを求めるように構成された、ガス分析装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記少なくとも１つのセンサが、前記クライオポンプの前記第二段の温度を計測する温度センサを含み、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種が水素であり、前記少なくとも１つの品質基準が前記真空チャンバ内の前記全圧に対する水素の分圧の比を含む、ガス分析装置。
【請求項５】
請求項２において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の相対濃度を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該相対濃度を用いるように構成された、ガス分析装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該分圧を用いるように構成された、ガス分析装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の分圧を求め、前記真空品質指数を算出するにあたって当該少なくとも２つの化学種の分圧を用いるように構成された、ガス分析装置。
【請求項８】
請求項６において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の前記分圧を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項９】
請求項６において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種における最小分圧および最大分圧を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項１０】
請求項２において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の分圧を出力するデジタル出力部を備える、ガス分析装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、基板温度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、真空ポンプ速度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、質量流量モニタを含む、ガス分析装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、クライオポンプ温度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、イオンポンプ電流センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項において、
前記真空品質指数が、二値の出力を制御する、ガス分析装置。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか一項において、
前記電子処理部が、さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御するように構成された、ガス分析装置。
【請求項１８】
請求項１７において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトであり、前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバの温度を計測する温度センサを含む、ガス分析装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水素の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析装置。
【請求項２０】
請求項１７において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトであり、前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバと前記真空チャンバを排気する真空ポンプとの間に介在するゲートバルブの位置センサを含む、ガス分析装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析装置。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか一項において、
さらに、前記真空チャンバ内の前記全圧を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータの走査範囲を表示する表示部を備える、ガス分析装置。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を出力するデジタル出力部を備える、ガス分析装置。
【請求項２６】
請求項１から２５のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータを出力するデジタル出力部を備える、ガス分析装置。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか一項において、
前記少なくとも１つの品質基準が、ユーザによってプログラム可能である、ガス分析装置。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータを提供する質量分析計を備える、ガス分析装置。
【請求項２９】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、
ｃ）少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れる過程と、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項３０】
請求項２９において、
さらに、前記質量スペクトルデータに基づき前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種を同定する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３１】
請求項３０において、
さらに、少なくとも第一段および第二段を有するクライオポンプの飽和レベルを求める過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３２】
請求項３１において、
前記少なくとも１つのセンサが、前記クライオポンプの前記第二段の温度を計測する温度センサを含み、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１つの化学種が水素であり、前記少なくとも１つの品質基準が前記真空チャンバ内の前記全圧に対する水素の分圧の比を含む、ガス分析方法。
【請求項３３】
請求項３０において、
さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の相対濃度を求める過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該相対濃度を用いる、ガス分析方法。
【請求項３４】
請求項３１において、
さらに、前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１つの化学種の分圧を求める過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該分圧を用いる、ガス分析方法。
【請求項３５】
請求項３４において、
さらに、前記真空チャンバ内に存在する少なくとも２つの化学種の分圧を求める過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該少なくとも２つの化学種の分圧を用いる、ガス分析方法。
【請求項３６】
請求項３５において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の前記分圧を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３７】
請求項３６において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種における最小分圧および最大分圧を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３８】
請求項３０において、
さらに、前記少なくとも１つの化学種の分圧のデジタル出力を出力する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項３９】
請求項２９から３８のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、基板温度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４０】
請求項２９から３９のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、真空ポンプ速度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４１】
請求項２９から４０のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、質量流量モニタを含む、ガス分析方法。
【請求項４２】
請求項２９から４１のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、クライオポンプ温度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４３】
請求項２９において、
前記少なくとも１つのセンサが、イオンポンプ電流センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４４】
請求項２９から４３のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を用いて二値の出力を制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項４５】
請求項２９から４４のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を用いてアナログ出力を制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項４６】
請求項２９から４５のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項４７】
請求項４６において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトであり、前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバと前記真空チャンバを排気する真空ポンプとの間に介在するゲートバルブの位置センサを含む、ガス分析方法。
【請求項４８】
請求項４７において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析方法。
【請求項４９】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、プロセスのフィードフォワード制御を含む、ガス分析方法。
【請求項５０】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、プロセスのフィードバック制御を含む、ガス分析方法。
【請求項５１】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、前記真空チャンバにおける前記プロセスの品質を経時的に監視することを含む、ガス分析方法。
【請求項５２】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、異なる真空チャンバにおける前記プロセスの品質をマッチングさせることを含む、ガス分析方法。
【請求項５３】
請求項４６において、
前記プロセスを制御する過程が、前記真空チャンバへの少なくとも１種のガスの流量を制御することを含む、ガス分析方法。
【請求項５４】
請求項２９から５３のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５５】
請求項２９から５４のいずれか一項において、
さらに、前記真空チャンバ内の前記全圧を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５６】
請求項２９から５５のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータの走査範囲を表示する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５７】
請求項２９から５６のいずれか一項において、
さらに、前記真空品質指数のデジタル出力を出力する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５８】
請求項２９から５７のいずれか一項において、
さらに、前記質量スペクトルデータのデジタル出力を出力する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項５９】
請求項２９から５８のいずれか一項において、
前記少なくとも１つの品質基準が、ユーザによってプログラム可能である、ガス分析方法。
【請求項６０】
請求項２９から５９のいずれか一項において、
前記質量スペクトルデータを質量分析計から受け入れる、ガス分析方法。
【請求項６１】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、
ｃ）前記質量スペクトルデータ、および前記真空チャンバ内の全圧を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項６２】
請求項６１において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項６３】
請求項６２において、
前記プロセスが、前記真空チャンバのベースアウトである、ガス分析方法。
【請求項６４】
請求項６３において、
前記少なくとも１つの品質基準が、水素の、前記真空チャンバ内に存在する他の全化学種に対する比を含む、ガス分析方法。
【請求項６５】
請求項６１から６４のいずれか一項において、
さらに、少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れる過程を含み、前記真空品質指数を算出するにあたって当該外部入力を用いる、ガス分析方法。
【請求項６６】
請求項６５において、
前記少なくとも１つのセンサが、前記真空チャンバの温度を計測する温度センサを含む、ガス分析方法。
【請求項６７】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れる過程と、
ｃ）イオンビーム電流センサからの外部入力を受け入れる過程と、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の全圧、および前記イオンビーム電流センサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項６８】
請求項６７において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項６９】
請求項６８において、
前記プロセスが、イオンビームを用いたイオン注入である、ガス分析方法。
【請求項７０】
請求項６９において、
前記少なくとも１つの品質基準が、前記ビームに含まれるイオンと前記真空チャンバ内に存在する中性ガス種との間の電荷交換によって生じるビーム荷電状態の変化による補償を含む、ガス分析方法。
【請求項７１】
真空チャンバ内のガスを分析する方法であって、
ａ）前記真空チャンバ内に存在する少なくとも１種のガスの所望濃度を示す入力を受け入れる過程と、
ｂ）前記真空チャンバ内に存在する前記少なくとも１種のガスの前記所望濃度に対し、質量分析計の予測走査出力を算出する過程と、
ｃ）質量スペクトルデータを受け入れる過程と、
ｄ）前記質量分析計の予測走査出力、および前記質量スペクトルデータを用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する過程と、
を含む、ガス分析方法。
【請求項７２】
請求項７１において、
さらに、前記真空品質指数を用いてプロセスを制御する過程を含む、ガス分析方法。
【請求項７３】
請求項７２において、
前記プロセスが、前記真空チャンバへのガスの流量を含む、ガス分析方法。
【請求項７４】
請求項７１から７３のいずれか一項において、
前記少なくとも１つの品質基準が、前記質量分析計の予測走査出力と前記質量スペクトルデータとの間の相関を含む、ガス分析方法。
【請求項７５】
真空チャンバ用のガス分析システムであって、
i ）質量分析計と、
ii）少なくとも１つのセンサと、
iii ）ガス分析装置と、
を備え、前記ガス分析装置は電子処理部を含み、当該電子処理部が、
ａ）質量スペクトルデータを受け入れ、
ｂ）前記真空チャンバ内の全圧を示す入力を受け入れ、
ｃ）少なくとも１つのセンサからの外部入力を受け入れ、
ｄ）前記質量スペクトルデータ、前記真空チャンバ内の前記全圧、および前記少なくとも１つのセンサからの前記外部入力を用いて、少なくとも１つの品質基準に基づき真空品質指数を算出する、
ように構成された、ガス分析システム。
【請求項７６】
請求項７５において、
前記少なくとも１つのセンサが、基板温度センサを含む、ガス分析システム。
【請求項７７】
請求項７５または７６において、
前記少なくとも１つのセンサが、真空ポンプ速度センサを含む、ガス分析システム。
【請求項７８】
請求項７５から７７のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、質量流量モニタを含む、ガス分析システム。
【請求項７９】
請求項７５から７８のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、クライオポンプ温度センサを含む、ガス分析システム。
【請求項８０】
請求項７５から７９のいずれか一項において、
前記少なくとも１つのセンサが、イオンポンプ電流センサを含む、ガス分析システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１３−５１０３２３（Ｐ２０１３−５１０３２３Ａ）
【公表日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３８０６３（Ｐ２０１２−５３８０６３）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５５８５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５７２０１
【国際公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（３９８０２９６９２）ブルックス オートメーション インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５５８５２
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５７２０１
【国際公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（３９８０２９６９２）ブルックス オートメーション インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
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