発光分光法により低圧ガスを分析するためのシステム
本発明の目的は、二次真空のオーダの圧力のガスを分析するためのガス分析システム（２）である。このシステムは、円筒状ボリューム（１１）を画成する導電性壁部（１２）と、少なくとも１つの中央貫通穴（３１）を有するディスク（１５）とを有するカソード（１４）と、穴（３１）の実質的に中央に配置されるアノード（１３）と、電場Ｅ（１７）、および電場Ｅ（１７）に対して直交する磁場Ｂ（１９）の作用の組合せにより円筒状ボリューム中で生成されるプラズマのプラズマ発生源とを備えるガス・イオン化デバイス（４）と、プラズマにより発せられる光放射を集めるためのシステムと、円筒状ボリューム（１１）のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、イオン化デバイス（５）と集光システム（５）との間に配置される、アノード（１３）と同軸の円筒状空洞部（２３）と、放射スペクトルの展開を分析するための光学分光器（４１）を備える、イオン化されたガスの分析デバイス（６）とを備える。好ましくは、円筒状ボリューム（１１）の対向側の空洞部（２３）の端部が、プラズマにより発せられる光放射に対して直交する窓（２１）によって閉じられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光分光法を利用して、二次真空（１０−３から１０−８ミリバール）のオーダの非常に低圧のガスを分析するためのシステムに関する。さらに、本発明は、被制御圧力エンクロージャ内を出所とするガス流出物を分析するための方法に関する。最後に、本発明は、少なくとも１つの被制御圧力エンクロージャを備える産業用デバイスと、この被制御圧力エンクロージャと協働するガス分析システムとを開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業において過去数年の間に達成された進歩は、主に、ますます大型のシリコンウェーハ（２００ｍｍから３００ｍｍの直径を有するもの）上で実現されつつある、数平方ミリメートルのサイズの構成要素上の電子回路の集積度の上昇に関連している。
【０００３】
このような回路を作製するために必要な技術ステップは、多数（最大で４００）に及ぶ。とりわけ、真空処理のステップは、それらのステップにより製造プロセス全体にわたって継続的な製造が可能となること、および、それらのステップにより構成要素の幾何学的形状基準に従うことが可能となることの両方によって、極めて重要な役割を担う。
【０００４】
オンサイト・プロセス分析方法の実施により、故障の発生と同時にその故障が特定され、多数のバッチが製造され得る際の反応時間が短縮される。その結果、真空内に生成されるプラズマを利用して、オンサイトでリアルタイムに半導体製造プロセスを推移監視し制御することに対する大きな需要が高まっている。
【０００５】
半導体製造デバイスにおいて発光分光法を使用することが、知られている。発光分光法は、回路エッチング・プロセスまたは半導体構成要素エッチング・プロセスにおける腐食の終了を検出するために、使用される。分析されるプラズマは、デバイスの反応器によって生成されるものである。このデバイスは、エッチング・プロセスからの光を分析する発光分光計を単に備えることにより、それ自体でプロセス・ステップのチェックを行なうことが可能である。
【０００６】
しかし、本目的は、半導体デバイスの製造プロセスまたはエッチング・プロセスのステップのチェックを行なうためにではなく、デバイスの真空環境を構成する全てのガスのチェックを行なうために、発光分光法を利用することである。発光分光計は、光を散乱させた後に、プラズマの自由電子により励起された原子、分子、およびイオンによって発せられる放射線の変化をリアルタイムで分析する。
【０００７】
しかし、現在知られている技術によれば、このような測定は、低真空（１０００ミリバールから１ミリバールまで）内において、または一次真空（１ミリバールから１０−３ミリバールまで）内において可能であるにすぎない。
【０００８】
欧州特許出願公開第１０２２５５９号は、０．１ミリバールから１０００ミリバールの間の圧力のガスを収容するエンクロージャを備えるデバイスと、ガス・イオン化デバイスおよび発光分光法を利用するガス分析デバイスを備える、それらのガスを分析するためのシステムとを説明している。このイオン化デバイスは、ＩＣＰ発生源またはマイクロ波発生源である、プラズマ電波発生源を備える。
【０００９】
欧州特許出願公開第１１３１６７０号は、エンクロージャ内を出所とするガス試料のチェックを行なうために、発光分光法を利用するデバイスを説明している。このデバイスは、プラズマ形成区域と、プラズマにより発せられた光放射を分析するための手段とを備える、チャンバを備える。光ファイバなどの放射線センサが、プラズマ形成区域の付近に配置される。プラズマは、電磁波を発生させる励起アンテナに関連付けされた発電機によって、形成される。電場または磁場が、放射線透過性境界部からイオン化された粒子を隔離するための障壁を形成するために使用される。
【００１０】
国際公開第００/３１７７３号は、真空プロセス・チャンバ内を出所とするガス流出物の成分を検出するためのデバイスを説明している。このデバイスは、プラズマが中で形成されるセルと、プラズマにより発せられた光を集光し、集光した光を光スペクトル分析器に伝達するための、窓の後に配置された検出器とを備える。このプラズマは、蛍光ランプまたはマグネトロン・マイクロ波発生器において使用される種類の民生用発電機などの交流発電機によって生成される電場によって発生する。１つの特定の実施形態においては、固体カソードが、ガス流の方向に対して同軸方向に配設され、アノードとして使用されるセルの導電性壁部から隔離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０２２５５９号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１１３１６７０号
【特許文献３】国際公開第００/３１７７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
プロセス・チャンバ内の圧力が、１０−３ミリバール未満に低下すると、このシステムは、分光測定に有効な光を生成するのに十分なだけガスを励起することができない。したがって、この課題は、発光分光法を利用して二次真空（１０−３から１０−７ミリバール）内のガス試料をリアルタイムで（１秒未満で）分析することが可能となるように十分に発光し、十分に集束された、プラズマから発せられる光放射を発生させることである。
【００１３】
しかし、さらに、この測定は、分析に必要な期間全体を通じて再現可能でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、二次真空のオーダの圧力下にあるガスを分析するためのシステムである。この分析システムは、
円筒状ボリュームを画成する導電性壁部と、少なくとも１つの中央貫通穴を有するディスクとを有するカソードと、
穴の実質的に中央に配置されるアノードと、
電場、および電場に対して直交する磁場の作用の組合せにより円筒状ボリューム中で生成されるプラズマのプラズマ発生源と
を備えるガス・イオン化デバイスと、
プラズマにより発せられる光放射を集めるためのシステムと、
円筒状ボリュームのコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、イオン化デバイスとコレクタ・システムとの間に配置される、アノードと同軸の円筒状空洞部と、
放射スペクトルの展開を分析するための光学分光器を備える、イオン化されたガスの分析デバイスと
を備える。
【００１５】
アノードは、ディスクの中央穴に中心が置かれなければならず、そうでない場合には、光のリングは形成されず、低圧での測定が不可能となる。
【００１６】
さらに正確には、カソードは、横断中央穴を囲む周囲横断穴を備える有孔ディスクを備える。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、空洞部の直径ｄは、円筒状ボリュームの直径Ｄよりも小さく、分析されるべきガスの圧力に応じて調節され得る。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、アノードは、カソードのディスクに装着される、誘電性材料から作製されたマウントによって、カソードから絶縁される。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、アノードは、カソードのディスクの中央穴内に挿入される、誘電性材料から作製されたマウントによって、カソードから絶縁される。
【００２０】
有利には、この後者の場合において、このシステムは、調整デバイスをさらに備え、この調整デバイスにより、分析されるべきガスの圧力の変動に応じて、アノードの供給電圧を制御することが可能となる。
【００２１】
集光システムは、少なくとも１つの収束レンズを備え、このレンズは、レンズの光軸および電極の軸が優先的に同一となるように配設される。
【００２２】
１つの変形形態によれば、円筒状ボリュームの対向側の空洞部の端部が、プラズマにより発せられる光放射に対して透過性である窓によって遮られる。
【００２３】
別の変形形態によれば、このボリュームの対向側の空洞部の端部は、プラズマにより発せられる光放射に対して透過性であるレンズによって遮られる。この状況においては、レンズはさらに、窓の役割を果たす。
【００２４】
窓またはレンズの汚染を最小限に抑えるために、空洞部は、この空洞部を横断する光放射の経路が同一方向となるように、ポンプ移動されるガスの流れとは逆側に、円筒状ボリュームの端部にて優先的に配設される。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、上述のガス分析システムに接続される、二次真空に保持されるガスを収容する少なくとも１つのエンクロージャを備える、プラズマ・ベース半導体製造デバイスである。ガス分析システムは、発光分光器とコンピュータとを備える、イオン化されたガスを分析するためのデバイスを備える。本発明によれば、発光分光器およびコンピュータは、コンパクトな一体型制御システムを構築するために共有ケーシング内に配置され、ガス分析結果に応じてこのデバイスと連係作動するようにこのデバイスに接続される。
【００２６】
当然ながら非限定的な例として提示される、添付の図面内の一実施形態に関する以下の説明を読むことにより、本発明の他の特徴および利点が明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のガス分析システムを備える産業用機械の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるガス・イオン化デバイスの図である。
【図３】ガス・イオン化デバイスのカソードのディスクの詳細図である。
【図４】図２と同様の、本発明の別の実施形態によるガス・イオン化デバイスの図である。
【図５】イオン化ガス分析システムの光学的取得系統の図である。
【図６】プラズマにより発せられる光放射を集める区域の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に図示される産業用デバイスは、圧力が制御される少なくとも１つのエンクロージャ１と、エンクロージャ１に接続されるガス分析システム２とを備える。二次真空Ｐｖ（１０−３から１０−８ミリバール）が、一次および二次ポンプ・ユニット３を備える真空ラインによって、エンクロージャ１内に確立される。このガス分析システムは、プラズマ発生源によりイオン化を行なうガス・イオン化デバイス４と、光を集光し、集光された光を分析デバイス６の方向に送ることが可能な光学コレクタ・システム５とを備える。光学コレクタ５および分析デバイス６は、光学的取得系統７を形成する。
【００２９】
図２は、本発明によるガス分析システム２のガス・イオン化デバイス４をより正確に図示する。このイオン化デバイス４は、プラズマ発生源および直流発電機１０を備える。
【００３０】
イオン化デバイス４は、円筒状ボリューム１１を備え、この円筒状ボリューム１１は、直径Ｄを有し、ステンレス鋼などの耐真空性導電性材料から作製された壁部１２によって画成される。イオン化デバイス４は、二次真空下に置かれるエンクロージャ１に連結される。ボリューム１１は、エンクロージャ１のポンプ手段３を真空排気されてよい。エンクロージャ１自体も、真空排気される。エンクロージャ１内のガス試料を分析することが可能となるように、プラズマがこのボリューム１１内に生成される。
【００３１】
プラズマ発生源は、直流発電機１０の正極および負極にそれぞれ接続される、アノード１３（＋極）およびカソード１４（−極）から形成される。カソード１４は、直径Ｄの円筒状ボリューム１１を画成する壁部１２と、有孔ディスク１５とを備える。アノード１３は、ワイヤ・アノードであり、カソード１４の中央に配置され、カソード１４のディスク１５の表面上に配置されたセラミックなどの低脱気率の誘電性材料から作製されたマウント１６によってカソード１４から絶縁される。
【００３２】
発電機１０は、（正電荷を有する）アノード１３と（負電荷を有する）カソード１４との間に、３０００ボルトのオーダの大きな電位差を与え、これにより、プラズマ発生源の軸１８に対して直交方向に極めて強い電場Ｅ１７が発生する。この電場１７により、カソード１４からアノード１３への電子流を生じさせ、加速させて、エンクロージャ１内を出所とするガス分子を励起およびイオン化することによって、プラズマを生成することが可能となる。有効なプラズマを実現するために、約１００ミリテスラの一定強度を有し、電場１７に対して垂直であり軸１８に対して平行である所与の方向を有する磁場Ｂ１９が、これに加えられる。磁場１９は、円筒状ボリューム１１を囲む少なくとも１つのトロイド状永久磁石２０によって生成される。電場Ｅ１７に結合された磁場Ｂ１９が存在することにより、プラズマのガス分子の励起を大きく高めることが可能となる。したがって、プラズマ発生源は、２つの幾何学的円筒状電極１３および１４の間の一定の電場１７の作用と、電極１３、１４の表面に対して平行であり、電場１７に対して直交する一定の磁場１９の作用との組合せにより、形成される。
【００３３】
生成されたプラズマは、光源として使用される。したがって、存在するガスの分子特性の下方遷移により発せられる光は、二次真空内におけるリアルタイム測定（１秒未満）を可能とするのに十分なものとなる。
【００３４】
しかし、ボリューム１１内において真空中にプラズマが発生することにより、分析される必要があるガスを有する真空排気されたエンクロージャ１内に存在する分子（とりわけ炭化水素）において、分子のクラッキングが生じる。クラッキングが生ずると、それらの分子は、プラズマが緊密に結合された状態で生成されつつあるボリューム１１の壁部１２上に凝着する傾向があり、したがって、除去が困難になる。この状況においては、プラズマ発生源は、これらの分子を捕獲する役割を果たし、それにより、エンクロージャおよびポンプ・ラインの汚染除去に寄与する。しかし、この捕獲が生じることは、光学分析デバイスに対して有害である。
【００３５】
エンクロージャ１内に存在するガスの検出および有意な分析が可能となるのに十分なだけの光を集光するためには、プラズマと分析デバイスとの間の距離を縮めることが重要であるが、それにより、このデバイスは、急速に汚染を被るようになり、光不透過性になる。正確な測定が、急速に困難になり、不可能ではないとしても、同一の条件下において再現することは不可能となる。
【００３６】
この問題を改善するために、本発明は、窓２１を配置することを提案し、これにより、ボリューム１１内のプラズマ発生源に隣接する空洞部の端部の対向側の円筒状空洞部２３の端部２２にてプラズマにより発せられる光が透過することが可能となる。円筒状空洞部２３は、プラズマ発生源が中に配置される円筒状ボリューム１１のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有する。例えば、空洞部２３は、ボリューム１１の直径Ｄ未満の直径ｄを有してよい。別の例としては、空洞部２３は、１ｃｍ以上の長さ、およびボリューム１１の直径Ｄの少なくとも１／２以下の直径ｄを有してよい。優先的には、空洞部２３の直径ｄを、作動圧力に応じて調節することが可能であり、作動圧力がより大きく、汚染区域がより広いほど、空洞部２３の直径ｄはより小さくなければならない。実際には、空洞部２３の直径ｄは、外側から形成され、その最大値は低圧ガス分析デバイスの作動に適合するものである。次に、作動圧力の上昇に応じて、空洞部の内側と同一形状の挿入物が、空洞部２３内に押込まれて、その直径ｄを小さくすることができる。
【００３７】
この空洞部２３の内部には、電場Ｅまたは磁場Ｂは存在しない。プラズマ発生源から窓２１の距離を隔てること、ならびに空洞部２３内に電場または磁場が存在しないことにより、汚染分子が窓２１に到達する前に汚染分子を捕獲することが可能となる。窓２１の汚染の問題を最小限に抑えるために、有利には、空洞部２３は、光放射の経路が同一方向になるように、ポンプ移動されるガス２４の流れとは逆側に配設される。圧力の低下は、分析されるべきガスが中に存在する真空排気されたエンクロージャ１のポンプ・ユニット３によって引き起こされ、同時に、プラズマにより、圧力が若干上昇する。結果として得られた差圧により、プラズマの生成物からなる粒子流は、ポンプ・ユニット３の方向に向かい、それにより、窓２１の汚染が限定される。
【００３８】
１つの変形形態によれば、外部加熱（図示せず）が、空洞部２３の周囲にて加えられてよく、これにより、空洞部２３内の遠心分離分子に対する熱分散効果がもたらされ、さらに、空洞部２３の低コンダクタンスに関連する障壁効果が向上される。
【００３９】
しかし、プラズマにより発せられる光は、エンクロージャ１内の分析されるべきガスの圧力の低下と共に、より弱くなる。さらに、プラズマは、アノード１３の全長にわたって分散され、それにより、発光される光を分析デバイス６に対して集束させることが困難になる。図３は、この欠点を改善することが可能なカソード１４のディスク１５の一実施形態を詳細に図示する。
【００４０】
カソード１４は、ディスク１５を備え、このディスク１５は、その周囲上に一連の横断穴３０が穿孔され、これらの一連の直交方向穴３０は、やはり横断する中央穴３１を囲むリングを形成する。ワイヤ・アノード１３は、ホール３１の中心でホール３１を横断する。この有孔ディスク１５を使用することにより、この設置物のこの部分の真空排気が可能となるとともに、ガス分子の循環が自由になる。
【００４１】
この構成においては、プラズマは、軸１８を中心として周囲に位置しアノード１３を囲む、数ミリメートル径のリング３２の形態の、ディスク１５の中央穴３１内に位置する。このように得られ位置するプラズマは、はるかに強度が高く、したがって、分析デバイス６に対して集中させることがさらに容易になる。したがって、発光分光法を利用する分析を、１０−３ミリバール未満、さらには１０−７ミリバール未満の非常に低圧にて実施することができる。
【００４２】
磁場Ｂ１９は、軸１８に中心が置かれる回転円筒体内の発生器に沿って形成され、好ましくは、ディスク１５を形成する材料を貫通し、それにより、磁場Ｂ１９は、ディスク１５の固体部分３３においては強力になり、ディスク１５の穴３０、３１内においてははるかに弱くなる。ディスク１５を使用することにより、中央穴３１内における磁場Ｂ１９の強度だけでなく、電場Ｅ１７の値が（最大で５倍まで）、著しくおよび局所的に高められる。
【００４３】
本発明によるイオン化デバイス４を組み立てる作業の際に、カソード１４のディスク１５は、円筒状ボリューム１１の壁部１２に対して垂直に配置される。マウント１６は、カソード１４のディスク１５の上方に固定される。アノード１３は、カソード１４のディスク１５の上方に設置され、ディスク１５の平面に対して垂直に位置し、カソード１４のディスク１５の中央部上に位置決めされるように、マウント１６の中央に接合される。
【００４４】
アノード１３は、ディスクの中央穴内において実質的に中央に配置されなければならない。そうでない場合には、光のリング３２は形成されず、低圧での測定は不可能となる。したがって、カソード１４のディスク１５内においてアノード１３を中央に配置することにより、アノード１３とボリューム１１の壁部１２とを完全に平行に保持することが可能となる。
【００４５】
図４は、本発明の別の実施形態を図示する。変更のない要素については、図２の参照符号がそのまま使用される。
【００４６】
プラズマの好ましい位置ゾーンに相当する、カソード１４の有孔ディスク１５の中央穴の内部においては、電場Ｅ１７の強度は、非常に高く、円筒状ボリューム１１の残りの部分よりも最大で５倍までさらに高い。この位置における電場１７の強度は、このレベルにてアノード１３のスパッタリングを生じさせ得るものである。このリスクは、アノード１３の供給電圧が、約３，０００ボルトを上回る場合には、さらに高い。アノード１３のスパッタリングにより、真空チャンバ内に存在するタイプのものとは一致しない、非常に広いスペクトル・バンドの形態の発光スペクトルにおける迷光発光が現れる。さらに、これらの強力な迷光バンドは、目下の発光バンド特性のタイプを隠す場合がある。
【００４７】
このリスクを回避するために、アノード１３は、有孔ディスク１５の中央穴内に挿入される、誘電性材料から作製されたマウント２５によって、カソード１４から絶縁される。したがって、カソード１４の中央穴の内部は、中性化され、スペクトル測定にとって厄介な、アノード１３のスパッタリングというリスクがなくなる。このゾーンの抑制により、プラズマ発生源によって発生される光の発光が若干低下するという問題がもたらされる。しかし、アノード１３に対してより高い供給を行なうことが可能であることにより、光の損失を大幅に補償することが可能となり、したがって、リアルタイム（１秒未満）で測定を行なうことが可能となる。
【００４８】
したがって、この実施形態においては、分析されるべきガスの圧力が１０−７ミリバールのオーダの低さにある場合に、電極の供給電圧を上昇させる必要がある。しかし、このような電圧の印加は、圧力がさらに高く、１０−５ミリバールよりも高い場合には、はるかに重要なものとなる。この場合には、プラズマの強度は、アノードが再びスパッタリングのリスクを負うようなものとなる。さらに、プラズマによりクラッキングされた分子は、堆積によって、プラズマとプラズマの付近に配置され得る光学素子とを収容するボリューム１１を、急速に汚染する。これは２４時間未満で生じる。任意の圧力において利点を維持するために、アノード１３の供給電圧用の制御デバイス２６が、設置される。分析されるべきガスの圧力が上昇すると、アノード１３の供給電圧は、低減される。圧力が低下すると、供給電圧は上昇される。このようにして、圧力にかかわらず、リアルタイムで測定を行なうのに十分な強度ではあるが、光学素子の汚染を回避するのには十分な弱さのプラズマが得られる。この結果、堆積による汚染が著しく低減されることにより、システムの寿命は、引き延ばされる。この制御は、プラズマ発生源において生成されるイオン化電流に、または、例えば発光分光計の補助などによりスペクトルの強度に関連付けられてよい。制御を追加することにより、はるかに高い圧力での作動が可能であるシステムを得ることが可能となり、これにより、１０−８から１ミリバールに及び得る圧力範囲においてスペクトル測定を実施することが可能となる。イオン化電流の測定により、この同一の作動圧力範囲内において圧力の測定値を得ることが可能となる。
【００４９】
図５に図示されるように、透明窓４０を通過するプラズマにより発せられる光は、集光システム５によって集められ、分析デバイス６によってスペクトル分析される。
【００５０】
プラズマにより発せられる光を分析するための分析デバイス６は、光学コレクタ５から分光計４１に光を伝達するファイバ４３によって光学的に接続されたコンピュータ４２に関連付けされる、発光分光計（ＯＥＳ）４１から構成される。有利には、コンピュータ４２は、発光分光器４１と共に同一のケーシング内に配置されて、コンパクトな一体型制御システムを形成する。コンピュータ４２を分光計４１に接続するケーブルの長さは、非常に短く、それにより、非常に短時間のガス分析時間（＜２０ｍｓ）を確保することが可能となる。この一体型制御システムは、ガス分析の結果に基づき、接続される製造設備と連係作動する。この制御システムは、例えば、機械の機能を停止する、または、被制御圧力エンクロージャ１をパージするためにシステムを始動させることができる。
【００５１】
イオン化デバイス４は、二次真空によって囲まれ、したがって、光透過性の壁部によって、大気圧にある光学的取得系統７から隔離されなければならない。プラズマが中で生成される真空媒体１１と外部雰囲気との間の境界部は、この場合には、光の透過が可能なシール接合部を備える透明窓４０を使用して形成される。この窓４０は、優先的には、プラズマから生ずる光４４の検出を最適化するために、この光４４を発する区域に可能な限り近い位置に配置される。
【００５２】
光学コレクタ５は、プラズマにより発せられる光を集光し、光ファイバ４５の端部にこの光を収束させる。光ファイバ４５の他方の端部は、発光分光器４１の入力４６に接続される。この場合には、光学コレクタ５は、少なくとも１つの収束レンズ４７を備え、この収束レンズ４７により、プラズマによって発せられる光の集光が可能となる。これらのレンズは、単レンズ（両凸レンズ、平凸レンズ）、またはアクロマチック・レンズ（色収差を回避することにより焦点合わせを向上させる）であってよい。
【００５３】
集光システム５の光学軸、および電極の回転軸１８は、同一である。この光学系の焦点距離は、収束を最適化するために可能な限り小さくなるように算定され、同時に、これにより、光学系の合計形状ファクタが低減される。
【００５４】
正確な波長範囲にわたる伝達を向上させるために、窓４０およびレンズ４７は、４００〜８００ｎｍの範囲にわたる伝達を向上させるように意図されたＭｇＦ２の薄層の塗布など、反射防止処理を施されてよい。可能な限り最大の波長範囲にわたって最適な伝達を実現するためには、窓４０およびレンズ４７は、特定の組成を有する材料から作製されてよい。例えば、フッ化カルシウムが使用されてよく、２００〜１０００ｎｍにわたり伝達率が９０％を上回る溶融シリカが使用されてもよい。
【００５５】
このようにして、本発明のガス分析システム２の光学的取得系統７により、リアルタイム測定（測定時間が１秒未満）を達成することが可能となる。
【００５６】
図６に図示される実施形態においては、光学コレクタ５を構成するレンズ５０の中の１つが、シール５１に当接している場合には、このレンズにより、透明窓の使用を回避することが可能となり、このレンズ５０自体が、大気圧から真空を隔離する境界部としての役割を果たすことができる。プラズマ発生源からの光を集束するポイントである光学コレクタ５の出力からの光を、分光計４１の入力４６に送ることは、光放射５３を集め誘導するレンズ５０の後に配置された光ファイバ５２を使用することによって、達成される。光ファイバ５２の長さは、可能な限りファイバ５２内の光損失を低減させるように、可能な限り短く（この場合には、約１０ｃｍ）なるように選択される。
【００５７】
１つの変形形態においては、この光の光学コレクタ５は、収束点が分光計４１の入力スロット４６に置かれた光学デバイスである。このデバイスは、複数のレンズ５０のセットから構成されてよく、これにより、収束を向上させることが可能となる。この状況においては、分光計４１の入力スロット４６は、光ビーム５３の収束点上に直接的に置かれる。光ファイバは、広い波長範囲にわたる最適な伝達率が比較的低いため、この光は、光ファイバによって発光分光計には誘導されず、入力フラップ４６の上に光ビーム５３を直接的に集束させることによって、誘導される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光分光法を利用して、二次真空（１０−３から１０−８ミリバール）のオーダの非常に低圧のガスを分析するためのシステムに関する。さらに、本発明は、被制御圧力エンクロージャ内を出所とするガス流出物を分析するための方法に関する。最後に、本発明は、少なくとも１つの被制御圧力エンクロージャを備える産業用デバイスと、この被制御圧力エンクロージャと協働するガス分析システムとを開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業において過去数年の間に達成された進歩は、主に、ますます大型のシリコンウェーハ（２００ｍｍから３００ｍｍの直径を有するもの）上で実現されつつある、数平方ミリメートルのサイズの構成要素上の電子回路の集積度の上昇に関連している。
【０００３】
このような回路を作製するために必要な技術ステップは、多数（最大で４００）に及ぶ。とりわけ、真空処理のステップは、それらのステップにより製造プロセス全体にわたって継続的な製造が可能となること、および、それらのステップにより構成要素の幾何学的形状基準に従うことが可能となることの両方によって、極めて重要な役割を担う。
【０００４】
オンサイト・プロセス分析方法の実施により、故障の発生と同時にその故障が特定され、多数のバッチが製造され得る際の反応時間が短縮される。その結果、真空内に生成されるプラズマを利用して、オンサイトでリアルタイムに半導体製造プロセスを推移監視し制御することに対する大きな需要が高まっている。
【０００５】
半導体製造デバイスにおいて発光分光法を使用することが、知られている。発光分光法は、回路エッチング・プロセスまたは半導体構成要素エッチング・プロセスにおける腐食の終了を検出するために、使用される。分析されるプラズマは、デバイスの反応器によって生成されるものである。このデバイスは、エッチング・プロセスからの光を分析する発光分光計を単に備えることにより、それ自体でプロセス・ステップのチェックを行なうことが可能である。
【０００６】
しかし、本目的は、半導体デバイスの製造プロセスまたはエッチング・プロセスのステップのチェックを行なうためにではなく、デバイスの真空環境を構成する全てのガスのチェックを行なうために、発光分光法を利用することである。発光分光計は、光を散乱させた後に、プラズマの自由電子により励起された原子、分子、およびイオンによって発せられる放射線の変化をリアルタイムで分析する。
【０００７】
しかし、現在知られている技術によれば、このような測定は、低真空（１０００ミリバールから１ミリバールまで）内において、または一次真空（１ミリバールから１０−３ミリバールまで）内において可能であるにすぎない。
【０００８】
欧州特許出願公開第１０２２５５９号は、０．１ミリバールから１０００ミリバールの間の圧力のガスを収容するエンクロージャを備えるデバイスと、ガス・イオン化デバイスおよび発光分光法を利用するガス分析デバイスを備える、それらのガスを分析するためのシステムとを説明している。このイオン化デバイスは、ＩＣＰ発生源またはマイクロ波発生源である、プラズマ電波発生源を備える。
【０００９】
欧州特許出願公開第１１３１６７０号は、エンクロージャ内を出所とするガス試料のチェックを行なうために、発光分光法を利用するデバイスを説明している。このデバイスは、プラズマ形成区域と、プラズマにより発せられた光放射を分析するための手段とを備える、チャンバを備える。光ファイバなどの放射線センサが、プラズマ形成区域の付近に配置される。プラズマは、電磁波を発生させる励起アンテナに関連付けされた発電機によって、形成される。電場または磁場が、放射線透過性境界部からイオン化された粒子を隔離するための障壁を形成するために使用される。
【００１０】
国際公開第００/３１７７３号は、真空プロセス・チャンバ内を出所とするガス流出物の成分を検出するためのデバイスを説明している。このデバイスは、プラズマが中で形成されるセルと、プラズマにより発せられた光を集光し、集光した光を光スペクトル分析器に伝達するための、窓の後に配置された検出器とを備える。このプラズマは、蛍光ランプまたはマグネトロン・マイクロ波発生器において使用される種類の民生用発電機などの交流発電機によって生成される電場によって発生する。１つの特定の実施形態においては、固体カソードが、ガス流の方向に対して同軸方向に配設され、アノードとして使用されるセルの導電性壁部から隔離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０２２５５９号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１１３１６７０号
【特許文献３】国際公開第００/３１７７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
プロセス・チャンバ内の圧力が、１０−３ミリバール未満に低下すると、このシステムは、分光測定に有効な光を生成するのに十分なだけガスを励起することができない。したがって、この課題は、発光分光法を利用して二次真空（１０−３から１０−７ミリバール）内のガス試料をリアルタイムで（１秒未満で）分析することが可能となるように十分に発光し、十分に集束された、プラズマから発せられる光放射を発生させることである。
【００１３】
しかし、さらに、この測定は、分析に必要な期間全体を通じて再現可能でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、二次真空のオーダの圧力下にあるガスを分析するためのシステムである。この分析システムは、
円筒状ボリュームを画成する導電性壁部と、少なくとも１つの中央貫通穴を有するディスクとを有するカソードと、
穴の実質的に中央に配置されるアノードと、
電場、および電場に対して直交する磁場の作用の組合せにより円筒状ボリューム中で生成されるプラズマのプラズマ発生源と
を備えるガス・イオン化デバイスと、
プラズマにより発せられる光放射を集めるためのシステムと、
円筒状ボリュームのコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、イオン化デバイスとコレクタ・システムとの間に配置される、アノードと同軸の円筒状空洞部と、
放射スペクトルの展開を分析するための光学分光器を備える、イオン化されたガスの分析デバイスと
を備える。
【００１５】
アノードは、ディスクの中央穴に中心が置かれなければならず、そうでない場合には、光のリングは形成されず、低圧での測定が不可能となる。
【００１６】
さらに正確には、カソードは、横断中央穴を囲む周囲横断穴を備える有孔ディスクを備える。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、空洞部の直径ｄは、円筒状ボリュームの直径Ｄよりも小さく、分析されるべきガスの圧力に応じて調節され得る。
【００１８】
本発明の別の実施形態によれば、アノードは、カソードのディスクに装着される、誘電性材料から作製されたマウントによって、カソードから絶縁される。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態によれば、アノードは、カソードのディスクの中央穴内に挿入される、誘電性材料から作製されたマウントによって、カソードから絶縁される。
【００２０】
有利には、この後者の場合において、このシステムは、調整デバイスをさらに備え、この調整デバイスにより、分析されるべきガスの圧力の変動に応じて、アノードの供給電圧を制御することが可能となる。
【００２１】
集光システムは、少なくとも１つの収束レンズを備え、このレンズは、レンズの光軸および電極の軸が優先的に同一となるように配設される。
【００２２】
１つの変形形態によれば、円筒状ボリュームの対向側の空洞部の端部が、プラズマにより発せられる光放射に対して透過性である窓によって遮られる。
【００２３】
別の変形形態によれば、このボリュームの対向側の空洞部の端部は、プラズマにより発せられる光放射に対して透過性であるレンズによって遮られる。この状況においては、レンズはさらに、窓の役割を果たす。
【００２４】
窓またはレンズの汚染を最小限に抑えるために、空洞部は、この空洞部を横断する光放射の経路が同一方向となるように、ポンプ移動されるガスの流れとは逆側に、円筒状ボリュームの端部にて優先的に配設される。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、上述のガス分析システムに接続される、二次真空に保持されるガスを収容する少なくとも１つのエンクロージャを備える、プラズマ・ベース半導体製造デバイスである。ガス分析システムは、発光分光器とコンピュータとを備える、イオン化されたガスを分析するためのデバイスを備える。本発明によれば、発光分光器およびコンピュータは、コンパクトな一体型制御システムを構築するために共有ケーシング内に配置され、ガス分析結果に応じてこのデバイスと連係作動するようにこのデバイスに接続される。
【００２６】
当然ながら非限定的な例として提示される、添付の図面内の一実施形態に関する以下の説明を読むことにより、本発明の他の特徴および利点が明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明のガス分析システムを備える産業用機械の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によるガス・イオン化デバイスの図である。
【図３】ガス・イオン化デバイスのカソードのディスクの詳細図である。
【図４】図２と同様の、本発明の別の実施形態によるガス・イオン化デバイスの図である。
【図５】イオン化ガス分析システムの光学的取得系統の図である。
【図６】プラズマにより発せられる光放射を集める区域の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に図示される産業用デバイスは、圧力が制御される少なくとも１つのエンクロージャ１と、エンクロージャ１に接続されるガス分析システム２とを備える。二次真空Ｐｖ（１０−３から１０−８ミリバール）が、一次および二次ポンプ・ユニット３を備える真空ラインによって、エンクロージャ１内に確立される。このガス分析システムは、プラズマ発生源によりイオン化を行なうガス・イオン化デバイス４と、光を集光し、集光された光を分析デバイス６の方向に送ることが可能な光学コレクタ・システム５とを備える。光学コレクタ５および分析デバイス６は、光学的取得系統７を形成する。
【００２９】
図２は、本発明によるガス分析システム２のガス・イオン化デバイス４をより正確に図示する。このイオン化デバイス４は、プラズマ発生源および直流発電機１０を備える。
【００３０】
イオン化デバイス４は、円筒状ボリューム１１を備え、この円筒状ボリューム１１は、直径Ｄを有し、ステンレス鋼などの耐真空性導電性材料から作製された壁部１２によって画成される。イオン化デバイス４は、二次真空下に置かれるエンクロージャ１に連結される。ボリューム１１は、エンクロージャ１のポンプ手段３を真空排気されてよい。エンクロージャ１自体も、真空排気される。エンクロージャ１内のガス試料を分析することが可能となるように、プラズマがこのボリューム１１内に生成される。
【００３１】
プラズマ発生源は、直流発電機１０の正極および負極にそれぞれ接続される、アノード１３（＋極）およびカソード１４（−極）から形成される。カソード１４は、直径Ｄの円筒状ボリューム１１を画成する壁部１２と、有孔ディスク１５とを備える。アノード１３は、ワイヤ・アノードであり、カソード１４の中央に配置され、カソード１４のディスク１５の表面上に配置されたセラミックなどの低脱気率の誘電性材料から作製されたマウント１６によってカソード１４から絶縁される。
【００３２】
発電機１０は、（正電荷を有する）アノード１３と（負電荷を有する）カソード１４との間に、３０００ボルトのオーダの大きな電位差を与え、これにより、プラズマ発生源の軸１８に対して直交方向に極めて強い電場Ｅ１７が発生する。この電場１７により、カソード１４からアノード１３への電子流を生じさせ、加速させて、エンクロージャ１内を出所とするガス分子を励起およびイオン化することによって、プラズマを生成することが可能となる。有効なプラズマを実現するために、約１００ミリテスラの一定強度を有し、電場１７に対して垂直であり軸１８に対して平行である所与の方向を有する磁場Ｂ１９が、これに加えられる。磁場１９は、円筒状ボリューム１１を囲む少なくとも１つのトロイド状永久磁石２０によって生成される。電場Ｅ１７に結合された磁場Ｂ１９が存在することにより、プラズマのガス分子の励起を大きく高めることが可能となる。したがって、プラズマ発生源は、２つの幾何学的円筒状電極１３および１４の間の一定の電場１７の作用と、電極１３、１４の表面に対して平行であり、電場１７に対して直交する一定の磁場１９の作用との組合せにより、形成される。
【００３３】
生成されたプラズマは、光源として使用される。したがって、存在するガスの分子特性の下方遷移により発せられる光は、二次真空内におけるリアルタイム測定（１秒未満）を可能とするのに十分なものとなる。
【００３４】
しかし、ボリューム１１内において真空中にプラズマが発生することにより、分析される必要があるガスを有する真空排気されたエンクロージャ１内に存在する分子（とりわけ炭化水素）において、分子のクラッキングが生じる。クラッキングが生ずると、それらの分子は、プラズマが緊密に結合された状態で生成されつつあるボリューム１１の壁部１２上に凝着する傾向があり、したがって、除去が困難になる。この状況においては、プラズマ発生源は、これらの分子を捕獲する役割を果たし、それにより、エンクロージャおよびポンプ・ラインの汚染除去に寄与する。しかし、この捕獲が生じることは、光学分析デバイスに対して有害である。
【００３５】
エンクロージャ１内に存在するガスの検出および有意な分析が可能となるのに十分なだけの光を集光するためには、プラズマと分析デバイスとの間の距離を縮めることが重要であるが、それにより、このデバイスは、急速に汚染を被るようになり、光不透過性になる。正確な測定が、急速に困難になり、不可能ではないとしても、同一の条件下において再現することは不可能となる。
【００３６】
この問題を改善するために、本発明は、窓２１を配置することを提案し、これにより、ボリューム１１内のプラズマ発生源に隣接する空洞部の端部の対向側の円筒状空洞部２３の端部２２にてプラズマにより発せられる光が透過することが可能となる。円筒状空洞部２３は、プラズマ発生源が中に配置される円筒状ボリューム１１のコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有する。例えば、空洞部２３は、ボリューム１１の直径Ｄ未満の直径ｄを有してよい。別の例としては、空洞部２３は、１ｃｍ以上の長さ、およびボリューム１１の直径Ｄの少なくとも１／２以下の直径ｄを有してよい。優先的には、空洞部２３の直径ｄを、作動圧力に応じて調節することが可能であり、作動圧力がより大きく、汚染区域がより広いほど、空洞部２３の直径ｄはより小さくなければならない。実際には、空洞部２３の直径ｄは、外側から形成され、その最大値は低圧ガス分析デバイスの作動に適合するものである。次に、作動圧力の上昇に応じて、空洞部の内側と同一形状の挿入物が、空洞部２３内に押込まれて、その直径ｄを小さくすることができる。
【００３７】
この空洞部２３の内部には、電場Ｅまたは磁場Ｂは存在しない。プラズマ発生源から窓２１の距離を隔てること、ならびに空洞部２３内に電場または磁場が存在しないことにより、汚染分子が窓２１に到達する前に汚染分子を捕獲することが可能となる。窓２１の汚染の問題を最小限に抑えるために、有利には、空洞部２３は、光放射の経路が同一方向になるように、ポンプ移動されるガス２４の流れとは逆側に配設される。圧力の低下は、分析されるべきガスが中に存在する真空排気されたエンクロージャ１のポンプ・ユニット３によって引き起こされ、同時に、プラズマにより、圧力が若干上昇する。結果として得られた差圧により、プラズマの生成物からなる粒子流は、ポンプ・ユニット３の方向に向かい、それにより、窓２１の汚染が限定される。
【００３８】
１つの変形形態によれば、外部加熱（図示せず）が、空洞部２３の周囲にて加えられてよく、これにより、空洞部２３内の遠心分離分子に対する熱分散効果がもたらされ、さらに、空洞部２３の低コンダクタンスに関連する障壁効果が向上される。
【００３９】
しかし、プラズマにより発せられる光は、エンクロージャ１内の分析されるべきガスの圧力の低下と共に、より弱くなる。さらに、プラズマは、アノード１３の全長にわたって分散され、それにより、発光される光を分析デバイス６に対して集束させることが困難になる。図３は、この欠点を改善することが可能なカソード１４のディスク１５の一実施形態を詳細に図示する。
【００４０】
カソード１４は、ディスク１５を備え、このディスク１５は、その周囲上に一連の横断穴３０が穿孔され、これらの一連の直交方向穴３０は、やはり横断する中央穴３１を囲むリングを形成する。ワイヤ・アノード１３は、ホール３１の中心でホール３１を横断する。この有孔ディスク１５を使用することにより、この設置物のこの部分の真空排気が可能となるとともに、ガス分子の循環が自由になる。
【００４１】
この構成においては、プラズマは、軸１８を中心として周囲に位置しアノード１３を囲む、数ミリメートル径のリング３２の形態の、ディスク１５の中央穴３１内に位置する。このように得られ位置するプラズマは、はるかに強度が高く、したがって、分析デバイス６に対して集中させることがさらに容易になる。したがって、発光分光法を利用する分析を、１０−３ミリバール未満、さらには１０−７ミリバール未満の非常に低圧にて実施することができる。
【００４２】
磁場Ｂ１９は、軸１８に中心が置かれる回転円筒体内の発生器に沿って形成され、好ましくは、ディスク１５を形成する材料を貫通し、それにより、磁場Ｂ１９は、ディスク１５の固体部分３３においては強力になり、ディスク１５の穴３０、３１内においてははるかに弱くなる。ディスク１５を使用することにより、中央穴３１内における磁場Ｂ１９の強度だけでなく、電場Ｅ１７の値が（最大で５倍まで）、著しくおよび局所的に高められる。
【００４３】
本発明によるイオン化デバイス４を組み立てる作業の際に、カソード１４のディスク１５は、円筒状ボリューム１１の壁部１２に対して垂直に配置される。マウント１６は、カソード１４のディスク１５の上方に固定される。アノード１３は、カソード１４のディスク１５の上方に設置され、ディスク１５の平面に対して垂直に位置し、カソード１４のディスク１５の中央部上に位置決めされるように、マウント１６の中央に接合される。
【００４４】
アノード１３は、ディスクの中央穴内において実質的に中央に配置されなければならない。そうでない場合には、光のリング３２は形成されず、低圧での測定は不可能となる。したがって、カソード１４のディスク１５内においてアノード１３を中央に配置することにより、アノード１３とボリューム１１の壁部１２とを完全に平行に保持することが可能となる。
【００４５】
図４は、本発明の別の実施形態を図示する。変更のない要素については、図２の参照符号がそのまま使用される。
【００４６】
プラズマの好ましい位置ゾーンに相当する、カソード１４の有孔ディスク１５の中央穴の内部においては、電場Ｅ１７の強度は、非常に高く、円筒状ボリューム１１の残りの部分よりも最大で５倍までさらに高い。この位置における電場１７の強度は、このレベルにてアノード１３のスパッタリングを生じさせ得るものである。このリスクは、アノード１３の供給電圧が、約３，０００ボルトを上回る場合には、さらに高い。アノード１３のスパッタリングにより、真空チャンバ内に存在するタイプのものとは一致しない、非常に広いスペクトル・バンドの形態の発光スペクトルにおける迷光発光が現れる。さらに、これらの強力な迷光バンドは、目下の発光バンド特性のタイプを隠す場合がある。
【００４７】
このリスクを回避するために、アノード１３は、有孔ディスク１５の中央穴内に挿入される、誘電性材料から作製されたマウント２５によって、カソード１４から絶縁される。したがって、カソード１４の中央穴の内部は、中性化され、スペクトル測定にとって厄介な、アノード１３のスパッタリングというリスクがなくなる。このゾーンの抑制により、プラズマ発生源によって発生される光の発光が若干低下するという問題がもたらされる。しかし、アノード１３に対してより高い供給を行なうことが可能であることにより、光の損失を大幅に補償することが可能となり、したがって、リアルタイム（１秒未満）で測定を行なうことが可能となる。
【００４８】
したがって、この実施形態においては、分析されるべきガスの圧力が１０−７ミリバールのオーダの低さにある場合に、電極の供給電圧を上昇させる必要がある。しかし、このような電圧の印加は、圧力がさらに高く、１０−５ミリバールよりも高い場合には、はるかに重要なものとなる。この場合には、プラズマの強度は、アノードが再びスパッタリングのリスクを負うようなものとなる。さらに、プラズマによりクラッキングされた分子は、堆積によって、プラズマとプラズマの付近に配置され得る光学素子とを収容するボリューム１１を、急速に汚染する。これは２４時間未満で生じる。任意の圧力において利点を維持するために、アノード１３の供給電圧用の制御デバイス２６が、設置される。分析されるべきガスの圧力が上昇すると、アノード１３の供給電圧は、低減される。圧力が低下すると、供給電圧は上昇される。このようにして、圧力にかかわらず、リアルタイムで測定を行なうのに十分な強度ではあるが、光学素子の汚染を回避するのには十分な弱さのプラズマが得られる。この結果、堆積による汚染が著しく低減されることにより、システムの寿命は、引き延ばされる。この制御は、プラズマ発生源において生成されるイオン化電流に、または、例えば発光分光計の補助などによりスペクトルの強度に関連付けられてよい。制御を追加することにより、はるかに高い圧力での作動が可能であるシステムを得ることが可能となり、これにより、１０−８から１ミリバールに及び得る圧力範囲においてスペクトル測定を実施することが可能となる。イオン化電流の測定により、この同一の作動圧力範囲内において圧力の測定値を得ることが可能となる。
【００４９】
図５に図示されるように、透明窓４０を通過するプラズマにより発せられる光は、集光システム５によって集められ、分析デバイス６によってスペクトル分析される。
【００５０】
プラズマにより発せられる光を分析するための分析デバイス６は、光学コレクタ５から分光計４１に光を伝達するファイバ４３によって光学的に接続されたコンピュータ４２に関連付けされる、発光分光計（ＯＥＳ）４１から構成される。有利には、コンピュータ４２は、発光分光器４１と共に同一のケーシング内に配置されて、コンパクトな一体型制御システムを形成する。コンピュータ４２を分光計４１に接続するケーブルの長さは、非常に短く、それにより、非常に短時間のガス分析時間（＜２０ｍｓ）を確保することが可能となる。この一体型制御システムは、ガス分析の結果に基づき、接続される製造設備と連係作動する。この制御システムは、例えば、機械の機能を停止する、または、被制御圧力エンクロージャ１をパージするためにシステムを始動させることができる。
【００５１】
イオン化デバイス４は、二次真空によって囲まれ、したがって、光透過性の壁部によって、大気圧にある光学的取得系統７から隔離されなければならない。プラズマが中で生成される真空媒体１１と外部雰囲気との間の境界部は、この場合には、光の透過が可能なシール接合部を備える透明窓４０を使用して形成される。この窓４０は、優先的には、プラズマから生ずる光４４の検出を最適化するために、この光４４を発する区域に可能な限り近い位置に配置される。
【００５２】
光学コレクタ５は、プラズマにより発せられる光を集光し、光ファイバ４５の端部にこの光を収束させる。光ファイバ４５の他方の端部は、発光分光器４１の入力４６に接続される。この場合には、光学コレクタ５は、少なくとも１つの収束レンズ４７を備え、この収束レンズ４７により、プラズマによって発せられる光の集光が可能となる。これらのレンズは、単レンズ（両凸レンズ、平凸レンズ）、またはアクロマチック・レンズ（色収差を回避することにより焦点合わせを向上させる）であってよい。
【００５３】
集光システム５の光学軸、および電極の回転軸１８は、同一である。この光学系の焦点距離は、収束を最適化するために可能な限り小さくなるように算定され、同時に、これにより、光学系の合計形状ファクタが低減される。
【００５４】
正確な波長範囲にわたる伝達を向上させるために、窓４０およびレンズ４７は、４００〜８００ｎｍの範囲にわたる伝達を向上させるように意図されたＭｇＦ２の薄層の塗布など、反射防止処理を施されてよい。可能な限り最大の波長範囲にわたって最適な伝達を実現するためには、窓４０およびレンズ４７は、特定の組成を有する材料から作製されてよい。例えば、フッ化カルシウムが使用されてよく、２００〜１０００ｎｍにわたり伝達率が９０％を上回る溶融シリカが使用されてもよい。
【００５５】
このようにして、本発明のガス分析システム２の光学的取得系統７により、リアルタイム測定（測定時間が１秒未満）を達成することが可能となる。
【００５６】
図６に図示される実施形態においては、光学コレクタ５を構成するレンズ５０の中の１つが、シール５１に当接している場合には、このレンズにより、透明窓の使用を回避することが可能となり、このレンズ５０自体が、大気圧から真空を隔離する境界部としての役割を果たすことができる。プラズマ発生源からの光を集束するポイントである光学コレクタ５の出力からの光を、分光計４１の入力４６に送ることは、光放射５３を集め誘導するレンズ５０の後に配置された光ファイバ５２を使用することによって、達成される。光ファイバ５２の長さは、可能な限りファイバ５２内の光損失を低減させるように、可能な限り短く（この場合には、約１０ｃｍ）なるように選択される。
【００５７】
１つの変形形態においては、この光の光学コレクタ５は、収束点が分光計４１の入力スロット４６に置かれた光学デバイスである。このデバイスは、複数のレンズ５０のセットから構成されてよく、これにより、収束を向上させることが可能となる。この状況においては、分光計４１の入力スロット４６は、光ビーム５３の収束点上に直接的に置かれる。光ファイバは、広い波長範囲にわたる最適な伝達率が比較的低いため、この光は、光ファイバによって発光分光計には誘導されず、入力フラップ４６の上に光ビーム５３を直接的に集束させることによって、誘導される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次真空のオーダの圧力下においてガスを分析するためのガス分析システムにおいて、
ガス・イオン化デバイスを含み、前記ガス・イオン化デバイスは、
円筒状ボリュームを画成する導電性壁部と、少なくとも１つの中央貫通穴を有するディスクとを有するカソードと、
前記穴の実質的に中央に配置されるアノードと、
電場、および前記電場に対して直交する磁場の作用の組合せにより前記円筒状ボリューム中で生成されるプラズマのプラズマ発生源とを備え、前記ガス分析システムはさらに、
前記プラズマにより発せられる光放射を集めるシステムと、
前記円筒状ボリュームのコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、前記イオン化デバイスと前記集光システムとの間に配置される、前記アノードと同軸の円筒状空洞部と、
放射スペクトルの展開を分析するための光学分光器を備える、イオン化されたガスの分析デバイスとを備える、ガス分析システム。
【請求項２】
前記カソードは、横断中央穴を囲む周囲横断穴を備える有孔ディスクを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記空洞部の直径ｄは、前記円筒状ボリュームの直径Ｄよりも小さく、前記直径ｄは、分析されるべきガスの圧力に応じて調節され得る、請求項１または２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４】
前記アノードは、前記カソードの前記ディスクの前記中央穴内に挿入される誘電性材料から作製されたマウントによって、前記カソードから絶縁される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
調整デバイスをさらに備え、前記調整デバイスにより、分析されるべきガスの圧力の変動に応じて、前記アノードの供給電圧を制御することが可能となる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記集光システムは、少なくとも１つの収束レンズを備え、それにより、光軸および前記電極の軸は、同一になる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記円筒状ボリュームの対向側の前記空洞部の端部が、前記プラズマにより発せられる前記光放射に対して透過性である窓によって遮られる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記円筒状ボリュームの対向側の前記空洞部の前記端部は、前記プラズマにより発せられる前記光放射に対して透過性であるレンズによって遮られる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記空洞部は、前記光放射の経路が同一方向となるように、ポンプ移動されるガスの流れとは逆側に、前記円筒状ボリュームの端部上に配設される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
発光分光器とコンピュータとを備えるイオン化ガス分析デバイスを備え、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガス分析システムに接続される、二次真空内に保持されるガスを収容する少なくとも１つのエンクロージャを含むプラズマ・ベース半導体製造機械であって、前記発光分光器およびコンピュータは、コンパクトな一体型制御システムを構築するために共有ケーシング内に配置され、ガス分析結果に応じて当該機械と連係作動するように当該機械に接続されることを特徴とする、プラズマ・ベース半導体製造機械。
【請求項１】
二次真空のオーダの圧力下においてガスを分析するためのガス分析システムにおいて、
ガス・イオン化デバイスを含み、前記ガス・イオン化デバイスは、
円筒状ボリュームを画成する導電性壁部と、少なくとも１つの中央貫通穴を有するディスクとを有するカソードと、
前記穴の実質的に中央に配置されるアノードと、
電場、および前記電場に対して直交する磁場の作用の組合せにより前記円筒状ボリューム中で生成されるプラズマのプラズマ発生源とを備え、前記ガス分析システムはさらに、
前記プラズマにより発せられる光放射を集めるシステムと、
前記円筒状ボリュームのコンダクタンスよりも低いコンダクタンスを有し、前記イオン化デバイスと前記集光システムとの間に配置される、前記アノードと同軸の円筒状空洞部と、
放射スペクトルの展開を分析するための光学分光器を備える、イオン化されたガスの分析デバイスとを備える、ガス分析システム。
【請求項２】
前記カソードは、横断中央穴を囲む周囲横断穴を備える有孔ディスクを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記空洞部の直径ｄは、前記円筒状ボリュームの直径Ｄよりも小さく、前記直径ｄは、分析されるべきガスの圧力に応じて調節され得る、請求項１または２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４】
前記アノードは、前記カソードの前記ディスクの前記中央穴内に挿入される誘電性材料から作製されたマウントによって、前記カソードから絶縁される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
調整デバイスをさらに備え、前記調整デバイスにより、分析されるべきガスの圧力の変動に応じて、前記アノードの供給電圧を制御することが可能となる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記集光システムは、少なくとも１つの収束レンズを備え、それにより、光軸および前記電極の軸は、同一になる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記円筒状ボリュームの対向側の前記空洞部の端部が、前記プラズマにより発せられる前記光放射に対して透過性である窓によって遮られる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
前記円筒状ボリュームの対向側の前記空洞部の前記端部は、前記プラズマにより発せられる前記光放射に対して透過性であるレンズによって遮られる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記空洞部は、前記光放射の経路が同一方向となるように、ポンプ移動されるガスの流れとは逆側に、前記円筒状ボリュームの端部上に配設される、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
発光分光器とコンピュータとを備えるイオン化ガス分析デバイスを備え、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガス分析システムに接続される、二次真空内に保持されるガスを収容する少なくとも１つのエンクロージャを含むプラズマ・ベース半導体製造機械であって、前記発光分光器およびコンピュータは、コンパクトな一体型制御システムを構築するために共有ケーシング内に配置され、ガス分析結果に応じて当該機械と連係作動するように当該機械に接続されることを特徴とする、プラズマ・ベース半導体製造機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１０−５３７２１１（Ｐ２０１０−５３７２１１Ａ）
【公表日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２２２８４（Ｐ２０１０−５２２２８４）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５９６１４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２７１５６
【国際公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（３９１０３０３３２）アルカテル−ルーセント (1,149)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５９６１４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０２７１５６
【国際公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【出願人】（３９１０３０３３２）アルカテル−ルーセント (1,149)
【Ｆターム（参考）】
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