專利名稱：半導(dǎo)體制造工藝用吸光分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用激光測定氣體中的水分量的裝置。例如本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體制造 生產(chǎn)線中為了將工藝氣體中的水分濃度抑制在一定值以下而用于持續(xù)監(jiān)視水分量的半導(dǎo) 體制造工藝用吸光分析裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造工藝中，對半導(dǎo)體襯底(硅晶片)表面進(jìn)行各種微細(xì)加工及處理。此 時，使用蝕刻氣體、外延成長用的反應(yīng)氣體、CVD (化學(xué)氣相成長)用的反應(yīng)氣體等多種工藝 氣體(process gas)。公知有當(dāng)這些工藝氣體中含有水分時，則工藝氣體和水分、或襯底表 面和水分發(fā)生反應(yīng)，生成不需要的副生成物，其結(jié)果是所制造的半導(dǎo)體的成品率顯著降低。
因此，在半導(dǎo)體制造工藝中，為了確保處理的穩(wěn)定性，探討了在半導(dǎo)體制造裝置上 安裝工藝監(jiān)視器。作為其一例提案有在半導(dǎo)體制造裝置的工藝氣體的排出口安裝監(jiān)視器， 通過監(jiān)視廢氣的成分，掌握半導(dǎo)體制造工藝的狀態(tài)，由此，無論在加載室內(nèi)還是加載時都能 夠提高成品率，實(shí)現(xiàn)處理的穩(wěn)定化。通常，作為工藝氣體，多使用反應(yīng)性高的氣體，因此，其廢氣中混有腐蝕性高的氣 體、未反應(yīng)物、水分等反應(yīng)性副生成物等各種物質(zhì)，在監(jiān)視廢氣的情況下，在其測定系統(tǒng)需 要進(jìn)行硬件方面及軟件方面的應(yīng)對。作為廢氣的監(jiān)視器，水分監(jiān)視特別重要。作為對工藝氣體中含有的水分濃度進(jìn)行 計測的方法，例如已知有計測水晶振動器的頻率變化的水晶振蕩式、及吸附氣體中的水分 并計測靜電電容變化的靜電電容式。另外，還提案有使用波長可變型的激光并利用紅外線 吸收分光法測定水分濃度的激光水分計(參照特開平5-99845號公報、特開平11-183366 號公報)。上述的激光水分計中，向采樣單元內(nèi)導(dǎo)入采樣氣體，向采樣單元入射具有規(guī)定波 長的激光，通過對所透過的激光進(jìn)行解析，根據(jù)在水分的吸收波長下的激光的強(qiáng)度來檢測 水分濃度。由于傳感器部可對測定對象氣體以非接觸的方式進(jìn)行測定，因此，與水晶振蕩式 及靜電電容式的結(jié)構(gòu)不同，其特征在于，也可以適用于腐蝕性氣體，響應(yīng)時間快。另外，在上述的激光水分計的廢氣分析用單元中，為提高分析靈敏度，使用 Whith式、及在對置的兩個反射鏡間進(jìn)行多次反射的Herriott式(參照D. R. Herriott, H. Kogelnik, and R. Kompfer, Appl. Opt. 3, 523 (1964))等。在半導(dǎo)體制造工藝的廢氣中含有各種物質(zhì)，其付著于水分計的單元(力 > )中的 反射鏡及窗上，成為光學(xué)系的反射率及透射率低下的原因，以分析靈敏度降低為問題點(diǎn)進(jìn) 行舉例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在半導(dǎo)體制造工藝的廢氣監(jiān)視器所使用的水分計的靈敏度降 低得以抑制。
廢氣中的各種物質(zhì)內(nèi)對水分計的分析靈敏度降低影響最大的是顆粒(粉末體物 質(zhì))。顆粒連續(xù)地產(chǎn)生是比較稀有的，多在打開了加載互鎖真空室和處理室之間的閘閥之 后、及導(dǎo)入了反應(yīng)氣體之后等特定的定時引起。于是，本發(fā)明中，使得對水分濃度測定造成 影響的顆粒沒有混入。本發(fā)明的半導(dǎo)體制造工藝用吸光分析裝置具備與半導(dǎo)體制造工藝的處理室的 排氣流路連接的流路切換機(jī)構(gòu)、和經(jīng)由所述流路切換機(jī)構(gòu)與所述排氣流路連接的吸光分析 計。所述吸光分析計是多重反射型水分濃度計測用吸光分析計，其測定工藝氣體中的 水分濃度，具備使從所述排氣流路排出的工藝氣體流通的單元及光學(xué)系，該光學(xué)系使來自 激光光源的激光在所述單元內(nèi)多重反射，檢測所述單元內(nèi)的工藝氣體的吸光度變化。所述流路切換機(jī)構(gòu)的構(gòu)成為，在經(jīng)由所述吸光分析計的所述單元排氣的計測用流 路和不經(jīng)由所述單元排氣的旁通流路之間切換并連接所述排氣流路。由此，在顆粒的產(chǎn)生達(dá)到一定水平以上的情況下，顆粒濃度高的廢氣通過旁通流 路，防止顆粒付著在分析計內(nèi)的光學(xué)元件面上，由此可抑制靈敏度降低，可高精度地測定水 分濃度。優(yōu)選處理室內(nèi)具備計測工藝氣體中包含的顆粒的顆粒計數(shù)器。流路切換機(jī)構(gòu)可將 顆粒計數(shù)器的顆粒數(shù)的測定結(jié)果作為流路切換的判斷基準(zhǔn)使用。為自動地防止顆粒向分析計的混入，具備所述流路切換機(jī)構(gòu)、與所述顆粒計數(shù)器 及所述吸光分析計可進(jìn)行通信地連接的控制部，控制部在檢測到工藝氣體中有一定濃度以 上的顆粒的情況下，自動地切換流路切換機(jī)構(gòu)，將排氣流路與不經(jīng)由所述分析計而排氣的 旁通流路連接，可以防止顆粒付著在分析計內(nèi)。由此，能夠自動地防止顆粒向分析計的混 入，從而操作簡單。


圖1是表示一實(shí)施例的概略圖；圖2是表示多重反射型水分濃度計測用吸光分析計的一實(shí)施例的概略剖面圖。符號說明4吹掃氣體導(dǎo)入口5光源室6光源部7、8反射鏡9檢測部12吹掃氣體排出口13連接器14多重反射單元15、16 反射鏡17a、17b 凸緣18試樣氣體導(dǎo)入口19試樣氣體排出口.
20a光透射窗25控制部31晶片盒33 晶片35加載互鎖真空室37 閘閥39反應(yīng)室(處理室)41 閥43真空計45顆粒計數(shù)器47主排氣泵49、53 切換閥50流路切換機(jī)構(gòu)51分析計55、57 干式泵59控制部
具體實(shí)施例方式下面，說明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是半導(dǎo)體制造工藝監(jiān)視用吸光分析裝置的概略圖。晶片盒31所收容的硅晶 片33被放入用于使其移行到減壓環(huán)境的加載互鎖真空室35。在加載互鎖真空室35連接有 干式泵57，從而可將其內(nèi)部減壓。加載互鎖真空室35經(jīng)由閘閥37與對硅晶片進(jìn)行工藝氣體處理的反應(yīng)室(處理 室)39連接。閘閥37在加載互鎖真空室35的壓力是可向反應(yīng)室39內(nèi)移送晶片的壓力(通 常IOOmTorr 50mTorr)下被打開。在反應(yīng)室39的排氣口直接連接有可將反應(yīng)室39排氣至高真空度的主排氣泵47、 在主排氣泵47下游所配置的低真空的粗抽真空用干式泵55。主排氣泵47和干式泵55均 用于將反應(yīng)室39內(nèi)減壓。在反應(yīng)室39，用于等離子體處理的各種反應(yīng)氣體類經(jīng)由閥41被供給，就可對晶片使用各種工藝氣體進(jìn)行處理。另外，在反應(yīng)室39連接有真空計43和顆粒計數(shù)器45。真空 計43計測真空室39內(nèi)的真空度，顆粒計數(shù)器45可計測反應(yīng)室39內(nèi)的顆粒數(shù)量。在主排氣泵47和干式泵55之間連接有流路切換機(jī)構(gòu)50。流路切換機(jī)構(gòu)50具備 在主排氣泵47所配置的切換閥49和在干式泵55側(cè)所連接的切換閥53。切換閥49與分析 計51的單元的試樣氣體導(dǎo)入口連接，切換閥53與同單元的排出口連接，并且，在兩切換閥 49、53之間連接有短路流路。兩切換閥49、53在構(gòu)成將來自反應(yīng)室39的廢氣經(jīng)由分析計 51的單元而被排氣的計測用流路的狀態(tài)、和構(gòu)成不經(jīng)由分析計51的單元而兩切換閥49、53 間短路的旁通流路的狀態(tài)之間被切換。作為切換閥49、53，可使用三通閥(例如Swagelock 社的 SS68-XTF32)等?？刂撇?9與顆粒計數(shù)器45、流路切換機(jī)構(gòu)50及分析計51連接，可進(jìn)行通信。
作為分析計51使用多重反射型水分濃度計測用吸光分析計。其次，對作為分析計 51所使用的多重反射型水分濃度計測用吸光分析計進(jìn)行說明。圖2是吸光分析計的概略剖 面圖。在導(dǎo)入試樣氣體的多重反射單元14的內(nèi)側(cè)兩端，為了多重反射所入射的激光而 配置有對置的一對凹面反射鏡15、16。反射鏡15、16分別安裝于凸緣17a、17b上。照射激光的光源室5與單元14的反射鏡16側(cè)的凸緣17b鄰接地配置。在反射鏡16和凸緣17b上設(shè)有用于激光的入射和射出的光透射窗20a，在與該光透射窗20a對應(yīng) 的光源室5的壁面也設(shè)有用于激光的入射和射出的光透射窗24。在光透射窗20a和24之 一方或兩方嵌入由相對于激光有透射性的石英板等構(gòu)成的窗板，將單元14和光源室5之間 氣密密封。在光源室5的內(nèi)部具備光源部6、使從光源部6照射的激光反射并從光透射窗 24、20a導(dǎo)入單元14內(nèi)的反射鏡7、由光敏二極管等構(gòu)成的檢測部9、將在單元14內(nèi)由反射 鏡15、16多重反射并從光透射窗20a、24所射出的激光導(dǎo)向檢測部9的反射鏡8。作為光源部6的光源使用激光光源。這是由于，在鹵素?zé)舻葻艄庠粗?，在反射鏡 15、16之間多重反射時光束的發(fā)散增大，不能取出充分的光量。光源部6和檢測部9經(jīng)由設(shè)于光源室5的側(cè)面的連接器13與以一定的掃描頻率 掃描激光的波長的控制部25連接?？刂撇?5與圖1的控制部59連接。在單元14設(shè)有導(dǎo)入試樣氣體的試樣氣體導(dǎo)入口 18和排出試樣氣體的試樣氣體排 出口 19。試樣氣體導(dǎo)入口 18和試樣氣體排出口 19分別與圖1的切換閥49和切換閥53連接。在光源室5，為了將光源室5內(nèi)確保干燥狀態(tài)，設(shè)置有導(dǎo)入吹掃氣體的吹掃氣體導(dǎo) 入口 4和排出吹掃氣體的吹掃氣體排出口 12，N2等干氣體從吹掃氣體導(dǎo)入口 4導(dǎo)入，從吹 掃氣體排出口 12排出。其次說明該實(shí)施例的動作。[半導(dǎo)體制造工藝]晶片33從晶片盒31被移送(運(yùn)送)到加載互鎖真空室35。將收容晶片33的加 載互鎖真空室35內(nèi)減壓至可以將晶片33移送到反應(yīng)室39內(nèi)的壓力(通常lOOmTorr 50mTorr)。在加載互鎖真空室35減壓后，將與反應(yīng)室39之間隔開的閘閥37打開，將晶片 移送到反應(yīng)室39內(nèi)。反應(yīng)室39的壓力在導(dǎo)入晶片時有若干的壓力變動，因此，通過主排氣泵47使其降 低至規(guī)定壓力(數(shù)mTorr 數(shù)百μ Torr)。之后，通過將反應(yīng)性氣體類經(jīng)由閥41導(dǎo)入反應(yīng) 室39且使等離子體點(diǎn)火，由此對晶片進(jìn)行等離子體處理。在反應(yīng)室39內(nèi)，在由晶片表面和等離子體所激勵的反應(yīng)氣體、所激勵的多個反應(yīng) 氣體間等復(fù)雜的反應(yīng)系下進(jìn)行處理。在進(jìn)行工藝處理時，反應(yīng)室39內(nèi)的氣體通過主排氣泵 47持續(xù)排氣，經(jīng)由分析計51監(jiān)視水分，同時將不需要的物質(zhì)(例如未反應(yīng)氣體、反應(yīng)生成 物、自由基等)排出除去。[水分濃度計測]圖2中，干氣體從光源室5的吹掃氣體導(dǎo)入口 4導(dǎo)入，從吹掃氣體排出口 12排出。 理想的是以光源室5的內(nèi)部不會付著水分等成分的方式充分地進(jìn)行吹掃并減壓。作為試樣氣體的工藝氣體從單元14的試樣導(dǎo)入口 18流入，進(jìn)行工藝氣體中的水分的測定。從光源室5內(nèi)的光源部6射出的激光由反射鏡7反射，使其朝向多重反射單元 14。激光在通過了光透射窗24、20a后，向?qū)χ门渲玫姆瓷溏R15、16內(nèi)入射，首先向反射鏡 15入射。之后，在反射鏡15和反射鏡16之間重復(fù)多重反射。多重反射后的激光從光透射 窗20a、24取出，向光源室5內(nèi)的反射鏡8入射并被反射，且入射到檢測部9并進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換，從而測定水分濃度。水分濃度根據(jù)在單元14內(nèi)的激光的光量的衰減求取。[流路切換]通過與反應(yīng)室39連接的顆粒計數(shù)器45對反應(yīng)室39內(nèi)的氣體中的顆粒數(shù)進(jìn)行計 測，在計測到一定水平以上的顆粒數(shù)的情況下，切換流路切換機(jī)構(gòu)50，使來自反應(yīng)室39的 廢氣流向不經(jīng)由分析計51的旁通流路。作為切換流路切換機(jī)構(gòu)50的判定基準(zhǔn)的顆粒數(shù)或 顆粒濃度可以通過試驗(yàn)預(yù)先確定。半導(dǎo)體制造工藝中的廢氣中含有各種物質(zhì)，但通過計測水分濃度，可以判斷工藝 是否適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。本實(shí)施例中，在主排氣泵47和分析計51之間設(shè)置由切換閥49、53，可使來自反應(yīng) 室39的廢氣選擇流向經(jīng)過分析計51的計測用流路或不經(jīng)過分析計51的旁通流路。由此， 可根據(jù)與各半導(dǎo)體制造工藝及監(jiān)視的特性相適應(yīng)的定時和量(時間控制)將采樣氣體導(dǎo)入 分析計51。就切換閥49、53的切換而言，將由反應(yīng)室39所安裝的顆粒計數(shù)器45得到的計測 結(jié)果反饋給控制部59而實(shí)時地決定流路切換的定時也可。另外，進(jìn)行模擬測試，根據(jù)顆粒 計數(shù)器的計測結(jié)果預(yù)先求出切換閥49、53的切換定時，在該預(yù)先求出的定時手動或自動切 換切換閥49、53也可。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體制造工藝用吸光分析裝置，其具備流路切換機(jī)構(gòu)，其與半導(dǎo)體制造工藝的處理室的排氣流路連接；多重反射型水分濃度計測用吸光分析計，其是經(jīng)由所述流路切換機(jī)構(gòu)與所述排氣流路連接的吸光分析計，該吸光分析計具備使從所述排氣流路排出的工藝氣體流通的單元、及使來自激光光源的激光在所述單元內(nèi)多重反射而對所述單元內(nèi)的工藝氣體的吸光度變化進(jìn)行檢測的光學(xué)系統(tǒng)，由此對工藝氣體中的水分濃度進(jìn)行測定，其特征在于，所述流路切換機(jī)構(gòu)按照將所述排氣流路在經(jīng)由所述吸光分析計的所述單元而被排氣的計測用流路和不經(jīng)由所述單元而被排氣的旁通流路之間切換并連接的方式構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的吸光分析裝置，其中，所述處理室內(nèi)具備對工藝氣體中包含的顆粒進(jìn)行計測的顆粒計數(shù)器。
3.如權(quán)利要求2所述的吸光分析裝置，其中，具備與所述流路切換機(jī)構(gòu)、所述顆粒計數(shù)器及所述吸光分析計按可通信的方式連接的 控制部，所述流路切換機(jī)構(gòu)在工藝氣體中的水分濃度測定中將所述排氣流路與所述計測用流 路連接，所述控制部在所述顆粒計數(shù)器檢測到工藝氣體中有一定量以上的顆粒時，將所述流路 切換機(jī)構(gòu)切換為所述旁通流路。
4.如權(quán)利要求1所述的吸光分析裝置，其中，在所述排氣流路直接連接有在所述處理室側(cè)所配置的主排氣泵和在所述主排氣泵的 下游所配置的粗抽真空用泵，所述流路切換機(jī)構(gòu)配置在所述主排氣泵和粗抽真空用泵之間。
5.如權(quán)利要求4所述的吸光分析裝置，其中，所述流路切換機(jī)構(gòu)具備在主排氣泵側(cè)所配置的第一切換閥和在所述干式泵側(cè)所連接 的第二切換閥，第一切換閥與所述單元的氣體導(dǎo)入口連接，第二切換閥與所述單元的排出 口連接，并且，在兩切換閥間連接有短路流路，通過兩切換閥的切換，將所述計測用流路作為來自所述處理室的廢氣經(jīng)由所述單元的 流路而構(gòu)成，將所述旁通流路作為來自所述處理室的廢氣不經(jīng)由所述單元而經(jīng)由兩切換閥 間的短路流路的流路而構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體制造工藝用吸光分析裝置，其具備與半導(dǎo)體制造工藝的處理室的排氣流路連接的流路切換機(jī)構(gòu)和多重反射型水分濃度計測用吸光分析計，該吸光分析計使來自激光光源的激光在單元內(nèi)多重反射，檢測單元內(nèi)的氣體的吸光度變化，并測定該氣體中的水分濃度。所述流路切換機(jī)構(gòu)將所述排氣流路在經(jīng)由所述單元而被排氣的計測用流路和不經(jīng)由所述單元而被排氣的旁通流路之間進(jìn)行切換并連接。
文檔編號H01L21/00GK101814425SQ201010121550
公開日2010年8月25日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者守屋剛, 山涌純, 秋山修, 秋本雅司 申請人:株式會社島津制作所;東京毅力科創(chuàng)株式會社