(57)【要約】【課題】プロセスチャンバーの内部で発生したパーティクルによって、ガスフローセルの両端にあるミラーや光学窓等の表面が汚染されることがなく、正確な高感度ガス分析を継続して行なうことが可能なガスフローセルを提供する。【解決手段】  長軸方向のほぼ中心に試料ガス導入口１８を１個、長軸方向に直交する方向に沿って設けたＴ型のガスフローセル１ａと、ガスフローセル１ａからの光学的情報を電気信号に変換する光電変換室７５とを備える。【選択図】      図１
2010217031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長軸方向のほぼ中心に試料ガス導入口を１個、前記長軸方向に直交する方向に沿って設けてＴ型としたことを特徴とする光学式ガス分析システム用のガスフローセル。
【請求項２】
前記長軸方向を長手方向とし、前記試料ガス導入口をＴ型に分岐するように配置した筒状のセルボディと、
該セルボディの両端にそれぞれ設けられた第１及び第２フランジと、
前記第１フランジの前記第２フランジに対向する表面に設けられた第１セルミラーと、
該第１セルミラーに対向するように、前記第２フランジの表面に設けられた第２セルミラー
とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光学式ガス分析システム用のガスフローセル。
【請求項３】
長軸方向を長手方向とし、前記長軸方向のほぼ中心に、前記長軸方向にクロス型に分岐するように、前記試料ガス導入口及び試料ガス排出口のそれぞれを、前記長軸方向に直交する方向に沿ってほぼ直線状に設けた筒状のセルボディと、
該セルボディの両端にそれぞれ設けられた第１及び第２フランジと、
前記第１フランジの前記第２フランジに対向する表面に設けられた第１セルミラーと、
該第１セルミラーに対向するように、前記第２フランジの表面に設けられた第２セルミラー
とを備えることを特徴とする光学式ガス分析システム用のガスフローセル。
【請求項４】
長軸方向のほぼ中心に試料ガス導入口を１個、前記長軸方向に直交する方向に沿って設けたＴ型のガスフローセルと、
該ガスフローセルからの光学的情報を電気信号に変換する光電変換室
とを備えることを特徴とする光学式ガス分析システム。
【請求項５】
前記ガスフローセルが、
前記長軸方向を長手方向とし、前記試料ガス導入口をＴ型に分岐するように配置した筒状のセルボディと、
該セルボディの両端にそれぞれ設けられた第１及び第２フランジと、
前記第１フランジの前記第２フランジに対向する表面に設けられた第１セルミラーと、
該第１セルミラーに対向するように、前記第２フランジの表面に設けられた第２セルミラー
とを更に備えることを特徴とする請求項４に記載の光学式ガス分析システム。
【請求項６】
長軸方向を長手方向とし、前記長軸方向のほぼ中心に、前記長軸方向にクロス型に分岐するように、前記試料ガス導入口及び試料ガス排出口のそれぞれを前記長軸方向に直交する方向に沿ってほぼ直線状に設けた筒状のセルボディ、該セルボディの両端にそれぞれ設けられた第１及び第２フランジ、前記第１フランジの前記第２フランジに対向する表面に設けられた第１セルミラー、該第１セルミラーに対向するように、前記第２フランジの表面に設けられた第２セルミラーを有するクロス型ガスフローセルと、
前記ガスフローセルからの光学的情報を電気信号に変換する光電変換室
とを備えることを特徴とする光学式ガス分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式ガス分析システムに係り、特に半導体製造装置等のガスを用いるプロセスチャンバーのインライン型分析システムに適した光学式ガス分析システム及び光学式ガス分析システムに用いるガスフローセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエリオット（Herriot）式の多重反射セルには、図１１及び図１２に示すように、対向する２個の第１セルミラー４１、第２セルミラー４２をセルボディ５３に取り入れて、第１セルミラー４１に設けられた孔から２個の第１セルミラー４１、第２セルミラー４２間に光を入射させ、光を２個の第１セルミラー４１、第２セルミラー４２間で多重反射させ、多重反射した光が第１セルミラー４１に設けられた孔から出てくるようにしている。図１１に示すガスフローセル１ｘでは、試料の置換をスムーズにするために、ガス試料の試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９を対角線方向に設けている（特許文献１参照。）。図１２に示すガスフローセル１ｙは、ガス試料の試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９がセルボディ５３の同一側に配置しているが、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９は、共にセルボディ５３の両端に近い部分に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５８００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１１及び図１２に示したように、ガス試料の試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９とが対角線方向、或いは、両端に近い部分に配置された場合は、半導体製造プロセスのように、試料ガス中にパーティクル（粒子状物質）が存在した場合、試料ガス導入口１８の枝管、或いは、試料ガス排出口１９の枝管と第１セルミラー４１、第２セルミラー４２が近いために、第１セルミラー４１、第２セルミラー４２表面にパーティクルが付着し易い。パーティクルが第１セルミラー４１、第２セルミラー４２表面に付着すると、多重反射のゆえに、第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の実効反射率が低下し、感度が低下する。
【０００５】
図１１及び図１２においては、エリオット式の多重反射セルについて説明したが、ホワイト（White）式の多重反射型吸光光度式のガス分析システム等他の吸光光度式ガス分析システムでも同様であり、より一般には、発光式、蛍光式等の吸光光度式ガス分析システム以外の光学方式のガス分析システムにおいて、半導体製造プロセスのように、試料ガス中にパーティクル（粒子状物質）が存在した場合、入り口の枝管、或いは、出口枝管に近い、ミラーや光学窓等の表面にパーティクルが付着し易い問題がある。
【０００６】
特に、多重反射型吸光光度式のガス分析システム等、光を多重反射させる方式のガス分析システムにおいては、反射回数のベキ乗となって、実効反射率が低下するので大きな感度低下が起こり、ほんの少しのパーティクル付着でも、実質的に出射光量がゼロ近くに低下することになる。
【０００７】
上記問題点を鑑み、本発明は、プロセスチャンバーの内部で発生したパーティクルによって、ガスフローセルの両端にあるミラーや光学窓等の表面が汚染されることがなく、感度の低下が起きず、その結果、正確な高感度ガス分析を継続して行なうことが可能で、プロセスチャンバー内の正確なインラインモニタリングを行なうことができる光学式ガス分析システム及びこれに用いるガスフローセルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、長軸方向のほぼ中心に試料ガス導入口を１個、長軸方向に直交する方向に沿って設けてＴ型とした光学式ガス分析システム用のガスフローセルであることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の態様は、 （イ）長軸方向を長手方向とし、長軸方向のほぼ中心に、長軸方向にクロス型に分岐するように、試料ガス導入口及び試料ガス排出口のそれぞれを、長軸方向に直交する方向に沿ってほぼ直線状に設けた筒状のセルボディと、（ロ）このセルボディの両端にそれぞれ設けられた第１及び第２フランジと、（ハ）第１フランジの第２フランジに対向する表面に設けられた第１セルミラーと、（ニ）この第１セルミラーに対向するように、第２フランジの表面に設けられた第２セルミラーとを備える光学式ガス分析システム用のガスフローセルであることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第３の態様は、（イ）長軸方向のほぼ中心に試料ガス導入口を１個、長軸方向に直交する方向に沿って設けたＴ型のガスフローセルと、（ロ）ガスフローセルからの光学的情報を電気信号に変換する光電変換室とを備える光学式ガス分析システムであることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第４の態様は、（イ）長軸方向を長手方向とし、長軸方向のほぼ中心に、長軸方向にクロス型に分岐するように、試料ガス導入口及び試料ガス排出口のそれぞれを長軸方向に直交する方向に沿ってほぼ直線状に設けた筒状のセルボディ、このセルボディの両端にそれぞれ設けられた第１及び第２フランジ、第１フランジの第２フランジに対向する表面に設けられた第１セルミラー、この第１セルミラーに対向するように、第２フランジの表面に設けられた第２セルミラーを有するクロス型ガスフローセルと、（ロ）ガスフローセルからの光学的情報を電気信号に変換する光電変換室とを備える光学式ガス分析システムであることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プロセスチャンバーの内部で発生したパーティクルによって、ガスフローセルの両端にあるミラーや光学窓等の表面が汚染されることがなく、感度の低下が起きない。その結果、正確な高感度ガス分析を継続して行なうことが可能であるので、プロセスチャンバー内の正確なインラインモニタリングを行なうことができる光学式ガス分析システム及びこれに用いるガスフローセルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学式ガス分析システムを用いたインライン型分析システムの構造の概略を説明する模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光学式ガス分析システムの構造の概略を説明する模式的な一部断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光学式ガス分析システムに用いるＴ型ガスフローセルの構造の概略を説明する模式的断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光学式ガス分析システムを用いたインライン型分析システムの構造の概略を説明する模式図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光学式ガス分析システムの構造の概略を説明する模式的な一部断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光学式ガス分析システムに用いるクロス型ガスフローセルの構造の概略を説明する模式的断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る光学式ガス分析システムに用いるクロス型ガスフローセルにおける試料ガス導入口と試料ガス排出口との中心線のずれを説明する模式的断面図である。
【図８】図７に示したクロス型ガスフローセルの長手方向に垂直な断面図を用いて、本発明の第２の実施の形態に係るクロス型ガスフローセルにおける試料ガス導入口と試料ガス排出口との中心線のなす角度を説明する模式図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の変形例（第１変形例）に係るインライン型分析システムの構造の概略を説明する模式図で、クロス型ガスフローセルの試料ガス導入口をプロセスチャンバーの排気側に直接接続し、試料ガス排出口をゲートバルブの吸気側に接続した態様を示す。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の変形例（第２変形例）に係るインライン型分析システムの構造の概略を説明する模式図で、クロス型ガスフローセルの試料ガス導入口をゲートバルブの排気側に接続し、試料ガス排出口を真空ポンプの吸気側に接続した態様を示す。
【図１１】従来のエリオット式の多重反射セルの構造の概略を説明する模式的な断面図である。
【図１２】従来のエリオット式の多重反射セルの他の構造の概略を説明する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１５】
又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る光学式ガス分析システム（１ａ，７５）は、測定ガスを導入するための試料ガス導入口１８を１個にしたＴ型のガスフローセル（以下において「Ｔ型ガスフローセル」という。）１ａと、Ｔ型ガスフローセル１ａからの光学的情報を電気信号に変換する光源室（光電変換室）７５とで構成された吸光光度式ガス分析システムである。
【００１７】
Ｔ型ガスフローセル１ａは、エリオット式の多重反射セルであり、その詳細は図３を用いて後述するが、試料ガス導入口１８を、Ｔ型ガスフローセル１ａの長軸方向のほぼ中心に、長軸方向に直交する方向に沿って設けて全体としてＴ型の形状をなしている。そして、光学式ガス分析システムを構成するＴ型ガスフローセル１ａの試料ガス導入口１８を、カップリング７をプロセスチャンバー３に直接接続し、インライン型分析システムを構成している。なお、図１では、カップリング７として、Ｏリング形式の真空カップリングを例示しているが、金属ガスケットを用いた真空継ぎ手等、当業者に周知の等価な種々の他の継ぎ手に変更しても構わない。
【００１８】
プロセスチャンバー３はゲートバルブ４ａを介して前置室６に接続され、ゲートバルブ４ｂを介してターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）等の真空ポンプ５に接続される。シリコン（Ｓｉ）や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等のウエハ８は、大気開放時に前置室６にセット（導入）される。前置室６にウエハ８を導入した後、前置室６を図示しない粗引き真空ポンプで予備排気し、所定の圧力に達した時点で、ゲートバルブ４ａを開け、ゲートバルブ４ａを介してプロセスチャンバー３の内部にウエハ８が導入される。プロセスチャンバー３の内部は、ゲートバルブ４ｂを介して真空ポンプ５で真空排気可能になっている。プロセスチャンバー３の内部の圧力は図示を省略した圧力計でモニタされ、且つ、吸光光度式ガス分析システム（１ａ，７５）にて、例えば、残留水分等の特定ガス成分がモニタされる。プロセスチャンバー３の内部が、所定の到達圧力まで真空ポンプ５で真空排気されたのを確認し、且つ、吸光光度式ガス分析システム（１ａ，７５）にて特定ガス成分が所定のレベル以下になったことを確認した後に、図示を省略したガス導入ポートから反応ガスが導入され、プロセスチャンバー３の内部は、真空ポンプ５で所定の処理圧力に真空排気され、熱反応、プラズマ反応、或いは光反応を用いて、化学的気相堆積（ＣＶＤ）やエッチング等の半導体プロセスが実行される。そして、本発明の第１の実施の形態に係る吸光光度式ガス分析システム（１ａ，７５）は、Ｔ型ガスフローセル１ａを介して、プロセスチャンバー３内のガスを直接モニタして、半導体製造装置等のガスを用いるプロセスチャンバー３内における反応のインラインモニタを行う。
【００１９】
図２に示すように、光源室（光電変換室）７５の内部には、光源７６としてのレーザと、光源７６から出射したレーザ光からなる光束をＴ型ガスフローセル１ａに導入するように反射する光源ミラー７７と、Ｔ型ガスフローセル１ａから戻ってきた光束を反射する光検出器ミラー７８と、検出器ミラー７８で反射された光束を検出し、光情報を電気情報に光電変換する光検出器７９が配置されている。光源７６にレーザを使用するのは、ハロゲンランプなどのランプ光源では、第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の間で多重反射する間に光束の発散が大きくなり、出射孔から充分な光量を取り出せないからである。
【００２０】
光源室（光電変換室）７５にはパージガス導入口７４及びパージガス排出口８１が設けられている。パージガス導入口７４には窒素ガス（Ｎ2）ボンベ７１からの窒素ガスが減圧弁７２により所定の圧力に減圧されて、パージガス供給ライン７３を介して供給される。図２では、光源室（光電変換室）７５内部の窒素ガスパージに関しては、単純な垂れ流し方式で説明している。つまり、パージガス排出口８１側には、圧力付与のバルブは付けていないが、圧力付与のバルブを設けてもよい。
【００２１】
光源７６から出射した光束は、第１フランジ４３に設けられた光透過孔、第１セルミラー４１の裏面に設置してある光透過窓３４を通過して、第１セルミラー４１に設けられた光透過孔からセルボディ５３に入る。光束は、セルボディ５３の反射面を構成する第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の間で多重反射した後、再び光透過孔、光透過窓３４及び光透過孔から出てくる。その後、光検出器７９で光電変換され電気信号となる。この電気信号は光検出器７９に接続されたプリアンプ８０で増幅後、ハーメチックシール形コネクタ１３を介して光源室（光電変換室）７５の外部に取り出され、信号ケーブル２１を介してコントローラ２２に導入される。コントローラ２２の内部において、既知の信号処理回路により増幅、検波されて濃度信号となり、濃度信号を示すスペクトル２４がＣＲＴ２３上に表示される。
【００２２】
図３に示すように、第１の実施の形態に係るＴ型ガスフローセル１ａは、筒状のセルボディ５３と、セルボディ５３の両端を閉じる第１フランジ４３，第２フランジ４４と、第１フランジ４３と一体となって配置された第１セルミラー４１と、第２フランジ４４と一体となった第２セルミラー４２とを備える。第１フランジ４３は、止め付けネジ５４ｃ，５４ｄによりＯリング６５ｄを介してセルボディ５３に固定され、第２フランジ４４は止め付けネジ５４ａ，５４ｂによりＯリング６５ｃを介してセルボディ５３に固定されている。第１セルミラー４１、第２セルミラー４２は、セルボディ５３の中に第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の凹面が向き合うように対向して配置されている。
【００２３】
図３に示すガスフローセル１ａでは、第２セルミラー４２の全体をガイドネジ６７に取り付けた支持台６６に固定し、このガイドネジ６７を回転させて、第２セルミラー４２をスライドさせることで第１セルミラー４１、第２セルミラー４２間の距離を調整できるようになっている。ガイドネジ６７は円柱のシャフトの一部に設けられ、円柱のシャフトは、Ｏリング６５ａ 、６５ｂを介して、真空気密を維持しつつ、第２フランジ４４に設けられた貫通孔中を、第２フランジ４４の面に垂直方向に移動する。
【００２４】
第１フランジ４３には、光透過孔５１ｂが設けられ、更に、第１セルミラー４１の裏面に接して、石英ガラスの光透過窓３４が設けられている。第１フランジ４３に設けられた光透過孔５１ｂ、光透過窓３４を通過し、第１セルミラー４１に設けられた光透過孔５１ａからセルボディ５３内部に光が入る。第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の凹面で多重反射した後、光は、再び光透過孔５１ａ、光透過窓３４及び光透過孔５１ｂを介して外部へ出射する。光透過孔５１ａ及び光透過孔５１ｂは光の入射孔であるとともに、出射孔を兼ねている。
【００２５】
セルボディ５３には測定ガスを導入するための試料ガス導入口１８が、筒状のセルボディ５３のほぼ中央部に設けられている。セルボディ５３の長手方向に対し、試料ガス導入口１８がＴ型に分岐するように配置されている。「ほぼ中央部」とは、第１セルミラー４１と第２セルミラー４２間の距離をＬとしたとき、第１セルミラー４１と第２セルミラー４２間の中央から、
Δ＝±０．２Ｌ
程度までは、ずれの最大限として許容されるという意味である。第１の実施の形態に係るインライン型分析システムにおいては、後述する第２の実施の形態に係るインライン型分析システムに比し、測定ガスの試料ガス導入口１８からの導入時、プロセスチャンバー３の内部において発生したパーティクルが、Ｔ型ガスフローセル１ａに導入される確率は小さい。しかしながら、第１の実施の形態に係るインライン型分析システムにおいても、よりミクロなパーティクルがガスフローセル１ａ内部で試料ガス導入口１８から両端に向かってΔ程度は拡散する恐れがあるからである。パーティクルがガスフローセル１ａ内部で試料ガス導入口１８から両端に向かって拡散する程度は、第１セルミラー４１と第２セルミラー４２間の距離Ｌに依存し、発明者の実験によれば、ほぼ距離Ｌの２０％程度である。
【００２６】
試料ガス導入口１８は、試料ガス導入フランジ１８ａと試料ガス導入枝管１８ｂから構成されている。試料ガス導入口１８は、図１では、カップリング７を介してプロセスチャンバー３に接続される場合を例示しているので、試料ガス導入フランジ１８ａにはＯリング溝が形成されているが、金属ガスケットを用いる場合等、他の真空シール材を用いる場合は、試料ガス導入フランジ１８ａの形状は、対応して変更されるのは勿論である。
【００２７】
図３に示した第１の実施の形態に係るＴ型ガスフローセル１ａは、大気圧から真空領域のものまで、幅広い測定対象ガスを扱うため、分析計内のセルボディ５３は密閉構造をしている。セルボディ５３と第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の材質には、耐腐食性を考慮してステンレス（ＳＵＳ）を使用する。
【００２８】
図１に示したような半導体製造装置等のガスを用いるプロセスチャンバー３のインライン型分析システムにおいては、パーティクルは主として、プロセスチャンバー３の内部において、ウエハ８の表面付近で反応ガスとウエハ８との反応或いは、反応ガスとウエハ８表面に付着した水分などとの反応の結果、発生する。発生したパーティクルは、プロセスチャンバー３の内部から真空ポンプ５で吸引排気され、排気ライン側に流れるため、プロセスチャンバー３のチャンバ壁にカップリング７を介して取り付けられたガスフローセル１ａには、ほとんど、入ってこないので、ガスフローセル１ａに対するパーティクルの影響は少ない。
【００２９】
但し、ウエハ８上部やウエハ８直近のガスを直接測定しているわけではないので、プロセスチャンバー３内のガスを正しくサンプリングしているのか、という問題は残る。しかし、実際にプロセスを開始するのは中真空以上の高真空領域であり、中真空以上の真空レベルでは、プロセスガスの平均自由行程も大きくなるため、プロセスチャンバー３の中央部のガスとＴ型ガスフローセル１ａ内部のガス構成は略等しくなるので問題はない。
【００３０】
例えば、窒素ガス、又は、空気の場合（半導体用のプロセスガスの場合もオーダ的には同レベル）は、気体分子の衝突までに運動する距離を示す、平均自由行程λは、近似的に：
λ＝６．７ｘ１０-1／Ｐ（Ｐａ）［ｃｍ］ ……（１）
で表され、０．１３Ｐａ（＝１ｍＴｏｒｒ）の場合、λ≒５ｃｍ、０．０１３Ｐａ（＝０．１ｍＴｏｒｒ）の場合、λ≒５０ｃｍとなる。
【００３１】
したがって、Ｔ型ガスフローセル１ａのセル長が３０ｃｍ程度であれば、試料ガス導入口１８がセル中心部にある場合は、ガスフローセル１ａの試料ガス導入口１８から第１セルミラー４１まで、或いは試料ガス導入口１８から第２セルミラー４２までの距離は、１５ｃｍとなり、平均自由行程λとほぼ同レベルになるため、プロセスガスは、瞬時にガスフローセル１ａ内部で衝突・置換を行なって均一化されることになる。
【００３２】
その結果、Ｔ型ガスフローセル１ａによって、プロセスチャンバー３内のプロセスガスの正しい吸光分析を行なうことができる。即ち、本発明の第１の実施の形態に係るインライン型分析システムによれば、プロセスチャンバー３の内部で発生したパーティクルによって、Ｔ型ガスフローセル１ａの両端にある、第１セルミラー４１、第２セルミラー４２表面が汚染されることはなく、吸光光度式ガス分析システム（１ａ，７５）の感度の低下が起きない。又、プロセスチャンバー３内と実質的に同等のガス分析を吸光光度式ガス分析システム（１ａ，７５）が行なうことができるので、吸光光度式ガス分析システム（１ａ，７５）は、正確な高感度測定を継続して行なうことができる。
【００３３】
（第２の実施の形態）
図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る光学式ガス分析システムは、測定ガスを導入するための試料ガス導入口１８と測定ガスを排気するための試料ガス排出口１９とを備えるクロス型（十字型）のガスフローセル（以下において「クロス型ガスフローセル」という。）１ｂと、クロス型ガスフローセル１ｂからの光学的情報を電気信号に変換する光源室（光電変換室）７５とで構成されている。
【００３４】
クロス型ガスフローセル１ｂの詳細は図６を用いて後述するが、クロス型ガスフローセル１ｂの長軸方向のほぼ中心に、試料ガス導入口１８及び試料ガス排出口１９を、それぞれ長軸方向に直交する方向に沿ってほぼ直線状に設けてクロス型としている。そして、光学式ガス分析システムを構成するクロス型ガスフローセル１ｂの試料ガス導入口１８をカップリング７ａを介して、プロセスチャンバー３の内部を真空排気する真空ポンプ５の排気側に接続し、試料ガス排出口１９をカップリング７ｂを介して、排気ライン側の真空配管に接続し、インライン型分析システムを構成している。なお、図４では、カップリング７ａ及び７ｂとして、Ｏリング形式の真空カップリングを例示しているが、金属ガスケットを用いた真空継ぎ手等、当業者に周知の等価な種々の他の継ぎ手に変更しても構わないのは、第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
クロス型ガスフローセル１ｂは、エリオット式の多重反射セルであり、光源室（光電変換室）７５に連結され、クロス型ガスフローセル１ｂ及び光源室（光電変換室）７５とで、吸光光度式ガス分析システム（１ｂ，７５）を構成している。
【００３６】
プロセスチャンバー３は第１の実施の形態に係るインライン型分析システムの場合と同様に、ゲートバルブ４ａを介して前置室６に接続され、ゲートバルブ４ｂを介してＴＭＰ等の真空ポンプ５に接続されている。ＳｉやＧａＡｓ等のウエハ８は、大気開放時に前置室６にセット（導入）される。前置室６にウエハ８を導入した後、前置室６を図示しない粗引き真空ポンプで予備排気し、所定の圧力に達した時点で、ゲートバルブ４ａを開け、ゲートバルブ４ａを介してプロセスチャンバー３の内部にウエハ８が導入される。プロセスチャンバー３の内部は、ゲートバルブ４ｂを介して真空ポンプ５で真空排気可能になっている。プロセスチャンバー３の内部の圧力は図示を省略した圧力計でモニタされ、且つ、吸光光度式ガス分析システム（１ｂ，７５）にて、例えば、残留水分等の特定ガス成分がモニタされる。プロセスチャンバー３の内部が、所定の到達圧力まで真空ポンプ５で真空排気されたのを確認し、且つ、吸光光度式ガス分析システム（１ｂ，７５）にて特定ガス成分が所定のレベル以下になったことを確認した後に、図示を省略したガス導入ポートから反応ガスが導入され、プロセスチャンバー３の内部は、真空ポンプ５で所定の処理圧力に真空排気され、熱反応、プラズマ反応、或いは光反応を用いて、ＣＶＤやエッチング等の半導体プロセスが実行される。そして、本発明の第２の実施の形態に係る吸光光度式ガス分析システム（１ｂ，７５）は、クロス型ガスフローセル１ｂを介して、プロセスチャンバー３内のガスを直接モニタして、半導体製造装置等のガスを用いるプロセスチャンバー３の反応のインラインモニタを行う。
【００３７】
光源室（光電変換室）７５の内部には、光源７６としてのレーザと、光源７６から出射したレーザ光からな光束をクロス型ガスフローセル１ｂに導入するように反射する光源ミラー７７と、クロス型ガスフローセル１ｂから戻ってきた光束を反射する光検出器ミラー７８と、検出器ミラー７８で反射された光束を検出し、光情報を電気情報に光電変換する光検出器７９が配置されている。光源室（光電変換室）７５にはパージガス導入口７４及びパージガス排出口８１が設けられている。パージガス導入口７４には窒素ガス（Ｎ2）ボンベ７１からの窒素ガスが減圧弁７２により所定の圧力に減圧されて、パージガス供給ライン７３を介して供給される。図５では、光源室（光電変換室）７５内部の窒素ガスパージに関しては、単純な垂れ流し方式で説明している。つまり、パージガス排出口８１側には、圧力付与のバルブは付けていないが、圧力付与のバルブを設けてもよい。
【００３８】
光源７６から出射した光束は、第１フランジ４３に設けられた光透過孔、第１セルミラー４１の裏面に設置してある光透過窓３４を通過して、第１セルミラー４１に設けられた光透過孔からセルボディ５３に入る。光束は、セルボディ５３の反射面を構成する第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の間で多重反射した後、再び光透過孔、光透過窓３４及び光透過孔から出てくる。その後、光検出器７９で光電変換され電気信号となる。この電気信号は光検出器７９に接続されたプリアンプ８０で増幅後、ハーメチックシール形コネクタ１３を介して光源室（光電変換室）７５の外部に取り出され、信号ケーブル２１を介してコントローラ２２に導入される。コントローラ２２の内部において、既知の信号処理回路により増幅、検波されて濃度信号となり、濃度信号を示すスペクトル２４がＣＲＴ２３上に表示される。
【００３９】
図６に示すように、第２の実施の形態に係るクロス型ガスフローセル１ｂは、セルボディ５３と、セルボディ５３の両端を閉じる第１フランジ４３，第２フランジ４４と、第１フランジ４３と一体となって配置された第１セルミラー４１と、第２フランジ４４と一体となった第２セルミラー４２とを備える。第１セルミラー４１、第２セルミラー４２は、セルボディ５３の中に第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の凹面が向き合うように対向して配置されている。
【００４０】
図６に示すガスフローセル１ｂでは、第２セルミラー４２の全体をガイドネジ６７に取り付けた支持台６６に固定し、このガイドネジ６７を回転させて、第２セルミラー４２をスライドさせることで第１セルミラー４１、第２セルミラー４２間の距離を調整できるようになっている。
【００４１】
第１フランジ４３には、光透過孔５１ｂが設けられ、更に、第１セルミラー４１の裏面に接して、石英ガラスの光透過窓３４が設けられている。第１フランジ４３に設けられた光透過孔５１ｂ、光透過窓３４を通過し、第１セルミラー４１に設けられた光透過孔５１ａからセルボディ５３内部に光が入る。第１セルミラー４１、第２セルミラー４２の凹面で多重反射した後、光は、再び光透過孔５１ａ、光透過窓３４及び光透過孔５１ｂを介して外部へ出射する。光透過孔５１ａ及び光透過孔５１ｂは光の入射孔であるとともに、出射孔を兼ねている。
【００４２】
セルボディ５３には測定ガスを導入するための試料ガス導入口１８と測定ガスを排気するための試料ガス排出口１９が、筒状のセルボディ５３のほぼ中央部にほぼ直線状に設けられている。試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９は、セルボディ５３の長手方向に対し、それぞれがクロス型に分岐するように配置されている。「ほぼ中央部」とは、第１の実施の形態で説明したと同様に、第１セルミラー４１と第２セルミラー４２間の距離をＬとしたとき、第１セルミラー４１と第２セルミラー４２間の中央から、
Δ＝±０．２Ｌ
程度までは、ずれの最大限として許容されるという意味である。半導体製造装置等のガスを用いるプロセスチャンバー３のインライン型分析システムにおいては、測定ガスの試料ガス導入口１８からの導入時、プロセスチャンバー３の内部において発生したパーティクルが、クロス型ガスフローセル１ｂを通過するときに、パーティクルがガスフローセル１ｂ内部で試料ガス導入口１８から両端に向かってΔ程度拡散するからである。
【００４３】
又、「ほぼ直線状」とは、図７に示すように、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のずれδが、
δ＝±０．２Ｌ
程度までは、ずれの最大限として許容されるという意味である。試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のずれδが、±０．２Ｌより大きくなると、試料ガス導入口１８から試料ガス排出口１９に向かうガスの流れが層流からずれるため好ましくない。但し、実際には、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のずれδが、±０．２Ｌ程度でも、若干、試料ガス導入口１８から試料ガス排出口１９に向かうガスの流れの層流からの乱れがあるので、より好ましくは、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のずれδが、±０．１以下である。更に、「ほぼ直線状」とは、図８に示すように、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のなす角度θが±１０°以下であるという意味である。図８はクロス型ガスフローセル１ｂの長手方向に垂直な断面図、即ち、第１セルミラー４１と第２セルミラー４２間の距離Ｌに沿った方向に垂直なクロス型ガスフローセル１ｂの断面図である。試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のなす角度θが±１０°より大きくなると、試料ガス導入口１８から試料ガス排出口１９に向かうガスの流れが層流からずれるため好ましくない。但し、実際には、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のなす角度θが±１０°程度でも、若干、試料ガス導入口１８から試料ガス排出口１９に向かうガスの流れの層流からの乱れがあるので、より好ましくは、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のなす角度θが±５°以下である。
【００４４】
なお、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のずれδが、±０．２Ｌ以下、且つ、試料ガス導入口１８と試料ガス排出口１９との中心線のなす角度θが±１０°以下という態様も「ほぼ直線状」の概念に含まれる。
【００４５】
試料ガス導入口１８は、試料ガス導入フランジ１８ａと試料ガス導入枝管１８ｂから構成され、試料ガス排出口１９は、試料ガス排出フランジ１９ａと試料ガス排出枝管１９ｂから構成されている。図４では、クロス型ガスフローセル１ｂの試料ガス導入口１８をカップリング７ａを介して真空ポンプ５の排気側に接続し、試料ガス排出口１９をカップリング７ｂを介して、排気ライン側の真空配管に接続する場合を例示しているので、試料ガス導入フランジ１８ａ及び試料ガス排出フランジ１９ａには、それぞれＯリング溝が形成されているが、金属ガスケットを用いる場合等、他の真空シール材を用いる場合は、試料ガス導入フランジ１８ａ及び試料ガス排出フランジ１９ａの形状は、対応して変更されるのは勿論である。
【００４６】
図４に示したような第２の実施の形態に係る半導体製造装置等のガスを用いるプロセスチャンバー３のインライン型分析システムにおいても、第１の実施の形態と同様に、パーティクルは主として、プロセスチャンバー３の内部において、ウエハ８の表面付近で反応ガスとウエハ８との反応或いは、反応ガスとウエハ８表面に付着した水分などとの反応の結果、発生する。発生したパーティクルは真空ポンプ５によって吸引排気される。パーティクルを含んだ、排気ガスが、真空ポンプ５を経由して、クロス型ガスフローセル１ｂを通過するときに、パーティクルは若干クロス型のガスフローセル１ｂ内部で両端に向かって、拡散する。前述したように、パーティクルがクロス型のガスフローセル１ｂ内部で、試料ガス導入口１８から両端に向かって拡散する程度は、第１セルミラー４１と第２セルミラー４２間の距離Ｌに依存し、距離Ｌ＝約３０ｃｍの場合、試料ガス導入口１８から約５〜６ｃｍ程度は壁面にパーティクルが付着する。しかしながら、両端にある第１セルミラー４１、第２セルミラー４２は試料ガス導入口１８から充分離れているので、第１セルミラー４１、第２セルミラー４２表面への付着はない。こうして、大部分のパーティクルは、クロス型のガスフローセル１ｂ部を素通りして、試料ガス排出口１９からカップリング７ｂを介して、排気ライン側に出て行く。このため、クロス型のガスフローセル１ｂの両端にある、第１セルミラー４１、第２セルミラー４２表面が汚染されることはなく、感度の低下は起きない。
【００４７】
一方、プロセスガスの排気成分は、プロセスが開始される、中真空領域では（１）式を用いて前述したように、平均自由行程λは大きいので、クロス型ガスフローセル１ｂ内の滞留ガスと瞬時に衝突・置換を繰り返しながら、外部に排出される。したがって、クロス型ガスフローセル１ｂにより、実質的にプロセスチャンバー３内のガスの吸光測定は正しく行われることになる。
【００４８】
その結果、本発明の第２の実施の形態に係るインライン型分析システムによれば、クロス型ガスフローセル１ｂによって、プロセスチャンバー３内のプロセスガスの正しい吸光分析を行なうことができる。又、本発明の第２の実施の形態に係るインライン型分析システムによれば、プロセスチャンバー３の内部で発生したパーティクルによって、クロス型ガスフローセル１ｂの両端にある、第１セルミラー４１、第２セルミラー４２表面が汚染されることはなく、吸光光度式ガス分析システム（１ｂ，７５）の感度の低下が起きない。又、プロセスチャンバー３内と実質的に同等のガス分析を吸光光度式ガス分析システム（１ｂ，７５）が行なうことができるので、吸光光度式ガス分析システム（１ｂ，７５）は、正確な高感度測定を継続して行なうことができる。
【００４９】
図４では、プロセスチャンバー３の排気ラインに、クロス型ガスフローセル１ｂからなる、吸光光度式多重反射型ガス分析システムを２個のカップリング７ａ，７ｂを介して接続した場合を例示したが、クロス型ガスフローセル１ｂ設置箇所は、図４に示す態様に限定されるものではない。例えば、図９に示すように、クロス型ガスフローセル１ｂの試料ガス導入口１８をカップリング７ａを介してプロセスチャンバー３の排気側に直接接続し、試料ガス排出口１９をカップリング７ｂを介してゲートバルブ４ｂの吸気側に接続してもよく、図１０に示すように、クロス型ガスフローセル１ｂの試料ガス導入口１８をカップリング７ａを介してゲートバルブ４ｂの排気側に接続し、試料ガス排出口１９をカップリング７ｂを介して真空ポンプ５の吸気側に接続してもよい。なお、図９及び図１０では、カップリング７ａ，７ｂ，７ｃとして、Ｏリング形式の真空カップリングを例示しているが、金属ガスケットを用いた真空継ぎ手等、当業者に周知の等価な種々の他の継ぎ手に変更しても構わないのは、図１や図４の場合と同様である。
【００５０】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５１】
既に述べた第１及び第２の実施の形態の説明においては、エリオット式の多重反射セルについて説明したが、あくまでも例示であり、ホワイト式の多重反射型吸光光度式のガス分析システム等他の吸光光度式ガス分析システムでも同様であることは勿論である。より一般には、発光式、蛍光式等のガス分析システム等、吸光光度式ガス分析システム以外の種々の光学方式のガス分析システムにおいて、試料ガス中にパーティクルが存在するようなインラインモニタリングにおいて、ミラーや光学窓等の表面にパーティクルが付着し易い問題がある場合に適用可能であることは、上記説明で明らかであろう。
【００５２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ…Ｔ型ガスフローセル
１ｂ…クロス型ガスフローセル
３…プロセスチャンバー
４ａ，４ｂ…ゲートバルブ
５…真空ポンプ
６…前置室
７，７ａ，７ｂ，７ｃ…カップリング
８…ウエハ
１３…ハーメチックシール形コネクタ
１８…試料ガス導入口
１８ａ…試料ガス導入フランジ
１８ｂ…試料ガス導入枝管
１９…試料ガス排出口
１９ａ…試料ガス排出フランジ
１９ｂ…試料ガス排出枝管
２１…信号ケーブル
２２…コントローラ
２３…ＣＲＴ
２４…スペクトル
３４…光透過窓
４１…第１セルミラー
４２…第２セルミラー
４３…第１フランジ
４４…第２フランジ
５１ａ…光透過孔
５１ｂ…光透過孔
５３…セルボディ
５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ…止め付けネジ
６５，６５ｂ，６５ｃ，６５ｄ…Ｏリング
６６…支持台
６７…ガイドネジ
７１…ボンベ
７２…減圧弁
７３…パージガス供給ライン
７４…パージガス導入口
７５…光源室（光電変換室）
７６…光源
７７…光源ミラー
７８…検出器ミラー
７９…光検出器
８０…プリアンプ
８１…パージガス排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010217031.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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