(57)【要約】【課題】専門家の介入を必要とせずに、発光分光によって検査されている気体混合物の組成を自動的かつ迅速に得ることを可能にする。【解決手段】発光分光によって混合物中の気体種を検出する方法であって、分析対象の気体混合物に存在するプラズマ４によって放射される光線を利用し、測定システム２０を使用して、プラズマ４によって放射された前記光線の生の光スペクトルを取得し、生の光スペクトルを基準光スペクトルのライブラリと比較し、該方法は、剪定光スペクトルを生成するステップであって、生の光スペクトルにおいて、所定の形状基準に対応する有効形状を示すスペクトルのゾーンのみを利用するステップを含み、続いて前記剪定スペクトルを基準光スペクトルのライブラリと比較する方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象の気体混合物に存在するプラズマ（４）によって放射される光線を利用し、測定システム（２０）を使用して、プラズマ（４）によって放射された前記光線の生の光スペクトルを採取し、生の光スペクトルを基準光スペクトルのライブラリと比較する、発光分光によって混合物中の気体種を検出する方法であって、該方法は、剪定光スペクトルを生成するステップであって、生の光スペクトルにおいて、所定の形状基準に対応する有効形状を示すスペクトルのゾーンのみを利用するステップを含み、続いて前記剪定スペクトルを基準光スペクトルのライブラリと比較する方法。
【請求項２】
所定の形状基準は、光線の振幅が生の光スペクトルにおける波長の関数として変化する変化率である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
振幅の変化率が所定の変化率の閾値より大きくなるゾーンに近接する生の光スペクトルのゾーンからの剪定光スペクトルから最大振幅値および対応する波長値を取得する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
監視される各気体種に対して少なくとも１つの基準光スペクトルを含む基準光スペクトルのライブラリを確立する前ステップを含み、前記基準光スペクトルは、混合物中の気体種を検出するのに使用される前記測定システム（２０）を使用して監視される気体種のスペクトル分析によって得られ、基準光スペクトルの前記ライブラリを剪定光スペクトルとの比較に使用する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各基準光スペクトルを確立することは、基準光スペクトルを剪定するステップであって、該ステップを通じて、振幅の変化率が、前記基準光スペクトルにおける定められた変化率の閾値より大きいゾーンに近接する基準光スペクトルのゾーンにおける剪定基準光スペクトルに位置する最大振幅値および対応する波長値を利用するステップを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
監視する気体種に対応するスペクトルの部分を剪定光スペクトルから抽出し、前記気体種の剪定光スペクトルの平均強度値を計算し、その経時変化を特定して、記憶するかまたは表示する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
検出対象の気体種を、分析対象の気体混合物が流れる１つの機器の動作状態を表すように選択し、前記選択された気体種の変化をリアルタイムで監視し、前記変化を基準変化データと比較し、基準変化データからずれていれば警告または制御信号を生成する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
分析対象の気体混合物を実現する処理の進行の状態を表す検出対象の気体種を選択し、前記選択された気体種の変化をリアルタイムで監視し、前記変化を該方法に対する基準変化データと比較し、処理に対する基準変化データからずれていれば警告または制御信号を生成する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
検出されるパージガスによって筐体のパージの進行の状態を表す検出対象の気体種を選択し、前記選択された気体種のリアルタイムの変化を監視し、前記変化をパージに対する基準変化データと比較し、パージに対する変化データがパージの終了を示す状態に達したときに警告または制御信号を生成する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
気体混合物は、その純度が監視される気体であり、監視されている気体に対応する剪定スペクトルの平均値を混合物中に存在する他の気体種に対する剪定スペクトルの平均値と比較する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
整備されているチャンバの整備の状態を表す気体種を選択し、整備されている前記チャンバにおける前記選択された気体種の変化をリアルタイムで監視し、前記変化をチャンバ整備に対する基準変化データと比較し、前記選択された気体種に対するデータが、チャンバ整備の終了を示す状態に達したときに警告または制御信号を生成する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
検査対象の気体混合物にプラズマ（４）を生成するためのプラズマ源（３、５、６）と、
プラズマ（４）によって放射される光線をピックアップし、光学的分光計（８）に伝送する手段（７）と、
光学的分光計（８）によって放射される信号を分析するためのコンピュータ（１０）とを備え、
コンピュータ（１０）は、中央ユニット（１１）と、プログラムメモリ（１４ａ）に記録されたプログラムとを備え、
前記プログラムは、前記方法を実施するための一連の命令を含む装置。
【請求項１３】
コンピュータ（１０）のメモリ（１４）は、分析される気体種の基準光スペクトルを含むライブラリゾーン（１４ｂ）を含む請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光分光による混合物中の気体種の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体種を検出するために、分析対象の気体混合物中に存在するプラズマによって放射された光線を利用し、プラズマによって放射された前記光線の光スペクトルを測定し、そこから混合物中の気体種の存在を推定するために光スペクトルを分析する発光分光が既に用いられている。
【０００３】
光スペクトルを分析するステップに用いられる従来の方法は、光スペクトルをリアルタイムで観察し、科学ライブラリに公開され、気体種毎に確立されている光スペクトルと比較するものである。該方法は、各気体種が、光を放射させる励起レベルに達したときに特徴的になるスペクトルの光線を生成することを利用している。したがって、科学ライブラリは、気体種毎の発光スペクトルを含む。各スペクトルは、光線、すなわち紫外線、可視スペクトルおよび赤外線を構成する波長範囲にわたる波長の関数として光強度値をプロットする曲線によって構成される。一般に、気体種の発光スペクトルは、多数のピークまたは「ライン」を示すぎざぎざした曲線である。各ラインは、波長、ならびに光線の強度および／または波長によって特徴づけられる。
【０００４】
知られている装置において、発光スペクトルは、一般には、光学分光計が生成するデータを走査するコンピュータによって観察される。分光計に伴うソフトウェアは、通常、分光計から到来する信号の時間積分に作用し、したがってスペクトルの強度に作用することを可能にする。ソフトウェアは、表示前に平均化されるスペクトルの数にも作用することができるため、ノイズを低減することができる。次いで、ソフトウェアは、瞬間的な発光スペクトルを観察することを可能にし、気体の存在の変化を推定するために、特定のラインの振幅の変化を追跡することを可能にする。気体種Ａの特定に伴う測定スペクトルからの波長λ１におけるラインＡ１の振幅により、気体が単独で存在するときに、その気体の存在の変化を監視することが可能になる。ソフトウェアは、また、スペクトルの減算の如き一定の数の演算を実施することを可能にする。
【０００５】
しかし、それらの従来の技術の欠点は、得られたスペクトルの解釈が困難なことにある。混合物に含まれる気体種または各気体種をすぐに判断することは不可能である。そのため、知られているスペクトルの表を参照し、分析対象のスペクトルにおける知られているスペクトルのラインを認識することを試みることが必要である。文献のスペクトルで第１のラインを識別し、次いで第２の・・・という具合である。
【０００６】
多くの問題、特に以下に記載する問題があるために、スペクトル分析は専門家によって実施される必要がある。
【０００７】
・分析対象のスペクトルにおいて、気体種が真に存在していても、検出されている気体種のラインのいくつかが欠如しうる。これらのラインの存在はプラズマの出力、およびプラズマの他のパラメータに依存するため、特にプラズマが生成される条件の結果として、一定のラインが欠如しうる。
【０００８】
・分析対象のスペクトルにおいて、分光計は、必ず分解能が限られているため、スペクトルラインの特徴波長を正確に把握することがしばしば困難で、それにより考えられる複数の気体種のいずれかにラインを割り当てることが困難になる。これは、極めて密接したラインが存在する際に特に困難である。
【０００９】
・容易に励起される一定の気体種は、それらが発光する励起レベルに達するのに十分なエネルギーを有さないため、対象となる他の気体を表示から遮断しうる。その結果、容易に励起される他の気体種が存在するため、気体種のラインのいくつか、またはすべてが欠如する可能性があり、スペクトルを分析するときにこのことを考慮に入れる必要がある。
【００１０】
・分光計に伴うソフトウェアは、スペクトルの特徴波長における光線の振幅の変化を確実に解釈するのが不可能である。例えば、図３Ａに示される波長λ１のラインＡ１を示す第１の気体種Ａの存在において、ソフトウェアは、波長λ１における振幅の変化を追跡することになる。次いで、第２の気体種Ｂが混合物に導入され、前記第２の気体種が、図３Ｂに示されるように、λ１に近い波長λ２においてラインＢ１を有する場合は、ソフトウェアは、Ａ１からＡ１’までの振幅の増加を検出し、図３Ｃに示されるように、気体種Ａの量の増加を検出するリスクをもたらすのに対して、実際は、波長λ１における振幅の増加を説明するのは気体種Ｂの存在である。これは、単一ラインの振幅に基づいてきた異種の変化を追跡することが安全でないことを示している。複数の追跡ラインは、解釈するのがさらに複雑である。
【００１１】
得られたスペクトルから、混合物における様々な気体種の存在、およびそれらがどのように変化するかに関する情報を抽出するために、上記の問題のすべてを考慮に入れる必要がある。
【００１２】
それらの従来のソリューションは、得られたスペクトルを分析するために、専門家による持続的な介入を必要とし、当該分析は時間がかかって冗長で、例えば分析対象の気体混合物が流れる機器のパラメータのリアルタイムの変化を検出する目的で、リアルタイムで分析を行うことが不可能になる。
【特許文献１】欧州特許出願第０５８４６７６号明細書
【特許文献２】米国特許第５０１４２１７号明細書
【特許文献３】米国特許第５６５８４２３号明細書
【特許文献４】米国特許第６１５７８６７号明細書
【特許文献５】米国特許第６０４６７９６号明細書
【特許文献６】国際公開第０２／４４６９８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が提起する課題は、従来技術のシステムの欠点を回避し、専門家の介入を必要とせずに、発光分光によって検査されている気体混合物の組成を自動的かつ迅速に得ることを可能にすることである。
【００１４】
したがって、本発明は、気体混合物の組成の変化をリアルタイムで追跡することを可能にすることを目的とする。
【００１５】
本発明は、また、発光分光装置によって得られたスペクトルの解釈を自動化することを目的とする。
【００１６】
このために、本発明の基本的な考え方は、意味のある情報をそこから抽出するために、発光分光計によって提供されるスペクトルを計数的に、かつ好ましくはリアルタイムで処理することである。
【００１７】
このために、生の発光スペクトルにおいて、急激な傾斜は、気体種を分析するのに有用な情報を示すものと考えられる。したがって、当該急激に傾斜しているゾーンの近傍に存在することが確認されるスペクトルにおける情報を利用する。
【００１８】
スペクトルは、光線の波長の関数としての光線の強度に対する値のプロットによって構成される。実質的に、光学的分光計によって与えられた結果は、表の集合に含まれ、各表は、サンプリング時点のスペクトルを表す。各表は、一連の強度値群、および対応する同時的な一連の波長値群で構成される。
【００１９】
波長の関数としての光線の強度の急速な変化に対応するゾーンについて、表を検索する。波長の関数としての光線の強度の当該急速な変化に対応する表における各ゾーンについて、急速な強度変化のゾーンの近傍の最大強度値を識別し、前記強度最大値に対応する波長値を識別する。
【００２０】
これは、強度変化が強度変化に対する定められた閾値より大きいゾーンの間近に存在する最大強度値、および対応する波長値のみを含む剪定（ｐｒｕｎｅｄ）光スペクトル表を定める。
【００２１】
この手順によって、最初に分光計のスペクトル範囲を覆う数千の点で構成された生の光スペクトルは、簡素化され、強度変化が強度変化に対する定められた閾値より大きいゾーンに対する最大強度値および対応する波長で構成されるわずか約１００の特徴点を含む剪定光スペクトルに置き換えられる。
【００２２】
強度変化に対する定められた閾値を、スペクトルの剪定が望まれる程度に応じて調整することが可能である。
【００２３】
通常の気体混合物では、生の光スペクトルは、数千の強度値および対応する波長値の一連で構成された表である。数千の値を有する当該表に関する比較は冗長で時間がかかるため、リアルタイムの監視が不可能であることが理解される。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
したがって、これらの目的、および他の目的を達成するために、本発明は、発光分光によって混合物中の気体種を検出する方法であって、分析対象の気体混合物に存在するプラズマによって放射される光線を利用し、測定システムを使用して、プラズマによって放射された前記光線の生の光スペクトルを取得し、生の光スペクトルを基準光スペクトルのライブラリと比較し、該方法は、剪定光スペクトルを生成するステップであって、生の光スペクトルにおいて、所定の形状基準に対応する有効形状を示すスペクトルのゾーンのみを利用するステップを含み、続いて前記剪定スペクトルを基準光スペクトルのライブラリと比較する方法を提供する。
【００２５】
所定の形状基準は、好ましくは、スペクトルに含まれる有用な情報を表す点の数、そしてスペクトルを示す表に保存する必要がある強度値および対応する波長値の数を著しく減少させるように選択される。
【００２６】
実際には、スペクトルは、特に生の光スペクトルにおける波長の関数として光線の振幅が変化する変化率を所定の形状基準として選択することによって、確実に処理される。
【００２７】
このためには、剪定光スペクトルにおいて、振幅の変化率が定められた変化率の閾値より大きくなるゾーンに隣接する生の光スペクトルのゾーンにおける振幅の最大値および対応する波長値を単に利用することによって、遂行することが可能である。
【００２８】
次いで、剪定光スペクトルを、分析対象混合物中に存在しそうな気体種に関する基準光スペクトルと比較することが必要である。
【００２９】
伝達出力、圧力および気体混合物の性質に応じて、気体種は、適切に定められた波長で発光することが可能な励起レベルに達することになる。科学表（ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  ｔａｂｌｅ）は、実験によって確認されたライン、または量子力学によって定められたラインの大半を与える。
【００３０】
その結果、気体種のスペクトルに対する科学表は、各々が大量の情報によって特徴づけられ、所定の機器で実現される測定条件下でそのすべてが必ずしも存在しない完全スペクトルを含む。
【００３１】
本発明は、基準光スペクトルを簡素化するためにもその観察を利用しようとするものである。
【００３２】
このために、監視される各気体種に対して少なくとも１つの基準光スペクトルを含む基準光スペクトルのライブラリを確立する前ステップであって、前記基準光スペクトルは、混合物中の気体種を検出するのに使用される前記測定システムを使用して監視される気体種のスペクトル分析を行うことによって生成される前ステップを提供し、基準光スペクトルの前記ライブラリを剪定光スペクトルとの比較に使用する。
【００３３】
その利点は、前記測定システムを使用して基準光スペクトルを生成することによって、科学表に公表されているスペクトルより少量の特徴データを含む簡素化されたスペクトルが得られ、基準スペクトルが、本発明を実施する測定条件に適応されることである。特に、対象となる気体種の光スペクトルのいくつかのラインが欠如するおそれがあり、当該欠如は、前記測定システムを含む機器にプラズマを生成する実際の条件の結果である。したがって、当該ラインの欠如は、対応する気体種の欠如を示す基準として解釈されるものではない。
【００３４】
その後、本発明は、生の光スペクトルに対して行ったのと同様にして、基準光スペクトルを剪定するステップを提案する。このステップ中は、剪定基準光スペクトルにおいて、振幅の変化率が、前記基準光スペクトルに対する定められた変化率の閾値より大きくなるゾーンに隣接する基準光スペクトルのゾーンに存在する振幅の最大値および対応する波長値のみを利用する。その結果、剪定基準光スペクトルは、数が著しく減少した特徴値を含み、それは、サイズが著しく減少したデータ表に対応する。
【００３５】
次いで、剪定光スペクトルと、同様に剪定される基準光スペクトルとの比較がより容易かつ迅速に行われることが理解されるであろう。
【００３６】
本発明は、また、監視対象の気体種に対応するスペクトルの部分を剪定光スペクトルから抽出し、次いで前記気体種に対する剪定光スペクトルの平均強度値を計算することを提案する。次いで、それが経時的に変化する過程を特定して記憶し、または表示することが可能である。
【００３７】
気体種を検出するその方法は、その速さにより、気体種の検出をリアルタイムで実施し、前記気体種が変化する過程に応じて警告または制御信号を生成できる多くの用途を見いだすことができる。
【００３８】
他の態様において、本発明は、上記の方法を実施するための装置を提供する。当該装置は、検査対象の気体混合物にプラズマを生成するためのプラズマ源と、プラズマによって放射される光線をピックアップし、光学的分光計に伝送する手段と、光学的分光計によって放射される信号を分析するためのコンピュータとを備え、コンピュータは、中央ユニットと、プログラムメモリに記録されたプログラムとを備え、前記プログラムは、前記方法を実施するための一連の命令を含む。
【００３９】
好ましくは、コンピュータメモリは、分析される気体種に対する基準光スペクトルを含むライブラリゾーンを含む。
【００４０】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、特定の実施形態についての以下の説明を読めば明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１に示される実施形態において、本発明による気体種を検出するための装置は、分析対象の気体混合物が流れる機器に付随する。当該機器の例は、半導体または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製造に使用されるような処理チャンバまたは輸送チャンバによって非制限的に構成されうる処理チャンバ１を備える。しかし、該装置を、気体混合物を分析することが望まれる任意の他の機器に適用することも可能である。
【００４２】
図１において、気体混合物は、真空管２を介して真空チャンバ１を出る。
【００４３】
真空管２、または分岐励起筐体３、または実際に真空チャンバ１には、気体混合物を励起してプラズマ４を形成するゾーンが存在する。例として、分岐励起筐体３では、発電機６によって電力が供給される励磁器アンテナ５による電磁励起によってプラズマ４が生成される。他の例としては、発電機６によって電力供給される励磁器アンテナ５の代わりに、マイクロ波生成器を使用する。
【００４４】
プラズマ４によって放射される光線は、ピックアップされ、光学的分光計８に伝送される。伝送は、光ファイバ７によって、または好適なコネクタを介して、または任意の他の光伝送手段を介して実施されうる。
【００４５】
光学的分光計８は、検出された光スペクトルの画像を構成する信号を知られている様式で生成し、ライン９を介してコンピュータ１０に送信する。
【００４６】
模式的に示されているコンピュータ１０は、キーボードの如き入出力手段１２に接続され、スクリーンの如き表示手段１３に接続され、メモリ１４に接続された中央ユニット１１を備える。
【００４７】
メモリ１４は、プログラムが記録されたプログラムゾーン１４ａを含む。
【００４８】
メモリ１４は、基準データを収容するのに好適なライブラリゾーン１４ｂをも含む。
【００４９】
メモリ１４は、光学的分光計８から受け取った生の光スペクトルに対応するデータを記録することが可能な測定メモリゾーン１４ｃを含む。
【００５０】
メモリ１４は、本発明の方法によって生の光スペクトルを処理することによって得られる剪定光スペクトルデータを収容することが可能な結果メモリゾーン１４ｄを含む。
【００５１】
プログラムゾーン１４ａは、特に、本発明の方法を用いたスペクトル剪定のためのプログラムを含む。
【００５２】
該装置の本質的な要素が、図７に模式的に再現されており、ここではプラズマ源３と、光学的分光計の如き光検出器８との組合せによって構成された測定システム２０を見ることができる。
【００５３】
例として、図２に示される光スペクトルについて以下に検討する。図２は、横軸に沿う波長の関数として縦軸に沿う光強度をプロットした曲線である。例えば所定の気体混合物に対応するこの曲線は、多数のピークまたはライン、すなわち極大を形成するゾーンと、極小に対応する同数のゾーンとを有し、いくつかのピークは極めて急傾斜で、他のピークはより緩やかに傾斜していることがわかる。
【００５４】
例として、点Ａから点Ｂに至る曲線の部分を考えてみる。曲線のこの部分では、曲線の傾きが極めて大きく、曲線はほぼ垂直であるため、光強度が波長の関数として変化する変化率は非常に高い。
【００５５】
対照的に、点Ｃと点Ｄの間に位置するゾーンでは、光強度が波長の関数として変化する変化率は、点Ａと点Ｂの間のゾーンにおける変化率より小さい。
【００５６】
これにより、図２に示される曲線において、波長の関数としての強度の高い変化率を示すゾーン、および波長の関数としての強度のより低い変化率を示すゾーンを定めることが可能になる。
【００５７】
図２のスペクトルにおいて、大振幅のピークを実質的に考慮すれば、前記大振幅のピークに対応する振幅値および波長値のみを含む簡素化されたスペクトルを生成することができる。しかし、当該簡素化されたスペクトルは、後に純粋な気体種のスペクトルと確実な比較を行うのに不適切であり、大きな誤差のリスクがあることがわかる。
【００５８】
本発明は、スペクトルを剪定するための別の方法を用いることによって、この誤差のリスクを回避する。
【００５９】
本発明において、スペクトルにおける該当情報は、波長に対する光強度の変化率が定められた閾値より大きいゾーンに存在するものと考えられる。
【００６０】
したがって、図２のスペクトルにおける光強度および波長情報は、定められた閾値より大きい傾きを示す曲線のゾーンの近傍に存在するときに利用される。
【００６１】
これにより、図４または図５の例によって示される形を有する剪定スペクトルが得られる。
【００６２】
剪定スペクトルは、図２の生のスペクトルにおける対象となるゾーンのピーク強度に対応する高さのパルスまたは独立垂直ラインの一連によって構成される。例えば、パルスＥは、図２において認識できるピークＢのラインに対応することがわかるはずである。パルスＥの値は、ピークＢの光強度に対応し、ピークＢの波長に定められる。
【００６３】
図４の剪定スペクトルは、図２の本来の生のスペクトルにおける大振幅のラインに関する情報、例えばピークＢのラインに関する情報をさらに含むことがわかる。
【００６４】
しかし、図４の剪定スペクトルは、例えば５００ナノメートル（ｎｍ）から７３５ｎｍの波長の近傍の小振幅のラインに関するいくつかの情報をも含むことがわかる。
【００６５】
したがって、剪定スペクトルは、それを純粋の気体種に対する基準スペクトルと比較するときに、続いて確実な分析を行うことを可能にする。
【００６６】
十分にシンプルであるが、生のスペクトルからの本質的な情報を含む剪定スペクトルを得るために、当業者が、波長の関数としての光線の振幅の変化率を選択することができる方法を次に例示する。
【００６７】
上述したように、形状基準、すなわち波長の関数としての光線の振幅の変化率に対する第１の閾値を適用することによって、図２の生のスペクトルを図４に示す剪定スペクトルに変換することができる。その基準は、ピークの傾斜に対応し、基準が高くなるほど傾斜が急になる。基準の単位は、波長単位（ｎｍ）当たりの１つの光強度単位である。光振幅の単位は、使用する光センサに対応づけられるため、任意の単位になる。
【００６８】
この基準に対して選択される値は、スペクトルの形状に依存する。その基準に対する値は、スペクトルが、ディラックパルスの形を有するピークによって既に適切に定められている場合により小さくなる。
【００６９】
したがって、図４および図５は、０．４の基準および０．０４の基準を用いて図２のスペクトルを剪定した結果をそれぞれ示している。より小さい値の基準を用いて作成された図５では、特徴ラインの数が、より大きい値の基準を用いて得られた図４の場合より多いことがわかる。したがって、あまりにも多くの情報を失うことを回避するために、比較的低い値、例えば０．０４の基準を用いて、図２に示される種類の形状を有するスペクトルを剪定することが有利であると考えられる。
【００７０】
ここで、図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃのスペクトルについて検討する。図６Ｂおよび図６Ｃは、０．４および０．０４の値をそれぞれ有し、図６Ａの生のスペクトルから導かれる基準を用いた２つの剪定スペクトルを示している。この場合、図６Ｂと図６Ｃの剪定スペクトルは実質的に同一であり、図６Ａのスペクトルは、既にディラックパルスの形を有する非常に鋭いピークの形をとることがわかる。これは、図６Ｂのように比較的高い値の基準、例えば０．４を用いることによって、図６Ａに示される種類のスペクトルを剪定することが可能であり、値０．４の基準を用いて剪定が十分に行われているため、より低い値の基準を用いる必要がないことを示している。
【００７１】
本発明は、図２に示される生の光スペクトルを、より小数の点を含み、そのためよりサイズの小さい値の表に変換できる、図４に示される剪定光スペクトルに置き換えることによってその分析を著しく容易にする。
【００７２】
その後、混合物中に見いだそうとする純粋な気体種の各々に対する基準光スペクトルを簡素化し、剪定するために本発明を用いることによって、光スペクトルの分析を著しく加速させることも可能である。
【００７３】
このために、本発明は、内部ライブラリまたは基準スペクトルを確立するために、測定を目的として使用される測定システム２０を使用する前トレーニング法を実施することを提案する。基準スペクトルは、分析される混合物において検出および監視を行うことが望まれる各純粋気体種に対応できる。他の基準スペクトルは、監視される気体種の混合物に対応できる。
【００７４】
したがって、測定システム２０を構成するそれぞれの光源と分光計の対に適応される基準スペクトルのライブラリが確立される。
【００７５】
このために、前ステップを通じて、分析対象の純粋の気体を後に使用する測定システム２０に流し、対応する基準スペクトルを記憶する。このスペクトルは、分析対象の混合物中の同じ気体種を検出するときに、続いて適用するのと同じ条件下で見いだされる気体種に特有のラインのエネルギー分布を含む。したがって、スペクトルのライブラリをデータベースとして用いることが可能である。
【００７６】
各気体種に対して、このデータベースは、実際に使用される測定システム２０に出現しそうなラインのみを含むことに留意されたい。したがって、科学表と比較して、分析対象となる気体混合物について得られる生の光スペクトルの分析時に比較することが必要な情報の量が既に著しく減少している。
【００７７】
その後、本発明では、データベースに含まれる情報の量をさらに減少させるように各気体種に対するスペクトルを剪定するステップを実施することによって、前記情報と、分析対象となる気体混合物に対する剪定光スペクトルにおける情報との後の比較をさらに加速させる。
【００７８】
剪定光スペクトルを、このようにして作成された剪定基準光スペクトルのライブラリと比較すると、突き止められた気体種のいくつかのラインが見いだされることになる。データベースに入力される気体の特徴ラインに対する百分率で評価することができる、分析対象となるスペクトルに見いだされるラインの数に応じて、ソフトウェアは、気体が存在するか否かを判断する。その結果の適切性は、例えば、見いだされたラインの百分率によって判断できる。この基準は、ユーザが修正することが可能である。
【００７９】
本発明は、剪定スペクトルを比較することが可能な速度が速いために分析をリアルタイムで実施することが可能であるため、混合物中の気体種の存在をリアルタイムで監視することも可能になる。
【００８０】
このために、ソフトウェアは、所定の気体種に関する平均発光強度、すなわち剪定スペクトルにおける問題の気体種のラインの平均強度値を計算することができる。これにより、単一の検出気体種の変化を表示することが可能になるため、観察するのが困難である気体種に対する誤った解釈が回避される。
【００８１】
特にスペクトルを剪定し、スペクトルライブラリを簡素化する本発明の方法は、得られるスペクトルの分析を極めて容易にし、前記分析を自動化し、混合物中の気体種の変化をリアルタイムで監視するように分析をリアルタイムで行うことを可能にするのに十分に前記分析を加速させることを可能にすることが理解される。
【００８２】
この速さのため、一群の測定値に対する統計処理を行うことによって、監視は、既に定められた正常状態に対する何らかの変化またはずれを検出する役割を果たすことが可能である。
【００８３】
その技術を同様に動作する複数の機器に適用し、一定の機器に発生しうる故障を検出するために、それらを比較することも可能である。
【００８４】
このために、最初に１つの機器に基準を確立しておく。次いで、こうして得られたサインを他の機器と比較することで、何らかの機器のパラメータが変化したかどうかを検出することが可能になる。
【００８５】
この方法は、ある１つの機器に何らかの動作が生じた後、例えばそれが生産に戻ったときに特に有用である。データを、機器から得られる他のデータと関連づけることもできる。その目的は、その機器に対する基準データ群を得ることである。
【００８６】
その後、機器をリアルタイムで監視することにより、統計処理によって故障を検出することが可能である。次いで、過去に生じた故障に対して既に特定されているサインに照らし合わせて、故障の原因を解釈することができる。
【００８７】
本発明の利点は、機器自体から入手可能な情報から実現できるものとは異なり、１つの機器の内部、例えば処理チャンバの内部で実際に生じていることについての情報を得ることを可能にすることである。現場で取得された新たなデータを用いることによって特定の機器の特性を改良することが可能である。
【００８８】
実質的に、本発明に対して多数の用途を見いだすことができる。
【００８９】
第１の例において、分析対象の気体混合物が流れる１つの機器の正常な動作状態を監視することが可能である。このために、機器の正常な動作状態を表す検出対象の気体種を選択する。前記選択された気体種のリアルタイムの変化を監視し、この変化を基準変化データと比較し、基準変化データからずれている場合には警告または制御信号を生成する。１つの例は、機器の漏れ特性を監視するものである。外部の大気に対する漏れ防止については、機器内部の水分を突き止めることが可能である。複数のチャンバ間の漏れ防止については、該当する処理に応じて、１つのチャンバから他のチャンバへ移動しうる任意の気体種を突き止めることが可能である。
【００９０】
第２の例において、本発明の方法は、例えばある特定の処理の終了を検出し、かつ／または制御するために、機器において実施されている方法を監視することに適用される。このために、分析対象の気体混合物を利用する処理の進行の状態を表す検出対象の気体種を選択し、前記選択された気体種の変化をリアルタイムで監視し、前記変化を該方法に対する基準変化データと比較し、処理に対する基準変化データからずれている場合には警告または制御信号を生成する。一例としては、フッ素エッチング処理による半導体ウェハのエッチングの終了を制御するものであってもよい。フッ素の好適なラインの振幅の変化を選択、監視し、その振幅が、それを超えるとエッチングが過剰になる閾値に達したときにエッチングを中断する。試験により、フッ素ラインの振幅はエッチングの進行の状態を表し、これらの振幅はエッチング中に規則的に増大することが示された。
【００９１】
他の例において、本発明の方法は、パージガスによって筐体をパージする効果の監視に適用される。このために、選択される検出対象の気体種は、パージ操作の処理の進行の状態を表し、前記選択された気体種の変化をリアルタイムで監視し、前記変化をパージに対する基準変化データと比較し、パージデータの変化がパージの終了を示す状態、例えばパージの終了に対応する閾値に達したときに警告または制御信号を生成する。例えば、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）（Ｃ８Ｈ２０Ｏ４Ｓｉ）の前駆体を利用する低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）法によって酸化物を蒸着するためのオーブンのパージを監視することが可能である。次いで、Ｓｉ、Ｏ、ＣＯ、ＣＮ、Ｎ（このリストはそれらに限定されない）を追跡するために窒素を調べる。
【００９２】
他の例において、本発明の検出方法は、気体の純度の監視に適用される。そのような状況下において、気体混合物は、その純度が監視される気体である。例えば、監視する気体に対応する剪定スペクトルにおけるラインの振幅の平均値を、混合物中に存在する他の気体種に対する剪定スペクトルにおけるラインの振幅の平均値と比較し、前記比較から気体の純度を推定する。
【００９３】
他の例において、気体種を検出するための本発明の方法は、チャンバの整備の終了の検出に適用される。そのような状況下において、整備されているチャンバの整備状態を表す気体種を選択し、前記整備されているチャンバにおける前記選択された気体種のリアルタイムの変化を監視し、前記変化を所定の閾値、またはチャンバ整備に対する基準変化データと比較し、前記選択された気体種に対するデータがチャンバ整備の終了を示す状態に達したとき、例えば所定の閾値に達したときに警告または制御信号を生成する。
【００９４】
例えば、半導体製造技術に使用する処理チャンバを整備するときは、対象となる化学種、すなわち塩素またはフッ素を検出することが可能であり、塩素およびフッ素の存在量が安定したらチャンバが整備されたと考えられる。当該検出方法は、チャンバ整備のステップを無意味に長引かせることを回避することによって、整備手順を著しく加速させることが可能である。
【００９５】
本発明は、以上明記した実施態様に限定されず、当業者の技量の範囲内の様々な汎用形態および変形形態を含む。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】少量気体種を検出するための本発明の装置の実用的な実施形態を示す図である。
【図２】気体混合物を分析しながら、発光分光計から得ることが可能な種類の発光スペクトルを、例として示す図である。
【図３Ａ】分光計に伴う知られているソフトウェアを使用するときに混合物のスペクトルを解釈することの困難さを示す図である。
【図３Ｂ】分光計に伴う知られているソフトウェアを使用するときに混合物のスペクトルを解釈することの困難さを示す図である。
【図３Ｃ】分光計に伴う知られているソフトウェアを使用するときに混合物のスペクトルを解釈することの困難さを示す図である。
【図４】振幅の変化率の第１の閾値に関して、本発明の方法を用いることによって図２のスペクトルから得られた剪定光スペクトルの形を示す図である。
【図５】振幅の変化率に対するより低い第２の閾値に関して、本発明の方法により図２のスペクトルから得られた剪定光スペクトルの形を示す図である。
【図６Ａ】他の光スペクトルを示す図である。
【図６Ｂ】振幅の変化率に対する同様の第１の閾値を用いることによって得られた剪定光スペクトルを示す図である。
【図６Ｃ】振幅の変化率に対する同様の第２の閾値を用いることによって得られた剪定光スペクトルを示す図である。
【図７】図１の装置における測定システムの位置を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  真空チャンバ
２  真空管
３  分岐励起筐体
４  プラズマ
５  励磁器アンテナ
６  発電機
７  光ファイバ
８  光学的分光計
９  ライン
１０  コンピュータ
１１  中央ユニット
１２  入出力手段
１３  表示手段
１４  メモリ
１４ａ  プログラムゾーン
１４ｂ  ライブラリゾーン
１４ｃ  測定メモリゾーン
１４ｄ  結果メモリゾーン
２０  測定システム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【外国語明細書】
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