特許 7599755 ガス分析装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】ガス分析装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/00 20060101AFI20241209BHJP

   H01J 49/14 20060101ALI20241209BHJP

   H01J 49/10 20060101ALI20241209BHJP

   H01J 49/24 20060101ALI20241209BHJP

   H01J 49/26 20060101ALI20241209BHJP

   G01N 21/68 20060101ALI20241209BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20241209BHJP

   G01N 27/62 20210101ALI20241209BHJP

【ＦＩ】

H01J49/00 360

H01J49/14 700

H01J49/10 500

H01J49/24

H01J49/00 400

H01J49/00 310

H01J49/26

G01N21/68

G01N21/27 Z

G01N27/62 D

【請求項の数】 27

(21)【出願番号】P 2023556354

(86)(22)【出願日】2022-10-19

(86)【国際出願番号】 JP2022038848

(87)【国際公開番号】W WO2023074480

(87)【国際公開日】2023-05-04

【審査請求日】2024-04-09

(31)【優先権主張番号】P 2021178175

(32)【優先日】2021-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】509339821

【氏名又は名称】アトナープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102934

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 彰

(72)【発明者】

【氏名】長尾 博文

(72)【発明者】

【氏名】三木 伸一

(72)【発明者】

【氏名】高橋 直樹

(72)【発明者】

【氏名】ムルティ プラカッシ スリダラ

【審査官】今井 彰

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１９６４５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－０９２２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１５２４０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ４９／００－４９／４８

Ｇ０１Ｎ ２１／２７、２７／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電性の壁体構造を備え、測定対象のサンプルガスが流入するサンプルチェンバーと、
前記誘電性の壁体構造を介して電場および／または磁場により、減圧された前記サンプルチェンバー内でプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記サンプルチェンバーに、プラズマプロセスが実施されるプロセスチェンバーから供給される前記サンプルガスのみが流入するように構成されたガス入力装置と、
生成された前記プラズマ中のイオン化したガスをフィルタリングして前記プラズマ中の前記サンプルガスに含まれる成分を検出する第１の検出器と、
前記サンプルチェンバーの前記プラズマ中のイオンの発光を分析し、前記第１の検出器の第１の検出結果と同期した、前記サンプルガスに含まれる成分の第２の検出結果を出力可能とする第２の検出器とを有するガス分析装置。

【請求項2】

請求項１において、
時間分割により取得されたマススペクトルを含む前記第１の検出結果と、前記第１の検出結果と同期して比較可能な発光スペクトルを含む前記第２の検出結果とを関連させた分析用データを生成する生成装置を有する、ガス分析装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記マススペクトルは関心領域に限定されたマススペクトルを含む、ガス分析装置。

【請求項4】

請求項１において、
前記第１の検出結果と、前記第１の検出結果と当該ガス分析装置により規定される時間間隔を設けて同期した前記第２の検出結果とにより、前記サンプルガスを分析する第１の分析器を有する、ガス分析装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記サンプルチェンバーの一方の端から前記第１の検出器に前記イオン化したガスを供給する第１の経路と、
前記サンプルチェンバーの他方の端から前記第２の検出器による分光分析のための光を供給する第２の経路とを有する、ガス分析装置。

【請求項6】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記サンプルチェンバーの第１の軸に沿った一方の端から前記第１の検出器に前記イオン化したガスを供給する第１の経路と、
前記サンプルチェンバーの前記第１の軸に直交する方向に前記第２の検出器による分光分析のための光を供給する第３の経路とを有する、ガス分析装置。

【請求項7】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記誘電性の壁体構造は、石英、酸化アルミニウムおよび窒化ケイ素の少なくともいずれかを含み、
前記誘電性の壁体構造を介して前記サンプルチェンバーの中の前記プラズマからの光を前記第２の検出器に導く導光路を含む、ガス分析装置。

【請求項8】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記第２の検出器は、前記サンプルチェンバーに光ファイバーを介して接続された発光分析器を含む、ガス分析装置。

【請求項9】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記サンプルチェンバーは、全長が１－１００ｍｍ、直径が１－１００ｍｍである、ガス分析装置。

【請求項10】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記プラズマ生成機構は、誘電結合プラズマ、誘電体バリア放電および電子サイクロトロン共鳴の少なくともいずれかによりプラズマを発生する機構を含む、ガス分析装置。

【請求項11】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記サンプルチェンバーから排気する排気装置を有する、ガス分析装置。

【請求項12】

請求項１１において、
前記排気装置は、前記サンプルチェンバーから前記第１の検出器をバイパスして排気する第１の排気路を含む、ガス分析装置。

【請求項13】

請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記サンプルチェンバーからのガスおよび／または前記ガス入力装置からのサンプルガスを電子イオン化して前記第１の検出器に供給する電子イオン化装置を有する、ガス分析装置。

【請求項14】

請求項１３において、
第１の検出器による前記プラズマ中の成分の検出と、前記第２の検出器による発光分析とを並行に行う第１のモードと、
前記第１の検出器による、前記プラズマから派生されたガスを前記電子イオン化装置によりイオン化することによる成分の検出と、前記第２の検出器による前記発光分析とを並行に行う第２のモードと、
前記第１の検出器による、前記プラズマを介さずに、前記サンプルガスを前記電子イオン化装置よりイオン化することによる成分の検出と、前記第２の検出器による前記発光分析とを並行に行う第３のモードとを選択して行う第２の分析器を有する、ガス分析装置。

【請求項15】

請求項１ないし４のいずれかに記載のガス分析装置を有する、プロセスモニタリング装置。

【請求項16】

請求項１ないし４のいずれかに記載のガス分析装置と、
プラズマプロセスが実施されるプロセスチェンバーであって、前記ガス分析装置に前記サンプルガスが供給されるプロセスチェンバーとを有するシステム。

【請求項17】

請求項１６において、
前記プロセスチェンバー内で実施される少なくとも１つのプラズマプロセスを、前記ガス分析装置の測定結果に基づいて制御するプロセス制御装置を有する、システム。

【請求項18】

請求項１７において、
前記プロセス制御装置は、前記少なくとも１つのプラズマプロセスのエンドポイントを、前記少なくとも１つのプラズマプロセスの副生成物の前記ガス分析装置による測定結果により判断する装置を含む、システム。

【請求項19】

ガス分析装置を有するシステムを制御する方法であって、
前記ガス分析装置は、誘電性の壁体構造を備え、測定対象のサンプルガスが流入するサンプルチェンバーと、前記誘電性の壁体構造を介して電場および／または磁場により、減圧された前記サンプルチェンバー内でプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記サンプルチェンバーに、プラズマプロセスが実施されるプロセスチェンバーから供給される前記サンプルガスのみが流入するように構成されたガス入力装置と、生成された前記プラズマ中のイオン化したガスをフィルタリングして前記プラズマ中の前記サンプルガスに含まれる成分を検出する第１の検出器と、前記サンプルチェンバーの前記プラズマ中のイオンの発光を分析した前記サンプルガスに含まれる成分の結果を出力する第２の検出器とを含み、
当該方法は、前記第１の検出器の第１の検出結果と、前記第２の検出器の第２の検出結果とを同期して出力することを含む、方法。

【請求項20】

請求項１９において、
前記同期して出力することは、時分割で取得されたマススペクトルを含む前記第１の検出結果と、前記第１の検出結果と同期して比較可能な発光スペクトルを含む前記第２の検出結果とを関連して出力することを含む、方法。

【請求項21】

請求項２０において、
前記マススペクトルは関心領域に限定されたマススペクトルを含む、方法。

【請求項22】

請求項１９において、
前記第１の検出結果と、前記第１の検出結果と当該ガス分析装置により規定される時間間隔を設けて同期した前記第２の検出結果とにより、前記サンプルガスを分析することを有する、方法。

【請求項23】

請求項１９ないし２２のいずれかにおいて、
前記ガス分析装置は、前記サンプルチェンバーからのガスおよび／または前記ガス入力装置からのサンプルガスを電子イオン化して前記第１の検出器に供給する電子イオン化装置を含み、
当該方法は、第１の検出器による前記プラズマ中の成分の検出と、前記第２の検出器による発光分析とを並行に行う第１のモードと、
前記第１の検出器による、前記プラズマから派生されたガスを前記電子イオン化装置によりイオン化することによる成分の検出と、前記第２の検出器による前記発光分析とを並行に行う第２のモードと、
前記第１の検出器による、前記プラズマを介さずに、前記サンプルガスを前記電子イオン化装置よりイオン化することによる成分の検出と、前記第２の検出器による前記発光分析とを並行に行う第３のモードとを選択して行うことを有する、方法。

【請求項24】

請求項１９ないし２２のいずれかにおいて、
前記システムは、プラズマプロセスを実施するプロセスチェンバーであって、前記ガス入力装置を介してサンプルガスを前記ガス分析装置に供給可能なプロセスチェンバーを有し、
当該方法は、
前記サンプルチェンバーにおいて前記プロセスチェンバーとは独立したプラズマを生成した前記ガス分析装置の検出結果に基づいて前記プロセスチェンバー内で実施されるプラズマプロセスを制御することを有する、方法。

【請求項25】

請求項２４において、
前記プラズマプロセスを制御することは、少なくとも１つのプラズマプロセスのエンドポイントを、前記少なくとも１つのプラズマプロセスの副生成物の前記ガス分析装置による検出結果により判断することを含む、方法。

【請求項26】

請求項２５において、
前記少なくとも１つのプラズマプロセスは、エッチング、膜生成、およびクリーニングの少なくとも１つを含む、方法。

【請求項27】

請求項１９ないし２２のいずれかに記載のガス分析装置を有するシステムを制御する方法により、前記システムをコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
請求項１９ないし２２のいずれかに記載の方法を実行するための命令を有する、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス分析装置およびその制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

日本国特開２０１６－２７３２７号公報には、グロー放電発光分析装置（ＧＤ－ＯＥＳ、Glow discharge optical emission spectrometry）において、試料ホルダは、試料固定面を有する電極（第２電極）と、試料固定面を内側に配置した外筒部及び内筒部（当接部）とを備える。グロー放電管の開口部から試料が離れた状態で、内筒部の開口端が開口部の周縁に当接される。連通したグロー放電管と外筒部及び内筒部との内部を減圧し、アルゴンガスを供給する。次に、内筒部を外筒部に対して動かして試料をグロー放電管の陽極（第１電極）の円筒部（端部）の先端に近づけ、流路（冷却部）に冷媒を流して試料を冷却し、電極に電圧を印加して、グロー放電発光分析を行うことが記載されている。

【発明の開示】

【0003】

サンプルガスをイオン化してサンプルガスに含まれる成分を検出する分析装置において、さらに安定した、または、さらに精度の高い検出が可能なガス分析装置が要望されている。

【0004】

本発明の一態様は、誘電性の壁体構造を備え、測定対象のサンプルガスが流入するサンプルチェンバーと、誘電性の壁体構造を介して電場および／または磁場により、減圧されたサンプルチェンバー内でプラズマを生成するプラズマ生成機構と、サンプルチェンバーに、プロセスからのサンプルガスのみが流入するように構成されたガス入力装置と、生成されたプラズマ中のイオン化したガスをフィルタリングしてプラズマ中の成分を検出する第１の検出器と、サンプルチェンバーのプラズマ中のイオンの発光を分析し、第１の検出器の第１の検出結果と同期した第２の検出結果を出力可能とする第２の検出器とを有するガス分析装置である。このガス分析装置においては、第１の検出器のイオン源となるプラズマを第２の検出器により発光分析することができる。このため、共通のイオン化されたサンプルを同期して、すなわち、同時に並行して、または、このガス分析装置に固有の、予め設定可能な限られた時間間隔（レイテンシー）または時差で、異なる方法で分析でき、それらの異なる方法による検出結果を関連させた分析用データを生成できる。

【0005】

典型的には、第１の検出結果は、フィルターで検出する条件を変える必要があるために、時間分割（時間経過）により取得された、すなわち、シリアル（シーケンシャル）に取得されるマススペクトルを含む。一方、第２の検出結果は、分光により、パラレルに取得可能な発光スペクトルを含む。このガス分析装置においては、イオン源および発光源となる共通したプラズマをプロセスとは別に生成するサンプルチェンバーを含み、そのサンプルチェンバーに対して予めルートが固定された第１および第２の検出器を含む。したがって、サンプルチェンバー内に生成される共通のプラズマに対する、シリアルな第１の検出結果と、パラレルな第２の検出結果とを同期して取得でき、それらを関連させて分析用データとして生成・出力することができる。このため、例えば、シリアルに取得される第１の検出結果が得られている時間間隔の間の、パラレルに取得される第２の検出結果の変動を確認することにより、第１の検出結果が同一の条件、例えば、同一の条件のプロセスあるいは同一の条件で維持されたプラズマからの情報であることを検証することが可能となり、さらに信頼性の高い分析結果を得ることができる。

【0006】

また、ガス分析装置のサンプルチェンバーにマイクロプラズマを生成することにより、検出対象となる共通のイオン源および発光源の体積を縮小でき、同一の対象に対する第１の検出結果および第２の検出結果を得ることができる。さらに、シリアルに得られるマススペクトルを関心領域（ＲＯＩ）に限定することも可能であり、広範囲な情報はパラレルで得られる第２の検出結果で確認し、ＲＯＩについては第１の検出結果によりシリアルに取得することにより、広範囲の情報を確認しながら、ＲＯＩについては短い時間間隔で、時間的な変動も含めて、さらに精度の高い分析結果を得ることが可能となる。

【0007】

ガス分析装置は、第１の検出結果と、第１の検出結果とガス分析装置により規定される時間間隔を設けて同期した第２の検出結果とにより、サンプルガスを分析する第１の分析器を有してもよい。第１の検出結果と第２の検出結果のスペクトル干渉の相違から、それらの検出結果を協働させることにより、より精度の高い分析が可能となる。

【0008】

本発明の他の態様の１つは、ガス分析装置を有するシステムを制御する方法であって、第１の検出器の第１の検出結果と、第２の検出器の第２の検出結果とを同期して出力することを含む。同期して出力することは、時分割（シリアル）で取得されたマススペクトルを含む第１の検出結果と、第１の検出結果と同期して比較可能な（パラレルな）発光スペクトルを含む第２の検出結果とを関連して出力することを含んでもよい。マススペクトルは関心領域（ＲＯＩ）に限定されたマススペクトルを含んでもよい。

【0009】

本発明のさらに異なる他の発明の１つは、上記のガス分析装置を有するシステムを制御する方法により、このシステムをコンピュータにより制御するためのプログラム（プログラムプロダクト）である。プログラムは、システムの制御を実行するための命令を含む。プログラムは、コンピュータに読み取り可能な適当な媒体に記録して提供されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ガス分析装置を含むプロセスモニタリングシステムの概略構成を示すブロック図。

【図2】分析用データの一例を示す図。

【図3】プロセスモニターの動作の概要を示すフローチャート。

【図4】ガス分析装置を含むプロセスモニタリングシステムの異なる例を示す図。

【図5】ガス分析装置を含むプロセスモニタリングシステムのさらに異なる例を示す図。

【発明の実施の形態】

【0011】

図１に、ガス分析装置１を含むシステムの一例として、プロセスモニタリングシステム１００の概略構成を示している。ガス分析装置１は、プラズマプロセス１０２が実施されるプロセスチェンバー１０１から供給されるサンプルガス９を分析する。プロセスチェンバー１０１において実施されるプラズマプロセス１０２は、典型的には、様々な種類の膜あるいは層を基板の上に生成する工程や、基板をエッチングする工程であり、ＣＶＤ（化学蒸着、Chemical Vapor Deposition）またはＰＶＤ（物理蒸着、Physical Vapor Deposition）を含む。プラズマプロセス１０２は、半導体製造に関するプロセスに限らず、レンズ、フィルターなどの光学部品を基板として様々な種類の薄膜を積層するプロセスであってもよい。

【0012】

例えば、半導体においては、近年では、記憶容量の増大、ロジック速度の向上、低電力化などの要求から、半導体チップ構造が三次元化している。このため、半導体プロセス制御では、プロセスがさらに複雑になり、原子レベルの品質が求められ、計測およびモニタリングに要するコストが増大することが課題となっている。プロセスマッチング、成膜時の遷移点計測、エッチングのエンドポイントの検出には反応物や副生成物を含むガスの監視が重要であり、現在標準的に採用されているプラズマ発光計測（Optical Emission Spectroscopy、ＯＥＳ）では、総合的にプロセスをモニターすることは難しいとされている。一方で、通常の熱フィラメントを採用したイオン源の残留ガス分析計、質量分析計では、半導体ガスによるダメージによる寿命が問題となる。

【0013】

本例のガス分析装置１を用いたプロセスモニタリングシステム１００においては、過酷な環境下においてもリアルタイムモニターを行い、信頼性の高い測定結果を提供することで革新的なプロセス制御を提供できる。ガス分析装置１は、半導体チップ製造におけるスループットを劇的に向上させ、歩留まり率を最大化することを目的に開発されたトータルソリューションプラットホームとして機能する。上記のように、本例のガス分析装置１は、非常に小さな設置面積であることから、チェンバー１０１に直接接続することが可能である。また、現在、半導体製造プロセス装置で主に取り入れられている標準的なプロトコル、例えば、Either CatプロトコルをＰＬＣ５０に搭載することができ、プロセス機器制御システム１００に統合することが可能である。

【0014】

ガス分析装置１は、サンプルガス９のイオン（イオン流）１７を生成するイオン化装置１０と、イオン化装置１０から供給される、またはイオン化装置１０において生成されるイオンを検出するセンサー群（センサーグループ、センサースイート、分析群）９０とを含む。イオン化装置１０は、プロセス１０２からサンプル入力３ａを介して供給される測定対象のサンプルガス９のプラズマ１９を生成するプラズマ生成ユニット（プラズマ生成装置）１１を含む。プラズマ生成ユニット１１は、誘電性の壁体構造１２ａを備え、測定対象のサンプルガス９が流入するチェンバー（サンプルチェンバー）１２と、誘電性の壁体構造１２ａを介して高周波電場および／または磁場により、減圧されたサンプルチェンバー１２内でプラズマ１９を生成する高周波供給機構（ＲＦ供給機構、プラズマ生成機構）１３と、高周波の周波数および電力を制御するプラズマコントローラ１６とを含む。サンプルチェンバー１２の一方の端に設けられた開口１８からプラズマ１９がイオン流１７として後述する第１の検出器２０に供給される。ガス分析装置１は、サンプルチェンバー１２に、プラズマプロセス１０２が実施されるプロセスチェンバー１０１からのサンプルガス９のみが流入するように構成されたガス入力装置５を含む。

【0015】

ガス分析センサー群９０は、イオン（イオン流）１７として供給されるプラズマ１９中のイオン化したガスをフィルタリングしてプラズマ中の成分を検出する第１の検出器２０と、サンプルチェンバー１２のプラズマ１９中のイオンの発光を分析（分光分析）する第２の検出器８０とを含む。第１の検出器（第１のセンサー、第１の検出計、第１の測定装置）２０の一例は質量分析型の検出器（質量分析計、Mass Spectrometer、ＭＳ）である。第１の検出器２０は、イオン化されたサンプルガス（サンプルガスイオン）１７を質量電荷比によりフィルタリングするフィルターユニット（質量フィルター、本例においては四重極フィルター）２５と、フィルタリングされたイオンを検出するディテクタ２６とを含む。ガス分析装置１は、さらに、フィルターユニット２５およびディテクタ２６を収納した真空容器（ハウジング）４０と、ハウジング４０の内部を適当な負圧条件（真空条件）に維持する排気システム６０を含む。

【0016】

本例の排気システム６０は、ターボモレキュラポンプ（ＴＭＰ）６１と、ルーツポンプ６２とを含む。排気システム６０は、プラズマ生成装置１１のサンプルチェンバー１２の内圧も制御するスプリットフロータイプである。排気システム６０の多段のＴＭＰ６１のうち、チェンバー１２の内圧に適した負圧となる段、またはルーツポンプ６２の入力がチェンバー１２と連通し、チェンバー１２の内圧が制御されるようになっている。

【0017】

したがって、本例のガス分析装置１は、サンプルチェンバー１２から排気する排気装置６０を有し、排気装置６０は、サンプルチェンバー１２から第１の検出器２０をバイパスして排気する第１の排気路６５と、第１の検出器２０を介して排気する第２の排気路６６とを含む。サンプルチェンバー１２から第１の検出器２０をバイパスして排気する第１の排気路６５を設けることにより、第１の検出器２０にフィルタリングのために流すガス流量とは別に、サンプルチェンバー１２にサンプルガス９を導き、サンプルチェンバー１２の内圧を制御することが可能となる。このため、第１の検出器２０を流れるガス量を安定化でき、その検出精度を安定にできる。その一方、サンプルチェンバー１２に十分なサンプルガス９をプロセスからガス入力装置５を介して引き込むことができるので、プロセスチェンバー１０１内の状態（変動）をリアルタイムにモニタリングできるガス分析装置１を提供できる。

【0018】

本例の質量フィルター２５は、質量電荷比によるフィルタリング用の双曲電場を形成するために内側が双曲面に仕上げられた４本の円筒または円柱状の電極２５ａを含む。四重極タイプの質量フィルター２５は、複数の疑似双曲電場を形成するように多数、例えば９本の円柱状の電極を、マトリクス（アレイ）を形成するように配置したものであってもよい。ディテクタ２６は、ファラデーカップ（Faraday Cap）と二次電子増倍器（Secondary Electron Multiplier）とを含み、これらを組み合わせて、または、切り替えて使用してもよい。ディテクタ２６は、チャンネル型二次電子増倍器（Channel Electron Multiplier）、マイクロチャンネルプレート（Microchannel Plate）などの他のタイプであってもよい。

【0019】

本例のプラズマ生成装置１１は、ハウジング４０の内部に一体に組み込まれたプラズマ生成用のサンプルチェンバー１２を含む。チェンバー１２の外郭はハステロイ製であり、内部に絶縁された円筒電極が挿入され、その内部でプラズマ１９が生成される。減圧されたサンプルチェンバー１２には、監視対象のプロセス１０２が行われるプロセスチェンバー１０１からガス入力装置５を介してサンプル入力３ａからサンプルガス９のみが流入し、サンプルチェンバー１２の内部でプラズマ１９が形成される。すなわち、プラズマ生成装置１１においては、アルゴンガスなどのアシストガス（サポートガス）は用いられずに、サンプルガス９のみにより分析用のプラズマ１９が生成される。サンプルチェンバー１２の壁体１２ａは誘電性の部材（誘電体）から構成されており、その一例は、石英（Ｑｕａｒｔｚ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）および窒化ケイ素（ＳｉＮ_３）などのプラズマに対して耐久性が高い透光性の誘電体である。

【0020】

プラズマ生成装置１１において、具体的にプラズマを生成する機構（ＲＦ供給機構）１３は、サンプルチェンバー１２の内部で、プラズマトーチを用いずに、誘電性の壁体構造１２ａを介して電場および／または磁場によりプラズマ１９を生成する。ＲＦ供給機構１３の一例は高周波（ＲＦ、Radio Frequency）電力でプラズマ１９を励起する機構である。ＲＦ供給機構１３の例としては、誘電結合プラズマ（ＩＣＰ、Inductively Coupled Plasma）、誘電体バリア放電（ＤＢＤ、Dielectric Barrier Discharge）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ、Electron Cyclotron Resonance）などの方式を挙げることができる。これらの方式のプラズマ生成機構１３は、高周波電源と、ＲＦ場形成ユニットとを含んでもよい。ＲＦ場形成ユニットの典型的なものは、サンプルチェンバー１２に沿って配置されたコイルを含む。本例のプラズマ生成装置１１は、ＲＦ場の周波数を変化させることでマッチングの状態を変化させて点火する機能を含む。例えば、パルス状に高周波電力を投入してプラズマを点火後、定常動作状態に移行することでプラズマを生成して維持できる。なお、プラズマ生成装置１１は、アルゴンガスなどのアシストガスによる誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を形成しサンプルガスを導入してイオン化するタイプであってもよいが、サンプルガスのみでプラズマ１９を形成することが望ましく、マイクロプラズマを生成することによりアシストガスを不要としてもよい。

【0021】

本例のサンプルチェンバー１２の内圧は、プラズマが生成しやすい圧力、例えば、０．０１－１ｋＰａの範囲であってもよい。プロセスチェンバー１０１の内圧が１－数１００Ｐａ程度に管理される場合、サンプルチェンバー１２の内圧は、それより低い圧力、例えば、０．１－数１０Ｐａ程度に管理されてもよく、０．１Ｐａ以上、または０．５Ｐａ以上、１０Ｐａ以下、または５Ｐａ以下に管理されてもよい。例えば、サンプルチェンバー１２は内部が、１－１０ｍＴｏｒｒ（０．１３－１．３Ｐａ）程度に減圧されてもよい。サンプルチェンバー１２を上記の程度の減圧に維持することにより、サンプルガス９のみで、低温でプラズマ１９を生成することが可能である。サンプルチェンバー１２は、プラズマ１９を生成できる程度の小型の、例えば、全長が１～１００ｍｍ、直径が１～１００ｍｍのチェンバーであってもよく、数ｍｍから数１０ｍｍ程度のチェンバー（ミニチュアチェンバー）であってもよい。サンプルチェンバー１２の容量を小さくすることにより、リアルタイム性に優れたガス分析装置１を提供できる。サンプルチェンバー１２は、円筒状であってもよい。

【0022】

ガス分析装置１はイオン化装置１０として、さらに、プロセス１０２からガス入力装置５を介してサンプル入力３ｂから供給される測定対象のサンプルガス９を電子衝撃によりイオン化（電子イオン化）する電子イオン化装置（フィラメント、ＥＩイオン源）１５を含む。ＥＩイオン源１５は高真空で動作し、モニタリング対象のプロセスチェンバー１０１におけるプロセスが高真空でマイクロプラズマ１９の生成が難しい条件の場合でも、ガス分析装置１の到達圧力で動作、さらには、感度補正を目的として使用できる。ガス供給装置５は、プロセスチェンバー１０１と接続された接続パイプ５ｃと、接続パイプ５ｃとプラズマイオン化用のサンプル入力３ａとの間のサンプルガス９のフローを制御するバルブ５ａと、接続パイプ５ｃとＥＩイオン化用のサンプル入力３ｂとの間のサンプルガス９のフローを制御するバルブ５ｂとを含む。プロセスコントローラ１０５によりバルブ５ａおよび５ｂを切り替えることにより、ガス分析装置１の検出モード（測定モード）を自動的に、または手動で切り替えることができる。ＥＩイオン源１５は、サンプル入力３ｂとフィルターユニット２５との間に設けられており、サンプルチェンバー１２内に形成されるプラズマ（マイクロプラズマ）１９からのイオンフロー１７の流路と共通する流路に面している。したがって、ＥＩイオン源１５は、ガス入力装置５からのサンプルガス９を電子イオン化することも可能であり、サンプルチェンバー１２からのガス（プラズマ１９の派生ガス）をイオン化して第１の検出器２０に供給することも可能である。

【0023】

一実施例では、プロセスコントローラ１０５が、プロセスチェンバー１０１の内圧が高い、例えば、１Ｐａ以上の状態で，反応性の高いプロセス１０２を実行する場合には、バルブ５ａを開いてガス分析装置１にサンプルガス９を供給する。ガス分析装置１の制御装置５０は、サンプルガス９により、プロセス１０２とは異なる、サンプルガス９のプラズマ（マイクロプラズマ）１９を生成し、マイクロプラズマ１９からイオン１７を引き出して質量分析を行う。この際、ＥＩイオン源（フィラメント）１５は点灯せず、バルブ（ポート）５ｂは閉鎖される。プロセスチェンバー１０１の内圧が低い、例えば、到達圧力などで測定するときには、プラズマ側のポート（バルブ）１５ａを閉じて、ＥＩ側のポート５ｂを開いてサンプルガス９を供給し、フィラメントを点灯する（ＥＩ作動させる）ことによりプロセスチェンバー１０１の内部の状態をモニタリングしてもよい。

【0024】

ガス分析装置１は、ＥＩイオン化源１５とフィルター２５との間に配置されたエネルギーフィルター２８とを含んでもよい。エネルギーフィルター２８は、ベッセルボックス（Ｂｅｓｓｅｌ－Ｂｏｘ）であってもよく、ＣＭＡ（Cylindrical Mirror Analyzer）であってもよく、ＣＨＡ（Concentric Hemispherical Analyzer）であってもよい。ベッセルボックスタイプのエネルギーフィルター２８は、円筒電極と円筒電極の中心部に配置した円板形電極（円筒電極と同電位）、円筒電極の両端に配置した電極とから構成され、円筒電極と両端電極の電位差Ｖｂａによって作られる電場と円筒電極の電位Ｖｂｅとによって特定の運動エネルギーを持つイオンのみを通過させるバンドパスフィルターとして動作する。また、プラズマ生成の際に発生する軟Ｘ線や気体イオン化の際に発生する光が円筒電極中心に配置されている円板形電極により直接イオン検出器（ディテクタ）２６に入射することを阻止でき、ノイズを低減できる。また、エネルギーフィルター２８により、イオン生成部あるいは外部で生成され、フィルターユニット２５に対して中心軸と平行に入射するイオンや中性粒子なども排除できるので、それらの検出を抑制できる構造となっている。

【0025】

第２の検出器（検出計、分析計、センサー）８０の一例は発光分析型の検出器であり、典型的には発光分光分析装置（発光分光分析装置、Optical Emission Spectrometer、ＯＥＳ、Atomic Emission Spectrometry、ＡＥＳ）である。ＯＥＳ８０の一例は、サンプルチェンバー１２の透光性の誘電性の壁体構造１２ａに、ＲＦ供給機構１３と並列に、あるいはＲＦ供給機構１３のコイルと同軸に取り付けられた対物レンズなどの受光または集光素子８１と、集光素子８１からの光を導く光ファイバー８２と、光ファイバー８２により供給された光を分光分析する分光分析ユニット（ＯＥＳユニット、ＯＥＳ検出装置）８５とを含む。分光分析ユニット８５は、シーケンシャル型、マルチチャンネル型など、ＯＥＳ８０に採用されるいずれかのタイプの検出装置であってもよい。

【0026】

ガス分析装置１は、ＰＣＬ５０の下で分析ユニット２０の各モジュールを制御する制御モジュール３０を含む。制御モジュール３０は、質量分析器２０の制御を行う制御モジュール３５を含み、プラズマ１９の引き出しを制御するユニット３１と、電子イオン化装置１５を制御するユニット３２と、質量フィルター２５のＲＦおよびＤＣ電圧を制御してフィルター２５で測定する対象物（イオン）の領域（関心領域、ＲＯＩ）を選択するフィルター制御機能（フィルター制御装置）３３と、ディテクタ２６を制御して検出電流を取得する機能（強度検出装置）３４とを含む。制御モジュール３５は、質量分析器２０のレンズ群の電位を制御する機能、エネルギーフィルター２８の電位を制御する機能などを含んでいてもよい。ＥＩユニット１５の制御ユニット３２は、フィラメント電流および電圧を制御するフィラメント制御機能をふくんでいてもよい。

【0027】

ガス分析装置１を制御するＰＬＣ（制御装置）５０は、ＣＰＵ５６およびメモリ５５などのコンピュータ資源を含み、プログラム（プログラム製品）５９をロードして実行することによりガス分析装置１を制御する。プログラム５９は、ＰＬＣ５０に以下に説明する各機能を実装し、稼働させるための命令を含む。ＰＬＣ５０は、第１の検出器２０の第１の検出結果５１と、第２の検出器８０の第２の検出結果５２とを関連させて、同期させた分析用データ５３を生成する生成装置５７ｂとしての機能を含む。プログラム５９はコンピュータに読み取り可能な媒体に記録して提供することができる。

【0028】

図２に、第１の検出結果５１と、第２の検出結果５２とを模式的に示している。第１の検出器２０の一例は、プラズマ内でイオン化された元素の質量と強度を測定する質量分析器（Mass Spectrometer、ＭＳ）である。第１の検出結果５１の一例は、質量電荷比（ｍ／ｚ）に対する強度である。第２の検出器８０の一例は、プラズマ内で励起された元素から放出される光の波長と強度を測定する光検出器（ＯＥＳ）である。第２の検出結果５２の一例は、波長に対する強度である。第１の検出器（ＭＳ）２０の第２の検出器（ＯＥＳ）８０に対する特徴（利点）としては、高感度、幅広いダイナミックレンズ、多元素の定量測定、同位体比測定、スペクトルが単純であることなどが挙げられる。欠点としては、質量スペクトル干渉による分離能力の低下が挙げられる。

【0029】

すなわち、感度としてはＭＳ２０が優れており、ＯＥＳ８０がサブｐｐｂ程度であるのに対し、ＭＳ２０はサブｐｐｔの検出が可能である。一方、測定時間としては、ＯＥＳ８０の出力は発光スペクトルであるので、第２の検出結果５２は基本的にスペクトルメータの感度で取得でき、サンプルガス９に含まれる元素（成分）の数が増えても測定時間（検出時間）に変換はない。また、第２の検出結果５２には、スペクトルを得られる範囲であれば、全ての元素（成分）の情報が含まれる。ＭＳ２０では、フィルター２５の条件を時分割で変えて測定するために、測定時間は、測定元素・質量数の数に依存し、第１の検出結果５１には、測定対象とした（測定質量数）のデータのみが含まれる。スペクトル干渉の点からは、ＭＳ２０は、同一の質量電荷比ｍ／ｚを有する元素（成分）の分離はできず、ＯＥＳ８０は周波数が同一または近接するスペクトルを備えた元素（成分）の分離が難しい。

【0030】

したがって、測定時間に着目すると、図２に示すように、第１の検出結果５１は、時間分割（時間経過）により取得された、すなわち、シリアル（シーケンシャル）に取得されるマススペクトルを含む。すなわち、時刻ｔ１にスペクトルの取得を開始すると（５１ａ）、時刻ｔ２に示すように、順番に質量電荷比ｍ／ｚをサーチし（５１ｂ）、時刻ｔｎに所望の質量電荷ｍ／ｚ（関心領域、ＲＯＩ）５１ｒのスペクトルを備えた検出結果（質量スペクトル５１ｃ）を得ることができる。比較的高速なＭＳであっても、１つのｍ／ｚにフィルターの条件を設定した測定に１ｍｓ程度が必要であり、１秒で１０００ポイント（ｍ／ｚ）の測定が可能であるが、ＯＥＳ８０と比較すると測定時間は大幅に増加する。さらに、検出感度（定量測定感度）を向上しようとすると、１つのポイントにおける測定時間が増加するために時間を消費する。一方、時間を消費すれば高精度の測定が可能であり、所望のＲＯＩに限定して成分を測定することにより、高感度の測定結果（検出結果）５１を得ることができる。

【0031】

一方、第２の検出結果５２は、分光により、パラレルに、少なくとも第１の検出結果５１に対して瞬時に（ｍｓ以下のオーダーで）取得可能な発光スペクトルを含む。したがって、時刻ｔ１、ｔ２およびｔｎにおいて取得される第２の検出結果５２ａ、５２ｂおよび５２ｃは、マイクロプラズマ１９の状態が変わらなければ同一である。したがって、シリアルに取得される第１の検出結果５１の信頼性を、パラレルに取得される第２の検出結果５２と第１の検出結果５１とを同期させて関連付けしておくことにより担保できる。第１の検出結果５１と第２の検出結果５２との同期には、このガス分析装置１に固有の２つのレイテンシが主に関係する。

【0032】

時間差が発生する１つの要因は、第１の検出結果５１がマイクロプラズマ１９から供給されたイオン流１７をフィルター２５により選別した結果であり、イオンが物理的にディテクタ２６に到達する必要があることである。すなわち、マイクロプラズマ１９に変動があると、その変動を検出するには、イオンが物理的に第１の検出器２０のディテクタ２６に到達するまでの時間が必要となり、プラズマ１９の状態とは時間差（レイテンシ）がある。

【0033】

これに対して、第２の検出結果５２は、発光スペクトルであり、マイクロプラズマ１９の状態に変動があれば、時間差なく検出結果に表れる。しかしながら、ガス分析装置１は、固定されたサンプルチェンバー１２に生成されるマイクロプラズマ１９が、第１の検出器２０と第２の検出器８０との検査対象であり、第１の検出結果５１と第２の検出結果５２との時間差は、ガス分析装置１の固有の値として事前に設定が可能である。したがって、第１の検出結果５１と第２の検出結果５２との時間差は、生成装置５７ｂにおいて判明しており、第１の検出結果５１と第２の検出結果５２とを同期した状態で分析用データ５３として生成することができる。これにより、同じ時刻のマイクロプラズマ１９の異なる方法による検出結果を精度よく得ることができる。

【0034】

もう１つの要因は、上述したように、第１の検出器２０においては、所望のＲＯＩを含む第１の検出結果（スキャン済みの第１の検出結果、質量スペクトル）５１ｃを取得するために所定の時間を要することである。例えば、質量スペクトルをスキャンしている間に、マイクロプラズマ１９の状態に変換があれば、時刻ｔｎに得られた質量スペクトル５１ｃは、時刻ｔｎのマイクロプラズマ１９の状態を反映しているとは言えない可能性がある。一方、質量スペクトルをスキャンしている間の第２の検出結果５２ａ～５２ｃに変化がなければ、時刻ｔｎに得られた質量スペクトル５１ｃが、時刻ｔｎのマイクロプラズマ１９の状態を反映していることを担保できる。生成装置５７ｂは、質量スペクトル５１の信頼性を担保するために、質量スペクトル５１を取得している間の第２の検出結果５２の全てを同期させて分析用データ５３として生成してもよい。生成装置５７ｂは、質量スペクトル５１を取得している間の、全ての第２の検出結果５２ａ～５２ｃが同じことを検証し、全ての第２の検出結果５２ａ～５２ｃが同じときの質量スペクトル５１ｃのみを、第２の検出結果５２ｃと同期させて分析用データ５３として生成してもよく、条件を満たさないときは質量スペクトル５１ｃを破棄するようにしてもよい。生成装置５７ｂは、このようにして生成した分析用データ５３をメモリ５５に蓄積したり、通信装置５７ｄを介して外部のサーバーまたはプロセスコントローラ１０５に出力してもよい。

【0035】

すなわち、このガス分析装置１においては、イオン源および発光源となる共通したプラズマ１９を、プロセス１０２とは別に生成するサンプルチェンバー１２を含み、そのサンプルチェンバー１２に対して予めルートが固定された第１の検出器２０および第２の検出器８０を含む。したがって、サンプルチェンバー１２内に生成される共通のプラズマ１９に対する、シリアルな第１の検出結果５１と、パラレルな第２の検出結果５２とを同期して取得でき、生成装置５７ｂにより、それらを関連させて分析用データ５３として生成し、出力できる。このため、シリアルに取得される第１の検出結果５１が得られている時間間隔の間の、パラレルに取得される第２の検出結果５２の変動を確認することにより、第１の検出結果５１が同一の条件、例えば、同一の条件のプロセスあるいは同一の条件で維持されたプラズマ１９からの情報であることを検証することが可能となり、さらに信頼性の高い分析結果を得ることができる。

【0036】

また、ガス分析装置１のサンプルチェンバー１２には微小なマイクロプラズマ１９が生成される。このため、第１の検出器２０および第２の検出器８０の検出対象となる共通のイオン源および発光源の体積を縮小でき、プラズマ中の偏りなどを削減し、同一の対象に対する第１の検出結果５１および第２の検出結果５２を得ることができる。さらに、シリアルに得られるマススペクトル５１を関心領域（ＲＯＩ）５１ｒに限定することも可能であり、広範囲な情報はパラレルで得られる第２の検出結果５２で確認し、ＲＯＩについては第１の検出結果５１によりシリアルに、時間をかけて取得することも可能である。すなわち、第１の検出結果５１は、図２に示したように、マススペクトル５１ｃを含み、特に、ＲＯＩ５１ｒに限定されたマススペクトル５１ｃのみを含んでいてもよい。このため、広範囲の情報を確認しながら、ＲＯＩについては短い時間間隔であっても、さらに精度の高い分析結果を得ることが可能となる。

【0037】

ＰＬＣ５０は、さらに、プラズマコントローラ１６を介してマイクロプラズマ１９の生成状態を管理するプラズマ生成制御装置５７ａと、第１の検出器２０のフィルター２５を所望のＲＯＩの範囲のマススペクトルが得られるように制御するＲＯＩ制御装置５７ｃ、有線および／または無線によりプロセスコントローラ１０５および／または外部のサーバーなどと通信を行うための通信制御装置５７ｄとを含んでいてもよい。

【0038】

ＰＣＬ５０は、さらに、第１の検出結果５１および第２の検出結果５２を含む分析用データ５３に基づき、サンプルガス９に含まれる成分（元素）を分析する分析装置（分析ユニット、分析機能）７０を含んでいてもよい。分析装置７０は、第１の検出結果５１と、第１の検出結果５１と当該ガス分析装置１により規定される時間間隔を設けて同期した第２の検出結果５２とにより、サンプルガス９を分析する第１の分析器（第１の分析ユニット）７１を備えていてもよい。

【0039】

上述したように、スペクトル干渉の点からは、第１の検出器（ＭＳ）２０は、同一の質量電荷比ｍ／ｚを有する元素（成分）の分離はできず、第２の検出器（ＯＥＳ）８０は周波数が同一または近接するスペクトルを備えた元素（成分）の分離が難しい。逆に、第１の検出器２０の第１の検出結果５１において分離できない成分については、第２の検出器８０の第２の検出結果５２では分離でき、第２の検出器８０の第２の検出結果５２において分離できない成分については、第１の検出器２０の第１の検出結果５１では分離できる可能性がある。さらに、本例の分析装置１においては、時間的に同期し、さらに、信頼性の高い第１の検出結果５１と第２の検出結果５２とを組み合わせた分析用データ５３が得られる。したがって、第１の分析器７１においては、これらのデータを協調して解析することにより、サンプルガス９の成分をより高い精度で分析することが可能となる。

【0040】

分析装置（協調制御モジュール）７０は、第１の検出器２０の検出結果５１と、第２の検出器８０の検出結果５２とを並列に、または、当該ガス分析装置１により規定される時間間隔を設けて処理した分析結果を取得する処理を行う。この処理においては、ガス分析装置１は、サンプルチェンバー１２の他に電子イオン化装置１５を備えているので、以下の処理方法（処理モード）を選択できるようにしてもよく、分析装置７０は、以下のモードＭ１、Ｍ２およびＭ３のいずれかを選択して分析を行う第２の分析器７２を備えていてもよい。
（１）第１の検出器２０による、プラズマ１９中のイオン化された成分検出と、第２の検出器８０による発光分析とを並行に行う（第１のモード、Ｍ１）。
（２）第１の検出器２０による、プラズマ１９から派生されたガスを電子イオン化装置１５によりイオン化することによる成分の検出と、第２の検出器８０による発光分析とを並行に行う（第２のモード、Ｍ２）。
（３）第１の検出器２０による、プラズマ１９を介さずに、サンプル入力３ｂを介して供給されたサンプルガス９を電子イオン化装置１５によりイオン化することによる成分の検出と、第２の検出器８０によるプラズマ１９の発光分析とを並行で行う（第３のモード、Ｍ３）。
これらの処理を選択したり、組み合わせることにより、サンプルガス９の成分、状態、各成分の濃度、時間変化などを精度よく測定することができる。

【0041】

なお、第３のモード以外では、サンプル入力３ｂは上流のバルブ５ｂにより閉である。また、プロセスチェンバー１０１の内部がプラズマ１９を生成が困難な程度に負圧（真空）になっている場合は、サンプル入力３ａを上流のバルブ５ａにより閉とし、サンプル入力３ｂからサンプルガス９を供給して電子イオン化装置１５によりイオン化してもよい。この場合、マイクロプラズマ１９は形成されないので、第２の検出器（ＯＥＳ）８０による検出結果５２は得られない。

【0042】

プロセスモニター（プロセスモニタリング装置、プロセスモニタリングシステム）１００は、プラズマプロセス１０２が実施されるプロセスチェンバー１０１から供給されるサンプルガス９をガス分析装置１により分析した結果によりプロセス１０２を制御するプロセスコントローラ（プロセス制御装置）１０５を含む。プロセスコントローラ１０５は、ＣＰＵおよびメモリなどのコンピュータ資源を備えていてもよく、制御用のプログラム（プログラム製品）１０９により稼働してもよい。プロセスコントローラ１０５は、ＰＬＣ５０と共通する構成の分析装置７０を含んでいてもよく、ガス分析装置１から分析用データ５３の供給を受けてサンプルガス９の分析と、プロセスチェンバー１０１により実施される１または複数のプロセス１０２の制御とを行ってもよい。

【0043】

プロセスコントローラ１０５は、少なくとも１つのプラズマプロセス１０２のエンドポイントを、そのプラズマプロセスの副生成物を含むサンプルガス９をガス分析装置１により検出（測定）した結果により判断する装置（エンドポイントコントローラ）１１０装置を含む。少なくとも１つのプラズマプロセス１０２は、エッチング、膜生成、およびクリーニングの少なくとも１つを含んでもよい。このプロセスモニター１００においては、ガス分析装置１により管理されるサンプルチェンバー１２において、プロセスチェンバー１０１とは独立したプラズマ１９を生成することにより、第１の検出器（質量分析器、ＭＳ）２０による成分の検出と、第２の検出器（ＯＥＳ）８０による成分の検出とを高い精度で同期して関連づけることが可能となり、高い精度でプロセス１０２の副生成物を、その有無だけではなく、定性的な分析（解析）を含めて行うことができる。したがって、プロセスコントローラ１０５は、その分析に基づき、プラズマプロセス１０２を適宜、制御することが可能となる。

【0044】

図３にプロセスコントローラ１０５によりプラズマプロセス１０２を制御する概要をフローチャートにより示している。ステップ１２１において、プロセスチェンバー１０１におけるプロセス１０２を開始する。これと同時に、または前後して、ステップ１２２において、プロセスコントローラ１０５は、ガス分析装置１によるサンプルガス９の分析を開始する。ガス分析装置１では、ステップ１２３において、第１の検出器（ＭＳ）２０と、第２の検出器（ＯＥＳ）８０とによる、サンプルチェンバー１２内のプラズマ１９の成分の検出を行い、第１の検出結果５１と第２の検出結果５２とを同期し、関連させた分析用データ５３を生成する。第２の検出結果５２では、一括で、パラレルに取得された発光スペクトルにより広範囲の成分に関する情報が得られる。第１の検出結果５１では、関心領域（ＲＯＩ）に限定されたマススペクトル（ＭＳ）のみを取得することができ、高精度、高感度の情報が得られる。

【0045】

ステップ１２４において、分析用データ５３に基づき、第１の分析器７１が、サンプルガス９の成分の分析を行う。ステップ１２５において、測定モードの切替が必要と判断されると、ステップ１２６において、上述した第１のモード（Ｍ１）、第２のモード（Ｍ２）および第３のモード（Ｍ３）のいずれかを選択してもよい。

【0046】

ステップ１２７において、プロセスコントローラ１０５のエンドポイントコントローラ１１０が、サンプルガス９の分析結果に基づき、プロセス１０２の状況や終了時期を判断し、プロセス１０２を終了する条件が整ったと判断すると、ステップ１２８でプロセス１０２を終了する。プロセス１０２の終了は、プラズマプロセス１０２の副生成物のガス分析装置１による検出結果に基づき、エンドポイントコントローラ１１０が判断してもよい。その後、次のプロセスの処理を開始するための準備を行い、順次プロセスを繰り返して、製品を製造することができる。

【0047】

図４に、プロセスモニタリング装置１００の異なる例を示す。このプロセスモニタリング装置１００は、ガス分析装置１の異なる例を含む。このガス分析装置１においては、第２の検出器８０の分光分析ユニット８５が、サンプルチェンバー１２の透光性で誘電性の壁体構造１２ａに直結するように配置されている。したがって、光ファイバーを経ることなくサンプルチェンバー１２内のプラズマ１９からの光を分光分析することができ、さらに精度よく分光分析した結果を得ることができる。また、プラズマを生成するためのＲＦが供給される壁体１２ａに隣接して、あるいは同軸的に分光分析ユニット８５を配置することにより、壁体１２ａの内面をプラズマ１９により処理するようにプラズマ１９を生成できる。このため、プラズマ１９の派生物により壁体１２ａの内面が汚染されて発光が見にくくなるような事態を未然に防止できる。

【0048】

このガス分析装置１は、サンプルチェンバー１２の一方の端に設けられた開口１８から第１の検出器２０にイオン化したガスの流れ（イオン流）１７を供給する第１の経路１５１と、サンプルチェンバー１２の他方の端から第２の検出器８０による分光分析のための光を供給する第２の経路１５２とを有する。分光分析のための光をイオン流１７が流れ出す反対方向から得ることができ、第２の検出器８０の第２の検出結果５２の予期しない変動を抑制できる。

【0049】

図５に、プロセスモニタリングシステム１００のさらに異なる例を示す。このプロセスモニタリングシステム１００は、ガス分析装置１のさらに異なる例を含む。このガス分析装置１のサンプルチェンバー１２の透光性で誘電性の側壁１２ｂを備えた円筒状であり、第２の検出器８０の分光分析ユニット８５に光ファイバー８２を介して光を導くための集光素子８１が側壁１２ｂに取り付けられている。したがって、このガス分析装置１は、サンプルチェンバー１２の第１の軸（中心軸）１５５に沿った一方の端に設けられた開口１８から第１の検出器２０にイオン化したガスの流れ（イオン流）１７を供給する第１の経路１５１と、サンプルチェンバー１２の第１の軸１５５に直交する方向に第２の検出器８０による分光分析のための光を供給する第３の経路１５３とを含む。円筒状のチェンバー１２内で生成されるプラズマ１９に対し、第３の経路１５３により側方からアクセスすることが可能である。このため、第２の検出器８０は、プラズマ１９の中心部の原子化した試料の発光を用いて発光分析（分光分析）することが可能となり、より精度の高い検出結果５２を得ることができる。

【0050】

なお、プラズマ１９の発光を得るために分光分析ユニット８５を配置する場所、あるいは光ファイバー８２を装着する場所は上記に限定されるものではない。

【0051】

上記には、誘電性の壁体構造を備え、測定対象のサンプルガスのみが流入するサンプルチェンバーと、誘電性の壁体構造を介して電場および／または磁場により、減圧された前記サンプルチェンバー内でプラズマを生成するプラズマ生成機構と、生成されたプラズマを介してサンプルガスを分析する分析ユニット（センサー群）とを有するガス分析装置が開示されている。分析ユニットは、プラズマ中のイオン化したガスをフィルタリングする第１の分析器（第１の検出器）、例えば質量分析器と、サンプルチェンバーのプラズマ中のイオンを分光分析する第２の分析器（第２の検出器）、例えば発光分光分析器とを含む。この分析装置は、第１の分析器のイオン源となるプラズマのイオン種別および濃度を第２の分析器により分光分析できる。このため、共通のイオン化されたサンプルを同時に並行して、または、ガス分析装置内の限られた時間間隔（レイテンシー）で異なる方法で分析でき、それらの異なる方法による分析結果を、１つの分析装置の分析結果としてリアルタイムで得ることができる。すなわち、分析ユニットは、第１の分析器の分析結果と、第２の分析器の分析結果とを並列に、または、当該ガス分析装置により規定される時間間隔を設けて処理した分析結果を取得する第３の分析器を含んでもよい。すなわち、サンプルチェンバー内のプラズマ中のイオン化したガスを時間差なく、異なる分析方法により捉えた結果を、比較して、サンプルガスの成分と濃度とを、時間的な変動を含めて、高い精度で分析できる。

【0052】

サンプルチェンバーにおいては、マイクロプラズマが形成されるので、発光分光分析の対象としては光源のサイズが十分に小さく、安定した分析結果が得られる。第２の分析器は、透光性の高い誘電性の壁体構造を介してサンプルチェンバーの中のプラズマからの光を受光するユニットを含んでもよく、壁体構造の内面がプラズマにより常にリフレッシュされるので汚れなどによる分析性能の低下を抑制できる。さらに、第２の分析器は、サンプルチェンバーに光ファイバーを介して接続された分光分析器であってもよく、光ファイバーによる影響をなくすために第２の分析器は、サンプルチェンバーから光ファイバーを介さず発光を取得する分光分析器を含んでもよい。第１の分析器は、サンプルガスをイオン化するための電子を生成する電子イオン化ユニットを含んでもよい。

【0053】

上記には、さらに、ガス分析装置を有するプロセスモニタリングシステムが開示されている。プロセスモニタリングシステムは、ガス分析装置と、プラズマプロセスが実施されるプロセスチェンバーであって、ガス分析装置にサンプルガスが供給されるプロセスチェンバーとを有するシステムの一例である。

【0054】

上記には、さらに、ガス分析装置によりサンプルガスの成分を分析する方法が開示されている。この方法は、第１の分析器の分析結果と、第２の分析器の分析結果とを並列に、または、当該ガス分析装置により規定される時間間隔を設けて処理した分析結果を取得することを含む。質量分析では電荷比が同じために分離できない成分があっても、分光分析で得られるイオン化種別を加味して質量分析結果を分析することにより高精度の分析結果が得られるなど、質量分析と分光分析との協働により得られる効果は多い。第１の分析器が、サンプルガスをイオン化するためのイオンを生成する電子イオン化ユニットを含む場合は、以下のような測定方法を含んでもよい。（１）第１の分析器による、プラズマ中のイオン化したガスの分析と、第２の分析器によるプラズマ中のガスの分析とを並行に行うこと。（２）第１の分析器による、プラズマから派生されたガスを電子イオン化ユニットによりイオン化した分析と、第２の分析器によるプラズマ中のガス分析とを並行に行うこと。（３）第１の分析器による、プラズマを介さずに、電子イオン化ユニットによりイオン化したガスの分析と、第２の分析器によるプラズマ中のガス分析とを並行で行うこと。

【0055】

上記には、さらに、プラズマプロセスを実施するプロセスチェンバーを有するシステムの制御方法が開示されている。このシステムは、上記に記載の分析装置を有し、プロセスチェンバーからのサンプルガスのみがサンプルチェンバーに流入し、当該方法は、ガス分析装置の測定結果に基づいてプロセスチェンバー内で実施されるプラズマプロセスを制御することを含む。

【0056】

なお、上記では、第１の検出器２０のフィルター２５として四重極タイプを採用した質量フィルターの例を説明しているが、このフィルター２５は、イオントラップ、ウィーン（Ｗｉｅｎ）フィルターなどの他のタイプであってもよい。

【0057】

また、上記においては、本発明の特定の実施形態を説明したが、様々な他の実施形態および変形例は本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者が想到し得ることであり、そのような他の実施形態および変形は以下の請求の範囲の対象となり、本発明は以下の請求の範囲により規定されるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】