[发明专利]用谐波测定光谱灵敏检测真空中分子种类的方法和装置

说明书

本申请是申请日为1996年10月9日、申请号为96112703.1、发明名称为“用谐波测定光谱灵敏检测真空中分子种类的方法和装置”申请的分案申请，本申请要求1995年10月10日提出的申请号为60/005，013的美国在先申请的优先权。

本发明涉及用谐波测定吸收光谱检测试样中气相分子种类的方法，而且涉及检测半导体工艺设备中相同情况的方法。本发明也涉及检测试样中气相分子种类的装置，而且涉及包含同样情况的半导体工艺设备。

半导体集成电路是经由一系列的工艺来制造。许多工艺涉及使用气相材料，包括在这样工艺中的有刻蚀、扩散、化学气相沉积(CVD)、离子注入、溅射和快速热处理。在这些工艺中半导体衬底和气相中的各种分子种类进行接触。由于集成电路器件的非常优良的性能，为了把成品率下降减小到最低程度通常必须考虑使虑接触半导体衬底的气体中各种杂质浓度为十亿分之几(ppb)或更低。在各种分子杂质中间，水气是很难除去，而有害地影响许多半导体制作工艺。

红外吸收光谱是众所周知的一种检测分子种类的方法。这种方法是基于对在某种分子的固有频率特征上出现红外光吸收的测量。然而，当这种方法用来测量真空室内微量的各种分子种类时，测量精确度常常受由于在容器外面设置光源和探测器处存在相同的分子种类所引起的光吸收的限制。

提出了减轻上述问题的三种方法。第一种方法就是使真空室外面的光程较之里面的光程尽可能短，第二种方法是用纯净气体吸洗真空室外面的光程和第三种方法是使该光程处于真空下。在这里使用的术语“纯气”指水气含量基本上为零的气体。用测量之前抽气的方法也能把第二种方法和第三种方法结合起来。

然而，这些方法效果有限，例如，如果在真空室内所关心的分子种类分压非常低，尽管使用这些方法但是仍能出现显著的干扰。特别，当所关心的分子种类是水时，在真空室外的部件常常释放在密度上足以干扰测量的水气。除放气外，漏气和由容器室外面光程的几何形状所覆盖的体积吹洗不足也能成为引起干扰的原因。这些不希望有的分子种类源是很难或者不可能完全去除，因此妨碍了精确测量进行。

在红外吸收光谱中，随压力线性增大，光吸收在中心吸收频率附近逐渐展宽。所以，由于在真空室外的较高压力区域中的分子引起光吸收的宽度比由于在真空室内的较低压力区域中的分子引起光吸收的宽度大。此外，在中心频率上的最大光吸收与所关心的分子种类的分压成正比，而与扩展宽度成反比。因此，随着真空室外气体总压增大，扩展宽度也增大。

在采用简单的红外光吸收测量时，通过增加真空室外的压力虽然增大由于在这区域中分子引起信号的宽度，但是得不到好处，因为所关心的分子种类的分压成比例地增大(假定分子种类的浓度保持不变)，由于二种效果抵消，所以由真空室外的分子引起的信号没有排除。事实上，应当有稍微展宽，展宽的尺寸取决于多普线勒谱宽度。因此，在真空室外的光程中不可能不存在分子种类。红外光吸收光谱不适用于精确检测真空室里面微量的分子种类。

根据另一种大家知道的光谱法，谐波测定光谱法，可以方便地应用由于真空室外的分子引起的较大的扩展宽度。下面更一般性地讨论可以在“C.R.Wenlster et al.Infrared Laser Remote Chemical Analysis，Wiley，New York(1988).”中寻查。