JP3725822B2

JP3725822B2 - Fluorine gas generation and supply equipment

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Publication number: JP3725822B2
Application number: JP2001397278A
Authority: JP
Inventors: コリン・ケネディー; 孝子木村; 実猪野; 淳園部
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: US20050161321A1; KR20040075034A; WO2003056066A2; TW200306950A; CN1608146A; JP2003193278A; AU2002367093A8; AU2002367093A1; WO2003056066A3; EP1461475A2; TWI252214B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体処理システムのガス供給系に配設される、フッ素ガス生成及び供給装置に関する。なお、ここで、半導体処理とは、半導体ウエハやＬＣＤ基板等の被処理基板上に半導体層、絶縁層、導電層等を所定のパターンで形成することにより、該被処理基板上に半導体デバイスや、半導体デバイスに接続される配線、電極等を含む構造物を製造するために実施される種々の処理を意味する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理基板、例えば半導体ウエハやＬＣＤ基板に、成膜、エッチング、拡散等の各種の半導体処理が施される。このような処理を行う半導体処理システムでは、例えば、シリコン膜やシリコン酸化膜をエッチングする場合や、処理室内をクリーニングする場合等、半導体処理に限らず、種々の用途の処理ガスとしてフッ素系のガスが利用される。
【０００３】
フッ素系の処理ガスは、既にフッ素化合物として製造され、ボンベに充填された状態で半導体処理システムのガス供給系に配備されるのが一般的であり、現場でフッ素等の必要な原料を使用して生成されることは一般的でない。その理由は、ガス組成の信頼性の問題だけでなく、フッ素のような酸化力の高い物質を高圧（通常５ｋｇ／ｃｍ²以上）に充填したボンベを半導体処理システムのガス供給系に配備することが非常に危険だからである。
【０００４】
一方、米国特許第５，６８８，３８４等の公報には、フッ素ガスの発生のオンとオフとを使用量に応じて自動的に制御する装置が開示される。この装置では、フッ素ガスの発生部として、フッ化水素を電解することによりフッ素ガスを生成する電解槽が使用される。このような電解タイプの装置によれば、大気圧に近い圧力でフッ素ガスを必要に応じて生成することができるため、フッ素ボンベを配備する際の安全性の問題を回避することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような、フッ素ガス生成及び供給装置を半導体処理システムのガス供給系に配設する場合、この装置に異常が生じた場合にも主処理装置側の運転に支障を来さないように、バックアップ手段を用意する必要がある。典型的には、２台のフッ素ガス生成及び供給装置をガス供給系に配設し、これ等を交代で稼動部及びバックアップ手段として使用する。しかし、このようなバックアップ方法は、ガス供給系のイニシャルコスト及び運転コストを高くする原因となる。また、フッ素ボンベをバックアップ手段として使用することもできるが、高圧のフッ素ボンベを半導体処理システムのガス供給系に配備しておくことは、安全性の点で問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、半導体処理システムのガス供給系に配設され、安価で且つ安全な構成で装置の異常をバックアップすることが可能な、フッ素ガス生成及び供給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
特に、本発明は、オンサイトで且つオンデマンドでフッ素ガスを生成及び供給する装置を提供することを目的とする。ここで、オンサイトとは、フッ素ガスを生成及び供給する機構が、所定の主処理装置、例えば、半導体処理システムの主処理装置と組合わされることを意味する。また、オンデマンドとは、主処理装置側からの要求に応じたタイミングで且つ必要とされる成分調整を伴ってガスが供給可能となることを意味する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の視点は、半導体処理システムのガス供給系に配設され、フッ素ガスを発生及び供給する装置であって、
フッ化水素を含む溶融塩からなる電解浴中でフッ化水素を電解することによりフッ素ガスを生成する電解槽と、
フッ化窒素、フッ化イオウ、フッ化塩素からなる群から選択された代替ガスを貯蔵するボンベと、
前記電解槽及び前記ボンベに接続され、前記電解槽からの前記フッ素ガスと、前記ボンベからの前記代替ガスとを、ガス使用部に選択的に供給するガス切替え部と、
前記電解槽の状態を検出する電解槽検出器と、
前記電解槽検出器により前記電解槽の異常状態が検出された時、前記ボンベからの前記代替ガスを前記ガス使用部に供給するように、前記ガス切替え部を制御するコントローラと、
を具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２の視点は、第１の視点の装置において、前記電解槽検出器は前記電解浴の組成を代表する状態を検出することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の視点は、第２の視点の装置において、前記電解槽検出器は前記電解浴の電流特性、液面レベル、温度からなる群から選択された状態を検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第４の視点は、第１乃至第３の視点のいずれかの装置において、前記電解槽から前記ガス使用部に前記フッ素ガスを供給するガス供給ルートの異常状態を検出するルート検出器を更に具備し、前記コントローラは、前記電解槽検出器により前記電解槽の異常状態が検出された時だけでなく、前記ルート検出器により前記ガス供給ルートの異常状態が検出された時、前記ボンベからの前記代替ガスを前記ガス使用部に供給するように、前記ガス切替え部を制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第５の視点は、半導体処理システムのガス供給系に配設され、フッ素ガスを発生及び供給する装置であって、
フッ化水素を含む溶融塩からなる電解浴中でフッ化水素を電解することによりフッ素ガスを生成する電解槽と、
フッ化窒素、フッ化イオウ、フッ化塩素からなる群から選択された代替ガスを貯蔵するボンベと、
前記電解槽及び前記ボンベに接続され、前記電解槽からの前記フッ素ガスと、前記ボンベからの前記代替ガスとを、ガス使用部に選択的に供給するガス切替え部と、
前記電解槽から前記ガス使用部に前記フッ素ガスを供給するガス供給ルートの異常状態を検出するルート検出器と、
前記ルート検出器により前記ガス供給ルートの異常状態が検出された時、前記ボンベからの前記代替ガスを前記ガス使用部に供給するように、前記ガス切替え部を制御するコントローラと、
を具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の視点は、第４または第５の視点の装置において、前記ガス供給ルートは前記電解槽から前記ガス切替え部に供給される前記フッ素ガスの圧力及び流量を制御するバッファ部を具備し、前記ルート検出器は前記バッファ部の状態を検出するバッファ検出器を具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第７の視点は、第６の視点の装置において、前記バッファ部は、前記電解槽からの前記フッ素ガスを加圧するコンプレッサを具備し、前記バッファ検出器は、前記コンプレッサの運転状態を検出することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第８の視点は、第６の視点の装置において、前記バッファ部は、前記電解槽からの前記フッ素ガスを一時的に溜めるバッファタンクを具備し、前記バッファ検出器は、前記バッファタンク内の圧力を検出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第９の視点は、第６の視点の装置において、前記バッファ部は、前記電解槽からの前記フッ素ガスを所定流量で前記ガス切替え部に供給するフローコントローラを具備し、前記バッファ検出器は、前記フローコントローラにおける前記フッ素ガスの流量を検出することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１０の視点は、第１乃至第９の視点のいずれかの装置において、前記代替ガスはフッ化窒素からなることを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明の実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態に係る、フッ素ガス生成及び供給装置を組込んだ半導体処理システムを示す概略図である。この半導体処理システムは、半導体ウエハやＬＣＤ基板等の被処理基板に、成膜、エッチング、或いは拡散等の処理を施す半導体処理装置１０を有する。
【００２１】
半導体処理装置１０は、被処理基板を収納すると共に半導体処理を施すための処理室１２を具備する。処理室１２内には、被処理基板を載置するための下部電極兼載置台（支持部材）１４が配設される。処理室１２内にはまた、載置台１４に対向して上部電極１６が配設される。両電極１４、１６間にＲＦ（高周波）電源１５からＲＦパワーが印加されることにより、処理ガスをプラズマに転化するためのＲＦ電界が処理室１２内に形成される。処理室１２の下部には、内部を排気すると共に真空に設定するための排気系１８が接続される。また、処理室１２の上部には、処理ガスを供給するためのガス供給系２０が接続される。
【００２２】
図２は図１図示のガス供給系２０と組み合わせて使用される半導体処理装置の変更例１０ｘを示す概略図である。半導体処理装置１０ｘは、被処理基板を収納すると共に半導体処理を施すための処理室１２を具備する。処理室１２内には、被処理基板を載置するための載置台（支持部材）１４が配設される。処理室１２の下部には、内部を排気すると共に真空に設定するための排気系１８が接続される。処理室１２の上部には、プラズマを生成するためのリモートプラズマ室１３が接続される。リモートプラズマ室１３の周囲には、コイルアンテナ１７が巻回される。コイルアンテナ１７にＲＦ（高周波）電源１５からＲＦパワーが印加されることにより、処理ガスをプラズマに転化するための誘導電界がリモートプラズマ室１３内に形成される。また、リモートプラズマ室１３の上部には、処理ガスを供給するためのガス供給系２０が接続される。
【００２３】
図１に戻り、ガス供給系２０には、処理室１２内に任意のガス、例えば半導体処理を行うための処理ガスや処理室１２内をクリーニングするための処理ガスを、選択的に切替え且つ所定の流量で供給するための流れ管理部２２が配設される。流れ管理部２２には、種々な活性ガスや不活性ガスを貯蔵する複数のガス源を有するガス貯蔵部２４が接続される。流れ管理部２２にはまた、フッ素ガス系の処理ガスを反応処理により生成するガス生成部２６が接続される。
【００２４】
流れ管理部２２及びガス生成部２６には、本発明の実施の形態に係るフッ素ガス生成及び供給装置３０が接続される。即ち、生成及び供給装置３０は、流れ管理部２２にフッ素ガスを直接供給するか、或いはガス生成部２６にフッ素ガス原料を供給するために使用される（切替え用のバルブは図示せず）。ガス生成部２６では、例えば、フッ素ガス原料と、Ｃｌ等の他のハロゲンガスとを反応させることにより、ハロゲン間フッ素化合物ガスが生成される。
【００２５】
生成及び供給装置３０は、フッ化水素を含む溶融塩からなる電解浴中でフッ化水素を電解することによりフッ素ガス（Ｆ₂）を生成する電解槽３４を有する。溶融塩は、フッ化カリウム（ＫＦ）とフッ化水素（ＨＦ）との混合物（ＫＦ／２ＨＦ）或いはフレミー塩（Fremy's salt）とフッ化水素との混合物からなる。電解槽３４には、消費原料であるフッ化水素を供給するためのフッ化水素源３２が接続される。電解槽３４内には、電解浴の組成の変化を代表する状態として、電解浴の電流特性、液面レベル、温度等を検出するための検出器３６が配設され、検出器３６で得られた検出結果はコントローラ４０に供給される。消費原料であるフッ化水素は、コントローラ４０の制御下で、検出器３６による検出結果に基づいて、量的なしきい値を目安として、フッ化水素源３２から電解槽３４に補充される。
【００２６】
電解槽３４で生成されたフッ素ガスは、供給配管３８に配設されたフッ素ガスの圧力及び流量を制御するためのバッファ部４２を介してガス切替え部５６に供給される。バッファ部４２は、概ね大気圧で生成される電解槽３４からのフッ素ガスを加圧するためのコンプレッサ４４と、フッ素ガスを一時的に溜めるバッファタンク４６と、フッ素ガスをバッファタンク４６からガス切替え部５６に所定流量で供給するためのフローコントローラ４８とを有する。コンプレッサ４４には、その運転状態を検出するための運転検出器５０が配設される。バッファタンク４６には、その内部の圧力を検出するための圧力検出器５２が配設される。フローコントローラ４８には、その内部のフッ素ガスの流量を検出する流量検出器５４が配設される。これ等の検出器５０、５２、５４で得られた検出結果はコントローラ４０に供給される。
【００２７】
一方、フッ素ガスの発生源である電解槽３４及び同電解槽３４からガス使用部に至る供給配管、バッファ部４２等を含むフッ素ガスの供給ルートに異常が発生した場合を想定し、バックアップ部６０が配設される。バックアップ部６０は、フッ素ガスを代替する代替ガスを貯蔵するボンベ（またはボンベ群）６２を有する。ボンベ６２のバルブ６４を出た代替ガスは、フローコントローラ６６によって所定流量に制御された状態でガス切替え部５６に供給される。
【００２８】
なお、代替ガスは、フッ化窒素、フッ化イオウ、フッ化塩素からなる群から選択される。この中で、フッ化窒素は、室温で反応性が低く、比較的安全なガスであるという理由から、代替ガスとして使用することが望ましい。なお、代替ガスとしてフッ化窒素（ＮＦ₃）を使用する場合、フッ素ガスからフッ化窒素に切り替わる際に、フッ化窒素の流量が自動的にフッ素の流量の約２／３倍となるようにフローコントローラを設定することが望ましい。このように設定することにより、代替ガスを使用する側の処理能力を一定に維持することできる。また、半導体処理装置や処理のタイプによっても、望ましい代替ガスは異なる。例えば、プラズマクリーニングの場合はフッ化窒素（ＮＦ₃）を代替ガスとして使用し、サーマルクリーニングの場合はフッ化塩素を代替ガスとして使用することが望ましい。
【００２９】
コントローラ４０は、電解槽３４及び／またはバッファ部４２の異常状態が検出された時、ボンベ６２からの代替ガスをガス使用部（主処理部側）に供給するように、ガス切替え部５６を制御する。また、コントローラ４０は、ガス切替え部５６におけるガスの切替えに伴って、バッファ部４２の作動（例えばコンプレッサ４４の運転）のオン／オフ及びボンベ６２のバルブ６４の開閉も制御する。
【００３０】
電解槽３４の異常状態は、電解槽検出器３６を介して感知される。具体的には、検出器３６は、電解浴の組成の変化を代表する状態として、電解浴の電流特性、液面レベル、温度等を検出し、コントローラ４０に伝達する。コントローラ４０は、これ等の検出値と予め設定されたしきい値とを比較し、電解槽３４が正常状態にあるか、或いは異常状態に陥ったかを認識する。
【００３１】
また、バッファ部４２の異常状態は、バッファ検出器である３つの検出器、即ち、運転検出器５０、圧力検出器５２及び流量検出器５４を介して感知される。具体的には、これ等の検出器５０、５２、５４は、夫々、コンプレッサ４４の運転状態、バッファタンク４６の内部の圧力、フローコントローラ４８におけるフッ素ガスの流量を検出し、コントローラ４０に伝達する。コントローラ４０は、これ等の検出値と予め設定されたしきい値とを比較し、バッファ部４２が正常状態にあるか、或いは異常状態に陥ったかを認識する。
【００３２】
このように、フッ素ガスの発生及び供給側の各主要部分には検出器３６、５０、５２、５４が配備され、同発生及び供給側における異常状態の発生箇所、種類等がコントローラ４０によって識別される。従って、コントローラ４０は、異常状態の発生箇所、種類等に応じて、ガス切替え部５６の制御に関連する種々の情報処理を行うことができる。それ等は、例えば、ガス切替えのタイミングの決定、ガス切替えに先立って各主要部分の状態をチェックするプログラムの実行、異常状態の発生箇所等をオペレータに知らせるためのアラーム信号の送信または手動運転の指示等である。
【００３３】
図１図示の生成及び供給装置３０によれば、バックアップ部として、電解槽３４からバッファ部４２に至るフッ素ガスの発生及び供給側と同じ構成を追加配設するのではなく、代替ガスのボンベを使用するため、ガス供給系のイニシャルコスト及び運転コストが安価となる。また、フッ化窒素、フッ化イオウ、フッ化塩素からなる群から選択された代替ガスは、ボンベに充填して配備する上で、高圧のフッ素ボンベのような問題を発生せず、安全性の上で好ましい。
【００３４】
図３は本発明の別の実施の形態に係る、フッ素ガス生成及び供給装置を示す概略図である。この実施の形態においては、コントローラ４０は、電解槽３４からガス使用部にフッ素ガスを供給するガス供給ルートの異常状態を検出する検出器、具体的には検出器５０、５２、５４によるバッファ部４２の状態の検出結果のみを参照してガス切替え部５６を制御する。一方、検出器３６による電解浴の液面レベルの検出結果は、コントローラ４０に伝達されず、代わりにコントローラ７０によって、フッ化水素をフッ化水素源３２から電解槽３４に補充するために使用される。
【００３５】
通常、電解槽３４の異常状態は、発生したフッ素ガスの状態にも異常をもたらす。従って、電解槽３４からガス使用部にフッ素ガスを供給するガス供給ルートの異常状態、例えば、下流側のバッファ部４２におけるフッ素ガスの異常状態を感知できれば、ガス切替え部５６を制御するのに必要な基本的な情報を得ることができる。但し、この場合、電解槽３４の異常状態は、ガス切替え部５６の制御とは関係なく、別途検知できるようにしておくことが望ましい。
【００３６】
図４は本発明の更に別の実施の形態に係る、フッ素ガス生成及び供給装置を示す概略図である。この実施の形態においては、バッファ部４２のコンプレッサ４４、バッファタンク４６、及びフローコントローラ４８には異常状態を検出するための検出器が配備されない。代わりに、電解槽３４からガス使用部にフッ素ガスを供給するガス供給ルートの異常状態を検出する検出器として、ガス供給配管内の圧力及び流量を検出する検出器７２が配設される。コントローラ４０は、検出器３６による電解槽３４の状態の検出結果に加え、検出器７２によるフッ素ガス供給配管内の圧力及び流量の検出結果を参照してガス切替え部５６を制御する。なお、検出器７２は、図４に一点鎖線で示すように、ガス切替え部５６よりも下流側に配置することもできる。
【００３７】
通常、バッファ部４２の異常状態は、フッ素ガス供給配管内の圧力及び流量にも異常をもたらす。従って、バッファ部４２よりも下流でフッ素ガス供給配管内の圧力及び流量の異常状態を感知できれば、ガス切替え部５６を制御するのに必要な基本的な情報を得ることができる。
【００３８】
なお、上記各実施の形態において、ガス切替え部５６は電解槽３４とバッファ部４２との間に配設することもできる。この場合、コントローラ４０は、検出器３６による電解槽３４の状態の検出結果のみを参照してガス切替え部５６を制御することとなる。また、上記実施の形態において、フッ素ガスは、流れ管理部２２或いはガス生成部２６に択一的に供給されるが、このガスは、他の処理ガスとは別に直接処理室１２に供給するようにしてもよい。また、ガス生成部２６は、ハロゲン間フッ素化合物ガスではなく、他のフッ素系の処理ガスを生成するように構成することもできる。更に、上記各実施の形態において、安全上の問題に対応できるのであれば、上述の代替ガスのボンベに代えて、フッ素ガスのボンベを使用することができる。
【００３９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体処理システムのガス供給系に配設され、安価で且つ安全な構成で装置の異常をバックアップすることが可能な、フッ素ガス生成及び供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフッ素ガス生成及び供給装置を組込んだ半導体処理システムを示す概略図。
【図２】図１図示のガス供給系と組み合わせて使用される半導体処理装置の変更例を示す概略図。
【図３】本発明の別の実施の形態に係るフッ素ガス生成及び供給装置を示す概略図。
【図４】本発明の更に別の実施の形態に係るフッ素ガス生成及び供給装置を示す概略図。
【符号の説明】
１０…半導体処理装置
１２…処理室
１３…リモートプラズマ室
１４…載置台
１５…ＲＦ電源
１６…上部電極
１７…コイルアンテナ
１８…排気系
２０…ガス供給系
２２…流れ管理部
２４…ガス貯蔵部
２６…ガス生成部
２８…コンプレッサ
３０…ガス生成及び供給装置
３２…フッ化水素源
３４…電解槽
３６…検出器
４０…コントローラ
４２…バッファ部
４４…コンプレッサ
４６…バッファタンク
４８…フローコントローラ
５０、５２、５４…検出器
５６…ガス切替え部
６０…バックアップ部
６２…ボンベ
６４…バルブ
６６…フローコントローラ
７０…コントローラ
７２…検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluorine gas generation and supply apparatus disposed in a gas supply system of a semiconductor processing system. Here, the semiconductor processing means that a semiconductor device, an insulating layer, a conductive layer, etc. are formed in a predetermined pattern on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate. The various processes performed in order to manufacture the structure containing the wiring connected to a semiconductor device, an electrode, etc. are meant.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor devices, various types of semiconductor processing such as film formation, etching, and diffusion are performed on a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer or LCD substrate. In a semiconductor processing system that performs such processing, for example, when etching a silicon film or a silicon oxide film, or when cleaning a processing chamber, a fluorine-based gas is used as a processing gas for various applications, not limited to semiconductor processing. Is used.
[0003]
Fluorine-based processing gas is generally manufactured as a fluorine compound, and is generally deployed in a gas supply system of a semiconductor processing system in a state where it is filled in a cylinder. The necessary raw materials such as fluorine are used on site. It is generally not generated. The reason is not only the problem of the reliability of the gas composition but also the provision of a cylinder filled with a highly oxidizing substance such as fluorine at a high pressure (usually 5 kg / cm ² or more) in the gas supply system of the semiconductor processing system. Is very dangerous.
[0004]
On the other hand, U.S. Pat. No. 5,688,384 discloses an apparatus that automatically controls on / off of generation of fluorine gas according to the amount of use. In this apparatus, an electrolytic cell that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride is used as the fluorine gas generating section. According to such an electrolysis-type apparatus, fluorine gas can be generated as needed at a pressure close to atmospheric pressure, so that it is possible to avoid a safety problem when deploying a fluorine cylinder.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
When the fluorine gas generation and supply device as described above is disposed in the gas supply system of the semiconductor processing system, even if an abnormality occurs in this device, the operation on the main processing device side is not hindered. It is necessary to prepare a backup means. Typically, two fluorine gas generation and supply devices are provided in a gas supply system, and these are used alternately as an operation unit and a backup unit. However, such a backup method increases the initial cost and operating cost of the gas supply system. Although a fluorine cylinder can be used as a backup means, it is problematic in terms of safety to provide a high-pressure fluorine cylinder in the gas supply system of the semiconductor processing system.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and is disposed in a gas supply system of a semiconductor processing system, and is capable of backing up an apparatus abnormality with an inexpensive and safe configuration. An object is to provide a gas generation and supply device.
[0007]
In particular, an object of the present invention is to provide an apparatus for generating and supplying fluorine gas on-site and on-demand. Here, on-site means that a mechanism for generating and supplying fluorine gas is combined with a predetermined main processing apparatus, for example, a main processing apparatus of a semiconductor processing system. On-demand means that gas can be supplied at the timing according to the request from the main processing apparatus and with necessary component adjustment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is an apparatus that generates and supplies fluorine gas, which is disposed in a gas supply system of a semiconductor processing system,
An electrolytic cell that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in an electrolytic bath made of a molten salt containing hydrogen fluoride;
A cylinder for storing an alternative gas selected from the group consisting of nitrogen fluoride, sulfur fluoride and chlorine fluoride;
A gas switching unit that is connected to the electrolytic cell and the cylinder and selectively supplies the fluorine gas from the electrolytic cell and the alternative gas from the cylinder to a gas use unit;
An electrolytic cell detector for detecting the state of the electrolytic cell;
A controller that controls the gas switching unit so that when the abnormal state of the electrolytic cell is detected by the electrolytic cell detector, the alternative gas from the cylinder is supplied to the gas use unit;
It is characterized by comprising.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the apparatus according to the first aspect, the electrolytic cell detector detects a state representative of the composition of the electrolytic bath.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the apparatus according to the second aspect, the electrolytic cell detector detects a state selected from the group consisting of current characteristics, liquid level and temperature of the electrolytic bath. To do.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a route detector for detecting an abnormal state of a gas supply route for supplying the fluorine gas from the electrolytic cell to the gas use unit in the apparatus according to any one of the first to third aspects. The controller further includes not only the abnormal state of the electrolytic cell detected by the electrolytic cell detector but also the cylinder when the abnormal state of the gas supply route is detected by the route detector. The gas switching unit is controlled so as to supply the alternative gas from the gas use unit.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating and supplying fluorine gas, which is disposed in a gas supply system of a semiconductor processing system,
An electrolytic cell that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in an electrolytic bath made of a molten salt containing hydrogen fluoride;
A cylinder for storing an alternative gas selected from the group consisting of nitrogen fluoride, sulfur fluoride and chlorine fluoride;
A gas switching unit that is connected to the electrolytic cell and the cylinder and selectively supplies the fluorine gas from the electrolytic cell and the alternative gas from the cylinder to a gas use unit;
A route detector for detecting an abnormal state of a gas supply route for supplying the fluorine gas from the electrolytic cell to the gas use unit;
A controller that controls the gas switching unit to supply the alternative gas from the cylinder to the gas use unit when an abnormal state of the gas supply route is detected by the route detector;
It is characterized by comprising.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the apparatus according to the fourth or fifth aspect, the gas supply route includes a buffer unit that controls the pressure and flow rate of the fluorine gas supplied from the electrolytic cell to the gas switching unit. And the route detector includes a buffer detector for detecting a state of the buffer unit.
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, in the apparatus according to the sixth aspect, the buffer section includes a compressor that pressurizes the fluorine gas from the electrolytic cell, and the buffer detector indicates an operating state of the compressor. It is characterized by detecting.
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, in the apparatus according to the sixth aspect, the buffer section includes a buffer tank that temporarily stores the fluorine gas from the electrolytic cell, and the buffer detector includes the buffer tank. The internal pressure is detected.
[0016]
According to a ninth aspect of the present invention, in the apparatus according to the sixth aspect, the buffer unit includes a flow controller that supplies the fluorine gas from the electrolytic cell to the gas switching unit at a predetermined flow rate, and the buffer detection The apparatus detects the flow rate of the fluorine gas in the flow controller.
[0017]
According to a tenth aspect of the present invention, in the apparatus according to any one of the first to ninth aspects, the alternative gas is made of nitrogen fluoride.
[0018]
Further, the embodiments of the present invention include various stages of the invention, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, when an invention is extracted by omitting some constituent elements from all the constituent elements shown in the embodiment, when the extracted invention is carried out, the omitted part is appropriately supplemented by a well-known common technique. It is what is said.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
[0020]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a semiconductor processing system incorporating a fluorine gas generation and supply device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor processing system includes a semiconductor processing apparatus 10 that performs processing such as film formation, etching, or diffusion on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or an LCD substrate.
[0021]
The semiconductor processing apparatus 10 includes a processing chamber 12 for storing a substrate to be processed and performing semiconductor processing. In the processing chamber 12, a lower electrode and mounting table (supporting member) 14 for mounting a substrate to be processed is disposed. An upper electrode 16 is also disposed in the processing chamber 12 so as to face the mounting table 14. By applying RF power from an RF (high frequency) power source 15 between both electrodes 14 and 16, an RF electric field for converting the processing gas into plasma is formed in the processing chamber 12. An exhaust system 18 for exhausting the inside and setting a vacuum is connected to the lower portion of the processing chamber 12. A gas supply system 20 for supplying a processing gas is connected to the upper portion of the processing chamber 12.
[0022]
FIG. 2 is a schematic view showing a modified example 10x of the semiconductor processing apparatus used in combination with the gas supply system 20 shown in FIG. The semiconductor processing apparatus 10x includes a processing chamber 12 for storing a substrate to be processed and performing semiconductor processing. A placement table (support member) 14 for placing a substrate to be processed is disposed in the processing chamber 12. An exhaust system 18 for exhausting the inside and setting a vacuum is connected to the lower portion of the processing chamber 12. A remote plasma chamber 13 for generating plasma is connected to the upper portion of the processing chamber 12. A coil antenna 17 is wound around the remote plasma chamber 13. By applying RF power from the RF (high frequency) power source 15 to the coil antenna 17, an induction electric field for converting the processing gas into plasma is formed in the remote plasma chamber 13. A gas supply system 20 for supplying a processing gas is connected to the upper part of the remote plasma chamber 13.
[0023]
Returning to FIG. 1, the gas supply system 20 is selectively switched between a predetermined gas in the processing chamber 12, for example, a processing gas for performing semiconductor processing and a processing gas for cleaning the processing chamber 12. A flow management unit 22 for supplying at a flow rate of is provided. A gas storage unit 24 having a plurality of gas sources for storing various active gases and inert gases is connected to the flow management unit 22. The flow management unit 22 is also connected to a gas generation unit 26 that generates a fluorine gas-based processing gas by a reaction process.
[0024]
A fluorine gas generation and supply device 30 according to an embodiment of the present invention is connected to the flow management unit 22 and the gas generation unit 26. That is, the generation and supply device 30 is used to supply fluorine gas directly to the flow management unit 22 or to supply a fluorine gas raw material to the gas generation unit 26 (a switching valve is not shown). In the gas generation unit 26, for example, an interhalogen fluorine compound gas is generated by reacting a fluorine gas raw material with another halogen gas such as Cl.
[0025]
Generation and supply device 30 comprises electrolyzer 34 for generating fluorine gas (F ₂₎ by electrolysis of hydrogen fluoride in an electrolytic bath comprising a molten salt containing hydrogen fluoride. The molten salt is composed of a mixture of potassium fluoride (KF) and hydrogen fluoride (HF) (KF / 2HF) or a mixture of Fremy's salt and hydrogen fluoride. A hydrogen fluoride source 32 for supplying hydrogen fluoride as a consumption raw material is connected to the electrolytic cell 34. A detector 36 for detecting current characteristics, liquid level, temperature, etc. of the electrolytic bath is disposed in the electrolytic bath 34 as a state representative of the change in the composition of the electrolytic bath. The detected result is supplied to the controller 40. Under the control of the controller 40, hydrogen fluoride as a consumption raw material is replenished from the hydrogen fluoride source 32 to the electrolytic cell 34 based on the detection result by the detector 36, using a quantitative threshold as a guide.
[0026]
The fluorine gas generated in the electrolytic cell 34 is supplied to the gas switching unit 56 through the buffer unit 42 for controlling the pressure and flow rate of the fluorine gas provided in the supply pipe 38. The buffer unit 42 includes a compressor 44 for pressurizing the fluorine gas from the electrolytic cell 34 generated at approximately atmospheric pressure, a buffer tank 46 for temporarily storing the fluorine gas, and a gas switching unit for storing the fluorine gas from the buffer tank 46. 56 and a flow controller 48 for supplying a predetermined flow rate. The compressor 44 is provided with an operation detector 50 for detecting the operation state. The buffer tank 46 is provided with a pressure detector 52 for detecting the internal pressure. The flow controller 48 is provided with a flow rate detector 54 that detects the flow rate of fluorine gas therein. The detection results obtained by these detectors 50, 52 and 54 are supplied to the controller 40.
[0027]
On the other hand, assuming that an abnormality has occurred in the supply path of the fluorine gas including the electrolytic cell 34 that is the source of fluorine gas, the supply piping from the electrolytic cell 34 to the gas use unit, the buffer unit 42, etc., the backup unit 60 Is disposed. The backup unit 60 includes a cylinder (or cylinder group) 62 that stores an alternative gas that replaces the fluorine gas. The alternative gas that has exited the valve 64 of the cylinder 62 is supplied to the gas switching unit 56 while being controlled to a predetermined flow rate by the flow controller 66.
[0028]
The alternative gas is selected from the group consisting of nitrogen fluoride, sulfur fluoride, and chlorine fluoride. Among them, nitrogen fluoride is desirably used as an alternative gas because it is a relatively safe gas with low reactivity at room temperature. When nitrogen fluoride (NF ₃ ) is used as an alternative gas, the flow rate of nitrogen fluoride is automatically about 2/3 times the flow rate of fluorine when switching from fluorine gas to nitrogen fluoride. It is desirable to set the flow controller. By setting in this way, the processing capacity on the side using the alternative gas can be maintained constant. Also, the desirable alternative gas varies depending on the semiconductor processing apparatus and the type of processing. For example, it is desirable to use nitrogen fluoride (NF ₃ ) as an alternative gas for plasma cleaning and chlorine fluoride as an alternative gas for thermal cleaning.
[0029]
The controller 40 controls the gas switching unit 56 so that the alternative gas from the cylinder 62 is supplied to the gas use unit (main processing unit side) when an abnormal state of the electrolytic cell 34 and / or the buffer unit 42 is detected. To do. The controller 40 also controls on / off of the operation of the buffer unit 42 (for example, operation of the compressor 44) and opening / closing of the valve 64 of the cylinder 62 in accordance with the gas switching in the gas switching unit 56.
[0030]
An abnormal state of the electrolytic cell 34 is detected via the electrolytic cell detector 36. Specifically, the detector 36 detects a current characteristic, a liquid level, a temperature, and the like of the electrolytic bath as a state representative of a change in the composition of the electrolytic bath, and transmits it to the controller 40. The controller 40 compares these detected values with a preset threshold value and recognizes whether the electrolytic cell 34 is in a normal state or an abnormal state.
[0031]
In addition, the abnormal state of the buffer unit 42 is sensed through three detectors that are buffer detectors, that is, the operation detector 50, the pressure detector 52, and the flow rate detector 54. Specifically, these detectors 50, 52, 54 detect the operating state of the compressor 44, the pressure inside the buffer tank 46, and the flow rate of fluorine gas in the flow controller 48, and transmit them to the controller 40. . The controller 40 compares these detected values with a preset threshold value, and recognizes whether the buffer unit 42 is in a normal state or an abnormal state.
[0032]
In this way, detectors 36, 50, 52, 54 are provided in the main portions on the generation and supply side of the fluorine gas, and the location and type of the abnormal state on the generation and supply side are identified by the controller 40. The Therefore, the controller 40 can perform various types of information processing related to the control of the gas switching unit 56 according to the location and type of occurrence of the abnormal state. These include, for example, determination of gas switching timing, execution of a program for checking the status of each main part prior to gas switching, transmission of an alarm signal for notifying the operator of the occurrence of an abnormal condition, or manual operation. Instructions.
[0033]
According to the generation and supply device 30 shown in FIG. 1, instead of additionally providing the same configuration as the generation and supply side of the fluorine gas from the electrolytic cell 34 to the buffer unit 42 as a backup unit, an alternative gas cylinder is provided. Since it is used, the initial cost and operating cost of the gas supply system are reduced. In addition, an alternative gas selected from the group consisting of nitrogen fluoride, sulfur fluoride, and chlorine fluoride does not cause a problem like a high-pressure fluorine cylinder when it is filled and deployed in a cylinder. Preferred above.
[0034]
FIG. 3 is a schematic view showing a fluorine gas generation and supply apparatus according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the controller 40 is a detector for detecting an abnormal state of a gas supply route for supplying fluorine gas from the electrolytic cell 34 to the gas use unit, specifically, a buffer unit by the detectors 50, 52, 54. The gas switching unit 56 is controlled with reference to only the detection result of the state 42. On the other hand, the detection result of the level of the electrolytic bath by the detector 36 is not transmitted to the controller 40, but is instead used by the controller 70 to replenish the electrolytic bath 34 with hydrogen fluoride from the hydrogen fluoride source 32. The
[0035]
Usually, the abnormal state of the electrolytic cell 34 also causes an abnormality in the state of the generated fluorine gas. Therefore, if an abnormal state of the gas supply route for supplying fluorine gas from the electrolytic cell 34 to the gas use unit, for example, an abnormal state of the fluorine gas in the downstream buffer unit 42 can be detected, it is necessary to control the gas switching unit 56. Basic information can be obtained. However, in this case, it is desirable that the abnormal state of the electrolytic cell 34 can be separately detected regardless of the control of the gas switching unit 56.
[0036]
FIG. 4 is a schematic view showing a fluorine gas generation and supply apparatus according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the compressor 44, the buffer tank 46, and the flow controller 48 of the buffer unit 42 are not provided with a detector for detecting an abnormal state. Instead, a detector 72 for detecting the pressure and flow rate in the gas supply pipe is provided as a detector for detecting an abnormal state of the gas supply route for supplying fluorine gas from the electrolytic cell 34 to the gas using part. The controller 40 controls the gas switching unit 56 with reference to the detection result of the pressure and flow rate in the fluorine gas supply pipe by the detector 72 in addition to the detection result of the state of the electrolytic cell 34 by the detector 36. The detector 72 can also be disposed downstream of the gas switching unit 56, as indicated by a one-dot chain line in FIG.
[0037]
Normally, the abnormal state of the buffer unit 42 also causes an abnormality in the pressure and flow rate in the fluorine gas supply pipe. Therefore, if the abnormal state of the pressure and flow rate in the fluorine gas supply pipe can be sensed downstream from the buffer unit 42, basic information necessary for controlling the gas switching unit 56 can be obtained.
[0038]
In each of the above embodiments, the gas switching unit 56 can be disposed between the electrolytic cell 34 and the buffer unit 42. In this case, the controller 40 controls the gas switching unit 56 with reference to only the detection result of the state of the electrolytic cell 34 by the detector 36. In the above embodiment, the fluorine gas is alternatively supplied to the flow management unit 22 or the gas generation unit 26. This gas is supplied directly to the processing chamber 12 separately from other processing gases. It may be. Further, the gas generating unit 26 can be configured to generate other fluorine-based processing gas instead of the interhalogen fluorine compound gas. Furthermore, in each of the above-described embodiments, a fluorine gas cylinder can be used instead of the above-described alternative gas cylinder as long as it can cope with safety problems.
[0039]
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a fluorine gas generation and supply apparatus that is disposed in a gas supply system of a semiconductor processing system and can back up an abnormality of the apparatus with an inexpensive and safe configuration. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a semiconductor processing system incorporating a fluorine gas generation and supply apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a modified example of a semiconductor processing apparatus used in combination with the gas supply system shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing a fluorine gas generation and supply apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a fluorine gas generation and supply apparatus according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor processing apparatus 12 ... Processing chamber 13 ... Remote plasma chamber 14 ... Mounting stand 15 ... RF power supply 16 ... Upper electrode 17 ... Coil antenna 18 ... Exhaust system 20 ... Gas supply system 22 ... Flow management part 24 ... Gas storage part 26 ... Gas generator 28 ... Compressor 30 ... Gas generator and supply device 32 ... Hydrogen fluoride source 34 ... Electrolyzer 36 ... Detector 40 ... Controller 42 ... Buffer part 44 ... Compressor 46 ... Buffer tank 48 ... Flow controllers 50, 52, 54 ... Detector 56 ... Gas switching unit 60 ... Backup unit 62 ... Cylinder 64 ... Valve 66 ... Flow controller 70 ... Controller 72 ... Detector

Claims

An apparatus disposed in a gas supply system of a semiconductor processing system for generating and supplying fluorine gas,
An electrolytic cell that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in an electrolytic bath made of a molten salt containing hydrogen fluoride;
A cylinder for storing an alternative gas selected from the group consisting of nitrogen fluoride, sulfur fluoride and chlorine fluoride;
A gas switching unit that is connected to the electrolytic cell and the cylinder and selectively supplies the fluorine gas from the electrolytic cell and the alternative gas from the cylinder to a gas use unit;
An electrolytic cell detector for detecting the state of the electrolytic cell;
A controller that controls the gas switching unit so that when the abnormal state of the electrolytic cell is detected by the electrolytic cell detector, the alternative gas from the cylinder is supplied to the gas use unit;
A fluorine gas generation and supply device comprising:

The apparatus for generating and supplying fluorine gas according to claim 1, wherein the electrolytic cell detector detects a state representative of the composition of the electrolytic bath.

The apparatus for generating and supplying fluorine gas according to claim 2, wherein the electrolytic cell detector detects a state selected from the group consisting of current characteristics, liquid level and temperature of the electrolytic bath.

The apparatus further comprises a route detector for detecting an abnormal state of a gas supply route for supplying the fluorine gas from the electrolytic cell to the gas using part, and the controller detects an abnormal state of the electrolytic cell by the electrolytic cell detector. When the abnormal condition of the gas supply route is detected by the route detector, the gas switching unit is controlled so as to supply the alternative gas from the cylinder to the gas using unit. The fluorine gas generation and supply device according to any one of claims 1 to 3.

An apparatus disposed in a gas supply system of a semiconductor processing system for generating and supplying fluorine gas,
An electrolytic cell that generates fluorine gas by electrolyzing hydrogen fluoride in an electrolytic bath made of a molten salt containing hydrogen fluoride;
A cylinder for storing an alternative gas selected from the group consisting of nitrogen fluoride, sulfur fluoride and chlorine fluoride;
A gas switching unit that is connected to the electrolytic cell and the cylinder and selectively supplies the fluorine gas from the electrolytic cell and the alternative gas from the cylinder to a gas use unit;
A route detector for detecting an abnormal state of a gas supply route for supplying the fluorine gas from the electrolytic cell to the gas use unit;
A controller that controls the gas switching unit to supply the alternative gas from the cylinder to the gas use unit when an abnormal state of the gas supply route is detected by the route detector;
A fluorine gas generation and supply device comprising:

The gas supply route includes a buffer unit that controls the pressure and flow rate of the fluorine gas supplied from the electrolytic cell to the gas switching unit, and the route detector includes a buffer detector that detects the state of the buffer unit. The fluorine gas generation and supply device according to claim 4, wherein the fluorine gas generation and supply device is provided.

The said buffer part is equipped with the compressor which pressurizes the said fluorine gas from the said electrolytic vessel, The said buffer detector detects the driving | running state of the said compressor, The fluorine gas production | generation of Claim 6 characterized by the above-mentioned Feeding device.

The buffer unit according to claim 6, wherein the buffer unit includes a buffer tank that temporarily stores the fluorine gas from the electrolytic cell, and the buffer detector detects a pressure in the buffer tank. Fluorine gas generation and supply device.

The buffer unit includes a flow controller that supplies the fluorine gas from the electrolytic cell to the gas switching unit at a predetermined flow rate, and the buffer detector detects the flow rate of the fluorine gas in the flow controller. The apparatus for generating and supplying fluorine gas according to claim 6.

The fluorine gas generation and supply device according to claim 1, wherein the alternative gas is made of nitrogen fluoride.