CN101256940B - 半导体制造装置的气体供给系统和气体供给集成单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体制造装置的气体供给系统和气体供给集成单元。气体供给系统用于从气体供给源向半导体制造装置的处理部供给规定的气体。该气体供给系统具有与气体供给源和处理部连接的气体供给流路。气体供给流路包括多个流体控制设备(手动阀、减压阀、压力计、单向阀、第一截止阀、第二截止阀、质量流量控制器、气体过滤器)，和连接在这些流体控制设备之间、形成有气体的流路的流路构成部件(流路块)。这些流路构成部件由碳材料构成。由此，在向处理部供给腐蚀性气体时，能够极力抑制相对被处理基板的金属性污染物质的混入。

Description

半导体制造装置的气体供给系统和气体供给集成单元
本专利申请主张作为2007年2月26日提出的日本申请的特愿2007-045973的优先权。引用该在先申请的全部公开内容作为本说明书的一部分。
技术领域
本发明涉及一种半导体制造装置的气体供给系统和气体供给集成单元。
背景技术
例如扩散装置、蚀刻装置、溅射装置等的半导体制造装置具有将来自储气瓶等的处理气体供给源的气体供给至处理部的气体供给系统。并且，通过进行使用从该气体供给系统供给的气体的用于制造半导体器件的工序，例如使用规定的气体的成膜工序、蚀刻工序，对被处理基板例如半导体晶片实施表面处理等。
在这样的半导体晶片的制造工序中，根据处理的种类会使用氯气、硅烷类气体等腐蚀性强的气体。因此，作为构成气体供给流路的气体配管材料，使用与现有技术相比耐腐蚀性较大的例如SUS316L等，为了供给纯净的气体而进行各种研究。例如，作为流通氯类气体、硅烷类气体的气体配管的焊接部的抗腐蚀对策，具有以规定的奥氏体不锈钢构成气体流路的一部分或全部的方案(例如参照日本特开平5-68865号公报)。
但是，即使使用不锈钢作为如上所述构成气体供给流路的气体配管的构成材料，依据腐蚀性气体的种类，也不能够完全抑制气体配管的腐蚀。即，存在腐蚀性气体与构成气体配管的金属产生反应而生成不期望的金属化合物、腐蚀气体配管而构成该气体配管的金属成分(Fe、Cr、Ni等)混入腐蚀性气体的问题。尤其是氟类的腐蚀性气体(HF气体、F2气体、ClF3气体等)的腐蚀性极强，即使在气体配管中使用不锈钢，也不能完全避免气体配管的腐蚀。在腐蚀性气体中混入金属成分的同时，与构成气体配管的金属产生反应而生成不期望的金属化合物(金属氟化物)。
在这样的气体供给流路中产生的金属化合物、金属成分等，与腐蚀性气体一起进入半导体制造装置内，成为半导体晶片上的颗粒产生的原因等，引起金属污染的问题。
尤其是，近年来半导体器件的高集成化、高性能化不断进展，即使是微量的金属污染也会对产品的成品率、质量和可靠性带来越来越大的影响。作为由金属污染导致器件不良的原因，存在由粒子状级别的金属性污染物质(颗粒)引起图案缺陷，由原子、分子级别的污染物质例如重金属等引起电特性恶化等。
专利文献1：日本特开平5-68865号公报
发明内容
本发明考虑这样的情况而提出，其目的在于提供一种半导体制造装置的气体供给系统和气体供给集成单元，在向半导体制造装置的处理部供给腐蚀性气体时，能够极力抑制相对被处理基板的金属性污染物质的混入。
为了解决上述问题，根据本发明，提供一种半导体制造装置的气体供给系统，用于从气体供给源向半导体制造装置的处理部供给规定的气体，其特征在于：具有与上述气体供给源和上述处理部连接的气体供给流路，上述气体供给流路包括多个流体控制设备，和连接在这些各流体控制设备之间、内部形成有上述气体的流路的流路构成部件，上述流路构成部件由碳材料构成。
根据这样的本发明，通过由作为非金属的碳材料构成连接流体控制设备的各流路构成部件，即使该流路构成部件内的流路流过腐蚀性极强的气体，在该流路内也不会产生金属性的污染物质，不会由于腐蚀而混入金属成分，因此能够极力抑制相对被处理基板的金属性的污染物质的混入。
此外，上述流路构成部件例如由在内部形成有流路的流路块构成。
通过使构成流路的流路块本身由非金属的碳材料构成，能够极力抑制相对被处理基板的金属性的污染物质的混入，并且与由气体配管构成流路的情况相比，能够提高气体供给流路的集成化，并能够提高构成流路的部分的强度。
此外，上述流路构成部件的上述碳材料由碳烧结材料、硬质碳材料中的任一种或者它们的组合构成。其中，碳烧结材料优选具有浸渗至内部的氟树脂。通过在多孔质结构的碳烧结材料中浸渗例如氟树脂等的树脂，能够提高气体的泄漏(leak)性。
而且，上述多个流体控制设备包括阀、减压阀和压力计。在该情况下，优选上述流体控制设备分别具有与上述气体接触的气体接触部，该气体接触部由碳材料构成。由此，即使在流体控制设备的内部也能够防止金属化合物的产生、金属成分的混入。
为了解决上述问题，根据本发明的另一观点，提供一种气体供给集成单元，用于向半导体制造装置的处理部供给规定的腐蚀性气体，其特征在于：包括多个流体控制设备，和连接在这些各流体控制设备之间、内部形成有上述气体的流路的流路块，上述流路块由碳材料构成。
根据这样的本发明，对于使用腐蚀构成流路的部件的金属的腐蚀性气体的气体供给集成单元，能够仅是其流路块由碳材料构成。此外，上述腐蚀性气体例如由氟类的腐蚀性气体构成。这样的腐蚀性气体由例如HF气体、F2气体、ClF3气体中的任一种或者含有它们的混合气体构成。此外，上述流路块的上述碳材料优选由浸渗有氟树脂的碳烧结材料构成。
根据本发明，在向半导体制造装置的处理部供给腐蚀性气体时，能够极力抑制相对被处理基板的金属性污染物质的混入。
附图说明
图1为表示本发明实施方式的热处理装置的结构例的图。
图2为概略表示气体供给集成单元的外观的图。
图3为表示配置在图2所示的气体供给集成单元的最上游侧的流路块的内部结构的一个例子的截面图。
图4为表示配置在图2所示的气体供给集成单元的最下游侧的流路块的内部结构的一个例子的截面图。
图5为表示配置在图2所示的气体供给集成单元的中间的各流路块的内部结构的一个例子的截面图。
图6为表示配置在图2所示的气体供给集成单元的中间的各流路块的另一结构例的截面图。
图7为表示配置在图2所示的气体供给集成单元的中间的各流路块的又一结构例的截面图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的适宜的实施方式进行详细说明。而且，在本说明书和附图中，对具有实质上相同的功能结构的构成要素附给相同的符号，省略重复说明。
(半导体制造装置的结构例)
首先，参照附图对将本发明的气体供给系统应用于半导体制造装置的实施方式进行说明。此处，作为半导体制造装置，举出对基板例如半导体晶片(以下也简称“晶片”)进行规定的热处理的热处理装置为例进行说明。图1是表示本实施方式的热处理装置的结构例的图。
热处理装置100具有作为对晶片W进行处理(例如热处理)的处理部的热处理部110。例如图1所示，热处理部110具有构成反应容器(处理容器)或反应室(处理室)的立式的反应管112。能够将搭载有多块晶片W的保持具114搬入该反应管112内。在热处理部110上连接有：进行反应管112内的排气的排气系统120、向反应管112内供给规定的气体的作为本实施方式的气体供给系统的一个例子的气体供给系统200、和配置在反应管112的外侧的未图示的加热单元(例如加热器)。
热处理部110用于对晶片W进行规定的热处理。在该情况下，首先将搭载有多块晶片W的保持具114搬入热处理部110的反应管112内。接着，在这样搬入有保持具114的状态下，通过气体供给系统200向反应管112内供给规定的气体，并且通过排气系统120进行反应管112内的排气，同时通过加热单元从反应管112的外侧进行加热。这样，对晶片W进行规定的热处理。
此外，排气系统120具有：例如由真空泵等构成的真空排气单元124；和一端与真空排气单元124连接，且另一端与反应管112的顶部连接的排气管122。而且，虽在图1中省略了图示，但排气系统120的排气管122通过旁通线路迂回地连接于气体供给系统200。该旁通线路由旁通管连接于例如气体供给流路220的上游侧部位。在旁通管的排气系统一侧连接有排气侧旁通截止阀，在旁通管的气体供给系统200一侧连接有供给侧旁通截止阀。
(气体供给系统的结构例)
以下，对作为本实施方式的气体供给系统的一个例子的气体供给系统200进行说明。气体供给系统200具有由例如填充有HF、F2气体、ClF3等的氟类腐蚀性气体的储气瓶构成的气体供给源210。该腐蚀性气体例如能够使用为对芯片W进行处理的处理气体，或使用为清洁气体。
气体供给流路220的一端连接于该气体供给源210，该气体供给流路220的另一端连接于用于向反应管112导入气体的喷嘴(例如喷射器)202。由此，来自气体供给源210的气体通过气体供给流路220被供给至反应管112内。
气体供给流路220具有多个流体控制设备。本实施方式中，作为这样的流体控制设备，从图1所示的气体供给流路220的上游侧开始，依次设置有手动阀231、减压阀(调节器)232、压力计(PT)233、单向阀234、第一截止阀(阀门)235、第二截止阀(阀门)236、质量流量控制器(MFC)237、和气体过滤器(FE)238。进而，在这些各流体控制设备231～238之间，连接有在各自的内部形成有气体的流路221～229的流路构成部件(后述的流路块241～249)。
参照附图对这样的气体供给流路220的具体的结构例进行说明。
在这里，例举通过连接各流体控制设备的流路块构成气体供给流路220的气体供给集成单元。通过由这样的气体供给集成单元构成气体供给流路220，能够使各流体控制设备集成化，能够使气体供给流路220更为小型化。图2是概略表示气体供给集成单元的外观的图。而且，图2所示的气体供给集成单元240是对图1所示的虚线部分进行单元化的结构。
如图2所示，气体供给集成单元240具有上述流体控制设备231～238、和分别连接于各流体控制设备231～238的流路块241～249。在这些流路块241～249的内部分别形成有流路，通过该流路使各流体控制设备231～238彼此之间连接。
(流路块的结构例)
此处，参照附图对各流路块241～249进行说明。图3为表示配置在最上游侧的流路块241的内部结构的一个例子的截面图，图4为表示配置在最下游侧的流路块249的内部结构的一个例子的截面图。图5为表示配置在中间的各流路块242～248的内部结构的一个例子的截面图。
首先，配置在图2所示的气体供给集成单元240的最上游侧的流路块241具有与图1所示的气体供给源210连接的流路221。在该流路块241的内部例如形成有图3所示的流路221。该流路221的一端221a与气体供给源210连接，另一端221b与手动阀231连接。
配置在图2所示的气体供给集成单元240的最下游侧的流路块249具有与图1所示的反应管112的喷嘴202连接的流路块229。在该流路块249的内部例如形成有图4所示的流路229。该流路229的一端229a与喷嘴202连接，另一端229b与气体过滤器(FE)238连接。
配置在上述流路块241、249之间的图2所示的各流路块242～248具有连接图1所示的各流体控制设备231～238的流路222～228。在各流路块242～248内部形成的流路222～228分别形成为相同的形状。
例如在流路块242内部形成有图5所示的V字状的流路222。在该流路222的一端222a上连接有手动阀231，在另一端222b上连接有减压阀(调节器)232。
如果由例如与现有的配管同样的不锈钢等金属构成各流路块241～249，则在流通从气体供给源210供给的氟类的腐蚀性气体(例如HF气体)时，存在下述问题，与构成作为其气体接触部分的流路221～229的金属产生反应而生成不期望的金属氟化物，或者构成流路221～229的金属被腐蚀、作为其构成成分的金属成分(Fe、Cr、Ni等)混入腐蚀性气体。这样的金属氟化物、金属成分等金属性污染物质与腐蚀性气体一同进入反应管112内，成为晶片W上的颗粒产生的原因等，引起金属污染的问题。
在本实施方式中，由非金属的碳材料构成各流路块241～249。由此，能够防止在氟类的腐蚀性气体流过形成于各流路块241～249的流路221～229时金属氟化物的产生，并且能够防止金属成分的混入，从而能够极力抑制相对晶片的金属性污染物质的混入。
此外，通过使构成流路的各流路块241～249本身由非金属的碳材料构成，与由气体配管构成流路的情况相比，能够提高气体供给流路的集成化，并且能够提高构成流路的部分的强度。
作为构成各流路块241～249的碳材料，优选使用碳烧结体等的碳烧结材料。进一步，优选在碳烧结体中浸渗有树脂，例如特氟隆(注册商标)树脂等的氟树脂。通过在多孔质结构(多孔(porous)结构)的碳烧结体中浸渗氟树脂等的树脂，能够提高各流路块241～249的气体的泄漏性。
此外，作为上述碳烧结材料以外的碳材料，也可以由无定形碳、类金刚石碳(DLC)等的硬质碳材料(硬质碳膜)构成各流路块241～249。此外也可以组合这些硬质碳材料和碳烧结材料而构成。
此外，可以由碳材料构成各流路块241～249的整体，也可以仅使构成流过腐蚀性气体的流路的壁部由碳材料构成。在该情况下，也可以通过例如CVD法(化学气相生长法)以类金刚石碳(DLC)对构成各流路块241～249的流路的壁部进行涂层。
进而，不仅是流路块241～249，也可以使用碳材料构成以该流路块连接的流体控制设备的气体接触部(即与气体接触的部分)。例如也可以对阀231、235、236、减压阀232的构成部件(例如弹簧部件等)的表面、压力计233的构成部件(例如应变计等)的表面，通过CVD法以类金刚石碳(DLC)进行涂层。由此，即使在流体控制设备的内部也可以防止金属氟化物的产生、金属成分的混入。
此外，流路块241～249的流路的形状并不限于上述情况。例如形成于配置在中间的流路块242～248的流路，可以是图6所示的コ字形状，也可以是图7所示的U字形状。此外，代替由多个块构成流路块241～249，其也可以为一体构成。此外，上述流路块也可以在碳烧结材料等的碳材料上开孔并形成流路，还可以使用模型，通过以使流路为期望的形状的方式进行烧结以形成流路块。这样，通过以碳烧结材料等的碳材料进行流路块的成形，流路也容易成形为期望的形状。
而且，在上述实施方式中，对具有一个气体供给集成单元240的气体供给系统200进行了说明，但是并不限定于此，例如在将多种处理气体供给至与处理部110连接的反应管112的情况下，也可以对每个气体设置气体供给集成单元。在该情况下，在这些气体供给集成单元中，也可以仅是供给腐蚀性气体的气体供给集成单元的流路块由碳材料构成。由此，只要在必须抑制相对晶片的金属性污染物质的混入的气体供给集成单元中使用碳材料即可。只要对具有现有的使用不锈钢的多个气体供给集成单元的气体供给单元的一部分气体供给集成单元进行改良，即可以抑制相对晶片的金属性污染物质的混入。
此外，在上述实施方式中，以通过气体供给集成单元构成与流体控制设备连接的流路、使用流路块作为构成流路的部件的情况为例进行了说明，但并不限定于此，构成流路的部件也可以由气体配管构成。
在该情况下，可以由碳材料构成例如气体配管整体，也可以以碳材料(例如硬质碳材料膜)对气体配管的内壁进行涂层。
以上，参照附图对本发明的适宜的实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于上述示例。可以明确的是本领域的技术人员在权利要求的范围所记载的范畴内能够想到各种变更例或修正例，应该了解到它们当然也属于本发明的技术范围。
例如在上述实施方式中，作为半导体制造装置，举出热处理装置为例进行了说明，但是并不限定于此，只要是导入气体并进行基板等的处理的半导体制造装置，则能够应用于各种半导体制造装置。例如，作为半导体制造装置，除了热处理装置之外，也可以应用于蚀刻装置、成膜装置等。

Claims (8)

1.一种半导体制造装置的气体供给系统，用于从气体供给源向半导体制造装置的处理部供给规定的气体，其特征在于，具有：
与所述气体供给源和所述处理部连接的气体供给流路，
所述气体供给流路包括：
多个流体控制设备；和
连接在这些各流体控制设备之间、内部形成有所述气体的流路的流路构成部件，
所述流路构成部件由碳材料构成，
所述流路构成部件由在内部形成有流路的流路块构成，
所述流路构成部件的所述碳材料由碳烧结材料、硬质碳材料中的任一种或者它们的组合构成。
2.如权利要求1所述的半导体制造装置的气体供给系统，其特征在于：
所述碳烧结材料具有浸渗至内部的氟树脂。
3.如权利要求1所述的半导体制造装置的气体供给系统，其特征在于：
所述多个流体控制设备包括截止阀、减压阀和压力计。
4.如权利要求3所述的半导体制造装置的气体供给系统，其特征在于：
所述流体控制设备分别具有与所述气体接触的气体接触部，该气体接触部由碳材料构成。
5.一种气体供给集成单元，用于向半导体制造装置的处理部供给规定的腐蚀性气体，其特征在于，包括：
多个流体控制设备；和
连接在这些各流体控制设备之间、内部形成有所述气体的流路的流路块，
所述流路块由碳材料构成，
所述碳材料由碳烧结材料、硬质碳材料中的任一种或者它们的组合构成。
6.如权利要求5所述的气体供给集成单元，其特征在于：
所述腐蚀性气体由氟类的腐蚀性气体构成。
7.如权利要求6所述的气体供给集成单元，其特征在于：
所述腐蚀性气体由HF气体、F2气体、ClF3气体中的任一种或者含有它们的混合气体构成。
8.如权利要求5所述的气体供给集成单元，其特征在于：
所述流路块的所述碳材料由浸渗有氟树脂的碳烧结材料构成。
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