CN101761779A - 混合气体的供给方法和混合气体的供给装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够抑制小流量气体到达处理腔室的时间产生较大延迟，能够更快地对气体使用对象供给规定的混合气体的混合气体的供给方法和混合气体的供给装置。该混合气体的供给方法，经由连接在共同配管(10)上的多个个别气体供给管道(1A～1P)供给多种气体，经由上述共同配管(10)的气体输出部(11)通过混合气体供给管道将该多种气体的混合气体供给处理腔室(30)，在同时供给流量不同的两种以上的气体时，与流量较多的气体相比，从设置在距离上述气体输出部(11)较近的位置的上述个别气体供给管道(1A～1P)供给流量较少的气体。

Description

混合气体的供给方法和混合气体的供给装置
技术领域
本发明涉及用于向半导体制造装置的处理腔室等气体使用对象供给作为处理气体的由多种气体构成的混合气体的混合气体的供给方法和混合气体的供给装置。
背景技术
一直以来，在将由多种气体构成的混合气体作为处理气体供给到半导体制造装置的处理腔室等气体使用对象的情况下，例如，在将蚀刻气体供给到等离子体蚀刻装置的处理腔室的情况下，一般使用被称为气体箱(GAS BOX)的混合气体供给装置。
上述混合气体供给装置的结构为，经由连接在一根共同配管(总管，manifold)的多个个别气体供给线供给多种气体，将它们的混合气体经由共同配管的气体输出部利用混合气体供给线对气体使用对象供给。于是，在现有技术中，从设置在距离气体输出部最近的位置的个别气体供给管道供给使用流量最大的气体或分子量最大的气体，从设置在距离气体输出部最远的位置的个别气体供给管道供给使用流量最小的气体或分子量最小的气体。
专利文献1：特开平9-283504号公报
发明内容
但是，经过本发明者等的详查明确了，在上述的现有技术中，在大流量气体与小流量气体同时流动的情况下，大流量气体会充满在共同配管内，妨碍小流量气体的流动，其结果为，小流量气体到达处理腔室的时间产生较大延迟。
本发明应对上述现有的情况，提供一种混合气体的供给方法和混合气体的供给装置，能够抑制小流量气体到达处理腔室的时间产生较大延迟，能够更快地对气体使用对象供给规定的混合气体。
本发明的第一方面的混合气体的供给方法，经由连接在共同配管上的多个个别气体供给管道供给多种气体，经由上述共同配管的气体输出部利用混合气体供给管道将该多种气体的混合气体供向气体使用对象，该混合气体的供给方法的特征在于，在同时供给流量不同的两种以上的气体时，与流量较多的气体相比，从设置在距离上述气体输出部较近的位置的上述个别气体供给管道供给流量较少的气体。
本发明的第二方面的混合气体的供给方法，是本发明的第一方面所述的混合气体的供给方法，其特征在于，从设置在距离上述气体输出部最近的位置的上述个别气体供给管道供给上述多种气体中最小流量的气体，并且，从设置在距离上述气体输出部最远的位置的上述个别气体供给管道供给上述多种气体中最大流量的气体。
本发明的第三方面的混合气体的供给方法，是本发明的第一或第二方面所述的混合气体的供给方法，其特征在于，使上述共同配管的内径比上述混合气体供给管道的内径小，使混合气体从内径比上述混合气体供给管道小的上述共同配管流到内径更大的上述混合气体供给管道。
本发明的第四方面的混合气体的供给方法，是本发明的第一或第二方面所述的混合气体的供给方法，其特征在于，在上述混合气体供给管道上设置过滤器，除去混合气体中的颗粒。
本发明的第五方面的混合气体的供给装置，经由连接在共同配管上的多个个别气体供给管道供给多种气体，经由上述共同配管的气体输出部通过混合气体供给管道将该多种气体的混合气体供向气体使用对象，该混合气体的供给装置的特征在于，其结构为，在同时供给流量不同的两种以上的气体时，与流量较多的气体相比，从设置在距离上述气体输出部较近的位置的上述个别气体供给管道供给流量较少的气体。
本发明的第六方面的混合气体的供给装置，是本发明的第五方面所述的混合气体的供给装置，其特征在于，其结构为，从设置在距离上述气体输出部最近的位置的上述个别气体供给管道供给上述多种气体中最小流量的气体，并且，从设置在距离上述气体输出部最远的位置的上述个别气体供给管道供给上述多种气体中最大流量的气体。
本发明的第七方面的混合气体的供给装置，是本发明的第五或第六方面所述的混合气体的供给装置，其特征在于，上述共同配管的内径比上述混合气体供给管道的内径小。
本发明的第八方面的混合气体的供给装置，是本发明的第五或第六方面所述的混合气体的供给装置，其特征在于，在上述混合气体供给管道上，设置有用于除去混合气体中的颗粒的过滤器。
根据本发明，能够提供一种混合气体的供给方法和混合气体的供给装置，能够抑制小流量气体到达处理腔室的时间产生较大延迟，能够更快地对气体使用对象供给规定的混合气体。
附图说明
图1是示意地表示本发明的一实施方式涉及的混合气体的供给装置的简要结构的图。
图2是用于说明O2气体的上升时间、稳定时间的图。
图3是用于说明小流量气体到达时间的延迟的产生的原因的图。
符号说明
1A～1P、个别气体供给管道
10、共同配管(总管)
11、气体输出部
20、混合气体供给管道
21、过滤器
30、处理腔室
100、混合气体的供给装置
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。
图1是示意地表示本发明的一实施方式涉及的混合气体的供给装置的简要结构的图。如图1所示，混合气体的供给装置100具有对应于多个气体种类的多个(本实施方式中为16)个别气体供给管道1A～1P，这些个别气体供给管道1A～1P的一端连接在一根共同配管(总管)10上。
上述各个别气体供给管道1A～1P的另一端连接在未图示的气体供给源上。另外，在各个别气体供给管道1A～1P上，设置有用于控制气体流量的气体流量控制器(MFC或FCS)2A～2P、阀门3A～3P、阀门4A～4P等。
另外，上述的共同配管(总管)10的一端的气体输出部11连接在混合气体供给管道20上，该混合气体供给管道20连接在作为气体使用对象的半导体制造装置(例如，等离子体蚀刻装置)的处理腔室30上。在该混合气体供给管道20上设置有用于除去混合气体中的颗粒的过滤器21、阀门22等。
本实施方式中，在同时供给流量不同的两种以上的气体时，与流量较多的气体相比，将流量较少的气体从设置在距离气体输出部11较近的位置的个别气体供给管道1A～1P供给。另外，从设置在距离气体输出部11最近的位置的个别气体供给管道1A供给多种气体中最小流量的气体，从设置在距离气体输出部11最远的位置的个别气体供给管道1P供给多种气体中最大流量的气体。
另外，共同配管(总管)10以其内径比混合气体供给管道20的内径小(细)的方式构成。在本实施方式中，共同配管(总管)10的内径设为6.35mm(1/4英寸)，混合气体供给管道20的内径设为12.7mm(1/2英寸)。这样，优选共同配管(总管)10的内径设为6.35mm(1/4英寸)以下，混合气体供给管道20的内径设为12.7mm(1/2英寸)以上。其原因将在后述说明。
另外，在现有的混合气体的供给装置中，共同配管(总管)的内径与混合气体供给管道的内径设为相同，例如它们的内径设为12.7mm(1/2英寸)等。
接着，对利用上述结构的混合气体供给装置100的混合气体供给方法进行说明。如上所述，在本实施方式中，在同时供给流量不同的两种以上的气体时，与流量较多的气体相比，将流量较少的气体从设置在距离气体输出部11较近的位置的个别气体供给管道1A～1P供给。例如，在同时供给Ar气体与O2气体，对处理腔室30供给Ar气体与O2气体的混合气体的情况下，在O2气体的流量比Ar气体的流量小的情况下，与Ar气体相比，将O2气体从设置在距离气体输出部11较近的位置的个别气体供给管道1A～1P供给。
具体而言，例如，从设置在距离气体输出部11第13的位置的个别气体供给管道(13)1M供给Ar气体，从设置在距离气体输出部11第12的位置的个别气体供给管道(12)1L供给O2气体。对于这种情况，在表1中表示了如下结果：对Ar气体/O2气体＝500/20sccm、500/50sccm、1000/20sccm、1000/50sccm、1000/100sccm的各流量下，使气体实际地流动，使用质量分析装置(Q-MASS)分析到达处理腔室30内的气体，调查Ar气体和O2气体的到达时间(从开始气体的供给到到达处理腔室30内的时间)。
另外，质量分析装置(Q-MASS)的分析结果如图2所示，对于气体浓度，图中实线所示的Ar气体的浓度上升后，经过延迟O2气体开始上升，之后O2气体的浓度稳定。因此，如图2所示，表1中所示的O2上升时间表示O2气体检出信号开始上升的时间，O2稳定时间表示O2气体检出信号稳定的时间。另外，作为比较例1，从设置在距离气体输出部11最近的位置的个别气体供给管道(1)1A供给Ar气体、从设置在距离气体输出部11第12的位置的个别气体供给管道(12)1L供给O2气体的情况下，调查Ar气体和O2气体的到达时间的结果表示在表1中。
表1
Figure G2009102611013D00051
如表1所示，在上述实施例1的情况下，O2上升时间与Ar大致同时，O2稳定时间也为数秒(3.3～5.2秒)。与其相对的，在比较例1的情况下，O2上升时间花费3.9～15.9秒，O2稳定时间也成为5.9～20.6秒。从该结果能够明确，比较例1相比，实施例1能够大幅缩短O2上升时间和O2稳定时间。
在如上述的比较例1的情况下，气体流量小的气体的到达时间产生的大幅延迟，能够推测为由以下的原因造成。即，图3是在从设置在距离气体输出部较近的位置的个别气体供给管道供给气体流量大的Ar气体，由此，从与其相比设置在距离气体输出部较远的位置的个别气体供给管道供给气体流量小的O2气体或其它处理气体的情况下，推定共同配管(总管)内如图3所示1、2、3部位的压力和气体分布的图。
如该图所示，推测：在从距离气体输出部近的1位置对共同配管(总管)供给气体流量大的Ar气体的情况下，因为Ar气体会成为暂时蔓延逆流至共同配管(总管)的2位置、3位置的状态，小流量的O2气体推动这样的Ar气体，直到O2气体等到达处理腔室会耗费时间。
为了缩短上述的混合气体向处理腔室30的到达时间，减小共同配管(总管)10内的容积是有效的。这种情况下，通过减小共同配管(总管)10的内径，能够缩短混合气体向处理腔室30的到达时间。但是，若减小配管的内径，则传导性会降低，也成为混合气体向处理腔室30的到达时间延迟的主要原因。因此，优选使混合气体供给管道20的内径比共同配管(总管)10的内径大。另外，设置在该混合气体供给管道20上的过滤器21优选传导性高、低压力损失的过滤器。如上所述，在本实施方式中，使共同配管(总管)10的内径为6.35mm(1/4英寸)、混合气体供给管道20的内径为12.7mm(1/2英寸)。
以下表示对如上所述由共同配管(总管)10的内径的差异造成的小流量气体产生的到达时间的延迟的差异进行调查的结果。在该实验中，为调查在到达时间的延迟较大的状态下因内径差异造成的效果，从设置在距离气体输出部11第2的位置的个别气体供给管道(2)1B供给Ar气体，从设置在距离气体输出部11最远的第16的位置的个别气体供给管道(16)1P供给O2气体。另外，在气体流量为Ar气体/O2气体＝500/10sccm、500/20sccm、500/50sccm、500/70sccm、1000/10sccm、1000/20sccm、1000/50sccm、1000/70sccm的各流量下，使气体实际地流动，使用质量分析装置(Q-MASS)分析到达处理腔室30内的气体，调查Ar气体和O2气体的到达时间(从开始气体的供给到到达处理腔室30内的时间)。在表2中表示该结果。另外，O2上升时间和O2稳定时间与上述情况相同。
表2
Figure G2009102611013D00071
如表2所示，在共同配管(总管)10的内径设为6.35mm(1/4英寸)的情况下，与共同配管(总管)10的内径设为12.7mm(1/2英寸)的情况相比，能够同时大幅缩短O2上升时间和O2稳定时间。
另外，作为用于增大上述混合气体供给管道20的传导性的方法的一例，将插入在该混合气体供给管道20上的过滤器21由现有的过滤器(市售产品)变更为过滤器的通气部的表面积为2倍的低压力损失过滤器，并且，在上述的共同配管(总管)10的内径设为6.35mm(1/4英寸)的情况下，同上述一样地调查Ar气体和O2气体的到达时间(从开始气体的供给到到达处理腔室30内的时间)。在表2的最下段部表示该结果。如表2所示，在使用低压力损失过滤器的情况下，与只将共同配管(总管)10的内径设为6.35mm(1/4英寸)的情况相比，能够在几乎全部的流量区域进一步缩短O2上升时间和O2稳定时间。因此，优选通过使过滤器21为低压力损失过滤器、增大混合气体供给管道20的内径等，来增大混合气体供给管道20的传导性。
另外，本发明并不限于上述实施方式和实施例，当然也能够有各种变形。例如，处理腔室30并不限于等离子体蚀刻装置的情况，也可以是CVD装置等的成膜装置的处理腔室。另外，个别气体供给管道的数目不限于16，可以是16以上，也可以不足16。

Claims (8)

1.一种混合气体的供给方法，经由连接在共同配管上的多个个别气体供给管道供给多种气体，经由所述共同配管的气体输出部通过混合气体供给管道将该多种气体的混合气体供向气体使用对象，该混合气体的供给方法的特征在于：
在同时供给流量不同的两种以上的气体时，与流量较多的气体相比，从设置在距离所述气体输出部较近的位置的所述个别气体供给管道供给流量较少的气体。
2.如权利要求1所述的混合气体的供给方法，其特征在于：
从设置在距离所述气体输出部最近的位置的所述个别气体供给管道供给所述多种气体中最小流量的气体，并且，从设置在距离所述气体输出部最远的位置的所述个别气体供给管道供给所述多种气体中最大流量的气体。
3.如权利要求1或2所述的混合气体的供给方法，其特征在于：
使所述共同配管的内径比所述混合气体供给管道的内径小，使混合气体从内径比所述混合气体供给管道小的所述共同配管流到内径更大的所述混合气体供给管道。
4.如权利要求1或2所述的混合气体的供给方法，其特征在于：
在所述混合气体供给管道上设置过滤器，除去混合气体中的颗粒。
5.一种混合气体的供给装置，经由连接在共同配管上的多个个别气体供给管道供给多种气体，经由所述共同配管的气体输出部通过混合气体供给管道将该多种气体的混合气体供向气体使用对象，该混合气体的供给装置的特征在于：
其构成为：在同时供给流量不同的两种以上的气体时，与流量较多的气体相比，从设置在距离所述气体输出部较近的位置的所述个别气体供给管道供给流量较少的气体。
6.如权利要求5所述的混合气体的供给装置，其特征在于：
其构成为：从设置在距离所述气体输出部最近的位置的所述个别气体供给管道供给所述多种气体中最小流量的气体，并且，从设置在距离所述气体输出部最远的位置的所述个别气体供给管道供给所述多种气体中最大流量的气体。
7.如权利要求5或6所述的混合气体的供给装置，其特征在于：
所述共同配管的内径比所述混合气体供给管道的内径小。
8.如权利要求5或6所述的混合气体的供给装置，其特征在于：
在所述混合气体供给管道上，设置有用于除去混合气体中的颗粒的过滤器。
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