JP2004353015A

JP2004353015A - フッ素ガス生成装置

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Publication number: JP2004353015A
Application number: JP2003150064A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Honma; 文博本間; Atsushi Sonobe; 淳園部
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; Air Liquide Japan GK
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude; Air Liquide Japan GK
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: JP4584549B2

Abstract

【課題】長時間の運転においても高い安全性及び信頼性で作動することが可能なフッ素ガス生成装置を提供する。
【解決手段】フッ素ガス生成装置３０は、陽極側の第１気相部分にフッ素ガスを主成分とするプロダクトガスを発生させると共に、陰極側の第２気相部分に水素ガスを主成分とする副生ガスを発生させる電解槽３２を有する。プロダクトガス及び副生ガスを導出するため、第１及び第２配管５２、７２が配設される。第１配管５２にはガスの流量を制御する第１弁５６が配設され、その開度が電解槽３２内の状態を直接的或いは間接的に表す情報に基づいて調整される。第１弁５６よりも上流で第１配管５２に第１カートリッジ５４が配設される。第１カートリッジ５４内には、プロダクトガス中に混入するフッ化水素と溶融塩のミストとを吸着するフッ化ナトリウムのペレットが内蔵される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素ガス生成装置に関し、特に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、種々の用途の処理ガスとしてフッ素（Ｆ）系のガスが利用される。新規なエッチングガス及びクリーニングガスとして、フッ素ガスが注目されているが、安全性及び信頼性の面で問題が完全に解消されていないため、半導体デバイスの製造の現場でフッ素を生成することは一般的に行われていない。
【０００３】
しかし、この分野における研究開発は進められており、例えば、特許文献１には、現場でフッ素を生成し、これをクリーニングガスとして処理室に供給するようにした半導体処理システムが開示される。この文献に開示のシステムでは、ガスジェネレータでフッ化水素（ＨＦ）が電解されることにより、フッ素がクリーニングガスとして生成される。クリーニングガスはガスジェネレータと処理室とを接続する供給配管により供給される。供給配管には冷却塔が配設され、低温凝結によりクリーニングガス中のフッ化水素（ＨＦ）が除去される。
【０００４】
一方、例えば、特許文献２には、ガス製造工場においてフッ素ガスを生成する装置が開示される。この文献に開示のフッ素ガス生成装置では、電解槽内にフッ化カリウム及びフッ化水素を含む溶融塩からなる電解浴が収納され、電解浴中でフッ化水素が電解される。これにより、陽極側にフッ素ガスを主成分とするプロダクトガスが発生されると共に、陰極側に水素ガスを主成分とする副生ガスが発生される。
【０００５】
特許文献２の装置では、プロダクトガスを取り出すための供給配管に、液面制御用の電磁弁、ブランク塔、吸収塔、フィルタ塔などが、上流側からこの順に配設される。また、副生ガスを排出するための排気配管にも、液面制御用の電磁弁、ブランク塔、吸収塔など（フィルタ塔はない）が、上流側からこの順に配設される。ブランク塔は、プロダクトガス中に含まれる電解浴の飛沫を除去するために使用される。吸収塔にはフッ化ナトリウム（ＮａＦ）が収容され、これによりプロダクトガス中に含まれるフッ化水素（ＨＦ）が除去される。更に、フィルタ塔によりプロダクトガス中に含まれるパーティクルが除去される。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許出願公開第２００２／００７４０１３号明細書
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−３３９０９０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等の研究によれば、従来の装置では、運転時間が長くなると、後述するように、安全性及び信頼性の面でいくつかの問題点が発生することが見出されている。このような問題が解消されないと、自動化された生産システム、例えば、半導体デバイスの製造システムにフッ素ガス生成装置を組込んで使用することは実際上困難となる。
【０００９】
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、長時間の運転においても高い安全性及び信頼性で作動することが可能なフッ素ガス生成装置を提供することを目的とする。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、フッ素ガス生成装置が、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の視点は、フッ素ガスを生成する装置であって、
フッ化カリウム及び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、陽極側の第１気相部分にフッ素ガスを主成分とするプロダクトガスを発生させると共に、陰極側の第２気相部分に水素ガスを主成分とする副生ガスを発生させる電解槽と、
前記第１気相部分から前記プロダクトガスを導出する第１配管と、
前記第２気相部分から前記副生ガスを導出する第２配管と、
前記第１配管に配設された前記第１配管を通るガスの流量を制御する第１弁と、
前記電解槽内の状態を直接的或いは間接的に表す情報に基づいて前記第１弁の開度を調整する第１制御部材と、
前記第１弁よりも上流で前記第１配管に配設され且つ前記プロダクトガス中に混入するフッ化水素と前記溶融塩のミストとを吸着するフッ化ナトリウムのペレットを内蔵する第１カートリッジと、
を具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の視点は、第１の視点の装置において、前記第２配管に配設され且つ前記溶融塩のミストを吸着する吸着剤を内蔵する第２カートリッジを更に具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の視点は、第２の視点の装置において、前記吸着剤はフッ化ナトリウムのペレットを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４の視点は、第２または第３の視点の装置において、前記第２配管に配設された前記第２配管を通るガスの流量を制御する第２弁と、前記電解槽内の状態を直接的或いは間接的に表す情報に基づいて前記第２弁の開度を調整する第２制御部材と、を更に具備し、前記第２カートリッジは前記第２弁よりも上流に配設されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第５の視点は、第４の視点の装置において、前記第１及び第２気相部分の圧力を測定する第１及び第２圧力計を更に具備し、前記第１及び第２制御部材は、前記第１及び第２気相部分の圧力が実質的に等しい設定値に維持されるように、前記第１及び第２圧力計の測定結果に基づいて前記第１及び第２弁の開度を夫々調整することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第６の視点は、第１乃至第５の視点のいずれかの装置において、前記第１カートリッジの温度を調節する温度調節器を更に具備することを特徴とする。
【００１６】
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。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、本発明の開発の過程において、従来のフッ素ガス生成装置における安全性及び信頼性の面の問題について研究した。その結果、本発明者等は、以下に述べるような知見を得た。
【００１８】
電解槽を使用するフッ素ガス生成装置では、安全性及び信頼性の観点から、電解槽内の電解浴液面の制御が非常に重要となる。特許文献２の装置では、電解槽の陽極側及び陰極側の両者にレベルプローブが配設され、この検出結果に基づいて、プロダクトガスの供給配管及び副生ガスの排気配管に配設された電磁弁が操作され、電解槽内の電解浴液面の制御される。一方、特許文献１では、この点に関する詳細は全く示されていないが、電解槽内の電解浴液面を制御するためには、ガスジェネレータと冷却塔との間に制御弁を配設することが必須となる。しかし、これらの装置構成では、特に予期せぬ液面の変動が起こったときに即座に対処することが不可能である。
【００１９】
一方、本発明者等は、陽極及び陰極の夫々の圧力を常時監視して微細に流量を独立して圧力を制御する（例えば、ピエゾバルブを兼ね備えた流量制御器の使用）ことにより、電解槽内の両極夫々の圧力を極めて微細に、しかも早い応答性で制御することが可能であることを見出している（特願２００２−２０２７３４）。この種の流量制御弁は、ガス流路の口径が極めて小さく、ガスに同伴される異物（例えば微小なパーティクルや塵）で閉塞してしまう恐れがあるため、両極夫々の上流側にフィルタを配設することにより流量制御弁を保護する。
【００２０】
しかし、本発明者等が開発したこの装置について更に実験を重ねたところ、電解初期は電解浴の制御が良好であるが、両極側の配管内の差圧が生じる部分（例えばフィルタ）において短時間で閉塞が生じ、連続運転が不可能になるという新たな問題が発生した。この原因として、電解槽で発生した夫々のガスに同伴された溶融塩のミストがフィルタ表面に堆積して詰まらせていることが分かった。
【００２１】
なお、ガスに同伴した細かい溶融塩ミストは、配管或いは電解槽とコンプレッサとの間に存在する各部材内に侵入する。ミストは融点が８０℃付近であるため、配管内では固体として存在する。このミスト量が多くなるに従って配管閉塞、或いはオン／オフ弁内の弁座を損傷する等の問題が発生する。
【００２２】
上記前者の場合には、直ぐに電解槽の運転を中止し、配管内に詰まった塩を取り除く作業が必要となる。配管内には反応性ガスのフッ素も存在するため、配管内部品の取り外し作業は最新の注意と危険を伴う。また、上記後者の場合には、弁に漏れが起こるため、やはり電解槽の運転を中止することが必要となる。またオン／オフ弁が頻繁にその動作を繰り返すため、弁の寿命が短くなる。
【００２３】
この点に関して実験により調べたところ、電子顕微鏡の測定結果から、フィルタ上に捕獲された溶融塩ミストのサイズ分布は、０．４〜０．６μｍであることが判明した。また、フィルタメディアが特にステンレススティール（例えばＳＳ３１６Ｌ）で作製されている場合、溶融塩ミストによりこれが腐食されることが観察された。更に、従来はプロダクトガス（フッ素ガスが主成分）が発生する電解槽の陽極側の配管のみにフィルタを配設しているが、陰極から発生する副生ガス（水素ガスが主成分）中にも溶融塩のミストが含まれている（従って、配管閉塞が起こる）ことが判明した。
【００２４】
ところで、特許文献２も示すように、電解槽を使用するフッ素ガス生成装置では、従来から、プロダクトガス中に含まれるフッ化水素（ＨＦ）を除去するため、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）が使用される。本発明者等は、フッ素ガス生成装置の改良のため、ＮａＦのフッ素ガス吸着能力についても種々の実験を行ったが、その際、付随的に下記するようなＮａＦの機能を見出した。
【００２５】
即ち、ある実験において、ＮａＦのペレットを収納したカートリッジをフッ素ガス生成装置のプロダクトガス供給配管に配設し、ＮａＦのフッ素ガス吸着能力について調べた。その結果、ＮａＦカートリッジによって、本来除去する目的成分であるフッ化水素の他に、溶融塩に由来するフッ化カリウム（ＫＦ）成分（溶融塩のミストの主成分）もサブＰＰＢレベルまで除去できることが見出された。更に、ＮａＦカートリッジの下流では、溶融塩のミストに同伴するその他の成分も殆ど除去されていることが判明した。なお、この際の金属分析は、超純水が入ったＰＦＡ容器中に、プロダクトガスを直接バブリングさせて金属不純物を捕獲し、得られたフッ化水素水を高周波誘導プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）で分析することによって行った。
【００２６】
この結果に基づき、溶融塩のミストを除去するためにＮａＦカートリッジが使用可能であるか否かについて更に検討を行った。
【００２７】
［実験］
フッ素ガス生成装置の陽極及び陰極側の配管の夫々に１／４インチのガードフィルタ（０．０４μｍ）を使用した場合、ミストによりフィルタが閉塞するまでのライフタイムは、陰極側が４〜１５時間、陽極側が約１２０時間であった。このため、時間的なメリットを考慮し、フッ素ガス生成装置の陰極側（水素ガスを主成分とする副生ガスが発生する側）に図３図示の実験装置を配設し、溶融塩のミストを除去するＮａＦカートリッジの機能を確認する実験を行った。
【００２８】
図３に示すように、フッ素ガス生成装置の陰極に、並列で且つ切り換え可能な第１及び第２配管１１２、１１４を介して、圧力計１１６及びピエゾバルブ１１８を接続した。なお、ピエゾバルブ１１８はフッ素ガス生成装置の陰極の圧力に基づいて開閉制御されるように構成した。第１配管１１２には、ＮａＦペレットを収納したカートリッジ１２２とガードフィルタ１２４とを配設し、第２配管１１４には、ガードフィルタ１２６のみを配設した。
【００２９】
第１及び第２配管１１２、１１４を交互に使用し、ガードフィルタ１２４、１２６がミストにより閉塞する時間を夫々計測した。閉塞の判断は、ピエゾバルブ１１８の開度が１００％以上で且つ圧力計１１６の圧力が−３０ｋＰａ以下の状態が１分以上継続した時とした。なお、ピエゾバルブ１１８は、通常状態において約６０％のバルブ開度で保持されるように設定した。ピエゾバルブ１１８の開度が大きくなるのは、その上流側で閉塞が生じて陰極の圧力が高くなった場合に、開度を大きくしてより多くの副生ガスを流そうとするからである。
【００３０】
具体的な実験手順は以下の通りである。
（１）まず、ガードフィルタ１２６の閉塞時間を測定するため、弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂを閉鎖し、弁Ｖ２ａ、Ｖ２ｂを開放する。
（２）開始前の積算電解量（Ａｈ）を記録する。
（３）１００Ａ連続電解（フッ素発生量は約６８８ｃｃ／ｍｉｎ）を行う。
（４）上記閉塞判断条件を満たした時点でフッ素電解を停止してフッ素発生の積算電解量を記録する。
（５）次に、ガードフィルタ１２４の閉塞時間を測定するため、ＮａＦカートリッジ１２２の温度を２００℃に昇温すると共に、弁Ｖ１ａ、Ｖｌｂを開放し、弁Ｖ２ａ、Ｖ２ｂを閉鎖する。
（６）開始前の積算電解量（Ａｈ）を記録する。
（７）１００Ａ連続電解（フッ素発生量は約６８８ｃｃ／ｍｉｎ）を行う。
（８）上記閉塞判断条件を満たした時点でフッ素電解を停止してフッ素発生の積算電解量を記録する。
【００３１】
表１は上記実験の結果を示す。表１において、「Ｆ１２４」、「Ｆ１２６」はガードフィルタ１２４（ＮａＦカートリッジ１２２あり）、ガードフィルタ１２６（ＮａＦカートリッジ１２２なし）を夫々示す。「ＩＥｓ」、「ＩＥｅ」、「ＩＥｃ」は開始時積算電解量、終了時積算電解量、閉塞までの電解量（Ａｈ）を夫々示す。
【００３２】

この実験結果に示すように、ＮａＦカートリッジ１２２を使用することにより、ミストによるガードフィルタの閉塞時間が５倍も伸びることが判明した。ＮａＦカートリッジ１２２の配管径が通常の配管より太いので、これに伴う流速の低減がライフタイム向上につながった可能性はある。しかし、捕獲用のガードフィルタ１２４、１２６の部分における配管径は同様の１／４インチであることから、単純な比較で考えても飛沫の捕獲にＮａＦカートリッジ１２２が有効であることが分かる。
【００３３】
以下に、このような知見に基づいて構成された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。
【００３４】
図１は本発明の実施の形態に係る、フッ素ガス生成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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
なお、本発明の実施の形態に係るフッ素ガス生成装置は、プラズマを利用しない半導体処理装置、例えば熱ＣＶＤ装置に対してクリーニングガス等を供給する場合にも適用することができる。
【００３８】
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。
【００３９】
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装置３０が着脱可能に接続される。即ち、生成装置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）。
【００４０】
生成装置３０は、フッ化水素を含む溶融塩からなる電解浴を収納する気密な電解槽３２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’ｓｓａｌｔ：ＫＦ／２ＨＦ＋添加物）からなる。電解槽３２は上方から溶融塩中に延びる仕切り板３５により、陽極室３４及び陰極室３６に分割される。陽極室３４及び陰極室３６内で、溶融塩中にはカーボン電極（陽極）４２及びニッケル電極（陰極）４４が夫々浸漬される。電解槽３２には、陽極４２及び陰極４４間に電流を供給するための電流源３８と、供給電流を積算する電流積算計４０とが付設される。
【００４１】
電解処理中、電解槽３２は付随するヒータ３３により８０〜９０℃に加熱保温される。電解浴中でフッ化水素を電解することにより、陽極室３４の気相部分にフッ素ガス（Ｆ_２）を主成分とするプロダクトガスが発生され、陰極室３６の気相部分に水素ガスを主成分とする副生ガスが発生される。プロダクトガス及び副生ガスの夫々には、原料の溶融塩中のフッ化水素ガスの蒸気圧分だけ、フッ化水素ガスが混入する（例えば５％）。陽極室３４及び陰極室３６には、夫々の気相部分の圧力を連続的に測定するため、第１及び第２圧力計４６、４８が配設される。
【００４２】
陽極室３４には、プロダクトガスを導出し、ガス供給系２０の流れ管理部２２及びガス生成部２６に送るための第１配管５２が接続される。第１配管５２には、上流側から順に、吸着カートリッジ５４、第１流量制御弁５６、ミニバッファタンク５８、コンプレッサ（吸引手段）６２、主バッファタンク６４等が配設される。陽極室３４で発生されたプロダクトガスは、コンプレッサ６２により第１配管５２が吸引されることにより、陽極室３４から強制的に引出され、主バッファタンク６４に貯留される。なお、図１において符号６６はラインフィルタを示す。
【００４３】
主バッファタンク６４には圧力計６５が配設され、タンク６４内の圧力が連続的に測定される。この測定結果は、電流源３８に付随する制御部材３９に伝達される。制御部材３９は、伝達された測定結果に基づいて電流源３８をオン／オフし、電解槽３２への電流の供給を制御する。即ち、タンク６４内の圧力が、ある圧力まで減少すると電流源３８がオンされてフッ素ガスの生成が開始され、また、ある圧力まで増加すると電流源３８がオフされてフッ素ガスの生成が停止される。これにより、電解槽３２内の陽極室３４及び陰極室３６間で溶融塩の液面レベルに差をつけずに電解を止めることができる。なお、タンク６４内の圧力は、例えば大気圧〜大気圧＋０．１８Ｍｐａに設定される。
【００４４】
一方、陰極室３６には、副生ガスを導出するための第２配管７２が接続される。第２配管７２は、例えば半導体製造工場の排気系（吸引手段）７９の配管に着脱可能に接続される。第２配管７２には、上流側から順に、吸着カートリッジ７４、第２流量制御弁７６、除害部７８等が配設される。陰極室３６で発生された副生ガスは、排気系７９により第２配管７２が吸引されることにより、陰極室３６から強制的に引出され、除害部７８を通過した後、排気系７９に送られる。
【００４５】
上述のように、電解処理中、種々の要因で、陽極室３４及び陰極室３６間の圧力バランスが崩れ、電解漕３２内で液面変動が起こりやすい。また、電解処理中以外でも、例えば、窒素ガスによる電解漕３２内のパージ、原料フッ化水素ガスの供給時終了後の窒素パージ工程等、主にガス切り替え工程の直後に、電解漕３２内で液面変動が起こりやすい。これ等は、フッ素ガス生成装置の安全性及び信頼性を損なう原因となる。
【００４６】
これに対して、図１図示のフッ素ガス生成装置においては、陽極室３４及び陰極室３６の夫々の気相部分の圧力が第１及び第２圧力計４６、４８により連続的に測定される。これ等の測定結果は、第１及び第２流量制御弁５６、７６の夫々に付随する第１及び第２制御部材５７、７７に伝達される。第１及び第２制御部材５７、７７は、伝達された測定結果に基づいて、陽極室３４及び陰極室３６の夫々の気相部分の圧力が互いに実質的に等しい第１及び第２設定値に維持されるように、第１及び第２流量制御弁５６、７６の開度を調整する。即ち、第１及び第２流量制御弁５６、７６は、夫々に付随する第１及び第２制御部材５７、７７の制御下で連続的に開度が調整される。
【００４７】
このように、陽極室３４及び陰極室３６の圧力が、夫々独立して常時測定され且つ制御されるため、陽極室３４及び陰極室３６における溶融塩の液面の状態が均一に維持される。換言すれば、この構成により、電解槽３２は、フッ素の発生状態、第１及び第２配管５２、７２内の状態、コンプレッサ６２や半導体製造工場の排気系７９の動作状態、その他の環境等の変動による悪影響から保護される。このため、高価な電極等に与える損害、例えば陽極効果を未然に回避することができ、安全にしかも突然の電解停止をすることなく処理を進行させることができる。
【００４８】
なお、上述の陽極室３４及び陰極室３６の夫々の気相部分の第１及び第２設定値は、望ましくは大気圧〜８２０Ｔｏｒｒ、より望ましくは大気圧〜７７０Ｔｏｒｒに設定される。また、陽極室３４及び陰極室３６の圧力を安定させるため、第１及び第２流量制御弁５６、７６は応答性よく開度が連続的に調整可能であることが必要である。かかる観点から、第１及び第２流量制御弁５６、７６としてピエゾバルブが望ましくは使用される。
【００４９】
更に、上述のように、プロダクトガス及び副生ガス中には、数パーセント（例えば５％）のフッ化水素が混入する。また、プロダクトガス及び副生ガス中には溶融塩のミスト（ＫＦを主成分とする）も電解槽から同伴する。このフッ化水素及び溶融塩のミストは、プロダクトガス及び副生ガスが夫々吸着カートリッジ５４、７４を通過する際に除去される。これにより、第１及び第２配管５２、７２の入口で溶融塩が固化してこれ等を閉塞させることがなくなり、頻繁にメンテナンスをする必要がなくなる。
【００５０】
フッ化水素及び溶融塩のミストを吸着により捕捉する吸着剤として、カートリッジ５４、７４内には、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）の多数のペレットが内蔵される。ＮａＦのペレットは、取扱いや圧力損失を考慮し、気体流通路となる隙間がペレット間に形成されるように、適当な形状及び寸法に調製される。また、フッ化ナトリウムのフッ化水素を吸着する能力は温度により変化するため、カートリッジ５４、７４の周囲には、温度を調節するための温度調節ジャケット（ヒータ）５５、７５が夫々配設される。フッ化水素を最適に吸着する観点から、カートリッジ５４、７４は室温〜３００℃、望ましくは８０〜１２０℃に設定される。
【００５１】
なお、副生ガスは廃棄されるものであるため、必ずしも、副生ガスからフッ化水素を除去する必要はない。即ち、副生ガスが流れる第２配管７２に配設されるカートリッジ７４は、配管系統の閉塞を防止するため、溶融塩のミストを除去できるものであればよい。かかる観点から、副生ガス用のカートリッジ７４に充填される吸着剤としては、フッ化ナトリウムに代えて、フッ化カルシウム、フッ化カリウムなどの無機フッ素化合物を使用することができる。
【００５２】
なお、上記実施の形態において、電解槽３２内の状態を直接的或いは間接的に表す情報として、陽極室３４及び陰極室３６内の圧力を用いて、第１及び第２流量制御弁５６、７６の開度を調整している。しかし、本発明は、電解槽３２内の状態を直接的或いは間接的に表す他の情報、例えば、電解槽３２内の液面のレベルに基づいて、流量を制御する弁の開度を調整するような装置に対しても同様に適用することができる。
【００５３】
また、フッ素ガス生成装置３０は、半導体処理システムに着脱可能に組込まれているが、同システム内に固定的に据え付けられるものであってもよい。また、フッ素ガス生成装置３０内の幾つかの部材、例えば、コンプレッサ６２、主バッファタンク６４、除害部７８等は、半導体製造工場側に設置されたものを使用することもできる。また、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。
【００５４】
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。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、長時間の運転においても高い安全性及び信頼性で作動することが可能なフッ素ガス生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る、フッ素ガス生成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】溶融塩のミストを除去するＮａＦカートリッジの機能を確認するための実験装置を示す概略図。
【符号の説明】
１０、１０ｘ…半導体処理装置、１２…処理室、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、３０…ガス生成装置、３２…電解槽、３４…陽極室、３６…陰極室、３８…電流源、４０…電流積算計、４２…陽極、４４…陰極、４６、４８…圧力計、５２、７２…配管、５４、７４…吸着カートリッジ、５５、７５…温度調節ジャケット（ヒータ）、５６、７６…流量制御弁、５７、７７…制御部材、５８…キャパシタ、６４…バッファタンク、６２…コンプレッサ、７８…除害部、７９…排気系。

Claims

フッ素ガスを生成する装置であって、
フッ化カリウム及び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、陽極側の第１気相部分にフッ素ガスを主成分とするプロダクトガスを発生させると共に、陰極側の第２気相部分に水素ガスを主成分とする副生ガスを発生させる電解槽と、
前記第１気相部分から前記プロダクトガスを導出する第１配管と、
前記第２気相部分から前記副生ガスを導出する第２配管と、
前記第１配管に配設された前記第１配管を通るガスの流量を制御する第１弁と、
前記電解槽内の状態を直接的或いは間接的に表す情報に基づいて前記第１弁の開度を調整する第１制御部材と、
前記第１弁よりも上流で前記第１配管に配設され且つ前記プロダクトガス中に混入するフッ化水素と前記溶融塩のミストとを吸着するフッ化ナトリウムのペレットを内蔵する第１カートリッジと、
を具備することを特徴とするフッ素ガス生成装置。
前記第２配管に配設され且つ前記溶融塩のミストを吸着する吸着剤を内蔵する第２カートリッジを更に具備することを特徴とする請求項１に記載のフッ素ガス生成装置。
前記吸着剤はフッ化ナトリウムのペレットを具備することを特徴とする請求項２に記載のフッ素ガス生成装置。
前記第２配管に配設された前記第２配管を通るガスの流量を制御する第２弁と、前記電解槽内の状態を直接的或いは間接的に表す情報に基づいて前記第２弁の開度を調整する第２制御部材と、を更に具備し、前記第２カートリッジは前記第２弁よりも上流に配設されることを特徴とする請求項２または３に記載のフッ素ガス生成装置。
前記第１及び第２気相部分の圧力を測定する第１及び第２圧力計を更に具備し、前記第１及び第２制御部材は、前記第１及び第２気相部分の圧力が実質的に等しい設定値に維持されるように、前記第１及び第２圧力計の測定結果に基づいて前記第１及び第２弁の開度を夫々調整することを特徴とする請求項４に記載のフッ素ガス生成装置。
前記第１カートリッジの温度を調節する温度調節器を更に具備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフッ素ガス生成装置。