JP2006521707A - 所定の濃度で希釈ガスを送出するためのin−situガス混合および希釈システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、半導体材料のドーピング用ソースガスとして、所定の濃度で希釈ガスを供給するための装置及び方法に関する。
半導体産業は、原料物質が非常に有毒かまたは危険でありかつ活性ガス種の投与量が少ない用途において、種々様々な希釈ガスを用いる。
(1)ガス供給容器は急速に使い尽くされ、活性ガス消費プロセスの動作中に、ガス供給容器を頻繁に取り替える必要がある。
(2)ガス供給容器を使い尽くして取り替えるとき、活性ガス消費プロセスを、再適正化する必要があり得る。なぜなら、新たに取り付けたガス供給容器から供給される活性ガス濃度が、前に取り付けたガス供給容器から分配された濃度と異なる可能性があるからである。
(3)欠陥(2)に加えて、任意で所与のガス供給容器から分配される活性ガスのガス濃度は、ガス供給容器製造業者によって固定され、下流の活性ガス消費プロセスにおいて経時変化する状態に依存して変化する濃度を送出することができない。
(4)ガス供給容器に貯蔵されたガス混合物における活性ガス濃度は、活性ガス成分の分解により時間とともに変化するか、または活性ガス濃度は、ガス供給容器の連続的な取り替えとともに未知もしくは予想外の仕方で、変化する可能性がある。
(5)ガス供給容器は、典型的には、容器における活性ガスの貯蔵量を最大限にするために高圧であって、ガス供給容器破裂または容器の関連するヘッドアセンブリ、バルブなどからの漏洩が発生する場合には、潜在的に危険な状況を伴う。
(1)ガス発生を開始して定常状態のガス生成を達成するために必要な時間は、一般的にはかなりのものであり、ガス分配の高速に応答する動作開始を達成することが可能ではない。
(2)in−situガス発生のための反応物として用いられる原料は、性質が非常に有毒であることが多く、そのために、安全性および操作上の問題をもたらす。
(3)in−situガス発生器は、たとえばガス発生チャンバ、反応物供給源、反応物フロー回路(なぜなら、固体反応物源の場合であっても、典型的には流体共反応物があるからである)、分配ライン、および関連するインラインフィルタ、清浄器、連動装置などを含む典型的には比較的複雑なシステムである。
(4)従来的に用いられるようなin−situガス発生器は、たとえばフィルタ、清浄器などの周期的な取り替えを必要とする消耗品を含む。
(5)in−situガス発生システムは、資本支出および全維持費の両方において、比較的高価である。
本発明は、例えば、半導体製造プラントの下流活性ガス消費プロセスユニットに、希釈活性ガスを送出するための装置及び方法に関する。
活性ガス源と、
希釈用ガス源と、
所定のフローレートで活性ガスを分配するためのガスフロー計測装置と、
ガスフロー計測装置によって所定のフローレートで分配される、純活性ガス源からの活性ガスを希釈用ガスと混合して、希釈活性ガス混合物を形成するように構成された混合装置と、
希釈活性ガス混合物における活性ガス濃度を測定し、それに応答してガスフロー計測装置を調節し、活性ガスの分配レートを制御しかつ希釈活性ガス混合物における所定の活性ガス濃度を維持するように構成された監視装置と、
を備える。
活性流体源と、
希釈用流体源と、
所定のフローレートで純活性ガスを分配するための流体フロー計測装置と、
流体フロー計測装置によって所定のフローレートで分配される、活性流体源からの活性流体を希釈用流体と混合して、希釈活性流体混合物を形成するように構成された混合装置と、
希釈活性流体混合物における活性流体の濃度を測定し、それに応答して流体フロー計測装置を調節し、活性流体の分配レートを制御しかつ希釈活性流体混合物における所定の活性流体濃度を維持するように構成された監視装置と、
を備える。
活性ガス源および希釈用ガス源を提供することと、
所定のフローレートで活性ガス源から活性ガスを制御可能に分配することと、
所定のフローレートで分配される、活性ガス源からの活性ガスを、希釈用ガス源からの希釈用ガスと混合して、希釈活性ガス混合物を形成することと、
希釈活性ガス混合物における活性ガス濃度を監視し、それに応答して純活性ガスの分配レートを調節し、希釈活性ガス混合物における所定の活性ガス濃度を維持することと、
を含む。
活性流体源および希釈用流体源を提供することと、
所定のフローレートで活性流体源から活性流体を制御可能に分配することと、
所定のフローレートで分配される、活性流体源からの活性流体を、希釈用流体源からの希釈用流体と混合して、希釈活性流体混合物を形成することと、
希釈活性流体混合物における活性流体濃度を監視し、それに応答して活性流体の分配レートを調節し、希釈活性流体混合物における所定の活性流体濃度を維持することと、
を含む。
本発明は、希釈ガスを分配するための非常に効率的で費用効果の高いシステムの発見に基づいており、純活性ガス源と、希釈用ガス源と、純活性ガスを分配するためのガスフロー計測装置と、希釈活性ガス混合物を形成するために、純活性ガスおよび希釈用ガスを混合するように構成された動的混合装置と、希釈活性ガス混合物における活性ガス濃度を測定し、それに応答して純活性ガスの分配レートを制御し、希釈活性ガス混合物における所定の活性ガス濃度を達成するように構成された監視装置と、を用いる。
図1に示すタイプのシステムを利用し、活性ガスとして四フッ化炭素(CF4)を用いて本発明の動作が実証された。活性ガス源は、500torrでの四フッ化炭素の一定の送出圧力のために、内部ガスレギュレータを備えた大気圧以下のVAC(登録商標)ガス源容器(ATMIインコーポレイテッド(ATMI,Inc.)、コネチカット州ダンベリー(Danbury,CT)から市販)だった。
Claims (74)
- 希釈ガスを送出するためのシステムであって、
活性ガス源と、
希釈用ガス源と、
所定のフローレートで、前記活性ガスを分配するためのガスフロー計測装置と、
前記ガスフロー計測装置によって前記所定のフローレートで分配される、前記活性ガス源からの活性ガスを希釈用ガスと混合して、希釈活性ガス混合物を形成するように構成された混合装置と、
前記希釈活性ガス混合物における活性ガス濃度を測定し、それに応答して前記ガスフロー計測装置を調節し、前記活性ガスの分配レートを制御しかつ前記希釈活性ガス混合物における所定の活性ガス濃度を維持するように構成された監視装置と、
を備えるシステム。 - 前記ガスフロー計測装置が、マスフローコントローラを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記純活性ガス源および前記混合装置を相互接続するガスフローラインをさらに含むシステムであって、前記マスフローコントローラが、前記ガスフローラインに配置される、請求項2に記載のシステム。
- 前記監視装置が、インラインガス分析器を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記監視装置が、バイパスガスフローループにおけるガス分析器を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ガスフロー計測装置が、マスフローコントローラを含み、前記監視装置が、前記希釈活性ガス混合物における検知された活性ガス濃度と相関関係にある出力制御信号を生成するように構成され、前記制御信号が、前記マスフローコントローラに伝送されて、そのセットポイントを調整して、前記希釈活性ガス混合物において所定の一定の活性ガス濃度を達成する、請求項1に記載のシステム。
- 前記ガスフロー計測装置が、マスフローコントローラと、前記活性ガス源から低フローレートの活性ガスを分配するように作動可能なマイクロバルブと、フロー制御バルブに結合された流量計とからなる群から選択される装置を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記活性ガス源が、純粋な状態の活性ガスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記活性ガス源が、前記活性ガスを保持するガス貯蔵および分配容器を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ガス貯蔵および分配容器が、活性ガスを収着的に保持する物理的な吸着媒体を含み、前記容器から活性ガスを分配するために、活性ガスが前記吸着媒体から脱着される、請求項9に記載のシステム。
- 前記ガス貯蔵および分配容器が、レギュレータであって、前記レギュレータのセットポイントによって決定された圧力で前記容器から活性ガスを分配するための、内部に配置された前記レギュレータを含む、請求項9に記載のシステム。
- 前記混合装置が、ベンチュリ、スタティックミキサ、ポンプ、コンプレッサ、ロータリーミキサ、エジェクタ、エダクタおよび対向するジェットを備える混合チャンバからなる群から選択される装置を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記混合装置が、ベンチュリを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記監視装置が、分光計ガス監視装置、クロマトグラフィガス監視装置、比色計ガス監視装置、表面音波(SAW)ガス監視装置、光子ガス監視装及び炎イオン化装置ガス監視装置からなる群から選択されるガス監視デバイスを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記監視装置が、フーリエ変換赤外分光(FT−IR)ガス分析器を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記監視装置が、IR光度計を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記監視装置が、フーリエ変換赤外分光(FT−IR)ガス分析器およびIR光度計を備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記監視装置が、複数のガス監視デバイスを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記複数のガス監視デバイスが、異なるガス濃度検知形式を有するガス監視デバイスを備える、請求項18に記載のシステム。
- 前記複数のガス監視デバイスが、同じガス濃度検知形式を有するガス監視デバイスを備える、請求項18に記載のシステム。
- 希釈活性ガス混合物使用設備と接続された希釈活性ガス混合物放出ラインをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記希釈活性ガス混合物使用設備が、半導体製造プラントを備える、請求項21に記載のシステム。
- 前記半導体製造プラントが、化学蒸着ユニットを備える、請求項22に記載のシステム。
- 前記監視装置が、複数のガス監視デバイスと信号プロセッサユニットとを備え、前記複数のガス監視デバイスのそれぞれが、前記希釈活性ガス混合物における活性ガス濃度と相関関係にある出力を発生し、このような各出力が、処理のために前記信号プロセッサユニットに伝送され、前記信号プロセッサユニットが、前記複数のガス監視デバイスの出力から派生した制御信号を伝送し、それに応答して前記ガスフロー計測装置を調節し、前記純活性ガスの分配レートを制御しかつ前記希釈活性ガス混合物における前記所定の活性ガス濃度を維持するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記信号プロセッサユニットが、比較回路、ブリッジ回路、マイクロプロセッサおよびプログラム可能な汎用コンピュータからなる群から選択される処理装置を備える、請求項24に記載のシステム。
- 希釈活性ガス混合物供給関係で、半導体製造設備と結合された、請求項1に記載のシステム。
- 前記半導体製造設備が、化学蒸着プロセスユニットを備える、請求項26に記載のシステム。
- 前記活性ガスが、ドーパント種を形成するための原料物質を含む、請求項27に記載のシステム。
- 前記原料物質が、アルシン、ホスフィンおよびゲルマンからなる群から選択される水素化物を含む、請求項28に記載のシステム。
- 前記希釈用ガス源が、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気、クリプトン、キセノン、キセノンハロゲン化物、水素、酸素、アンモニアおよびガス状有機金属化合物からなる群から選択される希釈用ガスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記活性ガス源が、水素化物、酸性ガスおよびボランからなる群から選択される活性ガスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記活性ガスが、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、SiHCl3、SiF4、SiH2Cl2および前述のものの2以上の混合物からなる群から選択される、請求項31に記載のシステム。
- 前記希釈用ガス源が、H2、N2、O2、アルゴン、ヘリウムおよび前述のものの2以上の混合物からなる群から選択される希釈用ガスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記活性ガス源が、四フッ化炭素を含む活性ガスを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記ガスフロー計測装置が、マイクロバルブを備える、請求項1に記載のシステム。
- 前記混合装置がベンチュリを備え、前記ガスフロー計測装置が、バルブおよび前記バルブと前記ベンチュリとの間の制限されたフローオリフィスを備える、請求項1に記載のシステム。
- 希釈流体を送出するためのシステムであって、
活性流体源と、
希釈用流体源と、
所定のフローレートで、前記純活性ガスを分配するための流体フロー計測装置と、
前記流体フロー計測装置によって前記所定のフローレートで分配される、前記活性流体源からの活性流体を希釈用流体と混合して、希釈活性流体混合物を形成するように構成された混合装置と、
前記希釈活性流体混合物における活性流体の濃度を測定し、それに応答して前記流体フロー計測装置を調節し、前記活性流体の分配レートを制御しかつ前記希釈活性流体混合物における所定の活性流体濃度を維持するように構成された監視装置と、
を備えるシステム。 - 前記活性流体源が、前記活性流体として液体を含む、請求項37に記載のシステム。
- 前記活性流体源が、前記活性流体として半導体プロセスガスを含む、請求項38に記載のシステム。
- 希釈ガスを送出するための方法であって、
活性ガス源および希釈用ガス源を提供することと、
所定のフローレートで前記活性ガス源から活性ガスを制御可能に分配することと、
前記所定のフローレートで分配される、前記活性ガス源からの活性ガスを、前記希釈用ガス源からの希釈用ガスと混合して、希釈活性ガス混合物を形成することと、
前記希釈活性ガス混合物における活性ガス濃度を監視し、それに応答して前記純活性ガスの分配レートを調節し、前記希釈活性ガス混合物における所定の活性ガス濃度を維持することと、
を含む方法。 - 活性ガスを制御可能に分配する前記ステップが、マスフローコントローラを用いて前記活性ガスのフローを調整することを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記監視ステップが、インラインガス分析器を通して前記希釈活性ガス混合物を流すことを含む、請求項40に記載の方法。
- 活性ガスを制御可能に分配する前記ステップが、マスフローコントローラを用いて前記活性ガスのフローを調整することを含み、前記監視ステップが、インラインガス分析器を通して前記希釈活性ガス混合物を流して、前記希釈活性ガス混合物における検知された活性ガス濃度と相関関係にある出力制御信号を生成することと、前記制御信号を前記マスフローコントローラに伝送して、そのセットポイントを調整し、前記希釈活性ガス混合物において所定の一定の活性ガス濃度を達成することと、を含む、請求項40に記載の方法。
- 活性ガスを制御可能に分配する前記ステップが、マスフローコントローラと、前記活性ガス源から低フローレートの活性ガスを分配するように動作可能なマイクロバルブと、フロー制御バルブと結合された流量計とからなる群から選択される装置を用いて前記活性ガスのフローを調整することを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記活性ガス源が、純粋な状態の活性ガス含む、請求項40に記載の方法。
- 前記活性ガス源が、前記活性ガスを保持するガス貯蔵および分配容器を含む、請求項40に記載の方法。
- 前記ガス貯蔵および分配容器が、活性ガスを収着的に保持する物理的な吸着媒体を含み、前記容器から活性ガスを分配するために、活性ガスが前記吸着媒体から脱着される、請求項46に記載の方法。
- 前記ガス貯蔵および分配容器が、レギュレータであって、前記レギュレータのセットポイントによって決定された圧力で前記容器から活性ガスを分配するための、内部に配置された前記レギュレータを備える、請求項46に記載の方法。
- 前記混合ステップが、ベンチュリ、スタティックミキサ、ポンプ、コンプレッサ、ロータリーミキサ、エジェクタ、エダクタおよび対向するジェットを備える混合チャンバからなる群から選択される混合装置を用いて、前記活性ガス源からの活性ガスおよび前記希釈用ガス源からの希釈用ガスを混合することを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記混合ステップが、前記活性ガスおよび前記希釈用ガスを受け取るベンチュリを用いて、前記活性ガス源からの活性ガスおよび前記希釈用ガス源からの希釈用ガスを混合することを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記監視ステップが、分光計ガス監視装置、クロマトグラフィガス監視装置、比色計ガス監視装置、表面音波(SAW)ガス監視装置、光子ガス監視装置および炎イオン化装置ガス監視装置からなる群から選択されるガス監視装置を用いる、請求項40に記載の方法。
- 前記監視ステップが、フーリエ変換赤外分光(FT−IR)ガス分析器を用いる、請求項40に記載の方法。
- 前記監視ステップが、IR光度計を用いる、請求項40に記載の方法。
- 前記監視ステップが、フーリエ変換赤外分光(FT−IR)ガス分析器およびIR光度計を用いる、請求項40に記載の方法。
- 前記監視ステップが、複数のガス監視デバイスを用いる、請求項40に記載の方法。
- 前記複数のガス監視デバイスが、異なるガス濃度検知形式を有するガス監視デバイスを含む、請求項55に記載の方法。
- 前記複数のガス監視デバイスが、同じガス濃度検知形式を有するガス監視デバイスを含む、請求項55に記載の方法。
- 前記希釈活性ガス混合物を、希釈活性ガス混合物使用設備へ流すことをさらに含む、請求項40に記載の方法。
- 前記希釈活性ガス混合物使用設備が、半導体製造プラントを備える、請求項58に記載の方法。
- 前記半導体製造プラントが、化学蒸着ユニットを備える、請求項59に記載の方法。
- 前記監視ステップが、複数のガス監視デバイスと信号プロセッサユニットとを用い、前記複数のガス監視デバイスのそれぞれが、前記希釈活性ガス混合物における活性ガス濃度と相関関係にある出力を発生し、このような各出力が、処理のために前記信号プロセッサユニットに伝送され、前記信号プロセッサユニットが、前記複数のガス監視デバイスの出力から派生した制御信号を伝送し、それに応答して前記ガスフロー計測装置を調節して、前記純活性ガスの分配レートを制御しかつ前記希釈活性ガス混合物における前記所定の活性ガス濃度を維持するように構成されている、請求項40に記載の方法。
- 前記信号プロセッサユニットが、比較回路、ブリッジ回路、マイクロプロセッサおよびプログラム可能な汎用コンピュータからなる群から選択される処理装置を備える、請求項61に記載の方法。
- 希釈活性ガス混合物を、半導体製造設備へ流すことを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記半導体製造設備が、化学蒸着プロセスユニットを備える、請求項63に記載の方法。
- 前記活性ガスが、ドーパント種を形成するための原料物質を含む、請求項64に記載の方法。
- 前記原料物質が、アルシン、ホスフィンおよびゲルマンからなる群から選択される水素化物を含む、請求項65に記載の方法。
- 前記希釈用ガス源が、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気、クリプトン、キセノン、キセノンハロゲン化物、水素、酸素、アンモニアおよびガス状有機金属化合物からなる群から選択される希釈用ガスを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記活性ガス源が、水素化物、酸性ガスおよびボランからなる群から選択される活性ガスを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記活性ガスが、アルシン、ホスフィン、ゲルマン、SiHCl3、SiF4、SiH2Cl2および前述のものの2以上の混合物からなる群から選択される、請求項40に記載の方法。
- 前記希釈用ガス源が、H2、N2、O2、アルゴン、ヘリウムおよび前述のものの2以上の混合物からなる群から選択される希釈用ガスを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記活性ガス源が、四フッ化炭素を含む活性ガスを含む、請求項40に記載の方法。
- 所定のフローレートで前記活性ガス源から活性ガスを制御可能に分配する前記ステップが、マイクロバルブを含むガスフロー計測装置を通した活性ガスのフローを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記混合ステップが、前記活性ガス源からの活性ガスおよび前記希釈用ガス源からの希釈用ガスをベンチュリに流すことを含み、所定のフローレートで前記活性ガス源から活性ガスを制御可能に分配する前記ステップが、バルブおよび前記バルブと前記ベンチュリとの間の制限されたフローオリフィスを含むガスフロー計測装置を通した活性ガスのフローを含む、請求項40に記載の方法。
- 希釈流体を送出するための方法であって、
活性流体源および希釈用流体源を提供することと、
所定のフローレートで前記活性流体源からの活性流体を制御可能に分配することと、
前記所定のフローレートで分配される、前記活性流体源からの活性流体を、前記希釈用流体源からの希釈用流体と混合して、希釈活性流体混合物を形成することと、
前記希釈活性流体混合物における活性流体濃度を監視し、それに応答して前記活性流体の分配レートを調節し、前記希釈活性流体混合物における所定の活性流体濃度を維持することと、
を含む方法。
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