JP4294910B2

JP4294910B2 - 半導体デバイス製造プラントにおける物質供給システム

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Publication number: JP4294910B2
Application number: JP2002088153A
Authority: JP
Inventors: 邦浩宮崎; 壮一灘原; 欣也臼田; 晶ニ赤堀; 創太中川; 健中島
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: US20050177273A1; CN1650400A; WO2003081647A1; JP2003282386A; US7305275B2

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造技術に関し、より詳細には、気体、液体、又は固体からなる物質を、半導体デバイス製造プラント中の処理設備に供給するための物質供給システムに関する。なお、本明細書において、「物質」とは、処理設備において、材料ガスや薬液などの半導体ウエハの処理に用いたり、処理設備そのものの洗浄に用いたりするガスや液体、処理設備に付随するポンプや反応室を加熱するヒーターの冷却水などの、直接反応の材料に使用されないガスや液体、並びに粒状の固体を含んでいる。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体デバイス製造工場は、大量生産により生産コストを下げるため大規模であり、例えば、１ヶ月当たり１０００ロット（１ロット＝１００枚）を生産可能なものが知られている。このような大規模工場においては、設置される主要装置（機器）の数は数百台を超え、例えば、純水を使用して処理を行う処理設備すなわちユースポイントも、１００台を超える規模となっているのが通常である。
【０００３】
従来の物質供給システムの一例である純水供給システムを、図１４に示す。前処理装置１では原水に凝集剤等を投入し、ろ過することにより、原水中に含まれる濁質成分を除去し、ろ過水タンク２に貯留する。次いで、一次純水装置３では、前処理装置１からのろ過水（及び、回収装置７からの回収水）に含まれるイオン成分を主に除去して一次純水を製造し、純水タンク４に貯留する。次に、超純水装置（すなわちサブシステム）５では、一次純水装置３からの一次純水をさらに精製して、超純水を製造する。超純水は、半導体デバイス製造工場内の種々のユースポイント６に供給される。ユースポイント６からのリンス水等の希薄排水は、回収装置７によって回収されて、回収の状態に応じて、一部がろ過水タンク２に貯留されて一次純水装置３での一次純水製造に再使用され、他の一部が再利用タンク８に貯留され、工場の適宜の設備用水として再利用される。ユースポイント６から排出された希釈排水以外の排水は、排水処理装置９において処理され、放出される。このとき、排水中の固形分は、脱水処理されて、スラッジとして排出される。
このようにして製造された超純水は、総てのユースポイントに供給されていた。
なお、本明細書においては、「一次純水」及び「超純水」を代表的に表す場合には、単に「純水」と称することにする。
【０００４】
しかし、近年、半導体製品の需要は、パソコン向けの製品から、携帯電話などのデジタル家電向け等の用途が広がってきており、かつ、各種用途のライフサイクルが短くなってきていることから、半導体製品の生産は、大量生産ではなく多品種少量とし、なおかつ、機動的であることが求められるようになってきた。このような生産方法として、小規模化された半導体デバイス製造工場が提案されているが、このような小規模半導体デバイス製造工場（以下、「小規模工場」）では、少量生産であるにもかかわらず大規模半導体デバイス製造工場（以下、「大規模工場」）と同等以上のコスト競争力が必要であるという課題がある。
純水供給システムにおいても、大規模工場における純水供給システムを単に小型化しただけでは、純水の単位当たりの製造コスト（イニシャルコスト及びランニングコスト）が上昇し、半導体製品の生産コストに反映してしまうという問題点があった。
【０００５】
このような小規模工場における問題は、純水の供給のみに限らず、半導体ウエハの処理に用いる材料ガスや薬液、処理設備を洗浄するためのガスや液体、処理設備に付随するポンプや反応室を加熱するヒーターの冷却水などの物質供給についても、同様に言えることである。
【０００６】
また、一方で、従来の半導体デバイスの製造工程において、工場内の種々の処理設備では、その工程に応じて数々の材料ガス、薬液、溶媒を用いており、それらは、工場に設置されたガス配管または薬液配管を通して、一般には、工場の隣接したシリンダーキャビネットやガス生成器、薬液、溶媒の貯蔵タンクやイオン交換器などの精製器から、それぞれ供給されている。このシリンダーキャビネットやガス生成器、薬液、溶媒の貯蔵タンクやイオン交換器などの精製器などの供給設備の規模は、その工場でそれを使用するガス、薬液等の消費速度に対して過不足なく対応できなければならない。それは、供給設備の供給能力だけでなく、それをそれぞれの製造装置に輸送する手段としての配管の内径なども消費速度に合わせて過不足なく用意されるべきである。
【０００７】
しかしながら、処理設備において、これらの材料ガス、薬液等は、常時おなじ速度で消費されつづけているわけではない。例えば、多結晶シリコン膜をＬＰＣＶＤにて成膜する複数の基板をバッチ処理するＬＰＣＶＤ炉においては、シリコン膜の材料であるモノシランガスが供給される必要がある場合は、まさにシリコン膜が成膜されている時だけである。したがって、炉内を真空に排気したり、被処理基体である半導体ウエハを棚状のボートに乗せている時は、モノシランガスを消費していないが、供給設備の供給能力や輸送設備である配管の輸送能力は、勿論、消費している時のモノシランガスの消費流量を規準に設計される。このようなＬＰＣＶＤ装置が１０台あれば、その１０台分だけの供給設備と輸送設備が用意されることになる。ここで例に挙げた、モノシランガスのように、半導体ウエハの処理に直接関連して消費するものに限らず、ヒーターの冷却水はヒーターが加熱されている時にのみ必要となり、加熱されていない時は必要な水量は減少する。
【０００８】
さらに、半導体製造工程に用いられる半導体ウエハの直径は、その生産効率の観点から年々増大していく傾向にあり、それに伴って半導体製造装置内の処理チャンバーも拡大されており、そこで消費される材料ガスや薬液の使用量も増大しているため、それだけ材料ガスや薬液等の物質を供給するための大容量の供給設備や輸送設備が必要となり、それへの投資が増加することになる。
したがって、小規模工場のみならず、大規模工場においても、材料ガスや薬剤の供給のためのシステムを如何にして容量を小さくして経済的なものにするかが、大きな問題になっている。
【０００９】
本発明は、上記した従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体デバイスの製造プラントにおける物質供給システムを、イニシャルコスト及びランニングコストが低く、しかも、半導体ウエハの処理に必要なときに必要な量だけ、効率よく処理設備に供給することができるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、第１の観点の本発明は、半導体デバイス製造プラントにおける複数の処理設備に対して、気体、液体、又は固体からなる同一種類の物質を供給する物質供給システムにおいて、
物質の供給ソースと、
供給ソースからの物質の複数の処理設備への供給を制御する制御装置であって、複数の処理設備で現在使用中の物質の総和が、供給ソースから供給可能な量を超えないように、処理設備での物質の供給開始時点を制御する制御装置と
からなることを特徴とする物質供給システムを提供する。
第１の観点の本発明に係る物質供給システムにおいて、複数の処理設備の少なくとも２つの処理設備は、物質の使用開始を要求するための使用要求信号、又は、使用要求信号及び使用の終了又は終了予告を通知するための使用終了信号を、制御装置に通知するよう構成されており、制御装置は、少なくとも１つの処理設備が物質を使用中に、該物質に関する使用要求信号を他の処理設備から受け取ったとき、供給ソースからの物質の供給可能量を超えないと判定した場合に、該他の処理設備に物質の使用を可能するための使用許可信号を通知するよう構成されていることが好ましい。
【００１１】
第２の観点の本発明は、半導体デバイス製造プラントにおける複数の処理設備に対して、気体、液体、又は固体からなる同一種類の物質を供給する物質供給システムにおいて、
物質の供給ソースと、
供給ソースからの物質の複数の処理設備への供給を制御する制御装置であって、複数の処理設備で同時に物質が使用されないように、処理設備での物質の使用開始時点を制御する制御装置と
からなることを特徴とする物質供給システムを提供する。
第２の観点の物質供給システムにおいて、複数の処理設備の内の少なくとも２つの処理設備は、物質の使用開始を要求するための使用要求信号及び使用の終了又は終了予告を通知するための使用終了信号を、制御装置に通知するよう構成されており、制御装置は、少なくとも１つの処理設備が物質を現在使用中のときに、該物質の使用要求信号を他の処理設備から受け取ったときに、使用中の処理設備から使用終了信号を受け取るまで、使用要求信号を発した処理設備に対する物質使用を可能するための使用許可信号の通知を待機するよう構成されていることが好ましい。
【００１２】
第１及び第２の観点の本発明に係る物質供給システムにおいて、物質の供給ソースは、複数の水質グレードの純水を製造する純水製造装置であり、制御装置は、処理設備への純水供給を、グレード毎に制御するよう構成されていることが好ましい。
【００１３】
第３の観点の本発明は、半導体デバイス製造プラントにおける処理設備に対して、気体、液体、又は固体からなる物質を供給する物質供給システムにおいて、
物質の供給ソースと、
物質を一次保持するバッファと、
バッファからの物質の処理設備への供給を制御する制御装置と
からなることを特徴とする物質供給システムを提供する。
第３の観点の本発明に係る物質供給システムはさらに、バッファ内の物質の状態を制御する制御手段、及びバッファ内の物質の状態を測定する測定手段の少なくとも一方を備えていることが好ましい。また、処理設備において少なくとも１バッチの処理で必要とする物質の量を定量化する手段を備えていることが好ましい。さらに、バッファ内に少なくとも２種類以上の物質を同時に保持し、かつ、これら物質を同一の処理設備に供給可能に構成されていることが好ましい。
【００１４】
第３の観点の本発明に係る物質供給システムはさらに、バッファ内において、保持された物質を反応させることによって新しい物質として保持し、該新しい物質を処理設備に供給するよう構成されていることが好ましい。また、バッファ内の温度、圧力、物質成分濃度、又はこれら任意の組合せを制御する制御手段を備えていることが好ましい。さらに、バッファ部内にエッチングガスを保持し、かつ、該ガスを、処理設備のチャンバの洗浄のために供給するよう構成されていることが好ましい。さらにまた、バッファ内に純水を保持して、処理設備のチャンバに供給するよう構成されていることが好ましい。また、処理設備のチャンバから排出された物質を再生してバッファに保持し、チャンバへ供給するよう構成されていることが好ましい。
【００１５】
第１〜第３の観点の本発明に係る物質供給システムは、１つの供給ソースからの物質を複数の処理設備に供給するよう構成されていることが好ましい。また、供給ソースが物質を一次保持するバッファを備えていることが好ましい。
【００１６】
本発明はまた、複数の処理設備を備えた半導体デバイス製造プラントであって、
第１〜第３の観点の物質供給システムと、
各処理設備における処理工程を記録管理するデータベースと、
半導体デバイス製造プラント全体を制御するＣＩＭからなる制御システムであって、データベース上での処理設備の稼動スケジュールと半導体デバイスの製造スケジュールとに基づいて、物質供給システムにおける物質の供給速度、処理設備間の物質供給の優先順位を設定する制御システムと
からなること特徴とした半導体デバイス製造プラントを提供する。
【００１７】
【発明の実施の態様】
＜第１の実施形態＞
本発明に係る半導体デバイス製造プラントにおける物質供給システムの第１の実施形態として、複数の処理設備に純水を供給する純水供給システムについて、説明する。
本発明者が純水供給システムに関して着目した点は、以下の通りである。
・純水を使用するユースポイントでは、ユースポイントごとに要求する純水の水質が異なり、総てのユースポイントが超純水レベルの水質を必要としているわけではない。
・純水を使用する一部のユースポイントは、工程毎で要求する純水の水質が異なり、総ての工程で超純水レベルの水質を必要とするわけではない。
・小規模工場では、ユースポイント数が比較的少ないため、純水の水質グレードを複数設け、かつ各グレード毎に純水供給配管を設けても、配管のひき回しは複雑にならない。
・純水をグレード分けすることにより、超純水などの製造コストが高い純水の製造量を抑えることができる。
・小規模工場では、ユースポイント数が比較的少ないため、ユースポイントでの純水使用状況を容易に把握することができる。
・小規模工場では、ユースポイント数が比較的少ないため、ユースポイント相互間での純水供給制御が容易である。
【００１８】
・各ユースポイントの純水使用時間は、全体の処理工程中（稼働中）の数％〜数１０％程度と低く、かつ、１回の純水使用時間は、数１０秒〜数分間程度で使用パターンは間欠的かつ周期的である。また、純水を使用するユースポイントが比較的少ないため、複数のユースポイントが同一の水質グレードの純水を同時に必要とする確率が極めて低く、しかも、工場全体として純水の使用パターン（グレード、水量、及び使用時間を含む）を容易に把握することができる。
・時間的に重複した純水使用の要求が生じたとしても、純水の１回当たりの使用時間が極めて短いため、一方のユースポイントへの純水使用が終了するまで他方のユースポイントへの純水供給を遅らせても、工場全体としての生産効率に殆ど影響を及ぼすことがない。
・各ユースポイントでの純水使用状況の把握により、瞬時必要水量を抑えるように制御することができ、これにより、純水供給システムの規模を小さくすることができる。
【００１９】
以上のように、小規模工場においては、複数のユースポイントが同一グレードの純水を同時に重複して使用とする確率が極めて低く、しかも、このような重複した純水使用要求が生じたとしても、純水の１回当たりの使用時間が極めて短いため、一方のユースポイントへの純水使用が終了するまで他方のユースポイントへの純水供給を遅らせても、工場全体としての生産効率に殆ど影響を及ぼすことがない。また、各ユースポイントが必要とするグレード毎の純水の必要量を把握し、そして、グレード毎に、把握した水量の内の最大値（瞬時必要水量）を提供可能にすることで、生産効率を悪化させることなく純水製造コストを低減することができる。さらに、ユースポイント間の純水の使用状況の把握及び制御により、瞬時必要水量を低く抑えることができ、純水供給システムの規模を小さくすることができる。
本発明の物質供給システムの一実施形態である純水供給システムは、このように、半導体デバイス製造工場におけるユースポイントでの純水の重複使用時間の分析、及びユースポイントでの工程毎に必要な水質グレードの解析結果に基づいてなされたものである。
【００２０】
図１は、本発明に係る、小規模工場等において特に有用な純水供給システムの構成を模式的に示すブロック図である。図１において、１０は複数の水質グレードの純水を製造する純水製造装置、２０は純水の供給を制御するための制御装置を示している。また３１〜３３は、半導体デバイスを製造するための種々の処理装置の内、処理に純水を必要とする装置すなわちユースポイントを示している。この例においては、４基の洗浄装置（すなわち、２基の大型洗浄装置ＷＥＴ１及びＷＥＴ２、並びに２基の小型洗浄装置ＷＥＴ３及びＷＥＴ４）３１、５基のケミカル・メカニカル・ポリッシング装置（ＣＭＰ１〜ＣＭＰ５）３２、１基のリソグラフィ装置（ＬＩＴＨＯ）３３をユースポイントとして含んでいる。これらを代表して表す場合には、単に「ユースポイント３０」と称することにする。２１は、制御装置２０に設けられた純水利用データベース（ＤＢ）であり、該ＤＢ２１には、制御装置２０と純水製造装置１０との間で通信された情報、及び制御装置２０と各ユースポイント３０との間で通信された情報等の制御情報が記憶され、これにより、純水供給／使用履歴が蓄積される。これら情報の通信は、工場内のＬＡＮ等の任意の通信手段を介して行われる。
【００２１】
なお、図１においては、説明を省略するために、純水を供給するための供給配管、及びユースポイント３０から排出される希薄排水を回収して純水製造装置１０に戻すための配管及び回収処理装置は、説明を簡略化するために省略している。
また、小規模工場内の複数のユースポイント３０として、上記した装置の種類及び個数に限定されないことは、勿論である。
【００２２】
純水製造装置１０は、図２に示すように、原水タンク１１、一次純水装置１２、純水タンク１３、サブシステム（超純水装置）１４、循環処理装置１５を備えている。図２の例においては、原水として市水を使用しているが、図７に示した従来例のように、工業用水を原水として使用し、前処理装置等によりろ過水を製造することも、勿論可能である。なお、小規模工場においては、原水の使用量が少ないので、煩雑な前処理工程を必要としない市水を原水として使用することが好ましい。一次純水装置１２、純水タンク１３、及びサブシステム１４はそれぞれ、図７に示した従来例の純水供給システムに備えられている装置と同様な装置である。
【００２３】
循環処理装置１５は、瞬時必要水量（複数のユースポイント３０が同時に使用可能な水量）を確保した水量の一次純水が配管中を常時循環するように制御する。すなわち、循環処理装置１５の制御により、瞬時必要水量＋余裕量の一次純水が配管中を常時流れ、各ユースポイント３０が必要な時点で必要量の一次純水を配管から取水し使用し、使用されない一時純水は、純水タンク１３に戻される。循環処理装置１５には、一次純水の循環時に上昇する水温を冷却するための熱交換器、殺菌用のＵＶランプ装置、限外ろ過膜（ＵＦ）を備えることが好ましい。殺菌用ＵＶランプ装置は、サブシステム１４に通常具備されるＴＯＣ分解用のＵＶランプ装置に比較して、イニシャルコスト及びランニングコスト共に十分低いので、循環処理装置１５の設置による純水製造コストの上昇は、極めて僅かである。また、一次純水装置１２の後段に純水タンク１３を設けて一次純水を貯留しておくので、一次純水装置１２による一次純水製造量を、工場全体で必要とする平均使用水量（最低量）に設定することができる。
【００２４】
純水製造装置１０におけるこれら装置は、それぞれが独立して運転できる機能別ユニット構造で構成されることが好ましい。このような機能別の複数のユニット構造に形成することにより、工場内の生産設備等の取り替えによりユースポイントが必要とする超純水使用条件が変更されても、必要な機能ユニット構造だけを改造又は取り替えることにより対処することができるので、機動的な超純水供給が可能となる。また、ユニット構造の装置は、ユニット製造工場で製作することができるので、純水供給システムの工場内設置における工期短縮とコストダウンを図ることもできる。
【００２５】
純水製造装置１０を構成する一次純水装置１２及びサブシステム１４として、少なくとも膜処理技術を使用した装置を採用することが好ましい。特に、一次純水装置１２は、逆浸透膜装置と脱気膜装置と電気式脱塩装置を備えることが好ましい。
なお、図１４に示した従来の一次純水装置３では、イオン交換膜樹脂法、イオン交換膜樹脂法＋逆浸透膜、逆浸透膜＋イオン交換樹脂法のいずれかを主体とし、これに真空脱気塔を組み合わせて、一次純水を製造するのが一般的である。
【００２６】
しかしながら、処理の主体となるイオン交換樹脂法は、大規模半導体デバイス製造工場向けに、１００ｍ³／ｈ以上の大容量の一次純水を製造するには、コストが低くかつ実証された技術であるが、本発明が意図する小規模半導体工場向けには、以下のような問題点がある。
すなわち、イオン交換樹脂法は、不純物をイオン交換樹脂に吸着して純水化を図るため、イオン交換樹脂から不純物を除去するための再生操作を、１日に１回程度行う必要がある。したがって、運転管理が複雑になるとともに、再生操作の間は一次純水の製造ができないので、再生操作の期間中でも使用可能なように、一次純水を予め製造してタンクに貯留しておく必要がある。
【００２７】
小規模工場では、工場面積に対する純水供給システムの面積の割合が大きくなりがちであるが、再生操作期間中の一次純水使用量を確保するためには、一次純水装置１２及び純水タンク１３の容量を大きくせざるを得ず、したがって、純水供給システムの面積割合がさらに増加すると言う問題に繋がる。また、イオン交換樹脂の再生用に、塩基、苛性ソーダ等の取り扱いに注意を要する薬品を大量に使用する必要があり、多量の強酸、強アルカリ性の化学排水が発生し、排水処理が複雑となるという問題もある。
また、真空脱気塔は、処理容量に関わらず、１０ｍ程度の高さを必要とし、専用の設置架台が必要となるので、建屋構造に配慮する必要がある。
【００２８】
これに対して、本発明の一実施形態である純水供給システムの一次純水装置１２として採用することが好適な電気式脱塩装置は、イオン交換樹脂法に関わる上記したような問題がなく、逆浸透膜と組み合わせることにより、再生用薬品を必要とせず、純度の高い純水を連続して製造することができる。また、脱気膜を逆浸透膜と電気式脱塩装置との間に設置すれば、真空脱気塔に関わる上記したような問題がなく、しかも、脱酸素だけでなく脱炭酸も行うことができるので、電気式脱塩器のイオン負荷が減り、容易にかつ連続的に高純度純水を製造することができる。
一次純水装置１２として使用する電気式脱塩装置として、市販の任意の電気式脱塩装置を採用可能であるが、ＷＯ９９／４８８２０、特開２００１−１２１１５２号に開示された電気式脱塩装置（荏原製作所製の商品名ＧＤＩ）を採用すると、システム構成を簡素化でき好適である。
【００２９】
また、ＧＤＩを採用した場合、ＧＤＩは硬度成分が析出しにくい特性を有しているため、ＧＤＩ前段の逆浸透膜を１段設けるだけでよく、他の電気式脱塩装置のように硬度成分を高度に除去するための逆浸透膜の２段設置又は逆浸透膜と軟水器との併用装置を必要としない。
さらに、ＧＤＩは、全有機炭素（ＴＯＣ）成分の除去特性に優れているので、ＧＤＩ処理水は、高純度な一次純水の指標であるＴＯＣ１５ｐｐｂ以下を容易に達成することができる。なお、他の電気式脱塩装置は、ＴＯＣ除去特性が低く、電気式脱塩装置中に充填したイオン交換体からＴＯＣが溶出する場合もあることから、ＴＯＣを安定して１５ｐｐｂ以下に保持するためには、装置は多少複雑になるが、後段にＴＯＣ除去用の逆浸透膜又はＴＯＣ分解用の紫外線照射装置を設けることで、同等の効果が得られる。
なお、ＧＤＩ以外の任意の電気式脱塩装置を一次純水装置１２として用いること、及び、図１４に示した従来装置等の任意の純水製造装置を、本発明における純水製造装置１０として適用可能であることは、言うまでもない。
【００３０】
ユースポイント３０はそれぞれ、各水質グレードの純水の使用制限を越えない限り、独立して稼働する。大型洗浄装置、小型洗浄装置、ＣＭＰ装置、及びリソグラフィ装置において、必要な純水の水質グレードは、例えば、図３に示す通りである。なお、複数の水質グレードの純水を供給可能に供給配管を配置しても、小規模工場においてはユースポイント３０の数が少ないため、配管が複雑になることがない。
各ユースポイント３０は、稼働時に、図３に例示した各グレードの純水を予め設定された純水使用パターンに応じて使用するために、「使用要求信号」を制御装置２０に対して通信する。使用要求信号には、純水使用を開始したいことを表す情報とともに、例えば、信号発信元であるユースポイント３０の装置ＩＤ、使用したい純水のグレードを表すグレードＩＤ、水量、及び使用時間（期間）等が含まれる。
【００３１】
使用要求信号に使用時間に関する情報を含ませることなく、「使用終了信号」を、ユースポイント３０から制御装置２０に通知するようにしてもよい。使用終了信号には、純水使用の終了又は終了の予告を表す情報及び装置ＩＤが含まれる。
なお、制御装置２０の純水利用ＤＢ２１（又は、他の任意の記憶装置）に、ユースポイント３０毎の純水使用パターンが格納されている場合、そして、それに沿って各ユースポイント３０で処理が進められている場合、使用要求信号中にグレードＩＤ（又は、グレードＩＤ、水量、及び使用時間（期間））を必ずしも含ませなくてもよい。
【００３２】
制御装置２０は、受け取ったこれら信号に基づいて、純水製造装置１０から供給配管を介して巡回している適切なグレードの純水を、該当するユースポイント３０が使用可能な時点を決定し、決定された時点で、当該ユースポイント３０に純水使用の許可を表す「使用許可信号」を通知する。制御装置２０を、回収処理装置（不図示）及び、純水製造装置１０そのものの動作を制御するよう、構成してもよい。
【００３３】
制御装置２０における制御により、瞬時水量の少量化により純水供給システムを小型化可能であることを、具体例に基づいて以下に説明する。
ユースポイントの一例である大型洗浄装置（ＷＥＴ１及びＷＥＴ２）３１は、図３に示すように、超純水を最終リンス水として使用しているが、これら装置それぞれの純水使用面からみた稼働率は０．４程度であり、しかも、その内の最終リンス水すなわち超純水を使用する工程の稼働率は０．１７程度である。したがって、図４に示すように、２台の大型洗浄装置が同時に稼働して超純水を必要とする重複期間の出現率（半導体工場の稼働時間から見た）は１％程度であり、１台のみが稼働して超純水を必要とする出現率は１１％程度である。それ以外の８８％の期間は、２つの大型洗浄装置のいずれの最終リンス工程も稼働していないため、全く超純水を必要としていない。したがって、２台の大型洗浄装置が重複して超純水を要求した場合に、後から要求した洗浄装置への超純水の供給を遅延させるよう制御すれば、純水製造装置１０のサブシステム（超純水装置）１４は、１台分である２０Ｌ／分の規模に半減させることが可能となる。
【００３４】
一次純水供給系、すなわち一次純水装置１２、純水タンク１３、及び循環処理装置１５についても、同様に規模を低減することができる。すなわち、図３に示すように、一次純水は、ユースポイントである４つの洗浄装置３１、５つのＣＭＰ装置３２、及び１つのリソグラフィ装置３３において必要とされている。そして、これらユースポイント３０での稼働率及び必要水量は、例えば、図５に示すように表すことができる。図５に示した稼働率及び必要水量からみて、工場全体において、５０Ｌ／分の一次純水を必要とする出現率は３０％であり、最大１００Ｌ／分の一次純水を必要とする場合の出現率は３０＋４６＝７６％であり、また、最大１５０Ｌ／分の一次純水を必要とする場合の出現率は３０＋４６＋２１＝９７％である。
【００３５】
したがって、使用するすべてのユースポイント３０で必要な一次純水を単純加算した１７６Ｌ／分を供給可能な一次純水供給系を用いる必要がなく、どの程度の重複使用を許容するかに応じて、５０Ｌ／分、１００Ｌ／分、又は１５０Ｌ／分の一次純水を供給可能な装置を用いることができ、規模を小さくすることができる。そして、例えば、１００Ｌ／分の供給容量の一次純水供給系を用いた場合、２基のユースポイント３０が一次純水使用中に他の１基のユースポイントが一次純水使用を要求したとき、最後に要求したユースポイントの純水使用を遅延させるよう制御すればよい。このような重複使用要求は、図５の例では２１％程度の低い出現率であり、しかも短時間であるため、工場全体の処理に殆ど悪影響を及ぼすことがない。
【００３６】
以上から明らかなように、本発明によれば、一次純水及び超純水の供給能力が小さい場合でも、各ユースポイント３０に対する純水供給開始時点を適切に制御すれば、半導体デバイスの製造に支障なく純水を供給することができる。
【００３７】
図６のフローチャートを参照して、本発明による、制御装置２０によって実行される純水供給制御動作をより詳細に説明する。なお、この制御は、コンピュータに内蔵されるソフトウエアによって実行される。
工場の操業が開始され、工場内の複数のユースポイント３０が独立して稼働を開始すると、制御装置２０は、ステップＳ１において、使用要求信号及び使用終了信号の受信を待機する。この場合の使用要求信号は、使用開始要求＋装置ＩＤ＋グレードＩＤ＋水量の情報を含んでおり、使用終了信号は、使用終了＋装置ＩＤを含んでいる。
【００３８】
制御装置２０は、使用要求信号を受信すると、ステップＳ２に移行し、使用要求信号中の純水のグレードＩＤに基づいて、純水利用ＤＢ２１を検索することにより、該当するグレードの純水が現在使用中であるか否かを判定する。当該グレードの純水がすでに使用されている場合、ステップＳ３に移って、純水製造装置１０における当該グレードの純水供給能力から見て、使用要求信号で要求された水量を直ちに供給可能であるか否かを判定する。
このステップＳ３においては、純水利用ＤＢ２１を検索することにより、当該グレードの純水使用を待機中の他のユースポイントが存在するか否かを判定し、存在する場合、そのグレードの水量を供給不可能であると判定する。また、待機中の他のユースポイントが存在しない場合、純水製造装置１０の純水供給能力から見て、新規要求のユースポイント３０が必要とするそのグレードの純水を供給可能であるか否かを判断する。
【００３９】
ステップＳ２において、そのグレードの純水を使用中であると判定し、かつステップＳ３において、当該グレードの純水が供給不可能であると判定した場合、ステップＳ４において、該当するユースポイント３０に、そのグレードの純水の使用を待機するよう指示するための待機指示信号を通知するとともに、純水供給ＤＢ２１中に、装置ＩＤ及びグレードＩＤに関連付けて、待機マークを付与する。このとき、要求された水量も純水利用ＤＢ２１に記憶する。
一方、ステップＳ２において使用されていないと判定した場合、又はステップＳ３において供給可能であると判定した場合、ステップＳ５において、使用要求信号中の装置ＩＤ及びグレードＩＤに関連付けて、純水利用ＤＢ中に供給開始マーク付け、かつ要求された水量を記憶する。また、当該装置ＩＤに対応するユースポイント３０に使用許可信号を通知し、これにより、該ユースポイント３０は当該グレードの純水を使用可能となる。
【００４０】
一方、ステップＳ１において、受け取った信号が使用終了信号である場合、ステップＳ６に移行し、該信号中の装置ＩＤと、純水利用ＤＢ２１中の該装置ＩＤとグレードＩＤとに関連させて、供給終了マークを付ける。そして、ステップＳ７において、純水利用ＤＢ２１中の、当該グレードＩＤに関連付けて待機マークが付与されている装置ＩＤがあるかどうかを検索し、待機マークがある場合にはステップＳ８に進み、ない場合にはステップＳ１に戻って新たな信号の受信を待機する。ステップＳ８では、純水利用ＤＢ２１中の、当該グレードＩＤに関して、最も早い時点で待機マークが付与された装置ＩＤに関連付けて記憶されている水量を読み出す。そして、ステップＳ２に移行し、上記したように、他のユースポイントがそのグレードの純水を使用中であるか否かを判定し、ステップＳ３〜Ｓ５を実行する。
【００４１】
このようにして、制御装置２０は、純水製造装置１０のグレード別の純水供給能力から見て、要求されたグレード及び水量の純水が要求元のユースポイント３０に直ちに供給可能であるか否かを判定し、供給不可能である場合に、当該純水が供給可能となるまで、使用を許可しない。これにより、純水製造装置１０の各グレードの純水の供給能力が比較的小さい場合でも、製品の生産効率を実質的に低下させることなく、製品を製造することができる。
【００４２】
上記説明した純水供給の制御動作においては、純水製造装置１０の供給能力の範囲内であれば、複数のユースポイント３０が同時に同一グレードの純水を使用可能であることを前提としているが、重複使用が全く不可能となるように制御してもよい。その場合、あるユースポイントで既に使用中のグレードの純水に関する使用要求信号を他のユースポイントから受信した場合、前者から使用終了信号が送られてくるまで、後者に使用許可信号を送信しないようにすればよい。
また、先に説明したように、使用要求信号中に使用時間（期間）に関する情報を含ませれば、使用終了信号をユースポイント３０から制御装置２０に通信する必要がなく、したがって、ステップＳ１では使用要求信号のみの受信を待機することになり、図６のステップＳ６〜Ｓ８での処理は不要となる。さらに、制御装置２０が各ユースポイント３０の純水使用時間を予め把握している場合には、純水使用開始から所定時間後に純水使用が終了しているものと、自動的に判定するようにしてもよい。この場合も、ユースポイント３０が使用終了信号を通知する必要がなくなる。
【００４３】
なお、同一グレードの超純水を同時に要求しないユースポイントをグループ化することが好ましい。この場合、同一機能の装置、連続して処理を行う少なくとも２つの装置を含むようにグループ化することが好ましい。これは、ランダムにグループ化すると、装置が交換された場合においてグループの再構築が煩雑であり、生産効率を落とさずに純水の供給量を抑えるという効果が十分に発揮されない可能性があるからである。
【００４４】
本発明の物質供給システムの実施形態である純水供給システムの好適例について説明したが、種々の変形が可能であることが当業者には明らかであろう。例えば、上記例においては、使用要求信号を発したユースポイント３０に純水使用を直ちに許可しない場合に、制御装置２０が待機指示信号を返送しているが、待機指示信号を必ずしも返送する必要がない。また、使用許可信号により、該当するユースポイント３０の純水取り込みバルブを開放制御するようにしてもよい。さらに、純水に限定されずに、任意の気体、液体、又は固体からなる物質の供給に適用可能であることは言うまでもない。
【００４５】
＜第２の実施形態＞
図７は、本発明に係る物質供給システムの第２の実施形態である、シリコン膜のＬＰＣＶＤ(Low Pressure Chemical Vapor Deposition：低圧化学気相蒸着)装置において、モノシランガスにてＬＰＣＶＤ工程を行う場合の、物質供給システムを示している。
半導体デバイス製造プラントの１つの処理設備であるＬＰＣＶＤ装置（半導体製造装置）４０は、クリーンルームのＦａｂ階に置かれ、その内部に高純度石英からなるチャンバすなわち反応管４１を備えている。該反応管４１には、クリーンルームの外に置かれたモノシランガスのガスシリンダー５１、及びクリーンルーム内に階下（ＳＵＢ−Ｆａｂ階）に設置されたフッ素ガス発生器５２からそれぞれ、バッファ（ガスバッファ）４２を通して、ＬＰＣＶＤ成膜の材料ガスであるモノシランガス、及び反応管４１の内壁やその他の内蔵された石英や、シリコンカーバイド製の部品の表面にＬＰＣＶＤ成膜されたシリコン膜をエッチングして反応管内部を洗浄するフッ素ガスが導入される。モノシランガスやフッ素ガスのバッファ４２への導入側は、エアオペレーションバルブの４６.１と４６.２によって仕切られ、バッファ４２から反応管４１への導入は、同じくエアオペレーションバルブ４５によって、仕切られている。
なお、洗浄のためのフッ素ガス供給については、第３の実施形態として、以降で説明する。
【００４６】
バッファ４２の中の充填圧力は、圧力計４３によって測定されている。このバッファ４２の内部と反応管４１をパージするため、及び、反応時の希釈ガス、または、反応管４１の内部の圧力を１気圧に復帰させるための窒素ガスが、窒素ガス発生器５３からバルブ４６．３を通して供給されている。バッファ４２から反応管４１へ供給されたガスは、中で加熱されてＬＰＣＶＤ反応、またはエッチング反応した後に、反応生成ガスと未反応ガスと共に、その開度によって流体のコンダクタンスを調節することで、反応管４１内部の圧力調整機能と遮断機能を併せ持ったゲートバルブ４８を通過して、クリーンルームの階下に置かれた真空ポンプ５４によって排気される。排気ガスは、除害装置５５によって安全に処理された後、クリーンルーム内に設置された排気ダクト５６から排出される。
【００４７】
処理される半導体ウエハは、ＬＰＣＶＤ反応を行う反応管４１の内部に配置され、その状態で反応管４１がヒーター４７により加熱される。これらのバルブ４５、４６.１〜４６.３、８、ヒーター４７、フッ素発生器５２、真空ポンプ５４、除害装置５６は、ＬＰＣＶＤ工程のレシピを実行管理する装置コントローラ４９によって制御される。圧力計４３やヒーター４７の出力、反応管４１の炉内温度、炉内圧力などの測定値も、装置コントローラ４９に出力される。レシピなどの成膜情報は、ＬＡＮ６０を経由して、製品管理データベース（ＤＢ）７１より装置コントローラ４９に出力される。
【００４８】
図７に示したＬＰＣＶＤ装置４０を用いて、多結晶シリコン膜を成膜する場合を説明する。未処理の半導体ウエハがこのＬＰＣＶＤ装置４０での処理工程に到着する以前に、製品管理データベース７１より、次にこの装置が処理すべきＬＰＣＶＤ工程の詳細情報が装置コントローラ４９に入力される。例えば、多結晶膜１００ｎｍのＬＰＣＶＤ工程であり、６２０℃にて、モノシランガスを１００sccmの流量で、０．２Torrの圧力において、１０分間のＬＰＣＶＤ成膜を行うことであると仮定すると、この成膜に用いるモノシランガスの総量は、
１００ＳＣＣＭ×１０分間＝１０００ＳＣＣ
である。
【００４９】
ＬＰＣＶＤ装置４０のバッファ４２の内容積が１０００ｃｃであると仮定すると、装置コントローラ４９の制御の下で、真空ポンプ５４によって、バッファ４２はバルブ４５を空けて一旦、十分に低い圧力にまで排気された後、バルブ４５を閉め、次いでバルブ４６．２をあけることで、バッファ４２内にモノシランガスを導入する。バッファ４２の内部にモノシランガスを１０００ＳＣＣ（気体の標準状態の下、１０００ｃｍ³の体積であること）を充填した後にバルブ４６．２を閉じ、バッファ４２を封じる。
【００５０】
このバッファ４２の充填を制御する方法は、種々のバリエーションをとることができる。図８に３つのバリエーションを例に示した。
図８の（Ａ）は、圧力調整を行う方法を示している。この方法においては、バルブ４６.２の前または後に、装置コントローラ４９の指示に従って、自動で所望の圧力調整制御のできる減圧弁を備え、それによって、バッファ４２内のモノシランガスの圧力をこの場合においては、１気圧に制御することで、１０００ＳＣＣを秤量する。
図８の（Ｂ）の方法は、バルブ４６.２の前または後に、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）を用意して、流量と時間で、例えば２ＳＬＭの流量一定で３０秒間などのようにして、１０００ＳＣＣを秤量する方法である。ここで、マスフローコントローラを用いずにより安価なマスフローメータを用いて、その出力の積算値から１０００ＳＣＣを用いる方法もある。
図８の（Ｃ）の方法は、バッファ４２に取り付けられた圧力計４３の出力を用いてバッファ内の圧力を測定し、所望の圧力、この場合は1気圧＝７６０Ｔｏｒｒに達したときに、バルブ４６.２を閉じてバッファ４２内部の圧力を制御する方法である。この時、圧力の上昇が早い場合は、オリフィスなど流体のコンダクタンスを落とすものを用意するか、又は、コンダクタンスの開度調整のできるピエゾバルブなどを用いて、その開度を圧力計４３の値からフィードバックして７６０Ｔｏｒｒに制御することが有効である。
【００５１】
これらの方法では、モノシランガスを他の装置と分岐する上流側に圧力調整器や、マスフローコントローラ、コンダクタンス制御装置を配置することで、比較的高価な部品であるこれらの装置を、複数のＬＰＣＶＤ装置など他の半導体製造装置の複数台で共有することができる。図８の（Ａ）や（Ｃ）に示した方法のように、マスフローコントローラやマスフローメーターによる流量測定をおこなわない場合は、そのトータル流量を精密に制御するには、温度、圧力が気体の標準状態でなければならない。したがって、バッファ４２の状態、この場合は、温度の調整または測定をすることで、圧力設定値を補正することが必要となる。その用途と製品の要求するスペックとコストとのバランスから最適な組み合わせを選ぶことが重要である。
【００５２】
また、何れの方法においても、実際の成膜時間に関係なく、それよりも短い時間でモノシランガスを供給できるため、モノシランガスのシリンダーキャビネット５１とＬＰＣＶＤ装置４０が、実際につながる時間を短くすることができ、また、実際の成膜が行われるより前にモノシランガスを供給することで、工場側の事故や故障、人為的ミスによる供給停止、減少などの影響が、実際のＬＰＣＶＤ製造工程に及ぼす機会を格段に減少して、安定した製造をすることができる。また逆に、成膜する時間より、モノシランガスをゆっくりと長くすることで、今までの供給設備よりスペース的にもコスト的にも安価な装置で、供給することが可能である。
【００５３】
バッファ４２にモノシランガスを充填する作業の後、または、並行して、反応管４１の内部には、未処理の基板が配置され、大気を排気した後、窒素などの不活性ガス雰囲気の中、ヒーター４７やゲートバルブ４８によって、温度及び圧力が所望の値、ここでは６２０℃及び０．２Torrになるように調節され、またその他の成膜前の準備が進められる。
【００５４】
成膜するときは、バルブ４５の下流にマスフローコントローラを用意して、流量制御をすることも可能である（図９の（Ａ）を参照）。また、バルブ４５にコンダクタンスを開度によって調整する機能を付加することによって、または、たとえば、ピエゾバルブなどコンダクタンスを調整できるバルブを併用することによって、その開度をバッファ４２に取り付けられた圧力計４３の出力値が一定に減少（この場合は、１０分間で、７６０Torrのモノシランガスを使い切るので、ほぼ、７６Torr/minの割合で減少）するように調節することで、マスフローコントローラを用いることなく流量を制御することもできる（図９の（Ｂ）を参照）。このように、流量を成膜時に制御することで、成膜で用いられるモノシランガスを先の段階で、１０００ＳＣＣを正確に測定する必要はない。１００ＳＣＣＭで１０分間の成膜を行った後に、残ったモノシランガスは、反応管４１を通さずに、バイパスラインを通して、真空ポンプ５４を介して廃棄することも可能であるし、次回の成膜分として保持しておいても良い。
【００５５】
反応管４１に複数（通常、１００〜２００枚）の半導体ウエハを配置して、これら半導体ウエハ上に一度に成膜を行うバッチ式ＬＰＣＶＤ装置に適応した場合を例にあげる。バッチ式の縦型ＬＰＣＶＤ炉では、半導体ウエハを、縦に所定の間隔（例えば５ｍｍほど）空けて積み重ねるように、反応管４１の中に配置した後に、反応管４１内の温度を反応温度（ここでは、６２０℃）に安定させた後に、材料ガスたるモノシランガスをマスフローなどによる流量制御した状態で送り込む。ただし、反応管４１内に導入されたガスは、上流側で消費されるためと、反応生成ガスが発生するため、下流側では、導入されたガスの濃度が相対的に薄くなり、成膜反応が鈍化する。
【００５６】
ここに挙げた実施例では、モノシランガスが、成膜反応と気相反応で消費されて、
ＳｉＨ₄ → ＳｉＨ₂＋Ｈ₂ （気相）
ＳｉＨ₄ → Ｓｉ＋２Ｈ₂ （成膜表面）
ＳｉＨ₂ → Ｓｉ＋Ｈ₂ （成膜表面）
の化学反応が生じる。
ＳｉＨ₂（シリレンガス）やＨ₂（水素ガス）を発生するために下流では、ＳｉＨ₄（モノシランガス）の分圧が減少して成膜速度が落ちる。従って、多数積み重ねた複数の半導体ウエハを内蔵した反応管４１へ、次々とある流量（ここでは、１００ＳＣＣＭ）でモノシランガスを流れ込ませる場合、下流側に位置したものは、上記の理由から成膜速度が遅くなる。モノシランガスは、積み重ねた半導体ウエハの隙間が一般的に基板の半径に比べて狭い空間（この実施例では、５ｍｍほどの間隔の狭い空間）を拡散によって、半導体ウエハの周辺部から中心部へと運ばれる。すなわち、周辺部が上流側であり、中心部が下流になる。その結果、周辺部の成膜速度は中心部のそれに比べて早くなり、中心部で膜厚が薄くなり、それが、成膜の均一性の限界を決めていることも良く知られていることである。
【００５７】
バッファ４２を用いた場合の成膜として、モノシランガスをバッファ４２から、図９の（Ａ）に示したようなマスフローコントローラを用いた方法で、または図９の（Ｂ）に示したような方法で、成膜時にその流量をコントロールする場合も、成膜の均一性は同様であるが、バッファ４２を用いることで、図９の（Ｃ）のように、まったく流量を管理せずに、導入したガスの総量で、成膜に用いるモノシランの供給量を制御することも可能である。その成膜部分のシーケンスは、以下の通りである。
【００５８】
まず、バッファ４２に必要なモノシランガスを秤量して封じておく。そして、反応管４１を真空ポンプ５４によって十分に排気して、圧力を例えば０．１ｍTorrまで下げた状態で、真空ポンプ５４に繋がるゲートバルブ４８を完全に閉じて密封する。その後、バッファ４２と反応管４１をつなぐバルブ４５を全開することで、目標とする成膜に必要なだけのモノシランガスが、数秒以内に、一度に反応管４１内部に充満する。先に述べたウエハとウエハとの間の狭い空間に対しても、一気にモノシランガスが充満する。このように、反応速度よりも十分に速い速度でガスを拡散させてやることによって、前述のようなガスの拡散律速による不均一性を起こすことなく、膜厚均一性のよい成膜を行うことができる。
【００５９】
図９の（Ｄ）にモノシランガスの濃度の時間変化を示し、図９の（Ｅ）に成膜速度の変化と成膜された膜厚の時間変化を示した。通常の、マスフローコントローラなどで導入流量を制御した成膜の場合と異なり、成膜レートが一定ではない。狙い膜厚は、成膜レートのデータから積分して求め、図９の（Ｅ）のグラフに基づいて、成膜時間を決定してやる必要がある。成膜速度は、最初は速いが、次第に遅くなり、目標とする膜厚付近で、非常に遅くなるため、短時間で、かつ、時間による膜厚の誤差が小さい、より精密な膜厚制御も可能となる。
【００６０】
また、非ドープのシリコン膜ではなく、砒素、硼素、リンなどのドナーもしくはアクセプターとなる不純物や同じ４族のゲルマニウムを成膜中にドーピングさせる場合は、予め、バッファ４２と同等なもう一つのバッファを設けて、そこに、ASH₃（アルシン）やB₂H₆（ジボラン）、PH₃（ホスフィン）、GeH₄（ゲルマン）などのガスソースを保持し、モノシランと同様な手順で成膜工程に使用することも可能である。さらに、同じバッファ４２内部にこれらガスをモノシランガスと混合させて保持しておくことにより、ドーパント濃度を均質にすることも可能となる。この時、バッファ４２に質量分析器や赤外線吸収分光器を接続し、その分析結果を装置コントローラ４９に出力して、バッファ４２への導入弁やフローコントロールをすることで、成膜に使用する前の各成分の濃度を正確に知り、各ガスの充填濃度を制御することも可能である。また、単純に、各ガスを順順にバッファ４２に貯めていくときの圧力の増加分を圧力計４３で測定していくことにより、各ガスの混合比を算出することも可能である。その後の成膜の仕方のバリエーションも、モノシランガス単体での成膜の場合と同様である。
【００６１】
モノシランガスによるシリコン成膜ではなく、ペンタエトキシタンタル（PETと記す）よるタンタルオキサイドのＬＰＣＶＤ成膜に、本発明を適用した場合は、常圧、常温で液体であるPETは液体マスフローによる流量制御や、重量や、液面位置などによって必要な量だけ秤量され、バッファ４２に注入される。バッファ４２には、温度調整するためのヒーター４７と温度調整機（不図示）を備え付け、PETが気化し、但し、熱反応しない状態を維持することで、PETを液体から気体へ変化させて保持できる。この場合を図１０の（Ａ）に示す。その後の成膜は、モノシランと同様である。これにより、常温で液体または固体であるソースによる気相でのＬＰＣＶＤ反応に対して、気化器の能力などによる供給不足などの問題を起こすことなく、成膜に必要な分のガスを供給できる。同じくルテニウムのＬＰＣＶＤ成膜に用いられるルテニウムエチルシクロペンタンも液体ソースであり、PETと同様に扱えるが、同じく、ルテニウムＣＶＤの材料であるルテニウムシクロペンタンは固体であるため、バッファ４２に顆粒状またはペレット状で供給して過熱して気化させることになる。この場合を図１０の（Ｂ）に示す。この場合の秤量は、重量や、ペレットの個数で管理することになる。気化して貯蔵された後のＬＰＣＶＤは、モノシランガスを用いた場合と同様である。
【００６２】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態として、図７のシリコン膜のＬＰＣＶＤ装置４０を用いて、上記したように多結晶シリコン膜を成膜した後に、フッ素ガスを用いた反応管４１の内壁のシリコン膜を洗浄する場合の例について説明する。
洗浄する前には、予め、装置管理データベース７２(図７)より、現在の石英管内壁の膜厚から、エッチング条件などの次にこの装置が処理すべき洗浄エッチングの詳細が装置コントローラ４９に入力される。例えば、これは、多結晶膜１００ｎｍの剥離であり、それは、３００℃にて、フッ素ガスを１０００sccmの流量で、１０Torrの圧力において、５分間のＬＰＣＶＤ成膜を行うことである。この成膜に用いるフッ素ガスの総量は、
１０００ＳＣＣＭ×５分間＝５０００ＳＣＣ
である。
【００６３】
バッファ４２の内容積が５０００ＣＣであるとすると、装置コントローラ４９の制御の下で、バルブ４５が開けられると、真空ポンプ５４によってバッファ４２は、一旦十分に低い圧力にまで排気された後、バルブ４５を閉め、バルブ４６.１を開けることにより、バッファ４２内にフッ素ガスを導入する。バッファ４２内部にモノシランガスを５０００ＳＣＣ（気体の標準状態の下、５０００ｃｍ³の体積であることを意味する）を充填した後に、バルブ４６.１を閉じてバッファ４２を封じる。フッ素ガスは、フッ素発生器５２から、KF.2HFの電気分解反応やKF.6HFの熱分解化学反応により生成するものとすると、フッ素の生成が１００ＳＣＣＭ／分程度である場合を想定すると、従来例のように、バッファ４２を用いることなくＬＰＣＶＤ炉にフッ素ガスを直接供給する場合は、エッチング条件に要求される１０００ＳＣＣＭのフッ素ガス流量を得るためには、現在の１０倍の規模のフッ素生成器が必要になる。但し、その能力を１００％用いるのは、エッチング反応を行っている５分間だけであり、それ以外では稼動しない。
【００６４】
本発明では、エッチングが始まる５０分前に、バッファ４２にフッ素ガスを貯め始めることで、１００ＳＣＣＭの供給量しか有しないフッ素発生器５２を用いて、１０００ＳＣＣＭの流量のフッ素ガスを要求するプロセスに対応することが可能となる。バッファ４２に貯める開始時点は、前の成膜が終了して、バッファ４２内のモノシランガスが除去された直後から開始できるため、反応管４１のパージ時間、常圧復帰時間、半導体ウエハの取り出し時間、エッチングのための真空排気、熱安定時間を、フッ素ガスをバッファ４２内に充填する時間に充てることができる。また、モノシランガス用のバッファとは別の専用のバッファを用意することにより、前回のエッチング直後からフッ素ガスをバッファに充填することもできる。一般に、洗浄エッチングは成膜にくらべて行う頻度が小さく、フッ素ガスの供給能力をさらに下げることで、投資、スペースなどを削減できる。
【００６５】
洗浄工程でのＬＰＣＶＤ装置４０における扱いは、モノシランガスによる成膜工程と同様である。特に洗浄工程では、エッチング終了を反応管４１内の温度上昇の終端や排気ガスによる分析によって、リアルタイムでモニタできることが多く、図９の（Ｃ）に示した流量制御を用いずに導入総量で制御する場合に、事前にエッチング速度の時間変化を測定する必要がなく、非常に有用である。
また、図９の（Ｃ）に示すように、反応管４１を孤立させて反応を行った場合、図１１の（Ａ）に示すように、排気側に別のバッファを用意して、エッチングガスを回収したものを、再度、バッファ４２に戻すことで、次回のエッチング時に利用できる。これにより、材料ガスの利用効率が高まり、低コスト化、省エネルギー化を図ることができる。
【００６６】
また、図１１の（Ｂ）に示したように、処理設備における処理及び反応に用いられる材料だけでなく、例えば、排気ガスの除害装置５５の前にバッファを設けて、除害装置５５の処理能力を上回るガスが排出された場合に、その流量を調節することも可能である。除害装置５５は、まさに、有害ガスが排気されている時間しか実効的には働いていないが、前段にバッファを設けることにより、複数の処理設備からの排気の処理を共有化できる。また、複数台の設備から同時に排気ガスが排出されたり、一台で通常より大量のガスを出すようなプロセスをすることで、除害装置５５の処理速度を超える場合でも、一時的にバッファに退避して、該バッファから、処理速度を超えない速度で除害装置５５に送り込むことにより、余剰の除害装置５５を削減することが可能となる。
【００６７】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態として、図７のシリコン膜のＬＰＣＶＤ装置４０を複数用い、反応管４１の洗浄を該複数のＬＰＣＶＤ装置に跨って行う場合のシステムについて、図１２を参照して説明する。
ＬＰＣＶＤ装置４０と同様に、ＬＰＣＶＤ装置４０.１及び４０.２は、フッ素発生器５２よりフッ素の供給を受け、また、工場のＣＩＭサーバ７３によって、工場内ＬＡＮ６０及び装置コントローラ４９．１及び４９．２を介して制御されている。フッ素発生器５２と各ＬＰＣＶＤ装置４０、４０．１、及び４０．３への分岐バルブ５２−０〜５２−２５を制御する配分コントローラ５２−４も、ＣＩＭサーバ７３の制御を受けている。
【００６８】
ＣＩＭサーバ７３には、未処理の半導体ウエハの各ロットの工程順やその種類、また製造ラインにおける他のロットに対する製造の優先順位が、緊急度としてクラス分けされ格納されている。それによって、どのロットがどの装置にいつ処理されるかという製造スケジュールを管理している。また、各ＬＰＣＶＤ装置においても、現在の各反応管の累積膜厚が算出され、洗浄が推奨されている膜厚が、その成膜の膜厚やダストの時系列、過去の洗浄後の膜厚や成膜ダストの時系列の推移からなるデータなどから、人為的に予定または自動的に計算予測されており、現在の待機ロットや将来の製造スケジュールから、何時、反応管洗浄を行うかをスケジュールする機能を有している。
【００６９】
このシステムにおいては、最初に洗浄を必要とする（すなわち、フッ素ガスを使用する）装置が優先してスケジューリングされる。例えば、最初に洗浄する必要がある装置がＬＰＣＶＤ装置４０である場合、ＣＩＭサーバ７３から、装置コントローラ４９を介して、バルブ４５を空け、そして、他のＬＰＣＶＤ装置４０.１及び４０.２のコントローラ４９.１及び４９.２はそれぞれ、バルブ４５.１及び４５.２を閉める。
次いで、図８の（Ａ）〜（Ｃ）に示したような方法で制御して、累積膜厚から算出された必要なだけのフッ素ガスがバッファ４２に貯蔵されたことが、装置コントローラ４９からＣＩＭサーバ７３に返送されると、ＣＩＭサーバ７３は、設定されている次の優先順位にしたがって、ＬＰＣＶＤ装置４０.１又は４０.２のいずれかにおいて、同様にフッ素ガスのバッファへの貯蔵が開始されるよう制御する。
【００７０】
すべての貯蔵が終了した後に、未だ、どのＬＰＣＶＤ装置４０、４０.１、４０.２のどのバッファも未使用の場合は、フッ素発生器５２内部に内蔵されるているバッファ５２−３にその加圧限界まで貯蔵し、さらに時間がある場合は、ＣＩＭサーバ７３がフッ素発生器５２の動作を停止させる。これらの操作により、フッ素発生器５２を有効に使用することができ、その規模のコスト、スペース、メンテナンスなどのリソースも最小に最適化させることができる。
また、フッ素発生器５２の中のバッファ５２−３と配分バルブ５２−０〜５２−２を配分コントローラ５２−４によって制御することで、ＬＰＣＶＤ装置が内部にバッファを内蔵しない装置であっても、対応できる。この場合は、ＣＩＭサーバ７３からの指示を、装置コントローラ４９（及び／又は４９．１、４９．２）ではなく配分コントローラ１２−４によって実行し、フッ素ガスの使用時に、例えばＬＰＣＶＤ装置４０にバッファ４２が備え付けられていない場合を想定すると、バルブ４５と連動させて、バルブ５２−０を開放させる。これにより、バッファ機能を複数台で、共有することも可能となる。
【００７１】
＜第５の実施形態＞
図１３を参照して、第５の実施形態として、処理設備が半導体ウエハの洗浄装置であって、該洗浄理装置を複数（図においては３台）用い、かつ、フッ化水素水溶液を濃縮及び精製器を用いてリサイクルする場合について説明する。
各洗浄装置において、工場からのフッ化水素（ＨＦ）供給配管６２から分岐された配管と、ＨＦ濃縮及び精製装置５７からのリターン配管６３が、洗浄装置それぞれのバッファ４２、４２．１、４２.２に接続される。これらバッファへのそれぞれの配管からの導入部は制御弁によって区切られており、各バッファには、液面位置などでバッファ内部の量を測定する秤量センサ（不図示）が設けられている。これらのバッファ、その秤量センサ、及び制御弁（導入バルブ）を制御する装置コントローラ４９、４９.１、４９.２（これらのみの専用コントローラであってもよい）が、洗浄装置それぞれに付随して設置され、工場のＬＡＮ６０を通して、洗浄装置とＬＯＴとを管理する管理ＤＢサーバによって制御されている。各洗浄装置において、半導体ウエハの処理に用いられたフッ化水素（ＨＦ）の水溶液は、一部は、シリコン酸化膜のエッチングなどの反応で消費され、一部は消費されずに、純水などで希釈されて排水され、一旦、ＨＦ濃縮及び精製装置５７に排水管６４を通って輸送される。
【００７２】
ＨＦ濃縮及び精製装置５７においては、フッ化水素の成分だけがフィルタリングされて精製され、バッファ４２、４２．１、４２．２に戻される。各バッファへの配分は、第４の実施形態の場合と同様に、ＣＩＭサーバ７３による優先順位の算出によって、ＬＡＮ６０を通してバッファ制御装置(不図示)に指示され、それに従って、次にフッ化水素が必要な設備に優先的に配分される。また、処理される半導体ウエハが特に正常なフッ化水素を要求するような場合は、工場側の１次フッ化水素供給ソースから対応するバッファへ供給するようにし、２番目に優先される装置に、ＨＦ濃縮及び精製装置５７からフッ化水素を供給するようにする。該装置５７におけるフッ化水素の再生速度では次回の供給が間に合わない場合も同様に、工場側の１次フッ化水素供給ソースからフッ化水素の供給を補給することもできる。
【００７３】
また、ロット管理ＤＢ(不図示)にて、ロットが洗浄装置での洗浄処理の終了後に、次の製造装置での待ち時間を勘案して、ロットの投入を、フッ化水素のバッファへの再生ＨＦの充填のために、待たせるように制御することも可能である。このように、本発明により、ＨＦ濃縮及び精製装置５７とバッファ装置と洗浄装置とをＣＩＭサーバ７３で管理することで、実質的な製造速度を落とすことなく、再利用によって得られる安価なフッ化水素を最小の規模の濃縮及び精製装置をもって提供することができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る物質供給システムにおいては、従来例に対比して、過剰な供給能力を排除した小規模な物質供給設備を用いることができる。したがって、物質供給システムのイニシャルコスト及びランニングコストを低減することができるので、半導体デバイス製造プラントにおいて生産される製品の生産コストを低減させることができる。
また、本発明に係る物質供給システムにおいては、物質を各処理設備に供給する前に、各処理設備に付随するバッファ内に一時的に保管するので、物質の一次供給ソースの供給能力が比較的小さい場合であっても、各処理設備に必要な量の物質を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る物質供給システムの一実施形態である純水供給システムの構成を説明するための説明図である。
【図２】図１に示した純水供給システムに具備される純水製造装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ユースポイントである洗浄装置、ＣＭＰ装置、及びリソグラフィ装置がそれぞれ必要な純水のグレードの事例を示す表である。
【図４】ユースポイントである２台の大型洗浄装置により必要とされる超純水の使用水量とその出現率との関係の事例を示す説明図である。
【図５】ユースポイントである２台の大型洗浄装置、２台の小型洗浄装置、１台のリソグラフィ設備がそれぞれ装置、及び５台のＣＭＰ装置により必要とされる一次純水とその出現率との関係の事例を示す説明図である。
【図６】図１に示した純水供給システムに具備される制御装置において実行される純水供給の制御動作の事例を示すフローチャートである。
【図７】本発明に係る物質供給システムの他の実施形態である、多結晶または非晶質シリコン膜のＬＰＣＶＤ装置に物質を供給するシステムの概念図である。
【図８】図７に示したＬＰＣＶＤ装置における、モノシランガスのシリンダーキャビネットからガスバッファへモノシランガスを導入する時の秤量の方法のバリエーションの例を示した説明図である。
【図９】図７に示したＬＰＣＶＤ装置における、モノシランガスのバッファから反応管へ、モノシランガスを導入する時の方法のバリエーションの例の説明図、並びに、モノシランガスの濃度の時間変化と成膜速度の時間変化及び目標膜厚と成膜時間の関係を示すグラフである。
【図１０】図７に示したＬＰＣＶＤ装置における、液体ソース及び固体ソースからバッファへ導入する時の方法を例示する説明図である。
【図１１】図７に示したＬＰＣＶＤ装置における、フッ素ガスのバッファから反応管へ、フッ素ガスを導入する時の方法のバリエーション例の説明図である。
【図１２】図７に示したＬＰＣＶＤ装置を複数台用いた場合の、本発明に係る物質供給システムの別の実施形態を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る物質供給システムの他の実施形態である、半導体ウエハの薬液洗浄においてフッ化水素水溶液を再利用する場合のシステム図である。
【図１４】従来例の純水供給システムの構成を説明するための説明図である。

Claims

半導体デバイス製造プラントにおける複数の処理設備に対して、純水を供給する純水供給システムにおいて、
複数の水質グレードの純水を製造して供給する純水供給ソースであって、
一次純水を製造する一次純水製造装置と、
一次純水から超純水を製造する超純水製造装置と、
一次純水が流入され、処理設備に供給すべき一次純水の必要量に余裕量を加算した水量の一次純水を一次純水供給用の配管に流出し、かつ、超純水製造装置に一次純水を流出する循環処理装置であって、水温冷却用の熱交換器、殺菌用のＵＶランプ、及び限外ろ過膜の少なくとも１つを備えている循環処理装置と
を備えた純水供給ソースと、
純水供給ソースからの一次純水及び超純水の複数の処理設備への供給を制御する制御装置であって、複数の処理設備で現在使用中の純水の水質グレード毎の総和が、純水供給ソースから供給可能な水質グレード毎の量を超えないように、処理設備での純水の供給開始時点を制御する制御装置と
からなることを特徴とする純水供給システム。
請求項１記載の純水供給システムにおいて、複数の処理設備の少なくとも２つの処理設備は、グレード毎の純水の使用開始を要求するための使用要求信号、又は、使用要求信号及び使用の終了又は終了予告を通知するための使用終了信号を、制御装置に通知するよう構成されており、
制御装置は、少なくとも１つの処理設備が一次純水又は超純水を使用中に、該純水に関する使用要求信号を他の処理設備から受け取ったとき、純水供給ソースからの当該純水の供給可能量を超えないと判定した場合に、該他の処理設備に当該純水の使用を可能するための使用許可信号を通知するよう構成されている
ことを特徴とする純水供給システム。
半導体デバイス製造プラントにおける複数の処理設備に対して、純水を供給する純水供給システムにおいて、
複数の水質グレードの純水を製造して供給する純水供給ソースであって、
一次純水を製造する一次純水製造装置と、
一次純水から超純水を製造する超純水製造装置と、
一次純水が流入され、処理設備に供給すべき一次純水の必要量に余裕量を加算した水量の一次純水を一次純水供給用の配管に流出し、かつ、超純水製造装置に一次純水を流出する循環処理装置であって、水温冷却用の熱交換器、殺菌用のＵＶランプ、及び限外ろ過膜の少なくとも１つを備えている循環処理装置と
を備えた純水供給ソースと、
純水供給ソースからの一次純水及び超純水の複数の処理設備への供給を制御する制御装置であって、複数の処理設備で同時に同一の水質グレードの純水が使用されないように、処理設備での水質グレード毎の使用開始時点を制御する制御装置と
からなることを特徴とする純水供給システム。
請求項３に記載の純水供給システムにおいて、
複数の処理設備の内の少なくとも２つの処理設備は、水質グレード毎の使用開始を要求するための使用要求信号及び使用の終了又は終了予告を通知するための使用終了信号を、制御装置に通知するよう構成されており、
制御装置は、少なくとも１つの処理設備が一次純水又は超純水を現在使用中のときに、該純水の使用要求信号を他の処理設備から受け取ったときに、使用中の処理設備から使用終了信号を受け取るまで、使用要求信号を発した処理設備に対する当該純水の使用を可能するための使用許可信号の通知を待機するよう構成されている
ことを特徴とする純水供給システム。
請求項１〜４いずれかに記載の純水供給システムにおいて、一次純水製造装置は、逆浸透膜、電気式脱塩装置、及び脱気膜を備えていることを特徴とする純水供給システム。
請求項１〜５いずれかに記載の純水供給システムにおいて、複数の処理設備は、それぞれ独立して稼働する設備であることを特徴とする純水供給システム。