JP4805460B2 - 反応プロセスガス生成方法及びシステム - Google Patents

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Description

【０００１】
乾式（プラズマおよび非プラズマ）加工装置のための代替プロセスガスに対する産業界の要求から、いくつかの異なる化学物質の研究がなされた。いくつかの異なる、反応性の高い、ハロゲンを基材とする化学物質が、加工能力たとえばエッチ速度、選択性などの改良の実現のために、有望な候補であることが知られている。この種類のガスの例としては、純ハロゲン化物（ハロゲン間化合物及びハロゲン分子（２原子分子））化合物があり、これらには、費用増大（配送と廃棄のシステムおよび前駆物質それ自身）、大きな健康と安全性に関するリスク、輸送の難しさ（および費用）、ならびに商業的入手が割合に困難であること、といった不利がある。
【０００２】
本発明によれば、単一のガス反応室又は室内反応システム、純粋なハロゲン分子ガスの供給源を含む複数の前駆供給源から前記反応室又は室内反応システムに前駆ガスを導入する複数の入口、及び前記反応室又は室内反応システムで生成した反応プロセスガスを単一の加工室又は単一若しくは複数の室内加工装置へ供給する出口を備え、前記ガス反応室又は室内反応システムの後続工程で反応プロセスガスを直接使用してなる反応プロセスガス生成システムが提供される。
【０００３】
好ましい構成においては、前記出口に弁を含め、その弁の制御により後続工程への反応プロセスガスの流れを制御することができる。
【０００４】
“現場”（または、使用場所）というのは、配送システムが一つの加工室、または互いに近いいくつかの加工室もしくはいくつかの加工装置の近くに配置されており、したがって生成されたガスを、すぐに使用するために加工室または加工装置に直接配送することができ、離れた場所で生成され、装置への後続導入のために適当な容器で搬送することがない、ということを意味する。
【０００５】
各加工室に対して、一つよりも多くのガス生成装置を使用することができる。
【０００６】
一つの実施形態において、本発明は反応性プロセスガスの現場生成を行う。これらのガスは、それぞれの加工装置に近い現場で、制御された温度と圧力の反応条件下で、いろいろな前駆物質ガスを直接化合させることによって、生成させることができる。いろいろなハロゲン間の化合物およびハロゲン化ガスを、このようにして生成させることができる。このシステムは、生成されつつある前駆物質を正確に制御するためのフィードバックシステムを有することができる。
【０００７】
本発明の第二の実施形態によれば、プラズマまたは非プラズマ加工のための反応性前駆物質の現場合成であって、前記反応性前駆物質には、不安定性、または短寿命、または商業的製造もしくは供給の困難さのために前記合成以外のやり方では簡単には入手できない前駆物質が含まれる。これにより、半導体または非半導体加工のためのハロゲン化物前駆物質の新しい基の直接合成または反応性研究が可能になる。
【０００８】
本発明の第三の実施形態によれば、産業で使用されているかまたは使用されていたガスであって、新しい環境関係の法律により使用が制限または中止されたガスを、直接または間接に（挙動を模擬することによる）置き換える前駆物質の合成がなされる。モントリオール議定書においては、環境にやさしくない化学物質が、すでに使用が制限されたものまたは近い将来に使用が制限されるものを含めて、規定されている。これは、製造が制限されるためにガスの入手可能性に影響をおよぼすものであり、また制限された使用下でも廃棄する際の増大しつつある必要事物にも影響をおよぼすものである。実際、最近の多くの研究は、適当な代替ガスの探索に焦点が合わされている（Ｆｒａｃａｓｓｉおよびｄ’Ａｇｏｓｔｉｎｏ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ １６（４），Ｊｕｌ／Ａｕｇ．１９９８）。適当な廃棄手段により、要求される物質の合成は既存の化学物質の使用を継続するのに、十分適した手段となりうる。商業的には、いくつかの解決策のうちこれだけが実施可能なものであるかもしれない。
【０００９】
本発明は、さらに、純粋なハロゲン分子ガスの供給源を含む複数の前駆ガス供給源を単一のガス反応室又は室内反応システムに接続し、複数の前駆ガス供給源から反応室又は室内反応システムに前駆ガスを導入し且つ導入した前駆ガスを反応させて反応プロセスガスを生成し、その生成した反応プロセスガスをガス反応室又は室内反応システムから出口経由で単一の加工室又は単一若しくは複数の室内加工装置に供給してその加工室又は室内加工装置の後続工程で直接使用する反応プロセスガス生成方法を含む。
【００１０】
この直接化合ガス生成装置は、適当な前駆物質ガスを、おそらくは、加工装置または加工室に近い現場の温度および圧力制御反応室内にあらかじめ装入できる他の物質と反応させることにより、加工室内でガスを生成させることができる。前駆物質ガスは、加工される基板と反応できないように、または実際加工装置内に個別に導入するのが望ましい。装置の設計は、前駆物質ガスの化合中に加工装置または加工室内でどんな有害な反応の発生をも避けるようなものとする。そのようにしないと、工程全体に悪影響がでると考えられる。加工室から廃棄装置へのバイパスは、加工室内で反応前混合物が工程に悪影響を与えることを阻止する。前駆物質ガスは、必要な流量と組成が安定化するかまたはウェーハの装入が完了したあと、工程制御器によってふたたび加工室に向けられる。このバイパス機能は、一定の供給品質と条件とを維持するために、ウェーハ移送中にも使用することができる。
【００１１】
反応室に導入する前駆物質は、下記のガスのうち任意のものを含む。
１．必要なハロゲン供給源としての、Ｆ2、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2から選択される少なくとも一つのハロゲン分子ガス。
２．Ｎ2、Ｈ2、Ｏ2から選択される追加ガス。
３．Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅから選択される追加ガス。
【００１２】
ガス生成装置は、下記の要素のうち任意の一つ以上のものをも有することができる。
１．Ｃ、Ｂ、Ｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐから選択される、元素または適当な化合物の形の電極物質。適当であれば、電極物質は多孔質として、表面反応面積を大きくすることができる。金属含有電極をも使用することができる。この電極は、温度制御と、電気的および／または磁気的バイアス印加とを、別々に行うことができる。
２．適当な触媒（発生する生成物による）。
３．ガス分析器、たとえば赤外分光器および／または質量分析計。
４．生成ガスを検出し、反応パラメータ（ガス流量、温度、圧力、その他）を調節して、所望の生成濃度を実現するためのフィードバック制御システム。
５．適当な反応容器または反応室。いくつかの反応室を直列および／または並列に使用して、より複雑な生成機構を必要とする前駆物質を生成させることができる。
６．適当な真空制御システム、弁類、および計器類。バイパスおよびパージのための手段を含む。
７．適当な廃棄装置。
【００１３】
このガス生成装置は、数Ｔｏｒｒ〜大気圧、および、室温〜数百度Ｃ、および数Ｔｏｒｒ〜大気圧の、温度および圧力範囲で運転することができる。特に、反応室は大気圧またはその近く、すなわち数Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒにわたる範囲で、運転することができる。反応室の温度は、一般に、周囲の室温〜８００℃の範囲で制御することができるが、１００〜５００℃の範囲内にあることが多いと考えられる。室内反応システムの少なくとも二つの別個の帯域を、異なる温度に保つことができる。ある種の工程では、生成物の純度制御のために、システムの要素を室温よりも低温にすることができる。すべての電極の温度制御は、反応容器から独立なものとすることができ、また電極には、個別に電気的および／または磁気的にバイアスをかけることができる。このバイアス手段または他のバイアス手段を使用して、プラズマを生成させることができる。
【００１４】
高純度のガスをガス反応生成装置に供給することにより、加工室に送る前に、望ましくない不純物を除去するために生成ガスを精製する必要がなくなる。質量流量制御器を使用して、供給ガスの流量を正確に量ることができる。
【００１５】
加工室への流れの弁制御（必要であれば、制御システムを備える）により、このガス生成装置が加工室の低圧（減圧）を感じないことが保証される。フッ素生成の好ましい方法は、フッ化物融解電解発生装置によるものであり、この装置はガス生成装置の近く現場に設置することができ、ボンベにはいった高純度の１００％フッ素を得る必要を克服するものである。Ｆ2生成の他の手段をも適当に使用することができる。Ｃｌ2供給の好ましい方法は、電解発生装置または高圧ボンベによるものであり、どちらも簡単に利用することができる。Ｂｒ2、Ｉ2の適当な供給源も同様に使用することができる。
【００１６】
必要に応じて、複数または単一のガス入口および／または二つ以上の電極（または単一の複合電極）を使用して、いくつかのより複雑なハロゲン化物種を生成させることができる。反応室内の電極は電気的および／または磁気的にバイアスをかけることができる。
【００１７】
反応室は高純度材料（たとえば、商標名モネル（ニッケル／銅／鉄合金）、インコネル（ニッケル／クロム／鉄合金）、およびハステロイ（ニッケル／モリブデン／クロム／マンガン／鉄合金）で販売されているもの）で作ることができる。これらは、大規模な生成装置では経済的に適当でないと考えられるものである。
【００１８】
現場生成のコンセプトにより、所望のプロセスガスを高純度で製造することができるが、特定の反応生成物は一つの特定生成物だけから成るのではなく一群の化合物から成りうる。これは、妥当な費用と低い危険性とで実施することができる。加工装置に供給するこのガス生成装置を付設することにより、多くの理由によってプロセスガスの直接使用の選択が不可能である場合に、いろいろな生成プロセスガスを加工室に導入する新しい能力が与えられる。
【００１９】
このガス生成装置は、要求に応じて、たとえば下記のようないろいろなガスを現場供給することができる。
１．ハロゲン同士の化合物、たとえばＣｌxＦy、Ｆx Ｂｒy、ＣｌxＢｒy、およびＦxＣｌy Ｂｒz（ここで、Ｘ、ＹおよびＺは整数）。Ｉ含有化合物ハロゲンを追加供給するために、Ｉ2供給源をも追加することができる。
２．不安定性、または短寿命、または商業的製造もしくは供給の困難さのために他のやり方では入手できない前駆物質を含む、プラズマまたは非プラズマ加工のためのハロゲン化物前駆物質のグループ。
３．フレオンまたはハロゲン炭化物、たとえばＣxＦy、ＣwＦxＣｌy、ＣwＦxＢｒy、ＣwＦxＣｌyＢｒz、ＣwＣｌx、ＣwＣｌxＢｒy、ＣWＦxＢｒy、ＣwＢｒy（ここでＷ、Ｘ、ＹおよびＺは整数）。Ｉ含有ハロゲン炭化物を追加供給するために、Ｉ2供給源をも追加することができる。
４．ＣをＮまたはＢで置き換えた他の反応性ハロゲン化物。
５．任意のＣを、ＣとＮ、Ｂ、および／またはＨとの組合せで置き換えた他の反応性ハロゲン化物。
６．Ｃ供給源を適当な金属含有電極（たとえば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、およびＴａ）で置き換えた金属ハロゲン化物。
７．前記３、４、５、および６に示したグループの任意の組合せから成るハロゲン化物複合体。
【００２０】
生成のために理想的なガスの例としては、ＣｌＦ、ＣｌＦ3、ＣｌＦ5、ＢｒＦ3、ＷＦ6、ＭｏＦ6、ＴｉＦ4、ＴｉＣｌ4、ＴａＦ5、ＢｒＦ、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、 ＣＨＦ3、ＣＦ2Ｈ2、ＣＣｌ2Ｆ2、ＣＣｌ4、ＣＦ3Ｂｒ、およびＮＦ3、ならびに関連化合物がある。また、前駆物質の適当な選択により、有機金属化合物の合成または生成を行うこともできる。
【００２１】
本発明の生成装置は、直接のガス配送に比して、数多くの利点を与える。いくつかのガスの場合、この反応ガス発生装置は大気圧またはその近くで運転することができ、したがってシステムにおける高圧調節器の必要がなくなる。危険なガスの設備と貯蔵器が縮小される。必要に応じた危険なガスの現場生成により、中央貯蔵器から装置への長い（かつ通常高圧の）ガスラインがなくなり、したがって付随する安全性に関するリスクが最小限に抑えられる。設置費用が大きく減少すると考えられる。追加ガスのための配管作業が少なくてすみ、かつ付随する
安全性要件が少ないからである。システム全体の保守は、システムが運転されていないときには生成ガスが存在しないために、簡単になる。生成ガスの量は特定の用途に必要な量に調節することができ、したがってガス消費を最適化して、過剰な生成ガスを避けることができる。ガスによっては高い生成圧力（大気圧よりも高い）を要することがあり、したがって圧力調節装置の使用が必要となる。
【００２２】
本発明は、いろいろなやり方で実施することができる。以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を例として説明する。
【００２３】
図１に示す構成の場合、前駆物質ガスが適当な供給源１および２から反応室３に送られ、ガスは、反応室３において、制御された条件のもとで、化合させられる。次に、反応生成物は加工室４に供給され、ここで、このガスを用いた乾式工程が実施される。適当な弁類には、適当な制御と分離の手段としてＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤに備えてある弁が含まれる。結合された制御システム５と６は、室３と４への供給量とこれらの室の状態とをモニターし、かつ維持する。
【００２４】
ガスは、加工室４から排出装置７に送られ、排出装置７は廃棄装置８（通常、必要である）に導く。バイパス出口９は、反応室３から排出装置に導き、したがってガスは加工のために必要なときだけ加工室に切り替えることができる。このことにより、また、加工室に切り替える前に、安定なガス組成と流量とを維持するのを保証する手段の使用が可能になる。
【００２５】
図２は、反応室３の装置と反応室３への接続とを、より詳細に示す。この図には、供給源１および２からの入口１Ａおよび２Ａ、ならびに第三の前駆物質ガスのためのもう一つの入口１０が示してある（必要であれば、さらに別の入口を付けることもできる）。制御システム１１（これは単一のシステムであるが、簡明なように、二つの部分１１と１５に分けて示してある）は、分析器１２および１３ならびに圧力測定器１４からの測定値を受け取ることができる。制御システム１５は温度測定器１６からの測定値を受け取ることができ、また自動圧力制御装置１７および温度制御装置１８を制御することもできる。随意であるが、電極１９を、バイアス装置（図示せず）および温度制御装置（図示せず）とともに、反応室３内に取りつけることができる。
【００２６】
図３、４、５、および６は、電極を反応室３内に収容しうるいろいろなやり方を示す（反応室自身は、単一の室、または直列もしくは並列もしくはこれらの任意の所望の組合せで連結した室の組合せから成ることができる）。図３の場合、室３は多孔質電極２０を備えているように示してある。図４は、二室システムを示し、この場合、前置反応室３Ａは通常の電極２１を収容しているが、下流室３Ｂは多孔質電極２２を収容している。第三のガス供給ライン１０がこの第二の室３Ｂに接続してある。図５には、三つの連結された反応室３Ａ、３Ｂ、および３Ｃが示してあり、これらは、それぞれのガス供給源３、４、１０を有し、それぞれ、標準電極２３、２４、および２５を収容している。図６に示す変形構成の場合、室３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは多孔質電極２３Ａ、２４Ａ、および２５Ａを収容するように変形されている。
【００２７】
本発明の方法は、また、特に、適当な前駆物質を使用していくつかの短保存寿命の有機金属化合物を現場生成させる方法としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一般的なガス生成装置の模式図である。
【図２】 図１の装置のいろいろな投入および制御装置を示す。
【図３】 図２に示す装置を変形した装置である。
【図４】 図１に示す一般的なガス生成装置のさらなる変形を示す。
【図５】 図１に示す一般的なガス生成装置のさらなる変形を示す。
【図６】 図１に示す一般的なガス生成装置のさらなる変形を示す。
【符号の説明】
１、２ 前駆物質ガス供給源
３ 反応室
４ 加工室
９ バイパス出口
Ｃ 弁

Claims (7)

  1. 純粋なハロゲン分子ガスの供給源を含む複数の前駆ガス供給源を単一のガス反応室又は室内反応システムに接続し、
    前記複数の前駆ガス供給源から反応室又は室内反応システムに前駆ガスを導入し且つ導入した前駆ガスを反応させて反応プロセスガスを生成し、
    前記生成した反応プロセスガスをガス反応室又は室内反応システムから出口経由で単一の加工室又は単一若しくは複数の室内加工装置に供給してその加工室又は室内加工装置の後続工程で直接使用してなる反応プロセスガス生成方法。
  2. 請求項１の方法において、前記反応プロセスガスの生成時に、プラズマまたは非プラズマ加工のための反応性前駆物質を現場合成してなる反応プロセスガス生成方法。
  3. 請求項１又は２の方法において、前記出口に弁を含め、その弁の制御により後続工程への反応プロセスガスの流れを制御してなる反応プロセスガス生成方法。
  4. 請求項１の方法に用いる反応プロセスガス生成システムであって、
    単一のガス反応室又は室内反応システム、
    純粋なハロゲン分子ガスの供給源を含む複数の前駆ガス供給源から前記反応室又は室内反応システムに前駆ガスを導入する複数の入口、及び
    前記反応室又は室内反応システムで生成した反応プロセスガスを単一の加工室又は単一若しくは複数の室内加工装置へ供給する出口を備え、
    前記ガス反応室又は室内反応システムの後続工程で反応プロセスガスを直接使用してなる反応プロセスガス生成システム。
  5. 請求項４のシステムにおいて、前記ガス反応室又は室内反応システムに１以上の電極を含めてなる反応プロセスガス生成システム。
  6. 請求項４又は５のシステムにおいて、前記単一のガス反応室又は室内反応システムに、前記後続工程をバイパスして反応室又は室内反応システム内の生成ガスを出力するバイパス出口を設けてなる反応プロセスガス生成システム。
  7. 請求項４から６の何れかのシステムにおいて、前記純粋なハロゲン分子ガスの供給源を電解発生装置としてなる反応プロセスガス生成システム。
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