JP5179339B2

JP5179339B2 - 混合ガスの供給方法及び混合ガスの供給装置

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Publication number: JP5179339B2
Application number: JP2008325418A
Authority: JP
Inventors: 陽平内田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: CN101761778B; US8276891B2; KR101596048B1; TW201041032A; JP2010147388A; TWI490940B; CN101761778A; KR20100074039A; US20100155971A1

Description

本発明は、半導体製造装置の処理チャンバー等のガス使用対象に、複数種のガスからなる混合ガスを処理ガスとして供給するための混合ガスの供給方法及び混合ガスの供給装置に関する。

従来から、半導体製造装置の処理チャンバー等のガス使用対象に、複数種のガスからなる混合ガスを処理ガスとして供給する場合、例えば、プラズマエッチング装置の処理チャンバーにエッチングガスを供給する場合は、一般にガスボックス（ＧＡＳＢＯＸ）等と称される混合ガスの供給装置を用いている。

上記の混合ガスの供給装置では、１本の共通配管（マニホールド）に接続された複数の個別ガス供給ラインを通して複数種のガスを供給し、それらの混合ガスを、共通配管のガスアウト部を通じて混合ガス供給ラインによりガス使用対象に供給する構成となっている。このような混合ガスの供給装置を用いて供給するガスとしては、常温常圧で気体であり、ガス供給源から気体の状態で供給されるガス（以下、通常ガスという。）と、液体原料供給源から供給された液体原料を気化ユニットで加熱して気化させたガス（以下、液体原料ガスという。）がある。このような液体原料ガスを供給する場合、より蒸気圧の低い液体原料ガスを処理チャンバーに近い位置から供給する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−８８１９１号公報

上記のように混合ガスの供給装置を用いてプラズマエッチング装置の処理チャンバー等にエッチングガスを供給する場合、共通配管（マニホールド）又は混合ガス供給ラインにフィルタを設け、通常ガス及び気体原料ガスが混合された後の混合ガス中のパーティクルを除去することが行われている。ところが、このようなフィルタは、コンダクタンスが低いため、このフィルタの部分で混合ガスの圧力が上昇し、液体原料ガスが液化する可能性ある。このため従来は、共通配管（マニホールド）、混合ガス供給ライン等をヒータによって高温に加熱し、液体原料ガスが液化することを防止している。

上記のように従来の技術においては、共通配管（マニホールド）、混合ガス供給ライン等をヒータによって高温に加熱し、液体原料ガスが液化することを防止する必要があり、ヒータによる加熱に必要な電力量が増大するという問題があった。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、液体原料を加熱して気化させた液体原料ガスを使用する場合において、従来に比べてヒータによる加熱に必要な電力量を低減することができ、省エネルギー化を図ることのできる混合ガスの供給方法及び混合ガスの供給装置を提供しようとするものである。

請求項１の混合ガスの供給方法は、共通配管に接続された複数の個別ガス供給ラインを通して複数種のガスを供給し、当該複数種のガスの混合ガスを、前記共通配管のガスアウト部を通じて混合ガス供給ラインによりガス使用対象に供給する混合ガスの供給方法であって、ガス供給源から気体の状態で供給される通常ガスと、液体原料供給源から供給される液体原料を気化ユニットで加熱して気化させた液体原料ガスとを同時に供給する際に、前記通常ガスより前記液体原料ガスを前記ガスアウト部に近い位置に設けた前記個別ガス供給ラインから供給し、かつ、前記通常ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタの後段に前記液体原料ガスを供給し、前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの、前記気化ユニットと前記共通配管との接続部との間を第１のヒータにより第１の温度に加熱し、前記共通配管の、少なくとも前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの接続部と前記ガスアウト部との間を第２のヒータにより前記第１の温度より低い第２の温度に加熱し、前記液体原料ガスの前記気化ユニットより下流側の前記個別ガス供給ライン及び前記共通配管の双方に、ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタを設けないことを特徴とする。

請求項２の混合ガスの供給方法は、請求項１記載の混合ガスの供給方法であって、前記液体原料を供給する配管にフィルタを設け、前記液体原料中のパーティクルを除去することによって前記液体原料ガス中へのパーティクルの混入を防止することを特徴とする。

請求項３の混合ガスの供給方法は、請求項１又は２記載の混合ガスの供給方法であって、前記第１の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの内部の圧力以上となる温度であることを特徴とする。

請求項４の混合ガスの供給方法は、請求項１〜３いずれか１項記載の混合ガスの供給方法であって、前記第２の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記共通配管内における前記液体原料ガスの分圧以上となる温度であることを特徴とする。

請求項５の混合ガスの供給方法は、請求項１〜４いずれか１項記載の混合ガスの供給方法であって、前記ガス使用対象が、プラズマエッチング装置の処理チャンバーであることを特徴とする。

請求項６の混合ガスの供給方法は、請求項１〜５いずれか１項記載の混合ガスの供給方法であって、前記液体原料ガスが、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₆Ｆ₆、ＳｉＣｌ₄、ＨＦのうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする。

請求項７の混合ガスの供給装置は、共通配管に接続された複数の個別ガス供給ラインを通して複数種のガスを供給し、当該複数種のガスの混合ガスを、前記共通配管のガスアウト部を通じて混合ガス供給ラインによりガス使用対象に供給する混合ガスの供給装置であって、ガス供給源から気体の状態で供給される通常ガスと、液体原料供給源から供給される液体原料を気化ユニットで加熱して気化させた液体原料ガスとを同時に供給する際に、前記通常ガスより前記液体原料ガスを前記ガスアウト部に近い位置に設けた前記個別ガス供給ラインから供給し、かつ、前記通常ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタの後段に前記液体原料ガスを供給するよう構成され、前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの、前記気化ユニットと前記共通配管との接続部との間を第１のヒータにより第１の温度に加熱し、前記共通配管の、少なくとも前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの接続部と前記ガスアウト部との間を第２のヒータにより前記第１の温度より低い第２の温度に加熱するよう構成され、前記液体原料ガスの前記気化ユニットより下流側の前記個別ガス供給ライン及び前記共通配管の双方に、ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタが設けられていないことを特徴とする。

請求項８の混合ガスの供給装置は、請求項７記載の混合ガスの供給装置であって、前記液体原料を供給する配管にフィルタを設け、前記液体原料中のパーティクルを除去することによって前記液体原料ガス中へのパーティクルの混入を防止するよう構成されたことを特徴とする。

請求項９の混合ガスの供給装置は、請求項７又は８記載の混合ガスの供給装置であって、前記第１の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの内部の圧力以上となる温度であることを特徴とする。

請求項１０の混合ガスの供給装置は、請求項７〜９いずれか１項記載の混合ガスの供給装置であって、前記第２の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記共通配管内における前記液体原料ガスの分圧以上となる温度であることを特徴とする。

請求項１１の混合ガスの供給装置は、請求項７〜１０いずれか１項記載の混合ガスの供給装置であって、前記ガス使用対象が、プラズマエッチング装置の処理チャンバーであることを特徴とする。

請求項１２の混合ガスの供給装置は、請求項７〜１１いずれか１項記載の混合ガスの供給装置であって、前記液体原料ガスが、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₆Ｆ₆、ＳｉＣｌ₄、ＨＦのうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする。

本発明によれば、液体原料を加熱して気化させた液体原料ガスを使用する場合において、従来に比べてヒータによる加熱に必要な電力量を低減することができ、省エネルギー化を図ることのできる混合ガスの供給方法及び混合ガスの供給装置を提供することができる。

以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る混合ガスの供給装置の概略構成を模式的に示す図である。図１に示すように、混合ガスの供給装置１００は、複数のガス種に対応した複数（本実施形態では１３）の個別ガス供給ライン１Ａ〜１Ｍを具備しており、これらの個別ガス供給ライン１Ａ〜１Ｍの一端は、１本の共通配管（マニホールド）５０に接続されている。

上記した共通配管（マニホールド）５０の一端のガスアウト部５１は、混合ガス供給ライン７０に接続されており、この混合ガス供給ライン７０は、ガス使用対象である半導体製造装置（本実施形態ではプラズマエッチング装置）の処理チャンバー９０に接続されている。

上記した各個別ガス供給ライン１Ａ〜１Ｍのうち、ガスアウト部１１に最も近い位置に設けられた個別ガス供給ライン１Ａは、図示しない液体原料供給源から供給される液体原料を気化ユニット１４で加熱して気化した液体原料ガス（ＧＡＳ１）を供給するためのものである。

また、残りの個別ガス供給ライン１Ｂ〜１Ｍは、図示しないガス供給源から気体の状態で供給される通常ガスを供給するためのものである。これらのうち、ガスアウト部１１から最も遠い位置に設けられた個別ガス供給ライン１Ｍは、パージガスとして窒素ガス（Ｎ₂ガス）を供給するためのものであり、残りの個別ガス供給ライン１Ｂ〜１Ｌは、通常ガスからなる処理ガス（ＧＡＳ２〜１２）を供給するためのものである。

通常ガスからなる処理ガス（ＧＡＳ２〜１２）を供給するための個別ガス供給ライン１Ｂ〜１Ｌには、上流側から順に、フィルタ２、手動バルブ３、レギュレータ４、圧力計５、第１エアオペレーションバルブ６、マスフローコントローラ７、第２エアオペレーションバルブ８が設けられている。

また、個別ガス供給ライン１Ｂ〜１Ｌには、第１エアオペレーションバルブ６とマスフローコントローラ７との間から分岐する分岐配管９が設けられており、これらの分岐配管９には、夫々第３エアオペレーションバルブ１０が設けられている。

パージガスとして窒素ガス（Ｎ₂ガス）を供給するための個別ガス供給ライン１Ｍには、上流側から順に、フィルタ２Ｍ、手動バルブ３Ｍ、圧力スイッチ１１、レギュレータ４Ｍ、圧力計５Ｍ、第１エアオペレーションバルブ６Ｍ、第２エアオペレーションバルブ８Ｍが設けられている。また、第１エアオペレーションバルブ６Ｍと第２エアオペレーションバルブ８Ｍとの間から分岐する分岐配管９Ｍが設けられており、この分岐配管９Ｍには、前述した個別ガス供給ライン１Ｂ〜１Ｌに設けられた分岐配管９が接続されている。

液体原料ガス（ＧＡＳ１）を供給するための個別ガス供給ライン１Ａには、上流側から順に、第１手動バルブ３Ａ、第１エアオペレーションバルブ６Ａ、フィルタ１２、第２手動バルブ１３、気化ユニット付き流量制御機器１４、第３手動バルブ１５、第２エアオペレーションバルブ８Ａが設けられている。このフィルタ１２は、液体原料中のパーティクルを除去して、液体原料ガス中にパーティクルが混入することを防止するためのものである。

また、個別ガス供給ライン１Ａには、第１エアオペレーションバルブ６Ａとフィルタ１２との間から分岐する分岐配管９Ａが設けられており、この分岐配管９Ａには、第３エアオペレーションバルブ１０Ａが設けられている。この分岐配管９Ａは、分岐配管９Ｍと接続されている。

さらに、個別ガス供給ライン１Ａには、個別ガス供給ライン１Ａの第３手動バルブ１５、第２エアオペレーションバルブ８Ａとの間から分岐する第２分岐配管１６が設けられており、この分岐配管１６には、第４エアオペレーションバルブ１７が設けられている。

上記分岐配管９Ａと、分岐配管９Ｎとの接続部には逆止弁１８が設けられている。また、分岐配管９Ａは、第２分岐配管１６に接続されており、分岐配管９Ａの第２分岐配管１６との接続部近傍には、第５エアオペレーションバルブ１９が設けられている。

共通配管（マニホールド）５０の個別ガス供給ライン１Ａの接続部と、個別ガス供給ライン１Ｂの接続部との間にはエアオペレーションバルブ５２とフィルタ５３とが設けられている。このフィルタ５３は、共通配管（マニホールド）５０内を流通する通常ガスの混合ガス中のパーティクルを除去するためのものである。また、共通配管（マニホールド）５０の、個別ガス供給ライン１Ａの接続部より下流側には、圧力スイッチ５４、エアオペレーションバルブ５５が設けられている。

また、液体原料ガス（ＧＡＳ１）を供給するための個別ガス供給ライン１Ａの気化ユニット付き流量制御機器１４より下流側には、図中点線で示すように、この部分を加熱するための第１ヒータ６０が設けられている。さらに、共通配管（マニホールド）５０のエアオペレーションバルブ５２より下流側には、図中点線で示すように、この部分を加熱するための第２ヒータ６１が設けられている。これらの第１ヒータ６０、第２ヒータ６１は、個別ガス供給ライン１Ａ及び共通配管（マニホールド）５０の内部を流通する液体原料ガスを加熱して、液体原料ガスが液化することを防止するためのものである。

上記のように、本実施形態の混合ガスの供給装置１００では、液体原料供給源から供給された液体原料を気化ユニット付き流量制御機器１４によって加熱して発生させた液体原料ガス（ＧＡＳ１）を供給するための個別ガス供給ライン１Ａが、共通配管（マニホールド）５０の最もガスアウト部５１に近い位置に設けられている。また、この液体原料ガス（ＧＡＳ１）を供給するための個別ガス供給ライン１Ａには、液体原料中のパーティクルを除去するためのフィルタ１２が設けられている。そして、気化ユニット付き流量制御機器１４より下流側には、個別ガス供給ライン１Ａ及び共通配管（マニホールド）５０の双方に、ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタは設けられていない。

これによって、液体原料ガス及び液体原料ガスを含む混合ガスが、低コンダクタンスのフィルタによってその圧力が上昇し、液体原料ガスが液化することを抑制することができる。このため、第１ヒータ６０、第２ヒータ６１による加熱量を従来に比べて減少させても、液体原料ガスが液化することを防止することが可能となる。これによって、第１ヒータ６０、第２ヒータ６１に対して通電する電力量を従来に比べて抑制することができ、省エネルギー化を図ることができる。

上記の第１ヒータ６０、第２ヒータ６１により加熱する際の加熱設定温度は、第１ヒータ６０の加熱設定温度である第１の温度より、第２ヒータ６１による加熱設定温度である第２の温度が低くなるように構成されている。

すなわち、第１ヒータ６０の加熱設定温度（第１の温度）は、液体原料の蒸気圧が、液体原料ガスを供給する個別ガス供給ライン１Ａの内部の圧力以上となる温度とされている。なお、この場合、液体原料ガスの流量によって、個別ガス供給ライン１Ａの内部の圧力が変動するため、配管内部圧力に応じて加熱設定温度を変更するか、若しくは、液体原料ガスをこの混合ガスの供給装置１００で流すことのできる最大流量で流した場合においても上記の条件を充足する加熱設定温度とする。

一方、第２ヒータ６１の加熱設定温度（第２の温度）は、液体原料の蒸気圧が、共通配管（マニホールド）５０の内部の液体原料ガスの分圧以上となる温度とされている。したがって、この第２ヒータ６１の加熱設定温度（第２の温度）は、第１ヒータ６０の加熱設定温度（第１の温度）より低くなる。このように個別ガス供給ライン１Ａ及び共通配管（マニホールド）５０の温度を制御することによって、これらの配管内部で液体原料ガスが液化することを防止することができ、かつ、必要最小限の電力量で、液体原料ガスの液化を防止することができるので、従来に比べて省エネルギー化を図ることができる。

なお、液体原料ガスの例としては、例えば、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₆Ｆ₆、ＳｉＣｌ₄、ＨＦ等が挙げられる。また、このような液体原料ガスは、１種のみに限らず、同時に複数種用いてもよい。

なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは、勿論である。例えば、処理チャンバー９０は、プラズマエッチング装置の場合に限らず、ＣＶＤ装置等の成膜装置の処理チャンバーであってもよい。また、個別ガス供給ラインの数は、１３に限らず、１３以上であっても、１３未満であってもよい。

本発明の一実施形態に係る混合ガスの供給装置の概略構成を模式的に示す図。

符号の説明

１Ａ〜１Ｎ……個別ガス供給ライン、１４……気化ユニット付き流量制御機器、５０……共通配管（マニホールド）、５１……ガスアウト部、５３……フィルタ、７０……混合ガス供給ライン、６０……第１ヒータ、６１……第２ヒータ、９０……処理チャンバー、１００……混合ガスの供給装置。

Claims

共通配管に接続された複数の個別ガス供給ラインを通して複数種のガスを供給し、当該複数種のガスの混合ガスを、前記共通配管のガスアウト部を通じて混合ガス供給ラインによりガス使用対象に供給する混合ガスの供給方法であって、
ガス供給源から気体の状態で供給される通常ガスと、液体原料供給源から供給される液体原料を気化ユニットで加熱して気化させた液体原料ガスとを同時に供給する際に、
前記通常ガスより前記液体原料ガスを前記ガスアウト部に近い位置に設けた前記個別ガス供給ラインから供給し、かつ、前記通常ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタの後段に前記液体原料ガスを供給し、
前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの、前記気化ユニットと前記共通配管との接続部との間を第１のヒータにより第１の温度に加熱し、
前記共通配管の、少なくとも前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの接続部と前記ガスアウト部との間を第２のヒータにより前記第１の温度より低い第２の温度に加熱し、
前記液体原料ガスの前記気化ユニットより下流側の前記個別ガス供給ライン及び前記共通配管の双方に、ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタを設けない
ことを特徴とする混合ガスの供給方法。
請求項１記載の混合ガスの供給方法であって、
前記液体原料を供給する配管にフィルタを設け、前記液体原料中のパーティクルを除去することによって前記液体原料ガス中へのパーティクルの混入を防止する
ことを特徴とする混合ガスの供給方法。
請求項１又は２記載の混合ガスの供給方法であって、
前記第１の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの内部の圧力以上となる温度であることを特徴とする混合ガスの供給方法。
請求項１〜３いずれか１項記載の混合ガスの供給方法であって、
前記第２の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記共通配管内における前記液体原料ガスの分圧以上となる温度であることを特徴とする混合ガスの供給方法。
請求項１〜４いずれか１項記載の混合ガスの供給方法であって、
前記ガス使用対象が、プラズマエッチング装置の処理チャンバーであることを特徴とする混合ガスの供給方法。
請求項１〜５いずれか１項記載の混合ガスの供給方法であって、
前記液体原料ガスが、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₆Ｆ₆、ＳｉＣｌ₄、ＨＦのうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする混合ガスの供給方法。
共通配管に接続された複数の個別ガス供給ラインを通して複数種のガスを供給し、当該複数種のガスの混合ガスを、前記共通配管のガスアウト部を通じて混合ガス供給ラインによりガス使用対象に供給する混合ガスの供給装置であって、
ガス供給源から気体の状態で供給される通常ガスと、液体原料供給源から供給される液体原料を気化ユニットで加熱して気化させた液体原料ガスとを同時に供給する際に、
前記通常ガスより前記液体原料ガスを前記ガスアウト部に近い位置に設けた前記個別ガス供給ラインから供給し、かつ、前記通常ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタの後段に前記液体原料ガスを供給するよう構成され、
前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの、前記気化ユニットと前記共通配管との接続部との間を第１のヒータにより第１の温度に加熱し、
前記共通配管の、少なくとも前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの接続部と前記ガスアウト部との間を第２のヒータにより前記第１の温度より低い第２の温度に加熱するよう構成され、
前記液体原料ガスの前記気化ユニットより下流側の前記個別ガス供給ライン及び前記共通配管の双方に、ガス中のパーティクルを除去するためのフィルタが設けられていない
ことを特徴とする混合ガスの供給装置。
請求項７記載の混合ガスの供給装置であって、
前記液体原料を供給する配管にフィルタを設け、前記液体原料中のパーティクルを除去することによって前記液体原料ガス中へのパーティクルの混入を防止するよう構成された
ことを特徴とする混合ガスの供給装置。
請求項７又は８記載の混合ガスの供給装置であって、
前記第１の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記液体原料ガスを供給する前記個別ガス供給ラインの内部の圧力以上となる温度であることを特徴とする混合ガスの供給装置。
請求項７〜９いずれか１項記載の混合ガスの供給装置であって、
前記第２の温度は、前記液体原料の蒸気圧が、前記共通配管内における前記液体原料ガスの分圧以上となる温度であることを特徴とする混合ガスの供給装置。
請求項７〜１０いずれか１項記載の混合ガスの供給装置であって、
前記ガス使用対象が、プラズマエッチング装置の処理チャンバーであることを特徴とする混合ガスの供給装置。
請求項７〜１１いずれか１項記載の混合ガスの供給装置であって、
前記液体原料ガスが、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₆Ｆ₆、ＳｉＣｌ₄、ＨＦのうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする混合ガスの供給装置。