JP5521372B2 - フッ素ガスのｉｎ−ｓｉｔｕガス混合および希釈システム - Google Patents
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Description
本発明は、オンサイトフッ素ガス発生装置とフッ素ガスを使用する半導体処理装置の間におけるフッ素ガスの供給システムであり、フッ素ガスのｉｎ−ｓｉｔｕガス混合および希釈システムに関するものである。
これまで、電子材料ガス（例えば、フルオロカーボン、六フッ化硫黄ガス、三フッ化窒素などのフッ化物ガス）は、半導体処理工程のクリーニングやエッチングプロセスに対して、高性能であるため広範囲にわたって大量に使用されてきたが、これらのフッ化物ガスは地球温暖化係数が大きく地球環境に対して悪影響を及ぼすため、今後、廃止或いはその使用を制限されていくことが決まっている。
フッ素ガスは、地球温暖化係数は０であり、上記フッ化物ガスの代替物として使用が検討され始めた。フッ素ガスは、毒性・腐食性・反応性が著しく強いため、ボンベに充填して大量に輸送や貯蔵することは危険が伴うため、フッ素ガスを窒素ガスやヘリウムガス等の不活性ガスにて２０％程度以下まで希釈してガスボンベに充填されたものを用いてフッ素ガスを供給する方法が実施されている。
しかしながら、不活性ガスによりフッ素ガスを希釈したガスボンベでは、フッ素ガスの充填量が少量となるため、ガスボンベの交換頻度が多くなり、ガスボンベを交換する都度に、フッ素ガス供給のプロセスの最適化を行う必要があり、生産性の効率が低下してしまう問題がある。
また、フッ素ガスの充填量を最大限にするためガスボンベを高圧にするとガス供給容器の破損などの潜在的な危険性が挙げられている。
そこで、上記対策において、安全・安定にフッ素ガスを発生させ、その場で使用するオンサイトフッ素ガス発生装置などが、産業界より要望されており、幾つかの提案がなされている（特許文献１、２）。
しかしながら、オンサイトフッ素ガス発生装置とフッ素ガスを使用する半導体処理装置の間におけるフッ素ガスの供給を確保するためのインターフェイス的装置（フッ素ガスの供給システム）が極めて重要であるにも関わらず、その検討は少ないのが現状である。
従来、オンサイトフッ素ガス発生装置で得られたフッ素ガスを直接バッファタンクに導入し、半導体処理装置に導入する直前で希釈する方法、また、得られたフッ素ガスを、フッ素ガスを使用する半導体処理装置に導入する際に、得られたフッ素ガスと不活性ガスの各成分をそれぞれ個別に流量制御して流通し、それらを合流し、バッファタンクに貯蔵し、これらの混合ガスの流量制御を行い、フッ素ガスを使用する半導体処理装置に導入する方法が行われていた。
得られたフッ素ガスを直接バッファタンクに導入する方法では毒性・腐食性が著しく強いため、大量にバッファタンクに貯蔵することは好ましくない。また、近年、半導体処理工程において、生産効率を向上する目的で、使用基板の大型化が進み、大型のシリコンウエハが使われ始めている。シリコンウエハの大型化に対応して、ＣＶＤ装置やエッチング装置等の半導体処理装置の大型化が進められており、半導体処理装置の大型化に伴って、クリーニングプロセスやエッチングプロセス等に使用されるフッ素ガスの使用量が急激に増加している。
そのため、フッ素ガスの使用量の増大に伴い、オンサイトフッ素ガス発生装置で得られたフッ素ガスを、フッ素ガスを使用する半導体処理装置に導入する方法では、フッ素ガスの大量供給が可能なように、より大型なバッファタンクが使用されるようになってきている。
ガスの大量供給が可能な大型バッファタンクを用いて混合ガスを貯蔵する場合、容器が大きくなるにつれ、混合ガスが均一化しにくくなる。単に、長時間放置することによって混合ガスを均一化することも可能であるが、従来の方法では、容器が大きくなるにつれ、混合ガスの各成分が均一化するまでの時間が大きくなり、生産性の低下につながる問題点があった。
さらに、集積回路の微細化と高集積化に伴って、使用されるフッ素ガスの濃度に対する要求精度も高まってきている。そのため、混合ガスの各成分を確実に均一化した後、要求される精度に対応して、混合ガスを調整する必要がある。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、フッ素ガス発生装置で発生させたフッ素ガスを半導体処理装置に、安定、大量かつ精密な濃度で供給可能なフッ素ガスの供給システムを提供することを課題とする。
本発明者等は、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果、バッファタンクに貯蔵した混合ガスを、バッファタンク内で混合ガスを調整する前のガス導入配管に導入し、混合ガスを循環させること、また、混合ガス中のフッ素濃度を測定する監視装置を設け、得られたフッ素濃度に応答して、フッ素または不活性ガスからなるガス供給源の流量を調整することによって、フッ素ガス発生装置で発生させたフッ素ガスを半導体処理装置に、安定、大量かつ精密な濃度で供給が可能であることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、半導体処理装置のガス供給系に配設され、フッ素ガスを供給するシステムであって、フッ素ガスと不活性ガスのガス供給源を含むガス供給部と、前記フッ素ガスと前記不活性ガスの混合ガスを貯蔵するバッファタンクと前記各ガス供給源のガスを導入して、前記バッファタンクとを結ぶ配管Ａと、前記バッファタンクと前記配管Ａとを結び、前記バッファタンク内の混合ガスを循環させ、混合ガス中のフッ素濃度を均一化するための配管Ｂと、前記バッファタンクと前記半導体処理装置とを結ぶガス配管Ｃと、前記ガス供給部の不活性ガス供給源に設けられて、不活性ガスの流量を調整するガス流量調整装置と、前記ガス配管Ｃに設けられていて、前記バッファタンクから前記半導体処理装置に供給するガス流量を調整するガス流量調整装置と、前記混合ガスにおけるフッ素濃度を測定し、それに応答して前記ガス供給部のガス流量調整装置を調整し、所定のフッ素濃度を維持する監視装置と、を備えること特徴とするフッ素ガス供給システムである。
本発明のフッ素ガス供給システムは、フッ素ガス発生装置で発生させたフッ素を半導体処理装置に導入する際、フッ素ガスを安定、大量かつ精密な濃度で供給することが可能となる。
以下、本発明の好ましい実施態様の一例を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明のフッ素ガス供給システムが適用される概略図である。
図２は、従来のフッ素ガス供給システムが適用される概略図である。
（本発明のフッ素ガス供給システム）
まず、図１に示す本発明のフッ素ガス供給システムについて説明する。
（本発明のフッ素ガス供給システム）
まず、図１に示す本発明のフッ素ガス供給システムについて説明する。
図１に示されるフッ素ガス供給システムは、フッ素ガス発生装置で得られたフッ素ガスとフッ素ガスを所定濃度に調整するための不活性ガスを混合して、バッファタンクに混合ガスを貯蔵し、混合ガスを対象装置となる半導体処理装置に供給するガス供給システムであり、バッファタンクに貯蔵した混合ガスをバッファタンク内で混合ガスを調整する前のガス導入配管に導入し、混合ガスを循環させることによって、混合ガス中のフッ素濃度を均一にすることを特徴としている。
図１に示されるフッ素ガス供給システムは、フッ素ガス発生装置で得られたフッ素ガスを供給するガス供給源１と、フッ素ガスを所定濃度に調整する不活性ガスを供給するガス供給源２を含むガス供給部３を備え、各ガス供給源１、２は、各ガスを導入する配管４を介して、各ガスを混合して貯蔵するバッファタンク５に接続されており、バッファタンク５に配管６が接続されており、バッファタンク５に貯蔵した混合ガスが、半導体処理装置７に供給される。
バッファタンク内の混合ガス中のフッ素濃度を均一にするために、バッファタンク５と各ガスを導入する配管４を接続するための配管８が設けられている。
さらに、バッファタンク内のガス循環流量を変更し、バッファタンク内のフッ素ガス濃度を調整するための配管８にバイパス弁を設けてもよい。
このバッファタンク５と各ガスを導入する配管４を接続するための配管８を設けることによって、一度バッファタンク５に貯蔵した混合ガスを、各ガスを導入する配管４に導入し、混合ガスを循環させることによってフッ素濃度が均一な混合ガスを調整することが可能となる。
また、バッファタンク５と各ガスを導入する配管４を接続するための配管８において、バルブ９を設け、使用するバッファタンクの大きさや要求される混合ガスのフッ素濃度などの条件によって、バッファタンクの混合ガスを循環させる必要性があるかを考慮し、バルブの開閉および開度調節を行い、バッファタンク内の混合ガスのフッ素ガス濃度を調節することが好ましい。
バッファタンク５の混合ガスを循環させるために、混合ガスを循環させるガスライン、例えば、バッファタンク５と各ガスを導入する配管４を接続するための配管８に、混合ガスを循環させるポンプ１２を設置することが好ましい。
さらに、混合ガスを循環させるガスラインに設置したポンプ１３をインバータで制御すること、および、バルブ９の開閉度によって、循環ガスの流量調整を行うことにより、バッファタンク５に貯蔵される混合ガスのフッ素濃度を任意に調整することが可能となる。
不活性ガス供給源２のガス供給ラインには、バッファタンク５に供給されるガスの流量を調整するガス流量調整装置１１が設けられている。
不活性ガス供給源２とバッファタンク５を結ぶガス導入配管４の間に、混合ガス中のフッ素濃度を制御するための監視装置１３が設けられており、監視装置１３は、不活性ガス供給源２に設けられた不活性ガスの流量を調整するガス流量調整装置１１と制御回路１５を介して接続されている。
オンサイトフッ素ガス発生装置で得られるフッ素ガスの流量は、主にフッ素ガスを発生させる電解層の電流値、バルブの開閉度等によって調整することが一般的であるが、フッ素ガス供給源１のガス供給ラインに、フッ素ガスの流量を調整するガス流量調整装置aaが設けられていてもよい。
フッ素ガス供給源１のガス供給ラインに、フッ素ガスの流量を調整するガス流量調整装置aaを設ける場合、監視装置１３は、不活性ガス供給源１の場合と同様に、フッ素ガス供給源１に設けられたフッ素ガスの流量を調整するガス流量調整装置aaと制御回路１５を解して接続することができる。
監視装置１３は、循環させる混合ガスを分析できる場所であれば、特に限定されないが、バッファタンク５と各ガスを導入する配管４を接続するための配管８、または、バッファタンク５にガスを導入する直前のガスラインに設置することが好ましい。
監視装置１３によって、混合ガス中のフッ素ガスの濃度を測定し、得られた濃度情報を、制御回路１５を介して送り、その情報をもとに、不活性ガス供給源２のガス供給ラインに設けられたガス流量調整装置１１を調整することによって、混合ガス中のフッ素を所定濃度に維持することが可能となる。
また、同様に、フッ素ガス供給源１のガス供給ラインにガス流量調整装置を設け、監視装置１３によって、フッ素ガスの流量を調整し、混合ガス中のフッ素濃度を調整することも可能である。
さらに、監視装置１３において、フッ素ガスの濃度を測定するために、インラインガス分析器を設けることが好ましい。インラインガス分析器として、フッ素濃度を測定可能であれば、特に限定されないが、紫外可視分光光度計（UV-Vis）が特に好ましい。
また、バッファタンク５に貯蔵した混合ガスを半導体処理装置７に供給するための配管６には、ガス流量調整装置１０が設置されており、使用する半導体処理装置の操業条件によって、ガス流量を調整することが好ましい。
バッファタンクの混合ガス圧を適正に保つために、バッファタンク内にガス圧を検出するガス圧検出装置が設置されていることが好ましく、ガス検出装置から検出される混合ガス圧の値を、監視装置を介して、オンサイトフッ素発生装置に設置された整流器（フッ素ガス導入側）に送り、整流器の電流値（電流値の上昇、下降）によって、フッ素ガスの流量制御を行うことが好ましい。
供給するフッ素ガスを発生させる方法としては、フッ化水素を含む溶融塩からなる電解槽中でフッ化水素を電気分解することによってフッ素ガスを発生させる方法、金属フッ化物固体の熱分解反応によってフッ素ガスを発生させる方法など、オンサイトでフッ素ガスを生成及び供給する方法であるなら、特に限定されない。
ここで、オンサイトとは、フッ素ガスを生成及び供給する機構が、所定の処理装置、例えば半導体処理装置の主処理装置が組み合わされることを意味する。
使用する不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム、ネオン等が挙げられ、フッ素ガスと相互作用のないもの、使用する半導体処理装置に影響を及ぼさないものであればよく、特に限定されない。
バッファタンクに用いる材質としては、フッ素ガス耐性が高く、かつ、十分な機械的強度を有するニッケル、モネル、ステンレス鋼等の金属が挙げられる。
（従来のフッ素ガス供給システム）
次に、図２に示す従来のフッ素ガス供給システムについて説明する。以下、図１の説明と同様に、図２のフッ素ガス供給システムについて説明するが、特に断りがない限り、基本的なガス供給システムの構成、作用は同様である。
（従来のフッ素ガス供給システム）
次に、図２に示す従来のフッ素ガス供給システムについて説明する。以下、図１の説明と同様に、図２のフッ素ガス供給システムについて説明するが、特に断りがない限り、基本的なガス供給システムの構成、作用は同様である。
図２に示されるフッ素ガス供給システムは、フッ素ガス発生装置で得られたフッ素ガスとフッ素ガスを所定濃度に調整するための不活性ガスを混合して、バッファタンクに混合ガスを貯蔵し、混合ガスを対象装置となる半導体処理装置に供給するガス供給システムである。
図２に示されるフッ素ガス供給システムは、フッ素ガス発生装置で得られたフッ素ガスを供給するガス供給源１５と、フッ素ガスを所定濃度に調整する不活性ガスを供給するガス供給源１６を含むガス供給部１７を備え、各ガス供給源１５、１６は、各ガスを導入する配管１８を介して、各ガスを混合して貯蔵するバッファタンク１９に接続されており、バッファタンク１９に配管２０が接続されており、バッファタンク１９に貯蔵した混合ガスが、半導体処理装置２１に供給される。
各ガス供給源１５、１６のガス供給ラインには、バッファタンク１９に供給される不活性ガスの流量を調整するガス流量調整装置２３が設けられている。
バッファタンク１９に貯蔵した混合ガスを半導体処理装置２１に供給するための配管２０には、ガス流量調整装置を設置し、使用する半導体処理装置の操業条件によって、ガス流量を調整する。
各ガス供給源１５、１６とバッファタンク１９を結ぶガス導入配管２０の間に、ポンプ２４が設置される。
（従来の発明と本発明の差異点）
以下、本発明と従来のフッ素ガス供給の差異点について説明する。
（従来の発明と本発明の差異点）
以下、本発明と従来のフッ素ガス供給の差異点について説明する。
図２に示される従来のフッ素ガスの供給システムは、図１に示される本発明のフッ素ガス供給システムと異なり、混合ガスを貯蔵するバッファタンクに混合ガスを循環させるための配管が設けられていない。そのため、従来の方法では、大型のバッファタンクを用いた場合、混合ガスを均一化させることが難しい。
その対策として、Ａ.長時間放置し混合ガスを均一化させる方法。Ｂ.大型なファンなどを用いてバッファタンクの混合ガスを均一化する方法。Ｃ.ガスを混合する際にガス混合装置（スタティックミキサー）を使用して予め、所定のガス濃度に希釈されたガスを導入する方法。などが取られていた。
しかし、これらの方法では、バッファタンク内のフッ素ガス濃度の変更が困難、かつ、時間的なロスや、設備コストから生産性が低下する原因となる。またバッファタンクタンク内のフッ素ガス濃度の変更はＢ、Ｃの方法を組み合わせ、フッ素濃度を測定する監視装置を設けることで可能だが、機器が増えるため、設備コスト増加の原因になる。
一方、図１に示される本発明のフッ素ガス供給システムは、混合ガスを貯蔵するバッファタンクに混合ガスを循環させるためのガス導入配管を設けることを特徴としている。
そのため、本発明のフッ素ガス供給システムは、バッファタンク内の混合ガスを短時間かつ低コストで均一化できる特徴、また、バッファタンク内のフッ素ガスの濃度を任意に変更することが可能であるため、使用する半導体処理装置等の操業条件（要求されるフッ素濃度、フッ素使用量など）に対して、適切なフッ素ガス濃度の混合ガスを供給できる特徴を有する。
さらに、図１に示される本発明のフッ素ガス供給システムは、混合ガス中のフッ素濃度を測定する監視装置を設け、得られたフッ素濃度に応答し、不活性ガスの流量を調整すること、また、半導体処理装置のフッ素使用量に応じてフッ素発生量を調整することによって、図２に示される従来のフッ素ガス供給システムに比べて精密な濃度でフッ素ガスを供給することが可能な特徴を有する。
１、１５： フッ素ガス供給源
２、１６： 不活性ガス供給源
３、１７： ガス供給部
４、６、１８、２０： ガス配管
５、１９： バッファタンク
７、２１： 半導体処理装置
８： 混合ガスを循環させるためのガス配管
９： バルブ
１０、１１、２２、２３、aa： ガス流量調整装置
１２、２４： ポンプ
１３： 監視装置
１５： 制御回路
２６： 本発明のフッ素ガス供給システム
２７： 従来のフッ素ガス供給システム
２、１６： 不活性ガス供給源
３、１７： ガス供給部
４、６、１８、２０： ガス配管
５、１９： バッファタンク
７、２１： 半導体処理装置
８： 混合ガスを循環させるためのガス配管
９： バルブ
１０、１１、２２、２３、aa： ガス流量調整装置
１２、２４： ポンプ
１３： 監視装置
１５： 制御回路
２６： 本発明のフッ素ガス供給システム
２７： 従来のフッ素ガス供給システム
Claims (3)
- 半導体処理装置のガス供給系に配設され、フッ素ガスを供給するシステムであって、
フッ素ガスと不活性ガスのガス供給源を含むガス供給部と、
前記フッ素ガスと前記不活性ガスの混合ガスを貯蔵するバッファタンクと
前記各ガス供給源のガスを導入して、前記バッファタンクとを結ぶ配管Ａと、
前記バッファタンクと前記配管Ａとを結び、前記バッファタンク内の混合ガスを循環させ、混合ガス中のフッ素濃度を均一化するための配管Ｂと、
前記バッファタンクと前記半導体処理装置とを結ぶガス配管Ｃと、
前記ガス供給部の不活性ガス供給源に設けられて、不活性ガスの流量を調整するガス流量調整装置と、
前記ガス配管Ｃに設けられていて、前記バッファタンクから前記半導体処理装置に供給するガス流量を調整するガス流量調整装置と、
前記混合ガスにおけるフッ素濃度を測定し、それに応答して、前記不活性ガスの流量を調整するガス流量調整装置を調整し、所定のフッ素濃度を維持する監視装置と、
を備えること特徴とするフッ素ガス供給システム。 - 前記監視装置が、インライン分析器を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記監視装置が、紫外可視分光光度計（UV-Vis）を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
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