JPH0218894B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体の製造プロセスにおいて超高
純度ガスを反応室に送るための半導体製造装置用
ガス精製器に関する。

〔従来の技術〕

一般に半導体製造装置に用いられる高純度ガス
ラインでは、ガス精製装置を通過した高純度ガス
を、流量や圧力を制御するためのガスコントロー
ルシステムを通してから、反応室に流し込むよう
にしている。周知のように不純ガスの存在は、反
応室で生成される半導体デイバイスに欠陥を生じ
る原因となるため、上記ガス精製装置ばかりでな
くガスコントロールシステムについても相当な高
純度化が図られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ガス精製装置の下流側にガスコ
ントロールシステムが配置されている以上、この
ガスコントロールシステム内でガスが汚染される
ことを完全に無くすことは不可能であつた。それ
にもかかわらず近時は半導体デイバイス等の超精
密化に伴つて、反応室に送り込むガスの超高純度
化を望む声がますます強まる傾向にあり、従来の
高純度ガスラインではこうした要求に対応しきれ
ていないのが現状である。ガスの高純度化には、
通常吸着剤を用いるが、吸着剤はガス供給系にお
いて大量の塵埃を発生するという決定的な欠点を
有している。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、半導体製造プロセスにおける反応室
のガス取入れ口側に接続されるガス精製器であつ
て、ガスの流入口および流出口を備えたハウジン
グと、このハウジング内に収容された不純ガス除
去用の吸着剤と、上記ハウジング内おいて上記流
入口と上記吸着剤との間に設けられた第１フイル
タと、上記ハウジング内において上記吸着剤と上
記流出口との間に設けられた微粒子捕集用の高密
度第２フイルタとを具備したことを特徴とする。
第２フイルタの目のあらさは、吸着剤等から生じ
る微小粒子を充分捕集できる大きさとする。上記
吸着剤としては例えばゼオライト等が使用される
が、これ以外の吸着剤を用いることも勿論有り得
る。

〔作用〕

上記ガス精製器は、ガスコントロールシステム
の下流側で反応室の直前に設けるのが効果的であ
る。このガス精製器は、ハウジング内に吸着剤と
フイルタとを内蔵しコンパクトに構成できるもの
であるから、既設の高純度ガスラインにおける反
応室の直前に容易に追加できる。

ガスコントロールシステムの上流側には別途に
周知のガス精製装置が設置され、所望の高純度ガ
スが作られる。ガスコントロールシステムを通過
して所定の流量と圧力に制御された高純度ガス
は、本発明のガス精製器を通つて反応室に送られ
るため、ガスの純度を更に上げることができるば
かりでなく、仮にガスコントロールシステム内で
の汚染があつても、この精製器を通過することで
超高純度のガスを反応室に供給することができ
る。

吸着剤の再生を行なうには、上記ガス精製器を
高温に熱した状態で、パージガスを上記流出口側
から流入口側に逆流させることによつて行なえ
る。パージガスが流れる吸着剤の下流側すなわち
ハウジングの流入口側には第１フイルタが配置さ
れているから、パージガスに伴う吸着剤からの微
小塵埃が流入口側に流れ出て配管系等を汚染する
ことを防止できる。

〔実施例〕

第１図に示されたガス精製器１は、略円筒形の
金属製ハウジング２を備えている。このハウジン
グ２は、図示上端側が開口する有底のハウジング
本体２ａと、このハウジング本体２ａの開口を塞
ぐハウジング蓋２ｂとを備えて構成されている。
上記ハウジング蓋２ｂは、ねじ部３ａを備えたね
じ込み式のキヤツプ３によつてハウジング本体２
ａに固定されている。ハウジング本体２ａとハウ
ジング蓋２ｂとの間には、メタルガスケツト４が
設けられていて両者間の気密を維持している。

そしてハウジング蓋２ｂの中央部にガスの流入
口６が開設されている。またハウジング本体２ａ
の底壁部分の中央にガスの流出口７が開設されて
いる。半導体の製造プロセスに使われるガスは上
記流入口６からハウジング２内に導入されたのち
流出口７から流出するのであり、ハウジング２の
内部は上記ガスの滞留が生じないような形状に形
成されている。

また、ガスが接触する金属表面は、その表面積
が極力小さくなるように加工変質層を伴わない鏡
面仕上げをしてあり、こうすることにより金属表
面への不純ガスの取込みと金属表面からのガスの
放出を少なくしている。なお流入口６の外周部と
流出口７の外周部には、それぞれ配管系に接続す
るためのねじ部８ａ，８ｂが設けられている。

そしてハウジング２内に不純ガス吸収用の吸着
剤９（一部のみ図示）が収容されている。この吸
着剤９は一例としてゼオライトであるが、ゼオラ
イトは水分子あるいは炭酸ガスを吸着するもので
ある。上記吸着剤９にニツケル（Ni）の微粉末
を混合したものは、酸素ガスの除去能力を有して
いる。この場合、吸着剤に混合した金属（例えば
Ni）と同じ材質をハウジング２に用いると一層
有効である。

また、上記ハウジング２内において上記流入口
６と吸着剤９との間に板状の第１フイルタ１１が
設けられている。この第１フイルタ１１は、吸着
剤９に生じた微小塵埃が流入口６側に逆流するこ
とを防ぐためには後述する第２フイルタ１２と同
様に目の細かいものが望ましいが、いわゆる金属
メツシユフイルタのように比較的目の粗いフイル
タを用いることも可能である。

一方、ハウジング２内において吸着剤９と流出
口７との間に位置して、第２フイルタ１２が設け
られている。この第２フイルタ１２は、ガスの通
過する濾過面積を大きくとれるように先端が閉じ
た略円筒形に形成されている。この第２フイルタ
１２はハウジング２と同心状に配され、第２フイ
ルタ１２の外周側に吸着剤９が充填されている。
第２フイルタ１２の内部は流出口７に連通してい
る。

上記第２フイルタ１２は、吸着剤９から発生し
た微小塵埃や水粒子、異物等の微粒子を捕集する
機能をもち、目のあらさは一例として0.1μと充分
小さなものを使用する。第２フイルタ１２の素材
としては、機械的な強度が高くかつ吸着剤９の再
生時の高温（例えば約350℃）にも耐えることが
必要であるから、例えばステンレス鋼等の焼結金
属やアルミナ（Al₂O₃）セラミツク製のものが採
用できるが、特に耐腐食性を有する導電性セラミ
ツク（SiCのようなもの）が望ましい。すなわ
ち、フイルタ１２が電気絶縁性であると、ガスが
フイルタ１２の小孔部分を高速で流れる際に数10
万ボルト以上の静電気が帯電されることがある。
この静電気が放電を起こすと、周囲の物質をガス
化させて不純ガスの発生原因となるばかりか、こ
の時に酸素ガスが流れていると強い酸化反応を引
起こして、燃焼することが考えられる。このため
フイルタ１２をSiC等のような導電材料で形成し
て静電気を逃がすようにすれば、上述の問題は解
決できる。

上記構成のガス精製器１は、その一例を第２図
に示したように、ガスの流出口７に切換え弁機構
１４を介して反応室１５のガス取入れ口側が接続
される。また、ガスの流入口６側は、切換え弁機
構１７を介してガスコントロールシステム１８に
接続される。ガスコントロールシステム１８の上
流側には、周知のガス精製装置１９が設けられ
る。上記切換え弁機構１４，１７はそれぞれハウ
ジング２と別体に設けてもよいが、装置のコンパ
クト化を図る上でハウジング２を一体化させるの
がよい。

上記一実施例装置において、ガス精製装置１９
で精製された高純度ガスは、ガスコントロールシ
ステム１８に送られることにより、所定の流量と
圧力に制御されてガス精製器１に送り込まれる。
この場合、第２図に示されるように一方の弁１４
ａ，１７ａを開弁させ、他方の弁１４ｂ，１７ｂ
は閉弁しておく。上記精製器１においては、高純
度ガスに含まれる僅かな不純ガスが吸着剤９に吸
収されるとともに、例えば吸着剤９から発生する
微小塵埃や異物等の微粒子は、第２フイルタ１２
によつて確実に捕集される。こうして超高純度化
されたガスは反応室１５に送られる。従つて、ガ
スの純度を更に上げることができるばかりでな
く、仮にガスコントロールシステム１８内で汚染
が生じたとしても、最も純度の高い超高純度ガス
を反応室１５に供給することができる。このため
反応室１５内における成膜あるいはエツチングの
品質が向上するとともに、再現性、信頼性が確保
され歩留りが大幅に向上する。なお、吸着剤９の
性能を上げるためにハウジング２に電子式冷凍手
段あるいは液化ガスによる冷却手段を付加するの
も効果的である。また、ハニカム構造のフイルタ
を使用してもよい。

吸着剤９の再生を行なうには、第３図に例示さ
れるように一方の弁１４ａ，１７ａを閉弁し、他
方の弁１４ｂ，１７ｂを開弁させた状態で、ガス
精製器１を高温（例えば350℃）に熱するととも
にパージガスを流出口７から流入口６に逆流させ
る。この時、パージガスが流れる吸着剤９の下流
側すなわち流入口６側には第１フイルタ１１が配
置されているから、パージガスの流動に伴なつて
吸着剤９から微小塵埃が流入口６側に流れ出るこ
とが防止される。吸着剤９の加熱を行なうには、
ハウジング２の外部からヒータあるいは炉によつ
て加熱すればよいが、場合によつてはハウジング
２に再生加熱用のヒータを内蔵させてもよい。パ
ージガスとしては例えば窒素やアルゴン、ヘリウ
ム等の不活性ガスが使用されるが、吸着剤９に酸
素除去用Ni微粉末を混合させている場合には、
水素ガスを流すことで活性化を行なう。

なお第４図に示されるように、複数のガス精製
器１，１′を並列に接続することによつて、ガス
の精製と吸着剤９の再生を同時に行なえるように
すれば、システムの稼働効率が向上する。すなわ
ち、一方のガス精製器１に接続された弁１４ａ，
１７ａを開弁させるとともに弁１４ｂ，１７ｂを
閉じることにより、この精製器１ではガスの精製
を行なう。また、他方の精製器１′では、弁１４
a′，１７a′を開弁させるとともに弁１４b′，１７
b′を閉じてパージガスを流出口７から流入口６側
に流すことにより、この精製器１′では吸着剤９
の再生を行なうことができる。

第５図に示されるガス精製器１は本発明の他の
実施例を示すものである。この実施例では、円筒
形の第１フイルタ１１の内側に、径の小さな円筒
形の第２フイルタ１２を同心状に配置している。
そしてフイルタ１１，１２間に吸着剤９（一部の
み図示）を充填する。フイルタ１１，１２は例え
ばAl₂O₃やSiCなどのセラミツク製であつて、目
のあらさは吸着剤９で発塵した微粒子を捕集でき
る大きさとする。吸着剤９は前述した実施例と同
様のものであつてよい。ハウジング蓋２ｂはハウ
ジング本体２ａに溶接される。

上記フイルタ１１，１２は、ハウジング本体２
ａの底壁部分とフイルタホルダ２１との間に挟持
されており、フイルタホルダ２１は圧縮コイルば
ね２２によつて押え付けられている。このような
構造にすれば、吸着剤９を再生する際の高温下に
おいて、金属とセラミツクおよび吸着剤９の熱膨
張差に起因する軸方向の寸法差を吸収することが
できる。

また本実施例においては、フイルタ１１，１２
の両端部のシール性を良好にするために、フイル
タ１１，１２の一端部とハウジング本体２ａおよ
びフイルタ１１，１２の他端部とフイルタホルダ
２１とが互いに嵌合する構造にするとともに、双
方の嵌合箇所を互いに鏡面仕上げとする。また、
この部位にニツケル箔等を介在させることによつ
てシール性を確保するようにしてもよい。なお、
吸着剤９をハウジング２内に充填する際の発塵を
防止するために、予め吸着剤９の外周面および内
周面そして両端面等を焼結等の手段によつて固め
ておくことも考えられる。

また、上記ガス精製器１は反応室１５の直前に
設けるだけでなく、例えばクリーン度の落ちる配
管が上流にある場合に、この精製器１をクリーン
度の落ちる配管の最後に接続して高クリーン配管
につなげば、下流側の清浄配管を汚すことがなく
なり、更に効果的なものとなる。

本発明によるフイルタ内蔵型ガス精製器を、
RFバイアススパツタ装置に適用し、例えばAlの
成膜を行なつた場合の効果について説明する。

パターンが微細化されたLSIにおいては、細く
深いアスペクト比の大きいスルーホールへの金属
穴を埋める成膜技術が要求されるため、スパツタ
空間のArガス圧は１×10^-3Torr前後の低ガス圧
状態が通常使用される。そのためArガスの流量
は、数10cc／min程度と少なく、ガス供給配管内
面から放出される水分を多く含むようになり、ス
パツタターゲツト材料（この場合はAl）表面を
酸化してスパツタ効率を低下させて成膜速度を劣
化させる。さらに、半導体ウエハ上に成膜される
Alが酸化されて抵抗率が高くなるとともに、エ
レクトロマイグレーシヨン耐性が劣化する。微細
パターンLSIにおいては、配線抵抗が可能な限り
小さくかつ流せる電流容量が大きい程望ましい。
スパツタ空間への水分の混入による成膜金属の酸
化は可能な限り少なくしなければならない。

本発明によるフイルタ内蔵型ガス精製器を反応
室直前に設置したRFバイアススパツタ装置にお
いては、Ar中の水分濃度は例えば10ppb（露点−
100℃以下）ときわめて少なく、成膜されたAl薄
膜の抵抗率は2.5×10^-6Ωcm程度であり、ほとん
ど高純度のバルク状態のアルミニウムの抵抗率に
等しい値が得られている。エレクトロマイグレー
シヨンも、１×10⁵Å／cm²程度まで全く現われな
いほど、サブミクロンLSIの配線用金属成膜にき
わめて適した技術である。こうした金属成膜だけ
でなく、Siのエピタキシヤル成長や薄いゲート酸
化膜形成等の高品位を要求されるプロセスにおい
て、本発明のフイルタ内蔵型ガス精製器はきわめ
て有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、反応室に導入されるガスの純
度を更に高めることができ、最も純度の高い超高
純度ガスを反応室に流すことができるので、反応
室内における半導体製造プロセスを理想的な条件
下で行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すガス精製器の
断面図、第２図は第１図のガス精製器を用いた半
導体製造装置の系統図、第３図は再生時の状態を
示す系統図、第４図は精製器を複数用いた場合の
系統図、第５図は本発明の他の実施例を示すガス
精製器の断面図である。 １，１′……ガス精製器、２……ハウジング、
６……流入口、７……流出口、９……吸着剤、１
１……第１フイルタ、１２……第２フイルタ、１
５……反応室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体製造プロセスにおける反応室のガス取
   入れ口側に接続されるガス精製器であつて、ガス
   の流入口および流出口を備えたハウジングと、こ
   のハウジング内に収容された不純ガス除去用の吸
   着剤と、上記ハウジング内おいて上記流入口と上
   記吸着剤との間に設けられた第１フイルタと、上
   記ハウジング内において上記吸着剤と上記流出口
   との間に設けられた微粒子捕集用の高密度第２フ
   イルタとを具備したことを特徴とする半導体製造
   装置用ガス精製器。 ２ 上記第２フイルタを筒形とし、この第２フイ
   ルタの外周側に上記吸着剤を充填したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体製造装
   置用ガス精製器。 ３ 上記第２フイルタをセラミツク製としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
   製造装置用ガス精製器。 ４ 上記第２フイルタを導電性セラミツク製とし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   半導体製造装置用ガス精製器。 ５ 上記第２フイルタを金属製としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体製造装
   置用ガス精製器。