JPS6312336A - 超高純度ガスの供給方法及び供給系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体製造装置等への超高純度ガス供給系に係
り、特に減圧下にて動作するプロセス装置へ高純度ガス
を供給する方法及び供給系に関する。

［従来技術］ 近年、ＬＳＩ技術の進歩とともに、ＬＳＩ、超ＬＳＩの
製造工程において、減圧下にて、成膜やエツチングを行
う製造装置が広く用いられるようになった。これらの装
置には、ＲＩＥ　（リアアクティブ　イオン　エツチン
グ）装ｇｌ、ＲＦスパッタ装置、ＲＦバイアススパッタ
装置、プラズマＣＶＤ装置、ＥＣＲＣＶＤ装置、Ｅ　Ｃ
Ｒｘ　＋７−）　７グ装置、イオン注入装置のイオンソ
ーヌ等のように減圧下での放電を利用するものの他に、
シリコンのエピタキシャル成長装置や、各種ＣＶＤ装置
のように減圧下での反応を利用する装置等がある。これ
らの装置にはＡｒ、Ｎｚ　　、０２　　、Ｈｅ。

Ｈ２、等のガスの他、５ｉＨｉ　　、ＢＦ３　　。

ＰＨ３，ＳｉＣ交２　Ｈ２、Ｃｎ２　、ＣＣ見４　。

ＳｉＣ又４＋　ＣＦａ　＊　Ｂ　Ｃ１３＊　ＣＨ２Ｆ２
　、他の反応性ガス等が用いられるが、プロセスの制御
性や出来上ったデバイスの特性をよくするためには、不
純物を一切含まない高純度ガスを供給する必要がある。

現在原料ガスの純化技術やガスをつめるボンベ、ガスの
純化装置ガス配管材料・部品等の改良により、はぼ満足
のできるようなガスが得られるようになった。すなわち
、外部リークフリー、デッドゾーンフリー、パーティク
ルフリーのガス供給系を本発明者は完成させている。

しかしながらこれらのガスを個々の装置に導く配管系内
壁よりガスに水分を中心とする不純物が混入する問題が
ある。この問題も配管系の水面処理の改良、ガス滞留部
を少なくしパーティクル発生をなくした計器類（レギュ
レータ、圧力計、マスフローコントローラ）やバルブ、
継手類の開発によりほとんど解決されたが最後に問題と
なるのが配管系内壁に吸着している水分、即ちＨ２０で
ある。

水分が原料ガスととも装置のチャンバー内に導入された
場合生じる問題を次に説明する。

例えばアルミニウムなどの金属成膜するためのＲＦスパ
ッタ装置に導入するＡｒガスにＨ２０が混入すると、ス
パッタされているＡｎのターゲット表面は非常に活性な
ため、雰囲気中に含まれるＨ２０によって容易に酸化さ
れ表面にＡ１２０３（アルミナ）が形成される。Ａ１２
０３はＡＪＩＩに比べるとスパッタ速度が小さいためタ
ーゲットのスパッタ速度が落ち、成膜速度が著しく低下
する等の問題を生じる。またこれらのＨ２０は、成膜さ
せたＡ文膜中にもとり込まれるため、ＡＪＩの配線抵抗
を上げたり、エレクトロマイグレーションに対する信頼
性を下げるなど種々の不都合を生じる。

また、Ｈ２ＯがＲＩＥ装置に導入されると、プラズマ雰
囲気において活性な０やＯＨ基が発生し、例えばポリシ
リコンをエツチングしている場合にはその表面に５ｉ０
２をつくるため、エツチングムラが生じたり、下地の５
ｉ０２膜との選択比を十分大きな値にとれないなどの問
題を生じる。従来この様な問題を解決するための手段と
して、ベーキングと称してガス配管を１２０℃程度に加
熱し配管内面に吸着しているＨ２０分子をとり除くこと
がなされていたが（この１２０℃という温度は主として
フィルタ材料の耐熱限界により決まる）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記技術においては、特に減圧下で動作
させる装置へのガス供給系に関しては十分な効果の得ら
れないのが現状であり、１×１０−’−ＩＸＩＯ−ＩＴ
ｏｒｒ程度のガス圧でのプロセスでは、装置に導入され
るガスが小流量であるため、配管系内壁からの水分を中
心とする脱離ガスによる汚染の割合が多くなり、流量が
小さくなるほど汚染の割合は大きくなるという問題点が
あった。

［発明の目的］ 本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、減圧下で
動作させる装置に、超高純度なガスの供給を可使にした
、超高純度ガスの供給方法及び供給系を提供することを
目的とする。

［発明の概要］ 本出願に係る第１発明は、減圧下にて成膜又はエツチン
グを行う装置の非動作時には、該装置に超高純度ガスを
送入するための配管をすくなくともある一定期間加熱す
るとともに、該配管から超高純度ガスを配管外に排出し
、前記装置の動作時には該配管の加熱を停止して超高純
度ガスを該装置の導入口を介して該配管から該装置内に
送入することを特徴とする。

また１本出願に係る第２発明は、減圧下にて成膜又はエ
ツチングを行うための装置のガス導入口と超高純度ガス
源とを連通する配管を含む配管系において、前記装置の
ガス導入口前にガスを配管系外に排出する機構を有し、
前記ガス導入口に至る配管のすくなくとも一部を加熱す
る機構を有していることを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す配管系の模式図である
。これはＲＦバイアススパッタ装置にＡｒガスを供給す
るシステムを例として示している。特に本実施例による
配管系は太線で示されている。

純化装置を出たＡｒガスは配管１を通ってＲＦスパッタ
装置のガス導入口２へ導かれる。導入口の直前には３方
バルブ３．３°と分岐配管４が設けられ、配管４にはマ
スツーローコントローラー５、逆止弁６等を通した後、
３方バルブ７．７゜の切り変えでガスを排気ダクトへ大
気放出するか、あるいは真空排気系へ導けるようになっ
ている。また枝管８．９はそれぞれガス中のＨ２ｏｇ度
をモニタするために露点計８°、９゛を取り付けたもの
で、必要に応じてモニターできるようバルブも設置され
ている。

また、１０は電源であり接点１１．１１′を介して配管
ｌにつながれている。また１２はＲＦスパッタ装置に導
入されるガスの流量をｇＪｍするマスフローコントロー
ラであり、１３は例えばセラミックのガスフィルターで
ある。

次にこの配管系の使用方法について説明する。

まずＲＦスパッタ装置を動作させない状態ではバルブ３
，７′を閉、３°、７を開としてＡｒガスを配管１．４
を通して常に大気放出させる。このときはマスフローコ
ントローラ５を調整して。

流量を調節する。

更に電ａｉｏにより配管１に電流を流すことにより、ジ
ュール加熱により配管の温度を上げる。

こうして配管を常にベーキングしてガスを系外に捨てる
ことにより配管内壁面に付着するＨ２０を取り除くので
ある。この場合ガス流量は例えば、１〜２１７　ｍ　ｉ
　ｎ程度とし、ガスの温度は、配管系に使用される部品
の耐熱限界から１００〜２００℃程度とする０例えば配
管ｌが１／４インチの径のステンレス配管であれば、Ａ
ｒガスやＮ２ガスの流量が１〜２４１７ｍ１ｎ程度とす
ると、約６０Ａ程度の電流を流すことにより２００℃程
度にガス及び配管系を加熱することが可能である。

次にスパッタ装置を動作させる場合には、電源ｌＯを切
って配管の温度を常温に戻す０次いでバルブ３′を閉じ
バルブ３を開けて、ＡｒガスをＲＦスパッタ装置に導く
、このときマスフローコントローラ１２を調整してスパ
ッタ装置に流入するガス流量を調整する。このとき流量
は通常数ｃｃ／ｍｉ　ｎ　〜１０ｃｃ／ｍｉ　ｎ程度で
あり、スパッタ装置のチャンバは１Ｏ−５〜１０−２Ｔ
ｏ　ｒ　ｒの減圧下で動作させる。

ここでバルブ３′を開として枝管４を切り離したのは以
下の理由による。もしバルブ３を閉としてＡｒガスをス
パッタ装置に供給するとともにバルブ３′も開として１
〜２　Ｍ、　／　ｍ　ｉ　ｎ程度のＡｒガスを排気ダク
）１４から大気に捨てた場合には、スパッタ装置が低ガ
ス圧で働いているため、配管系も常圧より圧力の低下す
るのが普通である。従ってこの場合大気からの逆流を防
ぐ目的でバルブ３゛を閉としたのである。

この配管系はさらに次のような使い方も可能である。す
なわち、装置を作動させる場合に、バルブ３を開として
スパッタ装置にガスを供給すると同時にバルブ３°も開
としてＡｒガスを排気する訳であるが、このときバルブ
７を閉、バルブ７′を開としてガスを排気ユニット側ｉ
流すようにする。こうして排気側の配管４も圧力を１Ｏ
−２Ｔ。

ｒｒ程度に下げてバランスしてやると逆流を防止するこ
とができ、しかも常に配管１に一定量のＡｒを流してお
くことができ、配管系内壁からの汚染ガス混入の割合を
さらに小さくすることができる。

本発明の装置によって、ガスを高純度に保ったまま、配
管を通して各プロセス装置に供給できるようになった理
由について次に説明する。

まず従来の配管ではどうして多量の水分がガスに混入し
たかを説明する。従来の発明では本発明のように枝管４
を用いることなく一木の配管１のみで純化装置より供給
されるのが普通であった。

従ってプロセス装置が動作していない場合にはガスは配
管内に封じこめられたままとなる。この時ガス配管系内
壁に吸着していた水分が連続的にガス中に混入する。内
壁から脱離してガス中に混入する水分量はほぼ一定であ
るから、ガス流量が減少するほどガス中における水分の
比率は高くなる０通常、ガス配管系の施工は大気中で行
なわれ、その時点で大量の水分が配管系内壁に吸着する
のである。配管内壁が多量の水分子で覆われると、これ
がガスとともにプロセス装置内に運びこまれ前述したよ
うないろいろな不都合を生じる結果となる。従って重要
なことは、管壁に水分子が決して吸着しないようにする
とともに、吸着した分子はすみやかに系外に排出してや
ることが是非とも重要になってくる。

本発明ではプロセス装置の非動作時にも常に配管内をＡ
ｒｉ＜十分大きな流量（例えば１〜３立／ｍ１ｎ）で流
せるようになっており、しかも配管を加熱できるため、
管壁に吸着している水分子も熱により次第に脱離し、ガ
ス流によってすみやかに系外に放出されるようになって
いる。従って装置動作時に装置に供給するＡｒ流量が少
量の場合にも、管壁の水分がほとんど除去されているた
め、高純度なガスが供給できるのである。また、さらに
Ａｒガスを常に同じ大きな流量（例えば１〜２１７ｍ１
ｎ）で管内に流しプロセスに必要なわずかな流量（数ｃ
　ｃ　／　ｍ　ｉ　ｎ　〜数１０ｃｃ／ｍ１ｎ）のみ装
置に導入して残りはすべて排気する（第１図にてバルブ
３．３’　、７’開、７閉の使い方）ことも可能な構造
となっている。こうした使い方をすれば管壁からの脱ガ
ス混入の割合を更に小さくでき、更に高純度なガスを装
置に供給できるようになる。

これが本発明によりガス純化装置を出たままの純度で各
装置にガスを供給できるようになった理由である０例え
ばＡｉのＲＦスパッタ装置では大きな成膜速度が得られ
るとともに高品質なＡｉ配線が得られるようになった。

また例えばＲＩＥ装置に於てはそのエツチングの均一性
が著しく向上したばかりでなく、エツチング速度やＳｉ
／Ｓ　ｉ　０２の選択比も大幅に改善することができた
。

また第１図の実施例では、露点計８°９°を備えた枝管
８，９が用意されているが、これは純化装置の出口及び
スパッタ装置の入口２近辺のガスの露点をモニタするた
めのものである０例えば長期間スパッタ装置を用いない
ような場合にはＡｒガスの大気放出を一時中止し、装置
を再運転する以前に再び加熱と枝管４を通しての放出を
行い、露点計８”の値が露点計９′に等しくなるのを待
ってからスパッタ装置へのガス供給をスタートするよう
な使い方も可能である。これはあまり使用頻度の高くな
い装置に対してはＡｒガスを節約できるという点で有効
な使い方である。しかし、これらの配管８，９はもちろ
ん省略しても本発明の主旨を逸脱することのないのは言
うまでもない。

また、配管を加熱する手段として配管に直接電流を流す
方法について説明したが、これ以外の方法、例えば従来
のようにヒータを巻きつけて加熱する方法をとってもち
ろんかまわない、また他のいかなる手段を用いてもよい
ことはいうまでもない。

次に反応性の特殊ガス（ＳｉＨａ　　、ＢＦ３　　？Ｐ
Ｈ３，５ｉＣ１２、ＣｆＬｚ　　、ＣＣＣ１０、ＳｉＣ
見ｓ　　、ＣＦ４　　、ＢＣＣ１０、ＣＨ２Ｆ２他）を
例えばＲＩＥ装置へ供給する配管系に本発明を用いた第
２の実施例を第２図に模式図にて示す、第２図に於て第
１図と共通の番号は同一の部分を意味している０本実施
例では、ＲＩＥ装置で必要とされる特殊ガス２０１と配
管パージ用のＡｒガスがそれぞれ３方バルブ（２０２，
２０３）によって配管１に接続されている。ＲＩＥ装置
を使用しない場合は、バルブ２０２を閉とし、２０３を
開とし、あとは第１の実施例と同様の方法でＡｒガスを
配管４を通して排気する。ＲＩＥ装置使用時はバルブ２
０３を閉じ、２０２を開として特殊ガスを装置へ導く、
当然この場合バルブ３は開となる、この時バルブ３′を
閉としてもよいし、また３′を開として真空排気ユニッ
トへ特殊ガスを排出する方法をとってもよいことは第１
の実施例とまったく同様である。

ここに示した実施例においても第１の実施例と同様の理
由により装置に高純度な特殊ガスを供給することができ
る。ここで配管のパージ用オスとしてＡｒを用いたがこ
れはＮ２ガスでもよいことはもちろんである。また必要
に応じて他のガスを流してもかまわない。

以上、本発明を実施例により説明したが配管の構成は第
１図、第２図のものに限る必要は全くなく、それぞれ目
的に応じてバルブ類、計器類等を追加しても、また削除
してももちろんかまわない、またここではＲＦスパッタ
装置とＲＩＥ装置についてのみ述べたが、［従来技術］
に掲げたようないかなる装置に付しても同様の構成が可
能なことはいうまでもない。

［発明の効果］ 木出願に係る発明によって、装置に供給されるガスより
、不純物、特にＮ２０ｆｉ分を極限までとり除くことが
可槍となり成膜やエツチングプロセスの安定性、さらに
は出来上ったデバイスの竹類性を大幅に向上させること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図は本発明の第１の実施例を示す配管図である。第
２図は本発明の第２の実施例を示す配管図である。 １．４，８．９−拳・ステンレス配管 ３．３°、７．７　’　２０２．２０３・・バルブ５．
１２・・・マスフローコントローラ８′、９″・・・露
点計

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）減圧下にて成膜又はエッチングを行う装置の非動
   作時には、該装置に超高純度ガスを送入するための配管
   をすくなくともある一定期間加熱するとともに、該配管
   から超高純度ガスを配管外に排出し、前記装置の動作時
   には該配管の加熱を停止して超高純度ガスを該装置の導
   入口を介して該配管から該装置内に送入することを特徴
   とする超高純度ガスの供給方法。
2. （２）装置の動作時には、超高純度ガスを該装置の導入
   口を介して該配管から該装置内に送入するするとともに
   、超高純度ガスの一部を該配管外に排出する特許請求の
   範囲第（１）項記載の超高純度ガスの供給方法。
3. （３）減圧下にて成膜又はエッチングを行うための装置
   のガス導入口と超高純度ガス源とを連通する配管を含む
   配管系において、前記装置のガス導入口前にガスを配管
   系外に排出する機構を有し、前記ガス導入口に至る配管
   のすくなくとも一部を加熱する機構を有していることを
   特徴とする超高純度ガス供給系。