KR101122918B1 - 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 가스 공급 시스템은, 반도체 제조 장치로 가스를 공급하는 가스 공급 유로에 설치한 가스 필터와, 가스 공급 유로의 가스 필터의 배치 위치보다도 하류측에 설치되어 가스 공급 유로를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성 금속 성분을 액화시켜 제거하는 금속 성분 제거기를 구비한다. 이에 의해, 반도체 제조 장치로 가스 공급 유로를 통해서 부식성 가스를 공급할 때에, 가스 필터에서는 제거할 수 없는 휘발성 금속 성분의 혼입을 방지한다.
가스 공급 유로, 가스 필터, 휘발성 금속 성분, 액화, 부식성 가스
Description
본 발명은, 반도체 제조 장치로 가스 공급 유로를 통해서 소정의 가스를 공급하는 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
예를 들어 확산 장치, 에칭 장치, 스퍼터링 장치 등의 반도체 제조 장치에 있어서는, 가스 봄베 등의 처리 가스 공급원으로부터의 가스를 반도체 제조 장치로 공급하는 가스 공급 시스템을 구비하고, 이 가스 공급 시스템으로부터 공급하는 가스를 이용한 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공정, 예를 들어 소정의 가스를 이용한 성막 공정, 에칭 공정을 행함으로써, 피처리 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼에 대하여 표면 처리 등을 실시하게 되어 있다.
이러한 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서는, 처리의 종류에 따라 염소 가스나 실란계의 가스 등 부식성이 강한 가스가 사용되기 때문에, 가스 공급 유로를 구성하는 가스 배관 재료로서는, 종래보다 비교적 내식성이 큰, 예를 들어 SUS316L을 이용하는 등 깨끗한 가스를 공급하기 위해 다양한 연구가 이루어지고 있다. 예를 들어 염소계 가스, 실란계 가스를 유통시키는 가스 배관의 용접부에서의 부식 대책 으로서, 가스 유로의 일부 또는 전부를 소정의 오스테나이트 스테인리스 강으로 구성하는 것이 있다(예를 들어 특개평5-68865호 공보 참조).
그러나 전술된 바와 같이 가스 공급 유로를 구성하는 가스 배관의 구성 재료로서 스테인리스 강을 이용해도, 부식성 가스의 종류에 따라서는, 가스 배관의 부식을 완전하게 억제할 수는 없어, 부식성 가스가 가스 배관을 구성하는 금속과 반응해서 원하지 않는 금속 화합물이 발생하거나, 가스 배관을 부식시켜 그 가스 배관을 구성하는 금속 성분(Fe, Cr, Ni 등)이 부식성 가스에 혼입되거나 하는 문제가 있었다. 특히 불소계의 부식성 가스(HF 가스, F2 가스, ClF3 가스 등)는 부식성이 매우 강하여, 가스 배관에 스테인리스 강을 이용했다고 해도, 가스 배관의 부식은 완전하게는 피할 수 없어, 금속 성분이 부식성 가스에 혼입되는 동시에, 가스 배관을 구성하는 금속과 반응해서 원하지 않는 금속 화합물(금속 불화물)을 생성한다.
이렇게 해서 가스 공급 유로에서 발생하는 금속 화합물이나 금속 성분 등은, 가스 공급 유로에 가스 필터를 설치함으로써, 그 가스 필터에서 포착시켜 반도체 제조 장치 내로 들어오는 것을 방지할 수 있다고도 생각할 수 있다. 열처리 장치의 가스 공급로에 가스 필터를 설치하여, 그 가스 필터로 파티클을 포착하는 것으로는 일본 특개평5-68826호 공보에 기재된 것이 있다.
그런데, 전술한 바와 같은 가스 공급 유로 내에서의 금속 화합물이나 금속 성분은, 가스 필터에서 포착할 수 있는 고체 금속 입자의 상태(예를 들어 파티클의 상태)로 존재하는 것뿐만 아니라, 가스 필터에서 포착할 수 없는 휘발성 금속 성분의 상태(예를 들어 기화한 상태)로 존재하는 것도 있는 것을 알았다. 따라서 가스 공급 유로에 가스 필터를 설치한 것만으로는, 가스 공급 유로에서 발생한 금속 화합물이나 금속 성분을 충분히 제거할 수는 없다.
이와 같이 가스 필터를 빠져 나간 휘발성 금속 성분은 부식성 가스와 함께 반도체 제조 장치 내로 들어가 반도체 웨이퍼 상의 파티클 발생 원인이 되는 등 메탈 콘터미네이션의 문제를 야기시킨다.
특히, 최근에는 반도체 디바이스가 고집적화, 고성능화가 점점 진행되어, 이러한 휘발성 금속 성분에 의한 메탈 콘터미네이션으로도 제품의 수율이나 품질, 신뢰성에 점점 큰 영향을 주게 되어 있다. 메탈 콘터미네이션에 의한 디바이스의 불량 원인으로서는, 패턴 결함이나 전기적 특성 열화 등이 있다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 것은, 반도체 제조 장치에 부식성 가스를 공급할 때에, 가스 필터에서는 제거할 수 없는 휘발성 금속 성분의 혼입을 방지할 수 있는 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어느 한 관점에 의하면 반도체 제조 장치로 가스 공급 유로를 통해 소정의 가스를 공급하는 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템이며, 상기 가스 공급 유로에 설치한 가스 필터와, 상기 가스 공급 유 로의 상기 가스 필터의 배치 위치보다도 하류측에 설치되어, 상기 가스 공급 유로를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성 금속 성분을 액화시켜 제거하는 금속 성분 제거기를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템이 제공된다.
이러한 본 발명에 의하면, 가스 공급 유로의 가스 필터보다도 하류측에 금속 성분 제거기를 설치함으로써, 가스 공급 유로를, 예를 들어 매우 부식성이 강한 가스가 유통되었을 때에 발생하는 피처리 기판에 대한 금속성의 오염 물질이, 고체 금속 입자의 상태로 유통하는 것에 대해서는 가스 필터에서 포착되어 제거되는 동시에, 가스 필터에서 포착할 수 없어 통과해 버린 휘발성 금속 성분의 상태로 유통하는 것에 대해서는 금속 성분 제거기 내에서 액화되어 제거되므로, 이들이 반도체 제조 장치에 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기 금속 성분 제거기는, 예를 들어 상기 가스 공급 유로의 일부를 구성하는 가스 유로와, 이 가스 유로의 외측에 냉매를 유통시켜, 그 가스 유로를 외측으로부터 냉각하는 유로 냉각 수단을 구비한다. 이에 의하면 금속 성분 제거기 내의 가스 유로로 유입된 휘발성 금속 성분의 상태로 유통하는 금속성의 오염 물질을, 냉각에 의해 액화할 수 있다.
이 경우에는 상기 금속 성분 제거기의 유로 냉각 수단은, 예를 들어 상기 금속 성분 제거기 내의 가스 유로의 외측을 권회하도록 설치된 코일 형상 냉매 유로에 상기 냉매를 유통시키도록 하여도 된다. 이에 의해, 가스 유로를 효율적으로 냉각할 수 있으며, 또한 코일 형상 냉매 유로 자체가 가스 유로를 유통하는 부식성 이 높은 가스와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 금속 성분 제거기 내의 가스 유로는, 예를 들어 연직으로 배치하여, 상기 가스 공급 유로를 유통하는 가스가 상기 가스 유로의 하방의 측부로부터 유입되어 상방의 측부로부터 유출되도록 하는 동시에, 상기 가스 유로의 하단을 개구해서 액 저장실을 연통시키도록 하여도 된다. 이렇게 금속 성분 제거기의 가스 유로를 연직으로 설치해서 그 외측으로부터 가스 유로를 냉각함으로써, 액화된 휘발성 금속 성분을 그 자중으로 낙하시킬 수 있으므로, 휘발성 금속 성분을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 금속 성분 제거기 내의 가스 유로는, 예를 들어 유입측 유로와 유출측 유로로 나누어 각각 연직으로 배치하고, 상기 유입측 유로의 상방의 측부로부터 가스가 유입되도록 하고, 상기 유입측 유로의 하방은 액 저장실에 연통시키도록 구성하고, 상기 유출측 유로의 하방은 상기 액 저장실에 연통시켜 상기 유출측 유로의 상방의 측부로부터 가스가 유출되도록 구성하도록 하여도 된다. 이에 의해 액화된 휘발성 금속 성분을 그 자중으로 낙하시킬 수 있으므로, 휘발성 금속 성분을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 가스 공급 유로로부터 공급되는 가스는, 예를 들어 불소계의 부식성 가스이다. 이러한 부식성 가스로서는, 예를 들어 HF 가스, F2 가스, ClF3 가스 중 어느 하나 또는 이들을 포함하는 혼합 가스이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 반도체 제조 장 치로 가스 공급 유로를 통해서 소정의 가스를 공급하는 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템이며, 상기 가스 공급 유로에 설치한 가스 필터와, 상기 가스 공급 유로의 상기 가스 필터의 배치 위치보다도 상류측에 설치되어, 상기 가스 공급 유로를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성 금속 성분을 상기 가스 필터에서 포착 가능한 고체 금속 화합물로 화학 변화시키는 가스를 첨가하는 첨가 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템이 제공된다. 상기 가스 공급 유로로부터 공급하는 가스는, 예를 들어 불소계의 부식성 가스이다. 또한, 예를 들어 첨가 가스는, 예를 들어 O2 가스이다.
이러한 본 발명에 의하면, 가스 공급 유로의 가스 필터보다도 상류측으로부터 첨가 가스가 공급되므로 가스 공급 유로를, 예를 들어 매우 부식성이 강한 가스가 유통했을 때에 발생하는 피처리 기판에 대한 금속성의 오염 물질이 휘발성 금속 성분의 상태로 유통하는 경우에도 그 첨가 가스와 반응해서 고체 금속 화합물(예를 들어 고체 금속 산화물)로 변화된다. 이 고체 금속 화합물의 상태이면, 고체 금속 입자의 상태로 유통하는 것과 함께 가스 필터에서 포착할 수 있으므로, 가스 필터에 의한 제거가 가능하게 되므로, 이들이 반도체 제조 장치에 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면 가스 공급 유로를, 예를 들어 매우 부식성이 강한 가스가 유통했을 때에 발생하는 피처리 기판에 대한 금속성의 오염 물질이, 고체 금속 입 자의 상태로 유통하고 있는 경우뿐만 아니라 휘발성 금속 성분의 상태로 유통하고 있는 경우에도, 반도체 제조 장치로 유입되기 전에 제거할 수 있다. 이렇게, 가스 공급 유로를 유통하는 금속성의 오염 물질의 상태 여하에 상관없이 반도체 제조 장치에 혼입되는 것을 방지할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
이하에 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
(제1 실시 형태에 관한 반도체 제조 장치의 구성예)
우선 본 발명을 제1 실시 형태에 따른 반도체 제조 장치에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 여기에서는 반도체 제조 장치로서 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼(이하 단순히 「웨이퍼」라고도 칭함)에 대해 소정의 열처리를 행하는 열처리 장치를 예로 들어 설명한다. 도1은 제1 실시 형태에 따른 열처리 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 열처리 장치(100)는, 웨이퍼(W)에 대하여 처리(예를 들어 열처리)를 행하는 처리부로서의 열처리부(110)를 구비한다. 열처리부(110)는, 예를 들어 도1에 도시한 바와 같이 반응 용기(처리 용기) 또는 반응실(처리실)을 구성하는 종형의 반응 튜브(112)로 구성된다. 이 반응 튜브(112) 내에는 웨이퍼(W)를 다수매 탑재한 유지구(114)를 반입할 수 있게 되어 있다. 열처리부(110)에는, 반응 튜브(112) 내의 배기를 행하는 배기계(120)와, 반응 튜브(112) 내로 소정의 가스를 가스 공급 유로(220)를 통해서 공급하기 위한 가스 공급계(200)와, 반응 튜브(112) 의 외측에 배치된 도시하지 않은 가열 수단(예를 들어 히터)을 구비한다.
열처리부(110)는, 반응 튜브(112) 내로 웨이퍼(W)를 다수매 탑재한 유지구(114)를 반입한 상태에서, 가스 공급계(200)에 의해 반응 튜브(112) 내로 소정의 가스를 공급하는 동시에 배기계(120)에 의해 반응 튜브(112) 내의 배기를 행하면서, 가열 수단에 의해 반응 튜브(112)의 외측으로부터 가열함으로써 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 열처리를 행하게 되어 있다.
배기계(120)는, 예를 들어 진공 펌프 등에 의해 구성되는 진공 배기 수단(124)을 반응 튜브(112)의 천장에 설치된 배기관(122)을 통해서 접속되어 구성된다. 또한, 도1에서는 도시를 생략하고 있지만, 배기계(120)의 배기관(122)은 바이패스 라인을 통해서 가스 공급계(200)에 우회해서 접속되어 있다. 이 바이패스 라인은, 예를 들어 가스 공급 유로(220)의 상류측 부위에 바이패스관으로 접속해서 구성된다. 바이패스관의 배기계측에는 배기측 바이패스 차단 밸브가 접속되어 있으며, 바이패스관의 가스 공급계(200)측에는 공급측 바이패스 차단 밸브가 접속되어 있다.
(제1 실시 형태에 따른 가스 공급 시스템의 구성예)
다음에 제1 실시 형태에 따른 가스 공급 시스템의 일례로서의 가스 공급계(200)에 대해서 설명한다. 가스 공급계(200)는, 예를 들어 HF, F2 가스, ClF3 등의 불소계의 부식성 가스를 충전한 봄베로 이루어지는 가스 공급원(210)을 구비한다. 이 부식성 가스는, 예를 들어 웨이퍼(W)에 처리를 행하는 처리 가스로서 이용 하거나 클리닝 가스로서 이용하거나 할 수 있다. 이 가스 공급원(210)에는 가스 공급 유로(220)의 일단부가 접속되어 있고, 이 가스 공급 유로(220)의 타단부는 반응 튜브(112)로 가스를 도입하기 위한 노즐(예를 들어 인젝터)(202)에 접속되어 있다. 이에 의해, 가스 공급원(210)으로부터의 가스는, 가스 공급 유로(220)를 통해서 반응 튜브(112) 내로 공급된다.
가스 공급 유로(220)에는 복수의 유체 제어 기기가 개재 장치되어 있다. 본 실시형태는 이러한 유체 제어 기기로서, 예를 들어 도1에 도시하는 가스 공급 유로(220)의 상류측으로부터 하류측을 향해서 순서대로 감압 밸브(레귤레이터)(230), 압력계(PT)(232), 제1 차단 밸브(밸브)(234), 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(236), 제2 차단 밸브(밸브)(238), 가스 필터(FE)(240) 등이 설치되어 있다.
매스 플로우 컨트롤러(MFC)(236)는, 가스 공급원(210)으로부터 반응 튜브(112) 내로 공급하는 가스 흐름량을 조정하는 것이다. 가스 필터(FE)(240)는, 가스 공급 유로(220)를 유통하는 가스에 포함되는 고체의 금속 입자 등의 파티클을 포착한다.
또한, 제1 실시 형태에 따른 가스 공급 유로(220)에는, 가스 필터(240)보다도 하류측에 금속 성분 제거기(250)가 설치되어 있다. 이 금속 성분 제거기(250)는, 가스 공급 유로(220)를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성의 금속 성분을 액화시켜 포집하는 것이며, 그 구체적인 구성예는 후술한다.
이들 유체 제어 기기는, 예를 들어 가스 배관이나 내부에 유로를 형성한 유로 블록 등으로 접속되어, 가스 공급 유로(220)가 구성된다. 이들 가스 배관이나 유로 블록은, 예를 들어 비교적 내식성이 큰 SUS316L로 구성된다.
이와 같이 구성된 제1 실시 형태에 따른 가스 공급계(200)에서는, 예를 들어 반응 튜브(112) 내의 클리닝을 행할 때에 가스 공급원(210)으로부터 불소계 가스, 예를 들어 F2 가스가 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(236)에 의해 소정의 유량으로 조정되어 반응 튜브(112)로 공급된다.
이 때, 가스 공급 유로(220)의 가스 배관이나 유로 블록의 유로 내를 유통하는 F2 가스는 매우 부식성이 높으므로, 가스 배관이나 유로 블록을 구성하는 금속을 부식시켜 원하지 않는 금속 화합물(금속 불화물)이 발생하거나, 그 가스 배관이나 유로 블록을 구성하는 금속 성분(Fe, Cr, Ni 등)이 F2 가스에 혼입되거나 한다.
이러한 가스 공급 유로(220) 내에 포함되는 금속 화합물이나 금속 성분은, 예를 들어 도2에 도시한 바와 같이, 고체 금속 입자(P)의 상태(파티클의 상태)로 존재하는 것과, 휘발성 금속 성분(q)의 상태(예를 들어 기화한 상태)로 존재하는 것이 있다. 이들 중, 고체 금속 입자(P)에 대해서는, 가스 필터(240)에서 포착되므로, 가스 필터(240)보다도 하류측으로는 유출되지 않는 것에 비하여, 휘발성 금속 성분(q)에 대해서는 가스 필터(240)에서 포착할 수 없으므로, 가스 필터(240)보다도 하류측으로 유출된다.
이 때문에, 혹시 만약 종래와 같이 가스 공급 유로(220)에 가스 필터(240)를 설치한 것만으로는, 가스 필터(240)를 빠져 나간 휘발성 금속 성분(q)은 F2 가스와 함께 반응 튜브(112) 내로 들어와 웨이퍼(W) 상의 파티클 발생 원인이 되는 등 메 탈 콘터미네이션의 문제를 야기시킨다.
그래서, 본 실시예에서는 가스 필터(240) 외에, 그 하류측에 금속 성분 제거기(250)를 설치하여, 가스 필터(240)를 빠져 나간 휘발성 금속 성분(q)을 제거함으로써, 휘발성 금속 성분(q)이 반응 튜브(112) 내로 혼입되는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.
금속 성분 제거기(250)는, 예를 들어 도2에 도시한 바와 같이 파이프 형상의 프레임체(252)와 그 프레임체(252)의 내부에 설치되어, 가스 공급 유로(220)의 일부를 구성하는 가스 유로(254)와, 이 가스 유로(254)의 외측에 냉매를 유통시켜, 그 가스 유로(254)를 외측으로부터 냉각하는 유로 냉각 수단(256)을 구비한다. 유로 냉각 수단(256)은, 예를 들어 도시하지 않은 매체 공급원으로부터 소정의 온도로 조정된 냉매가 가스 유로(254)의 외주를 유통하도록 되어 있다. 이 냉매는 가스 유로(254) 내에 포함되는 휘발성 금속 성분(q)만이 액화되는 온도로 조정된다.
가스 유로(254)의 도중에는 유로 냉각 수단(256)에 의해 냉각되어 액화된 휘발성 금속 성분을 가스 유로(254)로부터 배출하는 드레인(257)이 형성되어 있다. 이 드레인(257)에는 액상의 휘발성 금속 성분을 저장하는 액 저장실(258)이 연통되어 있어 액 저장실(258)에 저장된 액상의 휘발성 금속 성분을 배출하는 배출구(259)가 형성되어 있다. 배출구(259)에는, 예를 들어 배출 파이프가 접속되어 있어 액상의 휘발성 금속 성분이 다시 기화되어 가스 유로(254)로 역류되지 않도록 배출된다.
이러한 금속 성분 제거기(250)에 있어서는, 예를 들어 도2에 도시한 바와 같 이 가스 필터(240)를 빠져 나온 휘발성 금속 성분(q)은, 금속 성분 제거기(250)의 가스 유로(254) 내에서 유로 냉각 수단(256)에 의해 냉각되어 액화된다. 이에 대하여, 가스 유로(254) 내의 F2 가스의 가스 성분은 액화되는 일없이, 금속 성분 제거기(250)의 가스 유로(254)를 빠져나간다. 그리고, 가스 유로(254) 내에서 액화된 휘발성 금속 성분(q)은, 드레인(257)을 통해 액 저장실(258)에 저장되어, 배출구(259)로부터 가스 유로(254)의 외부로 배출된다.
이렇게 해서, 가스 필터(240)에서는 제거되지 않고 빠져 나간 휘발성 금속 성분(q)은, 금속 성분 제거기(250)에 의해 액화되어 제거되므로, 휘발성 금속 성분(q)이 반응 튜브(112) 내로 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 금속 성분 제거기(250)의 유로 냉각 수단(256)은 도2에 도시한 것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 가스 유로(254)의 외측을 권회하는 코일 형상 냉매 유로(255)에 냉매를 유통시키도록 구성하여도 된다. 이러한 코일 형상 냉매 유로(255)를 냉매가 유통함으로써, 가스 유로(254)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 또한, 도3에서는, 가스 유로(254) 내의 작용 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 코일 형상 냉매 유로(255)의 권회 부분을 점선으로 나타내고 있다(후술하는 도4, 도5에 관해서도 동일함).
또한, 이와 같이 냉매를 유통시키는 코일 형상 냉매 유로(255)를 가스 유로(254)의 외측에 설치함으로써, 코일 형상 냉매 유로(255) 자체가 가스 유로(254)를 유통하는 부식성이 높은 가스와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 금 속 성분 제거기(250) 내에서 부식성 가스가 코일 형상 냉매 유로(255)를 부식시켜 다른 콘터미네이션이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기서 금속 성분 제거기(250)의 다른 구성예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도4는, 금속 성분 제거기(250)의 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 상술한 도2, 도3에 도시한 것은, 금속 성분 제거기(250) 내의 가스 유로(254)를 수평으로 설치한 경우의 구성예이지만, 도4에 도시하는 것은, 금속 성분 제거기(250) 내의 가스 유로(254)를 연직으로 설치한 경우의 구성예이다.
구체적으로는 도4에 도시하는 금속 성분 제거기(250)는, 그 프레임체(252) 내에 연직으로 가스 유로(254)를 설치하고, 그 하단의 개구부에 액 저장실(258)을 연통하는 동시에, 가스 유로(254)의 상단은 수평으로 굴곡하여 금속 성분 제거기(250)의 측부에 개구하도록 되어 있다. 이 가스 유로(254)에는, 냉매를 유통시키는 코일 형상 냉매 유로(255)가 연직 방향으로 권회해서 설치되어 있다.
가스 필터(240)를 지나 가스 공급 유로(220)를 유통하는 가스는, 가스 유로(254)의 하방의 측부로부터 금속 성분 제거기(250) 내로 유입되어, 가스 유로(254)를 따라 연직 상방을 향해, 가스 유로(254)의 상단의 수평 굴곡부를 따라, 금속 성분 제거기(250)의 측부로부터 유출되어, 반응 튜브(112)를 향해서 유통한다. 이 때, 코일 형상 냉매 유로(256)에 냉매가 유통됨으로써, 가스 유로(254) 내를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성 금속 성분(q)은 냉각되어 액화되고, 그 자중으로 가스 유로(254)의 하방의 액 저장실(258)로 낙하되어 저장되다가, 배출구(259)로부터 가스 유로(254)의 외부로 배출된다.
이와 같이, 금속 성분 제거기(250)의 가스 유로(254)를 연직으로 설치해서 그 외측으로부터 코일 형상 냉매 유로(255)에서 냉각함으로써, 액화된 휘발성 금속 성분(q)을 그 자중으로 낙하시킬 수 있으므로, 휘발성 금속 성분(q)을 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 이러한 연직으로 가스 유로(254)를 설치하는 금속 성분 제거기(250)로서는 도4에 도시하는 것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 도5에 도시한 바와 같이 가스 유로(254)를 유입측 유로(262)와 유출측 유로(264)로 재차 나누어 구성하도록 하여도 된다.
구체적으로는, 예를 들어 도5에 도시한 바와 같이, 유입측 유로(262)의 상단을 수평으로 굴곡시켜 금속 성분 제거기(250)의 측부로부터 가스가 유입되도록 하고, 유입측 유로(262)의 하단은 액 저장실(258)에 연통시키도록 구성한다. 한편, 유출측 유로(264)의 하단은 액 저장실(258)에 연통시키고, 유출측 유로(264)의 상단을 수평으로 굴곡시켜 금속 성분 제거기(250)의 측부로부터 가스가 유출되도록 구성한다. 이 경우, 코일 형상 냉매 유로(255)는 도5에 도시한 바와 같이 유입측 유로(262)의 외측에 설치해도 되고, 또한 유출측 유로(264)의 외측에 설치하도록 하여도 된다. 또한, 유입측 유로(262)의 외측과 유출측 유로(264)의 외측의 양방에 코일 형상 냉매 유로(255)를 설치하도록 하여도 된다.
이러한 도5에 도시하는 금속 성분 제거기(250)에 의하면, 가스 필터(240)를 지나 가스 공급 유로(220)를 유통하는 가스는, 유입측 유로(262)의 상단의 수평 굴곡부로부터 금속 성분 제거기(250) 내로 유입되어 유입측 유로(262)를 따라 연직 하방을 향하여, 액 저장실(258)의 공간을 통해 유출측 유로(264)의 하단으로 유입된다. 그리고, 유출측 유로(264)를 따라 연직 상방을 향하여, 유출측 유로(264)의 상단의 수평 굴곡부를 따라 금속 성분 제거기(250)의 측부로부터 유출되어, 반응 튜브(112)를 향해서 유통한다. 이 때, 코일 형상 냉매 유로(255)에 냉매가 유통됨으로써, 유입측 유로(262) 내를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성 금속 성분(q)은 냉각되어 액화되고, 그 자중으로 유입측 유로(262)의 하방의 액 저장실(258)에 낙하되어 저장되다가, 배출구(259)로부터 가스 유로(254)의 외부로 배출된다.
도5에 도시하는 금속 성분 제거기(250)에서도 도4에 도시하는 금속 성분 제거기(250)와 마찬가지로, 액화된 휘발성 금속 성분(q)을 그 자중으로 낙하시킬 수 있으므로, 액화된 휘발성 금속 성분(q)을 효율적으로 제거할 수 있다.
(제2 실시 형태에 따른 가스 공급 시스템의 구성예)
다음에 제2 실시 형태에 따른 가스 공급 시스템의 구성예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도6은 제2 실시 형태에 따른 가스 공급 시스템을 적용한 반도체 제조 장치로서의 열처리 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 도6에서 도1에 도시한 것과 실질적으로 동일한 기능을 갖는 것에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다.
제1 실시 형태에서는, 가스 공급 유로(220)의 가스 필터(240)보다도 하류측에 콘터미네이션의 원인이 되는 휘발성 금속 성분을 제거하는 금속 성분 제거기(250)를 설치한 경우에 대해서 설명했지만, 제2 실시 형태에서는 금속 성분 제거기(250)를 설치하는 대신에 가스 공급 유로(220)의 가스 필터(240)보다도 상류측 에, 휘발성 금속 성분(q)을 가스 필터(240)에서 포착 가능한 고체 금속 화합물로 변화시키는 가스를 첨가하는 첨가 가스 공급 수단을 마련한 경우에 대해서 설명한다.
구체적으로는 첨가 가스 공급 수단은, 도6에 도시한 바와 같이, 첨가 가스를 충전한 봄베로 이루어지는 첨가 가스 공급원(310)을 구비한다. 이 첨가 가스는 가스 공급 유로(220)에 포함되는 휘발성 금속 성분(Fe, Cr, Ni 등)과 산화 반응, 환원 반응 등의 화학 반응을 일으켜 고체 금속 화합물로 변화시키는 가스가 사용된다. 이러한 첨가 가스로서는, 산소(O2) 가스를 들 수 있다. 이 O2 가스는 휘발성 금속 성분을 산화시켜 고체 금속 화합물인 고체 금속 산화물로 변화시킬 수 있다.
첨가 가스 공급원(310)에는 첨가 가스 공급 유로(320)의 일단부가 접속되어 있고, 이 첨가 가스 공급 유로(320)의 타단부는 가스 공급 유로(220)의 가스 필터(240)보다도 상류측, 예를 들어 가스 공급 유로(220)의 제1 차단 밸브(밸브)(234)와 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(236) 사이에 접속된다.
첨가 가스 공급 유로(320)에는 복수의 유체 제어 기기가 개재 장착되어 있다. 예를 들어 도6에 도시하는 첨가 가스 공급 유로(320)의 상류측으로부터 하류측을 향해서 순서대로, 감압 밸브(레귤레이터)(330), 압력계(PT)(332), 제1 차단 밸브(밸브)(334), 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(336), 역지 밸브(337), 제2 차단 밸브(밸브)(338) 등이 설치되어 있다. 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(336)는 첨가 가스 공급 유로(320)를 통해서 가스 공급 유로(220)에 첨가하는 첨가 가스의 유량을 조 정하는 것이다.
이와 같이 구성된 제2 실시 형태에 따른 가스 공급계(200)에서는, 예를 들어 반응 튜브(112) 내의 클리닝을 행할 때에 가스 공급원(210)으로부터는 불소계 가스, 예를 들어 F2 가스가 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(236)에 의해 유량이 조정되어서 반응 튜브(112)로 공급된다. 또한 첨가 가스 공급원(310)으로부터는, 첨가 가스, 예를 들어 O2 가스가 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(336)에 의해 소정의 유량으로 조정되어 가스 공급 유로(220)의 가스 필터(240)보다도 상류측[여기서는 제1 차단 밸브(밸브)(234)와 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(236) 사이]으로 공급된다.
그러면 부식성이 높은 F2 가스가 가스 공급 유로(220)를 유통하므로, 제1 실시 형태와 마찬가지로 F2 가스가 가스 공급 유로(220)를 구성하는 가스 배관이나 유로 블록을 구성하는 금속을 부식시켜, 가스 공급 유로(220) 내에는, 예를 들어 도7에 도시한 바와 같이 금속 화합물이나 금속 성분이 고체 금속 입자(P)의 상태(예를 들어 파티클의 상태)로 존재하는 동시에 휘발성 금속 성분(q)의 상태(예를 들어 기화된 상태)로 존재한다.
이 때, 가스 공급 유로(220)의 가스 필터(240)보다도 상류측으로부터 첨가 가스로서 O2 가스가 공급되므로 도7에 도시한 바와 같이 휘발성 금속 성분(q)은 산화되어 고체 금속 산화물(Q)로 변화된다. 이 고체 금속 산화물(고체 금속 화합물)의 상태이면, 가스 필터(240)에서 포착할 수 있으므로 가스 필터(240)에 의한 제거 가 가능하게 된다.
이와 같이, 휘발성 금속 성분(q)을 가스 필터(240)에서 포착 가능한 고체 금속 산화물(Q)로 변화시켜 제거할 수 있으므로 가스 필터(240)보다도 하류측의 반응 튜브(112) 내로 휘발성 금속 성분(q)이 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 첨가 가스는 휘발성 금속 성분의 화학 반응으로 그 대부분은 사용되게 되지만 클리닝 가스나 프로세스 가스와 함께 반응 튜브(112) 내로 혼입될 우려도 있으므로, 다소 반응 튜브(112) 내로 혼입되어도, 반응 튜브(112) 내에서 행해지는 처리에 영향을 주지 않는 종류의 가스를 첨가 가스로서 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 첨가 가스의 유량은 휘발성 금속 성분(q)을 고체 금속 화합물(Q)로 변화시킬 정도의 미량이면 된다. 이에 의해, 첨가 가스가 클리닝 가스나 프로세스 가스와 함께 반응 튜브(112) 내로 혼입되어도, 반응 튜브(112) 내에서 행해지는 클리닝이나 프로세스 처리에 영향을 주는 일은 없다.
상술한 제1, 제2 실시 형태에 따른 가스 공급계(200)에는, 이들 배관이나 반응 튜브(112) 내를 퍼지하는 N2 가스 등의 퍼지 가스를 공급하는 도시하지 않은 퍼지 가스 공급계를 설치하여도 된다.
이상, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 설명했지만 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 당업자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 양 해된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 반도체 제조 장치로서 열처리 장치를 예로 들어 설명했지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니며 가스를 도입해서 기판 등의 처리를 행하는 반도체 제조 장치이면 여러 종류의 반도체 제조 장치에 적용할 수 있다. 예를 들어 반도체 제조 장치로서 열처리 장치 외에 에칭 장치나 성막 장치 등에 적용하여도 된다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 열처리 장치의 구성예를 도시하는 도면.
도2는 제1 실시 형태에서의 금속 성분 제거기의 개략 구성과 작용을 설명하기 위한 도면.
도3은 도2에 도시하는 금속 성분 제거기의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도4는 제1 실시 형태에서의 금속 성분 제거기로, 가스 배관을 연직으로 배치한 경우의 개략 구성과 작용을 설명하기 위한 도면.
도5는 도4에 도시하는 금속 성분 제거기의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 열처리 장치의 가스 공급계의 구성예를 도시하는 도면.
도7은 제2 실시 형태에서의 작용을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
W : 웨이퍼
100 : 열처리 장치
110 : 열처리부
112 : 반응 튜브
114 : 유지구
120 : 배기계
220 : 가스 공급 유로
Claims (10)
- 반도체 제조 장치로 가스 공급 유로를 통해 소정의 가스를 공급하는 가스 공급 시스템이며,상기 가스 공급 유로에 설치한 가스 필터와,상기 가스 공급 유로의 상기 가스 필터의 배치 위치보다도 하류측에 설치되어, 상기 가스 공급 유로를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성 금속 성분을 액화시켜 제거하는 금속 성분 제거기를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 성분 제거기는 상기 가스 공급 유로의 일부를 구성하는 가스 유로와, 이 가스 유로의 외측에 냉매를 유통시켜 그 가스 유로를 외측으로부터 냉각하는 유로 냉각 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 성분 제거기의 유로 냉각 수단은, 상기 금속 성분 제거기 내의 가스 유로의 외측을 권회하도록 설치된 코일 형상 냉매 유로에 상기 냉매를 유통시키도록 한 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 성분 제거기 내의 가스 유로는 연직으로 배치하여 상기 가스 공급 유로를 유통하는 가스가, 상기 가스 유로의 하방의 측부로부터 유입되어 상방의 측부로부터 유출되도록 하는 동시에, 상기 가스 유로의 하단을 개구해서 액 저장실을 연통시킨 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 성분 제거기 내의 가스 유로는, 유입측 유로와 유출측 유로로 나누어 각각 연직으로 배치하고,상기 유입측 유로의 상방의 측부로부터 가스가 유입되도록 하고, 상기 유입측 유로의 하방은 액 저장실에 연통시키도록 구성하고,상기 유출측 유로의 하방은 상기 액 저장실에 연통시켜, 상기 유출측 유로의 상방의 측부로부터 가스가 유출되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 가스 공급 유로로부터 공급되는 가스는 불소계의 부식성 가스인 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 부식성 가스는 HF 가스, F2 가스, ClF3 가스 중 어느 하나 또는 이들을 포함하는 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 반도체 제조 장치로 가스 공급 유로를 통해서 소정의 가스를 공급하는 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템이며,상기 가스 공급 유로에 설치한 가스 필터와,상기 가스 공급 유로의 상기 가스 필터의 배치 위치보다도 상류측에 설치되어 상기 가스 공급 유로를 유통하는 가스에 포함되는 휘발성 금속 성분을 상기 가스 필터에서 포착 가능한 고체 금속 화합물로 화학 변화시키는 가스를 첨가하는 첨가 가스 공급 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치의 가스 공급 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 가스 공급 유로로부터 공급되는 가스는 불소계의 부식성 가스인 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 첨가 가스는 O2 가스인 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
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