专利名称：用于产生和供应氟气的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置在一半导体加工系统的气体供应系统中并产生和供应氟气的设备。在本文中“半导体加工”是指为了在进行加工的基片(目标基片)上制造半导体装置和/或半导体装置连接结构(例如互连线，电极)而通过以特定的方式在目标基片，例如一半导体晶片或LCD基片上形成半导体、绝缘体和导体层所进行的各种加工。
背景技术：
在制造半导体装置时，多种半导体加工过程，例如薄膜形成、蚀刻和扩散都在目标基片，例如一半导体晶片或LCD基片上进行。用于进行这些处理的半导体加工系统在多种应用场合采用氟型气体作为加工气体，例如用于硅薄膜和二氧化硅薄膜的蚀刻或为了清洁加工室的内部，这些应用并不必然局限于半导体的加工。
氟型加工气体通常作为一种已经备好的填充在一气缸内的氟化合物而可由一半导体加工系统的气体供应系统获得。这种类型的气体很少从它们的基本前体，例如氟气中现场产生。其原因并不仅仅涉及气体组分的可靠性问题，而且还涉及将一充满强氧化剂例如氟气的高压(通常至少5kg/cm2)气缸放置在一半导体加工系统的气体供应系统中引起的极度的危险。
另一方面，美国专利No.5688384公开了一种根据需要自动控制氟气产生的打开/关闭开关的设备。这种设备使用一通过电解氟化氢产生氟气的电解池作为其氟气产生模块。由于这种电解型设备能按需要在接近大气压力下产生氟气，因此它们能避免与氟气缸的安装有关的安全问题。
当将上述氟气产生和供应设备放置在一半导体加工系统的气体供应系统中时，即使当在该氟气产生和供应设备中发生异常，为了防止在主要加工设备的操作中的扰动也有必要提供一备用装置。在一个通常的方案中，将两个氟气产生和供应设备安装在一个气体供应系统中并作为联机设备和备用设备转动运行。但是，这种备用方案使该气体供应系统具有高的最初成本和高的运行成本。而且，尽管氟气缸也能作为一备用装置使用，但是由于高压氟气缸放置在一半导体加工系统的气体供应系统中而引起安全问题。
发明内容
开发本发明是考虑到上述现有技术中的问题。本发明的目的是提供一种设置在一半导体加工系统的气体供应系统中的氟气产生和供应设备，并且在该设备出现异常的情况下通过一安全和价廉的结构实现备用。
本发明的一个具体目的是提供一种既能现场又能根据需要产生和供应氟气的设备。这里所用的“现场”是指用于产生和供应氟气的机构与特定的主要加工设备，例如一半导体加工系统的主要加工设备相结合或组装。“根据需要”是指气体能伴随对其必要的部件的控制并响应主要加工设备的要求而定时供应。
本发明的第一个方面是，一种产生和供应氟气并设置在一半导体加工系统的气体供应系统中的设备，所述设备的特征在于具有以下装置一通过在一电解浴中电解氟化氢而产生氟气的电解池，该电解浴包括含氟化氢的熔融盐；一存贮从由氟化氮、氟化硫和氟化氯组成的(气体)组中选择的一种替代气体的气缸；一连接到该电解池和气缸上并用来自该电解池的氟气或来自该气缸的替代气体有选择地供应一气体利用区的气体切换区；一检测该电解池的状态的电解池检测器；以及一在由该电解池检测器检测到电解池的异常状态时对气体切换区施加控制以便从气缸向气体利用区供给替代气体的控制器。
本发明的第二个方面是，一种根据第一方面的具有以下附加特征的设备该电解池检测器检测代表电解浴的组分的一种状态。
本发明的第三个方面是，一种根据第二方面的具有以下从属特征的设备该电解池检测器检测从该电解浴的电流特性、液位和温度中选择的一种状态。
本发明的第四个方面是，一种根据第一到第三个方面中任何一个的设备，其特征在于，该设备还具有一能检测从电解池向气体利用区供应氟气的气体供应路径内的异常状态的路径检测器，并且所述控制器在由电解池检测器检测到电解池的异常状态时或者在由路径检测器检测到气体供应路径内的异常状态时对气体切换区施加控制以便从气缸向气体利用区供给替代气体。
本发明的第五个方面是，一种产生和供应氟气并设置在一半导体加工系统的气体供应系统中的设备，所述设备的特征在于具有一通过在一电解浴中电解氟化氢而产生氟气的电解池，该电解浴包括含氟化氢的熔融盐；一存贮从由氟化氮、氟化硫和氟化氯组成的(气体)组中选择的一种替代气体的气缸；一连接到该电解池和气缸上并用来自该电解池的氟气或来自该气缸的替代气体有选择地供应一气体利用区的气体切换区；一能检测从电解池向气体利用区供应氟气的气体供应路径内的异常状态的路径检测器；以及一在由路径检测器检测到气体供应路径内的异常状态时对气体切换区施加控制以便从气缸向气体利用区供给替代气体的控制器。
本发明的第六个方面是，一种根据第四或第五个方面的设备，其特征在于，该气体供应路径具有一控制从电解池向气体切换区供应的氟气的压力和流速的缓冲区，并且该路径检测器具有一检测该缓冲区的状态的缓冲检测器。
本发明的第七个方面是，一种根据第六个方面的设备，其特征在于，该缓冲区具有一对来自电解池的氟气加压的压缩器，并且该缓冲检测器检测该压缩器的操作状态。
本发明的第八个方面是，一种根据第六个方面的设备，其特征在于，该缓冲区具有一临时存贮来自电解池的氟气的缓冲槽，并且该缓冲检测器检测在该缓冲槽内的压力。
本发明的第九个方面是，一种根据第六个方面的设备，其特征在于，该缓冲区具有一以特定的流速从电解池向气体切换区供应氟气的流动控制器，并且该缓冲检测器检测在所述流动控制器处的氟气流速。
本发明的第十个方面是，一种根据第一到第九个方面中任何一个的设备，其特征在于，该替代气体包括氟化氯。
此外，本发明的实施例给出多种本发明的实施方式，并且通过对多个已公开的组成元件的合理组合可以获得本发明的多种实施例。例如，当已经获得一个其中一些组成元件已经从为该实施例所给出的整套组成元件中省略的本发明的实施例时，这些省略的元件通过已获得的本发明的实施例的实际工作中的常规已知技术可以得到合理补充。
图1包含一示出与本发明的一实施例的氟气产生和供应设备相结合的一半导体加工系统的示意图。
图2包含一示出与图1所示的气体供应系统结合使用的半导体加工设备的一示例性改进的示意图。
图3包含一示出本发明的另一实施例的氟气产生和供应设备的示意图。
图4包含一示出本发明的又一实施例的氟气产生和供应设备的示意图。
具体实施例方式
下面参考
本发明的实施例。在下面的说明中，那些具有大体相同的结构和功能的组成元件被赋予一个共同的参考标号并且仅在必要时对其重复说明。
图1包含一示出与用于产生和供应氟气的本发明的设备的一实施例相结合的一半导体加工系统的示意图。该半导体加工系统包含一在目标基片例如一半导体晶片或LCD基片上进行加工，例如薄膜形成、蚀刻或扩散的半导体加工设备10。
该半导体加工设备10具有一容纳目标基片且半导体加工在其中完成的加工室12。在该加工室12内设置有一既作为下电极又作为用于安装目标基片的平台的安装平台14(支承构件)。一上电极16也面向安装平台14设置在该加工室12内。从一RF电源15可以跨过两个电极14和16施加RF(高频)电在加工室12内形成一RF场以将加工气体转换成等离子体。一排气系统18连接到该加工室12的下部区域以便抽空该加工室内部并在其中形成真空。一气体供应系统20连接到该加工室12的上部区域以便供应加工气体。
图2包含一示出能与图1所示的气体供应系统20结合使用的半导体加工设备的一改进示例10x的示意图。该半导体加工设备10x具有一容纳目标基片且在其中完成半导体加工的加工室12。一安装平台14(支承构件)设置在该加工室12内以便安装目标基片。一排气系统18连接到该加工室12的下部区域以便抽空该加工室内部并在其中形成真空。一远端等离子室13连接到该加工室12的上部区域以便形成等离子体。该远端等离子室13的外表面缠绕一线圈形天线17。从RF电源15向线圈形天线17施加RF(高频)电使在该远端等离子室13内形成一感应场以便将加工气体转换成等离子体。一气体供应系统20连接到该远端等离子室13的上部区域以便供应加工气体。
再次参考图1，一流动管理区22设置在气体供应系统20内；该流动管理区22可以将任何指定的气体，例如用于进行半导体加工的加工气体或者用于清洁加工室12的内部的加工气体以特定的流速供给到加工室12内，并且还能进行选择性气体的切换。一气体存贮区24连接到该流动管理区22上。该气体存贮区24包含多个气体源并存贮多种活性和/或惰性气体。一通过一种反应过程产生氟气型加工气体的气体产生区26也连接到该流动管理区22上。
用于产生和供应氟气的本发明的设备30在本实施例中连接到流动管理区22和气体产生区26上。更具体地说，该(氟气)产生和供应设备30或者直接向流动管理区22供应氟气，或者用于向气体产生区26供应初始氟气(切换阀未示出)。该气体产生区26可以产生例如一种由初始氟气与另一种卤素气体例如氯气反应得到的卤间氟化合物气体。
(氟气)产生和供应设备30包含一通过在一电解浴中电解氟化氢而产生氟气(F2)的电解池34，该电解浴包括含氟化氢的熔融盐。该熔融盐包含一氟化钾(KF)和氟化氢(HF)的混合物(KF/2HF)或者一氟化氢和Fremy’s盐的混合物。电解池34连接到一供应氟化氢，即发生损耗的初始物质的氟化氢源32上。一检测器36设置在电解池34内以便检测作为一种代表电解浴的组成变化的状态的电解浴的电流特性、液位、温度等。由检测器36产生的检测结果传送给一控制器40。电解池34根据检测器36产生的检测结果从氟化氢源32补充氟化氢-即被消耗的初始物质——并且由控制器40使用一数量阈值作为标准进行控制。
由电解池34产生的氟气越过一缓冲区42供给到一气体切换区56；该缓冲区42的目的是控制存在于供应管道38内的氟气的压力和流速。该缓冲区42具有一压缩器44以便对在电解池34内基本以大气压力产生的氟气加压，一临时容纳氟气的缓冲槽46，以及一从缓冲槽46以特定流速向气体切换区56供给氟气的流动控制器48。一操作检测器50设置在压缩器44上以便检测压缩器44的操作状态。一压力检测器52设置在缓冲槽46上以便检测该缓冲槽46内的压力。一流速检测器54设置在流动控制器48上以便检测在该流动控制器48内的氟气的流速。由这些检测器50，52和54产生的检测结果被传送给控制器40。
为了防止可能在电解池34(氟气产生器)、从电解池34延伸到气体利用区的供应管道或氟气供应路径(包括缓冲区42)内出现异常而设置一备用区60。该备用区60具有一容纳用作氟气替代物的替代气体的气缸62(或气缸组)。从气缸62的阀64排出的替代气体由流动控制器66调整到一特定流速而供应给气体切换区56。
替代气体从由氟化氮、氟化硫和氟化氯组成的(气体)组中选择。在这些气体中，由于氟化氮在室温下低的反应性和由于它是一种较安全的气体，因而使用氟化氮作为替代气体尤其令人满意。当使用氟化氮(NF3)作为替代气体时，需要设定流动控制器使之在从氟气切换到氟化氮时自动将氟化氮的流速变为大约氟气流速的三分之二。这种设定能在使用替代气体的位置保持一恒定的加工能力。优选的替代气体也会随加工的类型和半导体加工设备的性质而变化。例如，氟化氮(NF3)优选在等离子体清洁的情况下用作替代气体，而氟化氯优选在热清洁的情况下用作替代气体。
控制器40控制气体切换区56以便当在电解池34内和/或在缓冲区42内检测到异常状态时从气缸62向气体利用区(主要加工设备)供应替代气体。伴随在气体切换区56的这种气体切换，控制器40还调节在气缸62上的阀64的状态和调节缓冲区42的操作(例如，压缩器44的操作)的打开/关闭状态。
在电解池34内的异常状态通过电解池检测器36进行检测。具体地说，检测器36检测例如作为一种代表电解浴的组分变化的状态的电解浴的电流特性、液位或温度，并将(检测)结果传送给控制器40。然后控制器40将检测值与一预先设定的阈值进行比较并确定电解浴34是处在一正常的状态下还是已经进入一异常状态。
同样，在缓冲区42内的异常状态通过构成缓冲检测器的三个检测器，即操作检测器50、压力检测器52和流速检测器54进行检测。具体地说，这些检测器50、52和54分别检测压缩器44的操作状态、缓冲槽46内的压力和在流动控制器48处的氟气流速，并将其(检测)结果传送给控制器40。然后该控制器将这些检测值与预先设定的阈值进行比较并确定该缓冲区42是处在一正常的状态下还是已经进入一异常状态。
因此，检测器36、50、52和54分别设置在氟气产生和供应侧的每个主要组成构件内，这种设置使得可以通过控制器40识别在(氟气)产生和供应侧上的异常状态的位置和类型。这使控制器40可以根据异常情况的位置和类型执行多种与气体切换区56的控制有关的信息处理，包括例如确定气体切换的时间，在气体切换前执行一检查各主要组成构件的状态的程序，传送一通知操作者该异常状态的位置等的报警信号，和一手动操作的指示。
图1所示的(氟气)产生和供应设备30使用一替代气体的气缸作为其备用区，而不是提供从电解池34延伸到并包括缓冲区42的氟气产生和供应结构的一个附加的重复(结构)。这使气体供应系统的初始成本和运转成本都较低。从氟化氮、氟化硫和氟化氯组成的(气体)组中选择的替代气体尽管填充在气缸内而被提供，但并不会产生与高压氟气缸有关的问题并因而从安全的观点看是优选的。
图3包含本发明的另一实施例的氟气所产生和供应设备的示意图。在该实施例中控制器40仅参照检测从电解池34向气体利用区供应氟气的气体供应路径中的异常状态的检测器，并且具体地仅参照由检测器50、52和54产生的对缓冲区42的状态的检测结果而控制气体切换区56。由检测器36产生的对电解浴的液位的检测结果并不传送给控制器40，而是由一控制器70用于从氟化氢源32向电解池34补充氟化氢。
电解池34处的异常状态一般也导致产生的氟气的状态出现异常或扰动。结果，控制气体切换区56所必需的基本信息可以通过检测从电解池34向气体利用区供应氟气的气体供应路径中的异常状态，例如，在缓冲区42下游内的氟气的异常状态而获得。但是，在这种情况下，需要使对电解池34的任何异常状态的一个单独的检测与对气体切换区56的控制无关。
图4包含本发明的又一实施例的氟气产生和供应设备的示意图。该实施例没有用于检测在缓冲区42内的压缩器44、缓冲槽46和流动控制器48的异常状态的检测器。提供一检测在气体供应管道内的压力和流速的检测器72，该检测器72并不用作检测从电解池34向气体利用区供给氟气的气体供应路径内的异常状况的检测器。控制器40不仅参照由检测器36提供的电解池34的状态的检测结果，而且参照由检测器72提供的对氟气供应管道内的压力和流速的检测结果而控制气体切换区56。如图4中的点划线所示，检测器72也可以设置在气体切换区56的下游。
缓冲区42内的异常状态一般也会导致氟气供应管道中的压力和流速的异常状态或情况。结果，控制气体切换区56所必需的基本信息可以通过检测在缓冲区42下游的氟气供应管道内的压力和流速的异常状态而获得。
在上述各实施例中气体切换区56也可以设置在电解池34和缓冲区42之间。在这种情况下，控制器40仅参照由控制器36提供的对电解池34的状态的检测结果对气体切换区56进行控制。此外，当在上述实施例中将氟气供给到流动管理区22或者气体产生区26时，该气体可以与其它加工气体相分离而直接供应给加工室12。气体产生区26也可以设定成产生其它氟型加工气体而不是卤间氟化合物气体。在上述各实施例中只要能解决相应的安全问题可以使用氟气气缸代替替代气体的气缸。
尽管本领域的技术人员可以在本发明的思想的技术范围之内设计出多种变型和改变，但是应当理解的是这些变型和改变也在本发明的范围之内。
如以上详细所述，本发明提供了一种设置在一半导体加工系统的气体供应系统内的氟气产生和供应设备，并且在该设备出现异常的情况下通过一安全和价廉的结构实现备用。
权利要求
1.产生和供应氟气并设置在一半导体加工系统的气体供应系统中的设备，所述设备的特征在于具有一通过在一包括含氟化氢的熔融盐的电解浴中电解氟化氢而产生氟气的电解池，一存贮从由氟化氮、氟化硫和氟化氯组成的组中选择的一种替代气体的气缸，一连接到该电解池和气缸上并用来自该电解池的氟气或来自该气缸的替代气体有选择地供应一气体利用区的气体切换区，一检测该电解池的状态的电解池检测器，以及一在该电解池检测器检测到该电解池的一异常状态时对该气体切换区施加控制以便从该气缸向该气体利用区供给该替代气体的控制器。
2.根据权利要求1所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该电解池检测器检测代表该电解浴的组分的一种状态。
3.根据权利要求2所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该电解池检测器检测从该电解浴的电流特性、液位和温度中选择的一种状态。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该设备还具有一能检测从该电解池向该气体利用区供应氟气的气体供应路径内的一异常状态的路径检测器，并且所述控制器在该电解池检测器检测到该电解池的一异常状态时或者在该路径检测器检测到该气体供应路径内的一异常状态时对该气体切换区施加控制以便从该气缸向该气体利用区供给该替代气体。
5.产生和供应氟气并设置在一半导体加工系统的气体供应系统中的设备，所述设备的特征在于具有一通过在一包括含氟化氢的熔融盐的电解浴中电解氟化氢而产生氟气的电解池，一存贮从由氟化氮、氟化硫和氟化氯组成的组中选择的一种替代气体的气缸，一连接到该电解池和气缸上并用来自该电解池的氟气或来自该气缸的替代气体有选择地供应一气体利用区的气体切换区，一能检测从该电解池向该气体利用区供应氟气的气体供应路径内的一异常状态的路径检测器，以及一在该路径检测器检测到该气体供应路径内的一异常状态时对该气体切换区施加控制以便从该气缸向该气体利用区供给该替代气体的控制器。
6.根据权利要求4或5所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该气体供应路径具有一控制从该电解池向该气体切换区供应的氟气的压力和流速的缓冲区，并且该路径检测器具有一检测该缓冲区的状态的缓冲检测器。
7.根据权利要求6所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该缓冲区具有一对来自该电解池的氟气加压的压缩器，并且该缓冲检测器检测该压缩器的操作状态。
8.根据权利要求6所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该缓冲区具有一临时存贮来自该电解池的氟气的缓冲槽，并且该缓冲检测器检测在该缓冲槽内的压力。
9.根据权利要求6所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该缓冲区具有一从该电解池以一特定的流速向该气体切换区供应氟气的流动控制器，并且该缓冲检测器检测在所述流动控制器处的氟气流速。
10.根据权利要求1到9中任何一项所述的用于产生和供应氟气的设备，其特征在于，该替代气体包括氟化氯。
全文摘要
本发明提供一种设置在一半导体加工系统的气体供应系统内的氟气产生和供应设备，并且在该设备出现异常的情况下通过一安全和价廉的结构实现备用。一用于产生和供应气体的设备30设置在一半导体加工系统的气体供应系统内。该设备30包含一产生氟气的电解池34和一容纳从由氟化氮、氟化硫和氟化氯组成的组中选择的一种替代气体的气缸62。电解池34和气缸62连接到一用来自电解池34的氟气或来自气缸62的替代气体有选择地供应一气体利用区的气体切换区56上。一控制器40控制该气体切换区56以便在一电解池检测器36检测到电解池34的异常状态时，从气缸62向气体利用区供应替代气体。
文档编号C23C16/44GK1608146SQ02826153
公开日2005年4月20日 申请日期2002年12月20日 优先权日2001年12月27日
发明者K·科林, 木村孝子, 猪野实, 园部淳 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公司