专利名称：氟气的当场气体混合及稀释系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位于现场(on site)氟气产生装置和使用氟气的半导体处理装置之间的氟气的供给系统，即，氟气的当场(in-situ)气体混合及稀释系统。
背景技术：
目前，在半导体处理工序的清洗、蚀刻工艺，电子材料气体(例如，碳氟化合物、六氟化硫气体、三氟化氮等氟化物气体)体现出高性能，因此一直在较大范围内大量使用上述气体，但是这些氟化物气体的温室效应系数较大而对地球环境造成不良影响，因此，决定今后废止或者限制上述气体的使用。氟气的温室效应系数是零，因而开始研究使用氟气作为上述氟化物气体的代替物。氟气的毒性、腐蚀性、反应性极强，因此在将其填充在储气瓶中大量地输送、储存时伴随有危险，因此现在正在实施使用下述方式供给氟气的方法，即，用氮气、氦气等非活性气体将氟气稀释到不大于20%左右的浓度并将该混合气体填充在储气瓶中。然而，在填充有利用非活性气体稀释的氟气的储气瓶中，氟气的填充量较少，因此增大了储气瓶的更换频率，在每次更换储气瓶时都需要进行氟气供给工艺的最优化，从而产生了生产效率下降的问题。此外，当为了使氟气的填充量达到最大限度而使储气瓶内产生高压时可以举出气体供给容器的破损等潜在的危险性。因此，在上述情况的对策中，根据产业界的期望而对于安全、稳定地产生氟气、现场使用的现场氟气产生装置等提出了几个方案(专利文献1、2)。然而，作为现状，虽然用于在现场氟气产生装置和使用氟气的半导体处理装置之间的确保氟气供给的接口装置(氟气的供给系统)极为重要，但是对该接口装置的研究却很少。专利文献1 日本特开2004-169123号公报专利文献2 日本特开2007-191378号公报以往，使用下述方法，S卩，将由现场氟气产生装置获得的氟气直接导入缓冲罐且在即将导入到半导体处理装置之前进行氟气稀释的方法，此外，在将所获得的氟气导入到使用氟气的半导体处理装置时，分别独立地对所获得的氟气和非活性气体的各成分进行流量控制并使其流通，使上述气体汇合且储存在缓冲罐中，进行这些混合气体的流量控制而将其导入到使用氟气的半导体处理装置的方法。在将所获得的氟气直接导入到缓冲罐的方法中，氟气的毒性、腐蚀性极强，因此不优选在缓冲罐中大量储存氟气。此外，近年来，在半导体处理工序中，以提高生产效率为目的，逐步推进使用基板的大型化，开始使用大尺寸的硅晶圆。与硅晶圆的大型化相对应，逐步推进CVD装置、蚀刻装置等半导体处理装置的大型化，伴随着半导体处理装置的大型化而使用于清洗工艺、蚀刻工艺等的氟气的使用量急剧增加。因此，伴随着氟气的使用量的增大，在将由现场氟气产生装置获得的氟气导入到使用氟气的半导体处理装置的方法中，为了能够实现氟气的大量供给而使用更大型的缓冲罐。在使用能够大量供给气体的大型缓冲罐来储存混合气体的情况下，伴随着容器变大而使混合气体难以实现均勻化。虽然只通过长时间放置就能够使混合气体实现均勻化， 但是在以往的方法中，伴随着容器的增大，增加了混合气体的各成分实现均勻化的时间而存在导致生产率下降这样的问题点。此外，伴随着集成电路的微细化和高集成化也提高了对使用的氟气的浓度所要求的精度。因此，需要在使混合气体的各成分可靠地实现均勻化后，与要求精度相对应地调整混合气体。
发明内容
本发明是鉴于以上情况而做成的，其课题在于提供一种能够将由氟气产生装置产生的氟气以稳定、大量且具有精确浓度的状态供给到半导体处理装置的氟气的供给系统。本发明人为了解决上述课题，经专心研究，结果发现通过将储存在缓冲罐中的混合气体导入到在进行缓冲罐内调整混合气体前的导入气体的气体导入配管，且使混合气体循环，并且，设有用于测量混合气体中的氟浓度的监视装置，根据所获得的氟浓度来调整气体供给源的由氟气形成或者由非活性气体形成的流量，从而能够将由氟气产生装置产生的氟气以稳定、大量且具有精确浓度的状态供给到半导体处理装置，得以完成本发明。即，本发明是氟气供给系统，其配设在半导体处理装置的气体供给系统中，用于供给氟气，其特征在于，该系统包括气体供给部，其包括氟气的气体供给源和非活性气体的气体供给源；缓冲罐，其用于储存上述氟气和上述非活性气体的混合气体；配管A，其用于导入上述各气体供给源的气体而与上述缓冲罐相连接；配管B，其连接上述缓冲罐和上述配管A且用于使上述缓冲罐内的混合气体循环，使混合气体中的氟浓度实现均勻化；配管 C，其连接上述缓冲罐和上述半导体处理装置；气体流量调整装置，其设在上述气体供给部的非活性气体供给源上而用于调整非活性气体的流量；气体流量调整装置，其设在上述气体配管C上而用于调整从上述缓冲罐供给到上述半导体处理装置的气体流量；监视装置， 其用于测量上述混合气体中的氟浓度，且根据该所测量的浓度调整上述气体供给部的气体流量计量装置，维持规定的氟浓度。本发明的氟气供给系统能够在将由氟气产生装置产生的氟气导入到半导体处理装置时以稳定、大量且具有精确浓度的状态供给氟气。
图1是表示应用本发明的氟气供给系统的概略图。图2是表示应用氟气供给系统的比较例的概略图。附图标记说明1、15 氟气供给源；2,16 非活性气体供给源；3,17 气体供给部；4、6、18、20 气体配管；5、19 缓冲罐；7、21 半导体处理装置；8 用于使混合气体循环的气体配管；9 阀； 10、11、22、23、胁气体流量调整装置；12,24 泵；13 监视装置；15 控制电路。
具体实施例方式接下来，使用附图对本发明的优选实施方式的一例进行说明。图1是表示应用本发明的氟气供给系统的概略图。图2是表示应用与本发明作对比的氟气供给系统的比较例的概略图。本发明的氟气供给系统首先，对图1所示的本发明的氟气供给系统进行说明。图1所示的氟气供给系统是将由氟气产生装置获得的氟气和用于将氟气调整到规定浓度的非活性气体混合、将混合气体储存在缓冲罐中且将该混合气体供给到作为对象装置的半导体处理装置的气体供给系统，其特征在于，通过将储存在缓冲罐中的混合气体导入到在进行缓冲罐内调整混合气体前的导入气体的气体导入配管且使混合气体循环，从而使混合气体中的氟浓度实现均勻化。图1所示的氟气供给系统包括气体供给部3，该气体供给部3包括用于供给由氟气产生装置获得的氟气的气体供给源1和用于供给将氟气调整到规定浓度的非活性气体的气体供给源2，借助用于导入各气体的配管4，使各气体供给源1、2与用于混合储存各气体的缓冲罐5相连接，在缓冲罐5上连接有配管6，借助该配管6将储存在缓冲罐5中的混合气体供给到半导体处理装置7。为了使缓冲罐内的混合气体中的氟浓度实现均勻化，设有用于将缓冲罐5和用于导入各气体的配管4连接起来的配管8。此外，也可以在用于变更缓冲罐内的气体循环流量且调整缓冲罐内的氟气浓度的配管8上设有旁通阀。通过设有用于将该缓冲罐5和导入各气体的配管4连接起来的配管8，从而将一度储存在缓冲罐5中的混合气体导入到用于导入各气体的配管4中，且通过使混合气体循环从而能够将上述混合气体调整为氟浓度均勻的混合气体。此外，优选在用于将缓冲罐5和导入各气体的配管4连接起来的配管8上设有阀 9，根据所使用的缓冲罐的大小、所要求的混合气体的氟浓度等条件，考虑是否具有使缓冲罐内的混合气体循环必要性，从而进行阀的开闭及开度调节，调节缓冲罐内的混合气体的氟气浓度。为了使缓冲罐5内的混合气体循环，优选在用于使混合气体循环的气体管线、例如用于将缓冲罐5和导入各气体的配管4连接起来的配管8上设置用于使混合气体循环的泵12。此外，通过用变换器(Inverter)控制设置在用于使混合气体循环的气体管线上的泵12及利用阀9的开闭度来进行循环气体的流量调整，从而能够任意地调整储存在缓冲罐5中的混合气体的氟浓度。在非活性气体供给源2的气体供给管线上设有用于对供给到缓冲罐5的气体的流量进行调整的气体流量调整装置11。在将非活性气体供给源2和缓冲罐5连接起来的气体导入配管4上设有用于控制混合气体中的氟浓度的监视装置13，借助控制电路15连接监视装置13和设在非活性气体供给源2上的、用于调整非活性气体的流量的气体流量调整装置11。虽然通常主要利用用于产生氟气的电解槽的电流值、阀的开闭度等来调整由现场氟气产生装置获得的氟气的流量，但是也可以在氟气供给源1的气体供给管线上设有用于调整氟气的流量的气体流量调整装置aa。在氟气供给源1的气体供给管线上设有用于调整氟气的流量的气体流量调整装置aa的情况下，与非活性气体供给源1同样地，能够借助控制电路15连接监视装置13和设于氟气供给源1的、用于对氟气的流量进行调整的气体流量调整装置aa。监视装置13设置在能够分析循环的混合气体的位置即可，没有特别限定，但是优选上述监视装置13设置在用于将缓冲罐5和导入各气体的配管4连接起来的配管8上，或者设置在向缓冲罐5导入气体的气体管线的即将到达缓冲罐5的部分上。利用监视装置13，测量混合气体中的氟气的浓度，借助控制电路15输送所获得的浓度信息，基于该信息调整设在非活性气体供给源2的气体供给管线上的气体流量调整装置11，从而能够使混合气体中的氟维持为规定浓度。此外，同样地，也能够在氟气供给源1的气体供给管线上设有气体流量调整装置， 利用监视装置13调整氟气的流量而调整混合气体中的氟浓度。此外，为了测量氟气的浓度，优选在监视装置13中设有在线式(in-line)气体分析器。作为在线式气体分析器能够测量氟浓度即可，没有特别限定，但是特别优选该分析器是紫外可见分光光度计(UV-Vis)。此外，优选在用于将储存在缓冲罐5中的混合气体供给到半导体处理装置7的配管6上设置有气体流量调整装置10，根据所使用的半导体处理装置的作业条件而调整气体流量。为了适当地保持缓冲罐内的混合气体压力，优选在缓冲罐中设置有用于检测气体压力的气体压力检测装置，优选借助监视装置自气体压力检测装置将检测出的混合气体压力的值输送到设置在现场氟气产生装置上的整流器(氟气导入侧)，利用整流器的电流值的变化(电流值的上升、下降)进行氟气的流量控制。作为产生用于供给的氟气的方法，可以使用在由包含氟化氢的熔融盐构成的电解槽中电解氟化氢从而产生氟气的方法、利用金属氟化物固体的热分解反应而产生氟气的方法等，只要是在现场产生并供给氟气的方法，并不进行特别限定。这里，现场是指用于产生及供给氟气的机构与规定的处理装置、例如半导体处理装置的主处理装置相组合。作为被使用的非活性气体，可以举出氩气、氮气、氦气及氖气等，只要是不与氟气相互作用且不会对使用的半导体处理装置造成影响的气体即可，不特别限定气体种类。作为用于缓冲罐的材质可以举出对氟气的抗性较高且具有充分的机械强度的镍、 蒙乃尔合金(monel)及不锈钢等金属。氟气供给系统的比较例接下来，对图2所示的本发明的氟气供给系统的比较例进行说明。以下，与图1的说明相同地对图2的氟气供给系统的比较例进行说明，只要没有特别地提示说明，基本的气体供给系统的结构、作用与图1相同。图2所示的氟气供给系统是用于混合由氟气产生装置获得的氟气和用于将氟气调整到规定浓度的非活性气体、将该混合气体储存在缓冲罐中且将其供给到作为对象装置的半导体处理装置中的气体供给系统。
图2所示的氟气供给系统包括气体供给部17，该气体供给部17包含用于供给由氟气产生装置获得的氟气的气体供给源15和供给用于将氟气调整到规定浓度的非活性气体的气体供给源16，借助用于导入各气体的配管18，使各气体供给源15、16与用于混合储存各气体的缓冲罐19相连接，在缓冲罐19上连接有配管20，该配管20用于将储存在缓冲罐 19中的混合气体供给到半导体处理装置21。在各气体供给源15、16的气体供给管线上设有用于调整供给到缓冲罐19的非活性气体的流量的气体流量调整装置23。在用于将储存在缓冲罐19中的混合气体供给到半导体处理装置21的配管20上设置气体流量调整装置，以根据使用的半导体处理装置的作业条件调整气体流量。在用于连接各气体供给源15、16和缓冲罐19的气体导入配管20上设置泵对。比较例和本发明的不同之处以下，对本发明与氟气供给系统的比较例的不同之处进行说明。图2所示的氟气的供给系统的比较例与图1所示的本发明的氟气供给系统不同， 没有设有用于使混合气体在储存混合气体的缓冲罐中循环的配管。因此，在比较例中，在使用大型的缓冲罐的情况下，难以使混合气体实现均勻化。作为上述问题的对策，采取了下述方法A.长时间放置使混合气体实现均勻化的方法；B.使用大型风扇(fan)等使缓冲罐内的混合气体实现均勻化的方法；C.在混合气体时使用气体混合装置(静态混合器)而导入预先稀释至规定的气体浓度的气体的方法等。然而，在这些方法中，难以变更缓冲罐内的氟气浓度，且导致浪费时间、设备成本增加，因而生产率下降。此外，虽然通过组合B、C方法且设置用于测量氟浓度的监视装置， 能够变更缓冲罐内的氟气浓度，但是增加了设备，因此导致设备成本增加。另一方面，图1所示的本发明的氟气供给系统的特征在于，设有用于使混合气体在储存混合气体的缓冲罐中循环的气体导入配管。因此，本发明的氟气供给系统具有下述特征，S卩，能够以较短时间且较低成本使缓冲罐内的混合气体实现均勻化，且能够任意变更缓冲罐内的氟气的浓度，因此相对于使用的半导体处理装置等的作业条件(要求的氟浓度、氟使用量等)，能够供给具有适当的氟气浓度的混合气体。此外，图1所示的本发明的氟气供给系统具有下述特征，即，设有用于测量混合气体中的氟浓度的监视装置，根据所获得的氟浓度调整非活性气体的流量，且根据半导体处理装置的氟使用量调整氟产生量，从而能够与图2所示的氟气供给系统的比较例相比以精确的浓度供给氟气。此外，在第1图及第2图中的MFC是Mass Flow Controller (质量流量控制器)的缩略语。
权利要求
1.一种氟气供给系统，其配设在半导体处理装置的气体供给系统中且用于供给氟气， 其特征在于，该氟气供给系统包括气体供给部，其包含氟气的气体供给源和非活性气体的气体供给源； 缓冲罐，其用于储存上述氟气和上述非活性气体的混合气体； 配管A，其用于导入上述各气体供给源的气体并与上述缓冲罐连接； 配管B，其连接上述缓冲罐和上述配管A，用于使上述缓冲罐内的混合气体循环，使混合气体中的氟浓度实现均勻化；气体配管C，其连接上述缓冲罐和上述半导体处理装置；气体流量调整装置，其设在上述气体供给部的非活性气体供给源上，用于调整非活性气体的流量；气体流量调整装置，其设在上述气体配管C上，用于调整从上述缓冲罐供给到上述半导体处理装置的气体流量；监视装置，其用于测量上述混合气体中的氟浓度，根据所测量到的氟浓度调整用于对上述非活性气体的流量进行调整的流量计量装置从而维持规定的氟浓度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 上述监视装置包括在线式分析器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 上述监视装置包括紫外可见分光光度计(UV-Vis)。
全文摘要
本发明的课题在于提供一种能够以稳定、大量且具有精确的浓度的状态将由氟气产生装置产生的氟气供给到半导体处理装置的氟气的当场气体混合及稀释系统。该氟气的供给系统具有下述结构，即，将储存在缓冲罐内的混合气体导入到在进行缓冲罐内调整混合气体前的导入气体的气体导入配管，使混合气体循环，此外，设有用于测量混合气体中的氟浓度的监视装置，能够根据获得的氟浓度而调整非活性气体供给源的流量。
文档编号C01B7/20GK102369591SQ20108001466
公开日2012年3月7日 申请日期2010年2月26日 优先权日2009年4月3日
发明者中原启太, 八尾章史, 宫崎达夫, 毛利勇, 菊池亚纪应 申请人:中央硝子株式会社