(57)【要約】【課題】液化しやすいガスを、ガス容器から処理容器へ極力液化させずに供給することができるガス供給方法およびガス供給システムを提供する。【解決手段】ガス供給方法は、液化しやすいガスを充填したガス容器を準備する工程と、ガス容器から、ガス供給路を介して、液化しやすいガスを、そのガスを用いて基板の処理を行う処理容器に供給する工程と、を有し、ガス供給路において、ガス容器から前記処理容器に向かい、液化しやすいガスの圧力が段階的に低下し、かつ、そのガスの温度が上昇するように液化しやすいガスの圧力および温度を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化しやすいガスを充填したガス容器を準備する工程と、
前記ガス容器から、ガス供給路を介して、前記ガスを、前記ガスを用いて基板の処理を行う処理容器に供給する工程と、
を有し、
前記ガス供給路において、前記ガス容器から前記処理容器に向かい、前記ガスの圧力が段階的に低下し、かつ、前記ガスの温度が上昇するように前記ガスの圧力および温度を制御する、ガス供給方法。
【請求項２】
前記ガスの圧力および温度は、前記ガスの飽和蒸気圧曲線に基づいて制御する、請求項１に記載のガス供給方法。
【請求項３】
前記ガスの温度は、前記ガス容器から前記処理容器に至るまでの間を複数の加熱領域に分けて、各加熱領域をヒータユニットにより加温する、請求項１または請求項２に記載のガス供給方法。
【請求項４】
前記ガスの圧力は、レギュレータにより調整する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス供給方法。
【請求項５】
前記ガスが前記レギュレータによる断熱膨張によって冷却された際にも、圧力および温度の関係が飽和蒸気圧曲線の下側になるように制御される、請求項４に記載のガス供給方法。
【請求項６】
前記液化しやすいガスは、常温（２０℃）における飽和蒸気圧が１００ｋＰａ以下のガスである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガス供給方法。
【請求項７】
前記液化しやすいガスは、ＨＦガスまたはＣｌＦ３ガスである、請求項６に記載のガス供給方法。
【請求項８】
液化しやすいガスを充填したガス容器と、
前記ガスを、前記ガス容器から、前記ガスを用いて基板の処理を行う処理容器に供給するガス供給路と、
前記ガス供給路に設けられた複数のレギュレータと、
前記ガス容器と前記ガス供給路を複数の加熱領域に分け、前記複数の加熱領域のそれぞれを加熱する複数のヒータユニットと、
前記ガス供給路において、前記ガス容器から前記処理容器に向かい、前記ガスの圧力が段階的に低下し、かつ、前記ガスの温度が上昇するように、前記複数のレギュレータと前記複数のヒータユニットを制御する制御部と、
を有する、ガス供給システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記ガスの飽和蒸気圧曲線に基づいて前記ガスの圧力および温度を制御する、請求項８に記載のガス供給システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記ガスが前記レギュレータによる断熱膨張によって冷却された際にも、圧力および温度の関係が飽和蒸気圧曲線の下側になるように制御される、請求項９に記載のガス供給システム。
【請求項１１】
前記液化しやすいガスは、常温（２０℃）における飽和蒸気圧が１００ｋＰａ以下のガスである、請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載のガス供給システム。
【請求項１２】
前記液化しやすいガスは、ＨＦガスまたはＣｌＦ３ガスである、請求項１１に記載のガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガス供給方法およびガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造過程では、ＨＦガスやＣｌＦ３ガス等の液化しやすいガスを用いたプロセスが行われることがある。例えば、特許文献１、２には、フッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスによりシリコン酸化膜を化学的に除去する化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３９１８５号公報
【特許文献２】特開２００８−１６００００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、液化しやすいガスを、ガス容器から処理容器へ極力液化させずに供給することができるガス供給方法およびガス供給システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係るガス供給方法は、液化しやすいガスを充填したガス容器を準備する工程と、前記ガス容器から、ガス供給路を介して、前記ガスを、前記ガスを用いた処理を行う処理容器に供給する工程と、を有し、前記ガス供給路において、前記ガス容器から前記処理容器に向かい、前記ガスの圧力が段階的に低下し、かつ、前記ガスの温度が上昇するように前記ガスの圧力および温度を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、液化しやすいガスを、ガス供給源から処理容器までの間に極力液化させずに供給することができるガス供給方法およびガス供給システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態に係るガス供給方法が用いられるガス処理設備の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１のガス処理設備におけるガス供給システム一例を示す概略構成図である。
【図３】ＨＦの飽和蒸気圧曲線を示す図である。
【図４】シリンダキャビネット内の内部配管の詳細な構成を示す図である。
【図５】ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）の配管のパッシベーション処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照しながら、実施形態について説明する。
図１は、一実施形態に係るガス供給方法が用いられるガス処理設備の一例を示す概略構成図、図２は、図１のガス処理設備におけるガス供給システム２００の一例を示す概略構成図である。
【０００９】
ガス処理設備１００は、液化しやすいガス、例えばＨＦガス、ＣｌＦ３ガスを用いて処理を行うものである。ここで、液化しやすいガスとは、例えば、常温（２０℃）における飽和蒸気圧が１００ｋＰａ以下のガスである。ガス処理設備１００は、ガス容器であるシリンダを収容するシリンダキャビネット１０と、ＶＭＢ（Valve Manifold Box）２０と、ガス処理装置５０とを有している。ガス処理装置５０は、ガスボックス３０と、処理容器（チャンバー）４０とを有している。
【００１０】
ＶＭＢ２０は、ガス処理装置５０が複数ある場合に、各装置へガスを分岐するためのものである。ガス処理装置５０が１つの場合には設けなくてもよい。また、ガス処理装置５０が複数である場合でも、ＶＭＢ２０を設けずに、配管を分岐させるだけでもよい。
【００１１】
シリンダキャビネット１０内のシリンダとＶＭＢ２０との間にはガス流路としての配管６０が設けられる。また、ＶＭＢ２０は、内部で複数に分岐され、ＶＭＢ２０からは複数の配管７０が延びる。配管７０の他端は、ガス処理装置５０のガスボックス３０に接続される。また、ガスボックス３０と処理容器４０とは配管８０で接続されている。
【００１２】
シリンダキャビネット１０、ＶＭＢ２０、ガスボックス３０、配管６０，７０、８０は、ガス供給システム２００を構成する。
【００１３】
図２に示すように、シリンダキャビネット１０は、筐体１１と、筐体１１内に設けられたガス容器であるシリンダ１２と、シリンダ１２からガスを送出する内部配管１３とを有している。内部配管１３には、シリンダ１２から気化したガスを送出するためのバルブ１４および圧力調整用のレギュレータ１５が設けられている。なお、図２では図示していないが、内部配管１３には、レギュレータ１５以外に後述するような種々の機器が介在されている。
【００１４】
ＶＭＢ２０は、筐体２１と、筐体２１内に設けられた内部配管２２とを有している。内部配管２２は、配管６０に接続される主管２３と、主管２３から複数に分岐する分岐管２４を有している。分岐管２４には配管７０の一端が接続されている。分岐管２４には、レギュレータ２５やバルブ２６等が介在されている。
【００１５】
ガスボックス３０は、筐体３１と、筐体３１内に設けられた内部配管３２とを有している。内部配管３２は、筐体３１を貫通するように設けられており、その一端に配管７０の他端が接続され、その他端に配管８０の一端が接続されている。内部配管３２には、上流側から順に、レギュレータ３３、圧力表示器３４、および、マスフローコントローラ等の流量制御器３５が設けられている。また、レギュレータ３３の上流側、流量表示器３４と流量制御器３５の間、および、流量制御器３５の下流側には、それぞれ開閉バルブ３６、３７、３８が設けられている。
【００１６】
処理容器４０は、液化しやすいガス、例えばＨＦガスを用いて、被処理体である基板、例えば半導体基板に対して所定の処理、例えば、上述したＣＯＲ処理等の、シリコン系膜のエッチングを行うためのものである。処理容器４０の上部には、処理容器４０内の載置台（図示せず）に載置された被処理体に対してシャワー状にガスを供給するシャワーヘッド（図示せず）が設けられており、配管８０の他端は、そのシャワーヘッドに接続されている。
【００１７】
供給するガスの圧力は、レギュレータ１５、２５、３３により調整することができる。また、流量制御器３５にてガス流量を制御する際には、流量制御器３５において、ガス流量に応じた圧力変化が生じる。このときのガスの圧力は、処理容器４０に使用最大流量を流し、レギュレータを操作し、動圧で調整する。
【００１８】
そして、図２に示すように、シリンダキャビネット１０のシリンダ１２から送出される際のガス圧力から、処理容器４０へ供給される際のガス圧力まで、段階的にガス圧力が低下するように制御される。このとき、シリンダ１２の出側の圧力が高いほうがガスの安定供給には好ましいが、レギュレータのオリフィスで大きな圧力変動があると、断熱膨張によりガスが液化しやすくなるため、圧力段差を極力小さくすることが好ましい。
【００１９】
本例では、レギュレータ１５からレギュレータ２５までの間がゲージ圧で０．００７ＧＭＰａである。また、レギュレータ２５からレギュレータ３３までの間がゲージ圧で０．００ＭＰａＧ（大気圧）である。レギュレータ３３から流量制御器３５まではゲージ圧で−０．００〜−０．０２５７ＭＰａＧである。さらに、流量制御器３５以降は真空（ｖａｃｕｕｍ）となっている。ただし、図２の圧力制御の例は一例にすぎず、レギュレータの数を増加させて圧力制御をきめ細かく行うこともできるし、ＶＭＢ２０を用いない場合は、レギュレータ１５〜レギュレータ３３までの圧力を同じにしてもよい。また、圧力の数値自体も例示に過ぎない。
【００２０】
シリンダ１２から配管８０までの間には、独立して温度制御可能な複数のヒータユニットが設けられている。複数のヒータユニットにより、シリンダ１２から処理容器４０に至るガス供給路において、シリンダ１２から処理容器４０に向かい、ガスの温度が上昇するようにガスの温度を制御する。温度制御も制御部１１０によりなされる。
【００２１】
複数のヒータユニットとして、例えば図２に示すように、第１ヒータユニット９１、第２ヒータユニット９２、第３ヒータユニット９３、第４ヒータユニット９４、第５ヒータユニット９５、第６ヒータユニット９６、第７ヒータユニット９７を有している。第１ヒータユニット９１はシリンダ１２を加熱する。第２ヒータユニット９２はシリンダキャビネット１０内の内部配管１３を加熱する。第３ヒータユニットは、配管６０、ＶＭＢ２０、および配管７０を加熱する。第４ヒータユニット９４は、ガスボックス３０の内部配管３２の流量制御器３５直前までの前段部分を加熱する。第５ヒータユニット９５は、流量制御器３５を加熱する。第６ヒータユニット９６は、ガスボックス３０の内部配管３２の流量制御器３５よりも後段部分を加熱する。第７ヒータユニット９７は、配管８０を加熱する。
【００２２】
本例では、シリンダキャビネット１０内の温度を２５℃、シリンダ１２からガスボックス３０の流量制御器３５直前までの温度を３５〜４５℃、流量制御器３５の温度を４５℃、流量制御器３５の下流側の温度を１００℃とした例を示している。ただし、図２の温度制御の例は一例にすぎない。例えば、図２の例では、第１〜第７ヒータユニット９１〜９７を設け、加熱領域を７つにした場合を示しているが、加熱領域はこれに限らず、７つよりも多くても少なくてもよい。また、温度の数値自体も例示に過ぎない。
【００２３】
ガスを供給する際の圧力および温度は、シリンダ１２に液体として充填されているガスを気化させた後、再液化せずに処理容器４０まで十分な流量で供給することができるように設定される。ガスの圧力および温度は、ガスの飽和蒸気圧曲線に基づいて決定される。ガスが再液化すると、配管および各種機器にダメージを与える危険性がある。特に、ＨＦガスやＣｌＦ３ガスは腐食性のガスでもあり、液化することにより配管および各種機器の腐食を招く危険性がある。
【００２４】
例えば、ＨＦガスの飽和蒸気圧曲線は図３に示すようなものであり、温度および圧力が飽和蒸気圧曲線の下側になるよう設定する。上述したように、レギュレータではしぼりの部分で急激に圧力が下がり、その後断熱膨張して温度が低下しやすくなるため、局所的に液化しやすくなる。このため、レギュレータ部は蒸気圧曲線より十分マージンをもって圧力および温度を設定する。このような観点から、上述したように、シリンダ１２から処理容器４０に至るガス供給路において、シリンダ１２から処理容器４０に向かい、ガスの圧力が段階的に低下し、かつ、ガスの温度が上昇するようにガスの圧力および温度を制御する。
【００２５】
なお、ＨＦガス等の液化しやすいガスが接触する配管は、ヒータと断熱材とを施工してより液化を抑制することが好ましい。特に、レギュレータ部は圧力変化によりガスが冷却されないように、ヒータの施工および断熱材の施工を厳密に行うことが好ましい。
【００２６】
本実施形態では、このようにガスの液化を防止する対策を取る他、ＨＦガスやＣｌＦ３ガスは腐食ガスでもあることから、処理容器に極力不純物が供給されないようにすることが好ましい。このため、本実施形態では以下の対策をとることができる。
（１）配管として用いるステンレス鋼として不純物の少ないものを用いる。
（２）ガスとして高純度のものを用いる。
（３）ＨＦガス等は、水分と激しく反応し、配管、各種機器の腐食を招くおそれがあるため、ガス出し前にガス配管および各種機器に対して十分なＮ２パージ、サイクルパージを行う。
（４）ガス出し時に最初のガスを捨てる。
（５）配管のパッシベーション処理を行ってコンタミガスの発生を抑える。
【００２７】
上記（１）としては、配管として不純物の少ないステンレス鋼を用いる。ステンレス鋼としては、不純物として含まれるＭｎおよびＣｕの含有量をそれぞれ、０．０５ｍａｓｓ％以下、０．２０ｍａｓｓ％以下としたものが好ましい。ステンレス鋼としてはＳＵＳ３１６Ｌが好ましい。Ｍｎ量が０．５ｍａｓｓ％を超えると、溶接部近傍での腐食が認められるようになる。また、Ｃｕの含有量が０．２０ｍａｓｓ％を超えると被処理体である半導体に悪影響を及ぼす。Ｃｕの含有量はより低いことが好ましく、０．１０ｍａｓｓ％以下であることがより好ましい。このような不純物の少ないステンレス鋼としては、真空溶解を２回行ったダブルメルト材を用いることが好ましい。なお、ＳＵＳ３１６Ｌのダブルメルト材の基本組成は、Ｎｉ：１４．００〜１５．００ｍａｓｓ％、Ｃｒ：１７．００〜１８．００ｍａｓｓ％、Ｍｏ：２．５０〜３．００ｍａｓｓ％であり、その他、Ｃ：０．０１０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．１５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０２０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００２ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００１５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００２０ｍａｓｓ％以下、Ｈ：０．０００５ｍａｓｓ％以下、残部Ｆｅおよび不可避不純物であることが好ましい。配管としては、ガス通流面を電解研磨して表面粗さＲｙを０．７μｍ以下にしたものが好ましい。
【００２８】
上記（２）としては、液化しやすいガスとして不純物が含まれると、配管の腐食や、シャワーヘッドの詰り等の原因となる。例えばＨＦガスの場合は、純度９９．９９９ｍａｓｓ％以上と極めて高純度であり、かつ、不純物として質量基準でＨ２ＳｉＦ６：１ｐｐｍ以下、Ｈ２Ｏ：５ｐｐｍ以下のものを用いることが好ましい。Ｓｉ含有量が多いと、処理容器内のシャワーヘッドの詰りの原因となり、Ｈ２Ｏが多いと腐食の原因となる。ＣｌＦ３ガスの場合は、純度９９．９ｍａｓｓ％のものを用いることが好ましい。
【００２９】
上記（３）を行うためのシリンダキャビネット１０内の内部配管の詳細な構成を図４に示す。上述したシリンダキャビネット１０の内部配管１３には、バルブ１４およびレギュレータ１５の他、第１の圧力表示器１１１、排気ライン１１２、パージライン１１３が設けられている。また、内部配管１３のレギュレータ１５の上流側にはバルブ１１５が設けられ、下流側には、第２の圧力表示器１１６、バルブ１１７、調節バルブ１１８、および第３の圧力表示器１１９が順に設けられている。
【００３０】
装置からの真空引きのみでは配管のドライダウンを十分に行えないことから、パージライン１１３からＮ２ガスを、内部配管１３を含めた処理容器４０に至るガス供給路に流すことでガス供給路のＮ２パージを行う。また、シリンダ交換時には、排気ライン１１２からの排気と、パージライン１１３によるＮ２パージを交互に行うサイクルパージを行う。第１の圧力表示器１１１、第２の圧力表示器１１６、第３の圧力表示器１１９により、内部配管１３の圧力の推移を見ることができる。
【００３１】
上記（４）について、シリンダ１２からの出し始めのガスは、シリンダ１２の内壁のシリカ研磨の影響で、Ｓｉ成分等が多くトラブルの原因となるため、最初のガスは例えば１ｓｌｍで５時間程度、排気ライン１１２等を経由して捨てることが好ましい。
【００３２】
なお、シリンダ１２からのガス出し時に、ガスボックスまでの配管には一気にガスを詰めないことが好ましい。配管容積がシリンダ１２内の基体の堆積よりも大きい場合、気化が追いつ付かず、液を吸い上げる可能性がある。このため、バルブ１４を一気に開けず、徐々に開けることが好ましい。
【００３３】
上記（５）については、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の配管の表面には厚さ数ｎｍ程度の自然酸化膜（Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３）が形成されている（図５の（ａ））。この酸化膜中の酸素とＨＦガスが反応すると、ＣｒＯ２Ｆ２などの蒸気圧が高いコンタミガスが発生する（図５の（ｂ））。そこで、ガス出し後に１０時間以上、例えば１４時間の間、配管にＨＦガスを流すパッシベーション処理を行って、配管の表面にＣｒＦｘ，ＦｅＦ２等のフッ化不動態膜を形成する（図５の（ｃ））。これにより、実処理におけるコンタミガスの発生を抑制することができる。
【００３４】
本実施形態によれば、ＨＦガスやＣｌＦ３ガスのような液化しやすいガスを、ガス容器であるシリンダ１２からガス供給路を介して処理容器４０に供給する。この際に、ガス供給路において、シリンダ１２から処理容器４０に向かい、ガスの圧力が段階的に低下し、かつ、ガスの温度が上昇するようにガスの圧力および温度を制御する。
【００３５】
これにより、ガス供給路の途中でガスが液化することを有効に抑制することができる。このとき、ガスの圧力と温度は、飽和蒸気圧曲線に対して十分にマージンを持たせることにより、特にガスが急激に断熱膨張するレギュレータのオリフィス部でも、ガスの液化を生じ難くすることができる。
【００３６】
従来、ＨＦガスを用いた処理については、特許文献１、２に記載されているが、特許文献１，２には、ＨＦガスのような液化しやすいガスをどのように供給するかについては記載されていない。
【００３７】
そこで、実施形態では、液化しやすいガスを再液化しないように供給すべく、シリンダ１２から処理容器４０に向かい、ガスの圧力が段階的に低下し、かつ、ガスの温度が上昇するようにガスの圧力および温度を制御するようにする。
【００３８】
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００３９】
例えば、上記実施形態のガス供給システムは例示に過ぎず、液化しやすいガスを常圧から真空状態へ圧力を低下させて供給するガス供給システムであればよい。
【００４０】
また、上記実施形態では液化しやすいガスとしてＨＦガスおよびＣｌＦ３ガスを例示したが、これに限るものでなく、ＴｉＣｌ４ガスや、Ｈ２Ｏガス（水蒸気）等であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０；シリンダキャビネット
１２；シリンダ（ガス容器）
１３；内部配管
１５，２５，３３；レギュレータ
２０；ＶＭＢ
２２；内部配管
３０；ガスボックス
３２；内部配管
３５；流量制御器
４０；処理容器
５０；ガス処理装置
６０，７０，８０；配管
９１〜９７；ヒータ
１００；ガス処理設備
１１０；制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020141038.tif 000005
【図４】
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【図５】
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