(57)【要約】本発明は、一般に、半導体製造に関する。より具体的には、本発明は、１つの材料を半導体基板上に形成された別の材料に対して選択的に酸化させるシステム及び方法に関する。高水素濃度雰囲気で作業を行う際に内在する人員及び装置に対する危険を防止するための革新的な安全機能を含む、処理を行うための高水素濃度酸化システムが提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの材料を１つ又はそれ以上の半導体基板上に形成された別の材料に対して選択的に酸化させる方法であって、
約７００℃から８５０℃の範囲の温度で、プロセス・チャンバ内の前記１つ又はそれ以上の半導体基板を約１０％から３０％の蒸気及び残部の水素を含む環境と接触させて、前記１つの材料に選択的に酸化層を形成する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
同一の方法が、前記１つ又はそれ以上の基板上で、ポリシリコン材料を選択的に酸化させ、金属材料を実質的に酸化させないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセス・チャンバを約８００℃から８５０℃の範囲の温度に加熱する工程、及び、
前記１つの材料を前記別の材料に対して酸化させる工程、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つの材料がポリシリコンであり、前記別の材料が金属タングステンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記酸化させる工程が、前記１つの材料に約１００Åの二酸化シリコン層を形成するのに十分な時間行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
１つの材料を１つ又はそれ以上の基板上の別の材料に対して選択的に酸化させるための方法であって、
水素と酸素とをトーチ・チャンバ内で反応させて、高水素濃度雰囲気中に蒸気が存在する混合物を生成する工程、
蒸気と水素との前記混合物を、前記基板を収容するプロセス・チャンバに流す工程、
前記トーチ・チャンバ内に位置決めされた火炎センサを用いて火炎の存在を感知する工程、
前記プロセス・チャンバ内に位置決めされた圧力センサを用いて該プロセス・チャンバにおける漏れを検出する工程、及び、
前記火炎センサが前記トーチ・チャンバ内の火炎を検出しない場合、又は、前記圧力センサが前記プロセス・チャンバにおける漏れを検出した場合に、該トーチ・チャンバへの水素の流れを遮断する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
高水素濃度雰囲気中の蒸気を用いて１つ又はそれ以上の基板を処理するためのシステムであって、
水素及び酸素のガス供給を受け、内部に火炎を発生させて水素中に蒸気が存在する雰囲気を生成するトーチ・チャンバと、
処理のために前記基板が内部に配置され、前記トーチ・チャンバから密封管のネットワークを介して水素中に蒸気が存在する雰囲気が供給されるプロセス・チャンバと、
前記火炎を検出するために前記トーチ・チャンバ内にあり、該火炎を検出しない場合に該トーチ・チャンバへの水素のガス供給を遮断するインターロック・システムに対してフィードバックを与える火炎センサと、
前記プロセス・チャンバ内にあり、漏れを検出した場合に前記トーチ・チャンバへの水素のガス供給を遮断するインターロック・システムに対して、該プロセス・チャンバの漏洩完全性に関するフィードバックを与える圧力センサと、
前記プロセス・チャンバに連結され、該プロセス・チャンバからの流出物を、排気システムに前記流出物を送出する前に受け取り、前記トーチ・チャンバ及び該プロセス・チャンバを通過するすべての未反応水素を燃焼させるための１つ又はそれ以上の点火装置が設けられた燃焼ボックスと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項８】
前記プロセス・チャンバ内に蒸気が約１０％から３０％の濃度で存在し、残部が水素であることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセス・チャンバ内に蒸気が２０％以下の濃度で存在し、残部が水素であることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセス・チャンバが、複数の半導体ウェハを支持するボートを収容するようになっていることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体製造に関する。より具体的には、本発明は、高水素濃度環境における半導体又は集積回路上の素子構造の選択的酸化のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子又は集積回路の製造には、多くの複雑なステップが必要である。熱処理は、半導体素子の製造における重要なステップであり、多くの他の処理のうち、熱アニール及び熱酸化などの種々の処理を実行するのに用いられる。
当該技術分野において周知のように、半導体素子は、半導体基板上の多数の導電性構造及び絶縁構造でできている。一般に、ポリシリコン、誘電体、及び金属といった材料の層を含むゲートスタックからなるゲート電極などの素子が用いられる。１３０ｎｍより小さい幾何学的臨界条件を有する半導体素子の場合には、ポリシリコン層は、金属シリサイド層によって上面に付着されることになる。しかしながら、このような素子の回路性能は、素子相互接続線に対する該素子の抵抗によって制限されることが分かった。これらの相互接続線の抵抗を減少させるために、業界では、図１に示すように、金属シリサイド層に代えて、障壁層によって上面に付着されたポリシリコンの相互接続線を作り、次いで金属シリサイド層より低い抵抗を示す金属層を作ることが提案されてきた。
【０００３】
プラズマ・エッチング処理は、典型的には、ゲート素子を定めるのに用いられる。プラズマ・エッチング・ステップは、ポリシリコン層に粗い縁部を残し、該ポリシリコン層の底部にあるゲート誘電体層の近くにプラズマ誘導損傷を引き起こす。このような損傷は、素子の故障又は性能低下をもたらすことがある。このような損傷を最小限にする目的で、ポリシリコン層の側壁に約５ｎｍから１５ｎｍの厚みの薄い酸化層を形成して、プラズマ・ステップで生じたプラズマ損傷を修復する酸化ステップを含む方法が開発された。
しかしながら、プラズマ損傷を修復するのに用いられるこの酸化ステップの際に、金属層が高酸素濃度環境に暴露され、オキシダントが該金属層を破壊する可能性があることが分かった。この問題に対処するために、選択的酸化処理法を調査した。
【０００４】
１つの従来技術手法においては、水素と酸素とを反応させて反応器内環境に水蒸気分圧を生成する触媒反応器を用いて、単一のウェハ反応器内でポリシリコン及びタングステンの金属構造体を有するゲート電極の選択的酸化が行われてきた。しかしながら、このような手法には、触媒反応器の費用が高く、スループットが低い（このような単一のウェハ・システムによって達成可能な１時間当たりのウェハは、約１０枚より少ない）といった欠点がある。
【０００５】
半導体ウェハの製造においては、アニール処理を行うために、バッチ炉システムが長く用いられてきた。多くのバッチ式アニール処理は、水素環境において行われる（水素アニール）。ほとんどのアニール処理では、水素は窒素を用いて希釈され、ガス比によるインターロックなどの安全機構を用いて、水素を爆発限界又は可燃限界以下の濃度に制御する。しかしながら、幾つかのプロセス用途については、最大１００％の水素雰囲気中でのアニールが必要とされる。この種類のシステムは、水素ガス流に先立つ反応器又はチューブの時限窒素パージと、水素ガス流の終了時に作動させられる窒素の自動ポスト・パージを強制的に行う回路の使用を取り入れている。この手法は有用ではあるが、改良が必要である。したがって、半導体素子の製造において、一つの材料を別の材料に対して選択的に酸化させるための改良されたシステム及び方法が望まれる。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の一般的な目的は、高水素濃度環境における半導体又は集積回路上の素子構造の選択的酸化のためのシステム及び方法を提供することである。別の態様において、本発明は、基板上にも存在するタングステンなどの金属層を酸化させることなくポリシリコンを酸化させるというように、１つの材料を半導体基板又はウェハ上の別の材料に対して選択的に酸化させるためのシステム及び方法を提供する。
【０００７】
さらに別の態様において、本発明は、高水素濃度雰囲気で作業を行う際に内在する、人員及び装置に対する危険を防止する安全機能を含むバッチ式熱処理システムにおいて選択的酸化を行うための高水素濃度酸化システム及び方法を提供する。
【０００８】
一態様において、本発明は、１つの材料を１つ又はそれ以上の半導体基板上に形成された別の材料に対して選択的に酸化させる方法であって、約７００℃から８５０℃の範囲の温度で、プロセス・チャンバ内の１つ又はそれ以上の基板を約１０％から３０％の水蒸気と残部の水素とからなる環境と接触させて、該１つの材料に選択的に酸化層を形成する方法を提供する。
【０００９】
別の実施形態において、本発明は、プロセス・チャンバを含むシステムを提供する。プロセス・チャンバには、１つ又はそれ以上の基板が収容され、水素、酸素、窒素、若しくは不活性ガスのいずれか又はすべてを供給する制御可能なガス流システムが設けられる。高水素濃度雰囲気が、トーチ・チャンバを介してプロセス・チャンバに供給される。トーチ・チャンバでは、酸素ガスが水素と反応して、水蒸気を発生させる。基板は、結果として生じる水蒸気と水素との雰囲気下で選択的に酸化される。高水素濃度条件下でのこのシステムの安全な作動を可能にするために、一連のインターロック及び希釈流機能が設けられる。酸素−水素混合物のプロセス・チャンバへの導入に先立って、その混合物の燃焼を確認するために、火炎センサがトーチ・チャンバに設けられる。点火を検出できない場合は処理が中断され、爆発する可能性のある濃度の水素を逃がすために、不活性ガスが高流量でチャンバに送られる（不活性ガス希釈流とも言われる）。同様に、システムの電源障害もまた、該システムの高流量不活性ガス希釈を行う原因となる。プロセス・チャンバの下流には、反応を起こすことなくプロセス・チャンバ及びトーチを通過する未反応水素を完全になくす水素アフターバーナとして機能する「燃焼ボックス」が設けられる。システムが１つ又はそれ以上の漏れ試験及び与圧試験に合格しなかった場合には、水素流を遮断し、及び／又は不活性ガス希釈を開始する付加的なインターロックが設けられる。
本発明の付加的な目的及び利点は、本発明の詳細な説明及び特許請求の範囲を読み、図面を参照することで明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、高水素濃度環境において半導体又は集積回路上の素子構造の選択的酸化のためのシステム及び方法を提供する。より具体的には、一実施形態においては、いずれも半導体基板又はウェハ上に存在する１つの材料を別の材料に対して選択的に酸化させる。
【００１１】
図２を参照すると、部分的に製造された半導体素子が示される。この例においては、示されるように、側壁６を有するゲート電極スタック５が基板上に形成される。具体的には、ゲート電極は、誘電体層が形成された基板からなる。この例においては、誘電体層は、二酸化シリコンで形成される。ポリシリコン層が、誘電体層の上に形成される。この例では窒化タングステン材料（ＷＮ）であるバリア層が、ポリシリコン層の上に形成される。金属層がバリアＷＮ層の上に形成され、次いで該金属層はキャップされる。この例では、金属層は、タングステン（Ｗ）で形成され、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いてキャップされる。
具体的な利点として、本発明は、ゲートスタックの１つの層又は材料を該ゲートスタックの別の層又は材料に対して選択的に酸化させるようにする。具体的には、ポリシリコン層の側壁６の領域は二酸化シリコンの層７で酸化されるが、金属層は酸化されない。これにより、素子内の金属層に損傷を与えることなく、素子抵抗の低減が促進される。
【００１２】
本発明によれば、選択的酸化は、高水素濃度環境で行われる。一般に、半導体ウェハは、（図３（図３Ａと図３Ｂとを合わせて図３となる）に示され、以下に詳細に説明される）熱処理チャンバ１２内に配置される。高水素濃度環境がチャンバ１２内に生成され、この環境は最大で水素１００％とすることができる。酸化は、高水素濃度環境でウェハを水蒸気に曝すことによって行われる。一実施形態においては、水蒸気は、約１０％から３０％の範囲の濃度でチャンバ内に存在し、残部は水素である。
水蒸気は、（パイロジェニック蒸気発生器を形成する）トーチ・チャンバ内において、火炎の存在下で水素と酸素との反応によって生成される。
【００１３】
一実施形態においては、本発明のシステムは、交換される水素及び酸素供給口を有するトーチを備える。さらに、このトーチは、火炎センサを含む。炉には、未反応水素を燃焼させる「燃焼ボックス」が取り付けられる。最後に、一連の安全インターロックを付加して、システムの安全な作動を強化する。
一般に、一実施形態においては、図３に示される本発明のシステム１０は、差圧センサ１４が装備された熱処理又は炉チャンバ１２（チューブ又はプロセス・チューブとも言われる）と、差圧フォトヘリックス１８が装備された水素燃焼ボックス１６と、該燃焼ボックスから排気設備につながる排気管２０と、酸素ガス入口２４、水素ガス入口２６（酸素及び水素の入口の各々は、それぞれのガス・キャビネットに連結されているが、図示されてはいない）、及び紫外線火炎センサ２８を含むトーチ２２とを含む。必要に応じて、例えば窒素ガス、水素ガス、及び酸素ガスの供給源から対応するガス入口につながる密封管が設けられ、密封管並びに適切なチェックバルブ及びフィルタが、トーチと炉チャンバとの間、及び炉チャンバと燃焼ボックスとの間に設けられる。
【００１４】
図３に示されるように、熱処理チャンバ１２は一般的に示されており、当業者であれば他の構成の熱処理システムを用いることができることを理解すべきである。多くの他のチャンバの中でも好適なプロセス・チャンバの一例が、米国特許第６，００５，２２５号に説明されており、参照によりその開示の全体が本願明細書に組み入れられる。
【００１５】
一般に、本発明は、プロセス・レシピによって制御される水蒸気発生手段となるように高水素濃度環境で作動及び停止させることができる水素／酸素パイロジェニック蒸気発生器と、プロセス・チャンバのシールの漏洩完全性を測定するシステムと、その漏洩完全性試験に合格するまで水素を流さないようにする、ユーザ制御レシピの一部ではないインターロックと、電源障害の場合に未反応水素をチューブから抜き、窒素を用いてその水素を危険レベル以下に希釈する手段を自動的に起動させる安全なインターロック・システムとを提供する。また、トーチの高水素濃度雰囲気における水素炎の存在を検出するための方法及びシステムが提供される。
【００１６】
本発明のシステムは、制御可能な高純度水蒸気源となるように高水素濃度雰囲気中で作動及び停止させることができる、トーチ・チャンバを用いたパイロジェニック蒸気発生器を提供するものである。希薄（高酸素濃度）条件下で水素を燃焼させることによって水蒸気を発生させる従来技術のシステムとは対照的に、本発明のシステムは、高濃度の水素を水素−酸素トーチに供給し、次いで燃焼領域への酸素流を制御して、水蒸気を発生させる小さな火炎を生成する。
【００１７】
本発明の別の実施形態においては、プロセス・レシピによって制御される水蒸気発生手段となるように高水素濃度雰囲気中で作動及び停止させることができる水素／酸素パイロジェニック蒸気発生器が提供される。
本発明のさらに別の実施形態は、プロセス・チャンバのシールの漏洩完全性を測定するシステムと、その漏洩完全性試験に合格するまで水素を流さないようにするインターロックとを提供する。
本発明のさらに別の実施形態は、水素処理中の電源障害の場合に自動的に起動して、未反応水素をプロセス・チューブから抜き、窒素を用いてその水素を危険レベル以下に希釈する手段を提供するシステムが提供される。この安全なチューブ・パージ及び除去システムは、電力がない場合でも作動する。
【００１８】
酸化性雰囲気を生成して、半導体基板上のタングステンなどの金属層を酸化させることなくポリシリコンを酸化させるために、結果として得られる本発明の火炎は、標準的な水素トーチによって通常生成されるものと比べて小さく、より穏やかである。このように、従来技術のシステムは、燃焼を確認して、爆発性混合物が生成される可能性があるシステム領域に未燃焼水素が自由に流れていないことのフィードバックをシステム・コントローラに与えるには、適していない。本発明は、トーチ燃焼領域により近い位置に配置された高感度センサを用いる。その出力は、作動した場合には水素流を遮断し、窒素などの不活性ガスを用いて高流量希釈を開始させることになるインターロックとして、システムのプロセス・コントローラに直接フィードバックされる。
【００１９】
一実施形態においては、本発明の方法は、ボート又はカセット（図示せず）などのウェハ支持体に装荷された１つ又はそれ以上のウェハ又は基板上の素子構造を選択的に酸化させるために、図４Ａ及び図４Ｂに示される以下のステップを含む。ステップ１１０に示されるように、プロセス・チャンバ１２下部の窒素環境において、ウェハがボートに装荷される。ステップ１１２において、窒素を流しながら、プロセス・チューブが約３００℃から６００℃のアイドリング温度に設定される。この窒素ガス流は、プロセス・チャンバから酸素及び他の汚染物質をパージするのに十分なものとする。一実施形態においては、窒素流は、約１０標準リットル毎分（ｓｌｍ）である。ステップ１１４でチャンバ内の酸素濃度が検査され、該チャンバ内雰囲気の酸素が約５ｐｐｍより少ない場合は、ステップ１１６において、ウェハを支持するボートが該チャンバ１２内に挿入され、ドアが閉じられる。ステップ１１８でチャンバのドアが閉じられると、例えばトーチが取り外された場合に生じるような大規模な漏れが発生することなくシステムがシールされたことを確認する試験が実行される。ドアが閉じられると、ステップ１２０において、プロセス・チャンバを通して約１０分間、窒素ガスによるプレ・パージが作動する。次に、ステップ１２２において、チャンバへの水素ガス流が、約１０ｓｌｍから２０ｓｌｍで開始され、ステップ１２４において、チャンバ温度が８００℃まで上昇させられる。水素が流れている状態で温度が安定化した後、ステップ１２８において、トーチに酸素ガスが流される。プログラムされた時間内に火炎がトーチ・センサ２８によって検出されなかった場合には、ステップ１２８において、酸素ガス流を停止させて、プロセス・チャンバにおいて爆発する可能性のある混合物の生成を防止する。ステップ１３０においては、水素と酸素との反応によって生成され、残部が水素である約１０％から３０％の濃度の蒸気が、プロセス・チャンバを通って流れ、ポリシリコン材料の上に形成されたタングステン金属などの金属を酸化させることなくポリシリコンを選択的に酸化させる。ステップ１３２においては、選択的酸化ステップの最後に酸素流を遮断して、蒸気の生成を終了させる。ステップ１３４において、温度が低下する間、水素ガスはプロセス・チャンバ内に流れ続ける。ボートをプロセス・チャンバから取り除く温度に達すると、ステップ１３６において、チューブ１２は窒素ガスを用いてポスト・パージされる。ボートは、ステップ１３８において、ウェハの取り外しのためにチューブ下部の窒素環境領域に入れられる。
【００２０】
ボートがチャンバ１２内に挿入され、プロセス・チャンバ内の温度が上昇して、窒素ガス流の下で７００℃から８５０℃の温度で安定し、安定した温度の間に水素流が開始されると、低流量の酸素が、外部のトーチ２２のガス噴射器を通して流される。蒸気を発生させる酸素と水素との反応が進行していることを確認するために、安全インターロックとして、光学センサによって検出できることが好ましい小さな火炎が生成される。
ウェハ内のタングステン又は他の金属層の酸化を防止するためには、遊離酸素がプロセス・チューブ内に導入されないことが最も重要であり、酸素と水素との反応によって生成される蒸気部分の割合が約２０％より低く維持され、水素がチャンバ内雰囲気の残部を構成することが好ましい。
【００２１】
ウェハ上のポリシリコン材料は、５ｎｍから１５ｎｍの表面酸化層が成長するまで酸化される。蒸気は存在するが遊離酸素がない高水素環境下では、タングステン金属は酸化されない。この処理は、酸素ガス流を遮断し、水素を用いて蒸気管をパージし、窒素に切り換え、ウェハのバッチが載せられたボートの出し入れに用いられる値（典型的には６００℃）まで温度を低下させることによって、終了する。チャンバ内及びチャンバ下部の周囲環境は、ウェハが２００℃以下に冷却されるまで、酸素が約１ｐｐｍより少なく維持されることが重要である。
【００２２】
本発明の一実施形態の該略図を示す図３をより具体的に参照して、以下の詳細な説明を行う。当業者であれば、他の特定の構成並びにプログラム可能な論理ルート及びアラームを、本発明の教示の範囲内で用いることができることを理解するであろう。この特定の説明は、例示の目的で与えられ、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。関連するバルブ、コントローラなどを含むガス流路及びインターロック・システム３０全体が、図３に示される。フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ、図示せず）は、入力の組み合わせに基づいて種々の出力をプログラムするのに用いることができる、プログラム可能な集積回路素子である。ＦＰＧＡのプログラミングは、当該技術分野において周知の方法によって行われる。本発明の例示的な実施形態においては、これらの入力は、制御レシピからのバルブ命令と、システムからのアラーム入力とで構成される。ＦＰＧＡの出力は、バルブを作動させるための適切なバルブ用出力と、オペレーティング・システムへの適切なアラーム用出力とを含む。システムの安全性は、ＦＰＧＡにプログラムされた安全論理と、冗長性を持たせたリレー・インターロックとによって決まる。冗長性を持たせたリレー・インターロックは、ＦＰＧＡと並列的に用いられる、リレー論理からなる予備のインターロック・システムとして設けられる。その機能は、一次インターロック・システム（ＦＰＧＡ及び関連電子機器）が故障した場合に、選択されたソレノイドへの電力を遮断することである。
【００２３】
ＬＣＡ基板上のハードウェア回路及びファームウェアは、ガス・インターフェース・サブシステムの電源が許容誤差を逸脱したかどうかを含む障害と、プログラム可能な論理アレイ構成の負荷障害と、マイクロコントローラ監査ファームウェアによるプログラム可能な論理アレイ構成の破損検出と、プロセス・コントローラ・ウォッチドッグ及びマイクロコントローラＸｉｌｉｎｘウォッチドッグによってもたらされる一般障害（サブシステム障害）とを監視する。これらの障害は、この状態が存在する限り、危険なガス・バルブへの電力を遮断し、警報を作動させる。障害が取り除かれると、ガス・バルブは再び作動することになる。こういった障害状態は、ラッチされない。
【００２４】
一般に、ガス・バルブ又は自動バルブは、関連する質量流量コントローラ（ＭＦＣ）の下流に設置されるバルブである。非ゼロ設定点がＭＦＣに送信されると、それらには、自動的にオン命令が与えられ、ゼロ設定点が関連するＭＦＣに送信されると、それらには、自動的にオフ命令が与えられる。図３に示されるように、バルブは、関連するＭＦＣと同じＩＤ番号を用いて識別される（例えば、バルブ１はＭＦＣ１に対応し、バルブ２はＭＦＣ２に対応する）。しかしながら、これらのバルブの実際にオン又はオフにする能力は、ＦＰＧＡにプログラムされたインターロック論理によって個々に制御される。
【００２５】
一般に、プロセス・バルブ又は非自動バルブが処理を制御する。このグループには、ガス・システムにおける他のすべてのバルブが含まれる。それらは、レシピ制御によってＦＰＧＡからオン命令が与えられなければならない。しかしながら、自動バルブと同様に、これらのバルブの実際にオン又はオフにする能力は、ＦＰＧＡにプログラムされたインターロック論理によって個々に制御される。
【００２６】
ガス・システム使用不可（ＧＳＤ）状態は、選択されたガス・バルブのソレノイド及びプロセス制御バルブのソレノイドへの電力が遮断されたときに発生する。これは、安全状態であるように設計される。この例示的な実施形態においては、ユーザ・インタフェースが、リレー接点の組を介してこの状態を示すようにされている。ある種のアラームが、システムをこの状態に移行させる。ツールがこの状態に移行すると、このツールは、ＧＳＤをもたらすアラームが解除され、オペレータがシステムをリセットするまで、この状態にとどまることになる。
【００２７】
ガスがバルブを通って流れることができる場合には、該バルブは、「オン」であると定義される。ノーマルオープン（Ｎ．Ｏ．）バルブの場合には、該バルブは、電源がないときは「オン」である。ガス・システム内のバルブの各々は、ＦＰＧＡからの信号によって制御される。レシピよって生成された信号が、ＦＰＧＡに送信される。ＦＰＧＡは、内部プログラム論理によって信号を処理する。インターロック条件が満たされる場合には、ＦＰＧＡは、信号をバルブ駆動装置に出力してバルブを制御する。リレー論理によって、選択されたバルブに対して冗長性な遮断が行われる。バルブ駆動装置の基板には、選択されたバルブを遮断するようにプログラムすることができる４つのリレー・ループが存在する。これらのループは、「Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤ」と指定される。バルブ駆動装置基板上の４つのリレー・ループに加えて、遮断不可能な第５のループ（Ｅ）が、リレーによる電力遮断を必要としないバルブのために設けられる。
【００２８】
ＦＰＧＡ素子にプログラムされたある種のインターロックが破られると、ＦＰＧＡは、システムをラッチされたＧＳＤ状態に置く。この状態に移行すると警報音が鳴り、この警報音は、主ユニットの後部に設置された「ＳＩＬＥＮＣＥ  ＡＬＡＲＭ」と表記された押しボタン式スイッチによって、又は、フロントパネルのＣＲＴのソフトウェア表示ボタンをマウスでクリックすることによって、停止させることができる。次に、「ＳＩＬＥＮＣＥ  ＡＬＡＲＭ」スイッチのインジケータは、アラームが停止されたことを示すためにオンにされる。アラーム発生の原因となった状態が解除されると、同様に主ユニットの後部に設置された「ＲＥＳＥＴ  ＧＡＳ  ＳＹＳＴＥＭ  ＤＩＳＡＢＬＥ」と点灯している押しボタン式スイッチによって、システムを手動でリセットしなければならない。この例示的な実施形態においては、特に指定のない限り、次のアラーム、すなわち、ガス・キャビネット排気障害（アラーム５）（Ｇａｓ  Ｃａｂｉｎｅｔ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｆａｕｌｔ（Ａｌａｒｍ５））、部品排気障害（アラーム８）（Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｆａｕｌｔ（Ａｌａｒｍ８））、キャビネット過熱（アラーム１０）（Ｃａｂｉｎｅｔ  Ｏｖｅｒ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ａｌａｒｍ１０））、燃焼排気障害（アラーム１１）（Ｂｕｒｎ−ｏｆｆ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｆａｕｌｔ（Ａｌａｒｍ１１））、ガス・キャビネット・ドア開放（アラーム１４）（Ｇａｓ  Ｃａｂｉｎｅｔ  Ｄｏｏｒ  Ｏｐｅｎ（Ａｌａｒｍ１４））、部品除去（アラーム３３）（Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｒｅｍｏｖａｌ（Ａｌａｒｍ３３））、外部システム使用不可要求（アラーム３７）（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｉｓａｂｌｅ  Ｒｅｑｕｅｓｔ（Ａｌａｒｍ３７））、（窒素が流れている場合には）窒素圧低（アラーム２８）（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｗ（Ａｌａｒｍ２８））が、ツールを常にＧＳＤ状態に移行させる。これらのアラームは、以降の段落でより詳細に説明される。当然のことながら、他の構成及びアラームを本発明の範囲内で用いることができる。
【００２９】
ある臨界アラームが、ＦＰＧＡへの入力だけでなく、リレーを作動させるのに用いられる。これらのアラームの１つがアクティブになった場合は、関連するリレーは、電源を切って、選択されたバルブから電力を除去し、冗長性な遮断が行われる。ＦＰＧＡをＧＳＤ状態に移行させる大部分のアラームは、リレーによってバックアップされる。特に指定のない限り、次のＧＳＤアラーム、すなわち、ガス・キャビネット排気障害（アラーム５）、部品排気障害（アラーム８）、スカベンジャ排気障害（アラーム１１）、ガス・キャビネット・ドア開放（アラーム１４）、及び部品除去（アラーム３３）は、ハードウェア・リレーによってバックアップされる。特に指定のない限り、プロセス・ドア開放（アラーム６）（Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｄｏｏｒ  Ｏｐｅｎ（Ａｌａｒｍ６））及びＡＣ電源障害（アラーム３２）（ＡＣ  Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｕｌｔ（Ａｌａｒｍ３２））は、ＧＳＤ状態をもたらさずに、リレーの作動及びＦＰＧＡの論理によってシステム使用不可用バルブへの電力を遮断する。部品ドア開放（アラーム５９）（Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｄｏｏｒ  Ｏｐｅｎ（Ａｌａｒｍ５９））及びガス・システム・ウォッチドッグ（アラーム３８）（Ｇａｓ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗａｔｃｈｄｏｇ（Ａｌａｒｍ３８））は、リレーの作動のみによってシステム使用不可用バルブへの電力を遮断する。
【００３０】
人員又は装置に対して危険であると考えられるプロセス・ガスが流れるすべてのバルブは、システム使用不可用バルブと考えられる。本発明のこの例示的な実施形態においては、次のバルブ、すなわち、高水素（バルブ２）（Ｈｉｇｈ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ（Ｖａｌｖｅ２））、低水素（バルブ４）（Ｌｏｗ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ（Ｖａｌｖｅ４））、水素使用可（バルブ１２）（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｅｎａｂｌｅ（Ｖａｌｖｅ１２））、水素マニホルド・パージ（バルブ９、ノーマルオープン・バルブ）（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｍａｎｉｆｏｌｄ  Ｐｕｒｇｅ（Ｖａｌｖｅ９））、酸素（バルブ３）（Ｏｘｙｇｅｎ（Ｖａｌｖｅ３））、及び酸素マニホルド・パージ（バルブ１１、ノーマルオープン・バルブ）（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｍａｎｉｆｏｌｄ  Ｐｕｒｇｅ（Ｖａｌｖｅ１１））は、ガス・システム使用不可用バルブである。
【００３１】
ＡＣ電源を喪失しているシステムのせいで電力モニタ・リレーの電源が切られると、電源障害（アラーム４７）（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｉｌ（Ａｌａｒｍ４７））信号が、プロセス・コントローラに送信される。この同じ電源障害信号はまた、約３０秒の遅延回路を起動する。３０秒の遅延回路がタイムアウトになった後に、ＡＣ電源障害（アラーム３２）が生成される。アラーム３２は、約１２０秒のタイマーを開始させる。この約１２０秒の間に、無停電電源電力で作動するシステムは、制御された停止に移行する前に重要なデータを保存する。約１２０秒のタイマーがタイムアウトになった後に、ＥＰＯ信号が生成され、システムへの全電力が遮断される。しかしながら、アラーム３２がアクティブになる前にＡＣ電源が「回復」すれば、システムは、ＥＰＯ状態に移行することはない。この場合には、電力損失以前の状態で、処理が続くことになる。
【００３２】
ＦＰＧＡの論理が、一次プロセス・ガス流を監視するためのガス時間計を駆動するランタイム信号を与える。本システムにおいては、監視されるプロセス・ガスは、水素（Ｈ２）である。次の条件、すなわち、高Ｈ２（バルブ２）又は低Ｈ２（バルブ４）及びＨ２使用可（バルブ１２）はオンでなければならない、という条件によって、信号がＧＨＭに送信される。
【００３３】
この例示的な実施形態には、２つの自動窒素ガス・パージが含まれる。システムがシステム使用不可状態に移行した場合、又はシステム電源が喪失した場合には、システム使用不可又は電源遮断パージが行われる。水素流が使用可能である場合（バルブ１２）には、時限前処理パージが行われ、水素処理が何らかの理由で中断された場合には、時限後処理パージが行われる。水素マニホルドは、１０ｓｌｍの流量絞りを通して超高純度窒素（ノーマルオープン・バルブ９及び１１）によってパージされる。上述の２つの窒素バルブによる水素マニホルドのパージは、ガス・システム使用不可状態に移行するとすぐに開始し、該システムが手動でリセットされるまで変わらずに続く。システムがリセットされた時点で、バルブ９及び１１は通電されて通常の非流量状態になり、パージが終了する。このパージは、後述のように、Ｎ２圧低アラーム２８によって引き起こされる場合を除いて、ガス・システム使用不可状態のすべての場合で行われることになる。システム電源が喪失した場合には、ノーマルオープンのパージ・バルブが開放され、Ｈ２マニホルドは、パージされ続けることになる。
【００３４】
時限前処理及び後処理不活性ガス・パージが、窒素圧低（アラーム２８）によって引き起こされるガス・システム使用不可状態の最初及び最後に開始されるが、水素ガスは流れ続ける。さらに、バルブ１２を通る水素流が使用可能になると、これらのパージが開始される。また、水素ガス流が水素処理中に何らかの理由で遮断されるたびに、パージが命令される。時限前処理及び後処理パージ中は、アラーム３６（エレベータ使用不可（Ｅｌｅｖａｔｏｒ  Ｄｉｓａｂｌｅｄ））を作動させて、エレベータ機構を使用不可能にする。アラーム１９（プレ／ポスト・パージ（Ｐｒｅ／Ｐｏｓｔ  Ｐｕｒｇｅ））。ステータス・インジケータもプロセス・コントローラに送信されることになる。パージ・バルブ９及び１１は電源が切られて流れ状態になり、約１０分のカウントダウンが開始する。パージが開始された後及びパージが完了する前に窒素圧低アラーム（アラーム２８）が発生した場合には、パージのカウントダウンは、アラーム発生のたびに、窒素圧が非アラームレベルに戻るまで一時停止され、合計で約１０分の窒素パージが行われるまで完了しない。アラーム１９は、パージが開始された時点から、パージが完全に終了するまで絶えず表示され、エレベータは、アラーム３６（エレベータ使用不可）によって使用不可能にされる。前処理及び後処理パージの完了時に、及びシステム使用不可アラームがリセットされた後に、バルブ９及び１１の両方は通電されて、通常の非流量状態となる。
【００３５】
システムは、水素ガスが流れているときにはオンでなければならない水素燃焼ボックス１６を含む。例示的な実施形態においては、燃焼ボックスは、１２０ボルトのＡＣから電力を供給され、排気システムに排出される前に未反応水素を燃焼させる「アフターバーナ」として機能する二重点火装置（点火装置＃１及び点火装置＃２）を含む。前処理パージが開始されると、主点火装置（点火装置＃１）は、ＦＰＧＡの論理によって作動され、後処理パージが完了した後まで、オンのまま維持される。燃焼ボックスには、点火装置＃１が故障した場合に作動する冗長性を持たせた予備点火装置（点火装置＃２）も装備される。この障害状態が検出された場合には、燃焼ボックス内の回路が切り換えを行う。燃焼ボックスのオン命令として、バルブ１８用出力が割り当てられる。このバルブは、保守目的でレシピから作動することができる。しかしながら、オン命令がＦＰＧＡの安全論理から生成される場合には、レシピは燃焼ボックスを停止させることができない。燃焼ボックスからの２つのアラーム出力が、点火装置の完全性を知らせる。アラーム１２は、点火装置＃１が開放状態であり、点火装置＃２が作動していることを示す。アラーム１３は、点火装置＃２が開放状態であり、燃焼ボックスが水素を燃焼させることができないことを示す。アラーム１３は、水素処理を中断させ、後処理パージを開始する。
【００３６】
好ましくは、プロセス・チューブの近くに設置された差圧フォトヘリックス１６が、プロセス・チャンバ１２の内部と外部圧力との圧力差を監視する。水素ガスが流れるようになる前に漏れ試験を行って、チューブのシールの完全性を検査する。一例においては、プロセス・ドアが閉じると、ＦＰＧＡの論理によって自動漏れ試験が行われる。ツールが処理又はパージ過程になく、プロセス・ドアが閉じられた場合は、オペレータは、オペレータ・レシピからバルブ１６を作動させることによって自動漏れ試験を開始する。自動漏れ試験は、まず約１０秒間バルブ２７を開いて、チューブ内のすべての圧力を解放することによって行われる。次に、バルブ１６を開いて、差圧センサを使用可能にする。チャンバ排気流は、バルブ２６及び２７を閉じることによってシールされる。次に、窒素ガスがニードル・バルブＭＶ１０を通して約１ｓｌｍの流量でチャンバに流れることができるように、バルブ１０を開く。アラーム２５がアクティブになることによって分かる所定の上限圧力に達すると、バルブ１０を閉じて、窒素ガス流を止める。アラーム２５が約３分以内に作動しなかった場合には、漏れ試験に不合格となり、アラーム７が作動させられる。圧力差は、約３分間監視される。圧力差が所定の下限を上回る状態が継続した場合は、試験に合格する。試験に不合格となった場合には、アラーム７が作動し、該アラーム７は、ドアが開放され、漏れが修理され、ドアシールの再試験に合格するまで維持される。漏れ試験の最後に、バルブ２７が約１０秒間開いて、プロセス・チャンバ又はチューブ内の圧力を均一にする。均一化時間の後に、バルブ１６が閉じ、これにより差圧センサをシールする。
【００３７】
例示的な実施形態においては、トーチ２２の温度は、酸素ガスが流れるようになる前に７５０℃より高くならなければならない。アラーム１（トーチ温度７５０℃以下（Ｔｏｒｃｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｂｅｌｏｗ  ７５０℃））は、酸素処理シナリオの起動アラームとしてのみ機能し、したがって酸素ガスが流れている場合は無効であり、その場合、該アラームは、ＦＰＧＡの論理によって「マスクされる」（システムオペレーションに対して透過的である）。トーチ温度は、酸素ガスが流れている間は約３５０℃から９００℃の範囲内に維持されなければならず、そうでなければ、酸素ガス流は停止されることになる。アラーム２（トーチ温度３５０℃から９００℃の間（Ｔｏｒｃｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  ３５０  ａｎｄ  ９００℃））は、「マスクされた」アラームである。このアラームは、酸素及び水素ガスが流れていない場合には、ステータスとしてプロセス・コントローラに送られることも、ＦＰＧＡによってインターロックとして用いられることもない。一旦アラームが発生すると、このアラームは、ゼロ設定点命令が酸素のＭＦＣに送信されるまで、ＦＰＧＡ内部にラッチされる。
【００３８】
１つの例示的な実施形態においては、トーチの火炎検出器２８は、酸素ガスが流れ始めた後１５秒以内に火炎を検出しなければならず、そうでなければ酸素ガス流は強制的に停止される。初期点火後のいかなる火炎喪失も、アラーム３（火炎検出（Ｆｌａｍｅ  Ｄｅｔｅｃｔ））の迅速な作動、及び酸素流の遮断をもたらすことになる。アラーム３は「マスクされた」アラームであり、このアラームが、ステータスとしてプロセス・コントローラに送られることも、ＦＰＧＡによってインターロックとして用いられることもないことを意味する。一旦アラームが発生すると、このアラームは、ゼロ設定点命令が酸素のＭＦＣに送信されるまで、ＦＰＧＡ内部にラッチされる。
【００３９】
水素流と酸素流との比が概ね２．１５：１より小さい場合には、アラーム４（水素／酸素比２．１５未満（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ／Ｏｘｙｇｅｎ  ｒａｔｉｏ  Ｌｅｓｓ  ｔｈａｎ  ２．１５））が作動させられる。アラーム４は「マスクされた」アラームであり、このアラームが、ステータスとしてプロセス・コントローラに送られることも、ＦＰＧＡによってインターロックとして用いられることもないことを意味する。一旦アラームが発生すると、このアラームは、ゼロ設定点命令が酸素のＭＦＣに送信されるまで、ＦＰＧＡ内部にラッチされる。
【００４０】
フォトヘリック・センサによって監視された約１０秒間のガス・キャビネット排気損失が、アラーム５（ガス・キャビネット排気障害）を発生させる。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、システムをラッチされたガス・システム使用不可状態に移行させる。
【００４１】
幾つかのアラームは、ＦＰＧＡに入力される。プロセス・チャンバのドアが開いているときは、アラーム６（プロセス・ドア開放）がアクティブになる。上述のチャンバ漏れ試験に不合格となった場合は、アラーム７（漏れ試験不合格（Ｌｅａｋ  Ｔｅｓｔ  Ｆａｉｌｕｒｅ））が作動させられる。排気設備障害の検出は、リレーによってバックアップされるＧＳＤアラームであるアラーム８（排気設備障害）を起動する。前述のフォトヘリック・センサによって監視された約１０秒間の部品排出損失は、アラーム８を作動させる。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、システムをラッチされたガス・システム使用不可状態に移行させる。このアラームはまた、水素流がオンであるか又はツールがパージ・モードにある場合には、窒素希釈バルブ（バルブ２５）を開く。排気設備が回復し、アラーム８の作動が停止されると、バルブ２５が閉じ、窒素希釈流が停止する。ツールは、オペレータが該ツールをリセットするまで、ＧＳＤ状態にとどまる。センサによる水素ガスの検出は、アラーム９（水素漏れ検出（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｌｅａｋ  Ｄｅｔｅｃｔ））をアクティブにする。このアラームは、水素及び酸素ガス流を遮断する。３つの水素センサが、ガス・キャビネット内、トーチ上方、及びキャビネット内上部に設置される。これらのセンサは、いずれかのセンサが水素を検出した場合に、アラーム９を発生させるように構成される。これらのセンサは、水素について、爆発下限の２５％を検出するように設定される。主キャビネット上面の温度センサが約６２℃より高い温度を検出した場合には、アラーム１０（キャビネット過熱）が作動させられる。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、システムをラッチされたガス・システム使用不可状態に移行させる。前述のフォトヘリック・センサによって監視された約１０秒又はそれ以上の間の燃焼排気損失は、アラーム１１（燃焼排気障害）を発生させる。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、システムをラッチされたガス・システム使用不可状態に移行させる。点火装置＃１が開放状態の場合には、アラーム１２（燃焼点火装置＃１障害（Ｂｕｒｎ−Ｏｆｆ  Ｉｇｎｉｔｅｒ＃１  Ｆａｕｌｔ））がアクティブになる。水素処理が開始される前にこのアラームが作動した場合には、バルブ２を通る水素流は阻止される。水素処理が始まった後にアラーム１２がアクティブになった場合には、水素流は影響を受けない。この条件の下では、アラームは単なる通知に過ぎない。このアラームは、燃焼ボックスの初期作動後約５秒まで、マスクされる。一旦作動させられると、アラーム１２は、水素使用可バルブ（バルブ１２）がレシピによって停止命令を受けるまで維持される。
【００４２】
点火装置＃２が開放状態の場合には、アラーム１３（燃焼点火装置＃２障害（Ｂｕｒｎ−Ｏｆｆ  Ｉｇｎｉｔｅｒ＃２  Ｆａｕｌｔ））がアクティブになる。このアラームは、水素処理を中止させ、窒素ガスを用いた時限後処理パージを開始させる。このアラームは、点火装置の切り換え及び加熱を可能にするようにアラーム１２がアクティブになった後約５秒間、マスクされる。一旦アクティブになると、アラーム１３は、水素使用可バルブ（バルブ１２）がレシピによって停止命令を受けるまで維持される。ガス・キャビネットのドアが開いている場合には、アラーム１４（ガス・キャビネット・ドア開放）がアクティブになる。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、システムをラッチされたガス・システム使用不可状態に移行させる。水流が所定の最小流量以下に下がった場合は、アラーム１６（水流低（Ｌｏｗ  Ｗａｔｅｒ  Ｆｌｏｗ））が発生する。このアラームは、単なる通知に過ぎず、バルブと連動するように用いられるものではない。ＰＴ１０によって測定された設備環境の窒素源の圧力が約６０ｐｓｉｇを下回った場合には、アラーム１８（窒素希釈圧低（Ｎｉｔｒｏｇｅｎ  Ｄｉｌｕｔｉｏｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｗ））がアクティブになる。アラーム１８は、水素処理シナリオの開始アラームとしてのみ用いられる。水素ガスが流れている場合は、このアラームは、単なる通知である。システムが上述の時限自動パージに入る場合には、アラーム１９（時限プレ／ポスト・パージ）が発生する。このアラームは、合計約１０分の窒素ガスによるパージが完了するまで、維持される。このアラームは、エレベータを使用不可能にするアラーム３６を作動させる。このアラームはまた、燃焼ボックスのバルブ（バルブ１８）を強制的に開くのに加えて、バルブ９、１１、及び２７を強制的に「オン」にする。
【００４３】
システムがガス使用不可状態に入る場合には、アラーム２０（ガス・システム使用不可（Ｇａｓ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｉｓａｂｌｅ））がアクティブになる。アラーム２１（漏れ試験（Ｌｅａｋ  Ｔｅｓｔ））は、漏れ試験の間アクティブになり、漏れ試験が完了するまで維持される。このアラームは、単なる通知アラームである。他のマスク・アラーム及び／又は通知アラームは以下に説明される。バルブ１０が開き、ループを通る窒素ガス流が１ｓｌｍより少ない場合には、アラーム２２（ＭＦＭ１０（Ｎ２）流＜１ｓｌｍ（ＭＦＭ１０（Ｎ２）ＦＬＯＷ＜１ｓｌｍ））がアクティブになる。このアラームは、マスクされた通知アラームである。アラーム２４（燃焼ＩＲセンサ障害（Ｂｕｒｎ  Ｏｆｆ  ＩＲ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｆａｕｌｔ））もまた、マスクされる。このアラームは、水素燃焼用点火装置の温度が所定の限度を下回った場合にアクティブになる。このアラームは、燃焼が命令された後の１０秒間、マスクされる。プロセス・ドアが閉じられた状態で、プロセス・チャンバと外部との間の圧力差が所定の上限を超えた場合には、アラーム２５（圧力差高（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｈｉｇｈ））が作動させられる。このアラームが発生した場合には、チューブへの圧力超過を避けるために、該チューブへの全ガス流が遮断される。ＭＦＣ２を通る水素ガス流が最大限界流量の９０％を越えた場合には、アラーム２６（水素流高（Ｈｉｇｈ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｏｗ））が発生する。アラーム２６は、「マスクされた」アラームである。このアラームは、水素ガスが流れていない場合には、ステータスとしてプロセス・コントローラに送られることも、ＦＰＧＡによってインターロックとして用いられることもない。このアラームは、単なる通知であり、バルブと連動するように用いられるものではない。空気ラインの圧力スイッチによって測定される空気圧が６０ｐｓｉｇ＋５ｐｓｉｇより低い場合には、アラーム２７（空気圧低（Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｗ））がアクティブになる。
【００４４】
アラーム２８（窒素圧低）は、圧力トランスデューサＰＴ１によって測定される窒素ガス・ラインのパージ圧が１０ｐｓｉｇ＋５ｐｓｉｇより低い場合にアクティブになる条件付きアラームである。このアラームがアクティブになった時点で、水素ガスが流れているか又はシステムがパージ中である場合には、該システムはＧＳＤ状態に移行する。その時点で、すべてのプロセス・ガスが遮断され、エレベータは使用不可能にされる。圧力トランスデューサＰＴ２によって測定される水素圧が６０ｐｓｉｇより高い場合には、アラーム２９（水素圧高（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｈｉｇｈ））がアクティブになる。このアラームは、水素処理を中止させる。
【００４５】
圧力トランスデューサＰＴ３によって測定される酸素圧が１２ｐｓｉｇより低い場合には、アラーム３０（酸素圧低（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｗ））がアクティブになる。アラーム３２（ＡＣ電源障害）は、ＡＣ入力電源が約３０秒＋５秒より長い時間喪失したときに作動させられる。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、チューブを密封する。アラーム３３（部品除去）は、チャンバが通常の処理位置から移動させられたときに作動させられる、リレーによってバックアップされるＧＳＤアラームである。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、システムをガス・システム使用不可状態に移行させる。
【００４６】
アラーム３４（水素流動中（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｌｏｗｉｎｇ））は、水素がＭＦＣ２を通って流れているときに作動させられる通知アラームである。このアラームは、単なる通知であり、バルブと連動するように用いられるものではない。トーチ・シールドが開放されている場合には、アラーム３５（トーチ・シールド開放（Ｔｏｒｃｈ  Ｓｈｉｅｌｄ  Ｏｐｅｎ））がアクティブになる。アラーム３６（エレベータ使用不可）は、インターロックをもたない単なる通知アラームであり、水素ガスが流れているとき、及び／又は時限前処理及び後処理窒素パージの間に、ＦＰＧＡの論理によって生成される。アラーム３７（外部ガス・システム使用不可要求）は、オペレータによって生成され、オペレータＩ／Ｏパネルを介してツールに送られるＧＳＤアラームである。このアラームは、プロセス・ガス流を遮断し、上記で定められたように、システムをラッチされたガス・システム使用不可状態に移行させる。このアラームは、オペレータによるシステムの緊急停止用の手動制御機能として働く。
【００４７】
ＬＣＡ基板上に設置されたガス・システム・ウォッチドッグ回路（アラーム３８）は、プロセス・コントローラの完全性を監視する。この回路は、プロセス・コントローラによって送信される定期的な信号を監視する。回路が約１０秒以内にこの信号を受信しなかった場合には、ウォッチドッグ・アラームが発生させられる。このアラームは、リレーを使用不可能にし、ＧＳＤバルブを遮断する。このアラームは、ラッチされない。
最後に、ヒータドアが開いているときは、アラーム５９（部品ドア開放）がアクティブになる。このアラームは、リレーを使用不可能にし、ＧＳＤバルブを遮断する。このアラームは、ラッチされない。
【００４８】
実験
初期プロセス試験について、標準的な酸化システムの火炎検出機能をバイパスし、手動検査及び携帯型の手持ち式水素モニタの使用によってドアシールを確認した。この試験は、水素を供給する前にチャンバのシールを確認する方法についての必要性を明らかにした。さらに、付加されるべき必要な安全機能、すなわち、電源異常の場合には、爆発性混合物の生成の可能性を回避するためにシステムがチューブ及びチャンバから水素をパージしなければならないことを、確認した。最後に、試験は、低流量の処理酸素によって生成される小さな火炎は標準的な熱酸化火炎センサでは検出されず、火炎検出を選択的酸化処理のシステム安全インターロックとして用いることができるように変更することが必要であることを示した。
【００４９】
これらの３つの設計課題に対して開発された解決法は、高水素濃度酸化システムのためのシステム安全性に寄与する新規な機能であり、以下に詳細に説明される。チューブからの排気ラインには、バルブが装備されている。プロセス・チューブのドアの閉鎖を検出すると、ファームウェアが、ガスの流出を防止するために排気ラインのバルブを閉じる自動シーケンスを開始する。次いで、内圧が一定のレベルに達したことが検出されるまで、固定オリフィス絞りを通ってチューブ内に入る窒素流を制御するバルブが開かれる。次に、窒素バルブが閉じられ、時限試験時間が開始される。チューブ内の圧力が試験時間を通して下方しきい圧を上回ったままであることを確認するために、試験時間の間、その圧力が監視される。シール部又は損傷を受けた部品からの漏れを検出するように、時間及び下方圧力レベルが選択される。この時間間隔は、典型的には３０秒であるが、他の時間間隔でもよい。プロセス・チャンバへの水素流は、この圧力試験に合格した場合のみ使用可能になる。
【００５０】
電源異常の場合には、チューブからの排気バルブが閉じられ、「Ｔ字管」によって高流量窒素源に接続されるバイパスに対してバルブが開放される。高流量窒素は、チューブ内の水素及び水蒸気を可燃限界以下の濃度（＜４％Ｈ２）に希釈し、混合ガス（形成ガス）は、システムが設置された建物によって提供されるプロセス・ガス排気ダクトに排気される。このことが、システムの電源異常が発生した場合に、燃焼する恐れがあるか又は爆発する恐れさえあるレベルまで水素が蓄積することを防止する。
【００５１】
標準的な火炎検出器は、ガス点火装置の先端の下流約２インチの範囲から発生する紫外線を感知する。水冷式ハウジングを改良することによって、紫外線検出器が、点火装置の先端により近い範囲を検出して、小さなサイズの火炎のみを生成する選択的酸化処理に使用可能となるように、該紫外線検出器の取り付け角度を変更した。
【００５２】
上記の説明及び例によって教示されたように、高水素濃度雰囲気中で半導体ウェハ及び他の基板を選択的に酸化させるシステム及び方法が、本発明により提供される。本発明の特定の実施形態及び例の上記の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、本発明が先の例の幾つかによって説明されたが、本発明はそれによって制限されるものとして解釈されるべきではない。それらは、網羅的なものであること又は本発明を開示されたままの形態に限定することを意図するものではなく、上記の教示の観点から、多くの修正物、実施形態、及び変形物が可能であることが明らかである。本発明の範囲は、本明細書で開示されるように、並びに、本明細書に添付された特許請求の範囲及びその均等物によって、一般的な範囲を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ゲート電極スタックの構造を示す、部分的に製造された半導体素子の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によって選択的に酸化させられたゲート電極スタックの構造を示す、部分的に製造された半導体素子の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による選択的酸化システムの該略図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による選択的酸化システムの該略図である（図３Ａと図３Ｂとを合わせて図３となる）。
【図４Ａ】本発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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