(57)【要約】  希釈流体を送出するために、活性流体源（１２）、希釈流体源（１４）、活性および希釈流体の一方を分配する流体流測定装置（２４）、活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサ（２８）、および希活性流体混合物中の活性流体および／または希釈流体の濃度を感知し、それに応答して流体流測定装置（２４）を調節し、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタ（４２）を使用するシステム（１０）。圧力制御装置（３８）が、システムから分配される希活性流体混合物の所定圧力を維持するように、活性流体および希釈流体の他方の流れを制御するように構成される。これで、システムから分配される流体は、半導体プロセスツールなどの流体使用ユニットに所望の流れを提供するために、例えば質量流量制御装置などの流量制御装置によって調節自在に制御することができる。希活性流体混合物の送出の連続性を維持するよう流体源（１２、１５）を切り換えるために、終点監視アセンブリについても説明する。【選択図】  なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希釈流体を送出するシステムであって、
活性流体源と、
希釈流体源と、
前記活性および希釈流体の一方を分配する流体流測定装置と、
前記活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
前記希活性流体混合物中の活性流体および／または希釈流体の濃度を感知し、それに応答して前記流体流測定装置を調節して、前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタと、
前記システムから分配された前記希活性流体混合物の所定圧力を維持するように、前記活性および希釈流体の他方の流れを制御するように構成された圧力制御装置と、を含むシステム。
【請求項２】
前記流体流測定装置が、活性流体を分配するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記モニタが、前記希活性流体混合物中の前記活性流体の濃度を感知するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記圧力制御装置が、希釈流体の流れを制御するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体流測定装置が、希釈流体を分配するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記モニタが、前記希活性流体混合物中の前記希釈流体の濃度を感知するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記圧力制御装置が、活性流体の流れを制御するように構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
分配される希活性流体混合物が流体を使用するユニットへと流れるように、それに結合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
分配される希活性流体混合物の所定の流れを前記流体使用ユニットへと提供するように、質量流量制御装置が構成された、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記活性流体が、アルシン、ホスフィン、水素、三フッ化窒素、アンモニア、亜酸化窒素、六フッ化タングステン、塩化水素、塩素、臭化水素、ジボラン、メタン、メタン、エチレン、クロロホルム、プロパン、ブタン、六フッ化硫黄、窒素、フッ素、フッ化アンモニウム、燐酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、三フッ化硼素、三塩化硼素、ジクロロシラン、ゲルマン、テトラフルオロメタン、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン、フッ化メチル、ヘキサフルオロエタン、ペンタフルオロメタン、パーフルオロプロパン、オクタフルオロシクロブタン、酸化窒素、シラン、四塩化珪素、四フッ化珪素、トリクロロシラン、セレン化水素および有機金属試薬ガスで構成されたグループから選択された少なくとも１つの流体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記活性流体が超臨界流体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記活性流体種がドーパントガスを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記活性流体源が保持構造を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記活性流体源が、自身上に吸着し、分配状態で自身から脱着可能な前記活性流体を有する物理的吸着媒体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記物理的吸着媒体が流体保存および分配容器内に含まれる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記活性流体源が、活性流体を封じ込めるために自身内に配置された流体圧力調整器を有する流体保存および分配容器を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記流体圧力調整器が、前記モニタを含み、前記システムから分配される前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するよう前記流体圧力調整器を制御するように構成されたフィードバック制御ループに結合する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記モニタが流体分析器を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
希活性流体混合物を分配する関係で、イオン注入半導体製造ツールに結合された、請求項１に記載のシステム。
【請求項２０】
希釈流体を送出するシステムであって、
活性流体源と、
希釈流体源と、
流体の流れで連絡する状態で前記活性流体源と接合し、所定の流量で活性流体を分配するように選択的に調節可能であるガス流測定装置と、
流体の流れで連絡する状態で前記希釈流体源と接合し、所定の圧力で希釈流体を分配するように構成された圧力制御装置と、
所定の流量で分配された前記活性流体を、所定の圧力で分配された前記希釈流体と混合し、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
（ｉ）前記システムから分配する前に、前記希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、（ｉｉ）それに応答して前記流体流測定装置を調節し、前記システムから分配される前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持するように、前記活性流体の分配率を制御するように構成されたモニタと、を備えるシステム。
【請求項２１】
前記流体流測定装置が可変制限流オリフィスを備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記モニタが流体分析器を備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記モニタがＴＰＩＲ分析器を備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２４】
前記モニタがさらに、前記流体分析器と信号を送信する関係で、前記流体分析器によって生成された濃度信号に動作状態で応答して、前記流体流測定装置を調節するためにそれに送信する制御信号を生成するように構成された制御装置を備える、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記ミキサが静的ミキサを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２６】
前記流体流測定装置が、可変制限流オリフィス、質量流量制御装置、前記活性流体供給源から少ない流量で活性流体成分を分配するように作動可能なマイクロ弁、および流量制御弁に結合する流量計で構成されたグループから選択された装置を備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２７】
前記活性流体源が希釈前の状態の活性流体を含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２８】
前記活性流体源が、活性ガスを保持するガス保存および分配容器を備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２９】
前記ガス保存および分配容器が、活性ガスを吸着状態で保持し、前記容器から活性ガスを分配するために活性ガスを脱着する物理的吸着媒体を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ガス保存および分配容器が、内部に配置された調整器を含み、前記調整器の設定点によって決定された圧力で前記容器から活性ガスを分配する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
前記ミキサがベンチュリ、静的ミキサ、ポンプ、圧縮器、回転ミキサ、エジェクタ、エダクタおよび対向するジェットを装備した混合室で構成されたグループから選択された装置を備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３２】
前記モニタが分光計、分光器、電気化学、音響、熱、測光、クロマトグラフィ、測色計、表面弾性波（ＳＡＷ）、フォトニックおよび水素炎イオン化流体モニタで構成されたグループから選択された流体監視装置を備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３３】
さらに、希釈活性流体混合物を使用する設備と接続する希釈活性流体混合物放出ラインと、前記希釈活性流体混合物放出ライン内に、前記希釈活性流体混合物を使用する設備へと流れる前記希釈活性流体混合物の流量を選択的に変化させるように構成された流量制御装置とを備える、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３４】
前記希釈活性流体混合物を使用する設備が、半導体製造ツールを備える、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記半導体製造ツールがイオン注入ツール、化学蒸着ツール、エピタキシャルドーピングツールおよびエッチングツールで構成されたグループから選択されたツールを備える、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記活性流体が半導体製造ガスを含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３７】
流体混合器装置であって、
活性流体源を希釈流体源に接続するように構成された流れ回路と、
流体の流れで連絡する状態で前記活性流体源の流れ回路と接合し、所定の流量で活性流体を分配するように選択的に調節可能である流体流測定装置と、
流体の流れで連絡する状態で前記希釈流体源の流れ回路と接合し、所定の圧力で希釈流体を分配するように構成された圧力制御装置と、
所定の流量で分配された前記活性流体を、所定の圧力で分配された前記希釈流体と混合し、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
（ｉ）前記流体混合器から分配する前に、前記希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、（ｉｉ）それに応答して前記流体流測定装置を調節し、前記流体混合器装置から分配される前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持するように、前記活性流体の分配率を制御するように構成されたモニタと、を備え、
前記流体流測定装置、圧力制御装置、ミキサおよびモニタが流体混合器ボックスに封じ込められ、前記流れ回路が、前記流体混合器ボックスの外側に配置された活性流体および希釈流体源と接続するように構成され、前記希活性流体混合物が前記ボックスの外側の場所に分配される流体混合器。
【請求項３８】
前記ボックスの外側の前記場所が、流体を使用する設備と、前記流体使用設備への前記希活性流体混合物の流れを選択的に変化させるように構成された流量制御装置とを備える、請求項３７に記載の流体混合器。
【請求項３９】
活性流体源および希釈流体源と結合し、前記活性流体源からの活性流体と前記希釈流体源からの希釈流体との混合物として前記希釈流体を送出するような構成である、希釈流体を送出する装置であって、
流体の流れで連絡する状態で前記活性流体源に接合するような構成であり、所定の流量で活性流体を分配するように選択的に調節可能な流体流測定装置と、
流体の流れで連絡する状態で前記希釈流体源と接合し、所定の圧力で希釈流体を分配するような構成である圧力制御装置と、
所定の流量で分配された前記活性流体を、所定の圧力で分配された前記希釈流体と混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
（ｉ）前記希活性流体混合物の分配前に、前記希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、（ｉｉ）それに応答して前記流体流測定装置を調節し、前記分配される希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持するように、前記活性流体の分配率を制御するように構成されたモニタと、を備える装置。
【請求項４０】
前記流体流測定装置が可変制限流オリフィス、質量流量制御装置、マイクロ弁、流量計および流量制御弁で構成されたグループから選択された装置を備える、請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記活性流体源が、（１）自身上に活性ガスを吸着状態で保持する物理的吸着媒体および／または（２）自身上の流体圧力調整器を含む流体保存および分配容器を備える、請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
前記流体保存および分配容器が、半導体製造に使用するガスを含む、請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】
請求項３９に記載の装置を備える半導体製造設備。
【請求項４４】
請求項３９に記載の装置を使用することを含む、希釈流体の送出方法。
【請求項４５】
請求項２０に記載のシステムを使用することを含む、希釈流体の送出方法。
【請求項４６】
請求項３９に記載の装置から前記製造に使用する希釈流体を送出することを含む、半導体製品の製造方法。
【請求項４７】
請求項２０に記載のシステムから前記製造に使用する希釈流体を送出することを含む、半導体製品の製造方法。
【請求項４８】
活性流体源および希釈流体源を設け、
前記活性流体および希釈流体の一方をその流体源から所定の流量で制御自在に分配し、
前記活性流体および希釈流体の他方をその流体源から所定の圧力で分配し、
分配された活性流体を分配された希釈流体と混合して、希活性流体混合物を形成し、
前記希活性流体混合物中の前記活性および希釈流体の少なくとも一方の濃度を監視して、それに応答して前記分配流体の前記分配率を所定の流量に調節し、前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持し、
使用するために前記希活性流体混合物を分解すること、
を含む希釈流体の送出方法。
【請求項４９】
前記活性流体が所定の流量で制御自在に分配される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記希釈流体が所定の圧力で分配される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記希活性流体混合物中の活性流体の濃度を監視する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記活性流体の分配率が、前記希活性流体混合物中の活性流体の前記所定濃度を維持するために、応答して調節される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記使用することが、半導体製品を製造することを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
活性流体源および希釈流体源を設け、
前記活性流体源から所定の流量で活性流体を制御自在に分配し、
前記希釈流体源から所定の圧力で希釈流体を分配し、
前記所定の流量で分配された前記活性流体源からの活性流体を、前記希釈流体源からの希釈流体と混合して、希活性流体混合物を形成し、
前記希活性流体混合物中の活性流体の濃度を監視し、それに応答して前記活性流体の前記分配率を調節して、前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持し、
使用するために前記希活性流体混合物を分配すること、
を含む希釈流体の送出方法。
【請求項５５】
前記使用することが、半導体製品を製造することを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記製造することがイオン注入を含み、前記活性流体がドーパントを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記活性流体源が半導体製造ガスを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
前記活性流体源が（１）前記活性流体に吸着親和力を有する物理的吸着媒体および／または（２）流体圧力調整器を含む流体保存および分配容器を備える、請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
前記監視することが、流体分析器を使用することを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項６０】
前記監視することが、分光計、分光器、電気化学、音響、熱、測光、クロマトグラフィ、測色計、表面弾性波（ＳＡＷ）、フォトニックおよび水素炎イオン化流体モニタで構成されたグループから選択された装置を使用することを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項６１】
前記流体流測定装置が電圧制御の可変制限流オリフィスを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６２】
前記モニタがさらに、前記電圧制御の可変制限流オリフィスに伝達される電圧を検出し、前記電圧が、前記活性流体源の涸渇またはほぼ涸渇状態を示す値になった場合に、前記モニタがそれに応答して、前記活性流体源の分配を不能にする、請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
希釈流体を送出するシステムで、
活性流体源と、
希釈流体源と、
前記活性および希釈流体の一方を分配する流体流測定装置と、
前記活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するミキサと、
前記希活性流体混合物中の活性流体および／または希釈流体の濃度を感知し、それに応答して前記流体流測定装置を調節して、前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタと、
（Ｉ）前記システムから分配される前記希活性流体混合物の所定圧力を維持するように構成された圧力制御装置、および
（ＩＩ）前記活性流体源および希釈流体源の少なくとも一方が、いつ空になるか、または空またはほぼ空の状態に近づいているかを判断し、それに応答してこのような流体源の流体分配を不能にするよう構成された終点検出器アセンブリ
のうち少なくとも一方とを備えるシステム。
【請求項６４】
前記流体流測定装置が電圧に応答する可変制限流オリフィスを備え、前記終点検出器アセンブリが、前記可変制限流オリフィスに伝達される電圧を監視し、それに応答して前記活性流体および希釈流体の少なくとも一方の分配を終了するように構成された、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
（Ｉ）を備える、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６６】
（ＩＩ）を備える、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６７】
（Ｉ）および（ＩＩ）を備える、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６８】
多成分流体を形成するために流体を混合する方法であって、その１つまたは複数の成分の濃度について、前記多成分流体を監視し、それに応答して前記混合を調整して、前記多成分流体中の前記１つまたは複数の成分の濃度を所定レベルに維持し、前記混合流体の少なくとも１つの圧力を監視し、それに応答して前記混合流体の少なくとも１つの流れを調整して、前記多成分流体の圧力を所定レベルに維持することを含む方法。
【請求項６９】
さらに、前記混合を可変流量制御装置で調整することを含む、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
さらに、可変流量制御装置の特徴を監視し、それに応答して、前記監視特徴が前記混合流体の１つまたは複数が涸渇状態に近づいていることを示す場合に、前記流体の混合を終了することを含む、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記可変流量制御装置が可変流制限オリフィスを備える、請求項７０に記載の方法。
【請求項７２】
前記可変流制限オリフィスが電圧で制御される、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
前記可変流制限オリフィスの前記監視される特徴が電圧である、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
対応する元の流体が涸渇するか、ほぼ涸渇した後に、前記流体の混合の連続性を維持するように、新しい流体を前記混合に導入する、請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
請求項６８に記載の多成分流体を使用することを含む、マイクロ電子製品の作成方法。
【請求項７６】
多成分流体の１つまたは複数の成分の濃度を測定するような構成であるモニタと、
作動状態で前記モニタに結合して、前記測定濃度に応答し、相関出力を生成する制御装置と、
前記相関出力に応答して、前記多成分流体の１つまたは複数の成分の流れを調整するように構成された流量制御装置と、
成分を混合して、前記多成分流体を形成するミキサと、
前記モニタに導入される多成分流体の所定圧力を維持するような構成である圧力制御装置と、
を含む流体送出アセンブリ。
【請求項７７】
前記モニタがＴＰＩＲモニタを備える、請求項７６に記載の流体送出アセンブリ。
【請求項７８】
前記流量制御装置が可変制限流オリフィスを備える、請求項７７に記載の流体送出アセンブリ。
【請求項７９】
前記可変流量制御装置が、電圧制御の可変制限流オリフィスを備える、請求項７８に記載の流体送出アセンブリ。
【請求項８０】
請求項７６に記載の流体送出アセンブリを備えるマイクロ電子製品製造設備。
【請求項８１】
さらに、活性ガスを供給する関係で前記流量制御装置に結合する活性ガス源を備える、請求項８０に記載のマイクロ電子製品製造設備。
【請求項８２】
さらに、希釈ガスを供給する関係で前記ミキサに結合する希釈ガス源を備え、前記ミキサが、前記流量制御装置によって流れを調整した後に、前記活性ガス源から活性ガスを受けるように構成された、請求項８１に記載のマイクロ電子製品製造設備。
【請求項８３】
前記モニタに作動状態で結合する前記制御装置が、前記活性ガス源中の活性ガスの終点量にて前記活性ガス源を隔離するように構成された、請求項８２に記載のマイクロ電子製品製造設備。
【請求項８４】
前記モニタに作動状態で結合する前記制御装置が、前記終点で前記活性ガス源を隔離した後、第二活性ガス源に切り換えて、前記設備内の活性ガスの供給連続性を維持するように構成された、請求項８３に記載のマイクロ電子製品製造設備。
【請求項８５】
前記モニタに作動状態で結合する前記制御装置が、制御する関係で前記活性ガス源および前記第二活性ガス源の隔離弁と結合する、請求項８４に記載のマイクロ電子製品製造設備。
【請求項８６】
請求項７６に記載の流体送出アセンブリを使用することを含む、流体の送出方法。
【請求項８７】
請求項７６に記載の流体送出アセンブリを使用することを含む、マイクロ電子製品の作成方法。
【請求項８８】
請求項８０に記載のマイクロ電子製品製造設備を使用することを含む、マイクロ電子製品の作成方法。
【請求項８９】
自身内に所定濃度の１つまたは複数の成分の流体を含む多成分流体を形成するために、２つ以上の流体を組み合わせる方法であって、前記２つ以上の流体を、前記２つ以上の流体のうち１つまたは複数であるが全部ではない流体の調整された追加物と混合することを含み、前記追加物は、前記２つ以上の流体のうち前記１つまたは複数であるが全部ではない流体のうち少なくとも１つの濃度感知に応答して調整され、さらに、所定圧力になるように前記多成分流体の圧力を制御することを含む方法。
【請求項９０】
前記２つ以上の流体がガスを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９１】
前記２つ以上の流体が液体を含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９２】
前記圧力制御が、電子的圧力制御装置を使用することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９３】
前記追加することが、前記混合の前に前記流体の１つが流れる可変制限流オリフィスを使用することによって調整される、請求項８９に記載の方法。
【請求項９４】
前記可変制限流オリフィスが電圧制御の可変制限流オリフィスを備える、請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
前記多成分流体がマイクロ電子装置のドーパント流体を含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９６】
前記マイクロ電子装置のドーパント流体がアルシンおよびホスフィンのうち一方を含む、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
前記濃度を感知することが、ＴＰＩＲ検出器を使用することを含む、請求項８９に記載の方法。
【請求項９８】
流体を吸着媒体によって吸着保持し、放出するために分配状態では脱着する流体分配パッケージから、前記流体の少なくとも１つが供給される、請求項８９に記載の方法。
【請求項９９】
流体を保持する容器を含み、自身の内部に配置された圧力調整器を有する流体分配パッケージから、前記流体の少なくとも１つが供給される、請求項８９に記載の方法。
【請求項１００】
請求項８９に記載の方法によって生産された多成分流体を使用することを含む、マイクロ電子製品の製造方法。
【請求項１０１】
活性流体と希釈流体を混合して、希釈流体を送出するために、その源と結合可能であるサブアセンブリであって、
前記活性および希釈流体の一方を分配するような構成である流体流測定装置と、
前記活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
前記希活性流体混合物中の前記活性流体および／または前記希釈流体の濃度を感知し、それに応答して前記流体流測定装置を調節し、前記希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタと、
前記システムから分配される前記希活性流体混合物の所定圧力を維持するように、前記活性および希釈流体の他方の流量を制御するように構成された圧力制御装置と、
を含むサブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体または他のマイクロ電子デバイス材料のイオン注入ドーピングの原料ガスとして、所定の濃度で希釈ガスを供給する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業は、原料が非常に有毒または有害で、活性ガス種の投与量が小さい用途に、多種多様な希釈ガスを使用している。
【０００３】
例えば、エピタキシャルフィルムのイオン注入ドーピングは、高度に希釈した状態のアルシン、ホスフィン、およびゲルマンを必要とする。一例として、半導体フィルムのドーピングのために、砒素をアルシン／水素の希釈ガス混合物からそれに注入することができる。このような砒素ドーピングの用途では、砒素の含有率が低い、例えば５０ｐｐｍの原料ガスを、水素でさらに希釈し、所望の水素／アルシンガス混合物を達成することができる。希釈アルシン開始材料と、それに追加して最終的な希釈アルシンガス混合物を形成する希釈水素との流れを、質量流量制御装置で制御し、計量した量の最終的な希アルシンをイオン注入システムのイオン化ユニットに送出することができる。
【０００４】
通常、半導体産業では所望の用途にとって有用なガス混合物中で希釈した形態の活性ガス（ドーパントガス種などの当該ガス成分を示すために、以降ではこの用語を使用する）を供給するために、２つの主要な方法を使用している。
【０００５】
希釈ガス供給技術の第一のカテゴリは、原料ガス媒体として、加圧したガスシリンダなどの高圧ガス供給容器から使用するために分配した状態の、予め混合した高圧ガス混合物（低濃度の活性ガス成分を含む）を使用する。このガス供給方法は、以下の欠点を有する。
（１）ガス供給容器が高速で涸渇し、活性ガス消費プロセスの作業中にガス供給容器を何回も交換する必要がある。
（２）ガス供給容器が涸渇したので、それを交換する場合、活性ガス消費プロセスを再認証する必要があることがある。というのは、新しく設置したガス供給容器から供給される活性ガスの濃度が、以前に設置したガス供給容器から分配された濃度と異なることがあるからである。
（３）欠点（２）に加えて、所与のガス供給容器から分配される活性ガスのガス濃度が、ガス供給容器の製造業者によって固定され、下流の活性ガス消費プロセスの経時変化する状態に応じて、様々な濃度を送出する能力がない。
（４）ガス供給容器に保存されたガス混合物中の活性ガスの濃度が、活性ガス成分の分解のせいで経時変化するか、活性ガスの濃度が、ガス供給容器の連続的な交換とともに未知の予想外の状態で変動することがある。
（５）ガス供給容器は通常、容器内の活性ガスの在庫を最大にするために高い大気圧であり、ガス供給容器が破裂するか、容器の関連するヘッドアセンブリ、弁などからの漏れが生じると、潜在的に危険な状態になる。
【０００６】
希釈ガス供給技術の２番目の一般的カテゴリは、化学反応によって所望のガス種を生成するために、固体または液体原料を使用して、ガスを現場で生成することを含む。現場でのガス生成は、以下の関連する欠点を有する。
（１）最初にガスを生成し、定常状態のガス生成を達成するために必要な時間が、通常は長く、ガス分配の速応動作開始を達成することができない。
（２）現場でのガス生成の反応物として使用される原料は、非常に有毒な性質であることが多く、したがって安全性および操作性の問題が生じる。
（３）現場でのガス生成装置は通常、比較的複雑なシステムであり、例えばガス発生室、反応物供給装置、反応物流れ回路（固体の反応物源の場合でも、通常は流体の同時反応物がある）、分配ライン、および関連する現場のフィルタ、清浄器、連動装置などを含む。
（４）従来使用されているような現場でのガス生成装置は、例えばフィルタおよび清浄器などの消耗部品を含み、定期的な交換が必要である。
（５）現場でのガス生成システムは、設備投資の面でも全体的な所有費の面でも比較的費用がかかる。
【０００７】
２００６年６月２０日にJose I. AmoおよびJames A. Dietzに「In-Situ Gas Blending and Dilution System for Delivery of Dilute Gas at a Predetermined Concentration」に対して発行された米国特許第７，０６３，０９７号は、所定の濃度で希釈ガスを送出する現場ガス混合および希釈システムについて説明し、これは活性ガス源および希釈ガス源を含む。所定の流量で活性ガスを分配するために、ガス流測定装置を設ける。ガス混合器ミキサは、（ｉ）ガス流測定装置によって所定の流量で分配される活性ガス源からの活性ガスを、（ｉｉ）希釈ガスと混合して、希活性ガス混合物を形成するように構成される。システムはさらに、希活性ガス混合物中の活性ガスの濃度を感知し、それに応答してガス流測定装置を調節して、活性ガスの分配率を制御し、希活性ガス混合物中の活性ガスの所定の濃度を維持するように構成されたモニタを含む。
【０００８】
米国特許第７，０６３，０９７号に記載されたシステムの１つの実施形態では、半導体製造設備のイオン注入用にガスを送出するよう適応した状態で、モニタがサーモパイル赤外線（ＴＰＩＲ）検出器を含み、システムは原料ガスの流量制御装置として可変制限流オリフィス（ＲＦＯ）を、希釈ガスの流量制御装置として質量流量制御装置（ＭＦＣ）を使用し、マイクロポンプが特定濃度の原料ガスをガス混合器から半導体製造イオン注入ツールに送出する。
【０００９】
このようなイオン注入システムでは、ガス混合器からイオン注入ツールに入る希ガス混合物の全体的な流れを制御できることが望ましい。しかし、流量を調節すると、ガス混合器内に維持された圧力が変化するため、これは問題がある。これは、ＴＰＩＲ検出器が感知しているガス濃度信号を妨害する。というのは、ＴＰＩＲ検出器が感知する信号は、温度と圧力の両方に正比例するからである。圧力に変化があると、ＴＰＩＲの較正が不正確になり、その結果、希混合物中の原料ガスの不正確な濃度が半導体製造ツールに供給される。
【００１０】
また、このようなイオン注入システムでは、混合器を極めて低い圧力、例えば５０torr未満で操作すると、ＴＰＩＲ検出器がどのレベルの原料ガスも感知することができない。
【００１１】
調節した流量で濃度を正確に制御できず、非常に低い圧力の希原料ガスの濃度を潜在的に感知できないことは、重大な動作の問題を呈する。
【００１２】
以上で検討したタイプのガス混合器送出システムで使用される活性ガス源は、流体保存および分配パッケージを含むことができ、ここで物理的吸着剤が、分配状態で活性ガスを脱着し、容器から放出するために、容器内で自身上に活性ガスを保持している。このようなガス供給システムは、米国コネチカット州DanburyのATMI, Inc.からＳＤＳおよびＳＡＧＥの商標で販売され、例えば米国特許第５，５１８，５２８号、第５，７０４，９６５号、第５，７０４，９６７号および第５，７０７，４２４号で説明されている。
【００１３】
ガス混合器送出システムで使用される活性ガス源は、代替的に流体保存および分配パッケージを含むことができ、その圧力調整器は、加圧状態で活性流体を保持している容器の内容積に配置されている。圧力調整器は、設定点によって決定された圧力で、例えば作業時に高レベルの安全性を提供する低圧で流体に由来するガスを分配できるようにする設定点で構成される。このようなタイプの内部調整器のガス供給パッケージは、米国コネチカット州DanburyのATMI, Inc.からＶＡＣという商標で販売され、米国特許第６，１０１，８１６号および第６，０８９，０２７号で説明されている。
【００１４】
上述したガス混合器送出システムに活性ガスを供給するために上述したＳＤＳ、ＳＡＧＥおよびＶＡＣパッケージを使用する際に、ガス保存および分配パッケージがいつ涸渇しかけているかは、使用者にとって不明瞭であることが多い。このような不確実性の結果、パッケージは、実際の涸渇時点に対して時期尚早に使用中止にあることがあり、その結果、パッケージに残っている残留活性ガスが無駄になり、活性ガスを使用するプロセスの経済性に悪影響を及ぼす。あるいは、活性ガスが完全に枯渇し、パッケージが「枯れる」までパッケージが動作し続けることがある。その結果、ガス供給パッケージの交換および活性ガスの新しいパッケージの導入に対応するために、空のパッケージから供給されているプロセスを停止しなければならない。この状況は、超小型電子製品製造設備の作業における停止期間が長くなり、その結果、施設に経済的に悪影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、マイクロ電子製品製造産業は、希釈ガスをプロセス機器に効率的かつ経済的に送出するために、改良されたガス供給源およびガス分配作業の監視を常に必要としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、例えば半導体デバイスおよび集積回路構造の製造に使用されるイオン注入ツール、または他のマイクロ電子デバイス製造作業などの流体を使用するユニットに、希流体を送出するシステムに関する。
【００１７】
１つの態様では、本発明は、希釈流体を送出するシステムで、
活性流体源と、
希釈流体源と、
活性および希釈流体の一方を分配する流体流測定装置と、
活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
希活性流体混合物中の活性流体および／または希釈流体の濃度を感知し、それに応答して流体流測定装置を調節して、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタと、
システムから分配された希活性流体混合物の所定圧力を維持するように、活性および希釈流体の他方の流れを制御するように構成された圧力制御装置と、を含むシステムに関する。
【００１８】
別の態様では、本発明は、希釈流体を送出するシステムで、
活性流体源と、
希釈流体源と、
流体の流れで連絡する状態で活性流体源と接合し、所定の流量で活性流体を分配するように選択的に調節可能であるガス流測定装置と、
流体の流れで連絡する状態で希釈流体源と接合し、所定の圧力で希釈流体を分配するように構成された圧力制御装置と、
所定の流量で分配された活性流体を、所定の圧力で分配された希釈流体と混合し、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
（ｉ）システムから分配する前に、希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、（ｉｉ）それに応答して流体流測定装置を調節し、システムから分配される希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持するように、活性流体の分配率を制御するように構成されたモニタと、を備えるシステムに関する。
【００１９】
別の態様では、本発明は、流体混合器で、
活性流体源を希釈流体源に接続するように構成された流れ回路と、
流体の流れで連絡する状態で活性流体源の流れ回路と接合し、所定の流量で活性流体を分配するように選択的に調節可能である流体流測定装置と、
流体の流れで連絡する状態で希釈流体源の流れ回路と接合し、所定の圧力で希釈流体を分配するように構成された圧力制御装置と、
所定の流量で分配された活性流体を、所定の圧力で分配された希釈流体と混合し、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
（ｉ）流体混合器から分配する前に、希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、（ｉｉ）それに応答して流体流測定装置を調節し、流体混合器から分配される希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持するように、活性流体の分配率を制御するように構成されたモニタと、を備え、
流体流測定装置、圧力制御装置、混合装置およびモニタが流体混合器ボックスに封じ込められ、流れ回路が、流体混合器ボックスの外側に配置された活性流体および希釈流体源と接続するように構成され、希活性流体混合物がボックスの外側の場所に分配される流体混合器に関する。
【００２０】
本発明のさらなる態様は、希釈流体を送出する装置に関し、前記装置は、活性流体源および希釈流体源と結合し、活性流体源からの活性流体と希釈流体源からの希釈流体との混合物として希釈流体を送出するような構成であり、このような装置は、
流体の流れで連絡する状態で活性流体源に接合するような構成であり、所定の流量で活性流体を分配するように選択的に調節可能な流体流測定装置と、
流体の流れで連絡する状態で希釈流体源と接合し、所定の圧力で希釈流体を分配するような構成である圧力制御装置と、
所定の流量で分配された活性流体を、所定の圧力で分配された希釈流体と混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
（ｉ）希活性流体混合物の分配前に、希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、（ｉｉ）それに応答して流体流測定装置を調節し、分配される希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持するように、活性流体の分配率を制御するように構成されたモニタと、を備える装置に関する。
【００２１】
様々なさらなる態様では、本発明は、流体を送出し、以上のタイプの装置およびシステムを使用する方法に関する。
【００２２】
本発明の別の態様は、
活性流体源および希釈流体源を設け、
活性流体および希釈流体の一方をその流体源から所定の流量で制御自在に分配し、
活性流体および希釈流体の他方をその流体源から所定の圧力で分配し、
分配された活性流体を分配された希釈流体と混合して、希活性流体混合物を形成し、
希活性流体混合物中の活性および希釈流体の少なくとも一方の濃度を監視して、それに応答して分配流体の分配率を所定の流量に調節し、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持し、
使用するために希活性流体混合物を分解すること、
を含む希釈流体の送出方法に関する。
【００２３】
本発明の別の態様は、
活性流体源および希釈流体源を設け、
活性流体源から所定の流量で活性流体を制御自在に分配し、
希釈流体源から所定の圧力で希釈流体を分配し、
所定の流量で分配された活性流体源からの活性流体を、希釈流体源からの希釈流体と混合して、希活性流体混合物を形成し、
希活性流体混合物中の活性流体の濃度を監視し、それに応答して活性流体の分配率を調節して、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を維持し、
使用するために希活性流体混合物を分配すること、
を含む希釈流体の送出方法に関する。
【００２４】
本発明のさらなる態様は、希釈流体を送出するシステムで、
活性流体源と、
希釈流体源と、
活性および希釈流体の一方を分配する流体流測定装置と、
活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するミキサと、
希活性流体混合物中の活性流体および／または希釈流体の濃度を感知し、それに応答して流体流測定装置を調節して、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタと、
（Ｉ）システムから分配される希活性流体混合物の所定圧力を維持するように構成された圧力制御装置、および
（ＩＩ）活性流体源および希釈流体源の少なくとも一方が、いつ空になるか、または空またはほぼ空の状態に近づいているかを判断し、それに応答してこのような流体源の流体分配を不能にするよう構成された終点検出器アセンブリ
のうち少なくとも一方とを備えるシステムに関する。
【００２５】
本発明の別の態様は、多成分流体を形成するために流体を混合する方法で、その１つまたは複数の成分の濃度について、多成分流体を監視し、それに応答して混合を調整して、多成分流体中の１つまたは複数の成分の濃度を所定レベルに維持し、混合流体の少なくとも１つの圧力を監視し、それに応答して混合流体の少なくとも１つの流れを調整して、多成分流体の圧力を所定レベルに維持することを含む方法に関する。
【００２６】
本発明のさらなる態様は、以上のパラグラフの方法によって準備された多成分流体を使用することを含む、マイクロ電子製品の作成方法に関する。
【００２７】
本発明のさらに別の態様は、
多成分流体の１つまたは複数の成分の濃度を測定するような構成であるモニタと、
作動状態でモニタに結合して、測定濃度に応答し、相関出力を生成する制御装置と、
相関出力に応答して、多成分流体の１つまたは複数の成分の流れを調整するように構成された流量制御装置と、
成分を混合して、多成分流体を形成するミキサと、
モニタに導入される多成分流体の所定圧力を維持するような構成である圧力制御装置と、
を含む流体送出アセンブリに関する。
【００２８】
別の態様では、本発明は本明細書で説明するような流体送出アセンブリを備えるマイクロ電子製品製造設備に関する。
【００２９】
本発明の追加の態様は、流体を送出する方法に、およびマイクロ電子製品を作成する方法に関する。
【００３０】
本発明のさらなる態様は、自身内に所定濃度の１つまたは複数の成分の流体を含む多成分流体を形成するために、２つ以上の流体を組み合わせる方法に関し、前記方法は、前記２つ以上の流体を、前記２つ以上の流体のうち１つまたは複数であるが全部ではない流体の調整された追加物と混合することを含み、このような追加物は、前記２つ以上の流体のうち前記１つまたは複数であるが全部ではない流体のうち少なくとも１つの濃度感知に応答して調整され、さらに、所定圧力になるように多成分流体の圧力を制御することを含む。多成分流体の圧力制御の代わりに、またはそれに加えて、本発明の特定の実施形態では、温度、密度、混濁度など、多成分流体の他のパラメータを制御することができる。
【００３１】
本発明の別の態様は、以上のパラグラフの方法によって生産された多成分流体を使用することを含むマイクロ電子製品の製造方法に関する。
【００３２】
本発明のさらなる態様は、活性流体と希釈流体を混合して、希釈流体を送出するために、その源と結合可能であるサブアセンブリに関し、このようなサブアセンブリは、
活性および希釈流体の一方を分配するような構成である流体流測定装置と、
活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサと、
希活性流体混合物中の活性流体および／または希釈流体の濃度を感知し、それに応答して流体流測定装置を調節し、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタと、
システムから分配される希活性流体混合物の所定圧力を維持するように、活性および希釈流体の他方の流量を制御するように構成された圧力制御装置とを含む。
【００３３】
本発明の他の態様、形体および実施形態は、以降の開示および請求の範囲からさらに十分に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
２００５年６月２０日にJose I. Arnoの名前で「Photometrically Modulated Delivery of Reagents」に対して発行された米国特許第６，９０９，９７３号、および２００６年６月２０日にJose I. Arnoその他の名前で「In-Situ Gas Blending and Dilution System for Delivery of Dilute Gas at a Predetermined Concentration」に対して発行された米国特許第７，０６３，０９７号が、あらゆる意味で参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３５】
本発明は、活性流体源、希釈流体源、活性および希釈流体の一方を分配する流体流測定装置、活性流体と希釈流体を混合して、希活性流体混合物を形成するように構成されたミキサ、および希活性流体混合物中の活性流体および／または希釈流体の濃度を感知し、それに応答して流体流測定装置を調節し、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタを使用する、希釈流体の送出システムを提供する。システムから分配される希活性流体混合物の所定圧力を維持するように、活性および希釈流体の他方の流れを制御するために、圧力制御装置が配置される。これで、システムから分配される流体は、半導体プロセスツールなどの流体を使用するユニットに所望の流れを提供するために、質量流量制御装置などの流量制御装置によって調節自在に制御することができる。このような目的に有用な半導体プロセスツールは、任意の適切なタイプ、例えばイオン注入ツール、化学蒸着ツール、エピタキシャルドーピングツール、エッチングツールなどでよい。
【００３６】
特定の実施形態では、本発明は活性流体源、希釈流体源、活性流体を分配する流体流測定装置、およびミキサ、例えば混合器またはこのような装置を収容するハウジングまたは室、または流れ回路の一部、または希活性流体混合物を形成するために活性流体と希釈流体を混合するように構成された他の装置または構造を含む。この実施形態では、希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、それに応答して活性流体の分配率を制御するために流体流測定装置を調節し、システムから分配される希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように、モニタが配置される。この実施形態では、システムから分配される希活性流体混合物の所定圧力を維持するように、希釈流体の流れを制御する圧力制御装置が使用される。
【００３７】
本発明は、例えば半導体材料のイオン注入ドーピングの原料ガスとして、希釈ガスを所定の濃度で供給する非常に効果的なシステムおよび方法を提供する。
【００３８】
また、本発明は、希釈流体を送出するために質量流量制御装置を使用することに伴う主要な問題、つまりウェーハ処理ツールに使用される質量流量制御装置が、圧力の大きい振れに対応できないという問題を解決する。質量流量制御装置のこのような欠点は、キャリヤガスと活性ガス成分の組合せによって形成された混合ガス流中で所望の濃度の活性ガス成分を生成するように、キャリヤガスの流れが調整される場合のように、圧力が変動しやすい流れにＭＦＣを使用する場合、監視結果が不正確になる。
【００３９】
１つの特定の実施形態では、以降でさらに詳細に説明するように、流体流測定装置は、活性流体をミキサに流すために活性流体源とポンプとを相互接続する流体流れラインに可変ＲＦＯを含み、圧力制御装置は、希釈ガス源とミキサとを相互接続する流体流れラインに配置された電子的圧力制御装置および／または機械的圧力制御装置を含み、ミキサは静的ミキサを含み、モニタは、希活性流体混合物中で感知された活性流体の濃度に相関する出力制御信号を生成するように構成されたインライン流体分析器を備え、制御信号が流体流測定装置に送信されて、その設定点を調整し、希活性流体混合物の所望の用途に合わせて活性流体の所定の一定濃度を達成する。
【００４０】
その結果、本発明は、選択された濃度の希釈成分流体を含む希流体混合物を制御された圧力で送出するシステムを提供し、それによって分配された流体混合物の使用者は、所望の下流の用途に合わせてその流れを、希釈成分流体の所望の濃度で調節自在に制御することができる。
【００４１】
流体流測定装置は任意の適切なタイプでよく、例えば以上で例示的に検討した可変ＲＦＯ装置、あるいは質量流量制御装置、活性流体供給源から非常に少ない流量で活性流体成分を分配するように作動可能なマイクロ弁要素、分配ライン内で流量制御弁に結合する流量計、または活性ガス源から選択された流量の活性流体を提供するのに効果的である任意の他の要素またはセンブリを含む。
【００４２】
別の実施形態の流体流測定装置は、例えば米国特許第６，０８９，０２７号に記載されているタイプの流体保存および分配容器を伴う流体調整器要素を含み、流体調整器要素は、フィードバック制御ループと作動状態で結合され、分配される流体混合物中で所望の活性ガス濃度を達成するように構成される。
【００４３】
活性流体源は任意の適切なタイプ、例えば使用するために希釈される希釈前の活性ガスを保持するガス保存および分配容器またはコンテナでよい。１つの実施形態では、活性流体源はGlenn M. Tomその他に帰される米国特許第５，５１８，５２８号に記載され、ATMI, Inc.（米国コネチカット州Danbury）からＳＤＳという商標で販売されているタイプの大気圧未満の圧力の活性ガス保存および分配容器を備え、活性ガスは、物理的吸着剤に吸着状態で保持され、容器から活性ガスを分配するためにそこから選択的に脱着される。別の実施形態では、希釈前活性流体源は、Luping Wangに帰される米国特許第６，０８９，０２７号に記載され、ATMI, Inc.（米国コネチカット州Danbury）からＶＡＣという商標で販売されているタイプのガス保存および分配容器を備え、これは調整器の設定点によって決定された圧力で活性ガスを分配するために、内部に配置された調整器要素を特徴とする。
【００４４】
活性流体源は、代替的に任意の適切な方法で、例えば供給構造、材料または作業として構築および／または構成することができる。例えば、活性流体源は、Genn M. Tomその他に帰される米国特許第５，５１８，５２８号に記載されたタイプの固体の物理的吸着剤に基づくパッケージを含むことができる。他の実施形態では、活性流体は、溶液から遊離するか、現場発生器によって発生するか、２００４年１０月に「Reactive Liquid Based Gas Storage and Delivery System」に対して公開された米国特許公開第２００４０２０６２４１号に記載されたような反応性液体から発生するか、反応性固体から、または気化または昇華可能な固体から獲得することができる。概して、活性流体の任意の適切な発生源または供給源を使用することができる。特定の実施形態では、活性流体源は、１９９９年６月２９日に「High Capacity Gas Storage and Dispensing System」に対して発行された米国特許第５，９１６，２４５号に記載されたような保持構造を含む。
【００４５】
希活性流体混合物を形成するために活性流体と希釈流体を混合するように構成されたミキサは、任意の適切なタイプでよく、それによって活性流体と希釈流体を、活性流体の所望の希釈濃度で放出する、例えば下流の希釈流体混合物を使用するプロセスへと流すために、相互に混合する。ミキサは、例えばポンプ、圧縮器、回転ミキサなどの動的混合器、あるいはベンチュリ、静的ミキサ、エジェクタ、エダクタ、対向するジェットを装備した混合室、または活性流体と希釈流体を混合して希活性流体混合物を生成する他の装置、構造またはアセンブリを含んでよい。特定の例として、本発明の実践に有利に使用できる１つの混合器は、ConPro Tec, Inc.（米国ニューハンプシャー州Salem）から販売されているConPro Tec ST250-36静的ミキサである。別の実施形態のミキサは、混合器を収容し、活性ガスを希釈ガスと混合するように構成された混合室によって構成される。
【００４６】
希活性流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、それに応答して活性流体の分配率を制御し、希活性流体混合物中の活性流体の所定濃度を達成するように構成されたモニタは、任意の適切なタイプでよく、分光計、分光器、電気化学、音響、熱、測光、クロマトグラフィ、測色計、表面弾性波（ＳＡＷ）、フォトニックおよび水素炎イオン化タイプを含む。好ましいモニタのタイプはＴＰＩＲ、フーリエ変換赤外線（ＦＴ−ＩＲ）およびＩＲ測光モニタを含む。モニタは任意の適切な方法で構成することができ、例えば希活性流体混合物の放出ライン中にインラインで配置するか、副流サンプリング構成を介して流体をサンプリングするように、または他の任意の適切な方法で配置することができる。
【００４７】
モニタは、本発明の所与の用途にて望ましいような１つまたは複数の監視装置または構成要素を含むことができる。様々な感知様式を介して監視するために複数のモニタ装置を使用する場合、成分監視装置または構成要素のそれぞれによって生成され、希活性流体混合物中の活性流体の濃度を示す信号を処理し、希活性流体混合物中の活性流体の濃度と相関する平均値または補正値の出力信号を提供することができる。このような目的では、制御装置はシステム内のモニタからの信号に応答し、それに応答してシステムを調節し、活性ガスおよびキャリヤガスによって形成された多成分ガス混合物中の活性ガスの所定濃度を維持するように、モニタを制御装置と作動状態で結合することができる。
【００４８】
このような信号処理は、希活性流体混合物中の活性流体の濃度に相関する正味出力信号を提供するために、適切なアルゴリズムまたは計算手順にしたがって、個々の監視装置または構成要素の個々の出力信号を処理するようにプログラムされたプログラマブル汎用コンピュータによって実行することができる。あるいは、信号処理は、希活性流体混合物中の所望の活性流体濃度を達成するように流体流測定装置を調整する適切な出力を提供するために、比較器またはブリッジ回路、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）または他のプロセッサによって実行することができる。
【００４９】
本発明の希釈流体供給システム内の活性流体は、希活性流体混合物が提供される先の特定の希活性流体混合物使用プロセスに応じて、任意の適切なタイプでよい。流体は、例えば半導体または他のマイクロ電子製品を製造するためのドーパントまたは微量試薬種を形成する原料であるガスでよい。あるいは、流体は較正基準として、危険な濃度レベルより下で使用するための滅菌剤として、ナノ濃度の化学反応の試薬として、または研究および試験目的の低濃度突然変異誘発物質のサンプルを準備するためなどに使用することができる。活性流体は、通常は単一の成分流体で構成されているが、本発明の幾つかの実施形態では、予め混合したガス混合物として提供し、次に希釈ガスと混合することができる。希釈ガスは、単一の成分または多成分のガスでよい。
【００５０】
希活性流体混合物を使用するプロセスは、それに対応して変更することができ、産業プロセス、医療診断、研究調査、農業用検定、放射線療法用希釈剤での身体の治療などを様々に含むことができる。好ましい最終用途では、マイクロ電子デバイス製造で半導体デバイスまたは集積回路構造または基板を形成するためにイオン注入に使用するよう、希活性流体混合物を分配する。
【００５１】
希釈流体は、任意の適切なタイプでよく、単一成分の希釈組成、さらに多成分の希釈剤配合を様々に含むことができる。本発明の特定の用途では、潜在的に適切な例示的希釈流体は、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気、クリプトン、キセノン、ハロゲン化キセノン、水素、酸素、アンモニア、および気体状有機金属化合物を含むが、それに制限されない。
【００５２】
次に図面を参照すると、図１は、希釈ガス混合物をイオン注入半導体製造ツールに供給するように構成されたガス送出システム１０の回路図である。
【００５３】
希釈ガス供給システム１０は、希釈前活性ガス源１２を含み、これは例えばGlenn M. Tomその他に帰される米国特許第５，５１８，５２８号に開示されたタイプ、またはLuping Wangその他に帰される米国特許第６，０８９，０２７号に開示されたタイプなどの従来の高圧ガスシリンダ、あるいは大気圧以下の圧力のガス分配システムなどの流体保存および分配容器を含んでよい。
【００５４】
したがって、希釈前活性ガス源１２は、バルブヘッドを装備するか、あるいは外部の調整器、制限オリフィス流制御要素、および他の従来通りの流れ回路要素と結合する容器を備えてよい。バルブヘッドは、ハンドル車アクチュエータによって、あるいは空気圧アクチュエータまたは電磁弁アクチュエータなどの自動弁制御装置によって制御可能な従来通りの流量制御弁（ヘッドバルブ）を含むことができる。
【００５５】
希釈前活性ガス源１２は、閉じたガス流で連絡する状態で、自身内に弁２４および可変制限流オリフィス（ＲＦＯ）２４を有する放出ライン２２と結合する。可変ＲＦＯ２４の下流の放出ライン２６は、小型ポンプ２８に結合する。小型ポンプは、希釈前活性ガスを放出ライン２６から支流ライン３０内に給送し、そこからライン３６内に追加された希釈ガスとともにライン３６に流入させ、静的ミキサ３８に通すように動作可能である。特定の例として、本発明の実践に有用に使用できるこのような１つの小型ポンプは、Senior Operations, Inc.（米国マサチューセッツ州Sharon）から販売されているＭＢ−４１蛇腹ポンプである。本発明の実践に有用な可変ＲＦＯ装置を例示するのは、Pneutronics Devision of Parker-Hannifin（米国ハンプシャー州Hollis）から販売されているモデル１のＶＳＯ弁である。
【００５６】
希釈ガス源１４がシステムに設けられ、ライン３２内の希釈ガスを電子圧力制御装置（ＥＰＣ）３４へと放出し、それを通して流し、ライン３６内のＥＰＣから放出して、静的ミキサ３８へと流すように構成される。あるいは、回転ミキサ、インペラミキサ、エダクタ、または他のミキサを使用することができる。
【００５７】
静的ミキサ３８は、活性ガスと希釈ガスを混合して、希活性ガス混合物を形成するように機能し、これは静的ミキサからライン４０内に放出され、ＴＰＩＲユニット４２へと通り、希活性ガス混合物中の活性成分の濃度を求めるために分析される。
【００５８】
ＴＰＩＲインラインガス分析器４２は、ライン４０から分析器を通って流れ、分析器４２からライン４４内に分配されて、質量流量制御装置１８へと流れる希ガス流中の活性ガスの濃度を示す出力制御信号を生成するように構築され、配置される。希活性ガス混合物の制御された流量の流れは、質量流量制御装置１８からライン４６内に放出され、その中を下流のガス使用プロセスユニット２０、例えばイオン注入設備または他の半導体プロセスツールまたはマイクロ電子デバイス製造施設へと流れる。
【００５９】
ガス混合物中の希釈ガス濃度を示す電子信号が、ＴＰＩＲインライン分析器４２によって生成され、信号送信ライン４８内で制御装置５０へと送信される。制御装置５０は、これに応答して制御信号を生成し、これは信号送信ライン５２内で可変ＲＦＯ２４へと送信されて、ＲＦＯ装置の設定を調節し、それによって小型ポンプ２８へと流れる放出ライン２６内の希釈前活性ガスの流量を調整し、ライン３０および３６を通して静的ミキサ３８へと給送して、したがってＴＰＩＲ分析器４２に流れるガス混合物中で活性ガス成分の所定濃度が維持される。
【００６０】
同時に、ＥＰＣユニット３４は、ガス流ライン３６、４０および４４を含む流路内で一定の設定点圧力を維持するように機能し、したがって下流の質量流量制御装置１８に入る希ガス混合物の圧力は、所望の圧力レベルで一定に維持される。圧力制御装置は通常、流体流測定装置に対して、混合されたガスを送出するシステムの別個の独立した構成要素として使用されるが、本発明の幾つかの実施形態では、圧力制御装置が、流体流測定装置として働くことができ、別個の測定装置の構成要素が必要なくなる。
【００６１】
図１に示すように、可変ＲＦＯ２４、小型ポンプ２８、ＥＰＣ３４、静的ミキサ３８、ＴＰＩＲ分析器２４および制御装置５０を含むガス送出システム１０の構成要素は、関連するガス流ラインおよび信号送信ラインとともに、一体エンクロージャ１６内に設けられ、モジュール式一体装置としてガス混合器ボックスを提供することができ、ライン２２、３２および４４がガス混合器ボックスから突出するか、それ以外の方法で口、コネクタまたは他の結合構造のボックス表面で終了し、このようなラインと活性ガス供給源１２、希釈ガス供給源１４および外部流量制御装置１８それぞれとの接続を容易にする。
【００６２】
動作時には、希釈前（１００％濃度の）活性ガスが希釈前ガス源１２から、可変ＲＦＯ２４を含む放出ライン２２へと分配され、これは希釈前ガスの送出率を制御するように動作する。ライン２２は隔離弁１７を含み、これはガスを希釈前活性ガス源１２から分配する間は開き、支流ライン１９の隔離弁２１は閉じている。その結果、放出ライン２２内の活性ガス源１２からの調整された流量の希釈前ガスは、小型ポンプ２８によってライン３０を通り、ライン３６へと給送され、静的ミキサ３８に導入されて、その中で希釈ガス源１４からライン３２およびＥＰＣ３４を通ってライン３６へと流れた希釈ガス流と混合する。その結果、混合された希釈ガス流（活性ガスと希釈ガスで構成される）が、ライン４０内でＴＰＩＲインラインガス分析器４２へと流れ、ここでガス混合物中の活性ガスの濃度が測定され、それに応答して信号送信ライン４８内で制御装置５０へと送信される制御信号の生成に使用される。制御装置は、それに応答してライン５２内で送信される制御信号を生成し、可変ＲＦＯを調整する。つまり、下流のプロセスユニット２０に流れるライン４４内の希活性ガス混合物中の所望の希活性ガス濃度を達成するために、活性ガス送出率を増減する。
【００６３】
例示的にＴＰＩＲユニットとして説明されているが、インラインガスモニタ／分析器４２は代替的に、下流のガスを使用するプロセスに流すために、希釈した状態でガス混合物中の活性ガスの濃度を測定するために、適切な動作モードで、例えば測光、分光器、電気化学、音響監視、熱監視など、またはこのような動作モードの２つ以上の組合せで動作することができる。本発明の１つの代替実施形態では、ガスモニタ／分析器は、米国特許第６，９０９，９７３号に開示されたタイプの赤外線測光モニタである。
【００６４】
また、図１に示す実施形態には、活性流体を分配する流体流測定装置、活性流体の濃度を感知するモニタ、および希釈流体の流れを制御する圧力制御装置が配置されているが、図１に示す送出システムは代替的に、流体流測定装置が希釈流体を分配するように配置され、モニタが、希活性流体混合物中の希釈流体の濃度を感知するように配置され、圧力制御装置が、活性流体の流れを制御して、システムから分配される希活性流体混合物の所定圧力を維持するように配置されるように構成することができる。さらなる代替物として、本発明の所与の用途で必要または望ましいように、活性および希釈剤の流れそれぞれに複数の流体流測定装置、モニタおよび圧力制御装置を使用する、かつ／または複数の活性および／または希釈流体を混合器送出システム内で混合することができる。
【００６５】
言及されている活性流体は任意の適切なタイプでよく、例えば半導体プロセスまたは他のマイクロ電子プロセスで使用する場合、水素化物（例えばアルシン、ホスフィン、シラン、ゲルマンなど）、酸性気体（例えばＳｉＨＣｌ3、ＳｉＦ4、ＳｉＨ2Ｃｌ2）、ボランなどのガスを含む。このような半導体またはマイクロ電子デバイス製造用途の希釈ガスは、例えば等核二原子種（例えばＨ2、Ｎ2、Ｏ2）または原子気体（例えばアルゴン、ヘリウムなど）を含んでよい。活性流体は単一成分の流体でよく、あるいは多成分の流体が本発明の所与の実施例では適切である。本発明の特定の用途の活性流体中に存在するか、それを構成することができる例示的ガスは、アルシン、ホスフィン、水素、三フッ化窒素、アンモニア、亜酸化窒素、六フッ化タングステン、塩化水素、塩素、臭化水素、ジボラン、メタン、メタン、エチレン、クロロホルム、プロパン、ブタン、六フッ化硫黄、窒素、フッ素、フッ化アンモニウム、燐酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、三フッ化硼素、三塩化硼素、ジクロロシラン、ゲルマン、テトラフルオロメタン、トリフルオロメタン、ジフルオロメタン、フッ化メチル、ヘキサフルオロエタン、ペンタフルオロメタン、パーフルオロプロパン、オクタフルオロシクロブタン、酸化窒素、シラン、四塩化珪素、四フッ化珪素、トリクロロシラン、セレン化水素および有機金属試薬ガスを含むが、それに制限されない。
【００６６】
本発明を、活性流体として希釈ガス種を送出することについて例示的に示してきたが、本発明は、所望の濃度の活性液体を含む液体相で材料混合物を送出するのにも適していることが認識される。
【００６７】
本発明の希釈流体供給システムは、複数の活性種、例えば複雑なドーパントの混合物を供給するように操作し、構成できることも認識される。
【００６８】
別の実施形態では、活性流体および／または希釈流体は超臨界流体を含んでよい。
【００６９】
本発明のシステムを使用するという安全性の利点は、活性流体源が、前述したTomその他およびWangその他の特許のような大気圧より低い圧力のガス源である場合に強化される。
【００７０】
したがって、本発明のシステムは、リアルタイムの流体モニタを使用するおかげで、流体混合物を連続的に測定して、送出される希釈流体混合物中の希活性流体の一定濃度を保証し、それと同時にインライン分析器の精度が失われたり、希流体混合物中の活性流体成分の所望の濃度レベルから逸脱したりすることなく、最終使用者による下流の流制御に対応する設定点圧力（ＥＰＣまたは他の圧力制御装置ユニットによって決定）にて希釈流体混合物を提供する。活性流体の濃度が設定点値から逸脱すると、制御信号が流体モニタから可変ＲＦＯなどの活性流体測定装置に送信され、活性流体の送出率を増加または減少させて、所望の濃度値を維持する。
【００７１】
上述したようなガス混合器ボックス内で実現すると、本発明のシステムは、都合よく輸送され、設置される使用時点ガス送出ユニットを提供し、これは原料ガス容器または他のガス供給手段に、および下流の流量制御装置およびガスを使用するプロセス設備に容易に接続し、正確に制御された濃度の活性成分を含む所望の量の希ガス混合物を提供することができる。
【００７２】
希釈ガスの流れを制御するために、以前の流体送出システムで使用される質量流量制御装置の代わりに、電子圧力制御装置または他の圧力制御装置を使用することにより、下流のガスを使用する施設へと送出するために最終使用者が選択する全体的な流量に関係なく、ガス混合器内で一定の圧力を維持することができる。例示的な例として、MKS, Inc.（米国マサチューセッツ州Wilmington）から販売されているMKS 640 Absolute Pressure Controllerが、このような目的のために有用に使用できる電子圧力制御装置である。ガス混合器を一定の圧力に維持すると、分析器が、常に正確な方法で希活性ガス成分の濃度を測定することができる。
【００７３】
また、最終使用者が、流体混合器から下流の流体を使用するユニットへの流体混合物の流れを制御する質量流量制御装置または他の下流の流量制御装置をオフに切り換えると、流体混合器システムの圧力制御装置は希釈流体の流れを停止する。というのは、流体混合器ボックス内の圧力が、圧力制御装置の圧力設定点に到達するからである。このような点で、活性流体の流れもオフに切り換えられる。というのは、活性流体が可変ＲＦＯ（または他の流量制御装置）によって制御されているからであり、これはインライン分析器と相互接続している制御装置に作動状態で結合している。混合器からの流体混合物の流れが停止すると、インライン分析器が流体混合物中の活性流体の濃度を感知し、これは制御装置の設定点よりわずか上に上昇し、これによって可変ＲＦＯ（または他の流量制御装置）が制御装置の作用によって閉じ、混合器への活性流体の流れも停止する。
【００７４】
その結果、使用者が流体混合器から下流のガスを使用する施設への流体混合物の流れを開始すると、ＥＰＣ（または他の圧力制御装置）によって希釈流体が流体混合器へと再び流入することができ、したがって混合器内の全体的圧力がＥＰＣ（または他の圧力制御装置）の設定点に維持され、可変ＲＦＯ（または他の流量制御装置）が再び開いて、活性流体も混合器に入れるようにし、したがってその後、制御装置の活性流体濃度の設定点が維持される。
【００７５】
本発明の混合器送出システムには、終点検出機能および順番に使用するように構成された複数の活性流体パッケージも組み込むことができ、したがってパッケージの涸渇状態に近づいていることが検出され、涸渇しかけているパッケージを活性流体の新しいパッケージと切り換えて、分配作業の連続性を維持する。希釈流体源がパッケージされた形態である場合は、終点検出機能を追加的に使用することができ、同様に希釈流体パッケージを流体の涸渇した、またはほぼ涸渇したパッケージから新しいパッケージへと切り換える。
【００７６】
したがって、図１に示すガス送出システムには、図示のように２つの活性ガス源１２および１５を配置し、活性ガス源１２が涸渇したら、このような源を隔離し、新しい源を流れに入れて活性分配作業に持ち込むことができるように、作業に合わせて構成することができる。そのために、ガス送出システム１０は、２つの活性ガス源１２および１５を特徴とし、１２は前述したように放出ラインによって可変制限流オリフィス２４に接合される。隔離弁１７がライン２２に配置され、したがって源１２が涸渇すると、これを流れから外すことができる。
【００７７】
源１５は活性ガスを含み、隔離弁２１を含む分岐ライン１９によって放出ライン２２に接合される。源１２が涸渇すると、このような源からの通常の分配作業中は開いている流量制御弁１７が閉じ、それと同時に以前は閉じていた流量制御弁２１が開いて、活性ガスが源１５から放出分岐ライン１９を通って放出ライン２２へと流れることができる。
【００７８】
この方法で、源１２が涸渇するか、涸渇状態に近づいたら、源１２のスイッチを切り、源１５のスイッチを入れることによって活性ガスの流れの連続性を保証することができる。
【００７９】
ガス送出システム１０は、流量制御装置として可変ＲＦＯ２４を使用する。可変ＲＦＯは制御装置５０に接続され、制御装置５０は追加的にＴＰＩＲ分析器４２に結合される。ＴＰＩＲ分析器は、下流のガス濃度を測定し、それに応答して信号送信ライン４８を通して制御装置５０に濃度感知信号を送信する。可変ＲＦＯ２４のオリフィスは、制御装置の濃度設定点に基づいて、制御装置５０の濃度設定点がＴＰＩＲの濃度測定値に一致するまで開閉する。
【００８０】
活性ガスが作業中の源１２から流れると、このような源の内部圧力が低下する。源の圧力が低下すると、活性ガスの設定流量を維持できるように、可変ＲＦＯ２４のオリフィスがさらに開く。１つの実施形態の可変ＲＦＯは、自身に供給されている電圧の量に基づいて、電圧に応答する流量制御装置として開閉する。可変ＲＦＯに供給される電圧が高いほど、このような装置のオリフィスが開く。したがってオリフィスの供給されている電圧を監視することにより、活性ガス源１２の終点を割り出すことができる。というのは、源１２が漸進的に空になるにつれ、このような源から分配される活性ガスの圧力も低下するからである。ＴＰＩＲ分析器４２によって測定される状態で制御装置の設定点にガス濃度を維持するために、オリフィスでの圧力低下がなくなるまで、可変ＲＦＯ２４のオリフィスは、ますます開き続ける。可変ＲＦＯは電圧源によって操作されるので、可変ＲＦＯに最大電圧が供給されると、源１２はほぼ空であり、このような源の終点を知らせ、それに対応してこのような源１２を隔離し、新しい源１５に切り換える必要がある。
【００８１】
したがって、制御装置５０は、可変ＲＦＯに加えられている電圧を監視するようにプログラムによって構成され、このような電圧が所定の値になったら、制御装置は、信号送信ライン２３で弁１７を隔離する制御信号を送信し、このような弁を閉じて、源１２を隔離するように作動し、したがってこれを流れ回路から切り離し、ガス送出システムから外すことができる。同時に、制御装置５０はライン１９内の弁２１を隔離し、新しい活性ガスが源15から下流の流れ回路へと供給されるように、このような弁を開くよう、信号送信ライン２５で信号を送信する。
【００８２】
本発明を、本明細書では本発明の特定の態様、特徴および例示的実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれによって制限されず、本明細書の開示に基づいて本発明の当業者に示唆されるような無数の他の変形、改造および代替実施形態に拡大され、それを含むことが認識される。同様に、請求の範囲にある本発明は、全てのこのような変形、改造および代替実施形態をその精神および範囲内に含むものとして広義に解釈されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】希釈ガス混合物をイオン注入半導体製造ツールに供給するように構成されたガス送出システムの回路図である。
【図１】
2008543563.tif 000003
【国際調査報告】
2008543563.tif 000004