(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾン含有ガスが利用される高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスの流量を一定にした状態で当該ガスへのオゾン分解因子の供給を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御するオゾン濃度制御方法において、
前記オゾン含有ガスの流量が一定のもとでこのガスを前記高温処理チャンバに供するオゾン供給ラインとこのチャンバの排気ラインとの差圧に基づき当該チャンバにおける発火を検出すること
を特徴とするオゾン濃度制御方法。
【請求項２】
前記高温処理チャンバには、オゾン濃度８０ｖｏｌ％以上のオゾン含有ガスが供されることを特徴とする請求項１に記載のオゾン濃度制御方法。
【請求項３】
前記オゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として供される紫外光領域の波長を含む光の照射強度を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン濃度制御方法。
【請求項４】
前記オゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として供される熱の温度を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン濃度制御方法。
【請求項５】
オゾン含有ガスが利用される高温処理チャンバに対してオゾン供給装置からオゾン含有ガスを一定の流量で供給するオゾン供給ラインと、
このオゾン供給ラインに備えられて前記オゾン含有ガスに対するオゾン分解因子の供給を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御するオゾン分解装置と、
前記オゾン含有ガスの流量が一定のもとで前記オゾン供給ラインと前記高温処理チャンバの排気ラインとの差圧に基づき当該チャンバにおける発火を検出する発火検出装置と
を備えたこと
を特徴とするプロセス装置。
【請求項６】
前記オゾン分解装置は、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として紫外光領域の波長を含む光を照射する光源と、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスのオゾン濃度が所定の値となるように前記光源の照射光強度を制御する制御手段とを備えたこと
を特徴とする請求項５に記載のプロセス装置。
【請求項７】
前記オゾン分解装置は、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として熱を加える加熱手段と、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスのオゾン濃度が所定の値となるように前記加熱手段の加熱温度を制御する制御手段とを備えたこと
を特徴とする請求項５に記載のプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオゾン利用系に供されるガスのオゾン濃度を調整するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オゾン（Ｏ3）の強い酸化力を利用した技術が上下水処理技術を初めとする様々な分野で進展している。特に、半導体素子の製造分野では、Ｓｉウェハ洗浄やＴＥＯＳ−ＣＶＤ（Tetra Ethyl Ortho Silicate-Chemical Vapor Deposition）への適用が検討されつつある。Ｓｉウェハ洗浄は、オゾンガスを純水に溶かしたオゾン水を洗浄液として用いるもので、希ふっ酸水溶液等と併用することでＳｉウェハ上の重金属や有機物を除去できることが発表されている（非特許文献１）。
【０００３】
ＴＥＯＳ−ＣＶＤは半導体素子を多層配線化する際の層間絶縁膜の形成に用いられ、電極によるウェハ表面の凹凸を絶縁膜で平坦化できることが特長である。このＴＥＯＳ−ＣＶＤにオゾンを添加することによって平坦化の性能が向上することが報告されている（非特許文献２）。
【０００４】
これらは１０ｖｏｌ％程度の比較的低濃度のオゾンガスを利用した例であるが、８０ｖｏｌ％以上の比較的高濃度のオゾンガスを利用することで従来のオゾンガス利用では考えられなかった新たな応用の可能性が報告されている。そこで、オゾン発生装置で発生させたオゾン含有ガスを一旦液化した後に気化させることでオゾン濃度８０ｖｏｌ％以上の高濃度オゾンガスに濃縮する方法が提案されている（例えば特許文献１）。この方法によればオゾン濃度がほぼ８０ｖｏｌ％以上のオゾンガスを蒸気圧制御により流量安定的にプロセス利用でき、爆発限界圧力以下の一気圧以下の減圧プロセスによって安全に利用できる。
【０００５】
また、表面酸化やＣＶＤによる製膜等のプロセスを行う場合、使用するガスの流量は最も重要なパラメータの一つであることから、常に安定で再現性の良い流量制御が行われている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電子材料１９９９年３月号，ｐｐ．１３−１８
【非特許文献２】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ１１０−Ｌ１１２
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平５−１７１６４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０２４５２号公報
【特許文献３】特開２００９−２８１９４３号公報
【特許文献４】特開２００９−２０６４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
オゾン処理は従来の酸化処理よりも低温で行えることが特徴でこれまで８００℃以下のプロセスで行われている。一方で炭化ケイ素（ＳｉＣ）酸化など８００℃を越す比較的高温のプロセスにおいても高濃度オゾンガスの適用が検討されている。前記高温の処理炉内へのオゾンガスの供給過程ではオゾン熱分解反応が盛んに起こるので１００ｓｃｃｍ以上の大流量で供給を行うことが必要とされる。
【０００９】
高温処理炉にオゾン供給を開始する段階では所望のオゾン流量及び温度に達するまでの流量変化及び温度変化の大きさにより、定常流では爆発限界圧力以下の圧力であるにも関わらず小規模な爆発反応が起こる。したがって、定常状態のガス流状態とするまでにガス流に含まれるオゾン濃度を安全且つ高精度に制御する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明のオゾン濃度制御方法は、オゾン含有ガスが利用される高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスの流量を一定にした状態で当該ガスへのオゾン分解因子の供給を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御するオゾン濃度制御方法において、前記オゾン含有ガスの流量が一定のもとでこのガスを前記高温処理チャンバに供するオゾン供給ラインとこのチャンバの排気ラインとの差圧に基づき当該チャンバにおける発火を検出する。
また、本発明のプロセス装置の態様としては、オゾン含有ガスが利用される高温処理チャンバに対してオゾン供給装置からオゾン含有ガスを一定の流量で供給するオゾン供給ラインと、このオゾン供給ラインに備えられて前記オゾン含有ガスに対するオゾン分解因子の供給を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御するオゾン分解装置と、前記オゾン含有ガスの流量が一定のもとで前記オゾン供給ラインと前記高温処理チャンバの排気ラインとの差圧に基づき当該チャンバにおける発火を検出する発火検出装置を備える。
これらの発明によればオゾン利用系である高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスの流量を変化させることなく当該ガスのオゾン濃度を制御できる。尚、前記オゾン含有ガスとしてはオゾン濃度８０ｖｏｌ％以上のガスが例示される。
【００１１】
また、上記の発明においては、上述のように、前記オゾン含有ガスの流量が一定のもとでこのガスを前記高温処理チャンバに供するオゾン供給ラインとこのチャンバの排気ラインとの差圧に基づき当該チャンバにおける発火が検出される。よって、オゾン濃度変化に伴う前記高温処理チャンバでの圧力変化が起こってもガス流量の変動が少ないので当該チャンバにおける発火を精度よく監視できる。
【００１２】
前記オゾン含有ガスのオゾン濃度の制御法の具体的な態様としては、前記オゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として供される紫外光領域の波長を含む光の照射強度を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御する方法が挙げられる。この装置の態様としては、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として紫外光領域の波長を含む光を照射する光源と、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスのオゾン濃度が所定の値となるように前記光源の照射光強度を制御する制御部とを備えたオゾン分解装置が挙げられる。
【００１３】
また、前記オゾン含有ガスのオゾン濃度の制御法の他の具体的な態様としては、前記オゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として供される熱の温度を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御する方法が挙げられる。この装置の態様としては、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として熱を加える加熱手段と、前記高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスのオゾン濃度が所定の値となるように前記加熱手段の加熱温度を制御する制御部とを備えた分解装置が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
したがって、以上の発明によればオゾン利用系である高温処理チャンバに供されるオゾン含有ガスのオゾン濃度を安全且つ高精度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】発明の実施形態１，２に係るプロセス装置の構成図。
【図２】実施形態１に係るオゾン分解装置の構成図。
【図３】実施形態１，２に係るオゾン濃度制御のタイムスケジュール。
【図４】実施形態２に係るオゾン分解装置の構成図。
【図５】発明の実施形態３に係るプロセス装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態について説明する。
【００１７】
［実施形態１］
図１に示された本発明の実施形態１に係るプロセス装置１は処理温度が８００℃を超えた高温処理チャンバ２４にオゾン含有ガスを供給する際の初期状態においてオゾン含有ガスの流量が所定の流量となった時点で当該ガスのオゾン濃度を制御する。
【００１８】
プロセス装置１は高温処理チャンバ２４のガス供給ライン１１にオゾン供給装置２１、バルブＶ１、オゾン分解装置２２、オゾン濃度計２３が順次配置させている。一方、高温処理チャンバ２４の排気ライン１２にはバルブＶ２、オゾン除外筒２５、真空ポンプ２６が順次配置させている。ガス供給ライン１１、排気ライン１２は真空対応のＳＵＳ管から成り、その内面は研磨処理されている。
【００１９】
オゾン供給装置２１は少なくともオゾン濃度８０ｖｏｌ％以上のオゾン含有ガスを生成する。オゾン供給装置２１としては例えば特許文献１に開示されたオゾンビーム発生装置が挙げられる。
【００２０】
バルブＶ１，Ｖ２はそれぞれガス供給ライン１１，排気ライン１２のガス流路の開度を調節することにより高温処理チャンバ２４内のガスの流量及び圧力を制御する。バルブＶ１，Ｖ２にはオゾン耐性のある開度調整可能な真空バルブが適用される。
【００２１】
オゾン分解装置２２は高温処理チャンバ２４に供されるオゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として供される紫外光領域の光の照射強度を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御する。
【００２２】
オゾン濃度計２３は０．１気圧以下の減圧状態となっている８０ｖｏｌ％以上のオゾン濃度を計測する。オゾン濃度計２３には例えばオゾンガスに照射された紫外光の減衰を利用してオゾン濃度を算出する特許文献３に開示されたオゾン濃度測定装置が適用される。オゾン濃度計２３はオゾン分解装置２２、高温処理チャンバ２４に対して直列に配置されているが、装置２２，チャンバ２４間のガス供給ライン１１にバイパスラインを設け、このラインに導入されたガスのオゾン濃度を測定するようにしてもよい。
【００２３】
高温処理チャンバ２４は、オゾン利用系の一態様であって、炭化ケイ素（ＳｉＣ）に例示される半導体の材料をオゾン生成装置２１から供されたオゾン含有ガスによって８００℃以上の処理温度のもとで酸化処理するための炉である。
【００２４】
オゾン除外筒２５は高温処理チャンバ２４から排出されたガスのオゾン濃度が０．５ｐｐｍ以下となるまでに当該ガス中のオゾンを分解する。オゾン除外筒２５にはオゾンを用いた半導体製造装置に採用されている周知のオゾン除外装置を適用すればよい。
【００２５】
真空ポンプ２６はガス供給ライン１１，排気ライン１２内の雰囲気を減圧させることによりオゾン含有ガスを高温処理チャンバ２４内に導入し、オゾン除外筒２５を介して系外に排気する。
【００２６】
図２を参照しながらオゾン分解装置２２の具体的な構成について説明する。
【００２７】
オゾン分解装置２２は紫外光光源３１と配管部３２と制御部３３とを備える。
【００２８】
紫外光光源３１は紫外光領域の光を照射する。前記光の照射強度は任意に調節可能となっている。紫外光領域の光は波長２１０ｎｍ〜３００ｎｍを含み、３００ｎｍ以上の波長領域の光を含んでいてもよい。紫外光光源３１は連続光、パルス光のいずれのタイプのものを適用してよい。パルス光タイプのものとしては周波数１Ｈｚ以上ものが例示される。
【００２９】
配管部３２はガス供給ライン１１に設置される。配管部３２はガス供給ライン１１、排気ライン１２と同様に真空対応のＳＵＳ管から成りその内面が適宜に研磨処理されている。配管部３２は紫外光光源３１から照射された紫外光領域の光を配管部３２内に導入する透過窓３４を備えている。透過窓３４は少なくとも波長２１０ｎｍ〜３００ｎｍの光の透過できる材料から成る。当該材料としては合成石英ガラスが例示される。照射窓３４と配管部３２との接続部分は真空度が０．１Ｐａ以下である条件でも対応できるようにＯリングやガスケットによって密閉される。
【００３０】
紫外光光源３１の紫外光照射強度及び透過窓３４の面積はプロセスに用いるオゾン含有ガスの流量により設定される。例えば、内径１インチ以下の配管に対してオゾン濃度約１００ｖｏｌ％のオゾン含有ガスを１００ｓｃｃｍの流量で供給する場合、透過窓３４の面積は１ｃｍ2〜１０ｃｍ2とし、紫外光強度は波長２１０ｎｍ〜３００ｎｍ帯の光強度が１ｍＷ／ｃｍ2〜１００ｍＷ／ｃｍ2とする。このときオゾン濃度は５〜１００ｖｏｌ％の範囲で制御できる（特許文献４）。
【００３１】
制御部３３はオゾン濃度計２３で算出されたオゾン濃度が所定の値となるように紫外光光源３１の照射光強度を制御する。
【００３２】
図１〜図３を参照しながらオゾン分解装置２２の動作例について説明する。
【００３３】
段階１：紫外光光源３１の紫外光強度を十分に強くした例えば上限値近くまで設定した状態で、オゾン供給装置２１から供されたオゾン含有ガスの流量をバルブＶ１，Ｖ２の操作によってゼロの状態から徐々に上昇させ、所望の流量程度まで増加させる。所望の流量に達してからこの流量を維持させた状態で紫外光の強度を変え始める段階が図３に示された開始時間（横軸がゼロの状態）に相当する。
【００３４】
段階２：紫外光光源３１の紫外光強度を徐々に降下させる。これにより高温処理チャンバ２４に供されるオゾン含有ガスのオゾン濃度が上昇する。オゾン濃度は光照射量の調節により制御する。ガス流量はプロセス流量に近い値に設定されており、供給開始段階でのプロセス制御パラメータは光照射量となっている。光照射量は印加電力により制御できる。したがって、バルブＶ１，Ｖ２の開閉度による全体ガス流量制御に比べて短い応答時間での電気出力制御が可能となるのでオゾン濃度を精密に制御できる。
【００３５】
段階３：プロセス装置１のプロセス条件が所定の条件に達し時点、具体的にはオゾン濃度が所望の値に達した時点で、紫外光光源３１の出力を一定の状態（例えばゼロの状態）に保持させる。プロセス中はこの状態が保持される。
【００３６】
以上のようにオゾン分解装置２２によれば高温処理チャンバ２４に供されるオゾン含有ガスの流量を一定にした状態で当該ガスに含まれるオゾン濃度を制御できる。また、高温処理チャンバ２４のような分解反応が盛んな系に適用されても爆発に繋がる発火を防ぐことができる。さらに、前記オゾン含有ガスの流量変化に起因する爆発限界以下の圧力のもとでの発火の発生も抑制できる。そして、紫外光光源３１の出力調節によって前記オゾン含有ガスのオゾン濃度を制御するようにしているのでバルブ開閉度によるガス流量制御よりも迅速且つ精密に制御できる。
【００３７】
［実施形態２］
図４に示された本発明の実施形態２に係るオゾン分解装置２７は高温処理チャンバ２４に供されるオゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として印加される熱の温度を制御することにより当該ガスのオゾン濃度を制御する。
【００３８】
オゾン分解装置２７はヒーター４１と温度計４２と制御部４３とを備える。ヒーター４１は高温処理チャンバ２４に供されるオゾン含有ガスに対してオゾン分解因子として熱を印加する加熱手段である。ヒーター４１はバルブＶ１とオゾン濃度計２３との間のガス供給ライン１１に付帯されるヒーター線からなる。ヒーター４１の温度は４００度以下に設定される。温度計４２はヒーター４１の温度を検出する。制御部４３はオゾン濃度計２３で算出されたオゾン濃度が所定の値となるようにヒーター４１の温度を温度計４２によってモニターしながら制御する。尚、ガス供給ライン１１におけるＯリング、ガスケット等の密閉部材によって密閉される部分がヒーター４１によって加熱される場合、当該密閉部材にはフッ素ゴムやパーフロロエラストマー等の耐熱性の材料からなるものが採用される。
【００３９】
図４に示されたヒーター４１の加熱長Ｌは高温処理チャンバ２４に供されるオゾン量により適宜の長さに設定される。例えば内径１インチ以下の配管に対してオゾン濃度約１００ｖｏｌ％のオゾン含有ガスを１００ｓｃｃｍの流量で供給する場合、加熱長Ｌは１０ｍｍ〜１００ｍｍ以下、ヒーター４１の加熱温度は３５０〜４００℃に設定される。
【００４０】
オゾン分解装置２７のオゾン濃度制御スケジュールは図３に示された紫外光強度をヒーター４１の温度に置き換えたものとなる。
【００４１】
［実施形態３］
図５に示された実施形態３に係るプロセス装置２は高温処理チャンバ２４の差圧を常時監視し、この差圧に基づきチャンバ２４内での爆発に繋がる発火を検出することでプロセスの再現性の維持を図る。プロセス装置２は実施形態１，２に係るプロセス装置１において圧力計２８，２９、発火検出装置３０を備えた構成となっている。
【００４２】
圧力計２８はオゾン濃度計２３と高温処理チャンバ２４との間のオゾン供給ライン１１に具備されている。圧力計２９は高温処理チャンバ２４とバルブＶ２との間の排気ライン１４に具備されている。圧力計２８，２９は０．１Ｐａ以上１００００Ｐａ以下の測定範囲にて０．１Ｐａ刻みの測定値が得られる仕様のものが適用される。
【００４３】
発火検出装置３０は圧力計２８，２９の圧力値Ｐ１，Ｐ２の差である差圧Ｐ（＝Ｐ１−Ｐ２）に基づき高温処理チャンバ２４内の発火を検出する。具体的には差圧Ｐが閾値よりも大きいときに前記発火が起こったことを検出する。
【００４４】
差圧Ｐは高温処理チャンバ２４内におけるオゾンガスの流量及びオゾン分解反応による分子数密度変化によって決まる。オゾン分解反応による分子数密度変化とは「２Ｏ3→３Ｏ2」の反応により２つのオゾン分子が分解して３つの酸素分子が生成したことによる分子数の密度変化である。一般的に前記反応が高温処理チャンバ２４内で盛んに起こると連鎖的に起きるようになり、高温処理チャンバ２４内の局所的な加熱部分で分子数密度が急上昇するので高温処理チャンバ２４全体の配管抵抗が変化したように見える。ガス流量は前記配管抵抗と差圧Ｐとの積によって表されるのでガス流量と差圧Ｐとをリアルタイムで測定することで配管抵抗の急激な変化、つまりチャンバ２４内にて発火が起こるか否かをモニターできる。差圧Ｐは一秒間に１回以上の頻度で測定し、プロセス中は常時測定している状態にする。
【００４５】
従来のオゾンを利用した半導体製造プロセスではオゾン含有ガスのガス流量を０から徐々に高めることによりプロセスを開始する。従来では、このプロセスに係る高温処理チャンバの差圧Ｐを測定しようとすると、ガス流量の増大に伴う大きな圧力変動により、発火の検出が困難となる。
【００４６】
これに対して本実施形態のプロセス装置２ではオゾン含有ガスの流量を一定に維持させた状態で差圧Ｐに基づき高温処理チャンバ２４における発火を検出する。オゾン濃度変化に伴う高温処理チャンバ２４内での圧力変化が起こってもガス流量の変動が少ないので、チャンバ２４内における発火を精度よく監視できる。したがって、高温処理チャンバ２４に供されるオゾン含有ガスのオゾン濃度が安全且つ安定に保持され、プロセスの再現性が維持される。
【符号の説明】
【００４７】
１，２…プロセス装置
２２，２７…オゾン分解装置
２４…高温処理チャンバ（オゾン利用系）
２８，２９…圧力計
３０…発火検出装置
３１…紫外光光源（光源）
３３…制御部（制御手段）
４１…ヒーター（加温手段）
４３…制御部（制御手段）
【図１】
0005724645.tif 000002
【図２】
0005724645.tif 000003
【図３】
0005724645.tif 000004
【図４】
0005724645.tif 000005
【図５】
0005724645.tif 000006