(57)【要約】【課題】  半導体製造装置に腐食性ガスを供給する際に，被処理基板に対する金属性汚染物質の混入を極力抑える。【解決手段】  複数の流体制御機器（ハンドバルブ２３１，減圧弁（レギュレータ）２３２，圧力計（ＰＴ）２３３，逆止弁２３４，第１遮断弁２３５，第２遮断弁２３６，マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３７，ガスフィルタ（ＦＥ）２３８）を備え，これらを接続する流路を構成する流路ブロック２４１〜２４９を非金属の炭素材料で構成した。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置に所定のガスを供給するガス供給流路に複数の流体制御機器を設け，これらの流体制御機器を前記流路を構成する部材を介して接続する半導体製造装置のガス供給システムであって，
前記流路構成部材を炭素材料で構成したことを特徴とする半導体製造装置のガス供給システム。
【請求項２】
前記流路構成部材は，ブロック状部材の内部に流路を形成した流路ブロックであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置のガス供給システム。
【請求項３】
前記炭素材料は，カーボン焼結材料，硬質炭素材料のいずれか又はこれらの組合せであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置のガス供給システム。
【請求項４】
前記カーボン焼結材料は，フッ素樹脂を含浸させたことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置のガス供給システム。
【請求項５】
前記複数の流体制御機器は，バルブ，減圧弁，圧力計を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置のガス供給システム。
【請求項６】
前記流体制御機器の接ガス部も炭素材料で構成したことを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置のガス供給システム。
【請求項７】
半導体製造装置の腐食性ガスのガス供給流路に設けられ，複数の流体制御機器を前記流路を構成する流路ブロックを介して接続するガス供給集積ユニットであって，
前記流路ブロックを炭素材料で構成したことを特徴とするガス供給集積ユニット。
【請求項８】
前記腐食性ガスは，フッ素系の腐食性ガスであることを特徴とする請求項７に記載のガス供給集積ユニット。
【請求項９】
前記腐食性ガスは，ＨＦガス，Ｆ２ガス，ＣｌＦ３ガスのいずれか又はこれらを含む混合ガスであることを特徴とする請求項８に記載のガス供給集積ユニット。
【請求項１０】
前記炭素材料は，フッ素樹脂を含浸させたカーボン焼結材料であることを特徴とする請求項７に記載のガス供給集積ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，半導体製造装置のガス供給システム及びガス供給集積ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば拡散装置，エッチング装置，スパッタリング装置などの半導体製造装置においては，ガスボンベなどの処理ガス供給源からのガスを半導体製造装置に供給するガス供給システムを備え，このガス供給システムから供給するガスを用いた半導体デバイスを製造するための工程例えば所定のガスを用いた成膜工程，エッチング工程を行うことによって，被処理基板例えば半導体ウエハに対して表面処理などを施すようになっている。
【０００３】
このような半導体ウエハの製造工程においては，処理の種類によって塩素ガスやシラン系のガスなど腐食性の強いガスが使用されるため，ガス供給流路を構成するガス配管材料としては，従来より比較的耐食性の大きい例えばＳＵＳ３１６Ｌを用いるなど，クリーンなガスを供給するために種々の工夫がなされている。例えば塩素系ガス，シラン系ガスを流通させるガス配管の溶接部における腐食対策として，ガス流路の一部又は全部を所定のオーステナイトステンレス鋼で構成するものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６８８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，上述のようにガス供給流路を構成するガス配管の構成材料としてステンレス鋼を用いても，腐食性ガスの種類によっては，ガス配管の腐食を完全に抑えることはできず，腐食性ガスがガス配管を構成する金属と反応して不所望の金属化合物が発生したり，ガス配管を腐食させてそのガス配管を構成する金属成分（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなど）が腐食性ガスに混入したりするという問題があった。特にフッ素系の腐食性ガス（ＨＦガス，Ｆ２ガス，ＣｌＦ３ガスなど）は腐食性が極めて強く，ガス配管にステンレス鋼を用いたとしても，ガス配管の腐食は完全には避けられず，金属成分が腐食性ガスに混入するとともに，ガス配管を構成する金属と反応して不所望の金属化合物（金属フッ化物）を生成する。
【０００６】
このようにガス供給流路で発生した金属化合物や金属成分などは，腐食性ガスとともに半導体製造装置内へ入り込んで半導体ウエハ上のパーティクル発生原因になるなどメタルコンタミネーションの問題を引き起こす。
【０００７】
特に，近年では半導体デバイスが高集積化，高性能化が益々進み，僅かなメタルコンタミネーションでも製品の歩留まりや品質，信頼性に益々大きな影響を与えるようになってきている。メタルコンタミネーションによるデバイスの不良原因としては，粒子状レベルの金属性汚染物質（パーティクル）によるパターン欠陥や，原子，分子レベルの汚染物質例えば重金属などによる電気的特性劣化などがある。
【０００８】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，半導体製造装置に腐食性ガスを供給する際に，被処理基板に対する金属性汚染物質の混入を極力抑えることのできる半導体製造装置のガス供給システム及びガス供給集積ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，半導体製造装置に所定のガスを供給するガス供給流路に複数の流体制御機器を設け，これらの流体制御機器を前記流路を構成する部材を介して接続する半導体製造装置のガス供給システムであって，前記流路構成部材を炭素材料で構成したことを特徴とする半導体製造装置のガス供給システムが提供される。
【００１０】
このような本発明によれば，流体制御機器を接続する流路構成部材を非金属である炭素材料で構成したことにより，その流路構成部材内の流路を極めて腐食性の強いガスが流通しても，その流路内で金属性の汚染物質が発生することはなく，腐食によって金属成分も混入しないため，被処理基板に対する金属性の汚染物質の混入を極力抑えることができる。
【００１１】
また，上記流路構成部材は，例えばブロック状部材の内部に流路を形成した流路ブロックである。流路を構成する流路ブロック自体を非金属の炭素材料で構成することによって，被処理基板に対する金属性の汚染物質の混入を極力抑えることができるとともに，流路をガス配管で構成する場合に比して，ガス供給流路の集積化を高めることができるとともに，流路を構成する部分の強度を高めることができる。
【００１２】
また，上記炭素材料は，例えば硬質炭素材料，カーボン焼結材料のいずれか又はこれらの組合せである。これらのうちカーボン焼結材料は，樹脂（例えばフッ素樹脂）を含浸させたものであることが好ましい。多孔質構造のカーボン焼結材料では，例えばフッ素樹脂などの樹脂を含浸させることにより，ガスのリーク性を向上させることができる。
【００１３】
なお，上記複数の流体制御機器は，バルブ，減圧弁，圧力計を含む。この場合，これらの流体制御機器の接ガス部も炭素材料で構成することが好ましい。これにより，流体制御機器の内部でも金属化合物の発生や金属成分の混入を防止することができる。
【００１４】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，半導体製造装置の腐食性ガスのガス供給流路に設けられ，複数の流体制御機器を前記流路を構成する流路ブロックを介して接続するガス供給集積ユニットであって，前記流路ブロックを炭素材料で構成したことを特徴とするガス供給集積ユニットが提供される。
【００１５】
このような本発明によれば，流路を構成する部材の金属を腐食させる腐食性ガスを使用するガス供給集積ユニットについての流路ブロックだけを炭素材料で構成することができる。また，上記腐食性ガスは，例えばフッ素系の腐食性ガスである。このような腐食性ガスとしては，例えばＨＦガス，Ｆ２ガス，ＣｌＦ３ガスのいずれか又はこれらを含む混合ガスである。また，上記炭素材料は，フッ素樹脂を含浸させたカーボン焼結材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，半導体製造装置に腐食性ガスを供給する際に，被処理基板に対する金属性汚染物質の混入を極力抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
（半導体製造装置の構成例）
まず，本発明のガス供給システムを半導体製造装置に適用した実施形態について図面を参照しながら説明する。ここでは，半導体製造装置として，基板例えば半導体ウエハ（以下，単に「ウエハ」とも称する。）に対して所定の熱処理を行う熱処理装置を例に挙げて説明する。図１は，本実施形態にかかる熱処理装置の構成例を示す図である。
【００１９】
熱処理装置１００は，ウエハＷに対して処理（例えば熱処理）を行う処理部としての熱処理部１１０を備える。熱処理部１１０は例えば図１に示すように反応容器（処理容器）又は反応室（処理室）を構成する縦型の反応チューブ１１２で構成される。この反応チューブ１１２内にはウエハＷを多数枚搭載した保持具１１４を搬入できるようになっている。熱処理部１１０には，反応チューブ１１２内の排気を行う排気系１２０と，反応チューブ１１２内に所定のガスを供給する本実施形態にかかるガス供給システムの１例であるガス供給系２００と，反応チューブ１１２の外側に配設された図示しない加熱手段（例えばヒータ）とを備える。
【００２０】
熱処理部１１０は，反応チューブ１１２内にウエハＷを多数枚搭載した保持具１１４を搬入した状態で，ガス供給系２００により反応チューブ１１２内に所定のガスを供給するとともに排気系１２０により反応チューブ１１２内の排気を行いながら，加熱手段により反応チューブ１１２の外側から加熱することによりウエハＷに対して所定の熱処理を行うようになっている。
【００２１】
排気系１２０は，例えば真空ポンプなどで構成される真空排気手段１２４を反応チューブ１１２の天井に排気管１２２を介して接続して構成される。なお，図１では図示を省略しているが，排気系１２０の排気管１２２は，バイパスラインを介してガス供給系２００に迂回して接続している。このバイパスラインは，例えばガス供給流路２２０の上流側部位にバイパス管で接続して構成される。バイパス管の排気系側には排気側バイパス遮断弁が接続しており，バイパス管のガス供給系２００側には供給側バイパス遮断弁が接続している。
【００２２】
（ガス供給システムの構成例）
次に，本実施形態にかかるガス供給システムの１例としてのガス供給系２００について説明する。ガス供給系２００は，例えばＨＦ，Ｆ２ガス，ＣｌＦ３などのフッ素系の腐食性ガスを充填したボンベよりなるガス供給源２１０を備える。この腐食性ガスは，例えばウエハＷに処理を行う処理ガスとして用いたり，クリーニングガスとして用いたりすることができる。このガス供給源２１０にはガス供給流路２２０の一端が接続しており，このガス供給流路２２０の他端は反応チューブ１１２にガスを導入するためのノズル（例えばインジェクタ）２０２に接続されている。これにより，ガス供給源２１０からのガスは，ガス供給流路２２０を介して反応チューブ１１２内に供給される。
【００２３】
ガス供給流路２２０には複数の流体制御機器が介装されている。本実施形態はこのような流体制御機器として，図１に示すガス供給流路２２０の下流側から順番に，ハンドバルブ２３１，減圧弁（レギュレータ）２３２，圧力計（ＰＴ）２３３，逆止弁２３４，第１遮断弁（バルブ）２３５，第２遮断弁（バルブ）２３６，マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２３７，ガスフィルタ（ＦＥ）２３８を設けた例である。
【００２４】
このようなガス供給流路２２０の具体的な構成例について図面を参照しながら説明する。ここでは，ガス供給流路２２０を各流体制御機器を接続する流路ブロックにより構成したガス供給集積ユニットを例に挙げる。ガス供給流路２２０をこのようなガス供給集積ユニットで構成することによって，各流体制御機器を集積化することができ，ガス供給流路２２０をより小型化することができる。図２は，ガス供給集積ユニットの外観を概略的に示す図である。図２に示すガス供給集積ユニット２４０は，図１に示す点線部分をユニット化したものである。
【００２５】
図２に示すように，ガス供給集積ユニット２４０は，上述した流体制御機器２３１〜２３８と，各流体制御機器２３１〜２３８をそれぞれ接続する流路ブロック２４１〜２４９とを備える。これら流路ブロック２４１〜２４９の内部にはそれぞれ流路が形成されており，この流路によって各流体制御機器２３１〜２３８が接続されるようになっている。
【００２６】
（流路ブロックの構成例）
ここで，各流路ブロック２４１〜２４９について図面を参照しながら説明する。図３は，最も上流側に配置される流路ブロック２４１の内部構成の１例を示す断面図であり，図４は最も下流側に配置される流路ブロック２４９の内部構成の１例を示す断面図である。図５は，中間に配置される各流路ブロック２４２〜２４８の内部構成の１例を示す断面図である。
【００２７】
先ず，図２に示すガス供給集積ユニット２４０の最も上流側に配置される流路ブロック２４１は，図１に示すガス供給源２１０に接続する流路２２１を形成するものである。流路ブロック２４１には例えば図３に示すような流路２２１が形成されている。この流路２２１の一端２２１ａには，ガス供給源２１０が接続され，他端２２１ｂにはハンドバルブ２３１が接続される。
【００２８】
図２に示すガス供給集積ユニット２４０の最も下流側に配置される流路ブロック２４９は，図１に示す反応チューブ１１２のノズル２０２に接続する流路２２９を形成するものである。流路ブロック２４９には例えば図４に示すような流路２２９が形成されている。この流路２２９の一端２２９ａには，ノズル２０２が接続され，他端２２９ｂにはガスフィルタ（ＦＥ）２３８が接続される。
【００２９】
上記流路ブロック２４１，２４９の間に配置される図２に示す各流路ブロック２４２〜２４８は，図１に示す各流体制御機器２３１〜２３８を接続する流路２２２〜２２８を形成するものである。各流路ブロック２４２〜２４８に形成される流路２２２〜２２８はそれぞれ同様の形状に形成される。例えば流路ブロック２４２には図５に示すようなＶ字状の流路２２２が形成されている。この流路２２２の一端２２２ａにはハンドバルブ２３１が接続され，他端２２２ｂには減圧弁（レギュレータ）２３２が接続される。
【００３０】
ところで，各流路ブロック２４１〜２４９を例えば従来の配管と同様のステンレス鋼などの金属で構成すると，ガス供給源２１０から供給されるフッ素系の腐食性ガス（例えばＨＦガス）が流通する際に，その接ガス部分である流路２２１〜２２９を構成する金属と反応して不所望の金属フッ化物が生成したり，また流路２２１〜２２９を構成する金属を腐食させてその構成成分である金属成分（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなど）が腐食性ガスに混入したりするという問題がある。このような金属フッ化物や金属成分などの金属性汚染物質は，腐食性ガスとともに反応チューブ１１２内に入り込んでウエハＷ上のパーティクル発生原因になるなどメタルコンタミネーションの問題を引き起こす。
【００３１】
そこで，本実施形態では，各流路ブロック２４１〜２４９を非金属の炭素材料で構成する。これにより，各流路ブロック２４１〜２４９に形成される流路２２１〜２２９をフッ素系の腐食性ガスが流通する際における金属フッ化物の発生を防止するとともに，金属成分の混入を防止できるので，ウエハに対する金属性汚染物質の混入を極力抑えることができる。
【００３２】
また，流路を構成する各流路ブロック２４１〜２４９自体を非金属の炭素材料で構成することによって，流路をガス配管で構成する場合に比して，ガス供給流路の集積化を高めることができるとともに，流路を構成する部分の強度を高めることができる。
【００３３】
各流路ブロック２４１〜２４９を構成する炭素材料として，カーボン焼結体などのカーボン焼結材料を用いることが好ましい。さらに，カーボン焼結体には，樹脂例えばテフロン（登録商標）樹脂などのフッ素樹脂を含浸させることが好ましい。多孔質構造（ポーラス構造）のカーボン焼結体ではフッ素樹脂などの樹脂を含浸させることにより，各流路ブロック２４１〜２４９のガスのリーク性を向上させることができる。
【００３４】
また，上記カーボン焼結材料以外の炭素材料として，アモルファスカーボン，ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの硬質炭素材料（硬質炭素膜）で各流路ブロック２４１〜２４９を構成してもよい。また，これら硬質炭素材料とカーボン焼結材料を組合せて構成してもよい。
【００３５】
また，各流路ブロック２４１〜２４９の全体を炭素材料で構成してもよく，腐食性ガスが通る流路を構成する壁部のみを炭素材料で構成してもよい。この場合には，例えばＣＶＤ法（化学気相成長法）によりダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）で各流路ブロック２４１〜２４９の流路を構成する壁部をコーティングするようにしてもよい。
【００３６】
さらに，流路ブロック２４１〜２４９のみならず，この流路ブロックで接続される流体制御機器の接ガス部についても炭素材料で構成してもよい。例えばバルブ２３１，２３５，２３６や減圧弁２３２の構成部材（例えばバネ部材など）の表面，圧力計２３３の構成部材（例えばひずみゲージなど）の表面を，ＣＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）でコーティングするようにしてもよい。これにより，流体制御機器の内部でも金属フッ化物の発生や金属成分の混入を防止することができる。
【００３７】
また，流路ブロック２４１〜２４９の流路の形状は上述したものに限られるものではない。例えば中間に配置される流路ブロック２４２〜２４８に形成される流路は，図６に示すコの字形状であってもよく，また図７に示すようにＵ字形状であってもよい。また，流路ブロック２４１〜２４９は複数のブロックで構成する代わりに，一体で構成してもよい。また，上記流路ブロックはカーボン焼結材料などの炭素材料に孔をあけて流路を形成してもよく，また型を使用して流路が所望の形状になるように焼結することにより流路ブロックを形成してもよい。このように，流路ブロックをカーボン焼結材料などの炭素材料で成形することにより，流路も所望の形状に成形し易くなる。
【００３８】
なお，上記実施形態では，１つのガス供給集積ユニットを備えたガス供給システムについて説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，例えば複数の種類のガスを処理部である反応チューブ１１２に供給する場合には，各ガスごとにガス供給集積ユニットを設けるようにしてもよい。この場合には，これらのガス供給集積ユニットのうち，腐食性ガスを供給するガス供給集積ユニットについての流路ブロックのみを炭素材料で構成するようにしてもよい。これにより，ウエハに対する金属性汚染物質の混入を抑制する必要があるガス供給集積ユニットのみに炭素材料を使用すれば足りる。既存のステンレス鋼を用いた複数のガス供給集積ユニットを備えるガス供給ユニットの一部のガス供給集積ユニットを改良するだけで，ウエハに対する金属性汚染物質の混入を抑制することができる。
【００３９】
また，上記実施形態では，流体制御機器を接続する流路をガス供給集積ユニットにより構成し，流路を構成する部材として流路ブロックを用いた場合を例に挙げて説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，流路を構成する部材はガス配管で構成するようにしてもよい。この場合には，例えばガス配管全体を炭素材料で構成してもよく，またガス配管の内壁を炭素材料（例えば硬質炭素材料膜）でコーティングするようにしてもよい。
【００４０】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４１】
例えば上記実施形態では，半導体製造装置として熱処理装置を例に挙げて説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，ガスを導入して基板などの処理を行う半導体製造装置であれば，様々な種類の半導体製造装置に適用することができる。例えば半導体製造装置として熱処理装置の他に，エッチング装置や成膜装置などに適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は，半導体製造装置のガス供給システム及びガス供給集積ユニットに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態にかかる熱処理装置の構成例を示す図である。
【図２】ガス供給集積ユニットの外観を概略的に示す図である。
【図３】図２に示すガス供給集積ユニットの最も上流側に配置される流路ブロックの内部構成の１例を示す断面図である。
【図４】図２に示すガス供給集積ユニットの最も下流側に配置される流路ブロックの内部構成の１例を示す断面図である。
【図５】図２に示すガス供給集積ユニットの中間に配置される各流路ブロックの内部構成の１例を示す断面図である。
【図６】図２に示すガス供給集積ユニットの中間に配置される各流路ブロックの別の構成例を示す断面図である。
【図７】図２に示すガス供給集積ユニットの中間に配置される各流路ブロックの別の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００      熱処理装置
１１０      熱処理部
１１２      反応チューブ
１１４      保持具
１２０      排気系
１２２      排気管
１２４      真空排気手段
２００      ガス供給系
２０２      ノズル
２１０      ガス供給源
２２０      ガス供給流路
２２１〜２２９      流路
２２１ａ    流路の一端
２２１ｂ    流路の他端
２２９ａ    流路の一端
２２９ｂ    流路の他端
２３１      ハンドバルブ
２３２      減圧弁（レギュレータ）
２３３      圧力計（ＰＴ）
２３４      逆止弁
２３５      第１遮断弁（バルブ）
２３６      第２遮断弁（バルブ）
２３７      マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
２３８      ガスフィルタ（ＦＥ）
２４０      ガス供給集積ユニット
２４１〜２４９      流路ブロック
Ｗ        ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008210982.tif 000009