(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体用特殊材料ガスを収納したガスボンベと半導体製造部との間を切替弁を介してプロセス用管路で接続し、このプロセス用管路の途中に、ガス流路を有するセルブロックを形成して、このセルブロックの両側に光源ブロック及びセンサブロックを対向するように配置し、前記光源ブロックの前記ガス流路に臨む側に窓を設けてその内部側に光源を設ける一方、前記セルブロックの前記ガス流路に臨む側に窓を設けてその内部側に測定ガスの吸収特性に合致した波長を有する干渉フィルタ及びセンサを設けてなるガス検出器を配置すると共に、前記切替弁に、前記プロセス用管路パージ用ガスを導入するためのパージ用ガス管路を接続し、更に、前記プロセス用管路の前記切替弁と前記ガス検出器との間に前記パージに用いたガスを排出するためのパージガス排出用ガス管路を接続し、インラインによりガス成分又は／及びガス濃度を測定することを特徴とする半導体用特殊材料ガス成分濃度測定装置。
【請求項２】
ガス検出器が赤外線検出器又は紫外線検出器である請求項１に記載の半導体用特殊材料ガス成分濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体製造に際して使用されるモノシラン（SiH4）、ホスフィン（PH3 ）等の半導体用特殊材料ガスのガス成分及びその濃度を実際の製造プロセスライン（インライン）で計測する半導体用特殊材料ガス成分濃度測定方法及びこの測定方法で使用するガス成分濃度計を組み込んだ半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスボンベから漏洩した微量の半導体用特殊材料ガスを検知するガス漏洩検知器は、従来より市販されており広く使用されている。しかしガスボンベに充填されている半導体用特殊材料ガスのガス成分及び濃度を実際の製造プロセスライン（インライン）で測定出来る計測器は市販されていない。従って、現在使用している或いはこれから使用しようとするガスの成分及び濃度は、ガスボンベに表示されている組成及び濃度をそのまま信用して使用しているのが現状である。
【０００３】
ガスボンベの半導体用特殊材料ガスの濃度を測定する手段としては、半導体製造装置やガスボンベ収納庫のガス配管系の一部にサンプリング用の配管を設け、ガスクロマトグラフで分析する方法がある。また、ガス成分濃度を計測する他の手段としては超音波式濃度計、光の屈折率計等で計測する方法がある。しかしガスクロマトグラフを用いる方法はガス配管系に「溜まり部分」ができるのでパ−ジ操作が煩わしい上にサンプリングしたガスの廃棄のための無害化処理が必要となる。
また、超音波式濃度計や光の屈折率計はガスの種類を検出するための選択性がなく、例えば測定中数値が変化した場合、ガスの濃度が変わったのか或いはガスの種類が異なるのかを判別することが出来ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体用特殊材料ガスの成分や濃度は、ガスメ−カ−により分析計測されガスボンベに貼って表示されたり、分析表が添付されたりして使用者（半導体製造メ−カ−等）に知らされる。この場合、表示や分析表に誤りがなかったかどうかの確認は特別に試料を取り出しガスクロマトグラフ等で分析し計測する以外に方法はない。また、ガスメ−カ−サイドに誤りがなくても使用者の側で誤ってガスボンベを接続したり、間違って別のボンベを使用したりするといった誤接続、誤配管、誤交換等が生じやすく、このような誤使用を完全に防止する方法はないのが現状である。しかもこのような誤接続や誤配管の発生を防ぎきれず管理室でも集中点検できないことが安全管理上常に問題となっている。
【０００５】
この発明は、上記する課題に着目してなされたものであり、ガスボンベ収納庫や半導体製造装置のガス配管系にインラインとして組み込むことが可能で、ガス配管内を流れている或いはガス配管系内に充満しているガスの成分及び濃度を計測することが出来、誤接続や誤配管或いは誤交換といった事故のない半導体用特殊材料ガス成分濃度測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は上記する課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、半導体用特殊材料ガス成分濃度測定装置が、半導体用特殊材料ガスを収納したガスボンベと半導体製造部との間を切替弁を介してプロセス用管路で接続し、このプロセス用管路の途中に、ガス流路を有するセルブロックを形成して、このセルブロックの両側に光源ブロック及びセンサブロックを対向するように配置し、前記光源ブロックの前記ガス流路に臨む側に窓を設けてその内部側に光源を設ける一方、前記セルブロックの前記ガス流路に臨む側に窓を設けてその内部側に測定ガスの吸収特性に合致した波長を有する干渉フィルタ及びセンサを設けてなるガス検出器を配置すると共に、前記切替弁に、前記プロセス用管路パージ用ガスを導入するためのパージ用ガス管路を接続し、更に、前記プロセス用管路の前記切替弁と前記ガス検出器との間に前記パージに用いたガスを排出するためのパージガス排出用ガス管路を接続し、インラインによりガス成分又は／及びガス濃度を測定することを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス検出器が赤外線検出器又は紫外線検出器であることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
半導体用特殊材料ガス成分濃度測定方法及びその装置を上記手段とした場合の作用について、添付図とその符号を用いて説明する。
請求項１に記載の手段及び請求項２に記載の手段によれば、ガス検出器３には赤外線光源３２を設置しパイロセンサ３８で半導体用特殊材料ガスの種類と濃度を検出することができる。即ち、半導体用特殊材料ガスはそのガス特有の赤外線吸収スペクトルを有しているので、ガス検出器３内のガス流路３１ａを流通するガスに赤外線を投射して吸収させることによりそのガスの種類及び濃度を計測しモニタすることが可能である。この場合、測定に際してはガス検出器３はインラインに組み込まれるので非接触且つ非破壊による測定が可能となり、汚れやパ−ティクルの発生もない。そして、管路５に配置した電磁弁５ｃ及びガス検出器３は図示しない制御装置に接続され異常が生じた場合直ちに該電磁弁５ｃを閉鎖することが可能である。ガス検出器３としてし紫外線検出器を用いた場合、赤外線光源３２の代わりに紫外線光源を用いるが作用としては同様である。
【０００９】
更に、上記手段では、混合ガス中の各ガスは成分ごとに独自の赤外線吸収スペクトルを有しているのでガス検出器３によれば各成分とその濃度を同時に計測することが可能である。そして予め設定してある混合濃度をこのガス検出器３で監視し、若し成分に変化が生じた場合は直ちに異常を感知し、電磁弁等を作動させてガスの供給を停止することが出来る。ガス検出器３としてし紫外線検出器を用いた場合、赤外線光源３２の代わりに紫外線光源を用いるが作用としては同様である。
【００１０】
【実施例】
以下、この発明の具体的実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の半導体用特殊材料ガス成分濃度測定装置を備えた配管図である。１はシリンダボックスであって、有毒ガス成分の漏洩や爆発を防止するため密閉空間となるようにしてあり、内部には半導体製造装置で使用される例えばモノシラン、アルシン、ホスフィン等の半導体用特殊材料ガスを収容したガスボンベ２、４が収納されている。このシリンダボックス１内には、半導体製造部門へ材料ガスを流すプロセス用の管路５と、排出用管路６と、パ−ジ用ガス管路７と、が配管されている。プロセス用の管路５とパ−ジ用ガス管路７との間には切替弁８が配置され、プロセス用の管路５には、パージガス管路７からパ−ジガスを導入してパ−ジした後、切替弁８を切り換えてガスボンベ２から材料ガスが供給される。前記プロセス用の管路５の配管途中には後述するガス成分濃度を測定することのできるガス検出器３が配置される。
【００１１】
前記プロセス用の管路５には、切換弁８を介して開閉弁５ａと減圧弁５ｂと電磁弁５ｃと更に二つの開閉弁５ｄと５ｅとの間にガス検出器３及びフィルタ５ｆが配置されている。前記ガスボンベ２から供給されるガスは、通常２〜５ｋｇｆ／ｃｍ2 （ゲ−ジ圧）程度に減圧されて供給される。
また、排出用管路６には、開閉弁６ａと減圧弁６ｂと逆止弁６ｃとが配置されているが、この管路６はパ−ジガスでプロセス用の管路５をパ−ジするときのパ−ジガス排出用として用いるための管路である。
パ−ジガス管路７には、逆止弁７ａと開閉弁７ｂとが配置され、ガスボンベ２を別の新しい材料ガスの収納されたボンベと交換した場合、プロセス管路５をパ−ジガス（（N2、Ar等）等を流してパ−ジする。前記ガス検出器３と電磁弁５ｃは外部に設置した図示しない制御装置（ＣＰＵ）からの信号で制御する。
【００１２】
即ち、パ−ジガス管路７から流入させたパージガスは、開閉弁５ａや開閉弁５ｄと５ｅ等を開いた前記プロセス管路５に入り、フィルタ５ｆを通過して、図示しないその先の管路や装置内に残留している半導体用特殊材料ガスをパージする。そして、前記開閉弁５ａを閉じて開閉弁６ａ等を開き、切替弁８とプロセス管路５の間の管路をパージして排出用管路６からパージガスを排出する。
【００１３】
図２は、プロセス管路５に配置された前記ガス検出器３の構成の詳細を示す断面図である。即ち、このガス検出器３は実際に半導体製造装置へガスを供給するプロセス管路５の途中にインライン配置される。
セルブロック３１には、ガス流路３１ａが設けられ両側には配管継手を連結できるよう雌ねじ部３１ｂ、３１ｃが設けられている。そして該セルブロック３１の中央部には流路３１ａに向けて（面して）上下に窓３１ｄ及び３１ｅが設けられ、上側の窓３１ｄには、赤外線光源３２を取り付けた光源ブロック３３に固定された金属製リング３４が嵌め込まれ、下側の窓３１ｅにはセンサブロック３６に固定された金属リング３５が嵌め込まれている。また、該センサブロック３６には測定ガスの吸収特性に合致した波長を持つ干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）３７と、センサ（例えばパイロセンサ）３８と、が取り付けられている。これらの金属リング３４及び３５は、鑞付けして該セルブロック３１に固定してある。このようにセルブロック３１内は、有毒ガス或いは爆発の危険性のあるガスが外部へ漏洩しないようタイトな構造としてある。また、前記パイロセンサ３８は増幅器４０に接続されコネクタ４１を介して図示しない制御装置（ＣＰＵ）へ接続される。
【００１４】
前記セルブロック３１の流路３１ａの途中には、圧力センサ３０が配置され流通ガスの濃度測定と同時にガス圧を計測するようにしてある。即ち、ガス圧力と赤外線センサの濃度信号（赤外線吸収率）とは１対１の関係にあるので、ガス検出器３に圧力センサ３０を配置して正確な濃度計測を保証するようにしてある。
【００１５】
上記するように、前記ガス検出器３には赤外線光源３２を設置し、パイロセンサ３８で半導体用特殊材料ガスの種類と濃度を検出することができる。即ち、半導体用特殊材料ガスはそのガス特有の赤外線吸収スペクトルを有しているので、ガス検出器３内のガス流路３１ａを流通するガスに赤外線を投射して吸収させることによりそのガスの種類及び濃度を計測しモニタすることが可能となる。この場合、測定に際してはガス検出器３は、インラインに組み込まれるので非接触且つ非破壊による測定が可能となり、汚れやパ−ティクルの発生もない。そして、管路５に配置した電磁弁５ｃ及びガス検出器３は図示しない制御装置に接続され異常が生じた場合直ちに該電磁弁５ｃを閉鎖してガスの供給を停止させることが可能である。
【００１６】
次に、図３は例えば半導体製造装置において、混合系のガス供給装置で同時に複数の材料ガスを使用する場合の混合ガス配管図である。この実施例では３種類のガスを同時に使用する場合で、ガスボンベ１１の管路２１にはマスフロ−コントロ−ラ２１ａが配置され、ガスボンベ１２の管路２２にはマスフロ−コントロ−ラ２２ａが配置され、ガスボンベ１３の管路２３にはマスフロ−コントロ−ラ２３ａが配置される。これらの管路の合流管路２４には前記ガス検出器３が配置されている。そして混合ガスはガス検出器３を通過して例えば半導体製造装置２５へ供給されるようにしてある。尚、この図には省略してあるが、各管路２１、２２、２３及び合流管路２４には開閉弁や減圧弁及び電磁弁等が配置される。
【００１７】
前記各マスフロ−コントロ−ラ２１ａ、２２ａ、２３ａ及びガス検出器３は半導体用ガス供給装置制御部２６に接続されている。また、半導体製造装置２５におけるガス供給もこの半導体用ガス供給装置制御部２６によりコントロ−ルされるようになっている。
【００１８】
上記する混合ガス配管路の途中にガス検出器３を配置すると、混合ガス中の各ガスは組成ごとに独自の赤外線吸収スペクトルを有しているので該ガス検出器３によれば各成分とその濃度を同時に計測することが可能である。そして予め設定してある混合濃度をこのガス検出器３で監視し、若し成分に設定誤差以上の変化が生じた場合は直ちに異常を感知し、電磁弁等を作動させてガスの供給を停止することが出来る。
【００１９】
この発明の上記実施例においては、ガス検出器３として非分散形の赤外線検出器を用いて説明したが、このガス検出器３の代わりに紫外線吸収スペクトルを持つガスを紫外検出器を用いてモニタするようにしても良い。
【００２０】
【発明の効果】
この発明の半導体用特殊材料ガス成分濃度測定装置によれば、ボンベから供給されるガスの種類の成分と濃度をプロセスライン（インライン）下において同時に安全且つ容易に計測することが出来る。
また、ガス検出器はインライン形式により配置してあるため応答が早く、ガスの種類や濃度に異常があると判断すると直ちに制御装置によりガス供給を停止することができる。更に、この発明ではインラインにおいてガスの種類と濃度とを同時に計測可能であるため生産管理、安全管理を行う上で極めて便利である。
更にまた、ガス検出器には赤外線や紫外線を吸収するガス特性を利用してあるため汚れやパ−ティクルの発生を防止することが出来る。そして混合ガスを使用する場合の混合ガス供給装置でもマスフロ−コントロ−ラを用いることによりガス検出器を混合ガスの各成分と濃度とを同時に計測可能な多成分の測定モニタとすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の半導体用特殊材料ガス成分濃度測定装置を備えた配管図である。
【図２】  プロセス管路に配置されたガス検出器の詳細を示す断面図である。
【図３】  半導体製造装置において、混合系のガス供給装置で同時に複数の材料ガスを使用する場合の混合ガス配管図である。
【符号の説明】
１  シリンダボックス
２、４  ガスボンベ
３  ガス検出器
５  プロセス用の管路
３１  セルブロック
３２  赤外線光源
３６  フィルタ
３７  センサ（パイロセンサ）
【図１】
0003957333.tif 000002
【図２】
0003957333.tif 000003
【図３】
0003957333.tif 000004