JP5020758B2 - ガス供給装置、半導体製造装置及びガス供給装置用部品 - Google Patents
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Description
本発明は、ガス供給源からのガスを、被処理物を処理するための処理チャンバー内に供給するためのガス供給装置、このガス供給装置を用いた半導体製造装置及びガス供給装置用部品に関する。
従来から、半導体ウエハやＬＣＤ等の被処理物に所望の処理を施す半導体製造装置では、被処理物を処理するための処理チャンバー内に、ガス供給源からの所定のガスを供給して成膜処理やエッチング処理等を施すことが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、上記のような半導体製造装置等に使用するガス供給装置としては、ガス供給を制御するための複数のガス制御機構、例えば、ガス流量制御機構（マスフローコントローラ等）、弁機構、ガス圧力制御機構等を、これらのガス制御機構を接続するとともにガス流路を形成するガス流路部（例えば流路ブロック）によって連結した構成としたものが知られており、これらのガス制御機構及びガス流路部は、ステンレス鋼によって構成することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００７−１６５４７９号公報
特開２００６−１３２５９８号公報
上記のような半導体製造装置等では、塩素系ガスやフッ素系ガス等の腐食性の高いガスを使用する場合があり、ステンレス鋼を用いたガス供給装置を使用した場合、ステンレス鋼が腐食されて鉄やニッケル等のステンレス鋼に含有されている物質が処理チャンバー内等に漏れ出てくる場合がある。
例えば、ポリシリコンの成膜を行う成膜装置では、処理チャンバー内に堆積したポリシリコンを除去するためのクリーニングの際に、クリーニングガスとしてフッ素系ガスを使用する場合がある。このような場合、クリーニング時にガス供給装置から鉄やニッケル等の金属不純物（メタルコンタミ）が処理チャンバー内に入り込み、クリーニング終了後に成膜処理を開始した際に、これらの金属不純物が成膜された膜内に侵入してしまうという問題が生じる。
このため、クリーニングが終了した後、処理チャンバー内に半導体ウエハを搬入せず、又はダミーウエハを処理チャンバー内に搬入して、成膜処理を行い、処理チャンバーの内壁部分にポリシリコン等の薄い膜を形成する所謂プリコートを行った後に、正規の半導体ウエハを搬入して成膜処理することが行われていた。すなわち、この方法では、プリコート膜内に金属不純物を封じ込めることによって、正規の半導体ウエハの成膜の際に、金属不純物が半導体ウエハに混入することを防止している。
しかしながら、上記の従来の技術では、プリコートに時間とコストがかかり、また、プリコートすることによって、次回のクリーニングを行うまでの期間が短くなってしまい、生産性の低下を招くという問題があった。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べてガス供給装置から金属不純物が発生する可能性を低減することができ、生産性の向上を図ることのできるガス供給装置、半導体製造装置及びガス供給装置用部品を提供しようとするものである。
請求項１のガス供給装置は、ガス供給を制御するための複数のガス制御機構と、これらのガス制御機構の間を接続するガス流路を形成するガス流路部とを具備し、ガス供給源からのガスを、被処理物を処理するための処理チャンバー内に供給するためのガス供給装置であって、前記ガス制御機構として、少なくとも、ガス流量を制御するためのガス流量制御機構と、ガスの供給・停止を制御するための弁機構とを有し、前記ガス制御機構及び前記ガス流路部の少なくとも一部が、前記ガスに対して耐食性を有するガラス状カーボン又はサファイアからなり、前記ガスと接触する接ガス部の少なくとも一部を構成する耐食性ブロック部材と、前記耐食性ブロック部材を嵌合させるための嵌合穴を有し、前記耐食性ブロック部材の周囲を保護する金属製ブロック部材とから構成されていることを特徴とする。
請求項２のガス供給装置は、請求項１記載のガス供給装置であって、前記耐食性ブロックが、直方体形状のガラス状カーボン又はサファイアからなることを特徴とする。
請求項３のガス供給装置は、請求項１又は２記載のガス供給装置であって、前記ガス制御機構として、さらにガス圧を制御するための圧力制御機構を具備したことを特徴とする。
請求項４の半導体製造装置は、ガス供給源からのガスを、被処理物を処理するための処理チャンバー内に供給するためのガス供給装置を具備した半導体製造装置であって、前記ガス供給装置は、ガス供給を制御するための複数のガス制御機構と、これらのガス制御機構の間を接続するガス流路を形成するガス流路部とを具備し、かつ、前記ガス制御機構として、少なくとも、ガス流量を制御するためのガス流量制御機構と、ガスの供給・停止を制御するための弁機構とを有し、前記ガス制御機構及び前記ガス流路部の少なくとも一部が、前記ガスに対して耐食性を有するガラス状カーボン又はサファイアからなり、前記ガスと接触する接ガス部の少なくとも一部を構成する耐食性ブロック部材と、前記耐食性ブロック部材を嵌合させるための嵌合穴を有し、前記耐食性ブロック部材の周囲を保護する金属製ブロック部材とから構成されていることを特徴とする。
請求項５の半導体製造装置は、請求項４記載の半導体製造装置であって、前記耐食性ブロックが、直方体形状のガラス状カーボン又はサファイアからなることを特徴とする。
請求項６の半導体製造装置は、請求項４又は５記載の半導体製造装置であって、前記ガス制御機構として、さらにガス圧を制御するための圧力制御機構を具備したことを特徴とする。
請求項７のガス供給装置用部品は、ガスを供給するガス供給装置のガス流路の一部を構成するためのガス供給装置用部品であって、前記ガスに対して耐食性を有するガラス状カーボン又はサファイアからなり、前記ガスと接触する接ガス部の少なくとも一部を構成する耐食性ブロック部材と、前記耐食性ブロック部材を嵌合させるための嵌合穴を有し、前記耐食性ブロック部材の周囲を保護する金属製ブロック部材とを具備しことを特徴とする。
請求項８のガス供給装置用部品は、請求項７記載のガス供給装置用部品であって、前記耐食性ブロックが、直方体形状のガラス状カーボン又はサファイアからなることを特徴とする。
本発明によれば、従来に比べてガス供給装置から金属不純物が発生する可能性を低減することができ、生産性の向上を図ることのできるガス供給装置、半導体製造装置及びガス供給装置用部品を提供することができる。
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかるガス供給装置の構成を模式的に示すものである。図１に示すガス供給装置１には、ガス制御機構として、ハンドバルブ２、圧力制御機構（レギュレータ）３、圧力検出のためのプレッシャートランスデューサー４，逆止弁５、開閉弁バルブ６ａ，６ｂ、流量制御機構としてのマスフローコントローラ７、メタルフィルタ８が、ガス供給方向の上流側からこの順で設けられている。
また、ガス供給装置１のガス入口側（図１中左側）端部には、ガス供給源からのガス供給配管を接続するためのガス供給配管接続用ブロック２０が設けられており、このガス供給配管接続用ブロック２０の配管接続口２０ａ内には、フィルタ２０ｂが挿入されるようになっている。一方、ガス供給装置１のガス出口側（図１中右側）端部には、半導体製造装置に設けられた装置側配管を接続するための装置側配管接続用ブロック２１が設けられている。
そして、ガス供給配管接続用ブロック２０と装置側配管接続用ブロック２１との間には、複数（図１に示す実施形態では７つ）の上記した各ガス制御機構同士の間を接続してガス流路を形成するための接続用ブロック２２が設けられている。さらに、接続用ブロック２２間の一部には、隣接する接続用ブロック２２の間を、所望の間隔を設けて接続するための接続配管２３が設けられている。上記のガス供給配管接続用ブロック２０、装置側配管接続用ブロック２１、接続用ブロック２２、および接続配管２３によって、ガス供給装置１のガス流路部が構成されている。なお、上記の構成部品は、基台２４上に設けられて一体化されている。
図２は、上記構成のガス供給装置１のうち、ガス供給装置用部品である接続用ブロック２２の構成を示すものであり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った縦断面図である。図２に示されるとおり、接続用ブロック２２は、ガスに対して耐食性を有するセラミック又は貴金属からなり、ガスと接触する接ガス部を構成する耐食性ブロック部材２２ａと、耐食性ブロック部材２２ａを嵌合させるための嵌合穴２８を有し、耐食性ブロック部材２２ａの周囲を囲むように設けられ、耐食性ブロック部材２２ａを保護する金属製ブロック部材２２ｂとから構成されている。
図２（ａ）に示すように、接続用ブロック２２の上面のうち耐食性ブロック部材２２ａの部分には、夫々がガス制御機構のガス入口又はガス出口と接続される２つのガス穴２５が設けられている。なお、ガス穴２５の部分は、Ｗシール又はＣシール等によって気密封止される。この場合、ガスケットはステンレス鋼製又は樹脂製等とされる。また、接続用ブロック２２の上面のうち金属製ブロック部材２２ｂの部分には、ガス制御機構を取り付けるための複数（図２（ａ）に示す例では、２対、合計４個）のねじ穴２６が設けられている。
また、図２（ｂ）に示すように、２つのガス穴２５は、略Ｖ字状に形成されたガス流路２７によって連通されており、接ガス部となるガス流路２７は、全て耐食性ブロック部材２２ａ内に形成されている。このような構成とすることによって、接ガス部をステンレス鋼等によって形成した場合に、接ガス部に腐食が生じるようなガス、例えば塩素系のガスやフッ素系のガスを使用した場合においても、接ガス部が腐食して、ガス中に鉄やニッケル等の金属汚染物（メタルコンタミ）が混入することを抑制することができる。
上記のような塩素系のガスやフッ素系のガスに対して耐食性を有するセラミック又は貴金属としては、例えば、ガラス状カーボン（グラッシーカボン）、サファイアを好適に用いることができる。一般に、このような材料は、ガスに対する腐食性は高いが、脆いという特性を有するが、本実施形態では、周囲に設けた金属製ブロック部材２２ｂによって耐食性ブロック部材２２ａを保護することができ、他のガス供給装置用部品を取り付けるためのねじ穴２６部分の機械的強度等も確保することができる。さらに、一般に、上記の材料は、複雑な加工が困難であるが、複雑な形状を有する部分を金属製ブロック部材２２ｂ側に設けることによって、単純な形状の耐食性ブロック部材２２ａとすることができ、加工の困難さを軽減することができる。
また、サファイアやガラス状カーボン等の高価な材料を使用した場合にも、接続用ブロック２２全体をこれらの材料で構成した場合に比べて使用するサファイアやガラス状カーボン等の量を低減することができ、ガス供給装置用部品及びガス供給装置の製造コストの低減を図ることができる。さらに、一般に、サファイアやガラス状カーボン等は、一定の厚さ以上の厚みを有する材料を製造することが困難であるが、接続用ブロック２２全体に比べて薄い耐食性ブロック部材２２ａの厚さがあればよいため、厚さの制限のあるサファイアやガラス状カーボン等も使用できる。
なお、以上では、接続用ブロック２２についてのみ説明したが、ガス供給配管接続用ブロック２０、装置側配管接続用ブロック２１、接続配管２３、及び、ガス制御機構としてのハンドバルブ２、圧力制御機構（レギュレータ）３、圧力検出のためのプレッシャートランスデューサー４、逆止弁５、開閉弁バルブ６ａ，６ｂ、流量制御機構としてのマスフローコントローラ７、メタルフィルタ８についても同様にして、接ガス部を耐食性ブロック部材によって構成し、その周囲を金属製ブロック部材で保護した構成とすることができる。
上記構成の本実施形態のガス供給装置１では、ガス供給配管接続用ブロック２０に接続されたガス供給配管から供給される所定のガスが、ハンドバルブ２を通った後圧力制御機構（レギュレータ）３に至り、ここで所定圧力に制御された後、プレッシャートランスデューサー４にて圧力を検出され、逆止弁５、開閉弁バルブ６ａ，６ｂを通ってマスフローコントローラ７に至り、ここで所定流量に制御された後、メタルフィルタ８を通り、ここで所定粒径以上のメタル粒子が除去され、装置側配管接続用ブロック２１を経て半導体製造装置の処理チャンバー内へ供給される。
上記のようにしてガスが処理チャンバー内に供給される際に、本実施形態のガス供給装置１では、接ガス部が耐食性ブロック部材とされているため、接ガス部をステンレス鋼によって形成した場合に接ガス部に腐食が生じるようなガス、例えば塩素系のガスやフッ素系のガスを使用した場合においても、ガス供給装置１の接ガス部が腐食して、ガス中に鉄やニッケル等の金属汚染物（メタルコンタミ）が混入することを抑制することができる。
例えば、ポリシリコン膜を形成する成膜装置において、処理チャンバー内に堆積したポリシリコン膜のクリーニングを行う際に、フッ素等の腐食性の高いガスを使用した場合であっても、メタルコンタミの発生を抑制することができる。このため、クリーニングが終了した時点において、処理チャンバー内壁にメタルコンタミが付着していない状態、又は、処理チャンバー内壁にメタルコンタミが付着していたとしてもその量を従来に比べて減少させることができる。
これによって、従来実施していた前述したプリコート処理（メタルコンタミを封じ込めるために処理チャンバー内壁部分にポリシリコン等の薄い膜を形成する処理）を省略できるか、または、より薄いプリコート膜で済むためプリコート処理に要する時間を短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。
なお、上記したガス供給装置１のみでなく、このガス供給装置１に接続されるガス供給配管及び装置側配管等の接ガス部を全て耐食性ブロック部材によって構成すれば、さらにメタルコンタミの発生を抑制することができる。一方、ガス供給装置１の接ガス部のうちの一部のみを耐食性ブロック部材によって構成しても、メタルコンタミを低減する効果は得ることができる。
図３は、ガス供給装置を具備した半導体製造装置１００の構成を模式的に示したものである。図３に示すように、半導体製造装置１００は、内部に被処理物である半導体ウエハＷを収容して処理するための処理チャンバー３０を具備している。この処理チャンバー３０は、半導体ウエハＷに所定の処理、例えば、成膜処理、エッチング処理を施すものであり、石英又はアルミニウム等から所定形状、例えば円筒状に構成されている。なお、図３には、処理チャンバー３０内に半導体ウエハＷを１枚のみ収容して、半導体ウエハＷを１枚ずつ処理する枚葉式の装置について示してあるが、複数の半導体ウエハＷを収容して、１度に複数枚の半導体ウエハＷを処理するバッチ式の装置であってもよい。
図３において、３１ａ〜３１ｅは、夫々が所定のガスを供給するための複数（図３の例では５つ）のガス供給源である。そして、これらのガス供給源３１ａ〜３１ｅの夫々が、夫々別のガス供給装置１ａ〜１ｅを介して、処理チャンバー３０に接続されている。
上記のガス供給装置１ａ〜１ｅのうち、ステンレス鋼を腐食しないガスが流通されるものについては、接ガス部がステンレス鋼製である従来のガス供給装置とされている。また、ステンレス鋼が腐食される腐食性のガス、例えば塩素系ガス、フッ素系ガスが流通されるものについては、上述した接ガス部が、これらのガスに対して耐食性を有するセラミック又は貴金属からなる耐食性ブロック部材によって構成されたガス供給装置とされている。
また、処理チャンバー３０の下部には、処理チャンバー３０内部を排気するための真空ポンプ３２が接続されており、ガス供給装置１ａ〜１ｅから処理チャンバー３０内に供給され、半導体ウエハＷの処理に供した後のガスを、真空ポンプ３２によって排気するようになっている。なお、処理チャンバー３０には、半導体ウエハＷに施す処理の種類によって、例えば、半導体ウエハＷを加熱するための加熱機構、半導体ウエハＷを冷却するための冷却機構、ガスをプラズマ化するためのプラズマ発生機構等が設けられる。
上記の半導体製造装置１００では、塩素系のガスやフッ素系のガスを使用した場合においても、ガス供給装置１ａ〜１ｅの接ガス部が腐食して、ガス中に鉄やニッケル等の金属汚染物（メタルコンタミ）が混入することを抑制することができる。また、金属汚染物（メタルコンタミ）の混入を抑制するために、従来処理チャンバー３０のクリーニング後に実施していたプリコート処理を省略できるか、または、プリコート処理に要する時間を短縮することができるので、生産性の向上を図ることができる。
Ｗ……半導体ウエハ、１……ガス供給装置、２……ハンドバルブ、３……圧力制御機構（レギュレータ）、４……プレッシャートランスデューサー、５……逆止弁、６ａ，６ｂ……開閉弁バルブ、７……マスフローコントローラ、８……メタルフィルタ、２０……ガス供給配管接続用ブロック、２１……装置側配管接続用ブロック、２２……接続用ブロック、２２ａ……耐食性ブロック部材、２２ｂ……金属製ブロック部材、２３……接続配管、２４……基台。
Claims (8)
- ガス供給を制御するための複数のガス制御機構と、これらのガス制御機構の間を接続するガス流路を形成するガス流路部とを具備し、ガス供給源からのガスを、被処理物を処理するための処理チャンバー内に供給するためのガス供給装置であって、
前記ガス制御機構として、少なくとも、ガス流量を制御するためのガス流量制御機構と、ガスの供給・停止を制御するための弁機構とを有し、
前記ガス制御機構及び前記ガス流路部の少なくとも一部が、
前記ガスに対して耐食性を有するガラス状カーボン又はサファイアからなり、前記ガスと接触する接ガス部の少なくとも一部を構成する耐食性ブロック部材と、
前記耐食性ブロック部材を嵌合させるための嵌合穴を有し、前記耐食性ブロック部材の周囲を保護する金属製ブロック部材とから構成されている
ことを特徴とするガス供給装置。 - 請求項１記載のガス供給装置であって、
前記耐食性ブロックが、直方体形状のガラス状カーボン又はサファイアからなることを特徴とするガス供給装置。 - 請求項１又は２記載のガス供給装置であって、
前記ガス制御機構として、さらにガス圧を制御するための圧力制御機構を具備したことを特徴とするガス供給装置。 - ガス供給源からのガスを、被処理物を処理するための処理チャンバー内に供給するためのガス供給装置を具備した半導体製造装置であって、
前記ガス供給装置は、ガス供給を制御するための複数のガス制御機構と、これらのガス制御機構の間を接続するガス流路を形成するガス流路部とを具備し、かつ、前記ガス制御機構として、少なくとも、ガス流量を制御するためのガス流量制御機構と、ガスの供給・停止を制御するための弁機構とを有し、
前記ガス制御機構及び前記ガス流路部の少なくとも一部が、
前記ガスに対して耐食性を有するガラス状カーボン又はサファイアからなり、前記ガスと接触する接ガス部の少なくとも一部を構成する耐食性ブロック部材と、
前記耐食性ブロック部材を嵌合させるための嵌合穴を有し、前記耐食性ブロック部材の周囲を保護する金属製ブロック部材とから構成されている
ことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項４記載の半導体製造装置であって、
前記耐食性ブロックが、直方体形状のガラス状カーボン又はサファイアからなることを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項４又は５記載の半導体製造装置であって、
前記ガス制御機構として、さらにガス圧を制御するための圧力制御機構を具備したことを特徴とする半導体製造装置。 - ガスを供給するガス供給装置のガス流路の一部を構成するためのガス供給装置用部品であって、
前記ガスに対して耐食性を有するガラス状カーボン又はサファイアからなり、前記ガスと接触する接ガス部の少なくとも一部を構成する耐食性ブロック部材と、
前記耐食性ブロック部材を嵌合させるための嵌合穴を有し、前記耐食性ブロック部材の周囲を保護する金属製ブロック部材と
を具備しことを特徴とするガス供給装置用部品。 - 請求項７記載のガス供給装置用部品であって、
前記耐食性ブロックが、直方体形状のガラス状カーボン又はサファイアからなることを特徴とするガス供給装置用部品。
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