JPH0831369A - ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】イオン注入装置において、イオンを発生させる
原料ガスをイオン源３に供給するガス供給ラインＡと、
バルブ１４、バルブ１５の切り換えによって上記ガス供
給ラインＡに残留したガスの排出がイオン源３を通さず
に行えるガス抜き専用のガス抜きラインとを設ける。 【効果】残留したガスを取り除くガス抜き専用のガス抜
きラインにイオン源３を含まないように配置することに
より、イオン源チャンバーの状態が高真空、かつ、常温
であるかどうかに関係なくガス抜きが行えるので、ガス
抜きを行なう際の制約が大幅に減少し、ガス供給装置１
が設置されている高電位部の電源がＯＦＦであることを
確認後、すぐにガス抜きを開始することができるので、
ガス抜きがイオン注入装置のダウンタイムに与える影響
を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン注入装置におい
て、イオン源にイオンを発生させる原料ガスを供給する
ためのガス供給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン注入装置には、半導体ウエハに注
入しようとするイオンを発生させるイオン源に原料ガス
を供給するガス供給装置が設けられている。

【０００３】このガス供給装置内のガスボンベの交換作
業等は、イオン源のメンテナンスの際に行われることが
多い。原料ガスは人体に対して有害なので、ガスボンベ
を交換する際には、ガス供給ラインに残留した原料ガス
を取り除く作業（以下、単に“ガス抜き”と呼ぶ）を行
わなければならない。ガス抜きは通常、ガスラインに対
して真空排気を行った後、Ｎ₂ ガス充填を行う（以
下、”ベントする”と言う）というサイクルを数回繰り
返すことによって行われる。

【０００４】ここで、従来のガス供給装置のガス配管系
統図を図５に示す。

【０００５】ガス供給装置５０は、イオン源５１に原料
ガスを供給するためのガスボンベ５３およびガス供給ラ
インとしてのメインガスラインＡ等から構成されてい
る。ここではガス供給ラインを３系統装備したガス供給
装置の構成を示している。

【０００６】各メインガスラインＡは、レギュレータ
（減圧弁）５４を挟んで一次側には原料ガスボンベ５
３、ガスボンベバルブ５３ａ、緊急排気バルブ６６及び
緊急遮断バルブ６５が配置され、二次側にはバルブ５
９、逆止弁６４、シャットバルブ（ストップ弁）５５、
マスフローコントローラ（流量調節弁）５６が配置され
ている。そして、各メインガスラインＡはマスフローコ
ントローラ５６の下流側で一つに合流しイオン源バルブ
６２を介してイオン源５１に接続されている。また、各
メインガスラインＡには緊急遮断バルブ６５の上流側
で、パージアセンブリーバルブ５７と逆止弁６３が設け
られたパージガスラインＢが接続され、その末端がＮ₂
ガス導入を行うパージバルブ５８に接続されている。メ
インガスラインＡのシャットバルブ５５上流側に接続さ
れるバイパスガスラインＣは、バイパスバルブ６０を経
由して合流し、リークバルブ６１を通過してマスフロー
コントローラ５６の下流側でメインガスラインＡに接続
されている。

【０００７】上記構成を有するイオン注入装置におい
て、ガス供給ラインのガス抜き時における真空排気を開
始するためにはイオン源用真空排気装置を作動させてイ
オン源チャンバーが真空排気可能な状態（高真空）に保
たれていることが必要である。しかも、上記のようにこ
のガス抜きの際の真空排気は数回繰り返されるので、ガ
ス抜きを行っているときはイオン源のメンテナンスは不
可能である。

【０００８】通常では、イオン源の電源をＯＦＦした
後、ガス供給ラインのガス抜き、イオン源のメンテナン
スという順に作業は行われる。しかし、イオン源の電源
をＯＦＦした直後は、イオン源チャンバーがかなり高温
（部分的には１０００℃近くまで上昇することもある）
になっているため、そこにガスを導入すると、何らかの
化学変化を起こす恐れがあり危険である。そこで、ガス
供給ラインのベントを行う前に、イオン源チャンバーの
温度をほぼ常温（１００℃以下）迄冷却しておくことが
必要である。

【０００９】また、イオン源構成部品の変形や表面の酸
化等を避けるため極度の急冷はしないほうが良いので、
通常、イオン源チャンバーの冷却時間として３０分〜１
時間程度を必要とする。そして、イオン源チャンバーが
真空排気可能な高真空、かつ常温になっていることを確
認した後、ガス抜きの真空排気を開始する。ガス抜き終
了後にガスボンベを取り外し、イオン源をベントしてイ
オン源のメンテナンスを開始する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、ガス抜きとイオン源のメンテナンスとを
行う場合に、ガス抜きの真空排気を行う際の前提として
前述のようにイオン源チャンバーが高真空、かつ、常温
に保たれている必要があるので、イオン源のメンテナン
スを同時に行うことができない。つまり、イオン源の電
源をＯＦＦした後、さらにガス抜きを終わって初めてイ
オン源のメンテナンスをすることができる。その場合、
イオン源のメンテナンスに要する時間に加えて、ガス抜
きの時間分だけ余計に装置のダウンタイムが長くなる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係るガス供給装置は、イオン注入装置に
おいて、イオン源にイオンを発生させる原料としてのガ
スを供給するガス供給ラインと、バルブの切り換えによ
って上記ガス供給ラインに残留したガスの排出がイオン
源を通さずに行われるように真空排気手段が接続される
ガス抜き専用のガス抜きラインとが設けられていること
を特徴としている。

【００１２】

【作用】上記の構成によれば、真空排気手段として、例
えば、イオン注入装置内の真空排気装置からラインを分
岐させて接続したり、専用の真空排気装置を設けたりす
ることにより、イオン源チャンバーを通さずにガス抜き
時の真空排気が行われるようになる。その結果、イオン
源チャンバーの状態に関係なくガス抜き作業を行うこと
が可能となるので、ガス抜きを行なう際の制約が従来例
と比べ大幅に減少し、ガス抜きが装置のダウンタイムに
与える影響を低減することが可能である。

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の一実施例についてのガス配管系を
図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１４】ガス供給装置１において、ガス供給ライン
としてのメインガスラインＡには、レギュレータ６を挟
んで一次側にはガスボンベ５、ガスボンベバルブ５ａ、
緊急排気バルブ１９及び緊急遮断バルブ１８が配置さ
れ、二次側にはバルブ１１、逆止弁１７、シャットバル
ブ７、マスフローコントローラ８が配置されている。そ
して、各メインガスラインＡはマスフローコントローラ
８の下流側で一つに合流しイオン源バルブ１４を介して
イオン源３に接続されている。

【００１５】また、各メインガスラインＡにはそれぞれ
緊急遮断バルブ１８の上流側でパージアセンブリーバル
ブ９と逆止弁１６が設けられたパージガスラインＢが接
続され、その末端がＮ₂ ガス導入を行うパージバルブ１
０に接続されている。

【００１６】メインガスラインＡのシャットバルブ７上
流側に接続されるバイパスガスラインＣは、バイパスバ
ルブ１２を経由して合流し、リークバルブ１３を介して
マスフローコントローラ８の下流側でメインガスライン
Ａに接続されている。

【００１７】本実施例では上記ガスラインを３系統有し
ており、各メインガスラインＡはマスフローコントロー
ラ８下流流側で、各パージガスラインＢはパージバルブ
１０下流側で、各バイパスガスラインＣはリークバルブ
１３上流側で３系統が合流している。

【００１８】さらに、各メインガスラインＡが合流した
あとイオン源バルブ１４の上流側で分岐させ、その末端
にはガス抜きバルブ１５が設けられている。ガス抜きバ
ルブ１５には真空排気手段としてイオン注入装置内にあ
る、例えば、エンドステーション４内のエンドステーシ
ョンチャンバー４ａに接続されている真空排気装置２か
ら分岐させた配管が導入ライン部２０として接続されて
いる。

【００１９】通常の運転時においてはイオン源バルブ１
４を開弁状態、ガス抜きバルブ１５を閉弁状態にしてお
く。

【００２０】上記構成において原料ガスはメインライン
Ａを通る際レギュレータ６によって圧力を調整されてマ
スフローコントローラ８で上記ガスの流量を監視及び制
御されてイオン源６に供給される。

【００２１】尚、通常、ガス供給装置１はイオン源３等
とともに高電位部に設置されているのでエンドステーシ
ョン４に接続される導入ライン部２０は絶縁配管とする
必要がある。

【００２２】上記実施例に対するガス抜き手順について
説明すれば以下の通りである。

【００２３】（１）バルブ２５、バルブ２６およびガス
抜きバルブ１５が閉弁された状態で、導入ライン部２０
をエンドステーション４内部の図示されないＮ₂ ガス配
管によってベントする。

【００２４】（２）エンドステーション４の真空排気装
置２を作動させて上記導入ライン部２０の荒引きを行
う。

【００２５】（３）上記導入ライン部２０のＴＣゲージ
の真空度が３００ｍＴｏｒｒ程度に達すれば、ガス抜き
バルブ１５を開弁し、ガス抜きを行うガスライン系のシ
ャットバルブ７を開弁する。

【００２６】（４）バイパスラインのリークバルブ１
３、バルブ１２をゆっくり開弁する。

【００２７】（５）レギュレータ６下流のバルブ１１を
開弁する。

【００２８】（６）二次側のガスが抜けるのを確認して
から、レギュレータ６のバルブを徐々に開弁する。レギ
ュレータ６のバルブは最終的に全開にする。

【００２９】（７）真空が立ち上がって上記導入ライン
部２０の真空度が３×１０^-6Ｔｏｒｒ程度になるまで、
パージアセンブリーバルブ９は全閉とし、その他の全て
のバルブを全開の状態にしておく。

【００３０】（８）上記導入ライン部２０の真空度が３
×１０^-6Ｔｏｒｒ程度に達すれば、全てのバルブを閉弁
する。

【００３１】（９）パージバルブ１０にＮ₂ ガスの配管
をつなぎ込む。

【００３２】（１０）パージバルブ１０及びパージアセ
ンブリバルブ９を開弁してＮ₂ ガスを充填させ、レギュ
レータ６の一次圧が１０００〜１５００ｐｓｉになった
後パージアセンブリバルブ９を閉弁する。

【００３３】（１１）レギュレータ６のバルブを開弁し
て、二次側に２０ｐｓｉ程度のＮ₂ ガスを入れ、レギュ
レータ６のバルブを閉弁する。。

【００３４】（１２）レギュレータ６下流のバルブ１１
を開弁して、シャットバルブ７、バイパスラインバルブ
１２までガスを充填させる。

【００３５】（１３）レギュレータ６下流のバルブ１１
を閉弁する。

【００３６】（１４）上記（１）〜（１３）を３回行な
った後、（１）〜（８）を行なう。

【００３７】（１５）パージバルブ１０が閉弁されてい
ることを確認後、Ｎ₂ ガスの配管を取り外す。

【００３８】上記実施例では真空排気手段としてエンド
ステーションの真空排気装置を利用しているが、その他
ビームライン部の真空排気装置を用いたり、イオン源の
真空排気装置にイオン源チャンバーをバイパスした配管
を設けて使用しても良い。このようにガス抜き時に用い
るガスライン系にイオン源チャンバーを含まないように
して配管し、ガス供給ラインのガス抜きを行うようにし
たものである。

【００３９】エンドステーション４の真空排気装置２を
図２に基づいて簡単に説明すれば、以下の通りである。

【００４０】エンドステーション４においては、エンド
ステーションチャンバー４ａと真空排気装置２内の荒引
き用補助ポンプ３０とが、バルブ２５を介して接続され
ている。このガスライン上にはＮ₂ ガスベント用パージ
バルブ２７とＴＣゲージ３５が設けられている。また、
同様に高真空ポンプ３１がバルブ２６を介して上記チャ
ンバー４ａに接続されるとともにその排気側がＴＣゲー
ジ３４、バルブ３６を介して補助ポンプに接続されてい
る。さらに、この真空排気装置２をガス供給ラインの真
空排気用として用いるために、補助ポンプ側、高真空ポ
ンプ側からのガスラインがそれぞれバルブ３７、バルブ
３８を介して導入ライン部２０に接続されている。導入
ライン部２０にはＴＣゲージ３２、ＩＧゲージ３３が配
置され、さらにパージガスバルブ２８が分岐して設けら
れている。

【００４１】ガス抜き時に、上記真空排気装置２を用い
て導入ライン部２０の真空排気及びベントからガス供給
装置１のガス抜きに至る手順について以下に説明する。

【００４２】（１）エンドステーション４の真空排気装
置２とエンドステーションチャンバー４ａとをバルブ２
５、バルブ２６を閉弁して遮断する。

【００４３】（２）ガス抜きバルブ１５が閉弁されてい
ることを確認し、パージバルブ２８を開弁して導入ライ
ン部のベントを行う。

【００４４】（３）補助ポンプ３０を稼働させて荒引き
を始め所定の圧力になりＴＣゲージ３５がＯＮになるの
を確認して、バルブ３８を開弁する。

【００４５】（４）所定の圧力に達するとＴＣゲージ３
２がＯＮになるので、バルブ３８を閉弁し、バルブ３７
を開弁して高真空ポンプ３１を作動させて真空排気を開
始する。

【００４６】（５）ＩＧゲージ３３が所定の真空度を示
せば導入ライン部２０の真空排気は終了し、ガス供給ラ
インのガス抜きを始める。

【００４７】本実施例においてはイオン源バルブ１４の
前でラインを分岐させてガス抜きバルブ１５を設けてお
り、ここに例えば、エンドステーション４の真空排気装
置２を接続してガス抜きを行っている。上記のようにガ
ス供給装置は高電位部に配置されているので、高電位部
の電源がＯＮの状態では感電の恐れがありガス供給装置
のバルブ操作等は不可能である。従って、ガス抜きを行
う際には、高電位部の電源ＯＦＦ、かつ、イオン源チャ
ンバーの状態が高真空、かつ、常温という条件を満たす
ことが必要であった。

【００４８】しかしながら、上記構成とすることでイオ
ン源チャンバーの状態による制約についてはなくなるの
で、高電位部の電源がＯＦＦであることを確認後、直ぐ
にガス抜きを開始することが可能となり、装置のダウン
タイム短縮につながる。

【００４９】また、上記真空排気手段以外に、真空排気
装置一式をラック等に設置して移動可能とし、ガス抜き
を行う際にガス供給装置付近に移動させて真空排気を行
ったり、ガス供給装置内に真空排気専用真空ポンプを常
設する等、真空排気装置を別に用意する方法なども考え
られる。

【００５０】〔実施例２〕本発明の他の実施例について
のガス配管系を図３に基づいて説明すれば、以下の通り
である。尚、説明の便宜上、前記の実施例１の図面に示
した構成と同一の機能を有する構成には、同一の符号を
付記し、その説明を省略する。

【００５１】ガス供給装置１は、上記実施例１と同様、
メインガスラインＡ、パージガスラインＢ及びバイパス
ガスラインＣを有している。そして、メインガスライン
Ａ上には圧力センサ２２、２３がそれぞれレギュレータ
６の上流側と逆止弁１７下流側とに設けられている。さ
らに、バイパスガスラインＣがリークバルブ下流側でメ
インガスラインＡとは遮断されて直接ガス抜きバルブ１
５に接続されている。ここではバイパスガスラインＣが
ガス抜きラインとなっている。また、３系統のうち一つ
をＮ₂ ガスベント用とし、ガスボンベ２１とこのライン
系の逆止弁１６が逆止弁２４とされ方向が変えられてい
る点で異なっている。そして、ガス抜きバルブ１５には
ガス供給装置内に常設されたガス抜き専用の真空排気設
備２ａが接続されている。

【００５２】通常の運転時はイオン源バルブ１４を開
弁、ガス抜きバルブ１５及び全てのバイパスバルブ１２
を閉弁の状態にしておく。

【００５３】上記の他の実施例に対するガス抜きについ
て説明すれば以下の通りである。ただし、リークバルブ
１３、レギュレータ６のバルブは、ガス抜きが終了する
までガスボンベ５使用時に調整した開度を保ったままに
しておくこととする。

【００５４】（１）常設された真空排気装置２ａを介し
て導入ライン部２０をＮ₂ ガスベントする。

【００５５】（２）さらに、上記真空排気装置２ａを用
いて上記導入ライン部２０の荒引きを開始する。

【００５６】（３）上記導入ライン部２０のＴＣゲージ
の真空度が３００ｍＴｏｒｒ程度に達すれば、ガス抜き
バルブ１５を開弁する。

【００５７】（４）ガス抜きを行なうガスライン系のバ
ルブ１２をゆっくり開弁する。

【００５８】（５）圧力センサ２３により圧力が０ｐｓ
ｉになったのを確認後、レギュレータ６下流のバルブ１
１を開弁する。

【００５９】（６）真空が立ち上がって上記導入ライン
部２０の真空度が３×１０^-6Ｔｏｒｒ程度になるまで、
パージアセンブリーバルブ９は全閉とし、その他の全て
のバルブを全開の状態にしておく。

【００６０】（７）圧力センサ２２及び圧力センサ２３
により圧力が０ｐｓｉになったのを確認し、かつ、上記
導入ライン部２０の真空度が３×１０^-6Ｔｏｒｒ程度に
達すれば、リークバルブ２３とレギュレータ６のバルブ
以外の全てのバルブを閉弁する。

【００６１】（８）Ｎ₂ ガスボンベ２１のパージアセン
ブリバルブ９及びガス抜きを行うガスライン系のパージ
アセンブリバルブ９を開弁してＮ₂ ガスを充填させ、圧
力センサ２２により圧力が１０００〜１５００ｐｓｉに
なったのを確認後、両者のパージアセンブリーバルブ９
・９を閉弁する。

【００６２】（９）レギュレータ６下流のバルブ１１を
開弁して、シャットバルブ７、バルブ１２までＮ₂ ガス
を充填させ、圧力センサ２３により圧力が調整時と同じ
程度である事を確認する。

【００６３】（１０）レギュレータ６下流のバルブ１１
を閉弁する。

【００６４】（１１）上記（１）〜（１０）を３回行な
った後、（１）〜（６）を行なう。

【００６５】（１２）上記導入ライン部２０の真空度が
３×１０^-6Ｔｏｒｒ程度に達すれば、全てのバルブを閉
弁する。

【００６６】また、図４に真空排気装置２ａの詳細を示
すが、作動については実施例１に示した真空排気装置２
とほぼ同等であるので略する。

【００６７】本実施例においてはバイパスガスラインＣ
がリークバルブ１２の下流側でメインガスラインＡから
遮断されており、リークバルブ１２の下流にガス抜きバ
ルブ１５が接続され、また同時にガス抜き用Ｎ₂ ガスボ
ンベ２１とガス抜き時の真空排気装置２ａを常設してい
る。上記構成により実施例１と同様にイオン源チャンバ
ーの状態（高真空、かつ、常温であるかどうか）に依存
しないので、ガス抜きを行うときの制約がなくなる。

【００６８】さらに、高電位部の電源がＯＮの状態では
感電する恐れがあり、手動によるバルブの操作やガスボ
ンベの交換は不可能であるが、ガス供給装置内のバルブ
を自動バルブとすることにより、高電位部の電源がＯＮ
の状態であってもバルブを自動制御や遠隔操作としてガ
ス抜きを行うことができる。本実施例中の圧力センサ２
２、圧力センサ２３はバルブの自動制御を行う際の圧力
値判定を行う目的で設置されたものである。そして、ガ
ス供給装置内には複数のガスラインが設置されているの
で一つのガスライン系を使用してイオン注入を行ってい
る間でも、別のガスライン系のガス抜き作業を行うこと
ができる。

【００６９】そして、イオン注入中にガス抜きを行って
おけば高電位部の電源をＯＦＦした直後にガスボンベを
交換することができ、ガス抜きが装置のダウンタイムに
与える影響をなくすことが可能となり装置のダウンタイ
ムが大幅に短縮できる。

【００７０】ここでは真空排気用としてガス供給装置内
にガス抜き時の専用真空排気装置２ａを常設する構成と
しているが、その他、真空排気装置２ａをラックに設置
して移動可能とし、ガス抜きを行う際にガス供給装置付
近に移動させて真空排気を行うものや実施例１と同様イ
オン注入装置内の真空排気装置を利用して直接ガス抜き
バルブ１５に接続してガス抜きを行う方法なども考えら
れる。

【００７１】

【発明の効果】上記の課題を解決するために、本発明に
係るイオン注入装置に用いられるガス供給装置は、イオ
ン源にイオンを発生させる原料としてのガスを供給する
ガス供給ラインと、バルブの切り換えによって上記ガス
供給ラインに残留したガスの排出がイオン源を通さずに
行われるように真空排気手段が接続されたガス抜き専用
のガス抜きラインとが設けられていることを特徴として
いる。

【００７２】その結果、イオン源チャンバーの状態が高
真空、かつ、常温であるかどうかに関係なくガス抜きを
行うことが可能となるので、ガス抜きを行なう際の制約
が従来と比べ大幅に減少し、高電位部の電源がＯＦＦで
あることを確認すれば直ぐにガス抜きを開始することが
可能となる。このことにより、ガス抜きが装置のダウン
タイムに与える影響を低減できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例のガス供給装置のガ
ス配管系統図である。

【図２】図１に示した真空排気装置の詳細図である。

【図３】本発明を適用した他の実施例のガス供給装置の
ガス配管系統図である。

【図４】図３に示した真空排気装置の詳細図である。

【図５】本発明の従来例におけるガス供給装置のガス配
管系統図である。

【符号の説明】

１ ガス供給装置 ２ 真空排気装置 ３ イオン源 ４ エンドステーション ５ ガスボンベ ６ レギュレータ ７ シャットバルブ ８ マスフローコントローラ １４ イオン源バルブ １５ ガス抜きバルブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン注入装置において、イオン源にイオ
   ンを発生させる原料としてのガスを供給するガス供給ラ
   インと、バルブの切り換えによって上記ガス供給ライン
   に残留したガスの排出がイオン源を通さずに行われるよ
   うに真空排気手段が接続されるガス抜き専用のガス抜き
   ラインとが設けられていることを特徴とするガス供給装
   置。