JPS6351918A - 半導体製造装置用ガス精製器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体の製造プロセスにおいて超高純度ガス
を反応室に送るための半導体製造装置用ガス精製器に関
する。

〔従来の技術〕

一般に半導体製造装置に用いられる高純度ガスラインで
は、ガス精製Ｖ装置を通過した高純度ガスを、流量や圧
力を制御するためのガスコントロールシステムを通して
から、反応室に流し込むようにしている。周知のように
不純ガスの存在は、反応室で生成される半導体ディバイ
スに欠陥を生じる原因となるため、上記ガス精製装置ば
かりでなくガスコントロールシステムについても相当な
高純度化が図られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ガスｌ製ｖ装置の下流側にガスコントロ
ールシステムが配置されている以上、このガスコントロ
ールシステム内でガスが汚染されることを完全に無くす
ことは不可能であった。それにもかかわらず近時は半導
体ディバイス等の超精密化に伴って、反応室に送り込む
ガスの超高純度化を望む声がますます強まる傾向にあり
、従来の高純度ガスラインではこうした要求に対応しき
れていないのが現状である。ガスの高純度化には、通常
吸着剤を用いるが、吸着剤はガス供給系において大量の
塵埃を発生するという決定的な欠点を有している。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、半導体製造プロセスにおける反応室のガス取
入れ口側に接続されるガス精製器であって、ガスの流入
口および流出口を備えたハウジングと、このハウジング
内に収容された不純ガス除去用の吸着剤と、上記ハウジ
ング内おいて上記流入口と上記吸着剤との間に設けられ
た第１フィルタと、上記ハウジング内において上記吸着
剤と上記流出口との間に設けられた微粒子捕集用の高密
度第２フィルタとを具備したことを特徴とする。

第２フィルタの目のあらさは、吸着剤等から生じる微小
粒子を充分捕集できる大きさとする。上記吸着剤として
は例えばゼオライト等が使用されるが、これ以外の吸着
剤を用いることも勿論有り得る。

（作用） 上記ガス精製器は、ガスコントロールシステムの下流側
で反応室の直前に設けるのが効果的である。このガス精
製器は、ハウジング内に吸着剤とフィルタとを内蔵しコ
ンパクトに構成できるものであるから、既設の高純度ガ
スラインにおける反応室の直前に容易に追加できる。

ガスコントロールシステムの上流側には別途に周知のガ
ス精製装置が設置され、所望の高純度ガスが作られる。

ガスコントロールシステムを通過して所定の流量と圧力
に制御された高純度ガスは、本発明のガス精製器を通っ
て反応室に送られるため、ガスの純度を更に上げること
ができるばかりでなく、仮にガスコントロールシステム
内での汚染があっても、この精製器を通過することで超
高純度のガスを反応室に供給することができる。

吸着剤の再生を行なうには、上記ガス精製器を高温に熱
した状態で、パージガスを上記流出口側から流入口側に
逆流させることによって行なえる。

パージガスが流れる吸着剤の下流側すなわちハウジング
の流入口側には第１フィルタが配置されているから、パ
ージガスに伴う吸着剤からの微小か埃が流入口側に流れ
出て配管系等を汚染することを防止できる。

〔実施例〕

第１図に示されたガス精製器１は、略円筒形の金属製ハ
ウジング２を備えている。このハウジング２は、図示上
端側が開口する有底のハウジング本体２ａと、このハウ
ジング本体２ａの開口を塞ぐハウジング蓋２ｂとを備え
て構成されている。

上記ハウジング蓋２ｂは、ねじ部３ａを備えたねじ込み
式のキャップ３によってハウジング本体２ａに固定され
ている。ハウジング本体２ａとハウジング１２ｂとの間
には、メタルガスケット４が設けられていて両者間の気
密を維持している。

そしてハウジング蓋２ｂの中央部にガスの流入口６が開
設されている。またハウジング本体２ａの底壁部分の中
央にガスの流出ロアが開設されている。半導体の製造プ
ロセスに使われるガスは上記流入口６からハウジング２
内に導入されたのち流出ロアから流出するのであり、ハ
ウジング２の内部は上記ガスの滞留が生じないような形
状に形成されている。

また、ガスが接触する金属表面は、その表面積が極力小
さくなるように加工変質層を伴わない鏡面仕上げをして
あり、こうすることにより金属表面への不純ガスの取込
みと金属表面からのガスの放出を少なくしている。なお
流入口６の外周部と流出ロアの外周部には、それぞれ配
管系に接続するためのねじ部８ａ、８ｂが設けられてい
る。

そしてハウジング２内に不純ガス吸収用の吸着剤９〈一
部のみ図示）が収容されている。この吸着剤９は一例と
してゼオライトであるが、ゼオライトは水分子あるいは
炭酸ガスを吸着するものである。上記吸着剤９にニッケ
ル（Ｎ　ｉ　）の微粉末を混合したものは、酸素ガスの
除去能力を有している。この場合、吸着剤に混合した金
ａ（例えばＮｉ）と同じ材質をハウジング２に用いると
一層有効である。

また、上記ハウジング２内において上記流入口６と吸着
剤９との間に板状の第１フィルタ１１が設けられている
。この第１フィルタ１１は、吸着剤９に生じた微小膿埃
が流入口６側に逆流することを防ぐためには後述する第
２フィルタ１２と同様に目の細かいものが望ましいが、
いわゆる金属メツシュフィルタのように比較約０の粗い
フィルタを用いることも可能である。

一方、ハウジング２内において吸着剤９と流出ロアとの
間に位置して、第２フィルタ１２が設けられている。こ
の第２フィルタ１２は、ガスの通過する濾過面積を大き
くとれるように先端が閉じた略円筒形に形成されている
。この第２フィルタ１２はハウジング２と同心状に配さ
れ、第２フィルタ１２の外周側に吸着剤９が充填されて
いる。

第２フィルタ１２の内部は流出ロアに通過している。

上記第２フィルタ１２は、吸着剤９から発生した微小塵
埃や水粒子、異物等の微粒子を捕集する機能をもち、目
のあらさは一例として０．１μと充分小さなものを使用
する。第２フィルタ１２の素材としては、機械的な強度
が高くかつ吸着剤９の再生時の高温（例えば約３５０℃
）にも耐えることが必要であるから、例えばステンレス
鋼等の焼結金属やアルミナ（Ａｆｆ２０３　）セラミッ
ク類のものが採用できるが、特に耐腐食性を有する導電
性セラミック（Ｓ　ｉ　Ｃのようなもの）が望ましい。

すなわち、フィルタ１２が電気絶縁性であると、ガスが
フィルタ１２の小孔部分を高速で流れる際に数１０万ボ
ルト以上の静電気が帯電されることがある。この静電気
が放電を起こすと、周囲の物質をガス化させて不純ガス
の発生原因となるばかりか、この時に酸素ガスが流れて
いると強い酸化反応を引起こして、燃焼することが考え
られる。このためフィルタ１２をＳｉＣ等のような導電
材料で形成して静電気を逃がすようにすれば、上述の問
題は解決できる。

上記構成のガス精製器１は、その−例を第２図に示した
ように、ガスの流出ロアに切換え弁機構１４を介して反
応室１５のガス取入れ口側が接続される。また、ガスの
流入口６側は、切換え弁機構１７を介してガスコントロ
ールシステム１８に接続される。ガスコントロールシス
テム１８の上流側には、周知のガス精製装置１１９が設
けられる。

上記切換え弁機構１４．１７はそれぞれハウジング２と
別体に設けてもよいが、装置のコンパクト化を図る上で
ハウジング２と一体化させるのがよい。

上記一実施例装置において、ガス精製装置１９で精製さ
れた高純度ガスは、ガスコントロールシステム１８に送
られることにより、所定の流思と圧力に制御されてガス
精製器１に送り込まれる。

この場合、第２図に示されるように一方の弁１４ａ、１
７ａを開弁させ、他方の弁１４ｂ。

１７ｂは閉弁しておく。上記精製器１においては、高純
度ガスに含まれる僅かな不純ガスが吸着剤９に吸収され
るとともに、例えば吸着剤９から発生する微小塵埃や異
物等の微粒子は、第２フィルタ１２によって確実に捕集
される。こうして超高純度化されたガスは反応室１５に
送られる。従って、ガスの純度を更に上げることができ
るばかりでなく、仮にガスコントロールシステム１８内
で汚染が生じたとしても、最も純度の＾い超高純度ガス
を反応ｖ１５に供給することができる。このため反応室
１５内における成膜あるいはエツチングの品質が向上す
るとともに、再現性、信頼性が確保され歩留りが大幅に
向上する。なお、吸着剤９の性能を上げるためにハウジ
ング２に電子式冷凍手段あるいは液化ガスによる冷却手
段を付加するのも効果的である。また、ハニカム構造の
フィルタを使用してもよい。

吸着剤９の再生を行なうには、第３図に例示されるよう
に一方の弁１４ａ、１７ａを閉弁し、他方の弁１４ｂ、
１７ｂを開弁させた状態で、ガスｆＪ製器１を高温（例
えば３５０℃）に熱するとともにパージガスを流出ロア
から流入口６に逆流させる。この時、パージガスが流れ
る吸着剤９の下流側すなわち流入口６側には第１フィル
タ１１が配置されているから、パージガスの流動に伴な
って吸着剤９から微小塵埃が流入口６側に流れ出ること
が防止される。吸着剤９の加熱を行なうには、ハウジン
グ２の外部からヒータあるいは炉によって加熱すればよ
いが、場合によってはハウジング２に再生加熱用のヒー
タを内蔵させてもよい。パージガスとしては例えば窒素
やアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが使用されるが、
吸着剤９に酸素除去用Ｎｉ微粉末を混合させている場合
には、水素ガスを流すことで活性化を行なう。

なお第４図に示されるように、複数のガス精製器１．１
′を並列に接続することによって、ガスの精製と吸着剤
９の再生を同時に行なえるようにすれば、システムの稼
働効率が向上する。すなわち、一方のガスｙｌＩｌｌ器
１に接続された弁１４ａ。

１７ａを開弁させるとともに弁１４ｂ、１７ｂを閉じる
ことにより、この精製器１ではガスの［４を行なう。ま
た、他方の精製器１′では、弁１４ａ’　、１７ａ’を
開弁させるとともに弁１４ｂ’　、１７ｂ’　を閉じて
パージガスを流出ロアから流入口６側に流すことにより
、このＩ製器１′では吸着剤９の再生を行なうことがで
きる。

第５図に示されるガス精製器１は本発明の他の実施例を
示すものである。この実施例では、円筒形の第１フィル
タ１１の内側に、径の小さな円筒形の第２フィルタ１２
を同心状に配置している。

そしてフィルタ１１．１２間に吸着剤９（一部のみ図示
）を充填する。フィルタ１１．１２は例えばＡｎ２０３
やＳｉＣなどのセラミック製であって、目のあらさは吸
着剤９で発塵した微粒子を捕集できる大きさとする。吸
着剤９は前述した実施例と同様のものであってよい。ハ
ウジング蓋２ｂはハウジング本体２ａに溶接される。

上記フィルタ１１．１２は、ハウジング本体２ａの底型
部分とフィルタホルダ２１との間に挟持されており、フ
ィルタホルダ２１は圧縮コイルばね２２によって押え付
けられている。このような構造にすれば、吸着剤９を再
生する際の高温下において、金属とセラミックおよび吸
着剤９の熱膨張差に起因する軸方向の寸法差を吸収する
ことができる。

また本実施例においては、フィルタ１１．１２の両端部
のシール性を良好にするために、フィルタ１１．１２の
一端部とハウジング本体２ａおよびフィルタ４１．１２
の他端部とフィルタホルダ２１とが互いに嵌合する構造
にするとともに、双方の嵌合箇所を互いに鏡面仕上げと
する。また、この部位にニッケル箔等を介在させること
によってシール性を確保するようにしてもよい。なお、
吸着剤９をハウジング２内に充填する際の発塵を防止す
るために、予め吸着剤９の外周面および内周面そして両
端面等を焼結等の手段によって固めておくことも考えら
れる。

また、上記ガス精製器１は反応至１５の直前に設けるだ
けでなく、例えばクリーン度の落ちる配管が上流にある
場合に、この精製器１をクリーン度の落ちる配管の最後
に接続して高クリーン配管につなげば、下流側の清浄配
管を汚すことがなくなり、更に効果的なものとなる。

本発明によるフィルタ内蔵型ガス精製器を、ＲＦバイア
ススパッタ装置に適用し、例えばＡ！２の成膜を行なっ
た場合の効果について説明する。

パターンが微細化されたＬＳＩにおいては、細く深いア
スペクト比の大きいスルーホールへの金属穴を埋める成
膜技術が要求されるため、スパッタ空間のＡｒガス圧は
１　Ｘ　１０”　Ｔ　Ｏｒｒ前後の低ガス圧状態が通常
使用される。そのためＡｒガスの流量は、数１０ｃｃ／
ｗｉｎ程度と少なく、ガス供給配管内面から放出される
水分を多く含むようになり、スパッタターゲット材料（
この場合はＡｆｆｉ）表面を酸化してスパッタ効率を低
下させて成膜速度を劣化させる。さらに、半導体ウェハ
上に成膜されるＡ℃が酸化されて抵抗率が高くなるとと
もに、エレクトロマイグレーション耐性が劣化する。微
細パターンＬＳＩにおいては、配線抵抗が可能な限り小
さくかつ流せる′Ｒ流容Ｍが大きい程望ましい。スパッ
タ空間への水分の混入による成膜台Ｅの酸化は可能な限
り少なくしなければならない。

本発明によるフィルタ内蔵型ガスｙＩ製器を反応室直前
に設置したＲＦバイアススパッタａ装においては、Ａｒ
中の水分濃度は例えば１０ｐｌ）ｂ　　（露点−１００
℃以下）ときわめて少なく、成膜されたへ２薄膜の抵抗
率は２．５Ｘ１０’ΩＵ程度であり、はとんど高純度の
バルク状態のアルミニウムの抵抗率に等しい直が得られ
ている。エレクトロマイグレーションも、１Ｘ１０ｓ人
／ｃｉ程度まで全く現われないなど、サブミクロンＬＳ
Ｉの配線用金属成膜にきわめて適した技術である。こう
した金属成膜だけでなく、Ｓｉのエピタキシャル成長や
薄いゲート酸化膜形成等の高品位を要求されるプロセス
において、本発明のフィルタ内蔵型ガス精製器はきわめ
て有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、反応室に導入されるガスの純度を更に
高めることができ、最も純度の高い超高純度ガスを反応
室に流すことができるので、反応室内における半導体製
造プロセスを理想的な条件下で行なわせることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すガス精製器の断面図、
第２図は第１図のガス精製器を用いた半導体製造装置の
系統図、第３図は再生時の状態を示す系統図、第４図は
ｌ製器を複数用いた場合の系統図、第５図は本発明の他
の実施例を示すガス精製器の断面図である。 １．１′・・・ガス精製器、２・・・ハウジング、６・
・・流入口、７・・・流出口、９・・・吸着剤、１１・
・・第１フィルタ、１２・・・第２フィルタ、１５・・
・反応室。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２０ 第３図 第　４　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体製造プロセスにおける反応室のガス取入れ
   口側に接続されるガス精製器であつて、ガスの流入口お
   よび流出口を備えたハウジングと、このハウジング内に
   収容された不純ガス除去用の吸着剤と、上記ハウジング
   内おいて上記流入口と上記吸着剤との間に設けられた第
   １フィルタと、上記ハウジング内において上記吸着剤と
   上記流出口との間に設けられた微粒子捕集用の高密度第
   ２フィルタとを具備したことを特徴とする半導体製造装
   置用ガス精製器。
2. （２）上記第２フィルタを筒形とし、この第２フィルタ
   の外周側に上記吸着剤を充填したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の半導体製造装置用ガス精製器。
3. （３）上記第２フィルタをセラミック製としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体製造装置用
   ガス精製器。
4. （４）上記第２フィルタを導電性セラミック製としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体製造
   装置用ガス精製器。
5. （５）上記第２フィルタを金属製としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体製造装置用ガス精
   製器。