特開 2024-68108 半導体製造プロセスにおける還元剤の添加システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068108

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】半導体製造プロセスにおける還元剤の添加システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/56 20060101AFI20240510BHJP

   B01D 53/68 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

B01D53/56 310

B01D53/68 200

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023143298

(22)【出願日】2023-09-04

(31)【優先権主張番号】111142077

(32)【優先日】2022-11-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】390023582

【氏名又は名称】財團法人工業技術研究院

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１９５，Ｓｅｃ．４，ＣｈｕｎｇＨｓｉｎｇＲｄ．，Ｃｈｕｔｕｎｇ，Ｈｓｉｎｃｈｕ，Ｔａｉｗａｎ ３１０４０

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】孫 嘉呈

(72)【発明者】

【氏名】鄭 瑞翔

(72)【発明者】

【氏名】粘 伊菱

(72)【発明者】

【氏名】郭 珈延

(72)【発明者】

【氏名】李 壽南

【テーマコード（参考）】

4D002

【Ｆターム（参考）】

4D002AA12

4D002AA22

4D002AB01

4D002AC10

4D002BA06

4D002CA01

4D002DA56

4D002GA02

4D002GA04

4D002GB02

4D002GB06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】半導体製造プロセスの排ガスに対して添加される還元剤の添加システム及び方法を提供する。
【解決手段】半導体製造プロセスにおける還元剤添加システムは、処理前ガス濃度検出装置１１２と、処理後ガス濃度検出装置１１８と、プロセス排ガス処理装置１１４と、還元剤供給装置１１６と、添加システム制御装置１２０とを含む。プロセス排ガス処理装置は、半導体製造プロセスの排ガスを浄化し、処理後ガスを放出する。添加剤供給装置は、プロセス排ガス処理装置内に還元剤ガスを供給する。処理後ガス濃度検出装置は、処理後ガス中の還元剤ガスの残留濃度を検出する。添加システム制御装置は、処理前濃度と処理後濃度に基づいてプロセスガスの分解除去率（ＤＲＥ）を算出し、ＤＲＥと残留濃度に基づいて、添加される還元剤ガスの量を制御するため還元剤供給装置に信号を送信する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体製造プロセス排ガスのために添加される還元剤の量を制御するために適用される半導体製造プロセスにおける還元剤添加システムであって、
前記半導体製造プロセス排ガス中の複数のプロセスガスの処理前濃度を検出する、処理前ガス濃度検出装置と、
前記半導体製造プロセス排ガスを浄化し、処理後ガスを放出する、プロセス排ガス処理装置と、
前記プロセス排ガス処理装置内に還元剤ガスを供給する、還元剤供給装置と、
前記複数のプロセスガスの処理後濃度、及び前記処理後ガス中の前記還元剤ガスの残留濃度を検出する、処理後ガス濃度検出装置と、
前記処理前濃度と前記処理後濃度に基づいて前記複数のプロセスガスの分解除去率を算出し、前記分解除去率と前記還元剤ガスの前記残留濃度に基づいて、添加される前記還元剤ガスの量を制御するため前記還元剤供給装置に信号を送信する、添加システム制御装置と
を含む、
半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム。

【請求項2】

各前記複数のプロセスガスは、設定値と、前記分解除去率の目標範囲とを有し、前記設定値は前記目標範囲の下限であり、
前記複数のプロセスガスの全ての前記分解除去率が前記設定値に達し、前記複数のプロセスガスのうちの少なくとも１つの前記分解除去率が前記目標範囲の上限を超えたことに応じて、前記添加システム制御装置は前記還元剤ガスの流量を減少させるため前記信号を送信する、
請求項１に記載の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム。

【請求項3】

前記分解除去率は、下記式（１）で表される、
ＤＲＥ＝１－（Ｃ_ｏｕｔ／Ｃ_ｉｎ）（Ｑ_ｏｕｔ／Ｑ_ｉｎ）・・・（１）
前記式（１）において、ＤＲＥはプロセスガスの処理効率を表し、Ｃ_ＯＵＴは前記処理後濃度を表し、Ｃ_ＩＮは前記処理前濃度を表し、Ｑ_ＯＵＴは前記プロセス排ガス処理装置の出口風量を表し、Ｑ_ＩＮは前記プロセス排ガス処理装置の入口風量を表す、
請求項１に記載の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム。

【請求項4】

前記添加システム制御装置は、時間に伴い変化する前記処理前濃度、前記処理後濃度、前記還元剤ガスの前記残留濃度、及び前記分解除去率を表示するよう構成された、表示パネルを更に含む、
請求項１に記載の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム。

【請求項5】

前記処理前ガス濃度検出装置、前記処理後ガス濃度検出装置、及び前記添加システム制御装置と通信する、システム通信モジュールを更に含む、
請求項１に記載の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム。

【請求項6】

プロセス排ガス処理装置内に進入する前の半導体製造プロセスに排ガス中の複数のプロセスガスの処理前濃度を検出することと、
前記プロセス排ガス処理装置を用いて前記半導体製造プロセス排ガスを浄化することであって、還元剤ガスを前記プロセス排ガス処理装置内に添加することと、
前記複数のプロセスガスの処理後濃度、及び前記プロセス排ガス処理装置から放出された処理後ガス中の前記還元剤ガスの残留濃度を検出することと、
前記処理前濃度と前記処理後濃度に基づいて前記複数のプロセスガスの分解除去率を算出し、前記分解除去率と前記還元剤ガスの前記残留濃度に基づいて、添加される前記還元剤ガスの量を決定することと
を含む、
半導体製造プロセスにおける還元剤添加方法。

【請求項7】

各前記複数のプロセスガスは、設定値と、前記分解除去率の目標範囲とを有し、前記設定値は前記目標範囲の下限であり、
前記複数のプロセスガスの全ての前記分解除去率が前記設定値に達し、前記複数のプロセスガスのうちの少なくとも１つの前記分解除去率が前記目標範囲の上限を超えたことに応じて、前記還元剤ガスの流量を減少させる、
請求項６に記載の半導体製造プロセスにおける還元剤添加方法。

【請求項8】

前記分解除去率は、下記式（１）で表される、
ＤＲＥ＝１－（Ｃ_ｏｕｔ／Ｃ_ｉｎ）（Ｑ_ｏｕｔ／Ｑ_ｉｎ）・・・（１）
前記式（１）において、ＤＲＥはプロセスガスの処理効率を表し、Ｃ_ＯＵＴは前記処理後濃度を表し、Ｃ_ＩＮは前記処理前濃度を表し、Ｑ_ＯＵＴは前記プロセス排ガス処理装置の出口風量を表し、Ｑ_ＩＮは前記プロセス排ガス処理装置の入口風量を表す、
請求項６に記載の半導体製造プロセスにおける還元剤添加方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造プロセスにおける還元剤の添加システム及び方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体の製造は、基本的に、フォトリソグラフィ、化学蒸着、イオン注入、化学機械研磨といった一連の処理工程を経るシリコンウェハにより開始される。これら処理において、通常、分子の解離及び結合のために多量の化学成分が用いられる。このため、半導体製造プロセスにおける各処理が完了した後、多量の残留したプロセス化学ガスが生成される。これらガスは、処理せずに放出された場合、大気環境及び人々の健康に多大な害を及ぼす可能性があり、このためプロセスガス処理装置により排除する必要がある。

【0003】

還元剤を添加することによってプロセスガス処理装置の処理効率を向上させることが知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ただし、リアルタイムで還元剤の流量を制御するのは困難であるため、装置の処理効率が精確に維持されず、過度に高濃度の還元剤の放出を引き起こす可能性があり、これは還元剤使用の安全基準に違反することとなる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

例示的な実施形態の１つによる半導体製造プロセスにおける還元剤の添加システムは、半導体製造プロセスの排ガスに対して添加される還元剤の量の制御に適用される。添加システムは、処理前ガス濃度検出装置と、プロセス排ガス処理装置と、還元剤供給装置と、処理後ガス濃度検出装置と、添加システム制御装置とを含む。処理前ガス濃度検出装置は、半導体製造プロセス排ガス中の様々なプロセスガスの処理前濃度を検出するために用いられる。プロセス排ガス処理装置は、半導体製造プロセス排ガスを浄化して処理後ガスを放出するために用いられる。還元剤供給装置は、プロセス排ガス処理装置に還元剤ガスを供給するために用いられる。処理後ガス濃度検出装置は、プロセスガスの処理後濃度、及び処理後ガス中の還元剤ガスの残留濃度を検出するために用いられる。添加システム制御装置は、処理前濃度と処理後濃度に基づいてプロセスガスの分解除去率（Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ＤＲＥ）を算出するため、及び、ＤＲＥと還元剤ガスの残留濃度に基づいて、添加される還元剤ガスの量を制御するため還元剤供給装置に信号を送信するために用いられる。

【0006】

例示的な実施形態による半導体製造プロセスにおける還元剤の添加方法は、下記を含む。プロセス排ガス処理装置に進入する前の半導体製造プロセス排ガス中の様々なプロセスガスの処理前濃度を検出する。プロセス排ガス処理装置を用いて半導体製造プロセス排ガスを浄化することであって、還元剤ガスをプロセス排ガス処理装置内に添加する。プロセスガスの処理後濃度及びプロセス排ガス処理装置から放出される処理後ガス中の還元剤ガスの残留濃度を検出する。処理前濃度と処理後濃度に基づいてプロセスガスの分解除去率（ＤＲＥ）を算出し、ＤＲＥ及び還元剤ガスの残留濃度に基づいて添加される還元剤ガスの量を決定する。

【発明の効果】

【0007】

ここで導入される半導体製造プロセスにガスのための還元剤の添加システム及び方法は、様々なプロセスガスを含む半導体製造プロセス排ガスを同時に処理することを可能とする。このため、既存のプロセスガスのためのガス処理装置の処理効率を向上させることができ、還元剤の流量を監視して過度な還元剤の残留を防止することができる。

【0008】

本発明を詳細に説明するため、以下に図面と併せていくつかの例示的な実施形態を詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

添付図面は、更なる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は例示的な実施形態を表し、説明と併せて本発明の原理を説明する役割を果たす。

【図1】本発明の第１の実施形態による半導体製造プロセスにおける還元剤添加システムのブロック図である。

【図2】第１の実施形態の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システムにおける表示パネルの概略図である。

【図3】本発明の第２の実施形態による半導体製造プロセスにおける還元剤の添加のフロー図である。

【図4】本発明の第３の実施形態による半導体製造プロセスにおける還元剤の添加のフロー図である。

【図5A】実験例１におけるプロセスガスの分解除去率と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。

【図5B】実験例１における還元剤の残留濃度と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。

【図6A】実験例２におけるプロセスガスの分解除去率と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。

【図6B】実験例２における還元剤の残留濃度と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。

【図7A】実験例３におけるプロセスガスの分解除去率と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。

【図7B】実験例３における還元剤の残留濃度と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、本発明の第１の実施形態による半導体製造プロセスにおける還元剤添加システムのブロック図である。

【0011】

図１を参照し、第１の実施形態の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム１１０は、半導体製造プロセス排ガスに添加される還元剤の量を制御するために用いられる。例えば、半導体製造プロセスにおいて２つのプロセスガスが用いられるとき、２つのプロセスガスはそれぞれ第１プロセスガスシリンダＧ１及び第２プロセスガスシリンダＧ２から半導体製造プロセス反応チャンバ１００に供給される。半導体製造プロセス反応チャンバ１００に進入する２つのプロセスガスの流量は、プロセスガスコントローラ１０６により制御されるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０２と１０４により決定される。次いで、半導体製造プロセスの完了後に生成される半導体製造プロセス排ガスが、ポンプ１０８を通じて半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム１１０に進入する。図１は２つのプロセスガスのみを表しているが、本発明は２つ以上のプロセスガスを用いる半導体製造プロセスに適用することができ、図１に表す装置に限定されないことを理解されたい。

【0012】

やはり図１を参照し、本実施形態の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム１１０は、基本的に、処理前ガス濃度検出装置１１２と、プロセス排ガス処理装置１１４と、還元剤供給装置１１６と、処理後ガス濃度検出装置１１８と、添加システム制御装置１２０とを含む。処理前ガス濃度検出装置１１２は、半導体製造プロセス排ガス中の様々なプロセスガスの処理前濃度を検出するために用いられる。処理前ガス濃度検出装置１１２は、例えばガスセンサ又はフーリエ変換赤外線分光装置（ＦＴＩＲ）である。プロセス排ガス処理装置１１４は、半導体製造プロセス排ガスを浄化して処理後ガスを放出するために用いられる。プロセス排ガス処理装置１１４は、例えばスクラバ（ｓｃｒｕｂｂｅｒ）であってよい。還元剤供給装置１１６は、還元剤ガスをプロセス排ガス処理装置１１４に供給するために用いられる。還元剤供給装置１１６は、還元剤ガスシリンダＧ３と、還元剤ガスコントローラ１２４と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２２とを含んでよいが、これらに限定されない。還元剤ガスコントローラ１２４は、添加システム制御装置１２０から信号を受信してよく、プロセス排ガス処理装置１１４に進入する還元剤ガスの流量を決定するため、ＭＦＣ１２２を制御してよい。処理後ガス濃度検出装置１１８は、プロセス排ガス処理装置１１４から放出された処理後ガスを検出して、様々なプロセスガスの処理後濃度、及び処理後ガス中の還元剤ガスの残留濃度を取得するために用いられる。処理後ガス濃度検出装置１１８は、例えばガスセンサ又はＦＴＩＲである。例えば、本実施形態において、２つのプロセスガスと還元剤ガスが存在することから、前記２つのプロセスガスの処理後濃度、及び前記還元剤ガスの残留濃度が取得される。

【0013】

図１において、添加システム制御装置１２０は、処理前濃度と処理後濃度に基づいてプロセスガスの分解除去率（ＤＲＥ）を算出するため、及び、ＤＲＥと還元剤ガスの残留濃度に基づいて、添加される還元剤ガスの量を制御するため還元剤供給装置１１６に信号を送信するために用いられる。

【0014】

ＤＲＥは、以下の式（１）で表すことができる。
ＤＲＥ＝１－（Ｃ_ｏｕｔ／Ｃ_ｉｎ）（Ｑ_ｏｕｔ／Ｑ_ｉｎ）・・・（１）

【0015】

前記式（１）において、ＤＲＥはプロセスガスの処理効率を表し、Ｃ_ＯＵＴは処理後濃度を表し、Ｃ_ＩＮは処理前濃度を表し、Ｑ_ＯＵＴはプロセス排ガス処理装置１１４の出口風量を表し、Ｑ_ＩＮはプロセス排ガス処理装置１１４の入口風量を表す。Ｑ_ＩＮとＱ_ＯＵＴは使用者により入力されるか、測定によって取得されてよい。

【0016】

１つの実施形態において、添加システム制御装置１２０は、還元剤ガスの残留濃度が設定値を超えたとき、還元剤ガスの流量をシステム設定初期値まで減少させるため、還元剤供給装置１１６へ信号を送信してよい。

【0017】

各プロセスガスは、設定値と、ＤＲＥの目標範囲を有する。設定値は、目標範囲の下限である。１つの実施形態において、全てのプロセスガスのＤＲＥが設定値に達し、プロセスガスのうちの少なくとも１つのＤＲＥが目標範囲の上限を超えたとき、添加システム制御装置１２０は、還元剤ガスの流量を減少させるため、還元剤供給装置１１６へ信号を送信する。もう１つの実施形態において、プロセスガスのうちの少なくとも１つのＤＲＥが設定値未満であるとき、添加システム制御装置１２０は、還元剤ガスの量を増加させるため、還元剤供給装置１１６へ信号を送信する。

【0018】

図１を参照し、半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム１１０は、処理前ガス濃度検出装置１１２、処理後ガス濃度検出装置１１８、及び添加システム制御装置１１６（の還元剤ガスコントローラ１２４）と通信するシステム通信モジュールＣＭを更に含んでよい。システム通信モジュールＣＭは、処理前ガス濃度値のフィードバックを提供するためプロセスガスコントローラ１０６と更に通信してよく、プロセスガスコントローラ１０６は半導体製造プロセス反応チャンバ１００に進入するプロセスガスの流量を調整する。システム通信モジュールＣＭの確立は、システムの機能及び目的を達成するために添加システム制御装置１２０がシステムのコンポーネントから信号を受信したり、コンポーネントへコマンドを発することを可能とする。システム通信モジュールＣＭの確立はまた、ハードウェア又はソフトウェアによる通信のフォーマットを統一化し、システム機能の更なる応用及び拡張を容易にする。例えば、通信フォーマットは、制御装置に応じてＭｏｄｂｕｓ、Ｅｔｈｅｒｃａｔ等を含んでよく、ハードウェアフォーマットは、制御装置に応じてＲＪ４５、ＲＳ２３２、ＲＳ４８５等を含んでよい。ただし、本発明はこれに限定されない。

【0019】

第１の実施形態の半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム１１０は、図２に表すように、表示パネル２００を更に含んでよい。表示パネル２００は、使用者がリアルタイムの情報を取得できるよう、添加システム制御装置１２０に取り付けられてよい。

【0020】

図２を参照し、プロセスガスが、ＮＦ_３とＮ_２Ｏ、及び、ＣＨ_４を含む還元剤ガスを含むと仮定する。表示パネル２００は、時間に伴い変化する、ＮＦ_３とＮ_２Ｏの処理前濃度、ＮＦ_３とＮ_２Ｏの処理後濃度、及び還元剤ガスとしてのＣＨ_４の濃度を表示する、処理前濃度濃度表示領域２０２、並びにプロセスガス処理効率表示領域２０４を含んでよい。濃度表示領域２０２は、濃度をグラフ表示する。ただし、濃度は、数字、又はグラフと数字の両方で表示されてよい。表示パネル２００は、プロセス排ガス処理装置（１１４）の出口風量と入口風量を表示する風量表示領域２０６を更に含んでよい。表示パネル２００は、様々なプロセスガスのためのＤＲＥの目標範囲と、還元剤ガスの残留濃度の設定値を表示する、条件設定領域２０８を更に含んでよく、その数値範囲は使用者が必要に応じて調整可能である。表示パネル２００は、いくつかの情報を省略してよい、又は、図２に示すように、サンプリング頻度、還元剤（ガス）添加頻度、流量といった他の情報を表示してよい。

【0021】

図３は、本発明の第２の実施形態による半導体製造プロセスにおける還元剤の添加のフロー図である。

【0022】

ステップ３００にて、プロセス排ガス処理装置に進入する前の半導体製造プロセス排ガス中の様々なプロセスガスの処理前濃度を検出する。プロセスガスは２つ以上存在し、検出装置は、例えばガスセンサ又はＦＴＩＲである。

【0023】

ステップ３０２にて、半導体製造プロセス排ガスを第１の実施形態のプロセス排ガス処理装置１１４といったプロセス排ガス処理装置を用いて浄化する。還元剤ガスをプロセス排ガス処理装置内に添加する。

【0024】

ステップ３０４にて、プロセス排ガス処理装置から放出された処理後ガスにおける処理後濃度を検出する。ステップ３０６にて、還元剤ガスの残留濃度を検出する。上述した検出ステップにおいて用いる装置は、例えばガスセンサ又はＦＴＩＲである。

【0025】

ステップ３０８にて、ステップ３００にて測定した処理前濃度とステップ３０４にて測定した処理後濃度に基づいて、プロセスガスの分解除去率（ＤＲＥ）を算出する。ＤＲＥは、第１の実施形態中の式（１）により表されてよく、その説明はここでは省略する。

【0026】

次いで、ステップ３０８にて取得したＤＲＥ、及びステップ３０６にて測定した還元剤ガスの残留濃度に基づいて、添加する還元剤ガスの量を決定するステップ３１０を実行する。

【0027】

ステップ３１２にて、ステップ３１０の結果に基づいて還元剤ガスを添加する。即ち、ステップ３１０にて還元剤ガスの流量を減少させることを決定した場合、浄化ステップ（３０２）のために添加する還元剤ガスの流量を減少させる。逆に、ステップ３１０にて還元剤ガスの流量を増加させることを決定した場合、浄化ステップ（３０２）のために添加する還元剤ガスの流量を増加させる。第２の実施形態において、ステップ３００～３１０を通してリアルタイム測定が可能である。例えば、秒毎に様々な濃度値を測定することができ、還元剤ガスは、リアルタイム又はステップ３１０の結果に応じた時間に添加されてよい。

【0028】

図４は、本発明の第３の実施形態による半導体製造プロセスにおける還元剤の添加のフロー図であり、ステップ３００～３０８は第２の実施形態のステップと同一であり、第２の実施形態の説明を参照して理解することができる。ステップ３１０の詳細を説明する。

【0029】

図４を参照し、ステップ４００にて、全てのプロセスガス（第１～第Ｎプロセスガス、Ｎは１より大きい）の分解除去率（ＤＲＥ）が設定値に達した場合、後続の処理方法を決定するため、ステップ４０２を実行する。プロセスガスのうちの少なくとも１つのＤＲＥが設定値に達していない場合、ステップ４０８を実行する。本実施形態において、各プロセスガスは設定値及びＤＲＥの目標範囲を有し、設定値は目標範囲の下限である。

【0030】

ステップ４０２にて、プロセスガスのうちの少なくとも１つのＤＲＥが上限を超えた場合、ステップ４０４を実行する。プロセスガスのうちのいずれのＤＲＥも上限を超えていない場合、処理はステップ３１２へ戻り、還元剤ガスは流量を調整する必要なく直接添加される。

【0031】

ステップ４０４にて、還元剤ガスの流量を減少させることを決定する。この決定に基づき、ステップ３１２を実行し、添加される還元剤ガスの流量を減少させる。

【0032】

ステップ４０６にて、還元剤ガスの残留濃度が設定値を超えた場合、ステップ４０４を実行する。１つの実施形態において、還元剤ガスの流量はシステム設定初期値まで減少される。還元剤ガスの残留濃度が設定値を超えていない場合、処理はステップ３１２へ戻り、還元剤ガスは流量を調整する必要なく直接添加される。

【0033】

ステップ４０８にて、添加される還元剤ガスの量を増加させることを決定する。この決定に基づき、ステップ３１２を実行し、添加される還元剤ガスの流量を増加させる。

【0034】

本発明のシステムの動作を表すため、以下の実験を提供する。ただし、本発明は下記内容に限定されない。

【0035】

＜実験例１＞

【0036】

実験例１において、プロセスガスは、ＮＦ_３とＮ_２Ｏ、及びＣＨ_４を含む還元剤ガスを含み、ＮＦ_３のＤＲＥの目標範囲は８５％～９９％であり（即ち、ＮＦ_３のＤＲＥの設定値は８５％）、Ｎ_２ＯのＤＲＥの目標範囲は７０％～８５％であり（即ち、Ｎ_２ＯのＤＲＥの設定値は７０％）、ＣＨ_４の残留濃度の設定値は４０００ｐｐｍとした。図１に示すようなシステムを採用した。浄化のためプロセス排ガス処理装置１１４のチャンバ温度は５７０℃に設定した。一定時間の後、図５Ａと図５Ｂが得られた。

【0037】

図５Ａは、実験例１におけるプロセスガスの分解除去率と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。図５Ｂは、実験例１における還元剤の残留濃度と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。図５Ａと図５Ｂから、プロセスガスとしてのＮＦ_３とＮ_２Ｏの両方のＤＲＥが設定値に達しておらず、還元剤ガスの残留濃度が設定値である４０００ｐｐｍを超えていないとき、図５Ａの左側の矢印により示されるように、還元剤の流量は継続的に増加することが分かる。プロセスガスとしてのＮＦ_３とＮ_２Ｏの両方のＤＲＥが設定値に達し、Ｎ_２ＯのＤＲＥが上限８５％を超えたとき、エネルギー節約のため、図５Ａの右側の矢印により示されるように、還元剤の流量は減少する。

【0038】

＜実験例２＞

【0039】

浄化のためプロセス排ガス処理装置１１４のチャンバ温度を５４０℃に変更したことを除き、実験例１のものと同一の条件を採用した。一定時間の後、図６Ａと図６Ｂが得られた。

【0040】

図６Ａは、実験例２におけるプロセスガスの分解除去率と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。図６Ｂは、実験例２における還元剤の残留濃度と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。図６Ａから、プロセスガスとしてのＮＦ_３のＤＲＥが設定値に達したが、Ｎ_２ＯのＤＲＥが設定値に達していないとき（図６Ａにおける矢印により示す）、還元剤の流量は増加することが分かる。ただし、図６Ｂから、還元剤ガスの残留濃度が設定値４０００ｐｐｍを超えたとき、還元剤ガスの流量を次のサイクルのためシステム設定初期値である４ＬＰＭに減少させる必要があることが分かる。ただし、図６Ａを参照することにより、還元剤ガスの流量が減少したとき、Ｎ_２ＯのＤＲＥは設定値に達していないことが見て取れる。

【0041】

このため、実験例２から、残留濃度４０００ｐｐｍといった厳格な条件において、プロセス排ガス処理装置１１４のチャンバ温度が５４０℃に設定された場合、システムにおけるバランスを達成することができないことが見て取れる。このため、チャンバ温度を上げるか、還元剤ガスの残留濃度の放出基準を緩くする必要がある可能性がある。

【0042】

＜実験例３＞

【0043】

還元剤ガスとしてのＣＨ_４の残留濃度の設定値を１００００ｐｐｍに変更したことを除き、実験例２のものと同一の条件を採用した。一定時間の後、図７Ａと図７Ｂが得られた。

【0044】

図７Ａは、実験例３におけるプロセスガスの分解除去率と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。図７Ｂは、実験例３における還元剤の残留濃度と還元剤の流量との間の関係を表すグラフである。

【0045】

図７Ａから、プロセスガスとしてのＮＦ_３のＤＲＥが設定値に達したが、Ｎ_２ＯのＤＲＥが設定値に達していないとき、図７Ａの左側の矢印により示されるように、還元剤の流量は継続的に増加することが分かる。

【0046】

図７Ｂから、図７Ｂにおける矢印により示されるように、還元剤ガスの残留濃度が設定値１００００ｐｐｍを超えたとき、還元剤ガスの流量を次のサイクルのためシステム設定初期値４ＬＰＭに減少させる必要があることが分かる。

【0047】

図７Ａから、プロセス排ガス処理装置１１４における還元剤ガスとプロセスガスとの間の反応は時間に伴いＤＲＥを徐々に増加させ、システムにおける還元剤の流量（即ち、添加される還元剤ガスの量）が徐々に安定し、これによりシステムにおけるバランスを達成することが見て取れる。

【0048】

まとめると、本発明による半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム及び方法において、プロセス排ガス処理装置におけるプロセスガスのＤＲＥが向上し、還元剤の過度な残留が防止され、還元剤の残留濃度は安全基準を満たす。このため、エネルギー効率及び安全性を達成することができる。

【0049】

本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、開示された実施形態の構造に対して様々な改変及び変形を行うことができることは当業者にとって明らかであろう。上記を考慮し、本発明は、下記の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある限り、本発明の改変及び変形を包含することを意図している。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明による半導体製造プロセスにおける還元剤添加システム及び方法は、半導体製造プロセスのプロセスガス処理装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0051】

１００：半導体製造プロセスに反応チャンバ
１０２、１０４、１２２：マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１０６：プロセスガスコントローラ
１０８：ポンプ
１１０：還元剤添加システム
１１２：処理前ガス濃度検出装置
１１４：プロセス排ガス処理装置
１１６：還元剤供給装置
１１８：処理後ガス濃度検出装置
１２０：添加システム制御装置
１２４：還元剤ガスコントローラ
２００：表示パネル
２０２：濃度表示領域
２０４：プロセスガス処理効率表示領域
２０６：風量表示領域
２０８：条件設定領域
３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、４０４、４０８：ステップ
４００、４０２、４０６：決定の条件
ＣＭ：システム通信モジュール
Ｇ１：第１プロセスガスシリンダ
Ｇ２：第２プロセスガスシリンダ
Ｇ３：還元剤ガスシリンダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【外国語明細書】