JP2000323464A - 半導体製造装置用のガス供給装置及びガス供給方法 - Google Patents

半導体製造装置用のガス供給装置及びガス供給方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造装置用のガス供給設備の小形化及
び製造コストの引下げを図ると共に、ガス供給システム
の管理・運用を一層容易なものにする。 【解決手段】 複数のガス供給源と、前記各ガス供給源
からのガス導入管に設けたガス供給元弁と、前記各ガス
導入管を集合したガス供給管に設けた流量制御器と、流
量制御器の出口側に設けたガス供給弁とから半導体製造
装置用のガス供給装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造用のガス
供給装置及びガス供給方法の改良に関し、更に詳細に
は、複数の種類の異なるガスや一種又は複数種の異なる
流量のガスを、一基の流量制御器を用いて流量制御しつ
つ経時的に順次切換え供給することにより、装置の小形
化と製造コストの引下げ等を可能とした半導体製造装置
用のガス供給装置及びガス供給方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体の製造に於いては、多種
類のガスを経時的に切換え使用したり、或いは同一種類
のガスを夫々異なる流量で並列的に使用することが多く
行なわれており、しかも使用される各ガスは、何れもガ
スの供給に際して高精度な流量制御が要求されるもので
ある。そのため、従前の半導体製造装置用のガス供給装
置では、供給すべき各ガス系統毎にマスフローコントロ
ーラ等の流量制御器を夫々設け、これによって供給ガス
の高精度な流量制御を行なうようにしている。
【０００３】例えば、半導体製造の主工程の一つである
エッチング工程は、複数の絶縁膜を順次エッチングする
所謂ステップエッチングと呼ばれるプロセスから成り、
各プロセスに於いては３〜４種類のガスの組合せによっ
てエッチングが行なわれる。その結果、従前のガス供給
装置では、エッチング工程用のガス供給装置だけでも合
計１０種以上のガス及び流量制御器が必要となり、半導
体製造設備全体としては、膨大な数の流量制御器が必要
となる。同様に、例えばＣＵＤ工程では、一基の反応処
理炉内へ複数の供給口から同種類のガスを、同一又は異
なる流量でもって同時に供給することにより、所謂ＣＵ
Ｄ処理を行なう場合がある。この場合、従前のガス供給
装置では、通常各供給口のライン毎に流量制御器を設
け、これによって供給ガスの流量を調整するようにして
おり、多数の流量制御器を必要とすることになる。更
に、ＣＵＤ工程に於いても、前記エッチング工程と同様
に一基の反応炉内へ複数種のガスを経時的に切換え供給
するため、結果として膨大な数量の流量制御器が必要と
なる。
【０００４】ところで、前記流量制御器としては、これ
まで主にマスフローコントローラが用いられてきたが、
近年になって所謂圧力式流量制御器の利用が開発されつ
つある。しかし、前述のように流量制御器の設置台数が
多いと、ガス供給装置が大形化するだけでなく、製造コ
ストや保守点検費の引下げが図り難くなる。また、流量
制御器の設置台数が多いと、その保守管理に手数がかか
るだけでなく、交換用部品や予備品自体の必要数も多く
なり、ガス供給装置のランニングコストが高くつくと云
う不都合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前の半導
体製造装置用のガス供給装置及びガス供給方法に於ける
上述の如き問題、即ち、供給すべきガスの系統毎に流量
制御器を設けて流量制御を行なう場合にあっては、ガス
供給装置の一層の小形化及び低コストを図ることができ
ないと云う問題を解決せんとするものであり、半導体製
造装置へ供給する複数種のガスを、半導体製造の各工程
又は各工程に含まれるプロセス毎にグループ化すると共
に、各グループ毎に１台の流量制御器を設け、当該流量
制御器によりガス流量制御を行ないつつ同一又は複数種
のガスを順次経時的に各工程又は各プロセスへ切換え供
給することにより、ガス供給装置そのものの小形と製造
コストの大幅な引下げが図れ、しかも、多種類の異なる
ガス又は同種ガスであって流量の大きく異なるガスを夫
々高精度で流量制御しつつ、一又は複数個の供給口から
同時に供給できるようにした、半導体製造装置用のガス
供給装置及びガス供給方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】半導体製造の各工程又は
各工程に含まれるプロセスでは、多種のガスが使用され
るものの、各ガスの使用は通常経時的に行なわれるもの
である。即ち、各ガスは通常各プロセス等へ順次切換供
給されるものであるため、一基の流量制御器であって
も、その流量特性をガス種の変更やガス流量の変更に対
応して自動的に切換補正又は切換調整することができれ
ば、同一又は複数のガス種及びその各ガス流量に対して
も、高精度な流量制御を行なうことが可能となる。本願
発明は、半導体製造の各工程又は各工程に含まれる各プ
ロセスへのガスの供給に於ける上述の如き特徴に着目し
て創作されたものであり、請求項１に記載の半導体製造
装置用のガス供給装置は、複数のガス供給源と、前記各
ガス供給源からのガス導入管に設けたガス供給元弁と、
前記各ガス導入管を集合したガス供給管に設けた流量制
御器と、流量制御器の出口側に設けたガス供給弁とを発
明の基本構成とするものである。
【０００７】請求項２に記載の半導体製造装置用のガス
供給装置は、請求項１に記載のガス供給装置を複数基並
列状に配設し、各ガス供給装置から夫々所望のガスを半
導体製造装置へ供給する構成としたことを発明の基本構
成とするものである。
【０００８】請求項３の発明は、一基のガス供給源と、
前記ガス供給源からのガス供給管に設けた流量制御器
と、前記流量制御器の出口側に設けた複数の並列分岐状
に接続したガス供給弁とから構成したことを発明の基本
構成とするものである。
【０００９】請求項４の発明は、請求項３に記載の半導
体製造装置用のガス供給装置を複数基並列状に配設し、
前記各ガス供給装置から夫々所望のガスを供給する構成
としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項１、請求
項２、請求項３又は請求項４に記載の発明に於いて、流
量制御器をマスフローコントローラとするようにしたも
のであり、また、請求項６に記載の発明は、請求項１、
請求項２、請求項３又は請求項４に記載の発明に於い
て、流量制御器を圧力式流量制御器とするようにしたも
のである。
【００１１】請求項７に記載の発明は、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４又は請求項６に記載の発明に
於いて、圧力式流量制御器を、ガス供給管に設けたコン
トロール弁ＣＶと、コントロール弁ＣＶの下流側に設け
た圧力検出器１４と、圧力検出器１４の下流側に並列状
に設けた複数のオリフィス２ａ・２ｂ・・と、前記圧力
検出器１４の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは
定数）として演算する流量演算回路１４と、流量設定信
号Ｑｓを出力する流量設定回路３２と、前記演算流量信
号Ｑｃと流量設定信号Ｑｓとの差を制御信号Ｑｙとして
コントロール弁ＣＶの駆動部８へ出力する演算制御回路
３８から構成し、制御信号Ｑｙが零になるようにコント
ロール弁ＣＶを開閉してオリフィス２ａ・２ｂ・・の下
流側流量を制御すると共に、複数の前記オリフィス２ａ
・２ｂ・・の中からガスの流量に対応した径を有するオ
リフィスを作動させるようにしたものである。
【００１２】請求項８の発明は、請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４又は請求項６の発明に於いて、圧力
式流量制御器のオリフィスをガス供給弁の下流側に１基
又は分岐状に複数基設ける構成としたものである。
【００１３】請求項９の発明は、請求項８の発明に於い
て、オリフィスをガス供給弁の下流側の反応処理炉の内
方へ分岐状に複数基設ける構成としたものである。
【００１４】請求項１０に記載の発明は、半導体製造の
各工程又は各工程に属するプロセス毎に一基のガス供給
用の流量制御器を設けると共に、当該流量制御器により
流量制御しつつ前記各工程又は各プロセスに必要とする
同一又は複数種のガスを、順次経時的に切換え供給する
ようにしたことを発明の基本構成とする半導体製造装置
用のガス供給方法である。
【００１５】請求項１１に記載の発明は、請求項１０の
発明に於いて、同一又は複数種のガスを複数の供給口か
ら一基の処理反応炉内へ同時に供給する構成としたもの
である。
【００１６】請求項１２の発明は、請求項１０又は請求
項１１の発明に於いて流量制御器をマスフローコントロ
ーラとすると共に、供給するガスの種類及び流量毎に予
かじめ前記マスフローコントローラの流量制御特性をデ
ータ化して制御用コンピュータの記憶装置に記憶させ、
ガスの種類や流量の切換時に切換後のガスの種類や流量
に対応する流量特性を前記記憶装置から呼び出し、当該
流量特性に基づいてガスの流量制御を行なうようにした
ものである。
【００１７】請求項１３の発明は、請求項１０又は請求
項１１の発明に於いて流量制御器を圧力式流量制御器と
すると共に、供給するガスの種類毎に予かじめ基準ガス
（Ｎ 2 ガス）に対するフローファクターＦ・Ｆを求めて
おき、ガスの種類の切換時に、切換後のガスに対する流
量指令信号ＱｓをＱｓ＝ｋＱｅ〔但し、Ｑｅは基準ガス
（Ｎ2 ）に対する設定流量信号、ｋは流量変換率であ
る〕とするようにしたものである。
【００１８】請求項１４の発明は、請求項１０又は請求
項１１の発明に於いて流量制御装置を圧力式流量制御器
とすると共に、圧力式流量制御器に口径の異なる複数の
オリフィスを並列的に設け、切換え供給するガスの流量
に応じて前記オリフィスを選択的に作動させるようにし
たものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態を示
すものであり、図１に於いてＲ・Ｒは半導体製造装置の
一部を形成する処理反応炉、Ａ1 ・Ａ2 ・Ａ3 は処理反
応炉Ｒ・Ｒへのガス供給装置である。即ち、ガス供給装
置Ａ1 ・Ａ2 ・Ａ3 から、処理反応炉Ｒ・Ｒ内で行なわ
れる各処理プロセスＢ1 ・Ｂ2 ・Ｂ3 に必要とするガス
が供給され、例えば、処理反応炉Ｒ・Ｒ内でプロセスＢ
1 を実施する場合には、ガス供給弁Ｖ1 が開、及びガス
供給弁Ｖ2 ・Ｖ3 が閉にされ、ガス供給装置Ａ1 からガ
スＧ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 ・Ｇ4 が夫々順次経時的に処理反応
炉Ｒ・Ｒ内へ切換供給されて行く。
【００２０】また、前記図１に於いてＧ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3
・Ｇ4 は異なる種類のガス供給源（例えばＯ2 、Ｈ2 、
Ｎ2 、ＳｉＨ4 等）であり、ＭＦＣは流量制御器ＦＲＣ
を形成するマスフローコントローラ、ＶＧ1 ・ＶＧ2 ・
ＶＧ3 ・ＶＧ4 はガス供給元弁、Ｌ1 ・Ｌ2 ・Ｌ3 ・Ｌ
4 はガス導入管、ＬO はガス供給管、Ｆ1 ・Ｆ2 ・Ｆ 3
はガス取出し口、Ｖ1 ・Ｖ2 ・Ｖ3 はガス供給弁であ
る。
【００２１】尚、流量制御器ＦＲＣを形成するマスフロ
ーコントローラＭＦＣそのものは公知であるため、ここ
ではその詳細な説明は省略するが、本発明で使用するマ
スフローコントローラＭＦＣについては、使用するガス
の種類及びガスの流量毎に多数の流量制御特性曲線が予
かじめデーター化され、付属する制御用コンピューター
の記憶装置に記憶されている。そして、使用中にガスの
種類や流量が切り換えられると、コンピューター装置
（図示省略）を介して自動的に当該ガス種及び流量に対
応する流量制御特性が記憶装置から呼び出され、この流
量制御特性に基づいて切換後のガスが流量制御されるよ
うに、マスフローコントローラＭＦＣのリニアライザー
等の補正調整が行なわれる。
【００２２】また、図１の実施態様に於いては、ガスの
種類やガスの流量の切換時にマスフローコントローラＭ
ＦＣのリニアライザーを調整し、マスフローコントロー
ラＭＦＣの流量制御特性を各ガスの種類毎に予かじめ求
めておいた流量制御特性に合致させるようにしている
が、マスフローコントローラＭＦＣの流量制御特性曲線
を基準ガス及び基準流量に対応するものだけに固定する
と共に、異なるガス種や異なる流量については、予かじ
め基準ガスに対するコンバージョンファクターを求めて
おき、ガス種や流量が変った場合には、その時の測定値
と前記コンバージョンファクターとから基準ガス及び基
準流量に対応する近似的な制御値を演算し、この近似的
な制御値に基づいて異種ガスの流量制御を行なうように
してもよい。
【００２３】更に、図１の実施態様では３基のガス供給
装置Ａ1 ・Ａ2 ・Ａ3 を並列状に組み合せることにより
１基のガス供給装置を構成しているが、ガス供給装置と
しては通常３〜１０基のガス供給装置が並列状に組み合
せ使用される。
【００２４】図２は、本発明の第２実施態様を示すもの
であり、一種のガス供給源Ｇ1 から流量制御器ＦＲＣ、
ガス供給管Ｌ0 及び複数の分岐状に接続されたガス供給
弁Ｖ 1 〜Ｖ4 を通して、処理反応炉Ｒ・Ｒに設けた複数
のガス供給口へ同時に所定流量の同一ガスを供給するよ
うにしたものである。尚、図２に於いては、３基のガス
供給装置Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 を並列状に組み合せる構成と
しているが、通常は図１の場合と同様に、５〜１０基の
ガス供給装置を並列状に組み合せることにより、一基の
ガス供給装置が形成される。
【００２５】図３は、本発明の第３実施態様を示すもの
であり、本実施態様に於いては流量制御器ＦＲＣとし
て、図１のマスフローコントローラＭＦＣに替えて圧力
式流量制御器ＦＣＳが使用されている。尚、図３のガス
供給装置Ａは、流量制御器ＦＲＣがマスフローコントロ
ーラＭＦＣから圧力式流量制御器ＦＣＳに替っている点
を除いて図１のガス供給装置と全く同じであるため、こ
こではその詳細な説明を省略する。
【００２６】図４は、前記図２や図３のガス供給装置に
於いて使用する圧力式流量制御器ＦＣＳの構成系統図で
ある。図４を参照して、一般にオリフィス２の前後の気
体の圧力Ｐ2 ／Ｐ1 （Ｐ1 ：上流側圧力、Ｐ2 ：下流側
圧力）が気体の臨界圧力比（空気や窒素等の場合は約
０．５）以下になると、オリフィス２を通る気体の流速
が音速となって、オリフィス２の下流側の圧力変動が上
流側に伝達しなくなり、オリフィス２の上流側の状態に
相応した安定な質量流量を得ることができる。即ち、オ
リフィス２の径が一定の場合、上流側圧力Ｐ1 を下流側
圧力Ｐ2 の約２倍以上に設定すると、オリフィス２を流
通する下流側流量Ｑｃは上流側圧力Ｐ 1 にのみ依存し、
Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）という直線関係が高精度に成
立し、オリフィス径が同一なら、この定数Ｋも一定とな
る。
【００２７】オリフィス２の上流側流路４は、駆動部８
により開閉されるコントロール弁ＣＶに連結され、下流
側流路６はオリフィス対応弁１０とガス取出用継手１２
を介して反応装置（図示せず）に接続されている。オリ
フィス上流側圧力Ｐ1 は圧力検出器１４により検出さ
れ、増幅回路１６を介して圧力表示器２２に表示され
る。また、その出力はＡ／Ｄ変換器１８を通してデジタ
ル化され、演算回路２０によりオリフィスの下流側流量
ＱがＱ＝ＫＰ1（Ｋ：定数）により算出される。
【００２８】一方、温度検出器２４により検出された上
流側温度Ｔ1 は増幅回路２６、Ａ／Ｄ変換器２８を介し
て温度補正回路３０に出力され、前記流量Ｑが温度補正
されて、演算流量Ｑｃが比較回路３６に出力される。こ
こでは、演算回路２０と温度補正回路３０と比較回路３
６をまとめて演算制御回路３８と呼ぶ。
【００２９】流量設定回路３２からはＡ／Ｄ変換器３４
を介して設定流量Ｑｓが出力され、比較回路３６に送信
される。比較回路３６では演算流量Ｑｃと設定流量Ｑｓ
の差信号ＱｙがＱｙ＝Ｑｃ−Ｑｓによって算出され、増
幅回路４０を介して駆動部８に出力される。この駆動部
８は差信号Ｑｙが零になる方向にコントロール弁ＣＶを
開閉制御して、下流側流量が設定流量に等しくなるよう
に制御するものである。
【００３０】当該圧力式流量制御器ＦＣＳは、オリフィ
ス２の上流側圧力Ｐ1 の調整により二次側流量を制御す
る構成としているため、コントロール弁ＣＶの上流側の
ガス圧力に影響されることなしにオリフィス２の下流側
の流量制御を行なうことができ、比較的リニアー性の良
い流量特性が得られる。また、ガスの種類やガスの流量
が変った場合に於いても、基準ガス及び基準流量に対す
る所謂フローファクターを予かじめ求めておくことによ
り、各種の異なるガスやガス流量に対しても、比較的簡
単に高精度な流量制御を行なうことができる。
【００３１】図５は本発明の第４実施態様を示すもので
あり、流量制御器ＦＲＣとして圧力式流量制御器ＦＣＳ
を用いると共に、圧力式流量制御器ＦＣＳの構成部材で
あるオリフィス２をガス供給弁Ｖ1 の下流側の処理反応
炉Ｒ・Ｒの内部に設けるようにしたものである。尚、処
理反応炉Ｒ・Ｒ内に設けるオリフィス２の数は１個であ
っても、或いは２個以上の数であってもよい。オリフィ
ス数を２個以上とした場合には処理反応炉Ｒ・Ｒ内の各
領域内へ放出されるガス流量を任意に調整することがで
き、好都合である。又、前記オリフィス数を２個以上と
し且つ各オリフィスの径を異なる口径とすることによ
り、異なる流量のガスを１台の圧力式流量制御器ＦＣＳ
でもって制御することが可能となる。
【００３２】図６は、前記図５に示した本発明の第４実
施態様のガス供給装置に於いて用いられる圧力式流量制
御器ＦＣＳの構成系統図であり、オリフィス２がオリフ
ィス対応弁１０の下流側の処理反応炉Ｒ・Ｒ内に位置し
ている点のみが前記図４の場合と異なっており、その他
の点は図４の圧力式流量制御器ＦＣＳと全く同様であ
る。尚、処理反応炉Ｒ・Ｒの横断面積が大きくて、放出
ガス流量の分布調整を必要とする場合には、前述の通り
当該図４及び図６で示した構成の圧力式流量制御器ＦＣ
Ｓが用いられる。
【００３３】図７は本発明の第５実施態様を示すもので
あり、流量制御器ＦＲＣとして圧力式流量制御器ＦＣＳ
を用い、且つ各ガス供給源Ｇ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 及びＧ4 か
ら夫々異なる流量でもってガスを切換的に処理反応炉Ｒ
・Ｒへ供給するようにしたものである。尚、図７に於い
て、前記図３及び図４の場合と同じ部材には、これと同
じ参照番号が付されている。
【００３４】即ち、図７に於いて、２ａ、２ｂ、２ｃ、
２ｄは夫々内径の異なるオリフィスであり、内径の最大
のもの２ａから内径の最小のもの２ｄまで、４種類のオ
リフィスが設けられている。また、１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０ｄはオリフィス対応弁、Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ
１ｃ、Ｆ１ｄは夫々ガス取出し口、Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄはガ
ス供給弁である。尚、図７に於いては各オリフィス２
ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの内径を夫々異なるものとしてい
るが、同径のオリフィスを混在させてもよいことは勿論
である。
【００３５】処理反応炉Ｒ・Ｒへ供給するガスＧ1 ・Ｇ
2 ・Ｇ3 ・Ｇ4 （例えばＮ2 ガス）の流量が大きい場合
には、オリフィス対応弁１０ａ及びガス供給弁Ｖ１ａを
開、オリフィス対応弁１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ及びガス
供給弁Ｖ１ｂ、Ｖ１ｃ、Ｖ１ｄを閉にし、オリフィス２
ａを作動させ、当該オリフィス２ａを介してガス供給流
量が設定流量Ｑｓａ（最大流量）になるように、流量制
御が行なわれる。同様に、反応炉Ｒ・Ｒへ供給するガス
Ｇ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 ・Ｇ4 （例えばガスＯ 2 ）の流量が最
小の場合には、オリフィス対応弁１０ｄ及びガス供給弁
Ｖ１ｄを開、オリフィス対応弁１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
及びガス供給弁Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ１ｃを夫々閉にして
オリフィス２ｄを作動させ、当該オリフィス２ｄを介し
てガスＧ4 の供給流量が設定流量Ｑｓｄ（最小流量）に
なるように、流量制御が行なわれる。
【００３６】尚、各供給ガスＧ1 〜Ｇ4 に対する前記設
定流量Ｑｓａ、Ｑｓｂ、Ｑｓｃ、Ｑｓｄは、反応炉Ｒ・
Ｒ側の要求に応じて任意に設定され、また、圧力式流量
制御装置ＦＣＳ側のフルスケールは、前記設定流量Ｑｓ
ａ〜Ｑｓｄの大・小に応じて適宜に例えば圧力検出器１
４の出力増幅器１６の増幅度を調整する等の方法によ
り、切換えられる。
【００３７】図８は、本発明の第６実施形態を示すもの
であり、異なる４種類のガスＧ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 ・Ｇ
4 （例えばＨ2 、Ｏ2 、Ｎ2 、ＳｉＨ4 ）から成る４グ
ループのガス群を、夫々異なる流量で反応炉Ｒ・Ｒへ供
給できるようにした場合を示すものである。即ち、図８
に於いては、図６に示したガス供給装置が４組並列に設
けられており、且つ各ガスＧ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 ・Ｇ4 を供
給するガス供給装置には三基の内径の異なる流量設定用
のオリフィス２ａ、２ｂ、２ｃが夫々設けられている。
尚、オリフィス２ａ、２ｂ、２ｃに同径のオリフィスを
混在させてもよいことは、図１の場合と同一である。
【００３８】而して、図８の実施態様に於いては、圧力
式流量制御装置ＦＣＳ1 、ＦＣＳ2、ＦＣＳ3 及びＦＣ
Ｓ4 の全部若しくは何れかを組み合せ作動させることに
より、ガス供給源Ｇ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 ・Ｇ4 から異なるガ
スを同時に若しくは経時的に処理反応炉Ｒ・Ｒへ供給す
ることができる。この時、各圧力式流量制御装置ＦＣＳ
1 、ＦＣＳ2 、ＦＣＳ3 及びＦＣＳ4 に於いては、必要
とするガス流量に応じた内径のオリフィス２ａ又はオリ
フィス２ｂ若しくはオリフィス２ｃが選定されることは
勿論である。また、選定されたオリフィスの内径（即
ち、ガス流量）に応じて各圧力式流量制御装置ＦＣ
Ｓ1 、ＦＣＳ2 、ＦＣＳ3 、ＦＣＳ4 のフルスケールが
任意に切換え設定されることは、図３及び図７の場合と
全く同様である。
【００３９】図９は、本発明で使用する圧力式流量制御
装置の他の実施例を示すものであり、流量設定回路３２
と比較回路３６との間に流量変換回路３９が設けられて
いる点のみが、前記図４の圧力式流量制御装置と異なっ
ている。尚、前記流量変換回路３９はフルスケール流量
を可変にするために設けられているものである。
【００４０】いま、流量変換回路３９の変換率ｋが１の
場合（即ち、フルスケール流量の切換えが行なわれてい
ない場合）には、演算回路２０では、圧力信号Ｐ1 を用
いて、流量ＱがＱ＝ＫＰ1 として演算されると共に、前
記温度補正回路３０からの補正信号を用いて前記流量Ｑ
の温度補正が行なわれ、演算流量Ｑｃが比較回路３６へ
出力される。また、流量変換回路３９の変換率ｋが定数
Ｋに設定されている場合には、信号Ｑｅが流量変換回路
３９を通して流量指令信号Ｑｓ（Ｑｓ＝ｋＱｅ）に変換
され、この流量指令信号Ｑｓが演算制御回路３８へ入力
される。尚、前記定数ｋは流量変換率を表わし、フルス
ケール流量を可変にするために設けられているものであ
る。従って、流量変換回路３９は流量変換率ｋを連続的
に可変することができ、また多段階に可変にすることも
できる。多段階に可変にする場合の一例としてディップ
スイッチを利用することができる。
【００４１】流量変換回路３９が定める流量変換率ｋ、
Ｎ2 ガス、Ｈｅガス、ＣＦ4 ガス等に対応して多段切換
となっており、後述する各々のガスのフローファクター
Ｆ・Ｆと関係している。即ち、フローファクターＦ・Ｆ
は、オリフィス２の口径及び上流側圧力Ｐ1 が同一の場
合において、ＨｅガスやＣＦ4 ガス等の実ガスの流量が
Ｎ2 ガス流量の何倍になるかを示す量であり、Ｆ・Ｆ＝
実ガス流量／Ｎ2 換算流量で定義されるものである。
尚、ファクターＦ・Ｆの具体的な数値はＮ2 ＝１、Ａｒ
＝０．８８７、Ｈｅ＝２．８０４、ＣＦ4 ＝０．５５
６、Ｃ4 Ｆ8 ＝０．３４４等である。
【００４２】例えば、本発明の圧力式流量制御器のオリ
フィス２の口径が９０μｍの場合、試験の結果によれば
制御圧力、即ち上流側圧力Ｐ1 が１．８（ｋｇｆ／ｃｍ
2 ａｂｓ）のときのＮ2 ガスの流量は１２５．９ＳＣＣ
Ｍになる。つまり、Ｎ2 ガスに対しては、フルスケール
流量が１２５．９ＳＣＣＭになり、これを流量設定信号
Ｑｅの１００（％）とし、電圧値では５（Ｖ）とする。
Ｎ2 ガスに対しては流量変換率ｋ＝１とするから、流量
指令信号ＱｓもＱｓ＝ｋＱｅからフルスケール１２５．
９ＳＣＣＭで、１００（％）となる。
【００４３】このオリフィス２と圧力Ｐ1 の条件下で、
供給ガスをＮ2 からＨｅガスに切換えした場合を考え
る。いま、例えば供給するＨｅガス流量を３００ＳＣＣ
Ｍとすると、Ｎ2 流量に換算すると３００ＳＣＣＭ／
２．８０４（ＨｅのＦ・Ｆ）＝１０７．０ＳＣＣＭにな
る。一方、本実施例では前述の通り、Ｎ2 ガスが１２
５．９ＳＣＣＭのときをフルスケールレンジとして設定
しているから、Ｈｅガスに対する流量変換率Ｋは１０
７．０ＳＣＣＭ／１２５．９ＳＣＣＭ＝０．８５０に設
定される。その結果、前記流量指令信号Ｑｓ＝０．８５
０×Ｑｅ＝０．８５０×３００ＳＣＣＭ（電圧値では５
Ｖ×０．８５０）となる。
【００４４】上述のように、図９の実施例に於いては、
基準ガス（Ｎ2 ）に対する各供給ガスのフローファクタ
ーＦ・Ｆを予かじめ求めておくことにより、切換後の供
給ガスの種類及び設定流量に対応した流量変換率ｋを演
算することができ、流量変換回路３９の流量変換率を前
記演算値Ｋに設定することにより、引き続き切換後のガ
スを設定流量Ｑｅに流量制御しつつ供給することができ
る。
【００４５】尚、前記図１乃至図９の各実施態様に於い
ては、流量制御器ＦＲＣとしてマスフローコントローラ
ＭＦＣ又は圧力式流量制御装置ＦＣＳを使用するように
しているが、流量制御器ＦＲＣとしては如何なる構成の
ものであってもよく、例えばバルブとオリフィスとオリ
フィス前後の差圧の検出センサーとの組み合せより成る
一般的な流量制御器であってもよい。
【００４６】また、前記図４乃至図９の実施態様に於い
ては、オリフィス対応弁１０ａ〜１０ｄとガス供給弁Ｖ
１ａ〜Ｖ１ｃとを設けるようにしているが、オリフィス
対応弁１０ａ〜１０ｄを省略してガス供給弁Ｖ１ａ〜Ｖ
１ｄをオリフィス対応弁１０ａ〜１０ｄの代替とし、当
該ガス供給弁Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄのバルブボディー内へオリ
フィス２ａ〜２ｄや圧力検出器Ｐ等を適宜に組み込む構
成としてもよい。
【００４７】
【発明の効果】本発明の請求項１、請求項３及び請求項
１０に記載の半導体製造装置用のガス供給装置に於いて
は、半導体製造装置へ供給する同一又は複数種のガスを
グループ化し、一つのグループ内のガスを１基の流量制
御器を通して経時的に半導体製造装置へ供給する構成と
している。 その結果、従前のこの種ガス供給装置の如
き半導体製造装置へ供給する各ガス系統毎に流量制御器
を設ける場合に比較して、ガス供給装置の小形化及び製
造コストの引下げを図れると共に、保守管理費も大幅に
低減することができる。
【００４８】また、請求項２、請求項４及び請求項１２
に記載の発明に於いては、半導体製造に於ける各処理工
程に含まれるプロセス毎にグループ化してガスの供給を
供なうことができ、請求項１の発明の場合と同様にガス
供給装置の小形化や製造コストの引下げが可能になると
共に、ガス供給装置の管理運用がより容易となる。
【００４９】請求項５、請求項８及び請求項１３の発明
に於いては、ガス種の変更やガス流量の大幅な変更に対
しても、同一の流量制御器でもって比較的容易に対応す
ることができ、高精度な流量制御を継続することができ
る。
【００５０】請求項６、請求項７及び請求項１４の発明
に於いては、ガス種のみならずガス流量の大きな変更に
対しても極めて容易に対応することができ、ガス種及び
ガス流量が変ってもより高精度な流量制御の維持が可能
となる。
【００５１】請求項８及び請求項９の発明に於いては、
反応処理炉の横断面積が大きい場合であっても、反応処
理炉内部のガス放出流量の分布調整を任意に行なうこと
ができ、より高精度な半導体装置の処理プロセスを達成
することができる。本発明は上述の通り優れた実用的効
用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施態様に係る半導体製造装置用
のガス供給装置の一部を省略した構成系統図である。
【図２】本発明の第２実施態様に係る半導体製造装置用
のガス供給装置の一部を省略した構成系統図である。
【図３】本発明の第３実施態様を示すものであり、圧力
式流量制御器を用いたガス供給装置の構成系統図であ
る。
【図４】本発明で使用する圧力式流量制御器の基本構成
を示す説明図である。
【図５】本発明の第４実施態様を示すものであり、圧力
式流量制御器を用いたガス供給装置の構成系統図であ
る。
【図６】本発明で使用する圧力式流量制御器の他の実施
態様の基本構成を示す説明図である。
【図７】本発明の第５実施態様に係る半導体製造装置用
のガス供給装置の構成系統図である。
【図８】本発明の第６実施態様に係る半導体製造装置用
のガス供給装置の構成系統図である。
【図９】本発明に於いて使用する圧力式流量制御器の他
の実施例を示すものである。
【符号の説明】
Ａ1 ・Ａ2 ・Ａ3 はガス供給装置、Ｒ・Ｒは半導体製造
装置の処理反応炉、Ｂ 1 ・Ｂ2 ・Ｂ3 は処理反応炉内で
行なわれるプロセス、Ｖ1 ・Ｖ2 ・Ｖ3 ・Ｖ4はガス供
給弁、Ｇ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 ・Ｇ4 はガス供給源、ＦＲＣは
流量制御器、ＭＦＣはマスフローコントローラ、ＦＣＳ
は圧力式流量制御器、ＶＧ1 ・ＶＧ2 ・ＶＧ3 ・ＶＧ4
はガス供給元弁、Ｆ1 ・Ｆ2 ・Ｆ3 はガス取出し口、Ｌ
1 ・Ｌ2・Ｌ3 ・Ｌ4 はガス導入管、ＬO はガス供給
管、ＣＶはコントロール弁、Ｐ1 は上流側圧力、Ｐ2 は
下流側圧力、Ｑｃは演算流量（信号）、Ｑｙは制御信
号、２はオリフィス、４は上流側流路、６は下流側流
路、８はコントロール弁の駆動部、１０はオリフィス対
応弁、１２はガス取出用継手、１４は圧力検出器、１６
・４０は増幅器、１８・２８はＡ／Ｄ変換器、２０・３
８は演算回路、２２は圧力表示器、２４は温度検出器、
３０は温度補正回路、３６は比較回路、３９は流量変換
回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒野 洋一 123 ブリンバル アベニュー バーバリ ィ，マサチューセッツ 01915 アメリカ 合衆国 東京エレクトロンマサチューセッ ツ インコーポレーション内 (72)発明者 池田 信一 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内 (72)発明者 増田 尚也 大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号 株式会社フジキン内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のガス供給源と、前記各ガス供給源
    からのガス導入管に設けたガス供給元弁と、前記各ガス
    導入管を集合したガス供給管に設けた流量制御器と、流
    量制御器の出口に設けたガス供給弁とから構成した半導
    体製造装置用のガス供給装置。
  2. 【請求項２】 複数のガス供給源と、前記各ガス供給源
    からのガス導入管に設けたガス供給元弁と、前記各ガス
    導入管を集合したガス供給管に設けた流量制御器と、前
    記流量制御器の出口側に設けたガス供給弁とから成るガ
    ス供給装置を複数基並列状に配設し、前記各ガス供給装
    置から夫々所望のガスを供給する構成とした半導体製造
    装置用のガス供給装置。
  3. 【請求項３】 一基のガス供給源と、前記ガス供給源か
    らのガス供給管に設けた流量制御器と、前記流量制御器
    の出口側に設けた複数の並列分岐状に接続したガス供給
    弁とから構成した半導体製造装置用のガス供給装置。
  4. 【請求項４】 一基のガス供給源と、前記ガス供給源か
    らのガス供給管に設けた流量制御器と、前記流量制御器
    の出口側に設けた複数の並列分岐状に接続したガス供給
    弁とから成るガス供給装置を複数基並列状に配設し、前
    記各ガス供給装置から夫々所望のガスを供給する構成と
    した半導体製造装置用のガス供給装置。
  5. 【請求項５】 流量制御器をマスフローコントローラと
    するようにした請求項１、請求項２、請求項３又は請求
    項４に記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  6. 【請求項６】 流量制御器を圧力式流量制御器とするよ
    うにした請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に
    記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  7. 【請求項７】 圧力式流量制御器を、ガス供給管に設け
    たコントロール弁ＣＶと、コントロール弁ＣＶの下流側
    に設けた圧力検出器１４と、圧力検出器１４の下流側に
    並列状に設けた複数のオリフィス２ａ・２ｂ・・と、前
    記圧力検出器１４の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1
    （Ｋは定数）として演算する流量演算回路１４と、流量
    設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路３２と、前記演算
    流量信号Ｑｃと流量設定信号Ｑｓとの差を制御信号Ｑｙ
    としてコントロール弁ＣＶの駆動部８へ出力する演算制
    御回路３８から構成し、制御信号Ｑｙが零になるように
    コントロール弁ＣＶを開閉してオリフィス２ａ・２ｂ・
    ・の下流側流量を制御すると共に、複数の前記オリフィ
    ス２ａ・２ｂ・・の中からガスの流量に対応した径を有
    するオリフィスを作動させるようにしたことを特徴とす
    る請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項
    ６に記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  8. 【請求項８】 オリフィスを、ガス供給弁の下流側に１
    基又は分岐状に複数基設ける構成とした請求項１、請求
    項２、請求項３、請求項４又は請求項６に記載の半導体
    製造装置用のガス供給装置。
  9. 【請求項９】 オリフィスを、半導体製造装置を形成す
    る処理反応炉の内部に分岐状に複数基設ける構成とした
    請求項８に記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  10. 【請求項１０】 半導体製造の各工程又は各工程に属す
    るプロセス毎に一基のガス供給用の流量制御器を設ける
    と共に、当該流量制御器により流量制御しつつ前記各工
    程又は各プロセスに必要とする同一又は複数種のガス
    を、順次経時的に切換え供給するようにしたことを特徴
    とする半導体製造装置用のガス供給方法。
  11. 【請求項１１】 同一又は複数種のガスを複数の供給口
    から一基の処理反応炉内へ同時に供給するようにしたこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の半導体製造装置用の
    ガス供給方法。
  12. 【請求項１２】 流量制御器をマスフローコントローラ
    とすると共に、供給するガスの種類及び流量毎に予かじ
    め前記マスフローコントローラの流量制御特性をデータ
    化して制御用コンピュータの記憶装置に記憶させ、ガス
    の種類や流量の切換時に切換後のガスの種類や流量に対
    応する流量特性を前記記憶装置から呼び出し、当該流量
    特性に基づいてガスの流量制御を行なうようにした請求
    項１０又は請求項１１に記載の半導体製造装置用のガス
    供給方法。
  13. 【請求項１３】 流量制御器を圧力式流量制御器とする
    と共に、供給するガスの種類毎に予かじめ基準ガス（Ｎ
    2 ガス）に対するフローファクターＦ・Ｆを求めてお
    き、ガスの種類の切換時に、切換後のガスに対する流量
    指令信号ＱｓをＱｓ＝ｋＱｅ（但し、Ｑｅは基準ガスＮ
    2 に対する設定流量信号、ｋは流量変換率であるとする
    ようにした請求項１０又は請求項１１に記載の半導体製
    造装置用のガス供給方法。
  14. 【請求項１４】 流量制御装置を圧力式流量制御器とす
    ると共に、圧力式流量制御器に口径の異なる複数のオリ
    フィスを並列的に設け、切換え供給するガスの流量に応
    じて前記オリフィスを選択的に作動させるようにした請
    求項１０又は請求項１１に記載の半導体製造装置用のガ
    ス供給方法。
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