JPH0340991A - 稀釈ガス供給装置 - 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〕 この発男は、気相成長装置に供給するドーパントガスな
ど、２系統から供給する＊ｉＬｖ原料ガスをキャリアガ
スにより高稍度で稀釈して目的とする反応槽へ送り出す
装置であって、広く半導体製造装置などに適用される稀
釈ガス供給装置の構成に関する０ 〔従来の技術〕 このＳ稀釈ガス供給装置に用いられる。！ｌＡ料ガスや
キャリアガスのガス流量調整手段としてマスフローコン
トローラは公知である０これは流量を検出する検出部と
流量調整手段である制御弁を具備しており、挿入された
流路の流量を外部からの設定制御信号（通常Ｏ〜５Ｖ）
に対応した設定値に制御する機能を有する。なお設定精
度がフルスケール流量の±１．０％、流量がフルスケー
ル流量００〜５％の範囲では設定不可というのが一般的
な仕様である・ このようにマスフローコントローラの設定精度には限度
かあり、微小流量の調整の精度が得られ紅い。そこで微
量ガスを高精度に供給するには稀釈の手段が用いられる
０これは原料ガスをキャリアガスで稀釈し、余剰ガスを
廃果するものである。

従来、この槌のガス稀釈装置として第３四の構成のもの
が用いられてきた＠原料ガスｌは第１のガス流量調整手
段であるマスフローコントローラｌにより所定ｉｔで混
合室６に纒かれる。同じように、原料ガス２．キャリア
ガスもそれぞれマスフローコントローラ２及び４により
その所定流量が混合室６へ導かれる・混合室６で原料ガ
スｌと原料カス２ならびにキャリアガスはよく混合され
原料ガスは稀釈される・混合室６内の稀釈された原料ガ
スは第３のガス１Ａｔｆｊｋ調整手段であるマス７０−
コントローラ３により所定の流量で目的の反応槽へ送出
管８を介して供給されるーまた、混合室の残余のガスは
、ここには図示されていない真空ポンプ等の排気装置で
外部に排気される。マス７０−コントローラは設定信号
に比例したガス流量を出力する・にお、図において、符
号１１ないし１４はそれぞれマスフローコントローラｌ
ないし４を通過するガス流量を検出して流量を設定値に
調整する信号を流量調整手段である制御弁に出力する検
出部（以下制御信号発信部、制御信＋ｊ設定器。

制御信号源の梧′ｌｋ説Ｅ！Ａ内容により適宜選択して
使用する）である０以下、各マスフローコントローラの
設定流量と原料ガス稀釈率との関係を式を用いて説明す
る・Ｖは流量を、■はフルスケール流量を、αは制御信
号のフルスケール比率（０くαく１．以下、流量設定率
ともいう）を表示し、添字ハマスフローコントローラの
番号に対応するものとする＠各派ｉはＶ、＝Ｖｌｌ（Ｘ
力と表示される。稀釈率は全ガス流量に対する原料ガス
の比で表わされるので、原料１の稀釈率ｄ、と原料２の
稀釈率ｄ。

とはそれぞれ次式で示される＠ これらのαｎＶａを所定の値に設定すれは所定の稀釈が
できる。

〔発明が解決しようとする！１１８題〕このように構成
される従来のガス稀釈装置における問題点は次の通りで
ある〇 （１）第３図の構成では混合室へのｌｌ＋ｌｔ入情が制
御されており、混合室内の圧力が時間的に変１１力した
場合、それぞれの原料ガスの稀釈率に圧力変動分に相当
した誤差を生じる。

（２）制御信号像がそれぞれのマスフローコントローラ
に個別に必要であり構成及び運転操作が複雑である０ （３）回−稀釈率を設定するにもそれぞれのガスの流ｆ
ｔＰ３対値の選択の範囲が広すぎるため、キャリアガス
な必要以上に供給し過ぎる場合がある◎（４）上記第３
項とは逆に、キャリアガスが不足した場合には、ガス流
を調整手段のフルスケール流量と実流雪との関係から流
量設定精度が悪くなる場合がある。

（５）以上の結果、例えは目的の反応相へ送り込む原料
ガス量を変化させてプロセス性能を評価する場合ｔｌど
に、評価の再現性が悪くたる場合がある〇この発明の目
的は、原料ガスの稀釈率を広範囲にわたり、キャリアガ
スの過不足を生ずることなく、かつより少ない制御信号
源を用いて梢腿高く得ることのできるガス稀釈装置の構
成を提供することである・ 〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するために、この発明においては、２系
統から供給された原料ガスをキャリアガスにより稀釈し
て送出する稀釈ガス供給装置途の構成を、前記２系統か
ら供給される原料ガスと１系統から供給されるキャリア
ガスとを混合する１個の混合室と、２系統から供給され
る原料ガスをそれぞれ所定の流量で混合室へ流入させる
第１および第２のガス流量調整手段と、混合室で稀釈さ
れた原料ガスを目的の反応槽へ所定の流量で流出させる
第３のガス流量調整手段と、混合室の余剰の稀釈ガスを
所定の流量で排気させる第４のガス流量調整手段とを備
えた構成とするものとする０そして、この構成による稀
釈ガス供給装置を異常発生少なく運転可能とし、あるい
は生じうる要求への対応幅を広げるため、混合室に流入
するキャリアガスの派路にキャリアガスの逆流を防止す
る逆止弁を抑大し、あるいはさらに、混合室から目的σ
）反応槽へは出する稀釈ガスにキャリアガスな加えて反
応槽に流入する全ガス流量を一定にするキャリアガス用
の第５のガス流量調整手段な情えしめるものとする〇 〔作　用〕 以下に実施例の−を用いて本発明による＠置構成の作用
を説明する０ 第１図は本発明の第１の実施例を示す図であるＯ原料ガ
スｌと原料ガス２とはそれぞれ第１のガス流像調整手段
であるマスフローコントローラ１と、第２のガス流量調
整手段であるマスフローコントローラ２とによりそれぞ
れ所定流量で混合室６に導かれる０キヤリアガスは逆止
弁７を経て混合室６に導かれる。混合室６で原料ガス１
，２とキャリアガスとはよく混合され原料ガスは稀釈さ
れる０混合室６内の稀釈された原料ガスをま第３の流量
調整手段であるマスクローコントローラ３により所定の
流量で稀釈ガス供給管８を経て目的の反応槽へ送られる
０また第４の流量調整手段であるマスフローコントロー
ラ４により混合室６内の稀釈さ置により行う・ いマ、マス７０−コントローラ１，２．３は回−のフル
スケール容ＩｋＶｏ　を有し、マス７０−コントローラ
４はそれの１０倍の容−３１ｔｏｖ、を有するものとす
る＠マスフローコントローラ１及び２にはそれぞれ流ｉ
ｔ設定率α８．α、の制御信号を与え、マス７０−コン
トローラ３には上記マスフローコントローラ１及び２の
流量の和の設定をする。マスフローコントローラ４には
原料ガスに対して反転信号となるα４　＝　１−　（α
１＋α、）以下式を用いて説明する・ ｖ１＝Ｖ、α、　＝＝　ｖｏα、　ｅ　ｍ　＊　ｍ　１
１　＠　＠　１１　＠　（３）ｖｔ＝■＊α、＝Ｖ、α
！・・・・・・・・・（４）ｖ、＝Ｖ、α、＝　ｖ、　
＋ｖ、　＝：　Ｖ６　（α、十αｔ）−−（ｓｔｖ４　
””　ｖ４α４＝　１０Ｖ、　（１−（α、＋αｇ））
−−−ｒ６）原料ガス１及び原料ガス２に対する稀釈率
ｄ。

及びｄ、は（７）、＋８）式で表される０の流量設定を
する＠ ｔｏ　−９（α、＋α、） 本装置から供給される原料ガス１及び原料ガス２の流ｊ
ｔ　ｆｔ　、ｆｔは次式となる０これらの関係を第４図
に示す・図において、本装置から供給される稀釈ガス流
量Ｖ、は流量設定率α、＋α、に対してＶｏ　（α、＋
α、）であり、そのうちｆ１＋ｆ＊の原料ガス分がｖｓ
　　（ｆ＋十ｆｔ　）のキャリアガス分で稀釈されてい
る０すなわち、本発明の栴或によれば、第４囚における
ｖ、＝Ｖ。（α、十α、）の直線すなわち混合室流出側
のガス流量を示す直線と、Ｊ　＝ｄ６　Ｖ６　の曲線す
なわち混合室流入側の１Ｊｉｉ、料ガスの流量を示す曲
線との間の縦軸方向の長さが原料ガスを稀釈するキャリ
アガスの流入量を示し、この量は流入側にガス流量調整
手段がないため、稀釈率の全範囲にわたり自由にかつ過
不足なく　ｌＡｔ。

入する・従ってまた、マスフローコントローラ３の反応
槽側の影響なうけて混合室の圧力変動が生じようとして
も、混合室内は時ｒＮＩおくれなく常に当初の圧力を保
持し、従来のように圧力変動に基づく稀釈率の変動を生
ずることが々い０これにより、目的の反応槽へ送り込む
原料ガスの量が常に一定に保持され、原料ガス量を変化
させたときのプロセス性能の評価も再現性よく行うこと
ができる。また、本発明の構成では、各マス７０−コン
トローラは流量設定率α１．α２のみに依存した動作点
で動作するので設定誤差は特定でき、データの再現性も
よい。

このように、本発明の構成により、従来構成における前
述の各種問題点を、装置の簡素化と運転制御の簡易化と
を図りつつ全て解決することができる・ 〔実施例〕 本発明によるガス稀釈装置構成の第１の実施例を示す第
１図については、構成の大半を前記作用の項において説
明したので、ここでは未説明の部分につき説明する〇 混合室６の流入側のキャリアガスの流量には逆止弁６が
挿入されている０これは稀釈ガス供給装置がいかｋる状
態にあっても原料ガス１，２が混合室６を経由してキャ
リアガスのループに流れ込むのを防止する機能のほか、
マスフローコントローラ１，２６カ降下と各原料ガス源
の元圧とに対応した。流れに対する適当な可変抵抗体と
しての機能を有する・すなわち、マスフローコントロー
ラ１，２での圧力降下が大きく流速が大きい場合には混
合室内の圧力が低いことを意味し、逆止弁が大きく開い
てキャリアガスの流量を大きくし、マス７０−コントロ
ーラ１．２での圧力降下が小さく流速が小さい場合には
逆止弁の開きが小さくなってキャリアガスの流量を小さ
くして、混合室６に流入する原料ガス流量とキャリアカ
ス流量との割合が、目的とする稀釈率が得られる割合に
より近い割合でキャリアガスな協合室に流入させる機能
、すなわち原料ガス側の状況に対応してキャリアガスの
流れを制御する機能を有する・第２図に本発明による稀
釈ガス供給装置構成の第２の実施例を示す０この実施例
は、第４図に従って混合室内で稀釈された原料ガスをさ
らに稀釈しかつ所定の全ガス流量で目的の反応槽に送り
・込むという要求を満たすための構成を示す。前記第１
の実施例における逆止弁７のキャリアガス源側から第３
のガス流量調整手段の反応槽側送出ｖ８に到る新たなバ
イパス管路ＩＯが設けられ、このバイパス管路ＩＯに第
５のガス流量調整手段であるマスフローコントローラ５
が挿入されている０稀釈ガス供給装置をこのように構威
し、マスフローコントローラ３を通過して稀釈ガスを流
出させ、ここではマスフローコントローラ４とフルスケ
ール流量を等しくしたマスフローコントローラ５にマス
フローコントローラ４と］口１−の反転信号ヲ与工、マ
スフローコントローラ４な通過−して排気される稀釈ガ
ス流量と同一流量のキャリアガスなマスフローコントロ
ーラ３の出口側に加えることにより、稀釈率の大きい稀
釈ガスを、混合室に流入する全ガス＆電と同一流量で反
応槽に送り込むことができる０ なお、上記第１の実施例では、マス７０−コン）ローラ
４（’）フルスケール流儀ヲマスフローコントローラ１
，２．３の１０倍としているが、マスフローコントロー
ラ４のフルスケール流量は要求稀釈レベルに応じて選択
することができ、一般には他のマス７０−コントローラ
より大きいものであレバよい、また、マス７０−コント
ローラ３のフルスケール流量はマスフローコントローラ
１．２と同一とし、設定信号もα１＋α、としているが
、これらに限定されるものではなく、マス７０−コント
ローラ３のフルスケール流量は適宜に選択し、その設定
信号もこのフルスケール流量に応じ、α、十α、に関連
して設定すれはよい０また、第２の実施例におけるマス
フローコントローラ５のフルスケール流量は、反応槽に
送り込む全ガス流量に応シ、マスフローコントローラ寺
と異なる大きさに適宜選択することができる０ 原料ガスｌおよび２は必すしもガス組成が異なるものに
限るものでなく、同一組成の原料ガスを２系統から供給
することにより好都合な運転ができる＠同一ラン中に原
料ガスの系統を切り換えることができるため、一方の系
統の原料ガスをほとんど空にするまで使い切ることがで
きる〇なお、本発明は原料ガスが２系統から供給される
場合のみに限らず、３系統以上の場合にも適用でき、系
統数を増すのみにて本発明に基づいた稀釈ガス供給装置
を形成することができる〇〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明においては、２系統から供
給された原料ガスをキャリアガスにより催釈して送出す
る稀釈ガス供給装置の構成を、前記２系統から供給され
る原料ガスと１系統から供給されるキャリアガスとを混
合する１個の混合室と、２系杭から供給される原料ガス
をそれぞれ所定の流量で混合室へ流入させる第１および
第２のガス流量調整手段と、混合室で稀釈された原料ガ
スを目的の反応槽へ所定の流量で流出させる第３のガス
流量調整手段と、混合室の余剰の稀釈ガスを所定の流量
で排気させるＷ、４のガス流量調整手段を備えた構成と
して混合室に到るキャリアガス流入路のガス流ｉ調整手
段な不要化したので、混合室内圧力の変動があっても、
キャリアガスが第４図に従い自由に時間おくれなくかつ
過不足なく混合室に流入し、圧力変動に基づく稀釈率の
変動を生じない・これにより、従来の装置構成における
問題点（１３、（３）　、　（４）　ｅ　（ｓＪが解決
される・また、混合室内で混合、ｆ４釈されたガスの稀
釈率が、第１．第２のガス流量調整手段における流量設
定率（α１．α、）のみで自動的に決まるため、従来キ
ャリアガスの流量設定に要した制御信号源が不要となり
、装置が簡素化される・ なお、原料ガスが１系統から供給される場合のガス稀釈
装置として、第５図に示すものが本如と同一出願人から
出願され（特願昭６２−２０１２３８号）公知であり、
２系統から原料ガスを供給する場合の稀釈ガス供給装置
としてこの装置を２組並列に並べて本発明と同様の機能
を有するガス稀釈装置を形成することができる（第６−
参照）ｏしかし、この場合には、混合室やガス流量ｙ４
整手段の数が増すほか、第３のガス流＠調整手段３を経
て反応槽へ送り込まれる稀釈ガス流量の最大誤差が、そ
れぞれの第３のガス流量調整手段の誤差の和となり、常
に高精度の流量制御が保証されるとは限らない欠点があ
る・これに対し、本発明では、第３のガス流量調整手段
は１個のみであり、自体の誤差以上に誤差が拡大するこ
とがない〇なお、本発明の装置構成では、装置本体をそ
のままとして混合室へのキャリアガス流入路に逆止弁を
挿入し、キャリアガスループへの原料ガスの流れ込みを
防止して混合室に流入するキャリアガスを常に純粋に保
ち、混合室内での稀釈率の変動発生を防止したり、バイ
パス管路（１０）を設けてガス流量調整手段を挿入し、
ガス流量調整手段の流量制御種度上達し得ない高精度の
稀釈率を可能□するなどの装置構成が容易に可能になる
。

このように、本発明によれは、装置の簡素化と高精度の
原料ガス稀釈とが装置運転中に稀釈率変動を生ずること
なく可能になる０

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の第１および第２
の実施例による稀釈ガス供給装置の構成−１第３区１は
従来例による稀釈ガス供給装置の構成図、第４図は本発
明による稀釈ガス供給装置構成の作用を説明する線図、
第５図は１系統から原料ガスが供給される場合の補釈ガ
ス供給＠棺の公知例な示す装置構成図、第６図は第５図
に示す公知の装置を用いて本発明が対象とする稀釈ガス
供給装置を構成する場合のｆ￥或例を示す装置構成図で
ある・ １・・・第１のガス流量調整手段、２・・・第２のガス
流量調整手段、３・・・第３のガス流量調整手段、４・
・・第４のガス流ｉ調整手段、５・・・第５のガス流量
調整手段、６・・・混合室、７・・・逆止弁〇ゝ〈Ｌノ 品 １ （２） ＃ガス２ 障Ｖ＋がス 第 （２） ｌぶ料〃′ス２ Ａ料ｎス１ 竿 （２） 汰量衣足牢内十ｄ２→ 竿 （２） 原ｆ＋ガス 反庇糟へ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）２系統から供給された原料ガスをキャリアガスによ
   り稀釈して送出する稀釈ガス供給装置であつて、２系統
   から供給される原料ガスと１系統から供給されるキャリ
   アガスとを混合する１個の混合室と、２系統から供給さ
   れる原料ガスをそれぞれ所定の流量で混合室へ流入させ
   る第１および第２のガス流量調整手段と、混合室で稀釈
   された原料ガスを目的の反応槽へ所定の流量で流出させ
   る第３のガス流量調整手段と、混合室の余剰の稀釈ガス
   を所定の流量で排気させる第４のガス流量調整手段とを
   備えたことを特徴とする稀釈ガス供給装置。 ２）請求項第１項に記載の稀釈ガス供給装置において、
   混合室に流入するキャリアガスの流路にキャリアガスの
   逆流を防止する逆止弁が挿入されていることを特徴とす
   る稀釈ガス供給装置。 ３）請求項第１項記載の稀釈ガス供給装置において、混
   合室から目的の反応槽へ流出する稀釈ガスにキャリアガ
   スを加えて反応槽に流入する全ガス流量を一定にするキ
   ャリアガス用の第５のガス流量調整手段を備えているこ
   とを特徴とする稀釈ガス供給装置。