JPH07166376A - ガス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は真空槽にガスを供給する装置に
おいて、ガス流量およびガス圧力をより短時間で安定化
する装置構成を提供することにある。 【構成】容器内へのガス流量を所定値に保持するための
可変バルブ（２）と、ガスの容器内への供給と停止との
切り換えをするためのバルブ（３）と、ガスをその通過
経路の途中から分岐させて系外へ排気させるためのガス
排出手段（５）と、ガスの系外への排出と排出停止との
切り換えをするためのバルブ（１０）とにより構成され
る。 【効果】真空槽内にガスを供給する装置において、ガス
圧力調整の時間を短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空装置にガスを導入す
る場合の制御方法に関し、特にガス導入の自動制御およ
びガス導入量を安定にさせるための装置構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空装置にガスを導入する方法
は、ガス流量を制御するためのガス流量コントローラ
（マスフローコントローラ）あるいは可変ニードルバル
ブを直接、あるいはストップバルブを介在させて真空槽
に接続させる方法であったので、ガスを流入させる時点
においては真空槽内のガス圧力が必ず連続的に変化し、
ガス圧力が変動する時間が長いという欠点があった。

【０００３】さらに実例を挙げて説明すると図１ａの従
来の装置構成においては真空槽１に直接マスフローコン
トローラあるいは可変ニードルバルブなどで構成される
可変バルブ２が接続されており、真空槽１にガスを流入
させない場合には可変バルブは零点に設定しておく。真
空槽１にガスを流入させる場合には可変バルブ２を手動
あるいは自動操作によって所定のガス流量（あるいは所
定のガス圧力）に達するまで、開かなければならない。
この操作中に真空槽１のガス圧力は連続的に上昇し、安
定なガス圧力に達するのに時間がかかる。自動操作の場
合には特に所定のガス流量（あるいはガス圧力）より一
度オーバな値に達し、再び可変バルブを閉じる操作の繰
返しを行うことが多いので、安定なガス流量（あるいは
ガス圧力）に達するまでの時間が長くなる。前記図１ｂ
は可変バルブ２が零点にあっても完全にガスの流れを停
止できない場合とか、急激にガス流を停止させる場合
に、真空層１と可変バルブ２の間にストップバルブ３を
介在させた装置構成であるが、ガスを流入し始める場合
にはａの場合と同じく、ガス流量（あるいはガス圧力）
が安定するまで時間がかかる。また可変バルブ２が完全
に閉状態にできず、長時間放置されている場合には、ス
トップバルブ３と可変バルプ２の配管部分４にガスが溜
まるため、ストップバルブ３を閉状態から開状態に切り
替えた瞬間に、上記配管部４に溜まっていた圧力の高い
ガス真空槽１に流入する不都合な現象が起こる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は真空槽
にガスを供給する装置において、ガス流量あるいはガス
圧力を制御するための簡単な装置構成により、より簡便
で、ガス流量およびガス圧力をより短時間で安定化する
装置構成を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、減圧可
能な容器内に前記容器外からガス供給手段を介してガス
を間欠的に供給するためのガス制御装置において、前記
ガスの供給源から前記容器に至るガス供給手段の経路の
途中には前記ガス供給手段を通過するガスの流量を所定
値に保持するための第一の手段を有する可変バルブと、
前記ガスを前記容器内へ供給可能とするモードとその供
給を停止するモードとの切り換えを可能とするための第
二の手段を有する第一のバルブとが設けられ、かつ、前
記第一のバルブは前記可変バルブに対して前記ガスの流
れの方向の下流側に配置され、前記ガス供給手段の前記
ガスの通過経路中の前記可変バルブが設けられた部位と
前記第一のバルブが設けられた部位との間の区間には前
記可変バルブの側から供給される前記ガスを前記ガス供
給手段の前記ガスの通過経路の途中から分岐させて系外
へ強制的に排出させるためのガス排出手段が接続され、
前記ガス排出手段の前記ガスの排出経路の途中には前記
ガスを前記系外へ排出可能とするモードとその排出を停
止するモードとの切り換えを可能とするための第三の手
段を有する第二のバルブが設けられ、前記ガス供給手段
を通過する前記ガスの流量が前記所定値に保持されるよ
うに前記可変バルブを調整し、かつ、前記ガスを前記系
外へ排出可能とするモードに前記第二のバルブを保持
し、かつ、前記ガスを前記容器内へ供給することを停止
するモードに前記第一のバルブを保持する第一の動作モ
ードから、前記可変バルブの状態を前記第一の動作モー
ドと同じ状態に保持し、かつ、前記ガスの前記系外への
排出を停止するモードに前記第二のバルブを保持し、か
つ、前記ガスを前記容器内へ供給可能とするモードに前
記第一のバルブを保持する第二の動作モードへ切り換え
ることが可能に構成されていることを特徴とするガス制
御装置にある。

【０００６】

【作用】本発明は上記構成になるので、例えばドライエ
ッチング装置の自動化において、排気操作およびエッチ
ング操作の自動化は比較的に安易に達成された。ガス流
量あるいはガス圧力制御において自動化が困難であった
ことに基づいて、従来より優れたガス供給方式が容易と
なった。また、自動化とともにガス流量あるいはガス圧
力の調整時間の短縮、およびガス流量およびガス圧力の
安定性や、再現性に極めて効を奏するようになった。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図２は真
空装置にガスを供給する場合に、中間排気配管系５を設
けた本発明の基本構成を示す。真空槽１はあらかじめ排
気ポンプ系６によってバルブ７を経て排気されている。
供給ガスはボンベまたは液体源などを用いたガス源８か
ら源圧弁９を経てマスフローコントローラあるいはニー
ドルバルブなどの可変バルブ２に接続している。ただし
ガス源の圧力が低い場合には減圧弁９を必ずしも必要と
しない。可変バルブ２から真空槽１の間には少なくとも
１つのバルブ３があり、並列して他の排気ポンプ系５と
の間にも少なくとも１つのバルブ１０がある。排気ポン
プ系５と６はいずれも可変バルブ２によって、流れるガ
ス流量を十分排気できるだけの能力をもつ必要がある。
実際にガスを真空槽に供給する場合には一度所定のガス
流量あるいはガス圧力を測定するために、バルブ１０を
閉じバルブ３を開として排気ポンプ系６にガスを流し流
量調整を行っておくのがよい。可変バルブは所定のガス
流量に適した調整位置に固定しておく。真空槽１にガス
を供給する必要のない場合にはバルブ３を閉じバルブ１
０を開とし、可変バルブ２とバルブ３および１０の間の
配管部４にガスが溜らないように排気ポンプ系５を流し
ておき、真空槽にガス供給する場合にバルブ１０を閉、
バルブ３を開とする。バルブ１０とバルブ３の開閉のタ
イミングはバルブの動作機構によって差があるのであら
かじめ時定数の調整をしておくのがよい。

【０００８】本発明のガス供給の装置構成と前記図１に
示した従来装置構成によるガス圧力の時間変化曲線を図
３に示す。図３ａは通常用いられているスパッタ装置あ
るいは反応性スパッタエッチング装置で、真空槽が約６
０ｌの容積の装置にＡｒ，Ｏ ₂，Ｈ₂，ＣＦ₄，ＳＦ₆など
のガス種をマスフローコントローラを用いて流した場合
のガス圧力の時間変化を示す。ほぼ安定なガス圧力に達
するまでの時間はガス種に限らず約２分であった。本発
明のガス配管の装置構成では図３ｂのごとく約１０数秒
で安定なガス圧力に到達した。

【０００９】図３ｂの場合に比べて図３ａの場合の方が
ガス圧力が定常値に到達するまでにより多くの時間を有
する理由は次の通りである。即ち、例えば、図１ｂの構
成の場合、可変バルブ２を所定のガス流量を流せるよう
にその弁を所定の状態に保持するように制御しても、そ
の弁を閉状態から所定の開状態へ移行させることとなる
ので、ガスが定常流になるまでには所定の時間を必要と
する。また、配管部分４に溜っていた圧力の高いガスが
真空槽１内へ急激に流入するので、真空槽１内のガス圧
力が一時的に定常値に比べて高い圧力となり、同様にガ
ス圧力が定常値で安定するまでの時間を長引かせる原因
となる。

【００１０】これに対して、図２の構成の場合には、所
定の流量を保持できるように可変バルブ２を所定の状態
に保持し、ストップバルブ３を閉じ、かつ、バルブ１０
を開の状態に保持することによりガス源８から配管部４
を介して排気ポンプ系５の方向へ定常状態のガスを流し
ておく。次に、バルブ１０を閉とし、ストップバルブ３
を開くことにより、ガスは真空槽１へ供給されることに
なる。この切り換え動作前にガスは配管部４を定常状態
で流れているので、この切り換えに伴う真空槽１内の圧
力の安定に要する時間は図１ｂの構成の場合に比べて短
くてすむ。可変バルブ２を閉から開の状態に変化させる
ことに伴うガス圧力の安定に要する時間は実質的に考慮
する必要がないからである。同様に、この構成の場合に
は配管部分４にガスが溜ることは実質的に無いというこ
とができるので、ガスが溜ることに伴うガス圧力の安定
に要する時間も実質的に必要でないということができる
からである。この点からも、真空槽１内の圧力が定常値
に到達する時間を短縮することができる。

【００１１】また従来方式では各ガス導入時毎に調整が
必要であり、再現性の良い値に設定するための熟練を要
すが、本発明ではストップバルブの開閉だけであるの
で、再現性に優れていた。

【００１２】本実験で得られた特性は他の容積値を有す
る各種真空装置に応用できるのはもちろんであるが、真
空槽の容積および本排気ポンプ系の排気速度に応じて、
中間排気ポンプ系の排気速度もできるだけ同一にするの
が望ましい。

【００１３】図４は本発明の参考例を示す図である。同
図はガス配管を清浄にするための可変バルブ２のバイパ
スバルブ１１を設けた装置構成であり、ガス源から可変
バルブ２までの配管部分の不要ガスを排気清浄化すると
きに、処理時間が短縮できる。この場合には可変バルブ
２の調整位置は固定のままでよい。バルブ１２はガス源
のガスを供給するときに閉状態にしておき、直接可変バ
ルブ２に圧力がかからないために有効であるのと同時
に、長時間真空槽１にガス供給をしないときに、バルブ
１２を閉にしてガスを止めるために有効である。

【００１４】図５は本発明の他の参考例を示す図であ
る。同図はガスが高価であるとか、ポンプを劣化させる
種類の場合に有効なガス配管の装置構成である。ガス源
１３が高価なガスあるいは塩素系ガスや酸化性ガスのよ
うにポンプを劣化させるガス源の場合には、排気ポンプ
系５に流すガスは、できるだけ不活性で低価なガスに切
り替えるのがよい。ガス源１４は上記目的の切り替えガ
ス源で、通常Ｎ₂、Ａｒガスを用いるのがよい。排気ポ
ンプ系５に流す時間が短かい場合には、ガスを切の替え
ないでもよいが、排気ポンプ系５には、ポンプ保護のた
め活性ガスのトラップ１５，１６を設けるのがよい。ト
ラップ１５，６１は１つでもよいが、ガスが多量の場合
には両者を交互に使用し、一方が使われている間に、他
方をＮ₂ガスなどのパージラインを設けて清浄化してお
くのが効率的である。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、真空装置内にガスを供
給しなければならない装置において、ガス圧力調整の時
間を約１／１０に短縮でき、再現性や安定性にも優れ、
操作法も簡便になるので、特に自動化装置化する場合に
効果がある。もちろん手動装置の場合にもストップバル
ブの開閉操作のみでよいので、操作が簡略化され、性能
および効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のガスの供給系の装置構成図。

【図２】本発明によるガス供給系の装置構成図。

【図３】本発明によるガス圧力の時間変動特性図。

【図４】本発明の参考例であるガス供給系の装置構成
図。

【図５】本発明の参考例であるガス供給系の装置構成
図。

【符号の説明】

１…真空槽、２…可変バルブ（ニードルバルブ、マスフ
ローコントローラなど）、３…ストップバルブ、４…ガ
ス配管の一部、５…中間排気ポンプ系、６…真空槽用主
排気ポンプ系、７…ストップバルブ、８…ガス源、９〜
１２…ストップバルブ、１３〜１４…ガス源、１５〜１
６…トラップ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年９月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】さらに実例を挙げて説明すると図１ａの従
来の装置構成においては真空槽１に直接マスフローコン
トローラあるいは可変ニードルバルブなどで構成される
可変バルブ２が接続されており、真空槽１にガスを流入
させない場合には可変バルブは零点に設定しておく。真
空槽１にガスを流入させる場合には可変バルブ２を手動
あるいは自動操作によって所定のガス流量（あるいは所
定のガス圧力）に達するまで、開かなければならない。
この操作中に真空槽１のガス圧力は連続的に上昇し、安
定なガス圧力に達するのに時間がかかる。自動操作の場
合には特に所定のガス流量（あるいはガス圧力）より一
度オーバな値に達し、再び可変バルブを閉じる操作の繰
返しを行うことが多いので、安定なガス流量（あるいは
ガス圧力）に達するまでの時間が長くなる。前記図１ｂ
は可変バルブ２が零点にあっても完全にガスの流れを停
止できない場合とか、急激にガス流を停止させる場合
に、真空槽１と可変バルブ２の間にストップバルブ３を
介在させた装置構成であるが、ガスを流入し始める場合
にはａの場合と同じく、ガス流量（あるいはガス圧力）
が安定するまで時間がかかる。また可変バルブ２が完全
に閉状態にできず、長時間放置されている場合には、ス
トップバルブ３と可変バルブ２の配管部分４にガスが溜
まるため、ストップバルブ３を閉状態から開状態に切り
替えた瞬間に、上記配管部４に溜まっていた圧力の高い
ガスが真空槽１に流入する不都合な現象が起こる。ま
た、特開昭５７−２９５７７号公報にはガス供給源とガ
ス導入バルブ（ストップバルブ）との間にガスを供給経
路から分岐させて系外に排出する手段を設けることにつ
き開示されている。しかし、同公報には、上記ガスの排
出と真空室の減圧とを一つのポンプにより行なうことに
ついて開示されており、ガスを供給経路から分岐させて
排出するためのポンプと真空室を減圧するためのポンプ
とを独立に動作させることについては開示がない。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は真空槽
にガスを供給する装置において、ガス流量あるいはガス
圧力をより短時間で安定化する装置構成を提供すること
にある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、減圧可
能な容器内に前記容器外からガス供給手段を介してガス
を供給するためのガス制御装置において、前記ガスの供
給源から前記容器に至るガス供給手段の経路の途中には
前記ガス供給手段を通過するガスの流量を所定値に保持
するための可変バルブと、前記ガスを前記容器内へ供給
可能とするモードとその供給を停止するモードとの切り
換えを可能とするための第一のバルブとが設けられ、か
つ、前記第一のバルブは前記可変バルブに対して前記ガ
スの流れの方向の下流側に配置され、前記可変バルブが
設けられた部位と前記第一のバルブが設けられた部位と
の間の区間には前記可変バルブの側から供給される前記
ガスを前記ガス供給手段の前記ガスの通過経路の途中か
ら分岐させて系外へ強制的に排出させるためのガス排出
手段が接続され、前記ガス排出手段の前記ガスの排出経
路の途中には前記ガスを前記系外へ排出可能とするモー
ドとその排出を停止するモードとの切り換えを可能とす
るための第二のバルブが設けられ、前記容器を減圧する
ための第一の排気ポンプと前記ガス排出手段の一部を構
成する第二の排気ポンプとは互いに独立に動作させるこ
とが可能に構成されていることを特徴とするガス制御装
置にある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】本実験で得られた特性は他の容積値を有す
る各種真空装置に応用できるのはもちろんであるが、真
空槽の容積および本排気ポンプ系の排気速度に応じて、
中間排気ポンプ系の排気速度もできるだけ同一にするの
が望ましい。本実施例によれば、ガスを供給経路から分
岐させて排出するためのポンプと真空室を減圧するため
のポンプとを独立に動作させることにより、真空室の容
積およびガス供給経路の配管の容積等に応じてそれぞれ
のポンプのパワーをコントロールできる。このため、真
空室の排気系の排気速度と配管の排気系の排気速度とを
効率良く調整でき、より短時間でガス圧力を調整するこ
とができる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、真空装置内にガスを供
給する装置において、ガス流量あるいはガス圧力をより
短時間で安定化することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 巽 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧可能な容器内に前記容器外からガス供
   給手段を介してガスを供給するためのガス制御装置にお
   いて、 前記ガスの供給源から前記容器に至るガス供給手段の経
   路の途中には前記ガス供給手段を通過するガスの流量を
   所定値に保持するための可変バルブと、前記ガスを前記
   容器内へ供給可能とするモードとその供給を停止するモ
   ードとの切り換えを可能とするための第一のバルブとが
   設けられ、かつ、前記第一のバルブは前記可変バルブに
   対して前記ガスの流れの方向の下流側に配置され、 前記可変バルブが設けられた部位と前記第一のバルブが
   設けられた部位との間の区間には前記可変バルブの側か
   ら供給される前記ガスを前記ガス供給手段の前記ガスの
   通過経路の途中から分岐させて系外へ強制的に排出させ
   るためのガス排出手段が接続され、 前記ガス排出手段の前記ガスの排出経路の途中には前記
   ガスを前記系外へ排出可能とするモードとその排出を停
   止するモードとの切り換えを可能とするための第二のバ
   ルブが設けられ、 前記容器を減圧するための第１の排気ポンプと前記ガス
   排出手段の一部を構成する第２の排気ポンプとは互いに
   独立に動作させることが可能に構成されていることを特
   徴とするガス制御装置。