(57)【要約】【課題】比較的少ない数のマスフローコントローラで混合ガスを複数系統に分岐して複数の領域に供給可能で、かつ、高精度に流量制御可能な流体供給装置を提供する。【解決手段】複数の流体供給源１０Ａ〜１０Ｃから供給されるガスの流量を制御する複数の一段目マスフローコントローラ２０Ａ〜２０Ｃと、  複数の一段目マスフローコントローラ２０Ａ〜２０Ｃからそれぞれ流出される流体を混合させるための混合管及び、混合された混合流体を分配するために前記混合管から分岐する複数の分岐管３３１〜３３３、を有する接続管部３０と、  複数の分岐管３３１〜３３３にそれぞれ接続され、分配された各混合流体の流量を制御する複数の二段目マスフローコントローラ４０１〜４０３と、  分岐管３３１〜３３３に接続され、分岐管３３１〜３３３内の圧力が目標圧力となるように共通に制御する圧力制御機構１００と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流体供給源にそれぞれ接続されて供給される流体の流量を制御する複数の一段目マスフローコントローラと、
前記複数の一段目マスフローコントローラの流出側とそれぞれ接続され、前記複数の一段目マスフローコントローラからそれぞれ流出される流体を混合させるための混合管及び、混合された混合流体を分配するために前記混合管から分岐する複数の分岐管、を有する接続管部と、
前記複数の分岐管にそれぞれ接続され、分配された各混合流体の流量を制御する複数の二段目マスフローコントローラと、
前記分岐管に接続され、前記複数の分岐管内の圧力が目標圧力となるように前記複数の分岐管内の圧力を共通に制御する圧力制御機構と、を有する、流体供給装置。
【請求項２】
少なくとも前記複数の二段目マスフローコントローラは、サーマル式のマスフローコントローラである、請求項１に記載の流体供給装置。
【請求項３】
前記圧力制御機構は、検出される圧力が目標圧力を越えると、前記複数の分岐管部内の圧力が目標圧力となるように前記混合流体を前記接続管の外部に放出する、請求項１又は２に記載の流体供給装置。
【請求項４】
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの前記チャンバへの供給に請求項１ないし３のいずれかに記載の流体供給装置を用いる半導体製造装置。
【請求項５】
密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの前記チャンバへの供給に請求項１ないし３のいずれかに記載の流体供給装置を用いる半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体供給装置、半導体製造装置、及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、半導体製造装置のチャンバに対して、各種のプロセスガスの供給流量を制御するのにマスフローコントローラ（ＭＦＣ）が用いられている。各種の半導体プロセスでは、複数種のプロセスガスを所定の混合比で混ぜた混合ガスを共通のチャンバ内の複数の領域にそれぞれ高精度に流量制御して供給することが求められている。
そのため、従来は図２に示すように、各ガス供給源１０Ａ〜１０Ｃから、チャンバ内の各供給箇所Ｐ１〜Ｐ３を接続する配管を設け、配管ごとにＭＦＣ９０でガスを流量制御し、混合させ、チャンバへ供給していた。
【０００３】
しかし、x種のガスを混合させ、その混合ガスをチャンバのy個の供給点へ供給する場合、ｘ個の各ガス供給源とｙ個の各供給点を接続する(x・y)本の配管が必要になり、ＭＦＣは(x・y)個必要になる。そのためＭＦＣの数が多くなるという問題があった。
この問題に対し、ＭＦＣの数を減らすために、例えば、特許文献１は、ＭＦＣで流量調整したガスを混合させ、この混合ガスをフロースプリッターで複数系統に分岐させ、チャンバ内の複数の領域に供給する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2017-155313号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、少ない数のＭＦＣでチャンバの複数のガス導入口に混合ガスを所定の比率で分配できるが、複数のガス導入口のそれぞれにおける混合ガスの流量を独立にかつ高精度に制御することができない。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであって、比較的少ない数のＭＦＣで混合ガスを複数系統に分岐して複数の領域に供給可能で、かつ、高精度に流量制御可能な流体供給装置とこれを用いた半導体製造方法および半導体製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流体供給装置は、
複数の流体供給源にそれぞれ接続されて供給される流体の流量を制御する複数の一段目マスフローコントローラと、
前記複数の一段目マスフローコントローラの流出側とそれぞれ接続され、前記複数の一段目マスフローコントローラからそれぞれ流出される流体を混合させるための混合管及び、混合された混合流体を分配するために前記混合管から分岐する複数の分岐管、を有する接続管部と、
前記複数の分岐管にそれぞれ接続され、分配された各混合流体の流量を制御する複数の二段目マスフローコントローラと、
前記分岐管に接続され、前記複数の分岐管内の圧力が目標圧力となるように前記複数の分岐管内の圧力を共通に制御する圧力制御機構と、を有する、
ことを特徴とする。
【０００８】
好適には、少なくとも前記複数の二段目マスフローコントローラは、サーマル式のマスフローコントローラである、構成を採用できる。
【０００９】
好適には、前記圧力制御機構は、検出される圧力が目標圧力を越えると、前記複数の分岐管部内の圧力が目標圧力となるように前記混合ガスを前記接続管の外部に放出する、構成を採用できる。
【００１０】
本発明の半導体製造装置は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの前記チャンバへの供給に上記の流体供給装置を用いたものである。
【００１１】
本発明の半導体製造方法は、密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの前記チャンバへの供給に上記の流体供給装置を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の一段目ＭＦＣと、複数の二段目ＭＦＣと、これらを接続するとともにガスを混合させる接続管部とを用いる構成にしたので、比較的少ない数のＭＦＣで混合ガスを複数系統に分岐して複数の領域に供給でき、かつ、高精度な流量制御が可能になる。
【００１３】
また、接続管部に接続され、分岐管内の圧力を共通に制御する圧力制御機構を設けたので、ガス流量の急激な変化等があった場合でも、２段目ＭＦＣへの供給圧変動を抑えることができ、安定した流量制御を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量制御装置を示す構成図。
【図２】従来の流量制御装置を示す構成図。
【図３】本発明の半導体製造装置を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス（流体）供給装置を示す構成図である。
このガス供給装置１は、ガス供給源１０Ａ〜１０Ｃからガス供給を受ける一段目マスフローコントローラ（一段目ＭＦＣ）２０Ａ〜２０Ｃと、接続管部３０と、二段目マスフローコントローラ（二段目ＭＦＣ）４０１〜４０３と、を含む。
【００１６】
ガス供給源１０Ａ〜１０Ｃは、各プロセスガスやパージガスであるガスＧＡ〜ＧＣの、ガスシリンダやタンクである。ガスＧＡ〜ＧＣは、レギュレータで所定の圧力に設定され、工場のガス供給配管等で供給される。
【００１７】
一段目ＭＦＣ２０Ａ〜２０Ｃは、各々ガス供給源１０Ａ〜１０Ｃからの配管と接続されて、ガスＧＡ，ＧＢ，ＧＣの供給を受け、これらのガスＧＡ，ＧＢ，ＧＣを所定の混合比にすべく、所定の流量比でこれらのガスを流すものである。一段目ＭＦＣ２０Ａ〜２０Ｃは、サーマル式（熱式）ＭＦＣでもよく、圧力式ＭＦＣでもよい。外部のコントローラ（図示省略）により、それぞれのＭＦＣの流量が設定される。
【００１８】
接続管部３０は、一段目ＭＦＣ２０Ａ〜２０ＣからのガスＧＡ〜ＧＣを混合して二段目ＭＦＣ４０１〜４０３へ分配する接続管部であって、一段目ＭＦＣ２０Ａ〜２０Ｃの流出側とそれぞれ接続され一段目ＭＦＣ２０Ａ〜２０Ｃからそれぞれ流出されるガスＧＡ〜ＧＣを収集する収集管３１Ａ〜３１Ｃと、これらのガスＧＡ〜ＧＣを混合させるための混合管３２と、前記混合管３２から分岐して前記複数の二段目ＭＦＣ４０１〜４０３の流入側にそれぞれ接続される複数の分岐管３３１〜３３３と、さらに後述する圧力制御機構１００に接続する分岐配管１００ａを有する。
【００１９】
二段目ＭＦＣ４０１〜４０３は、混合ガスＭＧを受け取り、それぞれの所定の流量でチャンバ側の供給点Ｐ１〜Ｐ３へ流すもので、流入側が、接続管部３０の分岐管３３１〜３３３と接続され、流出側が、チャンバ５０の供給点Ｐ１〜Ｐ３にそれぞれ配管で接続されている。二段目ＭＦＣ４０１〜４０３は、サーマル式（熱式）ＭＦＣでも圧力式ＭＦＣでもよいが、本発明の効果をより高く発揮できるサーマル式ＭＦＣであることが好ましい。
【００２０】
本実施形態のガス供給装置では、分岐管３３１〜３３３内の圧力が目標圧力となるように分岐管３３１〜３３３内の圧力を共通に制御する圧力制御機構１００を有する。
これは、例えば、二段目ＭＦＣ４０１〜４０３のいずれかを流れる流量が急激に変化した場合等に生ずる圧力変動を抑え、これにより、他の二段目ＭＦＣ４０１〜４０３に与える影響を抑えるためである。
ここで、二段目ＭＦＣ４０１〜４０３としては、サーマル式ＭＦＣ及び圧力式ＭＦＣのいずれも使用できるが、サーマル式ＭＦＣは、供給圧が安定しているときは、圧力式ＭＦＣに比べて高い流量制御精度が得られる点で優れている。反面、サーマル式ＭＦＣは、供給圧が変動すると流量誤差が大きくなる欠点がある。このため、二段目ＭＦＣ４０１〜４０３としてサーマル式ＭＦＣを用いた場合に、圧力制御機構１００が特に必要になる。
【００２１】
この圧力制御機構１００としては、分岐管内の圧力を所定圧に制御できるものであれば、いずれのものも使用できるが、一般のレギュレータや逆止弁のような上流側からのガス流量を調節するタイプは使用できない。上記のように、上流からのガスは、一段目ＭＦＣ２０Ａ〜２０Ｃにより精密に流量制御されているからである。したがって、圧力制御機構１００としては、分岐管内の圧力を検出し、その圧力が目標圧力を超えると、その圧力が目標圧力になるように混合ガスＭＧを外部（下流）に排出する、上流圧力制御タイプが望ましい。このような、圧力制御機構１００としては、例えば、フジキン製ＵＰＣＵＳ（登録商標）シリーズが使用できる。圧力制御機構１００の２次側には、排出管１００ｂを接続し、排出するガスは、チャンバへ供給されずに排気処理装置（図示省略）へ排出される。
【００２２】
次に、このように構成された本実施形態のガス供給装置の動作について、図１を参照して説明する。
ガス供給源１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃから供給されたガスＧＡ，ＧＢ，ＧＣを所定の比率に混合し、その混合ガスＭＧを分配して、所定の流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で、供給点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれ供給する場合を考える。
【００２３】
まず、ガス供給源１０Ａ〜１０Ｃから配管を通して、一段目ＭＦＣ１０Ａ〜１０ＣにそれぞれガスＧＡ，ＧＢ，ＧＣが供給される。
一段目ＭＦＣ１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれのガスＧＡ，ＧＢ，ＧＣを、外部のコントローラ（図示省略）から設定されたそれぞれの流量ＱＡ，ＱＢ，ＱＣで流す。ここで、ＱＡ，ＱＢ，ＱＣの比率は、混合ガスＭＧの目標とする混合比に対応するものである。
【００２４】
一段目ＭＦＣ１０Ａ〜１０Ｃから流出されたガスＧＡ，ＧＢ，ＧＣは、接続管部３０の収集管３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを通過し、合流点３２ａで合流して、混合管３２を通過する間に混合され、混合比（ＱＡ：ＱＢ：ＱＣ）の混合ガスＭＧが生成される。
混合ガスＭＧは、分岐点３２ｂで分配され、各分岐管３３１〜３３３を通って、それぞれ二段目ＭＦＣ４０１〜４０３に供給される。
【００２５】
二段目ＭＦＣ４０１〜４０３は、混合ガスＭＧを、外部のコントローラ（図示省略）から設定されたそれぞれの流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で流す。
これにより、ガスＧＡ，ＧＢ，ＧＣを混合比（ＱＡ：ＱＢ：ＱＣ）に混合した混合ガスＭＧを、所定の流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３で、供給点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にそれぞれ供給することができる。
【００２６】
ここで、本実施形態では、分岐管３３１〜３３３内の圧力を共通に制御する圧力制御機構１００を設け、分岐管３３１〜３３３内の圧力が所定圧になるように、分岐配管１００ａから排出管１００ｂを通って排気処理装置（図示省略）へ排出するガスの量を調整している。
これにより、ガス流量の急激な変化等があった場合でも、二段目ＭＦＣ４０１〜４０３は、その一次側圧力である分岐管３３１〜３３３内の圧力の変動を抑えることができ、安定した流量制御を維持できる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、圧力制御機構１００として、下流に排出するガスの量を調整する上流圧力制御タイプのものを用いたが、これに限られず、例えば、接続管部３０の配管容量を制御することにより圧力を制御する装置を用いてもよい。
【００２８】
次に、本発明の半導体製造装置について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
図３に示す半導体製造装置９８０は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉ ｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  法）による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、９８１はプロセスガス供給源、９８２はガスボックス、９８３はタンク、９８４は開閉バルブ、９８５は制御部、９８６は処理チャンバ、９８７は排気ポンプを示している。例えば、ＡＬＤ法等においては、基板に膜を堆積させる処理プロセスに使用する処理ガスをより大きな流量で安定的に供給することが求められている。
ガスボックス９８２は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ９８６に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステムである。
タンク９８３は、ガスボックス９８２から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッフアとして機能する。
開閉バルブ９８４は、上記した変位拡大機構を内蔵したダイヤフラムバルブである。
制御部９８５は、開閉バルブ９８４への操作ガスの供給制御による流量調整制御を実行する。
処理チャンバ９８６は、ＡＬＤ法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ９８７は、処理チャンバ９８６内を真空引きする。
本発明は、上記したガスボックス９８２の構成要素として適用可能である。
【００２９】
上記のようなシステム構成によれば、制御部９８５から開閉バルブ９８４に制御指令を送れば、処理ガスの流量制御が可能になる。
【００３０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【符号の説明】
【００３１】
１        ：ガス供給装置
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ：ガス供給源
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ：一段目マスフローコントローラ（一段目ＭＦＣ）
３０      ：接続管部
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ：収集管
３２      ：混合管
３２ａ    ：合流点
３２ｂ    ：分岐点
５０      ：チャンバ
９０      ：マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１００    ：圧力制御機構
１００ａ  ：分岐配管
１００ｂ  ：排出管
３３１，３３２，３３３：分岐管
４０１，４０２，４０３：二段目マスフローコントローラ（二段目ＭＦＣ）
９８０    ：半導体製造装置
９８１    ：プロセスガス供給源
９８２    ：ガスボックス
９８３    ：タンク
９８４    ：開閉バルブ
９８５    ：制御部
９８６    ：処理チャンバ
９８７    ：排気ポンプ
ＧＡ，ＧＢ，ＧＣ：ガス
ＭＧ      ：混合ガス
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３：供給点
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３：流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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