(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成長装置であって、
前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有し、前記ベントラインに通じる第３の流量制御器のガス流を独立して遮断し、前記ガス供給源から供給される原料ガスと前記キャリアガスとを混合することなく前記第１、第２の流量制御器及び混合器を介して前記反応炉へ供給可能にした薄膜成長装置において、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘｍｉｎ（但し、ｘｍｉｎは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘｍｉｎに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘｍｉｎ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、
前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段と、
を具備したことを特徴とする薄膜成長装置。
【請求項２】
反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成長装置であって、
前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有する薄膜成長装置において、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、
前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘｍｉｎ（但し、ｘｍｉｎは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘｍｉｎに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘｍｉｎ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、
前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段と、
を具備したことを特徴とする薄膜成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、たとえば、シリコン、ガラス等の基板上に気相成長により薄膜成長を行う装置において、広範囲な濃度分布（比抵抗分布等）を得るための薄膜成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の薄膜成長装置において、反応ガスやドーパントガスなどの原料ガス（以下、ドーパントガスとして説明する。）の濃度を制御する濃度制御方式として、
（１）反応ガスやＮ型又はＰ型のドーパントガス（以下、簡単にＮ型のドーパントガスをＤＮ、Ｐ型のドーパントガスをＤＰと略称する。）を１つの流量制御器（マス・フロー・コントーラ）にて制御する方式。
（２）ドーパントガスを２つの流量制御器にて制御する方式。
（３）ドーパントガスを３つの流量制御器にて制御する方式。
がある。
【０００３】
以下、これらの方式について図９、図１０、図１１、図１２を参照して説明する。図９〜図１２はいずれも従来のドーパントガスの濃度を制御するためのガス制御系統図である。
【０００４】
図９は、第１の従来例のガス制御系統図で、前記（１）の方式を採用したものである。ＤＮが入ったボンベ２５から上方へ延びる管路ＰＬ１０には、開閉弁ＰＶ５が設けられ、流量制御器ＭＦＣ３に通じている。
【０００５】
流量制御器ＭＦＣ３では、管路ＰＬ１Ａ上を流れるＤＮの流量が設定されていて、この流量によりドーパントの濃度が決定される。また、ＤＮをベント（ｖｅｎｔ）ラインへ排出する必要があれば、開閉弁ＰＶ１０を通じてベントラインＰＬ１１に排出される。
【０００６】
第１の従来例の場合、１つの流量制御器で制御されるので、流量制御器から供給されるガスの濃度分布の安定性、再現性は高い。しかし、流量制御器の最大流量に対し、０〜５％程度の範囲は、制御不可能であるため、大容量の流量制御器を用いると小流量の制御が不可能になり、また、広範囲な濃度分布を得るためには、濃度の違うガスの入ったボンベに交換しなくてはならない。つまり、流量制御器ＭＦＣ３の流量範囲によって、流量制御器ＭＦＣ３から供給されるガスの濃度が一義的に決定されるため、広範囲の濃度分布を得るためには、流量制御器ＭＦＣ３の交換又は濃度の違うボンベの交換が必要となる。また、このことと同時に、現在の多様な多品種少量生産の実情に合わなくなってきている。
【０００７】
図１０は、第２の従来例のガス制御系統図で、前記（２）の方式を採用したものである。この第２の従来例は、前記した第１の従来例における、供給されるガスの濃度範囲が狭いという問題点を解決しようとするものである。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３と開閉弁ＰＶ１１Ａ、流量制御器ＭＦＣ４と開閉弁ＰＶ１１Ｂをそれぞれ直列に接続したものを、管路ＰＬ１Ａの開閉弁ＰＶ１０と開閉弁ＰＶ５との間に並列に接続している。
【０００８】
流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４にはそれぞれ異なる流量が設定されていて、指令により、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４のどちらかが選択された後、選択された流量制御器の開閉弁（ＰＶ１１Ａ又はＰＶ１１Ｂ）を開くようになっている。尚、両者の流量制御器を利用して、双方にドーパントガスを流すこともある。
【０００９】
この第２の従来例では、異なる流量が設定された、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４のどちらを利用するかの選択を行う必要があり、また、各流量制御器から供給されるガスの濃度は一義的に決定されるため、２つの異なる流量値をもつ流量制御器を用意しても、得られる濃度分布は必然的に限定されるため広範囲な濃度分布が得られないと言う問題点があった。
【００１０】
図１１は、第３の従来例のガス制御系統図で、前記（３）の方式を採用したものである。この第３の従来例は、オートドーパントコントロール（ＡＤＣ）方式と呼ばれ、第２の従来例と同様、前記した第１の従来例における、供給されるガスの濃度範囲が狭いという問題点を解決しようとするものである。
【００１１】
すなわち、ボンべ２５から上方へ延びる管路ＰＬ１１には、開閉弁ＰＶ５が設けられ、ソースと呼ばれる流量制御器ＭＦＣ５に通じている。流量制御器ＭＦＣ５には、あらかじめ流量が設定されていて、流量制御器ＭＦＣ５からは一定濃度のＤＮが流出するようになっている。
【００１２】
この流量制御器ＭＦＣ５から流出された一定濃度のＤＮは混合器ＭＸに通じ、下方の開閉弁ＰＶ１１から供給されるキャリアガス（例えば、水素（Ｈ2 ）ガス）と混合され、インジェクション側の流量制御器ＭＦＣ３とベントライン側の流量制御器ＭＦＣ４に送られる。
【００１３】
第３の従来例の場合、第１の従来例よりも比較的広い範囲の濃度分布が得られる。すなわち、ＤＮの流量が、例えば流量制御器ＭＦＣ５にて決定されると、それに応じて、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４の流量が自動的に決定され、それによりドーパントの濃度が決定される。その方法は、流量制御器ＭＦＣ５から流れ出た一定濃度のＤＮは、混合器ＭＸにおいて、水素ガス等のキャリアガスと混合し、この混合されたガスの一部は、流量制御器ＭＦＣ３、管路ＰＬ１Ａを通って図示しない反応部へインジェクション（注入）され、ダイリューション（希釈）された余分のガスは、流量制御器ＭＦＣ４、ベントラインＰＬ６Ａを通って排出される。
【００１４】
この混合されたガスの濃度は、流量制御器ＭＦＣ３と流量制御器ＭＦＣ４の流量によって決定される。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３の最大流量ｆ3maxに対する流量制御器ＭＦＣ３に設定された流量（設定流量）ｆ3 の割合ｆ3 ／ｆ3maxを流量割合ｘとすると、流量制御器ＭＦＣ４の設定流量ｆ4 は、その最大流量    ｆ4maxに対し１−ｘの流量割合、すなわち、ｆ4 ＝ｆ4max（１−ｘ）となるように制御される。例えば、流量制御器ＭＦＣ３の最大流量が３００（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量が３０（Ｌ（リットル）／ｍｉｎ）の場合、流量制御器ＭＦＣ３の設定流量が１００（ｃｃ／ｍｉｎ）のとき、  ｘ＝１００／３００＝１／３となるので、流量制御器ＭＦＣ４の設定流量ｆ4 は、        ｆ4 ＝３０（１−１／３）＝２０（Ｌ／ｍｉｎ）となる。通常、流量制御器ＭＦＣ３は、流量制御器ＭＦＣ５と等しい流量割合に設定されるため、ボンベ２５からのＤＮは、３００ｘ／｛３００００（１−ｘ）＋３００ｘ｝の割合に希釈され、流量制御器ＭＦＣ３を介して図示しない反応部へ供給される。
【００１５】
開閉弁ＰＶ１０とＰＶ１１は、ＤＮと水素ガス等のキャリアガスとが混合される処理段階では開かれ、また、この混合されたガスを図示しない反応部へ供給する処理段階では閉じるようになっている。
【００１６】
この第３の従来例では、流量制御器ＭＦＣ３、流量制御器ＭＦＣ４、流量制御器ＭＦＣ５と構成数が増えるという欠点を有するものの、前記した従来例と比較して、広範囲の濃度分布が得られる。しかし、最近、さらに広範囲な濃度分布が可能となる薄膜成長装置の要望が高まってきた。
【００１７】
そこで、最近、このような要望にこたえるために、本発明者らによって図１２に示すような装置が考えられた（特願平４−１２３５５３号参照）。この装置は、図１１の装置の改良であり、より高い濃度範囲まで濃度分布を拡大したものである。
【００１８】
図１２を説明すると、図１１において、流量制御器ＭＦＣ４とベントラインＰＬ１０との間に開閉弁ＰＶ１２を設け、開閉弁ＰＶ１１、ＰＶ１２を閉じることにより、ボンベ２５から供給されるＤＮをキャリアガスによって希釈することなく図示しない反応部に供給する機能を、前記したＡＤＣ方式に追加したものである（以下、このような濃度制御方式を一定割合制御方式と呼ぶ。）。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
最近、多層の薄膜を連続して形成できる薄膜成長装置の要望が高まり、そのため、１つの装置にてより広範囲な濃度分布の原料ガスが供給できるものが要求されている。
【００２０】
多層の薄膜は、例えば、第１層を低抵抗の層とするために高濃度のＤＮの供給を必要とし、第２層を高抵抗の層とするために低濃度のＤＮの供給を必要とする。
【００２１】
高濃度のＤＮの供給については、図１２の従来考えられた装置でもある程度改善されるが、より低い濃度を得ようとする場合に問題がある。すなわち、前記した一定割合制御方式では、流量制御器ＭＦＣ３および流量制御器ＭＦＣ５の最大流量をａ（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量をｂ（ｃｃ／ｍｉｎ）とすると、ボンベ２５からのＤＮは、ａｘ／｛ｂ（１−ｘ）＋ａｘ｝の割合に希釈されることになる。このとき、ｘを小さい値に設定すれば、理論的には極めて低い濃度を得ることができるが、実際の流量制御器では、設定流量がその最大流量に対して約５％以下では、実用に耐える制御精度が得られないため、ｘ＜０．０５の範囲は設定不可能であるという問題点があった。
【００２２】
さらに、このような薄膜成長装置においては、生産性、歩留まりを向上するため、装置上にて、保守時間、故障時間等のダウンタイムを極力押さえる必要がある。特に、生産の品種が多岐にわたる場合、品種毎にガスボンベの交換が必要になれば、生産性に大きな障害となり、製品価格にも大きな影響を与えることになる。
【００２３】
そこで、本発明は、極めて低い濃度のガスも供給して、従来の装置において得られていた濃度分布よりも広範囲な濃度分布のガスを供給することができる薄膜成長装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜成長装置は、反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成長装置であって、前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有し、前記ベントラインに通じる第３の流量制御器のガス流を独立して遮断し、前記ガス供給源から供給される原料ガスと前記キャリアガスとを混合することなく前記第１、第２の流量制御器及び混合器を介して前記反応炉へ供給可能にした薄膜成長装置において、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘｍｉｎ（但し、ｘｍｉｎは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘｍｉｎに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘｍｉｎ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段とを具備している。
【００２５】
また、本発明の薄膜成長装置は、反応炉内にシリコン、ガラス等の基板を配置し、前記反応炉内に、ガス供給源からの少なくとも１種類の原料ガスとキャリアガスとを混合器により混合して供給し、気相成長により前記基板上に薄膜を形成する薄膜成長装置であって、前記ガス供給源と前記ガス混合器との間、前記反応炉と前記混合器との間、前記混合器とベントラインとの間にそれぞれ配設され、前記ガス流量を制御可能な第１、第２、第３の流量制御器を有する薄膜成長装置において、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘ（但し、ａは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最大流量、ｘは最大流量に対する流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘ）（但し、ｂは第３の流量制御器で設定可能な最大流量）に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第１の濃度制御手段と、前記ガス供給源から供給される原料ガスの流量を、前記第１の流量制御器の流量をａｘｍｉｎ（但し、ｘｍｉｎは第１及び第２の流量制御器で設定可能な最小流量比）に設定して制御し、この流量が制御された原料ガスを、前記第２の流量制御器の流量をａｘｍｉｎに設定するとともに、前記第３の流量制御器の流量をｂ（１−ｘｍｉｎ）からｂまでの範囲内の値に設定して、前記混合器において前記キャリアガスで所望濃度に希釈し、前記第２の流量制御器を介して前記反応炉に供給する第２の濃度制御手段と、前記第１の濃度制御手段および前記第２の濃度制御手段のうちいずれか一方を選択する選択手段とを具備している。
【００２６】
【作用】
第１の濃度制御手段が選択された場合、ガス供給源から供給される原料ガスを第１、第２の流量制御器の設定値および第１の流量制御器の設定値により決定される第３の流量制御器の設定値に応じて、混合器によりキャリアガスで所望濃度に希釈することにより、比較的高い濃度のドーパントガスを供給でき、また、第２の濃度制御手段が選択された場合、ガス供給源から供給される原料ガスを、第１、第２、第３の流量制御器のそれぞれの設定値に応じて混合器によりキャリアガスで所望濃度に希釈することにより、極めて低い濃度（高抵抗）のドーパントガスが供給できる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本実施例に係る縦型気相成長装置の構成を概略的に示すもので、高周波発生部１１、反応炉Ｒ１、Ｒ２を備えた気相成長装置の本体１２、１３、各反応炉（反応部）内へのガス流量、温度等を制御するための制御部１４、工場ライン（ボンベ含）より供給された各種ガスの流量を制御する流量制御器および開閉弁（以下、簡単に弁と略称する。）等を備えたガス制御部１５から構成される。さらに、反応炉Ｒ１、Ｒ２には、気相成長の処理の開始等の操作を行うための操作盤１２Ａ、１３Ａを備え、制御部１４には、操作キー入力部やディスプレイ装置を含む操作パネル１４Ａを備えている。
【００２８】
図２は、ガス制御部１５の各構成部品によるガス制御系統図である。図２において、反応炉Ｒ１、Ｒ２に対し供給されるガスは、窒素（Ｎ2 ）ガス、水素（Ｈ2 ）ガス、Ｎ型のドーパントガス（ＤＮ）、塩化水素（ＨＣｌ）ガスなどで、同図下方において、Ｎ2 、Ｈ2 、ＤＮ、ＨＣｌと示した各ボンベ２０、２１、２３、２４から供給される。また、図においてＳｉＣｌ4 と示したバブリングチャンバ２２には、四塩化シリコンＳｉＣｌ4 又はトリクロロシランＳｉＨＣｌ3 等の流体が入っている。尚、以下の説明においては、バブリングチャンバ２２には、四塩化シリコンＳｉＣｌ4 が入っているものとして説明するが、トリクロロシランＳｉＨＣｌ3 が入っていても、以下の説明は同様である。
【００２９】
ボンベ２０から上方へ延びる管路ＰＬ１には圧力スイッチＰＳ１、常時開状態の弁（以下、常開弁と呼ぶ。）ＰＶ１が設けられ、常開弁ＰＶ７に通じている。
ボンベ２１から上方へ延びる管路ＰＬ２には圧力スイッチＰＳ２、弁ＰＶ２が設けられ、弁ＰＶ８に通じている。弁ＰＶ７と弁ＰＶ８の出口ポートは合流していて、それぞれの流量制御器ＭＦＣ１及びＭＦＣ２を介して管路ＰＬ１、ＰＬ２に接続されている。
【００３０】
管路ＰＬ１には、さらにガス合流弁ＰＶ１９、ＰＶ２０、ＰＶ２１が反応炉Ｒ１との間に設けられており、管路ＰＬ１Ａ、ＰＬ２Ａ、ＰＬ３Ａにより供給されるガスを弁ＰＶ１９、ＰＶ２０、ＰＶ２１を開くことにより混合できるようになっている。
【００３１】
さらに、管路ＰＬ２上には、ガス合流弁ＰＶ２２、ＰＶ２３、ＰＶ２４が反応炉Ｒ２との間に設けられており、管路ＰＬ１Ａ、ＰＬ２Ａ、ＰＬ３Ａにより供給されるガスを弁ＰＶ２２、ＰＶ２３、ＰＶ２４を開くことにより混合できるようになっている。
【００３２】
バブリングチャンバ２２からは２本の管路ＰＬ４Ａ、ＰＬ４Ｂが設けられており、弁ＰＶ３、弁ＶＣに接続されている。この弁ＶＣのポートＰ０には管路ＰＬ５を介して弁ＰＶ２が接続されていて、この弁ＰＶ２、管路ＰＬ５を介して、キャリアガスとしての水素（Ｈ2 ）ガスが弁ＶＣに入り、さらに、管路ＰＬ４Ａ、弁ＰＶ３を通ってバブリングチャンバ２２内に入り、液体のＳｉＣｌ4 に対しバブリングが行われる。すると、バブリングチャンバ２２内の空間には、蒸気化した四塩化シリコンＳｉＣｌ4 と、水素Ｈ2 の混合気体ができ、これが管路ＰＬ４Ｂ上の弁ＰＶ３を通って弁ＶＣに入り、指定量の混合気体がポートＰ１を通り、管路ＰＬ３Ａに入る。
【００３３】
ボンベ２３から上方へ延びる管路ＰＬ１Ａには、弁ＰＶ５を介して制御ユニットＸが接続されている。
ボンベ２４から上方へ延びる管路ＰＬ２Ａには、弁ＰＶ６Ａ、流量制御器ＭＦＣ６が設けられ、管路ＰＬ２Ａを介してそれぞれ合流弁ＰＶ２１、ＰＶ２４の混合ポートに接続されている。さらに、流量制御器ＭＦＣ６には、常開弁ＰＶ２６を介してベントラインＰＬ６Ａ、図示しない排気ガス処理部に接続されていて、管路ＰＬ２Ａ内の不要なガスを排気したり、流量制御器ＭＦＣ６から出されるガスの流量を安定させるためにガスの排気ができるようになっている。
【００３４】
管路ＰＬ３Ａには、常開弁ＰＶ２５を介してベントラインＰＬ６Ａが接続されていて、常開弁ＰＶ２５の場合と同様に、管路ＰＬ３Ａ内の不要なガスの排気ができるようになっている。
【００３５】
図３は、制御ユニットＸの構成を示したものである。この制御ユニットＸの構成は、図１２に示した従来考えられた装置と等価なものであるので、図１２と同一部分には同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてだけ説明する。すなわち、ボンベ２３から上方へ延びる管路ＰＬ１Ａには、弁ＰＶ５を介して制御ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ５が接続される。また、流量制御器ＭＦＣ３には管路ＰＬ１Ａが接続され、さらに、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４には、弁ＰＶ１０、ＰＶ１２を介してベントラインＰＬ６Ａが接続されている。
【００３６】
制御ユニットＸにおけるＤＮの濃度制御方式は、図１２で説明した一定割合制御方式（ＡＤＣ方式にキャリアガスによりＤＮを希釈しない所定の濃度のＤＮを供給するようにする機能を追加した制御方式）と、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘを０．０５に固定し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比のみを所望するＤＮの濃度に応じて０．９５から１．００まで変化させる濃度制御方式（以下、個別割合制御方式と呼ぶ。）のうち、どちらかが選択されて用いられる。
【００３７】
ここで、流量比とは、各流量制御器の最大流量に対する各流量制御器に設定されて実際に流れる流量との比を言う。また、以下の説明において、個別割合制御方式が選択されているときに流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５に設定される流量比、流量をそれぞれ個別流量比、個別流量と呼ぶ。
【００３８】
一定割合制御方式による濃度制御方式では、流量制御器ＭＦＣ３およびＭＦＣ５の最大流量をａ（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ４の最大流量をｂ（ｃｃ／ｍｉｎ）、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘとすると、ＤＮの濃度は、ａｘ／｛ｂ（１−ｘ）＋ａｘ｝で表すことができる。この場合、流量比ｘは１から０．０５まで変化でき、ＤＮの最低濃度はｘ＝０．０５のときである。すなわち、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比が０．０５で流量制御器ＭＦＣ４の流量比が０．９５のときに、一定割合制御方式によりＤＮの濃度を制御した場合の最低濃度が得られ、その濃度値は０．０５ａ／（０．９５ｂ＋０．０５ａ）である。
【００３９】
個別割合制御方式では、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘをｘ＝０．０５と固定し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比のみを個別に０．９５から１．００まで変化できる。従って、一定割合制御方式の場合よりもさらに低い濃度が実現でき、その濃度は、流量制御器ＭＦＣ４の個別流量比を１．００にしたときに、０．０５ａ／（１．００ｂ＋０．０５ａ）まで低下させることが可能となる。
【００４０】
このように、制御ユニットＸでは、比較的高濃度のＤＮを供給したい場合は、一定割合制御方式が選択され、ボンベ２３から弁ＰＶ５を介して流れ出るＤＮの濃度が制御され、また、極めて低い濃度のＤＮを供給したい場合は、個別割合制御方式が選択され、その濃度が制御される。そして、所望の濃度のＤＮは、管路ＰＬ１Ａに出力され、余分なガスはベントラインＰＬ６Ａを通って排出される。
【００４１】
図４は、制御部１４に具備された制御ユニットＸを制御するための電気回路の要部を概略的に示すものである。
図４において、全体の制御を司るマスタＣＰＵ５０には、データバス５１、入出力バス５２が接続されている。データバス５１には、第１の記憶部５３、第２の記憶部５４、第３の記憶部５５が接続されている。
【００４２】
第１の記憶部５３は、たとえば、ＲＡＭで構成され、各反応炉Ｒ１またはＲ２において実際の薄膜成長を行うために実行される一連のプロセスに関するデータ、たとえば、反応炉Ｒ１、Ｒ２での反応温度、反応時間、反応圧力、ガス流量や、操作パネル１４Ａ、図示しない各種スイッチ及び各種検出器等の入出力機器から入力された情報や、制御ユニットＸにおいて実行されるべき濃度制御方式（一定割合制御方式又は個別割合制御方式のうちどちらか一方の制御方式）を選択するための情報（以下、制御方式の選択情報とも言う。）が記憶されている。
【００４３】
第２の記憶部５４は、本装置を運用するのに必要な固定データが登録されるもので、たとえば、ＲＯＭで構成されている。
第３の記憶部５５は、プロセス制御プログラム５５ａと、修正処理プログラム５５ｂと、確認処理プログラム５５ｃとが記憶されている。
【００４４】
プロセス制御プログラム５５ａは、プロセスプログラムのデータに基づいて本装置を動作させるためのプログラムである。
修正処理プログラム５５ｂは、成長させようとする気相成長層の特性や各プロセスに応じて選択された濃度の制御方式に対応させて、第１の記憶部５３に記憶されている、制御方式の選択情報やガス流量などの一連のプロセスに関するデータを修正するための処理を行うプログラムである。
【００４５】
確認処理プログラム５５ｃは、修正処理プログラム５５ｂにより修正されたデータ等の確認をするための処理を行うプログラムである。
また、入出力バス５２には、入出力インタフェイス部５６、および、入出力インタフェイス部５７が接続されている。
【００４６】
入出力インタフェイス部５６は、図３に示した各流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５、および、各弁ＰＶ１０、ＰＶ１１、ＰＶ１２を駆動制御するものである。すなわち、入出力インタフェイス部５６は、各流量制御器に対し、流量の設定を行うための各種指令信号を与えるデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ等の出力部（図示せず）、各流量制御器から実際のガスの流量を伝える信号（実流量信号）を取り込むアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ等の入力部（図示せず）、および、各弁を駆動するデジタル出力部（図示せず）などから構成されている。流量制御器に対し、その流量制御器に実際に流れるガスの流量を設定する場合、入出力インタフェイス部５６には、流量比または流量が通知されるが、以下の説明では、第１の記憶部５３に記憶された流量比が通知されるものとする。
【００４７】
入出力インタフェイス部５７は、前記操作パネル１４Ａ、図示しない各種スイッチ及び各種検出器、図示しないディスプレイ装置等の入出力機器５８とのインタフェイスを司るものである。
【００４８】
図５は、第１の記憶部５３に記憶されたプロセスプログラムのデータ構成の具体例を示したものである。
図５において、制御方式の選択情報は、制御ユニットＸを一定割合制御方式又は個別割合制御方式のどちらで制御するかを選択するための情報で、たとえば、個別割合制御方式が選択されているときにセットするようにするフラグが記憶されている。また、プロセスプログラムに関連した情報や、このプロセスプログラムを構成する各プロセスのシーケンス番号Ｓ（ｉ）と、そのシーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスの処理の実行に必要なデータが順次記憶されている。
【００４９】
図６は、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータの構造の具体例を示したものである。図６において、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータのデータサイズ、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスの処理時間であるシーケンス時間、反応炉Ｒ１およびＲ２の加熱温度、また、水素（Ｈ2 ）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガス、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4 ）ガスの流量、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５に対して設定される流量比、流量制御器ＭＦＣ４に対して設定される流量比等の流量選択情報が記憶されている。
【００５０】
尚、制御ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５に設定される流量比は、制御方式の選択情報により選択された濃度制御方式（一定割合制御又は個別割合制御）に応じて、その値が後述するように修正されるものである。
【００５１】
また、濃度制御方式の選択の変更（制御方式の選択情報の修正）は、プロセスプログラム単位に行うことも、シーケンス番号を指定して各プロセス毎に行うことも可能である。
【００５２】
次に、図７に示すフローチャートを参照して、プロセス制御プログラム５５ａにより行われる、本装置の動作処理について説明する。
プロセス制御プログラム５５ａが起動されると、まず、ステップＳ１に進み、反応炉Ｒ１を動作させるためのスタートスイッチ（図示せず）が押下されているか否かがチェックされ、押下されているとステップＳ２に進む。
【００５３】
ステップＳ２では、反応炉Ｒ１において実行されているシーケンス番号Ｓ（ｉ−１）のプロセスのシーケンス時間の残り時間が「０」であるか否かがチェックされ、残り時間＝０のときは、ステップＳ３に進む。
【００５４】
一方、ステップＳ２において、残り時間が「０」でないときは、ステップＳ１に戻る。すなわち、残り時間が「０」になるまで（シーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスが終了するまで）待機するようになっている。
【００５５】
ステップＳ３では、次のシーケンス番号Ｓ（ｉ）が終了のシーケンス番号であるか否かがチェックされ、終了のシーケンス番号でないときは、ステップＳ４に進み、終了のシーケンス番号のときは処理が終了される。
【００５６】
ステップＳ４では、次のシーケンス番号Ｓ（ｉ）が指定され、第１の記憶部５３からシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータ（図６参照）が読み出され、ステップＳ５に進む。
【００５７】
ステップＳ５では、第１の記憶部５３から読み出されたシーケンス番号Ｓ（ｉ）のプロセスのシーケンス時間をセットし、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、第１の記憶部５３に記憶されている制御方式の選択情報から、一定割合制御方式か個別割合制御方式のどちらが選択されているかがチェックされ、一定割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ７に進む。
【００５８】
ステップＳ７では、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデ−タとして記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比（ｘ）から流量制御器ＭＦＣ４におけるガスの流量比（１−ｘ）を演算して求め、ステップＳ８に進む。
【００５９】
ステップＳ８では、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比、ステップＳ７で求めた流量制御器ＭＦＣ４の流量比、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデ−タとして記憶されている各種ガスの流量などの流量選択情報、反応炉Ｒ１の加熱温度等のデータが出力インタフェイス部５６に出力されて、その制御値に従って各流量制御器および弁の動作が制御され、ステップＳ９に進む。
【００６０】
ステップＳ９では、次のプロセスを実行するための準備として、シーケンス番号がインクリメントされ、次のシーケンス番号であるＳ（ｉ＋１）がセットされ、ステップＳ１に戻る。
【００６１】
ステップＳ６でのチェックの結果、個別割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ７をジャンプしてステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデ−タとして記憶されている各種ガスの流量などの流量選択情報、反応炉Ｒ１の加熱温度等のデータが入出力インタフェイス部５６に出力されて、その制御値に従って各流量制御器および弁の動作が制御され、ステップＳ９に進み、以降の処理は前記同様である。このとき、第１の記憶部５３にシーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータとして記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５、ＭＦＣ４の流量比はそれぞれの流量制御器に個別に与えられる個別流量比である。
【００６２】
また、ステップＳ１で、反応炉Ｒ１のスタートスイッチが押下されていないときは、ステップＳ１０に進み、ここで、反応炉Ｒ２を動作させるためのスタートスイッチが押下されているか否かがチェックされる。スタートスイッチが押下されていないときは、処理は終了され、スタートスイッチが押下されているときは、ステップＳ２に進み、反応炉Ｒ２に対して、前記同様の処理が行われる。
【００６３】
次に、図８に示すフローチャートを参照して、修正処理プログラム５５ｂにより行われる、第１の記憶部５３に記憶された各プロセスの処理の実行に必要なデータ（たとえば、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータ）の修正処理について説明する。
【００６４】
修正処理プログラム５５ｂが起動されると、まず、ステップＳ２０に進み、シーケンス番号Ｓ（ｉ）が入力され、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１では、第１の記憶部５３に記憶された流量制御器ＦＭＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比に対して修正が行われたか否かがチェックされる。流量比の修正が行われていない場合は、ステップＳ２５に進む。
【００６５】
ステップＳ２５では、第１の記憶部５３に記憶されている、シーケンス番号Ｓ（ｉ）の他のデータ（加熱温度、反応時間、反応圧力、ガス流量等）に対しても修正が行われる。このとき、各データ毎に、修正されたか否かのチェックが行われるが、説明は省略する。この修正が終了すると、シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータの修正が終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ２１におけるチェックで、流量比の修正が行われていたと判断された場合は、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、第１の記憶部５３に記憶されている制御方式の選択情報から、一定割合制御方式が選択されているか否かがチェックされ、一定割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ２３に進む。
【００６７】
ステップＳ２３では、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５における流量比（ｘ）が修正され、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、これら修正された流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５における流量比（ｘ）をもとに、流量制御器ＭＦＣ４の流量比（１−ｘ）が演算され、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ４における流量比が修正され、ステップＳ２５に進む。尚、このステップＳ２４において行われる演算及び修正処理は、プロセス制御プログラム５５ａの処理の実行時に、図７に示したフローチャートのステップＳ７で行ってもよい。
【００６８】
ステップＳ２２でのチェックの結果、一定割合制御方式が選択されていないと判断されると、ステップＳ２６に進み、第１の記憶部５３に記憶されている制御方式の選択情報から、個別割合制御方式が選択されているか否かがチェックされる。個別割合制御方式が選択されていると判断されると、ステップＳ２７に進み、個別割合制御方式が選択されていないと判断されると、ステップＳ２５に進む。
【００６９】
ステップＳ２７では、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比が個別流量比に修正され、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８では、第１の記憶部５３に記憶されている流量制御器ＭＦＣ４の流量比が個別流量比に修正され、ステップＳ２５に進む。
【００７０】
以上説明したように、上記実施例によれば、制御ユニットＸにおいて、ボンベ２３から供給されるドーパントガスの濃度を制御する制御方式として、一定割合制御方式が選択されている場合、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比ｘに対し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比を１−ｘに設定することにより、比較的高い濃度のドーパントガスを供給でき、また、個別割合制御方式が選択されている場合、流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ５の流量比を０．０５に設定し、流量制御器ＭＦＣ４の流量比を０．９５〜１．００の範囲に設定することにより、極めて低い濃度のドーパントガスが供給でき、従来の装置において得られていた濃度分布よりも広範囲な濃度分布のドーパントガスを供給することができる。また、ダウンタイムを少なくし装置の稼働率も向上し、多品種にわたる製品の製造も１つの装置にて可能になる。
【００７１】
尚、上記実施例において、個別割合制御方式が選択されている場合、制御ユニットＸの流量制御器ＭＦＣ３、ＭＦＣ４、ＭＦＣ５の流量比を０．０５よりも大きい範囲においてそれぞれ個別に自由に設定することも可能である。
【００７２】
また、上記実施例において、制御ユニットＸのガス制御系統は、図１２の従来考えられた装置と等価としたが、これに限らず、図１１に示した従来例の場合のガス制御系統でも可能である。この場合、たとえば、一定割合制御方式が選択されているときは、図１１の構成により濃度の制御が行われ、個別割合制御方式が選択されているときは、各流量制御器に対し、その流量比を０．０５より大きい範囲においてそれぞれ個別に自由に設定すればよい。
【００７３】
また、本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、光化学気相成長等の薄膜成長装置にも同様に適用し得るものである。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、極めて低い濃度のガスも供給して、より広範囲な濃度分布の製品が得られる薄膜成長装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る縦型薄膜成長装置の概略構成を示す外観斜視図。
【図２】ガス制御部の一例を示すガス制御系統図。
【図３】制御ユニットの構成図。
【図４】制御部に具備された制御ユニットを制御するための電気回路の要部を概略的に示すブロック図
【図５】第１の記憶部に記憶されたプロセスプログラムのデータ構成の具体例を示した図。
【図６】シーケンス番号Ｓ（ｉ）のデータの構造の具体例を示した図。
【図７】プロセス制御プログラムにより行われる処理を説明するためのフローチャート。
【図８】修正処理プログラムにより行われる処理を説明するためのフローチャート。
【図９】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の第１の例を説明するためのガス制御系統図。
【図１０】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の第２の例を説明するためのガス制御系統図。
【図１１】従来の薄膜成長装置における濃度制御方式の第３の例を説明するためのガス制御系統図。
【図１２】従来考えられた薄膜成長装置における濃度制御方式を説明するためのガス制御系統図。
【符号の説明】
Ｒ１、Ｒ２…反応炉、ＭＦＣ５…流量制御器（第１の流量制御器）、ＭＦＣ３…流量制御器（第２の流量制御器）、ＭＦＣ４…流量制御器（第３の流量制御器）、ＰＶ１０〜１２…開閉弁、ＰＬ１Ａ…管路、ＰＬ６Ａ…ベントライン、１１…高周波発生部、１２、１３…気相成長装置の本体、１４…制御部、１５…ガス制御部、２３…ボンベ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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