(57)【特許請求の範囲】
【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圧力式流量制御器と、圧力式流量制御器の出口に設けたガス供給弁を備え、前記ガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へガスを供給するようにした半導体製造装置用のガス供給装置に於いて、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と、圧力検出器の下流側に設けたオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設ける構成とした半導体製造装置用のガス供給装置。
【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圧力式流量制御器と、前記圧力式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のガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へ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に於いて、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けたオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設ける構成とした半導体製造装置用のガス供給装置。
【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圧力式流量制御器と、前記圧力式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を備え、前記ガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へガスを供給するようにした半導体製造装置用のガス供給装置に於いて、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けた複数のオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設ける構成とした半導体製造装置用のガス供給装置。
【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圧力式流量制御器と、前記圧力式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のガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へ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に於いて、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けた複数のオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設ける構成とした半導体製造装置用のガス供給装置。
【請求項５】
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圧力式流量制御器と、圧力式流量制御器の出口に設けたガス供給弁とを備え、前記ガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へ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半導体製造装置へのガスの供給方法において、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けた複数のオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記並列状に設けた複数のオリフィスの下流側に夫々ガス供給弁を設け、更に、圧力式流量制御器へ供給するガスの種類毎に予かじめ基準ガス（Ｎ2 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）とするようにし前記各ガス供給元弁とガス供給弁の開閉により処理反応炉で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。
【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ＣＵＤ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。
本発明の請求項１に記載の半導体製造装置のガス供給装置は、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圧力式流量制御器と、圧力式流量制御器の出口に設けたガス供給弁を備え、前記ガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へガスを供給するようにした半導体製造装置用のガス供給装置に於いて、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と、圧力検出器の下流側に設けたオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設ける構成としたこ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、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圧力式流量制御器と、前記圧力式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のガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へ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に於いて、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けたオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設け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に記載の半導体製造装置用のガス供給装置は、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圧力式流量制御器と、前記圧力式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を備え、前記ガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へガスを供給するようにした半導体製造装置用のガス供給装置に於いて、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けた複数のオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設ける構成と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に記載の半導体製造装置用のガス供給装置は、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圧力式流量制御器と、前記圧力式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のガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へ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に於いて、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けた複数のオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記オリフィスを、ガス供給弁の下流側の前記処理反応炉の内部に１基又は分岐状に複数基設け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に記載の半導体製造装置用のガス供給方法は、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圧力式流量制御器と、圧力式流量制御器の出口に設けたガス供給弁とを備え、前記ガス供給弁から半導体製造装置を形成する処理反応炉へ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半導体製造装置へのガスの供給方法において、前記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と、圧力検出器の下流側に並列状に設けた複数のオリフィスと、前記圧力検出器の検出圧力Ｐ1 から流量Ｑｃ＝ＫＰ1 （Ｋは定数）として演算する流量演算回路と、流量設定信号Ｑｓを出力する流量設定回路と、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の駆動部へ出力する演算制御回路とから構成し、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の下流側流量を制御すると共に、前記並列状に設けた複数のオリフィスの下流側に夫々ガス供給弁を設け、更に、圧力式流量制御器へ供給するガスの種類毎に予かじめ基準ガス（Ｎ2 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）とするようにし前記各ガス供給元弁とガス供給弁の開閉により処理反応炉で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ものである。
【００１１】
【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は本発明の適用対象の一例を示すものであり、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Ｂ1 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。
【００１２】
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 ・Ｌ4 はガス導入管、ＬO はガス供給管、Ｆ1 ・Ｆ2 ・Ｆ3 はガス取出し口、Ｖ1 ・Ｖ2 ・Ｖ3 はガス供給弁である。
【００１３】
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。
【００１４】
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ＭＦＣ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。
【００１５】
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。
【００１６】
図２は、本発明の適用対象の他の例を示すものであり、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Ｖ1 〜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。
【００１７】
図３は、本発明の適用対象の更に他の例を示すものであり、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。
【００１８】
図４は、本発明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Ｐ1 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。
【００１９】
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。
【００２０】
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３６をまとめて演算制御回路３８と呼ぶ。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図５は本発明の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。
【００２４】
図６は、前記図５に示した本発明の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ＦＣＳが用いられる。
【００２５】
図７は本願方法発明の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。
【００２６】
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、１０ｃ、１０ｄはオリフィス対応弁、Ｆ１ａ、Ｆ１ｂ、Ｆ１ｃ、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２ａ、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。
【００２７】
処理反応炉Ｒ・Ｒへ供給するガスＧ1 ・Ｇ2 ・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２ａ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Ｏ2 ）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。
【００２８】
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Ｑｓａ〜Ｑｓｄの大・小に応じて適宜に例えば圧力検出器１４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。
【００２９】
図８は、本願方法発明の他の実施形態を示すものであり、異なる４種類のガスＧ1 ・Ｇ2 ・Ｇ3 ・Ｇ4 （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。
【００３０】
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ＦＣＳ4 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ＦＣＳ1 、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ＦＣＳ1 、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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 ＝０．５５６、Ｃ4 Ｆ8 ＝０．３４４等である。
【００３４】
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／ｃｍ2 ａｂｓ）のときのＮ2 ガスの流量は１２５．９ＳＣＣＭ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。
【００３５】
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３００ＳＣＣＭ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１２５．９ＳＣＣＭ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１０７．０ＳＣＣＭ／１２５．９ＳＣＣＭ＝０．８５０に設定される。
その結果、前記流量指令信号Ｑｓ＝０．８５０×Ｑｅ＝０．８５０×３００ＳＣＣＭ（電圧値では５Ｖ×０．８５０）となる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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Ｖ１ａ〜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〜Ｖ１ｄ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。
【００３９】
【発明の効果】
本発明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基の圧力式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。
【００４０】
また、本発明の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、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。
【００４１】
更に、本発明に於いては、ガス種の変更やガス流量の大幅な変更に対しても、同一の圧力式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。
【００４２】
加えて、本発明に於いては、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。
【００４３】
また、本発明に於いては、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】  本発明の適用対象であ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】  本発明の他の適用対象であ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】  本発明の更に他の適用対象を示すものであり、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実施態様の基本構成を示す説明図である。
【図７】  本願方法発明の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】  本願方法発明の他の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、Ｂ1 ・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、Ｌ1 ・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・３８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。
【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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