半導体製造装置用ガス供給装置
【課題】半導体の品質低下を防止できるＭＯＣＶD法による半導体製造設備のガス供給装置を提供する。
【解決手段】反応炉ＰＣへの原料ガスを供給するメインガス供給ラインＬ１と前記原料の排気をするべントガス供給ラインＬ２とを備え、前記メインガス供給ラインの入口側に圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎを設け、当該圧力式流量制御装置により流量制御をしつつ所定流量のキャリアガスＣ１〜Ｃ５をメインガス供給ラインへ供給すると共に、前記ベントガス供給ラインの入口側に圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶを設け、当該圧力制御装置により圧力調整をしつつ所定圧力のキャリアガスをベントガス供給ラインへ供給し、前記圧力式流量制御装置のオリフィスＯＬ下流側で検出したメインガス供給ラインの圧力Ｐ10とベントガス供給ラインの圧力Ｐ2とを対比し、両者の差が零となるようにベントガス供給ラインのガス圧Ｐ2を調整する。
【解決手段】反応炉ＰＣへの原料ガスを供給するメインガス供給ラインＬ１と前記原料の排気をするべントガス供給ラインＬ２とを備え、前記メインガス供給ラインの入口側に圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎを設け、当該圧力式流量制御装置により流量制御をしつつ所定流量のキャリアガスＣ１〜Ｃ５をメインガス供給ラインへ供給すると共に、前記ベントガス供給ラインの入口側に圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶを設け、当該圧力制御装置により圧力調整をしつつ所定圧力のキャリアガスをベントガス供給ラインへ供給し、前記圧力式流量制御装置のオリフィスＯＬ下流側で検出したメインガス供給ラインの圧力Ｐ10とベントガス供給ラインの圧力Ｐ2とを対比し、両者の差が零となるようにベントガス供給ラインのガス圧Ｐ2を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置用のガス供給装置に関するものであり、有機金属気相成長装置に於けるガス供給装置として主に利用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
所謂有機金属気相成長法（以下、MOCVD法と呼ぶ）により製造された薄膜積層構造の半導体は、エピタキシャル成長により積層した各薄膜の界面に於ける急峻性を高めることが半導体品質を高める上で必須の要件となる。即ち、各薄膜の界面に於ける急峻性を高めるためには、気相成長反応用原料ガスの切換え操作により原料ガスの種類が変っても、反応炉へ供給されるガスの総流量が変化せず、しかも原料ガスの切換が急峻に行われるようにする必要がある。
【０００３】
そのためには、先ず、原料ガス切換時に反応炉内や配管内のガス圧力に変動が生じないようにガス流量を高精度、高応答性でもって制御する必要があり、これ等の必要性に対応するため、従前からMOCVD法による半導体製造装置に於いては、図１０に示すような構成のガス供給装置が多く使用されている。
【０００４】
即ち、図１０は従前のMOCVD法に於けるガス供給系の基本構成の一例を示すものであり、図１０に於いて、Ｌ1はメインガス供給ライン、Ｌ2はベントガスライン、ＰＣは反応炉（プロセスチャンバー）、ＶＰは真空ポンプ、ＭＦＣ1、ＭＦＣ2、ＭＦＣはマスフローコントローラ、Ｐ1〜Ｐ4は圧力検出器、Ｐ1Sは圧力検出信号、ＤＰは差圧検出器、ΔＰは差圧検出信号、ＶＲ1、ＶＲ2は圧力調整器、Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4、Ｖは制御弁、Ａ1、Ａ2はガス供給機構、Ｂ1、Ｂ2は切換弁機構、ＯＭは有機金属液、ＧＢはガスボンベ、Ｃ0〜Ｃ5はキャリアガス、ＣＡ、ＣＢは原料ガスである。
【０００５】
今、メインガス供給ラインＬ1のマスフローコントローラＭＦＣ1及びベントガス供給ラインＬ2のマスフローコントローラＭＦＣ2の流量設定値を夫々Ｑ1、Ｑ2に設定すると共に、反応炉ＰＣの圧力値等を設定し、キャリアガスＣ01、Ｃ02を各ラインＬ1、Ｌ2へ流している。また、両原料ガス供給機構Ａ1、Ａ2を夫々設定作動させ、原料ガスＣＡとキャリアガスＣ3の流量を同一値に調整すると共に、原料ガスＣＢとキャリアガスＣ5の流量を同一値に調整する。更に、バルブ切換機構Ｂ1、Ｂ2を作動させ、Ｖ1a及びＶ2bを開、Ｖ1b及びＶ2aを閉、Ｖ3a及びＶ4bを開、Ｖ3b及びＶ4aを閉とする。
【０００６】
その結果、メインガス供給ラインＬ1には原料ガスＣＡ＋原料ガスＣＢ＋キャリアガスＣ01（流量はＭＦＣ１の設定値Ｑ1）のガスが流れ、反応炉PCへ供給されている。また、ベントガス供給ラインＬ2へはキャリアガスＣ5＋キャリアガスＣ3＋キャリアガスＣ02（総流量ＭＦＣ2の設定流量Ｑ2）のキャリアガスが流れ、真空ポンプＶＰを通して排気されている。
【０００７】
この状態から、原料ガスＣＡの供給を停止し、これに換えて他の原料ガス供給機構Ａ3（図示省略）から切換弁機構Ｂ3（図示省略）を介して原料ガスＣＤ（図示省略）をメインガス供給ライン１へ供給する場合（原料ガスＣＡを原料ガスＣＤ（図示省略１に切換）、先ず、バルブＶ1aを閉、Ｖ1bを開にすると共にＶ2bを閉、Ｖ2aを開にする。
【０００８】
このバルブＶ1a、Ｖ1b、Ｖ2b、Ｖ2aの切換操作時にメインガスラインＬ1とベントガス供給ラインＬ2を流れているガスとの間に圧力差が生ずると、その後にメインガスラインＬ1へ新たに供給される原料ガスＣＤの流量に過渡応答が発生し、これによって、既形成の薄膜と新たな原料ガスＣＤにより形成された薄膜との界面における急峻性が、低下を来たすことになる。
【０００９】
そのため、両ラインＬ1、Ｌ2間の差圧ΔＰを零にするため、先ずベントガス供給ラインＬ2を流れるガス流量をマスフローコントローラＭＦＣ2によって一定値に設定し、次に差圧計ＤＰによって両ラインＬ1、Ｌ2間の差圧ΔＰを検出し、その検出値ΔＰを圧力調整器ＶR2へフィードバックして、ベントガス供給ラインＬ２の抵抗を調整することにより前記差圧ΔＰを零にする。
【００１０】
また、別の第２の方法として、図１０の一点鎖線で示すように、圧力調整装置ＶＲ2の設定値を一定にしておいて、差圧計ＤＰで検出した差圧ΔＰをマスフローコントローラＭＦＣ2へフィードバックしてベントガス供給ラインＬ2を流れるガス流量を制御することにより、前記差圧ΔＰを零にすることも可能である。勿論この場合には、メインガス供給ラインＬ1内のガス圧力を一定に保持するため、図１０の一点鎖線で示すように、圧力検出器Ｐ1でメインガス供給ラインＬ1内の圧力を検出し、その検出値Ｐ1sを圧力調整器ＶＲ1へフィードバックしてメインガス供給ラインＬ1の抵抗を調整することにより、メインガス供給ラインＬ1のガス圧力を一定にすることが行われる。
【００１１】
前記図１０に示したガス供給装置では、原料ガスの切換時に、両ラインＬ1、Ｌ2間の差圧ΔＰが略零に保持されることになり、その結果、先に形成された薄膜と切換後の原料ガスにより新たに形成された薄膜との間の所謂界面の急峻性が良好に保持されることになり、高品質の半導体が得られるという優れた効用を奏するものである。
【００１２】
しかし、図１０のガス供給装置にも改善すべき多くの問題点が残されており、その中でも特に問題となる点は、（イ）マスフローコントローラＭＦＣ1やマスフローコントローラＭＦＣ2の他に差圧計ＤＰや差圧計ＤＰ取付けのための分岐管、圧力調整器ＶＲ1、ＶＲ2、フィードバック制御ラインFBL等を必要とする。そのため、機器装置が複雑化すると共に、差圧計ＤＰの取り付け用に大きなスペースが必要となり、ガス供給装置の小型化を図り難いと云う点、及び（ロ）差圧検出値ΔＰによって圧力調整器ＶＲ2を介してベントガス供給ラインＬ2の内圧を調整し、差圧ΔＰを零にする必要（或いは、差圧検出器ΔＰによって圧力調整器ＶＲ1を介してメインガス供給ラインＬ1の内圧を調整し、差圧ΔＰを零にする）があるため、圧力制御の応答性が低いと云う点の二つである。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２２３２１１号公報
【特許文献２】特開平８−２８８２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従前のメインガス供給ラインＬ1とベントガス供給ラインＬ2とを備えたＭＯＣＶＤ用の原料ガス供給システムに於ける上述の如き問題、即ち（イ）マスフローコントローラＭＦＣ1、ＭＦＣ2や差圧検出器ＤＰ、圧力調整器ＶＲ1、ＶＲ2、フィードバック制御ラインFBL等を必要とし、装置構造の簡素化及び小型化が図り難いこと、及び（ロ）圧力調整の応答性が低く、その結果原料切換え時の薄膜界面の急峻性が低下して半導体製品の品質が低下すること等の問題を解決せんとするものであり、マスフローコントローラＭＦＣ1、ＭＦＣ2に変えて流量及び圧力制御の応答性に優れた圧力式流量制御装置及び圧力制御装置を使用することにより、薄膜のヘテロ界面における急峻性に優れた積層構造の高品質な半導体が得られるようにしたガス供給設備を提供することを、発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本件出願人は先に、熱量式流量制御装置（マスフローコントローラＭＦＣ）に代るものとして圧力式流量制御装置（ＦＣS）を開発し、これを特開平８−３３８５４６号等として公開している。当該圧力式流量制御装置は、後述するようにオリフィスを流通するガス流が所謂臨界状態下の流れの場合には、オリフィス流通ガス流量ＱはＱ＝ＫＰ1（但し、Ｋは定数、Ｐ1はオリフィス上流側圧力）で表示され、オリフィス下流側圧力Ｐ2に影響されることなしにオリフィス上流側圧力Ｐ1に比例すると言うことを基本とするものであり、流量の設定や流量出力、オリフィス上流側圧力Ｐ1及び下流側圧力Ｐ2等を全て電気信号（電圧信号）でもって設定並びに表示することが出来、しかも流量・圧力の制御応答性を具備すると云う特徴を有している。
【００１６】
本願発明者等は、この圧力式流量制御装置（ＦＣS）の有する優れた応答特性をMOCVD法による半導体製造装置のガス供給装置に於いて利用することにより、原料ガス切換え時における薄膜界面の所謂急峻性を高め得ることを着想すると共に、当該着想をベースにしてMOCVD法に用いるガス供給装置を構成し、これを用いて供給原料ガスを切換えした時の流量、圧力の制御特性を多数試験した。
本願発明は上記着想並びにこれを適用したガス供給設備による流量・圧力制御試験の結果を基にして創作されたものであり、請求項１の発明は、反応炉への原料ガスを供給するメインガス供給ラインと前記原料ガスの排気をするべントガス供給ラインとを備え、両ガスラインの中間部に複数のガス供給機構を配設して成る有機金属気相成長法による半導体製造設備用のガス供給装置に於いて、前記メインガスラインの入口側に圧力式流量制御装置を設け、当該圧力式流量制御装置により流量制御をしつつ所定流量のキャリアガスをメインガスラインへ供給すると共に、前記ベントガス供給ラインの入口側に圧力制御装置を設け、当該圧力制御装置により圧力調整をしつつ所定圧力のキャリアガスをベントガス供給ラインへ供給し、前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側で検出したメインガス供給ラインのガスＰ10とベントガス供給ラインの圧力Ｐ2とを対比し、両者の差が零となるように圧力制御装置によりベントガス供給ラインのガス圧Ｐ2を調整することを発明の基本構成とするものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置をバルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、コントロールバルブの下流側に設けたオリフィスと、オリフィスの上流側とコントロールバルブとの間に設けた圧力検出器Ｐ1と、オリフィスの下流側に設けた圧力検出器Ｐ10と、圧力検出器Ｐ1からの圧力信号によりオリフィスを流通するガス流量Ｑを演算すると共に、外部から入力された設定流量Ｑｓと前記演算流量Ｑとの差Ｙを演算し、当該差Ｙをコントロールバルブの駆動部へ入力して前記差Ｙが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成すると共に、前記ベントガス供給ラインに設けた圧力制御装置を、バルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、その下流側に設けた圧力検出器Ｐ2と、前記圧力検出器Ｐ2の検出圧力信号と前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側に設けた圧力検出器Ｐ10の検出圧力信号とが入力され、両者の差Ｐ10−Ｐ2を演算すると共にその差Ｘをバルブ駆動部へ入力して、前記差Ｘが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が零となるようにベントガス供給ラインのガス圧力を調整するようにしたものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置を、ガス流が臨界状態下でオリフィスを流通する構成のものとしたものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、メインガス供給ラインの圧力式流量制御装置に設けたオリフィス下流側の圧力検出信号Ｐ10を、何れかのガス供給機構による供給ガス種の切換操作前にベントガス供給ラインの圧力制御装置の制御回路部へ入力し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を零になるように調整する構成としたものである。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、圧力制御装置又は圧力式流量制御装置の何れかに、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差の表示機構を設けたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明においては、圧力式流量制御装置及びこれと類似の構成を有する圧力制御装置を利用してメインガス供給ラインＬ1の流量制御とベントガス供給ラインＬ2の圧力制御を行う構成としているため、圧力式流量制御装置と圧力制御装置に固有の高応答性を有効に活用して両ガス供給ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を瞬時に零に調整保持することが可能となる。
その結果、供給する原料ガスの切換時に、両ライン間に圧力差が生じることが皆無となり、新たに供給原料ガスの過渡流通現象が発生しなくなり、所謂薄膜界面の急峻性の低下が防止されて、高品質な半導体製品を得ることが出来る。
【００２２】
また、圧力式流量制御装置や圧力制御装置そのものに具備されている圧力検出器や演算制御部をそっくりそのまま使用することが出来ると共に、従前の如き両ラインＬ1、Ｌ2に圧力調整器やフィードバック制御ラインFBL等を設ける必要が全くないため、設備の小型化及び低コスト化を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る半導体製造設備用ガス供給装置の実施形態を示すものであり、図１に於いて、ＥＣＳ−Ｎは圧力式流量制御装置、ＦＣＳ−ＲＶは圧力制御装置、Ａ1は有機金属の原料ガス供給機構、Ａ2は他の原料ガス供給機構、Ｌ1はメインガス供給ライン、Ｌ2はベントガス供給ラインであり、その他の各構成部材は、前記図１０に示した従前のガス供給装置の場合と同一であるため、ここではその説明を省略する。
【００２４】
即ち、本発明に於いては、従前のガス供給設備におけるマスフローコントローラＭＦＣ1、ＭＦＣ2や差圧検出器ΔＰ、圧力調整器ＶＲ1、ＶＲ2、差圧信号ΔＰのフィードバック制御ラインFBL及び圧力検出信号Ｐ1sのフィードバック制御ラインFBL等が削除されており、これに替えて圧力式流量制御装置ＦＣＦ−Ｎ及び圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶが夫々利用されている点のみが異なっている。
【００２５】
図２は、図１の圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎ、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶの具体的な構成を示すものであり、圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎは、コントロールバルブＶＣ1、バルブ駆動部Ｄ1、オリフィスＯＬ、オリフィス上流側の圧力検出器Ｐ1、オリフィス下流側の圧力検出器Ｐ10及び制御回路部１０等から構成されている。また、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶはコントロールバルブＣＶ2、バルブ駆動部Ｄ2、コントロールバルブ下流側の圧力検出器Ｐ2及び制御回路部１１等から形成されている。
【００２６】
圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎでは、制御回路部１０に於いてオリフィスＯＬを流通する流量ＱがＱ＝ＫＰ1（但しＫはオリフィスＯＬ等によって決まる定数、Ｐ1は圧力検出器Ｐ1の検出圧力）として演算されると共に、外部から入力された設定流量Ｑｓと前記演算値Ｑとが制御回路部１０で対比され、その差Ｙ＝Ｑs−Ｑが零となるようにバルブ駆動部Ｄ1へ制御信号Ｙが供給され、コントロールバルブＶＣ1が開度制御される。
【００２７】
また、圧力制御装置（ＦＣＳ−ＲＶ）においても同様であり、制御回路部１１において、メインガス供給ラインＬ1の圧力検出器Ｐ10の検出値Ｐ10とベントガス供給ラインＬ2の検出器Ｐ2による検出値Ｐ2が比較され、両者の差Ｘ=Ｐ10−Ｐ2が零となるように、コントロールバルブＶＣ2の駆動部Ｄ2へ制御信号Ｘが送られコントロールバルブＶＣ2の開度制御が行われる。
尚、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶへは外部設定圧力Pｓを入力することも出来、この場合にはＰS−Ｐ2が零となるようにコントロールバルブＶＣ2が開度制御されることになる。また、設定圧力PｓがP10と異なる値に設定される場合には、前記圧力検出器Ｐ10からの入力Ｐ10は遮断されることになる。
【００２８】
本発明に係る原料ガス供給装置によれば、メインガス供給ラインＬ1の流量Ｑ1を所定の流量値に設定することにより、ラインＬ1を通してリアクターＰＣへ流量Ｑ1の原料ガスが必要な一定圧力Ｐ10でもって供給される。
一方、ベントガス供給ラインＬ2の方では、ベントガス供給ラインＬ2を介して所定の圧力Ｐ2でもってベントガスが流通することになり、メインガス供給ラインＬ1の圧力検出値Ｐ10を制御回路部１１へ入力することにより、ベントガス供給ラインＬ2の圧力Ｐ2は、コントロールバルブＶＣ2の開閉制御によって自動的にＰ10−Ｐ2＝０となるように瞬時に調整されることになる。即ち、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が瞬時に零となるように調整されることになる。
【００２９】
尚、メインガス供給ラインの検出圧力Ｐ10の入力を遮断することにより、ベントガス供給ラインＬ2の圧力Ｐ2は外部設定圧力ＰSに自動制御できることは勿論であるが、通常はメインガス供給ラインＬ1との圧力検出値Ｐ10をベントガス供給ラインＬ2の制御回路部１１へ入力することにより、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を零に保持した状態で原料ガス供給装置の運転が行われる。
【００３０】
また、本発明で使用する圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎ及び圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶの応答特性は極めて優れており、後述する実験結果からも明らかなように、原料ガスの切換時に切換弁機構Ｂを作動した場合においても、両ガスラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が殆ど生じないこと、即ち、より高い応答性でもって両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が零に調整されることとなる。
【００３１】
図３は、本発明に係る原料ガス供給装置に於ける原料ガス切換時の両ガスラインＬ1、Ｌ2における圧力差の発生状況の確認に使用した差圧調整機構の試験装置の全体系統図である。
【００３２】
図３に於いて、１２はキャリアガス源（Ｎ2）、ＲＧは圧力調整器、ＰＴは圧力計（２５０ＫＰａｓ）、ＣＶ1及びＣＶ2のシート径６ｍｍφ、メインガス供給ラインＬ1及びベントガス供給ラインＬ2の下流側容積約３８ｃｃ、ＮＶ1、ＮＶ2は圧力調整弁、ＶＰ1、ＶＰ2は真空排気ポンプである。
【００３３】
尚、真空排気ポンプＶＰ1は流量Ｑ＝４ＳＬＭ（Ｈ2に換算）の時に排気圧を７５，１００，１２５ｔｏｒｒに調整可能なものであり、また、真空排気ポンプＶＰ2は、圧力１００Ｔｏｒｒの時に排気流量を３ＳＬＭ、４ＳＬＭ及び５ＳＬＭに調整可能なものを使用している。
更に、圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎの流量設定入力は０，３，４，５，１０ＳＬＭ（Ｈ２に換算）とした。
【００３４】
（実験結果１）
先ず、メインガス供給ラインＬ1の圧力調整弁ＮＶ1を一定及びＦＣＳ−Ｎを４ＳＬＨに設定し、ＶＰ1の排気圧を１００Ｔｏｒｒとした。また、ベントガス供給ラインＬ2のＮＶ2を調整及びＦＣＳ−ＲＶを１００Ｔｏｒｒに設定して、真空排気ポンプＶＰ2の排気流量を３ＳＬＭ（Ｈ2換算）とした。
この状態から、メインガス供給ラインＬ1の流量設定値をＱｓを０→３→４→５→１０ＳＬＭの順に切換したときのＦＣＳ−Ｎの設定流量Ｑｓと流量出力Ｑの変化（曲線Ｆ）、流量測定器ＭＦＭの流量出力Ｑ0（曲線Ｇ）、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶの圧力出力Ｐ2（曲線Ｈ）及び両ラインＬ1・Ｌ2間の圧力差ΔＰ＝Ｐ10−Ｐ2（曲線Ｉ）を測定した。上記結果を図示したものが図４であり、差圧ΔＰは殆ど零であることが判る。尚、図４の１目盛は５００ｍｓである。また、曲線F及び曲線Hは、二種のデータが略重なって表示されている。
【００３５】
図５は、ベントガス供給ラインの真空排気ポンプＶＰ2の排気量を３ＳＬＭ（Ｈ2換算）とした場合の、また、図６は、ＶＰ2の排気量を５ＳＬＭとした場合の図４と同じ条件下におけるテスト結果を夫々示すものである。
【００３６】
（実験結果２）
次に、圧力調整弁ＮＶ1を調整及び圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎを４ＳＬＭ（Ｈ2換算）に設定して、真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を７５Ｔｏｒｒとした。また、ベントガス供給ラインＬ2の圧力調整弁ＮＶ2を一定及び圧力制御器ＦＣＳ−ＲＶを１００Ｔｏｏｒに設定して、真空排気ポンプＶＰ2の排気量を４ＳＬＭ（Ｈ2換算）とした。
この状態から、実験１の場合と同様にメインガス供給ラインＬ1の流量設定値ＱSを０，３，４，５，１０ＳＬＭと順に切換変化させた場合の前記実験１の場合と同じ各部の変化状況をしめしたものが、図７である。
【００３７】
また、図８及び図９は、図７に於いてメインガス供給ラインＬ1側の真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を１００Ｔｏｒｒ及び１２５Ｔｏｒｒに変化させた場合の、図７と同じ各値を図示したものである。
【００３８】
図７乃至図９からも明らかなようにメインガス供給ラインＬ1側の真空排気側の圧力値が変った場合に於いても、ガス流量の切換時に於ける両ラインＬ1・Ｌ2間の差圧ΔＰは略零に保持されることが判る。
産業上の利用可能性
【００３９】
本発明は、ＭＯＣＶＤ法やＭＯＶＰＥ法等による半導体製造設備のみならず、並列状に配置した複数のガス配管路間のガス圧力差を零に調整、保持する装置に、広く適用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る半導体製造用原料ガス供給装置の全体系統図である。
【図２】図１のガス供給ガス供給装置に於ける差圧調整部の構成の詳細説明図である。
【図３】作動確認用試験装置の全体系統図である。
【図４】本発明に係る原料ガス供給装置の差圧調整試験の結果の一例を示す線図である。
【図５】図４の試験においてベントガス供給ラインＬ2の排気量を４ＳＬＭとした場合の、図４と同内容を示す線図である。
【図６】図４の試験において、ベントガス供給ラインＬ2の排気量を５ＳＬＭとした場合の、図４と同内容を示す線図である。
【図７】本発明に係る原料ガス供給装置の差圧調整試験の結果の他の例を示す線図である。
【図８】メインガス供給ラインＬ1側の真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を１００Ｔｏｒｒとした場合の、図７の場合と同じ内容を示す線図である。
【図９】メインガス供給ラインＬ1側の真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を７５Ｔｏｒｒとした場合の、図７の場合と同じ内容を示す線図である。
【図１０】従前のマスフローコントローラを使用したＭＯＣＶＤ法による半導体製造用ガス供給装置の一例を示す全体系統図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｌ1 メインガス供給ライン
Ｌ2 ベントガス供給ライン
ＰＣ 反応炉（プロセスチャンバー）
ＶＰ 真空ポンプ
ＭＦＣ1 メインガス供給ラインのマスフローコントローラ
ＭＦＣ2 ベントガス供給ラインのマスフローコントローラ
Ｑ1・Ｑ2 マスフローコントローラＭＦＣ1及びＭＦＣ2の流量設定値
ＭＦＣ マスフローコントローラ
Ｐ1〜Ｐ4 圧力検出器
Ｐ1S 圧力検出器Ｐ1の検出信号
ＤＰ 差圧検出器
ΔＰ 差圧検出器ＤＰの検出信号
ＶＲ1〜ＶＲ4 圧力調整器
Ｖ0〜Ｖ4 切換弁
Ａ1・Ａ2 ガス供給機構
Ｂ1・Ｂ2 切換弁機構
ＯＭ 有機金属液（原料ガス）
ＧＢ 原料ガスボンベ
Ｃ01・Ｃ02 各ラインＬ1・Ｌ2へ供給するキャリアガス
Ｃ1〜Ｃ5 キャリアガス
ＣＡ・ＣＢ 原料ガス
Ｌ1 メインガス供給ライン
Ｌ2 ベントガス供給ライン
FBL フィードバック制御ライン
ＦＣＳ−Ｎ 圧力式流量制御装置
ＦＣＳ−ＲＶ 圧力制御装置
Ｐｓ 外部からの設定圧力
Ｑｓ 外部からの設定入力
Ｐ0 外部への圧力出力信号
Ｑ0 外部への流量出力信号
Ｄ1・Ｄ2 バルブ駆動装置
ＶＣ1・ＶＣ2 コントロールバルブ
ＯＬ オリフィス
Ｐ1 メインガス供給ラインＬ1のオリフィス上流側のガス圧力
Ｐ10 メインガス供給ラインＬ1のオリフィス下流側のガス圧力
Ｐ2 ベントガス供給ラインＬ2のガス圧力
１０、１１ 制御回路部
１２ キャリアガス供給源
ＲＧ 圧力調整器
ＰＴ 圧力計
ＮＶ1・ＮＶ2 圧力調整弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置用のガス供給装置に関するものであり、有機金属気相成長装置に於けるガス供給装置として主に利用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
所謂有機金属気相成長法（以下、MOCVD法と呼ぶ）により製造された薄膜積層構造の半導体は、エピタキシャル成長により積層した各薄膜の界面に於ける急峻性を高めることが半導体品質を高める上で必須の要件となる。即ち、各薄膜の界面に於ける急峻性を高めるためには、気相成長反応用原料ガスの切換え操作により原料ガスの種類が変っても、反応炉へ供給されるガスの総流量が変化せず、しかも原料ガスの切換が急峻に行われるようにする必要がある。
【０００３】
そのためには、先ず、原料ガス切換時に反応炉内や配管内のガス圧力に変動が生じないようにガス流量を高精度、高応答性でもって制御する必要があり、これ等の必要性に対応するため、従前からMOCVD法による半導体製造装置に於いては、図１０に示すような構成のガス供給装置が多く使用されている。
【０００４】
即ち、図１０は従前のMOCVD法に於けるガス供給系の基本構成の一例を示すものであり、図１０に於いて、Ｌ1はメインガス供給ライン、Ｌ2はベントガスライン、ＰＣは反応炉（プロセスチャンバー）、ＶＰは真空ポンプ、ＭＦＣ1、ＭＦＣ2、ＭＦＣはマスフローコントローラ、Ｐ1〜Ｐ4は圧力検出器、Ｐ1Sは圧力検出信号、ＤＰは差圧検出器、ΔＰは差圧検出信号、ＶＲ1、ＶＲ2は圧力調整器、Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4、Ｖは制御弁、Ａ1、Ａ2はガス供給機構、Ｂ1、Ｂ2は切換弁機構、ＯＭは有機金属液、ＧＢはガスボンベ、Ｃ0〜Ｃ5はキャリアガス、ＣＡ、ＣＢは原料ガスである。
【０００５】
今、メインガス供給ラインＬ1のマスフローコントローラＭＦＣ1及びベントガス供給ラインＬ2のマスフローコントローラＭＦＣ2の流量設定値を夫々Ｑ1、Ｑ2に設定すると共に、反応炉ＰＣの圧力値等を設定し、キャリアガスＣ01、Ｃ02を各ラインＬ1、Ｌ2へ流している。また、両原料ガス供給機構Ａ1、Ａ2を夫々設定作動させ、原料ガスＣＡとキャリアガスＣ3の流量を同一値に調整すると共に、原料ガスＣＢとキャリアガスＣ5の流量を同一値に調整する。更に、バルブ切換機構Ｂ1、Ｂ2を作動させ、Ｖ1a及びＶ2bを開、Ｖ1b及びＶ2aを閉、Ｖ3a及びＶ4bを開、Ｖ3b及びＶ4aを閉とする。
【０００６】
その結果、メインガス供給ラインＬ1には原料ガスＣＡ＋原料ガスＣＢ＋キャリアガスＣ01（流量はＭＦＣ１の設定値Ｑ1）のガスが流れ、反応炉PCへ供給されている。また、ベントガス供給ラインＬ2へはキャリアガスＣ5＋キャリアガスＣ3＋キャリアガスＣ02（総流量ＭＦＣ2の設定流量Ｑ2）のキャリアガスが流れ、真空ポンプＶＰを通して排気されている。
【０００７】
この状態から、原料ガスＣＡの供給を停止し、これに換えて他の原料ガス供給機構Ａ3（図示省略）から切換弁機構Ｂ3（図示省略）を介して原料ガスＣＤ（図示省略）をメインガス供給ライン１へ供給する場合（原料ガスＣＡを原料ガスＣＤ（図示省略１に切換）、先ず、バルブＶ1aを閉、Ｖ1bを開にすると共にＶ2bを閉、Ｖ2aを開にする。
【０００８】
このバルブＶ1a、Ｖ1b、Ｖ2b、Ｖ2aの切換操作時にメインガスラインＬ1とベントガス供給ラインＬ2を流れているガスとの間に圧力差が生ずると、その後にメインガスラインＬ1へ新たに供給される原料ガスＣＤの流量に過渡応答が発生し、これによって、既形成の薄膜と新たな原料ガスＣＤにより形成された薄膜との界面における急峻性が、低下を来たすことになる。
【０００９】
そのため、両ラインＬ1、Ｌ2間の差圧ΔＰを零にするため、先ずベントガス供給ラインＬ2を流れるガス流量をマスフローコントローラＭＦＣ2によって一定値に設定し、次に差圧計ＤＰによって両ラインＬ1、Ｌ2間の差圧ΔＰを検出し、その検出値ΔＰを圧力調整器ＶR2へフィードバックして、ベントガス供給ラインＬ２の抵抗を調整することにより前記差圧ΔＰを零にする。
【００１０】
また、別の第２の方法として、図１０の一点鎖線で示すように、圧力調整装置ＶＲ2の設定値を一定にしておいて、差圧計ＤＰで検出した差圧ΔＰをマスフローコントローラＭＦＣ2へフィードバックしてベントガス供給ラインＬ2を流れるガス流量を制御することにより、前記差圧ΔＰを零にすることも可能である。勿論この場合には、メインガス供給ラインＬ1内のガス圧力を一定に保持するため、図１０の一点鎖線で示すように、圧力検出器Ｐ1でメインガス供給ラインＬ1内の圧力を検出し、その検出値Ｐ1sを圧力調整器ＶＲ1へフィードバックしてメインガス供給ラインＬ1の抵抗を調整することにより、メインガス供給ラインＬ1のガス圧力を一定にすることが行われる。
【００１１】
前記図１０に示したガス供給装置では、原料ガスの切換時に、両ラインＬ1、Ｌ2間の差圧ΔＰが略零に保持されることになり、その結果、先に形成された薄膜と切換後の原料ガスにより新たに形成された薄膜との間の所謂界面の急峻性が良好に保持されることになり、高品質の半導体が得られるという優れた効用を奏するものである。
【００１２】
しかし、図１０のガス供給装置にも改善すべき多くの問題点が残されており、その中でも特に問題となる点は、（イ）マスフローコントローラＭＦＣ1やマスフローコントローラＭＦＣ2の他に差圧計ＤＰや差圧計ＤＰ取付けのための分岐管、圧力調整器ＶＲ1、ＶＲ2、フィードバック制御ラインFBL等を必要とする。そのため、機器装置が複雑化すると共に、差圧計ＤＰの取り付け用に大きなスペースが必要となり、ガス供給装置の小型化を図り難いと云う点、及び（ロ）差圧検出値ΔＰによって圧力調整器ＶＲ2を介してベントガス供給ラインＬ2の内圧を調整し、差圧ΔＰを零にする必要（或いは、差圧検出器ΔＰによって圧力調整器ＶＲ1を介してメインガス供給ラインＬ1の内圧を調整し、差圧ΔＰを零にする）があるため、圧力制御の応答性が低いと云う点の二つである。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２２３２１１号公報
【特許文献２】特開平８−２８８２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従前のメインガス供給ラインＬ1とベントガス供給ラインＬ2とを備えたＭＯＣＶＤ用の原料ガス供給システムに於ける上述の如き問題、即ち（イ）マスフローコントローラＭＦＣ1、ＭＦＣ2や差圧検出器ＤＰ、圧力調整器ＶＲ1、ＶＲ2、フィードバック制御ラインFBL等を必要とし、装置構造の簡素化及び小型化が図り難いこと、及び（ロ）圧力調整の応答性が低く、その結果原料切換え時の薄膜界面の急峻性が低下して半導体製品の品質が低下すること等の問題を解決せんとするものであり、マスフローコントローラＭＦＣ1、ＭＦＣ2に変えて流量及び圧力制御の応答性に優れた圧力式流量制御装置及び圧力制御装置を使用することにより、薄膜のヘテロ界面における急峻性に優れた積層構造の高品質な半導体が得られるようにしたガス供給設備を提供することを、発明の主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本件出願人は先に、熱量式流量制御装置（マスフローコントローラＭＦＣ）に代るものとして圧力式流量制御装置（ＦＣS）を開発し、これを特開平８−３３８５４６号等として公開している。当該圧力式流量制御装置は、後述するようにオリフィスを流通するガス流が所謂臨界状態下の流れの場合には、オリフィス流通ガス流量ＱはＱ＝ＫＰ1（但し、Ｋは定数、Ｐ1はオリフィス上流側圧力）で表示され、オリフィス下流側圧力Ｐ2に影響されることなしにオリフィス上流側圧力Ｐ1に比例すると言うことを基本とするものであり、流量の設定や流量出力、オリフィス上流側圧力Ｐ1及び下流側圧力Ｐ2等を全て電気信号（電圧信号）でもって設定並びに表示することが出来、しかも流量・圧力の制御応答性を具備すると云う特徴を有している。
【００１６】
本願発明者等は、この圧力式流量制御装置（ＦＣS）の有する優れた応答特性をMOCVD法による半導体製造装置のガス供給装置に於いて利用することにより、原料ガス切換え時における薄膜界面の所謂急峻性を高め得ることを着想すると共に、当該着想をベースにしてMOCVD法に用いるガス供給装置を構成し、これを用いて供給原料ガスを切換えした時の流量、圧力の制御特性を多数試験した。
本願発明は上記着想並びにこれを適用したガス供給設備による流量・圧力制御試験の結果を基にして創作されたものであり、請求項１の発明は、反応炉への原料ガスを供給するメインガス供給ラインと前記原料ガスの排気をするべントガス供給ラインとを備え、両ガスラインの中間部に複数のガス供給機構を配設して成る有機金属気相成長法による半導体製造設備用のガス供給装置に於いて、前記メインガスラインの入口側に圧力式流量制御装置を設け、当該圧力式流量制御装置により流量制御をしつつ所定流量のキャリアガスをメインガスラインへ供給すると共に、前記ベントガス供給ラインの入口側に圧力制御装置を設け、当該圧力制御装置により圧力調整をしつつ所定圧力のキャリアガスをベントガス供給ラインへ供給し、前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側で検出したメインガス供給ラインのガスＰ10とベントガス供給ラインの圧力Ｐ2とを対比し、両者の差が零となるように圧力制御装置によりベントガス供給ラインのガス圧Ｐ2を調整することを発明の基本構成とするものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置をバルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、コントロールバルブの下流側に設けたオリフィスと、オリフィスの上流側とコントロールバルブとの間に設けた圧力検出器Ｐ1と、オリフィスの下流側に設けた圧力検出器Ｐ10と、圧力検出器Ｐ1からの圧力信号によりオリフィスを流通するガス流量Ｑを演算すると共に、外部から入力された設定流量Ｑｓと前記演算流量Ｑとの差Ｙを演算し、当該差Ｙをコントロールバルブの駆動部へ入力して前記差Ｙが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成すると共に、前記ベントガス供給ラインに設けた圧力制御装置を、バルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、その下流側に設けた圧力検出器Ｐ2と、前記圧力検出器Ｐ2の検出圧力信号と前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側に設けた圧力検出器Ｐ10の検出圧力信号とが入力され、両者の差Ｐ10−Ｐ2を演算すると共にその差Ｘをバルブ駆動部へ入力して、前記差Ｘが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が零となるようにベントガス供給ラインのガス圧力を調整するようにしたものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置を、ガス流が臨界状態下でオリフィスを流通する構成のものとしたものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、メインガス供給ラインの圧力式流量制御装置に設けたオリフィス下流側の圧力検出信号Ｐ10を、何れかのガス供給機構による供給ガス種の切換操作前にベントガス供給ラインの圧力制御装置の制御回路部へ入力し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を零になるように調整する構成としたものである。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、圧力制御装置又は圧力式流量制御装置の何れかに、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差の表示機構を設けたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明においては、圧力式流量制御装置及びこれと類似の構成を有する圧力制御装置を利用してメインガス供給ラインＬ1の流量制御とベントガス供給ラインＬ2の圧力制御を行う構成としているため、圧力式流量制御装置と圧力制御装置に固有の高応答性を有効に活用して両ガス供給ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を瞬時に零に調整保持することが可能となる。
その結果、供給する原料ガスの切換時に、両ライン間に圧力差が生じることが皆無となり、新たに供給原料ガスの過渡流通現象が発生しなくなり、所謂薄膜界面の急峻性の低下が防止されて、高品質な半導体製品を得ることが出来る。
【００２２】
また、圧力式流量制御装置や圧力制御装置そのものに具備されている圧力検出器や演算制御部をそっくりそのまま使用することが出来ると共に、従前の如き両ラインＬ1、Ｌ2に圧力調整器やフィードバック制御ラインFBL等を設ける必要が全くないため、設備の小型化及び低コスト化を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る半導体製造設備用ガス供給装置の実施形態を示すものであり、図１に於いて、ＥＣＳ−Ｎは圧力式流量制御装置、ＦＣＳ−ＲＶは圧力制御装置、Ａ1は有機金属の原料ガス供給機構、Ａ2は他の原料ガス供給機構、Ｌ1はメインガス供給ライン、Ｌ2はベントガス供給ラインであり、その他の各構成部材は、前記図１０に示した従前のガス供給装置の場合と同一であるため、ここではその説明を省略する。
【００２４】
即ち、本発明に於いては、従前のガス供給設備におけるマスフローコントローラＭＦＣ1、ＭＦＣ2や差圧検出器ΔＰ、圧力調整器ＶＲ1、ＶＲ2、差圧信号ΔＰのフィードバック制御ラインFBL及び圧力検出信号Ｐ1sのフィードバック制御ラインFBL等が削除されており、これに替えて圧力式流量制御装置ＦＣＦ−Ｎ及び圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶが夫々利用されている点のみが異なっている。
【００２５】
図２は、図１の圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎ、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶの具体的な構成を示すものであり、圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎは、コントロールバルブＶＣ1、バルブ駆動部Ｄ1、オリフィスＯＬ、オリフィス上流側の圧力検出器Ｐ1、オリフィス下流側の圧力検出器Ｐ10及び制御回路部１０等から構成されている。また、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶはコントロールバルブＣＶ2、バルブ駆動部Ｄ2、コントロールバルブ下流側の圧力検出器Ｐ2及び制御回路部１１等から形成されている。
【００２６】
圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎでは、制御回路部１０に於いてオリフィスＯＬを流通する流量ＱがＱ＝ＫＰ1（但しＫはオリフィスＯＬ等によって決まる定数、Ｐ1は圧力検出器Ｐ1の検出圧力）として演算されると共に、外部から入力された設定流量Ｑｓと前記演算値Ｑとが制御回路部１０で対比され、その差Ｙ＝Ｑs−Ｑが零となるようにバルブ駆動部Ｄ1へ制御信号Ｙが供給され、コントロールバルブＶＣ1が開度制御される。
【００２７】
また、圧力制御装置（ＦＣＳ−ＲＶ）においても同様であり、制御回路部１１において、メインガス供給ラインＬ1の圧力検出器Ｐ10の検出値Ｐ10とベントガス供給ラインＬ2の検出器Ｐ2による検出値Ｐ2が比較され、両者の差Ｘ=Ｐ10−Ｐ2が零となるように、コントロールバルブＶＣ2の駆動部Ｄ2へ制御信号Ｘが送られコントロールバルブＶＣ2の開度制御が行われる。
尚、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶへは外部設定圧力Pｓを入力することも出来、この場合にはＰS−Ｐ2が零となるようにコントロールバルブＶＣ2が開度制御されることになる。また、設定圧力PｓがP10と異なる値に設定される場合には、前記圧力検出器Ｐ10からの入力Ｐ10は遮断されることになる。
【００２８】
本発明に係る原料ガス供給装置によれば、メインガス供給ラインＬ1の流量Ｑ1を所定の流量値に設定することにより、ラインＬ1を通してリアクターＰＣへ流量Ｑ1の原料ガスが必要な一定圧力Ｐ10でもって供給される。
一方、ベントガス供給ラインＬ2の方では、ベントガス供給ラインＬ2を介して所定の圧力Ｐ2でもってベントガスが流通することになり、メインガス供給ラインＬ1の圧力検出値Ｐ10を制御回路部１１へ入力することにより、ベントガス供給ラインＬ2の圧力Ｐ2は、コントロールバルブＶＣ2の開閉制御によって自動的にＰ10−Ｐ2＝０となるように瞬時に調整されることになる。即ち、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が瞬時に零となるように調整されることになる。
【００２９】
尚、メインガス供給ラインの検出圧力Ｐ10の入力を遮断することにより、ベントガス供給ラインＬ2の圧力Ｐ2は外部設定圧力ＰSに自動制御できることは勿論であるが、通常はメインガス供給ラインＬ1との圧力検出値Ｐ10をベントガス供給ラインＬ2の制御回路部１１へ入力することにより、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を零に保持した状態で原料ガス供給装置の運転が行われる。
【００３０】
また、本発明で使用する圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎ及び圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶの応答特性は極めて優れており、後述する実験結果からも明らかなように、原料ガスの切換時に切換弁機構Ｂを作動した場合においても、両ガスラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が殆ど生じないこと、即ち、より高い応答性でもって両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差が零に調整されることとなる。
【００３１】
図３は、本発明に係る原料ガス供給装置に於ける原料ガス切換時の両ガスラインＬ1、Ｌ2における圧力差の発生状況の確認に使用した差圧調整機構の試験装置の全体系統図である。
【００３２】
図３に於いて、１２はキャリアガス源（Ｎ2）、ＲＧは圧力調整器、ＰＴは圧力計（２５０ＫＰａｓ）、ＣＶ1及びＣＶ2のシート径６ｍｍφ、メインガス供給ラインＬ1及びベントガス供給ラインＬ2の下流側容積約３８ｃｃ、ＮＶ1、ＮＶ2は圧力調整弁、ＶＰ1、ＶＰ2は真空排気ポンプである。
【００３３】
尚、真空排気ポンプＶＰ1は流量Ｑ＝４ＳＬＭ（Ｈ2に換算）の時に排気圧を７５，１００，１２５ｔｏｒｒに調整可能なものであり、また、真空排気ポンプＶＰ2は、圧力１００Ｔｏｒｒの時に排気流量を３ＳＬＭ、４ＳＬＭ及び５ＳＬＭに調整可能なものを使用している。
更に、圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎの流量設定入力は０，３，４，５，１０ＳＬＭ（Ｈ２に換算）とした。
【００３４】
（実験結果１）
先ず、メインガス供給ラインＬ1の圧力調整弁ＮＶ1を一定及びＦＣＳ−Ｎを４ＳＬＨに設定し、ＶＰ1の排気圧を１００Ｔｏｒｒとした。また、ベントガス供給ラインＬ2のＮＶ2を調整及びＦＣＳ−ＲＶを１００Ｔｏｒｒに設定して、真空排気ポンプＶＰ2の排気流量を３ＳＬＭ（Ｈ2換算）とした。
この状態から、メインガス供給ラインＬ1の流量設定値をＱｓを０→３→４→５→１０ＳＬＭの順に切換したときのＦＣＳ−Ｎの設定流量Ｑｓと流量出力Ｑの変化（曲線Ｆ）、流量測定器ＭＦＭの流量出力Ｑ0（曲線Ｇ）、圧力制御装置ＦＣＳ−ＲＶの圧力出力Ｐ2（曲線Ｈ）及び両ラインＬ1・Ｌ2間の圧力差ΔＰ＝Ｐ10−Ｐ2（曲線Ｉ）を測定した。上記結果を図示したものが図４であり、差圧ΔＰは殆ど零であることが判る。尚、図４の１目盛は５００ｍｓである。また、曲線F及び曲線Hは、二種のデータが略重なって表示されている。
【００３５】
図５は、ベントガス供給ラインの真空排気ポンプＶＰ2の排気量を３ＳＬＭ（Ｈ2換算）とした場合の、また、図６は、ＶＰ2の排気量を５ＳＬＭとした場合の図４と同じ条件下におけるテスト結果を夫々示すものである。
【００３６】
（実験結果２）
次に、圧力調整弁ＮＶ1を調整及び圧力式流量制御装置ＦＣＳ−Ｎを４ＳＬＭ（Ｈ2換算）に設定して、真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を７５Ｔｏｒｒとした。また、ベントガス供給ラインＬ2の圧力調整弁ＮＶ2を一定及び圧力制御器ＦＣＳ−ＲＶを１００Ｔｏｏｒに設定して、真空排気ポンプＶＰ2の排気量を４ＳＬＭ（Ｈ2換算）とした。
この状態から、実験１の場合と同様にメインガス供給ラインＬ1の流量設定値ＱSを０，３，４，５，１０ＳＬＭと順に切換変化させた場合の前記実験１の場合と同じ各部の変化状況をしめしたものが、図７である。
【００３７】
また、図８及び図９は、図７に於いてメインガス供給ラインＬ1側の真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を１００Ｔｏｒｒ及び１２５Ｔｏｒｒに変化させた場合の、図７と同じ各値を図示したものである。
【００３８】
図７乃至図９からも明らかなようにメインガス供給ラインＬ1側の真空排気側の圧力値が変った場合に於いても、ガス流量の切換時に於ける両ラインＬ1・Ｌ2間の差圧ΔＰは略零に保持されることが判る。
産業上の利用可能性
【００３９】
本発明は、ＭＯＣＶＤ法やＭＯＶＰＥ法等による半導体製造設備のみならず、並列状に配置した複数のガス配管路間のガス圧力差を零に調整、保持する装置に、広く適用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る半導体製造用原料ガス供給装置の全体系統図である。
【図２】図１のガス供給ガス供給装置に於ける差圧調整部の構成の詳細説明図である。
【図３】作動確認用試験装置の全体系統図である。
【図４】本発明に係る原料ガス供給装置の差圧調整試験の結果の一例を示す線図である。
【図５】図４の試験においてベントガス供給ラインＬ2の排気量を４ＳＬＭとした場合の、図４と同内容を示す線図である。
【図６】図４の試験において、ベントガス供給ラインＬ2の排気量を５ＳＬＭとした場合の、図４と同内容を示す線図である。
【図７】本発明に係る原料ガス供給装置の差圧調整試験の結果の他の例を示す線図である。
【図８】メインガス供給ラインＬ1側の真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を１００Ｔｏｒｒとした場合の、図７の場合と同じ内容を示す線図である。
【図９】メインガス供給ラインＬ1側の真空排気ポンプＶＰ1の排気圧を７５Ｔｏｒｒとした場合の、図７の場合と同じ内容を示す線図である。
【図１０】従前のマスフローコントローラを使用したＭＯＣＶＤ法による半導体製造用ガス供給装置の一例を示す全体系統図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｌ1 メインガス供給ライン
Ｌ2 ベントガス供給ライン
ＰＣ 反応炉（プロセスチャンバー）
ＶＰ 真空ポンプ
ＭＦＣ1 メインガス供給ラインのマスフローコントローラ
ＭＦＣ2 ベントガス供給ラインのマスフローコントローラ
Ｑ1・Ｑ2 マスフローコントローラＭＦＣ1及びＭＦＣ2の流量設定値
ＭＦＣ マスフローコントローラ
Ｐ1〜Ｐ4 圧力検出器
Ｐ1S 圧力検出器Ｐ1の検出信号
ＤＰ 差圧検出器
ΔＰ 差圧検出器ＤＰの検出信号
ＶＲ1〜ＶＲ4 圧力調整器
Ｖ0〜Ｖ4 切換弁
Ａ1・Ａ2 ガス供給機構
Ｂ1・Ｂ2 切換弁機構
ＯＭ 有機金属液（原料ガス）
ＧＢ 原料ガスボンベ
Ｃ01・Ｃ02 各ラインＬ1・Ｌ2へ供給するキャリアガス
Ｃ1〜Ｃ5 キャリアガス
ＣＡ・ＣＢ 原料ガス
Ｌ1 メインガス供給ライン
Ｌ2 ベントガス供給ライン
FBL フィードバック制御ライン
ＦＣＳ−Ｎ 圧力式流量制御装置
ＦＣＳ−ＲＶ 圧力制御装置
Ｐｓ 外部からの設定圧力
Ｑｓ 外部からの設定入力
Ｐ0 外部への圧力出力信号
Ｑ0 外部への流量出力信号
Ｄ1・Ｄ2 バルブ駆動装置
ＶＣ1・ＶＣ2 コントロールバルブ
ＯＬ オリフィス
Ｐ1 メインガス供給ラインＬ1のオリフィス上流側のガス圧力
Ｐ10 メインガス供給ラインＬ1のオリフィス下流側のガス圧力
Ｐ2 ベントガス供給ラインＬ2のガス圧力
１０、１１ 制御回路部
１２ キャリアガス供給源
ＲＧ 圧力調整器
ＰＴ 圧力計
ＮＶ1・ＮＶ2 圧力調整弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉への原料ガスを供給するメインガス供給ラインと前記原料の排気をするべントガス供給ラインとを備え、両ガスラインの中間部に複数のガス供給機構を配設して成る有機金属気相成長法による半導体製造設備用のガス供給装置に於いて、前記メインガスラインの入口側に圧力式流量制御装置を設け、当該圧力式流量制御装置により流量制御をしつつ所定流量のキャリアガスをメインガスラインへ供給すると共に、前記ベントガス供給ラインの入口側に圧力制御装置を設け、当該圧力制御装置により圧力調整をしつつ所定圧力のキャリアガスをベントガス供給ラインへ供給し、前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側で検出したメインガス供給ラインのガス圧Ｐ10とベントガス供給ラインの圧力Ｐ2とを対比し、両者の差が零となるように圧力制御装置によりベントガス供給ラインのガス圧Ｐ2を調整する構成としたことを特徴とする半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項２】
メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置をバルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、コントロールバルブとの下流側に設けたオリフィスと、オリフィスの上流側とコントロールバルブとの間に設けた圧力検出器Ｐ1と、オリフィスの下流側に設けた圧力検出器Ｐ10と、圧力検出器Ｐ1からの圧力信号によりオリフィスを流通するガス流量Ｑを演算すると共に、外部から入力された設定流量Ｑｓと前記演算流量Ｑとの差Ｙを演算し、当該差Ｙをコントロールバルブの駆動部へ入力して前記差Ｙが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成すると共に、前記ベントガス供給ラインに設けた圧力制御装置を、バルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、その下流側に設けた圧力検出器Ｐ2と、前記圧力検出器Ｐ2の検出圧力信号と前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側に設けた圧力検出器Ｐ10の検出圧力信号とが入力され、両者の差Ｐ10−Ｐ2を演算すると共にその差Ｘをバルブ駆動部へ入力して、前記差Ｘが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差Ｘが零となるようにベントガス供給ラインのガス圧力を調整するようにした請求項１に記載の半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項３】
メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置を、ガス流が臨界状態下でオリフィスを流通する構成のものとした請求項１に記載の半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項４】
メインガス供給ラインの圧力式流量制御装置に設けたオリフィス下流側の圧力検出信号Ｐ10を、何れかのガス供給機構による供給ガス種の切換操作前にベントガス供給ラインの圧力制御装置の制御回路部へ入力し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を零になるように調整する構成とした請求項１に記載の半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項５】
圧力制御装置又は圧力式流量制御装置の何れかに、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差の表示機構を設けたことを特徴とする半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項１】
反応炉への原料ガスを供給するメインガス供給ラインと前記原料の排気をするべントガス供給ラインとを備え、両ガスラインの中間部に複数のガス供給機構を配設して成る有機金属気相成長法による半導体製造設備用のガス供給装置に於いて、前記メインガスラインの入口側に圧力式流量制御装置を設け、当該圧力式流量制御装置により流量制御をしつつ所定流量のキャリアガスをメインガスラインへ供給すると共に、前記ベントガス供給ラインの入口側に圧力制御装置を設け、当該圧力制御装置により圧力調整をしつつ所定圧力のキャリアガスをベントガス供給ラインへ供給し、前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側で検出したメインガス供給ラインのガス圧Ｐ10とベントガス供給ラインの圧力Ｐ2とを対比し、両者の差が零となるように圧力制御装置によりベントガス供給ラインのガス圧Ｐ2を調整する構成としたことを特徴とする半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項２】
メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置をバルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、コントロールバルブとの下流側に設けたオリフィスと、オリフィスの上流側とコントロールバルブとの間に設けた圧力検出器Ｐ1と、オリフィスの下流側に設けた圧力検出器Ｐ10と、圧力検出器Ｐ1からの圧力信号によりオリフィスを流通するガス流量Ｑを演算すると共に、外部から入力された設定流量Ｑｓと前記演算流量Ｑとの差Ｙを演算し、当該差Ｙをコントロールバルブの駆動部へ入力して前記差Ｙが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成すると共に、前記ベントガス供給ラインに設けた圧力制御装置を、バルブ駆動部を設けたコントロールバルブと、その下流側に設けた圧力検出器Ｐ2と、前記圧力検出器Ｐ2の検出圧力信号と前記圧力式流量制御装置のオリフィス下流側に設けた圧力検出器Ｐ10の検出圧力信号とが入力され、両者の差Ｐ10−Ｐ2を演算すると共にその差Ｘをバルブ駆動部へ入力して、前記差Ｘが零となる方向にコントロールバルブを開閉制御する制御回路部とから構成し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差Ｘが零となるようにベントガス供給ラインのガス圧力を調整するようにした請求項１に記載の半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項３】
メインガス供給ラインに設ける圧力式流量制御装置を、ガス流が臨界状態下でオリフィスを流通する構成のものとした請求項１に記載の半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項４】
メインガス供給ラインの圧力式流量制御装置に設けたオリフィス下流側の圧力検出信号Ｐ10を、何れかのガス供給機構による供給ガス種の切換操作前にベントガス供給ラインの圧力制御装置の制御回路部へ入力し、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差を零になるように調整する構成とした請求項１に記載の半導体製造設備用のガス供給装置。
【請求項５】
圧力制御装置又は圧力式流量制御装置の何れかに、両ラインＬ1、Ｌ2間の圧力差の表示機構を設けたことを特徴とする半導体製造設備用のガス供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図１０】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図１０】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−７６８０７（Ｐ２００９−７６８０７Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６５５８（Ｐ２００７−２４６５５８）
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（３９００３３８５７）株式会社フジキン (148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２５日（２００７．９．２５）
【出願人】（３９００３３８５７）株式会社フジキン (148)
【Ｆターム（参考）】
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