JP2000122725A

JP2000122725A - ガス供給制御装置

Info

Publication number: JP2000122725A
Application number: JP10296984A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Sudo; 良久須藤; Minoru Ito; 稔伊藤; Katsuya Okumura; 勝弥奥村; Kazuhiro Eguchi; 和弘江口
Original assignee: Toshiba Corp; CKD Corp
Current assignee: Toshiba Corp; CKD Corp
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-04-28
Anticipated expiration: 2018-10-19
Also published as: JP3684307B2

Abstract

(57)【要約】【課題】固体ソースから昇華させた材料ガスの供給量
を制御することができるガス供給制御装置を提供するこ
と。また、材料ガスの供給量を制御する際において、絞
り部の有効断面積の変化を補うことができるガス供給制
御装置を提供すること。また、絞り部を亜音速流で通過
する材料ガスの供給量を制御することができるガス供給
制御装置を提供すること。【解決手段】シリンダ３２で固体ソース５０から昇華
させた材料ガスを、オリフィス３３を介して、ＣＶＤ装
置３０に供給する。そして、上流圧力センサ３４で検出
されるオリフィス３３の上流圧力Ｐ１と、上流温度セン
サ３５で検出されるオリフィス３３の上流温度Ｔ１に基
づいて、オリフィス３３を音速流で通過する材料ガスの
流量Ｑを算出し、また、オリフィス３３の上流圧力Ｐ１
を上流圧力制御バルブ２１で調節することにより、オリ
フィス３３を音速流で通過する材料ガスの流量Ｑを設定
値に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絞り部の圧力流量
特性を利用したガス供給制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置において、例え
ば、ウェーハ表面に薄膜を形成させるＣＶＤ装置では、
薄膜材料を構成する元素からなる１種又は数種の材料ガ
スをウェーハ上に供給している。このとき、ウェーハ表
面に形成される薄膜を所望のものにするために、ウェー
ハ上に供給される材料ガスを一定量連続して供給させる
必要がある。

【０００３】そこで、ＣＶＤ装置においては、ウェーハ
上に供給される材料ガスを一定量連続して供給させるガ
ス供給制御装置が使用されている。かかるガス供給制御
装置には、例えば、特開平１０−５５２１８号公報に記
載された圧力式流量制御装置がある。特開平１０−５５
２１８号公報に記載された圧力式流量制御装置は、オリ
フィスの下流側の圧力Ｐ₂に対するオリフィスの上流側
の圧力Ｐ₁の比Ｐ₁／Ｐ₂が約１．４より大きい場合に、
オリフィスを音速流で通過する材料ガスの流量Ｑｃが、Ｑｃ＝Ｋ×Ｓ×Ｐ₁ （但し、Ｋは定数、Ｓは最小流路面積）のベルヌーイの
式で近似される、オリフィスの圧力流量特性を利用する
ものである。

【０００４】従って、材料ガスが音速流にあり、オリフ
ィスの下流側の圧力Ｐ₂に対するオリフィスの上流側の
上流圧力Ｐ₁の比Ｐ₁／Ｐ₂が約１．４より大きければ、
一次圧力検出器で検出されるオリフィスの上流側の圧力
Ｐ₁に基づいて、オリフィスを通過する材料ガスの流量
Ｑｃを算出することができる。また、オリフィスの上流
側の圧力Ｐ₁をコントロール弁で調節することにより、
オリフィスを通過する材料ガスの流量Ｑｃを設定値に保
つことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、常温常
圧の下で固体の状態にある材料ガスをウェーハ上に供給
する場合には、特開平１０−５５２１８号公報に記載さ
れた圧力式流量制御装置では、対応することができない
問題があった。

【０００６】なぜなら、このような場合には、固体ソー
スを気体の状態にする必要があり、かかる気体の状態を
維持するには、高温減圧に保たなければならないが、そ
れを実現する設備がなかったからである。さらに、気体
状態にある固体ソースが高温であると、高温に弱いコン
トロール弁や温度検出器（オリフィスの上流側の温度を
検出するもの）などを用いることができなかったからで
ある。

【０００７】また、材料ガスによっては、オリフィスの
流路が腐食されて増加したり、オリフィスの流路が目詰
まりして減少したりするので、上述した材料ガスの流量
Ｑｃの算出式の最小流路面積Ｓが変化する場合がある
が、特開平１０−５５２１８号公報に記載された圧力式
流量制御装置では、上述した材料ガスの流量Ｑｃの算出
式に対して、最小流路面積Ｓである有効断面積の変化を
補うことができない問題があった。

【０００８】また、周辺装置の事情から、オリフィスを
通過する材料ガスを亜音速流にしなければならない場合
があるが、特開平１０−５５２１８号公報に記載された
圧力式流量制御装置では、オリフィスを通過する材料ガ
スは音速流であることを前提としているので、オリフィ
スである絞り部を亜音速流で通過する材料ガスの供給量
を制御することができない問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するためになされたものであり、固体ソースから昇華さ
せた材料ガスの供給量を制御することができるガス供給
制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】また、材料ガスの供給量を制御する際にお
いて、絞り部の有効断面積の変化を補うことができるガ
ス供給制御装置を提供することを目的とする。

【００１１】また、絞り部を亜音速流で通過する材料ガ
スの供給量を制御することができるガス供給制御装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に成された請求項１に係るガス供給制御装置は、材料ガ
スが音速流で一定量連続して通過する絞り部と、前記絞
り部の上流圧力を調節する上流圧力制御バルブと、前記
絞り部の上流圧力を検出する上流圧力センサと、前記絞
り部の上流温度を検出する上流温度センサとを有し、前
記材料ガスの供給時における前記上流圧力センサと前記
上流温度センサの各々の検出結果に基づいて、前記絞り
部を通過する前記材料ガスの流量を算出する一方、前記
絞り部の上流圧力を前記上流圧力制御バルブで調節し
て、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流量を設定値
に保つことにより、前記材料ガスの供給量を制御するガ
ス供給制御装置であって、前記材料ガスは、固体ソース
を昇華させたことにより発生したものであることを特徴
とする。

【００１３】また、請求項２に係るガス供給制御装置
は、材料ガスが音速流で一定量連続して通過する絞り部
と、前記絞り部の上流圧力を調節する上流圧力制御バル
ブと、前記絞り部の上流圧力を検出する上流圧力センサ
と、前記絞り部の上流温度を検出する上流温度センサと
を有し、前記材料ガスの供給時における前記上流圧力セ
ンサと前記上流温度センサの各々の検出結果に基づい
て、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流量を算出す
る一方、前記絞り部の上流圧力を前記上流圧力制御バル
ブで調節して、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流
量を設定値に保つことにより、前記材料ガスの供給量を
制御するガス供給制御装置であって、前記上流圧力制御
バルブの全閉時における前記上流圧力センサと前記上流
温度センサの各々の検出結果に基づいて算出された前記
絞り部の有効断面積を使用することによって、前記絞り
部を通過する前記材料ガスの流量を算出することを特徴
とする。

【００１４】また、請求項３に係るガス供給制御装置
は、請求項２に記載するガス供給制御装置であって、前
記材料ガスは、固体ソースを昇華させたことにより発生
したものであることを特徴とする。また、請求項４に係
るガス供給制御装置は、請求項１又は請求項３に記載す
るガス供給制御装置であって、前記上流圧力制御バルブ
は圧縮空気で駆動するものであるとともに、前記上流圧
力センサはピラニ真空計であることを特徴とする。

【００１５】また、請求項５に係るガス供給制御装置
は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載するガ
ス供給制御装置であって、前記絞り部がノズルであるこ
とを特徴とする。また、請求項６に係るガス供給制御装
置は、請求項５に記載するガス供給制御装置であって、
前記ノズルのスロート部の下流に拡大管が組み付けられ
ていることを特徴とする。

【００１６】また、請求項７に係るガス供給制御装置
は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載するガ
ス供給制御装置であって、前記絞り部がオリフィスであ
ることを特徴とする。

【００１７】また、請求項８に係るガス供給制御装置
は、材料ガスの供給量を制御するガス供給制御装置であ
って、前記材料ガスが亜音速流で一定量連続して通過す
る絞り部と、前記絞り部の上流圧力を調節する上流圧力
制御バルブと、前記絞り部の下流圧力を調節する下流圧
力制御バルブと、前記絞り部の上流圧力を検出する上流
圧力センサと、前記絞り部の下流圧力を検出する下流圧
力センサと、前記絞り部の上流温度を検出する上流温度
センサとを備え、前記材料ガスの供給時における前記上
流圧力センサと前記下流圧力センサと前記上流温度セン
サの各々の検出結果に基づいて、前記絞り部を通過する
前記材料ガスの流量を算出する一方、前記絞り部の上流
圧力を前記上流圧力制御バルブで調節するとともに前記
絞り部の下流圧力を前記下流圧力制御バルブで調節する
ことによって、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流
量を設定値に保つことにより、前記材料ガスの供給量を
制御することを特徴とする。

【００１８】また、請求項９に係るガス供給制御装置
は、請求項８に記載するガス供給制御装置であって、前
記上流圧力制御バルブの全閉時における前記上流圧力セ
ンサと前記上流温度センサの各々の検出結果に基づいて
算出された前記絞り部の有効断面積を使用することによ
って、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流量を算出
することを特徴とする。

【００１９】また、請求項１０に係るガス供給制御装置
は、請求項８又は請求項９に記載するガス供給制御装置
であって、前記材料ガスは、固体ソースを昇華させたこ
とにより発生したものであることを特徴とする。また、
請求項１１に係るガス供給制御装置は、請求項１０に記
載するガス供給制御装置であって、前記上流圧力制御バ
ルブは圧縮空気で駆動されるものであるとともに、前記
上流圧力センサはピラニ真空計であることを特徴とす
る。

【００２０】また、請求項１２に係るガス供給制御装置
は、請求項８乃至請求項１１のいずれか一つに記載する
ガス供給制御装置であって、前記絞り部がノズルである
ことを特徴とする。また、請求項１３に係るガス供給制
御装置は、請求項８乃至請求項１１のいずれか一つに記
載するガス供給制御装置であって、前記絞り部がオリフ
ィスであることを特徴とする。

【００２１】また、請求項１４に係るガス供給制御装置
は、請求項１乃至請求項１３のいずれか一つに記載する
ガス供給制御装置であって、前記材料ガスは、ＣＶＤ装
置に供給されることを特徴とする。

【００２２】このような特定事項を有する本発明のガス
供給制御装置は、絞り部の下流圧力Ｐ２に対する絞り部
の上流圧力Ｐ１の比Ｐ１／Ｐ２が一定値以上の場合に、
絞り部を音速流で通過する材料ガスの流量Ｑが、Ｑ＝ＫＫ×ＳＳ×Ｐ１×（２７３／Ｔ１）^1/2 （但し、ＫＫは定数、ＳＳは絞り部の有効断面積、Ｔ１
は絞り部の上流温度）のベルヌーイの式で近似される、
絞り部の圧力流量特性を利用するものである。

【００２３】従って、材料ガスが音速流にあり、絞り部
の下流圧力Ｐ２に対する絞り部の上流圧力Ｐ１の比Ｐ１
／Ｐ２が一定値以上にあれば、上流圧力センサで検出さ
れる絞り部の上流圧力Ｐ１と、上流温度センサで検出さ
れる絞り部の上流温度Ｔ１とに基づいて、絞り部を音速
流で通過する材料ガスの流量Ｑを算出することができ
る。また、絞り部の上流圧力Ｐ１を上流圧力制御バルブ
で調節することにより、絞り部を音速流で通過する材料
ガスの流量Ｑを設定値に保つことができる。

【００２４】そして、固体ソースを昇華させることによ
って、気体の状態にある固体ソースの材料ガスを発生さ
せることができる。よって、固体ソースから昇華させた
材料ガスを、絞り部を介して、（例えば、ＣＶＤ装置
に）供給することができる。そして、上述したように、
絞り部を音速流で通過する材料ガスの流量Ｑを算出する
ことができるとともに設定値に保つことができるので、
固体ソースから昇華させた材料ガスの供給量を制御する
ことが可能となる。

【００２５】また、本発明のガス供給制御装置は、上流
圧力制御弁を全閉にした場合に、上流圧力制御弁から絞
り部までの容積Ｖの圧力が、ＰＨからＰＬまでに降下す
るのに要する時間ｔについて、ｔ＝ＫＫ´×（Ｖ／ＳＳ）×Ｉｎ（ＰＨ／ＰＬ）×（２
７３／Ｔ）^1/2 （但し、ＫＫ´は定数、ＳＳは絞り部の有効断面積、Ｔ
は前記Ｖの温度）で近似される、絞り部の圧力降下特性
を利用するものでもある。

【００２６】従って、上流圧力制御弁から絞り部までの
容積Ｖと、圧力ＰＨ、ＰＬと、上流圧力制御弁を全閉に
した場合に、上流圧力センサで検出される前記Ｖの圧力
ＰＨ、ＰＬに基づいて計測されるものであって、前記Ｖ
の圧力がＰＨからＰＬまでに降下するのに要する時間ｔ
と、上流温度センサで検出される前記Ｖの温度Ｔとを代
入することにより、現状の絞り部の有効断面積ＳＳを算
出することができる。そして、このように算出された現
状の絞り部の有効断面積ＳＳは、絞り部を音速流で通過
する材料ガスの流量Ｑや、後述するＱ´を算出する際に
使用される。

【００２７】また、本発明のガス供給制御装置は、絞り
部を亜音速流で通過する材料ガスの流量Ｑ´が、Ｑ´＝ＫＫ″×ＳＳ×（（Ｐ１−Ｐ２）×Ｐ２）１／２
×（２７３／Ｔ１）^1/2 （但し、ＫＫ″は定数、ＳＳは絞り部の有効断面積、Ｐ
１は絞り部の上流圧力、Ｐ２は絞り部の下流圧力、Ｔ１
は絞り部の上流温度）のベルヌーイの式で近似される、
絞り部の圧力流量特性を利用するものである。

【００２８】従って、材料ガスが亜音速流にあれば、上
流圧力センサで検出される絞り部の上流圧力Ｐ１と、下
流圧力センサで検出される絞り部の下流圧力Ｐ２と、上
流温度センサで検出される絞り部の上流温度Ｔ１とに基
づいて、絞り部を亜音速流で通過する材料ガスの流量Ｑ
´を算出することができる。また、絞り部の上流圧力Ｐ
１を上流圧力制御バルブで調節するとともに絞り部の下
流圧力Ｐ２を下流圧力制御バルブで調節することによ
り、絞り部を亜音速流で通過する材料ガスの流量Ｑ´を
設定値に保つことができる。

【００２９】また、固体ソースを昇華させることによっ
て、気体の状態にある固体ソースの材料ガスを発生させ
ることができる場合には、固体ソースから昇華させた材
料ガスを、絞り部を介して、（例えば、ＣＶＤ装置に）
供給することができる。そして、上述したように、絞り
部を亜音速流で通過する材料ガスの流量Ｑ´を算出する
ことができるとともに設定値に保つことができるので、
固体ソースから昇華させた材料ガスの供給量を制御する
ことが可能となる。

【００３０】尚、本発明のガス供給制御装置において、
固体ソースから昇華させた材料ガスを気体の状態に維持
するには、高温減圧に保たなければならない場合がある
が、このときは、固体ソースから昇華させた材料ガスが
高温であるために、絞り部の上流圧力Ｐ１を調節する上
流圧力制御バルブであって、磁歪素子、ソレノイド、モ
ータなどを駆動源とするものについては使用できないお
それがあり、また、絞り部の上流圧力Ｐ１を検出する上
流圧力センサであって、静電容量型のものについては使
用できないおそれがある。

【００３１】そこで、圧縮空気で駆動される上流圧力制
御バルブを使用するとともに、上流圧力センサとしてピ
ラニ真空計を使用することにより、固体ソースから昇華
させた材料ガスが高温であっても、上流圧力制御バルブ
で絞り部の上流圧力Ｐ１を調節することや、上流圧力セ
ンサで絞り部の上流圧力Ｐ１を検出することに支障がな
いようにしている。

【００３２】また、本発明のガス供給制御装置の絞り部
は、オリフィス、ノズルなどが使用されるが、特に、材
料ガスが音速流で通過する場合には、ノズルのスロート
部の下流に拡大管が組み付けられているものも使用され
る。

【００３３】すなわち、本発明のガス供給制御装置で
は、固体ソースから昇華させた材料ガスを、絞り部を介
して、供給することができるとともに、上流圧力センサ
で検出される絞り部の上流圧力と、上流温度センサで検
出される絞り部の上流温度とに基づいて、絞り部を通過
する材料ガスの流量を算出し、また、絞り部の上流圧力
を上流圧力制御バルブで調節することにより、絞り部を
通過する材料ガスの流量を設定値に保つことができるの
で、固体ソースから昇華させた材料ガスの供給量を制御
することが可能となる。

【００３４】また、本発明のガス供給制御装置では、絞
り部を通過する材料ガスの流量を算出する際において、
上流圧力制御バルブの全閉時における上流圧力センサの
検出結果と上流温度センサの検出結果とに基づいて算出
された絞り部の有効断面積を使用しているので、現状の
絞り部の有効断面積が、絞り部の腐食などによって増加
したり、絞り部の目詰まりなどによって減少したりして
も、材料ガスの供給量を制御する際において、絞り部の
有効断面積の変化を補うことができる。

【００３５】また、本発明のガス供給制御装置では、上
流圧力センサで検出される絞り部の上流圧力と、下流圧
力センサで検出される絞り部の下流圧力と、上流温度セ
ンサで検出される絞り部の上流温度とに基づいて、絞り
部を亜音速流で通過する材料ガスの流量を算出し、ま
た、絞り部の上流圧力を上流圧力制御バルブで調節する
とともに絞り部の下流圧力を下流圧力制御バルブで調節
することにより、絞り部を亜音速流で通過する材料ガス
の流量を設定値に保つことができるので、絞り部を亜音
速流で通過する材料ガスの供給量を制御することができ
る。

【００３６】また、本発明のガス供給制御装置におい
て、絞り部の上流圧力を調節する上流圧力制御バルブが
圧縮空気で駆動されるものであるとともに、絞り部の上
流圧力を検出する上流圧力センサがピラニ真空計である
場合には、固体ソースから昇華させた材料ガスが高温で
あっても、上流圧力制御バルブで絞り部の上流圧力を調
節することや、上流圧力センサで絞り部の上流圧力を検
出することに支障がないので、固体ソースから昇華させ
た材料ガスが高温であっても、その供給量を制御するこ
とが可能である。

【００３７】また、本発明のガス供給制御装置の絞り部
は、オリフィス、ノズルなどが使用されるが、特に、ノ
ズルについては、スロート部の下流に拡大管が組み付け
られているものであれば、オリフィスやノズルなどと比
べ、絞り部の下流圧力に対する絞り部の上流圧力の比が
低い（絞り部の上流圧力と絞り部の下流圧力が比較的近
い）場合でも、スロート部における音速流は維持される
ので、材料ガスを音速流で通過させたいときにおいて、
絞り部の圧力流量特性を利用をする際に必要な要件（絞
り部の下流圧力に対する絞り部の上流圧力の比）を緩和
することができる。

【００３８】また、本発明のガス供給制御装置におい
て、材料ガスをＣＶＤ装置に供給する場合には、ＣＶＤ
装置に供給される際の材料ガスを高速で移動させること
が多く、このときは、材料ガスを音速流や亜音速流で絞
り部を通過させるには好適な条件にあることから、上述
した効果は大きなものとなる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、半導体製造のウェーハ処
理工程における、ＣＶＤ装置を使用した薄膜形成のライ
ンの一部であって、本実施の形態のガス供給制御装置を
備えたものを示した概略図である。

【００４０】ＣＶＤ装置３０は、真空ポンプ３１によっ
て、反応室内が減圧状態に保たれるものである。そし
て、ＣＶＤ装置３０と真空ポンプ３１の間には、ＣＶＤ
装置３０の減圧状態を電気信号で制御する下流圧力制御
弁２０と、ＣＶＤ装置３０と真空ポンプ３１を遮断する
遮断弁１０が設けられている。

【００４１】また、ＣＶＤ装置３０には、遮断弁１１を
介して、ウェーハ表面の薄膜材料を構成する元素からな
る１種の材料ガスが供給される。かかる材料ガスは、シ
リンダ３２内において、固体ソース５０から昇華させた
ものであって（ここでは、化学式Ｂａ（Ｃ₁₁Ｈ
₁₉Ｏ₂）₂）、その昇華温度は０．６５ｋＰａで２５０℃
のものである。

【００４２】そして、図１の半導体製造のウェーハ処理
工程においては、かかる材料ガスを一定量連続してＣＶ
Ｄ装置３０内に供給することによって、ウェーハ表面に
所望の薄膜を形成させている。そのために、シリンダ３
２と遮断弁１１の間に、絞り部であるオリフィス３３、
ピラニ真空計である上流圧力センサ３４、ピラニ真空計
である下流圧力センサ５１、上流温度センサ３５、圧縮
空気で駆動される上流圧力制御バルブ２１などが設けら
れ、コントローラ４０で制御されるガス供給制御装置が
設けられている。

【００４３】図２は、かかるガス供給制御装置の一例
を、断面図で示したものである。図２で示されたガス供
給制御装置は、オリフィス３３、上流圧力センサ３４、
上流温度センサ３５、上流圧力制御バルブ２１がユニッ
ト化されたものであって、各々を一体にしたものであ
る。上流圧力制御バルブ２１は、耐熱用樹脂であるロッ
ドパッキン２２を除くほか、その内部は全て金属で構成
されており、さらに、圧縮空気により駆動されることか
ら、耐熱性能に優れたものである。また、上流圧力セン
サ３４は、１．０×１０^-1〜１．０×１０⁵Ｐａを測定
範囲とするピラニ真空計である。また、上流温度センサ
３５については、上流圧力センサ３４であるピラニ真空
計の温度測定機能を使用している。尚、図１の下流圧力
センサ５１も、１．０×１０^-1〜１．０×１０⁵Ｐａを
測定範囲とするピラニ真空計である。

【００４４】図１に戻り、ここでは、オリフィス３３、
上流圧力センサ３４、上流温度センサ３５、上流圧力制
御バルブ２１、コントローラ４０などからなるガス供給
制御装置が、シリンダ３２内で固体ソース５０から昇華
させた材料ガスをＣＶＤ装置３０内に連続的に供給し、
その供給量を制御する仕組みについて説明する。

【００４５】かかるガス供給制御装置は、オリフィス３
３の上流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出されるも
の）とオリフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流圧力センサ
５１で検出されるもの）が減圧された状態にあっても、
その比Ｐ１／Ｐ２が一定値（以下、「限界値」という）
以上にある場合には、オリフィス３３を音速流で通過す
る材料ガスの流量Ｑが、Ｑ＝ＫＫ×ＳＳ×Ｐ１×（２７３／Ｔ１）^1/2 （但し、ＫＫは定数、ＳＳはオリフィス３３の有効断面
積、Ｔ１はオリフィス３３の上流温度であって上流温度
センサ３５で検出されるもの）のベルヌーイの式で近似
される、オリフィス３３の圧力流量特性を利用するもの
である。

【００４６】これによれば、オリフィス３３の上流温度
Ｔ１（上流温度センサ３５で検出されるもの）が一定で
あり、オリフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流圧力センサ
５１で検出されるもの）に対するオリフィス３３の上流
圧力Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出されるもの）の比
Ｐ１／Ｐ２が「限界値」以上にあれば、オリフィス３３
の下流圧力Ｐ２（下流圧力センサ５１で検出されるも
の）に影響されることなく、オリフィス３３の上流圧力
Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出されるもの）をもっ
て、音速流でオリフィス３３を通過する材料ガスの流量
Ｑを制御することができる。

【００４７】図３は、図１のＣＶＤ装置３０を使用した
薄膜形成のラインにおいて、オリフィス３３の上流温度
Ｔ１（上流温度センサ３５で検出されるもの）が常温で
一定にあり、オリフィス３３の上流圧力Ｐ１（上流圧力
センサ３４で検出されるもの）が３．９ｋＰａの減圧さ
れた状態で一定にある場合には、オリフィス３３の下流
圧力Ｐ２（下流圧力センサ５１で検出されるもの）に対
するオリフィス３３の上流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３
４で検出されるもの）の比Ｐ１／Ｐ２が約２．８（「限
界値」に相当するもの）以上にあれば、音速流でオリフ
ィス３３（径が約１ｍｍのもの）を通過する材料ガスの
流量Ｑが、オリフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流圧力セ
ンサ５１で検出されるもの）に影響されることなく、一
定にあることを示した図である。

【００４８】尚、図３のデータは、オリフィス３３の上
流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出されるもの）が
３．９ｋＰａの減圧された状態で取得したものである
が、上述した流量Ｑの算出式を考慮すれば、オリフィス
３３の上流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出される
もの）を大きく上下にシフトさせた場合でも、この傾向
が変わることはない。

【００４９】また、図３のデータは、オリフィス３３の
上流温度Ｔ１（上流温度センサ３５で検出されるもの）
が常温にある下で取得したものであるが、上述した流量
Ｑの算出式を考慮すれば、オリフィス３３の上流温度Ｔ
１（上流温度センサ３５で検出されるもの）が固体ソー
ス５０の昇華温度以上の高温である場合でも、この傾向
が変わることはない。

【００５０】よって、オリフィス３３の上流温度Ｔ１
（上流温度センサ３５で検出されるもの）が一定にあ
り、上流圧力制御弁２１でオリフィス３３の上流圧力Ｐ
１（上流圧力センサ３４で検出されるもの）を一定に調
節した場合には、オリフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流
圧力センサ５１で検出されるもの）に対するオリフィス
３３の上流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出される
もの）の比Ｐ１／Ｐ２が「限界値」以上にあることが確
保されていれば、オリフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流
圧力センサ５１で検出されるもの）がＣＶＤ装置３０な
どの影響を受けて変動しても、音速流でオリフィス３３
を通過する材料ガスの流量Ｑは、常に一定となる。

【００５１】また、図４は、図１のＣＶＤ装置３０を使
用した薄膜形成のラインにおいて、オリフィス３３の上
流温度Ｔ１（上流温度センサ３５で検出されるもの）が
一定である場合には、音速流でオリフィス３３（径が約
１ｍｍのもの）を通過する材料ガスの流量Ｑは、オリフ
ィス３３の上流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出さ
れるもの）に対して直線性があることを示した図であ
る。

【００５２】尚、図４のデータは、オリフィス３３の上
流温度Ｔ１（上流温度センサ３５で検出されるもの）が
常温にある下で取得したものであるが、上述した流量Ｑ
の算出式を考慮すれば、オリフィス３３の上流温度Ｔ１
（上流温度センサ３５で検出されるもの）が固体ソース
５０の昇華温度以上の高温である場合でも、この傾向が
変わることはない。

【００５３】よって、オリフィス３３の上流温度Ｔ１
（上流温度センサ３５で検出されるもの）が一定にある
場合には、オリフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流圧力セ
ンサ５１で検出されるもの）がＣＶＤ装置３０などの影
響を受けて変動しても、音速流でオリフィス３３を通過
する材料ガスの流量Ｑを、上流圧力制御弁２１で調節さ
れるオリフィス３３の上流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３
４で検出されるもの）で制御することができる。

【００５４】以上より、固体ソース５０から昇華させた
材料ガスの気体の状態を維持するために、ヒータなどで
図１の加熱範囲６０を加熱して、オリフィス３３の上流
温度Ｔ１（上流温度センサ３５で検出されるもの）を昇
華温度以上の高温に維持した場合でも、オリフィス３３
の下流圧力Ｐ２（下流圧力センサ５１で検出されるも
の）に対するオリフィス３３の上流圧力Ｐ１（上流温度
センサ３４で検出されるもの）の比Ｐ１／Ｐ２が「限定
値」以上に確保されていれば、音速流でオリフィス３３
を通過する材料ガスの流量Ｑは、上流圧力制御弁２１で
調節されるオリフィス３３の上流圧力Ｐ１をもって制御
することができる。

【００５５】尚、オリフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流
圧力センサ５１で検出されるもの）に対するオリフィス
３３の上流圧力Ｐ１（上流圧力センサ３４で検出される
もの）の比Ｐ１／Ｐ２の「限界値」が、オリフィス３３
の上流温度Ｔ１（上流温度センサ３５で検出されるも
の）に伴い多少変動する。従って、音速流でオリフィス
３３を通過する材料ガスの流量Ｑを、上流圧力制御弁２
１で調節されるオリフィス３３の上流圧力Ｐ１をもって
制御する際には、この点についても考慮される。

【００５６】次に、オリフィス３３、上流圧力センサ３
４、上流温度センサ３５、上流圧力制御バルブ２１、コ
ントローラ４０などからなるガス供給制御装置が、シリ
ンダ３２内で固体ソース５０から昇華させた材料ガスを
ＣＶＤ装置３０内に連続的に供給し、その供給量を制御
する動作手順について説明する。

【００５７】先ず、図１の加熱範囲をヒータで加熱し、
シリンダ３２内については２５０℃にする。その一方
で、遮断弁１１、１２、１３を閉じ、遮断弁１４、１５
と上流圧力制御弁２１を開けた状態で、オリフィス３３
と遮断弁１１の間を起点とするベントラインの真空ポン
プ（図示しない）を起動させて、シリンダ３２内を固体
ソース５０の飽和蒸気圧（ここでは、２５０℃で０．６
５ｋＰａ）以下に減圧する。そして、シリンダ３２内の
圧力Ｐ０が固体ソース５０の飽和蒸気圧以下になったこ
とを、上流圧力センサ３６を介して第１比較回路４１で
検出すると、第１比較回路４１は制御回路４２に対して
制御開始信号を発信する。

【００５８】制御回路４２が制御開始信号を受信する
と、遮断弁１３が開けられ、同時に、レギュレータ３９
を開けて、アルゴンなどのキャリアガスをマスフローコ
ントローラ３７を介して一定量連続して供給する。この
とき、第１演算回路４３は、上流圧力センサ３４が検出
したオリフィス３３の上流圧力Ｐ１と、上流温度センサ
３５が検出したオリフィス３３の上流温度Ｔ１を、上述
した流量Ｑの算出式にあてはめて、音速流でオリフィス
３３を通過する材料ガスの流量Ｑを算出し、その算出値
を制御回路４２対して発信する。

【００５９】尚、制御回路４２に発信される算出値に
は、キャリアガスの流量も含まれている。そこで、マス
フローコントローラ３７を介してキャリアガスのみが上
流圧力制御弁２１に対し一定量連続して供給された場合
において、かかる上流圧力制御弁２１で調節されるオリ
フィス３３の上流圧力Ｐ１の圧力特性を予め取得してお
く。そして、かかる圧力特性からキャリアガスの分圧を
求めることによって、キャリアガスの流量を把握し、そ
の分を差し引くことによって、かかる算出値からキャリ
アガスの流量を排除することが行われる。

【００６０】制御回路４２では、受信した算出値が設定
値に近づくように、上流圧力制御弁２１でオリフィス３
３の上流圧力Ｐ１を調節する。それには、電空レギュレ
ータ３８に制御信号を発信して、上流圧力制御弁２１の
駆動源である圧縮空気の供給量を調節することによって
行う。その後、制御回路４２は、受信した算出値が安定
し設定値と一致するようになったら、ベントラインの遮
断弁１５を閉じるとともに、ＣＶＤ装置３０と通じる遮
断弁１１を開ける。これにより、シリンダ３２内で固体
ソース５０から昇華させた材料ガスであって設定値の流
量を、ＣＶＤ装置３０内に連続的に供給することができ
る。

【００６１】また、オリフィス３３、上流圧力センサ３
４、上流温度センサ３５、上流圧力制御バルブ２１、コ
ントローラ４０などからなるガス供給制御装置は、現状
のオリフィス３３の有効断面積ＳＳを算出することもで
きる。それには、上流圧力制御弁２１を閉じた際におい
て、上流圧力制御弁２１からオリフィス３３までの容積
の圧力が、ＰＨからＰＬまでに降下するのに要する時間
ｔについて、ｔ＝ＫＫ´×（Ｖ／ＳＳ）×Ｉｎ（ＰＨ／
ＰＬ）×（２７３／Ｔ）^1/2（但し、ＫＫ´は定数、Ｖ
は上流圧力制御弁２１からオリフィス３３までの容積、
ＳＳはオリフィス３３の有効断面積、Ｔは前記Ｖの温
度）で近似されることを利用する。尚、上流圧力制御弁
２１からオリフィス３３までの容積Ｖの圧力は、上流圧
力センサ３４で検出することができる。また、温度Ｔ
は、上流温度センサ３５で検出することができる。

【００６２】そして、定期点検時などにおいて、遮断弁
１１、１３、１４を閉じ、遮断弁１２、１５と上流圧力
制御弁２１を開けた状態で、ベントラインの真空ポンプ
（図示しない）を起動させ、マスフローコントローラ３
７を介してキャリアガスのみを一定量流し続ける。その
後、上流圧力制御弁２１を閉じ、上流圧力制御弁２１か
らオリフィス３３までの容積Ｖの圧力がＰＨからＰＬま
でに降下するのに要する時間ｔを、上流圧力センサ３４
を介して取得する。同時に、上流圧力制御弁２１からオ
リフィス３３までの容積Ｖの温度Ｔを、上流温度センサ
３５で検出する。

【００６３】そして、第２演算回路４４において、上流
圧力制御弁２１からオリフィス３３までの容積Ｖ、圧力
ＰＨ、ＰＬ、容積Ｖの圧力がＰＨからＰＬまでに降下す
るのに要する時間ｔ、前記容積Ｖの温度Ｔを、上述した
ｔの算出式に代入することにより、オリフィス３３の有
効断面積ＳＳを算出する。このように、算出されたオリ
フィス３３の有効断面積ＳＳは現状のもの（正確には、
定期点検時のもの）であり、第１演算回路４３に送信さ
れ、その後において、上述した材料ガスの流量Ｑの算出
式のオリフィス３３の有効断面積ＳＳとして使用され
る。

【００６４】また、上述したｔの算出式を利用すること
によって、オリフィス３３が交換する程に劣化したこと
を外部に知らせることができる。ここでは、オリフィス
３３が材料ガスによって目詰まりが起きやすい場合にお
いて、その動作手順について説明する。先ず、オリフィ
ス３３に目詰まりがない場合（材料ガスを実際に通過さ
せる前の状態）において、遮断弁１１、１３、１４を閉
じ、遮断弁１２、１５と上流圧力制御弁２１を開けた状
態で、ベントラインの真空ポンプ（図示しない）を起動
させ、マスフローコントローラ３７を介してキャリアガ
スのみを一定量流し続ける。そして、上流圧力制御弁２
１を閉じた後に、上流圧力制御弁２１からオリフィス３
３までの容積Ｖの圧力がＰＨからＰＬまでに降下するの
に要する時間ｔ０を、上流圧力センサ３４を介して予め
取得しておく。

【００６５】さらに、定期点検時などにおいて、同様に
して、遮断弁１１、１３、１４を閉じ、遮断弁１２、１
５と上流圧力制御弁２１を開けた状態で、ベントライン
の真空ポンプ（図示しない）を起動させ、マスフローコ
ントローラ３７を介してキャリアガスのみを一定量流し
続ける。そして、上流圧力制御弁２１を閉じた後に、上
流圧力制御弁２１からオリフィス３３までの容積Ｖの圧
力がＰＨからＰＬまでに降下するのに要する時間ｔを、
上流圧力センサ３４を介して取得し、オリフィス３３に
目詰まりがない場合の時間ｔ０と第２比較回路４５で比
較する。

【００６６】その結果、上流圧力制御弁２１からオリフ
ィス３３までの容積Ｖの圧力がＰＨからＰＬまでに降下
するのに要する時間ｔが、オリフィス３３の目詰まりが
ない場合の時間ｔ０より許容差を越えて長くなる場合に
は、第２比較回路４５はアラーム信号を発信し、オリフ
ィス３３が交換する程に目詰まりしたことを外部に知ら
せる。尚、許容差は、いわゆる測定誤差に設定してもよ
いし、かかる測定誤差より大きめに設定してもよい。

【００６７】一方、上流圧力制御弁２１からオリフィス
３３までの容積Ｖの圧力がＰＨからＰＬまでに降下する
のに要する時間ｔが、オリフィス３３の目詰まりがない
場合の時間ｔ０より許容差を越えずに長くなる場合に
は、オリフィス３３の目詰まりが許容範囲内なので、第
２比較回路４５はアラーム信号を発信することはない。
尚、この場合は、オリフィス３３が交換する程に目詰ま
りしたものではないので、上述した現状のオリフィス３
３の有効断面積ＳＳが算出されることとなる。

【００６８】尚、図１でその概略が示されたラインにつ
いては、定常時において、オリフィス３３を通過する材
料ガスが音速流であることが十分に確保され、また、オ
リフィス３３の下流圧力Ｐ２（下流圧力センサ５１で検
出されるもの）に対するオリフィス３３の上流圧力Ｐ１
（上流圧力センサ３４で検出されるもの）の比Ｐ１／Ｐ
２が「限界値」より十分に大きくなるように確保され、
さらに、シリンダ３２内の圧力Ｐ０が固体ソース５０の
飽和蒸気圧より十分に低くなるように確保されることを
考慮して、設計されている。

【００６９】以上詳細に説明したように、本実施の形態
のガス供給制御装置は、オリフィス３３の下流圧力Ｐ２
に対するオリフィス３３の上流圧力Ｐ１の比Ｐ１／Ｐ２
が「限界値」以上の場合に、オリフィス３３を音速流で
通過する材料ガスの流量Ｑが、Ｑ＝ＫＫ×ＳＳ×Ｐ１×（２７３／Ｔ１）^1/2 （但し、ＫＫは定数、ＳＳはオリフィス３３の有効断面
積、Ｔ１はオリフィス３３の上流温度）のベルヌーイの
式で近似される、オリフィス３３の圧力流量特性を利用
するものである。

【００７０】従って、材料ガスが音速流にあり、オリフ
ィス３３の下流圧力Ｐ２に対するオリフィス３３の上流
圧力Ｐ１の比Ｐ１／Ｐ２が「限界値」以上にあれば、上
流圧力センサ３４で検出されるオリフィス３３の上流圧
力Ｐ１と、上流温度センサ３５で検出されるオリフィス
３３の上流温度Ｔ１とに基づいて、オリフィス３３を音
速流で通過する材料ガスの流量Ｑを算出することができ
る。また、オリフィス３３の上流圧力Ｐ１を上流圧力制
御バルブ２１で調節することにより、オリフィス３３を
音速流で通過する材料ガスの流量Ｑを設定値に保つこと
ができる。

【００７１】そして、固体ソース５０を昇華させること
によって、気体の状態にある固体ソース５０の材料ガス
を発生させることができる。よって、固体ソース５０か
ら昇華させた材料ガスを、オリフィス３３を介して、Ｃ
ＶＤ装置３０に供給することができる。そして、上述し
たように、オリフィス３３を音速流で通過する材料ガス
の流量Ｑを算出することができるとともに設定値に保つ
ことができるので、固体ソース５０から昇華させた材料
ガスの供給量を制御することが可能となる。

【００７２】また、本実施の形態のガス供給制御装置
は、上流圧力制御弁２１を全閉にした場合に、上流圧力
制御弁２１からオリフィス３３までの容積Ｖの圧力が、
ＰＨからＰＬまでに降下するのに要する時間ｔについ
て、ｔ＝ＫＫ´×（Ｖ／ＳＳ）×Ｉｎ（ＰＨ／ＰＬ）×（２
７３／Ｔ）^1/2 （但し、ＫＫ´は定数、ＳＳはオリフィス３３の有効断
面積、Ｔは前記Ｖの温度）で近似される、オリフィス３
３の圧力降下特性を利用するものでもある。

【００７３】従って、上流圧力制御弁２１からオリフィ
ス３３までの容積Ｖと、圧力ＰＨ、ＰＬと、上流圧力制
御弁２１を全閉にした場合に、上流圧力センサ３４で検
出される前記Ｖの圧力ＰＨ、ＰＬに基づいて計測される
ものであって、前記Ｖの圧力がＰＨからＰＬまでに降下
するのに要する時間ｔと、上流温度センサ３４で検出さ
れる前記Ｖの温度Ｔとを代入することにより、現状のオ
リフィス３３の有効断面積ＳＳを算出することができ
る。そして、このように算出された現状のオリフィス３
３の有効断面積ＳＳは、オリフィス３３を音速流で通過
する材料ガスの流量Ｑを算出する際に使用される。

【００７４】尚、本実施の形態のガス供給制御装置にお
いては、固体ソース５０から昇華させた材料ガスを気体
の状態に維持しているので、高温減圧（例えば、化学式
Ｂａ（Ｃ₁₁Ｈ₁₉Ｏ₂）₂の固定ソース５０については、
０．６５ｋＰａ以下で２５０℃以上）に保たなければな
らない場合があるが、このときは、固体ソース５０から
昇華させた材料ガスが高温であるために、オリフィス３
３の上流圧力Ｐ１を調節する上流圧力制御バルブ２１で
あって、磁歪素子、ソレノイド、モータなどを駆動源と
するものについては使用できないおそれがあり、また、
オリフィス３３の上流圧力Ｐ１を検出する上流圧力セン
サ３４であって、静電容量型のものについては使用でき
ないおそれがある。

【００７５】そこで、圧縮空気で駆動される上流圧力制
御バルブ２１を使用するとともに、上流圧力センサ３４
としてピラニ真空計を使用することにより、固体ソース
５０から昇華させた材料ガスが高温であっても、上流圧
力制御バルブ２１でオリフィス３３の上流圧力Ｐ１を調
節することや、上流圧力センサ３４でオリフィス３３の
上流圧力Ｐ１を検出することに支障がないようにしてい
る。

【００７６】すなわち、本実施のガス供給制御装置で
は、固体ソース５０から昇華させた材料ガスを、オリフ
ィス３３を介して、供給することができるとともに、上
流圧力センサ３４で検出されるオリフィス３３の上流圧
力Ｐ１と、上流温度センサ３４で検出されるオリフィス
３３の上流温度Ｔ１とに基づいて、オリフィス３３を通
過する材料ガスの流量Ｑを算出し、また、オリフィス３
３の上流圧力Ｐ１を上流圧力制御バルブ２１で調節する
ことにより、オリフィス３３を通過する材料ガスの流量
Ｑを設定値に保つことができるので、固体ソース５０か
ら昇華させた材料ガスの供給量を制御することが可能と
なる。

【００７７】また、本実施の形態のガス供給制御装置で
は、オリフィス３３を音速流で通過する材料ガスの流量
Ｑを算出する際において、上流圧力制御バルブ２１の全
閉時における上流圧力センサ３４の検出結果と上流温度
センサ３５の検出結果とに基づいて算出されたオリフィ
ス３３の有効断面積ＳＳを使用しているので、現状のオ
リフィス３３の有効断面積ＳＳが、オリフィス３３の腐
食などによって増加したり、オリフィス３３の目詰まり
などによって減少したりしても、材料ガスの供給量を制
御する際において、オリフィス３３の有効断面積ＳＳの
変化を補うことができる。

【００７８】また、本実施の形態のガス供給制御装置で
は、上流圧力制御バルブ２１の全閉時において、上流圧
力センサ３４の検出結果を介して取得される、上流圧力
制御バルブ２１からオリフィス３３までの容積Ｖの圧力
がＰＨからＰＬまでに降下するのに要する時間ｔを、オ
リフィス３３に目詰まりがない場合（例えば、材料ガス
を実際に通過させる前の状態）の時間ｔ０と比較するこ
とによって、現状のオリフィス３３の目詰まりの程度を
把握することができるので、オリフィス３３が交換する
程に劣化したことを外部に知らせることができる。

【００７９】また、本実施の形態のガス供給制御装置に
おいては、オリフィス３３の上流圧力Ｐ１を調節する上
流圧力制御バルブ２１が圧縮空気で駆動されるものであ
るとともに、オリフィス３３の上流圧力Ｐ１を検出する
上流圧力センサ３４がピラニ真空計であり、固体ソース
５０から昇華させた材料ガスが高温であっても、上流圧
力制御バルブ２１でオリフィス３３の上流圧力Ｐ１を調
節することや、上流圧力センサ３４でオリフィス３３の
上流圧力Ｐ１を検出することに支障がないので、固体ソ
ース５０から昇華させた材料ガスが高温であっても、そ
の供給量を制御することが可能である。

【００８０】また、本実施の形態のガス供給制御装置に
おいては、材料ガスをＣＶＤ装置３０に供給しており、
このときは、ＣＶＤ装置３０に供給される際の材料ガス
を高速で移動させることが多く、材料ガスを音速流でオ
リフィス３３を通過させるには好適な条件にあることか
ら、上述した効果は大きなものとなる。

【００８１】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ことなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可
能である。

【００８２】例えば、上記実施の形態のガス供給制御装
置では、オリフィス３３を音速流で通過する材料ガスの
供給量を制御するものであったが、オリフィス３３を亜
音速流で通過する材料ガスの供給量を制御させることも
できる。それには、オリフィス３３を亜音速流で通過す
る材料ガスの流量Ｑ´が、Ｑ´＝ＫＫ″×ＳＳ×（（Ｐ１−Ｐ２）×Ｐ２）^1/2×
（２７３／Ｔ１）^1/2 （但し、ＫＫ″は定数、ＳＳはオリフィス３３の有効断
面積、Ｐ１はオリフィス３３の上流圧力であって上流圧
力センサ３４で検出されるもの、Ｐ２はオリフィス３３
の下流圧力であって下流圧力センサ５１で検出されるも
の、Ｔ１はオリフィス３３の上流温度であって上流温度
センサ３５で検出されるもの）のベルヌーイの式で近似
される、オリフィス３３の圧力流量特性を利用する。

【００８３】従って、材料ガスが亜音速流にあれば、上
流圧力センサ３４で検出されるオリフィス３３の上流圧
力Ｐ１と、下流圧力センサ５１で検出されるオリフィス
３３の下流圧力Ｐ２と、上流温度センサ３５で検出され
るオリフィス３３の上流温度Ｔ１とに基づいて、オリフ
ィス３３を亜音速流で通過する材料ガスの流量Ｑ´を算
出することができる。また、オリフィス３３の上流圧力
Ｐ１を上流圧力制御バルブ２１で調節するとともにオリ
フィス３３の下流圧力Ｐ２を下流圧力制御バルブ２０で
調節することにより、オリフィス３３を亜音速流で通過
する材料ガスの流量Ｑ´を設定値に保つことができる。

【００８４】これより、上流圧力センサ３４で検出され
るオリフィス３３の上流圧力Ｐ１と、下流圧力センサ５
１で検出されるオリフィス３３の下流圧力Ｐ２と、上流
温度センサ３５で検出されるオリフィス３３の上流温度
Ｔ１とに基づいて、オリフィス３３を亜音速流で通過す
る材料ガスの流量Ｑ´を算出し、また、オリフィス３３
の上流圧力Ｐ１を上流圧力制御バルブ２１で調節すると
ともにオリフィス３３の下流圧力Ｐ２を下流圧力制御バ
ルブ２０で調節することにより、オリフィス３３を亜音
速流で通過する材料ガスの流量Ｑ´を設定値に保つこと
ができるので、オリフィス３３を亜音速流で通過する材
料ガスの供給量を制御することができる。

【００８５】さらに、オリフィス３３を亜音速流で通過
する材料ガスの供給量を制御する際において、固体ソー
ス５０から昇華させた材料ガスの供給量を制御したり、
オリフィス３３の有効断面積ＳＳの変化を補ったり、オ
リフィス３３が交換する程に劣化したことを外部に知ら
せたり、固体ソース５０から昇華させた材料ガスが高温
であっても、その供給量を制御することが可能となる。

【００８６】また、上記実施の形態のガス供給制御装置
においては、材料ガスをＣＶＤ装置３０に供給してお
り、このときは、ＣＶＤ装置３０に供給される際の材料
ガスを高速で移動させることが多く、材料ガスを亜音速
流でオリフィス３３を通過させるには好適な条件にある
ことから、上述した効果は大きなものとなる。

【００８７】また、上記実施の形態においては、シリン
ダ３２内をヒータで２５０℃で一定にすることにより、
オリフィス３３の上流温度Ｔ１を一定にしており、固体
ソース５０から昇華させた材料ガスの供給量を制御する
際において、オリフィス３３の上流温度Ｔ１を操作の対
象から外しているが、ヒータなどでオリフィス３３の上
流温度Ｔ１を調節することによっても、固体ソース５０
から昇華させた材料ガスの供給量を制御してもよい。

【００８８】また、上記実施の形態のガス供給制御装置
では、オリフィス３３が材料ガスによって目詰まりが起
きやすい場合において、オリフィス３３が交換する程に
劣化したことを外部に知らせる動作手順について説明し
ているが、オリフィス３３が材料ガスによって腐食が起
きやすい場合においても、オリフィス３３が交換する程
に劣化したことを外部に知らせることができる。

【００８９】このときは、上流圧力制御弁２１からオリ
フィス３３までの容積Ｖの圧力がＰＨからＰＬまでに降
下するのに要する時間ｔが、オリフィス３３の腐食がな
い場合（材料ガスを実際に通過させる前の状態）の時間
ｔ０より許容差を越えて短くなる場合には、第２比較回
路４５はアラーム信号を発信し、オリフィス３３が交換
する程に腐食したことを外部に知らせる。

【００９０】一方、上流圧力制御弁２１からオリフィス
３３までの容積Ｖの圧力がＰＨからＰＬまでに降下する
のに要する時間ｔが、オリフィス３３の腐食がない場合
の時間ｔ０より許容差を越えずに短くなる場合には、オ
リフィス３３の腐食が許容範囲内なので、第２比較回路
４５はアラーム信号を発信することはない。

【００９１】尚、この場合は、オリフィス３３が交換す
る程に腐食したものではないので、上述した現状のオリ
フィス３３の有効断面積ＳＳが算出されることとなる。
従って、現状のオリフィス３３の有効断面積ＳＳが、オ
リフィス３３の腐食などによって増加したりしても、オ
リフィス３３を音速流で通過する材料ガスの流量Ｑや、
オリフィス３３を亜音速流で通過する材料ガスの流量
Ｑ′を算出する際において、補うことができる。

【００９２】また、上記実施の形態のガス供給制御装置
では、絞り部として、オリフィス３３を使用している
が、ノズルなどを使用してもよい。

【００９３】特に、ノズルのスロート部の下流に拡大管
が組み付けられているものについては、オリフィス３３
や通常のノズルなどと比べ、絞り部の下流圧力Ｐ２に対
する絞り部の上流圧力Ｐ１の比Ｐ１／Ｐ２が低い（絞り
部の上流圧力Ｐ１と絞り部の下流圧力Ｐ２が比較的近
い）場合でも、スロート部における音速流は維持される
ので、材料ガスを音速流で通過させたいときにおいて、
絞り部の圧力流量特性を利用をする際に必要な要件（絞
り部の下流圧力Ｐ２に対する絞り部の上流圧力Ｐ１の比
Ｐ１／Ｐ２）を緩和することができる。

【００９４】また、上記実施の形態においては、固体ソ
ース５０から昇華させた材料ガスを、半導体製造装置の
一部であるＣＶＤ装置３０に対して供給しているが、半
導体製造装置の一部であって、その他の装置に対して供
給してもよい。また、半導体製造装置以外の装置に対し
て供給してもよい。

【００９５】また、上記実施の形態においては、下流圧
力センサ５１としてピラニ真空計を使用しているが、オ
リフィス３３から離れたところで下流圧力Ｐ２を検出す
ることによって、固体ソース５０から昇華させた材料ガ
スの温度の影響を受けることがないならば、下流圧力セ
ンサ５１はピラニ真空計に限る必要はない。

【００９６】また、上記実施の形態においては、下流圧
力制御バルブ２０として電気信号で駆動されるものを使
用しているが、オリフィス３３から近いところで下流圧
力Ｐ２を制御することによって、固体ソース５０から昇
華させた材料ガスの温度の影響を受けるならば、下流圧
力制御バルブ２０は圧縮空気で駆動されるものを使用す
る必要がある。

【００９７】

【発明の効果】本発明のガス供給制御装置では、固体ソ
ースから昇華させた材料ガスを、絞り部を介して、供給
することができるとともに、上流圧力センサで検出され
る絞り部の上流圧力と、上流温度センサで検出される絞
り部の上流温度とに基づいて、絞り部を通過する材料ガ
スの流量を算出し、また、絞り部の上流圧力を上流圧力
制御バルブで調節することにより、絞り部を通過する材
料ガスの流量を設定値に保つことができるので、固体ソ
ースから昇華させた材料ガスの供給量を制御することが
可能となる。

【００９８】また、本発明のガス供給制御装置では、絞
り部を通過する材料ガスの流量を算出する際において、
上流圧力制御バルブの全閉時における上流圧力センサの
検出結果と上流温度センサの検出結果とに基づいて算出
された絞り部の有効断面積を使用しているので、現状の
絞り部の有効断面積が、絞り部の腐食などによって増加
したり、絞り部の目詰まりなどによって減少したりして
も、材料ガスの供給量を制御する際において、絞り部の
有効断面積の変化を補うことができる。

【００９９】また、本発明のガス供給制御装置では、上
流圧力センサで検出される絞り部の上流圧力と、下流圧
力センサで検出される絞り部の下流圧力と、上流温度セ
ンサで検出される絞り部の上流温度とに基づいて、絞り
部を亜音速流で通過する材料ガスの流量を算出し、ま
た、絞り部の上流圧力を上流圧力制御バルブで調節する
とともに絞り部の下流圧力を下流圧力制御バルブで調節
することにより、絞り部を亜音速流で通過する材料ガス
の流量を設定値に保つことができるので、絞り部を亜音
速流で通過する材料ガスの供給量を制御することができ
る。

【０１００】また、本発明のガス供給制御装置におい
て、絞り部の上流圧力を調節する上流圧力制御バルブが
圧縮空気で駆動されるものであるとともに、絞り部の上
流圧力を検出する上流圧力センサがピラニ真空計である
場合には、固体ソースから昇華させた材料ガスが高温で
あっても、上流圧力制御バルブで絞り部の上流圧力を調
節することや、上流圧力センサで絞り部の上流圧力を検
出することに支障がないので、固体ソースから昇華させ
た材料ガスが高温であっても、その供給量を制御するこ
とが可能である。

【０１０１】また、本発明のガス供給制御装置の絞り部
は、オリフィス、ノズルなどが使用されるが、特に、ノ
ズルについては、スロート部の下流に拡大管が組み付け
られているものであれば、オリフィスやノズルなどと比
べ、絞り部の下流圧力に対する絞り部の上流圧力の比が
低い（絞り部の上流圧力と絞り部の下流圧力が比較的近
い）場合でも、スロート部における音速流は維持される
ので、材料ガスを音速流で通過させたいときにおいて、
絞り部の圧力流量特性を利用をする際に必要な要件（絞
り部の下流圧力に対する絞り部の上流圧力の比）を緩和
することができる。

【０１０２】また、本発明のガス供給制御装置におい
て、材料ガスをＣＶＤ装置に供給する場合には、ＣＶＤ
装置に供給される際の材料ガスを高速で移動させること
が多く、このときは、材料ガスを音速流や亜音速流で絞
り部を通過させるには好適な条件にあることから、上述
した効果は大きなものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体製造のウェーハ処理工程における、ＣＶ
Ｄ装置を使用した薄膜形成のラインの一部であって、本
実施の形態のガス供給制御装置を備えたものを示した概
略図である。

【図２】ガス供給制御装置の一例を示した断面図であ
る。

【図３】オリフィスの下流圧力に対するオリフィスの上
流圧力の比が「限界値」以上にあれば、音速流でオリフ
ィスを通過する材料ガスの流量は、オリフィスの下流圧
力に影響されることなく、一定にあることを示した図で
ある。

【図４】音速流でオリフィスを通過する材料ガスの流量
は、オリフィスの上流圧力に対して直線性があることを
示した図である。

【符号の説明】

２０下流圧力制御バルブ２１上流圧力制御バルブ３０ＣＶＤ装置３３オリフィス３４上流圧力センサ３５上流温度センサ５０固体ソース５１下流圧力センサＰ１オリフィスの上流圧力Ｐ２オリフィスの下流圧力Ｔ１オリフィスの上流温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤稔東京都千代田区内神田３丁目６番３号シーケーディ株式会社シーケーディ第二ビル内 (72)発明者奥村勝弥神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者江口和弘神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4G068 DA04 DB06 DB30 DC04 DC06 4K030 CA04 CA12 EA01 JA05 KA39 KA45 LA15 5F045 AA06 EC07 EE02 EE04 EE12 EE17 GB05 GB06 GB17 5H307 AA20 BB01 DD08 EE02 EE08 EE12 EE36 ES06 FF12 FF15 GG03 GG11 HH04 JJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】材料ガスが音速流で一定量連続して通過
する絞り部と、前記絞り部の上流圧力を調節する上流圧
力制御バルブと、前記絞り部の上流圧力を検出する上流
圧力センサと、前記絞り部の上流温度を検出する上流温
度センサとを有し、前記材料ガスの供給時における前記
上流圧力センサと前記上流温度センサの各々の検出結果
に基づいて、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流量
を算出する一方、前記絞り部の上流圧力を前記上流圧力
制御バルブで調節して、前記絞り部を通過する前記材料
ガスの流量を設定値に保つことにより、前記材料ガスの
供給量を制御するガス供給制御装置において、前記材料ガスは、固体ソースを昇華させたことにより発
生したものであることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項２】材料ガスが音速流で一定量連続して通過
する絞り部と、前記絞り部の上流圧力を調節する上流圧
力制御バルブと、前記絞り部の上流圧力を検出する上流
圧力センサと、前記絞り部の上流温度を検出する上流温
度センサとを有し、前記材料ガスの供給時における前記
上流圧力センサと前記上流温度センサの各々の検出結果
に基づいて、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流量
を算出する一方、前記絞り部の上流圧力を前記上流圧力
制御バルブで調節して、前記絞り部を通過する前記材料
ガスの流量を設定値に保つことにより、前記材料ガスの
供給量を制御するガス供給制御装置において、前記上流圧力制御バルブの全閉時における前記上流圧力
センサと前記上流温度センサの各々の検出結果に基づい
て算出された前記絞り部の有効断面積を使用することに
よって、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流量を算
出することを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項３】請求項２に記載するガス供給制御装置に
おいて、前記材料ガスは、固体ソースを昇華させたことにより発
生したものであることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項４】請求項１又は請求項３に記載するガス供
給制御装置において、前記上流圧力制御バルブは圧縮空気で駆動するものであ
るとともに、前記上流圧力センサはピラニ真空計である
ことを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれか一つに
記載するガス供給制御装置において、前記絞り部がノズルであることを特徴とするガス供給制
御装置。
【請求項６】請求項５に記載するガス供給制御装置に
おいて、前記ノズルのスロート部の下流に拡大管が組み付けられ
ていることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項４のいずれか一つに
記載するガス供給制御装置において、前記絞り部がオリ
フィスであることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項８】材料ガスの供給量を制御するガス供給制
御装置において、前記材料ガスが亜音速流で一定量連続して通過する絞り
部と、前記絞り部の上流圧力を調節する上流圧力制御バルブ
と、前記絞り部の下流圧力を調節する下流圧力制御バルブ
と、前記絞り部の上流圧力を検出する上流圧力センサと、前記絞り部の下流圧力を検出する下流圧力センサと、前記絞り部の上流温度を検出する上流温度センサとを備
え、前記材料ガスの供給時における前記上流圧力センサと前
記下流圧力センサと前記上流温度センサの各々の検出結
果に基づいて、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流
量を算出する一方、前記絞り部の上流圧力を前記上流圧
力制御バルブで調節するとともに前記絞り部の下流圧力
を前記下流圧力制御バルブで調節することによって、前
記絞り部を通過する前記材料ガスの流量を設定値に保つ
ことにより、前記材料ガスの供給量を制御することを特
徴とするガス供給制御装置。
【請求項９】請求項８に記載するガス供給制御装置に
おいて、前記上流圧力制御バルブの全閉時における前記上流圧力
センサと前記上流温度センサの各々の検出結果に基づい
て算出された前記絞り部の有効断面積を使用することに
よって、前記絞り部を通過する前記材料ガスの流量を算
出することを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項１０】請求項８又は請求項９に記載するガス
供給制御装置において、前記材料ガスは、固体ソースを昇華させたことにより発
生したものであることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項１１】請求項１０に記載するガス供給制御装
置において、前記上流圧力制御バルブは圧縮空気で駆動されるもので
あるとともに、前記上流圧力センサはピラニ真空計であ
ることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項１２】請求項８乃至請求項１１のいずれか一
つに記載するガス供給制御装置において、前記絞り部が
ノズルであることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項１３】請求項８乃至請求項１１のいずれか一
つに記載するガス供給制御装置において、前記絞り部が
オリフィスであることを特徴とするガス供給制御装置。
【請求項１４】請求項１乃至請求項１３のいずれか一
つに記載するガス供給制御装置において、前記材料ガス
は、ＣＶＤ装置に供給されることを特徴とするガス供給
制御装置。