JP2011233841A - 半導体製造装置用のガス供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】各処理反応炉毎に圧力式流量制御器を設置する必要がなく、かつ圧力式流量制御器をコンパクトな構造で形成できるガス供給装置10を提供する。
【解決手段】ガス供給装置10はガス供給源11a,11bと、ガス導入管13a,13bと、ガス集合管15と、複数の分岐管21a,21bとを備えている。ガス集合管15と分岐管21a,21bに、圧力式流量制御器30が設置されている。圧力式流量制御器30はガス集合管15に設けられた圧力検出器17と、分岐管21a,21bに設けられたコントロール弁23a,23bおよびオリフィス22a,22bとを有している。圧力検出器17からの検出圧力P に基づいて、流量演算回路40において流量Qcが求められ、流量設定回路52からの流量設定信号Qsと流量演算回路40からの流量Qcに基づいて演算制御回路58によりコントロール弁23a,23bが制御される。
【選択図】図1

Description

本発明は半導体製造用のガス供給装置に係り、とりわけ装置の小形化と製造コストの低減を図ることができる半導体製造装置用のガス供給装置に関する。
一般に、半導体製造に於いては、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いる。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。
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。このため、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CVD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CVD処理を行なう場合がある。この場合、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。
ところで、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が上昇する。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いてしまう。
特開2000−323464号
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、各処理反応炉毎に流量制御器を設置する必要がなく、かつこの流量制御器をきわめてコンパクトに構成することができる半導体製造装置用のガス供給装置を提供することを目的とする。
本発明は、複数の処理反応炉にガスを供給する半導体製造装置用のガス供給装置において、複数のガス供給源と、各ガス供給源に接続されたガス導入管と、複数のガス導入管が集合したガス集合管と、ガス集合管から分岐された複数の分岐管であって、各々が対応する処理反応炉に接続された複数の分岐管と、ガス集合管および複数の分岐管に設けられた圧力式流量抑制器とを備え、圧力式流量制御器はガス集合管に設けられた圧力検出器と、各分岐管に設けられたコントロール弁と、コントロール弁の下流側または上流側に設けられたオリフィスと、圧力検出器からの検出圧力Pから流量Qc=KP (Kは定数)を求める流量演算回路と、流量設定信号Qsを出力する流量設定回路と、流量演算回路からの流量Qcと流量設定回路からの流量設定信号Qsとに基づいて各コントロール弁を制御する演算制御回路とを有することを特徴とする半導体製造装置用のガス供給装置である。
本発明は、圧力式流量制御器はガス集合管に設けられた流量検出用のサーマルセンサを更に有し、サーマルセンサからの信号Qaが演算制御回路に送られて、この演算制御回路においてガス集合管内の圧力が音速領域であるか否か判定されることを特徴とする半導体製造装置用のガス供給装置である。
本発明は、複数のガス供給源のうちあるガス供給源のガス導入管にバイパス管が接続され、このバイパス管と各々の分岐管との間が連通管により連通されていることを特徴とする半導体製造装置用のガス供給装置である。
本発明は、各分岐管は枚葉クラスタ式の処理反応炉に接続されていることを特徴とする半導体製造装置用のガス供給装置である。
本発明は、各分岐管はバッチ処理式の処理反応炉に接続されていることを特徴とする半導体製造装置用のガス供給装置である。
本発明は、圧力式流量制御器は、演算制御回路と各コントロール弁との間に設けられた電気/空圧調整部を有することを特徴とする半導体製造装置用のガス供給装置である。
以上のように本発明によれば、各処理反応炉毎に圧力式流量制御器を設置する必要がなく、かつ圧力式流量制御器をきわめてコンパクトな構造で形成することができる。
図1は本発明による半導体用ガス供給装置の第1の実施の形態を示す概略系統図。 図2は一次圧力と実流量との関係を示す図。 図3(a)はコントロール弁を開いた状態における一次圧力を示す図、図3(b)は圧力検出器によって検出された流量とサーマルセンサによって検出された流量を示す図。 図4は比較例としての半導体製造装置用のガス供給装置を示す図。 図5は他の比較例としての半導体製造装置用のガス供給装置を示す図。 図6は圧力式流量制御器を示す詳略図。 図7は本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の第2の実施の形態を示す図。 図8は本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の第3の実施の形態を示す図。 図9(a)(b)(c)は本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の第4の実施の形態を示す図。 図10は本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の第5の実施の形態を示す図。
第1の実施の形態
以下、図面を参照して本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の第1の実施の形態について説明する。
図1乃至図6は本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の第1の実施の形態を示す図であり、このうち図1は半導体製造装置用ガス供給装置を示す概略系統図、図2は一次圧力と実流量との関係を示す図、図3(a)(b)はオリフィスの異常監視状態を示す図であって、図3(a)はコントロール弁を開いた状態における一次圧力を示す図、図3(b)は圧力検出器によって検出された流量とサーマルセンサによって検出された流量を示す図、図4は比較例としての半導体製造装置用のガス供給装置を示す図、図5は他の比較例としての半導体製造装置用のガス供給装置を示す図、図6は圧力式流量制御器を示す詳細図である。
図1乃至図6に示すように、半導体製造装置用のガス供給装置10は複数の処理反応炉27a,27bにガスを供給するものである。このような処理反応炉27a,27bとしては、多数のウエハを同時に処理するバッチ式の処理反応炉(プロセスチャンバ)が考えられ、このような処理反応炉27a,27bによって、FPD、LED、PV(太陽電池)を含む半導体が得られる。
このような半導体製造装置用のガス供給装置10は、複数のガス供給源11a,11bと、各ガス供給源11a,11bに接続されたガス導入管13a,13bと、複数のガス導入管13a,13bが集合したガス集合管15と、ガス集合管15から分岐された複数の分岐管21a,21bであって各々が対応する処理反応炉27a,27bに接続された複数の分岐管21a,21bと、ガス集合管15および複数の分岐管21a,21bに跨って設けられた圧力式流量制御器30とを備えている。
このうちガス供給源11a,11bとしては、例えばガス供給源11aとして不活性ガス供給源が考えられ、ガス供給源11bとしては処理ガス供給源が考えられる。
またガス供給源11a,11bからのガス導入管13a,13bに、各々ガス供給弁12a,12bが設けられ、さらに分岐管21a,21bには、開閉弁24a,24bが設けられている。
次に図1及び図6により、圧力式流量制御器30について、更に詳述する。圧力式流量制御器30は、図1および図6に示すように、ガス集合管15に設けられた圧力検出器17と、各分岐管21a,21bに設けられたコントロール弁23a,23bと、各コントロール弁23a,23bの下流側に設けられたオリフィス22a,22bと、圧力検出器17からの検出圧力P に基づいて各コントロール弁23a,23bを駆動制御する制御回路30Aとを備えている。なお、オリフィス22a,22bを各コントロール弁23a,23bの上流側に設けてもよい。
またガス集合管15には圧力検出器17の上流側に配置された流量調整器16と、圧力検出器17の下流側に配置された温度検出器18および流量検出用サーマルセンサ20とが順次設けられている。
ここで図6により、圧力式流量制御器30についてより詳述する。
図6は、圧力式流量制御器30の構成系統図である。図6において、一般にオリフィス22a,22bの前後の気体の圧力P /P (P :上流側圧力、P :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22a,22bを通る気体の流速が音速となって、オリフィス22a,22b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22a,22b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22a,22bの径が一定の場合、上流側圧力P を下流側圧力P の約2倍以上に設定すると、オリフィス22a,22bを流通する下流側流量Qcは上流側圧力P にのみ依存し、Qc=KP(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(図2参照)。
オリフィス22a,22bの上流側の分岐管21a,21bには、駆動部60aにより開閉されるコントロール弁23a,23bが設けられ、オリフィス22a,22bの下流側の分岐管21a,21bは、各々開閉弁24a,24bを介して処理反応炉27a,27bに接続されている。オリフィス22a,22bより上流側の圧力P は圧力検出器17により検出され、増幅回路36を介して圧力表示器42に表示される。また、その出力はA/D変換器38を通してデジタル化され、演算回路40によりオリフィス22a,22bより下流側流量QがQ=KP(K:定数)により算出される。なお、圧力表示器42は必ずしも設ける必要はない。
一方、温度検出器18により検出されたオリフィス22a,22bより上流側の温度T は、増幅回路46、A/D変換器48を介して温度補正回路50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56に出力される。ここで、比較回路56は、コントロール弁23a,23bを駆動制御する演算制御回路58を構成する。
他方、流量設定回路52からはA/D変換器54を介して設定流量Qsが出力され、比較回路56に送信される。比較回路56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60を介してコントロール弁23a,23bの駆動部60Aに出力される。この駆動部60Aは差信号Qyが零になる方向にコントロール弁23a,23bを開閉制御して、コントロール弁23a,23bより下流側の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。
当該圧力式流量制御器30は、オリフィス22a,22bの上流側圧力P を調整すること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23a,23b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22a,22b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。
また、比較回路56を含む演算制御回路58、演算回路40、温度補正回路50、流量設定回路52、A/D変換器54、増幅回路60、増幅回路36、圧力表示器42、A/D変換器38、増幅回路46、およびA/D変換器48によって制御回路30Aが構成されている。
ところで、図6に示すように、流量検出用サーマルセンサ20によってガス集合管15内の流量が検出され、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が演算制御回路58に送られる。
一般に図2に示すように、一次圧P が二次圧P に比較してP ≧2×P の関係にあるとき、オリフィス22a,22bを通る気体の流速が音速となる音速領域に入る。この場合、上述した圧力式流量制御器30によって、ガス集合管15内の流量を適切に制御することができる。他方、一次圧P がP <2×P の関係にあるとき、音速領域外であるから圧力式流量制御器30による流量制御はむずかしい。
図6において、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が、演算制御回路58に送られる。このことにより、運転開始直後のように、一次圧P が低い場合、演算制御回路58は圧力式流量制御はできないと判断し、一次圧P がP ≧2×P の関係を満たして音速領域に入った時点から上記の圧力式流量制御をスタートする。
なお、図6に示すように、演算制御回路58はコントロール弁23a,23bを駆動制御すると同時に、流量調整器16を制御して、ガス集合体15内の圧力を調整してガス集合体15内の流量調整を行なってもよい。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まずガス供給源11a,11bから異なガスが各々ガス導入管13a,13bへ供給され、ガス導入管13a,13bのガスはガス集合管15内へ導入されて合流する。ガス集合管15内の合流ガスはその後、流量調整器16、圧力検出器17、温度検出器18、流量検出用サーマルセンサ20を経て分岐されて分岐管21a,21bに至る。
分岐管21a,21b内に導入された合流ガスは、その後コントロール弁23a,23bおよびオリフィス22a,22bを経て対応する処理反応炉27a,27bに供給される。
以上のように本実施の形態によれば、圧力式流量制御器30は圧力検出器17と、分岐管21a,21bに設けられたコントロール弁23a,23bと、コントロール弁23a,23bの下流側のオリフィス22a,22bと、圧力検出器17からの検出圧力から流量を求める流量演算回路40と、流量設定回路52と、流量演算回路40からの流量と流量設定回路52からの流量設定値に基づいてコントロール弁23a,23bを制御する演算回路60とを有しているので、コントロール弁23a,23bおよびオリフィス22a,22bを圧力式流量制御器30内に組み込むことができ、圧力式流量制御器30を全体としてコンパクト化することができる。
また複数の処理反応炉27a,27bに対して一つの圧力式流量制御器30を設置すれば良いので、装置の設置コスト低減を図ることができる。
さらにまた、オリフィス22a,22bと処理反応炉27a,27bとの間の分岐管21a,21b内の圧力は、二次圧P となっているので、オリフィス22a,22bと処理反応炉27a,27bとの間の分岐管21a,21bとして耐圧性管を用いる必要がなく、装置の設置コストが上昇することはない。
ところで、本実施の形態においては、オリフィス22a,22bの詰まり等の異常を監視するため、定期的に以下のような異常監視手法を採用している。
例えば、図3(a)に示すように定期的にガス供給装置10の運転を停止する。そしてコントロール弁23a,23bを閉として、ガス集合管15内に合流ガスを充てんしておき、圧力検出器17により検出された検出圧力(一次圧力P )を所定の値に保つ。この状態でコントロール弁23a,23bを開く。この場合、圧力検出器17により検出された検出圧力(一次圧力P )が時間とともに減少する。このときの一次圧力P の降下レートを定期的に求め、運転前の降下レートの初期値と比較する。そして一次圧力P の降下に時間がかかるようであれば、オリフィス22a,22bに目詰りが発生したものと判断する。
あるいは圧力式流量制御器30の流量演算回路40において求められた流量Qcと、流量検出用のサーマルセンサ20によって求められた流量とを演算制御回路54において比較することにより、オリフィス22a,22bの目詰りを監視することもできる(図3(b))。なお、図3(b)において、2台の処理反応炉27a,27bが設置されているという前提のもとで、流量演算回路40により求められた流量Qcは、各処理反応炉27a,27b毎の流量であってサーマルセンサ20によって求められた流量の約半分の値を示している。
次に本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の作用効果について、図4に示す比較例との対比で説明する。
図4に示すように、比較例としてのガス供給装置は複数のガス供給源11a,11bと、各ガス供給源11a,11bに接続されたガス導入管13a,13bと、ガス導入管13a,13bが集合するとともに処理反応炉27aに達するガス集合管15とを有している。またガス導入管13aにはガス供給弁12aが設けられ、ガス導入管13bには開閉弁2、流量調整部3、および圧力検出器4が設置されている。
さらにガス集合管15には流量制御器1が設置され、この流量制御器1は流量検出用のサーマルセンサ5と、流量調整部4と、サーマルセンサ5からの検出流量に基づいて流量調整部4を調整する制御回路1Aとを有している。
またガス集合管15には流量制御器1の下流側に開閉弁24aが設けられている。
図4において、プロセス待ちの際は、流量調整部4を閉としておき、流量制御器1のガス集合管15内をガスで充てんする。プロセス制御を開始する場合、流量制御器1の流量調整部4を開として流量制御を開始するが、ガス集合管15内をガスで充てんした状態から流量制御を開始する場合、処理反応炉27aに供給されるガスの流量が一時的に増加する。
これに対して本願発明によれば、プロセス制御を開始するため、コントロール弁23a,23bを開いてガス集合管15内をガスで充てんした状態から流量制御を開始する際、コントロール弁23a,23bの下流側または上流側にオリフィス22a,22bが設けられているので、処理反応炉27a,27b側に供給されるガスの流量が一時的に増加してしまうことはない。
さらに図4に示す比較例において、流量制御器1の上流側のガス導入管13bに、流量制御器1の流量調整部4と別個に開閉弁2および追加の流量調整部3が設けられている。
これに対して本願発明によれば、圧力式流量制御器30自体にコントロール弁23a,23bおよび流量調整部16が設けられているため、圧力式流量制御器30と別個に開閉弁2あるいは追加の流量調整部3を設ける必要はない。
次に本発明を図5に示す更なる比較例との対比で説明する。
図5に示すように、比較例としてのガス供給装置は複数のガス供給源11a,11bと、各ガス供給源11a,11bに接続されたガス導入管13a,13bと、ガス導入管13a,13bが集合するガス集合管15と、ガス集合管15から分岐するとともに各々処理反応炉27a,27bに接続された分岐管21a,21bとを有している。またガス導入管13aにはガス供給弁12aが設けられ、ガス導入管13bには開閉弁2、流量調整部3、および圧力検出器4が設置されている。
また各分岐管21a,21bには流量制御器1が設置され、各流量制御器1は流量検出用のサーマルセンサ52と、流量調整部4と、サーマルセンサ5からの検出流量に基づいて流量調整部4を調整する制御回路1Aとを有している。
さらに分岐管21aには開閉弁29a,24aが各々設けられ、分岐管21bには開閉弁29b,24aが各々設けられている。
図5において、2基の処理反応炉27a,27bに対して各々流量制御器1が設けられ、流量制御器1の数は処理反応炉27a,27bと同数の合計2基となっている。
これに対して本願発明によれば、2基の処理反応炉27a,27bに対して1基の圧力式流動制御器30が設置されており、このため流量制御器30の設置コストを大幅に削減することができる。
第2の実施の形態
次に図7により本発明による半導体製造装置用のガス供給装置の第2の実施の形態について説明する。図7に示す第2の実施の形態は流量検出用のサーマルセンサを取外したものであり、他の構成は図1乃至図6に示す第1の実施の形態と略同一である。
このような半導体製造装置用のガス供給装置10は、複数のガス供給源11a,11bと、各ガス供給源11a,11bに接続されたガス導入管13a,13bと、複数のガス導入管13a,13bが集合したガス集合管15と、ガス集合管15から分岐された複数の分岐管21a,21bであって各々が対応する処理反応炉27a,27bに接続された複数の分岐管21a,21bと、ガス集合管15および複数の分岐管21a,21bに跨って設けられた圧力式流量制御器30とを備えている。
このうちガス供給源11a,11bとしては、例えばガス供給源11aとしては不活性ガス供給源が考えられ、ガス供給源11bとしては処理ガス供給源が考えられる。
またガス供給源11a,11bからのガス導入管13a,13bに、各々ガス供給弁12a,12bが設けられ、さらに分岐管21a,21bには、開閉弁24a,24bが設けられている。
次に図7により、圧力式流量制御器30について、更に詳述する。圧力式流量制御器30は、図7に示すように、ガス集合管15に設けられた圧力検出器17と、各分岐管21a,21bに設けられたコントロール弁23a,23bと、各コントロール弁23a,23bの下流側に設けられたオリフィス22a,22bと、圧力検出器17からの検出圧力P に基づいて各コントロール弁23a,23bを駆動制御する制御回路30Aとを備えている。
またガス集合管15には圧力検出器17の上流側に配置された流量調整器16と、圧力検出器17の下流側に配置された温度検出器18とが順次設けられている。
さらにまた圧力式流量制御器30の制御回路30Aの構造は、図6に示すものと同一となっている。
なお、図6に示すように、演算制御回路58はコントロール弁23a,23bを駆動制御すると同時に、流量調整器16を制御して、ガス集合体15内の圧力を調整してガス集合体15内の流量調整を行なってもよい。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まずガス供給源11a,11bから異なガスが各々ガス導入管13a,13bへ供給され、ガス導入管13a,13bのガスはガス集合管15内へ導入されて合流する。ガス集合管15内の合流ガスはその後、流量調整器16、圧力検出器17、温度検出器18を経て分岐されて分岐管21a,21bに至る。
分岐管21a,21b内に導入された合流ガスは、その後コントロール弁23a,23bおよびオリフィス22a,22bを経て対応する処理反応炉27a,27bに供給される。
以上のように本実施の形態によれば、圧力式流量制御器30は圧力検出器17と、分岐管21a,21bに設けられたコントロール弁23a,23bと、コントロール弁23a,23bの下流側のオリフィス22a,22bと、圧力検出器17からの検出圧力から流量を求める流量演算回路40と、流量設定回路52と、流量演算回路40からの流量と流量設定回路52からの流量設定値に基づいてコントロール弁23a,23bを制御する演算回路60とを有しているので、コントロール弁23a,23bおよびオリフィス22a,22bを圧力式流量制御器30内に組み込むことができ、圧力式流量制御器30を全体としてコンパクト化することができる。
また複数の処理反応炉27a,27bに対して一つの圧力式流量制御器30を設置すれば良いので、装置の設置コスト低減を図ることができる。
さらにまた、オリフィス22a,22bと処理反応炉27a,27bとの間の分岐管21a,21b内の圧力は二次圧P となっているので、オリフィス22a,22bと処理反応炉27a,27bとの間の分岐管21a,21bとして耐圧性管を用いる必要がなく、装置の設置コストが上昇することはない。
第3の実施の形態
次に図8により本発明の第3の実施の形態について説明する。
図8に示す第3の実施の形態は4台のバッチ式の処理反応炉27a,27b,27c,27dを設置したものであり、他の構造は図1乃至図6に示す第1の実施の形態と略同一である。
半導体製造装置用のガス供給装置10は、複数のガス供給源11a,11bと、各ガス供給源11a,11bに接続されたガス導入管13a,13bと、複数のガス導入管13a,13bが集合したガス集合管15と、ガス集合管15から分岐された複数の分岐管21a,21b,21c,21dであって各々が対応する処理反応炉27a,27b,27c,27dに接続された複数の分岐管21a,21b,21c,21dと、ガス集合管15および複数の分岐管21a,21b,21c,21dに跨って設けられた圧力式流量制御器30とを備えている。
このうちガス供給源11a,11bとしては、例えばガス供給源11aとしては不活性ガス供給源が考えられ、ガス供給源11bとしては処理ガス供給源が考えられる。
またガス供給源11a,11bからのガス導入管13a,13bに、各々ガス供給弁12a,12bが設けられ、さらに分岐管21a,21b,21c,21dには、開閉弁24a,24b,24c,24dが設けられている。
次に図8により、圧力式流量制御器30について、更に詳述する。圧力式流量制御器30は、図8に示すように、ガス集合管15に設けられた圧力検出器17と、各分岐管21a,21b,21c,21dに設けられたコントロール弁23a,23b,23c,23dと、各コントロール弁23a,23b,23c,23dの下流側に設けられたオリフィス22a,22b,22c,22dと、圧力検出器17からの検出圧力P に基づいて各コントロール弁23a,23b,23c,23dを駆動制御する制御回路30Aとを備えている。
またガス集合管15には圧力検出器17の上流側に配置された流量調整器16と、圧力検出器17の下流側に配置された温度検出器18および流量検出用サーマルセンサ20とが順次設けられている。
なお、圧力式流量制御器30の制御回路30Aの構造は、図6に示すものと同一となっている。
ところで、図6に示すように、流量検出用サーマルセンサ20によってガス集合管15内の流量が検出され、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が演算制御回路58に送られる。
一般に図2に示すように、一次圧P が二次圧P に比較してP ≧2×P の関係にあるとき、オリフィス22a,22bを通る気体の流速が音速となる音速領域に入る。この場合、上述した圧力式流量制御器30によって、ガス集合管15内の流量を適切に制御することができる。他方、一次圧P がP <2×P の関係にあるとき、音速領域外であるから圧力式流量制御器30による流量制御はむずかしい。
図6において、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が演算制御回路58に送られる。このことにより、運転開始直後のように、一次圧P が低い場合、演算制御回路58は圧力式流量制御はできないと判断し、一次圧P がP ≧2×P の関係を満たして音速領域に入った時点から上記の圧力式流量制御をスタートする。
なお、図6に示すように、演算制御回路58はコントロール弁23a,23bを駆動制御すると同時に、流量調整器16を制御して、ガス集合体15内の圧力を調整してガス集合体15内の流量調整を行なってもよい。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まずガス供給源11a,11bから異なガスが各々ガス導入管13a,13bへ供給され、ガス導入管13a,13bのガスはガス集合管15内へ導入されて合流する。ガス集合管15内の合流ガスはその後、流量調整器16、圧力検出器17、温度検出器18、流量検出用サーマルセンサ20を経て分岐されて分岐管21a,21b,21c,21dに至る。
分岐管21a,21b,21c,21d内に導入された合流ガスは、その後コントロール弁23a,23b,23c,23dおよびオリフィス22a,22b,22c,22dを経て対応する処理反応炉27a,27b,27c,27dに供給される。
以上のように本実施の形態によれば、圧力式流量制御器30は圧力検出器17と、分岐管21a,21b,21c,21dに設けられたコントロール弁23a,23b,23c,23dと、コントロール弁23a,23b,23c,23dの下流側のオリフィス22a,22b,22c,22dと、圧力検出器17からの検出圧力から流量を求める流量演算回路40と、流量設定回路52と、流量演算回路40からの流量と流量設定回路52からの流量設定値に基づいてコントロール弁23a,23b,23c,23dを制御する演算回路60とを有しているので、コントロール弁23a,23b,23c,23dおよびオリフィス22a,22b,22c,22dを圧力式流量制御器30内に組み込むことができ、圧力式流量制御器30を全体としてコンパクト化することができる。
また複数の処理反応炉27a,27b,27c,27dに対して一つの圧力式流量制御器30を設置すれば良いので、装置の設置コスト低減を図ることができる。
さらにまた、オリフィス22a,22b,22c,22dと処理反応炉27a,27b,27c,27dとの間の分岐管21a,21b,21c,21d内の圧力は二次圧P となっているので、オリフィス22a,22b,22c,22dと処理反応炉27a,27b,27c,27dとの間の分岐管21a,21b,21c,21dとして耐圧性管を用いる必要がなく、装置の設置コストが上昇することはない。
第4の実施の形態
次に図9(a)(b)(c)により本発明の第4の実施の形態について説明する。
図9(a)(b)(c)に示す第4の実施の形態は、4基の処理反応炉27a,27b,27c,27dが設置されるとともに、これら4基の処理反応炉27a,27b,27c,27dは枚葉クラスタ式の処理反応炉からなっている。
さらに4基の処理反応炉27a,27b,27c,27dは搬送モジュール(TM)61を囲んで設けられ、搬送モジュール61にはロードロックモジュール(LLM)62を介して搬入搬出部63が接続されている。
また圧力式流量制御器30は電気/空圧調整部30Bを有している。
図9(a)(b)(c)に示す実施の形態において、他の構成は図1乃至図6に示す第1の実施の形態と略同一である。
半導体製造装置用のガス供給装置10は、複数のガス供給源11a,11bと、各ガス供給源11a,11bに接続されたガス導入管13a,13bと、複数のガス導入管13a,13bが集合したガス集合管15と、ガス集合管15から分岐された複数の分岐管21a,21b,21c,21dであって各々が対応する処理反応炉27a,27b,27c,27dに接続された複数の分岐管21a,21b,21c,21dと、ガス集合管15および複数の分岐管21a,21b,21c,21dに跨って設けられた圧力式流量制御器30とを備えている。
このうちガス供給源11a,11bとしては、例えばガス供給源11aとしては不活性ガス供給源が考えられ、ガス供給源11bとしては処理ガス供給源が考えられる。
また、図9(a)(b)(c)において、処理反応炉27a,27b,27c,27dとしては、枚葉クラスタ式の処理反応炉(ショートバッチ式の処理反応炉も含むプロセスチャンバ)が考えられる。
またガス供給源11a,11bからのガス導入管13a,13bに、各々ガス供給弁12a,12bが設けられている。
次に図9により、圧力式流量制御器30について、更に詳述する。圧力式流量制御器30は、図9に示すように、ガス集合管15に設けられた圧力検出器17と、各分岐管21a,21b,21c,21dに設けられたコントロール弁23a,23b,23c,23dと、各コントロール弁23a,23b,23c,23dの下流側に設けられたオリフィス22a,22b,22c,22dと、圧力検出器17からの検出圧力P に基づいて電気/空圧調整部30Bを介して各コントロール弁23a,23b,23c,23dを駆動制御する制御回路30Aとを備えている。
またガス集合管15には圧力検出器17の上流側に配置された流量調整器16と、圧力検出器17の下流側に配置された温度検出器18および流量検出用サーマルセンサ20とが順次設けられている。
ところで、図6に示すように、流量検出用サーマルセンサ20によってガス集合管15内の流量が検出され、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が演算制御回路58に送られる。
一般に図2に示すように、一次圧P が二次圧P に比較してP ≧2×P の関係にあるとき、オリフィス22a,22bを通る気体の流速が音速となる音速領域に入る。この場合、上述した圧力式流量制御器30によって、ガス集合管15内の流量を適切に制御することができる。他方、一次圧P がP <2×P の関係にあるとき、音速領域外であるから圧力式流量制御器30による流量制御はむずかしい。
図6において、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が演算制御回路58に送られる。このことにより、運転開始直後のように、一次圧P が低い場合、演算制御回路58は圧力式流量制御はできないと判断し、一次圧P がP ≧2×P の関係を満たして音速領域に入った時点から上記の圧力式流量制御をスタートする。
なお、図6に示すように、演算制御回路58はコントロール弁23a,23bを駆動制御すると同時に、流量調整器16を制御して、ガス集合体15内の圧力を調整してガス集合体15内の流量調整を行なってもよい。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まずガス供給源11a,11bから異なガスが各々ガス導入管13a,13bへ供給され、ガス導入管13a,13bのガスはガス集合管15内へ導入されて合流する。ガス集合管15内の合流ガスはその後、流量調整器16、圧力検出器17、温度検出器18、流量検出用サーマルセンサ20を経て分岐されて分岐管21a,21b,21c,21dに至る。
分岐管21a,21b,21c,21d内に導入された合流ガスは、その後コントロール弁23a,23b,23c,23dおよびオリフィス22a,22b,22c,22dを経て対応する処理反応炉27a,27b,27c,27dに供給される。
以上のように本実施の形態によれば、圧力式流量制御器30は圧力検出器17と、分岐管21a,21b,21c,21dに設けられたコントロール弁23a,23b,23c,23dと、コントロール弁23a,23b,23c,23dの下流側のオリフィス22a,22b,22c,22dと、圧力検出器17からの検出圧力から流量を求める流量演算回路40と、流量設定回路52と、流量演算回路40からの流量と流量設定回路52からの流量設定値に基づいてコントロール弁23a,23b,23c,23dを制御する演算回路60とを有しているので、コントロール弁23a,23b,23c,23dおよびオリフィス22a,22b,22c,22dを圧力式流量制御器30内に組み込むことができ、圧力式流量制御器30を全体としてコンパクト化することができる。
また複数の処理反応炉27a,27b,27c,27dに対して一つの圧力式流量制御器30を設置すれば良いので、装置の設置コスト低減を図ることができる。
さらにまた、オリフィス22a,22b,22c,22dと処理反応炉27a,27b,27c,27dとの間の分岐管21a,21b,21c,21d内の圧力は二次圧P となっているので、オリフィス22a,22b,22c,22dと処理反応炉27a,27b,27c,27dとの間の分岐管21a,21b,21c,21dとして耐圧性管を用いる必要がなく、装置の設置コストが上昇することはない。
また図9(b)(c)に示すように、処理反応炉27a,27b,27c,27dのうち、処理反応炉27a〜27cを運転し、処理反応炉27dを待機状態とした後、処理反応炉27dの運転を開始する場合、コントロール弁23dを開く必要がある。このとき、ガス集合管15内の圧力低下が生じて処理反応炉27a〜27cへ供給されるガス流量に脈動が生じることが考えられる。(図9(b))。
これに対して本願発明によれば、制御回路30Aは電気/空圧調整部30Bを介してコントロール弁23a〜23dを開閉駆動するので、コントロール弁23a〜23dをソフトに動作させて処理反応炉27a〜27dへ供給されるガス流量に脈動が生じることはない。
第5の実施の形態
次に図10により本発明の第5の実施の形態について説明する。
図10に示す第5の実施の形態において、あるガス供給源(N ガス供給源)11aからのガス導入管にバイパス管70が接続され、このバイパス管70と各分岐管21a,21b,21c,21dとが連通管81a,81b,81c,81dにより連通されている。
またバイパス管70には追加流量調整部76と、追加圧力検出器77と、追加の流量検出用のサーマルセンサ80とが設けられ、各連通管81a,81b,81c,81dには各々追加コントロール弁83a,83b,83c,83dとオリフィス82a,82b,82c,82dが設けられている。
他の構成は図9(a)(b)(c)に示す第4の実施の形態と略同一である。
半導体製造装置用のガス供給装置10は、複数のガス供給源11a,11bと、各ガス供給源11a,11bに接続されたガス導入管13a,13bと、複数のガス導入管13a,13bが集合したガス集合管15と、ガス集合管15から分岐された複数の分岐管21a,21b,21c,21dであって各々が対応する処理反応炉27a,27b,27c,27dに接続された複数の分岐管21a,21b,21c,21dと、ガス集合管15および複数の分岐管21a,21b,21c,21dに跨って設けられた圧力式流量制御器30とを備えている。
このうちガス供給源11a,11bとしては、例えばガス供給源11aとしては不活性ガス供給源が考えられ、ガス供給源11bとしては処理ガス供給源が考えられる。
またガス供給源11a,11bからのガス導入管13a,13bに、各々ガス供給弁12a,12bが設けられている。
次に図10により、圧力式流量制御器30について、更に詳述する。圧力式流量制御器30は、図10に示すように、ガス集合管15に設けられた圧力検出器17と、各分岐管21a,21b,21c,21dに設けられたコントロール弁23a,23b,23c,23dと、各コントロール弁23a,23b,23c,23dの下流側に設けられたオリフィス22a,22b,22c,22dと、圧力検出器17からの検出圧力P に基づいて電気/空圧調整部30Bを介して各コントロール弁23a,23b,23c,23dを駆動制御する制御回路30Aとを備えている。
またガス集合管15には圧力検出器17の上流側に配置された流量調整器16と、圧力検出器17の下流側に配置された温度検出器18および流量検出用サーマルセンサ20とが順次設けられている。
ところで、図6に示すように、流量検出用サーマルセンサ20によってガス集合管15内の流量が検出され、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が演算制御回路58に送られる。
一般に図2に示すように、一次圧P が二次圧P に比較してP ≧2×P の関係にあるとき、オリフィス22a,22bを通る気体の流速が音速となる音速領域に入る。この場合、上述した圧力式流量制御器30によって、ガス集合管15内の流量を適切に制御することができる。他方、一次圧P がP <2×P の関係にあるとき、音速領域外であるから圧力式流量制御器30による流量制御はむずかしい。
図6において、サーマルセンサ20によって検出された検出流量が演算制御回路58に送られる。このことにより、運転開始直後のように、一次圧P が低い場合、演算制御回路58は圧力式流量制御はできないと判断し、一次圧P がP ≧2×P の関係を満たして音速領域に入った時点から上記の圧力式流量制御をスタートする。
なお、図6に示すように、演算制御回路58はコントロール弁23a,23bを駆動制御すると同時に、流量調整器16を制御して、ガス集合体15内の圧力を調整してガス集合体15内の流量調整を行なってもよい。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
まずガス供給源11a,11bから異なガスが各々ガス導入管13a,13bへ供給され、ガス導入管13a,13bのガスはガス集合管15内へ導入されて合流する。ガス集合管15内の合流ガスはその後、流量調整器16、圧力検出器17、温度検出器18、流量検出用サーマルセンサ20を経て分岐されて分岐管21a,21b,21c,21dに至る。
分岐管21a,21b,21c,21d内に導入された合流ガスは、その後コントロール弁23a,23b,23c,23dおよびオリフィス22a,22b,22c,22dを経て対応する処理反応炉27a,27b,27c,27dに供給される。
以上のように本実施の形態によれば、圧力式流量制御器30は圧力検出器17と、分岐管21a,21b,21c,21dに設けられたコントロール弁23a,23b,23c,23dと、コントロール弁23a,23b,23c,23dの下流側のオリフィス22a,22b,22c,22dと、圧力検出器17からの検出圧力から流量を求める流量演算回路40と、流量設定回路52と、流量演算回路40からの流量と流量設定回路52からの流量設定値に基づいてコントロール弁23a,23b,23c,23dを制御する演算回路60とを有しているので、コントロール弁23a,23b,23c,23dおよびオリフィス22a,22b,22c,22dを圧力式流量制御器30内に組み込むことができ、圧力式流量制御器30を全体としてコンパクト化することができる。
また複数の処理反応炉27a,27b,27c,27dに対して一つの圧力式流量制御器30を設置すれば良いので、装置の設置コスト低減を図ることができる。
さらにまた、オリフィス22a,22b,22c,22dと処理反応炉27a,27b,27c,27dとの間の分岐管21a,21b,21c,21d内の圧力は二次圧P となっているので、オリフィス22a,22b,22c,22dと処理反応炉27a,27b,27c,27dとの間の分岐管21a,21b,21c,21dとして耐圧性管を用いる必要がなく、装置の設置コストが上昇することはない。
また、制御回路30Aは電気/空圧調整部30Bを介してコントロール弁23a〜23dを開閉駆動するので、コントロール弁23a〜23dをソフトに動作させて、処理反応炉27a〜27dへ供給されるガス流量に脈動を生じさせることはない。
ところで図10において、コントロール弁23a〜23dを開とし、追加コントロール弁82b〜82dを閉として処理反応炉27a〜27dを運転させた状態から処理反応炉27aのみを停止させる場合、圧力式流量制御器30はコントロール弁23aを閉とする。次に追加コントロール弁82b〜82dを閉としたまま、追加コントロール弁82aのみを開とし、N ガス供給源11aからのN ガスをバイパス管70から連通管81aを経て処理反応炉27a内に導入することができる。
なお、追加コントロール弁82a〜82dの駆動制御を行なう場合、コントロール弁23a〜23dの駆動制御と同様に圧力式流量制御器30を設置し、この圧力式流量制御器30により追加コントロール弁82a〜82dを制御してもよく、追加サーマルセンサ80からの信号に基づいて図示しない制御部により追加コントロール弁82a〜82dを制御してもよい。
10 ガス供給装置
11a,11b ガス供給源
12a,12b ガス供給弁
13a,13b ガス導入管
15 ガス集合管
16 流量調整器
17 圧力検出器
18 温度検出器
20 流量検出用のサーマルセンサ
21a,21b 分岐管
22a,22b オリフィス
23a,23b コントロール弁
24a,24b 開閉弁
27a,27b 処理反応炉
30 圧力式流量制御器
30A 制御回路
40 流量演算回路
52 流量設定回路
58 演算制御回路

Claims (6)

  1. 複数の処理反応炉にガスを供給する半導体製造装置用のガス供給装置において、
    複数のガス供給源と、
    各ガス供給源に接続されたガス導入管と、
    複数のガス導入管が集合したガス集合管と、
    ガス集合管から分岐された複数の分岐管であって、各々が対応する処理反応炉に接続された複数の分岐管と、
    ガス集合管および複数の分岐管に設けられた圧力式流量抑制器とを備え、
    圧力式流量制御器はガス集合管に設けられた圧力検出器と、各分岐管に設けられたコントロール弁と、コントロール弁の下流側または上流側に設けられたオリフィスと、圧力検出器からの検出圧力Pから流量Qc=KP (Kは定数)を求める流量演算回路と、流量設定信号Qsを出力する流量設定回路と、流量演算回路からの流量Qcと流量設定回路からの流量設定信号Qsとに基づいて各コントロール弁を制御する演算制御回路とを有することを特徴とする半導体製造装置用のガス供給装置。
  2. 圧力式流量制御器はガス集合管に設けられた流量検出用のサーマルセンサを更に有し、サーマルセンサからの信号Qaが演算制御回路に送られて、この演算制御回路においてガス集合管内の圧力が音速領域であるか否か判定されることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  3. 複数のガス供給源のうちあるガス供給源のガス導入管にバイパス管が接続され、このバイパス管と各々の分岐管との間が連通管により連通されていることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  4. 各分岐管は枚葉クラスタ式の処理反応炉に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  5. 各分岐管はバッチ式の処理反応炉に接続されていることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
  6. 圧力式流量制御器は、演算制御回路と各コントロール弁との間に設けられた電気/空圧調整部を有することを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置用のガス供給装置。
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