JP4155653B2 - 混合ガス生成方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２種類のガスを設定混合比となるように簡易な構成でもって混合して、安定した混合比の混合ガスを、例えば、エピタキシャル装置等の所望のユースポイント（使用場所）へ供給する混合ガス生成方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体産業の分野においては、ガスを使用して半導体を処理することが頻繁に行われており、例えば、エピタキシャル装置を使用したシリコンエピタキシャルウェーハの製造工程では、エピタキシャル膜の抵抗率を制御するために、水素Ｈ２ガスで１００ｐｐｍ程度に希釈されたジボランガス（Ｂ２Ｈ６／Ｈ２）が広く使用されている。
【０００３】
図４はエピタキシャル装置にジボランガスを供給する一般的なシステムを示すもので、ガス供給源には水素Ｈ２ガスで１００ｐｐｍに希釈されたジボランガスが詰められたボンベ１が配置され、このボンベ１内の希釈ジボランガスはバルブ、フィルタ等の所要の要素が装備されて成る配管管路２通してユースポイント（使用場所）のエピタキシャル装置（図示せず）に供給される。
【０００４】
なお、図中、４は希釈ジボランガスのボンベ１の交換時等に配管管路２の所要部分を窒素ガスでパージするための窒素ガスが収容されたボンベである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、エピタキシャル装置を使用したシリコンエピタキシャルウェーハの製造においては、３ヶ月或いは４ヶ月の期間にわたって連続的に装置稼動を行い、この連続装置稼動期間が経過する毎に装置を一時的に停止する使用形態が取られている。図４のシステムを用いて、エピタキシャル膜の抵抗率制御を行う場合、ボンベ１のジボランガスはユースポイントで使用される濃度に合わせた１００ｐｐｍの希薄ガスが用いられているため、単位時間当たりの消費量が多く、前記連続装置稼動期間中にボンベ１を比較的頻繁に取り替える必要が生じている。
【０００６】
しかしながら、ボンベ１のジボランガスは製造ロットが異なることによってジボランガスの濃度に若干のばらつきがあり、ボンベ１の交換直後にジボランガスの濃度が変化するために、抵抗率の最適制御に支障が生じるという問題が発生する。
【０００７】
また、ボンベ１を交換するたびに汚染の可能性が生じ、半導体処理の品質上においても問題がある。
【０００８】
さらに、ボンベ１を頻繁に交換することは、その分、ボンベのコストが嵩み、製造コストが高くなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明者は、このような問題を解消するために、連続装置稼動期間中にボンベ１を交換しないで済む手法を鋭意研究し、その１つとして高濃度のジボランガスを希釈してエピタキシャル装置に導入する手法を検討した。この検討の手法は、高濃度のジボランガスを収容したボンベから高濃度のジボランガスを供給する管路と、水素ガスのボンベから希釈用の水素ガスを供給する管路とを合流させ、合流管路でジボランガスと水素ガスとを混合して設定濃度１００ｐｐｍの希釈ジボランガスを生成し、エピタキシャル装置側へ供給するようにしたもので、混合濃度の調整は、高濃度のジボランガスを供給する管路と、希釈用の水素ガスを供給する管路とにそれぞれ電気機械機構の流量制御手段を設置し、ジボランガスの流量と水素ガスの流量を制御して行うものである。
【００１０】
しかし、この手法は、濃度調整に流量制御手段を必要とするため装置構成が複雑となる上に、少なくとも一方の流量制御手段が故障した場合には設定濃度から大きくかけ離れた濃度のジボランガスがユースポイントに供給されてしまうという危険がある。さらに、電気機械機構の流量制御手段は、流量によって混合濃度をリニヤに制御することが難しく、このため、ジボランガスのユースポイントでレシピに応じて流量が変化すると、ジボランガスの混合濃度が変動するという不具合発生の虞が生じ、半導体処理（上記例では抵抗率制御）の品質精度が低下するという懸念が生じる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、連続装置稼動期間中にジボランガス等の供給ガス用ボンベの交換を避けて、ボンベ交換に起因する不具合現象の発生を防止でき、ユースポイントでガス流量が変化してもガス混合濃度が変動することなく、連続装置稼動期間の全期間にわたって一定の安定した混合濃度の処理ガスを供給することが可能であり、その上、装置構成の簡易化が可能な混合ガス生成方法およびその装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次にような構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、混合ガス生成方法の第１の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器とを用意し、前記第１の容器は１本以上の第１のパイプを用いて第３の容器に連通接続し、前記第２の容器は１本以上の第２のパイプを用いて第３の容器に連通接続し、前記第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側を低圧とする予め定められる所定の差圧を与えたときに第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数を設定しておき、第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側が低圧となる前記所定の差圧を与えた状態で、第１の容器の第１のガスと第２の容器の第２のガスを前記第１、第２のパイプを通して第３の容器に導入し、第３容器内に第１のガスと第２のガスとの設定混合比の混合ガスを生成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
また、混合ガス生成方法の第２の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器とを用意し、第１の容器と第２の各容器はそれぞれパイプを用いて第３の容器に連通接続し、第１の容器と第３の容器を連通接続するパイプと、第２の容器と第３の容器を連通接続するパイプとの本数比は第１のガスと第２のガスの設定混合比の割合とし、第１および第２の容器と第３の容器を連通接続する各パイプはそれぞれ同一内径、かつ、同一長さのパイプとし、第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側が低圧となる差圧を与えた状態で、前記第１の容器と第２の容器を同圧に保ちながら、第１の容器の第１のガスと第２の容器の第２のガスを前記パイプを通して第３の容器に導入し、第３容器内に第１のガスと第２のガスとの設定混合比の混合ガスを生成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、混合ガス生成装置の第１の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器と、前記第１の容器と第３の容器を連通接続する１本以上の第１のパイプと、前記第２の容器と第３の容器を連通接続する１本以上の第２のパイプとを備え、前記第１のパイプと第２のパイプは、第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように当該第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数が設定されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
さらに、混合ガス生成装置の第２の発明は、前記混合ガス生成装置の第１の発明の構成を備えたものにおいて、第１の容器と第２の容器の圧力を同一に調整する同圧調整手段を備え、前記第１のパイプと第２のパイプは、前記第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側を低圧とする同一の差圧を与えて第１の容器と第２の容器を同圧に保ったときに第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように当該第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数が設定されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、混合ガス生成装置の第３の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器と、前記第１および第２の各容器を第３の容器に連通接続するパイプと、前記第１の容器と第２の容器の圧力を同一に調整する同圧調整手段とを備え、第１の容器と第３の容器を連通接続するパイプと、第２の容器と第３の容器を連通接続するパイプとの本数比は第１のガスと第２のガスの設定混合比の割合とし、第１および第２の各容器と第３の容器を連通接続する各パイプはそれぞれ同一内径、かつ、同一長さのパイプとした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
さらに、混合ガス生成装置の第４の発明は、前記混合ガス生成装置の第２又は第３の発明の構成を備えたものにおいて、同圧調整手段は、両端閉鎖の伸縮自在の蛇腹状の筒壁と、この蛇腹状の筒壁内部空間を両端間のほぼ中間位置で気密に区分する隔壁とを有して構成され、前記隔壁で区分された筒壁内部空間の一方側の室は第１の容器に連通され、他方側の室は第２の容器に連通されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
さらに、混合ガス生成装置の第５の発明は、前記混合ガス生成装置の第４の発明の構成を備えたものにおいて隔壁は蛇腹状筒壁の筒長方向に往復移動自在にテーブル上に配置されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
本発明においては、予め設定される使用条件の下で、第１の容器と第３の容器を接続するパイプは設定混合比となる第１のガスの流量が流れるようにパイプの内径、長さおよび本数が設定されており、同様に、第２の容器と第３の容器を接続するパイプは設定混合比となる第２のガスの流量が流れるようにパイプの内径、長さおよび本数が設定されているので、第１の容器からパイプを通して供給される第１のガスと第２の容器からパイプを通して供給される第２のガスとを第３の容器に導入して混合させるだけで、設定混合比の混合ガスを生成することができる。
【００２０】
このように、本発明は、第１のガスと第２のガスを電気機械機構の流量制御手段によって流量制御することは全く必要としないので、流量制御手段の特性に影響されず、また、ユースポイントでのガス流量変化にも影響を受けずに安定した一定混合比（一定濃度）の混合ガスを連続的に供給可能となるものである。
【００２１】
特に、本発明では、第１のガスと第２のガスを混合して設定混合比の混合ガスを生成する構成としているので、例えば、第１のガスを高濃度のジボランガスとし、第２のガスを水素ガスとすることにより、高濃度のジボランガスを水素ガスで希釈して設定混合比の希薄濃度（例えば１００ｐｐｍ）のジボランガスをエピタキシャル装置に供給する形態を採り得るので、高濃度ジボランガスの単位時間当りの消費量を少なくでき、連続装置稼動期間中に第１の容器や第２の容器を交換することなく安定した一定濃度の希釈ジボランガスをエピタキシャル装置へ連続供給することができるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。図１は本発明に係る混合ガス生成装置１０の代表的な基本構成例を示すもので、混合ガス生成手段１０は、第１の容器としての第１のバッファタンク５と、第２の容器としての第２のバッファタンク６と、第３の容器としての第３のバッファタンク７と、同圧調整手段８と、第１のパイプ１１と、第２のパイプ１２とを有して構成されている。
【００２３】
第１のバッファタンク５には第１のガスとしての１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガス（水素で１０００ｐｐｍに希釈されたジボランガス）が収容されており、第２のバッファタンク６には第２のガスとしての水素ガスが収容されている。第３のバッファタンク７は第１のバッファタンク５から導入されるジボランガスと第２のバッファタンク６から導入される水素ガスとを設定混合比（この例ではジボランガス：水素ガス＝１：９）に混合して１００ｐｐｍの濃度の希薄ジボランガスを生成するものである。
【００２４】
前記第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７は１本の第１のパイプ１１によって連通接続されており、第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７は９本の第２のパイプ１２によって連通接続されている。図１の例では第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２は内径が同じであり、長さも同一長さに揃えられている。
【００２５】
同圧調整手段８は第１のバッファタンク５内の圧力と第２のバッファタンク６内の圧力を同圧に調整する機能を備えている。
【００２６】
この図１に示す構成において特徴的なことは、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２を、内径、長さを同じにした同一のパイプで構成し、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比をジボランガスと水素ガスの設定混合比に等しくするとともに、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の内部圧力を同一に設定したことである。
【００２７】
本発明者の検討によれば、第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７との差圧が第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７との差圧に等しいならば、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるガス量と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入されるガス量との比率（割合）は第１のパイプ１１の本数と第２のパイプ１２の本数との比率に等しくなることを実証している。
【００２８】
したがって、図１の構成とすることにより、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ１本の第１のパイプ１１を通してジボランガスを供給し、第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ９本の第２のパイプ１２を通して水素ガスを供給することにより、電気機械機構の流量制御手段を全く必要とせず、ジボランガス：水素ガス＝１：９の混合比の希釈ジボランガス（１００ｐｐｍの濃度のジボランガス）を該希釈ジボランガスのユースポイント（使用場所）でのガス流量の変化に影響を受けずに生成でき、一定混合比（一定濃度）の希釈ジボランガスを安定的にエピタキシャル装置へ供給できるものである。なお、図１中、１３は、生成された希釈ジボランガスの圧力変動を除去してエピタキシャル装置へ供給する希釈ジボランガスの圧力を安定化するバッファタンクであり、必要に応じ、このバッファタンク１３には使用した分の希釈ジボランガスを生成供給するための減圧弁が装備される。
【００２９】
次に本発明に係る混合ガス生成手段１０のより具体的な実施形態例を図２に基づき説明する。図２はエピタキシャル装置にジボランガスを供給するシステムを示すもので、このシステム中に本実施形態例の混合ガス生成手段１０が組み込まれている。なお、以下の説明において、前記図１および従来例の図４に示す構成要素に相当する要素には同一符号を付して、その重複説明は簡略化又は省略する。
【００３０】
図２において、ジボランガスの供給源には複数本（この図では４本）のボンベ９が配置され、この各ボンベ９には水素ガスで１０００ｐｐｍに希釈された高濃度ジボランガスが詰められている。各ボンベ９から送出されるジボランガスは配管管路２を通して混合ガス生成手段１０の第１のバッファタンク５へ導入される。
【００３１】
図２に示す実施形態例の混合ガス生成手段１０も前記図１に示した基本構成例と同様に第１の容器としての第１のバッファタンク５と、第２の容器としての第２のバッファタンク６と、第３の容器としての第３のバッファタンク７と、同圧調整手段８とを有しており、第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７は１本の第１のパイプ１１によって連通接続され、第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７は９本の第２のパイプ１２によって連通接続されている。第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２は同一のパイプであり、互いのパイプの内径、長さは等しくなっている。
【００３２】
前記第２のバッファタンク６には水素ガスの供給源から配管管路１４を通して水素ガスが導入されるようになっており、配管管路１４にはバルブ、フィルタ、逆止弁等の所要の要素が装備されている。
【００３３】
前記同圧調整手段８は様々な構成形態を採り得るが、図２に示す例ではベローズタイプのものが使用されている。このベローズタイプの同圧調整手段８の詳細は図３の（ａ）に示され、蛇腹状の筒壁１５を有している。この蛇腹状の筒壁１５は該筒壁１５の筒長方向に伸縮自在と成しており、筒壁１５の両端開口は閉鎖壁１６によって気密に閉鎖されている。そして、筒壁１５の内部空間は、筒長方向のほぼ中間位置で隔壁１７によって気密に区分（区画）され、左右２つの室２１ａ、２１ｂに分割されている。より詳細に説明すれば、蛇腹状の筒壁１５の両端を閉鎖壁１６、２２で閉鎖した筒状体を２個用意し、この２個の筒状体を閉鎖壁２２側で隔壁１７を介して連結一体化されている。勿論、この場合、閉鎖壁２２を省略し、筒壁１５の開口端側を直接或いはパッキン部材を介して隔壁１７に気密に連結したものでもよい。
【００３４】
前記両端の閉鎖壁１６にはそれぞれ連通管２２ａ、２２ｂが気密に接続されており、室２１ａは連通管２２ａを介して第２のバッファタンク６に連通接続され、室２１ｂは連通管２２ｂを介して第１のバッファタンク５に連通接続されている。
【００３５】
前記隔壁１７の下面には支持アーム１８が下方に向けて突設されており、支持アーム１８の下端は支持ベース１９に連結されている。この支持ベース１９の下面側には転動自在にボール又はコロ等の転動体２５が設けられており、この転動体２５を介して支持ベース１９はテーブル２０の上面に往復転動移動が自在に載置されている。
【００３６】
なお、この支持ベース１９はテーブル２０に対し、連係手段を介してスライド移動自在に配置することも可能である。この場合の連係手段としては、例えば、テーブル２０側にスライド用の溝やレールを設け、支持ベース１９側には、これら溝やレールにスライド自在に係合する手段を設けた構成とすることにより、係合手段を前記溝やレールに係合させて、隔壁１７を溝やレールに沿ってスライド移動させることができる。
【００３７】
図２に示す如く、前記連通管２２ａと２２ｂ間には差圧計２３が設けられ、この差圧計２３によって第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６との差圧が常時モニタされており、必要に応じ、差圧が許容値を越えたときに異常を知らせる報知手段が装備される。なお、この差圧計２３は省略される場合もある。また、必要に応じ、支持ベース１９の配置領域には、隔壁１７（支持ベース１９）の移動量を検出するセンサを設け、隔壁１７の移動量が許容値を越えたときに異常を知らせる報知手段が装備される。
【００３８】
前記第３のバッファタンク７の出側は配管管路２を介してバッファタンク１３に接続され、さらに、バッファタンク１３の吐出側は配管管路を介してエピタキシャル装置に連通接続されている。バッファタンク１３は前記図４に示したバッファタンク１３と同様に圧力変動（例えば脈圧）を防止して圧力の安定化を図るが、本実施形態例では、このバッファタンク１３に減圧弁を設け、エピタキシャル装置で使用される分の希釈ジボランガスを前記混合ガス生成手段１０で作り出して供給するようにしている。
【００３９】
次に、図２のシステムを用いたジボランガスの生成供給作用を説明する。まず、ジボランガスの供給源の４本のボンベ９が開けられ、各ボンベ９から送出される１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガス（水素ガスで希釈された高濃度ジボランガス）は配管管路２を通りながら合流して第１のバッファタンク５に導入される。一方、水素ガスは水素ガスの供給源から配管管路１４を通して第２のバッファタンク６に導入される。これにより、第１のバッファタンク５は高濃度ジボランガスで満たされ、第２のバッファタンク６は水素ガスで満たされた状態にある。
【００４０】
そして、第１のバッファタンク５のジボランガスは１本の第１のパイプ１１を通して第３のバッファタンク７へ導入され、同様に、第２のバッファタンク６の水素ガスは９本の第２のパイプ１２を通して第３のバッファタンク７へ導入される。このとき、第１のバッファタンク５内の圧力と第２のバッファタンク６内の圧力は同圧調整手段８により同圧に調整される。
【００４１】
すなわち、例えば、第１のバッファタンク５の圧力が第２のバッファタンク６の圧力よりも高くなると、図３の（ａ）において、室２１ｂが室２１ａよりも圧力が高くなるので、隔壁１７は室２１ａ側へ移動し、室２１ｂの容積は膨張（増加）方向へ、室２１ａの容積は圧縮（減少）方向に変化する。この容積変化により、室２１ａの圧力は増加し、室２１ｂの圧力は減少することとなる。隔壁１７の移動は、室２１ａと２１ｂの圧力が等しく平衡した位置で停止し、室２１ａと２１ｂの圧力、つまり、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の圧力は同一に調整される。第２のバッファタンク６の圧力が第１のバッファタンク５の圧力よりも高くなったときには、隔壁１７は逆方向に移動し、同様に第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の圧力が等圧に調整される。
【００４２】
上記のように、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の圧力が等圧に調整制御されるので、第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７の差圧は第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７との差圧に等しくなる。また、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２との内径および長さが同じであるので、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるジボランガスの量と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入される水素ガスの量は第１のパイプ１１と第２のパイプ１２との本数比の１：９となり、第１のバッファタンク５内の１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガスは第３のバッファタンク７内でユースポイントでの使用に適した１００ｐｐｍのジボランガスに希釈生成される。そして、希釈生成された１００ｐｐｍのジボランガスはバッファタンク１３を介してエピタキシャル装置へ導入され、エピタキシャル装置により、エピタキシャル膜の抵抗率制御が行われる。
【００４３】
本実施形態例によれば、高濃度のジボランガスを希釈生成してエピタキシャル装置へ供給可能な構成としたので、ジボランガスの供給源に例えば、１０００ｐｐｍという高濃度のジボランガスを詰めたボンベ９を使用することができる。このことにより、従来例の図４に示すような１００ｐｐｍのジボランガスを詰めたボンベ１を使用する場合に比べ、ボンベ内のジボランガスの単位時間当たりの消費量を少なくすることができ、連続装置稼動期間中にジボランガスのボンベを交換することを回避でき、ボンベ交換に伴う従来例の問題点を解消することができる。
【００４４】
特に、本実施形態例では、複数本（４本）の高濃度ジボランガスのボンベ９を同時使用しているので、ボンベ９を交換するまでの期間を十分に長くすることができる。また、複数本（４本）の高濃度ジボランガスのボンベ９を同時使用することによって、各ボンベ９間のジボランガス濃度のばらつきの影響を緩和することができる。すなわち、ジボランガスのボンベ９を１本ずつ取り替え使用する場合には、ボンベ９を交換した直後に濃度のばらつきが生じるが、複数本のボンベ９を同時使用することによって、送出されるガス濃度は各ボンベの濃度をほぼ平均化した濃度となる。したがって、ボンベの一括交換前後のガス濃度のばらつきを充分小さくでき、ボンベ９の交換に伴うガス濃度のばらつきの影響を緩和することができる。
【００４５】
さらに、前記のように、ボンベ９の交換の頻度を少なくできるので、その分、ボンベの大幅なコスト節減を図ることが可能となる。特に、現在の市場においては、ジボランガスの価格はガス濃度の違いによって殆ど差がないので、ボンベのコスト削減による利益は大である。
【００４６】
ところで、厳密には、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるジボランガスの量（流量）と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入される水素ガスの量（流量）はガスの分子量にも依存するが、第１のバッファタンク５内の１０００ｐｐｍのジボランガスは水素ガスをマザーガス（希釈用のガス）としているので、ジボランガス中の大部分の成分が水素ガスで占められているので、水素ガスとジボランガスとの間に分子量の差が殆どなく分子量の違いによるジボランガスと水素ガスの混合比のずれ（設定混合比に対するずれ）の影響は無視することができる。
【００４７】
さらに言及すれば、エピタキシャル装置を使用してエピタキシャル膜の抵抗率制御を行う場合、エピタキシャル装置に供給されるジボランガスに要求される最も重要な条件は、ガス濃度の変動のない一定濃度のガスが安定して供給されることである。極端に言えば、エピタキシャル装置に供給されるジボランガスの濃度が設定混合比（設定混合濃度）から多少マイナス側或いはプラス側にずれていてもそのずれ量が一定であれば特に問題にはならない。
【００４８】
なぜならば、エピタキシャル装置には導入されるガス（ジボランガス）の流量を制御する手段が備えられており、エピタキシャル膜の抵抗率を制御する場合、供給されるジボランガスの混合比がマイナス側にずれていたとき（ジボランガスの濃度が設定濃度よりも低めにずれていたとき）には流量をそれに応じ所定量増加側に変位制御すれば足り、その逆に、供給されるジボランガスの混合比がプラス側にずれていたとき（ジボランガスの濃度が設定濃度よりも高めにずれていたとき）には流量をそれに応じ所定量減少側に変位制御すれば足りるからである。
【００４９】
これに対し、エピタキシャル装置に供給されるジボランガスの混合比が時間的に変化してしまうと、その混合比の変化に対応して流量を抵抗率制御に適合するように可変制御することは困難となり、抵抗率制御の品質精度が低下するという問題が生じてしまう。この点、本実施形態例において、たとえジボランガスの混合比が設定混合比からずれたとしても、そのずれの要因は、第１のパイプ１１および第２のパイプ１２の内径、長さの誤差、水素ガスとジボランガスの分子量の違い等によって生じるものであり、その要因による混合比のずれは時間的に変化することはなく設定混合比に対してマイナス或いはプラスの一方側に一定量だけずれる形態となるので、そのずれの影響は前記の如くエピタキシャル装置側の流量制御によって解消されることとなり、特に問題となることはない。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく他の様々な実施の形態を採り得る。例えば上記実施形態例では、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２を同一内径、かつ、同一長とし、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比をジボランガスと水素ガスの混合比に等しくなるように設定したが、かならずしも第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の寸法、本数比をこのように限定しなくてもよく、要は、第１のバッファタンク（第１の容器）５と第３のバッファタンク（第３の容器）７間の差圧および第２のバッファタンク（第２の容器）６と第３のバッファタンク７間の差圧が既知の値として設定されている条件の下で、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるジボランガス（第１のガス）の流量と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入される水素ガス（第２のガス）の流量の比が予め設定されるその設定混合比となるように第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の寸法（内径や長さ）、本数が設定されていればよく、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６とを必ずしも同圧に調整しなくてもよい（この場合は同圧調整手段８を省略可能である）。
【００５１】
ただし、本実施形態例の如く、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６を同圧に調整し、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２を同一内径、かつ、同一長とすることにより、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比をジボランガスと水素ガスの混合比に等しくなるように設定できることとなり、しかも、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２を同じパイプで構成できるので、装置の配管施工を簡易化でき、その施工作業の効率化を図ることができる。
【００５２】
さらに、上記実施形態例では、同圧調整手段８を、図３の（ａ）に示すような、蛇腹状の筒壁１５を用いて構成したが、例えば、同図の（ｂ）に示すように、シリンダ状の内部空間の中間部をダイアフラム２３で区分し、室２１ｂは連通管２２ｂを介して第１のバッファタンク５に連通し、室２１ａは連通管２２ａを介して第２のバッファタンク６に連通するようにしてもよく、あるいは、図３の（ｂ）のダイアフラム２３の代わりにシリンダ内周面との間にＯリング等のパッキンを介して気密摺動するピストンをシリンダ室内に収容したものでもよい。ただし、室２１ａ、２１ｂ間を隔壁１７やダイアフラム２３で区画することにより、室２１ａ側のガスと室２１ｂ側のガスとの完璧な遮断が達成できるので、ガス混入による汚染を完全に防止できるという効果が得られこととなり、また、図３の（ｂ）のように、シリンダ室をダイアフラム２３で区分したものよりも、図３の（ａ）のように、蛇腹状の筒室空間を隔壁１７で区分したものの方が隔壁１７の往復移動範囲を大きく、つまり、圧力調整範囲を広くできるので、好ましくは、蛇腹状の筒室空間を隔壁１７で区分したものの方が望ましい。
【００５３】
さらに、上記実施形態例では、ジボランガス（第１のガス）と水素ガス（第２のガス）の２種類のガスの混合を例にして説明したが、本発明は、３種類以上のガス混合を行う場合にも適用されるものである。このばあいも、混合される各ガスが収容されている各バッファタンク（容器）と混合ガスが収容されるバッファタンク（容器）間を、混合比に応じたガス流量が得られるように寸法（内径や長さ）、本数を設定したパイプで連通接続すればよく、より好ましくは、混合される各ガスが収容されている各バッファタンク（容器）間に同圧調整手段８を設けて、該各バッファタンクの圧力を同圧に調整し、混合される各ガスが収容されている各バッファタンクと混合ガスが収容されるバッファタンク（容器）とを、内径と長さが同じパイプを用い混合比に応じた（混合比に等しい）本数比のパイプで連通接続すればよい。
【００５４】
さらに、上記実施形態例では、ジボランガス供給源のボンベ９から第１のバッファタンク５へ高濃度ジボランガスを供給するようにしたが、第１のバッファタンク５を高濃度ジボランガスが収容されたボンベ９で置き換え、このボンベ９を第１の容器として機能させてもよい。同様に水素ガス側も、第２のバッファタンク６を水素ガス供給源のボンベ等の容器に置き換え、この供給源の容器を第２の容器として機能させてもよい。また、上記実施形態例では、ボンベ９のジボランガスの濃度を１０００ｐｐｍの濃度としたが、それ以外の濃度でもよく、希釈されたガスでなく純ガスとしてもよい。望ましくは、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比が整数比となるような設定ガス混合比が得られるようにボンベ９のジボランガスの濃度を定めるのが好ましい。
【００５５】
さらに、上記実施形態例では、エピタキシャル膜の抵抗率制御を例にして説明したが、本発明は、それ以外の半導体製造の分野での混合ガスの生成に適用されることはもちろんのこと、半導体製造以外の混合ガスの生成分野に適用されるものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、第１のガスが収容されている第１の容器および第２のガスが収容されている第２の容器をそれぞれパイプで第３の容器と連通接続する構成とし、第１の容器と第３の容器を接続するパイプ（第１のパイプ）と、第２の容器と第３の容器を接続するパイプ（第２のパイプ）とは、その第１のパイプを流れる第１のガスの流量と第２のパイプを流れる第２のガスの流量とが第１のガスと第２のガスとの設定混合比となるように本数および寸法（内径および長さ）が設定されているので、電気機械機構の流量制御手段を必要とすることなく、単に第１の容器と第２の容器から対応するパイプを通してガスを第３の容器へ導入するだけで、第３の容器内に第１のガスと第２のガスの設定混合比の一定濃度の混合ガスを容易に生成することが可能である。
【００５７】
このように本発明は、電気機械機構の流量制御手段を必要としないので、これら電気機械機構の流量制御手段がもつガス流量と混合濃度の非リニヤ制御特性の影響を受けることなく、ユースポイントでのガス流量変化に左右されずに時間的に変化することのない常時一定濃度の混合ガスを連続的に連続装置稼動期間にわたって安定供給できるという効果を奏する。また、電気機械機構の流量制御手段を必要としないので、その分、装置構成の簡易化を達成できる。
【００５８】
特に、第１の容器と第２の容器を同圧調整手段を用いて同圧に調整し、第１のパイプと第２のパイプを同じ（内径、長さが同じ）パイプで構成して、第１のパイプと第２のパイプの本数比を第１のガスと第２のガスとの設定混合比に一致するようにした発明にあっては、装置構成をより明確化でき、第１の容器と第２の容器を同じパイプを用いて第３の容器に接続すればよいので、装置の配管施工が簡単となり、その施工の作業効率を高めることができる。
【００５９】
さらに、本発明において、第１のガスを高濃度ジボランガスとし、第２のガスを水素ガスとし、高濃度ジボランガスと水素ガスを混合した希釈ジボランガスを第３のガスとしてエピタキシャル装置へ供給し、エピタキシャル膜の抵抗率制御を行う使用形態に適用した場合、第１の容器に高濃度ジボランガスを収容し、この高濃度ジボランガスを水素ガスで希釈してユースポイントへ供給するシステム形態を採り得るので、従来例のようにユースポイントでの使用濃度に等しい希薄濃度のジボランガスをボンベからエピタキシャル装置へ供給する場合に比べ、ボンベから高濃度のジボランガスを第１の容器へ供給する方式を採り得る本発明の方が、ボンベ内のジボランガスの単位時間当たりのガスの消費量を格段に少なくできる。
【００６０】
従って、本発明の構成とすることにより、エピタキシャル装置の連続装置稼動期間中にジボランガスのボンベ交換をすることがなくなり、ボンベ交換の直後にジボランガスの濃度変化が生じて抵抗率制御に支障を来たすというボンベ交換に起因する従来の問題点を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態例の混合ガス生成装置を含むジボランガス供給システムの説明図である。
【図３】本実施形態例の混合ガス生成装置を構成する同圧調整手段の構成例の説明図である。
【図４】ジボランガス供給システムの従来例の説明図である。
【符号の説明】
５ 第１のバッファタンク
６ 第２のバッファタンク
７ 第３のバッファタンク
８ 同圧調整手段
１０ 混合ガス生成装置
１１ 第１のパイプ
１２ 第２のパイプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２種類のガスを設定混合比となるように簡易な構成でもって混合して、安定した混合比の混合ガスを、例えば、エピタキシャル装置等の所望のユースポイント（使用場所）へ供給する混合ガス生成方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体産業の分野においては、ガスを使用して半導体を処理することが頻繁に行われており、例えば、エピタキシャル装置を使用したシリコンエピタキシャルウェーハの製造工程では、エピタキシャル膜の抵抗率を制御するために、水素Ｈ２ガスで１００ｐｐｍ程度に希釈されたジボランガス（Ｂ２Ｈ６／Ｈ２）が広く使用されている。
【０００３】
図４はエピタキシャル装置にジボランガスを供給する一般的なシステムを示すもので、ガス供給源には水素Ｈ２ガスで１００ｐｐｍに希釈されたジボランガスが詰められたボンベ１が配置され、このボンベ１内の希釈ジボランガスはバルブ、フィルタ等の所要の要素が装備されて成る配管管路２通してユースポイント（使用場所）のエピタキシャル装置（図示せず）に供給される。
【０００４】
なお、図中、４は希釈ジボランガスのボンベ１の交換時等に配管管路２の所要部分を窒素ガスでパージするための窒素ガスが収容されたボンベである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、エピタキシャル装置を使用したシリコンエピタキシャルウェーハの製造においては、３ヶ月或いは４ヶ月の期間にわたって連続的に装置稼動を行い、この連続装置稼動期間が経過する毎に装置を一時的に停止する使用形態が取られている。図４のシステムを用いて、エピタキシャル膜の抵抗率制御を行う場合、ボンベ１のジボランガスはユースポイントで使用される濃度に合わせた１００ｐｐｍの希薄ガスが用いられているため、単位時間当たりの消費量が多く、前記連続装置稼動期間中にボンベ１を比較的頻繁に取り替える必要が生じている。
【０００６】
しかしながら、ボンベ１のジボランガスは製造ロットが異なることによってジボランガスの濃度に若干のばらつきがあり、ボンベ１の交換直後にジボランガスの濃度が変化するために、抵抗率の最適制御に支障が生じるという問題が発生する。
【０００７】
また、ボンベ１を交換するたびに汚染の可能性が生じ、半導体処理の品質上においても問題がある。
【０００８】
さらに、ボンベ１を頻繁に交換することは、その分、ボンベのコストが嵩み、製造コストが高くなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明者は、このような問題を解消するために、連続装置稼動期間中にボンベ１を交換しないで済む手法を鋭意研究し、その１つとして高濃度のジボランガスを希釈してエピタキシャル装置に導入する手法を検討した。この検討の手法は、高濃度のジボランガスを収容したボンベから高濃度のジボランガスを供給する管路と、水素ガスのボンベから希釈用の水素ガスを供給する管路とを合流させ、合流管路でジボランガスと水素ガスとを混合して設定濃度１００ｐｐｍの希釈ジボランガスを生成し、エピタキシャル装置側へ供給するようにしたもので、混合濃度の調整は、高濃度のジボランガスを供給する管路と、希釈用の水素ガスを供給する管路とにそれぞれ電気機械機構の流量制御手段を設置し、ジボランガスの流量と水素ガスの流量を制御して行うものである。
【００１０】
しかし、この手法は、濃度調整に流量制御手段を必要とするため装置構成が複雑となる上に、少なくとも一方の流量制御手段が故障した場合には設定濃度から大きくかけ離れた濃度のジボランガスがユースポイントに供給されてしまうという危険がある。さらに、電気機械機構の流量制御手段は、流量によって混合濃度をリニヤに制御することが難しく、このため、ジボランガスのユースポイントでレシピに応じて流量が変化すると、ジボランガスの混合濃度が変動するという不具合発生の虞が生じ、半導体処理（上記例では抵抗率制御）の品質精度が低下するという懸念が生じる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、連続装置稼動期間中にジボランガス等の供給ガス用ボンベの交換を避けて、ボンベ交換に起因する不具合現象の発生を防止でき、ユースポイントでガス流量が変化してもガス混合濃度が変動することなく、連続装置稼動期間の全期間にわたって一定の安定した混合濃度の処理ガスを供給することが可能であり、その上、装置構成の簡易化が可能な混合ガス生成方法およびその装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次にような構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、混合ガス生成方法の第１の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器とを用意し、前記第１の容器は１本以上の第１のパイプを用いて第３の容器に連通接続し、前記第２の容器は１本以上の第２のパイプを用いて第３の容器に連通接続し、前記第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側を低圧とする予め定められる所定の差圧を与えたときに第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数を設定しておき、第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側が低圧となる前記所定の差圧を与えた状態で、第１の容器の第１のガスと第２の容器の第２のガスを前記第１、第２のパイプを通して第３の容器に導入し、第３容器内に第１のガスと第２のガスとの設定混合比の混合ガスを生成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
また、混合ガス生成方法の第２の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器とを用意し、第１の容器と第２の各容器はそれぞれパイプを用いて第３の容器に連通接続し、第１の容器と第３の容器を連通接続するパイプと、第２の容器と第３の容器を連通接続するパイプとの本数比は第１のガスと第２のガスの設定混合比の割合とし、第１および第２の容器と第３の容器を連通接続する各パイプはそれぞれ同一内径、かつ、同一長さのパイプとし、第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側が低圧となる差圧を与えた状態で、前記第１の容器と第２の容器を同圧に保ちながら、第１の容器の第１のガスと第２の容器の第２のガスを前記パイプを通して第３の容器に導入し、第３容器内に第１のガスと第２のガスとの設定混合比の混合ガスを生成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、混合ガス生成装置の第１の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器と、前記第１の容器と第３の容器を連通接続する１本以上の第１のパイプと、前記第２の容器と第３の容器を連通接続する１本以上の第２のパイプとを備え、前記第１のパイプと第２のパイプは、第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように当該第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数が設定されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
さらに、混合ガス生成装置の第２の発明は、前記混合ガス生成装置の第１の発明の構成を備えたものにおいて、第１の容器と第２の容器の圧力を同一に調整する同圧調整手段を備え、前記第１のパイプと第２のパイプは、前記第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側を低圧とする同一の差圧を与えて第１の容器と第２の容器を同圧に保ったときに第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように当該第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数が設定されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、混合ガス生成装置の第３の発明は、第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容される第３の容器と、前記第１および第２の各容器を第３の容器に連通接続するパイプと、前記第１の容器と第２の容器の圧力を同一に調整する同圧調整手段とを備え、第１の容器と第３の容器を連通接続するパイプと、第２の容器と第３の容器を連通接続するパイプとの本数比は第１のガスと第２のガスの設定混合比の割合とし、第１および第２の各容器と第３の容器を連通接続する各パイプはそれぞれ同一内径、かつ、同一長さのパイプとした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
さらに、混合ガス生成装置の第４の発明は、前記混合ガス生成装置の第２又は第３の発明の構成を備えたものにおいて、同圧調整手段は、両端閉鎖の伸縮自在の蛇腹状の筒壁と、この蛇腹状の筒壁内部空間を両端間のほぼ中間位置で気密に区分する隔壁とを有して構成され、前記隔壁で区分された筒壁内部空間の一方側の室は第１の容器に連通され、他方側の室は第２の容器に連通されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
さらに、混合ガス生成装置の第５の発明は、前記混合ガス生成装置の第４の発明の構成を備えたものにおいて隔壁は蛇腹状筒壁の筒長方向に往復移動自在にテーブル上に配置されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
本発明においては、予め設定される使用条件の下で、第１の容器と第３の容器を接続するパイプは設定混合比となる第１のガスの流量が流れるようにパイプの内径、長さおよび本数が設定されており、同様に、第２の容器と第３の容器を接続するパイプは設定混合比となる第２のガスの流量が流れるようにパイプの内径、長さおよび本数が設定されているので、第１の容器からパイプを通して供給される第１のガスと第２の容器からパイプを通して供給される第２のガスとを第３の容器に導入して混合させるだけで、設定混合比の混合ガスを生成することができる。
【００２０】
このように、本発明は、第１のガスと第２のガスを電気機械機構の流量制御手段によって流量制御することは全く必要としないので、流量制御手段の特性に影響されず、また、ユースポイントでのガス流量変化にも影響を受けずに安定した一定混合比（一定濃度）の混合ガスを連続的に供給可能となるものである。
【００２１】
特に、本発明では、第１のガスと第２のガスを混合して設定混合比の混合ガスを生成する構成としているので、例えば、第１のガスを高濃度のジボランガスとし、第２のガスを水素ガスとすることにより、高濃度のジボランガスを水素ガスで希釈して設定混合比の希薄濃度（例えば１００ｐｐｍ）のジボランガスをエピタキシャル装置に供給する形態を採り得るので、高濃度ジボランガスの単位時間当りの消費量を少なくでき、連続装置稼動期間中に第１の容器や第２の容器を交換することなく安定した一定濃度の希釈ジボランガスをエピタキシャル装置へ連続供給することができるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。図１は本発明に係る混合ガス生成装置１０の代表的な基本構成例を示すもので、混合ガス生成手段１０は、第１の容器としての第１のバッファタンク５と、第２の容器としての第２のバッファタンク６と、第３の容器としての第３のバッファタンク７と、同圧調整手段８と、第１のパイプ１１と、第２のパイプ１２とを有して構成されている。
【００２３】
第１のバッファタンク５には第１のガスとしての１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガス（水素で１０００ｐｐｍに希釈されたジボランガス）が収容されており、第２のバッファタンク６には第２のガスとしての水素ガスが収容されている。第３のバッファタンク７は第１のバッファタンク５から導入されるジボランガスと第２のバッファタンク６から導入される水素ガスとを設定混合比（この例ではジボランガス：水素ガス＝１：９）に混合して１００ｐｐｍの濃度の希薄ジボランガスを生成するものである。
【００２４】
前記第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７は１本の第１のパイプ１１によって連通接続されており、第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７は９本の第２のパイプ１２によって連通接続されている。図１の例では第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２は内径が同じであり、長さも同一長さに揃えられている。
【００２５】
同圧調整手段８は第１のバッファタンク５内の圧力と第２のバッファタンク６内の圧力を同圧に調整する機能を備えている。
【００２６】
この図１に示す構成において特徴的なことは、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２を、内径、長さを同じにした同一のパイプで構成し、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比をジボランガスと水素ガスの設定混合比に等しくするとともに、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の内部圧力を同一に設定したことである。
【００２７】
本発明者の検討によれば、第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７との差圧が第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７との差圧に等しいならば、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるガス量と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入されるガス量との比率（割合）は第１のパイプ１１の本数と第２のパイプ１２の本数との比率に等しくなることを実証している。
【００２８】
したがって、図１の構成とすることにより、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ１本の第１のパイプ１１を通してジボランガスを供給し、第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ９本の第２のパイプ１２を通して水素ガスを供給することにより、電気機械機構の流量制御手段を全く必要とせず、ジボランガス：水素ガス＝１：９の混合比の希釈ジボランガス（１００ｐｐｍの濃度のジボランガス）を該希釈ジボランガスのユースポイント（使用場所）でのガス流量の変化に影響を受けずに生成でき、一定混合比（一定濃度）の希釈ジボランガスを安定的にエピタキシャル装置へ供給できるものである。なお、図１中、１３は、生成された希釈ジボランガスの圧力変動を除去してエピタキシャル装置へ供給する希釈ジボランガスの圧力を安定化するバッファタンクであり、必要に応じ、このバッファタンク１３には使用した分の希釈ジボランガスを生成供給するための減圧弁が装備される。
【００２９】
次に本発明に係る混合ガス生成手段１０のより具体的な実施形態例を図２に基づき説明する。図２はエピタキシャル装置にジボランガスを供給するシステムを示すもので、このシステム中に本実施形態例の混合ガス生成手段１０が組み込まれている。なお、以下の説明において、前記図１および従来例の図４に示す構成要素に相当する要素には同一符号を付して、その重複説明は簡略化又は省略する。
【００３０】
図２において、ジボランガスの供給源には複数本（この図では４本）のボンベ９が配置され、この各ボンベ９には水素ガスで１０００ｐｐｍに希釈された高濃度ジボランガスが詰められている。各ボンベ９から送出されるジボランガスは配管管路２を通して混合ガス生成手段１０の第１のバッファタンク５へ導入される。
【００３１】
図２に示す実施形態例の混合ガス生成手段１０も前記図１に示した基本構成例と同様に第１の容器としての第１のバッファタンク５と、第２の容器としての第２のバッファタンク６と、第３の容器としての第３のバッファタンク７と、同圧調整手段８とを有しており、第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７は１本の第１のパイプ１１によって連通接続され、第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７は９本の第２のパイプ１２によって連通接続されている。第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２は同一のパイプであり、互いのパイプの内径、長さは等しくなっている。
【００３２】
前記第２のバッファタンク６には水素ガスの供給源から配管管路１４を通して水素ガスが導入されるようになっており、配管管路１４にはバルブ、フィルタ、逆止弁等の所要の要素が装備されている。
【００３３】
前記同圧調整手段８は様々な構成形態を採り得るが、図２に示す例ではベローズタイプのものが使用されている。このベローズタイプの同圧調整手段８の詳細は図３の（ａ）に示され、蛇腹状の筒壁１５を有している。この蛇腹状の筒壁１５は該筒壁１５の筒長方向に伸縮自在と成しており、筒壁１５の両端開口は閉鎖壁１６によって気密に閉鎖されている。そして、筒壁１５の内部空間は、筒長方向のほぼ中間位置で隔壁１７によって気密に区分（区画）され、左右２つの室２１ａ、２１ｂに分割されている。より詳細に説明すれば、蛇腹状の筒壁１５の両端を閉鎖壁１６、２２で閉鎖した筒状体を２個用意し、この２個の筒状体を閉鎖壁２２側で隔壁１７を介して連結一体化されている。勿論、この場合、閉鎖壁２２を省略し、筒壁１５の開口端側を直接或いはパッキン部材を介して隔壁１７に気密に連結したものでもよい。
【００３４】
前記両端の閉鎖壁１６にはそれぞれ連通管２２ａ、２２ｂが気密に接続されており、室２１ａは連通管２２ａを介して第２のバッファタンク６に連通接続され、室２１ｂは連通管２２ｂを介して第１のバッファタンク５に連通接続されている。
【００３５】
前記隔壁１７の下面には支持アーム１８が下方に向けて突設されており、支持アーム１８の下端は支持ベース１９に連結されている。この支持ベース１９の下面側には転動自在にボール又はコロ等の転動体２５が設けられており、この転動体２５を介して支持ベース１９はテーブル２０の上面に往復転動移動が自在に載置されている。
【００３６】
なお、この支持ベース１９はテーブル２０に対し、連係手段を介してスライド移動自在に配置することも可能である。この場合の連係手段としては、例えば、テーブル２０側にスライド用の溝やレールを設け、支持ベース１９側には、これら溝やレールにスライド自在に係合する手段を設けた構成とすることにより、係合手段を前記溝やレールに係合させて、隔壁１７を溝やレールに沿ってスライド移動させることができる。
【００３７】
図２に示す如く、前記連通管２２ａと２２ｂ間には差圧計２３が設けられ、この差圧計２３によって第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６との差圧が常時モニタされており、必要に応じ、差圧が許容値を越えたときに異常を知らせる報知手段が装備される。なお、この差圧計２３は省略される場合もある。また、必要に応じ、支持ベース１９の配置領域には、隔壁１７（支持ベース１９）の移動量を検出するセンサを設け、隔壁１７の移動量が許容値を越えたときに異常を知らせる報知手段が装備される。
【００３８】
前記第３のバッファタンク７の出側は配管管路２を介してバッファタンク１３に接続され、さらに、バッファタンク１３の吐出側は配管管路を介してエピタキシャル装置に連通接続されている。バッファタンク１３は前記図４に示したバッファタンク１３と同様に圧力変動（例えば脈圧）を防止して圧力の安定化を図るが、本実施形態例では、このバッファタンク１３に減圧弁を設け、エピタキシャル装置で使用される分の希釈ジボランガスを前記混合ガス生成手段１０で作り出して供給するようにしている。
【００３９】
次に、図２のシステムを用いたジボランガスの生成供給作用を説明する。まず、ジボランガスの供給源の４本のボンベ９が開けられ、各ボンベ９から送出される１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガス（水素ガスで希釈された高濃度ジボランガス）は配管管路２を通りながら合流して第１のバッファタンク５に導入される。一方、水素ガスは水素ガスの供給源から配管管路１４を通して第２のバッファタンク６に導入される。これにより、第１のバッファタンク５は高濃度ジボランガスで満たされ、第２のバッファタンク６は水素ガスで満たされた状態にある。
【００４０】
そして、第１のバッファタンク５のジボランガスは１本の第１のパイプ１１を通して第３のバッファタンク７へ導入され、同様に、第２のバッファタンク６の水素ガスは９本の第２のパイプ１２を通して第３のバッファタンク７へ導入される。このとき、第１のバッファタンク５内の圧力と第２のバッファタンク６内の圧力は同圧調整手段８により同圧に調整される。
【００４１】
すなわち、例えば、第１のバッファタンク５の圧力が第２のバッファタンク６の圧力よりも高くなると、図３の（ａ）において、室２１ｂが室２１ａよりも圧力が高くなるので、隔壁１７は室２１ａ側へ移動し、室２１ｂの容積は膨張（増加）方向へ、室２１ａの容積は圧縮（減少）方向に変化する。この容積変化により、室２１ａの圧力は増加し、室２１ｂの圧力は減少することとなる。隔壁１７の移動は、室２１ａと２１ｂの圧力が等しく平衡した位置で停止し、室２１ａと２１ｂの圧力、つまり、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の圧力は同一に調整される。第２のバッファタンク６の圧力が第１のバッファタンク５の圧力よりも高くなったときには、隔壁１７は逆方向に移動し、同様に第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の圧力が等圧に調整される。
【００４２】
上記のように、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６の圧力が等圧に調整制御されるので、第１のバッファタンク５と第３のバッファタンク７の差圧は第２のバッファタンク６と第３のバッファタンク７との差圧に等しくなる。また、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２との内径および長さが同じであるので、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるジボランガスの量と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入される水素ガスの量は第１のパイプ１１と第２のパイプ１２との本数比の１：９となり、第１のバッファタンク５内の１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガスは第３のバッファタンク７内でユースポイントでの使用に適した１００ｐｐｍのジボランガスに希釈生成される。そして、希釈生成された１００ｐｐｍのジボランガスはバッファタンク１３を介してエピタキシャル装置へ導入され、エピタキシャル装置により、エピタキシャル膜の抵抗率制御が行われる。
【００４３】
本実施形態例によれば、高濃度のジボランガスを希釈生成してエピタキシャル装置へ供給可能な構成としたので、ジボランガスの供給源に例えば、１０００ｐｐｍという高濃度のジボランガスを詰めたボンベ９を使用することができる。このことにより、従来例の図４に示すような１００ｐｐｍのジボランガスを詰めたボンベ１を使用する場合に比べ、ボンベ内のジボランガスの単位時間当たりの消費量を少なくすることができ、連続装置稼動期間中にジボランガスのボンベを交換することを回避でき、ボンベ交換に伴う従来例の問題点を解消することができる。
【００４４】
特に、本実施形態例では、複数本（４本）の高濃度ジボランガスのボンベ９を同時使用しているので、ボンベ９を交換するまでの期間を十分に長くすることができる。また、複数本（４本）の高濃度ジボランガスのボンベ９を同時使用することによって、各ボンベ９間のジボランガス濃度のばらつきの影響を緩和することができる。すなわち、ジボランガスのボンベ９を１本ずつ取り替え使用する場合には、ボンベ９を交換した直後に濃度のばらつきが生じるが、複数本のボンベ９を同時使用することによって、送出されるガス濃度は各ボンベの濃度をほぼ平均化した濃度となる。したがって、ボンベの一括交換前後のガス濃度のばらつきを充分小さくでき、ボンベ９の交換に伴うガス濃度のばらつきの影響を緩和することができる。
【００４５】
さらに、前記のように、ボンベ９の交換の頻度を少なくできるので、その分、ボンベの大幅なコスト節減を図ることが可能となる。特に、現在の市場においては、ジボランガスの価格はガス濃度の違いによって殆ど差がないので、ボンベのコスト削減による利益は大である。
【００４６】
ところで、厳密には、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるジボランガスの量（流量）と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入される水素ガスの量（流量）はガスの分子量にも依存するが、第１のバッファタンク５内の１０００ｐｐｍのジボランガスは水素ガスをマザーガス（希釈用のガス）としているので、ジボランガス中の大部分の成分が水素ガスで占められているので、水素ガスとジボランガスとの間に分子量の差が殆どなく分子量の違いによるジボランガスと水素ガスの混合比のずれ（設定混合比に対するずれ）の影響は無視することができる。
【００４７】
さらに言及すれば、エピタキシャル装置を使用してエピタキシャル膜の抵抗率制御を行う場合、エピタキシャル装置に供給されるジボランガスに要求される最も重要な条件は、ガス濃度の変動のない一定濃度のガスが安定して供給されることである。極端に言えば、エピタキシャル装置に供給されるジボランガスの濃度が設定混合比（設定混合濃度）から多少マイナス側或いはプラス側にずれていてもそのずれ量が一定であれば特に問題にはならない。
【００４８】
なぜならば、エピタキシャル装置には導入されるガス（ジボランガス）の流量を制御する手段が備えられており、エピタキシャル膜の抵抗率を制御する場合、供給されるジボランガスの混合比がマイナス側にずれていたとき（ジボランガスの濃度が設定濃度よりも低めにずれていたとき）には流量をそれに応じ所定量増加側に変位制御すれば足り、その逆に、供給されるジボランガスの混合比がプラス側にずれていたとき（ジボランガスの濃度が設定濃度よりも高めにずれていたとき）には流量をそれに応じ所定量減少側に変位制御すれば足りるからである。
【００４９】
これに対し、エピタキシャル装置に供給されるジボランガスの混合比が時間的に変化してしまうと、その混合比の変化に対応して流量を抵抗率制御に適合するように可変制御することは困難となり、抵抗率制御の品質精度が低下するという問題が生じてしまう。この点、本実施形態例において、たとえジボランガスの混合比が設定混合比からずれたとしても、そのずれの要因は、第１のパイプ１１および第２のパイプ１２の内径、長さの誤差、水素ガスとジボランガスの分子量の違い等によって生じるものであり、その要因による混合比のずれは時間的に変化することはなく設定混合比に対してマイナス或いはプラスの一方側に一定量だけずれる形態となるので、そのずれの影響は前記の如くエピタキシャル装置側の流量制御によって解消されることとなり、特に問題となることはない。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく他の様々な実施の形態を採り得る。例えば上記実施形態例では、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２を同一内径、かつ、同一長とし、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比をジボランガスと水素ガスの混合比に等しくなるように設定したが、かならずしも第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の寸法、本数比をこのように限定しなくてもよく、要は、第１のバッファタンク（第１の容器）５と第３のバッファタンク（第３の容器）７間の差圧および第２のバッファタンク（第２の容器）６と第３のバッファタンク７間の差圧が既知の値として設定されている条件の下で、第１のバッファタンク５から第３のバッファタンク７へ導入されるジボランガス（第１のガス）の流量と第２のバッファタンク６から第３のバッファタンク７へ導入される水素ガス（第２のガス）の流量の比が予め設定されるその設定混合比となるように第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の寸法（内径や長さ）、本数が設定されていればよく、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６とを必ずしも同圧に調整しなくてもよい（この場合は同圧調整手段８を省略可能である）。
【００５１】
ただし、本実施形態例の如く、第１のバッファタンク５と第２のバッファタンク６を同圧に調整し、第１のパイプ１１と各第２のパイプ１２を同一内径、かつ、同一長とすることにより、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比をジボランガスと水素ガスの混合比に等しくなるように設定できることとなり、しかも、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２を同じパイプで構成できるので、装置の配管施工を簡易化でき、その施工作業の効率化を図ることができる。
【００５２】
さらに、上記実施形態例では、同圧調整手段８を、図３の（ａ）に示すような、蛇腹状の筒壁１５を用いて構成したが、例えば、同図の（ｂ）に示すように、シリンダ状の内部空間の中間部をダイアフラム２３で区分し、室２１ｂは連通管２２ｂを介して第１のバッファタンク５に連通し、室２１ａは連通管２２ａを介して第２のバッファタンク６に連通するようにしてもよく、あるいは、図３の（ｂ）のダイアフラム２３の代わりにシリンダ内周面との間にＯリング等のパッキンを介して気密摺動するピストンをシリンダ室内に収容したものでもよい。ただし、室２１ａ、２１ｂ間を隔壁１７やダイアフラム２３で区画することにより、室２１ａ側のガスと室２１ｂ側のガスとの完璧な遮断が達成できるので、ガス混入による汚染を完全に防止できるという効果が得られこととなり、また、図３の（ｂ）のように、シリンダ室をダイアフラム２３で区分したものよりも、図３の（ａ）のように、蛇腹状の筒室空間を隔壁１７で区分したものの方が隔壁１７の往復移動範囲を大きく、つまり、圧力調整範囲を広くできるので、好ましくは、蛇腹状の筒室空間を隔壁１７で区分したものの方が望ましい。
【００５３】
さらに、上記実施形態例では、ジボランガス（第１のガス）と水素ガス（第２のガス）の２種類のガスの混合を例にして説明したが、本発明は、３種類以上のガス混合を行う場合にも適用されるものである。このばあいも、混合される各ガスが収容されている各バッファタンク（容器）と混合ガスが収容されるバッファタンク（容器）間を、混合比に応じたガス流量が得られるように寸法（内径や長さ）、本数を設定したパイプで連通接続すればよく、より好ましくは、混合される各ガスが収容されている各バッファタンク（容器）間に同圧調整手段８を設けて、該各バッファタンクの圧力を同圧に調整し、混合される各ガスが収容されている各バッファタンクと混合ガスが収容されるバッファタンク（容器）とを、内径と長さが同じパイプを用い混合比に応じた（混合比に等しい）本数比のパイプで連通接続すればよい。
【００５４】
さらに、上記実施形態例では、ジボランガス供給源のボンベ９から第１のバッファタンク５へ高濃度ジボランガスを供給するようにしたが、第１のバッファタンク５を高濃度ジボランガスが収容されたボンベ９で置き換え、このボンベ９を第１の容器として機能させてもよい。同様に水素ガス側も、第２のバッファタンク６を水素ガス供給源のボンベ等の容器に置き換え、この供給源の容器を第２の容器として機能させてもよい。また、上記実施形態例では、ボンベ９のジボランガスの濃度を１０００ｐｐｍの濃度としたが、それ以外の濃度でもよく、希釈されたガスでなく純ガスとしてもよい。望ましくは、第１のパイプ１１と第２のパイプ１２の本数比が整数比となるような設定ガス混合比が得られるようにボンベ９のジボランガスの濃度を定めるのが好ましい。
【００５５】
さらに、上記実施形態例では、エピタキシャル膜の抵抗率制御を例にして説明したが、本発明は、それ以外の半導体製造の分野での混合ガスの生成に適用されることはもちろんのこと、半導体製造以外の混合ガスの生成分野に適用されるものである。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、第１のガスが収容されている第１の容器および第２のガスが収容されている第２の容器をそれぞれパイプで第３の容器と連通接続する構成とし、第１の容器と第３の容器を接続するパイプ（第１のパイプ）と、第２の容器と第３の容器を接続するパイプ（第２のパイプ）とは、その第１のパイプを流れる第１のガスの流量と第２のパイプを流れる第２のガスの流量とが第１のガスと第２のガスとの設定混合比となるように本数および寸法（内径および長さ）が設定されているので、電気機械機構の流量制御手段を必要とすることなく、単に第１の容器と第２の容器から対応するパイプを通してガスを第３の容器へ導入するだけで、第３の容器内に第１のガスと第２のガスの設定混合比の一定濃度の混合ガスを容易に生成することが可能である。
【００５７】
このように本発明は、電気機械機構の流量制御手段を必要としないので、これら電気機械機構の流量制御手段がもつガス流量と混合濃度の非リニヤ制御特性の影響を受けることなく、ユースポイントでのガス流量変化に左右されずに時間的に変化することのない常時一定濃度の混合ガスを連続的に連続装置稼動期間にわたって安定供給できるという効果を奏する。また、電気機械機構の流量制御手段を必要としないので、その分、装置構成の簡易化を達成できる。
【００５８】
特に、第１の容器と第２の容器を同圧調整手段を用いて同圧に調整し、第１のパイプと第２のパイプを同じ（内径、長さが同じ）パイプで構成して、第１のパイプと第２のパイプの本数比を第１のガスと第２のガスとの設定混合比に一致するようにした発明にあっては、装置構成をより明確化でき、第１の容器と第２の容器を同じパイプを用いて第３の容器に接続すればよいので、装置の配管施工が簡単となり、その施工の作業効率を高めることができる。
【００５９】
さらに、本発明において、第１のガスを高濃度ジボランガスとし、第２のガスを水素ガスとし、高濃度ジボランガスと水素ガスを混合した希釈ジボランガスを第３のガスとしてエピタキシャル装置へ供給し、エピタキシャル膜の抵抗率制御を行う使用形態に適用した場合、第１の容器に高濃度ジボランガスを収容し、この高濃度ジボランガスを水素ガスで希釈してユースポイントへ供給するシステム形態を採り得るので、従来例のようにユースポイントでの使用濃度に等しい希薄濃度のジボランガスをボンベからエピタキシャル装置へ供給する場合に比べ、ボンベから高濃度のジボランガスを第１の容器へ供給する方式を採り得る本発明の方が、ボンベ内のジボランガスの単位時間当たりのガスの消費量を格段に少なくできる。
【００６０】
従って、本発明の構成とすることにより、エピタキシャル装置の連続装置稼動期間中にジボランガスのボンベ交換をすることがなくなり、ボンベ交換の直後にジボランガスの濃度変化が生じて抵抗率制御に支障を来たすというボンベ交換に起因する従来の問題点を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態例の混合ガス生成装置を含むジボランガス供給システムの説明図である。
【図３】本実施形態例の混合ガス生成装置を構成する同圧調整手段の構成例の説明図である。
【図４】ジボランガス供給システムの従来例の説明図である。
【符号の説明】
５ 第１のバッファタンク
６ 第２のバッファタンク
７ 第３のバッファタンク
８ 同圧調整手段
１０ 混合ガス生成装置
１１ 第１のパイプ
１２ 第２のパイプ
Claims (7)
- 第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容されるべき第３の容器とを用意し、
前記第１の容器は１本以上の第１のパイプを用いて第３の容器に連通接続し、
前記第２の容器は１本以上の第２のパイプを用いて第３の容器に連通接続し、
前記第１の容器と前記第３の容器との間の差圧および前記第２の容器と前記第３の容器との間の差圧が前記第３の容器側を低圧とする既知の値として設定されている条件の下で第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数を設定しておき、
前記第１の容器と前記第３の容器との間の差圧および前記第２の容器と前記第３の容器との間の差圧が前記既知の値として設定されている条件の下で、第１の容器の第１のガスと第２の容器の第２のガスを前記第１、第２のパイプを通して第３の容器に導入し、第３容器内に第１のガスと第２のガスとの設定混合比の混合ガスを生成する混合ガス生成方法。 - 第１のガスが収容されている第１の容器と、第２のガスが収容されている第２の容器と、前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容されるべき第３の容器とを用意し、
第１の容器と第２の容器はそれぞれパイプを用いて第３の容器に連通接続し、
第１の容器と第３の容器を連通接続するパイプと、第２の容器と第３の容器を連通接続するパイプとの本数比は第１のガスと第２のガスの設定混合比の割合とし、
第１および第２の各容器と第３の容器を連通接続する各パイプはそれぞれ同一内径、かつ、同一長さのパイプとし、
第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側が低圧となる差圧を与えた状態で、前記第１の容器と第２の容器を同圧に保ちながら、第１の容器の第１のガスと第２の容器の第２のガスを前記パイプを通して第３の容器に導入し、第３容器内に第１のガスと第２のガスとの設定混合比の混合ガスを生成することを特徴とする混合ガス生成方法。 - 第１のガスが収容されている第１の容器と、
第２のガスが収容されている第２の容器と、
前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容されるべき第３の容器と、
前記第１の容器と第３の容器を連通接続する１本以上の第１のパイプと、
前記第２の容器と第３の容器を連通接続する１本以上の第２のパイプとを備え、
前記第１のパイプと第２のパイプは、前記第１の容器と前記第３の容器との間の差圧および前記第２の容器と前記第３の容器との間の差圧が前記第３の容器側を低圧とする既知の値として設定されている条件の下で第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように当該第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数が設定されており、
前記第１の容器と前記第３の容器との間の差圧および前記第２の容器と前記第３の容器との間の差圧が前記既知の値として設定されている条件の下で、第１の容器の第１のガスと第２の容器の第２のガスを前記第１、第２のパイプを通して第３の容器に導入するように構成されたことを特徴とする混合ガス生成装置。 - 第１の容器と第２の容器の圧力を同一に調整する同圧調整手段を備え、
前記第１のパイプと第２のパイプは、前記第１および第２の容器と前記第３の容器との間に第３の容器側を低圧とする同一の差圧を与えて第１の容器と第２の容器を同圧に保ったときに第１の全てのパイプを流れる第１のガスの流量と第２の全てのパイプを流れる第２のガスの流量の比率が第１のガスと第２のガスの設定混合比となるように当該第１のパイプと第２のパイプの内径、長さおよび本数が設定されていることを特徴とする請求項３記載の混合ガス生成装置。 - 第１のガスが収容されている第１の容器と、
第２のガスが収容されている第２の容器と、
前記第１のガスと第２のガスの混合ガスが収容されるべき第３の容器と、
前記第１および第２の各容器を第３の容器に連通接続するパイプと、
前記第１の容器と第２の容器の圧力を同一に調整する同圧調整手段とを備え、
第１の容器と第３の容器を連通接続するパイプと、第２の容器と第３の容器を連通接続するパイプとの本数比は第１のガスと第２のガスの設定混合比の割合とし、
第１および第２の各容器と第３の容器を連通接続する各パイプはそれぞれ同一内径、かつ、同一長さのパイプとしたことを特徴とする混合ガス生成装置。 - 同圧調整手段は、両端閉鎖の伸縮自在の蛇腹状の筒壁と、この蛇腹状の筒壁内部空間を両端間のほぼ中間位置で気密に区分する隔壁とを有して構成され、前記隔壁で区分された筒壁内部空間の一方側の室は第１の容器に連通され、他方側の室は第２の容器に連通されていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の混合ガス生成装置。
- 隔壁は蛇腹状筒壁の筒長方向に往復移動自在にテーブル上に配置されていることを特徴とする請求項６記載の混合ガス生成装置。
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