JP5754853B2 - 半導体製造装置のガス分流供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置用ガス供給装置の改良に関するものであり、圧力式流量制御装置の下流側に複数の高速開閉弁を並列状に連結し、各高速開閉弁の開閉順序及び開閉時間を制御することにより、同じプロセスを行う複数のプロセスチャンバへ所要量のプロセスガスを精度よく分流供給すると共に、前記圧力式流量制御装置に熱式質量流量制御装置を有機的に組合せることにより、分流供給中のプロセスガスの実流量を任意にチェックできるようにした半導体製造装置のガス分流供給装置に関するものである。

半導体制御装置のガス供給装置に於いては、従前から熱式流量制御装置や圧力式流量制御装置ＦＣＳが広く利用されている。
図８は、当該ガス供給装置に用いられている圧力式流量制御装置の構成を示すものであり、この圧力式流量制御装置ＦＣＳはコントロール弁ＣＶ、温度検出器Ｔ、圧力検出器Ｐ、オリフィスＯＬ及び演算制御部ＣＤ等から構成されており、また、演算制御部ＣＤは温度補正・流量演算回路ＣＤａ、比較回路ＣＤｂ、入出力回路ＣＤｃ及び出力回路ＣＤｄ等から構成されている。

また、当該圧力式流量制御装置に於いては、圧力検出器Ｐ及び温度検出器Ｔからの検出値がディジタル信号に変換されて温度補正・流量演算回路ＣＤａへ入力され、ここで検出圧力の温度補正及び流量演算が行われたあと、流量演算値Ｑｔが比較回路ＣＤｂへ入力される。一方、設定流量入力信号Ｑｓが端子Ｉｎから入力され、入出力回路ＣＤｃでディジタル値に変換されたあと比較回路ＣＤｂへ入力され、ここで前記温度補正・流量演算回路ＣＤａからの流量演算値Ｑｔと比較される。そして、設定流量入力信号Ｑｓが流量演算値Ｑｔより大きい場合には、コントロール弁ＣＶの駆動部へ制御信号Ｐｄが出力され、コントロール弁ＣＶがその駆動機構ＣＶａを介して開放方向へ駆動される。即ち、設定流量入力信号Ｑｓと演算流量値Ｑｔとの差（Ｑｓ−Ｑｔ）が零となるまで開弁方向へ駆動される。

尚、上記圧力式流量制御装置ＦＣＳそのものは公知のものであり、オリフィスＯＬの下流側圧力Ｐ_２（即ち、プロセスチャンバ側の圧力Ｐ_２）とオリフィスＯＬの上流側圧力Ｐ_１（即ち、コントロール弁ＣＶの出口側の圧力Ｐ_１）との間にＰ_１／Ｐ_２≧約２の関係（所謂臨界膨張条件）が保持されている場合には、オリフィスＯＬを流通するガスＧｏの流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（但しＫは定数）となり、圧力Ｐ_１を制御することにより流量Ｑを高精度で制御できると共に、コントロールＣＶの上流側のガスＧｏの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないと云う、優れた特性を有するものである。

而して、一基又は複数基のプロセスチャンバへガスを分流供給する型式の半導体製造装置用ガス供給設備に於いては、図９及び図１０に示すように、各供給ラインＧＬ_１、ＧＬ_２に圧力式流量制御装置ＦＣＳ_１、ＦＣＳ_２を各別に設け、これによって各供給ラインＧＬ_１、ＧＬ_２のガス流量Ｑ_１、Ｑ_２を調整するようにしている。
そのため、プロセスガスの分流路毎に圧力式流量制御装置を設置する必要があり、半導体製造装置用ガス供給装置の小型化や低コスト化を図り難いと云う基本的な問題がある。
尚、図９においてＳはガス供給源、Ｇはプロセスガス、Ｃはチャンバ、Ｄは２区分型ガス放出器、Ｈはウエハ、Ｉはウエハ保持台であり（特開２００８−００９５５４号）であり、また、図１０においてＲＧは圧力調整器、ＭＦＭ_１，ＭＦＭ_２は熱式流量計、Ｐ_２Ａ，Ｐ_２Ｂ，Ｐ_１は圧力計、Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４，ＶＶ_１，ＶＶ_２はバルブ、ＶＰ_１，ＶＰ_２は排気ポンプである（特開２０００−３０５６３０）。

また、上記図９及び図１０のガス供給装置に於ける上記の様な問題を解決するため、図１１に示するように、各分岐ガス供給ラインＧＬ_１、ＧＬ_２に音速ノズル又はオリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２を介設し、ガス供給源側に設けた自動調圧器ＡＣＰを制御部ＡＣＱにより調整して各オリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２の一次側圧力Ｐ_１をオリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２の二次側圧力Ｐ_２の約３倍に保持することにより、オリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２の口径により決まる所定の分流量Ｑ_１、Ｑ_２を得るようにした分流供給装置が開発されている（特開２００３−３２３２１７号）。

しかし、上記特開２００３−３２３２１７号の流量制御システム（分流供給装置）においては、自動調圧器ＡＣＰ、制御部ＡＣＱ及びオリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２を夫々単独に設置すると共に、流量Ｑ_１、Ｑ_２を一次側圧力Ｐ_１に比例した流量とするために一次側圧力Ｐ_１を２次側圧力Ｐ_２の３倍に保持し、オリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２を流通するガス流を臨界状態の流れとするようにしている。

その結果、自動調圧器ＡＣＰ、制御部ＡＣＱ及びオリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２等を適宜に組付け一体化する必要があり、ガス供給装置の製造に手数が掛かるだけでなく、ガス供給装置の小型、コンパクト化が図り難いという難点がある。

また、制御部ＡＣＱ及び自動調圧器ＡＣＰの制御系が所謂フィードバック制御を採用しておらず、その結果、開閉弁Ｖ_１、Ｖ_２の開閉作動によって生ずる一次側圧力Ｐ_１の変動を自動調圧器ＡＣＰが迅速に調整することが困難となり、流量Ｑ_１（又は流量Ｑ _２ ）に変動を生じ易いという問題がある。

更に、自動調圧器ＡＣＰにより一次側圧力Ｐ_１を調整し、オリフィスの１次側圧力Ｐ_１と２次側圧力Ｐ_２との比Ｐ_１／Ｐ_２を約３以上に保持した状態で分流量Ｑ_１、Ｑ_２を制御するようにしているため、前記Ｐ_１／Ｐ_２の値が約２に近づいて、ガス流が所謂非臨界膨張条件下のガス流となった場合には、正確な分流量制御が困難になると云う問題がある。

加えて、流量Ｑ_１、Ｑ_２を供給する各分流路の切換制御用として、オリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２の他に開閉弁Ｖ_１、Ｖ_２が必ず必要となり、ガス供給設備の小型コンパクト化及び製造コストの大幅な引き下げが困難となる。

特開２００８−００９５５４号 特開２０００−３０５６３０号 特開２００３−３２３２１７号

本願発明は、従前の圧力式流量制御装置を用いたガス分流供給装置に於ける上述の如き問題、即ち（イ）各ガス供給ライン（各分流ライン）に圧力式流量制御装置を設ける場合には、ガス供給装置の小型化、低コスト化が図り難いこと、また（ロ）ガス供給源側に設けた自動調圧器により各オリフィスの１次側圧力Ｐ_１を調整し、各オリフィスを通して圧力Ｐ_１に比例した各分流ガス流量Ｑ_１、Ｑ_２を供給する場合には、ガス供給装置の組立製造に手数が掛かって装置の小型、コンパクト化が困難なこと、何れかの分流路の開閉時に
オリフィス１次側圧力Ｐ_１に変動が生じて他の分流路の分流量が変動し易いこと、オリフィス１次側圧力Ｐ_１と２次側圧力Ｐ_２の比Ｐ_１／Ｐ_２が臨界膨張条件外の値（例えばＯ_２やＮ_２の場合には約２以下）になると分流流量Ｑ_１、Ｑ_２の高精度な制御が困難になること等の問題を解決せんとするものであり、構造の簡素化と小型を図ったガス分流供給装置でもって、同じプロセスを行う多数のプロセスチャンバへプロセスガスを経済的にしかも高精度な流量制御を行いつつ分流供給することができると共に、圧力式流量制御装置と熱式流量制御装置とを有機的に一体化することにより、臨界膨張条件を外れた状態下に於いても高精度なガス分流供給ができ、且つ、必要に応じて任意に供給中のプロセスガスの実流量監視を行えるようにした半導体製造装置のガス分流供給装置を提供するものである。

本願発明者等は、上記課題を解決する手段として、先ず、圧力式流量制御装置によってガス供給源からの供給流量を制御すると共に、この制御された流量のガスを複数の分流路へ短時間毎に順次切換え供給することにより、各分流路へ単位時間毎に夫々同量のガスを供給するシステムを着想した。即ち、前記図１１に記載のガス供給システムに於ける各オリフィスＳＮ_１、ＳＮ_２を取り除くと共に、自動調圧器ＡＣＰの下流側に１基のオリフィスを設けることにより圧力式流量制御装置を構成し、そして、各開閉弁Ｖ_１、Ｖ_２を交互に短時間毎に自動切換えすることにより、各分流路へ圧力式流量制御装置からの流出流量Ｑの1/2（分流路が２の場合）の流量を各分流路へ供給するものである。

また、これと同時に、現実の半導体製造用プロセスチャンバへのプロセスガスの供給態様とプロセス処理の結果等の関係に付いての多くの調査を積み重ねた。
その結果、プロセスチャンバへのプロセスガスの供給は、必ずしも一定の均等流量で以って供給しなければならないと云うものではなく、所定時間内におけるプロセスガスの総供給量を設定値に保つことが、プロセス処理上最も重要な要素であることが判明した。

即ち、上記各開閉弁Ｖ_１、Ｖ_２を交互に短時間毎に自動切換えすることにより、各分流路へプロセスガスを間欠的に供給するガス供給態様であっても、所定時間内に各分流路へ供給される総ガス供給量を高精度で設定値に制御することができれば、十分実用に供することが可能なことが確認された。

本願発明は、発明者等の上記の如き着想と各種の試験の結果を基にして創案されたものであり、請求項１の発明は、プロセスガス入口１１に接続した圧力式流量制御部１ａを形成するコントロール弁３と，コントロール弁３の下流側に連通するガス供給主管８と，コントロール弁３の下流側のガス供給主管８に設けたオリフィス６と，ガス供給主管８の下流側に並列状に接続した複数の分岐管路９ａ、９ｎと，各分岐管路９ａ、９ｎに介設した分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎと，前記コントロール弁３とオリフィス６の間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ５と，前記各分岐管路９ａ、９ｎの出口側に設けた分流ガス出口１１ａ、１１ｎと，前記圧力センサ５からの圧力信号が入力され、前記オリフィス６を流通するプロセスガスの総流量Ｑを演算して、この演算流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁３を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部３ａへ出力すると共に、前記分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎへ各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎを夫々一定時間だけ順次開放した後これを閉鎖する開閉制御信号Ｏｄａ、Ｏｄｎを出力する演算制御部７とを具備し、前記圧力式流量制御部１ａによりオリフィス６を流通するプロセスガスの流量制御を行うと共に、前記分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの開閉によりプロセスガスを分流供給することを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、プロセスガス入口１１に接続した圧力式流量制御部１ａを構成するコントロール弁３と，コントロール弁３の下流側に接続した熱式質量流量制御部１ｂを構成する熱式流量センサ２と，熱式流量センサ２の下流側に連通するガス供給主管８と，ガス供給主管８の下流側に並列状に接続した複数の分岐管路９ａ、９ｎと，各分岐管路９ａ、９ｎに介設した分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎと，前記コントロール弁３の下流側のガス供給主管８に設けたオリフィス６と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間のプロセスガス通路近傍に設けた温度センサ４と，前記コントロール弁３とオリフィス６の間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ５と，前記分岐管路９ａ、９ｎの出口側に設けた分流ガス出口１１ａ、１１ｎと，前記圧力センサ５からの圧力信号及び温度センサ４からの温度信号が入力され、前記オリフィス６を流通するプロセスガスの総流量Ｑを演算すると共に、演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁３を開閉作動させる制御信号Ｐｄを弁駆動部３ａへ出力すると共に、前記分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎへ各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎを夫々一定時間だけ順次開放した後これを閉鎖する開閉制御信号Ｏｄａ、Ｏｄｎを出力する圧力式流量演算制御部７ａ及び前記熱式流量センサ２からの流量信号２ｃが入力され当該流量信号２ｃからガス供給主管８を流通するプロセスガスの総流量Ｑを演算表示する熱式流量演算制御部７ｂとからなる演算制御部７と，を具備し、前記オリフィス６を流通するプロセスガス流が臨界膨張条件を満たすガス流のときは前記圧力式流量制御部１ａによりプロセスガスの流量制御を、また、プロセスガス流が臨界膨張条件を満たさないガス流のときは前記熱式質量流量制御部１ｂによりプロセスガスの流量制御を行うと共に、前記分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの開閉によりプロセスガスを分流供給するようにしたことを発明の基本構成とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、複数の前記分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの開放時間を同一とし、各分岐管路９ａ、９ｎに同流量のプロセスガスＱａ、Ｑｎを供給するようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、複数の分岐管路９ａ、９ｎの内の任意の分岐管路のみへプロセスガスを流通させるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、コントロール弁３，オリフィス６，圧力センサ５，温度センサ４，分岐管路９ａ、９ｎ，分岐管開閉弁１０ａ、１０ｎ，ガス供給主管８を一つのボディ体に一体的に組み付け形成するようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項２の発明において、コントロール弁３，熱式流量センサ２，オリフィス６，圧力センサ５，温度センサ４，ガス供給主管８，分岐管路９ａ、９ｂ，分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎを一つのボディ体に一体的に組み付け形成するようにしたものである。

請求項７の発明は、請求項２の発明において、圧力式流量制御部１ａによりプロセスガスの流量制御を行うと共に、熱式流量制御部１ｂによりプロセスガスの実流量を表示するようにしたものである。

請求項８の発明は、請求項２の発明において、圧力センサ５をコントロール弁３の出口側と熱式流量センサ２の入口側の間に設けるようにしたものである。

請求項９の発明は、請求項２の発明において、圧力式流量演算制御部７ａで演算した流体流量と熱式質量演算制御部７ｂで演算した流体流量間の差が設定値を越えると警報表示を行う演算制御部７としたものである。

本願発明では、一基の圧力式流量制御部、又は一基の圧力式流量制御部と１基の熱式流量制御部により、並列状に接続した複数の分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎを通して複数のプロセスチャンバへプロセスガスを供給する構成としているため、ガス分流供給装置の大幅な構造の簡素化と小型コンパクト化が可能となる。また、複数の分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎを同一の分岐管路開閉弁としてその開放時間を同一とした場合には、同じプロセスを行う複数のプロセスチャンバへ同時に高精度で流量制御をされた同流量のプロセスガスを分流供給することができ、ガス分流供給装置の一層の小型化が可能となる。

また、ガス分流供給装置を構成する各部材を一つのボディ体に一体的に組付けした構成としているため、ガス分流供給装置の大幅な小型化が可能となる。

更に、演算制御部から各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの自動開閉制御を行う構成としているため、任意の分岐管路のみへプロセスガスを供給することが出来るうえ、ガス供給を行う分岐管路相互の切換も簡単に行える。

加えて、熱式流量制御部を設ける構成としているため、非臨界膨張条件下のプロセスガスであっても当該熱式流量制御部により高精度な流量制御ができるうえ、臨界膨張条件下で圧力式流量制御部により流量制御を行っている間でも、熱式流量制御部を用いて任意に実流量のチェック等を行うことができる。

本発明に係る半導体製造装置のガス分流供給装置の基本構成を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る半導体製造装置のガス分流供給装置の構成概要図である。 本発明の実施形態に係る他の半導体製造装置のガス分流供給装置の構成概要図である。 本発明の実施形態に係る更に他の半導体製造装置のガス分流供給装置の構成概要図である。 ガス分流供給装置の第１実施例を示す構成系統図である。 ガス分流供給装置の第２実施例を示す構成系統図である。 ガス分流供給装置の第３実施例を示す構成系統図である。 従前の圧力式流量制御装置の構成説明図である。 従前の圧力式流量制御装置を用いたガス分流供給装置の構成説明図である。 従前の圧力式流量制御装置を用いた他のガス分流供給装置の構成説明図である。 従前の自動調圧器を用いた流量制御システムの概要図である。

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装置のガス分流供給装置の基本構成を示す説明図である。本発明に係るガス分流供給装置は圧力式流量制御部１ａ及び複数の分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎからその主要部が構成されており、後述するように圧力式流量制御部１ａによってガス供給主管８内を流通するプロセスガス流量Ｑが設定流量に自動制御される。

また、並列に連結された各分岐管路９ａ・９ｎ内の分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎは、圧力式流量制御部１ａからの開閉制御信号Ｏｄａ、Ｏｄｎによってその開閉が制御され、図中のタイムチャートＴＭに示されているように、夫々一定時間だけ順次開放された後閉鎖される。即ち、各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎは、同時に開放状態になることは無く、常に何れか一つの分岐管路開閉弁だけが開放されて他の分岐管路開閉弁は閉鎖状態に保持される。その結果、各分岐管路に接続されたプロセスチャンバＣＨａ，ＣＨｎへは、Ｑ/ｎに相当する流量のプロセスガスが分流供給されることになる。

図２は、本発明に係る半導体製造装置のガス分流供給装置の第１実施形態に係る構成説明図であり、当該ガス分流供給装置は、従前の圧力式流量制御装置に相当する圧力式流量制御部１ａによりその主要部分が構成されている。
尚、図２において、３はコントロール弁、４は温度センサ、５は圧力センサ、６はオリフィス、７は圧力式流量制御部１ａを形成する演算制御部である。また、圧力式流量制御部１ａの構成は公知であるため、ここではその説明を省略する。

前記各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎはノーマルクローズ型の電磁開閉弁又は圧電素子駆動弁であり、通電により開弁されるとともに、駆動電圧を消失させることによりスプリングの弾性力により閉弁される。
尚、電磁開閉弁の場合には、ガス圧力１ＭＰａ及び口径１０ｍｍにおいて、少なくとも０．００５秒以下の高速で弁を全閉から全開にすることができ、且つ０．００５秒以下で弁を全開から全閉にすることができるものが望ましい。

本実施形態においては、電磁開閉弁には国際公開番号ＷＯ９８/２５０６２号に開示されている株式会社フジキン製のソレノイド開閉型電磁弁を、また、圧電素子駆動弁には特開２００８−２４９００２号に開示されている株式会社フジキン製の圧電素子駆動型電気制御弁を使用している。尚、電磁開閉弁及び圧電素子駆動弁そのものは公知であるため、詳細な説明は省略する。

図３は、本発明に係る半導体製造装置のガス分流供給装置の第２実施形態に係る構成説明図であり、当該ガス分流供給装置１は、圧力式流量制御部１ａと熱式流量制御部１ｂの二つの部分から構成されている。

即ち、当該ガス分流供給装置１は、熱式流量制御部１ｂを形成する熱式流量センサ部２と、圧力式流量制御部１ａを形成するコントロール弁３、温度センサ４、圧力センサ５、オリフィス６と、圧力式流量制御部１ａの演算制御部７ａ及び熱式流量制御部１ｂの演算制御部７ｂを形成する演算制御部７と、ガス供給主管８等から構成されており、オリフィス６を流通するガスが臨界膨張条件下にある場合、例えばＯ_２やＮ_２ガスであってオリフィス６の上流側圧力Ｐ_１と下流側圧力Ｐ_２とがＰ_１／Ｐ_２＞２の関係にある場合には、圧力式流量制御部１ａによって総流量Ｑの流量制御を行いつつ、圧力式流量制御部１ａからの開閉制御信号Ｏｄａ、Ｏｄｎによって各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの開閉が、図１のタイムチャートＴＭに示されているように、夫々一定時間だけ順次開放された後閉鎖される。

上記各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎは、同時に開放状態になることは無く、常に何れか一つの分岐管路開閉弁だけが開放されて他の分岐管路開閉弁は閉鎖状態に保持される。その結果、各分岐管路に接続されたプロセスチャンバＣＨａ，ＣＨｎへは、Ｑ/ｎに相当する流量のプロセスガスＱａ・Ｑｎが分流供給されることになる。

また、オリフィス６を流通するガスが臨界膨張条件を外れた状態にある場合には、熱式流量制御部１ｂによってプロセスガス流量Ｑｎの流量制御を行いつつ、各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎが、上記と同様に図１のタイムチャートＴＭに従って夫々一定時間だけ順次開放された後閉鎖されることにより、流量Ｑａ・Ｑｎの分流ガスが各チャンバＣＨａ、ＣＨｎへ供給されて行く。

図４は、本発明の第３実施形態に係る構成説明図であり、前記第２実施形態に於ける熱式流量センサ２の位置がコントロール弁３の上流側へ移動している点を除いて、その他の構成は第１図の場合と全く同一である。

尚、前記図３及び図４に於いて、３ａはピエゾ型弁駆動部、８はガス供給主管、９ａ・９ｎは分岐管路、１０ａ、１０ｎは分岐管路開閉弁、１１はプロセスガス入口、１１ａ、１１ｎは分流ガス出口、１２はパージガス入口、１３は信号入・出力端子、Ｆはフィルタ、１４ａ・１４ｎは自動開閉弁、１５はプロセスガス、１５ａは自動開閉弁、１６はパージガス、１６ａは自動開閉弁、１７は入・出力信号である。

図５は、本発明で用いるガス分流供給装置の第１実施例を示すものであり、ガス分流供給装置１は圧力式流量制御部１ａを主体として構成されている。
また、図６は本発明で用いるガス分流供給装置の第２実施例を示すものであり、ガス分流供給装置１は圧力式流量制御部１ａと熱式流量制御部１ｂとの二つの部分から構成されている。

前記圧力式流量制御部１ａはコントロール弁３と温度センサ４と圧力センサ５と複数のオリフィス６と演算制御部７を形成する圧力式流量演算制御部７ａとから構成されている。

また、前記熱式流量制御部１ｂは熱式流量センサ２と演算制御部７を形成する熱式流量演算制御部７ｂとから構成されている。

前記圧力式流量制御部１ａは上述の通りコントロール弁３、温度センサ４、圧力センサ５、オリフィス６及び圧力式流量演算制御部７ａ等から構成されており、入力端子７ａ_１から流量設定信号が、また、出力端子７ａ_２から圧力式流量制御部１ａにより演算したオリフィス６を流通する全プロセスガス流量（即ち、ガス供給主管８を流通するプロセスガス流量Ｑ）の流量出力信号が出力される。

尚、本実施例では分流供給路を二つとしているため、２個の分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎを設けるようにしているが、分流供給路の数（即ち分岐管路開閉弁数）は２個以上とされるのが通常である。
また、各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの口径やその開放時間、即ち図１のタイムチャートＴＭは、必要とする各プロセスチャンバＣＨａ、ＣＨｎへのガス供給流量に応じて適宜に決定されるが、各分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの口径を同一として、各プロセスチャンバＣＨａ、ＣＨｎへ同流量の分流ガスＱａ、Ｑｎを供給する構成とするのが望ましい。

前記オリフィス６を用いた圧力式流量制御部１ａそのものは、特許第３２９１１６１号等として周知の技術であり、オリフィスを臨界膨張条件下で流通する流体の流量を圧力検出センサ５で検出した圧力を基にして圧力式流量演算制御部７ａで演算し、入力端子７ａ_１より入力した設定流量信号と前記演算した流量信号との差に比例する制御信号Ｐｄを、コントロール弁３の弁駆動部３ａへ出力する。

尚、圧力式質量流量制御部１ａやその流量演算制御部７ａの構成は、公知であるためここではその詳細な説明は省略する。
また、この圧力式流量制御部１ａには、公知の零点調整機構や流量異常検出機構、ガス種変換機構（ＣＦ値変換機構）等の各種付属機構が設けられていることは勿論である。
更に、図５及び図６に於いて１１はプロセスガス入口、１１ａ・１１ｎは分流ガス出口、８は器械本体内のガス供給主管である。

前記ガス分流供給装置１を構成する熱式流量制御部１ｂは、熱式流量センサ２と熱式流量演算制御部７ｂとから構成されており、熱式流量演算制御部７ｂには入力端子７ｂ_１及び出力端子７ｂ_２が夫々設けられている。そして、入力端子７ｂ_１からは流量設定信号が入力され、出力端子７ｂ_２からは熱式流量センサ２により検出した流量信号（実流量信号）が出力される。

尚、熱式流量制御部１ｂそのものは公知であるため、ここではその詳細な説明は省略する。 また、本実施例では、熱式流量演算制御部１ｂとして株式会社フジキン製のＦＣＳ−Ｔ１０００シリーズに搭載されているものを使用している。

また、図６には表示されていないが、熱式流量演算制御部７ｂと圧力式流量演算制御部７ａとの間では、前記実流量信号や演算流量信号の入・出力が適宜に行われ、両者の異同やその差の大きさを監視したり、或いは両者の差が一定値を越えた場合に警告を発したりすることができることは勿論である。

図７は、本発明に係るガス分流供給装置１の第３実施例を示すものであり、コントロール弁３と熱式流量センサ２との取付位置を前記実施例１のガス分流供給装置の場合と逆にしたものである。

また、図６及び図７には図示されていないが、オリフィス６の下流側に圧力センサを別に設け、オリフィス６を流通する流体が臨界膨張条件下にあるか否かを監視して警報を発信したり、流量制御を圧力式流量制御部１ａから熱式流量制御部１ｂによる制御に自動切換えしたりする構成とすることも可能である。
更に、各分流管路開閉弁１０ａ・１０ｎは演算制御部７からの信号により適宜に開閉駆動されることは勿論である。

前記図３及び図４の実施形態に於いては、熱式流量センサ２とコントロール弁３の位置を夫々入れ替えしているが、プロセスガス１５の供給源側の圧力変動等の影響を少なくしてより高精度な流量制御を行うには、熱式流量センサ２をコントロール弁３の下流側に配設する構成（図３及び図５）とした方が望ましいことが、試験により確認されている。

また、図１〜図７の実施形態及び実施例に於いては、温度センサ４及び圧力センサ５の取付位置（検出位置）を夫々変化させているが、温度センサ４や圧力センサ５の取付位置による流量制御精度等の変動は殆ど無いため、温度センサ４の取付位置は、コントロール弁３又は熱式流量センサ２の下流側であればガス供給主管８の何れの箇所であってもよいことが、試験により確認されている。

更に、前記図５乃至図７においては、コントロール弁３、温度センサ４、圧力センサ５、オリフィス６、熱式流量センサ２、ガス供給主管８、分岐管路９ａ・９ｎ、分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎ、プロセスガス入口１１、分流ガス出口１１ａ、１１ｎ等は個々に独立した状態で表示されているが、現実には一つボディ本体（図示省略）に、圧力式流量制御部１ａ及び熱式流量制御部１ｂを形成する上記各部材が夫々一体的に形成並びに組付け固定されている。

次に、本願発明に係るガス分流供給装置の作動について説明する。図３乃至図７を参照して、先ずパージガス１６によるガス分流供給装置１内部のパージ処理が行われ、これが終わると、開閉弁１５ａ、１６ａを閉、分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎを開にして各チャンバＣＨａ、ＣＨｎに接続している真空ポンプ等（図示無し）でＣＨａ、ＣＨｎ内の減圧を行う。また、演算制御部７の圧力式流量演算制御部７ａの入力端子７ａ_１より設定流量信号を入力すると共に、熱式流量演算制御部７ｂの入力端子７ｂ_１へも所定の設定流量信号を入力する。

その後、プロセスガス供給側の開閉弁１５ａを開にすると共に圧力式流量演算制御部７ａを作動させることにより、コントロール弁３が開放され、ガス供給主管８、分流管路開閉弁１０ａ、１０ｎ、オリフィス６ａ、６ｎを通して設定流量信号に対応する全流量Ｑ＝Ｑａ＋Ｑｎの分流ガスが、分流ガス出口１１ａ、１１ｎから各プロセスチャンバＣＨａ、ＣＨｎへ供給される。

尚、オリフィス６の口径は、オリフィス１次側圧力Ｐ_１と所要流量Ｑ＝Ｑａ、Ｑｎに基づいて予め決められており、オリフィス１次側圧力Ｐ_１をコントロール弁３の開度調整により制御することにより、全流量Ｑ＝Ｑａ＋Ｑｎが設定流量に流量制御される。

また、本発明に係るガス分流供給装置１は、主として複数の同じプロセスを行うプロセスチャンバＣＨａ、ＣＨｎへプロセスガスを供給する場合に用いられる。そのため、前記分流管路開閉弁１０ａ、１０ｎの口径は通常同一の口径に選定されている。また、各分流管路開閉弁１０ａ、１０ｎのタイムチャートＴＭに於ける弁開放時間は、必要とするプロセスチャンバＣＨａ、ＣＨｎへのガス分流供給量に応じて、適宜に設定される。

前記オリフィス６の一次側圧力Ｐ_１と二次側圧力Ｐ_２との間に臨界膨張条件が成立している場合には、圧力式流量制御部１ａにより流量制御が行われる。また、熱式流量制御部１ｂの方は、必要な場合に作動され、ガス供給主管８内を流通するプロセスガスＱの実流量のチェックや表示等が行われる。

一方、プロセスチャンバＣＨａ、ＣＨｎ側の圧力条件等により、オリフィス６を流通するプロセスガス流が前記臨界膨張条件外の状態（Ｐ_１／Ｐ_２≦２）となった場合には、圧力式流量制御部１ａによる流量制御から熱式流量制御部１ｂによる流量制御に自動的に切り換わり、圧力式流量演算制御部７ａに代って熱式流量演算制御部７ｂが作動することによりプロセスガス流量の制御が行われる。
その結果、オリフィス６を流通するプロセスガス流が臨界膨張条件外の状態となっても、前記Ｐ_１／Ｐ_２の圧力条件に関係なしに高精度な流量制御を行うことが出来る。

また、上記各実施例等に於いては、複数の各分流管路９ａ、９ｎの全部にプロセスガス流を供給するものとして説明をしたが、必要な分流管路のみへガスを供給することも勿論可能である。

更に、上記各実施例等に於いては、圧力式流量制御部１ａと熱式流量制御部１ｂの両方を設ける構成としているが、熱式流量制御部１ｂの方を削除して圧力式流量制御部１ａのみを備えたガス分流供給装置とすることは勿論可能であり、この場合には、ガス分流供給装置の一層の小型コンパクト化が可能となる。

本発明は半導体製造装置のガス分流供給設備としてのみならず、化学品製造装置等のガス分流供給設備にも広く適用できるものである。

ＴＭ 各分岐管路開閉弁の作動のタイミングチャート
ＣＨａ，ＣＨｎ プロセスチャンバ
Ｑ 全プロセスガス流量
Ｑａ，Ｑｎ 分流ガス
Ｐ_１ オリフィス上流側圧力
Ｐ_２ オリフィス下流側圧力
Ｏｄａ、Ｏｄｎ 各分岐管路開閉弁の開閉制御信号
１ 半導体製造装置のガス分流供給装置
１ａ 圧力式流量制御部
１ｂ 熱式流量制御部
２ 熱式流量センサ
３ コントロール弁
３ａ ピエゾ型弁駆動部
４ 温度センサ
５ 圧力センサ
６ オリフィス
７ 演算制御部
７ａ 圧力式流量演算制御部
７ｂ 熱式流量演算制御部
８ ガス供給主管
９ａ，９ｎ 分岐管路
１０ａ，１０ｎ 分岐管路開閉弁
１１ プロセスガス入口
１１ａ，１１ｎ 分流ガス出口
１２ パージガス入口
１３ 入出力信号端子
１４ａ，１４ｎ 開閉弁
１５ プロセスガス
１５ａ 開閉弁
１６ パージガス
１６ａ 開閉弁
１７ 入・出力信号

Claims (9)

1. プロセスガス入口（１１）に接続した圧力式流量制御部（１ａ）を形成するコントロール弁（３）と，コントロール弁（３）の下流側に連通するガス供給主管（８）と，コントロール弁（３）の下流側のガス供給主管（８）に設けたオリフィス（６）と，ガス供給主管（８）の下流側に並列状に接続した複数の分岐管路（９ａ）、（９ｎ）と，各分岐管路（９ａ）、（９ｎ）に介設した分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）と，前記コントロール弁（３）とオリフィス（６）の間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ（５）と，前記各分岐管路（９ａ）、（９ｎ）の出口側に設けた分流ガス出口（１１ａ）、（１１ｎ）と，前記圧力センサ（５）からの圧力信号が入力され、前記オリフィス（６）を流通するプロセスガスの総流量（Ｑ）を演算して、この演算流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁（３）を開閉作動させる制御信号（Ｐｄ）を弁駆動部（３ａ）へ出力すると共に、前記分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）へ各分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）を夫々一定時間だけ順次開放した後これを閉鎖する開閉制御信号（Ｏｄａ）、（Ｏｄｎ）を出力する演算制御部（７）とを具備し、前記圧力式流量制御部（１ａ）によりオリフィス（６）を流通するプロセスガスの流量制御を行うと共に、前記分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）の開閉によりプロセスガスを分流供給する構成としたことを特徴とする半導体製造装置のガス分流供給装置。
2. プロセスガス入口（１１）に接続した圧力式流量制御部（１ａ）を構成するコントロール弁（３）と，コントロール弁（３）の下流側に接続した熱式質量制御部（１ｂ）を構成する熱式流量センサ（２）と，熱式流量センサ（２）の下流側に連通するガス供給主管（８）と，ガス供給主管（８）の下流側に並列状に接続した複数の分岐管路（９ａ）、（９ｎ）と，各分岐管路（９ａ）、（９ｎ）に介設した分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）と，前記コントロール弁（３）の下流側のガス供給主管（８）に設けたオリフィス（６）と，前記コントロール弁（３）とオリフィス（６）の間のプロセスガス通路近傍に設けた温度センサ（４）と，前記コントロール弁（３）とオリフィス（６）の間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ（５）と，前記分岐管路（９ａ）、（９ｎ）の出口側に設けた分流ガス出口（１１ａ）、（１１ｎ）と，前記圧力センサ（５）からの圧力信号及び温度センサ（４）からの温度信号が入力され、前記オリフィス（６）を流通するプロセスガスの総流量（Ｑ）を演算すると共に、演算した流量値と設定流量値との差が減少する方向に前記コントロール弁（３）を開閉作動させる制御信号（Ｐｄ）を弁駆動部（３ａ）へ出力すると共に前記分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）へ各分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）を夫々一定時間だけ順次開放した後これを閉鎖する開閉制御信号（Ｏｄａ）、（Ｏｄｎ）を出力する圧力式流量演算制御部（７ａ）及び前記熱式流量センサ（２）からの流量信号（２ｃ）が入力され当該流量信号（２ｃ）からガス供給主管（８）を流通するプロセスガスの総流量（Ｑ）を演算表示する熱式流量演算制御部（７ｂ）とからなる演算制御部（７）と，を具備し、前記オリフィス（６）を流通するプロセスガス流が臨界膨張条件を満たすガス流のときは前記圧力式流量制御部（１ａ）によりプロセスガスの流量制御を、また、プロセスガス流が臨界膨張条件を満たさないガス流のときは前記熱式質量流量制御部（１ｂ）によりプロセスガスの流量制御を行うと共に、前記分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）の開閉によりプロセスガスを分流供給する構成としたことを特徴とする半導体製造装置のガス分流供給装置。
3. 複数の前記分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）の開放時間を同一とし、各分岐管路（９ａ）、（９ｎ）に同流量のプロセスガス（Ｑａ）、（Ｑｎ）を供給するようにした請求項１又は請求項２に記載の半導体製造装置のガス分流供給装置。
4. 複数の分岐管路（９ａ）、（９ｎ）の内の任意の分岐管路のみへプロセスガスを流通させるようにした請求項１又は請求項２に記載の半導体製造装置のガス分流供給装置。
5. コントロール弁（３），オリフィス（６），圧力センサ（５），温度センサ（４），分岐管路（９ａ）、（９ｎ），分岐管開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ），ガス供給主管（８）を一つのボディ体に一体的に組み付け形成するようにした請求項１に記載の半導体製造装置のガス分流供給装置。
6. コントロール弁（３），熱式流量センサ（２），オリフィス（６），圧力センサ（５），温度センサ（４），ガス供給主管（８），分岐管路（９ａ）、（９ｂ），分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）を一つのボディ体に一体的に組み付け形成するようにした請求項２に記載の半導体製造装置のガス分流供給装置。
7. 圧力式流量制御部（１ａ）によりプロセスガスの流量制御を行うと共に、熱式流量制御部（１ｂ）によりプロセスガスの実流量を表示する構成とした請求項２に記載の半導体製造装置のガス分流供給装置。
8. 圧力センサ（５）を、コントロール弁（３）の出口側と熱式流量センサ（２）の入口側の間に設けるようにした請求項２に記載の半導体製造装置のガス分流供給装置。
9. 圧力式流量演算制御部（７ａ）で演算した流体流量と熱式質量演算制御部（７ｂ）で演算した流体流量間の差が設定値を越えると警報表示を行う演算制御部（７）とした請求項２に記載の半導体製造装置のガス分流供給装置。

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