JPH01318924A - マスフローコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基体に形成された流体入口と流体出口との間
に、流体流量を測定するマスフローメータ部と、流体流
量を制御する流体制御部とを設けてなるマスフローコン
トローラの改良に関する。

〔従来の技術〕

上記マスフローコントローラとして、例えば特公昭５４
−４１１２６号公報に示されるように、マスフローメー
タ部に毛細管を設けると共に、バイパス部に前記毛細管
と同一特性を有する毛細管を１又は複数本設けたものが
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術には次のような欠点がある
。

即ち、一般に、この種マスフローコントローラは半導体
製造等に用いられるガスの供給系に使用されることが多
く、制御するガスはＮ、、Ａｒ等の不活性ガスやＨｚ　
、Ｓ　ｉ　Ｈａ　、Ｂ２Ｈ６等の可燃性ガスやＨ（１，
Ｃ１，、ＷＦ、、ＢＣｌ、等の高腐蝕性ガス等多種に亘
っている。そして、半導体製造時には、供給ガスをマス
フローコントローラ内壁に残存する水分により汚染され
ないようにするため、随時必要に応じてマスフローコン
トローラに高純度（ｎ点−１００°Ｃ以下）のＮ２等の
不活性ガスを流しながらベータアウトし、前記水分を除
去する必要がある。このベータアウトは、マスフローコ
ントローラを含むガス配管系にテープヒータを巻き付け
たり、或いは直接電流を流したり、又はガス配管系全体
を保温容器内に入れるなどして所定温度にまで加熱する
ことによって行われる。

而して、上記公報に開示されたマスフローコントローラ
においては、流量制御弁のｆ５ｔｉ量非制１Ｂ時におけ
る最大流量と流量制御時における最大流量との比が５＝
１程度であり、特に、最大制御流量が数ｌＯ〜数ｃｃ／
ｗｉｎのマスフローコントローラの場合、ベータアウト
時の温度を１２０°Ｃにしてこれを３カ月間行っても、
水分量は２０〜３０　ｐｐｂまでしか低下しないという
欠点がある。

このことをより詳しく、例えばマスフローコントローラ
が半導体製造用のプロセスガス供給系に使用される場合
について説明する。

ポリシリコン、Ｓ　ｔｏｗ　、Ｓ　１２Ｎａ　、ＡＣＡ
／！−３ｉ、Ａｌ−３ｉ−Ｃｕといった大規模集積回路
（ＬＳｉ）に使われる薄膜は、スパッタ成膜或いはＣＶ
　Ｄ　（Ｃｈｅｓ＋１ｃａｌ　　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）成膜によって形成される。

スパッタ成膜の際、スパッタ装置に流すガスとして通常
Ａｒが用いられる。ＬＳＩのパターンが微細化すると、
シリコン基板と配線及び多層配線の上下を接続するコン
タクトホール及びスルーホールのアスペクト比は高くな
る。サブミクロン孔径の細くて深いコンタクトホール、
スルーホールに電極材料をきちんと詰めようとすると、
スパック時のプロセスガス圧力は例えば１０−’Ｔｏｒ
ｒ台といったように低ガス圧化する。プロセスチャンバ
排気用のポンプの排気量を実用的な大きさに保とうとす
れば、当然のことながら、プロセスガス圧力が低くなる
と、供給されるＡｒガス流量は小さくなる。

一方、ＣＶＤ成膜の際使用されるガスは、５ｉＨａ　、
Ｓ　１ｔＨｈ　、ＷＦ６　、ＮＨ＊等のガスであり、通
常その流量は大きい。

又、微細パターンをエツチング加工するＲＩＥ（１？ｅ
ａｃｔｉｖｅ　　Ｊｏｎ　　Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置やイ
オン注入装置においては、そのガス流量は殆どの場合精
々数１０ｃｃ／翔ｉｎである。

このような小さいガス流量を精密に制御するために使用
されるマスフローコントローラの最大流量は通常端々１
ｏｏｃｃ／ｗｉｎである。

従来、マスフローコントローラは反応性ガスの堆積物等
による目詰ま−り事故の多い部品であった。

この目詰まり事故は殆どの場合マスフローコントローラ
自身によって生ずるのではなく、ガス配管系の外部リー
クや内壁からの脱ガスの主成分である水分と例えばＳｉ
Ｈ４やＳ　１ｚＨｉとの反応生成物であるＳｉＯｘ粉末
等によって引き起こされるのである。

又、最近４〜５年間の部品及び突き合わせ溶接技術等の
施工技術の進歩により、外部リーク量はＩ　Ｘｌ０−”
　Ｔｏｒｒ−１７ｓｅｃ、　（検出器限界）以下にまで
小さくなってきている。現状では、ガス配管系内壁から
の水分を中心とする放出ガスが最大のｌη染源である。

従って、マスフローコントローラ等を含むガス配管系は
組み立てられた後、超高純度のＮｔガス或いはＡｒガス
によりパージされ、ガス配管系内壁に吸着する汚染分子
を脱離させている。水分のように脱離させ難い分子の場
合には、最低限１００゛Ｃを超える状態でのベーキング
が必要である。

故障の可能性が高いこと及び定期的な流量較正の必要性
から、マスフローコントローラはガス配管系に組み込ま
れるときは、第２図に示すようなユニットに構成される
。即ち、同図において、１０１はマスフローコントロー
ラ、１０２．１０３．１０４．１０５はストップバルブ
、１０６はガス流入口、１０７はガス流出口、１０Ｂは
バイパスラインである。そして、ストップバルブ１０２
と１０４及びストップバルブ１０３と１０５はそれぞれ
一体に構成された２連３方モノブロツクバルブである。

而して、プロセスガスを流すときには、ストップバルブ
１０２．１０３を開、ストラフハル７’１０４．１０５
を閉とする。マスフローコントローラ１０１を取り外す
ときにはストップバルブ１０２．１０３を閉、ストップ
バルブ１０４．１０５を開とし、ガス流入口１０６→バ
イパスライン１０８→ガス流出口１０７の経路でＮｇ、
Ａｒ等のパージガスを流しながら脱着する。

ＲＩＥ装置用ガス配管系に最大流量２０ｃｃ／ｓｉｎの
マスフローコントローラを組み込んだ場合のガスパージ
効果を第３図に示す。

この図において、縦軸はパージに用いたＮ２ガスがガス
配管系を通過して装置に流れ込む寸前のところでの露点
及び水分濃度を示し、横軸はパージの経過日数である。

パージに用いているＮ、ガス中の水分量は、１　ｐｐｂ
以下である。そして、露点と水分濃度との関係は既に各
ハンドブック等に示されているが、概略、−９０°Ｃ：
　９５　ｐｐｂ、　−１００”Ｃ：　１４　ｐｐｂ、　
　−１１０℃：　１　　ｐｐｂである。

そして、図中、太い実線部分は、バイパスラインを通し
て５ｊ！／＋ｉｎのＮ２ガス流量でパージしている状態
を示し、細い実線部分はマスフローコントローラを通し
て１００ｃｃ／＋ａｉｎのＮｔガス流量でパージしてい
る状態を示している。又、図中の上部斜線部は通ガス状
態で全系が１２０°Ｃに昇温されていることを示し、斜
線部以外は昇温を行っていないことを示している。

そして、５ｊ！／ｓｉｎのＮ２ガス流量でパージを行え
ば、数日で露点が一１１０″Ｃ（水分濃度１　ｐｐｂ）
に到達するが、マスフローコントローラを通して１００
ｃｃ／ｗｉｎのＮ２ガス流量でパージした場合は、露点
は一９５°Ｃ程度にしか下がらず、マスフローコントロ
ーラ内壁に吸着されている水分が完全に除去できてない
ことが判る。又、ベーキングを繰り返しながら３力月間
Ｎ２パージを行ったが、マスフローコントローラを通し
た場合には、露点が一９７゛Ｃ（水分濃度２５　ｐｐｂ
＞がやっとであった。

而して、プロセスの高性能化を図るには、マスフローコ
ントローラのパージが少なくとも１週間程度で露点が一
１１０°Ｃ（水分濃度１　ｐｐｂ）に到達することが絶
対に必要である。

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その
目的とするところは、ベータアウトの際、外部回路を設
けることなく短期間のうちに完全に水分を除去すること
ができるパージ機能付きマスフローコントローラを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明に係るマスフローコ
ントローラは、流体制御部に設けられる流量制御部材の
流量制御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部
の流量非制御時における最大流量を、その流量制御時に
おける最大流量に比べて十分大きくなるよ、うに設定し
、パージ機能を持たせている。

〔作用〕

上記構成によれば、流量制御部材の流量制御部分が鏡面
仕上げされているから、微小流計領域における流量制御
が高精度に行え、しかも、流量制御部の流量非制御時に
おける最大流量を、その流量制御時における最大流量に
比べて十分大きくなるように設定しているので、パージ
モードを用いたベークアウトの際、外部回路を設けるこ
となく短期間のうちに完全に水分を除去することができ
、上記目的は完全に達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を、図面を参照しながら説明す
る。

第１図は所謂ノルマルオープンタイプのマスフローコン
トローラの一例を示し、同図において、１は基体、２．
３は基体１に形成された流体入口。

流体出口である。４は流体人口２と流体出口３との間に
形成される流体流路で、マスフローメータ部５と流体制
御部６とが設けである。尚、図示する例においては、マ
スフローメータ部５が流体制御部６よりも上流側に設け
であるが、この配置を逆にしてもよい。

前記マスフローメータ部５は、流体流路４に臨むように
開設された測定流路人ロアと測定流路出口８との間を接
続する例えば薄肉毛細管よりなる導管９に例えば熱式質
量流ｌセンサよりなる抵抗体１０ｕ、　１０ｄを巻回し
てなるもので、熱式質量ｆｆ１ｉ［ｔセンサ１０ｕ、　
１０ｄは図外のブリッジ回路に接続しである。　１１は
流体流路４に形成された定分流比特性を有するバイパス
部である。

そして、前記流体制御部６は、次のように構成されてい
る。即ち、前記バイパス部１１よりも下流側の流体流路
４に弁口１２を備えた弁座１３が設けられると共に、弁
口１２の開度を調節する弁体１４がその弁頭部１４Ａを
弁口１２に近接した状態で設けられている。この弁体１
４は弁体ガイド１５内を上下方向に移動し得るように、
しかも、通常時、弁座１３との間に若干の隙間が形成さ
れるように、金属製のダイヤフラム１６によって保持さ
れている。

更に、前記弁座１３及び弁体１４（これらを総称して流
量制御部材という）の相対向する部分、つまり、流量制
御部分１３ａ、　１４ａはそれぞれ鏡面仕上げによって
極めて平滑な平面（ＲＩＩｌｌ、Ｉが０．５ｎ以下）に
形成されている。

１７は弁体１４を所定の方向に駆動する弁体駆動部で、
例えば複数の圧電素子を積層してなるとニジスタックよ
りなる。この弁体駆動部１７は弁ブロック１８に螺着さ
れた筒状カバ一体１９内に収容され、所定の直流電圧を
印加することによりその出力部が下方に変位し、これに
よって弁体！４が下降し、弁口１２の開度が変化するの
である。

そして、上記流体制御部６においては、流量制御部材１
３．１４の流量非制御時における最大流量が、流量制御
時における最大流量に比べてはるかに大きくなるように
、例えば５０−１００倍又はそれ以上になるように設定
しである。

尚、第１図において、２０〜２６はシール部材としての
金属製Ｏリングである。

而して、上記構成のマスフローコントローラにおいて、
流量制御部材１３．１４の流量制御部分１３ａ。

１４ａが鏡面仕上げされているので、弁口１２の開度調
節をサブミクロン乃至ミクロンオーダーで行うことがで
き、それだけ小さい制御分解能を得ることができるから
、掻めて小流量領域において精度よく流量制御すること
ができると共に、従来技術に比べて流量制御部材１３の
オリフィス径を約２０倍、開度を約３倍に拡大している
ので、流量非制御時における最大流量が流量制御時にお
ける最大流量に比べてはるかに大きく、ベータアウト時
においてバイパスライン等の外部回路を設けなくても、
最大制御流量が数１０ｃｃ／ｗｉｎといったマスフロー
コントローラでもパージモード状態にすれば、不活性ガ
スを５ｊ！／ｍｉｎといった大流量で流すことができる
ので、ベータアウトを短時間で、しかも、水分を完全に
除去した状態にすることができる。

本発明は、上述の実施例に限られるものではな（、例え
ば弁体駆動部１７はサーマル駆動方式等積々のもので構
成することができる。又、ノルマルクローズタイプのマ
スフローコントローラにも適用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係るマスフローコントロ
ーラは、流体制御部に設けられる流量制御部材の流量制
御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部の流量
非制御時における最大流量を、その流量制御時における
最大流量に比べて十分大きくなるように設定し、パージ
機能を持たせるようにしているので、ベークアウトの際
、外部回路を設けることなく短期間のうちに完全に水分
を除去することができる。従って、本発明によれば、例
えば半導体製造におけるプロセスを高性能化させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るマスフローコントロー
ラを示す縦断面図である。 第２図は従来技術を説明するためのブロック図、第３図
はガスパージ効果を説明するための図である。 １・・・基体、２・・・流体入口、３・・・流体出口、
５・・・マスフローメータ部、６・・・流体制御部、１
３・・・弁座＜’ａ量制御部材）、１４・・・弁体（流
量制御部材）、１３ａ、　１４ａ・・・流量制御部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基体に形成された流体入口と流体出口との間に、流体流
   量を測定するマスフローメータ部と、流体流量を制御す
   る流体制御部とを設けてなるマスフローコントローラに
   おいて、前記流体制御部に設けられる流量制御部材の流
   量制御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部の
   流量非制御時における最大流量を、その流量制御時にお
   ける最大流量に比べて十分大きくなるように設定し、パ
   ージ機能を持たせたことを特徴とするマスフローコント
   ローラ。