JPH02273535A

JPH02273535A - ガス流量制御装置

Info

Publication number: JPH02273535A
Application number: JP9357289A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hosoda; 勉細田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1990-11-08

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】〔概要〕ガス流量制御装置に関し、複数種類のガスのガス流量を正確に制御し、長期間安定
に使用できることを目的とし、ガス流量調節バルブをそ
れぞれに設けた複数のガス供給管と、前記ガス供給管を
まとめて接続するガス導入部を一端に設け、他端にガス
導出部を設けたガス混合供給管と、前記ガス混合供給管
の上流部と下流部のそれぞれに設けたガス圧測定器と、
前記ガス混合供給管に流れるガス成分比を検出する赤外
分光分析計と、演算制御駆動部とを少なくとも備え、前
記ガス圧測定器と前記赤外分光分析計の出力を前記演算
制御駆動部に入力してデータ処理を行ない、その結果得
られたガス成分量に基づいて前記ガス流量調節バルブを
作動させ、予め設定されたガス流量になるように、各ガ
ス流量を制御してガス流量制御装置を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、？、ｉ数種類のガスのガス流量を正確に制御
し、長期間安定に使用可能なガス流量制御用装置に関す
る。

近年、半導体隼積回路（ＩＣ）に使用される基板（シリ
コンウェーハ）はますまず大形化し、集積度も高まる一
方である。したがって、その製造プロセスもまずますデ
リケート、かつ、困難にな、ってきている。

ＩＣの製造プロセスには気相成長装置（ＣＶＤ）や反応
性イオンエツチング装置（ＲＩ　Ｅ）などの混合ガスを
用いる装置が多く使用されている。

このような製造プロセスでは、混合ガスのガス成分比を
正確に制御することが極めて重要であり、そのため高精
度で、かつ、安定したガス流量制御装置の開発が求めら
れていた。

〔従来の技術］第３図は気相成長（ＣＶＤ）装置のガス供給系の構成図
の一例である。この例では３種類のガスＡ、Ｂ、Ｃがガ
ス容器１０２．１０３．１０４から、それぞれのバルブ
とレギユレータを通って、さらにそれぞれのマスフロー
コントローラ１０１で予め設定された流量に制御され、
ガス導出部５゛　（たとスぽ連結管）で合流したのち、
ＣＶＤ装置１００のチャンバー内に導入されるようにな
っている。このような構成は反応性イオンエツチング装
２（ＲｌＥ）など他のガス反応を扱うウェーハ処理装置
でも一般に使用されている。

第４図は従来のガス流量制御装′ＮＩ（熱式マスフロー
７ントローラ）を説明する図で、第３図に、示したマス
フローコントローラの最も代表的な例である。

図中１．３゛はガス導入部、１０５はガス供給管１０６
はバイパス管４１０７はバイパス管１０６の１−流部と
下流部に巻かれた発熱体で、バイパス管が、いわゆる、
加熱管流量計として作用するように構成されている。加
熱管流量計は低圧気体の微少濃酸変化による加熱管のガ
スの流れ方向に沿っての温度分布の変化を検知してガス
流量を測定する方法である（日本化学会曙：化学便覧、
応用［、ｐ１８５２．１９７３　）　、。

１０８はピエゾバルブで圧電素子を微動機構に用いて微
少済８景を高精度に調節することができる。

５゛はガス導出部、たとえば連結管で、こ＼には記載し
てない他のガス供給管からのガスを合流混合して、反応
装置に送るものである。９“は演算制御Ｊ駆動部である
。

いま、たとえば１、ＩＣプロセスにおいて窒化シリコン
絶縁膜生成のために、シラン（Ｓｉ）１４）、アンモ、
−ア、水素（Ｈ７）などのガスを、前記ガス導入部３゛
からガス供給管１０５に導入すると、その一部はバイパ
ス管１０６に分流して、バイパス管１０Ｇに巻かれた２
つの発熱体１０７．定温度差制御３１！回路９４゛およ
び演算回路９１゛　　とで構成された加熱管流量計によ
る計測データから、ガス供給管１０５に流れるガス流量
を検知し２、そのデータと予め流量設定回路９３″で設
・定されたガスの所要流量りを仕較制御・駆動回路９２
゛　に入力し、現在流量と予め設定された所要流量との
差に対応して、ピエゾバルブｌＯ）］の開閉量を調整し
ガス流量を所定量に制御している。

［発明が解決しよ・うとする課題］しかし１．ト記のバイパス管１０６の内径は、加熱管流
量計としての要求から、通常１ｍｒｎφ稈度と非常に細
いものを使用しなければならない。

一方、導入ガスは堆積性が強かったり腐食性が強い場合
が多い。たとえば、前記シラン（Ｓ　ｉ　Ｉｆ　＜　）
の場合、配管系の吸着ガス（０２や１１．０など）が脱
ガスされて混入するとＳｉＯ□などの反応生成物が堆積
してくる。このため、バイパス管１０６が詰：十；、っ
てしまい、バイパス管と合流−との関係がくずれ、正確
な流量の検知ができなくなるとい：）問題があり、その
解決が必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、ガス流量調節バルブ２をそれぞれに設け
た複数のガス供給管１と、前記ガス供給管１をまとめて
接続するガス導入部３を一端に設け、他端にガス導出部
５を設けたガス混合供給管４と、前記ガス混合供給管４
の上流部４１と下流部４２のそれぞれに設けたガス圧測
定器６および７と、前記ガス混合供給管４に流れるガス
成分比を検出する赤外分光分析計８と、演算制御駆動部
９とを少なくとも備え、前記ガス圧測定器６および７と
前記赤外分光分析計８の出力を前記演算制御駆動部９に
入力してデータ処理を行ない、その結果得られた各ガス
成分量に基づいて前記ガス流量調節バルブを作動させ、
予め設定されたガス混合量になるように、各ガス流量を
制御することを特徴としたガス流量制御装置により解決
することができる。

〔作用〕

本発明によれば、ガス成分量の測定に当たり、先ず、ガ
ス混合供給管４の上流部４１の圧力をｐ。

とし、同下流部４２の圧力を２２とし、前記ガス混合供
給管４のコンダクタンスをＣとすれば、全流量Ｑは、Ｑ＝ＣＸ（Ｐ＋　　Ｐ２）−・・・−・・−・・・−・
・・（１）で求められる。

一方、一般に気体は赤外領域において、その気体特存の
吸収スペクトルを持っていることはよく知られており、
したがって、赤外域の吸収スペクトルの位置と強度を測
定すれば、ガス混合供給管４の中を流れているガスの成
分比を求めることができる。

以上求めた混合ガスの合流ＩＱとガス成分比から、ガス
混合供給管４の中を流れている各ガスの成分量を知るこ
とができる。

すなわち、ガス成分量の測定にガス圧測定器と赤外分光
分析計を用いているので、従来の熱式ガス流量制御装置
に用いられていたバイパス管のように、細い管を使用す
る必要が全（ない。

したがって、堆積性の強いガスを流しても配管系の何処
にも詰まるところがないので、長期間にわたって使用し
てもガス流量を正確に制御することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の詳細な説明する図である。

図中、Ｉ（Ｉａ、　ｌｂ、　ｌｃ）はガス供給管、　２
（２ａ、　２ｂ、　２ｃ）はガス流１調節バルブ１３は
導入部、４はガス混合供給管、４１はガス混合供給管の
上流部、４２はガス混合供給管の下流部、５はガス導出
部で何れも耐食性のよいステンレススチールなどを使用
する。ガス流量調節バルブ２　（２ａ　、　２ｂ　、　
２ｃ）にはピエゾバルブなどを使用すればよい。

６および７はガス圧測定器で、たとえば、ピラニゲージ
である。

８は赤外分光分析計で、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）
などに電流を流して加熱し赤外線光源としたＩＲ全発光
８１と、分光器と検知素子などを含むｒＲ受光部８２か
らなっている。

９は演算制御駆動部で、演算回路９１．比較制御駆動回
路９２．流量設定回路９３などからなっている。１０は
ＩＲ全発光８１から出た赤外線をガス混合供給管４の中
に導き、さらに、ガス混合供給管４からＩＲ受光部８２
へと通すための赤外線用窓で、ＺｎＳなどの材料を使用
すればよい。

こ−で、たとえば、窒化シリコン絶縁膜を生成する場合
には、シラン（ＳｉＨａ）、アンモニア、水素（Ｈ２）
などのガスを、前記ガス供給管１　（ｌａ、　Ｉｂ、　
ｌｃ）から別々に導入し、ガス流量調節バルブ２　（２
ａ、２ｂ。

２ｃ）を通って、ガス導入部３で合流混合されてガス混
合供給管４に導入される。

つぎに、ガス混合供給管４の上流部４１の圧力（ｐ＋）
と、同下流部４２の圧力（ｐ２）とをガス圧測定器（ピ
ラニゲージ）６および７で測定してガス全流量Ｑを測定
する。次に、赤外分光分析計８でガス混合供給管４の中
を流れているガスの成分比を求める。以上求めた混合ガ
スの全流量Ｑとガス成分比から、ガス混合供給管４の中
を流れている各ガスの流量を知ることができる。これら
のデータ処理は演算回路９１で自動的に行なわれ、その
各ガスの濃度データと、予め流量設定回路９３に設定さ
れている所要流ガｔ２−を比較制御・駆動回路９２に入
力し、現在流量とｒめ設定された所要流量との差に対応
して、たとえば、とニジバルブなど、Ｊ、りなるガス’
ｉｆ＝　！！！　；ｍ　ｉｆｉバルブ２　（２ａ、２１
ｉ、　２ｃ）の開閉量を調整しガス温性を所定量に制御
する６本実施例装置を使用ｊ７た場合１．掘めてｉｆｆ
積件０強いガスを流しても本装置の配管系に堆積物が詰
まることはなく、殆どメンテナンスフリーで稼動”（る
ことができる、さらに、従来の装置のバイパス管では腐食性の強いガス
を流ｊ、た場合、バイパス管の内部が腐食する（・ラブ
ルが発生ずることがあったが、本発明の実施個装′！ｌ
ごばそのような腐食の発生は見られなかった。

第２図は本発明の他の実施例を説明する図で、１１マ発
光部８１から出た赤外光をガス混合供給管４の中で多重
反射させ光路を長くしたもので、ガス混合供給管４の上
下両面に赤外線反射鏡１１を取り−）けである。したが
って、ＩＲ発光部８１とＩＲ受光部８２とは少し７離し
て配置し、それに対応１，２て赤外線用窓１０も離して
配置されている。本Ｘ施例においては、赤外線光路長が
必要なだけ甘くとれるので、赤外分光分析計８の分光感
度を上げる、ことができ、微量混合ガスの高精度流夢制
御がＯ１能である。

なお、伺わ５の実施例においても、赤夕（分光分析計を
ダブルじ−ム構成、すなわち、参照Ｉ　Ｒ受Ｗ４部を別
に設けて、電気的に差動検出を行い、Ｉ　Ｒ発光部の光
源の強度の微少変動によるノイズを除去し７Ｓ／Ｎを十
げろようにすれば−［脅感度をよくすることができろ。

また、赤外線吸収の起こらないようなガス、たとえば、
同一原子からなる２原子分子ガスなとを１種類だけ含む
混合ガスならば５、同じように各ガス流量を正確に制御
することができることは容易に理解できる。

［発明の効用］以上述べたように、本発明によれば、ガス流ｌ・−制′
４ｎ装置の中６．＝紬い管状部分を全く含まないので、
堆積Ｐｔのガスや腐食性のガスを？ｔｆ−ても流路が詰
ゴ；ったり腐食し７たりすることがなり５．長月間にわ
たって高精度でガス流量の制御が可能となる。１゜ノ、
二がって２、寥導体！積回路その他混合ガスを使用する
処理に程を含む製品の品質゛、歩Ｗ７りの向ｂｔこ寄”
ｉ　するところが極めて大きい。

および７はガス圧測定器、は赤外分光分析計、は演算制御駆動部、０は赤外線用窓、夏は赤り１離反射鏡である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、第２図は本発明の他の実施例な説明する図、第３図（」
、気相成り、（ｃｖｌ））装置のガス供給系の構成し１
、第４図は従来のガス原寸制御装置（熱式マス′７Ｉ］−
コントローラ）を説明する図である。図においＹ、７１　（ｌａ、　ｌｂ、　ｌｃ）はガス供給管、２　（２
ａ、＋１１．＋ｅ）はガス流１ｍ節・・＜ルブ、３はガ
ス導入部、４はガス７１１合供給管、＋３はガス導出部、代理人　弁理士　、井桁　！８ｙ−

Claims

【特許請求の範囲】ガス流量調節バルブ（２）をそれぞれに設けた複数のガ
ス供給管（１）と、前記ガス供給管（１）をまとめて接続するガス導入部（
３）を一端に設け、他端にガス導出部（５）を設けたガ
ス混合供給管（４）と、前記ガス混合供給管（４）の上流部（４１）と下流部（
４２）のそれぞれに設けたガス圧測定器（６、７）と、
前記ガス混合供給管（４）に流れる混合ガス成分比を検
出する赤外分光分析計（８）と、演算制御駆動部（９）とを少なくとも備え、前記ガス圧
測定器（６、７）と前記赤外分光分析計（８）の出力を
前記演算制御駆動部（９）に入力してデータ処理を行な
い、その結果得られた各ガス成分量に基づいて前記ガス
流量調節バルブ（２）を作動させ、予め設定されたガス
流量になるように、各ガス流量を制御することを特徴と
したガス流量制御装置。