KR19980067879A

KR19980067879A - 혼합가스의 공급방법과 혼합가스 공급장치 및 이를 구비한 반도체 제조장치

Info

Publication number: KR19980067879A
Application number: KR1019970004211A
Authority: KR
Inventors: 미나미유키오; 이케다노부카주; 슈레스타마노하루엘.; 카가쯔메사토시
Original assignee: 오가와슈우헤이; 카부시키가이샤후지킨; 히가시테쯔로오; 토오쿄오엘렉트론카부시키가이샤
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 1998-10-15
Also published as: US5950675A; TW416093B; JP3442604B2; KR100235380B1; JPH09283504A

Abstract

반도체 제조장치용의 혼합가스 공급장치에 있어서, 대유량공급가스가 소유량공급가스의 라인 내에 역류하여, 이것이 원인으로 밸브나 매스흐름 메터에 발생하는 각종의 문제를 방지한다.

복수의 가스공급라인을 통하여 복수의 가스를 공급하고, 그 혼합가스를 가스아우트부를 통해서 가스사용대상에 공급하는 혼합가스 공급방법에 있어서, 상기한 복수의 가스중의 최소유량의 가스를 가스아우트부로부터 가장 떨어진 위치에 설치한 가스공급라인으로부터 공급한다.

Description

혼합가스의 공급방법과 혼합가스 공급장치 및 이를 구비한 반도체 제조장치

본 발명은 주로 반도체 등의 제조에 이용되는 것이며, 반도체 제조장치에 복수의 다른 가스의 혼합가스를 공급하는 경우에, 소유량가스의 공급라인 내에 대유량가스의 공급라인으로부터 가스가 역류 또는 역확산하는 것을 방지할 수 있도록 한 혼합가스의 공급방법과 혼합가스 공급장치 및 이를 구비한 반도체 제조장치에 관한 것이다.

반도체의 제조에 있어서는, 예를 들면, 실란가스와 같이, 공기에 접촉하면 고체(SiO₂)로 되어서 석출하도록 한 반응성이 풍부한 가스를 함유한 이른바 반도체 제조용 가스가 많이 이용되고 있다. 도 11은 상기한 반도체 제조장치의 하나인 드라이 에칭 장치의 한 예를 표시하는 것이며, 혼합가스 공급장치(A)에서 형성된 H₂와 O₂와 CF₄의 혼합가스가 프로세스쳄버(에칭실)(C)에 공급되고, 여기에서 이른바 Si웨이퍼 등으로 에칭처리가 행하여진다.

또한, 도 11에 있어서 (MFC₁∼MFC₃)는 매스흐름 제어기, (V₁∼V₃)는 밸브, (T)는 수송관, (R)은 드라이펌프, (VM)은 주 밸브, (Z₁, Z₂)는 트랩, (Y)는 메커니컬 부스터 펌프이다.

그런데, 도 11과 같은 혼합가스 공급장치(A)에서는, 각 가스공급라인(L₁∼L₃)에 공급되는 각 가스의 압력(P)이 대기압 이상이고, 또한 혼합가스의 가스공급계 내가 진공배기되고 있기 때문에, 지금까지 CF₄가스가 H₂가스 내로 역류하던가, 혹은 CF₄가스가 O₂가스 내로 역류하는 일은 전혀 없는 것으로 생각되고 있었다.

그러나, 현실에서는, 예를 들면, 실리콘 산화막의 드라이 에칭 장치 등에 있어서는 대유량라인의 가스가 소유량의 라인의 가스 내로 역류하는 일이 있고, 역류가스에 의해서 소유량의 가스라인 내에 반응생성물이 기생하고, 이것이 원인으로서 소유량의 가스라인의 밸브에 누설이 생기던가, 혹은 소유량의 가스라인의 매스흐름 제어기에 막힘이 생긴다고 하는 문제가 생기고 있다. 특히 혼합가스의 일종이 미소유량의 경우에는, 상기한 역류의 문제가 현저하게 나타나고 있다.

그래서, 본 발명자는, 상기한 가스의 역류를 확인하기 위해, 먼저 도 6에 표시하는 바와 같은 반도체 제조장치의 혼합가스 공급장치(A)와 대략 동일한 시험용 장치를 조립하여, 각 가스 공급라인(L₁), (L₂), (L₃)에 아래 표와 같은 조건으로 각 가스를 공급하고, 소유량라인(L₃)의 (N₂) 내로 대유량라인(L₁)의 He가 역류하는지의 여부를 조사하였다.

[표 1]

라인 No	가스의 종류	일차측압력(Kgf/㎠G)	유 량(㏄/min)
L₁	He	1	100
L₂	N₂	1	200
L₃	N₂	1	3

그 결과, 소유량라인(L₃)의 N₂유량이 5㏄/min 이하의 경우에는, 대유량라인(L₁)의 He가 N₂내로 역류하는 것이 확인되었다.

또, 소유량라인(L₃)의 MFC₃의 조정최소치 2.0㏄/min에 있어서, 역류가스인 He의 최대농도가 약 90ppm인 것이 판명되었다.

또한, ① 가스도입시간이 30초 이상으로 되면, 역류상태가 안정한다는 것, ② 밸브(V₁), (V₂), (V₃)의 조작순서는, 역류량에 거의 무관계라는 것, ③ 일차측 압력(P₁), (P₂), (P₃)을 변화시켜도, 역류량은 변하지 않는 다는 것, ④ 복수의 가스라인의 출구측 합류부(G_o)(이하, 가스아우트부(G_o)라고 칭한다)의 압력이 대기개방(ATM)시 보다도 진공(VAC)시 쪽이, 역류량이 적게 되는 것. ⑤ 소유량라인(L₃)의 밸브(V₃)와 가스아우트부(G_o)간의 길이(L)가 길수록, 배관비(배관길이(L)/배관내경(D)가 커지기 때문에 역류가 적어진다는 것, ⑥ 소유량라인(L₃)의 가스합류부의 상류측에 오리피스 등을 설치해서 N₂가스의 유속을 상승시키면, He의 역류가 적어진다는 것, ⑦ 소유량라인(L₃)의 조합위치를 변화시키는 것에 의해, 역류량이 변화하는 것등의 사항이, 상기한 확인시험의 결과로부터 판명되었다.

본 발명은, 종전의 반도체 제조장치용의 혼합가스 공급장치에 있어서 상술한 바와 같은 문제, 즉, 프로세스쳄버에 혼합가스를 공급하는 경우에, 대유량가스라인의 가스가 소유량가스라인 내로 역류하여 반응생성물이 형성되고, 이것이 원인으로 소유량가스라인의 밸브에 누설이 생긴다던가, 매스흐름 제어기에 막힘 등의 트러블이 발생한다고 하는 문제를 해결하는 것이며, 대유량가스라인으로부터 소유량가스라인 내로 가스의 역류가 생기지 않도록 한 혼합가스의 공급방법과 이를 사용하는 혼합가스 공급장치 및 이를 구비한 반도체 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명자는, 상기한 역류확인 시험결과에서 얻어진 식견에 따라서, 후술하는 바와 같은 수많은 역류시험을 실시하였다. 본 발명은, 이와 같은 역류시험의 결과를 바탕으로 창작된 것이며, 청구항 1기재의 발명은, 복수의 가스공급라인을 통하여 복수의 가스를 공급하고, 그와 같은 혼합가스를 가스아우트부를 통하여 가스사용대상에 공급하는 혼합가스 공급방법에 있어서, 상기한 복수의 가스중의 최소유량의 가스를 가스아우트부로부터 가장 떨어진 위치에 설치한 가스공급라인으로부터 공급하는 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항 2기재의 발명은, 복수의 가스공급라인을 통하여 복수의 가스를 공급하고, 그와 같은 혼합가스를 가스아우트부를 통해서 가스사용대상에 공급하는 혼합가스 공급방법에 있어서, 상기한 복수의 가스공급라인의 통로단면적(S)과 유통하는 가스유량(Q)과의 비(Q/S)를 대략 동일하게 한 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항 3기재의 발명은, 복수의 가스공급라인을 통하여 복수의 가스를 공급하고, 그와 같은 혼합가스를 가스아우트부를 통하여 가스사용대상에 공급하는 혼합가스공급방법에 있어서, 상기한 복수의 가스중의 최소유량가스를 가스아우트부로부터 가장 떨어진 위치에 설치한 가스공급라인으로부터 공급함과 아울러, 각 가스라인의 통로단면적(S)과 유통하는 가스유량(Q)의 비(Q/S)를 거의 동일하게 하도록 한 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항 8에 기재된 발명은, 가스아우트부에 가장 먼 가스공급라인으로부터 최소유량의 가스를 공급함과 아울러, 가스아우트부에 가장 근접한 가스공급라인으로부터 최대유량의 가스 또는 최대분자량의 가스를 공급하도록 한 혼합가스 공급장치에 있어서, 상기한 가스아우트부에 가장 먼 가스공급라인에 개설하는 밸브를, 밸브 본체의 가스입구부와 밸브실을 연통하는 가스통로 내에 오리피스 개스킷을 설치하여 유통가스의 유속을 높임과 아울러, 밸브실 내에 설치한 밸브자리에 금속다이어프램제 밸브본체를 직접, 당 이좌시키는 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

청구항 12에 기재된 발명은, 반도체 제조장치에 있어서, 청구항 1, 청구항 2, 또는 청구항 3에 기재된 가스공급방법을, 또는, 청구항 13에 기재된 발명은 반도체 제조장치에 있어서 청구항 8기재의 가스공급장치를, 각각 사용하는 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.

(기초시험1)

다음에, 상기한 본원 발명의 창작의 기초로 된 각종시험과 그 결과에 대하여 설명한다.

먼저, 도 6과 같은 3종의 가스공급라인(L₁∼L₃)을 가지는 시험장치를 제작하고, 이것을 사용하여 각종의 역류시험을 행하였다. 또한, 도 6에 있어서 (S)는 샘플링계, (Q_mas)는 4중극질량 분석계, (R_p)는 진공펌프, (V₄∼B₈)은 밸브, (L_p)는 파지라인, (L_v)는 벤트라인이다.

또, 본 시험장치를 사용한 역류시험은, 아래의 순서에 의하여 실시한다.

① 라인설정 : 각 라인(L)의 일차측 압력(P)을 1kgf/㎠ G, 라인(L₁)의 He유량(Q₁)을 100㏄/min, 라인(L₂)의 Ar유량(Q₂)를 200㏄/min, 라인(L₃)의 N₂유량(Q₃)을 10㏄/min으로 설정한다.

② 라인(L₁∼L₃)의 가스파지 : (V₁), (V₂), (V₃), (V₅), (V₆), (V₇)를 폐쇄. (V₄)를 개방하여 계 내를 진공으로 배기하면서 (V₁)을 개방하고, 10sec간 라인(L₁)의 가스를 파지한다. (V₂), (V₃)에 대하여도 동일한 조작을 별도로 실시하고, 라인(L₂) 및 라인(L₃)의 가스도 파지한다.

③ 가스아우트부(G_o)의 대기압설정 : (V₁), (V₂), (V₃), (V₄), (V₅), (V₇)를 폐쇄. (V₆)를 개방하여 진공으로 되어 있는 계 내를 N₂로 대기압에 복귀한다. 그 후, (V₅)를 개방하여 벤트부(Lv)로부터 N₂를 파지한다.

④ 역류조작 : (V₅)를 개방, (V₄), (V₆), (V₇)를 폐쇄하고, (V₁), (V₂), (V₃)를 동시에 개방하여 벤트측에 가스를 30sec 흐른다(역류가 발생하는 경우에는, (V₃)의 상류에 He 및 Ar이 역류한다).

⑤ 잔류가스제거 : (V₁), (V₂), (V₃), (V₅), (V₆), (V₇)를 폐쇄, (V₄)를 개방하여 가스아우트부(G_o)의 잔류가스를 진공펌프(R_P)로 30sec 진공배기한다.

⑥ (V₁), (V₂), (V₃), (V₅), (V₇)를 폐쇄, (V₆)를 개방하여 가스아우트부(G_o)의 압력을 N₂에 의하여 진공에서 대기압으로 되돌리고, (V₇)를 개방하여 (N₂)를 샘플링계(S)에 파지한다.

⑦ 샘플링계(S)의 (BG)의 확인 : (V₆)를 개방하고, N₂가스를 샘플링하고, He 및 Ar이 BG레벨인 것을 확인한다.

⑧ 역류확인 : 라인(L₃)의 유량(Q₃)을 100㏄/min으로 지정하고, (V₆)를 폐쇄, (V₃)를 개방하여 (V₃)의 상류로 역류한 He 및 Ar을 N₂와 함께 추출하고, 이 가스를 샘플링하는 것에 의해 역류를 확인한다.

⑨ 라인(L₃)의 유량(Q₃)의 설정을 10∼3㏄/min으로 변화시켜, 상기한 ②∼⑧을 반복하여 행하는 역류를 확인한다.

상기한 시험의 결과는 아래와 같았다.

① 소유량라인(L₃)의 유량변경에 대하여, 소유량라인(L₃)의 가스가 N₂의 경우, 약 5㏄/min으로부터 대유량라인(L₁)의 가스 He의 역류가 발생한다.

대유량과 소유량의 비(금회는 L₁(He) : L₂(Ar) : L₃(N₂)=100 : 200 : 5)도 관여한다고 생각된다(참조 : 배관내경 ψ4.35㎜, 유량 5㏄/min시의 유속은 5.6㎜/s).

② 대유량라인(L₁) 또는 (L₂)의 유량변경에 대하여, 소유량라인(L₃)에 2개의 대유량라인(L₁), (L₂)의 가스는 함께 역류한다. 대유량라인(L₁), (L₂)의 유량비에 의하여 역류의 상태(가스중, 그 량)는 변화한다. 다음 표에 표준설정과 대유량라인의 유량을 변경할 때의 데이터를 표시한다. 대유량라인의 유량이 증가하는 것에 의해 그 경향이 확인된다. 가스아우트부(G_o)의 압력은 대기압이다.

[표 2]

패턴 No.	각 라인의 가스종 및 유량(㏄/min)	잔류가스최대농도(ppm)
패턴 No.	L₁	L₂	L₃	HE	Ar
A	He 100	Ar 200	N₂3	65.2	ND
B	HE 3000	Ar 200	N₂3	234.4	ND
C	HE 100	Ar 3000	N₂3	ND	63.8

BG(백그라운드)레벨의 것은 ND(검출한계이하)로 하였다.

소유량라인가스종 N₂시, He BG : 10∼20ppm

Ar BG : 20∼30ppm

③ 소유량라인의 위치에 대하여, 소유량라인의 위치로서는, 가스아우트부(G_o)보다 먼 위치(상류측)가 좋다.

아래표에 표준설정과 대유량라인의 유량을 변경할 때의 데이터를 표시한다.대유량라인의 유량이 증가하는 것에 의해 그 경향을 확인한다.

[표 3]

패턴 No.	각 라인의 가스종 및 유량(㏄/min)	잔류가스최대농도(ppm)
패턴 No.	L₁	L₂	L₃	He	Ar
D	He 100	N₂3	Ar 200	67.6	ND
D	He 3000	N₂3	Ar 200	257.3	ND
E	N₂3	Ar 200	He 100	ND	ND
E	N₂3	Ar 200	He 3000	ND	ND
(주) 가스아우트부 압력은 대기압의 데이터이다.

④ 가스아우트부(G_o)의 압력에 대하여 라인(L₁) 및 (L₂)의 가스가, 라인(L₃)에 역류하는 것은, 가스아우트부(G_o)의 압력(2차측 압력)이 대기압 보다도 진공쪽이 적은 경향이다. 아래 표에 표준설정 등에 있어서 가스아우트부의 압력을 변경할 때의 데이터를 표시한다.

[표 4]

패턴 No.	각 라인의 가스종 및 유량(㏄/min)	He잔류가스최대농도(ppm)
패턴 No.	L₁	L₂	L₃	대기업시	진공시
A	He 100	Ar 200	N₂3	65.2	ND
B	He 3000	Ar 200	N₂3	234.4	44.2
(주) Ar의 잔류가스최대농도는 모두 ND였다.

⑤ 가스아우트부(G_o)로부터 밸브(V₃) 까지의 라인길이에 대하여, 가스아우트부(G_o)로부터 가스밸브(V₃)의 2차측 까지의 라인길이가 긴 쪽이 역류는 적다. 즉, 배관비(배관길이(L)/배관내경(D))를 크게 취할수록 역류는 적어진다.

⑥ 또, 소유량라인의 밸브(V₃)의 2차측에 오리피스 개스킷을 삽입하면 내경이 작아질수록, 역류가 적어진다. 즉, 유속을 크게 하면 역류는 적게 되는 경향이 있다.

⑦ 가스아우트부(G_o)의 흐름형상에 대하여, 가스아우트부의, 흐름형상으로서는, 도 7보다도 도 8쪽이 역류가 적은 경향이다. 소유량라인의 위치를 라인3→라인 1로 변경하면 역류현상은 확인되지 않고 BG레벨이였다. 가스의 분자량, 유량 등과 라인의 위치 등에 관여하는 것으로 생각된다.

아래 표에 표준설정과 대유량라인(L₁)의 유량을 변경할 때의 데이터를 표시한다.

[표 5]

각라인의 가스종 및 유량(㏄/min)	He잔류가스최대농도(ppm)
L₁	L₂	L₃	도 7의 시	도 8의 시
L₂	Ar 200	N₂3	65.2	22.1
L₃	Ar 200	N₂3	234.4	131.1
(주) Ar의 잔류가스최대농도는 모두 ND였다.

(기초시험 2)

다음에, 상기한 도 6과 같은 시험장치를 사용하여, 소유량라인(L₃)의 가스를 N₂→He로, 또한, 대기압으로 복귀하는 경우의 가스를 N₂→He로 각각 변환하고, 소유량라인(L₃)의 가스 He중에 역류하여 오는 N₂및 Ar을 확인하는 방법에 의하여 역류시험을 행하였다.

상기한 역류시험2의 결과에서, 하기의 사항이 판명되었다.

① 소유량라인(L₃)의 가스종이 He의 시와 N₂의시를 비교하면, He시의 쪽이 전체적으로 역류가 많다. 소유량의 가스분자량이 다른 가스분자량 보다도 작을수록 역류는 많게 되는 경항이 있다. 또, 가스아우트 압력, 가스아우트부의 흐름형상, 소유량라인의 위치 등의 각 파라미터에 의한 역류현상의 경향은 가스종이 바뀌어도 동일하고, 그 경향을 확인하는 것으로는, 소유량라인(L₃)의 가스종이 He인 쪽이 확인하기 쉽다.

③ 대유량라인(L₁)과 소유량라인(L₃)의 유량비의 영향을 확인하기 위해 다음설정으로 역류현상의 비교를 실시하였다.(도 7의 흐름을 사용하여 실시하였다.)

[표 6]

각 라인의 가스종 및 유량(㏄/min)	가스아우트압력
L₁(대유량)	가스아우트압력	L₂(대유량)	L₃(소유량)
N₂200	Ar 200	He 50→3	대기압, 진공
N₂1000	Ar 1000	He 100→3	대기압, 진공
He 200	Ar 200	N₂10→3	대기압, 진공

그 결과를 표 9에 표시한다. 소유량라인의 가스종이 He일 때, 대유량라인 N₂, Ar의 유량이 200→1000㏄/min으로 증가하면, Ar의 역류를 억제하기 위해 필요한 소유량라인의 He유량은 50→100㏄/min으로 증가하고 있다. 또, 대유량라인의 유량을 200㏄/min으로 통일하고, 소유량라인의 가스종을 He(m/e₄)→N₂(m/e28)로 변경하면, 역류를 억제하기 위한 소유량라인의 유량은 50→6㏄/min으로 변화하고 있다. 소유량라인 가스의 분자량이 적을수록, 또한 대유량라인과 소유량라인과의 유량비가 클수록 역류는 많아진다.

③ 2개의 대유량라인의 가스가 있고, 이 가스를 소유량라인에 대하여 어느 위치에 설치하면 좋은가를 확인하기 위해 다음 설정으로 역류현상의 비교를 실시하였다.(도 7의 흐름으로 실시)

[표 7]

각 라인의 가스종 및 유량(㏄/min)	가스아우트압력
L₁(대유량)	가스아우트압력	L₂(대유량)	L₃(소유량)
N₂200→1000	Ar 200→1000	He 3	ATM
Ar 200→1000	N₂200→1000	He 3	ATM

그 결과를 도 10에 표시한다. 라인(L₁) : 라인(L₂)의 가스종을 N₂: Ar로 고정하고, Ar의 유량을 변화시키면, 유량을 증가시킨 Ar가스의 잔류최대농도는 증가하나, 또 한쪽의 가스 N₂의 잔류최대농도는 감소하고 있다. 이것은, 다른 설정에서도 동일한 경향이고, 유량에 의하여 대유량라인의 2개의 가스가 영향받고 있다. 또, 라인(L₁) : (L₂)의 가스종을 N₂: Ar→Ar : N₂로 변경하면 상대적으로 잔류최대농도는 감소하고 있다. 소유량라인(L₃)의 위치에 대하여, 대유량라인(L₁)의 위치는, 가스종의 분자량이 클수록 소유량라인(L₃)으로부터 떨어져서 설치하는 쪽이, 역류는 억제되는 경향이 있다.

상기한 각 역류시험의 결과에서, 하기의 사항을 확인할 수가 있다. 즉, 반도체 제조장치용 등의 역류를 피하는 가스공급장치에 있어서는,

① 소유량라인의 위치는 가스아우트부(G_o)보다 먼 위치(상류측)에 설정하는 것이 바람직하다.

② 소유량라인을 가스아우트부(G_o)보다 먼 위치로 한 경우, 대유량라인의 위치는 흐르는 가스의 분자량이 클수록 가스아우트부(G_o)에 가까운 위치(하류측)에 설정하는 것이 바람직하다. 유량보다도 분자량이 효력이 있다.

③ 소유량가스라인의 MFC 2차측의 밸브는 가스유속이 크고, 또한 내부의 데드스페이스가 작은 것이 바람직하다.

④ 가스아우트부의 흐름형상은 도 8의 형상으로 하는 것이 바람직하다.

⑤ 가스아우트부(G_o)로부터 역류를 피하는 소유량라인의 밸브의 2차측 까지의 관로의 배관비(L/D)는 클수록 바람직하다.

도 1은, 본 발명에 관한 혼합가스 공급방법의 설명도.

도 2는, 혼합가스 공급장치용 밸브의 횡단면도.

도 3은, 도 2의 (가) - (가)선 에서 본 단면도.

도 4는, 혼합가스 공급장치용 밸브의 제2실시예를 표시하는 횡단면도.

도 5는, 혼합가스 공급장치용 밸브의 제3실시예를 표시하는 횡단면도.

도 6은, 본 발명의 실시형태를 표시하는 설명도.

도 7은, 가스흐름의 한 예를 표시하는 설명도.

도 8은, 가스흐름의 다른 예를 표시하는 설명도.

도 9는, 소유량가스라인의 가스종과 역류의 관계를 표시하는 선도.

도 10은, 대유량가스공급라인의 위치와 역류의 관계를 표시하는 선도.

도 11은, 종전의 반도체 제조장치의 가스흐름의 한 예를 표시하는 도면.

-도면의주요부분에대한부호의설명-

(A) -------------------- 혼합가스 공급장치,

(L₁∼L_n) --------------- 가스공급라인,

(V₁∼V_n) --------------- 밸브,

(MFC₁∼MFC_n) ----------- 매스흐름 제어기,

(G_o) ------------------- 가스아우트부,

(G₁∼G_n) ---------------- 공급가스,

(P₁∼P_n) --------------- 공급가스압,

(1) -------------------- 원밸브,

(2) -------------------- 필터,

(3) -------------------- 압력조정기,

(4) -------------------- 주밸브,

(5) -------------------- 분기관,

(6) -------------------- 연결관,

(7) -------------------- 밸브본체,

(8) -------------------- 오리피스 개스킷,

(9) -------------------- 밸브구동장치,

(10) ------------------- 밸브자리,

(11) ------------------- 밸브본체,

(12) ------------------- 샤프트,

(13) ------------------- 스프링,

(14) ------------------- 보닛,

(15) ------------------- 주머니 너트,

(16) ------------------- 니들본체,

(17) ------------------- 스트로크 조정나사,

(S) -------------------- 샘플링계,

(V₄∼V₆) --------------- 밸브,

(Q_mas) ----------------- 4중극질량 분석계,

(R_p) ------------------- 진공펌프,

(L_p) ------------------- 파지라인,

(L_v) ------------------- 벤트라인,

(X) -------------------- 샤프트 스트로크.

본 발명은, 상기한 각 기초시험의 결과로부터 창작된 것이며, 다음에 그 실시형태를 설명한다.

도 1은, 본 발명에 관한 혼합가스의 공급방법의 설명도이다. 도 1에 있어서(A)는 혼합가스 공급장치, (L)은 가스공급라인, (V)는 밸브, (MFC)는 매스흐름 제어기, (G_o)는 가스아우트부, (1)은 원밸브, (2)는 필터, (3)은 압력조정기, (4)는 주밸브, (5)는 분기관, (6)은 연결관, (G₁)은 제1가스, (G₂)는 제2가스, (G₃)는 제3가스, (G_n)는 제n가스이다.

상기한 혼합가스공급(A)에 있어서, 가스아우트부(G_o)로부터 가장 많이 떨어진 가스공급라인(L₁)에는, 최소유량의 제1가스(G₁)가 공급되고, 또 가스아우트부(G_o)에 가장 근접한 가스공급라인(L_n)에는, 유량이 가장 많은 유량의 제n가스(G_n)가 공급된다.

또, 상기한 제n가스(G_n)에 인접하는 가스공급라인(L₃)에 공급되는 제3가스(G₃)는, 제n가스(G_n)보다 유량이 작은 가스이고, 또한, 제3가스(G₃)에 인접하는 가스라인(L₂)에 공급되는 제2가스(G₂)는 제3가스(G₃) 보다도 유량이 적은 가스이다.

또한, 상기한 도1에 있어서, 유량이 대략 동등한 대유량가스가 복수인 경우에는, 가스의 분자량이 큰 쪽의 가스가 소유량가스의 가스공급라인으로부터 떨어진 가스공급라인(Ln)에 공급된다.

구체적으로는, 최소유량의 가스(G₁)를 제외한 기타의 가스는, 분자량이 큰 가스로부터 순서대로 소유량가스의 가스공급라인으로부터 떨어진 가스공급라인에 순서대로 공급된다.

또, 별도의 방법으로서는, 최소유량의 가스(G₁)를 제외한 그 기타의 가스는, 가스유량과 분자량의 적(積)을 구하고, 그 값이 큰 가스로부터 순서대로 최소유량가스의 가스공급라인에서 떨어진 가스공급라인으로 순서대로 공급하도록 하여도 좋다.

상기한 공급가스(G₁∼G_n)로서는, Ar, H₂, O₂, N₂이외에 HCl, Cl₂, H₂S, SF₆, SiH₄등의 각종 소위 반도체 제조용 가스가 공급된다.

또한, 배관형식은, 도 1에 표시하는 바와 같이, 최대유량의 가스(G_n)가 흐르는 분기관(5)과 가스아우트부(G_o)가 직선형상으로 연결된 구조인 형식으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 도 1에 있어서는, 각 가스공급라인(L₁∼L_n)의 내경을 동일하게 하고 있기 때문에, 각 라인(L₁∼L_n) 내를 유통하는 가스의 유속은 각각 다른 속도로 되어 있다. 그 때문에, 각 가스공급라인(L₁∼L_n)에, 점선으로 표시하듯이 오리피스장치(S₁∼S_n)를 설치하여, 각 라인(L₁∼L_n)의 통로면적(S₁∼S_n)과 가스유량(Q₁∼Q_n)의 비 Q/S가 각각 대략 동일하게 되도록 하는 것이 바람직하다.

각 라인(L₁∼L_n)의 가스유속을 대략 동일하게 하는 것에 의해, 소유량가스라인의 대유량가스라인으로부터의 역류를 보다 완전하게 방지할 수 있다는 것이, 실험에 의하여 확인되고 있다.

도 2 및 도 3은 혼합가스 공급장치(A)의 최소유량의 가스공급라인(L₁)에서 사용하는 밸브(V₁)의 단면도이다. 도 2 및 도 3에 있어서, (7)은 밸브본체, (8)은 오리피스 개스킷, (9)는 밸브구동장치, (10)은 밸브자리, (11)은 밸브본체, (12)는 샤프트이다.

밸브본체(7)는 스테인레스강철 등의 내식강철에 의해 형성되어 있고, 가스입구(7a), 밸브실(7b), 가스출구(7c), 가스통로(7d), (7e) 등이 설치되어 있다.

또, 가스입구(7a)와 밸브실(7d) 사이를 연통하는 통로(7d)에는 오리피스 개스킷(8)이 설치되어 있고, 그 개스킷(8)에 천설한 오리피스 작은 구멍(8a)을 통하여 가스를 유통시키는 것에 의해, 그 유통속도를 상승시키도록 하고 있다.

상기한 밸브본체(11)는 스테인레스 강철 등의 박판이고, 스프링(13)에 의하여 밸브본체 누룸판(12a)을 개재하여 압압되어서 탄성변형을 하고, 밸브자리(10) 측에 당좌함과 아울러, 샤프트(12)가 오른쪽 방향으로 잡아당겨져서 압압력이 상실하면, 그 탄성력에 의하여 밸브자리(10)로부터 떨어진다. 또한, 밸브본체(11)의 외주 가장자리부는 보닛(14) 및 주머니 너트(15)를 개재하여 밸브본체(7) 측에 기밀형상으로 압압고정되어 있다.

그 역류방지용 밸브는, 주로 혼합가스 공급장치(A)의 최소유량의 가스공급라인의 분기관(5) 내에 개설되고, 최소유량의 가스(G₁)의 유속을 오리피스 개스킷(8)에 의하여 상승시키는 것에 의하여, 대유량 가스(G_n) 등이 최소유량의 가스(G₁) 내로 역류하는 것을 방지한다.

또한, 그 역류방지용 밸브는, 최소유량의 가스공급라인(L₁)의 분기관(5) 내 뿐만 아니라, 그 외의 가스공급라인(L₂)·(L₃)…의 분기관(5) 내에서도 사용하여도 좋은 것은 물론이다.

또, 밸브구동장치(9)는 공지의 에어실린더형 구동장치이지만, 전동형이라도, 혹은 유압실린더형이라도 좋은 것은 물론이다.

또한, 상기한 밸브본체(7) 내의 가스통로(7d), (7e) 등의 용적은 가능한한 적으며, 가스의 치환성 등을 높이는 것은 물론이며, 또한 분기관(5)의 배관비(배관길이(L)/배관내경(D))는 가능한한 크게하는 것이 바람직하다.

도 4는 역류방지용 밸브의 제2실시예를 표시하는 것이다.

이 제2실시예에 있어서는, 가스통로(7d)의 밸브실(7b) 측의 단부가, 내경ψ=0.2∼2㎜정도의 작은 지름으로 형성되어 있다. 이 작은 지름 부분에 의하여 가스유량이 높아지고, 다른 대유량 가스공급라인으로부터의 가스의 역류가 유효하게 방지된다. 또한, 작은 지름 부분의 유로의 길이는 약 1㎜정도로 충분하다.

도 5는 역류방지용 밸브의 제3실시예를 표시하는 것이다.

이 제3실시예에 있어서는, 다이어프램(11)의 밸브실 측의 중앙부에 니들본체(16)가 용접되어 있고, 또한 니들본체(16)의 선단은 유체통로(7d) 내에 삽입되어 있다.

또, 밸브구동장치(9)의 케이스본체에는 스트로크 조정나사(17)가 설치되어 있고, 이 조정나서(17)의 체결량을 조정하는 것에 의해, 샤프트(12)의 작동스트로크(X)가 규제되어 있다. 그 결과, 개방밸브시의 니들본체(16)의 이동량, 즉, 유체통로의 간극(G)의 조정이 가능하게 되고, 최소유량의 가스공급라인(L₁)에 흐르는 가스유량(Q₁)에 따라서, 밸브 전개시의 상기 간극(G)의 크기가 조정된다.

본 발명에서는, 상기와 같이, 최소유량의 가스를 가스아우트부(G_o)로부터 가장 떨어진 위치의 가스공급라인에 공급하는 구성으로 하고 있기 때문에, 대유량의 가스가 최소유량의 가스 내로 역류 또는 확산하는 일이 전혀 없게 된다.

그 결과, 소유량가스의 가스공급라인 내에 역류가스에 의한 유해한 반응생성물 등이 일체로 형성되어 있지 않고, 밸브나 매스흐름 제어기의 문제가 대폭으로 감소하게 된다.

또, 본 발명의 혼합가스 공급장치에 있어서는, 적어도 최소유량가스의 가스공급라인에는, 가스통로의 통로단면적을 감소시켜서 유통가스의 유속을 높이도록 한 메탈터치형 다이어프램밸브를 개설하여, 최소유량가스의 가스유속을 높임과 아울러, 최소유량가스 및 최대유량가스의 가스공급위치를 각각 특정하는 구성으로 하고 있기 때문에, 최소유량가스의 가스공급라인 내로 최대유량가스의 역류를 거의 완전하게 방지할 수가 있다.

또한, 본 발명에 관한 가스공급방법 및 가스공급장치를 사용한 반도체 제조장치는, 반도체 제조용의 혼합가스를 연속해서 원활하게 공급할 수가 있고, 가스공급에 관한 문제가 전혀 없어져서 생산능률과 제품품질이 한층 향상가능하게 된다.

본 발명은, 상술한 바와 같이, 극히 간단한 구성임에도 불구하고, 반도체 제조의 기술분야에 있어서, 뛰어난 실용적 효용을 발휘하는 것이다.

Claims

복수의 가스공급라인을 통하여 복수의 가스를 공급하고, 그 혼합가스를 가스아우트부를 통하여 가스사용대상에 공급하는 혼합가스 공급방법에 있어서, 상기한 복수의 가스중의 최소유량의 가스를 가스아우트부로부터 가장 떨어진 위치에 설치한 가스공급라인으로부터 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 공급방법.
복수의 가스공급라인을 통하여 복수의 가스를 공급하고, 그 혼합가스를 가스아우트부를 통해서 가스사용대상에 공급하는 혼합가스 공급방법에 있어서, 상기 복수의 가스공급라인의 통로단면적(S)과 유통하는 가스유량(Q)과의 비Q/S를 대략 동일하게 하도록 한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 공급방법.
복수의 가스공급라인을 통하여 복수의 가스를 공급하고, 그와 동일한 혼합가스를 가스아우트부를 통하여 가스사용대상에 공급하는 혼합가스 공급방법에 있어서, 상기 복수의 가스중의 최소유량가스를 가스아우트부로부터 가장 떨어진 위치에 설치한 가스공급라인으로부터 공급함과 아울러, 각 가스공급라인의 통로단면적(S)과 유통하는 가스유량(Q)과의 비Q/S를 대략 동일하게 한 것을 특징으로 하는 혼합가스의 공급방법.
제1항에 있어서, 복수의 가스중의 최대유량가스를, 가스아우트부에 가장 가까운 위치에 설치한 가스공급라인으로부터 공급하도록 한 혼합가스의 공급방법.
제1항에 있어서, 최소유량가스를 제외한 그 외의 가스를, 가스분자량이 큰 순서로, 최소유량가스의 가스공급라인으로부터 떨어진 가스공급라인의 순서로 공급하도록 한 혼합가스의 공급방법.
제1항에 있어서, 최소유량가스를 제외한 그 외의 가스를, 가스분자량×유량의 값이 큰 순서로, 최소유량가스의 가스공급라인으로부터 떨어진 가스공급라인의 순서로 공급하도록 한 혼합가스의 공급방법.
제1항에 있어서, 최대유량가스의 유통방향과 가스아우트부 내를 흐르는 혼합가스의 유통방향이 일직선상으로 되도록 한 혼합가스의 공급방법.
가스아우트부에 가장 먼 가스공급라인으로부터 최소유량의 가스를 공급함과 아울러, 가스아우트부에 가장 근접한 가스공급라인으로부터 최대유량의 가스 또는 최대분자량의 가스를 공급하도록한 혼합가스 공급장치에 있어서, 각 가스공급라인의 밸브중의 적어도 상기한 가스아우트부에 가장 먼 가스공급라인을 개설하는 밸브를, 밸브본체의 가스입구부와 밸브실을 연통하는 가스통로의 통로단면적을 감소시켜서 유통가스의 유속을 높임과 아울러, 밸브실 내에 설치한 밸브자리에 금속다이프램제 밸브본체를 직접 당 이좌시키는 구성의 밸브로 한 것을 특징으로 하는 혼합가스 공급장치.
제8항에 있어서, 가스의 통로 내에 오리피스 개스킷을 설치하여 통로단면적을 감소시키도록 한 혼합가스 공급장치.
제8항에 있어서, 가스통로의 일부를 작은 지름으로 하여 통로단면적을 감소시키도록 한 혼합가스 공급장치.
제8항에 있어서, 가스통로 내에 금속다이어프램에 고정 장착한 니들본체의 선단을 삽입하는 것에 의하여, 통로단면적을 감소시키도록 한 혼합가스 공급장치.
제1항에 있어서, 혼합가스의 공급방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
제2항에 있어서, 혼합가스 공급방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
제3항에 있어서, 혼합가스 공급방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
제8항에 있어서, 혼합가스의 공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.