JP5665794B2 - 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オリフィスを並列状に連結した複数のオリフィスとすることにより、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ことができると共に、この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。

半導体製造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が広く利用されている。
図５は、半導体製造装置の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、流量演算値Ｑｔが流量設定信号Ｑｓ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を介して閉鎖方向へ駆動される。即ち、演算流量値Ｑｔと流量設定信号Ｑｓとの差（Ｑｔ−Ｑｓ）が零となるまで閉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６及び図７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６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）、また、図７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）。

一方、上記図６及び図７のガス供給装置に於ける上記の如き問題を解決するため、図８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、結果として、開閉弁Ｖ_１、Ｖ_２の開閉作動が流量Ｑ_１、Ｑ_２(又は流量Ｑ)に変動を来たすと云う問題がある。

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。

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り、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、他の分流路の分流量が変動し易いこと、及び、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、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してガス分流供給装置の構造の簡素化と小型を図ると共に、当該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、更に、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ると共に、必要に応じて適宜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せんとするものである。

本願請求項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，分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの下流側に設けたオリフィス６ａ、６ｎと，前記コントロール弁３とオリフィス６ａ、６ｎ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６ａ、６ｎの間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ５と，前記オリフィス６ａ、６ｎ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６ａ、６ｎを流通するプロセスガスの総流量Ｑを演算すると共に、演算した流量値と流量設定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へ出力する圧力式流量演算制御部７ａからなる演算制御部７とを具備し、前記オリフィス６ａ、６ｂ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により各オリフィス６ａ、６ｎを流通するプロセスガスの流量制御を行う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，分岐管路開閉弁１０ａ、１０ｎの下流側に設けたオリフィス６ａ、６ｎと，前記コントロール弁３とオリフィス６ａ、６ｎ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６ａ、６ｎの間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ５と，前記オリフィス６ａ、６ｎ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６ａ、６ｎを流通するプロセスガスの総流量Ｑを演算すると共に、演算した流量値と流量設定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からオリフィス６ａ、６ｎ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、各オリフィス６ａ、６ｂ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行うと共に、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、複数のオリフィス６ａ、６ｎの口径を同一とし、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６ａ、６ｎ，圧力センサ５，温度センサ４，分岐管路９ａ、９ｎ，分岐管開閉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６ａ、６ｎ，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オリフィス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、複数のオリフィスを同一のオリフィスとした場合には、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の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適宜に実流量のチェック等を行うことができる。

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系統図である。 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系統図である。 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。 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第１実施形態に係る構成系統図であり、当該ガス分流供給装置は圧力式流量制御部と熱式流量制御部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は圧力式流量制御部１ａと熱式流量制御部１ｂとから形成されている。また、前記圧力式流量制御部１ａはコントロール弁３、温度センサ４、圧力センサ５、複数のオリフィス６ａ、６ｎ、演算制御部７を形成する圧力式流量演算制御部７ａ及びガス供給主管８等から構成されており、オリフィス６ａ・６ｎ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ガスでもってオリフィス６ａ・６ｎ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によって流量制御を行いつつ流量Ｑａ・Ｑｎの分流ガスの供給が行われる。
また、熱式流量制御部１ｂは熱式流量センサ部２と演算制御部７を形成する熱式流量演算制御部７ｂ等から構成されており、制御部オリフィス６ａ・６ｎを流通するガスが臨界膨張条件外の状態にある場合には、熱式流量制御部１ｂによって流量制御を行いつつ流量Ｑａ・Ｑｎの分流ガスが各チャンバＣＨａ、ＣＨｎへ供給されて行く。

図２は、本発明の第２実施形態に係る構成系統図であり、第１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１及び図２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、１０_１、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３は本発明の第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。

また、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６ａ、６ｎ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。

更に、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６ａ、６ｎ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６ａ、６ｎ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、オリフィス６ａ、６ｎを設けるようにしているが、分流供給路の数（即ちオリフィス数）は２個以上とされるのが通常である。
また、各オリフィス６ａ、６ｎの口径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、各オリフィス６ａ、６ｎ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６ａ、６ｎ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より入力した流量設定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３に於いて１１はプロセスガス入口、１０ａ・１０ｎ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３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４は、本発明に係るガス分流供給装置１の第２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との取付位置を実施例１の場合と逆にしたものである。

また、図３及び図４には図示されていないが、各オリフィスの下流側に圧力センサを別に設け、オリフィス６ａ、６ｎ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１及び図２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１及び図３）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４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３及び図４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６ａ、６ｎ、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１及び図３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、各オリフィス６ａ、６ｎの口径は、オリフィス１次側圧力Ｐ_１と所要流量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、前記各オリフィス６ａ、６ｎの口径は通常同一の口径に選定されている。

前記オリフィス６ａ、６ｎ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、各オリフィス６ａ、６ｎ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換り、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６ａ、６ｎ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、例えばオリフィス６ａの介設された分流管路９ａ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１ｂのみを備えたガス分流供給装置とすることも可能である。

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、臨界膨張条件下の流体を分流するものである限り、化学品製造装置等の流体供給装置にも広く適用できるものである。

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
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
６ａ，６ｎ 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 信号入出力
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，分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）の下流側に設けたオリフィス（６ａ）、（６ｎ）と，前記コントロール弁（３）とオリフィス（６ａ）、（６ｎ）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（６ａ）、（６ｎ）の間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ（５）と，前記オリフィス（６ａ）、（６ｎ）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（６ａ）、（６ｎ）を流通するプロセスガスの総流量（Ｑ）を演算すると共に、演算した流量値と流量設定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）へ出力する圧力式流量演算制御部（７ａ）からなる演算制御部（７）とを具備し、前記オリフィス（６ａ）、（６ｂ）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）により各オリフィス（６ａ）、（６ｎ）を流通するプロセスガスの流量制御を行う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，分岐管路開閉弁（１０ａ）、（１０ｎ）の下流側に設けたオリフィス（６ａ）、（６ｎ）と，前記コントロール弁（３）とオリフィス（６ａ）、（６ｎ）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（６ａ）、（６ｎ）の間のプロセスガス通路に設けた圧力センサ（５）と，前記オリフィス（６ａ）、（６ｎ）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（６ａ）、（６ｎ）を流通するプロセスガスの総流量（Ｑ）を演算すると共に、演算した流量値と流量設定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）からオリフィス（６ａ）、（６ｎ）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、各オリフィス（６ａ）、（６ｂ）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行うと共に、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. 複数のオリフィス（６ａ）、（６ｎ）の口径を同一とし、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構成とした請求項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（６ａ）、（６ｎ），圧力センサ（５），温度センサ（４），分岐管路（９ａ）、（９ｎ），分岐管開閉（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（６ａ）、（６ｎ），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。

Images