JP4155654B2

JP4155654B2 - ガス混合供給方法およびその装置

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Publication number: JP4155654B2
Application number: JP03677299A
Authority: JP
Inventors: 新治丸谷
Original assignee: Sumco Techxiv Corp
Current assignee: Sumco Techxiv Corp
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2019-02-16
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２種類のガスを設定混合比となるように混合して、安定した混合比の混合ガスを、例えば、エピタキシャル装置等の所望のユースポイント（使用場所）へ供給するガス混合供給方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体産業の分野においては、ガスを使用して半導体を処理することが頻繁に行われており、例えば、エピタキシャル装置を使用したシリコンエピタキシャルウェーハの製造工程では、エピタキシャル膜の抵抗率を制御するために、水素Ｈ_２ガスで１００ｐｐｍ程度に希釈されたジボランガス（Ｂ_２Ｈ_６／Ｈ_２）がドーパントガスとして広く使用されている。
【０００３】
図３はエピタキシャル装置にジボランガスを供給する一般的なシステムを示すもので、ドーパントガスのガス供給源には水素Ｈ_２ガスで１００ｐｐｍに希釈されたジボランガスが詰められたボンベ１が配置され、このボンベ１内の希釈ジボランガスはバルブ、フィルタ等の所要の要素が装備されて成る配管管路２通してユースポイント（使用場所）のエピタキシャル装置（図示せず）に供給される。
【０００４】
なお、図中、４は希釈ジボランガスのボンベ１の交換時等に配管管路２の所要部分を窒素ガスでパージするための窒素ガスが収容されたボンベである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、エピタキシャル装置を使用したシリコンエピタキシャルウェーハの製造においては、３ヶ月或いは４ヶ月の期間にわたって連続的に装置稼動を行い、この連続装置稼動期間が経過する毎に装置を一時的に停止する使用形態が取られている。図３のシステムを用いて、エピタキシャル膜の抵抗率制御を行う場合、ボンベ１のジボランガスはユースポイントで使用される濃度に合わせた１００ｐｐｍの希薄ガスが用いられているため、単位時間当たりの消費量が多く、前記連続装置稼動期間中にボンベ１を比較的頻繁に取り替える必要が生じている。
【０００６】
しかしながら、ボンベ１のジボランガスは製造ロットが異なることによってジボランガスの濃度に若干のばらつきがあり、ボンベ１の交換直後にジボランガスの濃度が変化するために、抵抗率の最適制御に支障が生じるという問題が発生する。
【０００７】
また、ボンベ１を交換するたびに汚染の可能性が生じ、半導体処理の品質上においても問題がある。
【０００８】
さらに、ボンベ１を頻繁に交換することは、その分、ボンベのコストが嵩み、製造コストが高くなるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、連続装置稼動期間中にジボランガス等の供給ガス用ボンベの交換を避けて、ボンベ交換に起因する不具合現象の発生を防止でき、連続装置稼動期間の全期間にわたって一定の安定した混合濃度の処理ガスを供給することが可能なガス混合供給方法およびその装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次にような構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、ガス混合供給方法の発明は、第１のガスの供給源から供給される第１のガスと第２のガスの供給源から供給される第２のガスをガスミキサーで混合して第１のガスと第２のガスとの混合ガスをユースポイントへ供給するガス混合供給方法であって、第１および第２の各ガス供給源からガスミキサーへのガス供給ラインを粗混合用ラインと微調混合ラインとの２系統のラインを有して形成し、前記粗混合用ラインを利用してユースポイントで使用されたガス量に見合う量の第１のガスと第２のガスを設定混合比の割合でガスミキサへ供給して使用された量の粗混合ガスを生成し、前記微調混合ラインを利用して設定混合濃度に対する前記粗混合ガス濃度のずれを解消すべく第１のガスと第２のガスの供給量を調整する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１１】
また、ガス混合装置の第１の発明は、第１のガスの供給源から供給される第１のガスと第２のガスの供給源から供給される第２のガスを混合して第１のガスと第２のガスの混合ガスをユースポイントへ供給するガスミキサーを備え、前記第１および第２の各ガス供給源からガスミキサーへのガス供給ラインを粗混合用ラインと微調混合ラインとの２系統のラインを有して形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１２】
さらに、ガス混合供給装置の第２の発明は、前記ガス混合供給装置の第１の発明の構成を備えたものにおいて、ユースポイントで使用される混合ガスの使用量を検出するガス量検出センサと、このガス量検出センサにより検出されるガス使用量をガス生成量設定値として、設定ガス混合比の配分比でもって粗混合用ラインを通して供給される第１のガスと第２のガスの供給量をその混合量が前記ガス生成量設定値となるように配分制御するガス混合制御手段とを備えて成る構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
さらに、ガス混合供給装置の第３の発明は、前記ガス混合供給装置の第１又は第２の発明の構成を備えたものにおいて、ガスミキサーから排出される混合ガスの混合濃度を検出する混合濃度検出手段と、第１のガスと第２のガスとの設定ガス混合比によって定まる設定混合濃度に対する検出混合濃度のずれを求めこのずれを解消すべく微調混合ラインを通してガスミキサーへ供給する第１のガスと第２のガスの供給量を制御するガス濃度微調制御手段とを備えた構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、ガス混合供給装置の第４の発明は、前記ガス混合供給装置の第３の発明の構成を備えたものにおいて、混合濃度検出手段は赤外吸収式のガス濃度検出センサであることをもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
さらに、ガス混合供給装置の第５の発明は、前記ガス混合供給装置の第１又は第２又は第３又は第４の発明の構成を備えたものにおいて、第１のガスは高濃度ドーパントガスであり、第２のガスはドーパントガスを希釈する希釈用の純ガスであることをもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
本発明においては、ユースポイントでの混合ガスの時々刻々の使用量がガス量検出センサによって検出される。そして、粗混合ラインを利用して、ガス混合制御手段により、使用量に見合うガス量が第１のガスと第２のガスの設定混合比の割合で供給されることで、ユースポイントで使用された分量の混合ガスがガスミキサーで連続的に生成され、ユースポイントへ供給される。
【００１７】
この粗混合ラインを利用して生成される混合ガスの濃度は設定混合比となるように例えば流量に基づき第１のガスと第２のガスが混合制御されるので、流量の制御ばらつき等により、設定混合比によって定まる設定混合濃度に対して実際の混合濃度に多少のずれが生じることが想定される。
【００１８】
しかし、本発明では、ガスミキサーから排出される混合ガスの濃度が混合濃度検出手段により時々刻々瞬時に検出され、この検出値に基づき設定混合濃度に対するずれ量が瞬時に求められて、例えば、第１のガスの混合濃度が低い場合には第１のガスの供給量をそのずれを解消する分だけ増加させ、第１のガスの混合濃度が高い場合には第２のガスの供給量をそのずれを解消する分だけ増加させるという如く微調混合ラインを利用して第１のガスと第２のガスの供給量が微調整され、常にガスミキサーから排出される混合ガスの濃度は設定混合濃度に安定調整されてユースポイントへ供給される。
【００１９】
特に、本発明では、第１のガスと第２のガスを混合して設定混合比（設定混合濃度）の混合ガスを生成供給する構成としているので、例えば、第１のガスを高濃度のジボランガスとし、第２のガスを水素ガスとすることにより、高濃度（例えば１０００ｐｐｍ）のジボランガスを水素ガスで希釈して設定混合比の希薄濃度（例えば１００ｐｐｍ）のジボランガスをエピタキシャル装置に供給する形態を採り得るので、高濃度ジボランガスの単位時間当りの消費量を少なくでき、連続装置稼動期間中に高濃度ジボランガス供給源のボンベを交換することなく安定した一定濃度の希釈ジボランガスをエピタキシャル装置へ連続供給することができるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。図１は本発明に係るガス混合供給装置の実施形態例を示し、また、図２は本実施形態例の装置を含むジボランガスの供給システムを示す。このシステムは高濃度のジボランガスを水素ガスで希釈してエピタキシャル装置へ供給するものである。なお、以下の説明において、従来例の図３に示す構成要素に相当する要素には同一符号を付して、その重複説明は簡略化又は省略する。
【００２１】
図２において、ジボランガスの供給源には複数本（この図では４本）のボンベ９が配置され、この各ボンベ９には水素ガスで１０００ｐｐｍに希釈された第１のガスとしての高濃度ジボランガスが詰められている。各ボンベ９の送出通路は配管管路２に統合され、この配管管路２は粗混合ライン２ａと微調混合ライン２ｂとに分岐された後、再び統合されてガスミキサー（以下、単にミキサーともいう）５に連通接続されている。分岐部の管路は二股状としてもよいが、図２の例の分岐部の管路をより詳細に説明すれば、粗混合ライン２ａは配管管路２を延長した管路となっており、微調混合ライン２ｂはその延長管路のバイパス管路となっている。
【００２２】
その一方において、第２のガスとしての水素ガスの供給源からは逆止弁６、フィルタ７、各種の所要の弁８等の要素を装備した配管管路１０が導出されており、この配管管路１０は粗混合ライン１０ａと微調混合ライン１０ｂとに分岐された後、再び統合されてミキサー５に連通接続されている。この分岐部の管路も二股の管路としてもよいが、図２に示す粗混合ライン１０ａは配管管路１０の延長管路によって形成され、微調混合ライン１０ｂはその延長管路１０（１０ａ）のバイパス管路となっている。
【００２３】
前記粗混合ライン２ａと粗混合ライン１０ａはボンベ９から配管管路２を介して供給される高濃度ジボランガスと、水素ガスの供給源から配管管路１０を介して供給される水素ガスとをミキサー５内で粗混合させる１系統の粗混合ラインを構成し、前記微調混合ライン２ｂと微調混合ライン１０ｂはボンベ９から配管管路２を介して供給される高濃度ジボランガスと、水素ガスの供給源から配管管路１０を介して供給される水素ガスとをミキサー５内で微調混合させる１系統の微調混合ラインを構成する。そして、粗混合ライン２ａ、１０ａには高濃度ジボランガスと水素ガスの混合比のバルブ開度によって流量を制御する流量制御装置（マスフローコントローラ）１２ａ、１３ａが介設され、微調混合ライン２ｂ、１０ｂにはバルブ開度の可変制御によって流量を制御する電子式の流量制御弁１２ｂ、１３ｂが介設されている。なお、１２ｂ、１３ｂは流量制御弁の代わりにマスフローコントローラ（流量制御装置）を用いて構成することが可能である。
【００２４】
ミキサー５の出口には混合ガス供給管路１４が接続され、この混合ガス供給通路１４は混合ガスの混合濃度検出手段として機能するガス濃度検出センサ１５、ミキサーバッファ１６、モニタ用ガス濃度検出センサ１７、ガス量検出センサ（マスフローメーター）１８、バッファ容器３を順に介して図示されていないランダムに稼動する複数台のエピタキシャル装置へ導かれている。前記ガス濃度検出センサ１５はミキサー５から排出されるジボランガスと水素ガスとの混合ガスの濃度（ジボランガスの濃度）を瞬時に且つ連続的に検出する赤外線吸収式のインラインセンサである。インラインセンサとは、ガスをサンプリングして濃度を検出し、サンプリングしたガスを捨ててしまわずに、ライン中に直接入れて測定するセンサである。
【００２５】
前記ミキサーバッファ１６はミキサー５から排出されるガス圧を平準化するバッファタンクである。モニタ用ガス濃度検出センサ１７はガス圧が平準化された混合ガスの濃度をモニタする赤外線吸収式のセンサであり、このモニタ用ガス濃度検出センサ１７の検出信号は監視装置（図示せず）等へ供給され、モニタ用ガス濃度検出センサ１７により異常濃度が検出されたときには監視装置により異常が報知されるようになっている。
【００２６】
前記ガス量検出センサ１８はエピタキシャル装置のユースポイントで使用される混合ガスの量（単位時間当たりの使用量）を流量測定によって検出する。なお、ガス量検出センサ１８とバッファ容器３間の混合ガス供給通路１４にはガス除去管路１９が分岐接続されており、このガス除去管路１９は保圧弁（バックプレッシャレギュレータ）２０を介して系外に導かれている。保圧弁２０は圧力が設定圧力を越えて上昇したときにその上昇分の圧力をガス除去管路１９を介して系外に逃がし、バッファ容器３の圧力を設定圧に保ち、一定圧の混合ガスをエピタキシャル装置へ供給するように作用する。
【００２７】
本実施形態例における第１の特徴点は、前記粗混合ライン２ａ，１０ａを利用して、高濃度ジボランガスと水素ガスを設定混合比の割合で粗混合した混合ガスを、エピタキシャル装置のユースポイントで使用された分量だけ時々刻々連続的に生成する構成を備えたことである。また、本実施形態例における第２の特徴点は、前記粗混合ライン２ａ，１０ａを利用して生成された粗混合ガスの濃度のずれ（設定濃度に対するずれ）を、前記微調混合ライン２ｂ、１０ｂを利用して、解消（ずれ量を零に修正）する構成を備えたことである。
【００２８】
前記第１の特徴点の構成は、図１に示されるように、ガス量検出センサ１８と、ガス混合制御手段とを有して構成され、このガス混合制御手段は演算制御部（信号発生器）２１と、制御駆動信号出力部２２（図中構成では図示を簡素化して１出力（１ケの出力）のように描かれているが、実際は２出力であり、図中に×２として２出力であることを示している）と、流量制御装置１２ａ、１３ａとを有して構成されている。ガス量検出センサ１８はミキサーバッファ１６から排出される混合ガスの量（流量）をエピタキシャル装置内のユースポイントでのガス使用量として検出し、その検出値ＰＶを演算制御部２１へ加える。
【００２９】
演算制御部２１には予め高濃度ジボランガスと水素ガスとの設定混合比が例えば１：９というようにデータ格納部に与えられており、演算制御部２１は前記検出値ＰＶをガス生成量設定値ＳＶとして取り込んで一時的にメモリに記憶し、ガス生成量設定値ＳＶの量の混合ガスを前記設定混合比の割合で得るのに要する高濃度ジボランガスの量（流量）と水素ガスの量（流量）とを算出する。そして、制御駆動信号出力部２２はこの算出値を設定値信号として流量制御装置１２ａ、１３ａに送出する。流量制御装置１２ａ、１３ａでは前記設定値信号により、流量制御装置１２ａ、１３ａ内のコントロールバルブと内蔵のＰＩＤ演算部でガス流量を設定値信号のガス流量となるように制御してそのガスをミキサー５に送出する。
【００３０】
すなわち、流量制御装置１２ａは前記設定値信号の高濃度ジボランガス流量となるようにバルブ開度を制御する結果、粗混合ライン２ａを通る高濃度ジボランガスの量（流量）は前記演算制御部２１で算出された高濃度ジボランガスの量となる。
【００３１】
同様に、流量制御装置１３ａは前記設定値信号の水素ガス流量となるようにバルブ開度を制御する結果、粗混合ライン１０ａを通る水素ガスの量（流量）は前記演算制御部２１で算出された水素ガスの量となる。
【００３２】
上記のようにガス量検出センサ１８のガス使用量の検出結果に基づき流量制御装置（マスフローコントローラ）１２ａ、１３ａの開弁量制御が行われる結果、粗混合ライン２ａ、１０ａを利用して、高濃度ジボランガスと水素ガスを設定混合比で混合した混合ガス（粗混合ガス）がユースポイントで使用された分だけ時々刻々連続的に生成されてユースポイントへ供給されるのである。
【００３３】
本実施形態例における前記第２の特徴点の構成は、ガス濃度検出センサ１５とガス濃度微調制御手段とを有して構成され、ガス濃度微調制御手段は、２出力型調節器３１と、流量制御弁１２ｂと、流量制御弁１３ｂとを有して構成されている。この第２の特徴点の構成は、前記粗混合ライン２ａ、１０ａを利用して生成された混合ガスの濃度（ジボランガスの濃度）のずれ（設定混合濃度からのずれ）を修正するために設けられている。
【００３４】
すなわち、前記粗混合ライン２ａ、１０ａを利用した混合ガスの生成は前記ガス生成量設定値ＳＶのガス量（生成目標ガス量）を設定混合比の割合で高濃度ジボランガスの量と水素ガスの量とに配分して混合することと等価であり、この混合ガスの生成は流量制御装置１２ａ、１３ａの流量制御により行っている。しかしながら、流量制御のコントロールバルブは制御精度に例えば±２％の固体差（精度のばらつき）があり、従って、流量制御装置１２ａ、１３ａを用いてガスを混合させる場合、流量と混合濃度の関係がリニヤとならないために、ユースポイントでのガスの使用量がレシピによって時々刻々変化すると混合濃度も使用量変化（流量変化）に応じて可変してしまうことになり、前記粗混合ライン２ａ、１０ａを利用した混合比によるガスの混合方式によって混合濃度を一定に制御することは難しいという事情がある。
【００３５】
このような事情に鑑み、本実施形態例では、使用に見合う量の混合ガスを前記粗混合ライン２ａ、１０ａを利用してほぼ設定濃度（設定濃度に対し多少のずれを想定した濃度）のガスとして生成し、設定濃度に対するずれは微小流量ラインの微調混合ライン２ｂ、１０ｂを利用して行うことを志向するものであり、前記ガス濃度検出センサ１５はミキサー５から排出される混合ガスの濃度（ジボランガスの濃度）を瞬時に検出してその検出信号を２出力型調節器３１へ加える。
【００３６】
２出力型調節器３１には高濃度ジボランガスと水素ガスとの設定混合比によって定まる設定混合濃度の値が設定値として予めメモリ等に与えられており、２出力型調節器３１は前記ガス量検出センサ１８で検出される混合ガス使用量のデータと、メモリから読み出した設定混合濃度のデータと、前記ガス濃度検出センサ１５で検出された混合ガス検出濃度のデータに基づき、設定混合濃度に対する混合ガス検出濃度のずれを零に修正するのに要する高濃度ジボランガスと水素ガスのいずれか一方の追加分のガス補償量をＰＩＤ演算により算出する。
【００３７】
例えば、混合ガス検出濃度（ジボランガス濃度）が設定混合濃度に対し高めにずれていたときには設定混合濃度にするための水素ガスのガス補償量を算出し、その逆に混合ガス検出濃度が低めにずれていたときには高濃度ジボランガスのガス補償量を算出する。さらに、２出力型調節器３１は算出したガス補償量を得るための流量制御弁１２ｂ、１３ｂの開弁制御信号を作成して対応する流量制御弁１２ｂ、１３ｂへ加える。
【００３８】
この開弁制御信号を得て流量制御弁１２ｂは前記要求される開弁量となるように弁の開閉可変駆動を行う結果、微調混合ライン２ｂを通してガス補償量の高濃度ジボランガスがミキサー５へ追加供給され、濃度が低めのミキサー５内の混合ガスは設定混合濃度のガスに修正される。
【００３９】
同様に開弁制御信号を得て流量制御弁１３ｂは前記要求される開弁量となるように弁の開閉可変駆動を行う結果、微調混合ライン１０ｂを通してガス補償量の水素ガスがミキサー５へ追加供給され、濃度が高めのミキサー５内の混合ガスは設定混合濃度のガスに修正される。
【００４０】
次に、図２のシステムを用いたジボランガスの混合供給作用を説明する。エピタキシャル装置を用いたエピタキシャル膜の抵抗率制御工程では、ジボランガスの供給源の４本のボンベ９が開けらた状態で、各ボンベ９から送出される１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガス（水素ガスで希釈された高濃度ジボランガス）は配管管路２を通りながら合流して粗混合ライン２ａを通り、ミキサー５に導入される。一方、水素ガスは水素ガスの供給源から配管管路１０を通り、粗混合ライン１０ａを経由してミキサー５に導入される。このとき、ミキサー５からエピタキシャル装置へ供給されている高濃度ジボランガスと水素ガスとの混合ガスの量（流量）はガス量検出センサ１８によりユースポイントでのガス使用量の値として検出され、この検出されたガス使用量と同じ量の混合ガスを発生するように設定混合比の割合で流量制御装置１２ａ、１２ｂの開弁量がガス混合制御手段（演算制御部２１、制御駆動信号出力部２２および流量制御装置１２ａ、１３ａ）によって制御される。その結果、ユースポイントで使用した分の混合ガスが設定混合比となる混合制御によって時々刻々連続的にミキサー５で生成され、エピタキシャル装置へ供給される。
【００４１】
その一方において、ミキサー５から排出される混合ガスの濃度はガス濃度検出センサ１５によって検出され、検出濃度が設定濃度よりも高いときには、ガス濃度微調制御手段（２出力型調節器３１および流量制御弁１２ｂ、１３ｂ）により微調混合ライン１０ｂから濃度のずれを修正する分の水素ガス（微量水素ガス）が流量制御弁１３ｂの制御によりミキサー５に追加導入されてガスの混合濃度は設定混合濃度に修正される。
【００４２】
同様に、ガス濃度検出センサ１５の検出濃度が設定濃度よりも低いときには、ガス濃度微調制御手段により微調混合ライン２ｂから濃度のずれを修正する分の高濃度ジボランガスが流量制御弁１２ｂの制御によりミキサー５に追加導入されてガスの混合濃度は設定混合濃度に修正される。
【００４３】
設定混合濃度の混合ガスはミキサーバッファ１６で圧力が平準化され、この圧力平準状態での混合ガス濃度がモニタ用ガス濃度検出センサ１７で検出される。このモニタ用ガス濃度検出センサ１７の検出濃度に異常が生じたときにはシステム稼動の停止等の安全動作が行われる。
【００４４】
設定混合濃度の混合ガスはミキサーバッファ１６を経てバッファ容器３に供給されるが、バッファ容器３の手前側には保圧弁２０が設けられていて、設定圧力を超えたときには過剰分の圧力がガス除去管路１９を通して系外に排出されるので、バッファ容器３は常時設定圧力に維持される。つまり、微調混合ライン２ｂ、１０ｂを利用して濃度調整のガスが追加供給されたときには使用量よりも多い混合ガスがミキサー５で生成されるので混合ガスの圧力は設定圧力を越えることとなる。このときは、追加生成された分量の混合ガスがガス除去管路１９を通して系外に捨てられ、バッファ容器３で設定圧力に調整された混合ガスがエピタキシャル装置へ安定に供給される。なお、系外に捨てられるガスは資源の無駄となるが、濃度調整の追加ガス供給量は微調混合ライン２ｂ、１０ｂ利用して行われるのでその捨てられるガス量は微量であり、微調混合ライン２ｂ、１０ｂを用いないで濃度調整を行う場合に比べ、捨て去るガス量を大幅に少なくして資源の有効利用を図ることができる。
【００４５】
本実施形態例によれば、高濃度のジボランガスを希釈生成してエピタキシャル装置へ供給可能な構成としたので、ジボランガスの供給源に例えば、１０００ｐｐｍという高濃度のジボランガスを詰めたボンベ９を使用することができる。このことにより、従来例の図３に示すような１００ｐｐｍの希薄ジボランガスを詰めたボンベ１を使用する場合に比べ、ボンベ内のジボランガスの単位時間当たりの消費量を少なくすることができ、連続装置稼動期間中にジボランガスのボンベを交換することを回避でき、ボンベ交換に伴う従来例の問題点を解消することができる。
【００４６】
特に、本実施形態例では、複数本（４本）の高濃度ジボランガスのボンベ９を同時使用しているので、ボンベ９を交換するまでの期間を十分に長くすることができる。また、複数本（４本）の高濃度ジボランガスのボンベ９を同時使用することによって、各ボンベ９間のジボランガス濃度のばらつきの影響を緩和することができる。すなわち、ジボランガスのボンベ９を１本ずつ取り替え使用或いは切り替え使用する場合には、ボンベ９を交換した（切り替えた）直後に濃度のばらつきが生じるが、複数本のボンベ９を同時使用することによって、送出されるガス濃度は各ボンベの濃度をほぼ平均化した濃度となる。したがって、ボンベの一括交換前後のガス濃度のばらつきを充分小さくでき、ボンベ９の交換に伴うガス濃度のばらつきの影響を緩和することができる。
【００４７】
さらに、前記のように、ボンベ９の交換の頻度を少なくできるので、その分、ボンベの大幅なコスト節減を図ることが可能となる。特に、現在の市場においては、ジボランガスの価格はガス濃度の違いによって殆ど差がないので、ボンベのコスト削減による利益は大である。
【００４８】
さらに、本実施形態例では、ガス濃度検出センサ１５をミキサー５の直後であって圧力が平準化される前のミキサーバッファ１６の上流側に配置しているため、ミキサー５で混合生成された混合ガスの濃度変化を瞬時に検出して設定濃度からのずれを迅速に修正できることとなる。特に、本実施形態例では、ガス濃度検出センサ１５を赤外線吸収式のセンサで構成しているため、検出の応答特性に優れ、ガス濃度のずれ修正の制御精度を格段に高めることができる。
【００４９】
さらに、モニタ用ガス濃度検出センサ１７とガス量検出センサ１８はミキサーバッファ１６の下流側に設けたので、モニタ用ガス濃度検出センサ１７により、平準化されたガス濃度を正確に検出でき、また、ガス量検出センサ１８により、圧力変動の影響の無いガス量検出を正確に検出することができることになる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく他の様々な実施の形態を採り得る。例えば上記実施形態例では、配管管路２を分岐して粗混合ライン２ａと微調混合ライン２ｂを形成したが、例えば、配管管路２を粗混合ライン２ａの管路として構成し、微調混合ライン２ｂは別途ボンベ９側とミキサー５を連通接続する配管を設けて構成し、ボンベ９側とミキサー５を結ぶ互いに独立した管路によりライン２ａ、２ｂを構成してもよい。同様に、上記実施形態例では、配管管路１０を分岐して粗混合ライン２ａと微調混合ライン１０ｂを形成したが、例えば、配管管路１０を粗混合ライン１０ａの管路として構成し、微調混合ライン１０ｂは別途水素ガス供給源とミキサー５を連通接続する配管を設けて構成し、水素ガス供給源とミキサー５を結ぶ互いに独立した管路によりライン１０ａ、１０ｂを構成してもよい。ただ、本実施形態例のように粗混合ラインと微調混合ラインを分岐形成することにより、管路の簡易化が達成でき、管路部材の節減に伴うコスト節減が図れ、管路の配管をすっきりと纏めることができる上に、配管施工の容易化が図れるという効果が得られる。
【００５１】
さらに、上記実施形態例では、第１のガスである１０００ｐｐｍの高濃度ジボランガスを第２のガスである水素ガスで希釈混合してユースポイントで使用する１００ｐｐｍの希薄ジボランガスを生成供給するようにしたが、第１のガスは純ガスであってもよく、第２ガスは希釈されたガスであってもよい。また、上記例では、第２のガスを第１のガスの希釈用のガス（マザードープガスであるジボランガスを希釈するベースガスの水素ガス）としたが、第１のガスと第２のガスの成分はこれに限定されることはなく、例えば、第１のガスに含まれない成分のガスを第２のガスとしてもよい。また、上記実施形態例ではジボランガスの濃度が１０００ｐｐｍのものを高濃度ジボランガスとして使用したが、勿論１０００ｐｐｍ以外の濃度のものでもよく、本明細書では、ジボランガスの濃度が５００ｐｐｍ以上のものを高濃度ジボランガスと定義している。
【００５２】
さらに、上記実施形態例では、第１のガスと第２のガスとの２種類のガスの混合供給について説明したが、本発明は３種類以上のガスの混合供給に適用することが可能である。この場合は、各ガス種の供給源とミキサー５とを粗混合ラインと微調混合ラインとを有する管路で接続し、上述の２種類のガスを混合する場合と同様に、粗混合ラインを用いて混合比の割合で流量を制御し、微調混合ラインを用いて設定濃度に対するずれを修正すればよい。
【００５３】
さらに、上記実施形態例では、ガス濃度検出センサ１５を赤外線吸収式のセンサで構成したが、例えばガスクロマトグラフィー等の他の濃度検出手段を用いたものでもよい。
【００５４】
さらに上記実施形態例では、微調混合ライン２ｂ、１０ｂを利用して混合ガス濃度（ジボランガス濃度）のずれを微調整する場合、ガス量検出センサ１８のガス使用量の情報を利用したが、このガス量検出センサ１８の検出情報を用いずに混合ガス濃度のずれ修正を行うようにしてもよい。その場合は、２出力型調節器３１のメモリに、設定混合濃度に対するずれ量が大となるに連れガス補償量（ガス追加供給量）を大きくする、ずれ量とガス補償量との関係データを予め与えておく。
【００５５】
そしてこの状態で、２出力型調節器３１はガス濃度検出センサ１５で検出される混合ガス検出濃度と設定混合濃度とを比較して設定混合濃度に対する混合ガス検出濃度のずれを求め、さらに、そのずれ量の大きさに応じたガス補償量を前記関係データに基づきＰＩＤ演算により求め（プラスのずれ量のときは水素ガスのガス補償量を求め、マイナスのずれ量のときは高濃度ジボランガスのガス補償量を求める）、この求めた高濃度ジボランガスあるいは水素ガスに対するガス補償量の開弁制御信号を対応する流量制御弁１２ｂ、１３ｂに加え、上記実施形態例と同様に流量制御弁１２ｂ、１３ｂを開弁駆動して混合ガス濃度のずれを零に修正することができる。
【００５６】
この制御形態を採れば、混合ガス濃度のずれ修正が行われてずれ量が小さくなるに連れ追加供給されるガス補償量も小さくなって行くので、ずれ修正の制御が繰り返し行われることで、短時間のうちにずれ量は零に集束し、それ以降はずれ量がなくなって設定混合濃度の混合ガスを安定に供給維持でき、しかも、ガス量検出センサ１８の検出誤差等の影響を受けずに高精度のガス濃度調整ができるという画期的な効果を奏することができる。
【００５７】
さらに、上記実施形態例の図２では、４本の高濃度ジボランガスのボンベ９を束ねて使用したが、２本の高濃度ジボランガスのボンベ９をセットし、１本ずつ交互に切り替え使用する構成としてもよい。また、ユースポイントで異なる濃度のガスを必要とするときには、図２中の破線で囲ったＡ部分の構成をもう１式追加（図２中の破線で囲ったＢ部分は共通に使用）することで、対応可能である。
【００５８】
さらに、上記実施形態例では、エピタキシャル膜の抵抗率制御を例にして説明したが、本発明は、それ以外の半導体製造の分野での混合ガスの生成に適用されることはもちろんのこと、半導体製造以外の混合ガスの生成分野に適用されるものである。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、第１および第２の各ガス供給源からガスミキサーへのガス供給ラインを粗混合ラインと微調混合ラインとの２系統のラインを有して構成したものであるから、粗混合ラインを利用してユースポイントで使用する分のガス量（ユースポイントの使用に見合うガス量）を混合比制御によりほぼ設定濃度に近い濃度でもって混合生成し、設定濃度に対する微小な濃度のずれは微調混合ラインを利用して修正することができる。このように、混合比制御のラインと濃度微調ラインとの２系統のラインを用いて混合ガスを生成する構成とすることにより、例えば、１系統のラインのみで第１のガスと第２のガスを流量制御して混合ガスを生成する場合に比べ、濃度の制御精度が格段に高くなり、信頼性の高い一定濃度の混合ガスを安定に供給できるという効果が得られる。
【００６０】
特に、本発明では、ガス混合制御手段により設定ガス混合比の配分比でもって第１のガスと第２のガスを混合してユースポイントで使用された分のガス量を生成するようにしているので、前記の如く、その混合濃度は設定混合濃度にほぼ等しくなる。したがって、濃度の微小ずれを修正する微調混合ライン側の制御手段が万が一故障したとしても微調混合ラインからガスミキサーへ供給されるガス量は微小であるので、設定混合濃度から大きくずれた濃度の混合ガスがユースポイントに供給されてしまうという不具合を防止することが可能となるものである。
【００６１】
さらに、本発明は混合濃度検出手段によりガスミキサーから直接排出される混合ガスの濃度を検出するようにしているので、混合濃度の変化を瞬時に検出することができ、その検出値に基づきガス濃度微調制御手段によって濃度のずれを瞬時に修正制御するので、ガス濃度ずれの修正制御の精度を高めることができる。特に、混合濃度検出手段を赤外線吸収式のセンサで構成することにより、濃度検出の応答性を高めることができる上に、検出に利用した混合ガス（赤外線吸収式のセンサに接触した混合ガス）を捨てることなくユースポイントへ供給して利用できるため、ガス利用の無駄が無く、混合ガスの利用効率を十分に高めることができるという効果が得られる。
【００６２】
さらに、本発明において、第１のガスを高濃度ジボランガス（高濃度ドーパントガス）とし、第２のガスを水素ガス（希釈用純ガス）とし、高濃度ジボランガスと水素ガスを混合した希釈ジボランガスをエピタキシャル装置へ供給し、エピタキシャル膜の抵抗率制御を行う使用形態に適用した場合、ジボランガスの供給源の容器（例えばボンベ）に高濃度ジボランガスを収容し、この高濃度ジボランガスを水素ガスで希釈してユースポイントへ供給するシステム形態を採り得るので、従来例のようにユースポイントでの使用濃度に等しい希薄濃度のジボランガスをボンベからエピタキシャル装置へ供給する場合に比べ、ボンベから高濃度のジボランガスをガスミキサーへ供給する方式を採り得る本発明の方が、ボンベ内のジボランガスの単位時間当たりのガスの消費量を格段に少なくできる。
【００６３】
従って、本発明の構成とすることにより、エピタキシャル装置の連続装置稼動期間中にジボランガスのボンベ交換をすることがなくなり、ボンベ交換の直後にジボランガスの濃度変化が生じて抵抗率制御に支障を来たすというボンベ交換に起因する従来の問題点を解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス混合供給方法に適用されるガス混合供給装置の一実施形態例の構成説明図である。
【図２】図１に示すガス混合供給装置を含むジボランガス供給システムの説明図である。
【図３】ジボランガス供給システムの従来例の説明図である。
【符号の説明】
２ａ、１０ａ粗混合ライン
２ｂ、１０ｂ微調混合ライン
５ミキサー（ガスミキサー）
１２ａ、１３ａ流量制御装置（マスフローコントローラ）
１２ｂ、１３ｂ流量制御弁
１５ガス濃度検出センサ
１８ガス量検出センサ
２０保圧弁
２１演算制御部（信号発生器）
３１２出力型調節器

Claims

第１のガスの供給源から供給される第１のガスと第２のガスの供給源から供給される第２のガスとをガスミキサーで混合して第１のガスと第２のガスとの設定混合濃度の混合ガスをユースポイントへ供給するガス混合供給方法であって、
前記第１および第２の各ガス供給源から前記ガスミキサーへのガス供給ラインをそれぞれ粗混合ラインと微調混合ラインとの２系統のラインを有して形成し、
前記ユースポイントで使用される混合ガスの使用量を検出し、
前記検出されるガス使用量をガス生成量設定値として、前記設定混合濃度となる設定ガス混合比の配分比でもってそれぞれのガスの供給源から粗混合ラインを通して前記ガスミキサーへ供給される第１のガスと第２のガスの供給量をその混合量が前記ガス生成量設定値となるように配分制御するとともに、
前記ガスミキサーから排出される混合ガスの混合濃度を検出し、
前記設定混合濃度に対する検出混合濃度のずれを求め、
前記設定混合濃度に対し第１のガスの検出混合濃度が高めにずれていたときには前記設定混合濃度にするための第２のガスのガス補償量を追加供給し、前記設定混合濃度に対し第１のガスの検出混合濃度が低めにずれていたときには前記設定混合濃度にするための第１のガスのガス補償量を追加供給するという如く、前記設定混合濃度に対する検出混合濃度のずれ方向に応じて第１のガスと第２のガスを択一的に追加供給することを特徴とするガス混合供給方法。
第１のガスの供給源から供給される第１のガスと第２のガスの供給源から供給される第２のガスとをガスミキサーで混合して第１のガスと第２のガスとの設定混合濃度の混合ガスをユースポイントへ供給するガス混合供給装置であって、
前記第１および第２の各ガス供給源から前記ガスミキサーへのガス供給ラインをそれぞれ粗混合ラインと微調混合ラインとの２系統のラインを有して形成するとともに、
前記ユースポイントで使用される混合ガスの使用量を検出するガス量検出センサと、
前記ガス量検出センサにより検出されるガス使用量をガス生成量設定値として、前記設定混合濃度の設定ガス混合比の配分比でもってそれぞれのガスの供給源から粗混合ラインを通して前記ガスミキサーへ供給される第１のガスと第２のガスの供給量をその混合量が前記ガス生成量設定値となるように配分制御するガス混合制御手段と、
前記ガスミキサーから排出される混合ガスの混合濃度を検出する混合濃度検出手段と、
前記設定混合濃度に対する検出混合濃度のずれを求めこのずれを解消すべくそれぞれのガスの供給源からそれぞれの微調混合ラインを通して前記ガスミキサーへ供給する第１のガスと第２のガスの供給量を制御するガス濃度微調制御手段と、を備え、
前記ガス濃度微調制御手段は、前記設定混合濃度に対し第１のガスの検出混合濃度が高めにずれていたときには前記設定混合濃度にするための第２のガスのガス補償量を追加供給し、前記設定混合濃度に対し第１のガスの検出混合濃度が低めにずれていたときには前記設定混合濃度にするための第１のガスのガス補償量を追加供給するという如く、前記設定混合濃度に対する検出混合濃度のずれ方向に応じて第１のガスと第２のガスを択一的に追加供給する、
ガス混合供給装置。
前記混合濃度検出手段は赤外吸収式のガス濃度検出センサであることを特徴とする請求項２記載のガス混合供給装置。
第１のガスは高濃度ドーパントガスであり、第２のガスはドーパントガスを希釈する希釈用の純ガスであることを特徴とする請求項２又は３記載のガス混合供給装置。