JP4814706B2 - 流量比可変型流体供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置等に使用されるものであり、流量制御装置から供給される設定流量のガスを、所望の流量比でチャンバへ分流供給する流量比可変型流体供給装置に関するものである。

近年、半導体製造に用いるシリコンウエハは大径化される傾向にあり、そのため半導体製造装置に於いても、チャンバへの処理用ガスの供給を複数の供給ラインを用いて行うと共に、各供給ライン間のガス流量比を比較的細かく制御することが要求されている。

図７は、従前の半導体製造装置における複数の供給ラインを用いたチャンバへのガス供給システムの一例を示すものであり、各ガス供給ラインＧＬ₁、ＧＬ₂に流量制御装置ＦＣＳ₁、ＦＣＳ₂を各別に設け、これによって各供給ラインＧＬ₁、ＧＬ₂の流量比γ＝Ｑ₁／Ｑ₂を調整するようにしたものである。尚、図７において、Ｓはガス供給源、Ｇは処理ガス、Ｃはチャンバ、Ｄはガス放出器、Ｈはウエハ、Ｉはウエハ保持台である。
しかし、この図７の装置では、２基の流量制御装置ＦＣＳ₁、ＦＣＳ₂を必要とするため、半導体製造装置の大型化や設備費及びメンテナンス費の高騰を招くことになり、設備の小型化及び低コスト化の要求に対応できないと云う問題がある。

また、図８は、前記図７の欠点を改良するものとして本願発明者等が先に開発をしたガス供給設備を示すものであり、流量制御装置ＦＣＳにより設定流量Ｑに制御されたガス流Ｇを、分流量制御装置ＦＲＣにより制御される圧力式分流量制御器ＦＶ₁、ＦＶ₂を設けた供給ラインＧＬ₁、ＧＬ₂を通して所望の流量比γ＝Ｑ₁／Ｑ₂でもって、チャンバーＣへ供給するようにしたものである。

即ち、図８のガス供給装置は、所定の口径φ₁、φ₂のオリフィス孔ＯＬ₁、ＯＬ₂を備えたガス放出器ＤをチャンバＣ内に設けると共に、分流量制御器ＦＶ₁、ＦＶ₂によってその下流側ガス圧力Ｐ₃′、Ｐ₃″を調整することにより、ガス放出器Ｄのオリフィス孔ＯＬ₁、ＯＬ₂を通してＱ₁＝Ｋ₁Ｐ₃′及びＱ₂＝Ｋ₂Ｐ₃″（但し、Ｋ₁及びＫ₂はオリフィス孔ＯＬ₁、ＯＬ₂の断面積等によって決まる定数）で表される所望の分流量Ｑ₁、Ｑ₂でもって、総量Ｑ＝Ｑ₁＋Ｑ₂のガスをチャンバＣ内へ供給するようにしたものである（特開２００４−５３０８）。

しかし、当該図８のガス供給装置では、チャンバＣ内に所定の口径φ₁、φ₂のオリフィス孔ＯＬ₁、ＯＬ₂を有するガス放出器Ｄを設ける構成としているため、ガス放出器Ｄの形態等が大幅に制約されると云う問題がある。
また、前記図７のガス供給装置のように２基の流量制御装置ＦＣＳ₁、ＦＣＳ₂を各別に設けていないため、前記図７の装置に比較して設備費等が削減できるものの、２基の分流量制御器ＦＶ₁、ＦＶ₂や分流量制御装置ＦＲＣを必要とするため、設備費の大幅な削減及び分流ガス供給装置の大幅な小型化を図れないうえ、流量比Ｑ₁／Ｑ₂の制御そのものが複雑になり過ぎると云う問題がある。

更に、図９は、上記図８（特開２００４−５３０８号）の欠点を改良するものとして、本願発明者等が先に開発したものであり、構造の簡単な開閉弁Ｖ₁、Ｖ₂と１台の圧力式分流量制御器ＦＶと流量比制御装置ＣＴとを用い、流量の大きい方の供給ラインの開閉弁を全開にすると共に、圧力式分流量制御器ＦＶの開度調整を行うことにより、大流量側の供給ラインから小流量側の供給ラインへのガス流量を調整して両分岐供給ラインＧＬ₁、ＧＬ₂の圧力調整を行い、所望の分流比γ＝Ｑ₁／Ｑ₂でもって総流量Ｑ＝Ｑ₁＋Ｑ₂のガス流ＧをチャンバＣ内へ供給する構成としたものである（特開２００５−１１２５８号）。

しかし、図９のガス供給装置にあっても、分流供給装置の大幅な小型化及び設備費の大幅な削減が図れないだけでなく、ガス放出器Ｄの形態を自由に選択することができないと云う前記図８のガス供給装置（特開２００４−５３０８号）と同じ問題が残されている。

一方、この種の分流ガス供給装置としては、図１０に示すように、各分岐供給路ＧＬ₁、ＧＬ₂に音速ノズルＳＮ₁、ＳＮ₂を設けると共に、音速ノズルＳＮ₁、ＳＮ₂の上流側管路のガス圧Ｐ₁を自動調圧器ＡＣＰで調整することにより、各分岐供給路ＧＬ₁、ＧＬ₂からのガス供給量Ｑ₁、Ｑ₂を調整するようにした流量制御システムが開発されている（特開２００３−３２３２１７号等）。尚、図１０に於いて、ＡＣＱは流量制御部、Ｖ₁、Ｖ₂は制御弁である。

しかし、図１０の分流ガス供給装置は、自動調圧装置ＡＣＰによる一次側圧力Ｐ₁を調整することにより、各音速ノズルＳＮ₁、ＳＮ₂（又はオリフィス）を通して流通する各ガス流量Ｑ₁、Ｑ₂を同時に制御させることを目的とするものであり、各分岐管路ＧＬ₁、ＧＬ₂の流量比γ＝Ｑ₁／Ｑ₂を任意に調整することは発明の直接の目的となっていない。

特開２００４−５３０８号 特開２００５−１１２５８号 特開２００３−３２３２１７号

本願発明は、従前のチャンバへのガス分流供給装置における上述の如き問題、即ち、自動調圧装置や開閉制御弁及びこれ等の制御部を必要とし、ガス分流供給装置の大幅な小型化及び低コストが図れないうえ、分流比の制御精度も低いと云う問題を解決せんとするものであり、構造の極く単純な開閉弁とオリフィスのみを用いて所定流量Ｑのガスを所望の分流比で分流供給することを可能とした小型で且つ安価な流量比可変型流体供給装置を提供することを発明の主目的とするものである。

本願発明者等は、オリフィスを用いた各種の流量制御装置の開発を通して、臨界膨張条件下においては、オリフィスの所謂補正係数の管理を高精度で行うことにより、極めて簡単な構成の流量比可変型流体供給装置の形成が可能なことを着想した。

本願発明は、本願発明者等の前記着想に基づいて創作されたものであり、請求項１の発明は、 流量制御装置６から供給された流量Ｑのガスを複数の分流管路1₁〜1nへ所定の流量Ｑ₁〜Ｑ_nでもって分流させ、各分流管路1₁〜1nから流量Ｑのガスをチャンバ７内へ供給するようにした流量比可変型流体供給装置に於いて、前記分流管路1₁〜1nの中の一つまたは複数の分流管路に適宜の開口面積Ｓ・・のオリフィス３・・を介設し、また、前記残余の各分流管路を複数の分岐管路２ａ〜２ｎを並列状に連結した管路として、前記各分岐管路２ａ〜２ｎに夫々適宜の開口面積Ｓ₂・・のオリフィス４・・を介設すると共に、前記分岐回路の全部又は一部に開閉バルブＶｂ〜Ｖｎを介設し、当該開閉バルブＶｂ〜Ｖｎの開又は閉により残余の各分流管路の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏ・・を調整することにより、前記分流回路の各オリフィス３の開口面積Ｓ・・及び分岐管路を設けた各分流回路の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏ・・の比に等しい流量比Ｑ₁/Q₂/Q₃/・・/Qnでもって、各分流管路1₁〜1nへ流量Ｑのガス流を分流させる構成とした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、流量制御装置６から供給された流量Ｑのガスを複数の分流管路１₁〜1nへ所定の流量Ｑ₁〜Ｑ₀でもって分流させ、各分流管路１₁〜1nから流量Ｑのガスをチャンバ７内へ供給するようにした流量比可変型流体供給装置に於いて、前記分流管路１₁〜分流管路1_n-1に開口面積Ｓ₁〜S_n-1のオリフィス３₁〜3n_-1を介設し、また、前記残余の分流管路1nを複数の分岐管路２ａ〜２ｎを並列状に連結した管路として、前記各分岐管路２ａ〜２ｎに夫々開口面積Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｎのオリフィス４ａ〜４ｎを介設すると共に、前記分岐回路の全部又は一部に開閉バルブＶｂ〜Ｖｎを介設し、当該開閉バルブＶｂ〜Ｖｎの開又は閉により当該分流管路1nの流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏを調整することにより、前記各分流回路１₁〜1nの各オリフィス３₁〜３_n-1の開口面積及び分流回路1nの流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏの比に等しい流量比Ｑ₁/Q₂/Q₃/・・Q_n-1/Ｑ₀でもって、各分流管路１₁〜1nへ流量Ｑのガス流を分流させる構成と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、オリフィス３を、開口面積S₁₁が一定のオリフィス３aと、開口面積S₁₂が調整可能なオリフィス3bとを並列に接続した構成のオリフィス３とするようにしたものである。

請求項４の発明は、流量制御装置６から供給された流量Ｑのガスを第１分流管路１及び第２分流管路２へ所定の流量Ｑ₁、Ｑ₀でもって分流させ、両分流管路１、２から流量Ｑのガスをチャンバ７内へ供給するようにした流量比可変型流体供給装置に於いて、前記第１分流管路１に開口面積Ｓ₁の第１オリフィス３を介設し、また、前記第２分流管路２を複数の分岐管路２ａ〜２ｎを並列状に連結した管路として、前記各分岐管路２ａ〜２ｎに夫々開口面積Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｎのオリフィス４ａ〜４ｎ介設すると共に、前記分岐回路の全部又は一部に開閉バルブＶｂ〜Ｖｎを介設し、当該開閉バルブＶｂ〜Ｖｎの開又は閉により第２分流管路２の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏを調整することにより、前記第１分流回路１の第１オリフィス３と前記第２分流路２の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏとの比に等しい流量比Ｑ₁／Ｑ₀でもって、各分流管路１、２へ流量Ｑのガス流を分流させる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５の発明は、請求項４の発明において、開口面積S₁の第１オリフィス３を、開口面積S₁₁が一定のオリフィス３aと、開口面積S₁₂が調整可能なオリフィス3bとを並列に接続した構成の第１オリフィス３とするようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項４の発明において、第２分流管路２を複数の分岐管路２ａ〜２ｎから形成すると共に、その内の一つの分岐管路２ａのオリフィス４ａの開口面積Ｓ₂ａを前記第１分流回路１の第１オリフィス３の開口面積Ｓ₁と同一にすると共に、当該分岐回路２ａを開閉弁を介設せずに第２分岐管路２へ連結するようにしたものである。

請求項７の発明は、請求項４の発明において、第２分流管路２を４ケの分岐管路２ａ〜２ｄから形成すると共に、分岐管路２ａのオリフィス４ａの開口面積Ｓ₂ａを第１分岐管路の第１オリフィス３の開口面積Ｓ₁と同一に、また、他の残りの分岐管路２ｂ〜２ｄのオリフィス４ｂ〜４ｄの開口面積Ｓ₂ｂ〜Ｓ₄ｄを前記第１分岐管路の第１オリフィス３の開口面積Ｓ₁の夫々５％、１０％及び２０％とすると共に、残りの分岐管路２ｂ〜２ｄに夫々開閉弁Ｖｂ〜Ｖｄを介設するようにしたものである。

請求項８の発明は、請求項４の発明において、開閉弁Ｖｄ〜Ｖｎを、分岐管路２ｄ〜２ｎを全開又は全閉する機能のみを備えた開閉弁とするようにしたものである。

請求項９の発明は、請求項４の発明において、各オリフィス３、４ａ〜４ｎのオリフィス開口面積を、その補正係数をオリフィスの形状及びオリフィス上流側圧力条件により適切な値に選定して設定するようにしたものである。

請求項１０の発明は、請求項９の発明において、各オリフィス３、４ａ〜４ｎの口径φの加工形状により、補正係数を０．６若しくは補正係数を０．７とするようにしたものである。

請求項１１の発明は、請求項４の発明に於いて、第１オリフィス３及び第２オリフィス４ａ〜４ｎとして、メタルダイヤフラム弁のダイヤフラム弁体と弁座との間隙を利用するようにしたものである。

請求項１２の発明は、請求項１、請求項２又は請求項４の発明に於いて、オリフィス３及びオリフィス４又は第１オリフィス３及び第２オリフィス４ａ〜４ｎの何れかを、異なる二つのオリフィス孔OL₁,OL₂を備えた２段階切削型のオリフィスとすると共に、小径のオリフィス孔から大径のオリフィス孔へ向けてガス流を流通させるようにしたものである。

本発明においては、所定の口径φを有するオリフィスと、管路の通路を単に全開又は全閉にするだけの極く構造の簡単な開閉弁Ｖb〜Ｖｎのみから流量比可変型流体供給装置を構成しているため、流体供給装置の構造を簡素化することができ、その大幅な小型化及び低コスト化が可能となる。

また、本発明においては、開閉弁Ｖｂ〜Ｖｎを適宜に切換することにより、分流比γを複数段に容易に変更することができるうえ、オリフィスそのものを変換することにより、分流比γを複数段に容易に変更することができるうえ、オリフィスそのものを変換することにより、分流比γの大幅な変更にも容易に対応することができる。

更に、本発明では、オリフィス口径の決定に際してその補正係数を厳格に管理し、加工形状により口径φ＝０．３以上のオリフィス孔に対しては補正係数を０．７とすると共に口径φ＝０．３未満のオリフィス孔に対しては補正係数を０．６とするようにしている。その結果、本発明に係る流量比可変型流体供給装置では、分流流量Ｑ₁、Ｑ₀₂の誤差を１％Ｓ.Ｐ.％以下とすることが出来る。

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、本発明に係る流量比可変型流体供給装置Ａの構成を示す図であり、図１においてＡは流量比可変型流体供給装置、Ｑ、Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃〜Ｑ₅、Ｑｏは流量、１は第１分流管路、２は第２分流管路、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは分岐管路、３は第１オリフィス、４ａは第２オリフィス、４ｂは第３オリフィス、４ｃは第４オリフィス、４ｄは第５オリフィス、Ｓ₁、Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｄは各オリフィスの断面積、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄは開閉弁、５はガス供給源、６は流量制御装置、７はプロセスチャンバである。

前記流体供給源５は所謂半導体製造用の各種ガスの供給源であり、本実施形態ではＮ₂ガスの供給源が設けられている。
また、流量制御装置６はプロセスチャンバ７へ供給するガス流量Ｑを一定流量に調整しており、本実施形態においては圧力式流量制御装置ＦＣＳによりＱ＝１ＳＬＭのＮ₂ガスが供給されている。

前記プロセスチャンバ７は、本実施形態にあっては内部圧が１０Ｔｏｒｒに調整されたチャンバ７が使用されており、その中央部へ第１分流管路１から所望流量Ｑ₁の、また、その端縁部へ第２分流管路２から流量Ｑ₀のＮ₂ガス流が夫々供給されている。

前記ガス供給源５から供給されたガスＧは、流量制御装置６において、例えばＱ＝１ＳＬＭに調整されたあと、第１分流管路１及び第２分流管路２を通してプロセスチャンバ７内へ供給される。
また、各分流管路１、２を通るガス流量の分流比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀は、開閉弁Ｖｂ〜Ｖｄを適宜に開閉切換（全開又は全閉）することにより、予め定めた分流比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀に切換調整される。
尚、本実施形態においては、前述の通り流量制御装置６からＱ＝１ＳＬＭのＮ₂ガスが定量供給されている。

本実施形態では、以下に述べるように、前記分流比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀を、開閉弁Ｖｃ〜Ｖｄの切換操作により１／１〜１／１．３５までのあいだ５％刻みで、計８段階（即ち、１／１、１／１．０５、１／１．１、１／１．１５、１／１．２０、１／１．２５、１／１．３０、１／１．３５）に調整できるようにしている。

図１を参照して、各オリフィス３、４ａ〜４ｄのオリフィス孔を流通するガス流量は、各オリフィス３、４ａ〜４ｄの上流側圧力Ｐ₁と下流側圧力Ｐ₂₁又はＰ₂₂との間に所謂臨界膨張条件が保持されている場合には、各オリフィス３、４ａ〜４ｄの断面積に比例する。即ち、臨界膨張条件下においては、各オリフィスを通るガス流量の流量比はオリフィス孔の断面積比で決まることになる。

而して、いま図１において、各オリフィス３、４ａ〜４ｄのオリフィス孔の断面積をＳ₁、Ｓ₂ａ、Ｓ₂ｂ、Ｓ₂ｃ、Ｓ₂ｄ、第１分流管路１の流量Ｑ₁、第２分流管路の流量Ｑ０、総供給流量Ｑとすると、分流比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀は下記の（１）式で表される。
γ＝Ｑ₁／Ｑ₀＝Ｓ₁／（Ｓ₂ａ＋（Ｓ₂ｂ＋Ｓ₂ｃ＋Ｓ₂ｄ））・・（１）

また、分流比γは、前述の通りγ＝１／１〜１／３．５（５％毎に８段階切換）とするのであるから、下記の（２）及び（３）式の成立が必要となる。
Ｓ₁／Ｓ₂ａ＝１／１・・・・・・・（２）
Ｓ₂ａ／Ｓ₂ｂ／Ｓ₂ｃ／Ｓ₂ｃ＝１００／２０／１０／５・・・・（３）

次に、必要とする各オリフィスＳ₁、Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｄの断面積の緩和と、各オリフィス断面積Ｓ₁、Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｄの演算について説明する。
今、チャンバ７の内圧を１０Ｔｏｒｒとすると、バルブＶｂ〜Ｖｄ等の圧損を考慮して、オリフィス下流側圧力Ｐ₂₁、Ｐ₂₂は最大で２０Ｔｏｒｒ位となる。
また、臨界膨張条件を成立させるためには、Ｖｂ〜Ｖｄを全開としたときのオリフィス上流側圧力Ｐ₁は４０Ｔｏｒｒ（Ｐ₁／Ｐ₂＝２以上）となるように、全オリフィスの開口断面積Ｓを決める必要がある。

本願発明においては、各オリフィスＳ₁、Ｓ₂ｂ〜Ｓ₂ｄの断面積の緩和Ｓを下記の（４）及び（５）式に示したオリフィスＣｖ値の演算式より算出する。
Ｃｖ＝α×Ｓ／１７・・・・（４）
Ｃｖ＝Ｑｇ／（２０１９×Ｐ₁）×（Ｇｇ（２７３＋ｔ））^1/2・・・・・（５）
但し、（４）及び（５）式において、αは補正係数（０．８）、Ｓは全オリフィスの総開口断面積（ｍｍ²）、Ｑｇは流量（ｍ³／ｈ＝０．０６）Ｐ₁はオリフィス上流側圧力（ＭＰａ ａｂｓ＝０．００５３）、Ｇｇはガス流体比重（０．９７）、ｔは流体温度（℃＝２１）であり、本実施形態ではガス総流量Ｑ＝１ＳＬＭ、オリフィス上流側圧力Ｐ₁＝４０Ｔｏｒｒ、ガス種Ｎ₂、ガス温度２１℃として各演算を行っている。

即ち、前記（４）及び（５）式から各オリフィスＳ₁、Ｓ２ａ〜Ｓ２ｄの開口断面積の総和Ｓは、Ｓ＝２．０１ｍｍ²となり、また、前記（１）〜（３）式より、各オリフィスＳ₁、Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｄの開口断面積は、Ｓ₁＝Ｓ₂ａ＝０．８５５ｍｍ²、Ｓ₂ｂ＝０．１７１ｍｍ²、Ｓ₂ｃ＝０．０８６ｍｍ²、Ｓ₂ｄ＝０．０４３ｍｍ²となる。

例えば、今、図１において、開閉弁Ｖｂ〜Ｖｄを全開にすれば、流量比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀＝Ｓ₁／（Ｓ₂ａ＋Ｓ₂ｄ＋Ｓ₂ｃ＋Ｓ₂ｄ）＝１／１．３５となる。
また、開閉弁Ｖｂ〜Ｖｄを全閉にすれば、流量比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀＝Ｓ₁／Ｓ₂ａ＝１／１となる。
更に、開閉弁Ｖｂを開、Ｖｃ及びＶｄを閉にすれば、流量比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀＝Ｓ₁／（Ｓ₂ａ＋Ｓ₂ｂ）＝１／１．２となり、開閉弁Ｖｂ〜Ｖｄの切換により流量比γ＝Ｑ₁／Ｑ₀は、１／１〜１／１．３５の間で、０．５刻みの８段階に切換調整されることになる。
尚、図１の実施形態に於いては、第１分流管路１と第２分流管路との二つの分流管路を用いてチャンバー７へガス流を供給するようにしているが、分流管路を３以上の分流管路とすると共に、その中の何れか一つ管路又は複数の管路を、複数の分岐管路を備えた管路としても良いことは勿論である。

断面積の小さなオリフィスＯＦの流量特性及び補正係数は、現実には実測値を用いる必要がある。そのため、図２及び図３の如き形態の２種類のオリフィスＯＦについて、図４の流量特性試験装置を用いて補正係数等の測定を行った。
即ち、今回の実施例では、内径０．３ｍｍ以上のオリフィスＯＦの場合は、図２の如く１段切削によりオリフィス孔ＯＬが形成されており、また、内径が０．３ｍｍφ未満のオリフィスＯＦの場合は、図３の如くオリフィス孔ＯＬがＯＬ₁及びＯＬ₂の２段切削により形成されている。１段切削とするか２段切削とするかは、オリフィスの厚さや加工機械の精度等によって適宜に判断される。

また、各オリフィスＯＦは所謂ガスケットタイプに形成されており、管路に挿入したオリフィスホルダ（図示省略）内に、各オリフィスＯＦが交換自在に気密状に挿入固定されている。
尚、本実施例では、孔径φが０．３ｍｍφ、０．４ｍｍφ、０．９ｍｍφのオリフィスＯＦとして図２に示した構成のオリフィスを、また、孔径φが０．２ｍｍφのオリフィスＯＦとして、図３に示した構成のオリフィスを使用している。

各オリフィスＯＦの流量特性や補正係数は、図４の如き試験装置を用いて実測した。
即ち、図４において、８ａ、８ｂはＮ₂供給源、９はモルブロック、１０ａ、１０ｂは圧力調整装置、OFはオリフィス、１１は真空計（１００Ｔｏｒｒバラトロン）、１２は開閉制御弁、１３は真空ポンプである。
また、モルブロック９の測定精度は±０．２％rdg.、圧力調整装置１０ａ、１０ｂの測定精度は±0.２％Ｆ．Ｓ．（１〜４０％）及び±０．５％Ｓ．Ｐ．（４０〜１００％）である。

測定は、オリフィスＯＦの上流側圧力Ｐ₁を圧力調整器１０ａにより調整し、オリフィス流通ガス量をモルブロック９により測定した。また、下流側圧力Ｐ₂による依存性を確認するため、下流側圧力調整器１０ｂによりオリフィスＯＦの下流側圧力を調整した。

図５の（ａ）及び（ｂ）は本実施例におけるオリフィスＯＦの流量特性を示すものであり、また図５の（ｃ）は、図５の（ａ）及び（ｂ）のデータから補正係数αを演算したものである。

上記実施例１の試験結果から、本発明においては下記の表１に示す如く、オリフィス上流側圧力Ｐ₁を６４Ｔｏｒｒとして、図１の第１分流管路１、各分岐管路２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのオリフィス径及び補正係数を夫々選定する。

また、図６は、前記図４の試験装置において、オリフィスＯＦの下流側圧力Ｐ₂を２０Ｔｏｒｒとした場合のオリフィス上流側圧力Ｐ₂と流量測定精度との関係を示すものである。
オリフィス下流側圧力Ｐ₂が２０Ｔｏｒｒになると、図６からも明らかなように、オリフィス下流側圧力Ｐ₂を真空状態とした場合の測定精度と同じように、その測定値誤差（rdg.エラ-）を１％以内とするためには、オリフィス上流側圧力Ｐ₁を６４Ｔｏｒｒ以上に保持する必要があることが判る。

表２は、上記実施例から得られた測定結果をまとめたものであり、オリフィス上流側圧力Ｐ₁＝６４Ｔｏｒｒ、ガス供給流量Ｑ＝１ＳＬＭ、ガス温度２１℃、ガス係数（ガス比重）０．９７（Ｎ₂）、補正係数１とした場合には、必要なオリフィス総開口断面積は１．０１８ｍｍ²となる。
また、オリフィスの面積比を図１の場合と同一（Ｓ₁／Ｓ₂ａ／Ｓ₂ｂ／Ｓ₂ｃ／Ｓ₂ｄ＝１００／１００／２０／１０／５）としたときには、各オリフィス３、４ａ〜４ｄと、流量比γと、オリフィス孔断面積（補正係数０．６及び０．７）と、演算オリフィス口径φ（ｍｍ）（補正係数０．６及び０．７）と、現実の選定オリフィス口径φ（ｍｍ）とは、表２のようになる。

尚、現実のオリフィス口径φは０．０５ｍｍ刻みに製作されているため、オリフィス径０．２５ｍｍφ以下は、補正係数を０．６及びオリフィス径０．３０ｍｍ以上は補正係数を０．７に、夫々選定するのが望ましい。

また、前記実施形態及び実施例においては、分流管路を第１分流管路１と第２分流管路２との２系統のみとしているが、分流管路が２系統以上の複数系統であってもよいことは勿論である。
尚、分流管路を複数とした場合には、その内の１又は２以上の分流管路を、開口面積Sが一定のオリフィス３を備えた分流管路とすると共に、残余の分流管路を、分岐管路２a〜２dを備えた分流管路とするようにしても良い。

更に、前記実施形態及び実施例においては、流量比を１／１．３５として、その間を０．５刻みで８段階に分流比の選定が可能なようにしているが、分流比の範囲及びその分流比の切換の大きさは、任意に設定できることは勿論である。

加えて、本実施形態及び実施例においては、オリフィスを用いることを基本としているが、オリフィスに替えて所謂臨界ノズルを用いたり、或いはメタルタッチ型ダイヤフラムバルブの弁体と弁座の間隙をオリフィスの代替として用いることも可能である。

前記図１に示した実施形態では、開口面積S₁が一定の第１オリフィス３を１個のオリフィスで持って形成しているが、開口面積S₁₁が一定のオリフィス３aと開口面積S₁₂が調整可能なオリフィス(例えば、メタルタッチ型ダイヤフラムバルブ等)3bとを並列に接続し、開口面積S₁(S₁=S₁₁+S₁₂)が一定の第１オリフィス３を形成するようにしても良い。
このように、２個のオリフィス中の１個のオリフィスの開口面積S₁₂を調整自在とすることにより、第１オリフィス３の開口面積S₁の大きさを一定範囲に亘って調節した後これを固定することができ、便宜である。

本発明は、半導体製造装置用のチャンバへの流量比可変型流体供給装置としてのみならず、各種ガス供給設備の流量比可変型流体供給装置として利用することも可能である。

本発明の流量比可変型流体供給装置の構成を示す図である。 １段切削型オリフィスの断面図である。 ２段切削型オリフィスの断面図である。 オリフィス流量特性試験の試験装置の構成図である。 φ＝０．５５ｍｍとφ＝０．１ｍｍの各オリフィス流量特性と、オリフィス補正係数の演算値を示すものである。 オリフィスOFの下流側圧力Ｐ₂を２０Ｔｏｒｒとした場合のオリフィス上流側圧力Ｐ₁と、流量測定誤差（rdgエラー）との関係を示すものである。 従前の複数ラインを用いたチャンバへのガス供給装置の説明図である。 従前の複数ラインを用いたチャンバへのガス供給装置の他の例を示す説明図である。 従前の複数ラインを用いたチャンバへのガス供給装置の更に他の例を示す説明図である。 従前の音速ノズルを用いた分流ガス供給装置の一例を示す説明図である。

符号の説明

Ａは流量比可変型流体供給装置
Ｇはガス
Ｑは全流量
Ｑ₁は第１分流管路の流量
Ｑ₀は第２分流管路の流量
Ｑ₂〜Ｑ₅は分岐管路の流量
ｒは流量比（Ｑ₁／Ｑ_o）
ＯＦはオリフィス
ＯＬ、ＯＬ₁、ＯＬ₂はオリフィス孔
１は第１分流管路
２は第２分流管路
２ａ〜２ｄは分岐管路
３は第１オリフィス
４ａは第２オリフィス
４ｂは第３オリフィス
４ｃは第４オリフィス
４ｄは第５オリフィス
Ｓは全オリフィス孔開口断面積
Ｓ１は第１オリフィスの開口面積
Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｄは第２〜第５オリフィスの開口面積
Ｓ₂₀は第２分流管路２の流通可能なオリフィスの合計開口面積
φはオリフィス口径
Ｖｂ〜Ｖｄは開閉弁
５はガス供給源
６は流量制御装置
７はプロセスチャンバ
８ａ・８ｂはＮ₂供給源
９はモルブロック
１０ａ・１０ｂは圧力調整器
１１は真空計
１２は開閉制御弁
１３は真空ポンプ

Claims (12)

1. 流量制御装置６から供給された流量Ｑのガスを複数の分流管路1₁〜1nへ所定の流量Ｑ₁〜Ｑ_nでもって分流させ、各分流管路1₁〜1nから流量Ｑのガスをチャンバ７内へ供給するようにした流量比可変型流体供給装置に於いて、前記分流管路1₁〜1nの中の一つまたは複数の分流管路に適宜の開口面積Ｓ・・のオリフィス３・・を介設し、また、前記残余の各分流管路を複数の分岐管路２ａ〜２ｎを並列状に連結した管路として、前記各分岐管路２ａ〜２ｎに夫々適宜の開口面積Ｓ₂・・のオリフィス４・・を介設すると共に、前記分岐回路の全部又は一部に開閉バルブＶｂ〜Ｖｎを介設し、当該開閉バルブＶｂ〜Ｖｎの開又は閉により残余の各分流管路の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏ・・を調整することにより、前記各分流回路1₁〜1nの各オリフィス３の開口面積Ｓ・・及び分岐管路を設けた各分流回路の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏ・・の比に等しい流量比Ｑ₁/Q₂/Q₃/・・/Qnでもって、各分流管路1₁〜1nへ流量Ｑのガス流を分流させる構成としたことを特徴とする流量比可変型流体供給装置。
2. 流量制御装置６から供給された流量Ｑのガスを複数の分流管路１₁〜1nへ所定の流量Ｑ₁〜Ｑ₀でもって分流させ、各分流管路１₁〜1nから流量Ｑのガスをチャンバ７内へ供給するようにした流量比可変型流体供給装置に於いて、前記分流管路１₁〜分流管路1_n-1に開口面積Ｓ₁〜S_n-1のオリフィス３₁〜3n_-1を介設し、また、前記残余の分流管路1nを複数の分岐管路２ａ〜２ｎを並列状に連結した管路として、前記各分岐管路２ａ〜２ｎに夫々開口面積Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｎのオリフィス４ａ〜４ｎを介設すると共に、前記分岐回路の全部又は一部に開閉バルブＶｂ〜Ｖｎを介設し、当該開閉バルブＶｂ〜Ｖｎの開又は閉により当該分流管路1nの流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏを調整することにより、前記各分流回路１₁〜1nの各オリフィス３₁〜３_n-1の開口面積及び分流回路1nの流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏの比に等しい流量比Ｑ₁/Q₂/Q₃/・・Q_n-1/Ｑ₀でもって、各分流管路１₁〜1nへ流量Ｑのガス流を分流させる構成としたことを特徴とする流量比可変型流体供給装置
3. オリフィス３を、開口面積S₁₁が一定のオリフィス３aと、開口面積S₁₂が調整可能なオリフィス3bとを並列に接続した構成のオリフィス３とするようにした請求項１又は請求項２に記載の流量比可変型流体供給装置。
4. 流量制御装置６から供給された流量Ｑのガスを第１分流管路１及び第２分流管路２へ所定の流量Ｑ₁、Ｑ₀でもって分流させ、両分流管路１、２から流量Ｑのガスをチャンバ７内へ供給するようにした流量比可変型流体供給装置に於いて、前記第１分流管路１に開口面積Ｓ₁の第１オリフィス３を介設し、また、前記第２分流管路２を複数の分岐管路２ａ〜２ｎを並列状に連結した管路として、前記各分岐管路２ａ〜２ｎに夫々開口面積Ｓ₂ａ〜Ｓ₂ｎのオリフィス４ａ〜４ｎを介設すると共に、前記分岐回路の全部又は一部に開閉バルブＶｂ〜Ｖｎを介設し、当該開閉バルブＶｂ〜Ｖｎの開又は閉により第２分流管路２の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏを調整することにより、前記第１分流回路１の第１オリフィス３と前記第２分流路２の流通可能なオリフィスの合計開口面積Ｓ₂ｏとの比に等しい流量比Ｑ₁／Ｑ₀でもって、各分流管路１、２へ流量Ｑのガス流を分流させる構成としたことを特徴とする流量比可変型流体供給装置。
5. 開口面積S₁の第１オリフィス３を、開口面積S₁₁が一定のオリフィス３aと、開口面積S₁₂が調整可能なオリフィス3bとを並列に接続した構成のオリフィス３とするようにした請求項３に記載の流量比可変型流体供給装置。
6. 第２分流管路２を複数の分岐管路２ａ〜２ｎから形成すると共に、その内の一つの分岐管路２ａのオリフィス４ａの開口面積Ｓ_2aを前記第１分流回路１の第１オリフィス３の開口面積Ｓ₁と同一にすると共に、当該分岐回路2ａを開閉弁を介設せずに第２分岐管路２へ連結する構成とした請求項４に記載の流量比可変型流体供給装置。
7. 第２分流管路２を４ケの分岐管路２ａ〜２ｄから形成すると共に、分岐管路２ａのオリフィス４ａの開口面積Ｓ₂ａを第１分岐管路の第１オリフィス３の開口面積Ｓ₁と同一に、また、残りの分岐管路２ｂ〜２ｄのオリフィス４ｂ〜４ｄの開口面積Ｓ₂ｂ〜Ｓ₄ｄを前記第１分岐管路の第１オリフィス３の開口面積Ｓ₁の夫々５％、１０％及び２０％とすると共に、残りの分岐管路２ｂ〜２ｄに夫々開閉弁Ｖｂ〜Ｖｄを介設する構成とした請求項４に記載の流量比可変型流体供給装置。
8. 開閉弁Ｖｄ〜Ｖｎを、分岐管路２ｄ〜２ｎを全開又は全閉する機能のみを備えた開閉弁とするようにした請求項４に記載の流量比可変型流体供給装置。
9. 各オリフィス３、４ａ〜４ｎのオリフィス開口面積を、その補正係数をオリフィスの形状及びオリフィス上流側圧力条件により適切な値に選定して設定する構成とした請求項４に記載の流量比可変型流体供給装置。
10. 各オリフィス３、４ａ〜４ｎの口径φの加工形状により、補正係数を０．６若しくは補正係数を０．７とするようにした請求項９に記載の流量比可変型流体供給装置。
11. 第１オリフィス３及び第２オリフィス４ａ〜４ｎとして、メタルダイヤフラム弁のダイヤフラム弁体と弁座との間隙を利用する構成とした請求項４に記載の流量比可変型流体供給装置。
12. 各オリフィス３、４、４ａ〜４ｎの何れかを異なる二つのオリフィス孔OL₁,OL₂を備えた２段階切削型のオリフィスとすると共に、小径のオリフィス孔から大径のオリフィス孔へ向けてガス流を流通させるようにした請求項1、請求項２又は請求項４に記載の流量比可変型流体供給装置。

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