專利名稱：混合氣體供給裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造裝置用的混合氣體供給裝置的改良，涉及通過能夠?qū)⒍喾N氣體不發(fā)生逆流及逆擴(kuò)散而迅速地切換供給、能夠?qū)崿F(xiàn)過程時(shí)間的縮短、氣體損失的減少及混合氣體制造裝置的小型化等的混合氣體供給裝置。
背景技術(shù)：
近年來，在半導(dǎo)體制造裝置的領(lǐng)域中，強(qiáng)烈要求裝置的小型化及制造成本的降低、制品品質(zhì)的提高等，為了應(yīng)對(duì)這些等的要求，作為下一代用的半導(dǎo)體制造裝置，推進(jìn)了例如連續(xù)地進(jìn)行對(duì)于晶片的氧化膜處理和聚硅酮膜處理的綜合型處理裝置的開發(fā)。但是，在這樣的綜合型處理裝置中，應(yīng)供給的氣體種類為30種的多種，除了氧化膜處理中的蝕刻用氣體種類以外，還加上HBr或Cl2等腐蝕性氣體種類。因此,所謂氣體種類的切換時(shí)的逆流及逆擴(kuò)散的防止和因高速氣體置換的氣體利用率的提高成為更加重要的問題。于是，本件專利申請(qǐng)人迄今為止開發(fā)了許多關(guān)于上述供給氣體種類的切換時(shí)的逆流及逆擴(kuò)散的防止的技術(shù)，并將其公開。例如，特許第3442604號(hào)是表不其一例的文獻(xiàn)，如圖18所不，在將多個(gè)氣體種類G1 Gn通過切換閥V1 Vn的操作而切換供給的情況下，通過A.將最小流量的氣體種類的供給線配置到距氣體出口部Go最遠(yuǎn)的位置上、或者B.設(shè)置節(jié)流孔S1 Sn而使各線L1 Ln的通路面積與各線的氣體流量的比成為一定、或者C.在最小流量線Ln的切換閥Vn中使用圖19那樣的內(nèi)置有節(jié)流孔OL的閥而提高最小流量的氣體種類的流速，實(shí)現(xiàn)了在通過上述切換閥V1 Vn的切換進(jìn)行的氣體種類的變更時(shí)發(fā)生的其他氣體的逆流及逆擴(kuò)散的防止。例如，當(dāng)將切換閥V3從開向閉、將切換閥V1從閉向開同時(shí)操作而將氣體種類從氣體G3變更為氣體G1時(shí)，防止氣體G1向切換閥V3的上游側(cè)逆流。此外，特許第338777號(hào)是將上述圖18的切換閥V1 Vn全部做成如圖19那樣的結(jié)構(gòu)的節(jié)流孔內(nèi)置型閥、通過改變內(nèi)置在各切換閥V1 Vn中的節(jié)流孔的口徑、使各氣體種類G1 Gn的各線L1 Ln的流路截面積與各線L1 Ln的氣體流量比成為一定、由此來防止在切換閥V1 Vn的切換操作時(shí)發(fā)生的氣體的逆流及逆擴(kuò)散的技術(shù)。另外，在氣體的流量控制裝置中，將節(jié)流孔夾設(shè)在流路中、或使用節(jié)流孔內(nèi)置型閥、或者將節(jié)流孔做成墊片型節(jié)流孔等是公知的，但在將多個(gè)氣體供給線以并列狀連結(jié)、將來自各氣體供給線的混合氣體通過歧管向氣體使用部位供給的混合氣體供給裝置中、以防止切換閥的操作時(shí)的大流量氣體的向小流量氣體線內(nèi)的逆流及逆擴(kuò)散的目的、做成了使用節(jié)流孔或節(jié)流孔內(nèi)置閥的結(jié)構(gòu)的技術(shù)并不僅限于上述特許第3442604號(hào)及特許第338777
縣坐
V寸ο專利文獻(xiàn)I :特許第338777號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :特許第3442604號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 :特許第4137267號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :特開2003 - 86579號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :特開2007 - 57474號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)6 :特開2007 - 4644號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)7 :特開2007 - 7644號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
上述特許第3442604號(hào)及特許第338777號(hào)的技術(shù)在例如切換閥的開閉操作時(shí)能夠有效地防止大流量氣體線的氣體向小流量氣體線的切換閥的一次側(cè)(上游側(cè))逆流或逆擴(kuò)散，起到良好的實(shí)用的功用。但是，上述專利發(fā)明的技術(shù)都以使小流量氣體線相對(duì)于氣體出口部Go位于大流量氣體線的上游側(cè)(距氣體出口部Go更遠(yuǎn)的部位)為基本，所以在過程氣體(:/ α々7力'為小流量的情況下，在將各氣體供給線接合的歧管部的氣體置換中需要長時(shí)間，從氣體置換的方面有不能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體制造中的過程時(shí)間的大幅的縮短的問題。本申請(qǐng)發(fā)明的發(fā)明主要目的是提供一種沒有以往的半導(dǎo)體制造裝置用的混合氣體供給裝置中的上述那樣的問題、即能夠不使小流量氣體供給線相對(duì)于氣體出口部Go位于大流量氣體供給線的上游側(cè)而有效地防止氣體種類的逆流及逆擴(kuò)散、并且包括歧管部能夠提高氣體供給系統(tǒng)的氣體置換性、能夠?qū)崿F(xiàn)過程處理時(shí)間的大幅的縮短的混合氣體供給
>J-U ρ α裝直。本申請(qǐng)發(fā)明者等在半導(dǎo)體制造裝置用的混合氣體供給裝置中，為了對(duì)應(yīng)于氣體的供給線數(shù)的增加及噴淋板的大型化、實(shí)現(xiàn)其氣體置換的高速化及氣體逆擴(kuò)散的防止，首先，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)節(jié)流孔的夾設(shè)位置與氣體的逆流及逆擴(kuò)散的防止作用的關(guān)系，接著，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了混合氣體供給裝置中的氣體供給線的排列及歧管的內(nèi)徑、噴淋板的特性等與腔室內(nèi)的氣體置換時(shí)間的關(guān)系。本申請(qǐng)發(fā)明是基于本申請(qǐng)發(fā)明者等的上述各試驗(yàn)的結(jié)果做出的，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)氣體置換的高速化和逆流及逆擴(kuò)散的防止的半導(dǎo)體制造裝置用的混合氣體供給裝置。首先，本申請(qǐng)發(fā)明者等將與混合氣體供給裝置的氣體置換關(guān)聯(lián)的氣體的逆流及逆擴(kuò)散如下述A C那樣定義，基于此研究逆流及逆擴(kuò)散的抑制對(duì)策。Α.閥的同時(shí)開閉時(shí)的氣體的逆流■ ■ ■當(dāng)同時(shí)將多條線的閥開閉時(shí)、使閥為開的線的氣體流入到為閉的線的閥的上游側(cè)而被關(guān)入的現(xiàn)象。B.閥的開時(shí)的逆流■ ■ ■在為了對(duì)以穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)的氣體追加別的氣體而使該閥為開時(shí)、別的氣體先流入到流動(dòng)的線的上游的現(xiàn)象(一度逆流、但逐漸被壓出)。C.氣體的逆擴(kuò)散■ ■ ■當(dāng)同時(shí)使多種氣體流動(dòng)時(shí)、大流量線的氣體擴(kuò)散進(jìn)入到小流量線中的現(xiàn)象。上述A的在閥的同時(shí)開閉時(shí)發(fā)生的氣體的逆流基本上是在閥的同時(shí)開閉時(shí)、因存在兩者的閥同時(shí)被開放的時(shí)間而發(fā)生的現(xiàn)象，所以是與閥的開閉動(dòng)作特性有關(guān)系的。為了防止逆流，需要在兩閥的開閉中設(shè)置時(shí)間差(延遲時(shí)間)，例如，在使閥為氣壓動(dòng)作型的金屬隔膜閥(株式會(huì)社7> 制型)的情況下，雖然根據(jù)操作用氣壓供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而有差異，但在氣壓管的長度1000mm、外徑3ι πιΦ、供給壓O. 4 O. 6MPa的情況下,可以確認(rèn)通過設(shè)置約40msec的延遲時(shí)間能夠完全防止上述A的逆流。
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圖I是表示在上述B的逆流及C的逆擴(kuò)散的研究中使用的氣體擴(kuò)散試驗(yàn)裝置的圖，將使用該試驗(yàn)裝置同時(shí)供給Ar和小流量He的情況下的逆擴(kuò)散現(xiàn)象以小流量線He的流量、歧管部的壓力、Ar/He的同時(shí)供給時(shí)間、大流量線Ar的流量、Ar與He的供給線之間的位置(距離)、節(jié)流孔的夾設(shè)位置等為參數(shù)進(jìn)行了研究。另外，在圖I中，GS1-GS4是氣體供給口，RG是壓力調(diào)整器，PG是壓力計(jì)，F(xiàn)是過濾器，VS1 VS4是入口側(cè)閥，F(xiàn)CS是壓力式流量控制裝置，VO1 VO4是出口側(cè)切換閥，I是歧管(內(nèi)徑4. 4mm Φ )，2是混合氣體出口，3是混合氣體供給管(1/4”X O. 6m)，4是調(diào)整閥，5是過程腔室(39. 51 )，6是真空泵，7是調(diào)整閥，8是四極質(zhì)量分析儀(Qmass ■取入壓力3. OX 10 一4Pa), 9是壓力調(diào)整器，CM是壓力計(jì)(電容壓力計(jì)_100Torr，lTorr)，10是2聯(lián)3通閥，11是PC, 12是電磁閥，13是控制裝置(PLC)，14是空氣管(內(nèi)徑2. 5mmX lm)。向上述氣體供給口 GS的供給壓是250KPaG，在入口側(cè)閥VS及出口側(cè)切換閥VO中使用金屬隔膜閥。試驗(yàn)的結(jié)果判明，a當(dāng)同時(shí)流動(dòng)的大流量線位于小流量線的上游時(shí)容易發(fā)生逆擴(kuò)散，b當(dāng)小流量線的流量為7Sccm以下時(shí)逆擴(kuò)散變大，c如果歧管部的壓力變高則容易發(fā)生逆擴(kuò)散等。此外判明，為了抑制逆擴(kuò)散，a.將小流量氣體線盡量遠(yuǎn)離同時(shí)流動(dòng)的大流量氣體的上游側(cè)而設(shè)置，b.使小流量氣體流量為IOsccm以上，c.使歧管部的壓力變低，d.節(jié)流孔具有較大的逆擴(kuò)散防止效果等。上述各試驗(yàn)結(jié)果幾乎都是根據(jù)以往的公知技術(shù)預(yù)測(cè)的，但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的過程，判明節(jié)流孔具有特別大的逆擴(kuò)散防止效果，所以本申請(qǐng)發(fā)明者等接著對(duì)節(jié)流孔的設(shè)置部位與逆擴(kuò)散防止作用的關(guān)系進(jìn)行了研究。圖2是表示作為上述研究的對(duì)象的混合氣體供給裝置的節(jié)流孔的設(shè)置部位的圖，向氣體供給口 GS1供給清洗用He氣，向大流量線的氣體供給口 GS4供給Ar氣HOsccm，向小流量線的氣體供給口 GS5供給He氣I lOsccm，在將入口側(cè)閥VS1 VS3關(guān)閉、將VS4 VS5打開、將出口側(cè)閥VO1 VO3關(guān)閉、將VO4 VO5打開、使歧管I的壓力為IOOTorr的條件下，將He和Ar同時(shí)供給I分鐘，然后，將V04、V05關(guān)閉，將VS1及VO1打開，將合流部用He充分清洗后，將VO1關(guān)閉，將VO5打開，將小流量線的He向圖I的Qmass8引入，測(cè)量He氣內(nèi)的Ar離子濃度。另外，將節(jié)流孔的夾設(shè)位置改變?yōu)槌隹趥?cè)閥VO5的下游側(cè)A、出口側(cè)閥VO5的上游側(cè)B、和流量控制裝置FCS的上游側(cè)C的3處，對(duì)于各個(gè)情況測(cè)量Ar離子濃度。圖3是表示上述Ar的逆擴(kuò)散試驗(yàn)的結(jié)果的圖，曲線a是表示在圖2的位置A處夾設(shè)節(jié)流孔的情況的圖，曲線b是表示在位置B處夾設(shè)節(jié)流孔的情況的圖，曲線C是表示在位置C處夾設(shè)節(jié)流孔的情況的圖，判明將節(jié)流孔設(shè)在出口側(cè)閥VO的下游側(cè)對(duì)于逆擴(kuò)散防止及逆流防止最有效。另外，在圖2的試驗(yàn)裝置中，作為大流量氣體線的流量控制裝置而使用壓力式流量控制裝置FCS是為了挪用作為節(jié)流孔C設(shè)在FCS的出口側(cè)的墊片型節(jié)流孔，當(dāng)然也可以與小流量氣體線同樣使用熱式流量控制裝置MFC、在其下游側(cè)(出口側(cè))夾設(shè)節(jié)流孔C。此外，在圖2中，在大流量氣體線的附近的下游側(cè)(約40mm間隔)配置小流量氣體線，但判明即使是這樣的氣體供給線的配置關(guān)系，也通過在出口側(cè)閥VO5的下游側(cè)配置節(jié)流孔，能夠有效地防止大流量氣體的向小流量線內(nèi)的逆擴(kuò)散。接著，本申請(qǐng)發(fā)明者等為了得到關(guān)于混合氣體供給裝置的氣體置換的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)備圖4所示那樣的使用混合氣體供給裝置的試驗(yàn)裝置，使用該試驗(yàn)裝置研究了后述的各種氣體供給條件下的腔室內(nèi)氣體置換特性。另外，在圖4中，對(duì)于與上述圖I的情況相同的部件賦予與其相同的附圖標(biāo)記，僅混合氣體供給管3為3/8” X I. 2m這一點(diǎn)、以及在混合氣體供給管3內(nèi)夾設(shè)有模擬噴淋板SP這一點(diǎn)是主要不同的點(diǎn)。即，該模擬噴淋板SP是替代設(shè)置在過程腔室(/口>八)5內(nèi)的噴淋板的功能的，使用能夠調(diào)整為內(nèi)容量137. 8cc、壓力3、50、IOOTorr的結(jié)構(gòu)。
首先，從氣體供給口 GS1將過程氣體Ar以及從氣體供給口 GS4將載體氣體N2分別以圖5所示那樣的氣體供給次序供給，通過設(shè)置在腔室5 (內(nèi)容積39. 51)中的四極質(zhì)量分析儀8，測(cè)量腔室5內(nèi)的氣體置換。測(cè)量以模擬噴淋板SP的內(nèi)壓(3Torr、5Torr、100Torr)、歧管I的內(nèi)徑(4. 4ι πιΦ、IOmmΦ )及過程氣體Ar的流量(3sccm、5sccm、10sccm)為參數(shù)分別進(jìn)行,得到了圖6 (歧管I的內(nèi)徑4. 4πιπιΦ )及圖8 (歧管I的內(nèi)徑IOmmΦ )那樣的結(jié)果。由圖6及圖8的氣體置換特性的試驗(yàn)結(jié)果也清楚的那樣，判明a.如果模擬噴淋板SP的壓力變高，則為了充滿包括噴淋板及歧管I的上游配管而需要時(shí)間，結(jié)果腔室5內(nèi)的氣體置換所需要的時(shí)間變長，b.在小流量氣體線處于載體氣體線的上游的情況下，根據(jù)小流量過程線的流量，氣體置換時(shí)間變化等。接著，如圖4所示，對(duì)于將小流量氣體線Ar從氣體供給口 VO4、將載體氣體N2從氣體供給口 VO1供給的情況也進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)。圖7 (歧管I的內(nèi)徑4.4πιπιΦ)及圖9 (歧管I的內(nèi)徑ΙΟπιπιΦ )是表示該結(jié)果的圖，判明如果模擬噴淋板SP的壓力變高，則腔室5內(nèi)的氣體置換所需要的時(shí)間變長，此外，當(dāng)小流量線處于大流量線的下游時(shí)，腔室內(nèi)氣體置換所需要的時(shí)間依存于小流量氣體線的流量。本申請(qǐng)發(fā)明者等根據(jù)上述各試驗(yàn)等的結(jié)果，構(gòu)想在半導(dǎo)體制造裝置用的混合氣體供給裝置中、通過將小流量氣體供給線配置在混合氣體出口的附近、并且在小流量氣體供給線的出口側(cè)切換閥Vo的氣體流出口端部夾設(shè)適當(dāng)?shù)目趶降哪鏀U(kuò)散防止用節(jié)流孔、或者代替節(jié)流孔而將流量控制裝置的出口側(cè)氣體通路的一部分的通路截面積縮小來防止氣體的逆流及逆擴(kuò)散、能夠?qū)崿F(xiàn)高速氣體置換和氣體逆擴(kuò)散防止、對(duì)于氣體供給線的增加及噴淋板的大型化、復(fù)雜化也能夠應(yīng)對(duì)，基于該構(gòu)想，做出了有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的混合氣體供給裝置。S卩，技術(shù)方案I的發(fā)明，在將由流量控制裝置和出口側(cè)切換閥VO構(gòu)成的多個(gè)氣體供給線以并列狀配設(shè)、將各出口側(cè)切換閥VO的氣體出口向歧管I連接、并且將距歧管I的混合氣體出口較近的位置的氣體供給線作為小流量用氣體的供給用的混合氣體供給裝置中，發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)為，經(jīng)由上述流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件22及具有氣體通路19a的安裝臺(tái)19將流量控制裝置的出口側(cè)與出口側(cè)切換閥VO的入口側(cè)氣密地連結(jié)，在上述出口側(cè)連結(jié)配件22的流路24的一部分及或?qū)⑸鲜龀隹趥?cè)切換閥VO與歧管I的混合氣體流通孔20連通的流路25中設(shè)置小孔部26，能夠?qū)崿F(xiàn)其他氣體向出口側(cè)切換閥VO的上游側(cè)或流量控制裝置的上游側(cè)的逆擴(kuò)散的防止、和連結(jié)在歧管I的混合氣體出口 2上的過程腔室6的高速氣體置換。
技術(shù)方案2的發(fā)明在技術(shù)方案I的發(fā)明中，使流量控制裝置為流量范圍可變型壓力式流量控制裝置，并且將上述出口側(cè)連結(jié)配件22的流路28通過大徑的水平方向通路29a、小徑的水平方向通路29b、和將它們等連通的小徑的垂直方向通路28a形成，在小徑的垂直方向通路28a的一部分中設(shè)置上述小孔部26。技術(shù)方案3的發(fā)明在技術(shù)方案I的發(fā)明中，使流量控制裝置為流量范圍可變型壓力式流量控制裝置，并且將上述出口側(cè)連結(jié)配件22的流路28通過大徑的水平方向通路29a、小徑的水平方向通路2%、和將它們等連通的大徑的垂直方向通路28b形成，在小徑的水平方向通路29b的一部分中設(shè)置上述小孔26。技術(shù)方案4的發(fā)明在技術(shù)方案I、技術(shù)方案2或技術(shù)方案3的發(fā)明中，使連結(jié)在混合氣體出口 2上的過程腔室5為帶有噴淋板SP的過程腔室5。技術(shù)方案5的發(fā)明在技術(shù)方案I、技術(shù)方案2或技術(shù)方案3的發(fā)明中，使出口側(cè)切換閥VO為使金屬隔膜制閥體相對(duì)于閥座接觸分離的氣壓動(dòng)作型閥。技術(shù)方案6的發(fā)明，在將由流量控制裝置和出口側(cè)切換閥VO構(gòu)成的多個(gè)氣體供給線以并列狀配設(shè)、將各出口側(cè)切換閥VO的氣體出口向歧管I連接、并且將距歧管I的混合氣體出口較近的位置的氣體供給線作為小流量用氣體的供給用的混合氣體供給裝置中，發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)為，經(jīng)由上述流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件22及具有氣體通路19a的安裝臺(tái)19將小流量氣體供給線的流量控制裝置的出口側(cè)與出口側(cè)切換閥VO的入口側(cè)氣密地連結(jié)，并且在該出口側(cè)切換閥VO的氣體出口側(cè)通路27的出口側(cè)端部與連通到歧管I的混合氣體流通路20的氣體流路25的入口側(cè)之間設(shè)置逆擴(kuò)散防止用節(jié)流孔30而將上述出口側(cè)切換閥VO的氣體出口側(cè)通路27與歧管I氣密地連結(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)其他氣體向出口側(cè)切換閥VO的上游側(cè)的逆擴(kuò)散的防止、和連結(jié)在歧管I的混合氣體出口 2上的過程腔室6的高速氣體置換。技術(shù)方案7的發(fā)明在技術(shù)方案6的發(fā)明中，使流量控制裝置為具備大流量用節(jié)流孔OL1和小流量用節(jié)流孔OL2的流量范圍可變型壓力式流量控制裝置，并且使流量控制裝置的流量控制范圍為3SCCM 2000SCCM，且使節(jié)流孔30的內(nèi)徑為O. 6πιπιΦ。技術(shù)方案8的發(fā)明在技術(shù)方案6的發(fā)明中，使節(jié)流孔30為墊片型節(jié)流孔。技術(shù)方案9的發(fā)明在技術(shù)方案6、技術(shù)方案7或技術(shù)方案8的發(fā)明中，使連結(jié)在混合氣體出口 2上的過程腔室5為帶有噴淋板SP的過程腔室5。技術(shù)方案10的發(fā)明在技術(shù)方案6、技術(shù)方案7或技術(shù)方案8的發(fā)明中，使出口側(cè)切換閥VO為使金屬隔膜制閥體相對(duì)于閥座接觸分離的氣壓動(dòng)作型閥。在本發(fā)明中，由于在混合氣體供給裝置的距歧管的混合氣體出口 2較近的位置處設(shè)置小流量過程氣體的供給線，并且將大流量氣體的供給線設(shè)在混合氣體出口 2的上游側(cè)、即從混合氣體出口 2離開的位置上，所以與以往的將小流量的過程氣體供給線設(shè)在大流量氣體的供給線的上游側(cè)、即距混合氣體出口 2更遠(yuǎn)的位置處的情況相比，能夠更迅速地進(jìn)行歧管部分的氣體置換。結(jié)果，即使噴淋板SP部分的壓力變高、即，即使噴淋板大型化，也能夠?qū)崿F(xiàn)過程腔室的氣體置換時(shí)間的縮短，半導(dǎo)體的生產(chǎn)率及氣體利用效率顯著地提聞。此外，在壓力式流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件22內(nèi)的流路24中設(shè)置小孔部26，通過該小孔部26有效地防止向壓力式流量控制裝置FCS的主體內(nèi)的氣體的逆擴(kuò)散。結(jié)果，能夠不發(fā)生大幅的壓力損失使壓力式流量控制裝置FCS的控制特性下降、而有效地防止氣體的逆擴(kuò)散，并且，由于不使用節(jié)流孔，所以能夠?qū)崿F(xiàn)混合氣體制造裝置的構(gòu)造的簡單化及組裝的容易化。進(jìn)而，在出口側(cè)切換閥VO的氣體出口側(cè)通路27的出口側(cè)端部與連通到歧管I的 混合氣體流通路20的氣體流路25的入口側(cè)部之間設(shè)置墊片型節(jié)流孔28，有效地防止向出口側(cè)切換閥VO的上游側(cè)的氣體。結(jié)果，即使在距歧管的混合氣體出口 2較近的位置上設(shè)置小流量過程氣體的供給線，向出口側(cè)切換閥VO的氣體出口側(cè)通路27內(nèi)的氣體的逆擴(kuò)散也完全消失，能夠?qū)崿F(xiàn)氣體切換時(shí)間的大幅的縮短，并且能夠?qū)崿F(xiàn)混合氣體制造裝置的構(gòu)造的簡單化及組裝的容易化。


圖I是在關(guān)于氣體逆流及逆擴(kuò)散的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中使用的氣體擴(kuò)散試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖。圖2是表示節(jié)流孔的夾設(shè)裝置和逆擴(kuò)散防止效果的試驗(yàn)中的混合氣體供給裝置的節(jié)流孔夾設(shè)位置的圖。圖3是表示由圖2的試驗(yàn)裝置得到的Ar的逆擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果的圖。圖4是在氣體置換性的基礎(chǔ)試驗(yàn)中使用的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖。圖5是表示圖4的試驗(yàn)中的載體氣體N2和過程氣體Ar的供給次序的圖。圖6是表示歧管的內(nèi)徑是4.4mm Φ的情況下的氣體置換特性的圖(小流量Ar線為載體氣體的上游)。圖7是表示使小流量氣體線為歧管的下游側(cè)的情況下的氣體置換特性的圖。圖8是表示歧管的內(nèi)徑為IOmm Φ的情況下的氣體置換特性的圖(小流量Ar線為載體氣體的上游)。圖9是表示使小流量氣體線為歧管的下游側(cè)的情況下的氣體置換特性的圖。圖10是有關(guān)本發(fā)明的第I實(shí)施例的混合氣體供給裝置的系統(tǒng)圖。圖11是圖10所示的混合氣體供給裝置的正面概要圖。圖12是在有關(guān)本發(fā)明的第I實(shí)施例及第2實(shí)施例的混合氣體供給裝置中使用的流量范圍可變型壓力式流量控制裝置的構(gòu)造圖。圖13是在流量范圍可變型壓力式流量控制裝置中使用的出口側(cè)連結(jié)配件的剖視概要圖。圖14是表示在流量范圍可變型壓力式流量控制裝置中使用的出口側(cè)連結(jié)配件的另一例的剖視概要圖。圖15是有關(guān)本發(fā)明的第2實(shí)施例的混合氣體供給的正視概要圖。圖16是表示以節(jié)流孔徑為參數(shù)的小流量He氣流量與Ar氣向He氣內(nèi)的逆擴(kuò)散的關(guān)系的線圖。圖17是在圖15的混合氣體供給裝置中使用的流量可變型壓力式流量控制裝置的說明圖。圖18是以往的混合氣體供給裝置的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖。
圖19是表示在以往的混合氣體供給裝置中使用的出口側(cè)切換閥的一例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖10是有關(guān)本發(fā)明的第I實(shí)施例的混合氣體供給裝置的系統(tǒng)圖，圖11是其正視概要圖。在圖10及圖11中，GS1 GSn是氣體供給口，RG是壓力調(diào)整器，PG是壓力計(jì)，F(xiàn)是過濾器，VS1 VSn是入口側(cè)閥，F(xiàn)CS是壓力式流量控制裝置，VO1 VOn是出口側(cè)切換閥，I是歧管。另外，在本實(shí)施例中，作為流量控制裝置而使用壓力式流量控制裝置，但當(dāng)然也可以代替壓力式流量控制裝置而使用熱式流量控制裝置MFC。此外，15 19是安裝臺(tái)，21是壓力式流量控制裝置的入口側(cè)連結(jié)配件，22是出口側(cè)連結(jié)配件，從氣體供給口 GS流入的氣體通過入口側(cè)連結(jié)配件21的流路23向流量控制裝置的主體內(nèi)流入，被控制為規(guī)定的流量的氣體通過出口側(cè)連結(jié)配件22的流路24、安裝臺(tái)19的流路19a向出口側(cè)切換閥VO內(nèi)流入。此外，從出口側(cè)切換閥VO流出的氣體通過歧管I的流路25向混合氣體通路20內(nèi)流入，被從混合氣體出口 2向過程腔室供給。另外，在圖10中，5是過程腔室，SP是設(shè)在過程腔室5內(nèi)的噴淋板，6是真空泵。在本實(shí)施例中，將形成在出口側(cè)切換閥VO的歧管I中的流路25的至少I 5mm的長度部分的內(nèi)徑作為約O. 4mm I. 2mm Φ的小孔部26，使該小孔部26替代以往的逆擴(kuò)散防止用的節(jié)流孔的功能。另外，上述小孔26的長度為I 5_左右是最適當(dāng)?shù)模绻^5mm，則在氣體流量較多的情況下壓力損失增大，壓力式流量控制裝置的二次側(cè)壓力上升，流量控制范圍減少。這關(guān)于小孔部26的內(nèi)徑也是同樣的，該小孔部26的內(nèi)徑及長度尺寸必須選定為不給壓力式流量控制裝置的控制特性帶來不良影響的值。另外，上述各安裝臺(tái)15 19與各設(shè)備RG、F、VS、FCS、VO等如周知那樣拆裝自如地氣密地連結(jié)，同樣，壓力式流量控制裝置FCS的主體與各連結(jié)配件21、22間也拆裝自如地氣密地安裝固定。此外，壓力式流量控制裝置FCS及其他設(shè)備類都是周知的，所以其詳細(xì)的說明省略。在該第I實(shí)施例中，在將小流量氣體線配置在載體氣體線的下游的情況下，也通過設(shè)在上述歧管I的流路25中的小孔部26，氣體不向出口側(cè)切換閥VO側(cè)逆流或逆擴(kuò)散，不需要特別長的氣體置換時(shí)間，能夠進(jìn)行迅速的腔室內(nèi)氣體置換，即，能夠以大致等于理論計(jì)算值的時(shí)間常數(shù)Z=PV/f (Z是時(shí)間常數(shù)，P是腔室內(nèi)壓力，V是腔室內(nèi)容積，f是總流量)進(jìn)行氣體置換。此外，在圖11中，在歧管I的流路25中設(shè)有小孔部26，但也可以將該小孔部26設(shè)在出口側(cè)連結(jié)配件22的流路24的一部分中。在此情況下，能夠有效地防止向壓力式流量控制裝置FCS的主體內(nèi)的氣體的逆擴(kuò)散。同樣，也可以將小孔部26設(shè)在安裝臺(tái)19的流路19a的一部分中。圖12是在有關(guān)本發(fā)明的第I實(shí)施例及后述的第2實(shí)施例的混合氣體供給裝置中使用的流量范圍可變型壓力式流量控制裝置的構(gòu)造圖，圖13及圖14是其出口側(cè)連結(jié)配件的剖視圖。
該流量范圍可變型壓力式流量控制裝置根據(jù)專利文獻(xiàn)6及專利文獻(xiàn)7，是周知的結(jié)構(gòu)，在主體內(nèi)設(shè)有大流量用節(jié)流孔OL1和小流量用節(jié)流孔OL2，通過操作電磁閥EV將閥V開閉，作為大流量用(氣體在OL1及OL2的兩者中流通)或小流量用(氣體僅在OL2中流通)而切換使用。該流量范圍可變型壓力式流量控制裝置的各節(jié)流孔OL1及OL2的出口側(cè)連結(jié)在設(shè)在連結(jié)配件22上的氣體通路上。即，連結(jié)配件22的氣體通路如圖13及圖14所示，由垂直方向通路28a或28b、連通在其上端的大流量的水平方向通路29a、和連通在垂直方向通路28a或28b的下方部的小流量用水平方向通路29b形成，垂直方向通路28a、28b的下端部為氣體出口。在圖13的連結(jié)配件22中，垂直方向通路28a的下端部、S卩比小流量用水平方向29b的連通部靠下方為內(nèi)徑是O. 4 I. 2mm的小口徑(小孔部2b)，該部分與上述圖11的小孔26部分同樣進(jìn)行氣體的逆擴(kuò)散防止作用，防止向壓力式流量控制裝置主體內(nèi)的氣體的逆擴(kuò)散。此外，在圖14的連結(jié)配件22中，小流量用水平方向通路29b的部分的內(nèi)徑形成為
0.4 I. 2mmΦ的小口徑(小孔部26)，該部分與上述圖11的小孔26部分同樣進(jìn)行氣體的逆擴(kuò)散防止作用。另外，上述小口徑部26的內(nèi)徑及其長度尺寸與上述圖11的第I實(shí)施例的情況是同樣的，當(dāng)然應(yīng)該做成不給壓力式流量控制裝置的控制性能帶來不良影響的范圍的小孔，在氣體控制流量為2000sCCm左右的壓力式流量控制裝置的情況下，選定為內(nèi)徑O. 4
1.2mm Φ、長度2 3mm左右。圖15是有關(guān)本發(fā)明的第2實(shí)施例的混合氣體供給裝置的主視圖，僅(a)在壓力式流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件22的流路24中在小徑24處沒有設(shè)置小徑部這一點(diǎn)、(b)在歧管I的流路25中沒有設(shè)置小孔部這一點(diǎn)以及(c)在出口側(cè)切換閥VO的氣體出口側(cè)通路27的出口側(cè)端部與歧管I的氣體通路25的入口側(cè)端部之間夾設(shè)有墊片型節(jié)流孔30這一點(diǎn)與上述圖11的有關(guān)第I實(shí)施例的混合氣體供給裝置不同，其他方面與圖11的情況完全相同。S卩，在出口側(cè)切換閥VO的氣體出口側(cè)通路27的出口側(cè)端部與歧管I的氣體通路25的入口側(cè)端部的間隙中插裝墊片型節(jié)流孔30，通過將出口側(cè)切換閥VO的主體與歧管I間夾壓固定，氣密地夾設(shè)墊片型節(jié)流孔30。另外，在圖15的第2實(shí)施例中使用墊片型節(jié)流孔30，但節(jié)流孔本身當(dāng)然是怎樣的形態(tài)都可以。圖16是使用圖2的試驗(yàn)裝置、以節(jié)流孔尺寸30為參數(shù)測(cè)量的小流量He氣流量(SCCM)與Ar氣的向He內(nèi)的逆擴(kuò)散的關(guān)系的線圖，可知在小流量氦氣流量為約3SCCM以上的情況下，通過使節(jié)流孔30的口徑為O. 6mm Φ以下，防止了向小流量氦氣內(nèi)的逆擴(kuò)散。表I是表示在圖15的混合氣體供給裝置中、作為壓力式流量控制裝置而使用圖17所示的流量可變壓力式流量控制裝置的情況下的、節(jié)流孔OLl的上游側(cè)壓力P1、下游側(cè)壓力P2、和逆擴(kuò)散防止用節(jié)流孔28的口徑的實(shí)測(cè)值的表。[表I]
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由表I也清楚的那樣，如果壓力式流量控制裝置的流量增加，則例如在圖17的流量可變型壓力式流量控制裝置中，如果在大口徑節(jié)流孔OLl中流通的氣體流量成為2000(SCCM)，則對(duì)于節(jié)流孔OLl的上游側(cè)壓力Pl=2250Torr，在逆擴(kuò)散防止用節(jié)流孔30的口徑為O. 4mm Φ的情況下,壓力下降變大,節(jié)流孔OLl的下游側(cè)壓力成為P2=1263. 8Torr,不能確保節(jié)流孔OLl中的氣體的臨界膨脹條件(P2/P1=0.5以下)。因而，在此情況下，需要使節(jié)流孔30的口徑為0.4mmΦ以上(例如O. 6mmΦ )。另外，在使節(jié)流孔30的口徑為O. 6mmΦ的情況下，由圖16也清楚的那樣，可知如果小流量He氣流量是3SCCM以上，則表示逆擴(kuò)散的Ar離子強(qiáng)度為10 —12 (A)的水平，不發(fā)生逆擴(kuò)散，即能夠防止Ar的逆擴(kuò)散。根據(jù)上述圖16的測(cè)量結(jié)果及表I的測(cè)量結(jié)果可知，在基準(zhǔn)氣體N2的情況下，在流量2000SCCM 3SCCM的流量范圍中，優(yōu)選的是使設(shè)在出口側(cè)切換閥VO的氣體出口流路端部上的逆擴(kuò)散防止用節(jié)流孔30的口徑為O. 6πιπιΦ以上。在本發(fā)明中，即使將小流量的氣體的供給配置在混合氣體出口的附近，也能夠有效地防止氣體的逆擴(kuò)散，并且通過提高出口側(cè)切換閥的開閉速度、將兩閥同時(shí)成為開放狀態(tài)的時(shí)間盡可能縮短而減少延遲時(shí)間，即使是噴淋板容量較大的情況，也能夠更高速地進(jìn)行腔室內(nèi)及歧管內(nèi)的氣體置換。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
有關(guān)本發(fā)明的混合氣體供給裝置在所有種類的半導(dǎo)體制造裝置的氣體供給裝置中都能夠應(yīng)用。附圖標(biāo)記說明
GS1 GS4氣體供給口，RG壓力調(diào)整器，PG壓力計(jì)，F(xiàn)過濾器，VS1 VS4入口側(cè)閥，F(xiàn)CS壓力式流量控制裝置，VO1 VO4出口側(cè)切換閥，I歧管，2混合氣體出口，3混合氣體供給管，4調(diào)整閥，5過程腔室，6真空泵，7調(diào)整閥，8四極質(zhì)量分析儀(Qmass)，9壓力調(diào)整器，10 二聯(lián)三通閥，11 PC, 12電磁閥，13控制裝置(PLC)，14空氣管，15 19安裝臺(tái)，15a 19a氣體流路，20歧管I的混合氣體流通孔，21壓力式流量控制裝置的入口側(cè)連結(jié)配件，22壓力式流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件，23流路，24流路，25流路，26小孔部，27出口側(cè)切換閥的出口側(cè)氣體通路，28a小徑的垂直方向通路，28b大徑的垂直方向通路，29a大徑的水平方向通路，29b小徑的水平方向通路，30逆擴(kuò)散防止用節(jié)流孔，MFC熱式流量控制裝置，EV電磁閥，OL1大流量用節(jié)流孔，OL2小流量用節(jié)流孔，F(xiàn)過濾器，CM壓力計(jì)(電容壓力計(jì))，SP模擬噴淋板。
1權(quán)利要求
1.一種混合氣體供給裝置，是將由流量控制裝置和出口側(cè)切換閥構(gòu)成的多個(gè)氣體供給線以并列狀配設(shè)、將各出口側(cè)切換閥的氣體出口向歧管連接、并且將距歧管的混合氣體出口較近的位置的氣體供給線作為小流量用氣體的供給用的混合氣體供給裝置，其特征在于，經(jīng)由上述流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件及具有氣體通路的安裝臺(tái)將流量控制裝置的出口側(cè)與出口側(cè)切換閥的入口側(cè)氣密地連結(jié)，在上述出口側(cè)連結(jié)配件的流路的一部分及或?qū)⑸鲜龀隹趥?cè)切換閥與歧管的混合氣體流通孔連通的流路中設(shè)置小孔部，能夠?qū)崿F(xiàn)其他氣體向出口側(cè)切換閥的上游側(cè)或流量控制裝置的上游側(cè)的逆擴(kuò)散的防止、和連結(jié)在歧管的混合氣體出口上的過程腔室的高速氣體置換。
2.如權(quán)利要求I所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使流量控制裝置為流量范圍可變型壓力式流量控制裝置，并且將上述出口側(cè)連結(jié)配件的流路通過大徑的水平方向通路、小徑的水平方向通路、和將它們等連通的小徑的垂直方向通路形成，在小徑的垂直方向通路的一部分中設(shè)置上述小孔部。
3.如權(quán)利要求2所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使流量控制裝置為流量范圍可變型壓力式流量控制裝置，并且將上述出口側(cè)連結(jié)配件的流路通過大徑的水平方向通路、小徑的水平方向通路、和將它們等連通的大徑的垂直方向通路形成，在小徑的水平方向通路的一部分中設(shè)置上述小孔。
4.如權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使連結(jié)在混合氣體出口上的過程腔室為帶有噴淋板的過程腔室。
5.如權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使出口側(cè)切換閥為使金屬隔膜制閥體相對(duì)于閥座接觸分離的氣壓動(dòng)作型閥。
6.一種混合氣體供給裝置，是將由流量控制裝置和出口側(cè)切換閥(VO)構(gòu)成的多個(gè)氣體供給線以并列狀配設(shè)、將各出口側(cè)切換閥(VO)的氣體出口向歧管連接、并且將距歧管的混合氣體出口較近的位置的氣體供給線作為小流量用氣體的供給用的混合氣體供給裝置，其特征在于，經(jīng)由上述流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件及具有氣體通路的安裝臺(tái)將小流量氣體供給線的流量控制裝置的出口側(cè)與出口側(cè)切換閥(VO)的入口側(cè)氣密地連結(jié)，并且在該出口側(cè)切換閥(VO)的氣體出口側(cè)通路的出口側(cè)端部與連通到歧管的混合氣體流通路的氣體通路的入口側(cè)端部之間設(shè)置逆擴(kuò)散防止用節(jié)流孔而將上述出口側(cè)切換閥(VO)的氣體出口側(cè)通路與歧管氣密地連結(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)其他氣體向出口側(cè)切換閥(VO)的上游側(cè)的逆擴(kuò)散的防止、和連結(jié)在歧管的混合氣體出口上的過程腔室的高速氣體置換。
7.如權(quán)利要求6所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使流量控制裝置為具備大流量用節(jié)流孔(OL1)和小流量用節(jié)流孔(OL2)的流量范圍可變型壓力式流量控制裝置，并且使流量控制裝置的流量控制范圍為3SCCM 2000SCCM、使節(jié)流孔的內(nèi)徑為O. 6πιπιΦ。
8.如權(quán)利要求6或7所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使節(jié)流孔為墊片型節(jié)流孔。
9.如權(quán)利要求6 8中任一項(xiàng)所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使連結(jié)在混合氣體出口上的過程腔室為帶有噴淋板(SP)的過程腔室。
10.如權(quán)利要求6 9中任一項(xiàng)所述的混合氣體供給裝置，其特征在于，使出口側(cè)切換閥(VO)為使金屬隔膜制閥體相對(duì)于閥座接觸分離的氣壓動(dòng)作型閥。
全文摘要
在半導(dǎo)體制造裝置用的混合氣體供給裝置中，防止其他氣體種類向過程氣體供給線的逆擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)混合氣體供給裝置的歧管及過程腔室的氣體置換的高速化。本發(fā)明是一種混合氣體供給裝置，將由流量控制裝置和出口側(cè)切換閥(VO)構(gòu)成的多個(gè)氣體供給線以并列狀配設(shè)、將各出口側(cè)切換閥(VO)的氣體出口向歧管(1)連接、并且將距歧管(1)的混合氣體出口較近的位置的氣體供給線作為小流量用氣體的供給用，其中，經(jīng)由上述流量控制裝置的出口側(cè)連結(jié)配件(22)及具有氣體通路(19a)的安裝臺(tái)(19)將流量控制裝置的出口側(cè)和出口側(cè)切換閥(VO)的入口側(cè)氣密地連結(jié)，在上述出口側(cè)連結(jié)配件(22)的流路(24)的一部分及或?qū)⑸鲜龀隹趥?cè)切換閥(VO)與歧管(1)的混合氣體流通孔(20)連通的流路(25)中設(shè)置小孔部(26)，能夠?qū)崿F(xiàn)其他氣體向出口側(cè)切換閥(VO)的上游側(cè)或流量控制裝置的上游側(cè)的逆擴(kuò)散的防止和連結(jié)在歧管(1)的混合氣體出口(2)上的過程腔室(6)的高速氣體置換。
文檔編號(hào)H01L21/205GK102934202SQ201080064420
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者永瀨正明, 土肥亮介, 西野功二, 池田信一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社富士金