JPH01318924A - マスフローコントローラ - Google Patents
マスフローコントローラInfo
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- JPH01318924A JPH01318924A JP63152673A JP15267388A JPH01318924A JP H01318924 A JPH01318924 A JP H01318924A JP 63152673 A JP63152673 A JP 63152673A JP 15267388 A JP15267388 A JP 15267388A JP H01318924 A JPH01318924 A JP H01318924A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、基体に形成された流体入口と流体出口との間
に、流体流量を測定するマスフローメータ部と、流体流
量を制御する流体制御部とを設けてなるマスフローコン
トローラの改良に関する。
に、流体流量を測定するマスフローメータ部と、流体流
量を制御する流体制御部とを設けてなるマスフローコン
トローラの改良に関する。
上記マスフローコントローラとして、例えば特公昭54
−41126号公報に示されるように、マスフローメー
タ部に毛細管を設けると共に、バイパス部に前記毛細管
と同一特性を有する毛細管を1又は複数本設けたものが
ある。
−41126号公報に示されるように、マスフローメー
タ部に毛細管を設けると共に、バイパス部に前記毛細管
と同一特性を有する毛細管を1又は複数本設けたものが
ある。
しかしながら、上記従来技術には次のような欠点がある
。
。
即ち、一般に、この種マスフローコントローラは半導体
製造等に用いられるガスの供給系に使用されることが多
く、制御するガスはN、、Ar等の不活性ガスやHz
、S i Ha 、B2H6等の可燃性ガスやH(1,
C1,、WF、、BCl、等の高腐蝕性ガス等多種に亘
っている。そして、半導体製造時には、供給ガスをマス
フローコントローラ内壁に残存する水分により汚染され
ないようにするため、随時必要に応じてマスフローコン
トローラに高純度(n点−100°C以下)のN2等の
不活性ガスを流しながらベータアウトし、前記水分を除
去する必要がある。このベータアウトは、マスフローコ
ントローラを含むガス配管系にテープヒータを巻き付け
たり、或いは直接電流を流したり、又はガス配管系全体
を保温容器内に入れるなどして所定温度にまで加熱する
ことによって行われる。
製造等に用いられるガスの供給系に使用されることが多
く、制御するガスはN、、Ar等の不活性ガスやHz
、S i Ha 、B2H6等の可燃性ガスやH(1,
C1,、WF、、BCl、等の高腐蝕性ガス等多種に亘
っている。そして、半導体製造時には、供給ガスをマス
フローコントローラ内壁に残存する水分により汚染され
ないようにするため、随時必要に応じてマスフローコン
トローラに高純度(n点−100°C以下)のN2等の
不活性ガスを流しながらベータアウトし、前記水分を除
去する必要がある。このベータアウトは、マスフローコ
ントローラを含むガス配管系にテープヒータを巻き付け
たり、或いは直接電流を流したり、又はガス配管系全体
を保温容器内に入れるなどして所定温度にまで加熱する
ことによって行われる。
而して、上記公報に開示されたマスフローコントローラ
においては、流量制御弁のf5ti量非制1B時におけ
る最大流量と流量制御時における最大流量との比が5=
1程度であり、特に、最大制御流量が数lO〜数cc/
winのマスフローコントローラの場合、ベータアウト
時の温度を120°Cにしてこれを3カ月間行っても、
水分量は20〜30 ppbまでしか低下しないという
欠点がある。
においては、流量制御弁のf5ti量非制1B時におけ
る最大流量と流量制御時における最大流量との比が5=
1程度であり、特に、最大制御流量が数lO〜数cc/
winのマスフローコントローラの場合、ベータアウト
時の温度を120°Cにしてこれを3カ月間行っても、
水分量は20〜30 ppbまでしか低下しないという
欠点がある。
このことをより詳しく、例えばマスフローコントローラ
が半導体製造用のプロセスガス供給系に使用される場合
について説明する。
が半導体製造用のプロセスガス供給系に使用される場合
について説明する。
ポリシリコン、S tow 、S 12Na 、ACA
/!−3i、Al−3i−Cuといった大規模集積回路
(LSi)に使われる薄膜は、スパッタ成膜或いはCV
D (Ches+1cal Vapor Dep
osition)成膜によって形成される。
/!−3i、Al−3i−Cuといった大規模集積回路
(LSi)に使われる薄膜は、スパッタ成膜或いはCV
D (Ches+1cal Vapor Dep
osition)成膜によって形成される。
スパッタ成膜の際、スパッタ装置に流すガスとして通常
Arが用いられる。LSIのパターンが微細化すると、
シリコン基板と配線及び多層配線の上下を接続するコン
タクトホール及びスルーホールのアスペクト比は高くな
る。サブミクロン孔径の細くて深いコンタクトホール、
スルーホールに電極材料をきちんと詰めようとすると、
スパック時のプロセスガス圧力は例えば10−’Tor
r台といったように低ガス圧化する。プロセスチャンバ
排気用のポンプの排気量を実用的な大きさに保とうとす
れば、当然のことながら、プロセスガス圧力が低くなる
と、供給されるArガス流量は小さくなる。
Arが用いられる。LSIのパターンが微細化すると、
シリコン基板と配線及び多層配線の上下を接続するコン
タクトホール及びスルーホールのアスペクト比は高くな
る。サブミクロン孔径の細くて深いコンタクトホール、
スルーホールに電極材料をきちんと詰めようとすると、
スパック時のプロセスガス圧力は例えば10−’Tor
r台といったように低ガス圧化する。プロセスチャンバ
排気用のポンプの排気量を実用的な大きさに保とうとす
れば、当然のことながら、プロセスガス圧力が低くなる
と、供給されるArガス流量は小さくなる。
一方、CVD成膜の際使用されるガスは、5iHa 、
S 1tHh 、WF6 、NH*等のガスであり、通
常その流量は大きい。
S 1tHh 、WF6 、NH*等のガスであり、通
常その流量は大きい。
又、微細パターンをエツチング加工するRIE(1?e
active Jon Etching)装置やイ
オン注入装置においては、そのガス流量は殆どの場合精
々数10cc/翔inである。
active Jon Etching)装置やイ
オン注入装置においては、そのガス流量は殆どの場合精
々数10cc/翔inである。
このような小さいガス流量を精密に制御するために使用
されるマスフローコントローラの最大流量は通常端々1
oocc/winである。
されるマスフローコントローラの最大流量は通常端々1
oocc/winである。
従来、マスフローコントローラは反応性ガスの堆積物等
による目詰ま−り事故の多い部品であった。
による目詰ま−り事故の多い部品であった。
この目詰まり事故は殆どの場合マスフローコントローラ
自身によって生ずるのではなく、ガス配管系の外部リー
クや内壁からの脱ガスの主成分である水分と例えばSi
H4やS 1zHiとの反応生成物であるSiOx粉末
等によって引き起こされるのである。
自身によって生ずるのではなく、ガス配管系の外部リー
クや内壁からの脱ガスの主成分である水分と例えばSi
H4やS 1zHiとの反応生成物であるSiOx粉末
等によって引き起こされるのである。
又、最近4〜5年間の部品及び突き合わせ溶接技術等の
施工技術の進歩により、外部リーク量はI Xl0−”
Torr−17sec、 (検出器限界)以下にまで
小さくなってきている。現状では、ガス配管系内壁から
の水分を中心とする放出ガスが最大のlη染源である。
施工技術の進歩により、外部リーク量はI Xl0−”
Torr−17sec、 (検出器限界)以下にまで
小さくなってきている。現状では、ガス配管系内壁から
の水分を中心とする放出ガスが最大のlη染源である。
従って、マスフローコントローラ等を含むガス配管系は
組み立てられた後、超高純度のNtガス或いはArガス
によりパージされ、ガス配管系内壁に吸着する汚染分子
を脱離させている。水分のように脱離させ難い分子の場
合には、最低限100゛Cを超える状態でのベーキング
が必要である。
組み立てられた後、超高純度のNtガス或いはArガス
によりパージされ、ガス配管系内壁に吸着する汚染分子
を脱離させている。水分のように脱離させ難い分子の場
合には、最低限100゛Cを超える状態でのベーキング
が必要である。
故障の可能性が高いこと及び定期的な流量較正の必要性
から、マスフローコントローラはガス配管系に組み込ま
れるときは、第2図に示すようなユニットに構成される
。即ち、同図において、101はマスフローコントロー
ラ、102.103.104.105はストップバルブ
、106はガス流入口、107はガス流出口、10Bは
バイパスラインである。そして、ストップバルブ102
と104及びストップバルブ103と105はそれぞれ
一体に構成された2連3方モノブロツクバルブである。
から、マスフローコントローラはガス配管系に組み込ま
れるときは、第2図に示すようなユニットに構成される
。即ち、同図において、101はマスフローコントロー
ラ、102.103.104.105はストップバルブ
、106はガス流入口、107はガス流出口、10Bは
バイパスラインである。そして、ストップバルブ102
と104及びストップバルブ103と105はそれぞれ
一体に構成された2連3方モノブロツクバルブである。
而して、プロセスガスを流すときには、ストップバルブ
102.103を開、ストラフハル7’104.105
を閉とする。マスフローコントローラ101を取り外す
ときにはストップバルブ102.103を閉、ストップ
バルブ104.105を開とし、ガス流入口106→バ
イパスライン108→ガス流出口107の経路でNg、
Ar等のパージガスを流しながら脱着する。
102.103を開、ストラフハル7’104.105
を閉とする。マスフローコントローラ101を取り外す
ときにはストップバルブ102.103を閉、ストップ
バルブ104.105を開とし、ガス流入口106→バ
イパスライン108→ガス流出口107の経路でNg、
Ar等のパージガスを流しながら脱着する。
RIE装置用ガス配管系に最大流量20cc/sinの
マスフローコントローラを組み込んだ場合のガスパージ
効果を第3図に示す。
マスフローコントローラを組み込んだ場合のガスパージ
効果を第3図に示す。
この図において、縦軸はパージに用いたN2ガスがガス
配管系を通過して装置に流れ込む寸前のところでの露点
及び水分濃度を示し、横軸はパージの経過日数である。
配管系を通過して装置に流れ込む寸前のところでの露点
及び水分濃度を示し、横軸はパージの経過日数である。
パージに用いているN、ガス中の水分量は、1 ppb
以下である。そして、露点と水分濃度との関係は既に各
ハンドブック等に示されているが、概略、−90°C:
95 ppb、 −100”C: 14 ppb、
−110℃: 1 ppbである。
以下である。そして、露点と水分濃度との関係は既に各
ハンドブック等に示されているが、概略、−90°C:
95 ppb、 −100”C: 14 ppb、
−110℃: 1 ppbである。
そして、図中、太い実線部分は、バイパスラインを通し
て5j!/+inのN2ガス流量でパージしている状態
を示し、細い実線部分はマスフローコントローラを通し
て100cc/+ainのNtガス流量でパージしてい
る状態を示している。又、図中の上部斜線部は通ガス状
態で全系が120°Cに昇温されていることを示し、斜
線部以外は昇温を行っていないことを示している。
て5j!/+inのN2ガス流量でパージしている状態
を示し、細い実線部分はマスフローコントローラを通し
て100cc/+ainのNtガス流量でパージしてい
る状態を示している。又、図中の上部斜線部は通ガス状
態で全系が120°Cに昇温されていることを示し、斜
線部以外は昇温を行っていないことを示している。
そして、5j!/sinのN2ガス流量でパージを行え
ば、数日で露点が一110″C(水分濃度1 ppb)
に到達するが、マスフローコントローラを通して100
cc/winのN2ガス流量でパージした場合は、露点
は一95°C程度にしか下がらず、マスフローコントロ
ーラ内壁に吸着されている水分が完全に除去できてない
ことが判る。又、ベーキングを繰り返しながら3力月間
N2パージを行ったが、マスフローコントローラを通し
た場合には、露点が一97゛C(水分濃度25 ppb
>がやっとであった。
ば、数日で露点が一110″C(水分濃度1 ppb)
に到達するが、マスフローコントローラを通して100
cc/winのN2ガス流量でパージした場合は、露点
は一95°C程度にしか下がらず、マスフローコントロ
ーラ内壁に吸着されている水分が完全に除去できてない
ことが判る。又、ベーキングを繰り返しながら3力月間
N2パージを行ったが、マスフローコントローラを通し
た場合には、露点が一97゛C(水分濃度25 ppb
>がやっとであった。
而して、プロセスの高性能化を図るには、マスフローコ
ントローラのパージが少なくとも1週間程度で露点が一
110°C(水分濃度1 ppb)に到達することが絶
対に必要である。
ントローラのパージが少なくとも1週間程度で露点が一
110°C(水分濃度1 ppb)に到達することが絶
対に必要である。
本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その
目的とするところは、ベータアウトの際、外部回路を設
けることなく短期間のうちに完全に水分を除去すること
ができるパージ機能付きマスフローコントローラを提供
することにある。
目的とするところは、ベータアウトの際、外部回路を設
けることなく短期間のうちに完全に水分を除去すること
ができるパージ機能付きマスフローコントローラを提供
することにある。
上述の目的を達成するため、本発明に係るマスフローコ
ントローラは、流体制御部に設けられる流量制御部材の
流量制御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部
の流量非制御時における最大流量を、その流量制御時に
おける最大流量に比べて十分大きくなるよ、うに設定し
、パージ機能を持たせている。
ントローラは、流体制御部に設けられる流量制御部材の
流量制御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部
の流量非制御時における最大流量を、その流量制御時に
おける最大流量に比べて十分大きくなるよ、うに設定し
、パージ機能を持たせている。
上記構成によれば、流量制御部材の流量制御部分が鏡面
仕上げされているから、微小流計領域における流量制御
が高精度に行え、しかも、流量制御部の流量非制御時に
おける最大流量を、その流量制御時における最大流量に
比べて十分大きくなるように設定しているので、パージ
モードを用いたベークアウトの際、外部回路を設けるこ
となく短期間のうちに完全に水分を除去することができ
、上記目的は完全に達成される。
仕上げされているから、微小流計領域における流量制御
が高精度に行え、しかも、流量制御部の流量非制御時に
おける最大流量を、その流量制御時における最大流量に
比べて十分大きくなるように設定しているので、パージ
モードを用いたベークアウトの際、外部回路を設けるこ
となく短期間のうちに完全に水分を除去することができ
、上記目的は完全に達成される。
以下、本発明の一実施例を、図面を参照しながら説明す
る。
る。
第1図は所謂ノルマルオープンタイプのマスフローコン
トローラの一例を示し、同図において、1は基体、2.
3は基体1に形成された流体入口。
トローラの一例を示し、同図において、1は基体、2.
3は基体1に形成された流体入口。
流体出口である。4は流体人口2と流体出口3との間に
形成される流体流路で、マスフローメータ部5と流体制
御部6とが設けである。尚、図示する例においては、マ
スフローメータ部5が流体制御部6よりも上流側に設け
であるが、この配置を逆にしてもよい。
形成される流体流路で、マスフローメータ部5と流体制
御部6とが設けである。尚、図示する例においては、マ
スフローメータ部5が流体制御部6よりも上流側に設け
であるが、この配置を逆にしてもよい。
前記マスフローメータ部5は、流体流路4に臨むように
開設された測定流路人ロアと測定流路出口8との間を接
続する例えば薄肉毛細管よりなる導管9に例えば熱式質
量流lセンサよりなる抵抗体10u、 10dを巻回し
てなるもので、熱式質量ff1i[tセンサ10u、
10dは図外のブリッジ回路に接続しである。 11は
流体流路4に形成された定分流比特性を有するバイパス
部である。
開設された測定流路人ロアと測定流路出口8との間を接
続する例えば薄肉毛細管よりなる導管9に例えば熱式質
量流lセンサよりなる抵抗体10u、 10dを巻回し
てなるもので、熱式質量ff1i[tセンサ10u、
10dは図外のブリッジ回路に接続しである。 11は
流体流路4に形成された定分流比特性を有するバイパス
部である。
そして、前記流体制御部6は、次のように構成されてい
る。即ち、前記バイパス部11よりも下流側の流体流路
4に弁口12を備えた弁座13が設けられると共に、弁
口12の開度を調節する弁体14がその弁頭部14Aを
弁口12に近接した状態で設けられている。この弁体1
4は弁体ガイド15内を上下方向に移動し得るように、
しかも、通常時、弁座13との間に若干の隙間が形成さ
れるように、金属製のダイヤフラム16によって保持さ
れている。
る。即ち、前記バイパス部11よりも下流側の流体流路
4に弁口12を備えた弁座13が設けられると共に、弁
口12の開度を調節する弁体14がその弁頭部14Aを
弁口12に近接した状態で設けられている。この弁体1
4は弁体ガイド15内を上下方向に移動し得るように、
しかも、通常時、弁座13との間に若干の隙間が形成さ
れるように、金属製のダイヤフラム16によって保持さ
れている。
更に、前記弁座13及び弁体14(これらを総称して流
量制御部材という)の相対向する部分、つまり、流量制
御部分13a、 14aはそれぞれ鏡面仕上げによって
極めて平滑な平面(RIIll、Iが0.5n以下)に
形成されている。
量制御部材という)の相対向する部分、つまり、流量制
御部分13a、 14aはそれぞれ鏡面仕上げによって
極めて平滑な平面(RIIll、Iが0.5n以下)に
形成されている。
17は弁体14を所定の方向に駆動する弁体駆動部で、
例えば複数の圧電素子を積層してなるとニジスタックよ
りなる。この弁体駆動部17は弁ブロック18に螺着さ
れた筒状カバ一体19内に収容され、所定の直流電圧を
印加することによりその出力部が下方に変位し、これに
よって弁体!4が下降し、弁口12の開度が変化するの
である。
例えば複数の圧電素子を積層してなるとニジスタックよ
りなる。この弁体駆動部17は弁ブロック18に螺着さ
れた筒状カバ一体19内に収容され、所定の直流電圧を
印加することによりその出力部が下方に変位し、これに
よって弁体!4が下降し、弁口12の開度が変化するの
である。
そして、上記流体制御部6においては、流量制御部材1
3.14の流量非制御時における最大流量が、流量制御
時における最大流量に比べてはるかに大きくなるように
、例えば50−100倍又はそれ以上になるように設定
しである。
3.14の流量非制御時における最大流量が、流量制御
時における最大流量に比べてはるかに大きくなるように
、例えば50−100倍又はそれ以上になるように設定
しである。
尚、第1図において、20〜26はシール部材としての
金属製Oリングである。
金属製Oリングである。
而して、上記構成のマスフローコントローラにおいて、
流量制御部材13.14の流量制御部分13a。
流量制御部材13.14の流量制御部分13a。
14aが鏡面仕上げされているので、弁口12の開度調
節をサブミクロン乃至ミクロンオーダーで行うことがで
き、それだけ小さい制御分解能を得ることができるから
、掻めて小流量領域において精度よく流量制御すること
ができると共に、従来技術に比べて流量制御部材13の
オリフィス径を約20倍、開度を約3倍に拡大している
ので、流量非制御時における最大流量が流量制御時にお
ける最大流量に比べてはるかに大きく、ベータアウト時
においてバイパスライン等の外部回路を設けなくても、
最大制御流量が数10cc/winといったマスフロー
コントローラでもパージモード状態にすれば、不活性ガ
スを5j!/minといった大流量で流すことができる
ので、ベータアウトを短時間で、しかも、水分を完全に
除去した状態にすることができる。
節をサブミクロン乃至ミクロンオーダーで行うことがで
き、それだけ小さい制御分解能を得ることができるから
、掻めて小流量領域において精度よく流量制御すること
ができると共に、従来技術に比べて流量制御部材13の
オリフィス径を約20倍、開度を約3倍に拡大している
ので、流量非制御時における最大流量が流量制御時にお
ける最大流量に比べてはるかに大きく、ベータアウト時
においてバイパスライン等の外部回路を設けなくても、
最大制御流量が数10cc/winといったマスフロー
コントローラでもパージモード状態にすれば、不活性ガ
スを5j!/minといった大流量で流すことができる
ので、ベータアウトを短時間で、しかも、水分を完全に
除去した状態にすることができる。
本発明は、上述の実施例に限られるものではな(、例え
ば弁体駆動部17はサーマル駆動方式等積々のもので構
成することができる。又、ノルマルクローズタイプのマ
スフローコントローラにも適用することができる。
ば弁体駆動部17はサーマル駆動方式等積々のもので構
成することができる。又、ノルマルクローズタイプのマ
スフローコントローラにも適用することができる。
以上説明したように、本発明に係るマスフローコントロ
ーラは、流体制御部に設けられる流量制御部材の流量制
御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部の流量
非制御時における最大流量を、その流量制御時における
最大流量に比べて十分大きくなるように設定し、パージ
機能を持たせるようにしているので、ベークアウトの際
、外部回路を設けることなく短期間のうちに完全に水分
を除去することができる。従って、本発明によれば、例
えば半導体製造におけるプロセスを高性能化させること
ができる。
ーラは、流体制御部に設けられる流量制御部材の流量制
御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部の流量
非制御時における最大流量を、その流量制御時における
最大流量に比べて十分大きくなるように設定し、パージ
機能を持たせるようにしているので、ベークアウトの際
、外部回路を設けることなく短期間のうちに完全に水分
を除去することができる。従って、本発明によれば、例
えば半導体製造におけるプロセスを高性能化させること
ができる。
第1図は本発明の一実施例に係るマスフローコントロー
ラを示す縦断面図である。 第2図は従来技術を説明するためのブロック図、第3図
はガスパージ効果を説明するための図である。 1・・・基体、2・・・流体入口、3・・・流体出口、
5・・・マスフローメータ部、6・・・流体制御部、1
3・・・弁座<’a量制御部材)、14・・・弁体(流
量制御部材)、13a、 14a・・・流量制御部分。
ラを示す縦断面図である。 第2図は従来技術を説明するためのブロック図、第3図
はガスパージ効果を説明するための図である。 1・・・基体、2・・・流体入口、3・・・流体出口、
5・・・マスフローメータ部、6・・・流体制御部、1
3・・・弁座<’a量制御部材)、14・・・弁体(流
量制御部材)、13a、 14a・・・流量制御部分。
Claims (1)
- 基体に形成された流体入口と流体出口との間に、流体流
量を測定するマスフローメータ部と、流体流量を制御す
る流体制御部とを設けてなるマスフローコントローラに
おいて、前記流体制御部に設けられる流量制御部材の流
量制御部分を鏡面仕上げすると共に、前記流量制御部の
流量非制御時における最大流量を、その流量制御時にお
ける最大流量に比べて十分大きくなるように設定し、パ
ージ機能を持たせたことを特徴とするマスフローコント
ローラ。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63152673A JP2814378B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | マスフローコントローラ |
US07/366,681 US4977916A (en) | 1988-06-20 | 1989-06-15 | Mass flow controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63152673A JP2814378B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | マスフローコントローラ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01318924A true JPH01318924A (ja) | 1989-12-25 |
JP2814378B2 JP2814378B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=15545605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63152673A Expired - Fee Related JP2814378B2 (ja) | 1988-06-20 | 1988-06-20 | マスフローコントローラ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4977916A (ja) |
JP (1) | JP2814378B2 (ja) |
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1988
- 1988-06-20 JP JP63152673A patent/JP2814378B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-06-15 US US07/366,681 patent/US4977916A/en not_active Expired - Lifetime
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JP2814378B2 (ja) | 1998-10-22 |
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