KR101134392B1 - 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치 - Google Patents

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마사아키 나가세
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카츠유키 스기타
노부카즈 이케다
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Abstract

본 발명은 반응로로의 원료 가스를 공급하는 메인 가스 공급 라인과 상기 원료의 배기를 하는 벤트 가스 공급 라인을 구비하고, 양 가스 라인의 중간부에 복수의 가스 공급 기구를 배치하여 이루어진 유기 금속 기상 성장법에 의한 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치에 있어서, 압력식 유량 제어 장치의 오리피스 하류측에서 검출한 메인 가스 공급 라인의 가스(P10)와 벤트 가스 공급 라인의 압력(P2)을 대비하고, 원료 가스의 공급 스위칭시에 메인 가스 공급 라인과 벤트 가스 공급 라인간에 양자의 압력차가 0이 되도록 상기 벤트 가스 공급 라인의 입구측 해당 압력 제어 장치에 의해 압력 조정한다.

Description

반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치{GAS FEEDING DEVICE FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING FACILITIES}
본 발명은 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치에 관한 것이며, 유기 금속 기상 성장 장치에 있어서의 가스 공급 장치로서 주로 이용되는 것이다.
소위, 유기 금속 기상 성장법(이하, MOCVD법이라 함)에 의해 제조된 박막 적층 구조의 반도체는 에피텍셜 성장에 의해 적층된 각 박막의 계면에 있어서의 급준성(急峻性)을 향상시키는 것이 반도체 품질을 향상시킴과 아울러 필수적인 요건이 된다. 즉, 각 박막의 계면에 있어서 급준성을 향상시키기 위해서는 기상 성장 반응용 원료 가스의 스위칭 조작에 의해 원료 가스의 종류가 변경되어도 반응로에 공급되는 가스의 총유량이 변화되지 않고, 또한 원료 가스의 스위칭이 급준하게 행해지도록 할 필요가 있다.
그것을 위하여는 우선, 원료 가스 스위칭시에 반응로내나 배관내의 가스 압력에 변동이 발생하지 않도록 가스 유량을 고정밀도, 고응답성으로 제어할 필요가 있고, 이것 등의 필요성에 대응하기 위해서 종전부터 MOCVD법에 의한 반도체 제조 장치에 있어서는 도 10에 도시된 바와 같은 구성의 가스 공급 장치가 많이 사용되고 있다.
즉, 도 10은 종전의 MOCVD법에 있어서의 가스 공급계의 기본 구성의 일례를 나타낸 것이며, 도 10에 있어서, L1은 메인 가스 공급 라인, L2는 벤트 가스 라인(vent gas line), PC는 반응로(프로세스 챔버), VP는 진공 펌프, MFC1, MFC2, MFC는 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller), P1～P4는 압력 검출기, P1S는 압력 검출 신호, DP는 차압 검출기, ΔP는 차압 검출 신호, VR1, VR2는 압력 조정기, V0, V1, V2, V3, V4, V는 제어 밸브, A1, A2는 가스 공급 기구, B1, B2는 스위칭 밸브 기구, OM은 유기 금속액, GB는 가스 봄베(gas bomb), C0～C5는 캐리어 가스, CA, CB는 원료 가스이다.
지금, 메인 가스 공급 라인(L1)의 매스 플로우 컨트롤러(MFC1) 및 벤트 가스 공급 라인(L2)의 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)의 유량 설정값을 각기 Q1, Q2로 설정함과 아울러 반응로(PC)의 압력값 등을 설정하여 캐리어 가스(C01, C02)를 각 라인(L1, L2)으로 흐르게 하고 있다. 또한, 양 원료 가스 공급 기구(A1, A2)를 각기 설정 작동시켜서 원료 가스(CA)와 캐리어 가스(C3)의 유량을 동일값으로 조정함과 아울러 원료 가스(CB)와 캐리어 가스(C5)의 유량을 동일값으로 조정한다. 또한, 밸브 스위칭 기구(B1, B2)를 작동시켜서 V1a 및 V2b를 개방, V1b 및 V2a를 폐쇄, V3a 및 V4b를 개방, V3b 및 V4a를 폐쇄로 한다.
그 결과, 메인 가스 공급 라인(L1)에는 원료 가스(CA)+원료 가스(CB)+캐리어 가스(C01)[유량은 MFC1의 설정값(Q1)]의 가스가 흘러 반응로(PC)에 공급되고 있다. 또한, 벤트 가스 공급 라인(L2)에는 캐리어 가스(C5)+캐리어 가스(C3)+캐리어 가스(C02)[총유량 MFC2의 설정 유량(Q2)]의 캐리어 가스가 흘러 진공 펌프(VP)를 통해서 배기되고 있다.
이 상태로부터, 원료 가스(CA)의 공급을 정지하고, 이에 스위칭하여 다른 원료 가스 공급 기구(A3)(도시 생략)로부터 스위칭 밸브 기구(B3)(도시 생략)를 통해 원료 가스(CD)(도시 생략)를 메인 가스 공급 라인(L1)에 공급하는 경우[원료 가스(CA)를 원료 가스(CD)(도시 생략)로 스위칭], 우선 밸브(V1a)를 폐쇄, V1b를 개방으로 함과 아울러 V2b를 폐쇄, V2a를 개방으로 한다.
이 밸브(V1a, V1b, V2b, V2a)의 스위칭 조작시에 메인 가스 라인(L1)과 벤트 가스 공급 라인(L2)을 흐르고 있는 가스 사이에 압력차가 발생하면 그 후에 메인 가스 라인(L1)에 새롭게 공급되는 원료 가스(CD)의 유량에 과도 응답이 발생하고, 이에 따라 기형성의 박막과 새로운 원료 가스(CD)에 의해 형성된 박막의 계면에 있어서의 급준성이 저하되게 된다.
따라서, 양 라인(L1, L2)간의 차압(ΔP)을 0으로 하기 위해서 우선, 벤트 가스 공급 라인(L2)을 흐르는 가스 유량을 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)에 의해 일정값으로 설정하고, 이어서 차압계(DP)에 의해 양 라인(L1, L2)간의 차압(ΔP)을 검출하고, 그 검출값(ΔP)을 압력 조정기(VR2)로 피드백하여 벤트 가스 공급 라인(L2)의 저항을 조정함으로써 상기 차압(ΔP)을 0으로 한다.
또한, 다른 제 2 방법으로서, 도 10의 일점쇄선으로 도시된 바와 같이, 압력 조정 장치(VR2)의 설정값을 일정하게 해 두고, 차압계(DP)에 의해 검출한 차압(ΔP)을 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)로 피드백해서 벤트 가스 공급 라인(L2)을 흐르는 가스 유량을 제어함으로써 상기 차압(ΔP)을 0으로 하는 것도 가능하다. 물론, 이 경우에는 메인 가스 공급 라인(L1)내의 가스 압력을 일정하게 유지하기 위해서, 도 10의 일점쇄선으로 도시된 바와 같이, 압력 검출기(P1)로 메인 가스 공급 라인(L1)내의 압력을 검출하고, 그 검출값(P1s)을 압력 조정기(VR1)로 피드백해서 메인 가스 공급 라인(L1)의 저항을 조정함으로써 메인 가스 공급 라인(L1)의 가스 압력을 일정하게 하는 것이 행해진다.
상기 도 10에 도시된 가스 공급 장치에서는 원료 가스의 스위칭시에 양 라인(L1, L2)간의 차압(ΔP)이 거의 0으로 유지되게 되고, 그 결과 먼저 형성된 박막과 스위칭후의 원료 가스에 의해 새롭게 형성된 박막 사이의 소위 계면의 급준성이 양호하게 유지되게 되어 고품질의 반도체가 얻어지는 우수한 효용을 달성하는 것이다.
그러나, 도 10의 가스 공급 장치에도 개선해야 할 많은 문제점이 남겨져 있고, 그중에서도 특히 문제가 되는 점은 (1) 매스 플로우 컨트롤러(MFC1)나 매스 플로우 컨트롤러(MFC2) 이외에 차압계(DP)나 차압계(DP) 설치를 위한 분기관, 압력 조정기(VR1, VR2), 피드백 제어 라인(FBL) 등을 필요로 한다. 따라서, 기기 장치가 복잡화됨과 아울러 차압계(DP)의 설치용으로 큰 스페이스가 필요하게 되고, 가스 공급 장치의 소형화를 도모하기 어렵다는 점, 및 (2) 차압 검출값(ΔP)에 의해 압력 조정기(VR2)을 통해 벤트 가스 공급 라인(L2)의 내압을 조정하고, 차압(ΔP)을 0으로 할 필요[또는, 차압 검출기(ΔP)에 의해 압력 조정기(VR1)를 통해 메인 가스 공급 라인(L1)의 내압을 조정하고, 차압(ΔP)을 0으로 함]가 있기 때문에 압력 제어의 응답성이 낮다는 점의 두가지이다.
일본 특허 공개 2005-223211호 공보 일본 특허 공개 평8-288226호 공보
본 발명은 종전의 메인 가스 공급 라인(L1)과 벤트 가스 공급 라인(L2)을 구비한 MOCVD용의 원료 가스 공급 시스템에 있어서의 상술한 바와 같은 문제, 즉 (1) 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)나 차압 검출기(DP), 압력 조정기(VR1, VR2), 피드백 제어 라인(FBL) 등을 필요로 하고, 장치 구조의 간소화 및 소형화를 도모하기 어려운 것, 및 (2) 압력 조정의 응답성이 낮고, 그 결과 원료 스위칭시의 박막 계면의 급준성이 저하해서 반도체 제품의 품질이 저하하는 것 등의 문제가 해결되지 않고 있다는 것이며, 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)로 변경하여 유량 및 압력 제어의 응답성이 우수한 압력식 유량 제어 장치 및 압력 제어 장치를 사용함으로써 박막의 헤테로 계면에 있어서의 급준성이 우수한 적층 구조의 고품질 반도체가 얻어지도록 한 가스 공급 설비를 제공하는 것을 발명의 주목적으로 하는 것이다.
본건 출원인은 먼저, 열량식 질량 유량 제어 장치(매스 플로우 컨트롤러 MFC)에 대신하는 것으로서 압력식 유량 제어 장치(FCS)를 개발하고, 이것을 일본 특허 공개 평8-338546호 등으로서 공개하고 있다. 해당 압력식 유량 제어 장치는, 후술하는 바와 같이, 오리피스를 유통하는 가스류가 소위 임계 상태하의 흐름의 경우에는 오리피스 유통 가스 유량(Q)은 Q=KP1(단, K는 정수, P1은 오리피스 상류측 압력)로 표시되고, 오리피스 하류측 압력(P2)에 영향을 주지 않고 오리피스 상류측 압력(P1)에 비례하는 것을 기본으로 하는 것이며, 유량의 설정이나 유량 출력, 오리피스 상류측 압력(P1) 및 하류측 압력(P2) 등을 모두 전기 신호(전압 신호)로 설정 및 표시할 수 있고, 또한 높은 유량ㆍ압력의 제어 응답성을 구비하는 특징을 갖고 있다.
본원 발명자 등은 이 압력식 유량 제어 장치(FCS)가 가진 우수한 유량ㆍ압력의 제어 응답 특성을 MOCVD법에 의한 반도체 제조 장치의 가스 공급 장치에 있어서 이용함으로써 원료 가스 스위칭시에 있어서의 박막 계면의 소위 급준성을 높일 수 있는 것을 착상함과 아울러 해당 착상을 베이스로 해서 MOCVD법에 사용하는 가스 공급 장치를 구성하고, 이것을 이용해서 공급 원료 가스를 스위칭했을 때의 유량, 압력의 제어 특성을 다수 시험하였다.
본원 발명은 상기 착상 및 이것을 적용한 가스 공급 설비에 의한 유량ㆍ압력 제어 시험의 결과를 기초로 해서 창작된 것이며, 청구항 1의 발명은 반응로로의 원료 가스를 공급하는 메인 가스 공급 라인과 상기 원료 가스의 배기를 하는 벤트 가스 공급 라인을 구비하고, 양 가스 라인의 중간부에 복수의 가스 공급 기구를 배치하여 이루어진 유기 금속 기상 성장법에 의한 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치에 있어서, 상기 메인 가스 라인의 입구측에 압력식 유량 제어 장치를 설치하고, 해당 압력식 유량 제어 장치에 의해 유량 제어를 하면서 소정 유량의 캐리어 가스를 메인 가스 라인에 공급함과 아울러 상기 벤트 가스 공급 라인의 입구측에 압력 제어 장치를 설치하고, 해당 압력 제어 장치에 의해 압력 조정을 하면서 소정 압력의 캐리어 가스를 벤트 가스 공급 라인에 공급하고, 상기 압력식 유량 제어 장치의 오리피스 하류측에서 검출한 메인 가스 공급 라인의 가스 압력(P10)과 벤트 가스 공급 라인의 가스 압력(P2)을 대비하고, 양자의 차가 0이 되도록 압력 제어 장치에 의해 벤트 가스 공급 라인의 가스 압력(P2)을 조정하는 것을 발명의 기본 구성으로 하는 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 메인 가스 공급 라인에 설치한 압력식 유량 제어 장치를, 밸브 구동부를 설치한 컨트롤 밸브와, 상기 컨트롤 밸브와의 하류측에 설치한 오리피스와, 상기 오리피스의 상류측과 상기 컨트롤 밸브 사이에 설치한 압력 검출기(P1)와, 상기 오리피스의 하류측에 설치한 압력 검출기(P10)와, 상기 압력 검출기(P1)로부터의 압력 신호에 의해 상기 오리피스를 유통하는 가스 유량(Q)을 연산함과 아울러 외부로부터 입력된 설정 유량(Qs)과 상기 가스 유량(Q)의 차(Y)를 연산하고 해당 차(Y)를 상기 컨트롤 밸브의 구동부에 입력해서 상기 차(Y)가 0이 되는 방향으로 상기 컨트롤 밸브를 개폐 제어하는 제어 회로부로 구성함과 아울러; 상기 벤트 가스 공급 라인에 설치한 압력 제어 장치를, 밸브 구동부를 설치한 컨트롤 밸브와, 그 하류측에 설치한 압력 검출기(P2)와, 상기 압력 검출기(P2)의 검출 압력 신호와 상기 압력식 유량 제어 장치의 오리피스 하류측에 설치한 압력 검출기(P10)의 검출 압력 신호가 입력되어 양 검출 압력 신호의 차(X)를 연산함과 아울러 그 차에 대응하는 신호를 밸브 구동부에 입력하여 상기 검출 압력 신호의 차(X)가 0이 되는 방향으로 컨트롤 밸브를 개폐 제어하는 제어 회로부로 구성하고, 양 라인(L1, L2)간의 압력차(X)가 0이 되도록 벤트 가스 공급 라인의 가스 압력을 조정하도록 한 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 메인 가스 공급 라인에 설치한 압력식 유량 제어 장치를 가스류가 임계 상태하에서 상기 오리피스를 유통하는 구성으로 한 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 메인 가스 공급 라인의 압력식 유량 제어 장치에 설치한 오리피스 하류측의 압력 검출기(P10)의 검출 압력 신호를 어느 하나의 가스 공급 기구에 의한 공급 가스종의 스위칭 조작전에 벤트 가스 공급 라인의 압력 제어 장치의 제어 회로부로 입력하고, 양 라인(L1, L2)간의 압력차를 0이 되도록 조정하는 구성으로 한 것이다.
청구항 5의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 압력 제어 장치 또는 압력식 유량 제어 장치 중 어느 하나에 양 라인(L1, L2)간의 압력차의 표시 기구를 설치한 것이다.
[발명의 효과]
본원 발명에 있어서는 압력식 유량 제어 장치 및 이것과 유사한 구성을 가진 압력 제어 장치를 이용해서 메인 가스 공급 라인(L1)의 유량 제어와 벤트 가스 공급 라인(L2)의 압력 제어를 행하는 구성으로 되어 있기 때문에 압력식 유량 제어 장치와 압력 제어 장치에 고유한 고응답성을 유효하게 활용해서 양 가스 공급 라인(L1, L2)간의 압력차를 순시적으로 0으로 조정 유지하는 것이 가능하게 된다.
그 결과, 공급하는 원료 가스의 스위칭시에 양 라인간에 압력차가 발생하는 것이 전무하게 되고, 새롭게 공급 원료 가스의 과도 유통 현상이 발생하지 않게 되어 소위 박막 계면의 급준성의 저하가 방지되어서 고품질 반도체 제품을 얻을 수 있다.
또한, 압력식 유량 제어 장치나 압력 제어 장치 그것에 구비되어 있는 압력 검출기나 연산 제어부를 전부 그대로 사용하는 것이 가능함과 아울러 종전과 같은 양 라인(L1, L2)에 압력 조정기나 피드백 제어 라인(FBL) 등을 설치할 필요가 전혀 없기 때문에 설비의 소형화 및 저가격화를 도모할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 의한 반도체 제조용 원료 가스 공급 장치의 전체 계통도이다.
[도 2] 도 1의 가스 공급 장치에 있어서의 차압 조정부의 구성의 상세 설명도이다.
[도 3] 작동 확인용 시험 장치의 전체 계통도이다.
[도 4] 본 발명에 의한 원료 가스 공급 장치의 차압 조정 시험 결과의 일례를 나타낸 선도이다.
[도 5] 도 4의 시험에 있어서 벤트 가스 공급 라인(L2)의 배기량을 4SLM으로 했을 경우의 도 4와 동 내용을 나타낸 선도이다.
[도 6] 도 4의 시험에 있어서, 벤트 가스 공급 라인(L2)의 배기량을 5SLM으로 했을 경우의 도 4와 동 내용을 나타낸 선도이다.
[도 7] 본 발명에 의한 원료 가스 공급 장치의 차압 조정 시험 결과의 다른 예를 나타낸 선도이다.
[도 8] 메인 가스 공급 라인(L1)측의 진공 배기 펌프(VP1)의 배기압을 100Torr로 했을 경우의 도 7의 경우와 동 내용을 나타낸 선도이다.
[도 9] 메인 가스 공급 라인(L1)측의 진공 배기 펌프(VP1)의 배기압을 75Torr로 했을 경우의 도 7의 경우와 동 내용을 나타낸 선도이다.
[도 10] 종전의 매스 플로우 컨트롤러를 사용한 MOCVD법에 의한 반도체 제조용 가스 공급 장치의 일례를 나타낸 전체 계통도이다.
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치의 실시형태를 나타낸 것이며, 도 1에 있어서, FCS-N은 압력식 유량 제어 장치, FCS-RV는 압력 제어 장치, A1은 유기 금속의 원료 가스 공급 기구, A2는 다른 원료 가스 공급 기구, L1은 메인 가스 공급 라인, L2는 벤트 가스 공급 라인이며, 그 밖의 각 구성 부재는 상기 도 10에 도시된 종전의 가스 공급 장치의 경우와 마찬가지이기 때문에 여기서는 그 설명을 생략한다.
즉, 본 발명에 있어서는 종전의 가스 공급 설비에 있어서의 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)나 차압 검출기(ΔP), 압력 조정기(VR1, VR2), 차압 신호(ΔP)의 피드백 제어 라인(FBL) 및 압력 검출 신호(P1s)의 피드백 제어 라인(FBL) 등이 삭제되어 있고, 이것에 대신하여 압력식 유량 제어 장치(FCF-N) 및 압력 제어 장치(FCS-RV)가 각기 이용되어 있는 점만이 다르게 되어 있다.
도 2는 도 1의 압력식 유량 제어 장치(FCS-N), 압력 제어 장치(FCS-RV)의 구체적인 구성을 나타낸 것이며, 압력식 유량 제어 장치(FCS-N)는 컨트롤 밸브(VC1), 밸브 구동부(D1), 오리피스(OL), 오리피스 상류측의 압력 검출기(P1), 오리피스 하류측의 압력 검출기(P10) 및 제어 회로부(10) 등으로 구성되어 있다. 또한, 압력 제어 장치(FCS-RV)는 컨트롤 밸브(CV2), 밸브 구동부(D2), 컨트롤 밸브 하류측의 압력 검출기(P2) 및 제어 회로부(11) 등으로 형성되어 있다.
압력식 유량 제어 장치(FCS-N)에서는 제어 회로부(10)에 있어서 오리피스(OL)를 유통하는 유량(Q)이 Q=KP1[단, K는 오리피스(OL) 등에 의해 정해지는 정수, P1은 압력 검출기(P1)의 검출 압력]로서 연산됨과 아울러 외부로부터 입력된 설정 유량(Qs)과 상기 연산값(Q)이 제어 회로부(10)에서 대비되고, 그 차(Y)=Qs-Q가 0이 되도록 밸브 구동부(D1)로 제어 신호(Y)가 공급되어 컨트롤 밸브(VC1)가 개도 제어(開度制御)된다.
또한, 압력 제어 장치(FCS-RV)에 있어서도 마찬가지이며, 제어 회로부(11)에 있어서 메인 가스 공급 라인(L1)의 압력 검출기(P10)의 검출값(P10)과 벤트 가스 공급 라인(L2)의 검출기(P2)에 의한 검출값(P2)이 비교되고, 양자의 차(X)=P10-P2가 0이 되도록 컨트롤 밸브(VC2)의 구동부(D2)로 제어 신호(X)가 전송되어 컨트롤 밸브(VC2)의 개도 제어가 행해진다.
또한, 압력 제어 장치(FCS-RV)에는 외부 설정 압력(Ps)을 입력할 수도 있고, 이 경우에는 PS-P2이 0이 되도록 컨트롤 밸브(VC2)가 개도 제어되게 된다. 또한, 설정 압력(Ps)이 P10과 다른 값으로 설정될 경우에는 상기 압력 검출기(P10)로부터의 입력(P10)은 차단되게 된다.
본 발명에 의한 원료 가스 공급 장치에 의하면, 메인 가스 공급 라인(L1)의 유량(Q1)을 소정의 유량값으로 설정함으로써 라인(L1)을 통해서 리액터(PC)로 유량(Q1)의 원료 가스가 필요한 일정 압력(P10)으로 공급된다.
한편, 벤트 가스 공급 라인(L2)쪽에서는 벤트 가스 공급 라인(L2)을 통해 소정의 압력(P2)에서도 벤트 가스가 유통하게 되고, 메인 가스 공급 라인(L1)의 압력 검출값(P10)을 제어 회로부(11)로 입력함으로써 벤트 가스 공급 라인(L2)의 압력(P2)은 컨트롤 밸브(VC2)의 개폐 제어에 의해 자동적으로 P10-P2=0이 되도록 순시적으로 조정되게 된다. 즉, 양 라인(L1, L2)간의 압력차가 순시적으로 0이 되도록 조정되게 된다.
또한, 메인 가스 공급 라인의 검출 압력(P10)의 입력을 차단함으로써 벤트 가스 공급 라인(L2)의 압력(P2)은 외부 설정 압력(Ps)에 자동 제어될 수 있는 것은 물론이지만 통상은 메인 가스 공급 라인(L1)과의 압력 검출값(P10)을 벤트 가스 공급 라인(L2)의 제어 회로부(11)에 입력함으로써 양 라인(L1, L2)간의 압력차를 0으로 유지한 상태에서 원료 가스 공급 장치의 운전이 행해진다.
또한, 본 발명에서 사용하는 압력식 유량 제어 장치(FCS-N) 및 압력 제어 장치(FCS-RV)의 응답 특성은 극히 우수하고, 후술하는 실험 결과에서도 명확한 바와 같이, 원료 가스의 스위칭시에 스위칭 밸브 기구(B)를 작동했을 경우에 있어서도 양 가스 라인(L1, L2)간의 압력차가 거의 발생하지 않는 것, 즉 보다 높은 응답성으로 양 라인(L1, L2)간의 압력차가 0으로 조정되게 된다.
도 3은 본 발명에 의한 원료 가스 공급 장치에 있어서의 원료 가스 스위칭시의 양 가스 라인(L1, L2)에 있어서의 압력차의 발생 상황의 확인에 사용한 차압 조정 기구의 시험 장치의 전체 계통도이다.
도 3에 있어서, 12는 캐리어 가스원(N2), RG은 압력 조정기, PT는 압력계(250KPas), 컨트롤 밸브(CV1) 및 컨트롤 밸브(CV2)의 시트 직경 6mmφ, 메인 가스 공급 라인(L1) 및 벤트 가스 공급 라인(L2)의 하류측 용적 약 38cc, NV1, NV2는 압력 조정 밸브, VP1, VP2는 진공 배기 펌프이다.
또한, 진공 배기 펌프(VP1)는 유량(Q)=4SLM(H2로 환산)인 때에 배기압을 75Torr, 100Torr 및 125Torr로 조정 가능한 것이며, 또한 진공 배기 펌프(VP2)는 압력 100Torr일 때에 배기 유량을 3SLM, 4SLM 및 5SLM으로 조정 가능한 것을 사용하고 있다.
또한, 압력식 유량 제어 장치(FCS-N)의 유량 설정 입력은 0SLM, 3SLM, 4SLM, 5SLM 및 10SLM(H2로 환산)으로 했다.
(실험 결과 1)
우선, 메인 가스 공급 라인(L1)의 압력 조정 밸브(NV1)를 일정 및 압력식 유량 제어 장치(FCS-N)를 4SLH로 설정하고, 진공 배기 펌프(VP1)의 배기압을 100Torr로 했다. 또한, 벤트 가스 공급 라인(L2)의 압력 조정 밸브(NV2)를 조정 및 압력 제어 장치(FCS-RV)를 100Torr로 설정하여 진공 배기 펌프(VP2)의 배기 유량을 3SLM(H2 환산)으로 했다.
이 상태로부터, 메인 가스 공급 라인(L1)의 유량 설정값을 Qs를 0→3→4→5→10SLM의 순으로 스위칭 했을 때의 압력식 유량 제어 장치(FCS-N)의 설정 유량(Qs)과 유량 출력(Q)의 변화(곡선 F), 유량 측정기(MFM)의 유량 출력(Q0)(곡선 G), 압력 제어 장치(FCS-RV)의 압력 출력(P2)(곡선 H) 및 양 라인(L1ㆍL2)간의 압력차(ΔP)=P10-P2(곡선 I)을 측정했다. 상기 결과를 도시한 것이 도 4이며, 차압(ΔP)은 대부분 0인 것으로 판명된다. 또한, 도 4의 1눈금은 500ms이다. 또한, 곡선 F 및 곡선 H는 이종의 데이터가 거의 겹쳐서 표시되어 있다.
도 5는 벤트 가스 공급 라인(L2)의 진공 배기 펌프(VP2)의 배기량을 3SLM(H2 환산)으로 했을 경우, 또한 도 6은 진공 배기 펌프(VP2)의 배기량을 5SLM으로 했을 경우의 도 4와 동 조건하에 있어서의 테스트 결과를 각기 나타낸 것이다.
(실험 결과 2)
이어서, 압력 조정 밸브(NV1)를 조정 및 압력식 유량 제어 장치(FCS-N)를 4SLM(H2 환산)으로 설정하여 진공 배기 펌프(VP1)의 배기압을 75Torr로 했다. 또한, 벤트 가스 공급 라인(L2)의 압력 조정 밸브(NV2)를 일정 및 압력 제어기(FCS-RV)를 100Toor로 설정하여 진공 배기 펌프(VP2)의 배기량을 4SLM(H2 환산)으로 했다.
이 상태로부터, 실험 1의 경우와 마찬가지로 메인 가스 공급 라인(L1)의 유량 설정값(QS)을 0SLM, 3SLM, 4SLM, 5SLM 및 10SLM의 순으로 스위칭 변화시켰을 경우의 상기 실험 1의 경우와 마찬가지의 각 부의 변화 상황을 나타낸 것이 도 7이다.
또한, 도 8 및 도 9는 도 7에 있어서 메인 가스 공급 라인(L1)측의 진공 배기 펌프(VP1)의 배기압을 100Torr 및 125Torr로 변화시켰을 경우의 도 7과 마찬가지의 각 값을 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9로부터도 명확한 바와 같이, 메인 가스 공급 라인(L1)측의 진공 배기측의 압력값이 변경된 경우에 있어서도 가스 유량의 스위칭시에 있어서의 양 라인(L1ㆍL2)간의 차압(ΔP)은 거의 0으로 유지되는 것으로 판명된다.
본 발명은 MOCVD법이나 MOVPE법 등에 의한 반도체 제조 설비뿐만 아니라 병렬상으로 배치한 복수의 가스 배관로간의 가스 압력차를 0으로 조정, 유지하는 장치에 널리 적용 가능한 것이다.
L1은 메인 가스 공급 라인, L2는 벤트 가스 공급 라인, PC는 반응로(프로세스 챔버), VP는 진공 펌프, MFC1은 메인 가스 공급 라인의 매스 플로우 컨트롤러, MFC2는 벤트 가스 공급 라인의 매스 플로우 컨트롤러, Q1ㆍQ2는 매스 플로우 컨트롤러(MFC1 및 MFC2)의 유량 설정값, MFC는 매스 플로우 컨트롤러, P1～P4는 압력 검출기, P1S는 압력 검출기(P1)의 검출 신호, DP는 차압 검출기, ΔP는 차압 검출기(DP)의 검출 신호, VR1～VR4는 압력 조정기, V0～V4는 스위칭 밸브, A1ㆍA2는 가스 공급 기구, B1 ㆍB2는 스위칭 밸브 기구, OM은 유기 금속액(원료 가스), GB는 원료 가스 봄베, C01ㆍC02는 각 라인(L1ㆍL2)에 공급하는 캐리어 가스, C1～C5는 캐리어 가스, CAㆍCB는 원료 가스, L1은 메인 가스 공급 라인, L2는 벤트 가스 공급 라인, FBL은 피드백 제어 라인, FCS-N은 압력식 유량 제어 장치, FCS-RV는 압력 제어 장치, Ps는 외부로부터의 설정 압력, Qs는 외부로부터의 설정 입력, P0은 외부로의 압력 출력 신호, Q0은 외부로의 유량 출력 신호, D1ㆍD2는 밸브 구동장치, VC1 ㆍVC2는 컨트롤 밸브, OL은 오리피스, P1은 메인 가스 공급 라인(L1)의 오리피스 상류측의 가스 압력, P10은 메인 가스 공급 라인(L1)의 오리피스 하류측의 가스 압력, P2는 벤트 가스 공급 라인(L2)의 가스 압력, 10, 11은 제어 회로부, 12는 캐리어 가스 공급원, RG는 압력 조정기, PT는 압력계, NV1ㆍNV2는 압력 조정 밸브.

Claims (5)

  1. 반응로로의 원료 가스를 공급하는 메인 가스 공급 라인과 상기 원료의 배기를 하는 벤트 가스 공급 라인을 구비하고, 양 가스 라인의 중간부에 복수의 가스 공급 기구를 배치하여 이루어진 유기 금속 기상 성장법에 의한 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치로서, 상기 메인 가스 라인의 입구측에 압력식 유량 제어 장치를 설치하고, 해당 압력식 유량 제어 장치에 의해 유량 제어를 하면서 소정 유량의 캐리어 가스를 메인 가스 라인에 공급함과 아울러 상기 벤트 가스 공급 라인의 입구측에 압력 제어 장치를 설치하고, 해당 압력 제어 장치에 의해 압력 조정을 하면서 소정 압력의 캐리어 가스를 벤트 가스 공급 라인에 공급하고, 상기 압력식 유량 제어 장치의 오리피스 하류측에서 검출한 메인 가스 공급 라인의 가스 압력(P10)과 벤트 가스 공급 라인의 가스 압력(P2)을 대비하고, 양자의 차가 0이 되도록 압력 제어 장치에 의해 벤트 가스 공급 라인의 가스 압력(P2)을 조정하는 구성으로 한 가스 공급 장치에 있어서,
    상기 메인 가스 공급 라인에 설치한 압력식 유량 제어 장치를, 밸브 구동부를 설치한 컨트롤 밸브와, 상기 컨트롤 밸브와의 하류측에 설치한 오리피스와, 상기 오리피스의 상류측과 상기 컨트롤 밸브 사이에 설치한 압력 검출기(P1)와, 상기 오리피스의 하류측에 설치한 압력 검출기(P10)와, 상기 압력 검출기(P1)로부터의 압력 신호에 의해 상기 오리피스를 유통하는 가스 유량(Q)을 연산함과 아울러 외부로부터 입력된 설정 유량(Qs)과 상기 가스 유량(Q)의 차(Y)를 연산하고 해당 차(Y)를 상기 컨트롤 밸브의 구동부에 입력해서 상기 차(Y)가 0이 되는 방향으로 상기 컨트롤 밸브를 개폐 제어하는 제어 회로부로 구성함과 아울러; 상기 벤트 가스 공급 라인에 설치한 압력 제어 장치를, 밸브 구동부를 설치한 컨트롤 밸브와, 그 하류측에 설치한 압력 검출기(P2)와, 상기 압력 검출기(P2)의 검출 압력 신호와 상기 압력식 유량 제어 장치의 오리피스 하류측에 설치한 압력 검출기(P10)의 검출 압력 신호가 입력되어 양 검출 압력 신호의 차(X)를 연산함과 아울러 그 차에 대응하는 신호를 밸브 구동부에 입력하여 상기 검출 압력 신호의 차(X)가 0이 되는 방향으로 컨트롤 밸브를 개폐 제어하는 제어 회로부로 구성하고, 양 라인(L1, L2)간의 압력차(X)가 0이 되도록 벤트 가스 공급 라인의 가스 압력을 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 가스 공급 라인에 설치한 압력식 유량 제어 장치를 가스류가 임계 상태하에서 상기 오리피스를 유통하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 가스 공급 라인의 압력식 유량 제어 장치에 설치한 오리피스 하류측의 압력 검출기(P10)의 검출 압력 신호를 어느 하나의 가스 공급 기구에 의한 공급 가스종의 스위칭 조작전에 벤트 가스 공급 라인의 압력 제어 장치의 제어 회로부로 입력하고, 양 라인(L1, L2)간의 압력차를 0이 되도록 조정하는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비용의 가스 공급 장치.
  5. 삭제
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