专利名称：流体控制装置和热处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及流体控制装置和具有该流体控制装置的热处理装置。
背景技术：
在半导体制造工艺的成膜步骤中，通过组合使用多种气体在半导体晶片上成膜。在成膜过程中，通常的做法是随着时间的推移而交替使用多种气体(例如H2、O2、SiH4、N2等)，或者，按照不同流量使用同一种气体。
图10是在半导体制造装置的反应炉中输入多种气体的传统气体供应系统的系统图。气体供应系统由分别供应不同气体的多条处理气体管线a-d和供应洗涤气的洗涤气管线p组成。
在各条处理气体管线a-d中，设有质量流控制器等流量控制器1。在流量控制器1的上游侧，设有转换阀2、过滤器3、压力调节器4以及压力传感器5和控制阀2a。此外，通过洗涤气管线p分支出来的歧管p1被连接到流量控制器1的入口侧上。
在如图10所示的气体供应系统中，对应于一种气体地设有一条气体管线，并且在气体管线中逐一地设有一个流量控制器。就是说，为了供应多种气体，使用了其数量对应于气体种类数量的气体管线以及流量控制器。这造成气体供应系统的成本提高以及基础设施面增大。
在日本专利公报特开2000-323464中，如图11所示地揭示了在多条气体供应管线a、b、c中共用一个流量控制器1的气体供应系统。如图11所示的气体供应系统由分别供应不同气体的多条处理气体管线a-d以及供应洗涤气p的洗涤气管线p组成。在各条处理气体管线a-d中，设有转换阀7、过滤器8、压力调节器10以及压力传感器9。在气体管线a中，设置了气体管线a-c所共用的流量控制器6如质量流控制器等。在气体管线d中，设有专用的流量控制器6。通过洗涤气管线p分支出来的歧管p′被连接到各流量控制器1的入口侧上。
根据如图11所示的结构，由于在气体管线a-c中共用流量控制器6，所以在此意义上能够实现气体供应系统的成本降低及其小型化。但是，在如图11所示的气体供应系统中，由于各气体管线a-c具有转换阀7、过滤器8、压力调节器10以及压力传感器9，所以不能充分地实现系统的小型化。
实用新型内容因此，本实用新型的目的是力图实现可控制地供应多种气体的装置(即流体控制装置)的小型化以及低成本化。而且，本实用新型的目的是提供一种能够轻松应付气体种类增减的流体控制装置。本实用新型的又一个目的是提供具有上述流体控制装置的热处理装置。
为实现上述目的，本实用新型提供了这样一种流体控制装置，它具有包括一设有流量控制机构的第一区域、一位于该第一区域的上游侧的且配备有压力调节机构和压力监视机构中的至少一个机构的第二区域的气体管线、设置在该气体管线的所述第二区域的上游侧的且可以分别连接流体供应源的多个连接机构。
适当的是，所述气体管线具有包括上述第一区域和第二区域的第一部分、从上述第一部分的上游端起垂直于上述第一部分地延伸的第二部分，所述的多个连接机构设置在所述第二部分上。
此外，本实用新型提供这样一种流体控制装置，它具有至少在第一平面上彼此平行地在第一方向上延伸的多条气体管线和设置在上述多条气体管线中的至少一条气体管线上的并可分别与流体供应源连接的多个连接机构，其中这些气体管线分别具有一设有流量控制机构的第一区域、一位于上述第一区域的上游侧并设有压力调节机构和压力监视机构中的至少一个机构的第二区域，至少上述其中一条气体管线具有包括上述第一区域和上述第二区域的并在所述第一方向上延伸于该第一平面上的第一部分、从上述第一部分的上游端起在垂直于上述第一方向的第二方向上延伸于垂直于上述第一平面的第二平面内的第二部分，所述多个连接机构设置在所述第二部分上。
适当的是，所述连接机构由设置在上述至少一条气体管线中的多个三向阀构成。在这种场合下，所述三向阀分别具有第一、第二、第三阀孔，上述各三向阀的第一阀孔分别与流体供应源连接，彼此相邻的三向阀中的在上游侧的三向阀的第二阀孔与在下游侧的三向阀的第三阀孔连接，在最下游侧的三向阀的第三阀孔与所述气体管线的第二区域连接，洗涤气被供应给最上游的三向阀的第二阀孔。
此外，本实用新型提供一种热处理装置，它设有具有上述结构的流体控制装置以及通过该流体控制装置接受流体的反应处理炉。
图1是表示根据本实用新型的流体控制装置的一个实施形式的系统图。
图2是表示在图1所示流体控制装置上连接多个气体供应源的气体管线结构的截面图，它示出了处理气体被通入气体管线中的状态。
图3是从箭头III方向看图2所示的气体管线的正面图。
图4是与图2一样的截面图，它示出了洗涤气通入气体管线中的状态。
图5是从箭头V方向看图4所示的气体管线的正面图。
图6表示图2所示气体管线的其它形式，它示出了处理气体通入气体管线中的状态。
图7是表示图6的VII-VII截面的视图。
图8是与图6一样的截面图，它示出了洗涤气通入气体管线中的状态。
图9是表示图8的IX-IX截面的视图。
图10是表示传统气体供应系统的系统示意图。
图11是表示另一个传统气体供应系统的系统示意图。
具体实施形式根据附图来说明本实用新型的优选实施形式。
图1是表示根据本实用新型的具有流体控制装置的热处理装置的一个实施形式的系统图。热处理装置具有包括流体控制装置11的气体供应系统以及反应处理炉32。反应处理炉32容纳基板并对该基板进行氧化处理或CVD等热处理，为此能够采用已知的适当的炉子。
流体控制装置11包括用于给反应处理炉32供应气体的并且等间隔设置的多条气体管线12、13、23。各条气体管线在大致垂直延伸的第一垂直平面内延伸。
在图1中，左端的管线12是用于供应氮气等洗涤气P的洗涤气管线。在洗涤气管线12中，从上游起依次设有气体供应口12a、手动阀12b、过滤器12c、压力调节器12d、压力传感器12e、控制阀12f、流量控制器12g及过滤器12h。
气体管线13是用于供应多种处理气体(例如H2、O2、SiH4、N2等)的处理气体管线。如图1-图5所示，处理气体管线13包括设有流量控制器13g的流量控制系区域(第一区域)和设置在该流量控制器上游的压力控制系区域14(第二区域)。在压力控制系区域14中，设有手动阀13b、过滤器13c、压力调节器13d、压力传感器13e、控制阀13f、过滤器13h及控制阀13i。
多个气体供应源A、B、C被连接在气体管线13的上游侧端部上。尤其是如图2所示，垂直延伸的管线13在是其上游端部的下端部上大致转了90度的方向并由此在垂直于上述第一垂直平面的方向延伸。以下，气体管线13的水平延长部分被称为气体管线13的延长部15。而气体管线13的垂直延长部分以及延长部15在垂直于上述第一垂直平面的同时位于垂直延伸的第二垂直平面内。
在气体管线13的延长部15上，串列设有带操作机构的三向阀17、18、19。三向阀17、18、19的第一阀孔17a、18a、19a分别与分别和气体供应源A、B、C相连的气体供应管16a、16b、16c连接。三向阀18的第二和第三阀孔18b、18c分别与三向阀17的第三阀孔17c以及三向阀19的第二阀孔19b连接。三向阀17的第二阀孔17b通过带操作机构的双向阀20以及单向阀21与供应洗涤气P的管线22连接。三向阀19的第三阀孔19c与气体管线13的垂直延长部连通。
三向阀17、18、19的第二、第三阀孔17b、17c、18b、18c、19b、19c在平常时是连通的。各三向阀17、18、19的操作机构操纵内藏于该三向阀中的且成薄膜形式的阀体并且切换第一阀孔与第二及第三阀孔连通的状态与切断所述连通的状态。
再次参见图1，与气体管线13相邻地设置气体管线23。在气体管线23中，由气体供应源D输入气体。在气体供应管线23中，也与气体管线13一样地设有气体供应口23a、手动阀23b、过滤器23c、压力调节器23d、压力传感器23e、控制阀23f、流量控制器23g。
如图1、4所示，上述管线22从洗涤气管线12中分支出来并且该管线22通过双向阀20与三向阀17的第二阀孔17b连接。
此外，歧管25从洗涤气管线12中分支出来。歧管25与气体管线13的流量控制器13g侧连接，换句话说，它与压力控制系区域14的下游侧连接。在歧管25中，设有控制阀25a以及单向阀25b。在不需要清洗压力控制系区域14如由气体管线13多次给反应处理炉32供应同种气体等的场合下，在控制阀13f关闭状态下由歧管25给气体管线输入洗涤气并且能够只清洗在气体管线13的压力控制系区域14的下游的部分。而且，歧管25可以在中途再有分支并且被连接在气体管线23的流量控制器23g的入口侧上。
上述流体控制装置11被制成单个集成单元26的形式。集成单元26具有沿上述第一垂直平面延伸的底板27和沿上述第二垂直平面延伸的底板28。底板28的宽度等于气体管线13的宽度。多个连接座26a被安装在底板27、28上。流量控制器12g、13g、23g、手动阀12b、13b、23b、过滤器12c、13c、23c、压力调节器12d、13d、23d及三向阀17、18、19和双向阀20等功能部件被装载在座体上(如阀座体26b)。用于这些功能部件的座体通过连接座26a相互气密连接。
以下说明作用。
在把处理气体B供应给反应处理炉32的场合下，在关闭双向阀20的状态下打开三向阀18。处理气体B从延长部15中被通入气体管线13中并且在通过管线13的压力控制系区域14时被控制调整为预定压力。接着，处理气体通过流量控制器13被控制调整到预定流量并最后被送入处理反应炉32中(参见图2、3)。
接着，在将与处理气体B不一样的处理气体例如处理气体A输入反应处理炉32中的场合下，在此之前，先用洗涤气P洗涤气管线13及其延长部15内部。在这种场合下，当关闭三向阀17、18、19并打开双向阀20时，洗涤气P被输入气体管线13及其延长部15中并由此清洗了整个气体管线13及其延长部15。此时，不存在未输入洗涤气P的死区(此前所用处理气体B残留沉积的区域)，处理气体B也没有残留在气体管线13及其延长部15内(参见图4、5)。当清洗结束时，关闭双向阀20并打开三向阀17。由此一来，处理气体A被供给反应处理炉32。
如上所述，在上述实施形式中，在一条(一个系统)气体管线中设有流量控制区域与压力控制系区域，这一条气体供应管线被共用于输送多种气体。因此，能够实现流体控制装置成本的大幅度降低。此外，能够通过减少管线数量实现流体控制装置的小型化。具体地说，与图10、11所示的传统装置相比，能够使流体控制装置缩小到如图1所示的宽度X。此外，气体种类的增加也能很容易地进行。而且，对气体管线共用来说，以下条件是必要的(1)即便许多气体混合，气体在气体管线中也不反应；(2)气体不会被同时供给反应处理炉；(3)各气体流量范围接近。例如，处理气体A、B、C的组合可以是SiH4气体、Si2H2Cl气体和Si2Cl6气体的组合或NH3气体、N2H4气体、NxHy气体的组合。
尽管在上述实施形式中只有一条气体管线13与多种气体供应源连接，但也可以将多种气体供应源分别连接到多条气体管线上。在这种场合下，例如，SiH4气体供应源、Si2H2Cl气体供应源和Si2Cl6气体供应源可以与第一气体管线13相连，NH3气体供应源、N2H4气体供应源、NxHy气体供应源可以与具有与第一气体管线13一样的结构的第二气体管线连接。而洗涤气管线22与第一气体管线13一样地被连接在第二气体管线上。
此外，尽管在上述实施形式中，在压力控制系区域中设置了是压力调节手段的压力调节器13d以及是压力监视手段的压力传感器13e，但本实用新型不局限于此。例如，也存在处理气体是低蒸汽压气体且不进行压力调节的场合，在这样的场合下，可以不设置压力调节器13d。
尽管在上述实施例中作为流量控制器12g、13g、23g地使用了质量流控制器，但本实用新型不局限于此，也可以使用压力式流量控制器。
此外，数字式质量流控制器适用作流量控制器12g、13g、23g。这样一来，即便各气体所需的供应流量略有差异，也足以应付这种局面。在数字式MFC中，只存储着对应于标准气体和标准流量的流量控制特征曲线。在按不同流量控制不同气体的场合下，可以事先通过实验求出对应于一种标准气体及其标准流量的转换系数。因而，在按不同流量控制不同气体的场合下，根据实际气体流量的测定值与上述转换系数演算出近似的补偿值并根据该补偿值来修正该流量控制特征曲线，由此进行气体流量控制。由此一来，能够应付许多不同类型的气体及其大流量范围。不用说，在按不同流量控制同一气体的场合下，也可以进行同样的控制。
图6-图9表示流体控制装置的另一个实施形式。在这些图中，与图1-图5所述的部件相同的部件用同一符号表示并省略了重复说明。在图6-图9所示的实施形式中，同样也在一条气体管线13中设有质量流控制器等流量控制器13g(在图6-图9中未示出)并且在流量控制器13g的上游设有压力控制系区域14。在图6-图9所示的实施形式中，在上述第一垂直平面内延伸的气体管线13在是其上游端的下端部上大致转过了90度的方向并继续横向延伸于上述第一垂直平面上。以下，气体管线13的水平延伸部分被称为延长部30。
分别与处理气体供应源A、B、C相连的气体供应管29a、29b、29c被连接在延长部30上。在延长部30的最上游侧，连接着与洗涤气供应源P连接的洗涤气供应管31。在各气体供应管29a、29b、29c、31上，分别设有双向阀32(启闭阀)。
在图6-图9所示的实施形式中，由于在气体供应管29a、29b、29c的双向阀的下游侧与气体管线延长部30之间存在死区V(气体残留沉积区域)，所以残留下气体(参见图6、7)。在这种场合下，如图8、9所示，当供应洗涤气时，残留于死区V内的气体无法被清除掉。
在图6-图9所示的实施形式中，不同类型的气体可以通过一条气体管线来供应。能够与图1-图5所示的实施形式一样地实现流体控制装置的低成本化。不过，在图6-图9所示的实施形式中，由于气体管线延长部30横向延伸，所以存在减少管线的效果，但基于管线减少的流体控制装置的小型化效果不如图1-图5所示实施形式好。此外，就不可避免地存在死区V来说，图6-图9所示的实施形式不如图1-图5所示实施形式。
权利要求1.流体控制装置，其特征是，它具有包括设有流量控制器的第一区域、位于该第一区域的上游侧的且配备有压力调节机构和压力监视机构中的至少一个机构的第二区域的气体管路、设置在该气体管路的所述第二区域的上游侧的且可以分别连接流体供应源的多个连接机构。
2.如权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述流量控制器是质量流控制器或压力式流量控制器。
3.如权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述压力控制机构是压力调节器，所述压力监视机构是压力传感器。
4.如权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述气体管路具有包括上述第一和第二区域的第一部分、从上述第一部分的上游端起垂直于上述第一部分地延伸的第二部分，所述的多个连接机构设置在所述第二部分上。
5.如权利要求1所述的流体控制装置，其中，所述连接机构由设置在所述气体管路上的多个三向阀构成，所述三向阀分别具有第一、第二和第三阀孔，所述三向阀的第一阀孔分别与流体供应源相连，彼此相邻的三向阀中的在上游侧的三向阀的第二阀孔与在下游侧的三向阀的第三阀孔连接，在最下游侧的三向阀的第三阀孔与所述气体管路的第二区域连接，清洗气体被供应给在最上游的三向阀的第二阀孔。
6.如权利要求1所述的流体控制装置，其中，该流体控制装置是按照集成单元的形式形成的。
7.流体控制装置，其特征是，它具有至少在第一平面上彼此平行地延伸于第一方向上的多条气体管路和设置在上述多条气体管路中的至少一条气体管路中的并可分别与流体供应源连接的多个连接机构，其中这些气体管路分别具有设有流量控制器的第一区域、位于上述第一区域的上游侧并设有压力调节机构和压力监视机构中的至少一个机构的第二区域，至少上述其中一条气体管路具有包括上述第一区域和上述第二区域的并在所述第一方向上延伸于该第一平面上的第一部分、从上述第一部分的上游端起在垂直于上述第一方向的第二方向上延伸于垂直于上述第一平面的第二平面内的第二部分，所述多个连接机构设置在所述第二部分上。
8.如权利要求7所述的流体控制装置，其中，流量控制器是质量流控制器或压力式流量控制器。
9.如权利要求7所述的流体控制装置，其中，所述压力控制机构是压力调节器，所述压力监视机构是压力传感器。
10.如权利要求7所述的流体控制装置，其中，所述连接机构由设置在上述至少一条气体管路中的多个三向阀构成，所述三向阀分别具有第一、第二、第三阀孔，上述各三向阀的第一阀孔分别与流体供应源连接，彼此相邻的三向阀中的在上游侧的三向阀的第二阀孔与在下游侧的三向阀的第三阀孔连接，在最下游侧的三向阀的第三阀孔与所述气体管路的第二区域连接，清洗气体被供应给最上游的三向阀的第二阀孔。
11.如权利要求7所述的流体控制装置，其中，所述流量控制器和该压力控制机构是按照集成单元的形式形成的。
12.热处理装置，其特征是，它具有如权利要求1或7所述的流体控制装置以及通过该流体控制装置接受流体的反应处理炉。
专利摘要本实用新型涉及流体控制装置和热处理装置。在现有的气体供应系统中，由于气体管路有转换阀、过滤器、压力调节器及压力传感器而不能充分实现系统小型化。为此提出一种流体控制装置，它有包括设有流量控制器的第一区域、在第一区域上游的且有压力调节机构和/或压力监视机构的第二区域的气体管路、设在气体管路第二区域的上游的且连接流体供应源的多个连接机构。还提出一种流体控制装置，它有多个气体管路和连接机构，气体管路分别有第一区域和第二区域，至少一条气体管路有第一部分和连接机构设置于其上的第二部分。还提出一种热处理装置，它有流体控制装置和通过流体控制装置接受流体的反应处理炉。流体控制装置和热处理装置主要用于半导体制造。
文档编号H01L21/02GK2674647SQ03203318
公开日2005年1月26日 申请日期2003年2月7日 优先权日2003年2月7日
发明者冈部庸之, 大仓成幸 申请人:东京毅力科创株式会社