JP2002541541A - 真空チャンバ内の圧力を調整するためのシステム、このシステムを装備した真空ポンピングユニット - Google Patents
真空チャンバ内の圧力を調整するためのシステム、このシステムを装備した真空ポンピングユニットInfo
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Abstract
Description
ーデバイスに関係する製造および処理プロセスのための、真空ポンプユニットに
よってポンピングされるプロセスエンクロージャまたはチャンバ内の圧力を調整
するためのシステムに関する。
の中で、このような製品を製造および処理する工業プロセスにおいて、エンクロ
ージャ内部の圧力を調整することが必要である。1Paから20Paの程度の非
常に低い圧力は、一般的に(一次ポンプおよび二次ポンプから成る)ポンプユニ
ットと、プロセスチャンバをこのポンプユニットに接続する配管とを有する真空
システムによって得られ、維持される。
イスを製造するための種々のプロセスにおいて、数多くの汚染の問題がある。い
くつかは、プロセスチャンバからガスを排出する真空システムに関わるものであ
り、さらに正確に言うと、それらはポンピング条件に関わっている。製造する基
板を収容したエンクロージャ(プロセスチャンバ)内部の圧力を調整するシステ
ムは、この汚染の問題のいくつかを解決しなければならない。
は冷却される。あまりにも急速に圧力が低下した場合、ガスの温度は低下して、
相変化(気体から液体へ、気体から固体へ)が始まる。配管内部およびチャンバ
内部(基板上)では、液滴または粒子が形成される。それらは配管からチャンバ
に拡散してもどり、こうしてチャンバの汚染が増加する。
よびチャンバに堆積した粒子を引きはがし、それらを運んで重大な区域(集積回
路が形成される基板上)に再分散させる。
いる方法は、ポンプの吸引に対して直列な可変コンダクタンスバルブを使用し、
これにより、ポンピングされる流量を変えてエンクロージャ内の圧力を変化させ
ることを可能にするものである。バルブの開口している広さは、基準圧力および
エンクロージャ内で計測した圧力に基づいて動作する制御回路から伝達される制
御信号により調節される。
ャンバ内の圧力を調整する調節バルブもやはり、プロセスによりまた何らかの脱
ガスおよび脱離により発生する粒子の堆積を受ける大きな表面エリアを生じる。
逆拡散により、脱離した粒子は次にプロセスチャンバを汚染し、プロセスの信頼
性を低下させる。バルブの存在は、プロセスによって発生した粒子の堆積を除去
するために、定期的に必要となる真空システムのクリーニングというメンテナン
ス操作を増やし、複雑化する。
、これが真空システムの反応時間を増加させる。実際のところ、可変コンダクタ
ンスバルブを有する真空システムは、1Paから20Paの通常の圧力範囲にお
いて、プロセスの2つのステップの間で、プロセスチャンバ内の圧力を1つの値
から次の値にさせるのに少なくとも約5秒の反応時間を有する。
サーボ制御可能な機械式一次ポンプを使用するものである。しかしながら、制御
可能なポンピング流量の範囲は、半導体応用にとってあまりにも制限されている
。結果として、高真空においては圧力調整は有効ではなく、汚染も発生し得る。
直列の2つのルーツタイプの二次ポンプからなる真空システムの使用が教示され
ている。一次ポンプは、一定速度で回転するよう駆動されるロータリーベーンポ
ンプである。ルーツ二次ポンプは、マイクロコントローラにより可変周波数電源
を介して、回転速度を変えるように制御され、こうしてプロセスチャンバ内部の
圧力が変えられる。これにより、圧力を10Paから100Paの範囲にわたっ
て変化させることが可能であると、この文献に述べられている。このシステムは
、圧力変動範囲が大気圧に到るような圧力にわたって効果的に制御するには適合
しておらず、可変コンダクタンスバルブを有する真空システムで得られるよりも
短い反応時間を得ることができない。
ナノテクノロジー応用における、すべてのプロセスの段階にわたって圧力調整が
可能となるよう、制御可能なポンピング流量の範囲を著しく増大させることであ
る。
テムの反応速度を増大させることである。とりわけ、可変コンダクタンスバルブ
を有する真空システムの反応時間よりも明らかに短い反応時間を得ることが望ま
れる。
テクノロジーデバイスの製造用のプロセスガスを入れるためのエンクロージャ内
の圧力を調整するためのシステムであって、エンクロージャは、乾式機械式一次
ポンプと少なくとも1つの二次ポンプとからなるポンプユニットに配管によって
接続され、 本発明によれば、このシステムは、乾式機械式一次ポンプおよび少なくとも1
つの二次ポンプとの両方の回転速度を同時に制御する速度調整器を有する、エン
クロージャ内の圧力を調整するためのシステムに関する。
まれている排出物の凝縮曲線に基づいて計算された、ポンプの所定の回転速度プ
ロファイルにサーボ制御される。
ャおよび配管内における排出物の非乱流の流れについての空気力学特性に基づい
て計算された、ポンプの所定の回転速度プロファイルにサーボ制御されることも
可能であることが有利である。
ージと、 監視された圧力に比例する入力値、および可変の基準圧力に比例する入力値を
受け取り、速度調整器に制御信号を出力して、ポンプの回転速度を入力値に応じ
て増減させる観測器とを含んでいる。
ために装備された温度プローブを備え、観測器が、監視された温度に比例する入
力値を受け取ることができる。
るために装備された乱流センサと備え、観測器が、定量化された乱流の程度に比
例する入力値を有することができる。
るポンプユニット、真空エンクロージャ、および真空エンクロージャをポンプユ
ニットに接続する配管からなる真空ポンピング装置にも関する。
。
。
よい。その場合、ターボ分子ポンプを、制御されたルーツタイプの二次ポンプと
調整された圧力エンクロージャまたはプロセスチャンバとの間に介在させること
もできる。
も1つの二次ポンプが同時にサーボ制御される結果として生じる。これにより、
半導体応用における要求をカバーする10sccmから10,000sccm(
0.16ミリバールリッター毎秒(mbar l/sec)から166mbar
l/s)の制御可能なポンピング流量範囲を得ることが可能となる。また、真
空システムの反応時間も著しく低下させることができる。
に応答して、エンクロージャ中での半導体デバイス、マイクロテクノロジーデバ
イスまたはナノテクノロジーデバイスの処理の段階中に、5秒未満の反応時間と
5%未満のオーバーシュートを与える可変速度制御信号を生み出すようにプログ
ラムされている。
常状態中に閉ループで動作で動作するようにプログラムされる。
を含む真空システムで可能なよりもかなり速く反応することが可能となる。
るであろう。
るポンプユニット3に、配管2によって接続されたプロセスチャンバまたはエン
クロージャ1内の圧力を調整するためのシステムに関する。プロセスチャンバま
たはエンクロージャ1は、半導体部品、マイクロテクノロジーデバイスまたはナ
ノテクノロジーデバイスの製造および処理に適した、低圧で処理ガスを供給され
るように構成されている。
度を同時に制御する可変速度調整器6を含んでいる。
回転速度プロファイル20にサーボ制御されており、このプロファイルは、エン
クロージャ1および配管2中に含まれている排出物の凝縮曲線に基づいて決定さ
れている。
であり、これら2つの排出物について、それぞれの凝縮曲線および前記排出物の
凝縮を避けるための予め決められたポンプの回転速度プロファイルを示している
。排出物H2OおよびAlCl3は、ここでは、本発明による第1の実施形態の
中の例として記載されたものであり、何らこれらに限定されるわけではない。図
4Bに示した所定の速度プロファイルは単純化されたもので、これらのそれぞれ
が単一の排出物に関係している。エンクロージャ1が、異なる凝縮曲線をもつ複
数の排出物を含んでいるとき、これらの速度プロファイルは、はるかに複雑なも
のになり得ることが理解されよう。
を防ぐために、エンクロージャ1および配管2の中にある排出物の非乱流の空気
力学的流れ特性を考慮にいれるように、ポンプの所定の回転速度プロファイルが
計算可能である。このようにして、所定の回転速度プロファイルは、ポンピング
の結果として生じる排出物の流れを、可能な限り層流の範囲に留めなければなら
ないことを考慮してある。
」ポンプとすることも可能である。
ともまた可能である。このような状況下では、制御されたルーツタイプの二次ポ
ンプと圧力制御されたエンクロージャとの間に、ターボ分子ポンプを介在させる
ことがあり得る。
流側に取り付けられて圧力を検知する圧力ゲージ7、および検知した圧力に比例
する数値9と可変の基準圧力17に比例する数値10とを受け取る入力部を有し
、速度調整器6に制御信号15を出力してポンプの回転速度を入力値9および1
0に応じて増減させる観測器8を有する。
限する最適の条件にポンプの回転速度の制御を改良するために、このシステムは
さらに、制御された二次ポンプ5の上流側に取り付けられて温度を監視する温度
プローブ11を含んでいる。観測器8は、追加の入力値12を受け取り、前記入
力値12は監視された温度に比例している。
る堆積物による汚染を制限するようなサーボ制御ループを可能にするために、こ
のシステムは、制御された二次ポンプ5の上流側に取り付けられて乱流の程度を
定量化する乱流センサ13を含んでいる。観測器8は、この定量化された乱流の
程度に比例する追加の入力値14を受け取る。
に取り付けられて粒子のレベルを測定する粒子センサ18を含んでおり、観測器
8が、配管2内部の粒子の数に比例する入力値19を受け取る。
制御し、この速度調整器6が、乾式一次ポンプ4および少なくとも1つの二次ポ
ンプ5の両方に別々にかつ可変周波数で電力供給している。このシステムは、二
次ポンプ5の上流側に取り付けられた圧力ゲージ7に加えて、乾式一次ポンプ4
の上流側に取り付けられた圧力ゲージ7’を含んでいる。観測器8は、第1のア
ルゴリズム81、例えば乾式一次ポンプ4の吸気口における圧力9’を調整し、
二次ポンプ5の吸気口における圧力9の応答時間を最適化するためのPIDアル
ゴリズム、および第2のアルゴリズム82、例えば二次ポンプ5の吸気口におけ
る圧力9を調節して、定常状態における静誤差および不安定さを最適化する第2
のPIDアルゴリズムを有する。初期圧力状態および最終圧力状態についての基
準10の間の移行時間を減少させるために、制御器ループは、最終的な基準速度
(安定プロセス)近くに設定された基準21を加え、これが、PIDアルゴリズ
ムの積分部分における遅延効果を減少させることを可能にする。
次ポンプの上流側に取り付けられた圧力ゲージ、および/または二次ポンプの上
流側に取り付けられた圧力ゲージを有する。速度調整器または観測器は、チャン
バの初期圧力状態(したがってポンプの回転速度)とチャンバにおける最終的な
圧力状態との間の最適な移行(可能な限り短い)を確実にするオートメーション
カードを含んでいる。
ことが可能であり、数学的法則は、圧力(相対値および絶対値)、プロセスガス
流、コンダクタンス、および瞬間の速度プロファイルを支配するパラメータの間
で規定される。
時間をさらに短くすることができる。この図は、乾式一次ポンプ4の吸気口に接
続された二次ポンプ5の吸気口に接続されたプロセスチャンバ1を含む、プロセ
スおよび真空発生アセンブリ22を有している。二次ポンプ5および乾式一次ポ
ンプ4は、両方ともに観測器8で制御される速度調整器6により別々に可変周波
数で電力供給される。
のガス圧は監視され、処理ガスは導入装置23を介して導入され、プロセスの段
階を決定する制御器(図示せず)によって、特に基準圧力24および基準ガス流
量25を定めることによってプロセスは制御される。基準圧力24および基準ガ
ス流量25は、他の情報、とりわけプロセスチャンバ1に接続された圧力センサ
7により通信される圧力に関する情報を受け取る観測器8に送られる。
されており、速度調整器6は、圧力基準24および/またはガス流量基準25(
または、例えばプロセスチャンバ内部でのRFパワーのような観測器8によって
監視される他の何らかのパラメータに関する基準)における参照においてステッ
プを受けたときに、5秒未満の反応時間Tおよび5%未満のオーバーシュートを
与える。この反応時間は図6に描かれており、ここで圧力基準24は、約1.3
3Pa(10mtorr)の圧力P1から約12Pa(90mtorr)の圧力
P2へのステップの形で一点鎖線で示され、速度調整器に加えられた制御信号1
5もまた、この基準24のステップに迅速に追随して5秒未満の反応時間Tの後
で安定化する。例えば、本発明は、反応時間Tを1秒の程度までにすることが可
能である。
態を示した。すなわち、定常状態における調節については、観測器8は、連続的
比例積分の数値制御器タイプのプログラム26によって動作し、該プログラム2
6では、利得および時間定数が調節される。双一次近似により、デジタルコント
ローラ26の漸化式を見付けることが可能となる。この構成は、プロセスの精度
、速度、および安定性を向上させる。
化させるのに有利な時間多項式の形での計算を使用して、開ループモードで計算
するプログラム27により動作する。これは、時間に応じて速度調整器6に加え
られる制御信号15の変化を最適化させ、プロセスチャンバ1中での2つの連続
したプロセス状態の間の移行中のすべての制約に従うことができる。
作し、プロセスの定常状態の間は閉ループモードで動作するようにプログラムさ
れている。
化された応答時間を維持しながらオーバーシュートまたはアンダーシュートを制
限するためにモジュール28に作用する。モジュール28は、特に、パージ流量
、ポンプのタイプ、システムのコンダクタンス、およびプロセスチャンバ1の容
積を与える圧力および流量に応じて、真空およびプロセス発生システム22の反
応定数を考慮に入れてプログラム可能になっている。
分子ポンプとすることが可能である。
ることも可能である。そのような条件では、制御されたルーツタイプの二次ポン
プと調整された圧力エンクロージャとの間に、ターボ分子ポンプを介在させるこ
とがあり得る。ゲージ、プローブ、およびセンサは、介在させたターボ分子ポン
プの吸気口でも排気口でも、どちらにでも配置することができる。
有するポンプユニット3、真空エンクロージャ1、およびこの真空エンクロージ
ャ1をポンプユニット3に接続する配管2を有する真空ポンピング装置に関する
。
逆拡散を避けるように、一次ポンプ4を乾式機械式ポンプにすることは重要なこ
とである。結果として、本発明の装置は、半導体デバイス、および他のマイクロ
テクノロジーデバイスまたはナノテクノロジーデバイスの製造に応用可能となる
。
でいる。
業者であれば本発明から逸脱することなく数多くの変形を達成することは可能で
ある。
グラフである。
ポンプ回転速度プロファイルを表わしたグラフである。
Claims (14)
- 【請求項1】 半導体部品、マイクロテクノロジーデバイスまたはナノテク
ノロジーデバイスの製造用のプロセスガスを入れるためのエンクロージャ(1)
内の圧力を調整するためのシステムであって、エンクロージャは、乾式機械式一
次ポンプ(4)と少なくとも1つの二次ポンプ(5)とからなるポンプユニット
(3)に配管(2)で接続され、 乾式機械式一次ポンプ(4)と前記少なくとも1つの二次ポンプ(5)との両
方の回転速度を同時に制御する速度調整器(6)を含むことを特徴とする、エン
クロージャ(1)内の圧力を調整するためのシステム。 - 【請求項2】 速度調整器(6)が、エンクロージャ(1)および配管(2
)中に含まれている排出物の凝縮曲線に基づいて計算された、ポンプの所定の回
転速度プロファイル(20)にサーボ制御されていることを特徴とする請求項1
に記載のシステム。 - 【請求項3】 速度調整器(6)が、エンクロージャ(1)および配管(2
)中の排出物の非乱流の空気力学特性に基づいて計算された、ポンプの所定の回
転速度プロファイル(20)にサーボ制御されていることを特徴とする請求項1
または2に記載のシステム。 - 【請求項4】 制御された二次ポンプ(5)の上流側に取り付けられて圧力
を監視する圧力ゲージ(7)と、監視された圧力に比例する入力値(9)および
可変の基準圧力(17)に比例する入力値(10)を受け取り、制御信号(17
)を速度調整器(6)に出力して、ポンプ(4、5)の回転速度を入力値に応じ
て増減させる観測器(8)とを含むことを特徴とする請求項1に記載のシステム
。 - 【請求項5】 制御された乾式機械式一次ポンプ(4)の上流側に取り付け
られて圧力を監視する圧力ゲージ(7’)を備え、観測器(8)が、監視された
圧力に比例する入力値(9’)を受け取ることを特徴とする請求項4に記載のシ
ステム。 - 【請求項6】 制御された二次ポンプ(5)の上流側に取り付けられて温度
を監視する温度プローブ(11)を備え、観測器(8)が、監視された温度に比
例する入力値(12)を有することを特徴とする請求項4または5に記載のシス
テム。 - 【請求項7】 制御された二次ポンプ(5)の上流側に取り付けられて乱流
の程度を定量化する乱流センサ(13)を備え、観測器(8)が、定量化された
乱流の程度に比例する入力値(14)を有することを特徴とする請求項4から6
のいずれか一項に記載のシステム。 - 【請求項8】 制御された二次ポンプの上流側および/または下流側に取り
付けられて粒子のレベルを測定する粒子センサ(13)を備え、観測器(8)が
、配管中の粒子の数に比例する入力値(19)を有することを特徴とする請求項
4から7のいずれか一項に記載のシステム。 - 【請求項9】 観測器(8)が、エンクロージャ(1)中の半導体デバイス
、マイクロテクノロジーデバイスまたはナノテクノロジーデバイスの処理におけ
る段階中に、基準(24、25)におけるステップを受けたことに応答して、5
秒未満の反応時間(T)および5%未満のオーバーシュートを与える、速度調整
器(6)のための制御信号(15)を生成するようにプログラムされていること
を特徴とする請求項4から8のいずれか一項に記載のシステム。 - 【請求項10】 観測器(8)が、プロセスの移行段階中には開ループモー
ドで動作し、プロセスの定常状態中には閉ループモードで動作するようにプログ
ラムされていることを特徴とする請求項9に記載のシステム。 - 【請求項11】 乾式機械式一次ポンプ(4)と少なくとも1つの二次ポン
プ(5)とを有するポンプユニット(3)、真空エンクロージャ(1)、および
真空エンクロージャ(1)をポンプユニット(3)に接続する配管(2)からな
り、請求項1から10のいずれか一項に記載の圧力調整器システムを含むことを
特徴とするポンピング装置。 - 【請求項12】 乾式機械式一次ポンプ(4)と同時に制御される二次ポン
プ(5)が、ターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項11に記載のポン
ピング装置。 - 【請求項13】 乾式機械式一次ポンプ(4)と同時に制御される二次ポン
プ(5)が、ルーツタイプのポンプであることを特徴とする請求項11に記載の
ポンピング装置。 - 【請求項14】 ルーツタイプの制御された二次ポンプ(5)と真空エンク
ロージャ(1)との間にターボ分子ポンプを含むことを特徴とする請求項13に
記載のポンピング装置。
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