JP2019081944A - 真空バルブの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプの許容流量を超えないようにチャンバから排出するガスの圧力を調整する真空バルブの制御方法を提供する。【解決手段】真空バルブの制御方法は、チャンバからガスを吸引するターボ分子ポンプと、前記チャンバと前記ターボ分子ポンプとの間に配置される排気バルブと、を有し、前記チャンバを高圧から低圧に減圧するときに、前記チャンバから排出されるガスの流量が前記ターボ分子ポンプの許容流量を超えないように、ランプレートに従って算出した圧力指示値となるように、前記排気バルブの開度を調整する、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプの許容流量を超えないようにチャンバから排出するガスの圧力を調整する真空バルブの制御方法に関する。

半導体製造装置は、プロセスチャンバなど複数のチャンバを備えており、チャンバを密閉するためにゲートバルブや排気バルブなどの真空バルブが用いられる。各チャンバには排気バルブを介して真空ポンプが設置される。プロセスチャンバでは、基板に対して薄膜形成などの処理を行う際に、ゲートバルブを閉めて真空ポンプでチャンバ内を真空状態まで減圧し、プロセスガスを供給しながら排気バルブの開度を調整してチャンバ内の圧力を制御する。

真空ポンプには、ドライポンプやターボ分子ポンプ等がある。従来においては、チャンバ内を高圧で制御するときはドライポンプを使用し、低圧で制御するときはターボ分子ポンプを使用する等、異なるポンプを併用している場合もある。特許文献１、２に記載されているように、第１の排気系と第２の排気系を併設し、処理前と処理中で異なる排気系を用いる発明も開示されている。

特許第３１３０３７４号公報 特開平１１−２２２６７８号公報

半導体製造装置は、チャンバの他に様々な設備で構成されるため、各設備をコンパクトに配置することが望まれる。そのため、チャンバ内が高圧時でも低圧時でも１つの排気系で処理できるとコンパクトになる。ただ、ターボ分子ポンプは、タービン翼を高速で回転させることによりチャンバ内からガスを排出するが、許容流量を超えるガスが流入すると破損するおそれがある。

そこで、本発明は、真空ポンプの許容流量を超えないようにチャンバから排出するガスの圧力を調整する真空バルブの制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明である真空バルブの制御方法は、チャンバからガスを吸引するターボ分子ポンプと、前記チャンバと前記ターボ分子ポンプとの間に配置される排気バルブと、を有し、前記チャンバを高圧から低圧に減圧するときに、前記チャンバから排出されるガスの流量が前記ターボ分子ポンプの許容流量を超えないように、ランプレートに従って算出した圧力指示値となるように、前記排気バルブの開度を調整する、ことを特徴とする。

前記真空バルブの制御方法において、前記ランプレートは、前記チャンバの容積に応じて、前記チャンバから排出されるガスの流量上限と、前記チャンバに流入するガスの流量の差から求められる、ことを特徴とする。

また、本発明である真空バルブは、前記制御方法で制御される、ことを特徴とする。

本発明によれば、チャンバ内を低圧制御するために設置したターボ分子ポンプを、高圧制御するときにも利用することで、排気系をコンパクトに配置することができる。ターボ分子ポンプを高圧制御する際に、ランプ制御により排出ガスが許容流量を超えないように圧力を調整するので、ターボ分子ポンプが損傷しないように保護することができる。

本発明である真空バルブの制御方法が適用される半導体製造装置の概観を示す斜視図である。 本発明である真空バルブの制御方法が適用される排気バルブの構造を説明する図である。 本発明である真空バルブの制御方法を適用したときの圧力を時系列で示すグラフである。 本発明である真空バルブの制御方法を適用したときの流量を時系列で示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

まず、本発明である真空バルブの制御方法が適用される半導体製造装置について説明する。図１は、半導体製造装置の概観を示す斜視図である。図２は、半導体製造装置に用いられる排気バルブの構造を説明する図である。図３は、真空バルブの制御方法を適用したときの圧力を時系列で示すグラフである。図４は、真空バルブの制御方法を適用したときの流量を時系列で示すグラフである。

図１に示すように、半導体製造装置１００は、半導体素子、太陽電池、液晶などを、各種プロセスを経て製造するが、複数のチャンバ２００を備え、プロセスごとに各チャンバ２００に基板を搬送して処理が行われる。例えば、複数のチャンバ２００が星状に配置されるクラスタ型の場合、搬送室となるトランスファーチャンバの周りに、真空予備室となるロード（アンロード）ロックチャンバや、処理室となるプロセスチャンバなどが配置される。

チャンバ２００内は真空状態に減圧されるので、チャンバ２００の開口部には真空バルブが設けられる。例えば、各チャンバ２００間には、ゲートバルブが配置され、基板をチャンバ２００間で移送するときにゲートバルブを開き、基板をチャンバ２００内で処理するときにゲートバルブを閉じる。基板としては、ウエハ（シリコン等の半導体基板）やガラス基板などが用いられ、チャンバ２００内を真空ポンプ４００で減圧して真空状態にした上で、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等により薄膜を形成したり、薄膜から不要部分をエッチングしたりする。

また、チャンバ２００に真空ポンプ４００を取り付けるにあたり、チャンバ２００と真空ポンプ４００の間に排気バルブ３００が設けられる。真空ポンプ４００は、チャンバ２００内の気体を吸入し、チャンバ２００外に気体を排出することで、チャンバ２００内を真空状態に減圧する。プロセスガスを所定の流量でチャンバ２００内に導入しながら、排気バルブ３００の開度を調整することで、真空ポンプ４００への排出量との関係からチャンバ２００内の圧力を制御する。

図２に示すにように、真空ポンプ４００としては、ターボ分子ポンプ４１０やドライポンプ４２０などを用いる。ターボ分子ポンプ４１０は、タービン翼を高速で回転させることによりチャンバ２００内からガスを排出する。排気速度が一定で連続した排気が可能であるが、許容流量を超えるガスが流入すると破損するおそれがあるので、例えば、５Ｐａ以下の真空度の高い低圧状態での制御が好ましい。

ターボ分子ポンプ４１０の許容流量は、例えば、１０００〜２５００ｓｃｃｍであり、チャンバ２００内の圧力を１０Ｔｏｒｒ程度の高圧状態から１００ｍＴｏｒｒ程度の低圧状態に減圧しようとすると、最初に一気にガスが流入するため、タービン翼などにダメージを与えてしまう。そのため、チャンバ２００から排出するガス流量や、チャンバ２００内の圧力変化を制御する必要がある。

また、ドライポンプ４２０は、高速回転するロータによってガスを排出する。水やオイル等をチャンバ２００内に逆拡散させないので、基板を汚染するおそれがない。大気圧から高速に減圧することが可能であり、例えば、１０００〜３０００Ｐａ程度の真空度の低い高圧状態での制御でも良い。

チャンバ２００にターボ分子ポンプ４１０とドライポンプ４２０を併設して、低圧制御の場合と高圧制御の場合とで切り替えるのではなく、チャンバ２００に直接に接続するのはターボ分子ポンプ４１０にする。なお、補助的に使用するのであれば、ターボ分子ポンプ４１０からの排気をドライポンプ４２０で引いても良い。

チャンバ２００とターボ分子ポンプ４１０の間に介在させた排気バルブ３００の開度を調節することで、チャンバ２００からターボ分子ポンプ４１０に排出されるガスの流量が急激に変化しないように制御する。なお、排気バルブ３００は、ＡＰＣ（自動圧力制御）により、チャンバ２００内が指定した圧力となるように自動的に弁体の位置が制御される。半導体製造装置１００の全体又は一部は、制御部５００でコントロールされる。

制御部５００は、排気バルブ３００のモータ３１０から開度信号５３０を受信して現在の開度を取得する。また、制御部５００は、チャンバ２００に設けられた圧力計２１０から圧力信号５１０を受信して現在のチャンバ２００内の圧力を取得する。さらに、制御部５００は、チャンバ２００にプロセスガス２３０を導入するためのマスフローコントローラ２２０から流量信号５２０を受信してチャンバ２００に導入しているガス流量を取得する。なお、流量信号５２０については、例えば、制御部５００で出力する流量指令のようなものでも良い。

制御部５００は、設定された目標圧力となるように、圧力信号５１０や流量信号５２０などから圧力指示値を算出し、さらに圧力指示値から排気バルブ３００の開度指示値を算出し、モータ３１０に駆動信号５４０を送信する。モータ３１０は、駆動信号５４０に基づき、排気バルブ３００の開度が開度指示値となるように排気バルブ３００の弁体を動作させる。

圧力指示値は、ランプレートに従って算出する。ランプレートは、排出ガス流量上限、流入ガス流量、チャンバ容積をパラメータとして、式１により算出される。なお、単位は一例であり、圧力単位や流量単位を変えても良い。
［式１］
ランプレート［ｍＴｏｒｒ／ｓｅｃ］＝（排出ガス流量上限［ｓｃｃｍ］−流入ガス流量［ｓｃｃｍ］）／（チャンバ容積［Ｌ］×係数）

排出ガス流量上限は、チャンバ２００から排出されるガス流量の上限値であり、ターボ分子ポンプ４１０の許容流量を超えない範囲で設定される。流入ガス流量は、マスフローコントローラ２２０からの流量信号５２０から設定される。チャンバ容積は、予め取得されたチャンバ２００の容積から設定される。なお、単位変換用の係数として０．０８を用いる。

図３（ａ）に示すように、ランプレートに従って制御しない場合は、初期のチャンバ２００内の圧力６００が高い状態で、目標圧力が低い状態であると、圧力６００を一気に目標圧力に近付けようとして圧力指示値６１０も一気に下げられ、チャンバ２００内の圧力６００もそれに追従して急激に減圧される。

図３（ｂ）に示すように、ランプレートに従って制御した場合、圧力指示値６１０ａが緩やかに目標圧力に到達するように設定され、それに追従するように緩やかにチャンバ２００内の圧力６００ａが下がっていく。

図４（ａ）に示すように、ランプレートに従って制御しなかった場合は、チャンバ２００内の圧力６００が短時間で目標圧力まで減圧されるのに対し、ランプレートに従って制御した場合は、チャンバ２００内の圧力６００ａが時間を掛けてゆっくりと目標圧力まで減圧される。

図４（ｂ）に示すように、ランプレートに従って制御しなかった場合、チャンバ２００内の圧力が目標圧力よりも高いうちは、圧力を一気に下げようとして、排出ガス流量６２０が急激に増え、ターボ分子ポンプ４１０の許容流量を超えてしまっている。なお、チャンバ２００内の圧力が目標圧力に近づくにつれて排出ガス流量６２０は減っていき、目標圧力に到達すると、流入ガス流量と排出ガス流量６２０が同じになる。

また、ランプレートに従って制御した場合、チャンバ２００内の圧力が目標圧力より高くても、排出ガス流量６２０ａがターボ分子ポンプ４１０の許容流量を超えないように、圧力の低下を緩やかに制限している。排出ガス流量６２０ａの増加を抑制するために、チャンバ２００内の圧力の低下も遅くしている。

大気圧から真空状態に減圧するような場合には、ランプレートにしたがって圧力指示値を経過時間ごとに変化させれば良い。チャンバ２００内の圧力を圧力指示値に追従させることで、チャンバ２００から排出されるガス流量が、ターボ分子ポンプ４１０の許容流量を超えないように制御される。

真空状態から昇圧するような場合には、チャンバ２００から排出されるガス流量が抑制されるので、ランプレートにしたがう必要はなく、圧力指示値はステップ変化などさせれば良い。

本発明によれば、チャンバ内を低圧制御するために設置したターボ分子ポンプを、高圧制御するときにも利用することで、排気系をコンパクトに配置することができる。ターボ分子ポンプを高圧制御する際に、ランプ制御により排出ガスが許容流量を超えないように圧力を調整するので、ターボ分子ポンプが損傷しないように保護することができる。

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、ターボ分子ポンプ４１０やドライポンプ４２０など真空ポンプ４００の種類は限定されず、チャンバ２００に連結される排気系が１つであれば良い。

１００：半導体製造装置
２００：チャンバ
２１０：圧力計
２２０：マスフローコントローラ
２３０：プロセスガス
３００：排気バルブ
３１０：モータ
４００：真空ポンプ
４１０：ターボ分子ポンプ
４２０：ドライポンプ
５００：制御部
５１０：圧力信号
５２０：流量信号
５３０：開度信号
５４０：駆動信号
６００：圧力
６１０：圧力指示値
６２０：排出ガス流量

上記の課題を解決するために、本発明は、チャンバからガスを吸引するターボ分子ポンプと、前記チャンバと前記ターボ分子ポンプとの間に配置される排気バルブと、を有し、前記チャンバを高圧から低圧に減圧するときに、前記チャンバから排出されるガスの流量が前記ターボ分子ポンプの許容流量を超えないように、ランプレートに従って算出した圧力指示値となるように、前記排気バルブの開度を調整する、真空バルブの制御方法であって、前記ランプレートは、前記チャンバの容積に応じて、前記チャンバから排出されるガスの流量上限であって前記ターボ分子ポンプの許容流量を超えない範囲で設定された流量上限と、前記チャンバに流入するガスの流量の差から求められる、ことを特徴とする。

Claims (3)

1. チャンバからガスを吸引するターボ分子ポンプと、
   前記チャンバと前記ターボ分子ポンプとの間に配置される排気バルブと、を有し、
   前記チャンバを高圧から低圧に減圧するときに、前記チャンバから排出されるガスの流量が前記ターボ分子ポンプの許容流量を超えないように、ランプレートに従って算出した圧力指示値となるように、前記排気バルブの開度を調整する、
   ことを特徴とする真空バルブの制御方法。
2. 前記ランプレートは、前記チャンバの容積に応じて、前記チャンバから排出されるガスの流量上限と、前記チャンバに流入するガスの流量の差から求められる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブの制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の制御方法で制御される、
   ことを特徴とする真空バルブ。

Images