JP2582993B2 - スローベントバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置等で使
用されるロードロック室等の真空チャンバー内の状態を
真空と大気圧とに繰り返しさせるための真空装置に関
し、さらに詳細には、真空状態の真空チャンバーの内部
に窒素ガス等を徐々に供給することにより、パーティク
ルの発生を低減するスローベントバルブに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体の製造工程においてプ
ラズマエッチング、スパッタエッチングや化学エッチン
グ等は、真空チャンバー内で行われている。そして、真
空チャンバー内にウエハを出し入れする時には、ロード
ロック室が広く使用されている。それは、ウエハを出し
入れする時には真空を形成している遮断壁を開閉せざる
をえないが、エッチング加工等を行う真空チャンバーは
容積が大きいため、加工を行う真空チャンバーに容積の
小さい真空チャンバーであるロードロック室を設けてい
る。容積の大きい真空チャンバーを高い真空状態にする
には長い時間がかかり効率が悪いからである。

【０００３】ここで、ロードロック室内のウエハを大気
中に取り出すため、真空状態にあるロードロック室内に
窒素ガス等の不活性ガスを供給して真空を破壊する時
に、ロードロック室内の床面や壁面に付着しているパー
ティクルが巻き上げられ空中に浮遊して、ウエハ上に付
着して半導体の性能に悪影響を与える問題が知られてい
る。真空破壊時のパーティクルの発生を回避するため
に、真空状態のロードロック室内に窒素ガスを供給する
ときに、リークバルブを使用して、ガス流量を徐々に増
加させる方法が特開平３−２８３６１２号公報で提案さ
れている。リークバルブとは制御回路により通電を開始
した後、一定時間すると弁が所定の開度にされるように
弁を徐々に開く制御を行うバルブである。流量を計測し
ながら弁開度を調節して任意の流量を流す流量制御弁は
高価であり、真空破壊には、リークバルブが広く使用さ
れている。

【０００４】従来、スローベントバルブとして使用され
るリークバルブは、ロードロック室とガス供給源とを接
続する管路上に取り付けられている。従来のリークバル
ブの構成を図７に断面図で示す。従来使用されているリ
ークバルブは、通電時に弁体と弁座とが当接しているノ
ーマルクローズ型リークバルブである。プランジャ１４
が梁状の板バネ１５により弁座に当接されている。コイ
ル１１に通電されることにより、プランジャ１４が弁座
から徐々に離間して、その隙間からガスが流れる。右側
がチャンバー側通路１６であり、左側がガス弁側通路１
７である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スローベントバルブには次のような問題があった。 （１）リークバルブは、コイルにかける電圧と復帰バネ
とのバランスを取ることにより、弁体が弁座と離間する
隙間の大きさを変化させてガス流量を制御しているが、
弁体と弁座との隙間と電圧との関係をリニアに保つこと
の必要から、弁体が弁座に当接しているときであって
も、シールが完全でなく、ガス通路２０に残留したガス
が僅かずつシール部を構成する弁体と弁座の隙間から漏
れる。これにより、０．５ｃｍ³／ｍｉｎ程度の弁座漏
れが発生する。

【０００６】そのため、真空ポンプにより真空チャンバ
ー内を１０^-3Ｐａ程度の高真空にすることができなかっ
た。一方、近年半導体製造工程のエッチング装置等にお
いては高い集積度を達成するためより高い真空が必要と
されている。そのため、従来のスローベントバルブで
は、十分な真空を形成することができず、半導体製品の
性能の向上に悪影響を与えていた。このことは、パーテ
ィクルの発生を回避するためにガスと接触する部分に摺
動部やネジ部を形成できないスローベントバルブでは特
に大きい問題であった。

【０００７】本発明の目的は、真空状態のチャンバーに
ガスを供給して大気圧とする場合に、ガス供給によるパ
ーティクルの発生が少なく、かつ高いシール性を有して
おり高真空を達成することが容易なスローベントバルブ
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のスローベントバルブは、真空ポンプにより
真空状態とされる密閉容器とガス供給源とを連通する管
路に設けられ真空状態の密閉容器内にガスを供給して大
気圧にするリークバルブと、リークバルブへの通電を開
始した後時間経過に応じてリークバルブの弁開度を所定
開度まで徐々に変化させる弁開度制御手段とを有するス
ローベントバルブであって、リークバルブとガス供給源
との間の管路に付設されるガス開閉弁を有すると共に、
リークバルブがノーマルオープン型リークバルブであ
る。

【０００９】また、本発明のスローベントバルブは、真
空ポンプにより真空状態とされる密閉容器とガス供給源
とを連通する管路に設けられ密閉容器内にガスを供給し
て大気圧にするリークバルブと、リークバルブへの通電
を開始した後時間経過に応じてリークバルブの弁開度を
所定開度まで徐々に変化させる弁開度制御手段とを有す
るスローベントバルブであって、リークバルブとガス供
給源との間の管路に付設されるガス開閉弁を有し、リー
クバルブがノーマルオープン型リークバルブであると共
に、リークバルブへの通電を開始してから所定時間後に
ガス開閉弁を開くガス開閉弁制御手段を有している。

【００１０】また、本発明のスローベントバルブは、真
空ポンプにより真空状態とされる密閉容器とガス供給源
とを連通する管路に設けられ密閉容器内にガスを供給し
て大気圧にするリークバルブと、リークバルブへの通電
を開始した後時間経過に応じてリークバルブの弁開度を
所定開度まで徐々に変化させる弁開度制御手段とを有す
るスローベントバルブであって、リークバルブとガス供
給源との間の管路に付設されるガス開閉弁を有し、リー
クバルブがノーマルオープン型リークバルブであると共
に、リークバルブに通電を開始した後、リークバルブの
弁開度が所定開度になるまでの時間を設定するリーク時
間設定手段を有している。

【００１１】

【作用】上記の構成よりなる本発明のスローベントバル
ブにより真空チャンバーの真空を破壊する方法について
説明する。スローベントバルブの弁開度制御手段は、信
号入力手段により通電信号が入力すると、始めにノーマ
ルオープン型リークバルブに通電を行いリークバルブを
全閉状態にする。また、同じ通電信号を受けた後１〜２
秒経過してから、ガス開閉弁制御手段を介して、ガス開
閉弁を全開状態にする。そして、リークバルブのコイル
に徐々に変化する電圧を与え、所定時間で弁が所定開度
になるようにする。リークバルブの開度が所定開度の状
態で、リークバルブの開度を保持する。このとき、真空
状態の真空チャンバー内に徐々にガスを供給しているの
で、真空チャンバーの床面や壁面に付着しているパーテ
ィクルが巻上がらない。

【００１２】そして、大気圧スイッチが真空チャンバー
内が大気圧になったことを検出すると、リークバルブの
弁開度を１００％とする。また、ガス開閉弁制御手段に
よりガス開閉弁を閉じる。次に、真空チャンバー内を真
空にする方法について説明する。スローベントバルブの
弁開度制御手段は、ガス開閉弁を閉じて、リークバルブ
への通電を止めてリークバルブを全開状態とする。この
状態で真空ポンプにより真空チャンバー内のガスを抜く
ことにより、ガス開閉弁が完全に遮断されていてシール
部での漏れがないため、真空チャンバー内を高い真空に
することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例であるス
ローベントバルブについて図面を参照して詳細に説明す
る。図１に真空チャンバー内に窒素ガスを供給して大気
圧状態にするためのスローベントバルブの構成を示す。
ロードロック室である真空チャンバー４が、エッチング
室である図示しない真空チャンバーに隣合わせに付設さ
れている。真空チャンバー４とエッチング室とを隔てる
壁には図示しない開閉ドアが取り付けられている。

【００１４】また、真空チャンバー４には管路を経由し
て、通電時に弁が閉鎖するノーマルオープン型リークバ
ルブ１が接続している。ここで、リークバルブ１はリー
ク弁部９とリーク制御部８とにより構成されている。真
空チャンバー４には、真空チャンバー４内の圧力が大気
圧になったことを検出するための大気圧スイッチ５が連
通している。リーク弁部９には、管路を経由してガス開
閉弁であるガス弁２ａが接続している。ガス弁２ａに
は、管路を経由して窒素ガスの供給源であるガスタンク
３が接続している。また、ガス弁２ａは空気を作動流体
とするパイロット弁であり、ガス弁２ａには、作動空気
を供給する電磁弁２が接続している。

【００１５】次に、ノーマルオープン型リークバルブ１
の機械的構成を図２により説明する。中空状のコイルボ
ビン１２に導線が巻かれてなるコイル１１の中空部に固
定鉄心１８が嵌着固定されている。コイル１１の導線の
両端には、コイル１１に通電するための接続端子１３が
接続している。固定鉄心１８の中心にはガス通路２０が
穿設されている。また、ガス通路２０の右側には、チャ
ンバー側通路１７が連通している。固定鉄心の左端部に
は、平面構造の弁座１８ａが形成されている。

【００１６】弁座１８ａに当接してプランジャ１４が、
図３に示すように梁状の板バネ１５の中央部に取り付け
られている。板バネ１５の外周部は、弁本体及びスペー
サ１９に挟まれて固定されている。プランジャ１４は、
磁性体金属本体に弾性体であるフッ素ゴムからなるシー
ル部である弁体１４ａが一体的に成形されている。プラ
ンジャ１４は、板バネ１５により弁体１４ａが弁座１８
ａと離間する位置で保持されている。そして、コイル１
１に通電されることによりプランジャ１４が固定鉄心１
８に吸引され、弁体１４ａが弁座１８ａに当接する。プ
ランジャ１４の空間に連通してガス開閉弁側通路１６が
穿設されている。

【００１７】次に、スローベントバルブの制御について
説明する。本実施例ではスローベントバルブの制御回路
を、リークバルブ１の制御回路であるリーク制御部８に
含めている。リークバルブ１の弁開度を制御するための
弁開度制御回路２９には、通電開始後弁開度が所定開度
になるまでの所定時間を計数するタイマー回路２２と、
スローリーク開始のタイミングを調整するバイアス回路
２３と、ガス弁２ａに作動空気を送ってガス弁２ａの開
閉を制御する電磁弁２を作動させるガス開閉弁制御回路
２７が含まれている。

【００１８】弁開度制御回路２９には、通電開始後弁が
所定開度になるまでの所定時間を変更可能なリーク時間
調整可変抵抗２１が接続している。また、弁開度制御回
路２９には、通電開始信号を伝える信号入力手段２８が
接続している。また、弁開度制御回路２９には、コイル
１１に電流を供給するドライバー回路２４が接続してい
る。ドライバー回路２４にはリークバルブ１のコイル１
１が接続している。また、弁開度制御回路２９には、ド
ライバー回路２６を介して電磁弁２のコイル２５が接続
している。

【００１９】次に、上記構成を有するスローベントバル
ブの作用について説明する。図４にスローベントバルブ
の作用を順次図解した説明図を示す。真空チャンバー４
には、ノーマルオープン型リークバルブ１、ガス弁２ａ
及びガスタンク３が直列に接続している。また、真空チ
ャンバー４には、真空弁６及び真空ポンプ７が直列に接
続している。始めに、真空チャンバー４の外側に設けら
れたドアを開いて真空チャンバー４内にウエハを供給し
た後、ドアを閉じて真空チャンバー４を密閉する。ガス
弁２ａが閉じられて、リークバルブ１に通電されずにリ
ークバルブ１が全開されて、真空弁６が全開された状態
で真空ポンプ７が駆動される。

【００２０】真空ポンプ７により、真空チャンバー４内
が真空状態にされる。このとき、ガス弁２ａが閉じてい
るので、窒素ガスＮが漏れることが全くないため、従来
のノーマルクローズ型リークバルブを使用する場合と比
較して、真空チャンバー４内の真空度を高くすることが
できる。また、リークバルブ１がノーマルオープン型で
あり、全開状態で通電されていないため、真空ポンプ７
により真空チャンバー４内を真空状態にするのに時間が
かかった場合でも、リークバルブ１のコイル１１が加熱
して故障することがない。真空チャンバー４内が所定の
真空状態になったことを真空ポンプ７が検出すると、真
空ポンプ７は停止して、真空チャンバー４のエッチング
室と隣接するドアが開かれて、ウエハがエッチング室に
搬入される。また、エッチング室で加工されたウエハが
エッチング室から真空チャンバー４に搬出される。

【００２１】次に、真空弁６が閉じられ、リークバルブ
１に通電が開始され真空チャンバー４内の圧力が真空か
ら大気圧にされる過程について説明する。リークバルブ
１の弁開度を図６の（ｄ）に、リークバルブ１への信号
入力及び電磁弁２の弁開度を図６の（ａ）に、リークバ
ルブ１を流れる窒素ガスＮの流量を図６の（ｂ）に、真
空チャンバー４内の圧力の変化を図６の（ｃ）に示す。
リークバルブ１の弁開度制御回路２９は、スローベント
モードとクリーニングモードの２つのモードを有してい
る。通常の作用においては、スローベントモードが使わ
れる。すなわち、図６の（ｄ）に示すように、通電信号
が信号入力手段２８から弁開度制御回路２９に入力する
と、バイアス回路２３は、ドライバー回路２４を介し
て、リークバルブ１ののコイル１１に通電してリークバ
ルブ１を全閉状態にする。

【００２２】次に、弁開度制御回路２９は通電信号を受
けた後１〜２秒経過してから、ガス開閉弁制御回路２７
及びドライバー回路２６を介して、電磁弁２のコイル２
５への通電を止めてガス弁２ａを全開状態にする（Ｓ
１）。ここで、通電信号を受けた後１〜２秒の遅れ時間
を設けているのは、リークバルブ１としてノーマルオー
プン型を使用しているため、通電信号を受けた後まずリ
ークバルブ１を全閉状態にするために０．５秒程度必要
だからである。そして、弁開度制御回路２９とにより、
図６の（ｃ）に示すように、リークバルブ１のコイル１
１に徐々に増加する電圧を与え、所定時間で弁が所定開
度Ｈになるようにする（Ｓ２）。

【００２３】リークバルブ１の開度が所定開度Ｈの状態
で、リークバルブ１を保持する。そして、大気圧スイッ
チ５が真空チャンバー４内が大気圧になったことを検出
すると、弁開度制御回路２９は、リークバルブ１の弁開
度を１００％とする（Ｓ３）。また、図６の（ｄ）に示
すように、ガス開閉弁制御回路２７はドライバー回路２
６により電磁弁２のコイル２５に通電を行いガス弁２ａ
を閉じる。この状態で、真空チャンバー４の外側のドア
が開放されて処理済みのウエハが取り出され、新たに加
工するためのウエハが装着される。そして、再び、
（ａ）〜（ｄ）が繰り返される。

【００２４】次に、別のモードであるクリーニングモー
ドについて説明する。クリーニングモードは、定期的に
真空チャンバー４内のパーティクルを除去するために使
用されるモードである。従って、床面や壁面に付着して
いるパーティクルを積極的に巻き上げる必要があるた
め、リークバルブ１は全開状態にして電磁弁２、ガス弁
２ａと真空弁６のオンオフ制御のみで真空チャンバー４
内のバキュームとベントとを繰り返す。パーティクルの
除去には、多くの時間がかかるが、ノーマルオープン型
リークバルブ１を使用しているので、コイルに通電する
必要がないため、コイルが破損することがなく、またエ
ネルギを省力することができる。

【００２５】上記実施例のスローベントバルブによれ
ば、リークバルブ１とガスタンク３との間の管路に付設
されるガス弁２ａを有し、リークバルブ１がノーマルオ
ープン型リークバルブであるので、真空破壊時にパーテ
ィクルの巻き上げが少なく、かつ真空チャンバー４を真
空状態にするときに、全く漏れがないため、真空チャン
バー４内を高真空状態にすることができ、半導体の性能
を向上させることができる。また、真空ポンプ７で真空
チャンバー４内のガスを抜くには時間がかかるが、その
間ノーマルオープン型リークバルブ１には通電されてい
ないので、コイルが加熱することがなく、リークバルブ
１の故障が減少する。また、省エネルギとなる。

【００２６】また、リークバルブ１への通電を開始して
から１〜２秒後に電磁弁２を駆動してガス弁２ａを開く
ガス開閉弁制御回路２７を有しているので、ノーマルオ
ープン型リークバルブ１を使用しても電磁弁２が開く前
にリークバルブ１を全閉できる。また、リークバルブ１
に通電を開始した後、リークバルブ１の弁開度が所定開
度Ｈになるまでの時間Ｓ２を設定するリーク時間調整可
変抵抗２１を有しているので、真空チャンバー４の容積
が異なったときでも、各真空チャンバー４において最も
パーティクルの発生の少ない条件を実験により確かめる
のが容易である。

【００２７】以上本発明のガス供給装置について実施例
に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限
定されることなく、色々な変形が可能である。例えば、
本実施例では弁開度制御回路２９を構成するタイマー回
路２２、バイアス回路２３等をハード回路で構成した
が、マイクロコンピュータを用いてソフトにより行って
もよい。また、ガス開閉弁制御回路を電磁弁２に設けて
も良いし、中央制御装置に設けても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のスローベントバルブによれば、ノーマルオープン
型リークバルブとガス供給源との間の管路に付設される
ガス開閉弁を有しているので、真空チャンバー内を真空
状態から大気圧状態にする時にパーティクルの巻き上げ
が少なく、かつ真空チャンバーを真空状態にするとき
に、全く漏れがないため、真空チャンバー内を高真空状
態にすることができ、半導体の性能を向上させることが
できる。また、真空ポンプで真空チャンバー内のガスを
抜くには時間がかかるが、その間ノーマルオープン型リ
ークバルブには通電されていないので、コイルが加熱す
ることがなく、リークバルブの故障が減少する。また、
省エネルギとなる。

【００２９】また、リークバルブへの通電を開始してか
ら１〜２秒後にガス開閉弁を開くガス開閉弁制御手段を
有しているので、ノーマルオープン型リークバルブを使
用してもガス開閉弁が開く前にリークバルブを全閉でき
る。また、リークバルブに通電を開始した後、リークバ
ルブの弁開度が所定開度になるまでの時間を設定するリ
ーク時間設定手段を有しているので、真空チャンバーの
容積が異なったときでも、真空チャンバーに対応して最
もパーティクルの巻き上げの少ない条件を実験により確
かめるのが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるスローベントバルブの
構成を示すシステム図である。

【図２】ノーマルオープン型リークバルブの構造を示す
断面図である。

【図３】弁体と弁座との構成を示す分解斜視図である。

【図４】スローベントバルブの作用を示す説明図であ
る。

【図５】スローベントバルブの制御回路を示すブロック
図である。

【図６】スローベントバルブの作用を示すデータ図であ
る。

【図７】従来のリークバルブの構成を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ リークバルブ ２ 電磁弁 ２ａ ガス弁 ３ ガスタンク ４ 真空チャンバー ６ 真空弁 ７ 真空ポンプ ８ リーク制御部 ２１ リーク時間調整可変抵抗 ２２ タイマー回路 ２３ バイアス回路 ２７ ガス開閉弁制御回路 Ｎ 窒素ガス

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空ポンプにより真空状態とされる密閉
   容器とガス供給源とを連通する管路に設けられ、真空状
   態の密閉容器内にガスを供給して大気圧にするリークバ
   ルブと、リークバルブへの通電を開始した後時間経過に
   応じて、リークバルブの弁開度を所定開度まで徐々に変
   化させる弁開度制御手段とを有するスローベントバルブ
   において、 前記リークバルブと前記ガス供給源との間の管路に付設
   されるガス開閉弁を有すると共に、 前記リークバルブがノーマルオープン型リークバルブで
   あることを特徴とするスローベントバルブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するスローベントバルブ
   において、 前記リークバルブへの通電を開始してから所定時間後に
   前記ガス開閉弁を開くガス開閉弁制御手段を有すること
   を特徴とするスローベントバルブ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載するスローベントバルブ
   において、 前記リークバルブに通電を開始した後、前記リークバル
   ブの弁開度が所定開度になるまでの時間を設定するリー
   ク時間設定手段を有することを特徴とするスローベント
   バルブ。