JP2760331B2 - 真空排気装置 - Google Patents

真空排気装置

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JP2760331B2
JP2760331B2 JP7320530A JP32053095A JP2760331B2 JP 2760331 B2 JP2760331 B2 JP 2760331B2 JP 7320530 A JP7320530 A JP 7320530A JP 32053095 A JP32053095 A JP 32053095A JP 2760331 B2 JP2760331 B2 JP 2760331B2
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泰司 平賀
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空容器内に例え
ば窒素、酸素、水素、空気等のガスを導入して、真空容
器内の圧力を10-2Pa〜10-5Paの高真空領域〜超
高真空領域の広範囲に亘って導入ガスの所定分圧を維持
し、且つ一定の圧力に制御する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】真空容器内に窒素、酸素等のガスを導入
し、真空容器内の圧力を一定に維持する装置としては、
スパッタリング装置、プラズマCVD装置、プラズマエ
ッチング装置、プラズマ灰化装置等があり、これらは何
れも真空容器内を10-2Pa〜数Pa程度の高真空領域
〜中真空領域の圧力で一定に維持し、放電を利用して試
料表面の処理を行っている。これらの装置の一般的な真
空排気系及びガス導入系は、図7の如く真空ポンプ5及
び仕切弁10を備えた真空容器1と、内部の圧力を測定
する真空計8と、その真空容器1に窒素、酸素、水素等
のガスを供給するガス導入系とから構成されており、更
にそのガス導入系は、ガス供給源7からのガスを遮断す
る仕切弁12と導入ガス流量を制御する質量流量制御器
4とから構成されている。
【0003】この構成の真空排気装置に於ける真空容器
1内の圧力の制御方法は、まず仕切弁10を開いて真空
ポンプ5で真空容器1内を真空排気すると共に、必要に
よりベーキングヒーター(図示せず)によって真空容器
1内を加熱し、真空容器1内部からの放出ガスを充分少
なくして10-6〜10-4Paの圧力まで真空排気する。
その後、仕切弁12を開いてガス供給源7からの気体を
真空容器1内に導入し、真空計8で計測される圧力が所
望の値になるように質量流量制御器4にガス流量を設定
する。その後は、質量流量制御器4でガス流量を一定に
制御することで真空容器1内の圧力を一定にしている。
【0004】上記真空排気装置の他に、自動制御が進ん
だ装置は図8の如く、上記の構成に加えて真空計8で測
定された真空容器1内の圧力と設定圧力とを比較して、
制御すべきガス流量を質量流量制御器4に出力する圧力
制御器13を備え、真空容器1内の圧力を自動制御方式
するものがあり、この方式を用いた例としての半導体製
造装置の圧力調整方法は特開昭60−25232で開示
されている。
【0005】更に他の制御方法を用いた装置として、図
9に示す如く、真空容器1と真空ポンプ5との間に可変
コンダクタンスバルブ15を設け、ガス供給源7からの
導入ガスを質量流量制御器4で一定に制御すると共に、
真空計8で測定された真空容器内の圧力と設定圧力とを
比較してコンダクタンスバルブ15の開度を自動的に調
節するコンダクタンスバルブ制御器16を設けた真空排
気装置等がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した真空
排気装置はガスを導入した際の真空容器内圧力が10-3
Pa程度の圧力であれば容易に制御可能であるが、10
-4Pa以下の圧力で制御する場合には毎分0.01CC
以下の極微少のガス導入量を高精度に制御できる質量流
量制御器か、または毎秒数万〜数十万リットルという膨
大な排気速度を有した真空ポンプのいずれかが必要とな
る。しかしながら前述の極微少流量を制御できる質量流
量制御器及び毎秒数十万リットルという膨大な真空ポン
プは現存せず、従来の真空排気装置では10-4Pa以下
の圧力を精度良く制御することは不可能であった。ま
た、仮に製造できたとしても非常に高額なものになり、
実用的でないという問題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の真空排気装置
は、上述した課題を解決するために、真空容器内に導入
するガス流量を制御する質量流量制御器と真空容器との
間に、真空容器内を真空排気する真空ポンプとは独立し
た真空ポンプで内部が真空排気される中間室と、真空容
器と中間室との間に位置し、コンダクタンスが調整可能
な可変コンダクタンスバルブとを備えたことを特徴とす
る。
【0008】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の一実施形態例の真空排気装
置の構成図である。試料を内部に装着する真空容器1に
は、真空容器1内を真空排気する真空ポンプ5が仕切弁
10を介して接続されている。一方、ガス供給源7から
真空容器内1にガスを導入する系には、ガス供給源7か
らのガスを遮断する仕切弁12、導入するガス流量を一
定に制御する質量流量制御器4、内部が真空ポンプ6に
よって真空排気される中間室2、ハンドルを手動で回転
させて弁座と弁との間隙を調整することによって中間室
2から真空容器1に流入するガス流量を調整する可変コ
ンダクタンスバルブ3、そのガスを遮断する仕切弁9と
から構成されている。
【0009】本構成の真空排気装置での圧力制御方法
は、先ず、仕切弁9,10,11,12を閉じた状態で
真空ポンプ5,6を起動し、動作可能状態にする。次に
仕切弁10及び11を開き、真空容器1内及び中間室2
内を10-3Pa程度まで真空排気した後、ベーキングヒ
ーター(図示せず)で加熱して真空容器1内及び中間室
2内を充分に脱ガスして真空容器1内圧力及び中間室2
内圧力をガス導入時の制御圧力より1〜2桁程度低い圧
力まで真空排気する。
【0010】次に仕切弁12を開けてガス供給源7から
の導入ガスを質量流量制御器4を通して中間室2に導入
し、質量流量制御器4の設定流量を変化させて中間室2
内圧力を0.1〜数Pa程度に調整する。
【0011】その後、仕切弁9を開け、可変コンダクタ
ンスバルブ3の開度を調整して真空容器1内の圧力を真
空計8で計測しながら所望の圧力に調整する。この際質
量流量制御器4で導入するガス流量は可能な限り少なく
することで真空ポンプ5,6の所要排気量を低減するこ
とができる。
【0012】しかしながら現有する質量流量制御器は毎
分1CCの物が最小であり、この質量流量制御器を用い
ても制御精度を配慮すると制御ガス流量は毎分0.5C
C程度が実用可能な最小値となる。
【0013】本実施形態例に於いて質量流量制御器4か
らガスを毎分数CC導入し、真空容器1内の圧力を10
-5Paに制御する場合の各部の諸元の一例を示すと、真
空ポンプ5の排気能力が毎秒数百リットル、真空ポンプ
6の排気能力が毎秒数十リットルという小型の真空ポン
プでよいことになる。尚、その際可変コンダクタンスバ
ルブ3を通して真空容器1内に流入するガス量と、真空
ポンプ6で排気されるガス量の比率は大凡1:1000
であり、導入したガスの極微量を真空容器1内に導入す
ることで10-5Paという高真空領域での圧力調整が可
能となる。
【0014】図2は上記実施形態例の圧力制御方法を、
更に高精度且つ自動的な制御を可能にした第2の実施形
態例を示す構成図である。図1の構成に加え、中間室2
とその中間室を排気する真空ポンプ6との間に真空ポン
プ6への排気量を調整する可変コンダクタンスバルブ1
4と、真空容器1の設定圧力と真空計8で測定された真
空容器1内の圧力とを比較して質量流量制御器4に制御
すべきガス流量を出力する圧力制御器13とを備えてい
る。
【0015】本構成の真空排気装置での圧力制御方法
は、中間室2内圧力を可変コンダクタンスバルブ14で
最適値に調整した後、圧力制御器13で真空容器1内を
設定圧力に維持すべく質量流量制御器4の設定流量を常
に制御する方式を採用している。従って、本実施形態例
の構成の真空排気装置は、中間室の真空排気系に可変コ
ンダクタンスバルブ14を設けたことで中間室2内の圧
力が広範囲に調整可能であり、換言すれば真空容器内の
制御可能圧力範囲を広げる効果がある。更に真空容器1
内の圧力変動を質量流量制御器4に帰還させることで、
真空容器内の圧力を長時間安定させて制御することが可
能である。
【0016】図3は図2の可変コンダクタンスバルブ1
4に代えて、真空容器1とその真空容器1を排気する真
空ポンプとの間に可変コンダクタンス15を設けた第3
の実施形態例を示す構成図である。本実施形態例の真空
排気装置は、真空容器1内の圧力を可変コンダクタンス
バルブ15で予め調整し、その後は図2と同様に真空容
器1内の圧力変動を質量流量制御器4に帰還させること
で真空容器1内の圧力を一定に制御する方式であり、第
2の実施形態例とほぼ同等の効果が得られる。
【0017】図4は図2及び図3の圧力制御器13に代
えて、真空容器1と中間室2との間に設けられた可変コ
ンダクタンスバルブ3を制御するコンダクタンスバルブ
制御器16を設けたことを特徴とする第4の実施形態例
を示す真空排気装置の構成図である。本実施形態例では
真空容器1内の圧力変動をコンダクタンスバルブ制御器
16で可変コンダクタンスバルブ3の開度を制御するこ
とで真空容器1内圧力を一定に制御している。本方法で
は、真空容器1内に導入するガス流量を直接制御するた
め応答性に優れ、制御精度も向上する。
【0018】図5は第5の実施形態例を示す真空排気装
置の構成図である。第4の実施形態例がコンダクタンス
バルブ制御器16で真空容器1と中間室2との間に設け
られた可変コンダクタンスバルブ3を制御する方式に比
し、本実施形態例では真空容器1内を真空排気する真空
ポンプ5の真空容器1側に設けられた可変コンダクタン
スバルブ15を制御する方式である。本方式も真空容器
1内の圧力変動を真空容器から真空ポンプ5に排気され
る実効排気速度を直接制御する方法であり、第4の実施
形態例とほぼ同等の性能が得られる。
【0019】図6は第6の実施形態例を示す本発明の真
空排気装置の構成図である。本実施形態例は中間室2と
その中間室を排気する真空ポンプ6との間に設けられた
可変コンダクタンスバルブ14をコンダクタンスバルブ
制御器16で制御することで、真空容器1内の圧力を一
定に制御する方式である。本実施形態例は真空容器1内
を排気する真空ポンプ5より排気能力が小さくて済む中
間室の真空ポンプ6の実効排気速度を制御するものであ
り、第5の実施形態例より制御精度が若干劣るが、小型
のコンダクタンスバルブで良いという利点がある。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による真空
排気装置は、試料を内部に装着し処理または特性評価を
行う真空容器へのガス導入系に、真空容器を真空排気す
る真空ポンプとは独立した真空排気系を有する中間室を
設け、更に真空容器と中間室との間にコンダクタンスが
調整できる可変コンダクタンスバルブを設けることで、
従来技術では実現できなかった10-4Pa以上という真
空容器内圧力を形成でき、それに加え10-5Pa〜10
-2Paという広範囲の圧力にも調整ができ、更に真空容
器内の圧力を測定し、この測定圧力を基にコンダクタン
スバルブ制御器または圧力制御器で質量流量制御器また
はコンダクタンスバルブを制御することで、高精度に制
御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による真空排気装置の第1の実施形態例
を示す構成図。
【図2】本発明による真空排気装置の第2の実施形態例
を示す構成図。
【図3】本発明による真空排気装置の第3の実施形態例
を示す構成図。
【図4】本発明による真空排気装置の第4の実施形態例
を示す構成図。
【図5】本発明による真空排気装置の第5の実施形態例
を示す構成図。
【図6】本発明による真空排気装置の第6の実施形態例
を示す構成図。
【図7】従来技術による真空排気装置を示す基本構成
図。
【図8】従来技術による自動圧力制御機能を設けた第1
の真空排気装置を示す構成図。
【図9】従来技術による自動圧力制御機能を設けた第2
の真空排気装置を示す構成図。
【符号の説明】
1 真空容器 2 中間室 3,14,15 可変コンダクタンスバルブ 4 質量流量制御器 5,6 真空ポンプ 7 ガス供給源 8 真空計 9,10,11,12 仕切弁 13 圧力調整器 16 コンダクタンスバルブ制御器

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料を内部に装着する真空容器と、該真
    空容器と仕切弁を介して接続され、該真空容器内を真空
    排気する第1の真空ポンプと、ガス供給源からのガスを
    該真空容器内に導入する質量流量制御器と、該質量流量
    制御器と前記真空容器との間に位置し、前記第1の真空
    ポンプとは独立した第2の真空ポンプで内部が真空排気
    される中間室と、前記真空容器と前記中間室との間に位
    置し、コンダクタンスの調整が可能な第1の可変コンダ
    クタンスバルブとを備えた真空排気装置。
  2. 【請求項2】 前記中間室と前記第2の真空ポンプとの
    間にコンダクタンスの調整が可能な第2の可変コンダク
    タンスバルブを設けた請求項1記載の真空排気装置。
  3. 【請求項3】 前記真空容器と前記第1の真空ポンプと
    の間に、コンダクタンスの調整が可能な第3の可変コン
    ダクタンスバルブを設けた請求項1記載の真空排気装
    置。
  4. 【請求項4】 前記真空容器内の圧力を測定する真空計
    と、前記真空容器内の制御圧力を設定し、前記真空計で
    測定された真空容器内の圧力と前記制御圧力とを比較し
    て制御すべきガス流量を前記質量流量制御器に出力する
    圧力制御器とを備えた請求項1記載の真空排気装置。
  5. 【請求項5】 前記真空容器内の圧力を測定する真空計
    と、前記真空容器内の制御圧力を設定し、前記真空計で
    測定された真空容器内の圧力と前記制御圧力とを比較
    し、前記第2の可変コンダクタンスバルブを制御するコ
    ンダクタンスバルブ制御器とを備えた請求項記載の真
    空排気装置。
  6. 【請求項6】 前記真空容器内の圧力を測定する真空計
    と、前記真空容器内の制御圧力を設定し、前記真空計で
    測定された真空容器内の圧力と前記制御圧力とを比較し
    前記第3の可変コンダクタンスバルブを制御するコンダ
    クタンスバルブ制御器とを備えた請求項3記載の真空排
    気装置。
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JP4288297B1 (ja) 2008-01-09 2009-07-01 三菱重工業株式会社 圧力制御装置および圧力制御方法
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