JP3261537B2 - 処理室の圧力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば薄膜成長やエッ
チング等の処理を行う処理室のように、圧力制御手段に
よって所望の圧力に制御される処理室の圧力制御装置に
係り、特に処理室の圧力をより迅速かつ的確に要求圧力
に到達させるための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような処理室の圧力制御は、従
来、圧力センサを利用したクローズループ系が一般的で
ある。この圧力制御装置は、圧力センサのほか、給気系
または排気系に設けた圧力調整バルブと、圧力調整器か
らなっている。なお、圧力調整器はプログラム方式（ソ
フトウェア処理方式）で代替えしたものもある。制御は
ＰＩＤ制御が主流であり、プログラム方式によるものに
時間遅れを持たせたＯＮ・ＯＦＦ制御も一部で行なわれ
ていた。圧力センサはキャパシタンス・マノメータで、
その出力はアナログ信号であり、ＰＩＤ制御を組込んだ
圧力調整器またはプログラム方式は、圧力センサからの
アナログ信号である直流電圧信号を受取り、指令された
値と比較して実際の圧力が指令値と等しくなるように圧
力調整バルブの開度を制御するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＰＩＤ制御などのクロ
ーズループ制御は、到達圧力を正確に制御できる利点を
有しているが、目標圧力に到達する過程でオーバーシュ
ートおよびアンダーシュートを繰返し、所定圧力に到達
して安定するまでの時間が掛ると共に、オーバーシュー
トおよびアンダーシュートによる圧力変動によって処理
特性にバラツキを生じたり、処理室内に堆積した微粉等
の異物を舞上がらせたりするなどの不具合を生ずる。ま
た、オープンループ制御は要求圧力に対して圧力調整バ
ルプに与える制御量が適性であれば、迅速かつ的確に要
求圧力に到達させることができるが、要求圧力に対して
制御量を適正値に定めることが困難であり、かつ要求圧
力に対する制御量の適正値は処理に用いるガスの種類，
その流量ならびに処理温度等の処理条件によっても異な
るため、制御精度を高めることが困難である。

【０００４】本発明は、上記オープンループ制御の迅速
かつ的確な制御性を生かすと共に、適正な制御量の設定
の困難性を解決し、迅速、的確にしてより高精度な圧力
制御を容易に行うことのできる処理室の圧力制御装置を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、圧力調整バルブのような圧力制御手段によ
って所望の圧力に制御可能な処理室の圧力制御装置にお
いて、処理室の圧力を処理条件に従って定められる所定
値にほぼ保つことのできる圧力制御情報を、処理に用い
るガスの種類，その流量ならびに処理温度の少なくとも
１つの処理条件との組合わせでそれぞれ記憶する手段
と、処理室の要求圧力及び前記の少なくとも１つの処理
条件に対応して与えられた実行処理条件に応じて前記圧
力制御情報から要求圧力及び実行処理条件に応じた圧力
制御情報を選定する手段と、選定された圧力制御情報に
基づいて圧力制御手段をオープンループ制御により制御
して処理室の圧力を制御する手段と、を具備するもので
ある。なお、上記圧力制御装置には、処理室の圧力を所
定値にほぼ保つことのできる圧力制御情報を学習し、こ
の圧力制御情報を記憶手段に記憶させる手段を具備させ
ることが好ましい。

【０００６】

【作用】好ましくは所定の処理条件のもとで学習された
圧力制御情報を記憶させておき、実行する処理条件と共
に要求圧力を与えれば、適正な圧力制御情報が選定さ
れ、いわゆるオープンループ制御によって処理室が要求
圧力に迅速かつ的確に制御される。なお、処理室の圧力
が要求圧力の近傍に到達した後にはＰＩＤ制御等のクロ
ーズドループ制御に切換えてもよい。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例について図１ないし図
１０を参照して説明する。図１は縦型気相成長装置の外
観図で、１１は高周波発生部、１２，１３は処理炉Ｒ
１，Ｒ２を備えた気相成長装置の本体である。１４は制
御部で、各処理炉Ｒ１，Ｒ２へのガス流量、温度および
後述する圧力などを制御するためのものである。１４Ａ
は操作パネルであり、操作キー入力部や、ディスプレイ
ユニットを含んでいる。１２Ａ，１３Ａは、処理炉Ｒ
１，Ｒ２の開閉等の操作を行うための操作盤である。

【０００８】 図２は、処理炉Ｒ１またはＲ２の断面と圧
力制御構成機器を示す図である。図２において、ベース
２０上にはリング２１が設置され、このリング２１上に
はベルジャ２２が昇降ユニット２３により上下に移動可
能に置かれている。ベルジャ２２はクランプ片２４によ
り下方へ押圧され、ベルジャ２２とリング２１との間お
よびリング２１とベース２０との間をそれぞれ気密に閉
じ、処理室２５を形成するようになっている。

【０００９】リング２１の中心には、ベース２０の下方
から処理室２５内に伸びる中空軸２６が設けられ、この
中空軸２６の上端に円板上のサセプタ２７が取付けられ
ている。中空軸２６は伝動装置２８を介してサーボモー
タ等の回転速度を制御可能なモータ２９により回転を与
えられるようになっている。中空軸２６内にはノズル３
０が設けられ、下端３０ａから反応ガスやパージガスを
導入し、上部のノズル孔３１から処理室２５へ反応ガス
等を吹出すようになっている。

【００１０】４０は、処理室２５から排ガスおよび未反
応の反応ガス等を排出するための排気管であり、わずか
な負圧を含む常圧時には排気バルブ４１およびスクラバ
等の処理槽４２を介して排気する。減圧時には、ゲート
バルブ４３，バタフライバルブ等の圧力制御手段４４お
よび真空ポンプ４５を介して処理槽４２へ排気する。４
６は圧力センサであり、処理室２５の圧力を所定値に保
つための検出器である。

【００１１】 サセプタ２７の下方には加熱コイル３２が
うず巻状に設けられ、図１に示した高周波発生部１１か
ら高周波電力を供給され、サセプタ２７を加熱すること
により、その上に配列された基板１００を誘導加熱し、
ノズル孔３１から吹出された反応ガスにより基板１００
の表面上に気相成長させるようになっている。

【００１２】図３は圧力制御ブロック図で、４７は図１
に示した制御部１４内に組込まれている圧力調整ユニッ
トである。この圧力調整ユニット４７は市販されている
圧力調整器またはプログラム方式のいずれでもよい。圧
力調整ユニット４７は、後述する圧力制御情報θを与え
られ、これに応じてバタフライバルブ等の圧力制御手段
４４を作動させるオープンループによる制御部４７ａと
ＰＩＤ制御部４７ｂを有している。圧力センサ４６から
の信号は、圧力調整ユニット４７に対してはＰＩＤ制御
部４７ｂにフィードバックされる。

【００１３】図４は気相成長装置の制御ブロック図で、
５０は主計算機の中央処理ユニット（以下ＣＰＵとい
う）、５１はデータバス、５２はｉ／ｏバスである。デ
ータバス５１には、ＲＯＭ等からなる固定データを登録
する第１記憶部５３と、処理炉Ｒ１またはＲ２において
行われる一連の処理プロセスに関する例えば加熱温度，
ガス流量ならびに処理室圧力などのデータや後述する圧
力制御情報θを貯える第２記憶部５４が接続されてい
る。データバス５１には、さらに、第３記憶部５５が接
続されている。第３記憶部５５は、気相成長装置を働か
せるためのプロセス処理プログラム５５ａ，圧力制御情
報θを学習させる学習プログラム５５ｂ，学習された圧
力制御情報θによって処理室２５の圧力を制御する圧力
制御プログラム５５ｃおよび例えば第１記憶部５３から
第２記憶部５４に移されたデータを後述する入出力機器
５８中のキーボードからの指令によって修正・保存・登
録したりするためのその他（ＯＴＨＥＲ ＪＯＢ）処理
プログラム５５ｄを貯蔵している。

【００１４】第２記憶部５４は、気相成長装置の稼動中
に使用されるデータ、例えば後述する入出力機器５８の
キーボードおよび各種スイッチ，圧力センサ４６からの
アナログ信号をデジタル変換したもの等の入力データお
よびＯＮ・ＯＦＦ情報，ならびに第１記憶部５３から移
されたプロセス情報等のデータを一時的に貯える領域で
ある。

【００１５】ｉ／ｏバス５２には、圧力制御手段４４を
作動させる圧力調整ユニット４７等の各種作動部（図５
には圧力制御ユニット４７のみを示す）を制御するため
の出力モジュール５６が接続されている。またｉ／ｏバ
ス５２には、気相成長装置に付随している例えばキーボ
ード，リミットスイッチ，圧力スイッチ，押ボタンスイ
ッチ，弁，ランプならびに発光ダイオード等の入出力機
器５８とＣＰＵ５０とを接続するためのインターフェイ
スモジュール５７が接続されている。なお、前述した圧
力制御手段４４の開度を示す検出器や圧力センサ４６は
入出力機器５８に含まれる。

【００１６】図５は、処理室２５内で得られた学習圧力
（要求圧力）と圧力制御情報θならびにその登録・未登
録の条件フラグから構成されている圧力制御情報メモリ
の内容の一例を示す図である。学習圧力の単位は気相成
長装置に応じて決められるものであるが、本実施例にお
いてはｔｏｒｒを採用している。また、θ３０等で示し
ている圧力制御情報θの単位は圧力制御手段４４に応じ
て決められるもので、パルス値または電圧値等で表わさ
れる。登録欄の“１”，“０”は登録と未登録をそれぞ
れ示している。このメモリは図４の第２記憶部５４内に
あり、このメモリへの記憶，修正は、図４に示し後述す
る学習プログラム５５ｂや入出力機器５８中のキーボー
ドなどによって行われる。

【００１７】図６は、プロセスを実行する上で必要な一
連のシーケンスに対応するデータを記憶させたプロセス
プログラム群の中の１つのシーケンスであるプロセスプ
ログラムＰＰ（ｉ）を表わしたものである。これは、一
連のシーケンス中におけるｉ番目のシーケンスが、どの
ような圧力，温度，ガス種とその流量で行われるかを示
している。ここに示す圧力データが本発明における要求
圧力である。このように圧力データは、プロセスプログ
ラムＰＰ（ｉ）毎に加熱温度データや使用ガスに関する
データと組合わせて用いられ、同一圧力値でも温度やガ
スによって圧力制御情報θが若干異なるため、より正確
に制御する意味から、図５において圧力制御情報θを圧
力のみでなく加熱温度や使用ガスの種類および流量との
組合わせで使用できるようにメモリに記憶させておくこ
とが好ましい。なお、前記圧力データおよび圧力制御情
報θは温度やガスと独立させてもよい。

【００１８】図７は、図６に示したプロセスプログラム
群に従って気相成長装置を自動運転するためのプロセス
処理プログラム５５ａ（図４参照）のフローチャートで
ある。図１に示した操作パネル１４Ａに設けられている
図示しないスタートスイッチを押すと、ＳＴ１−２で図
６に示したＰＰ（ｉ）のデータを取込み、ＳＴ１−３に
て圧力データが登録されていれば、図４に示し次に述べ
る圧力制御プログラム５５ｃによって圧力を制御するた
め、この圧力データをセットする。前述したように圧力
データがＰＰ（１）〜ＰＰ（ｉ）〜ＰＰ（ｎ）に共通の
データで温度やガスから独立し、かつ一定であるなら
ば、各ＰＰ（ｉ）毎に圧力データを持たせる必要はな
い。続いて、ＳＴ１−４にて加熱温度とガス流量のデー
タを出力し、ＳＴ１−５で必要なバルブの開閉を行う。

【００１９】図８は、図７のＳＴ１−３にて圧力データ
がセットされ、圧力制御要求フラグがＯＮされてから圧
力制御を行う圧力制御プログラム５５ｃのフローチャー
トである。ＳＴ２−１にて圧力制御要求（フラグＯＮ）
があるか調べ、要求がなければＮＯとして要求があるま
で待つ。要求が発生する（ＹＥＳ）と、ＳＴ２−２で要
求圧力が現在圧力と違っているかを調べる。差があるな
らば、要求圧力に対応した学習圧力（図５参照）の圧力
制御情報θを取出し、出力モジュール５６から圧力制御
ユニット４７に出力する。このとき、現在圧力との差が
大きければ、勾配制御（圧力／時間）を行うように所定
時間毎に圧力制御情報θに向けて圧力値を漸減または漸
増させるか、または、図９に示すように、理想とする圧
力制御曲線Ｐとなるように、時間ｔｎ，ｔｎ＋１，ｔｎ
＋２…または△ｔの一定時分割毎に学習された圧力制御
情報θｎ，θｎ＋１，θｎ＋２…を記憶させておき、こ
れを順次出力して制御するようにしてもよい。

【００２０】差がなければ、ＳＴ２−５へ移る。ＳＴ２
−４は要求圧力に到達したか否かをチェックしており、
到達するまで待つ処理を行っている。到達すると、要求
圧力への移行のための圧力制御は終了するが、引き続き
ＳＴ２−５，ＳＴ２−６により圧力変化のチェックと変
化が大きい場合の補正を行って、圧力を一定に保つ。こ
のＳＴ２−５，ＳＴ２−６は、図３のＰＩＤ制御部４７
ｂによって行うこともできる。この場合、ＳＴ２−４に
おける到達精度はあまり高くなくてもよく、例えば±１
０％程度の差まで到達したところで到達ＹＥＳとし、以
下ＰＩＤ制御に切換えてもよい。ＳＴ２−７は新しい圧
力制御要求の有無をチェックし、なければＳＴ２−５へ
戻り、あればＳＴ２−２へ戻り、新しい圧力値での制御
が実行される。

【００２１】図１０は、図５に示した圧力制御情報θを
学習して記憶させる学習プログラム５５ｂ（図４参照）
のフローチャートで、学習要求があるとＳＴ３−１から
ＳＴ３−２へ移り、登録するのか抹消するのか質問す
る。登録が選択されると、ＳＴ３−３からＳＴ３−７ま
での登録制御を実行する。すなわち、ＳＴ３−３にて学
習圧力値（要求圧力値）をキーボードから入力する。入
力された学習圧力値は、例えば図３および図４に示した
圧力調整ユニット４７へ与えられ、従来の圧力制御と同
様の方法で圧力制御手段４１への出力値が決定され、オ
ープンループによる制御部４７ａとＰＩＤ制御部４７ｂ
のいずれか一方または前者から後者への切換えによる並
用などによって圧力制御手段４１の開度などが制御され
る。

【００２２】この制御による処理室２５の圧力は圧力セ
ンサ４６からフィードバックされ、ＳＴ３−６にて学習
圧力に安定したか否かが判断される。ＳＴ３−６による
判断は人が行ってもよい。学習圧力に安定しないときは
ＳＴ３−５で補正が加えられてＳＴ３−４に戻り、安定
すればＳＴ３−７にて安定状態において圧力制御手段４
１に与えられているパルス値または電圧値等の圧力制御
情報θが、学習圧力と共に図５の対応するメモリ部分に
記憶され、その部分の登録欄が“０”から“１”にな
る。ＳＴ３−２で抹消が選択されると、ＳＴ３−８，Ｓ
Ｔ３−９の処理が実行され、入力した学習圧力の登録欄
が“１”から“０”になり、圧力制御情報θが抹消され
る。

【００２３】上記図５に示した圧力情報メモリの学習圧
力と圧力制御情報θの記憶は、上記学習プログラム５５
ｂによらず、実運転時における要求圧力と圧力制御情報
θを一時的に別のメモリに記憶させ、該実運転が良好で
あったとき、その値を記憶させる実運転学習としてもよ
い。

【００２４】また、実運転に際し、要求圧力に該当する
学習圧力の圧力制御情報θが登録されていない場合に
は、登録されている学習圧力から演算によって近似した
圧力制御情報θを選定し、出力するようにしてもよい。

【００２５】図１１は、連続型の気相成長装置に本発明
を適用した例を示すもので、３００は気相成長装置本
体、３０１は本発明が組込まれた制御部、３０２はガス
切換装置、３０３はウェハ１００を搬送する手段、３０
４はウェハ１００を載置する支持台、３０５は気相成長
用ノズル、３０６はウェハ１００を支持台３０４へ載置
するためのローダ、３０７は気相成長されたウェハ１０
０を支持台３０４から図示しないカセットへ収納するた
めのアンローダ、３０８はモータ、３０９は加熱手段、
３１０はモータ３０８を駆動するドライバ、３１１は加
熱手段３０９を制御する熱発生制御手段であり、気相成
長装置本体３００によって囲まれた処理室３１２の圧力
を、前述した実施例と同様に制御するものである。な
お、同図において、４６は圧力センサ，４４は圧力制御
手段，４２は真空ポンプ，４７は圧力調整ユニットであ
る。

【００２６】前述した実施例は、いずれも本発明を気相
成長装置に適用し、かつ減圧する例を示したが、本発明
は他の種々の装置に適用でき、かつ加圧の場合にも適用
できることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、要求
圧力と実行する処理条件を与えるのみで、要求圧力及び
実行処理条件に応じた圧力制御情報が自動的に選定され
てオープンループ制御により制御されるため、圧力を迅
速かつ的確に所望の要求圧力に変化させることができ、
特に圧力制御情報の選定を学習に基づいて行うことによ
り制御精度を高めることができる。また、本発明は圧力
はもちろん、圧力に関係する温度、ガス種等が種々異な
る処理を行う場合の圧力制御において大きな効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した縦型気相成長装置の外観図で
ある。

【図２】図１に示されている処理炉の断面と圧力制御構
成機器を示す図である。

【図３】図１および図２に示した装置の圧力制御ブロッ
ク図である。

【図４】本発明の一実施例を示す制御ブロック図であ
る。

【図５】本発明の一部を構成する圧力制御情報メモリの
内容を示す図である。

【図６】本発明による要求圧力の設定状態を示す図であ
る。

【図７】図６に示したデータを取込んで自動運転するた
めのプロセス処理プログラムのフローチャートである。

【図８】図７の圧力データセットに従って遂行される本
発明による圧力制御の一例を示す圧力制御プログラムの
フローチャートである。

【図９】圧力制御情報を時分割で出力する例を示す図で
ある。

【図１０】圧力制御情報の学習プログラムの一例を示す
フローチャートである。

【図１１】本発明の他の適用例を示す連続型気相成長装
置と圧力制御構成機器の図である。

【符号の説明】 １１ 高周波発生部 １２ 気相成長装置本体 １３ 気相成長装置本体 Ｒ１ 処理炉 Ｒ２ 処理炉 １４ 制御部 １４Ａ 操作パネル ２５ 処理室 ２７ サセプタ ３０ ノズル ３２ 加熱コイル ４０ 排気管 ４１ 排気バルブ ４２ 処理槽 ４３ ゲートバルブ ４４ 圧力制御手段 ４５ 真空ポンプ ４６ 圧力センサ ４７ 圧力制御ユニット ４７ａ オープンループ制御部 ４７ｂ ＰＩＤ制御部 ５０ ＣＰＵ ５１ データバス ５２ ｉ／ｏバス ５３ 第１記憶部 ５４ 第２記憶部 ５５ 第３記憶部 ５５ａ プロセス処理プログラム ５５ｂ 学習プログラム ５５ｃ 圧力制御プログラム ５５ｄ その他（ＯＴＨＥＲ ＪＯＢ）処理プログラム ５６ 出力モジュール ５７ インターフェイスモジュール ５８ 入出力機器 １００ ウェハ ３００ 気相成長装置本体 ３０１ 制御部 ３０２ ガス切換装置 ３０３ ウェハ搬送手段 ３０５ ノズル ３０６ ローダ ３０７ アンローダ ３０９ 加熱手段 ３１０ ドライバ ３１１ 熱発生制御手段 ３１２ 処理室

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧力制御手段によって所望の圧力に制御
   可能な処理室の圧力制御装置において、 前記処理室の圧力を処理条件に従って定められる所定値
   にほぼ保つことのできる圧力制御情報を、処理に用いる
   ガスの種類，その流量ならびに処理温度の少なくとも１
   つの処理条件との組合わせでそれぞれ記憶する手段と、 前記処理室の要求圧力及び前記の少なくとも１つの処理
   条件に対応して与えられた実行処理条件に応じて前記圧
   力制御情報から前記要求圧力及び実行処理条件に応じた
   圧力制御情報を選定する手段と、 該選定された圧力制御情報に基づいて前記圧力制御手段
   をオープンループ制御により制御して処理室の圧力を制
   御する手段と、 を具備することを特徴とする処理室の圧力制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１の処理室の圧力制御装置におい
   て、前記処理室の圧力を所定値にほぼ保つことのできる
   圧力制御情報を学習し、該圧力制御情報を前記記憶手段
   に記憶させる手段を具備することを特徴とする処理室の
   圧力制御装置。