JP3606753B2

JP3606753B2 - Vacuum pressure control valve

Info

Publication number: JP3606753B2
Application number: JP33688098A
Authority: JP
Inventors: 雅之纐纈; 哲兒郎河野
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP2000163136A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置で使用される真空圧力制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体製造装置のＣＶＤ装置においては、反応室内を減圧状態、すなわち、真空状態に保ちながら、薄膜材料を構成する元素からなる材料ガスを、ウエハー上に供給している。例えば、図１６に示すＣＶＤ装置においては、真空容器である反応室１０内のウエハーに対して、反応室１０の入口１１から材料ガスを供給するとともに、反応室１０の出口１２から真空ポンプ１３で排気することによって、反応室１０内を真空状態に保っている。
【０００３】
このとき、反応室１０内の真空圧力を一定に保持する必要があるが、その一定値は、種々の条件によって変わり、大気圧又は大気圧に近い定真空から高真空までの広いレンジに渡る。そこで、本出願人は、特許公報第２６７７５３６号において、大気圧又は大気圧に近い低真空から高真空までの広いレンジに渡って、真空圧力を精度良く、一定に保持できる真空圧力制御システムを開示している。
【０００４】
かかる真空圧力制御システムは、図１６について言えば、真空圧力センサー１４、１５で反応室１０内の真空圧力を計測し、それと外部から与えられた目標真空圧力値との差に応じて、真空比例開閉弁１６の開度を操作し、反応室１０から真空ポンプ１３までの排気系のコンダクタンスを変化させることによって、反応室１０内の真空圧力をフィードバック制御するものである。
【０００５】
これにより、真空比例開閉弁１６の開度を操作することによって、排気系のコンダクタンスを幅広く確実に変化させることができるので、大気圧又は大気圧に近い低真空から高真空までの広いレンジに渡って、反応室１０内の真空圧力を精度良く目標真空圧力値に一定に保持することができる。
【０００６】
また、弾性シール部材であるＯリングが真空比例開閉弁１６のポペット弁体に設けられており、真空比例開閉弁１６が遮断状態になると、ポペット弁体に設けられたＯリングは真空比例開閉弁１６の弁座に押圧されて密接するので、反応室１０内の状態が高真空であっても、その真空圧を維持することができる。従って、上述した真空圧力制御システムの真空比例開閉弁１６は、高真空遮断機能（１．３３×１０^−９Ｐa・ｍ^３／ｓｅｃ）を有するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の半導体製造装置の分野では、反応室１０内のウエハーに形成される薄膜の品質を一層向上させるため、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止する観点から、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧に近い低真空から目標真空圧力値にまで到達させる真空引き過程において、反応室１０内からガスが排出される進行過程をゆっくりと行わせたいとの要請があった。
【０００８】
この要請に対しては、従来技術の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１６を遮断状態から微小な開度となるように操作すれば、排気系のコンダクタンスは「０」から非常に小さな値へと変化し、反応室１０内からガスが排出される進行過程をゆっくりと行わせることができるので、対応することも可能となる。
【０００９】
しかし、従来技術の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１６が遮断状態になると、真空比例開閉弁１６内において、ポペット弁体に設けられたＯリングが弁座と密接するだけでなく、さらに、反応室１０内から排出される材料ガスの析出などが要因となって、ポペット弁体に設けられたＯリングが弁座と密着することがあった。
【００１０】
そのため、真空比例開閉弁１６を遮断状態から微小な開度となるように操作させた際において、Ｏリングを設けたポペット弁体は弁座から滑らかに離間することができず、ポペット弁体に設けられたＯリングが弁座との密着から解放された時点で、Ｏリングを設けたポペット弁体は弁座から勢いよく離間することとなり、真空比例開閉弁１６の開度が瞬間的に飛び出すことがあった。
【００１１】
その結果、排気系のコンダクタンスも瞬間的に大きくなり、反応室１０内からガスが排出される進行過程は当初予定していたものよりもかなり速くなって、反応室１０内のガス流れの速度が瞬間的に大きくなることから、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止することができないことがあった。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、真空比例開閉弁の高真空遮断機能を確保しつつ、真空容器内でパーティクルが巻き上がることを防止できる真空圧力制御システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために成された請求項１に係る発明は、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあって開度を変化させることにより前記真空容器内の真空圧力を変化させる真空圧力制御弁において、中空状の本体部の一端に形成された、径が縮小する径縮小部と、小径中空状のフランジ部と、前記径縮小部の内側表面に形成された弁座と、前記フランジ部分に取り付けられたヒーターとを有することを特徴とする。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
このような特定事項を有する本発明の真空圧力制御システムでは、真空ポンプが真空容器内のガスを吸引して、真空容器内を真空にする。ここで、真空ポンプは一定の吸引を行っており、真空比例開閉弁が開度を変化させることにより、真空容器内から真空ポンプが吸引するガス量を調整し、真空容器内の真空圧力を変化させている。また、真空圧力センサーは、真空容器内の真空圧力を計測する。そして、目標真空圧力値と真空圧力センサーの出力が一致するように真空比例開閉弁の開度を制御する。
【００１８】
従って、真空容器内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させたい場合には、真空比例開閉弁を遮断状態から微小な開度に制御する。このとき、真空比例開閉弁が遮断状態にある場合には、真空容器内から排出されるガスの析出などが要因となって、弁体に設けられた弾性部材が弁座と密着するが、弁座を加熱することにより、弁体に設けられた弾性シール部材が弁座と密着することは解消される。
【００１９】
よって、弾性シール部材を設けた弁体は弁座から滑らかに離間することとなり、真空比例開閉弁の開度が瞬間的に飛び出すことを抑制できる。これにより、真空容器内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させた場合に、真空比例開閉弁を遮断状態から微小な開度に制御しても、真空比例開閉弁の開度が瞬間的に飛び出すことが抑制されるので、真空容器内でパーティクルが巻き上がることを防止する観点から見て、真空容器内のガス流れの速度が瞬間的に大きくなることがない。
【００２０】
尚、真空比例開閉弁を遮断すると、弁体に設けられた弾性シール部材が弁座に押圧されて密接するので、真空ポンプでガスが排出された真空容器内の真空圧力を、高真空圧の状態でも維持することができる。
【００２１】
すなわち、本発明の真空圧力制御システムは、真空容器内の真空圧力を変化させる真空比例開閉弁の弁座を加熱することにより、真空比例開閉弁が遮断状態において、弁体に設けられた弾性シール部材が弁座と密着することは解消されて、弾性シール部材を設けた弁体は弁座から滑らかに離間することができるので、真空容器内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させた場合に、真空比例開閉弁を遮断状態から微小な開度に制御しても、真空比例開閉弁の開度が瞬間的に飛び出すことが抑制され、真空容器内のガス流れの速度が瞬間的に大きくなることがないので、真空容器内でパーティクルが巻き上がることを防止できる。
【００２２】
また、加熱された弁座においては、真空容器内から排出されるガスが析出することがないので、真空比例開閉弁の高真空遮断機能をも持続させることができる。
【００２３】
また、真空比例開閉弁の構造がポペット式である場合には、真空比例開閉弁のボディの外側に取り付けたヒーターで弁座を加熱すると、ヒーターの熱が効率よく弁座に伝導するので、弁座の温度をヒーターで管理しやすくなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。本実施の形態の真空圧力制御システムは、以下において指摘する異なる点を除いて、特許公報第２６７７５３６号に記載された真空圧力制御システムと同様な構成を持つものである。ここでは、その詳細は、特許公報第２６７７５３６号に記載されているので省略し、その概略について簡単に説明する。
【００２５】
図１５に、従来技術の欄で示した図１６に対する、本実施の形態の真空圧力制御システムのブロック図を示す。本実施の形態の真空圧力制御システムは、コントローラ２０、空気圧制御部３０、操作部４０である真空比例開閉弁１６、検出部６０である真空圧力センサー１４、１５から構成される。
【００２６】
コントローラ２０は、インターフェイス回路２１、真空圧力制御回路２２、シーケンス制御回路２３からなる。インターフェイス回路２１は、コントローラ２０のフロントパネルのボタンを介した現場入力による信号、及び、コントローラ２０のバックパネルのコネクタを介した遠隔入力による信号を、真空圧力制御回路２２やシーケンス制御回路２３などに適した信号に変換するものである。
【００２７】
真空圧力制御回路２２は、図１６の反応室１０内の真空圧力に対するフィードバック制御をＰＩＤ制御で行わせる回路である。シーケンス制御回路２３は、インターフェイス回路２１から与えられた動作モードに従って、空気圧制御部３０内の第１電磁弁３４の駆動コイルＳＶ１と第２電磁弁３５の駆動コイルＳＶ２とに対し、予め定められた動作をさせる回路である。
【００２８】
空気圧制御部３０は、位置制御回路３１、パルスドライブ回路３２、時間開閉動作弁３３、第１電磁弁３４、第２電磁弁３５からなる。位置制御回路３１は、真空圧力制御回路２２から与えられた弁開度指令値と、真空比例開閉弁１６に設けられたポテンショメータ１８からアンプ１９を介して与えられた弁開度計測値とを比較して、真空比例開閉弁１６の弁の位置を制御するものである。パルスドライブ回路３２は、位置制御回路３１からの制御信号に基づいて、時間開閉動作弁３３へパルス信号を送信するものである。
【００２９】
時間開閉動作弁３３は、図示しない給気側比例弁及び排気側比例弁を内蔵するものであって、パルスドライブ回路３２からのパルス信号に応じて、給気側比例弁及び排気側比例弁を時間開閉動作させるものであり、第１電磁弁３４を介して、真空比例開閉弁１６の空気圧シリンダ４１（後述する図１４参照）内の空気圧力を調整するものである。
【００３０】
操作部４０である真空比例開閉弁１６はポペット式の構造を持つものであり、図１６について言えば、反応室１０から真空ポンプ１３までの排気系のコンダクタンスを変化させるものである。図１４に真空比例開閉弁１６の断面を示す。図１４に示すように、その中央には、ピストンロッド４３が設けられている。そして、ピストンロッド４３に対し、真空比例開閉弁１６の上部である空気圧シリンダ４１内において、ピストン４４が固設され、真空比例開閉弁１６の下部であるベローズ式ポペット弁４２内において、ポペット弁体４５が固設されている。従って、空気圧シリンダ４１によりポペット弁体４５を移動させることができる。
【００３１】
この真空比例開閉弁１６では、空気圧シリンダ４１内に供給ポート１８Ａを介して圧縮空気が供給されず、空気圧シリンダ４１内が排気ポート１８Ｂを介して排気ラインと連通するときは、空気圧シリンダ４１内の空気圧が大気圧となり、空気圧シリンダ４１内の復帰バネ４６による下向きの付勢力がピストン４４に作用するので、図１４に示すように、ポペット弁体４５は弁座４７に密接し、真空比例開閉弁１６は遮断した状態となる。尚、このとき、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０も弁座４７に密接するので、反応室１０内の状態が高真空であっても、その真空圧を維持することができる。その高真空遮断機能は、従来技術の欄で述べたように、１．３３×１０^−９Ｐa・ｍ^３／ｓｅｃである。
【００３２】
一方、空気圧シリンダ４１内に給気ポート１８Ａを介して圧縮空気が供給されるときは、空気圧シリンダ４１内の復帰バネ４６による下向きの付勢力と、空気圧シリンダ４１内の圧縮空気による上向きの圧力とがピストン４４に同時に作用するので、そのバランスに応じて、図４に示すように、ポペット弁体４５は弁座４７から離間し、真空比例開閉弁１６は開いた状態となる。
【００３３】
よって、ポペット弁体４５が弁座４７から離間する距離は、弁のリフト量として、空気圧シリンダ４１に対する圧縮空気の供給と排気で操作することができる。尚、ポペット弁体４５が弁座４７から離間する距離は、弁のリフト量として、ピストン４４に連結されたスライドレバー４８を介して、ポテンショメータ１８で計測されるものであり、真空比例開閉弁１６の開度に相当するものである。
【００３４】
検出部である真空圧力センサー１４、１５は、図１６の反応室１０内の真空圧力を計測するキャパシタンスマノメータである。ここでは、計測される真空圧力のレンジに応じて、２個のキャパシタンスマノメータを使い分けている。
【００３５】
このような構成を持つ本実施の形態の真空圧力制御システムでは、動作モードとして、強制クローズモード（ＣＬＯＳＥ）を、コントローラ２０で選択すると、シーケンス制御回路２３は、第１電磁弁３４及び第２電磁弁３５を図１５に示すように動作させる。これにより、空気圧シリンダ４１内には圧縮空気が供給されず、空気圧シリンダ４１内は排気ラインと連通するので、空気圧シリンダ４１内の空気圧が大気圧となり、真空比例開閉弁１６は遮断した状態となる。
【００３６】
また、動作モードとして、真空圧力コントロールモード（ＰＲＥＳＳ）を、コントローラ２０で選択すると、シーケンス制御回路２３は、第１電磁弁３４を動作させることによって、時間開閉動作弁３３と空気圧シリンダ４１とを連通させる。これにより、真空比例開閉弁１６の空気圧シリンダ４１内の空気圧力が調整され、弁のリフト量が、空気圧シリンダ４１で操作できる状態となる。
【００３７】
このとき、真空圧力制御回路２２は、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値を目標値とするフィードバック制御を開始する。すなわち、図１６において、真空圧力センサー１４、１５で反応室１０内の真空圧力値を計測し、それと目標真空圧力値との差に応じて、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）を操作し、排気系のコンダクタンスを変化させることによって、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力値に一定に保持することができる。
【００３８】
さらに、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１６の弁座４７を加熱することができる。図１に、弁座４７を加熱する一態様を示した真空比例開閉弁１６の断面を示す。図１の真空比例開閉弁１６においては、ボディ４９の外側に取り付けたシリコンラバーヒーター５１Ａで弁座４７を加熱できる。
【００３９】
シリコンラバーヒーター５１Ａの取付方法は、図１に示すように、弁座４７の裏側に位置するボディ４９の外側に、固定金具５３（材質：ＳＵＳ３０４−ＣＰ、厚さ２ｍｍ）で固定することにより行う。そのためには、ボディ４９の外側に溶接された取付ナット５４に対し、固定金具５３の取付孔を通した取付ボルト５５をねじ込むことによって行う。尚、図２に、そのときの真空比例開閉弁１６の外観の斜視図を示す。また、図３に、固定金具５３の斜視図を示す。
【００４０】
また、シリコンラバーヒーター５１Ａは、サーモスタットや温度ヒューズなどの温度センサーが取り付けられており、加熱温度を最高２００℃にまで自由に調節することができる。また、シリコンラバーヒーター５１Ａと固定金具５３との間には、断熱材５２Ａが施されており、シリコンラバーヒーター５１Ａの放熱を防止している。尚、図４に、シリコンラバーヒーター５１Ａと断熱材５２Ａの上面図を示す。また、図５に、シリコンラバーヒーター５１Ａと断熱材５２Ａの斜視図を示す。
【００４１】
また、図６の真空比例開閉弁１６の断面図が示すように、弁座４７と隣接するボディ４９のフランジ部分５８に、シリコンラバーヒーター５１Ｂを取り付けて、弁座４７を加熱することもできる。このとき、シリコンラバーヒーター５１Ｂは、ボディ４９のフランジ部分５８の全周に巻き付けられ、機械ファスナー５７で固定される。図１の固定金具５３でシリコンラバーヒーター５１Ａを取り付ける場合と比べて、シリコンラバーヒーター５１Ｂの着脱がしやすく、製作コストも有利である。尚、図７に、そのときの真空比例開閉弁１６の外観の斜視図を示す。
【００４２】
シリコンラバーヒーター５１Ｂは、上述したシリコンラバーヒーター５１Ａと同様にして、サーモスタットや温度ヒューズなどの温度センサーが取り付けられており、加熱温度を最高２００℃にまで自由に調節することができる。また、シリコンラバーヒーター５１Ｂとボディ４９のフランジ部分５８の間には、薄板状のメタル５６が施されており、シリコンラバーヒーター５１Ｂの熱がボディ４９のフランジ部分５８に伝わりやすいようにしている。また、シリコンラバーヒーター５１Ｂの外側には、断熱材５２Ｂが施されており、シリコンラバーヒーター５１Ｂの放熱を防止している。尚、図８に、シリコンラバーヒーター５１Ｂと断熱材５２Ｂとメタル５６の上面図を示す。また、図９に、シリコンラバーヒーター５１Ｂと断熱材５２Ｂとメタル５６の斜視図を示す。
【００４３】
そして、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ボディ４９の外側に取り付けたシリコンラバーヒーター５１Ａ、５１Ｂで弁座４７を加熱した際に、シリコンラバーヒーター５１Ａ、５１Ｂの熱が効率よく伝わるようにするために、例えば、図１０の断面図で示すように、ボディ４９で形成された弁座４７の構造が工夫されている。
【００４４】
このような構成をもった本実施の形態の真空圧力制御システムで、真空ポンプ１３でガスが排出される反応室１０内の真空圧力を、大気圧又は大気圧に近い低真空から目標真空圧力値にまで到達させる真空引き過程において、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止する観点から、反応室１０内からガスが排出される進行過程をゆっくりと行わせるためには、例えば、反応室１０内の真空圧変化速度が３．３×１０^２（Ｐａ／ｓｅｃ）で一律に移行するように、真空比例開閉弁１６を遮断状態から微小な開度（弁のリフト量）に操作する。
【００４５】
図１３は、大気圧状態にあった反応室１０内の真空圧変化速度が３．３×１０^２（Ｐａ／ｓｅｃ）で一律に移行するように、真空比例開閉弁１６が遮断状態から微小な開度に操作した場合における、弁座４７の平均温度（℃）と真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の飛び出し量（ｍｍ）の関係を示した図である。図１３によれば、弁座４７の平均温度（℃）が高いほど、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の飛び出し量（ｍｍ）が小さいことがわかる。このように、弁座４７の平均温度（℃）が高くなると、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の飛び出し量が抑制されるのは、遮断状態にある真空比例開閉弁１６では、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０が弁座４７に対して密接しているが、弁座４７が加熱されることによって、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０が弁座４７に対して密着することが解消され、真空比例開閉弁１６を遮断状態から微小な開度（弁のリフト量）となるように操作しても、Ｏリング５０を設けたポペット弁体４５が弁座４７から勢いよく離間することがないためと考えられる。
【００４６】
また、図１２に、大気圧状態にあった反応室１０内の真空圧変化速度が３．３×１０^２（Ｐａ／ｓｅｃ）で一律に移行するように、真空比例開閉弁１６が遮断状態から微小な開度（弁のリフト量）に操作した場合（図１３と同じ条件）における、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の飛び出し量（ｍｍ）と反応室１０内の真空圧力に対するアンダーシュート値（Ｐａ）の関係を示した図である。図１２によれば、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の飛び出し量（ｍｍ）が小さいほど、反応室１０内の真空圧力に対するアンダーシュート値（Ｐａ）が小さいことがわかる。これは、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）の飛び出し量（ｍｍ）が、反応室１０から真空ポンプ１３までの排気系のコンダクタンスの増加となるためである。
【００４７】
また、図１１に、大気圧状態にあった反応室１０内の真空圧変化速度が３．３×１０^２（Ｐａ／ｓｅｃ）で一律に移行するように、真空比例開閉弁１６が遮断状態から微小な開度（弁のリフト量）に操作した場合（図１２と図１３と同じ条件）における、反応室１０内の真空圧力に対するアンダーシュート値（Ｐａ）と弁座４７の平均温度（℃）の関係を示した図である。図１１によれば、弁座４７の平均温度（℃）が高いほど、反応室１０内の真空圧力に対するアンダーシュート値（Ｐａ）が小さいことがわかる。反応室１０内の真空圧力に対するアンダーシュート値（Ｐａ）が小さくなれば、反応室１０内のガス流れの流速が瞬間的に大きくなることが防止できることから、弁座４７を加熱すれば、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させた際に、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止できる。尚、図１１〜１３の条件においては、反応室１０内のウエハーの品質を向上させるためには、アンダーシュート値（Ｐａ）が３３０Ｐａ以下になれば、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止したと言えるので、弁座４７を余裕も考慮し９０℃以上に加熱する。
【００４８】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、真空ポンプ１３が反応室１０内のガスを吸引して、反応室１０内を真空にする。ここで、真空ポンプ１３は一定の吸引を行っており、真空比例開閉弁１６が開度（弁のリフト量）を変化させることにより、反応室１０内から真空ポンプ１３が吸引するガス量を調整し、反応室１０内の真空圧力を変化させている。また、真空圧力センサー１４、１５は、反応室１０内の真空圧力を計測する。そして、目標真空圧力値と真空圧力センサー１４、１５の出力が一致するように真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）を制御する。
【００４９】
従って、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させたい場合には、真空比例開閉弁１６を遮断状態から微小な開度（弁のリフト量）に制御する。このとき、真空比例開閉弁１６が遮断状態にある場合には、反応室１０内から排出されるガスの析出などが要因となって、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０が弁座４７と密着するが、弁座４７をシリコンラバーヒーター５１Ａ、５２Ｂで加熱することにより（図１、図６参照）、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０が弁座４７と密着することは解消される。
【００５０】
よって、Ｏリング５０を設けたポペット弁体４５は弁座４７から滑らかに離間することとなり、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）が瞬間的に飛び出すことを抑制できる。これにより、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させた場合に、真空比例開閉弁１６を遮断状態から微小な開度（弁のリフト量）に制御しても、真空比例開閉弁１６の開度（弁のリフト量）が瞬間的に飛び出すことが抑制されるので、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止する観点から見て、反応室１０内のガス流れの速度が瞬間的に大きくなることがない（図１１〜１３参照）。
【００５１】
尚、真空比例開閉弁１６を遮断すると、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０が弁座４７に復帰バネ４６で押圧されて密接するので（図１４参照）、真空ポンプ１３でガスが排出された反応室１０内の真空圧力を、高真空圧の状態でも維持することができる。
【００５２】
すなわち、本実施の真空圧力制御システムは、反応室１０内の真空圧力を変化させる真空比例開閉弁１６の弁座４７を加熱することにより、真空比例開閉弁１６が遮断状態において、ポペット弁体４５に設けられたＯリング５０が弁座４７と密着することは解消されて、Ｏリング５０を設けたポペット弁体４５は弁座４７から滑らかに離間することができるので、反応室１０内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させた場合に、真空比例開閉弁１７を遮断状態から微小な開度（弁のリフト量）に制御しても、真空比例開閉弁１７の開度（弁のリフト量）が瞬間的に飛び出すことが抑制され、反応室１０内のガス流れの速度が瞬間的に大きくなることがないので、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることを防止できる。
【００５３】
また、加熱された弁座４７においては、反応室１０内から排出されるガスが析出することがないので、真空比例開閉弁１６の高真空遮断機能（１．３３×１０^−９Ｐa・ｍ^３／ｓｅｃ）をも持続させることができる。
【００５４】
また、真空比例開閉弁１６の構造がポペット式であり、真空比例開閉弁１６のボディ４９の外側に取り付けたシリコンラバーヒーター５１Ａ、５２Ｂで弁座４７を加熱すると、シリコンラバーヒーター５１Ａ、５２Ｂの熱が効率よく弁座４７に伝導するので、弁座４７の温度をシリコンラバーヒーター５１Ａ、５２Ｂで管理しやすくなる。
【００５５】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ＣＶＤ装置の反応室１０内の真空圧力を変化させるものであったが、ＣＶＤ装置の反応室１０以外のその他の半導体製造ラインの真空容器についても、実施することは可能である。
また、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁１７のポペット弁体４５に設けられた弾性シール部材はＯリング５０であったが、真空比例開閉弁１７の高真空遮断機能を維持できるものであり、弁座４７を加熱することによって弁座４７に対して密着することが解消されるものであれば、Ｏリング５０以外のものであってもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の真空圧力制御システムは、真空容器内の真空圧力を変化させる真空比例開閉弁の弁座を加熱することにより、真空比例開閉弁が遮断状態において、弁体に設けられた弾性シール部材が弁座と密着することは解消されて、弾性シール部材を設けた弁体は弁座から滑らかに離間することができるので、真空容器内の真空圧力を大気圧又は大気圧付近から僅かに絶対真空圧側に変化させた場合に、真空比例開閉弁を遮断状態から微小な開度に制御しても、真空比例開閉弁の開度が瞬間的に飛び出すことが抑制され、真空容器内のガス流れの速度が瞬間的に大きくなることがないので、真空容器内でパーティクルが巻き上がることを防止できる。
【００５７】
また、加熱された弁座においては、真空容器内から排出されるガスが析出することがないので、真空比例開閉弁の高真空遮断機能をも持続させることができる。
【００５８】
また、真空比例開閉弁の構造がポペット式である場合には、真空比例開閉弁のボディの外側に取り付けたヒーターで弁座を加熱すると、ヒーターの熱が効率よく弁座に伝導するので、弁座の温度をヒーターで管理しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空比例開閉弁の弁座をシリコンラバーヒーターで加熱する態様の一例を示した断面図である。
【図２】図１の真空比例開閉弁の外観を示した斜視図である。
【図３】図１のシリコンラバーヒーターを真空比例開閉弁のボディに取り付ける固定金具である。
【図４】図１のシリコンラバーヒーターと断熱材の上面図である。
【図５】図１のシリコンラバーヒーターと断熱材の斜視図である。
【図６】真空比例開閉弁の弁座をシリコンラバーヒーターで加熱する態様の一例を示した断面図である。
【図７】図２の真空比例開閉弁の外観を示した斜視図である。
【図８】図２のシリコンラバーヒーターと断熱材の上面図である。
【図９】図３のシリコンラバーヒーターと断熱材の斜視図である。
【図１０】真空比例開閉弁の弁座とフランジ部を含んだボディの断面図である。
【図１１】真空比例開閉弁の弁座の平均温度とアンダーシュートの値の関係を示した図である。
【図１２】真空比例開閉弁の飛出しストロークとアンダーシュートの値の関係を示した図である。
【図１３】真空比例開閉弁の弁座の平均温度と真空比例開閉弁の飛出しストロークとの関係を示した図である。
【図１４】真空比例開閉弁が遮断状態にあるときの断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態の真空圧力制御システムの概略を示したブロック図である。
【図１６】ＣＶＤ装置及びその排気系の概要を示した図である。
【符号の説明】
１０反応室
１３真空ポンプ
１４、１５真空圧力センサー
１６真空比例開閉弁
４５真空比例開閉弁の弁体
４７真空比例開閉弁の弁座
４９真空比例開閉弁のボディ
５０真空比例開閉弁の弁体に設けられたＯリング
５８真空比例開閉弁のボディのフランジ部分
５１Ａ、５１Ｂシリコンラバーヒーター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum pressure control system used in a semiconductor manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a CVD apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus, a material gas composed of elements constituting a thin film material is supplied onto a wafer while keeping a reaction chamber in a reduced pressure state, that is, in a vacuum state. For example, in the CVD apparatus shown in FIG. 16, the material gas is supplied from the inlet 11 of the reaction chamber 10 to the wafer in the reaction chamber 10 that is a vacuum vessel, and the vacuum pump 13 is used from the outlet 12 of the reaction chamber 10. By evacuating, the inside of the reaction chamber 10 is kept in a vacuum state.
[0003]
At this time, it is necessary to keep the vacuum pressure in the reaction chamber 10 constant, but the constant value varies depending on various conditions, and covers a wide range from atmospheric pressure or constant vacuum close to atmospheric pressure to high vacuum. In view of this, the present applicant discloses in Japanese Patent Publication No. 2767536 a vacuum pressure control system that can maintain the vacuum pressure accurately and uniformly over a wide range from atmospheric pressure or low vacuum close to atmospheric pressure to high vacuum. doing.
[0004]
With regard to FIG. 16, such a vacuum pressure control system measures the vacuum pressure in the reaction chamber 10 with the vacuum pressure sensors 14 and 15, and in accordance with the difference between the vacuum pressure sensor 14 and 15 and the target vacuum pressure value given from the outside. By operating the opening of the on-off valve 16 and changing the conductance of the exhaust system from the reaction chamber 10 to the vacuum pump 13, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is feedback-controlled.
[0005]
As a result, the conductance of the exhaust system can be changed widely and reliably by manipulating the opening of the vacuum proportional on-off valve 16, so that it covers a wide range from atmospheric pressure or low vacuum close to atmospheric pressure to high vacuum. Thus, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 can be kept constant at the target vacuum pressure value with high accuracy.
[0006]
Further, an O-ring that is an elastic seal member is provided in the poppet valve body of the vacuum proportional on-off valve 16, and when the vacuum proportional on-off valve 16 is cut off, the O-ring provided on the poppet valve body is a vacuum proportional on-off valve. Since it is pressed against and close to the 16 valve seats, the vacuum pressure can be maintained even if the reaction chamber 10 is in a high vacuum state. Therefore, the vacuum proportional on-off valve 16 of the above-described vacuum pressure control system has a high vacuum cutoff function (1.33 × 10 6 ^-9 Pa · m ³ / Sec).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the field of semiconductor manufacturing equipment in recent years, in order to further improve the quality of the thin film formed on the wafer in the reaction chamber 10, from the viewpoint of preventing particles from rolling up in the reaction chamber 10, In the evacuation process in which the vacuum pressure is reached from the atmospheric pressure or a low vacuum close to the atmospheric pressure to the target vacuum pressure value, there is a demand for a slow progress of the gas exhaust from the reaction chamber 10. It was.
[0008]
In response to this requirement, in the vacuum pressure control system of the prior art, if the vacuum proportional on-off valve 16 is operated so as to have a very small opening degree from the shut-off state, the conductance of the exhaust system is a very small value from “0”. It is possible to cope with this because it is possible to cause the progress of the gas discharge from the reaction chamber 10 to be performed slowly.
[0009]
However, in the vacuum pressure control system of the prior art, when the vacuum proportional on-off valve 16 is shut off, the O-ring provided on the poppet valve body in the vacuum proportional on-off valve 16 is not only in close contact with the valve seat, The O-ring provided on the poppet valve body may be in close contact with the valve seat due to the deposition of the material gas discharged from the reaction chamber 10.
[0010]
Therefore, when the vacuum proportional on-off valve 16 is operated from the shut-off state to a minute opening, the poppet valve body provided with the O-ring cannot be smoothly separated from the valve seat, and the poppet valve body When the provided O-ring is released from close contact with the valve seat, the poppet valve body provided with the O-ring is vigorously separated from the valve seat, and the opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 jumps out instantaneously. There was a thing.
[0011]
As a result, the conductance of the exhaust system also increases momentarily, the progress of the gas discharge from the reaction chamber 10 is considerably faster than originally planned, and the gas flow speed in the reaction chamber 10 is increased. Due to the instantaneous increase, it may not be possible to prevent particles from rolling up in the reaction chamber 10.
[0012]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and vacuum pressure control capable of preventing particles from rolling up in a vacuum vessel while ensuring a high vacuum shutoff function of a vacuum proportional on-off valve. The purpose is to provide a system.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is provided on a pipe connecting the vacuum vessel and the vacuum pump, and changes the vacuum pressure in the vacuum vessel by changing the opening degree. For vacuum pressure control valve Leave A diameter-reduced portion with a reduced diameter, a small-diameter hollow flange portion, a valve seat formed on the inner surface of the diameter-reduced portion, and a flange portion formed at one end of the hollow body portion. With a heater It is characterized by that.
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
In the vacuum pressure control system of the present invention having such specific matters, the vacuum pump sucks the gas in the vacuum vessel and makes the vacuum vessel vacuum. Here, the vacuum pump performs a constant suction, and the vacuum proportional on-off valve changes the opening, thereby adjusting the amount of gas sucked by the vacuum pump from inside the vacuum container and changing the vacuum pressure inside the vacuum container. I am letting. The vacuum pressure sensor measures the vacuum pressure in the vacuum container. Then, the opening degree of the vacuum proportional on-off valve is controlled so that the target vacuum pressure value matches the output of the vacuum pressure sensor.
[0018]
Therefore, when it is desired to change the vacuum pressure in the vacuum vessel slightly from the atmospheric pressure or near atmospheric pressure to the absolute vacuum pressure side, the vacuum proportional on-off valve is controlled from the shut-off state to a minute opening. At this time, if the vacuum proportional on-off valve is in the shut-off state, the elastic member provided in the valve body is in close contact with the valve seat due to the deposition of gas exhausted from the vacuum vessel. By heating the seat, it is eliminated that the elastic seal member provided on the valve body comes into close contact with the valve seat.
[0019]
Therefore, the valve body provided with the elastic seal member is smoothly separated from the valve seat, and the opening of the vacuum proportional on-off valve can be prevented from jumping out instantaneously. As a result, when the vacuum pressure in the vacuum vessel is changed slightly from atmospheric pressure or near atmospheric pressure to the absolute vacuum pressure side, even if the vacuum proportional on-off valve is controlled from the shut-off state to a very small opening, the vacuum proportional on-off Since the valve opening is prevented from jumping out instantaneously, the gas flow velocity in the vacuum vessel does not increase instantaneously from the viewpoint of preventing particles from rolling up in the vacuum vessel. .
[0020]
When the vacuum proportional on-off valve is shut off, the elastic seal member provided on the valve body is pressed against the valve seat and comes into close contact, so that the vacuum pressure in the vacuum vessel from which the gas has been discharged by the vacuum pump is reduced to a high vacuum pressure. It can be maintained even in a state.
[0021]
That is, the vacuum pressure control system of the present invention heats the valve seat of the vacuum proportional on-off valve that changes the vacuum pressure in the vacuum vessel, so that the elastic seal provided on the valve body in the shut-off state of the vacuum proportional on-off valve Since the contact of the member with the valve seat is eliminated and the valve body provided with the elastic seal member can be smoothly separated from the valve seat, the vacuum pressure in the vacuum vessel is slightly reduced from the atmospheric pressure or near the atmospheric pressure. Even when the vacuum proportional on / off valve is controlled from the shut-off state to a very small opening when the absolute vacuum pressure is changed, the opening of the vacuum proportional on / off valve is prevented from jumping out instantaneously, and the gas in the vacuum vessel Since the flow velocity does not increase instantaneously, it is possible to prevent particles from rolling up in the vacuum vessel.
[0022]
In addition, since the gas discharged from the vacuum container does not deposit in the heated valve seat, the high vacuum shutoff function of the vacuum proportional on-off valve can be maintained.
[0023]
Also, if the structure of the vacuum proportional on-off valve is a poppet type, heating the valve seat with a heater attached to the outside of the body of the vacuum proportional on-off valve will efficiently transfer the heat of the heater to the valve seat. It becomes easier to control the temperature of the seat with a heater.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The vacuum pressure control system of the present embodiment has the same configuration as that of the vacuum pressure control system described in Japanese Patent No. 2677736 except for the different points pointed out below. Here, the details are described in Japanese Patent Publication No. 2767536, and therefore the description thereof will be omitted, and the outline will be briefly described.
[0025]
FIG. 15 shows a block diagram of the vacuum pressure control system of the present embodiment with respect to FIG. 16 shown in the section of the prior art. The vacuum pressure control system of the present embodiment includes a controller 20, an air pressure control unit 30, a vacuum proportional on-off valve 16 that is an operation unit 40, and vacuum pressure sensors 14 and 15 that are detection units 60.
[0026]
The controller 20 includes an interface circuit 21, a vacuum pressure control circuit 22, and a sequence control circuit 23. The interface circuit 21 sends a signal by a field input through a button on the front panel of the controller 20 and a signal by a remote input through a connector on the back panel of the controller 20 to the vacuum pressure control circuit 22 or the sequence control circuit 23. It converts to a suitable signal.
[0027]
The vacuum pressure control circuit 22 is a circuit that performs feedback control with respect to the vacuum pressure in the reaction chamber 10 of FIG. 16 by PID control. The sequence control circuit 23 is predetermined for the drive coil SV1 of the first electromagnetic valve 34 and the drive coil SV2 of the second electromagnetic valve 35 in the pneumatic control unit 30 according to the operation mode given from the interface circuit 21. It is a circuit that operates.
[0028]
The air pressure control unit 30 includes a position control circuit 31, a pulse drive circuit 32, a time opening / closing operation valve 33, a first electromagnetic valve 34, and a second electromagnetic valve 35. The position control circuit 31 compares the valve opening command value given from the vacuum pressure control circuit 22 with the measured valve opening value given via the amplifier 19 from the potentiometer 18 provided in the vacuum proportional on-off valve 16. Thus, the position of the vacuum proportional on-off valve 16 is controlled. The pulse drive circuit 32 transmits a pulse signal to the time opening / closing operation valve 33 based on a control signal from the position control circuit 31.
[0029]
The time opening / closing operation valve 33 incorporates an air supply side proportional valve and an exhaust side proportional valve (not shown), and the air supply side proportional valve and the exhaust side proportional valve are set in response to a pulse signal from the pulse drive circuit 32. The time opening / closing operation is performed, and the air pressure in the pneumatic cylinder 41 (see FIG. 14 described later) of the vacuum proportional on / off valve 16 is adjusted via the first electromagnetic valve 34.
[0030]
The vacuum proportional on-off valve 16 serving as the operation unit 40 has a poppet type structure, and in FIG. 16, the conductance of the exhaust system from the reaction chamber 10 to the vacuum pump 13 is changed. FIG. 14 shows a cross section of the vacuum proportional on-off valve 16. As shown in FIG. 14, a piston rod 43 is provided at the center thereof. The piston 44 is fixed to the piston rod 43 in the pneumatic cylinder 41 that is the upper part of the vacuum proportional on-off valve 16, and the poppet valve body is located in the bellows-type poppet valve 42 that is the lower part of the vacuum proportional on-off valve 16. 45 is fixed. Therefore, the poppet valve body 45 can be moved by the pneumatic cylinder 41.
[0031]
In this vacuum proportional on-off valve 16, when compressed air is not supplied into the pneumatic cylinder 41 via the supply port 18A and the inside of the pneumatic cylinder 41 communicates with the exhaust line via the exhaust port 18B, Since the air pressure becomes atmospheric pressure and the downward biasing force of the return spring 46 in the pneumatic cylinder 41 acts on the piston 44, the poppet valve body 45 is in close contact with the valve seat 47 as shown in FIG. 16 will be in the blocked state. At this time, the O-ring 50 provided on the poppet valve body 45 is also in close contact with the valve seat 47, so that the vacuum pressure can be maintained even when the reaction chamber 10 is in a high vacuum. The high vacuum cutoff function is 1.33 × 10 6 as described in the section of the prior art. ^-9 Pa · m ³ / Sec.
[0032]
On the other hand, when compressed air is supplied into the pneumatic cylinder 41 via the air supply port 18A, the downward biasing force by the return spring 46 in the pneumatic cylinder 41 and the upward pressure by the compressed air in the pneumatic cylinder 41 Simultaneously act on the piston 44, and as shown in FIG. 4, the poppet valve body 45 is separated from the valve seat 47 and the vacuum proportional on-off valve 16 is opened according to the balance.
[0033]
Therefore, the distance at which the poppet valve body 45 is separated from the valve seat 47 can be operated by supplying compressed air to the pneumatic cylinder 41 and exhausting it as the lift amount of the valve. The distance at which the poppet valve body 45 is separated from the valve seat 47 is measured by the potentiometer 18 through the slide lever 48 connected to the piston 44 as the lift amount of the valve. It corresponds to the opening degree of.
[0034]
The vacuum pressure sensors 14 and 15 serving as detection units are capacitance manometers that measure the vacuum pressure in the reaction chamber 10 of FIG. Here, two capacitance manometers are used properly according to the range of the vacuum pressure to be measured.
[0035]
In the vacuum pressure control system of the present embodiment having such a configuration, when the controller 20 selects the forced close mode (CLOSE) as the operation mode, the sequence control circuit 23 causes the first electromagnetic valve 34 and the second electromagnetic valve to operate. The valve 35 is operated as shown in FIG. Thereby, compressed air is not supplied into the pneumatic cylinder 41, and the pneumatic cylinder 41 communicates with the exhaust line, so that the air pressure in the pneumatic cylinder 41 becomes atmospheric pressure, and the vacuum proportional on-off valve 16 is shut off. .
[0036]
If the controller 20 selects the vacuum pressure control mode (PRESS) as the operation mode, the sequence control circuit 23 operates the first electromagnetic valve 34 to connect the time opening / closing operation valve 33 and the pneumatic cylinder 41. Let Thereby, the air pressure in the pneumatic cylinder 41 of the vacuum proportional on-off valve 16 is adjusted, and the lift amount of the valve can be operated by the pneumatic cylinder 41.
[0037]
At this time, the vacuum pressure control circuit 22 starts feedback control with the target vacuum pressure value instructed by field input or remote input as a target value. That is, in FIG. 16, the vacuum pressure value in the reaction chamber 10 is measured by the vacuum pressure sensors 14, 15, and the opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 (the lift amount of the valve) according to the difference between the measured value ) And changing the conductance of the exhaust system, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 can be kept constant at the target vacuum pressure value.
[0038]
Furthermore, in the vacuum pressure control system of the present embodiment, the valve seat 47 of the vacuum proportional on-off valve 16 can be heated. FIG. 1 shows a cross section of the vacuum proportional on-off valve 16 showing an embodiment for heating the valve seat 47. In the vacuum proportional on-off valve 16 of FIG. 1, the valve seat 47 can be heated by a silicon rubber heater 51 </ b> A attached to the outside of the body 49.
[0039]
As shown in FIG. 1, the silicon rubber heater 51A is attached by fixing it to the outside of the body 49 located on the back side of the valve seat 47 with a fixing bracket 53 (material: SUS304-CP, thickness 2 mm). . For this purpose, a mounting bolt 55 through the mounting hole of the fixing metal 53 is screwed into a mounting nut 54 welded to the outside of the body 49. FIG. 2 is a perspective view of the appearance of the vacuum proportional on-off valve 16 at that time. FIG. 3 is a perspective view of the fixing bracket 53.
[0040]
Further, the silicon rubber heater 51A is provided with a temperature sensor such as a thermostat or a thermal fuse, and the heating temperature can be freely adjusted to a maximum of 200 ° C. In addition, a heat insulating material 52A is provided between the silicon rubber heater 51A and the fixing bracket 53 to prevent heat dissipation of the silicon rubber heater 51A. FIG. 4 shows a top view of the silicon rubber heater 51A and the heat insulating material 52A. FIG. 5 is a perspective view of the silicon rubber heater 51A and the heat insulating material 52A.
[0041]
Further, as shown in the sectional view of the vacuum proportional on-off valve 16 in FIG. 6, the valve seat 47 can be heated by attaching a silicon rubber heater 51 </ b> B to the flange portion 58 of the body 49 adjacent to the valve seat 47. At this time, the silicon rubber heater 51 </ b> B is wound around the entire circumference of the flange portion 58 of the body 49 and fixed by the mechanical fastener 57. Compared to the case where the silicon rubber heater 51A is attached with the fixing bracket 53 of FIG. 1, the silicon rubber heater 51B is easy to attach and detach, and the production cost is advantageous. FIG. 7 shows a perspective view of the appearance of the vacuum proportional on-off valve 16 at that time.
[0042]
A temperature sensor such as a thermostat or a thermal fuse is attached to the silicon rubber heater 51B in the same manner as the silicon rubber heater 51A described above, and the heating temperature can be freely adjusted to a maximum of 200 ° C. A thin metal plate 56 is provided between the silicon rubber heater 51B and the flange portion 58 of the body 49 so that the heat of the silicon rubber heater 51B can be easily transmitted to the flange portion 58 of the body 49. Further, a heat insulating material 52B is applied to the outside of the silicon rubber heater 51B to prevent heat dissipation of the silicon rubber heater 51B. 8 shows a top view of the silicon rubber heater 51B, the heat insulating material 52B, and the metal 56. FIG. FIG. 9 is a perspective view of the silicon rubber heater 51B, the heat insulating material 52B, and the metal 56.
[0043]
In the vacuum pressure control system of the present embodiment, when the valve seat 47 is heated by the silicon rubber heaters 51A and 51B attached to the outside of the body 49, the heat of the silicon rubber heaters 51A and 51B is efficiently transmitted. For this purpose, for example, as shown in the sectional view of FIG. 10, the structure of the valve seat 47 formed of the body 49 is devised.
[0044]
In the vacuum pressure control system of the present embodiment having such a configuration, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 from which the gas is discharged by the vacuum pump 13 is changed from the atmospheric pressure or a low vacuum close to the atmospheric pressure to the target vacuum pressure value. In order to prevent the particles from rolling up in the reaction chamber 10 during the evacuation process to reach the temperature, in order to make the progress process of exhausting gas from the reaction chamber 10 slow, for example, the reaction chamber The vacuum pressure change rate within 10 is 3.3 × 10 ² The vacuum proportional on-off valve 16 is operated from the shut-off state to a small opening degree (valve lift amount) so as to shift uniformly at (Pa / sec).
[0045]
FIG. 13 shows that the rate of change in the vacuum pressure in the reaction chamber 10 in the atmospheric pressure state is 3.3 × 10 ² The average temperature (° C.) of the valve seat 47 and the opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 when the vacuum proportional on-off valve 16 is operated from the shut-off state to a minute opening degree so as to shift uniformly at (Pa / sec). It is the figure which showed the relationship of the protrusion amount (mm) of (the lift amount of a valve). As can be seen from FIG. 13, the higher the average temperature (° C.) of the valve seat 47, the smaller the pop-out amount (mm) of the opening degree (valve lift amount) of the vacuum proportional on-off valve 16. As described above, when the average temperature (° C.) of the valve seat 47 is increased, the amount of protrusion of the opening degree (valve lift amount) of the vacuum proportional on / off valve 16 is suppressed. In this case, the O-ring 50 provided on the poppet valve body 45 is in close contact with the valve seat 47. However, when the valve seat 47 is heated, the O-ring 50 provided on the poppet valve body 45 is moved to the valve seat. 47, the poppet valve body 45 provided with the O-ring 50 can be operated even when the vacuum proportional on-off valve 16 is operated from the shut-off state to a very small opening degree (valve lift amount). This is probably because the valve seat 47 does not move away from the seat.
[0046]
FIG. 12 shows that the rate of change in the vacuum pressure in the reaction chamber 10 in the atmospheric pressure state is 3.3 × 10. ² The vacuum proportional on-off valve 16 when the vacuum proportional on-off valve 16 is operated from the shut-off state to a minute opening degree (the lift amount of the valve) (the same conditions as in FIG. 13) so as to shift uniformly at (Pa / sec). FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the pop-out amount (mm) of the opening degree (valve lift amount) and the undershoot value (Pa) with respect to the vacuum pressure in the reaction chamber 10. According to FIG. 12, it can be seen that the undershoot value (Pa) with respect to the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is smaller as the pop-out amount (mm) of the opening degree (valve lift amount) of the vacuum proportional on-off valve 16 is smaller. This is because the amount of protrusion (mm) of the opening degree (valve lift amount) of the vacuum proportional on-off valve 16 increases the conductance of the exhaust system from the reaction chamber 10 to the vacuum pump 13.
[0047]
FIG. 11 shows that the rate of change in the vacuum pressure in the reaction chamber 10 in the atmospheric pressure state is 3.3 × 10. ² Reaction chamber when the vacuum proportional on-off valve 16 is operated from the shut-off state to a very small opening (valve lift amount) so as to shift uniformly at (Pa / sec) (same conditions as in FIGS. 12 and 13). 10 is a diagram showing the relationship between the undershoot value (Pa) with respect to the vacuum pressure within 10 and the average temperature (° C.) of the valve seat 47. FIG. As can be seen from FIG. 11, the higher the average temperature (° C.) of the valve seat 47, the smaller the undershoot value (Pa) with respect to the vacuum pressure in the reaction chamber 10. If the undershoot value (Pa) with respect to the vacuum pressure in the reaction chamber 10 decreases, the flow rate of the gas flow in the reaction chamber 10 can be prevented from instantaneously increasing. Therefore, if the valve seat 47 is heated, the reaction chamber It is possible to prevent particles from rolling up in the reaction chamber 10 when the vacuum pressure in the chamber 10 is slightly changed from atmospheric pressure or near atmospheric pressure to the absolute vacuum pressure side. 11 to 13, in order to improve the quality of the wafer in the reaction chamber 10, if the undershoot value (Pa) is 330 Pa or less, particles are rolled up in the reaction chamber 10. Since it can be said that it has been prevented, the valve seat 47 is heated to 90 ° C. or more in consideration of a margin.
[0048]
As described above in detail, in the vacuum pressure control system of the present embodiment, the vacuum pump 13 sucks the gas in the reaction chamber 10 and evacuates the reaction chamber 10. Here, the vacuum pump 13 performs a constant suction, and the amount of gas sucked from the reaction chamber 10 by the vacuum pump 13 is adjusted by changing the opening degree (valve lift amount) of the vacuum proportional on-off valve 16. The vacuum pressure in the reaction chamber 10 is changed. The vacuum pressure sensors 14 and 15 measure the vacuum pressure in the reaction chamber 10. Then, the opening degree (valve lift amount) of the vacuum proportional on-off valve 16 is controlled so that the target vacuum pressure value and the outputs of the vacuum pressure sensors 14 and 15 coincide.
[0049]
Therefore, when the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is to be changed from atmospheric pressure or near atmospheric pressure to the absolute vacuum pressure side slightly, the vacuum proportional on-off valve 16 is changed from the shut-off state to a minute opening (valve lift amount). Control. At this time, when the vacuum proportional on-off valve 16 is in the shut-off state, the O-ring 50 provided in the poppet valve body 45 is caused to be in the valve seat 47 due to the deposition of gas discharged from the reaction chamber 10 or the like. Although the valve seat 47 is heated by the silicon rubber heaters 51A and 52B (see FIGS. 1 and 6), the O-ring 50 provided on the poppet valve body 45 is prevented from coming into close contact with the valve seat 47. Is done.
[0050]
Therefore, the poppet valve body 45 provided with the O-ring 50 is smoothly separated from the valve seat 47, and the opening degree of the vacuum proportional on-off valve 16 (valve lift amount) can be prevented from jumping out instantaneously. As a result, when the vacuum pressure in the reaction chamber 10 is slightly changed from atmospheric pressure or near atmospheric pressure to the absolute vacuum pressure side, the vacuum proportional on-off valve 16 is changed from the shut-off state to a minute opening (valve lift amount). Even if controlled, since the degree of opening of the vacuum proportional on-off valve 16 (the lift amount of the valve) is suppressed from being momentarily ejected, the reaction is seen from the viewpoint of preventing particles from rolling up in the reaction chamber 10. The velocity of the gas flow in the chamber 10 does not increase instantaneously (see FIGS. 11 to 13).
[0051]
When the vacuum proportional on-off valve 16 is shut off, the O-ring 50 provided on the poppet valve body 45 is pressed against the valve seat 47 by the return spring 46 (see FIG. 14), so that the gas is discharged by the vacuum pump 13. Thus, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 can be maintained even in a high vacuum state.
[0052]
In other words, the vacuum pressure control system of the present embodiment heats the valve seat 47 of the vacuum proportional on-off valve 16 that changes the vacuum pressure in the reaction chamber 10, so that the poppet valve body 45 is in the shut-off state. Since the O-ring 50 provided in the contact with the valve seat 47 is eliminated and the poppet valve body 45 provided with the O-ring 50 can be smoothly separated from the valve seat 47, the vacuum in the reaction chamber 10 is reduced. When the pressure is changed from atmospheric pressure or near atmospheric pressure to the absolute vacuum pressure side, even if the vacuum proportional on-off valve 17 is controlled from the shut-off state to a minute opening (valve lift amount), the vacuum proportional on-off valve Since the opening degree of 17 (the lift amount of the valve) is prevented from jumping out instantaneously and the velocity of the gas flow in the reaction chamber 10 does not increase instantaneously, particles are rolled up in the reaction chamber 10. The It can be stopped.
[0053]
Further, in the heated valve seat 47, the gas discharged from the reaction chamber 10 does not deposit, so the high vacuum shut-off function (1.33 × 10 6) of the vacuum proportional on-off valve 16 is avoided. ^-9 Pa · m ³ / Sec) can also be sustained.
[0054]
Further, the structure of the vacuum proportional on-off valve 16 is a poppet type. When the valve seat 47 is heated by the silicon rubber heaters 51A and 52B attached to the outside of the body 49 of the vacuum proportional on-off valve 16, the heat of the silicon rubber heaters 51A and 52B is obtained. Is efficiently conducted to the valve seat 47, so that the temperature of the valve seat 47 can be easily managed by the silicon rubber heaters 51A and 52B.
[0055]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning.
For example, in the vacuum pressure control system of the present embodiment, the vacuum pressure in the reaction chamber 10 of the CVD apparatus is changed, but the vacuum vessels of other semiconductor production lines other than the reaction chamber 10 of the CVD apparatus are also used. It is possible to implement.
In the vacuum pressure control system of the present embodiment, the elastic seal member provided on the poppet valve body 45 of the vacuum proportional on / off valve 17 is the O-ring 50. However, the high vacuum shutoff function of the vacuum proportional on / off valve 17 is provided. Any device other than the O-ring 50 may be used as long as it can be maintained and the contact with the valve seat 47 is eliminated by heating the valve seat 47.
[0056]
【The invention's effect】
The vacuum pressure control system according to the present invention heats the valve seat of the vacuum proportional on-off valve that changes the vacuum pressure in the vacuum vessel, so that the elastic seal member provided on the valve body is in the shut-off state of the vacuum proportional on-off valve. The tight contact with the valve seat is eliminated, and the valve body with the elastic seal member can be smoothly separated from the valve seat, so the vacuum pressure in the vacuum vessel is slightly Even if the vacuum proportional on / off valve is controlled from the shut-off state to a very small opening when the pressure is changed to the pressure side, the opening of the vacuum proportional on / off valve is suppressed from jumping out instantaneously, and the gas flow in the vacuum vessel is suppressed. Since the speed does not increase instantaneously, it is possible to prevent particles from rolling up in the vacuum container.
[0057]
In addition, since the gas discharged from the vacuum container does not deposit in the heated valve seat, the high vacuum shutoff function of the vacuum proportional on-off valve can be maintained.
[0058]
Also, if the structure of the vacuum proportional on-off valve is a poppet type, heating the valve seat with a heater attached to the outside of the body of the vacuum proportional on-off valve will efficiently transfer the heat of the heater to the valve seat. It becomes easier to control the temperature of the seat with a heater.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a mode in which a valve seat of a vacuum proportional on-off valve is heated by a silicon rubber heater.
2 is a perspective view showing an appearance of the vacuum proportional on-off valve in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a fixture for attaching the silicon rubber heater of FIG. 1 to the body of a vacuum proportional on-off valve.
4 is a top view of the silicon rubber heater and the heat insulating material of FIG. 1. FIG.
5 is a perspective view of the silicon rubber heater and the heat insulating material of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a mode in which a valve seat of a vacuum proportional on-off valve is heated by a silicon rubber heater.
7 is a perspective view showing an external appearance of the vacuum proportional on-off valve in FIG. 2. FIG.
8 is a top view of the silicon rubber heater and the heat insulating material of FIG. 2. FIG.
9 is a perspective view of the silicon rubber heater and the heat insulating material of FIG. 3. FIG.
FIG. 10 is a sectional view of a body including a valve seat and a flange portion of a vacuum proportional on-off valve.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the average temperature of the valve seat of the vacuum proportional on-off valve and the undershoot value.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the jumping stroke of the vacuum proportional on-off valve and the undershoot value.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the average temperature of the valve seat of the vacuum proportional on-off valve and the ejection stroke of the vacuum proportional on-off valve.
FIG. 14 is a cross-sectional view when the vacuum proportional on-off valve is in a shut-off state.
FIG. 15 is a block diagram schematically showing a vacuum pressure control system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a view showing an outline of a CVD apparatus and its exhaust system.
[Explanation of symbols]
10 reaction chamber
13 Vacuum pump
14, 15 Vacuum pressure sensor
16 Vacuum proportional on-off valve
45 Valve body of vacuum proportional on-off valve
47 Valve seat of vacuum proportional on-off valve
49 Body of vacuum proportional on-off valve
50 O-ring provided on the valve body of the vacuum proportional on-off valve
58 Flange part of vacuum proportional on-off valve body
51A, 51B Silicon rubber heater

Claims

Oite the vacuum pressure control valve for changing the vacuum pressure in the vacuum container by changing the opening be on the pipe connecting the vacuum chamber and the vacuum pump,
A diameter-reducing portion formed at one end of the hollow main body portion, the diameter of which is reduced, and a small-diameter hollow flange portion;
A valve seat formed on the inner surface of the reduced diameter portion;
A vacuum pressure control valve comprising a heater attached to the flange portion .