JP3856730B2 - 流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。 - Google Patents
流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置等に於いて使用されるものであり、圧力式流量制御装置を備えたガス供給設備からチャンバーへガスを自動分流供給する方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来技術】
半導体製造装置のチャンバーへ供給するガスの流量制御には、所謂圧力式流量制御装置が広く利用されている。
図7はシリコン酸化膜を形成するためのチャンバーCへ圧力式流量制御装置FCSを用いて処理用ガスGを供給する場合の一例を示すものであり、真空ポンプVpにより減圧されたチャンバーC内へ圧力式流量制御装置FCSを通して所定流量Qの処理用ガスGが供給され、ガス放出器Dを通して支持装置I上のウエハーHへ流量Qの処理用ガスGが放出されている。
【0003】
一方、前記圧力式流量制御装置FCSは、「臨界膨脹圧力条件P1 >約2×P2 が保持されているとき、オリフィスLを流通するガス流量Qは、オリフィス上流側のガス圧力P1 のみによって決まり、Q=CP1 (CはオリフィスLの口径やガス温度により決まる定数)なる関係式で表わされる。」ことを利用するものであり、コントロールバルブCVにより前記圧力P1 を調整することにより、オリフィス下流側の流量Qを所望の設定値に保持するようにしている。
尚、図7に於いてP0 は処理用ガスGの供給圧力、PM は圧力計、Fはフィルタ、CPUは演算ユニット、Qsは流量設定の入力信号、Qeは制御流量の出力信号である。
また、圧力式流量制御装置そのものは特開平8−338546号や特開平11−63265号等により公知であるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【0004】
上記圧力式流量制御装置FCSでは、前述の通りオリフィス上流側のガス圧力P1 とオリフィス下流側のガス圧力P2 とが前記臨界膨脹圧力条件の枠内にあることが必須条件となっており、例えばオリフィス上流側のガス圧力P1 に比較してオリフィス下流側のガス圧力P2 の上昇が大きいと、臨界膨脹圧力条件が崩れて流量制御が不能になると云う難点がある。
また、オリフィス下流側の圧力P2 が上昇し、P1 /P2 が前記臨界膨脹圧力条件の限界値に近づいてくると、現実には流量制御精度が低下する。そのため、オリフィス下流側の圧力P2 が上昇すると、使用可能な流量制御範囲が制約されると云う難点がある。
【0005】
このように、圧力式流量制御装置によるガス流量の制御には、オリフィスLの下流側の圧力P2 が上昇したときに様々な問題を生ずると云う難点があるものの、当該圧力式流量制御装置FCSを用いたチャンバーへのガス供給方法は、高精度なガス流量制御を簡単に行なえるうえ、ガス供給源に高精度な圧力調整装置を別に設ける必要が無いためガス供給設備費の大幅な引下げが可能となり、優れた実用的効用を有するものである。
【0006】
一方、近年半導体製造に用いるシリコンウエハの外径が大きくなりつつあり、例えばウエハーHの外径が300mmφになれば、ウエハーの中心部(センター部分)と外周縁部(エッジ部分)への処理ガスの供給量を夫々個別に調整する必要が生じてくる。
これに対応する方策として、前記センター部分への処理ガスの供給とエッジ部分への処理ガスの供給を図8に示すように夫々別個の供給ラインGL1 、GL2 を用いて行なうようにすれば、圧力式流量制御装置FCSを用いたガス供給ラインGL1 、GL2 であってもガス供給源Sから所定の流量Q1 、Q2 でもって処理ガスGを問題なく供給することが出来る。
【0007】
しかし、一基のチャンバーCに対して、夫々独立した圧力式流量制御装置FCS1 、FCS2 を有するガス供給ラインGL1 、GL2 を用いてガスの供給を行なうことは、半導体製造設備の大形化や設備費の高騰を招くだけでなく、メンテナンス等にも手数が掛かることになり、好ましい方策でない。
【0008】
そのため、図9に示すように、一基の圧力式流量制御装置FCSから二系統のガス供給ラインGL1 、GL2 を分岐させ、各ガス供給ラインGL1 、GL2 に設けた流量制御弁V1 、V2 を調整することにより、各ガス供給ラインGL1 、GL2 の流量Q1 、Q2 を制御するようにした方式が望ましいことになる。
【0009】
而して、現在汎用されているガス供給設備の圧力式流量制御装置FCSには、一般にオリフィス下流側圧力P2 が0〜100Torrの範囲で最適状態の使用が可能な流量制御特性のものが多く使用されている。そのため、これ等の圧力式流量制御装置FCSに於いては、前述したようにオリフィス下流側圧力P2 が約100Torrを超えると、流量制御精度の点から流量制御範囲が大幅に制限されることになる。
【0010】
例えば、いま図9に於いて、流量Q=300SCCMの処理ガスGを供給ラインGL1 及び供給ラインGL2 を通してQ1 =130SCCM、Q2 =170SCCMの流量でチャンバーCへ供給するとする。もしも、ガス供給設備が圧力式流量制御装置FCSを用いないガス供給設備であれば、先ず両制御弁V1 、V2 を閉にし、次に流量制御装置の処理ガス流量をQ=300SCCMに設定したあと、制御弁V1 、V2 の開度を調整して、自動的又は流量計(図示省略)を参照しつつ各流量Q1 、Q2 を設定値に調整する方法を採用することができる。
【0011】
しかし、ガス供給設備の流量制御装置に、図9のように圧力式流量制御装置FCSが用いられている場合には、両制御弁V1 、V2 を全閉にした状態で先ず圧力式流量制御装置FCSの流量Q(300SCCM)を設定し、その後、両制御弁V1 、V2 の開度を調整して各分岐供給ラインGL1 、GL2 の流量Q1 (130SCCM)及びQ2 (170SCCM)を高精度でもって迅速に調整することは困難である。
何故なら、両制御弁V1 、V2 の開度が低いときには両制御弁V1 、V2 の上流側圧力P2 が上昇し、P1 /P2 の値が前記圧力式流量制御装置FCSの限界値から外れる可能性があり、その結果、圧力式流量制御装置FCSによる制御流量Qそのものが、設定流量(Q=300SCCM)から大きく異なる流量値となるからである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従前の圧力式流量制御装置FCSを備えたガス供給設備からのチャンバーCへのガスの分流供給方法に於いて、圧力式流量制御装置FCSにより調整された一定流量QのガスGを、所定の流量Q1 、Q2 でもって分岐供給ラインGL1 、GL2 へ分流させる場合に生ずる上述の如き問題、即ち単に各分岐供給ラインGL1 、GL2 に介設した流量制御弁V1 、V2 を全閉(又は深か絞り)状態から順次開放して行くと云う制御方法では、圧力式流量制御装置FCSによる制御流量Qそのものが設定値から大きく外れた流量となる可能性があり、流量Qのみならず流量Q1 、Q2 の調整も著しく困難になるうえ、万一うまく調整できたとしても、流量制御精度が低かったり、或いは流量制御に時間が掛かり過ぎると云う問題を解決せんとするものであり、圧力式流量制御装置FCSを備えたガス供給装置からのガスの分流供給であっても、高精度で迅速に、所定流量Qのガスを任意の流量比Q1 /Q2 でもって分岐供給できるようにした、圧力式流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は上記課題を解決するため、従前のこの種ガス供給設備からのガスの分流供給制御に於ける常とう手段、即ち分岐ラインに介設した各流量制御弁V1 、V2 を全閉又は深か絞り状態から順次開放して行くと云う方策から発想を全く転換し、両方の流量制御弁V1 、V2 を全開又は全開に近い状態としたところから両流量制御弁V1 、V2 を閉鎖方向へ向けて段階的に開度制御することにより、圧力式流量制御装置FCSによって総流量Qを高精度で流量制御しつつ、各分岐供給ラインGL1 、GL2 の流量Q1 、Q2 を迅速且つ高精度で所望の流量比Q1 /Q2 に調整することを着想すると共に、この着想に基づいて多数のガス分流試験を実施した。
【0014】
本願発明は上記着想及び分流試験の結果を基にして創作されたものであり、請求項1の発明は、流量制御装置を備えたガス供給装置1から所定流量QのガスGを複数の分岐供給ラインGL1、GL2及びその端末に固定したシャワープレート3、4を通して、減圧されたチャンバーC内へ所定の流量比Q1/Q2でもって分流供給する方法であって、前記複数の分岐供給ラインGL1、GL2に圧力式分流制御器FV1、FV2を介設すると共に、流量の大きい方の圧力式分流量制御器のコントロールバルブCVの開度を全開とする分流量制御盤FRCからの初期流量設定制御信号により、前記両分流量制御器FV1、FV2の開度制御を開始し、前記コントロールバルブCVの下流側圧力P3′、P3″を夫々調整することによりシャワープレート3、4に設けたオリフィス孔3a、4aを通して、式Q1=C1P3′及びQ2=C2P3″(但し、C1、C2はオリフィス孔の断面積やオリフィス上流側のガス温度により決まる定数)により表される所望の分流量Q1、Q2でもって前記チャンバーC内へ総量Q=Q1+Q2のガスを分流供給することを発明の基本構成とするものである。
【0015】
請求項2の発明は、請求項1の発明に於いて、CPUを備えた分流量制御盤FRCに起動・停止信号入力端子T2 、初期流量設定比信号入力端子T3 、シャワープレートの組合せ識別信号入力端子T4 、各圧力式分流制御器FV1 、FV2 の制御流量信号出力端子T71・T72、各圧力式分流制御器FV1 、FV2 の流量設定入力信号と制御流量出力信号との偏差により信号を発信する入・出力異常警報出力端子T91、T92を設けると共に、前記シャワープレート3、4の複数の組合せについて、各シャワープレート3、4を流量比Q1 /Qでもって総量Q=Q1 +Q2 のガスGが流通する際の各圧力式分流制御器FV1 、FV2 のコントロールバルブCVの下流側圧力P3 ′、P3 ″を、前記Q1 =C1 P3 ′及びQ2 =C2 P3 ″の演算式によって複数の総流量Qについて流量比Q1 /Q2 をパラメータとして算出し、流量の大きい方の圧力式分流量制御器FV1 への初期流量設定信号をコントロールバルブ全開時の入力信号電圧V0 とするとともに、他方の圧力式分流量制御器FV2 の初期流量設定信号を前記P3 ″/P3 ′×V0 とし、次に、各シャワープレート3、4の組合せの識別信号を前記入力端子4へ、また前記両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 への初期流量設定信号の比P3 ′/P3 ″を初期流量比設定信号入力端子T3 へ夫々入力したあと、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の各コントロールバルブCVを全開状態にした状態でガス供給設備1からのガス供給流量Qを所望流量に設定し、次に、前記起動(スタート)信号入力端子T2 へ起動信号を入力し(ステップ5)、起動信号の入力が確認される(ステップ6)と、前記シャワープレートの組合せ識別信号及び前記初期流量設定比信号の存否を確認し(ステップ7)、その後前記初期流量設定比信号から求めた両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の初期流量設定信号V0 、V0 ×P3 ″/P3 ′をステップ的に同比率で増加させ(ステップ8、10)、その時の流量設定入力信号と制御流量出力信号との偏差をチェックし(ステップ9)、前記入・出力偏差が設定範囲内になれば、各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号を入・出力偏差が設定範囲内になる一段前のステップ変化時の流量設定信号の値に戻し(ステップ11)、引き続き各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号を同比率でランプ変化させる(ステップ13、14)と共に入・出力信号の偏差を連続的にチェックし(ステップ15)、ランプ変化時の入・出力信号の偏差が設定範囲内になれば、その時の流量設定信号を各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号として固定・保持し(ステップ16)、当該各流量設定信号の下でガスGの分流供給をするようにしたものである。
【0016】
請求項3の発明は、請求項2の発明に於いて、流量設定信号のステップ変化を、初期流量設定値(100%)から0.5秒毎に50%、30%、20%、10%及び5%の順にステップ的に両流量設定信号を同比率で増加させるものとしたものである。
【0017】
請求項4の発明は、請求項2の発明に於いて流量設定信号のランプ変化を、0.5秒間に両流量設定信号の10%を同比率で増加させるものとしたものである。
【0018】
請求項5の発明は、請求項2の発明に於いて、入・出力の偏差がある一定時間以上連続して無くなれば、その時の各流量設定信号を各分流量制御器FV1 、FV2 の流量設定信号として固定・保持するようにしたものである。
【0019】
請求項6の発明は、請求項1又は請求項2の発明に於いて、圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の下流側のガス圧を100Torr以下に、総流量Qを100sccm〜1600sccmに、分流流量比Q1 /Q2 を1/4、1/2、1/1、2/1、3/1及び4/1とするようにしたものである。
【0020】
請求項7の発明は、請求項1又は請求項2の発明に於いて、分流流量Q1 又はQ2 の大きい方の圧力式分流量制御器FV1 又はFV2 の初期流量設定信号をそのコントロールバルブCVを全開にするときの電圧入力とすると共に、当該コントロールバルブCVの全開時の制御電圧入力を0vに、また制御電圧範囲を0〜5vとするようにしたものである。
また、請求項8の発明は、請求項2の発明に於いて、分流量制御盤FRCの各端子の入・出力信号をシリアル通信による入・出力信号とするようにしたものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明に係る圧力式流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法を説明する全体系統図である。
図1に於いて、1はガス供給設備であり、処理用ガスGの供給源Sとガス元弁V0 と圧力式流量制御装置FCS等から形成されている。
また、2は分流量制御装置であり、圧力式分流量制御器FV1 、FV2 及び分流量制御盤FRC等から形成されている。
【0022】
更に、図1に於いて、Cはチャンバー、Dはガス放出器、Dcはセンター部用ガス放出器、Deはエッジ部用ガス放出器、GL1 はセンター部用分岐供給ライン、GL2 はエッジ部用分岐供給ライン、Qは総ガス流量、Q1 ・Q2 は分流量、P2 は圧力式流量制御装置FCSのオリフィス下流側の圧力、P3 ′・P3 ″は圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の出口側の圧力、P3 はチャンバーC内の圧力、3はセンター部用ガス放出器Dcのシャワープレート、3aはシャワープレートに設けたオリフィス孔、4はエッジ部用ガス放出器Deのシャワープレート、4aはシャワープレートに設けたオリフィス孔である。
【0023】
加えて、図1に於いてEL1 ・EL2 は分流量制御盤FRCと圧力式分流量制御器FV1 、FV2 との信号接続ライン、T1 は電源入力端子、T2 は起動・停止信号入力端子、T3 は初期の流量比設定信号の入力端子、T4 はオリフィスプレートの組み合せ識別信号の入力端子、T5 は自動零点調整用信号の入力端子、T61、T62は自動零点設定エラー信号の出力端子、T71・T72は制御流量信号の出力端子(P3 ′・P3 ″相当の出力電圧)、T81・T82は流量設定信号の入力端子、T91・T92は入・出力異常警報の出力端子である。
【0024】
前記ガス供給設備1は、処理用ガス供給源(供給圧力250KPaG以上)S及び前記図7に示した複数の圧力式流量制御装置FCS等から形成されており、圧力式流量制御装置FCSの制御装置(CPU)へ所定の流量設定信号Qsを入力することにより、コントロールバルブCVによってオリフィスLの上流側圧力P1 が調整され、オリフィス下流側の流量Qが自動的に設定流量Qsに調整される。
また、制御装置(CPU)からは、調整された流量に対応する制御流量出力信号Qeが出力され、万一、流量設定入力信号Qsと前記制御流量出力信号Qcとの間の偏差が規定時間を越えて設定値をオーバーすれば、図7には図示されていないが、後述するようにCPUから入・出力偏差異常信号が発信される。
【0025】
前記分流量制御装置2は、複数の圧力式分流量制御器FV1 、FV2 と、これ等を制御する分流量制御盤FRCと、各圧力式分流量制御器FV1 、FV2 に接続されたオリフィスプレート3、4等から形成されている。
尚、図1の実施形態では圧力式分流量制御器を2台としているが、これを2台以上としてもよいことは勿論であり、この場合にはオリフィスプレートの方も当然2枚以上或いは2個所以上の供給口となる。
【0026】
又、前記圧力式分流量制御器FV1 、FV2 は前記図7に示した圧力式流量制御装置FCSの基本構成に於けるオリフィスプレートLを取り除き、その代替としてセンター部用オリフィスプレート3(又はエッジ用オリフィスプレート4)のオリフィス孔3a(又は4a)を活用するようにしたものである。
即ち、当該圧力式分流量制御器FV1 、FV2 は図2に示すような構成になっており、本実施態様に於いてはコントロールバルブCVとして電磁弁駆動型のメタルダイヤフラムバルブが使用されており、流量Q1 、Q2 が大流量の場合でも容易に対応できるようにしている。
【0027】
尚、上記圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の作動は、流量制御装置FCSの場合と全く同一であり、図2に於いてチャンバーC内の圧力P3 とセンター部用オリフィスプレート3のオリフィス孔3aより上流側の圧力P3 ′との間にP3 ′>2P3 の関係が保持されていれば、コントロールバルブCVによって圧力P3 ′を調整することにより、Q1 =CP3 ′によって分流流量Q1 が制御されることになる。尚、Cはオリフィス孔3aの断面積やその形態、ガス温度等から決まる定数である。
【0028】
図2を参照して、前記分流量制御盤FRCは、電源入力端子T1 、起動・停止(両FV1 、FV2 のコントロールバルブCVを全開にする)信号の入力端子T2 、初期の流量設定比信号入力端子T3 、後述するシャワープレートの組合せ識別番号の入力端子T4 、自動零点調整信号の入力端子T5 、自動零点調整エラー信号の出力端子T61・T62、制御流量信号の出力端子T71・T72、設定流量信号Q1 、Q2 の入力端子T81・T82、入・出力異常警報の出力端子T91・T92等が設けられており、信号接続ラインEL1 、EL2 を介して各圧力式流量制御器FV1 、FV2 と接続されている。
【0029】
即ち、前記入力端子T2 へ起動信号が入力されると、各圧力式分流量制御器FV1 、FV2 は予かじめ設定された初期の設定流量比によって作動する(即ち、後述するように分流量Q1 、Q2 の大きい方の分流量制御器のコントロールバルブCVが全開に、他方の分流量制御器のコントロールバルブCVの開度が全開×予かじめ計算された1以下の係数に夫々調整される。)
また、入力端子T2 の停止信号が入力されると、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 のコントロールバルブCVは全開状態となる。
更に、前記入力端子T2 へ起動信号が入力される前に、一般には自動零点調整信号入力端子T5 へ零点調整信号が入力され、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の自動零点調整が行なわれる。当該自動零点調整が規定通り実施されない場合には、自動零点調整エラー信号出力端子T61・T62へ警報が出力される。
【0030】
前記初期流量比設定信号入力端子T3 へは、各分岐供給ラインGL1 、GL2 への供給流量比Q1 /Q2 を基にして、後述する表1に記載の各数値を用いて演算した初期流量比設定信号が入力される。
尚、本実施形態では、前記流量比Q1 /Q2 は1/1、1/2、1/3、1/4、2/1、3/1及び4/1の何れかに設定可能であり、これを基にして演算した初期流量比設定信号が4Bitのディジタル信号の型で入力端子T3 へ入力される。尚、流量比Q1 /Q2 と初期流量設定比信号とが同一の値でないことは、勿論である。
また、前記表1に記載の各数値は、後述するように、各分岐ガス供給ラインの末端に接続されるシャワープレート3、4のオリフィス孔3a・4aの口径やその数から、前記所定の流量Q1 、Q2 のガスGを放出させるのに必要とするオリフィス孔3a・4aの上流側の制御圧力P3 ′、P3 ″を演算し、その演算した必要とする各上流側制御圧力P3 ′とP3 ″との比P3 ″/P3 ′を示すものである。
【0031】
前記端子T4 へは各ガス放出器Dc、Deのシャワープレート(オリフィスプレート)3、4の組合せを識別表示する信号が入力される。即ち、本実施形態では、前記センター部用シャワープレート3として420個のオリフィス孔3aを有するものと、480個のオリフィス孔3aを有するものの二種類が用意されている。同様にエッジ部用シャワープレート4としてオリフィス孔4aが360個のものと476個のものが二種類用意されている。
【0032】
前記シャワープレート3、4の組合せとしては420個のオリフィス孔3aを有するシャワープレート3と360個のオリフィス孔4aを有するシャワープレート4との組合せ(以下パターン1と呼ぶ)及び480個のオリフィス孔3aを有するシャワープレート3と476個のオリフィス孔4aを有するシャワープレート4との組合せ(以下パターン2と呼ぶ)の二種類が予かじめ決められており、前記パターン1及びパターン2を表示する2Bitのディジタル信号が前記端子4へ入力される。
【0033】
前記制御流量出力信号端子T71・T72は、作動中の両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の制御流量(実流量)Q1 、Q2 を表示するための出力端子であり、制御流量(実流量)Q1 、Q2 が電圧出力(0〜5v)の型で出力される。
【0034】
前記流量設定信号入力端子T81・T82は、各分岐供給ラインGL1 、GL2 へ供給する流量Q1 、Q2 に対応する0〜5vの電圧信号の入力端子である。
尚、上流側の圧力式流量制御装置FCSで総流量Qが設定され、且つ端子T3 へ流量比Q1 /Qを基にして演算した初期流量設定比信号が入力されるため、各分流量Q1 、Q2 の流量設定信号の大きさは内部のCPUで自動的に演算することが出来る。その結果、前記入力端子T81・T82への流量Q1 、Q2 の流量設定信号を予かじめ入力することは現実には不要となるが、万一上流側の圧力式流量制御装置FCSにより総流量Qを高精度で設定出来ない場合や処理用ガス供給源Sから直接に各圧力式分流量制御器FV1 、FV2 へガス供給を行なう場合に備え、各圧力式分流量制御器FV1 、FV2 に夫々流量Q1 、Q2 を単独で設定できる方がベターである。そのため、前記入力端子T81・T82を設ける方がより望ましい。
【0035】
前記入・出力異常警報出力端子T91・T92は、流量Q1 、Q2 の設定流量信号と制御流量信号(実流量Q1 、Q2 )とを対比し、設定流量信号と実際の制御流量信号との間の偏差が所定時間経過後に於いても規定値以上の値であれば、異常信号が発せられる。
尚、上記実施形態に於いては、所定の大きさの入・出力信号を分流量制御盤FRCの各端子に直接入・出力するようにしているが、各端子の入・出力信号をシリアル通信による入・出力信号としてもよいことは勿論である。
【0036】
尚、前記両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 に於ける分流量の制御は、前述の通りコントロールバルブCVにより、その下流側圧力P3 ′、P3 ″を調整することにより行なわれており、本実施形態では、流量Q1 、Q2 の設定信号(0〜5v)と制御圧力P3 (Torr)と実流量(制御流量)の出力信号(0〜5v)との間に、図3の如き特性を備えた圧力式分流量制御器FV1 、FV2 が使用されている。
【0037】
また、図4は、センター部用ガス放出器Dcのシャワープレート3として内径0.2mmφのオリフィス孔420個を有するもの及びエッジ部用ガス放出器Deのシャワープレート4として内径0.2mmφのオリフィス孔360個を有するものを組み合せ使用した場合(パターン1)に於けるトータル流量(全流量)Qとセンター部用の圧力式分流量制御器FV1 の制御圧力(P3 ′)とエッジ部用圧力式分流量制御器FV2 の制御圧力(P3 ″)との関係を、流量比(C/E=Q1 /Q2 )をパラメータにして計算した数値をグラフ表示したものであり、例えばQ1 /Q=1でQ=1600、1200、800、400及び100SCCMとした場合、センター部側の制御圧力P3 ′とエッジ部側の制御圧力P3 ″との比P3 ″/P3 ′の平均値は0.961となる。
【0038】
同様に、図5は、センター部用ガス放出器Dcのシャワープレート3として内径0.2mmφのオリフィス孔480個を有するもの及びエッジ部用ガス放出器Deシャワープレート4として内径0.2mmφのオリフィス孔4aを476個を有するものを組み合せ使用した場合(パターン2)に於ける図4と同一の計算値をグラフ表示したものであり、例えばQ1 /Q2 =1でQ=1600、1200、800、400及び100SCCMの場合、センター部側の制御圧力P3 ′とエッジ部側の制御圧力P3 ″との比P3 ″/P3 ′の平均値は0.999となる。
【0039】
尚、表1は、図4及び図5に表示したパターン1及びパターン2に於ける各流量比Q1 /Qと、センター部側制御圧力P3 ′とエッジ部側制御圧力P3 ″の比(P3 ″/P1 )との関係を示す計算値をまとめたものである。例えば図1に於いて、使用するシャワープレート3、4の組み合せをパターン1とし且つ流量比Q1 /Q2 を1とした場合にはセンター部用圧力式分流量制御器FV1 の制御圧力P3 ′とエッジ部圧力式分流量制御器FV2 の制御圧力P3 ″との比P3 ″/P3 ′は計算上0.961になることを示している。
また、ここでは、上記Q、Q1 /Q2 及びP3 ″/P3 ′との関係を下記のコンダクタンスの計算式を用いて演算している。
即ち、管路に流れるガスの流量Qは、Q=C×(P1 −P2 )…▲1▼、C=182×D4 ×(P1 +P2 )/2×1/L…▲2▼として表わされる。但し、Cはコンダクタンス(L/sec)、Dは配管径(cm)、Lは配管長さ(cm)、P1 は配管上流圧(Torr)、P2 は配管下流圧(Torr)、Qは流量(Torr・L/sec)である。
上記▲1▼及び▲2▼に於いて、Dとしてシャワープレートのオリフィス孔の外径を、Lとしてシャワープレートのオリフィス孔の長さを、下流側圧力P2 としてチャンバー内圧(P3 =0.015Torr)を、流量Qとしてオリフィス孔1個当りの流量を夫々用いることにより、シャワープレートの上流側管路の内圧(P3 ′及びP3 ″)を演算したものである。
【0040】
【表1】
【0041】
以下、本願発明によるチャンバーへのガスの分流供給方法について説明する。図1及び図2を参照、分流量制御盤ERCの入力端子T2 へ起動信号が入力されていない場合には、両圧力式分流量制御器FV1 及びFV2 のコントロールバルブCVは全開状態となっている。その結果、ガス供給源Sから、圧力式流量制御装置FCSにより流量Qに調整されて供給されて来た処理用ガスGは、両分流量制御器FV1 、FV2 を通して、各シャワープレート3、4のノズル孔3a、3bの全面積比にほぼ対応した比率で流通する。
【0042】
次に、前記総流量QのガスGを所定の比率Q1 /Q2 (例えばQ1 /Q2 =2/1)で分流供給するためには、先ず各分岐供給ラインGL1 、GL2 の末端に接続されているガス放出器Dc、Deのシャワープレート3、4の組合せパターンの識別信号(パターン1)を入力端子T4 へ入力すると共に、所望の流量比Q1 /Q2 から、前記表1に基づいて初期の流量比設定信号を求め、これを入力端子T3 へ入力する。
即ち、シャワープレート3、4の組合せパターンがパターン1で且つ分流比Q1 /Q2 =2/1の場合、センター側の圧力式分流量制御器FV1 への流量設定信号は表1から5−1.000×5=0Vとなり、またエッジ側の圧力式分流量制御器FV2 の初期流量設定信号入は表1から5−0.736×5=1.32Vとなる。従って、この場合には、初期流量設定比信号として、入力端子T3 へ0/1.32が入力される。
【0043】
尚、本実施形態では、予かじめ表1を用いて両圧力式分流量制御器へ入力する初期流量設定比を演算し、これを入力端子T3 へ入力するようにしているが、流量設定信号入力端子T81・T82を設けてこれに分流流量Q1 、Q2 を夫々入力すると共に、内部のCPUに予かじめ表1のデータを記憶させておき、CPU内で前記初期流量設定比0/1.32を演算させるようにしてもよい。
また、分流供給の開始前に自動零点調整用信号を入力端子T5 へ加え、各圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の自動零点調整が行なわれることは勿論である。
【0044】
図6を参照して、スタート(ステップ5)操作によって起動(スタート)信号が端子T2 へ加えられると、スタート信号の存否が確認される(ステップ6)。スタート信号の入力が確認されると、端子4へ入力されたシャワープレートの組合せ識別信号(パターン信号)の存否並びに端子3へ入力された初期流量設定比信号の存否が確認される(ステップ7)。
【0045】
初期流量設定比信号の入力が確認されると、当該初期流量設定比信号のステップ状変化が開始される(ステップ8)。
即ち、初期流量設定比信号が端子T3 へ入力されると(本実施例の場合、初期流量設定比の値が0.736であって、FV1 の初期流量設定値=0v、FV2 の初期流量設定値=1.325v)、各圧力式分流量制御器FV1 、FV2 へ初期流量設定値が入力され、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 が初期流量設定値に応じた流量のガスを流通させると共に、その時の流量に対応する制御流量出力信号を端子T71・T72へ出力する。
【0046】
当該各圧力式分流量制御器の制御流量出力信号はステップ9でその流量設定入力信号と対比され、入・出力信号の間に偏差があるか否かがチェックされる。
【0047】
入・出力信号の間の偏差が所定時間の間だ設定値を越えていると、各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号をステップ状に同じ比率で増加させる(ステップ10)。
具体的には、高流量Q1 側の分流量制御器FV1 側への流量設定信号の入力値を100%→50%→30%→20%→10%→5%/0.5秒の割合でステップ的に増加させると共に、低流量Q2 側の分流量制御器FV2 への流量設定信号入力を同じ流量比になるように調整する。
即ち、本実施例では、初期流量比設定値が0.736(3.68/5)(前記FV1 の初期流量設定値=0(5−5=0)v、FV2 の初期流量設定値=1.32(5−3.68=1.32)V)であり、前記各初期流量設定値0(5−5=0)v、1.32(5−3.68=1.32)vが同じ比率で50%→30%→20%→10%→5%/0.5秒の割合でステップ状に増加され、第1段の50%変化により、初期流量比設定は2.5(5−5×0.5=2.5)/3.16(5−2.5×0.736=3.16)に増加され、その後0.5秒経過毎に3.5(5−5×03)/3.896(5−1.5×0.736)(第2段)、4.0(5−5×0.2)/4.264(5−1×0.736)(第3段)、4.5(5−5×0.1)/4.632(5−0.5×0.736)(第4段)、4.75(5−5×0.05)/4.816(5−0.25×0.736)(第5段)の順にステップ状変化が繰り返される。
【0048】
前記流量設定信号入力のステップ状変化により、ステップ9の入・出力信号の偏差が設定範囲内の値になると、ステップ11で各分流量制御器FV1 、FV2 への設定流量信号の入力値が、一段前のステップ変化の信号入力値に戻され、再度入・出力信号の偏差の存否がチェックされる(ステップ12)。
尚、前記ステップ9の入・出力信号の偏差が、約0.5秒間に亘ってフルスケール(即ち5V)の3%に相当する値いを越える場合には、偏差の異常があると判断され、次段階のステップ状変化が行なわれる。
【0049】
前記ステップ12で入・出力信号間の偏差の存在が確認されると、引き続きその時の流量設定信号から、各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号入力を同じ比率でランプ変化させる(ステップ13)ランプ制御が開始される。
当該流量設定信号のランプ変化は、具体的には高流量Q1 側の分流量制御器FV1 への流量設定信号入力を10%/0.5秒のランプ変化で変動させると共に、低流量Q2 側の分流量制御器FV2 への流量設定信号入力を同一比率で連続的に増加させ(ステップ14)、ランプ変化後の流量切低信号入力とその時の制御流量信号出力との間の偏差をステップ15でチェックする。
【0050】
例えば、前記実施例において、ステップ10の第4段(即ち、流量設定比4.5/4.632)に於いて入・出力間の偏差が無くなったとすると、各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号がステップ10の第3段(流量設定比4.0/4.264)の状態に一旦戻され、圧力式分流量制御器FV1 への流量設定入力を4.0V及び圧力式分流量制御器FV2 への流量設定入力を4.264Vとした(ステップ11)うえ、再度ステップ12において入・出力信号間の偏差の存否が確認されたあと、ステップ13に於いて流量設定信号のランプ変化が開始され、前記圧力式分流量制御器FV1 への流量設定信号入力4.0Vが0.5V/0.5secの割合でランプ変化されると共に、圧力式分流量制御器FV2 への流量設定信号入力4.264Vも0.5v×0.736=0.368V/0.5secの割合で増加される。
【0051】
前記ランプ変化された流量設定信号入力とその時の制御流量信号出力との偏差がステップ15でチェックされ、両者の間の偏差が連続して一定時間の間、例えば0.1秒間無くなれば(即ち、規定値以下になれば)、ステップ16に於いて各分流量制御器FV1 、FV2 への設定流量信号入力が、ステップ14の時の流量設定入力信号値に夫々固定・保持される。
【0052】
そして、最後にステップ17に於いて、前記固定・保持した設定流量信号の入力の存否が確認され、これによってガス供給源Sからの原料ガス(流量Q)を分流供給するための各分流量制御器FV1 、FV2 の自動分流量制御が完了する。
即ち、ガス供給源Sからの所定流量Qの原料ガスGは、所定の流量比Q1 /Q2 に分流され、ガス放出器Dc、Deを通してチャンバーC内ウエハーHへ供給されていく。
【0053】
【発明の効果】
本発明に於いては、圧力式流量制御装置FCSを備えたガス供給設備からの流量Qの処理用ガスGを圧力式分流量制御器FV1 、FV2 を通して圧力チャンバーC内へ分流供給すると共に、分流量の大きい方の圧力式分流量制御器のコントロールバルブCVの開度を全開とする分流量制御盤FRCからの初期流量設定信号によって圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の流量制御を開始すると共に、前記各コントロールバルブCVの下流側圧力P3 ′、P3 ″を調整することによりチャンバーC内に設けたシャワープレート3、4のオリフィス孔3a、4aを活用し、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の流量Q1 、Q2 をQ1 =C1 P3 ′、Q2 =C2 P3 ″(但し、C1 、C2 は定数)で表わされる分流量でもって、流量Qの処理用ガスGを分流供給する構成としている。
その結果、本発明に於いては、圧力式流量制御装置FCSを備えたガス供給設備1からの処理用ガスであっても、分流時に圧力式流量制御装置FCSのオリフィス下流側の圧力P2 が大幅に上昇することが皆無となり、結果として総流量Qを圧力式分流量制御器FV1 、FV2 による分流制御と無関係に正確に所望流量値に制御することが可能となる。
【0054】
また、本発明ではチャンバーC内に設けたシャワープレート3、4のオリフィス孔3a、4aを有効に圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の構成材料として活用し、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 を実質的に圧力式流量制御装置FCSと同一のものとしているため、本方法発明の実施が極めて容易にしかも安価な設備費でもって行なえる。
【0055】
更に、本願方法発明にあっては、初期流量設定信号によって、流量の大きい方の圧力式分流量制御器のコントロールバルブを全開に、また他方の圧力式分流量制御器のコントロールバルブの開度を全開×α(αは最終流量比Q2 /Q1 に応じて予かじめ算定した計算上の開度比率P3 ″/P3 ′)として分流量制御を開始し、前記流量設定信号を先ずステップ状に変化させ分流比Q1 /Q2 の粗調整を行なうと共に、入・出力信号間の偏差が規定内に納まると引き続き1段前のステップ調整の流量設定信号に戻したところから流量設定信号をランプ状に変化させ、流量設定入力信号と制御流量出力信号との対比を行なって、両入・出力信号間の偏差が所定時間内に設定値以下となった場合に、各流量設定信号を両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 への最終的な流量設定信号として固定保持す構成としている。
その結果、本方法発明に於いては、極めて迅速且つ正確に、しかも数多くの流量比Q2 /Q1 について、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 による分流制御を行なうことが可能となる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る流量制御装置を備えたガス供給装置によるチャンバーへのガス分流供給方法を説明する全体系統図である。
【図2】圧力式分流量制御器FV1 の構成図である。
【図3】圧力式分流量制御器FV1 の流量設定信号と流量制御圧力及び流量出力信号の関係を示す特性曲線である。
【図4】図1の分流供給に於いて、使用するシャワープレート3、4の組合せをパターン1とした場合の、両圧力式分流量制御器の流量制御圧力(P3 ′、P3 ″)と全流量Qと分流比Q1 /Q2 との関係を示す線図(計算値)である。
【図5】使用するシャワープレート3、4の組合せをパターン2とした場合の、図4と同一の関係を示す線図(計算値)である。
【図6】チャンバーへのガスの分流供給方法を説明する圧力式流量制御装置によるガスの分流制御のフローチャートである。
【図7】従前の圧力式流量制御装置FCSを用いたチャンバーCへの処理ガスの供給方法を示す説明図である。
【図8】単独のガス供給源Sから複数の圧力式流量制御装置を用いてチャンバーCへ処理ガスを分流供給する場合の、説明図である。
【図9】圧力式流量制御装置を備えたガス供給源から、制御弁を用いてチャンバーCへ処理ガスを分流供給する場合の説明図である。
【符号の説明】
1はガス供給設備、Sは処理用ガス供給源、V0 はガス元弁、FCSは圧力式流量制御装置、Gは処理用ガス、2は分流量制御装置、FV1 は圧力式分流量制御器(No1分流量制御器)、FV2 は圧力式分流量制御器(No2分流量制御器)、FRCは分流量制御盤、Cはチャンバー、Dはガス放出器、Dcはセンター部用ガス放出器、3はセンター部用シャワープレート、3aはオリフィス孔、Deはエッジ用ガス放出器、4はエッジ部用シャワープレート、4aはオリフィス孔、GL1 はセンター部用分岐供給ライン、GL2 はエッジ部用分岐供給ライン、Qは総ガス流量、Q1 は分流流量、Q2 は分流流量、EL1 ・EL2 は信号接続ライン、T1 は電源入力端子(DC15V)、T2 は起動・停止信号入力端子、T3 は初期の流量設定比信号の入力端子(4ビット入力)、T4 はシャワープレートの組合せ識別信号入力端子(2ビット)、T5 は自動零点調整用信号の入力端子、T61・T62は自動零点設定エラー信号の出力端子、T71・T72は制御流量信号出力端子、T81・T82は流量設定信号入力端子、T91・T92は入・出力異常警報出力端子、5はスタート(起動)のステップ、6はスタート信号の確認のステップ、7はパターン識別信号及び初期流量設定信号の確認のステップ、8は流量設定信号のステップ変化の開始のステップ、9は入・出力信号の偏差の判別ステップ、10は流量設定信号のステップ状減少のステップ、11は一段前の流量設定信号への切換へのステップ、12は入・出力信号の偏差の判別ステップ、13は流量設定信号のランプ変化の開始のステップ、14は流量設定信号のランプ変化のステップ、15は入・出力信号の偏差の判別ステップ、16は流量設定信号の保持ステップ、17は流量設定信号の保持確認ステップ。
Claims (8)
- 流量制御装置を備えたガス供給設備1から所定流量QのガスGを複数の分岐供給ラインGL1 、GL2 及びその端末に固定したシャワープレート3、4を通して、チャンバーC内へ所定の流量比Q1 /Q2 でもって分流供給する方法であって、前記複数の分岐供給ラインGL1 、GL2 に圧力式分流量制御器FV1 、FV2 を介設すると共に、供給流量の大きい方の圧力式分流量制御器のコントロールバルブCVの開度を全開とする分流量制御盤FRCからの初期流量設定信号により、前記両分流量制御器FV1 、FV2 の開度制御を開始し、前記コントロールバルブCVの下流側圧力P3 ′、P3 ″を夫々調整することによりシャワープレート3、4に設けたオリフィス孔3a、4aを通して、式Q1 =C1 P3 ′及びQ2 =C2 P3 ″(但しC1 、C2 はオリフィス孔の断面積やオリフィス上流側のガス温度により決まる定数)により表わされる所望の分流量Q1 、Q2 でもって前記チャンバーC内へ総量Q=Q1 +Q2 のガスを分流供給することを特徴とする流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。
- CPUを備えた分流量制御盤FRCに起動・停止信号入力端子T2 、初期流量設定比信号入力端子T3 、シャワープレートの組合せ識別信号入力端子T4 、各圧力式分流制御器FV1 、FV2 の制御流量信号出力端子T71・T72、各圧力式分流制御器FV1 、FV2 の流量設定入力信号と制御流量出力信号との偏差により信号を発信する入・出力異常警報出力端子T91、T92を設けると共に、前記シャワープレート3、4の複数の組合せについて、各シャワープレート3、4を流量比Q1 /Q2 でもって総量Q=Q1 +Q2 のガスGが流通する際の各圧力式分流制御器FV1 、FV2 のコントロールバルブCVの下流側圧力P3 ′、P3 ″を、前記Q1 =C1 P3 ′及びQ2 =C2 P3 ″の演算式によって複数の総流量Qについて流量比Q1 /Q2 をパラメータとして算出し、供給流量の大きい方の圧力式分流量制御器FV1 への初期流量設定信号をコントロールバルブ全開時の入力信号電圧V0 とするとともに、他方の圧力式分流量制御器FV2 の初期流量設定信号を前記P3 ″/P3 ′×V0 とし、次に、各シャワープレート3、4の組合せの識別信号を前記入力端子4へ、また前記両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 への初期流量設定信号の比P3 ′/P3 ″を初期流量比設定信号入力端子T3 へ夫々入力したあと、両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の各コントロールバルブCVを全開状態にした状態でガス供給設備1からのガス供給流量Qを所望流量に設定し、次に、前記起動(スタート)信号入力端子T2 へ起動信号を入力し(ステップ5)、起動信号の入力が確認される(ステップ6)と、前記シャワープレートの組合せ識別信号及び前記初期流量設定比信号の存否を確認し(ステップ7)、その後前記初期流量設定比信号から求めた両圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の初期流量設定信号V0 、V0 ×P3 ″/P3 ′をステップ的に同比率で増加させ(ステップ8、10)、その時の流量設定入力信号と制御流量出力信号との偏差をチェックし(ステップ9)、前記入・出力偏差が設定範囲内になれば、各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号を入・出力偏差が設定範囲内になる一段前のステップ変化時の流量設定信号の値に戻し(ステップ11)、引き続き各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号を同比率でランプ変化させる(ステップ13、14)と共に入・出力信号の偏差を連続的にチェックし(ステップ15)、ランプ変化時の入・出力信号の偏差が設定範囲内になれば、その時の流量設定信号を各分流量制御器FV1 、FV2 への流量設定信号として固定・保持し(ステップ16)、当該各流量設定信号の下でガスGの分流供給をするようにした請求項1に記載の流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。
- 流量設定信号のステップ変化を、初期流量設定値(100%)から0.5秒毎に50%、30%、20%、10%及び5%の順にステップ的に両流量設定信号を同比率で増加させるものとした請求項2に記載の流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。
- 流量設定信号のランプ変化を、0.5秒間に両流量設定信号の10%を同比率で増加させるものとした請求項2に記載の流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガスの分流供給方法。
- 入・出力の偏差がある一定時間以上連続して無くなれば、その時の各流量設定信号を各分流量制御器FV1 、FV2 の流量設定信号として固定・保持するようにした請求項2に記載の流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。
- チャンバーCの内圧を5〜30Torrに、圧力式分流量制御器FV1 、FV2 の下流側のガス圧を100Torr以下に、総流量Qを100sccm〜1600sccmに、分流流量比Q1 /Q2 を1/4、1/2、1/1、2/1、3/1及び4/1とするようにした請求項1又は請求項2に記載の流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。
- 分流流量Q1 又はQ2 の大きい方の圧力式分流量制御器FV1 又はFV2 の初期流量設定信号をそのコントロールバルブCVを全開にするときの電圧入力とすると共に、当該コントロールバルブCVの全開時の制御電圧入力を0vに、また制御電圧範囲を0〜5vとするようにした請求項1又は請求項2に記載の流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。
- 分流量制御盤FRCの各端子の入・出力信号をシリアル通信による入・出力信号とするようにした請求項2に記載の流量制御装置を備えたガス供給設備からのチャンバーへのガス分流供給方法。
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