JP4327314B2 - 真空圧力制御システム - Google Patents

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１５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低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１５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、ポペット弁の構造を持った真空比例開閉弁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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の真空圧力制御システムにおいては、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の開度を操作して、排気系のコンダクタンスを変化させるものであるから、反応室１０内の真空圧力値が目標真空圧力値へ進み行く速さ（以下、「真空圧力変化速度」という）までも制御することができなかった。
【０００７】
従って、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の過程において、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要請があるが、従来技術の真空圧力制御システムでは、反応室１０内からガスが排出される進行過程までも制御することができず、その要請には応えることができなかった。
【０００８】
そこで、従来技術の真空圧力制御システムにおいては、固定オリフィスを持ったバイパス弁１７を真空比例開閉弁１６に対して並列に設け、真空比例開閉弁１６を遮断する一方でバイパス弁１７を開けることにより、排気系のコンダクタンスを所定の値にし、反応室１０内の「真空圧力変化速度」を小さく抑えることにより、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力値に到達させていた。
【０００９】
しかし、バイパス弁１７で小さく抑えられる反応室１０内の「真空圧力変化速度」については、バイパス弁１７の固定オリフィスを通過するガスの流速（以下、「ガス流速」という）が音速領域にある場合には、排気系のコンダクタンスのみに依存するけれども、反応室１０内のガスが排気され絶対真空圧側へ向かって真空圧力が低下すると、「ガス流速」は亜音速領域になり、「ガス流速」が音速から亜音速に移行する。こうなると、反応室１０内の「真空圧力変化速度」は、逆関数的に遅くなっていく。
【００１０】
また、反応室１０内が大気圧の状態で真空ポンプ１３側への排気を始める場合に、排気系のコンダクタンスを決める固定オリフィスが必要以上に大きいときは、反応室１０内の「真空圧力変化速度」が一挙に速くなることになる。このことは、反応室１０内でパーティクが巻き上がることを防止する観点からは決して望ましいものではなかった。また、排気系のコンダクタンスを決める固定オリフィスが十分小さいときは、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れば望ましいことであるが、こんどは、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力値に到達させるまでには、かなりの長時間を要することとなり、反応室１０内のバッチ処理時間が長期化する問題もあった。
【００１１】
このような問題点に対しては、上述したバイパス弁１７の他に複数のバイパス弁や複数のニードル弁を、真空比例開閉弁１６に対して並列に設けることにより解決していたが、これでは、近年の半導体製造装置の小型化やローコスト化の傾向に反することになる。
【００１２】
そこで、本出願人は、特願平１０−３３７５４３の特許出願において、真空比例開閉弁の開度を操作して、真空容器内の真空圧力を外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度をもって変化させることにより、真空容器内からガスを排出させる進行過程をゆっくりと行って、真空容器内でパーティクルが巻き上ることを防止するとともに、真空容器内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまでに要する時間を短縮することができる真空圧力制御システムを開示している。
【００１３】
一方、図１５に示すＣＶＤ装置において、真空状態の反応室１０内に不活性ガスをパージするには、真空比例開閉弁１６とバイパス弁１７とを閉じて、反応室１０内と真空ポンプ１３との排気ラインを遮断し、不活性ガスの質量流量を制御できるマスフローコントローラを介して、反応室１０内に不活性ガスを供給することにより行っていた。
【００１４】
従って、真空状態の反応室１０内に不活性ガスをパージする際において、反応室１０内の「真空圧力変化速度」が大きいと、反応室１０内で不活性ガスの流れが互いに入り交じり合う状態となり、反応室１０内でパーティクルが巻き上がることになる。そこで、従来技術では、マスフローコントローラで不活性ガスの質量流量を制御することにより、反応室１０内の「真空圧力変化速度」を小さくしていた。
【００１５】
しかしながら、マスフローコントローラで制御される不活性ガスの質量流量と、その不活性ガスが供給された反応室１０内の「真空圧力変化速度」との関係は、反応室１０の容積や反応室１０内の真空圧力値等に大きく影響されるため、マスフローコントローラで不活性ガスの質量流量を制御することにより、反応室１０内の「真空圧力変化速度」を自由にコントロールすることは非常に困難であった。
【００１６】
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、真空比例開閉弁の開度を操作して、真空容器内の真空圧力を外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度をもって変化させることにより、真空容器内にガスを充填させる進行過程をゆっくりと行って、真空容器内でパーティクルが巻き上ることを防止するとともに、真空容器内にガスを充填する際に、真空容器内の真空圧力変化速度を自由に制御することが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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体製造ライン上に設けられた真空容器と、前記真空容器内のガスを排出する真空ポンプと、前記真空容器と前記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とともにポペット式の弁構造を持った真空比例開閉弁と、前記真空容器内の真空圧力を計測する真空圧力センサーと、前記真空圧力センサーで計測された前記真空容器内の真空圧力値と外部から与えられた目標真空圧力値との差に応じて外部コマンドを発生させるコントローラと、前記外部コマンドに従って前記真空比例開閉弁の開度を操作するサーボ機構とを有し、大気圧から高真空圧までの範囲で前記真空容器内の真空圧力をフィードバック制御する真空圧力制御システムであって、外部から与えられた又は予め前記コントローラに設定された目標真空圧力変化速度に基づいて算出される真空圧力値を前記コントローラで内部コマンドとして順次発生させるとともに、前記内部コマンドを前記フィードバック制御の目標値として順次変更することにより、前記フィードバック制御を追従制御として実行して、前記真空容器内の真空圧力に基づいて前記目標真空圧力変化速度を、前記真空圧力が高いほど前記目標真空圧力変化速度を大きく、前記真空圧力が大気圧に近づくほど前記目標真空圧力変化速度を小さく変化させることにより、前記真空容器にガスを充填する際にパーティクルの巻き上げを防止することができることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載する真空圧力制御システムであって、前記フィードバック制御を追従制御として実行している最中でも、前記半導体製造ラインを管理する上位制御装置により、前記目標真空圧力変化速度を可変できることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１つに記載する真空圧力制御システムであって、前記真空容器に充填されるガスがマスフローコントローラを介して供給されることを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載する真空圧力制御システムであって、前記マスフローコントローラを介して供給されるガスがパージガスであることを特徴とする。
【００２０】
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、半導体製造ライン上に設けられた真空容器内の真空圧力を真空圧力センサーで計測して、外部から与えられた目標真空圧力値との差を求め、この差に応じてコントローラが外部コマンドを発生し、この外部コマンドに従ってサーボ機構が真空比例開閉弁の開度を操作し、真空容器から真空ポンプ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、真空ポンプでガスが排出される真空容器内の真空圧力を、大気圧から高真空圧までの範囲にある目標真空圧力値に一定に保持するフィードバック制御を行うものである。
【００２１】
このとき、コントローラによって、真空圧力センサーで計測された真空容器内の真空圧力に対し、外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度で変化させた真空圧力値を、内部コマンドとして順次発生させている。そして、順次発生する内部コマンドをフィードバック制御の目標値とし、フィードバック制御の目標値を順次変更することにより、フィードバック制御を追従制御として実行する。これにより、真空容器内の真空圧力を目標真空圧力変化速度をもって一律に変化させることができる。
【００２２】
すなわち、本発明の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁の開度を操作して、外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度で真空容器内の真空圧力を一律に変化させることができるから、目標真空圧力変化速度を小さな値で外部から与えることにより、真空容器内にガスが充填される進行過程をゆっくりと行うことが可能となり、真空容器内にガスを充填する際に、真空容器内の規則的なガス流れを維持し、真空容器内でガスの流れが互いに入り交じり合う状態となることを防止できるので、真空容器内でパーティクルが巻き上ることを防止することができる。
【００２３】
また、もし、真空容器内にガスが充填される進行過程をゆっくりと行うことを怠って、真空容器内でパーティクルが巻き上がったとしても、真空比例開閉弁は開いた状態にあることから、真空容器内で巻き上がったパーティクルを真空ポンプで排出することができる。
【００２４】
さらに、真空容器内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまで、外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度で真空容器内の真空圧力を一律に変化させることができることから、従来技術で述べたマスフローコントローラで小さく抑えられる真空圧力変化速度のように、真空容器の容積や真空容器内の真空圧力値等に影響されることはなく、真空容器内にガスを充填する際に、真空容器内の真空圧力変化速度を自由に制御することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の真空圧力制御システムにおいては、真空容器内にガスを充填する際に、フィードバック制御を追従制御として実行している最中でも、半導体製造ラインを管理する上位制御装置により、目標真空圧力変化速度を可変できるので、半導体製造プロセス全体の状況などを考慮しつつ、真空容器内にガスを充填させる進行過程を所望の進行過程に制御したい要請に応えることができる。
【００２６】
尚、マスフローコントローラを介して、真空状態の真空容器内に充填されるガスには、不活性ガスなどのパージガスがある。
【００２７】
【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。第１実施の形態の真空圧力制御システムは、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。
【００２８】
図６に、従来技術の欄で示した図１５に対する、第１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。第１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。
【００２９】
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。
【００３０】
真空圧力制御回路２２は、図１５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。
【００３１】
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。
【００３２】
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４、図５参照）内の空気圧力を調整するものである。
【００３３】
操作部４０である真空比例開閉弁１６は、図１５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４、図５に真空比例開閉弁１６の断面を示す。図に示すように、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。
【００３４】
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４に示すように、ポペット弁体４５は弁座４７に密着し、真空比例開閉弁１６は遮断した状態となる。
【００３５】
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５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。
【００３６】
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。
【００３７】
検出部である真空圧力センサー１４、１５は、図１５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。
【００３８】
このような構成を持つ第１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６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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、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１５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（制御偏差）に応じて、真空比例開閉弁１６の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。
【００４１】
また、真空圧力制御回路２２においては、フィードバック制御の制御偏差が大きいときは、フィードバック制御の操作量を最大にさせているので、フィードバック制御の速応性が十分に確保されている。一方、フィードバック制御の制御偏差が小さいときは、予め調整された時定数に段階的に移行するので、反応室１０内の真空圧力を安定した状態で維持することができる。
【００４２】
具体的には、図１３のブロック図のように、真空圧力センサー１４、１５で計測された反応室１０内の真空圧力値を比例微分回路１０５、１０６により調整した値は、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値と比較した後、比例微分積分回路１０２、１０３に入力される。その後、直列に接続された積分回路１０４は、位置制御回路３１に出力するため、０〜５Ｖの範囲の電圧を出力する。積分回路１０４の時定数は、積分時間調整回路１０１により決定される。
真空圧力センサー１４、１５の計測値が、目標真空圧力値に対し離れているときは、内部演算回路により積分回路の積分時間が極小となるように動作する。これにより、積分回路１０４は、ほぼ無限大のゲインをもつ増幅回路として機能する。
すなわち、真空圧力センサー１４、１５の計測値＞目標真空圧力値の場合は、積分回路１０４の最大値である５Ｖが、位置制御回路３１に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁１６は急速に開く方向に動作する。
【００４３】
真空圧力センサー１４、１５の計測値＜目標真空圧力値の場合は、積分回路１０４の最小値である０Ｖが位置制御回路３１に対して出力される。その結果、真空比例開閉弁１６は、急速に閉じる方向に動作する。
これらの動作により、真空比例開閉弁１６の弁開度は、目標真空圧力値にするための位置の近くまで、最短時間で到達できる。
その後、目標真空圧力値にするための位置の近くまで到達したと判断した積分時間調整回路１０１は、その位置にて真空圧力を安定した状態で保持するため、予め調整された積分回路１０４の時定数に段階的に移行する動作を行う。
【００４４】
さらに、第１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、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を、コントローラ２０で選択すると、反応室１０内の真空圧力を目標真空圧力に到達させる際に、反応室１０内の真空圧力変化速度までも制御することができる。
【００４５】
ここでは、図７に示すように、反応室１０内の真空圧力変化速度を目標真空圧力変化速度の値Ｒ３に制御しながら、反応室１０内の真空圧力を大気圧Ｖ０から所望の真空圧力の値Ｖ６に到達させ、さらに維持させる、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）について説明する。但し、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）は、強制クローズモード（ＣＬＯＳＥ）から移行するものとする。
【００４６】
真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）は、その動作内容を、準備時間と実行時間の２つに区分けすることができる。図３は、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）の準備時間についてのフローチャートであり、図２は、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）の実行時間についてのフローチャートである。
【００４７】
真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を、コントローラ２０で選択すると、先ず、図３のＳ１に進み、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する。ここでは、反応室１０内の現在の真空圧力は大気圧Ｖ０であるので（図７参照）、大気圧Ｖ０が取得される。
【００４８】
次に、Ｓ２において、弁のリフト量ランプアップ処理が行われる。ここでは、強制クローズモード（ＣＬＯＳＥ）から移行しているので、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）が選択されたときは、真空比例開閉弁１６は遮断した状態にある。そこで、図１１に示すように、真空比例開閉弁１６の弁のリフト量がランプ関数的に変化するように、バイアス制御回路１１０が位置制御回路３１へ指令電圧を出力し、位置制御回路３１がパルスドライブ回路３２へ制御信号を発信する（図１３参照）。ここでは、一例として、時間ｔ１を１０ｓｅｃとし、弁のリフト量の値Ｌ１を０．１２６６ｍｍとする。
【００４９】
そして、Ｓ３において、時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過したか否かを判断する。時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過したと判断したときは（Ｓ３：Ｙｅｓ）、Ｓ６に進むが、時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過していないと判断したときは（Ｓ３：Ｎｏ）、Ｓ４に進んで、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する。その後、Ｓ５において、反応室１０内の真空圧力について、僅かな圧力降下があったか否かを判断する。僅かな圧力降下がないと判断したときは（Ｓ５：Ｎｏ）、Ｓ２に戻って、上述した処理を繰り返す。尚、ここでは、僅かな圧力降下を、２６６Ｐａ以上の圧力降下とする。
【００５０】
一方、２６６Ｐａ以上の圧力降下があると判断したときは（Ｓ５：Ｙｅｓ）、時間ｔ１である１０ｓｅｃが経過したと判断したとき（Ｓ３：Ｙｅｓ）と同様にして、Ｓ６に進む。Ｓ６からＳ８では、反応室１０内の真空圧力について、現在の真空圧力から２６６Ｐａを引いた値Ｖ１（図７参照）を目標値としたフィードバック制御を、所定の時間（ここでは、１０ｓｅｃ）が経過するまで定値制御として行う。そして、フィードバック制御を開始して１０ｓｅｃが経過したと判断したら（Ｓ８：Ｙｅｓ）、図２のＳ２１に進み、実行時間のフィードバック制御に移行する。
【００５１】
図２の実行時間では、先ず、Ｓ２１において、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値を取得する。また、Ｓ２２において、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する。そして、Ｓ２３において、反応室１０内の現在の真空圧力が目標真空圧力値に到達したか否かを判断する。反応室１０内の現在の真空圧力が目標真空圧力値に到達していないと判断したときは（Ｓ２３：Ｎｏ）、Ｓ２４に進んで、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力変化速度を取得する。
【００５２】
また、Ｓ２５において、反応室１０内の現在の真空圧力値を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する。そして、Ｓ２６において、Ｓ２５で取得した現在の反応室１０の真空圧力値に対し、Ｓ２４で取得した目標真空圧力変化速度で変化させた真空圧力値を、内部コマンドとしてコントローラ２０で発生させている。そして、内部コマンドをフィードバック制御の目標値とし、フィードバック制御の目標値を変更する。その後、Ｓ２７において、フィードバック制御を行う。
【００５３】
具体的には、図１３のブロック図に示すように、現場入力又は遠隔入力で指示された目標真空圧力値や真空圧力変化速度は、インターフェース回路２１（図６参照）で０〜５Ｖの範囲の電圧で出力され、内部コマンド発生回路１１１へ入力される。内部コマンド発生回路１１１では、現在の反応室１０の真空圧力値から、真空圧力変化速度の大きさに応じて、所定の真空圧力値を引き、その値をフィードバック制御の目標値として出力する。従って、その後のフィードバック制御は、特許公報第２６７７５３６号に記載されているものと同様である。
【００５４】
一方、反応室１０内の現在の真空圧力が目標真空圧力値に到達したと判断したときは（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、Ｓ２８に進んで、Ｓ２１で取得した目標真空圧力値をフィードバック制御の目標値とする。その後、Ｓ２７において、フィードバック制御を行う。ここでのフィードバック制御も、特許公報第２６７７５３６号に記載されているものと同様である。
【００５５】
尚、Ｓ２７のフィードバック制御は、動作モードが真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）から変更されない限り続行される。
【００５６】
また、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）では、目標真空圧力変化速度を任意に変化させることもできる。例えば、図８に示すように、反応室１０内の真空圧力を大気圧Ｖ０から所望の真空圧力の値Ｖ６に到達させ、さらに維持させる際において、反応室１０内の目標真空圧力変化速度を、反応室１０内の真空圧力に基づいて、複数の目標真空圧力変化速度の値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５で制御することができる。
【００５７】
そのためには、図２のＳ２４で、目標真空圧力変化速度を取得する際において、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ０のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ１に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ２のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ２に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ３のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ３に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ４のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ４に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ５のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ５に変化するようにする。
【００５８】
上述したように、目標真空圧力変化速度は、０〜５（Ｖ）の範囲の電圧で内部コマンド発生回路１１１（図１３参照）に出力されるので、その出力電圧を変化させることによって、目標真空圧力変化速度を変化させることができる。例えば、目標真空圧力変化速度１３．３〜２６６０（Ｐａ／ｓｅｃ）に対し、０〜５（Ｖ）の範囲の出力電圧に相当する場合には、１３．３（Ｐａ／ｓｅｃ）には０（Ｖ）、１３３（Ｐａ／ｓｅｃ）には０．２５（Ｖ）、６６５（Ｐａ／ｓｅｃ）には１．２５（Ｖ）、１３３０（Ｐａ／ｓｅｃ）には２．５（Ｖ）、２６６０（Ｐａ／ｓｅｃ）には５（Ｖ）が相当する。
【００５９】
従って、図２の実行時間の最中において、目標空圧力変化速度を、反応室１０内の真空圧力に関係なく、現場入力又は遠隔入力で変化させることもできる。また、図２の実行時間の経過時間に応じて所望の真空圧力変化速度を変化させることも可能である。さらに、目標真空圧力変化速度を予めコントローラ２０に設定することもできる。これらにより、反応室１０内の真空圧力を任意の圧力曲線に沿わせることができる。
【００６０】
また、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＰＵＲ）でも、上述した真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）の図２と同様にして、目標真空圧力変化速度を任意に変化させることができる。例えば、図１に示すように、反応室１０内の真空圧力を真空圧Ｖ６から所望の真空圧力の値Ｖ１１に到達させ、さらに維持させる際において、反応室１０内の目標真空圧力変化速度を、反応室１０内の真空圧力に基づいて、複数の目標真空圧力変化速度の値Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０で制御することができる。
【００６１】
そのためには、図２のＳ２４で、目標真空圧力変化速度を取得する際において、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ６のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ６に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ７のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ７に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ８のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ８に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ９のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ９に、反応室１０内の真空圧力が値Ｖ１０のときは目標真空圧力変化速度が値Ｒ１０に変化するようにする。
【００６２】
尚、図１に示す真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＰＵＲ）は、例えば、図示しないマスフローコントローラを介して、反応室１０内を窒素などの不活性ガスでパージする場合などの工程で行われる。
【００６３】
次に、第２実施の形態の真空圧力制御システムについて説明する。図１０に、従来技術の欄で示した図１５に対する、第２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。図６の第１実施の形態の真空圧力制御システムのものと異なる点は、操作部４０の真空比例開閉弁１６において、ポテンショメータ１８とアンプ１９とが削除され、その代わりに、真空比例開閉弁１６の空気圧シリンダ４１内の空気圧力を計測する空気圧力センサー７０が設けられた点と、位置制御回路３１が空気圧制御回路１３１に代わった点である。従って、真空比例開閉弁１６の弁のリフト量は、空気圧力センサー７０で取得した空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力を介して計測される。
【００６４】
また、図９に、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）の準備時間についてのフローチャートを示す。第２実施の形態の真空圧力制御システムにおいては、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）を、コントローラ２０で選択すると、先ず、Ｓ１１に進み、反応室１０内の現在の真空圧力を真空圧力センサー１４、１５を介して取得する。
【００６５】
次に、Ｓ１２Ａにおいて、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力を、真空比例開閉弁１６のポペット弁体４５（図４、図５参照）が駆動する直前の値（バイアス値）に到達するように、バイアス制御回路１１０（図１３参照）が空気圧制御回路１３１へ指令電圧を出力し、空気圧制御回路１３１がパルスドライブ回路３２へ制御信号を発信する。例えば、図１２に示すように、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力をバイアス値Ｐ１にする。このとき、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の現在の空気圧力は空気圧力センサー７０（図１０参照）で取得される。
【００６６】
尚、時間ｔ２が経過するまで、バイアス値Ｐ１の指令値が発信され続けるのは、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力の充填時間が必要なためである。また、真空比例開閉弁１６が遮断した状態にある場合に、反応室１０内の真空圧力が大気圧より小さいときは、真空比例開閉弁１６のポペット弁体４５（図４、図５参照）に対して吸引力が反応室１０側に作用し、かかる吸引力の大きさは反応室１０内の真空圧力の大きさに影響される。従って、最適なバイアス値は反応室１０内の真空圧力の大きさによって異なる。そこで、第２実施の形態の真空圧力制御システムにおいては、バイアス値Ｐ１と反応室１０内の真空圧力の大きさとの関係を予めデータとして備えている。
【００６７】
図９に戻り、Ｓ１２Ａにおいて、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力が予め備えているバイアス値Ｐ１に到達すると、Ｓ１２Ｂに進んで、空気圧力ランプアップ処理が行われる。例えば、ここでは、図１２に示すように、時間ｔ３が経過するまでに、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力がバイアス値Ｐ１から値Ｐ２へ直線的に変化するように、空気圧制御回路１３１がパルスドライブ回路３２へ制御信号を発信する（図６参照）。
【００６８】
尚、第１実施の形態の真空圧力制御システムの図１１との関係について言及すれば、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力が値Ｐ２であるときに、真空比例開閉弁１６の弁のリフト量の値Ｌ１が０．１２６６ｍｍであれば、０．１２６６ｍｍの弁のリフト量を得るための空気圧力の充填（Ｐ１→Ｐ２）を、１０ｓｅｃかけて行うことに相当する。
【００６９】
そして、Ｓ１３では、時間ｔ２から時間ｔ３までの間が経過したか否かを判断している。図９では、空気圧シリンダ４１（図４、図５参照）内の空気圧力が値Ｐ２であるときに、真空比例開閉弁１６の弁のリフト量の値Ｌ１が０．１２６６ｍｍであるとし、時間ｔ２から時間ｔ３までの間は、時間ｔ１の１０ｓｅｃとしている。その後は、第１実施の形態の真空圧力制御システムと同様である。よって、第２実施の形態の真空圧力制御システムの図９のＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８は、第１実施の形態の真空圧力制御システムの図３のＳ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８に相当する。
【００７０】
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、半導体製造ライン上に設けられたＣＶＤ装置の反応室１０内の真空圧力値を真空圧力センサー１４、１５で計測して（Ｓ２２）、現場入力又は遠隔入力をもって外部から与えられた目標真空圧力値との差を求め、この差に応じてコントローラ２０が外部コマンドを発生し、この外部コマンドに従って空気圧制御部３０が真空比例開閉弁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、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、大気圧から高真空圧までの範囲にある目標真空圧力値に一定に保持するフィードバック制御を行うものである（Ｓ２７）。
【００７１】
このとき、コントローラ２０によって、真空圧力センサー１４、１５で計測された反応容器１０内の真空圧力に対し、Ｓ２４で取得した目標真空圧力変化速度で変化させた真空圧力値を、内部コマンドとして順次発生させている（Ｓ２６）。そして、順次発生する内部コマンドをフィードバック制御の目標値とし、フィードバック制御の目標値を順次変更することにより（Ｓ２６）、フィードバック制御を追従制御として実行する（Ｓ２７）。これにより、反応室２０内の真空圧力を目標真空圧力変化速度をもって一律に変化させることができる。
【００７２】
すなわち、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の開度を操作して、外部から与えられた又は予めコントローラ２０に設定された目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させることができるから、目標真空圧力変化速度を小さな値で外部から与えることにより、反応室１０内からガスを排出させる進行過程をゆっくりと行うことが可能となり、もって、反応室１０内でパーティクルが巻き上ることを防止することができる。
【００７３】
さらに、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまで、外部から与えられた又は予めコントローラ２０に設定された目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させることができることから、従来技術の欄で述べたバイパス１７で小さく抑えられる真空圧力変化速度のように、反応室１０内の真空圧力変化速度が逆関数的に遅くなっていくことはなく、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまでに要する時間を短縮することが可能となる。従って、半導体製造ライン上に設けられた反応室１０内のバッチ処理時間の短縮に大きく貢献することになる。
図１４に、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値である０（Ｐa）にまで到達させる場合において、従来技術の欄で述べたバイパス１７で行ったとき（線Ｃ）と、真空比例開閉弁１６で行ったとき（線Ａ、線Ｂ）の、反応室１０内の真空圧力の経過を示した図である。真空比例開閉弁１６で行ったとき（線Ａ、線Ｂ）は、目標真空圧力変化速度が６６５（Ｐa／ｓｅｃ）のとき（線Ａ）も、目標真空圧力変化速度が３３２．５（Ｐa／ｓｅｃ）のとき（線Ｂ）も、目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させることができることがわかる。一方、従来技術の欄で述べたバイパス１７で行ったとき（線Ｃ）は、反応室１０内の真空圧力変化速度が逆関数的に遅くなっていく。以上より、本実施の形態の真空圧力制御システムでは、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値である０（Ｐa）に到達するまでに要する時間を短縮することが可能となる。
【００７４】
また、本実施の形態の真空圧力制御システムは、真空比例開閉弁１６の開度を操作するフィードバック制御を追従制御として実行することによって（Ｓ２６、Ｓ２７）、外部から与えられた又は予めコントローラ２０に設定された目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させるものであり、従来技術の欄で述べたバイパス弁１７を使用する必要はないことから、かかるバイパス弁１７を削除することにより、半導体製造装置の小型化とローコスト化に貢献することができる。
【００７５】
また、外部から与えられた又は予めコントローラ２０に設定された目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させることができるから、反応室１０内からガスを排出させる進行過程を所望の進行過程で行わせることが可能となり、従来技術の欄で述べたバイパス弁１７のように、固定オリフィスの大きさで、反応室１０内からガスが排出される進行過程が決まってしまうことはない。
【００７６】
また、本実施の形態の真空圧力制御システムにおいては、フィードバック制御を追従制御として実行している最中でも、半導体製造ラインを管理する上位制御装置により、目標真空圧力変化速度を可変できるので、導体体製造プロセス全体の状況などを考慮しつつ、反応室１０内からガスを排出させる進行過程を所望の進行過程に制御したい要請に応えることができる。
【００７７】
また、真空比例開閉弁１６の駆動源として空気圧シリンダ４１を備えており、フィードバック制御を開始する前に、空気圧シリンダ４１に対して予圧をかけることにより（Ｓ２、Ｓ８）、真空比例開閉弁１６の不感帯特性をなくしているので、外部から与えられた又は予めコントローラ２０に設定された目標真空圧力変化速度で反応容器１０内の真空圧力を一律に変化させる際に応答遅れが発生することはない。
【００７８】
ただし、真空比例開閉弁１６の機械的零点のずれ、反応室１０側と真空ポンプ１３側の圧力差などが要因となって、空気圧シリンダ４１に対して予圧をかける度合いは、各々の状況に応じて微妙に異なるものであるから、空気圧シリンダ４１に対して予圧をかけた直後に、反応室１０の真空圧力値を僅かに変化させた値（２６６Ｐａを引いた値）をフィードバック制御の目標値とする定値制御をしばらく実行することにより（Ｓ６〜Ｓ８、Ｓ１６〜Ｓ１８）、真空比例開閉弁１６の不感帯特性を確実になくし、外部から与えられた又は予めコントローラ２０に設定された目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させる際に応答遅れが発生することを皆無にして、反応室１０内からガスを排出させる進行過程をゆっくりと行う初期状態を最適なものにすることができる。
【００７９】
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１６の開度を操作して、外部から与えられた又は予めコントローラ２０に設定された目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させることができるから、目標真空圧力変化速度を小さな値で外部から与えることにより、反応室１０内にガスが充填される進行過程をゆっくりと行うことが可能となり、反応室１０内にガスを充填する際に、反応室１０内の規則的なガス流れを維持し、反応室１０内でガスの流れが互いに入り交じり合う状態となることを防止できるので、反応室１０内でパーティクルが巻き上ることを防止することができる。
【００８０】
また、もし、反応室１０内にガスが充填される進行過程をゆっくりと行うことを怠って、反応室１０内でパーティクルが巻き上がったとしても、真空比例開閉弁１６は開いた状態にあることから、反応室１０内で巻き上がったパーティクルを真空ポンプ１３で排出することができる。
【００８１】
さらに、反応室１０内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまで、外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度で反応室１０内の真空圧力を一律に変化させることができることから、従来技術で述べたマスフローコントローラで小さく抑えられる真空圧力変化速度のように、反応室１０の容積や反応室１０内の真空圧力値等に影響されることはなく、反応室１０内にガスを充填する際に、反応室１０内の真空圧力変化速度を自由に制御することが可能となる。
【００８２】
また、本実施の形態の真空圧力制御システムにおいては、反応室１０内にガスを充填する際に、フィードバック制御を追従制御として実行している最中でも、半導体製造ラインを管理する上位制御装置により、目標真空圧力変化速度を可変できるので、半導体製造プロセス全体の状況などを考慮しつつ、反応室１０内にガスを充填させる進行過程を所望の進行過程に制御したい要請に応えることができる。
【００８３】
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、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）は、強制クローズモード（ＣＬＯＳＥ）から移行したものであったが、真空圧力コントロールモード（ＰＲＥＳＳ）から移行させてもよい。但し、この場合には、真空圧力変化速度コントロールモード（ＳＶＡＣ）の準備時間は、図３のＳ６又は図９のＳ１６から始まる。
【００８４】
また、本実施の形態の真空圧力制御システムは、ＣＶＤ装置の反応室１０以外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。
【００８５】
【発明の効果】
本発明の真空圧力制御システムでは、真空比例開閉弁の開度を操作して、外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度で真空容器内の真空圧力を一律に変化させることができるから、目標真空圧力変化速度を小さな値で外部から与えることにより、真空容器内にガスが充填される進行過程をゆっくりと行うことが可能となり、真空容器内にガスを充填する際に、真空容器内の規則的なガス流れを維持し、真空容器内でガスの流れが互いに入り交じり合う状態となることを防止できるので、真空容器内でパーティクルが巻き上ることを防止することができる。
【００８６】
また、もし、真空容器内にガスが充填される進行過程をゆっくりと行うことを怠って、真空容器内でパーティクルが巻き上がったとしても、真空比例開閉弁は開いた状態にあることから、真空容器内で巻き上がったパーティクルを真空ポンプで排出することができる。
【００８７】
さらに、真空容器内の真空圧力が目標真空圧力値に到達するまで、外部から与えられた又は予めコントローラに設定された目標真空圧力変化速度で真空容器内の真空圧力を一律に変化させることができることから、従来技術で述べたマスフローコントローラで小さく抑えられる真空圧力変化速度のように、真空容器の容積や真空容器内の真空圧力値等に影響されることはなく、真空容器内にガスを充填する際に、真空容器内の真空圧力変化速度を自由に制御することが可能となる。
【００８８】
また、本発明の真空圧力制御システムにおいては、真空容器内にガスを充填する際に、フィードバック制御を追従制御として実行している最中でも、半導体製造ラインを管理する上位制御装置により、目標真空圧力変化速度を可変できるので、導体体製造プロセス全体の状況などを考慮しつつ、真空容器内にガスを充填させる進行過程を所望の進行過程に制御したい要請に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空圧力変化速度コントロールモードの一例を示した図である。
【図２】本実施の形態の真空圧力制御システムにおける、真空圧力変化速度コントロールモードの実行時間のフローチャート図である。
【図３】第１実施の形態の真空圧力制御システムにおける、真空圧力変化速度コントロールモードの準備時間のフローチャート図である。
【図４】真空比例開閉弁が遮断した状態にあるときの断面図である。
【図５】真空比例開閉弁が開いた状態にあるときの断面図である。
【図６】第１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７】真空圧力変化速度コントロールモードの一例を示した図である。
【図８】真空圧力変化速度コントロールモードの一例を示した図である。
【図９】第２実施の形態の真空圧力制御システムにおける、真空圧力変化速度コントロールモードの準備時間のフローチャート図である。
【図１０】第２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１１】弁のリフト量ランプアップ処理における入力信号を示した図である。
【図１２】空気圧力ランプアップ処理における入力信号を示した図である。
【図１３】本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１４】本実施の形態の真空圧力制御システムの効果を示した図である。
【図１５】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 ＣＶＤ装置の反応室
１４、１５ 真空圧力センサー
１６ 真空比例開閉弁
１８ ポテンショメータ
２２ 真空圧力制御回路
４１ 空気圧シリンダ
４５ ポペット弁体
７０ 空気圧力センサー
１１１ 内部コマンド発生回路

Claims (4)

1. 半導体製造ライン上に設けられた真空容器と、前記真空容器内のガスを排出する真空ポンプと、前記真空容器と前記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とともにポペット式の弁構造を持った真空比例開閉弁と、前記真空容器内の真空圧力を計測する真空圧力センサーと、前記真空圧力センサーで計測された前記真空容器内の真空圧力値と外部から与えられた目標真空圧力値との差に応じて外部コマンドを発生させるコントローラと、前記外部コマンドに従って前記真空比例開閉弁の開度を操作するサーボ機構とを有し、大気圧から高真空圧までの範囲で前記真空容器内の真空圧力をフィードバック制御する真空圧力制御システムにおいて、
   外部から与えられた又は予め前記コントローラに設定された目標真空圧力変化速度に基づいて算出される真空圧力値を前記コントローラで内部コマンドとして順次発生させるとともに、
   前記内部コマンドを前記フィードバック制御の目標値として順次変更することにより、前記フィードバック制御を追従制御として実行して、前記真空容器内の真空圧力に基づいて前記目標真空圧力変化速度を、前記真空圧力が高いほど前記目標真空圧力変化速度を大きく、前記真空圧力が大気圧に近づくほど前記目標真空圧力変化速度を小さく変化させることにより、前記真空容器にガスを充填する際にパーティクルの巻き上げを防止することができることを特徴とする真空圧力制御システム。
2. 請求項１に記載する真空圧力制御システムにおいて、
   前記フィードバック制御を追従制御として実行している最中でも、前記半導体製造ラインを管理する上位制御装置により、前記目標真空圧力変化速度を可変できることを特徴とする真空圧力制御システム。
3. 請求項１又は請求項２のいずれか１つに記載する真空圧力制御システムにおいて、
   前記真空容器に充填されるガスがマスフローコントローラを介して供給されることを特徴とする真空圧力制御システム。
4. 請求項３に記載する真空圧力制御システムにおいて、
   前記マスフローコントローラを介して供給されるガスがパージガスであることを特徴とする真空圧力制御システム。

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