JP5424721B2 - Vacuum vessel simulation equipment - Google Patents
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Description
本発明は、真空容器内の圧力をシミュレートするシミュレーション装置に関するものである。 The present invention relates to a simulation apparatus that simulates the pressure in a vacuum vessel.
従来、半導体ウエハや液晶基板などの製造装置においては、基板の表面に成膜なとが行われるが、その表面処理は真空容器内で行われる。そして、この真空容器には、例えば真空バルブが設けられた排気管の一端部が接続されるとともに、この排気管の他端部には真空ポンプが接続されて、内部の気体(ガス)を排出し得るように構成されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a manufacturing apparatus such as a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate, no film is formed on the surface of the substrate, but the surface treatment is performed in a vacuum vessel. Then, for example, one end of an exhaust pipe provided with a vacuum valve is connected to the vacuum container, and a vacuum pump is connected to the other end of the exhaust pipe to discharge internal gas (gas). (For example, refer patent document 1).
そして、上記真空バルブとして、ペンドロールバルブと呼ばれる振り子式のゲートバルブが用いられており、この真空バルブは真空容器と真空ポンプとの間に配置されて、真空容器内の圧力が自動的に制御されている。 A pendulum-type gate valve called a pendulum valve is used as the vacuum valve. This vacuum valve is placed between the vacuum vessel and the vacuum pump to automatically control the pressure in the vacuum vessel. Has been.
ところで、半導体の製造装置において、製造プロセスに応じて使用されるガスとしては、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、パーフルオロシクロブタン(C4F3)、水素(H2)などであり、多種類のガスが用いられている。また、真空容器に流入するガス流量、真空容器内の圧力も様々であり、さらに太陽電池などの製造装置においては、真空容器が大型化し、最大で600L(リットル)以上のものも出始めている。 By the way, in the semiconductor manufacturing apparatus, the gas used according to the manufacturing process is nitrogen (N 2 ), argon (Ar), perfluorocyclobutane (C 4 F 3 ), hydrogen (H 2 ), etc. Many types of gas are used. In addition, the flow rate of gas flowing into the vacuum vessel and the pressure in the vacuum vessel are various, and in manufacturing apparatuses such as solar cells, the size of the vacuum vessel is increasing and a maximum of 600 L (liter) or more is beginning to appear.
このような製造装置での排気特性は、用いられるガス種、ガス流量、真空容器内の圧力、ガス温度で大きく異なり、真空容器の容積も大型化することにより圧力の応答速度も異なる。 Exhaust characteristics in such a manufacturing apparatus vary greatly depending on the type of gas used, the gas flow rate, the pressure in the vacuum container, and the gas temperature, and the pressure response speed varies depending on the volume of the vacuum container.
また、用いられるガスとしては扱いに注意を要する気体が多く、実際に設置される環境下での圧力制御装置の評価/検証を行うのが難しいという問題がある。
そこで、本発明は、ガス種、ガス流量、ガス温度などで変化する真空容器内の圧力の動特性をシミュレーションする真空容器のシミュレーション装置を提供することを目的とする。
In addition, there are problems that it is difficult to evaluate / verify the pressure control device in the environment where it is actually installed because many of the gases used require attention in handling.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vacuum vessel simulation apparatus that simulates the dynamic characteristics of pressure in a vacuum vessel that varies depending on the gas type, gas flow rate, gas temperature, and the like.
上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係る真空容器のシミュレーション装置は、気体の供給管路および排出管路が接続された真空容器と、上記排出管路に設けられて当該排出管路を開閉し得る真空バルブと、上記真空容器内の圧力を計測する圧力計と、真空バルブのバルブ開度を検出する開度検出器と、上記圧力計および開度検出器からの検出値を入力して真空バルブの開度を所定の処理時間間隔でもって制御して真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置とを具備する真空処理装置における上記真空容器のシミュレーション装置であって、
上記開度検出器で検出されたバルブ開度を入力してバルブ特性曲線に基づき真空バルブのコンダクタンスを求めるコンダクタンス取得部と、
このコンダクタンス取得部で得られたコンダクタンスに、前回の処理時t(n−1)における真空容器内の圧力を乗算して排出ガス量を求める排出ガス量計算部と、
この排出ガス量計算部で得られた排出ガス量に、処理経過時間に応じた流入ガス量を設定するガス流量テーブルにより得られた今回の処理時t(n)における流入ガス量を入力して真空容器内の圧力変化を求める圧力変化計算部と、
この圧力変化計算部で得られた圧力変化と前回の処理時t(n−1)における真空容器内の圧力とを加算して今回の処理時t(n)における真空容器内の圧力を求める容器圧力計算部とを具備したものである。
In order to solve the above problems, a vacuum vessel simulation apparatus according to
A conductance acquisition unit for obtaining the conductance of the vacuum valve based on the valve characteristic curve by inputting the valve opening detected by the opening detector;
An exhaust gas amount calculation unit that obtains an exhaust gas amount by multiplying the conductance obtained by this conductance acquisition unit by the pressure in the vacuum vessel at the time of the previous processing t (n-1);
Enter the inflow gas amount at the time t (n) of the current process obtained by the gas flow rate table that sets the inflow gas amount according to the processing elapsed time to the exhaust gas amount obtained by this exhaust gas amount calculation unit. A pressure change calculation unit for obtaining a pressure change in the vacuum vessel;
A container for obtaining the pressure in the vacuum container at the current processing time t (n) by adding the pressure change obtained by the pressure change calculation unit and the pressure in the vacuum container at the previous processing time t (n-1). And a pressure calculation unit.
また、請求項2に係る真空容器のシミュレーション装置は、請求項1に記載のシミュレーション装置におけるコンダクタンス取得部に、気体の種類に応じたバルブ開度とコンダクタンスとの関係を示すバルブ特性曲線を備えたものである。 According to a second aspect of the present invention, the vacuum vessel simulation apparatus includes a valve characteristic curve indicating a relationship between the valve opening degree and the conductance according to the type of gas in the conductance acquisition unit of the simulation apparatus according to the first aspect. Is.
また、請求項3に係る真空容器のシミュレーション装置は、請求項1に記載のシミュレーション装置におけるコンダクタンス取得部に、コンダクタンスが既知である気体に基づき、当該既知の気体とは異なる種類の気体のコンダクタンスを推定し得る下記(A)式を備えたものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a simulation apparatus for a vacuum vessel, wherein the conductance acquisition unit in the simulation apparatus according to the first aspect has a conductance of a gas of a type different from the known gas based on a gas having a known conductance. The following equation (A) that can be estimated is provided.
さらに、請求項4に係る真空容器のシミュレーション装置は、請求項1に記載のシミュレーション装置における圧力変化計算部に、圧力変化を計算するための下記(B)式を備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a vacuum vessel simulation apparatus comprising the following equation (B) for calculating a pressure change in the pressure change calculation section of the simulation apparatus according to the first aspect.
上記請求項1に係るシミュレーション装置によると、真空処理装置における実際の真空容器の代わりとして用いることにより、ガス種、ガス流量、真空容器内圧力、ガス温度などで変化する真空容器内の圧力の動特性(動的挙動)の評価(検証)を、延いては、真空処理装置の評価(検証)を、容易に且つ迅速に行うことができる。 According to the simulation apparatus of the first aspect, the pressure in the vacuum vessel changes depending on the gas type, the gas flow rate, the pressure in the vacuum vessel, the gas temperature, and the like by being used instead of the actual vacuum vessel in the vacuum processing apparatus. Evaluation (verification) of characteristics (dynamic behavior) and, in turn, evaluation (verification) of the vacuum processing apparatus can be performed easily and quickly.
以下、本発明の実施の形態に係る真空容器のシミュレーション装置を具体的に示した実施例に基づき説明する。
本実施例に係る真空容器は、例えば半導体製造装置としての真空処理装置に設けられて半導体素子などを製造する際に用いられるもので、具体的には、所定の真空度下でプラズマなどを発生させた状態で反応ガス(気体の一例で、以下、ガスという)を供給して、被処理物である半導体ウエハに所定の表面処理を施すために用いられるものであり、本発明に係るシミュレーション装置は、上記真空容器内の圧力をシミュレート(模擬)するためのものである。
Hereinafter, a vacuum vessel simulation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described based on specific examples.
The vacuum container according to the present embodiment is provided, for example, in a vacuum processing apparatus as a semiconductor manufacturing apparatus and is used when manufacturing a semiconductor element or the like. Specifically, plasma is generated under a predetermined degree of vacuum. A simulation apparatus according to the present invention is used to supply a reaction gas (an example of a gas, hereinafter referred to as gas) in a state of being subjected to a predetermined surface treatment on a semiconductor wafer that is an object to be processed. Is for simulating the pressure in the vacuum vessel.
まず、シミュレーション装置を用いない場合、つまり、実際の真空容器における圧力制御の基本的な考え方について説明しておく。
真空容器内の圧力は流入するガス量(以下、流入ガス量といい、供給ガス量でもある)と流出するガス量(流出ガス量といえるが、以下、排出ガス量という)との差に依存しており、したがって圧力を一定値(所定値でもある)に維持するためには、排出ガス量が流入ガス量に等しくなるように制御すればよいことになる。
First, the basic concept of pressure control in a case where a simulation apparatus is not used, that is, in an actual vacuum vessel will be described.
The pressure in the vacuum chamber depends on the difference between the amount of gas flowing in (hereinafter referred to as the amount of inflowing gas and also the amount of supply gas) and the amount of gas flowing out (which can be referred to as the amount of outflowing gas but hereinafter referred to as the amount of exhaust gas). Therefore, in order to maintain the pressure at a constant value (which is also a predetermined value), the exhaust gas amount may be controlled to be equal to the inflow gas amount.
すなわち、流入ガス量を計測し、この計測された流入ガス量に等しい量だけ、ガスを排出すればよいのであるが、真空容器内において、例えばプラズマ中に流入したガスが反応を起こすと、新たにガスが生成するため、計測値を用いた場合、大きい誤差が生じることになる。このため、計測値を用いずに、真空バルブのバルブ開度(後述する)から推定される排出ガス量に基づく(言い換えれば、排出ガス量を考慮した)ガス量を用いて計算モデル上での真空容器(以下、仮想真空容器という)内の圧力を計算にて求めるとともにこの計算による圧力(以下、計算圧力ともいう)と実際の真空容器(以下、実真空容器ともいう)での計測圧力との差に応じて求められる推定値としての流入ガス量を用いるようにしたものである。 That is, it is only necessary to measure the amount of inflow gas and discharge the gas by an amount equal to the measured amount of inflow gas. Since gas is generated, a large error occurs when the measured value is used. For this reason, on the calculation model using the gas amount based on the exhaust gas amount estimated from the valve opening (described later) of the vacuum valve (in other words, considering the exhaust gas amount) without using the measured value. The pressure in the vacuum vessel (hereinafter referred to as a virtual vacuum vessel) is calculated, and the pressure obtained by this calculation (hereinafter also referred to as the calculated pressure) and the measured pressure in the actual vacuum vessel (hereinafter also referred to as the actual vacuum vessel) The inflow gas amount as an estimated value obtained according to the difference is used.
ここで、真空容器を実際の容器とした場合の真空処理装置の概略全体構成を、図1および図2に基づき説明する。
この真空処理装置は、内部に例えば半導体ウエハなどが供給されて所定の処理(例えば、エッチングなど)を行い得るとともに反応ガスの供給口2およびガスの排出口3を有する真空容器1と、上記供給口2に接続されて反応ガスを供給するためのガス供給管(気体の供給管路の一例)11と、上記排出口3に接続されるとともに円形の開口部5aを有する(言い換えれば、弁座を有する)バルブ本体5およびこの開口部5aを開閉し得る弁体6並びにこの弁体6を開閉させる駆動用モータ(駆動部の一例で、具体的には、ステッピングモータが用いられる)7からなる真空バルブ4と、一端部が上記真空バルブ4の吐出口に接続されるとともに他端部が真空ポンプ8に接続されたガス排出管(気体の排出管路の一例)12と、上記真空容器1内の圧力を制御するための圧力制御装置9とから構成されている。なお、真空バルブ4を排出口3に直接設けるように説明したが、勿論、ガス排出管12の途中に設けることもできる。
Here, the schematic overall configuration of the vacuum processing apparatus when the vacuum container is an actual container will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The vacuum processing apparatus includes a
この圧力制御装置9は、真空容器1内の真空度すなわち圧力を計測する圧力計(必要に応じて複数個設けられるが、ここでは1個として説明する)21と、真空バルブ4の弁体6の開度(以下、バルブ開度ともいう)を検出する開度検出器(具体的には、駆動用モータの回転量を検出するエンコーダが用いられる)22と、上記圧力計21にて計測された計測圧力および開度検出器22にて検出されたバルブ開度(以下、実バルブ開度という)を入力して、真空容器1内の圧力を目標値(以下、設定圧力という)となるように真空バルブ4の駆動用モータ7を制御する制御装置本体23とから構成されている。
The
ここで、上記真空バルブ4の弁体6の動作について説明しておく。
この真空バルブ4としては、圧力制御と真空封止の両機能を有するものが用いられる(但し、圧力制御と真空封止との両機能を有するものに限定されない)。すなわち、この真空バルブ4の弁体6が円形状の開口部5aをスライドすることにより当該開口部5aにおけるガスの通過流量を制御し得るものである。そして、弁体6がその開口部5aを閉鎖した後(ここでは、一応、密閉状態ではないが、開口部全体を弁体で覆った状態という意味である)、さらに開口部5a周囲(所謂、弁座側である)に、つまり垂直方向に移動することにより、完全に締め切る(密閉状態)ものである。この真空バルブ4におけるバルブ開度と当該真空バルブ4により制御される被制御空間側の圧力との一般的な関係をグラフに示すと図3のようになる。
Here, the operation of the
As the
このグラフから、弁体6が閉動位置(ここでは、20%)に移動した後、垂直に移動(所謂、昇降動作である)することにより、完全な密閉状態になることが分かる。すなわち、閉動位置に移動した場合には、圧力は或る程度上昇するが、その後の昇降動作により圧力は急激に上昇する(勿論、真空容器の圧力制御に適用した場合には、圧力が急激に低下することになる)。つまり、この真空バルブ4におけるバルブ開度と圧力との関係は非線形となる。
From this graph, it can be seen that the
ところで、推定流入ガス量を求める際に仮想真空容器における計算圧力を用いるようにしており、この計算圧力を求めるのに、上述したように、推定排出ガス量に基づくガス量が用いられる。正確に言うと、ガス量として、バルブ開度から求められる推定値である推定排出ガス量と、仮想真空容器における計算圧力および実真空容器における計測圧力の圧力差に基づき求められる推定流入ガス量との差であるガス流量差が用いられる。また、推定排出ガス量を求める際に、真空バルブの特性曲線(以下、バルブ特性曲線という)が用いられる。なお、このバルブ特性曲線はバルブ開度と圧力との非線形な関係を補償するために用いられる。 By the way, when calculating the estimated inflow gas amount, the calculated pressure in the virtual vacuum vessel is used. As described above, the gas amount based on the estimated exhaust gas amount is used to determine this calculated pressure. Strictly speaking, as the gas amount, an estimated exhaust gas amount that is an estimated value obtained from the valve opening, and an estimated inflow gas amount that is obtained based on the pressure difference between the calculated pressure in the virtual vacuum vessel and the measured pressure in the actual vacuum vessel, The difference in gas flow rate is used. Further, when obtaining the estimated exhaust gas amount, a characteristic curve of a vacuum valve (hereinafter referred to as a valve characteristic curve) is used. This valve characteristic curve is used to compensate for the non-linear relationship between the valve opening and the pressure.
このバルブ特性曲線は、図4に示すように、バルブ開度とコンダクタンスとの関係を示すもので、具体的には、数値テーブルとして記憶部などに保持されており、例えばバルブ開度からコンダクタンスを求め得るコンダクタンス取得部(後述する)が具備されている。なお、このコンダクタンスは、ガスの流れ易さを示すもので、ガス流量を圧力で除算した値(ガス流量/圧力)である。 As shown in FIG. 4, this valve characteristic curve shows the relationship between the valve opening and the conductance. Specifically, the valve characteristic curve is held in a storage unit as a numerical table. For example, the conductance is calculated from the valve opening. An obtainable conductance acquisition unit (described later) is provided. The conductance indicates the ease of gas flow, and is a value obtained by dividing the gas flow rate by the pressure (gas flow rate / pressure).
次に、圧力制御装置9の構成を図5に基づき説明する。
この圧力制御装置9は、大きく分けて、真空容器1の目標となる設定圧力(目標圧力ともいえる)を設定する圧力設定部31、上記開度検出器22にて検出された実バルブ開度および圧力計21により計測された計測圧力から求められる推定排出ガス量と、後述する推定流入ガス量との差であるガス流量差に基づき仮想真空容器内の圧力を計算にて求めるとともに、この計算にて求められた計算圧力と計測圧力との差である圧力差に基づき推定流入ガス量を求める流入ガス量推定部32、上記圧力設定部31からの設定圧力および圧力計21からの計測圧力を入力して圧力偏差を求めるとともに当該圧力偏差に基づき補正ガス量を計算する補正ガス量計算部33、上記流入ガス量推定部32にて求められた推定流入ガス量に上記補正ガス量計算部33にて求められた補正ガス量を加算して修正ガス量を得るとともに当該修正ガス量を設定排出ガス量として出力する加算器34、およびこの加算器34から出力された設定排出ガス量および圧力設定部31からの設定圧力に基づき真空バルブ4での目標とするバルブ開度(以下、設定バルブ開度という)を計算するバルブ開度計算部35から構成されている。
Next, the configuration of the
The
上記流入ガス量推定部32には、図6に示すように、実バルブ開度から真空バルブ4のバルブ特性曲線に基づき当該真空バルブ4のコンダクタンスを求めるコンダクタンス取得部41と、このコンダクタンス取得部41にて得られたコンダクタンスおよび圧力計21からの計測圧力を入力して当該コンダクタンスに計測圧力を乗算することにより排出されるガス流量の推定値を求める乗算器42と、この乗算器42にて求められた推定排出ガス量と推定流入ガス量(詳細については、後述する)との差であるガス流量差を入力して仮想真空容器内の圧力を計算により求める圧力計算部[具体的には積分器が用いられ;計算モデル上での伝達関数は1/(βns)で、βnは容器の圧力ゲイン(公称値)である]43と、この圧力計算部43にて求められた計算圧力および圧力計21からの計測圧力を入力してその差である圧力差を求める圧力減算器44と、この圧力減算器44で求められた圧力差に所定ゲイン(Kobs)を乗算して推定流入ガス量を求める増幅器45とが具備されるとともに、さらに上記乗算器42と圧力計算部43との間に配置されて上記増幅器45にて求められた推定流入ガス量から上記推定排出ガス量を減算してなるガス流量差を求めるガス量減算器46とが具備されている。
As shown in FIG. 6, the inflow gas
この流入ガス量推定部32での機能を説明すると、実バルブ開度により推定された推定排出ガス量を当該流入ガス量推定部32で得られた推定流入ガス量から減算してなるガス流量差を積分して求められた計算モデル上での仮想真空容器における計算圧力(ガス流量差を蓄積することにより容器内圧力が求められる)と実際の計測圧力との圧力差に応じて推定流入ガス量を求めるものである。言い換えれば、計測圧力に対して計算圧力がずれている場合には、その圧力差に応じて補正が行われるもので、つまり計算圧力が計測圧力に近付くようにガス流量差が求められる[計算圧力が計測圧力に追従するように計算ループ(ガス量減算器46、圧力計算部43、圧力減算器44および増幅器45より構成される演算処理ループ)が組まれている]。したがって、或る計算ループ(或る周期)にて求められた推定流入ガス量は、次の計算ループ(次の周期)に用いられるガス流量差を求める際に用いられる。なお、上記計算ループ(実バルブ開度の取得も含む)は所定周期(演算周期または制御周期で、例えば、10msec)でもって繰り返し行われる。
The function of the inflow gas
上記補正ガス量計算部33は、図7に示すように、圧力設定部31からの設定圧力および圧力計21からの計測圧力を入力して圧力偏差を求める減算器(減算部)51と、この減算器51にて求められた圧力偏差を入力してその圧力偏差に比例したガス量を求めるとともに当該ガス量を補正ガス量として出力する比例制御器(比例制御部;比例ゲインKpを乗算する)52とから構成されている。
As shown in FIG. 7, the correction gas
また、上記バルブ開度計算部35は、図8に示すように、加算器34から出力された設定排出ガス量および圧力設定部21からの設定圧力を入力してコンダクタンスを求めるコンダクタンス計算部61と、このコンダクタンス計算部61にて求められたコンダクタンスを入力してバルブ特性曲線(コンダクタンス取得部41でのバルブ特性曲線とは反対の曲線となる)からバルブ開度を取得するバルブ開度取得部62とから構成されている。
Further, as shown in FIG. 8, the valve opening
ところで、上記流入ガス量推定部32にて得られる仮想真空容器の計算圧力については、推定流入ガス量から減算してなるガス流量差を積分して求めるものとして説明したが、より具体的に説明すると、今回の計算ループで求める計算圧力は、前回の計算ループにて求められた計算圧力に、今回求められるガス流量差を圧力として加算することにより求められるものである。なお、計算ループの開始に際しては、前回の計算ループは存在しないので、その開始時に計測された実真空容器内の圧力値が初期値として用いられる。
By the way, the calculation pressure of the virtual vacuum vessel obtained by the inflowing gas
次に、上述した真空容器での圧力制御方法について説明する。
真空容器1内の圧力状態が或る値で安定しており、圧力設定部31にて新たな設定圧力が設定されたものとする。
Next, the pressure control method in the vacuum vessel described above will be described.
It is assumed that the pressure state in the
この状態にて、開度検出器22から実バルブ開度が流入ガス量推定部32に入力されると、コンダクタンス取得部41にてコンダクタンスが得られるとともに乗算器42にてそのコンダクタンスに計測圧力が乗算されて推定排出ガス量が求められる。そして、ガス量減算器46にて、今回求められた推定排出ガス量が前回の演算周期にて求められた推定流入ガス量から減算されてガス流量差が求められ、このガス流量差が圧力計算部43に入力されて計算モデルにおける仮想真空容器内の圧力すなわち計算圧力が求められる。
In this state, when the actual valve opening is input from the opening
次に、この計算圧力と圧力計21からの計測圧力との差である圧力差が求められ、増幅器45にて所定ゲインが乗算されて新しく推定流入ガス量が求められる。この新しい推定流入ガス量が、次の計算ループつまり次回の演算周期におけるガス流量差を求めるのに用いられて、計算圧力が計測圧力に近付くように制御される。
Next, a pressure difference that is the difference between the calculated pressure and the pressure measured from the
一方、圧力設定部31にて設定されている設定圧力が補正ガス量計算部33に入力され、減算器51において、その設定圧力と圧力計21からの計測圧力との差である圧力偏差が求められるとともに、この圧力偏差が比例制御器52に入力されて圧力偏差に比例ゲインが乗算されて補正ガス量が求められる。
On the other hand, the set pressure set in the
そして、この補正ガス量と流入ガス量推定部32にて新しく求められた推定流入ガス量とが加算器34に入力されて、設定排出ガス量が求められる。
次に、この設定排出ガス量と圧力設定部31からの設定圧力とが、バルブ開度計算部35に入力されて、当該設定排出ガス量となるような設定バルブ開度が求められる。具体的には、設定排出ガス量と設定圧力とがコンダクタンス計算部61に入力されてコンダクタンスが求められ、このコンダクタンスがバルブ開度取得部62に入力されて、バルブ特性曲線からバルブ開度が求められる。このバルブ開度指令が駆動用モータ7に出力されて、所定のバルブ開度となるように弁体6が駆動される。
Then, the correction gas amount and the estimated inflow gas amount newly obtained by the inflow gas
Next, the set exhaust gas amount and the set pressure from the
そして、上述した動作が繰り返し行われ、計算圧力が計測圧力と等しくなるか、または計算圧力が或る偏差でもって計測圧力に追従している場合には、流入ガス量推定部32で求められた推定流入ガス量が実際の流入ガス量に等しいものであるとみなすことができる。
Then, when the above-described operation is repeatedly performed and the calculated pressure becomes equal to the measured pressure or the calculated pressure follows the measured pressure with a certain deviation, the inflow gas
このようにして、真空容器内の圧力が一定、すなわち設定圧力となるように、制御される。
なお、上述した圧力制御系の制御ブロック図(伝達関数を用いたもの)を図9に示しておく。
In this way, the pressure in the vacuum vessel is controlled to be constant, that is, the set pressure.
A control block diagram (using a transfer function) of the pressure control system described above is shown in FIG.
図9中、(イ)は真空容器を表す部分である。なお、上記実施の形態においては説明しなかったが、図9に示すように、設定圧力および計測圧力の補正ガス量計算部への出力途中には、設定圧力用フィルタおよびノイズ除去用フィルタが設けられている。 In FIG. 9, (a) is a part representing a vacuum vessel. Although not described in the above embodiment, as shown in FIG. 9, a set pressure filter and a noise removal filter are provided in the middle of outputting the set pressure and the measured pressure to the correction gas amount calculation unit. It has been.
次に、上記真空容器1の圧力制御装置9の構成を踏まえて、本発明に係るシミュレーション装置、すなわち真空容器の圧力をシミュレートするシミュレーション装置について説明する。
Next, based on the configuration of the
上述の説明においては、真空容器1を実際の容器として説明したが、本シミュレーション装置はこの真空容器1を数学的モデルで表わしたものであり、以下、この数学的モデルについて説明する。なお、真空容器の内部状態を表わす際に、当然ながら、上述したバルブ特性曲線が用いられるとともに、その内部状態である圧力については、圧力計ではなく、計算により求められる。また、シミュレーションは、所定の処理時間間隔(ステップ間隔でもあり、例えば制御周期と同じ10msecである)でもって連続的に行われる。
In the above description, the
図10に示すように、このシミュレーション装置71には、開度検出器22で検出されたバルブ開度を入力してバルブ特性曲線に基づき真空バルブ4のコンダクタンスを求めるコンダクタンス取得部72(コンダクタンス取得部41と同じ構成を有するものであり、したがってこのコンダクタンス取得部41を用いてもよい)と、このコンダクタンス取得部72で得られたコンダクタンスに前回の処理時t(n−1)における真空容器内の圧力を乗算して排気ガス量を求める排気ガス量計算部73と、各処理時、つまり処理経過時間に対応して流入ガス量を設定するためのガス流量テーブル(時間−ガス流量テーブルともいう)を有するガス流量設定部74と、上記排気ガス量計算部73にて得られた排気ガス量およびガス流量テーブルから得られた現在(今回)の処理時t(n)における流入ガス量を入力して時間当たりの真空容器内の圧力変化を求める圧力変化計算部75と、この圧力変化計算部75で得られた圧力変化と前回の処理時t(n−1)における真空容器内の圧力とを加算して現在の処理時t(n)における真空容器内の圧力を求める容器圧力計算部76とが具備されている。
As shown in FIG. 10, in this
勿論、容器圧力計算部76で得られた現在の処理時t(n)における真空容器内の圧力は、シミュレートされた計算圧力として圧力制御装置9に入力される。
上記コンダクタンス取得部72には、上記コンダクタンス取得部41の箇所で説明したように、バルブ開度とコンダクタンスとの関係を示すバルブ特性曲線が具備されており、数値テーブルとして保持されている。このバルブ特性曲線は、実際に使用するガスを流してコンダクタンスを計測することにより得られたもので、例えばバルブのサイズ、流すガス種などに応じてバルブ特性曲線が用意されている。
Of course, the pressure in the vacuum vessel at the current processing time t (n) obtained by the vessel
As described in the section of the
ところで、上記バルブ特性曲線として実際に計測した計測値を用いるように説明したが、或る種類のガスについて且つ或る温度で計測された既知のバルブ特性曲線を用いて、異なる種類で且つ所定温度でのガスについてのコンダクタンスを下記(1)式に基づき求めるようにしてもよい。 By the way, although it has been described that the measured value actually measured is used as the valve characteristic curve, a different type and a predetermined temperature are used using a known valve characteristic curve measured for a certain kind of gas and at a certain temperature. The conductance for the gas at may be determined based on the following equation (1).
上記ガス流量設定部74においては、上述したように、流入ガス量を設定するためのガス流量テーブルが具備されており、例えば10秒間隔で、流入ガス量が段階的に設定されている。例えば、0〜10秒未満では、100sccm、10〜20秒未満では、200sccm、20〜30秒未満では、300sccmに設定されている。したがって、処理経過時間に応じて流入ガス量が決定される。
As described above, the gas flow
また、上記圧力変化計算部75においては、下記(2)式に基づき、圧力変化が求められる。
In the pressure
ここで、上記(2)式の導き方について説明する。
真空容器入口のガス流量をG1(Kg/s)、排気系のガス流量をG2(Kg/s)とすると、真空容器内に滞留するガス流量m(Kg)は下記(3)式にて表わされる。
Here, how to derive the above equation (2) will be described.
If the gas flow rate at the inlet of the vacuum vessel is G1 (Kg / s) and the gas flow rate of the exhaust system is G2 (Kg / s), the gas flow rate m (Kg) staying in the vacuum vessel is expressed by the following equation (3). It is.
1回目;
a1.時間t=t(0)
時間t=t(0)における初期値としての圧力P(0)=P0を設定する。
First time;
a1. Time t = t (0)
Pressure P (0) = P0 is set as an initial value at time t = t (0).
b1.t=t(0)における流入ガス量(Fs1)をガス流量テーブルから取得するとともにt=t(0)における排出ガス量(Fs2)を計算する。
c1.b1で得られたFs1およびFs2を用いてt=t(0)における時間当たりの圧力変化(dP/dt)を計算する。
b1. The inflow gas amount (Fs1) at t = t (0) is acquired from the gas flow rate table, and the exhaust gas amount (Fs2) at t = t (0) is calculated.
c1. The pressure change per hour (dP / dt) at t = t (0) is calculated using Fs1 and Fs2 obtained in b1.
2回目;
a2.時間t=t(1)における圧力P(1)を計算する。
b2.t=t(1)における流入ガス量(Fs1)をガス流量テーブルから取得するとともにt=t(0)における排出ガス量(Fs2)を計算する。
Second time;
a2. Calculate the pressure P (1) at time t = t (1).
b2. The inflow gas amount (Fs1) at t = t (1) is acquired from the gas flow rate table, and the exhaust gas amount (Fs2) at t = t (0) is calculated.
c2.b2で得られたFs1およびFs2を用いてt=t(1)における時間当たりの圧力変化(dP/dt)を計算する。
上述した手順にて圧力変化が順次計算されることになる。
c2. Using Fs1 and Fs2 obtained in b2, the pressure change per time (dP / dt) at t = t (1) is calculated.
The pressure change is sequentially calculated by the procedure described above.
次に、容器圧力計算部76において、真空容器内の圧力を求める計算について説明する。
1回目;
時間t=t(0)
圧力P(0)=P0(初期値)
2回目;
時間t=t(1)
圧力P(1)=P0−[t=t(0)におけるdP/dt×{t(1)−t(0)}]
3回目;
時間t=t(2)
圧力P(2)=P1+[t=t(1)におけるdP/dt×{t(2)−t(1)}]
4回目;
時間t=t(3)
圧力P(3)=P2+[t=t(2)におけるdP/dt×{t(3)−t(2)}]
n回目;
時間t=t(n)
圧力P(n)=P(n−1)+[t=t(n−1)におけるdP/dt×{t(n)−t(n−1)}]
なお、{t(1)−t(0)}={t(2)−t(1)}={t(n)−t(n−1)}=Δt(例えば、10msecとしている)
ここで、真空容器における圧力シミュレーションについて具体的に説明する。
Next, calculation for obtaining the pressure in the vacuum vessel in the vessel
First time;
Time t = t (0)
Pressure P (0) = P0 (initial value)
Second time;
Time t = t (1)
Pressure P (1) = P0− [dP / dt × t (1) −t (0)} at t = t (0)]
3rd time;
Time t = t (2)
Pressure P (2) = P1 + [dP / dt at t = t (1) × {t (2) −t (1)}]
4th;
Time t = t (3)
Pressure P (3) = P2 + [dP / dt × t (3) −t (2)} at t = t (2)]
nth;
Time t = t (n)
Pressure P (n) = P (n−1) + [dP / dt × t (n) −t (n−1)} at t = t (n−1)]
Note that {t (1) −t (0)} = {t (2) −t (1)} = {t (n) −t (n−1)} = Δt (for example, 10 msec)
Here, the pressure simulation in the vacuum vessel will be specifically described.
まず、真空バルブ4の開度検出器22にて検出された検出開度値がコンダクタンス取得部72に入力されてコンダクタンスが取得される。このコンダクタンスは、排ガス量計算部73に入力されて前回の処理時t(n−1)に求められた圧力にコンダクタンスを掛けることにより排出ガス量(Fs2)が求められる。
First, the detected opening value detected by the opening
次に、流入ガス量設定部74においては、ガス流量テーブルに基づき処理時間に応じた流入ガス量Fs1が求められ、この流入ガス量Fs1および排出ガス量計算部73で求められた排出ガス量(Fs2)が圧力変化計算部75に入力されて(10)式に基づき真空容器内における圧力変化(dP/dt)が求められる。
Next, the inflow gas
次に、この圧力変化計算部75で求められた圧力変化が容器圧力計算部76に入力されて、前回の処理時における圧力に加算されて、現在(今回)の真空容器内の圧力が求められる。
Next, the pressure change obtained by the pressure
そして、容器圧力計算部76で求められた圧力が圧力制御装置9に入力されて、真空バルブ4の開度が制御されることになる。
上述したシミュレーション装置71によると、真空容器すなわち真空処理装置の評価を簡単且つ迅速に行うことができる。
And the pressure calculated | required by the container
According to the
具体的に言うと、例えば半導体プロセスで使われるガスは多種(数十種類)に及び、このような環境下において、圧力制御装置の評価(検証)を行う場合、ガス流入系統(各ガスボンベ、マスフローコントローラ、配管など)を設置する必要があるが、プロセスガスの取り扱いや流入系統の製造コストを考えると、実際に設置することは困難である。したがって、このような場合に、上述したシミュレーション装置を用いることにより、種々のガス種および異なる条件に応じて、容易に且つ迅速に、真空処理装置の評価、特に圧力制御装置の評価を行うことができる。 Specifically, for example, there are many (several tens of) gases used in the semiconductor process. When evaluating (verifying) the pressure control device in such an environment, the gas inflow system (each gas cylinder, mass flow) It is necessary to install a controller, piping, etc.), but considering the handling of process gas and the manufacturing cost of the inflow system, it is difficult to actually install it. Therefore, in such a case, by using the above-described simulation apparatus, it is possible to easily and quickly evaluate the vacuum processing apparatus, particularly the pressure control apparatus, according to various gas types and different conditions. it can.
1 真空容器
4 真空バルブ
7 駆動用モータ
8 真空ポンプ
9 圧力制御装置
11 ガス供給管
12 ガス排出管
21 圧力計
22 開度検出器
41 コンダクタンス取得部
71 シミュレーション装置
72 コンダクタンス取得部
73 排気ガス量計算部
74 ガス流量設定部
75 圧力変化計算部
76 容器圧力計算部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記開度検出器で検出されたバルブ開度を入力してバルブ特性曲線に基づき真空バルブのコンダクタンスを求めるコンダクタンス取得部と、
このコンダクタンス取得部で得られたコンダクタンスに、前回の処理時における真空容器内の圧力を乗算して排出ガス量を求める排出ガス量計算部と、
この排出ガス量計算部で得られた排出ガス量に、処理経過時間に応じた流入ガス量を設定するガス流量テーブルにより得られた今回の処理時における流入ガス量を入力して真空容器内の圧力変化を求める圧力変化計算部と、
この圧力変化計算部で得られた圧力変化と前回の処理時における真空容器内の圧力とを加算して今回の処理時における真空容器内の圧力を求める容器圧力計算部とを具備したことを特徴とする真空容器のシミュレーション装置。 A vacuum vessel to which a gas supply line and a discharge line are connected; a vacuum valve that is provided in the discharge line and that can open and close the discharge line; and a pressure gauge that measures the pressure in the vacuum container; An opening detector for detecting the valve opening of the vacuum valve, and the detected values from the pressure gauge and the opening detector are input to control the opening of the vacuum valve at a predetermined processing time interval. A simulation apparatus for the vacuum vessel in a vacuum processing apparatus comprising a pressure control device for controlling the pressure of
A conductance acquisition unit for obtaining the conductance of the vacuum valve based on the valve characteristic curve by inputting the valve opening detected by the opening detector;
An exhaust gas amount calculation unit that obtains an exhaust gas amount by multiplying the conductance obtained by this conductance acquisition unit by the pressure in the vacuum vessel at the time of the previous processing,
Enter the inflow gas amount at the time of the current process obtained by the gas flow rate table that sets the inflow gas amount according to the processing elapsed time to the exhaust gas amount obtained by this exhaust gas amount calculation unit. A pressure change calculation unit for obtaining a pressure change;
And a vessel pressure calculation unit for adding the pressure change obtained by the pressure change calculation unit and the pressure in the vacuum vessel during the previous process to obtain the pressure in the vacuum vessel during the current process. A vacuum vessel simulation device.
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