JP5854335B2 - 処理チャンバの圧力制御方法及び処理チャンバの圧力制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記の課題を解決するための第1の手段として、半導体の製造工程において処理チャンバとこの処理チャンバ内のガスを吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより処理チャンバ内のガスの圧力を調整する圧力制御方法において、吸引ポンプの吸引力によって吸引ポンプを介して処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する一方、処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している処理チャンバの容量(V)から目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出し、算出された必要流入量(Qi)を処理チャンバ内に流入させて処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。
本発明は、上記第1乃至第8の解決手段である処理チャンバの圧力制御装置に使用することができる下記の圧力制御装置をも提供するものである。即ち、本発明は、上記の課題を解決するための第10の手段として、半導体の製造工程において処理チャンバとこの処理チャンバ内のガスを吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより処理チャンバ内のガスの圧力を調整する処理チャンバの圧力制御装置において、吸引ポンプの吸引力によって吸引ポンプを介して処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する流出量算定手段と、処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している処理チャンバの容量(V)から目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出する必要流入量算定手段と、処理チャンバ内に流入させるべきガスの流入量を必要流入量算定手段に基づいて算出された必要流入量(Qi)に調整する流入量調整手段とを備え、この流入量調整手段により必要流入量(Qi)を処理チャンバ内に流入させて処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、流出量算定手段は、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。
このバルブ4として、スペース的に有利で、比較的簡易に製造することができることから、ケーシング内においてプレートを横方向に揺動させる横旋回式のゲートバルブを採用している。但し、処理チャンバ2内の圧力を適切に調整することができれば、バルブの形式に特に限定はなく、他に、ペンドラムバルブ、バタフライドラム、ポペットドラム等の真空バルブを使用することもできる。また、これらのバルブのプレートの昇降に際して、ケーシングに摺動させてOリングを用いる形態のみならず、ベローズ等のバルブのケーシングと非接触の昇降部材により、プレートをケーシング内で昇降させるグリースレスバルブの形態とすることもできる。この場合には、図示しないマグネットにより、プレート等をケーシングへ密着させて処理チャンバ2内を密閉することができる。
コントローラー5は、バルブ4の開閉等の作動を制御するものであり、本発明の圧力制御装置10は、図3に示すように、このコントローラー5に設定される。この圧力制御装置10は、バルブ4を所定の位置に変位させてその開閉度を調整することにより、処理チャンバ2内のガスの圧力を目標値の圧力(圧力設定点)に制御する。この圧力制御装置10は、具体的には、図3に示すように、吸引ポンプ3の吸引力によって吸引ポンプ3を介して処理チャンバ2から排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する流出量算定手段12と、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を算出する必要流入量算定手段14と、処理チャンバ2内に流入させるべきガスの流入量をこの必要流入量算定手段14に基づいて算出された必要流入量(Qi)に調整する流入量調整手段16を備えている。
必要流入量算定手段14は、具体的には、圧力センサ6により測定された処理チャンバ2内の現在の圧力(P1:単位はmTorr)と予め設定された処理チャンバ2内の目標値の圧力(Psp:単位はmTorr)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している処理チャンバの容量(V)から、目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi:単位はmTorr・L/s)を、吸引ポンプ3からの流出量をQo(単位はmTorr・L/s))として、Qi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出するものである。
この現在のガスの流出量(Qo)を算出するものが、流出量算定手段12である。即ち、流出量算定手段12は、処理チャンバ2から排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2:単位はmTorr)と、予め判明している吸引ポンプ3の所定の圧力下における固有の吸引量(Sp:単位はL/s)から求めるものである。これは、原料ガス等の気体については、その流量を、質量流量で把握した場合、流量(Q)=圧力(P)*体積流量(吸引量:S)、即ち、図5に示すように、Q=PSとして把握できることから、排出側の吸引ポンプ3内の圧力(P2)に影響を受け、また、実際に、図5及び図7に示すように、吸引ポンプ3内の圧力によって流量が変化することが判明しているため、この図7に一例を示すように、各吸引ポンプ3毎に、予め判明している所定の圧力下における固有の吸引量(Sp)を、図7に一例を示すグラフからSp=f1(P2)として求めておく。
流入量調整手段16は、このようにして必要流入量(Qi)が算出された場合、バルブ4が、図5に示すように、バルブ4の開閉プレートのとある位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンスが判明していることから(Cv=f2(θ))、必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、図示しない開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、処理チャンバ2内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する。
また、上記の実施の形態において、流出量算定手段12には、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))をバルブ4の種類毎(メーカー及び製品毎)に予め記憶し、同様に、吸引ポンプ3の所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を吸引ポンプ3の種類毎(メーカー及び製品毎)に予め記憶させておく。これにより、各種処理チャンバ2や吸引ポンプ3、バルブ4の組合せ毎に、一度、ダミーウェハを用いて作動させて学習させ、これらの組合せが変わる度に、改めて設定する必要がなくなるため、汎用性に富むと同時に稼働させるまでのセッティングに手間と時間を要することなく、バルブ4と吸引ポンプ3の各種組合せに的確に対応することができる。
次に、本発明の圧力制御方法の使用方法について説明すると、まず、事前準備として、使用が予想される吸引ポンプ3毎に、当該吸引ポンプ3のメーカーが公表しているデータを用いて、予め判明している当該吸引ポンプ3の所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を吸引ポンプの種類毎(メーカー及び製品毎)に、また、使用が予想されるバルブ4毎に、当該バルブ4のメーカーが公表しているデータを用いて、予め判明している当該バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))をバルブ4の種類毎(メーカー及び製品毎)に、流出量算定手段12に記憶させておく。また、処理チャンバ2の容量(V)も、流出量算定手段12に入力する。なお、吸引ポンプ3やバルブ4について新製品が新たに提供された場合や、各製品についてスペックの変更があった場合には、データを追加又は補正して、流出量算定手段12に記憶されているデータを常に最新の状態にバージョンアップすることが望ましい。
2 処理チャンバ
3 吸引ポンプ
4 バルブ
5 コントローラー
6 圧力センサ
10 圧力制御手段
12 流出量算定手段
14 必要流入量算定手段
16 流入量調整手段
18 設定手段
Claims (18)
- 半導体の製造工程において処理チャンバと前記処理チャンバ内のガスを吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより前記処理チャンバ内のガスの圧力を調整する圧力制御方法において、前記吸引ポンプの吸引力によって前記吸引ポンプを介して前記処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する一方、前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された前記処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している前記処理チャンバの容量(V)から前記目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出し、前記算出された必要流入量(Qi)を前記処理チャンバ内に流入させて前記処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している前記吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項1に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明している前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))により算出して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項2に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を求めるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2を前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量を求めるQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することによりガスの現在の予測流出量Qo(n)を算出して、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じて、目標値の圧力(Psp)とするのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項1に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、前記吸引ポンプに設置されたセンサにより測定して求めることを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記バルブが前記必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、前記開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、前記処理チャンバ内の圧力を前記目標値の圧力(Psp)に制御することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を前記バルブの種類毎に予め記憶し、前記吸引ポンプの所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を前記吸引ポンプの種類毎に予め記憶して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項6に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記吸引ポンプの種類に応じて、入力されるべき前記吸引ポンプの固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えると共に、前記バルブの種類に応じて、入力されるべき前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記バルブは、ゲートバルブ、ペンドラムバルブ、バタフライドラム、ポペットドラム等の真空バルブであることを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 請求項1乃至請求項8のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記バルブは、ベローズ等の前記バルブのケーシングと非接触の昇降部材により、前記開閉プレートを前記ケーシング内で昇降させるグリースレスバルブであることを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。
- 半導体の製造工程において処理チャンバと前記処理チャンバ内のガスを吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより前記処理チャンバ内のガスの圧力を調整する処理チャンバの圧力制御装置において、前記吸引ポンプの吸引力によって前記吸引ポンプを介して前記処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する流出量算定手段と、前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された前記処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している前記処理チャンバの容量(V)から前記目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出する必要流入量算定手段と、前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの流入量を前記必要流入量算定手段に基づいて算出された必要流入量(Qi)に調整する流入量調整手段とを備え、前記流入量調整手段により前記必要流入量(Qi)を前記処理チャンバ内に流入させて前記処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、前記流出量算定手段は、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している前記吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項10に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明している前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))により算出して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項11に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2をQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することによりガスの現在の予測流出量Qo(n)を算出し、前記必要流入量算定手段は、前記流出量算定手段により算出された現在の予測流出量Qo(n)を元に、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じた目標値の圧力(Psp)とするのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項10に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、前記吸引ポンプに設置されたセンサにより測定して求めることを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項10乃至請求項13のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流入量調整手段は、前記バルブが前記必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、前記開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、前記処理チャンバ内の圧力を前記目標値の圧力(Psp)に制御することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項10乃至請求項14のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を前記バルブの種類毎に予め記憶し、前記吸引ポンプの所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を前記吸引ポンプの種類毎に予め記憶して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項15に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記吸引ポンプの種類に応じて、入力されるべき前記吸引ポンプの固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えることができると共に、前記バルブの種類に応じて、入力されるべき前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることができる設定手段を有することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項10乃至請求項16のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記バルブは、ゲートバルブ、ペンドラムバルブ、バタフライドラム、ポペットドラム等の真空バルブであることを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
- 請求項10乃至請求項17のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記バルブは、ベローズ等の前記バルブのケーシングと非接触の昇降部材により、前記開閉プレートを前記ケーシング内で昇降させるグリースレスバルブであることを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。
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