JP5906568B2 - 真空排気方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空チャンバー等の排気に用いられる真空排気装置の真空排気工程に関するものである。

半導体や液晶製造装置のプラズマ処理装置において、近年チャンバーの大型化が進んでいる。これらの装置は真空排気装置により、チャンバー内を真空引き後、処理を行う。

真空引きの際に大気圧から真空引きを開始すると、真空排気装置へのガス流量が大きい為真空排気装置の駆動音が大きくなったり、真空排気が過電流状態になったりする。

従来、大容量のチャンバーを真空引きする際に、高負荷対応の真空排気装置を用意し、駆動音が大きいので、装置とは別エリアに設置し、そのエリア内に入る際には耳栓等の騒音対策を施して入る必要があった。

また、真空排気装置の負荷を軽減する方法として、真空排気装置の回転数を調整する方法、サブポンプを設ける方法、排気抵抗が大きい配管にてゆっくりと排気する方法が取られてきた。特許文献１には排気負荷に応じて真空排気装置の回転数を制御しポンプ負荷を軽減する方法が開示されている。特許文献２には、サブの真空排気装置を設けて排圧を下げて、メインの真空排気装置の排気負荷を軽減する方法が開示されている。特許文献３には、メインの排気配管の横に排気抵抗の大きい排気配管を設けて、真空引き開始時には排気抵抗の大きい方で真空引きを開始し、その後メインに切り替える方法が開示されている。

特開２００７−０７１２００号公報 特開２００３−１２９９５７号公報 特開２００３−１８４７４６号公報

しかし、従来例では、仕組みの複雑化、真空引き時間の長時間化といった問題がある。

本発明の目的は、真空排気装置への負荷も少なく、低騒音で、短時間に真空引きが行える真空引き手法の提供を目的とする。

［適用例１］本適用例にかかる真空排気方法は、真空排気装置を用いてチャンバー内の気体を排気する真空排気方法であって、前記チャンバーから排気する排気ガス流量と前記真空排気装置を駆動する電流値と前記真空排気装置から発せられる駆動音とのうち少なくとも一つの要素を監視し、監視する前記要素によって前記真空排気装置と前記チャンバーとを接続する配管に設けられたバルブの開閉を制御することにより、前記要素の値を低い値から上げて行く上昇工程と、前記要素の値を一定に保つ水平工程とを有することを特徴とする。

本適用例によれば、真空排気装置を用いてチャンバー内の気体を排気している。そして、チャンバーから排気する排気ガス流量と前記真空排気装置を駆動する電流値と真空排気装置から発せられる駆動音とのうち少なくとも一つの要素を監視している。上昇工程では監視する要素によってバルブの開閉を制御することにより、要素の値を低い値から上げて行く。水平工程では要素の値を一定に保って排気している。

通常、真空排気装置の排気ガス流量が増えることにより、真空排気装置の負荷が増加し、真空排気装置の電流値の増加、駆動音の増加につながる。真空引き開始時は、チャンバー内が大気状態であり、真空排気装置の排気ガス流量が一番大きくなる。そこで、真空引き開始時にモニターする要素の値を低い値となるようにバルブの開閉を制御する。つまり、バルブを閉じた状態もしくは閉じた状態に近い状態とする。これにより、真空排気装置の真空引き開始時の排気ガス流量を抑える。この状態で真空引きを継続すると真空引き時間が長くなってしまう。

次に、モニターする要素の値を上げるようにバルブの開閉を制御する。この時、真空引きは継続しているので、真空チャンバー内の圧力が下がっている。これにより、バルブを開けても監視する要素の値は上がり難くなっている。次に、監視する要素の値を一定に保つ水平工程を行う。これにより、排気ガス流量が多い状態にて維持する為、排気にかかる時間を短くすることができる。その結果、真空排気装置への負荷も少なく、低騒音で、短時間に真空引きを行うことができる。

［適用例２］本適用例にかかる真空排気方法は、真空排気装置を用いてチャンバー内の気体を排気する真空排気方法であって、前記真空排気装置と前記チャンバーとを接続する配管に設けられたバルブの開閉を閉状態から経時的に開けて行き、前記真空排気装置の電流値、及び前記真空排気装置の駆動音のうち少なくとも一つの要素を低い値から上げて行く上昇工程と、前記要素の値を一定に保つ水平工程とを有することを特徴とする

本適用例によれば、真空排気装置を用いてチャンバー内の気体を排気しいている。そして、チャンバーと接続するバルブの開閉を全閉から経時的に開けている。これにより、真空排気装置の真空引き開始時の排気ガス流量を抑えることができる。そして、真空排気装置の電流値もしくは真空排気装置の駆動音とのうち少なくとも一つの要素が低い値から上がるようにバルブの開閉を制御している。従って、真空排気装置への負荷も少なく、低騒音にすることができる。

さらに、バルブを開き排気すると真空チャンバー内の圧力が減少するので、バルブを開いても排気量は増えなくなる。この工程が水平工程となる。水平工程では電流値や駆動音の値を一定に保っている。これにより、真空引き開始時のポンプ負荷を抑え、尚且つ、排気ガス流量も増やすことが出来るので短時間での真空引きを実現できる。

実施形態１にかかり真空排気システムの構成を示すブロック図。 圧力コントローラーの構成を示すブロック図。 圧力制御板部の動作を説明するための模式図。 排気方法をしめすフローチャート。 真空排気工程の時間と排気量／駆動音／駆動電流の関係を示した図。 実施形態２にかかり真空排気システムの構成を示すブロック図。 圧力コントローラーの構成を示すブロック図。

（実施形態１）
本実施形態では、チャンバー内の気体を排気する特徴的な排気方法の例について、図１〜図５に従って説明する。

図１は、真空排気システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、真空排気システム２５は、チャンバーとしての真空チャンバー４、真空排気装置５、圧力コントローラー６、圧力計１、駆動音モニター２、駆動電流値モニター３、排気口開閉バルブ７、排気配管８、排気ガス流量モニター９、装置全体の制御装置２４を備えている。

真空チャンバー４は扉を備え、扉をしめることにより密閉された空間を形成するチャンバーである。チャンバー内の圧力測定用に圧力計１が取り付けられている。圧力計１は圧力センサーを備え、真空チャンバー４内の圧力を検出して制御装置２４に出力する。真空チャンバー４の排気口は排気口開閉バルブ７を介して排気配管８で、真空排気装置５へとつながっている。排気配管８の途中は圧力コントローラー６が設置されている。排気口開閉バルブ７はステップモーターを備え、制御装置２４の制御信号を受けて開閉するバルブである。従って、真空排気システム２５は制御装置２４の制御信号により排気流量を制御することが可能となっている。

真空排気装置５はモーターと真空ポンプとを備えている。モーターの駆動軸が真空ポンプと接続され、モーターが真空ポンプを駆動する。真空排気装置５は、ドライポンプやロータリーポンプに代表されるモーターにより回転翼等を回転させて排気する構造となっている。そして、真空ポンプは排気配管８と接続され、排気配管８を通じて真空チャンバー４内の気体を排気する。

真空排気装置５には、駆動音監視用に駆動音モニター２、駆動電流監視用に駆動電流値モニター３、排気ガス流量を測定する為の排気ガス流量モニター９が取り付けられている。駆動音モニター２は真空排気装置５が発する騒音を検出するセンサーを備え、検出した騒音を信号に変換して制御装置２４に出力する。駆動電流値モニター３は真空排気装置５が備えるモーターを駆動する電流値を検出する電流計を備えている。そして、駆動電流値モニター３は検出した電流値を信号に変換して制御装置２４に出力する。流量モニター９は排気配管８を通じて排気される気流の流量を検出する流量計を備えている。そして、流量モニター９は検出した流量値を信号に変換して制御装置２４に出力する。尚、騒音を検出するセンサー、電流計、流量計は公知の技術にて製造可能であり、詳細な説明を省略する。

図２は圧力コントローラーの構成を示すブロック図である。図２に示すように圧力コントローラー６はバルブとしての圧力制御板部１０、モーター駆動部１１、モーター制御部１２、外部信号処理部１３から構成されている。外部信号処理部１３は制御装置２４が出力する制御信号を受信し、制御信号をモーター制御部１２に出力する。モーター制御部１２はモーターの回転角度、回転速度の制御を行う。モーター駆動部１１はモーター制御部１２の制御信号に応じて駆動軸を回転させる。圧力制御板部１０はモーター駆動部１１の駆動軸と接続し、回転する。このように、圧力コントローラー６は圧力制御板部１０の開閉を制御する。

図３は、圧力制御板部の動作を説明するための模式図である。図３に示すように、圧力コントローラー６はモーター駆動部１１にて時計方向に圧力制御板部１０を動作角１６だけ動かし、配管抵抗を変化させて圧力をコントロールする。排気配管８に対して、圧力制御板部１０が平行になっている時が圧力制御板部（全開）１５の状態であり、全開のときに流体は一番抵抗が小さくなる。排気配管８に対して、圧力制御板部１０が図中垂直になっている時が圧力制御板部（全閉）１４の状態であり、全閉のときに流体は一番抵抗が大きくなる。

（真空排気方法）
次に、真空チャンバー４内の気体を排気する方法について説明する。真空排気工程は排気量等のモニター要素を上げる上昇工程と排気量等のモニター要素を一定に保つ水平工程と排気量等のモニター要素を下げる下降工程の順に行う。特徴のある上昇工程について説明する。図４は排気方法をしめすフローチャートである。フローチャートに従って、真空排気システム２５における真空引き作業で圧力制御板部１０を開く上昇工程の手順を説明する。

図４に示すように、まず、ステップＳ１にて真空チャンバー４は大気状態であり扉が閉じられて排気配管８以外は密閉の状態となっている。次にステップＳ２において、モーター制御部１２はモーター駆動部１１を駆動して、圧力制御板部１０を全閉状態にする。続いて、ステップＳ３において、排気口開閉バルブ７を開ける。

次に、ステップＳ４において、モーター制御部１２はモーター駆動部１１を駆動して動作角１６が１度から５度程度増加するように圧力制御板部１０を動かす。この時の動作角１６の角度は、予め設定された固定値とする。続いて、ステップＳ５において、動作角１６が全開かの判断を行う。動作角１６が全開のとき圧力制御板部１０を開く作業は終了する。これは図中”ＹＥＳ”に相当する。また、動作角１６が全開でないときステップＳ６に移行する。これは図中”ＮＯ”に相当する。

ステップＳ６では駆動音モニター２、駆動電流値モニター３、排気ガス流量モニター９が出力する少なくともひとつの値を外部信号処理部１３が入力する。モーター制御部１２がどの値を入力するかは予め設定しておく。制御装置２４は、入力した値が予め設定していた判定値より小さいかどうか判断を行う。

この時、制御装置２４は圧力計１が検出する圧力値を入力する。そして、制御装置２４は排気ガス流量を排気ガス流量モニター９で直接読み取るだけでなく、圧力計１の値を用いて排気ガス流量を制御できる。

これは、真空チャンバー４の圧力をＰ１、真空排気装置５内の圧力をＰ２、排気配管８の排気抵抗をＲ１、排気ガス流量をＱ１とするとき、
Ｐ１−Ｐ２＝Ｒ１×Ｑ１・・・・数１
の関係式が成り立つ。
ここで、Ｐ１及びＱ１は真空引きにより随時変化し、Ｐ２は真空排気装置５の能力によって決まる固定値であり、Ｒ１は排気配管８によって決まる固定値である。

数１において、Ｒ１は圧力コントローラー６にて制御されており、真空チャンバー４の圧力Ｐ１の減少に従い、動作角１６を大きくしていくことにより、排気ガス流量Ｑ１を制御できる。また、真空排気装置５の排気ガス流量Ｑ１と真空排気装置の駆動音の大きさ及び駆動電流値には関係がある。

真空排気装置５の排気ガス流量Ｑ１の増加は、気体の逆流、回転翼の風切り音増加をもたらし、駆動音の増加につながる。さらに、排気ガス流量Ｑ１の増加は回転翼の回転トルクの増加にもつながり、回転翼の駆動用モーターの電流値の増加にもつながる。さらに、排気ガス流量Ｑ１の増加は真空排気装置５に負荷がかかる。よって、排気ガス流量Ｑ１を制御することは、真空排気装置５の駆動音及び駆動電流値の制御にもつながっている。

ステップＳ７において、制御装置２４が入力した値が判定値よりも小さい場合は、ステップＳ４に移行する。これは図中”ＹＥＳ”に相当する。そして、ステップＳ４において再度モーター制御部１２の制御信号により、モーター駆動部１１は圧力制御板部１０の動作角１６を１度から５度程度増加させる。

ステップＳ７において、排気ガス流量モニター９、駆動音モニター２、駆動電流値モニター３のうち制御装置２４が入力した値が判定値よりも大きくなった場合は、ステップＳ８に移行する。これは図中”ＮＯ”に相当する。

ステップＳ８において、動作角１６を所定の角度だけ戻し、各モニターの値を再度読み取る。この時、真空引きは継続して行われているので、真空チャンバー４の圧力は減少し続ける。その為、動作角１６を所定の角度、例えば、直近の動作で動かしたときの角度まで戻しても、真空チャンバー４の圧力Ｐ１が減少しているので数１の式により動作角１６が同じでも真空排気装置５の排気ガス流量Ｑ１は減少する。

従って、再度動作角１６を１度から５度程度の所定の角度減少させた場合、例えば、同じ動作角１６の角度に戻したときでも排気ガス流量Ｑ１は小さくなる。そして、排気ガス流量Ｑ１の減少に伴い、駆動音及び駆動電流値は以前の値よりも小さくなる。

ステップＳ６〜ステップＳ８の動作をモニター値が判定値以下になるまで繰り返し行う。以上のように動作角１６を動作させて、全開状態になるまで動かして行く。

図５は、真空排気工程の時間と排気量／駆動音／駆動電流の関係を示した図である。横軸が真空引き開始時からの経過時間を示しており、縦軸がその時の排気ガス流量及び真空排気装置５のアイドリング状態からの駆動音増加量及び排気装置のアイドリング状態からの駆動電流増加量を示している。ここで、０時間は排気口開閉バルブ７が閉まっている状態を示している。

図５において、新排気シーケンス線１７は、本実施形態の排気ガス流量及び駆動音増加量及び駆動電増加量の真空引き時の経時変化を示している。通常排気シーケンス線１８は、一般的に行われている、排気ガス流量の調整を行わないで真空引きを行った時の経時変化を示している。小流量排気シーケンス線１９は、排気抵抗が大きい状態のまま真空引きを行った時の経時変化を示している。

新排気シーケンス線１７において、真空引き開始時は排気口開閉バルブ７が閉まっている。従って、配管抵抗が大きいので、排気ガス流量及び騒音増加量及び駆動電流増加量の総てにおいて、低い値となっている。

次に、圧力制御板部１０の動作角１６を開けて行き、排気ガス流量及び騒音増加量及び駆動電流増加量は増加していく。この工程が上昇工程２０である。

次に、排気ガス流量及び駆動音増加量及び駆動電流増加量のうちモニターする少なくともひとつが判定値２３に達するとき、上昇工程２０を終了する。そして、モニターする要素の値を維持するように圧力制御板部１０の動作角の角度調整に入る。この工程が水平工程２１である。

水平工程２１中、真空チャンバー４内の圧力が減少していくので、圧力コントローラー６が全開状態になっても新排気シーケンス線１７が判定値２３より下降する。このとき、水平工程２１を終了する。そして、モニターする要素の値が下降する下降工程２２に移行する。そして、真空チャンバー４の圧力が所定の判定値より低くなったとき真空排気工程を終了する。

（比較例１）通常排気シーケンス線１８は、真空引き開始時に真空チャンバー４は大気状態にある。尚且つ、圧力制御板部１０が全開になっているので、真空引き開始時の排気ガス流量及び真空排気装置５の駆動音増加量及び駆動電流増加量は最大になる。従って、真空引き開始時は真空排気システム２５から発生する駆動音や、真空排気装置５の駆動電流値が大きくなる。

その後、時間の経過に従い真空チャンバー４の圧力が減少していく。これにより、排気ガス流量及び駆動音増加量及び駆動電流増加量は減少していく。つまり、通常排気シーケンス線１８の場合は、下降工程２２のみで排気シーケンスが構成されている。

排気ガス流量及び駆動音増加量及び駆動電流増加量の最大値を比較する。通常排気シーケンス線１８では真空チャンバー４が大気状態の時に、圧力制御板部１０を全開で真空引きを行う。これに対して、新排気シーケンスの場合、圧力制御板部１０を全閉で開始し、徐々に動作角１６を大きくし、排ガス流量及び駆動音及び駆動電流値を判定値２３まで大きくしていく。これにより、新排気シーケンス線１７は真空チャンバー４を減圧した状態で排気ガス流量及び駆動音増加量及び駆動電流増加量の最大値となる。

この為、通常排気シーケンス線１８よりも新排気シーケンス線１７の方が排気ガス流量及び駆動音増加量及び駆動電流増加量の最大値を抑えることができる。

（比較例２）小流量排気シーケンス線１９は、圧力コントローラー６が排気抵抗を大きくしている。これにより、真空引き開始時でも排気ガス流量が大きくなることはない。従って、真空引き開始時は真空排気システム２５から発生する音や、真空排気装置５の消費電流は小さい。しかし、排気抵抗が大きく排気ガス流量が少ない排気条件で真空引きを行っているので、真空チャンバー４の排気には非常に時間がかかる。つまり、小流量排気シーケンス線１９は、水平工程２１と下降工程２２から構成されている。

小流量排気シーケンス線１９の場合では、常に排気ガス流量が少ない状態で真空引きを行うので、排気ガス流量及び駆動音及び駆動電流値は新排気シーケンスより小さく値に抑えることができる。つまり、水平工程２１を設けることにより、安定した真空引きを行い、排気ガス流量及び駆動音増加量及び駆動電流増加量を抑えることが可能となる。

次に、真空引き時に希望の圧力まで真空チャンバー４を真空引きする時間を考える。小流量排気シーケンス線１９の場合、排気ガス流量が少ないので、このまま真空引きを行うと、非常に時間がかかってしまう。これに対して、新排気シーケンス線１７は真空引き時に排気抵抗を変化させて行き、排気ガス流量を増やしていくので、小流量排気シーケンス線１９より短時間に希望の圧力までの真空引きが可能となる。

また、通常排気シーケンス線でも開始時より排気ガス流量が大きいので、短時間に希望の圧力までの真空引きが可能となる。つまり、上昇工程２０を設けるか、もしくは開始から排気ガス流量を大きくしておくか、によって短時間に希望の圧力までの真空引きが可能となる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、新排気シーケンスのように上昇工程２０、水平工程２１、下降工程２２を設けることにより、真空引き時の、排気ガス流量及び駆動音及び駆動電流値の最大値を抑えながら、より短時間に真空チャンバー４の圧力を希望の圧力まで減圧することが可能となる。

（実施形態２）
次に、チャンバー内の気体を排気する特徴的な排気方法の例について、図６及び図７に従って説明する。本実施形態が実施形態１と異なるところは、圧力制御板部１０を時間の推移に応じて制御する点にある。尚、実施形態１と同じ点については説明を省略する。

図６は真空排気システムの構成を示すブロック図である。図６に示すように、真空排気システム２６は真空チャンバー４、真空排気装置５、圧力コントローラー２７、圧力計１、排気口開閉バルブ７、排気配管８、装置全体の制御装置２４を備えている。真空チャンバー４の排気口は排気口開閉バルブ７を介して排気配管８により真空排気装置５へと接続されている。排気配管８の途中には圧力コントローラー２７が設置されている。

図７は圧力コントローラーの構成を示すブロック図である。図７に示すように、圧力コントローラー２７は圧力制御板部１０、モーター駆動部１１、モーター制御部２８、から構成されている。モーター制御部２８はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ（演算処理装置）と各種情報や動作プログラムを記憶するメモリーとを有する。そして、モーター制御部２８は動作プログラムをメモリーに予め記憶しておく。

まず、真空チャンバー４が大気状態にある時、モーター制御部２８はモーター駆動部１１を駆動して圧力制御板部１０を全閉状態にする。その後、モーター制御部２８は排気口開閉バルブ７を開ける。圧力制御板部１０をモーター制御部２８に予め入力しておいた動作プログラムにより動かす。この時、真空チャンバー４の圧力は大気状態に近いので、圧力制御板部１０を動かして行くと排気ガス流量は増加していく。この工程が上昇工程２０となる。

動作角１６と排気開始後の経過時間との関係は予め実験により適切なシーケンス条件を設定しておくのが好ましい。このとき、真空排気装置５の電流値、駆動音が低い値から上げるシーケンス条件にする。そして、上昇工程２０では全閉から経時的に開けていく。

さらに、動作角１６を広げて真空引きを進めると真空チャンバー内の圧力が減少するので、動作角を広げても、真空排気装置５の排ガス流量は増えなくなる。そして、真空排気装置５の電流値、駆動音が一定に保つようにシーケンス条件を設定する。この工程が水平工程２１となる。

さらに、真空引きを継続すると、真空チャンバー内の圧力がさらに減少し、真空排気装置５の排ガス流量は減少していく。この工程が下降工程２２となる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、電流値、駆動音が低い値から上げるシーケンス条件にて上昇工程２０の排気を行っている。そして、水平工程２１、下降工程２２を設けることにより、真空引き時の、排気ガス流量及び駆動音及び駆動電流値の最大値を抑えながら、より短時間に真空チャンバー４の圧力を希望の圧力まで減圧することが可能となる。

４…チャンバーとしての真空チャンバー、５…真空排気装置、１０…バルブとしての圧力制御板部、２０…上昇工程、２１…水平工程、２２…下降工程。

Claims (1)

1. 真空排気装置を用いてチャンバー内の気体を排気する真空排気方法であって、
   排気ガス流量、駆動音、および駆動電流のうち少なくとも一つの判定値を設定する工程と、
   前記排気ガス流量、前記駆動音、および前記駆動電流のうち少なくとも一つの測定値が前記判定値に到達するまで、前記真空排気装置と前記チャンバーとを接続する配管に設けられた圧力制御板部の動作角を開けていく上昇工程と、
   前記少なくとも一つの測定値を維持するように前記動作角の角度調整を行う定常工程と、
   を有することを特徴とする真空排気方法。

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