JP7365749B2

JP7365749B2 - 真空圧力制御システム

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Application number: JP2019224247A
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Inventors: 雄太郎早瀬
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Filing date: 2019-12-12
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Description

本発明は、ガス供給源と、ガス供給源からガスの供給を受ける真空チャンバと、真空チャンバの圧力値を調整するための真空制御弁と、真空チャンバを減圧するための真空ポンプと、が直列に接続され、真空チャンバの圧力値を検出する圧力センサと、真空制御弁を制御する制御装置と、を備える真空圧力制御システムであって、ガス供給源から、真空チャンバに、所定の流量でガスが供給されるときに、制御装置が、圧力センサにより検出される圧力値に基づいて真空制御弁の弁開度の調整を行うことで、真空チャンバの圧力値が目標値となるよう圧力値制御を行う真空圧力制御システムに関するものである。

従来、真空チャンバ内の圧力値を目標圧力値に調整し、保持するようにした真空圧力制御システムが用いられている。このような真空圧力制御システムは、例えば、半導体の材料であるウエハの成膜を行う際に用いられる。成膜に必要な流量のガス（プロセスガス）が供給される真空チャンバの圧力値を、真空制御弁の弁開度の調整を行うことで、目標値に保ち、真空チャンバに設置されるウエハの成膜を行うのである。

特開平１０－２５２９４２号公報

しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
上記の通り、真空チャンバの圧力値を目標値に保つためには、真空制御弁の弁開度を最適な状態に調整する必要がある。しかし、真空制御弁、最適弁開度がどの程度であるか、実際に圧力値制御をしてみなければ判断することはできない。よって、実際の成膜工程を行う前の事前準備として、真空チャンバに、成膜に必要な流量のプロセスガスを試験的に供給しながら、真空制御弁の弁開度を調整し、真空チャンバの圧力値を目標値とすることができる真空制御弁の最適弁開度を探り当てる作業が必要となる。例えば、図１０に示すように、徐々に弁開度を絞っていき、目標値Ｐｔとなる最適弁開度ＶＯを探り当てるのである。

そして、さらに、探り当てた最適弁開度ＶＯにより、実際に真空チャンバの圧力値が目標値Ｐｔとなることの確認作業を行う。例えば、図１１に示すように、真空制御弁の弁開度を最適弁開度ＶＯとして、真空チャンバの圧力値が、実際に目標値Ｐｔとなるかどうか、圧力波形の確認を行うのである。この確認作業が完了してから、成膜工程が行われる。

また、成膜工程においては、一度の工程において、複数種のプロセスガスを使用することや、同種のプロセスガスを複数回用いる場合で流量や目標とする圧力値がそれぞれ異なることがあるなど、複数の条件で成膜を行う場合がほとんどである。このため、複数の条件の全ておいて、上記の最適弁開度を探り当てる作業と、実際に真空チャンバの圧力値が目標値となるかどうかの確認作業が必要となるため、使用するプロセスガスの種類が増えるほど成膜工程を行う前の事前準備に時間を取られ、半導体の製造効率に悪影響を与えるおそれがあった。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、真空チャンバの圧力値を目標値とするために必要な真空制御弁の最適弁開度を、容易に算出可能な真空圧力制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の真空圧力制御システムは、次のような構成を有している。
（１）ガス供給源と、ガス供給源からガスの供給を受ける真空チャンバと、真空チャンバの圧力値を調整するための真空制御弁と、真空チャンバを減圧するための真空ポンプと、が直列に接続され、真空チャンバの圧力値を検出する圧力センサと、真空制御弁を制御する制御装置と、を備える真空圧力制御システムであって、ガス供給源から、真空チャンバに、所定の流量でガスが供給されるときに、制御装置が、圧力センサにより検出される圧力値に基づいて真空制御弁の弁開度の調整を行うことで、真空チャンバの圧力値が目標値となるよう圧力値制御を行う真空圧力制御システムにおいて、制御装置は、圧力値制御を行う前に、真空チャンバ内の圧力値と、ガスの流量と、の関係を１次関数に近似し、１次関数を、制御装置に記憶させるマッピングプログラムを備え、１次関数に基づいて、ガスの所定の流量を供給したときに、真空チャンバ内の圧力値を目標値とするのに必要な、真空制御弁の最適弁開度を算出する弁開度算出プログラムを備え、最適弁開度に基づき真空制御弁の弁開度を調整することで、真空チャンバ内の圧力値が目標値となるよう制御することが可能なこと、弁開度算出プログラムは、圧力値制御を行う前に、所定の弁開度において、所定の流量のガスを真空チャンバに供給した状態で、真空チャンバ内の第２圧力測定値を圧力センサにより取得し、第２圧力測定値を、１次関数に代入することで、ガスの推定流量を算出し、目標値を、切片をゼロとする推定流量の１次関数として、該１次関数の傾きを求め、傾きから、所定の流量における最適弁開度を求めること、を特徴とする。

（１）に記載の真空圧力制御システムによれば、真空チャンバの圧力値を目標値とするために必要な真空制御弁の最適弁開度を、容易に算出可能である。
制御装置は、マッピングプログラムおよび弁開度算出プログラムを備えている。マッピングプログラムにより、真空チャンバ内の圧力値と、ガスの流量と、の関係を１次関数に近似し、１次関数を制御装置に記憶させる。そして、弁開度算出プログラムにより、記憶された１次関数に基づいて、ガスの所定の流量を供給したときに、真空チャンバ内の圧力値が目標値となるために必要な真空制御弁の最適弁開度を算出し、該算出した最適弁開度に基づき真空制御弁の弁開度を調整することができる。

真空チャンバ内の圧力値と、ガスの流量と、の関係を１次関数に近似し、当該１次関数により最適弁開度を算出できるため、複数種のガスを使用する等、複数の条件で成膜を行う場合でも、複数の条件毎に、真空チャンバに、成膜に必要な流量のガスを試験的に供給しながら、真空制御弁の弁開度を調整し、真空チャンバの圧力値を目標値とすることができる最適弁開度を探り当てる作業を行う必要がない。よって、成膜工程を行う前の事前準備に時間を取られ、半導体の製造効率に悪影響を与えるおそれが低減される。
なお、所定の流量とは、実際に真空チャンバの圧力制御を行うときの流量であり、例えば、ウエハの成膜に必要なガスの流量を指す。

（２）（１）に記載の真空圧力制御システムにおいて、マッピングプログラムは、圧力値制御を行う前に、真空制御弁の、所定弁開度において、ガス供給源から真空チャンバに、マッピングプログラムに定められた測定用流量によりガスを供給した状態で、所定弁開度における真空チャンバの圧力測定値を圧力センサより取得し、測定用流量と、圧力測定値に基づき、所定の弁開度において、切片をゼロとし、圧力測定値を通る１次関数を求めておくこと、を特徴とする。

（２）に記載の真空圧力制御システムによれば、真空チャンバの圧力値を目標値とするために必要な真空制御弁の最適弁開度を、容易に算出可能である。

真空制御弁の弁開度が一定であれば、真空チャンバの圧力値は、ガスの流量が多くなるほど高くなり、ガスの流量が少なくなるほど低くなる。即ち、真空チャンバの圧力値とガスの流量とは比例関係にある。このため、真空チャンバ内の圧力値と、ガスの流量と、の関係は、切片をゼロとする１次関数（傾きは所定の弁開度に依存する）に近似することが可能なのであり、この１次関数を用いることで、真空チャンバの圧力値を目標値とするために必要な真空制御弁の最適弁開度を、容易に算出可能となる。

また、工場内では同型の半導体製造装置を複数設置する場合があり、複数の半導体製造装置の内、任意の一台で上記１次関数を求めておけば、同型の半導体製造装置で同じ１次関数を用いて、真空チャンバの圧力値を目標値とするために必要な真空制御弁の最適弁開度を算出可能となる。よって、成膜工程を行う前の事前準備に時間を取られ、半導体の製造効率に悪影響を与えるおそれが低減される。

（３）（１）または（２）に記載の真空圧力制御システムにおいて、弁開度算出プログラムは、圧力値制御を行う前に、所定の弁開度において、所定の流量のガスを真空チャンバに供給した状態で、真空チャンバ内の第２圧力測定値を圧力センサにより取得し、第２圧力測定値を、１次関数に代入することで、ガスの推定流量を算出し、目標値を、切片をゼロとする推定流量の１次関数として、該１次関数の傾きを求め、傾きから、所定の流量における最適弁開度を求めること、を特徴とする。

（３）に記載の真空圧力制御システムによれば、真空チャンバの圧力値を目標値とするために必要な真空制御弁の最適弁開度を、容易に算出可能である。

１次関数の傾きは所定の弁開度により定まっており、当該１次関数に所定の流量を供給した状態の、真空チャンバの第２圧力測定値を代入するため、求まる推定流量は、所定の流量と同義である。

真空チャンバ内の圧力値とガスの流量との関係は、切片をゼロとする１次関数に近似できることが分かっているため、目標値は、所定の流量と同義である推定流量の１次関数であると言え、当該１次関数の傾きを算出することが可能である。当該傾きは、所定の流量において、目標値を得るための最適弁開度を表すものである。

所定の流量と同義である推定流量を、制御装置が自ら算出することで、外部から所定の流量の情報を入力する必要なく、最適弁開度を算出可能となる。したがって、所定の流量の情報を真空制御弁や制御装置に入力するために新たに装置を構成する必要もなく、従来の設備により真空制御弁の最適弁開度を算出可能となる。

本発明の真空圧力制御システムによれば、真空チャンバの圧力値を目標値とするために必要な真空制御弁の最適弁開度を、容易に算出可能である。

本実施形態に係る真空圧力制御システムの構成を表す説明図である。本実施形態に係る真空圧力制御システムに用いられる真空制御弁の断面図である。本実施形態に係る真空圧力制御システムに用いられる制御装置の構成を示すブロック図である。ウエハに成膜処理を行うための条件を例示する表である。本実施形態に係るマッピングプログラムのフローを示す図である。本実施形態に係る弁開度算出プログラムのフローを示す図である。真空制御弁の弁開度を一定に保った場合の、真空チャンバ内の圧力値と、プロセスガスの流量の関係を表すグラフである。マッピングプログラムにより作成されたマップを示す図である。弁開度算出プログラムにより最適弁開度を算出する方法を示す図である。従来技術において、最適弁開度を探り当てる作業を説明するグラフである。真空制御弁を最適弁開度とし、圧力波形の確認を行う際のグラフである。

本発明に係る真空圧力制御システムの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、真空圧力制御システム１の構成を説明する図である。真空圧力制御システム１は、例えば原子層堆積法（ＡＬＤ：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いた半導体製造装置で、ウエハ１５０の表面処理を行うために用いられる。

真空圧力制御システム１は、図１に示すように、上流側から順に、ウエハ１５０の表面処理を行うためのプロセスガス（ガスの一例）の供給源であるガス供給源１６、マスフローコントローラ２０、真空容器である真空チャンバ１１、真空制御弁３０、真空ポンプ１５が直列に接続されている。また、マスフローコントローラ２０の上流側では、プロセスガスをパージするのに用いる窒素ガス（Ｎ_２）の供給源であるＮ_２供給源１７が、ガス供給源１６と並列して接続されている。

さらに、真空圧力制御システム１は、真空チャンバ１１と真空制御弁３０との間に、遮断弁１３を介して、真空チャンバ１１の圧力値を検出する圧力センサ１２を備える他、圧力センサ１２および真空制御弁３０と電気的に接続される制御装置７０を備えている。

真空チャンバ１１には、ガス給入口１１ａから、ガス供給源１６から供給されるプロセスガス、または、Ｎ_２供給源１７から供給されるパージガスが、所定の流量で供給される。なお、プロセスガスの所定の流量とは、実際に真空チャンバ１１の圧力制御を行うときの流量であり、ウエハ１５０の成膜に必要なプロセスガスの流量を指す。

そして、真空チャンバ１１のガス排気口１１ｂには、真空制御弁３０の第１ポート４１ａが接続され、真空制御弁３０の第２ポート４１ｂには、真空ポンプ１５が接続されているため、真空チャンバ１１に供給されるプロセスガスまたはパージガスを真空ポンプ１５で吸引することができる。この際、制御装置７０が、圧力センサ１２から真空チャンバ１１内の圧力値を得ながら、真空制御弁３０の弁開度を調整することで、真空チャンバ１１内の圧力値が目標値Ｐｔとなるよう圧力値制御を行う。真空チャンバ１１の圧力値が目標値Ｐｔをなるために必要な真空制御弁３０の弁開度を最適弁開度ＶＯ（図１０、１１参照）とする。

このような真空圧力制御システム１は、一度の工程において複数の条件で成膜を行う。複数の条件とは、例えば、図４に示す表の条件１～４を指す。図４に示す「ガス種」とは、成膜を行うためのプロセスガスの種類である。図４においては、具体的なガスの種類は示さず、簡易的にＡガス、Ｂガス、Ｃガスなどと表記する。「ガス流量」とは、成膜に必要なプロセスガスの流量（所定の流量）である。マスフローコントローラ２０によりガス流量が調整され、図４に示す流量が真空チャンバ１１に供給される。「目標値」とは、真空チャンバ１１内の圧力値の目標値Ｐｔである。この目標値Ｐｔとなるよう、制御装置７０により、真空制御弁３０の弁開度が調整される。「チャンバ温度」とは、真空チャンバ１１内の温度である。なお、各条件の間において、Ｎ_２ガスによるパージが行われる。

図２は真空制御弁３０の断面図であり、真空制御弁３０が全開にされたときの状態を示す。真空制御弁３０は互いに図中上下に組み付けられた空気圧シリンダ３１及びベローズ式ポペット弁３２を備える。

空気圧シリンダ３１は、中空状のシリンダ室を有するシリンダボディ３３と、そのシリンダ室内に、空気圧シリンダ３１とベローズ式ポペット弁３２とが積み重なる方向と平行な方向（図中上下方向）に摺動可能に組み付けられたピストン３４とを有する。ピストン３４は復帰バネ３５により下向きに付勢されている。ピストン３４の上端には、上方へ延びるスライドレバー３６が設けられる。

シリンダボディ３３の外側には、開度センサとしてのポテンショメータ３７が取り付けられる。ポテンショメータ３７は、スライドレバー３６に接続された可変抵抗（図示しない）を内蔵する。ピストン３４と一体にスライドレバー３６が上下動することにより、可変抵抗の値が変わり、ポテンショメータ３７は、その抵抗値を、ピストン３４の垂直方向における位置に相関する値として制御装置７０に出力する。

ピストン３４の下面には、ベロフラム３８が設けられている。ベロフラム３８の内周端部はピストン３４に固定され、ベロフラム３８の外周端部は、シリンダ室の内壁に固定される。ベロフラム３８は極めて薄く、構造的には、強力なポリエステル、テトロン布等の上にゴムを被覆して形成される。ベロフラム３８は長い変形ストロークと、深い折り返し部を有する。ベロフラム３８は円筒状をなし、変形中にその有効受圧面積が一定不変に保たれるダイヤフラムである。シリンダ室は、ピストン３４及びベロフラム３８により上下に区画された大気室３３ａ及び加圧室３３ｂを含む。上側の大気室３３ａは復帰バネ３５を収容し、不図示の大気ポートから大気が導入される。下側の加圧室３３ｂは、不図示の加圧ポートを通じて、不図示のエア供給源から圧縮エアが導入される。

ピストン３４の中央には、ベローズ式ポペット弁３２内部に挿入されるピストンロッド３９が固定されている。ベローズ式ポペット弁３２は、ピストンロッド３９、弁体４０およびピストンロッド３９と弁体４０とを収容するケーシング４１を備える。弁体４０はピストンロッド３９の、ベローズ式ポペット弁３２内部に挿入された側の端部に固定される。ケーシング４１は円筒状をなし、前述した第１ポート４１ａ及び第２ポート４１ｂを有する。弁体４０の上面にはベローズ４２が設けられる。ベローズ４２はピストンロッド３９を内包する状態で配置される。

弁体４０は、下面にＯリング４３が取り付けられており、ケーシング４１の第１ポート４１ａの上端側には、弁体４０が当接離間する弁座４５が設けられる。弁体４０が弁座４５側へ移動することで、弁座４５に当接し、Ｏリング４３が弁体４０と弁座４５とに押圧された状態、即ち真空制御弁３０が全閉状態になったときに、プロセスガスの流れが遮断される。

また、ピストン３４が上下動することにより、ピストンロッド３９を介して弁体４０が上下動する。これにより、真空制御弁３０の開度が変わる。そして、ポテンショメータ３７はピストン３４の垂直方向における位置、ひいては弁体４０の垂直方向における位置、つまりは真空制御弁３０の弁開度を計測し、その計測値を制御装置７０に出力する。

制御装置７０は、図３に示すように、ＣＰＵ７０１と、ＲＯＭ７０２と、ＲＡＭ７０３と、記憶部７０４と、を備える。ＲＯＭ７０２には、最適弁開度ＶＯを算出するに用いるマップを作成するためのマッピングプログラム７０２ａと、作成されたマップに基づいて真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出した上、真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯに制御する弁開度算出プログラム７０２ｂが記憶されている。ＣＰＵ７０１は、マッピングプログラム７０２ａまたは弁開度算出プログラム７０２ｂに従って、ＲＡＭ７０３に一時的にデータ保管をしながら真空制御弁３０の動作を制御する。また、記憶部７０４は、マッピングプログラム７０２ａにより作成されたマップを記憶する。

＜真空圧力制御システムの作用＞
以上のような構成の真空圧力制御システム１の作用について、真空圧力制御システム１を用いて、例えば、図４に示す表の条件１～４によりウエハ１５０の成膜処理を行うとした場合について説明する。

真空圧力制御システム１は、成膜処理を行うための実際の圧力制御を行うに当たり、事前にマッピングプログラム７０２ａおよび弁開度算出プログラム７０２ｂにより、条件１～４それぞれにおける真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出する。

はじめに、制御装置７０は、マッピングプログラム７０２ａにより、最適弁開度ＶＯを算出するのに用いるマップ作成を行う。
マップ作成を行うに当たり、作業者は、まずマッピングを行うための流量である測定用流量Ｆｔ（図８参照）で、真空チャンバ１１にプロセスガスを供給した状態とする。測定用流量Ｆｔは、マッピングプログラム７０２ａに予め定められた流量であり、例えば、１０Ｌ／ｍｉｎなど、実際のプロセスガスの供給量に近い値に設定される。

測定用流量Ｆｔを供給した状態で、マッピングプログラム７０２ａをスタートさせる。制御装置７０は、真空制御弁３０の弁開度を、所定の弁開度に調整する（Ｓ１１）。弁開度の調整は、ポテンショメータ３７から出力される抵抗値に基づき制御される。

ここで、所定の弁開度とは、マップ作成のために予め設定された弁開度であり、複数の弁開度が設定されている。例えば、最大弁開度を１００％とし、
７％、１１％、１４％、１８％、２１％、２５％、５４％、１００％、１１４％が設定される（図８参照）。ここでは、まずは弁開度７％に調整されるものとする。

所定の弁開度に調整されると、次に制御装置７０は、測定用流量Ｆｔでプロセスガスが供給された状態の真空チャンバ１１の圧力測定値Ｐｍ１１を、圧力センサ１２より取得し、記憶する（Ｓ１２）。

そして、残りの全ての所定の弁開度（１１％、１４％、１８％、２１％、２５％、５４％、１００％、１１４％）において、真空チャンバ１１の圧力測定値Ｐｍ１２～Ｐｍ２０を得るまで繰り返す（Ｓ１３：ＮＯ）。

全ての弁開度で真空チャンバ１１の圧力測定値を得ると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、制御装置７０は、マップ作成を行う（Ｓ１４）。具体的には、複数の所定の弁開度（７％、１１％、１４％、１８％、２１％、２５％、５４％、１００％、１１４％）のそれぞれにおいて、圧力測定値Ｐｍ１１～Ｐｍ２０をプロットし、当該プロットされた圧力測定値Ｐｍ１１～Ｐｍ２０を通る、切片をゼロとした１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０を算出する。

１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０は、真空チャンバ１１内の圧力値と、プロセスガスの流量と、の関係を近似したものである。なぜこのような近似が可能であるか説明すると、例えば、真空制御弁３０の弁開度を７％に固定した状態で、プロセスガスの流量を増加させていくと、図７に示すように、プロセスガスの流量の増加に伴い、真空チャンバ１１内の圧力値が増加していくのである。これは、真空制御弁３０をどのような弁開度としても同様で（例えば、図７に示すように、弁開度を１１％、１４％、１８％、２１％、２５％、５４％、１００％、１１４％としても同様である）、真空制御弁３０の弁開度が一定であれば、真空チャンバ１１の圧力値は、プロセスガスの流量が多くなるほど高くなり、プロセスガスの流量が少なくなるほど低くなること、即ち、真空チャンバ１１の圧力値とプロセスガスの流量とは比例関係にあることを示している。このため、真空チャンバ１１内の圧力値と、プロセスガスの流量と、の関係は、切片をゼロとする１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に近似することが可能なのである。

マップ作成が完了すると、制御装置７０は、作成されたマップを記憶部７０４に記憶させ（Ｓ１５）、マッピングプログラム７０２ａは終了する。

次に、弁開度算出プログラム７０２ｂにより、図４に示す条件１～５のそれぞれについて、真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出する動作について説明する。

まず条件１についての最適弁開度ＶＯを算出する。
最適弁開度ＶＯを算出するに当たり、作業者は、まず、プロセスガスを、所定の流量で真空チャンバ１１に供給した状態とする。この所定の流量とは、条件１～５において定められているガス流量を指す。条件１であれば、図４に示す通り、０．５Ｌ／ｍｉｎが所定の流量となる。

プロセスガスを所定の流量で供給した状態とした後、作業者は弁開度算出プログラム７０２ｂを動作させる。
制御装置７０は、複数の所定の弁開度（７％、１１％、１４％、１８％、２１％、２５％、５４％、１００％、１１４％）の内のいずれかに、真空制御弁３０の弁開度を調整する（Ｓ２１）。これは、弁開度算出プログラム７０２ｂの動作前に、作業者が複数の所定の弁開度の内から任意に選択可能なものとし、ここでは、例えば１１％の弁開度を選択したとして、制御装置７０が、真空制御弁３０の弁開度を１１％に調整するものとする。

そして、制御装置７０は、圧力センサ１２により、第２圧力測定値Ｐｍ２１を取得する（Ｓ２２）。
第２圧力測定値Ｐｍ２１を取得すると、制御装置７０は、マップに基づき、推定流量Ｆｅを算出する（Ｓ２３）。例えば、真空制御弁３０を、１１％の弁開度としているのであれば、ＬＦ１２にＰｍ２１を代入すると、推定流量Ｆｅが算出可能である。

推定流量Ｆｅは、真空チャンバ１１に供給されるプロセスガスの流量を指し、所定の流量（条件１であれば０．５Ｌ／ｍｉｎ）と同義である。
なぜ、所定の流量と同義の推定流量Ｆｅを算出しているのかというと、真空制御弁３０は、マスフローコントローラ２０から流量に関する情報を取得することができないためである。また、真空制御弁３０がマスフローコントローラ２０から流量に関する情報を取得できるようにするには、新たな回路構成を構成しなければならず、コストがかかるが、上述の通り、推定流量Ｆｅとして制御装置７０自らが算出することで、従来の回路構成を用いることにより、流量に関する情報を取得することができるようになり、コストを抑えることができる。

次に、制御装置７０は、真空チャンバ１１の圧力値の目標値Ｐｔを把握する（Ｓ２４）。目標値Ｐｔは、条件１であれば１３３Ｐａである。
そして、目標値Ｐｔと推定流量Ｆｅに基づいて、最適弁開度ＶＯを算出する（Ｓ２５）。圧力値と流量の関係は１次関数に近似可能であるため、図９に示すように、目標値Ｐｔを、切片をゼロとする推定流量Ｆｅの１次関数ＬＦ２１とすることができる。当該１次関数ＬＦ２１の傾きを求めれば、当該傾きから、推定流量Ｆｅ、即ち所定の流量における、真空チャンバ１１内の圧力値を目標値Ｐｔとするのに適した真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを求めることができるのである。

そして、制御装置７０は、算出した最適弁開度ＶＯにより、実際に真空チャンバ１１の圧力値が目標値Ｐｔとなることの確認を行う（Ｓ２６）。例えば、図１１に示すように、真空制御弁３０の弁開度を最適弁開度ＶＯとして、真空チャンバ１１の圧力値が、実際に目標値Ｐｔとなるかどうか、圧力波形の確認を行うのである。従来技術においては、図１０に示すような最適弁開度ＶＯを探り当てる作業が必要であったが、上述の通り最適弁開度ＶＯを算出可能であるため、最適弁開度ＶＯを探り当てる作業が必要なくなる。

圧力波形により目標値Ｐｔとなることが確認されると（Ｓ２６：ＹＥＳ）、制御装置７０は、求めた最適弁開度ＶＯを記憶部７０４に記憶させる（Ｓ２７）。なお、圧力波形の確認の結果、目標値Ｐｔとならない場合、制御装置７０は、エラー通知を行い（Ｓ２９）、弁開度算出プログラム７０２ｂは終了する。

以上のようにして、制御装置７０は、条件１～５の全てにおいて、Ｓ２１からＳ２５までを繰り返し（Ｓ２８：ＮＯ）、各条件の最適弁開度ＶＯを求める。条件１～５の全てにおいて、Ｓ２１からＳ２７までを完了すると（Ｓ２８：ＹＥＳ）、弁開度算出プログラム７０２ｂは終了する。

そして、実際の成膜処理を行う際、制御装置７０は、条件１で成膜を行うときには条件１における最適弁開度ＶＯを、条件２で成膜を行うときには条件２における最適弁開度ＶＯを、というように、条件毎に記憶部７０４から最適弁開度ＶＯを読み出してきて、真空制御弁３０の弁開度を最適弁開度ＶＯに調整する。これにより、真空チャンバ１１内の圧力値が目標値Ｐｔとなるよう制御することが可能となる。

また、工場内では同型の半導体製造装置を複数設置する場合があり、複数の半導体製造装置の内、任意の一台でマッピングプログラム７０２ａによりマップを作成しておけば、同型の半導体製造装置で同じマップを用いて、真空チャンバ１１の圧力値を目標値Ｐｔとするために必要な真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出可能となる。よって、成膜工程を行う前の事前準備に時間を取られ、半導体の製造効率に悪影響を与えるおそれが低減される。

以上説明したように、本実施形態の真空圧力制御システム１によれば、
（１）ガス供給源１６と、ガス供給源１６からプロセスガスの供給を受ける真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１の圧力値を調整するための真空制御弁３０と、真空チャンバ１１を減圧するための真空ポンプ１５と、が直列に接続され、真空チャンバ１１の圧力値を検出する圧力センサ１２と、真空制御弁３０を制御する制御装置７０と、を備える真空圧力制御システム１であって、ガス供給源１６から、真空チャンバ１１に、所定の流量でプロセスガスが供給されるときに、制御装置７０が、圧力センサ１２により検出される圧力値に基づいて真空制御弁３０の弁開度の調整を行うことで、真空チャンバ１１の圧力値が目標値Ｐｔとなるよう圧力値制御を行う真空圧力制御システム１において、制御装置７０は、圧力値制御を行う前に、真空チャンバ１１内の圧力値と、プロセスガスの流量と、の関係を１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に近似し、１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０を、制御装置７０に記憶させるマッピングプログラム７０２ａを備え、１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に基づいて、プロセスガスの所定の流量を供給したときに、真空チャンバ１１内の圧力値を目標値Ｐｔとするのに必要な、真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出する弁開度算出プログラム７０２ｂを備え、最適弁開度ＶＯに基づき真空制御弁３０の弁開度を調整することで、真空チャンバ１１内の圧力値が目標値Ｐｔとなるよう制御することが可能なこと、を特徴とする。

（１）に記載の真空圧力制御システム１によれば、真空チャンバ１１の圧力値を目標値Ｐｔとするために必要な真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを、容易に算出可能である。

制御装置７０は、マッピングプログラム７０２ａおよび弁開度算出プログラム７０２ｂを備えている。マッピングプログラム７０２ａにより、真空チャンバ１１内の圧力値と、プロセスガスの流量と、の関係を１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に近似し、１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０を制御装置７０に記憶させる。そして、弁開度算出プログラム７０２ｂにより、記憶された１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に基づいて、プロセスガスの所定の流量を供給したときに、真空チャンバ１１内の圧力値が目標値Ｐｔとなるために必要な真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出し、該算出した最適弁開度ＶＯに基づき真空制御弁３０の弁開度を調整することができる。

真空チャンバ１１内の圧力値と、プロセスガスの流量と、の関係を１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に近似し、当該１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０により最適弁開度ＶＯを算出できるため、複数種のプロセスガスを使用する等、複数の条件で成膜を行う場合でも、複数の条件（条件１～５）毎に、真空チャンバ１１に、成膜に必要な流量のプロセスガスを試験的に供給しながら、真空制御弁３０の弁開度を調整し、真空チャンバ１１の圧力値を目標値Ｐｔとすることができる最適弁開度ＶＯを探り当てる作業を行う必要がない。よって、成膜工程を行う前の事前準備に時間を取られ、半導体の製造効率に悪影響を与えるおそれが低減される。
なお、所定の流量とは、実際に真空チャンバ１１の圧力制御を行うときの流量であり、例えば、ウエハ１５０の成膜に必要なプロセスガスの流量を指す。

（２）（１）に記載の真空圧力制御システム１において、マッピングプログラム７０２ａは、圧力値制御を行う前に、真空制御弁３０の、所定弁開度において、ガス供給源１６から真空チャンバ１１に、マッピングプログラム７０２ａに定められた測定用流量によりプロセスガスを供給した状態で、所定弁開度における真空チャンバ１１の圧力測定値Ｐｍ１１～Ｐｍ２０を圧力センサ１２より取得し、測定用流量と、圧力測定値Ｐｍ１１～Ｐｍ２０に基づき、所定の弁開度において、切片をゼロとし、圧力測定値Ｐｍ１１～Ｐｍ２０を通る１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０を求めておくこと、を特徴とする。

（２）に記載の真空圧力制御システム１によれば、真空チャンバ１１の圧力値を目標値Ｐｔとするために必要な真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを、容易に算出可能である。

真空制御弁３０の弁開度が一定であれば、真空チャンバ１１の圧力値は、プロセスガスの流量が多くなるほど高くなり、プロセスガスの流量が少なくなるほど低くなる。即ち、真空チャンバ１１の圧力値とプロセスガスの流量とは比例関係にある。このため、真空チャンバ１１内の圧力値と、プロセスガスの流量と、の関係は、切片をゼロとする１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０（傾きは所定の弁開度に依存する）に近似することが可能なのであり、この１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０を用いることで、真空チャンバ１１の圧力値を目標値Ｐｔとするために必要な真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを、容易に算出可能となる。

また、工場内では同型の半導体製造装置を複数設置する場合があり、複数の半導体製造装置の内、任意の一台で上記１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０を求めておけば、同型の半導体製造装置で同じ１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０を用いて、真空チャンバ１１の圧力値を目標値Ｐｔとするために必要な真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出可能となる。よって、成膜工程を行う前の事前準備に時間を取られ、半導体の製造効率に悪影響を与えるおそれが低減される。

（３）（１）または（２）に記載の真空圧力制御システム１において、弁開度算出プログラム７０２ｂは、圧力値制御を行う前に、所定の弁開度において、所定の流量のプロセスガスを真空チャンバ１１に供給した状態で、真空チャンバ１１内の第２圧力測定値Ｐｍ２１を圧力センサ１２により取得し、第２圧力測定値Ｐｍ２１を、１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に代入することで、プロセスガスの推定流量Ｆｅを算出し、目標値Ｐｔを、切片をゼロとする推定流量Ｆｅの１次関数ＬＦ２１として、該１次関数ＬＦ２１の傾きを求め、傾きから、所定の流量における最適弁開度ＶＯを求めること、を特徴とする。

（３）に記載の真空圧力制御システム１によれば、真空チャンバ１１の圧力値を目標値Ｐｔとするために必要な真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを、容易に算出可能である。

１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０の傾きは所定の弁開度により定まっており、当該１次関数ＬＦ１１～ＬＦ２０に所定の流量を供給した状態の、真空チャンバ１１の第２圧力測定値Ｐｍ２１を代入するため、求まる推定流量Ｆｅは、所定の流量と同義である。

真空チャンバ１１内の圧力値とプロセスガスの流量との関係は、切片をゼロとする１次関数に近似できることが分かっているため、目標値Ｐｔは、所定の流量と同義である推定流量Ｆｅの１次関数ＬＦ２１であると言え、当該１次関数ＬＦ２１の傾きを算出することが可能である。当該傾きは、所定の流量において、目標値Ｐｔを得るための最適弁開度ＶＯを表すものである。

所定の流量と同義である推定流量Ｆｅを、制御装置７０が自ら算出することで、外部から所定の流量の情報を入力する必要なく、最適弁開度ＶＯを算出可能となる。したがって、所定の流量の情報を真空制御弁３０や制御装置７０に入力するために新たに装置を構成する必要もなく、従来の設備により真空制御弁３０の最適弁開度ＶＯを算出可能となる。

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。
例えば、マッピングプログラム７０２ａによりマップ作成を行う際の所定の弁開度として、７％、１１％、１４％、１８％、２１％、２５％、５４％、１００％、１１４％の１０種の弁開度を挙げているが、これらに限定されるものでなく、任意の弁開度とすることが可能である。また１０種に限定されるものでもない。

１真空圧力制御システム
１１真空チャンバ
１２圧力センサ
１５真空ポンプ
１６ガス供給源
３０真空制御弁
７０制御装置

Claims

ガス供給源と、前記ガス供給源からガスの供給を受ける真空チャンバと、前記真空チャンバの圧力値を調整するための真空制御弁と、前記真空チャンバを減圧するための真空ポンプと、が直列に接続され、前記真空チャンバの圧力値を検出する圧力センサと、前記真空制御弁を制御する制御装置と、を備える真空圧力制御システムであって、前記ガス供給源から、前記真空チャンバに、所定の流量でガスが供給されるときに、前記制御装置が、前記圧力センサにより検出される圧力値に基づいて前記真空制御弁の弁開度の調整を行うことで、前記真空チャンバの圧力値が目標値となるよう圧力値制御を行う真空圧力制御システムにおいて、
前記制御装置は、
前記圧力値制御を行う前に、
前記真空チャンバ内の圧力値と、前記ガスの流量と、の関係を１次関数に近似し、前記１次関数を、前記制御装置に記憶させるマッピングプログラムを備え、
前記１次関数に基づいて、前記ガスの前記所定の流量を供給したときに、前記真空チャンバ内の圧力値を前記目標値とするのに必要な、前記真空制御弁の最適弁開度を算出する弁開度算出プログラムを備え、
前記最適弁開度に基づき前記真空制御弁の弁開度を調整することで、前記真空チャンバ内の圧力値が前記目標値となるよう制御することが可能なこと、
前記弁開度算出プログラムは、
前記圧力値制御を行う前に、
前記所定の弁開度において、前記所定の流量の前記ガスを前記真空チャンバに供給した状態で、前記真空チャンバ内の第２圧力測定値を前記圧力センサにより取得し、
前記第２圧力測定値を、前記１次関数に代入することで、前記ガスの推定流量を算出し、
前記目標値を、切片をゼロとする前記推定流量の１次関数として、該１次関数の傾きを求め、前記傾きから、前記所定の流量における前記最適弁開度を求めること、
を特徴とする真空圧力制御システム。
請求項１に記載の真空圧力制御システムにおいて、
前記マッピングプログラムは、
前記圧力値制御を行う前に、
前記真空制御弁の、所定弁開度において、前記ガス供給源から前記真空チャンバに、前記マッピングプログラムに定められた測定用流量により前記ガスを供給した状態で、前記所定弁開度における前記真空チャンバの圧力測定値を前記圧力センサより取得し、
前記測定用流量と、前記圧力測定値に基づき、前記所定の弁開度において、切片をゼロとし、前記圧力測定値を通る前記１次関数を求めておくこと、
を特徴とする真空圧力制御システム。