JPH0387367A - 成膜装置におけるチャンバ内ガス圧の調圧方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等を
用いて基板上に膜形成を行う成膜装置において、チャン
バ内のガス圧を調圧する方法に関する。

〔従来の技術〕

スパッタリング装置やプラズマＣＶＤ装置等の成膜装置
では、成膜用のチャンバ（以下、単にチャンバと記す）
を排気系により高真空状態とした後、チャンバ内にスパ
ッタリング用のガスや反応ガスを導入している。そして
、チャンバ内を所定のガス圧に設定した後に、基板とタ
ーゲット間、あるいは基板と電極間にグロー放電を生じ
させて、基板上に薄膜を形成する。

前記のような成膜装置では、チャンバ内のガス圧がグロ
ー放電の状態に大きく影響を与え、ひいては膜圧レート
や嗅譬にも影響してくる。したがって、チャンバ内のガ
ス圧は最適圧に調圧する必要がある。

従来のチャンバ内ガス圧の調圧法について説明する。従
来方法では、チャンバにダイヤプラム真空計を接続して
ガス圧を測定するとともに、その測定結果をディジタル
指示調節計に接続している。

そして、このディジタル指示調節計をオートモードにし
て調圧バルブの開度をＰＩＤ制御しておき、ガス導入を
行ってＰＩＤ制御のみによってガスの調圧を行っている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記のような従来のガス圧調圧方法では、安全性を考慮
して、チャンバ内にガスを導入する前に調圧バルブをコ
ントロール状態としている。すなわち、ガス導入時に調
圧バルブがコントロール状態になっておらず、たとえぽ
全開状態になっていると、前記ガスがターボ分子ポンプ
や排気系に急激に流れ込んでしまい、これらに悪影響を
与えることとなる。そこで、調圧バルブをコントロール
扶ｕと５でおけば、ダイヤフラム真空計が高真空状態を
検出し、これによりディジタル指示調節計が調圧バルブ
を絞り込んで前記不具合が解消されることとなる。

ところが、前記のようなコントロールを行うと、チャン
バ内の圧力が低いために、調圧バルブは最適な開度に比
較して必要以上に絞りこまれ、全閉に近い状態に制御さ
れてしまう。このような状態でガスを導入すると、調圧
バルブは全閉状態から徐々に開いていくために、第５Ａ
図に示すように、設定ガス圧（以下、調圧値と記す）Ｓ
Ｐになるまでに時間がかかり、調圧時間として、たとえ
ば２〜３分程度を要する。特に、定常状態での安定性を
高めるために、ＰＩＤ制御のＰ定数を大きくとると、ガ
ス圧の偏差に対しての応答が遅くなり、さらに調圧時間
が長くなってしまう。また、応答を速くしようとして、
Ｐ定数を小さくとり、■定数を大きくすると、第５Ｂ図
に示すように、ハンチング現象もしくはオーバーシュー
トの原因となり、前記同様に調圧時間が長くなってしま
う。この調圧時間が長くなると、特に成膜時間の短い成
膜装置においては、重要な問題となる。

この発明の目的は、応答を速めて調圧時間を短縮できる
とともに、定常状態での安定性を高めることができる成
膜装置におけるチャンバ内ガス圧の調圧方法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段］ この発明に係る成膜装置におけるチャンバ内ガス圧の調
圧方法は、調圧バルブをバルブ開度制御手段により制御
し、チャンバ内に導入されるガスの圧力を所定の設定圧
に調圧する方法であって、次の工程を含んでいる。

◎　前記パルプ開度制御手段を手動操作モードに設定し
、前記調圧バルブの開度を所定の設定圧に対する予め測
定した最適バルブ開度に設定すること。

◎　前記チャンバ内にガスを導入すること。

◎　前記チャンバのガス圧が所定の圧力になった後に前
記パルプ開度制御手段を自動操作モードに設定し、前記
チャンバ内のガス圧を前記設定圧に調圧すること。

〔作用〕

この発明においては、パルプ開度制御手段を自動操作モ
ードに設定する前に、まず手動操作モードに設定し、調
圧バルブの開度を、設定圧（１ｉ１圧値）に対する予め
測定した最適バルブ開度に設定する。そしζ、チャンバ
内が、前記調圧値あるいは調圧値以下の所定のガス圧に
なった後に、前記パルプ開度制御手段を自動操作モード
に設定し、通常のＰＩＦ）制御によって調圧を行う。

このような目標値制御により、自動操作モードでバルブ
開度全制御Ｍする際に、調圧（Ｉ！になるまでの時間が
短縮される。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施倒による調圧方法が適用される
成膜装置の成膜用テ４ンハ及ブガス圧制御部の全体構成
を示す図である。

この図に示すように、チー／バ１には、ガス導入系２と
、排気系３と、チｈンバ１内をリークするためのチャン
バリークバルブ４と、ガス圧制御系５とが接読＝れてい
る。

ガス導入系２は、フィルター１０と、流量設定器１２が
接続されたマスフロー１１と、ガスバルブ１３とから構
成されている。

排気系３は、粗引きラインと、本引きラインとから構成
されている。粗引きラインは、排気バルブ１４と、油回
転真空ポンプ１５と、この油回転真空ポンプ１５の回転
を停止させるためのポンプリークバルブ１６とを有して
いる。また、本引きラインは、排気バルブ１７及び１８
と、ガス圧制御系５によってその開度が制御される圧空
式の調圧バルブ１９と、ターボ分子ポンプ２０と、フォ
アバルブ２１と、油回転真空ポンプ２２と、各ポンプ２
０，２２の回転を停止するためのポンプリークバルブ２
３及び２４とを有している。

また、ガス圧制御系５は、チャンバ１内の圧力を測定す
るためのダイヤフラム真空計２５と、バルブ開度制御手
段としてのディジタル指示調節計２６と、制御装置２７
とを有している。前記ディジタル指示調節計２６は、ダ
イヤフラム真空計２５の出力値ＰＶと、調圧値ＳＰとを
比較５て、調圧バルブ１９のバルブ開度を制御するため
の（τ１号ＭＶを出力するものである。このディジタル
指示調節計２６は、操作モードとして、手動操作モード
と自動操作モードとを有している。また、制御袋Ｗ２７
は、前記ディジタル指示調節計２６からのイベント出力
ＥＶによって各バ′ルブやポンプを制御するとともに、
ディジタル指示調節計２６の操作モードを自動（オート
）あるいは手動（マニュアル）に切り換えるための信号
を出力するものである。

次に、第１図に示した制御フローにしたがって、本発明
の一実施例による調圧方法について説明する。

まず、ステップＳ１で、排気系の各ポンプ１５２２が作
動するのを待つ。各ボンフ司５．２２が運転されている
場合には、ステップＳ２に移行５、テ島ンバ１内が所定
の高真空になったか否かを判断する。チャンバ１内が高
真空になっていない場合には、ステップＳ３でチャンノ
へ１丙の排気を行い、前記ステップＳ１〜Ｓ３を措ハど
丁２ステップＳ２でチャンバ１内が高真空になったと判
断された場合には、ステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、排気バルブ１４，１７，１８、ガス
バルブ１３及びリークバルブ４が閉められるのを待つ。

各バルブか閉められると、ステップＳ５に移行し、ガス
流１１ＰＴ、及び調圧値ＳＰの設定を行う。また、ステ
ップＳ６で、前記ガス流量ＰＴ及び調圧値ＳＰの設定に
対しての最適なバルブ開度（以下、最適調圧開度と記す
）を調圧バルブ１９のマニュアルモード時の開度として
登録する。そしてさらに、ステップＳ７でＰＩＤ制御に
おけるの各定数Ｐ、ｒ、Ｄの設定を行う。

ここで、各ガス流量に対しての調圧値と最適調圧開度と
の関係は、従来のＰＩＤ制御により求め、予めデータと
して記録５ておく。

次二二、ステ７ブＳ８でディジタル指示調節計２Ｇをマ
ニュつルモードに設定し、ステップＳ９でガスバルブ：
３を開け、チャンバｌ内にガスを導入する。そして、ス
テップ３１０でチャンバ１内の力゛ス圧　すな七ちダイ
ヤフラム真空計２５ｅｇ定植ＰＶ力４周圧値ＳＰに到達
したか否かを判断する。

ステップＳＩＯでチャンバ１内の圧力（測定値）ＰＶが
調圧値ＳＰに到達したと判断された場合は、ステップＳ
ｌｌに移行し、排気バルブ１８を開け、最適調圧開度に
設定された調圧バルブ１９を介してガスを排気する。そ
の後、ステップＳ１２で可変タイマをＴｓにセットし、
前記状態を所定時間（Ｏ〜１０秒程度）維持し、設定さ
れた時間がタイムアツプすれば、ステップＳ１３に移行
する。ステップＳ１３では、ディジタル指示調節計２６
をオートモードに設定し、ＰＴＤ制御にて調圧制御を行
う。そして、ステップＳ１４でチャンバ１内の圧力ＰＶ
が調圧値ＳＰに到達したか否かを判断する。チャンバｌ
内のガス圧が調圧値ＳＰに到達するまで、オートモード
で調圧バルブ１９の開度をＰＩＤ制御５、調圧値ＳＰに
到達したところで制御を終了する。

このような制御により調圧を行った場合の調圧時変を、
里＝−矢図及グ第５Ｂ図と比較して票２図に示す。

このように本実施例では、調圧バルブの開度を最適調圧
開度に設定して、まずマニュアルモードで調圧を行い、
チャンバ１内の圧力が調圧値になったところでオートモ
ードに切り換えて、再度ＰＩＤ制御により調圧を行うの
で、定常状態になるまでの調圧時間が著しく短縮される
。

第４Ａ図〜第４Ｃ図に、前記実施例方法を含む各種の方
法で調圧を行った場合の実験結果を示す。

これらの図に示すのは、従来の制御方法によって調圧し
たものであり、調圧値を０．５Ｔｏｒｒとし、ガス流量
及びディジタル指示調節計２６のＰ、Ｉ、、Ｄの各定数
を適宜設定し、排気バルブ１８及びガスバルブ１３を開
けて、オートモードで調圧バルブ１９を制御□たちので
ある。この図から明らかｌように、従来の方法では定常
の状態になるまでにはぼ３分程度かかっている。

マ乏○＠に、■と同様の条件で、調圧バルブ１９の開度
を、前記のにおいて得られた定常時の開度（最適調圧開
度ンと口、さらにディジタル調節計２６をマニュアルモ
ードに設定する。そして、排気バルブ１８及びガスバル
ブ１３を開けてマニュアルモードで調圧し、その約２分
後にオートモードに切り換えて調圧したものである。

この■■については、マニュアルモード時に排気バルブ
１８を開けていること、及びマニュアルモード開始時か
ら約２分後にオートモートに切り換える点が、前記実施
例と異なっている。しかし、調圧時間は従来九法と比較
して著しく短縮されている。

また■は、■と同様の条件で、排気バルブ１８及びガス
バルブ１３を開け、マニュアルモードで調圧バルブの開
度を制御し、その１分後にオートモードに切り換えて調
圧した場合である。よた■；：、■と同様に操作し、マ
ニュアル・モード○漫作開始後４０秒後に、オートモー
ドに切り換えて調圧じたものである。

これら０調圧方法でも、従来方法と比較して調圧時間が
著しく短縮される。

■についっては、ま￥　明記と同様の条件で、調圧バル
ブ１つを最適調圧開度に設定し、排気バルブ１８を閉め
、ガスバルブ１３を開けて、マニュアルモードで調圧を
行ってチャンバ内の圧力を調圧値にする。そして、調圧
値になったときに排気バルブ１８を開け、バルブ開度を
前記同様に最適調圧開度として調圧し、その１分４０秒
後にオートモードに切り換えた場合である。

この■の例では、最初に排気バルブ１８を閉めて調圧を
行うので、前記各側に比較して、さらに調圧時間が短縮
されている。

〔他の実施例〕

（ａｌ　　前記実施例では、第１図のステップＳＩＯに
おいて、マニュアルモード時にチャンバ内圧力Ｐ■が調
圧値ＳＰに到達した後に排気バルブ１２を開二す、オー
トモードに切り換えるように５た］、チャンバ内圧力が
設定圧力値ＳＰ以下の所定の圧力、すなおち、 ｐｖ＝ｓｖ−α 但し、調圧値が０．１〜１．０Ｔｏｒｒの時αζ５Ｖ１
５ 調圧値が０．１〜１０Ｔｏｒｒの時 αξＳＶ／１０ になったところで、排気バルブ】８を開け、オートモー
ドに切り換えてＰＩＤ制御を行うようにしてもよい。

このような実施例では、調圧値近辺での変動が少なくな
る。

この実施例とほぼ同様の方法で調圧を行った場合の実験
結果を第、４　Ｄ図に示す。

第４Ｄ図の■は、前記第４Ｃ図の■と同様に操作し、チ
ャンバｌ内の圧力が調圧値ＳＰよりも低い０．４Ｔｏｒ
ｒになったとき、排気バルブ１８を開けて、再度最適調
圧開度で調圧５、その４０秒後にオートモードに切り換
えて調圧したものである。

：発明の効果二 二のよミに本発明では、調圧バルブを最適開度二二設定
″−＝マニュアルモードで清王し、その後オートモード
に切り換えてＰＩＤ制御動作により調王するようにした
ので、従来方法のよう二量セカ・らオートモードで調圧
する場合に比較して、調圧時間を著しく短縮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による調圧方法を示す制御フ
ローチャート、第２図は前記調圧方法が適用される成膜
装置の全体構成図、第３図は前記実施例方法による調圧
時間を示す図、第４Ａ図〜第４Ｄ図は調圧３法とその調
圧時間との関係を示す図、第５Ａ図及び第５Ｂ図は従来
の問題点を示す図である。 １・・・チャンバ、２・・・ガス導入系、３・・・排気
系、５・・・ガス圧制御系、１３・・・ガスパルプ、１
９・・・調圧バルブ、２５・・・ダスセフラム真空計、
２６・・・ディジタル指示調節計ｆバルブ開度制御手段
）、２７・・・制御装置。 特許巴暑人　　峰亡会と島ま裂作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）調圧バルブをバルブ開度制御手段により制御し、
   チャンバ内に導入されるガスの圧力を所定の設定圧に調
   圧する方法であって、 前記バルブ開度制御手段を手動操作モードに設定し前記
   調圧バルブの開度を所定の設定圧に対する予め測定した
   最適バルブ開度に設定することと、前記チャンバ内にガ
   スを導入することと、前記チャンバのガス圧が所定の圧
   力になった後に前記バルブ開度制御手段を自動操作モー
   ドに設定し、前記チャンバ内のガス圧を前記設定圧に調
   圧することとを含む成膜装置におけるチャンバ内ガス圧
   の調圧方法。