JPH0511438U - 半導体製造装置用圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同一のＰＩＤ定数で広範囲の圧力に対してよ
り良好な応答を容易に得、かつ圧力制御時間の短縮を図
る。 【構成】 可変コンダクタンスバルブ５としてバタフラ
イ形バルブを用い、圧力制御開始前にバルブ開度プリセ
ット器２６により設定されたバルブ開度プリセット値２
５をバルブ開度制御系に入力し、圧力制御開始後に圧力
制御系のバルブ開度設定値１４をバルブ開度制御系に切
換スイッチ２７により入力する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は真空容器にガスを供給し、可変コンダクタンスバルブを用いて圧力制 御を行う半導体製造装置における真空容器の圧力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体製造装置において、圧力制御は広く用いられる技術の一つである。特に 、プラズマエッチング装置，減圧ＣＶＤ装置など、現在半導体デバイスの量産に 使用されている装置においては必要不可欠なものとなっている。近年、自動化要 求が高まる中で、広い圧力範囲に適用でき、かつ高速に制御できる圧力制御装置 が望まれている。

【０００３】 図１（Ａ）は本考案の対象となる半導体製造装置における真空容器の圧力制御 装置の構成を示すブロック図である。図１（Ａ）において１は真空容器、２はガ スボンベ、マスフローメータなどで構成されるガス供給部で、所定の流量の単一 又は複数のガスを真空容器１に供給する。３は真空容器１の内部圧力を検出する 圧力検出器、８は検出された圧力信号である。

【０００４】 ７は排気部で各種の真空ポンプからなっている。５は真空容器１と排気部７と の間の排気路に設けられた可変コンダクタンスバルブで、モータ等で構成される バルブ駆動部６によりバルブ開度が調整される。１０はバルブ駆動信号、４はポ テンショメータやエンコーダ等で構成されるバルブ開度検出器、９は検出された バルブ開度信号である。

【０００５】 一般に圧力制御を行う場合、ガス供給部２からのガス流量を一定値とし、圧力 信号８が設定値と等しくなるようにバルブ５のバルブ開度を変化させる方法が用 いられている。バルブ開度の制御はバルブ開度信号９がバルブ開度設定値と等し くなるように、バルブ駆動部６にバルブ駆動信号１０を与えることにより行われ る。バルブ駆動信号１０はバルブ駆動部６がモータのとき、モータに加えられる 電圧等が選ばれる。

【０００６】 図６は従来の圧力，バルブ開度制御系の構成を示すブロック図である。１１は 圧力設定値、１２は圧力設定値１１と圧力信号８との圧力偏差、１３はＰＩＤ演 算器で、圧力偏差１２がゼロとなるように最適なバルブ開度設定値１４を出力す る。１５はバルブ開度設定値１４とバルブ開度信号９とのバルブ開度偏差、１６ は比例演算器で、バルブ開度偏差１５に比例したバルブ駆動信号１０を出力する 。１８は負荷要素で、バルブ駆動部６→可変コンダクタンスバルブ５→バルブ開 度検出器４の伝達系（伝達関数）をまとめて表したものである。２０は可変コン ダクタンスバルブ５→真空容器１→圧力検出器３の伝達系をまとめた伝達関数で ある。

【０００７】 図２，図３は可変コンダクタンスバルブ５の１例を示したものである。２２は バタフライ形バルブ、２３はその回転軸、２４は排気管を示す。図２は本発明で 使用するバタフライ形バルブのバルブ全閉状態を示す説明図、図３は同じくその バルブ全開状態を示す説明図である。

【０００８】 しかし、図６に示す従来の制御系は、制御定数（ＰＩＤ定数，Ｐ（Proportion al）：比例ゲイン，Ｉ（Integral）：積分時間、Ｄ（Differential）：微分時間 ）を微細に変える必要があった。すなわち、最適なＰＩＤ定数が圧力設定値によ り異なっていた。

【０００９】 この様子を図７，８を用いて詳しく説明する。図７，８はともに任意ではある が同一のスケールで描いた圧力設定値１１に対する圧力応答特性図である。図７ ，８とも同一のＰＩＤ定数を用いたものである。図７は従来装置において高い圧 力設定値の場合の圧力応答特性図、図８は同じく低い圧力設定値の場合の圧力応 答特性図である。

【００１０】 すなわち、圧力設定値１１の高いとき（バルブ開度が全閉に近い状態）、図７ に示すようにハンチング現象を生じ、応答は不安定であり、圧力設定値１１の低 いとき（バルブ開度が全開に近い状態）、図８に示すようにアンダーシュートし 、応答性が悪くなる。また、図４からわかるように、ガス流量を一定としたとき 、バルブ開度の値により、バルブ開度の変化量に対する圧力変化量は大きく異な る。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

従来、バッチ式プロセスが主流であったので、固定ＰＩＤとした場合、全体と してＰＩＤ定数をアンダーシュート気味に選択していたが、ウェーハを１枚ずつ 処理する枚葉式プロセスでは、圧力の応答性がそのまま半導体製造装置の生産性 に影響を与える。さらに、通常真空容器は高真空排気をおこなっているので、圧 力制御開始時点はバルブ開度が全開状態から駆動するのが一般的であり、上述の 傾向は非常に大きな課題となっていた。

【００１２】 本考案の目的は、同一のＰＩＤ定数で、広範囲の圧力に対してより良好な応答 を容易に得ることができ、かつ圧力制御時間を短縮できる半導体製造装置用圧力 制御装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案装置は上記の課題を解決し上記の目的を達成するため図１に示すように 真空容器１にガスを供給し、可変コンダクタンスバルブ５を用いて圧力制御を行 う半導体製造装置用圧力制御装置において、可変コンダクタンスバルブ５として バタフライ形バルブを用い、圧力制御開始前にバルブ開度を一定のプリセット値 ２５に設定するバルブ開度プリセット器２６と、これより出力するバルブ開度プ リセット値２５をバルブ開度制御系に入力し、圧力制御開始後に圧力制御系のバ ルブ開度設定値１４をバルブ開度制御系に入力する切換スイッチ２７を備えてな る。

【００１４】

【作用】

このような構成としたので、圧力制御開始前にバルブ開度プリセット器２６に よりバルブ開度を一定のプリセット値２５に設定し、このバルブ開度プリセット 値２５がバルブ開度制御系に入力されてバルブ駆動信号１０がバルブ駆動部６に 入力され、可変コンダクタンスバルブであるバタフライ形バルブ２２の開度が一 定のプリセット値に調節されることになる。その結果、真空容器１内の圧力が変 わり、該圧力から圧力制御を開始することになる。

【００１５】 かくして同一のＰＩＤ定数で広範囲の圧力に対してより良好な応答を容易に得 ることができ、更に圧力制御時間を短縮できることになる。

【００１６】

【実施例】

図１（Ａ）は本考案の対象となる半導体製造装置における真空容器の圧力制御 装置の構成を示すブロック図、図１（Ｂ）は本考案における自動制御系の１実施 例の構成を示すブロック図、図２は本考案に適用されるバタフライ形バルブの全 閉状態を示す説明図、図３は同じくその全閉状態を示す説明図、図４はバタフラ イ形バルブを用いた場合のバルブ開度対圧力特性図、図５は図４は同様の図でバ ルブ開度プリセット値を示す図である。

【００１７】 本実施例は図１に示すようにガス供給部２よりガスを真空容器１に供給し、こ の真空容器１内の圧力を圧力検出器３により検出し、この検出した圧力信号８と 圧力設定値１１との圧力偏差１２をＰＩＤ演算器１３に入力してバルブ開度設定 値１４を出力し、真空容器１の内部を排気部７により排気する排気路内に設けら れた可変コンダクタンスバルブ５として用いたバタフライ形バルブ２２（図２， ３参照）のバルブ開度をバルブ開度検出器４により検出する。

【００１８】 この検出されたバルブ開度信号９とバルブ開度設定値１４とのバルブ開度偏差 １５を比例演算器１６に入力してバルブ駆動信号１０を出力し、このバルブ駆動 信号１０によりバルブ駆動部６を作動して可変コンダクタンスバルブ５のバルブ 開度を調整するようにした真空容器１の圧力制御装置において、バルブ開度を一 定のプリセット値２５に設定するバルブ開度プリセット器、例えば制御開始検出 器２６と、これより出力するバルブ開度プリセット値２５と、圧力制御系のＰＩ Ｄ演算器１３より出力するバルブ開度設定値１４を切り換えてバルブ開度制御系 の比例演算器１６に入力する切換スイッチ２７を備えてなる。

【００１９】 上記の構成において本実施例の作用を説明する。図５は図４と同様の図である が、バルブ開度プリセット値２５を図示したものである。図５において、Ｐ₀ は バルブ全開状態の圧力、Ｐはバルブ開度がＶのときの圧力である。 本実施例は、圧力制御開始直前に制御開始検出器２６によりバルブ開度を一定 のプリセット値２５に設定し、このバルブ開度プリセット値２５が切換スイッチ ２７によりバルブ開度制御系の比例演算器１６に入力され、これより出力するバ ルブ駆動信号１０がバルブ駆動部６に入力され該バルブ駆動部６の作動により可 変コンダクタンスバルブ５が駆動され、真空容器１内の圧力が上昇（バルブの全 開“Full open ”から圧力制御を開始する場合）する。

【００２０】 一定時間後（バルブが任意のインピーダンスに移動できる時間）に切換スイッ チ２７を切換えて、その圧力上昇した圧力から圧力制御を開始する。ここでＰＩ Ｄ定数は、設定圧力が高い状態（バルブが閉に近い状態）で合わせた定数を使用 しハンチング現象をおさえ、またバルブ開度プリセット値２５は高圧力，低圧力 ともに良好となる開度値，図５よりＰ／Ｐ₀ ＝１．５０〜２．００のときのバル ブ開度を選択する。

【００２１】 これより図５ａ方向の圧力制御は、従来のFull open から開始する圧力制御に 比べ、バルブ開度がＶなる圧力Ｐより圧力制御を開始するため、所定圧力に達す る時間が大幅に短縮でき、またｂ方向での圧力制御では、ＰとＰ₀ の圧力差が小 さいため、Full open から開始する場合とほとんど制御時間はかわらない。

【００２２】 各圧力の最適なプリセット値を表形式にして自動設定する方法も考えられるが 、効果の割には非常に複雑である。本装置はこれと異なり上述の考えに従ってプ リセット値を固定値として使用することを特徴とする。

【００２３】 尚、必ずしも圧力制御はFull open から始められるわけではない。その時にも 本装置は常に同じバルブ開度から制御を開始するので、非常に優れた再現性があ る。

【００２４】

【考案の効果】

上述のように本考案によれば、可変コンダクタンスバルブ５としてバタフライ 形バルブ２２を用い、圧力制御開始前にバルブ開度を一定のプリセット値２５を 設定するバルブ開度プリセット器２６と、これより出力するバルブ開度プリセッ ト値２５をバルブ開度制御系に入力し、圧力制御開始後に圧力制御系のバルブ開 度設定値１４をバルブ開度制御系に入力する切換スイッチ２７を備えてなるので 、同一のＰＩＤ定数で、広範囲の圧力に対してより良好な応答を容易に得ること ができ、更に圧力制御時間を短縮でき、実用上極めて大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本考案の対象となる半導体製造装置に
おける真空容器の圧力制御装置の構成を示すブロック
図、（Ｂ）は本考案における自動制御系の１実施例の構
成を示すブロック図である。

【図２】本考案に適用されるバタフライ形バルブの全閉
状態を示す説明図である。

【図３】同じくその全閉状態を示す説明図である。

【図４】バタフライ形バルブを用いた場合のバルブ開度
対圧力特性図である。

【図５】図４は同様の図でバルブ開度プリセット値を示
す図である。

【図６】従来の圧力，バルブ開度制御系の構成を示すブ
ロック図である。

【図７】従来装置において高い圧力設定値の場合の圧力
応答特性図である。

【図８】同じく低い圧力設定値の場合の圧力応答特性図
である。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２ ガス供給部 ３ 圧力検出器 ４ バルブ開度検出器 ５ 可変コンダクタンスバルブ ６ バルブ駆動部 ７ 排気部 ８ 圧力信号 ９ バルブ開度信号 １０ バルブ駆動信号 １１ 圧力設定値 １２ 圧力偏差 １３ ＰＩＤ演算器 １４ バルブ開度設定値 １５ バルブ開度偏差 １６ 比例演算器 ２２ バタフライ形バルブ ２５ バルブ開度プリセット値 ２６ バルブ開度プリセット器（制御開始検出器） ２７ 切換スイッチ

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 真空容器（１）にガスを供給し、可変コ
   ンダクタンスバルブ（５）を用いて圧力制御を行う半導
   体製造装置用圧力制御装置において、可変コンダクタン
   スバルブ（５）としてバタフライ形バルブを用い、圧力
   制御開始前にバルブ開度を一定のプリセット値（２５）
   に設定するバルブ開度プリセット器（２６）と、これよ
   り出力するバルブ開度プリセット値（２５）をバルブ開
   度制御系に入力し、圧力制御開始後に圧力制御系のバル
   ブ開度設定値（１４）をバルブ開度制御系に入力する切
   換スイッチ（２７）を備えてなる半導体製造装置用圧力
   制御装置。