JPH08288222A

JPH08288222A - 真空装置および真空装置の流量コントローラー

Info

Publication number: JPH08288222A
Application number: JP8550195A
Authority: JP
Inventors: Koji Muneyasu; 孝司棟安
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】高稼働率で安定して作動し、真空容器内の圧力
を高速且つ高精度に制御できる真空装置および真空装置
の流量コントローラーを提供することにある。【構成】プラズマＣＶＤ装置１は、ガラス基板10を収容
した真空容器２と、真空容器２内のガスを吸引する真空
ポンプ22、24と、を備えている。真空容器２には、材料
ガスを流入するための供給管４が接続され、供給管４に
は流量コントローラー8a、8bが設けられている。真空容
器２とポンプ22との間の排気管６には、圧力調整ガスを
供給するための導入管26が接続され、導入管26には流量
コントローラー28が設けられている。真空容器２は圧力
センサー32を備え、圧力センサー32は圧力コントローラ
ー34を介して流量コントローラー28に接続されている。
圧力コントローラー34は圧力センサー32の検出信号に基
づいて流量コントローラー28を制御し、真空容器２内の
圧力を所定の値に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、材料ガスの反応によ
り被加工物を加工する真空装置、およびこの真空装置の
真空容器に連通された流路を流れるガスの流量を制御す
る流量コントローラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、被加工物のエッチングや成膜に
用いる真空装置が知られている。従来の真空装置は、被
加工物を収容する真空容器、およびこの真空容器内を真
空状態に減圧する吸引装置を備えている。

【０００３】例えば、被加工物に成膜する場合、被加工
物を真空容器内に配置し、真空容器を所定の圧力まで減
圧した後、圧力調整および流量調整した成膜用の蒸着材
料を含む材料ガスを真空容器内に供給する。この際、被
加工物の反応環境を最良とするため、真空容器内の圧力
を所定の値に維持する。

【０００４】このため、圧力センサにより真空容器内の
圧力を検出し、この検出信号に基づいて、圧力容器と吸
引装置との間に設けられたバルブの開度、或いは吸引装
置の吸引速度を制御し、真空容器内のガスの排気速度を
制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】真空容器内の圧力を所
定の値に維持するためバルブの開度を制御する場合、浸
蝕作用を有する材料ガスに晒されるバルブ部材を圧力容
器と吸引装置との間の配管内に設ける必要があり、バル
ブ部材の腐食或いはバルブ部材への反応物の付着が生じ
る。この結果、バルブ部材の頻繁なメンテナンスが必要
となり、装置の稼働率が悪くなるとともに安定した運転
ができない問題がある。

【０００６】一方、圧力制御のために吸引装置の吸引速
度を制御する場合、吸引ポンプのモーターの回転数を制
御するための強電制御装置が別途必要になる。このた
め、装置構成が複雑になるとともに高価になる問題があ
る。また、吸引ポンプのモーターの回転数を制御する場
合、モーターの回転によるモーメント等に起因して高速
制御が困難となり、敏速な圧力制御が実施できない問題
がある。

【０００７】この発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的は、高稼働率で安定して作動し、真空容器
内の圧力を高速且つ高精度に制御できる真空装置および
真空装置の流量コントローラーを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る真空装置は、被加工物を収容する真
空容器と、上記真空容器を真空状態に減圧する吸引手段
と、圧力調整されて上記真空容器内に供給される材料ガ
スの流量を制御する第１の流量制御手段と、上記真空容
器内の圧力を検出する圧力検出手段と、上記真空容器か
ら上記吸引手段へ向うガス流路内に供給される圧力調整
ガスの流量を制御する第２の流量制御手段と、上記真空
容器内の圧力を所定の値に維持すべく、上記圧力検出手
段からの検出信号に応じて上記第２の流量制御手段を制
御する圧力制御手段と、を備えている。

【０００９】また、この発明に係る真空装置は、被加工
物を収容する真空容器と、上記真空容器を真空状態に減
圧する吸引手段と、圧力調整されて上記真空装置内に供
給される材料ガスの流量を制御する第１の流量制御手段
と、上記真空容器内の圧力を検出する圧力検出手段と、
上記真空容器から上記吸引手段へ向うガス流路内に供給
される圧力調整ガスの流量を制御する第２の流量制御手
段と、上記真空容器内の圧力を所定の値に維持すべく、
上記圧力検出手段からの検出信号に応じて上記第２の流
量制御手段を制御する圧力制御手段と、を備え、上記第
１の流量制御手段は、上記真空容器内へ供給される材料
ガスの流量を検出する第１の流量検出手段と、上記第１
の流量検出手段からの検出信号に応じて材料ガスの流量
を調整する流量調整手段と、上記真空容器内へ供給され
る材料ガスの流量を検出する第２の流量検出手段を有
し、この第２の流量検出手段の検出値が上記第１の流量
検出手段による検出値と異なる場合に上記第１の流量検
出手段の検出不良を警告する警告手段と、を備えてい
る。

【００１０】また、この発明に係る真空装置の流量コン
トローラーは、真空装置の真空容器に連通した流路を流
れるガスの流量を制御する流量コントローラーにおい
て、上記流路を流れるガスの流量を検出する第１の流量
検出手段と、上記第１の流量検出手段からの検出信号に
応じて該ガスの流量を調整する流量調整手段と、上記流
路を流れるガスの流量を検出する第２の流量検出手段を
有し、この第２の流量検出手段の検出値が上記第１の流
量検出手段の検出値と異なる場合に上記第１の流量検出
手段の検出不良を警告する警告手段と、を備えている。

【００１１】

【作用】この発明に係る真空装置によれば、圧力検出手
段が真空容器内の圧力を検出し、圧力制御手段がこの検
出結果に基づいて真空容器内の圧力が所定の圧力となる
ように第２の流量制御手段を制御する。第２の流量制御
手段は、圧力制御手段からの制御信号に従って圧力調整
ガスの供給量を調整する。このように真空容器と吸引手
段との間の流路内に供給された圧力調整ガスは、真空容
器内のガスとともに吸引手段により吸引される。このた
め、圧力調整ガスの供給量を調整することにより、真空
容器内のガスの排気量が変化する。従って、吸引手段自
身の吸引速度を変更することなく、真空容器内の圧力を
高速且つ高精度に調整できる。

【００１２】また、この発明の真空装置によると、真空
容器内に供給される材料ガスの流量を第１の流量検出手
段により検出し、この検出結果に基づいて流量調整手段
が材料ガスの流量を所定の値に調整する。一方、警告手
段は、第２の流量検出手段により材料ガスの流量を検出
し、この流量を第１の流量検出手段により検出された流
量と比較する。そして、比較結果が異なる場合に第１の
流量検出手段の検出不良を警告する。従って、第１の流
量検出手段の検出不良を迅速に判断でき、装置の稼働率
および製品の歩留りを向上できる。

【００１３】この発明の流量コントローラーによると、
真空装置の真空容器に連通した流路を流れるガスの流量
を第１の流量検出手段により検出し、この検出結果に基
づいて流量調整手段がガスの流量を所定の値に調整す
る。一方、警告手段は、第２の流量検出手段により材料
ガスの流量を検出し、この流量を第１の流量検出手段に
より検出された流量と比較する。そして、比較結果が異
なる場合に第１の流量検出手段の検出不良を警告する。
従って、第１の流量検出手段の検出不良を迅速に判断で
き、装置の稼働率および製品の歩留りを向上できる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
に係る真空装置について詳細に説明する。尚、本実施例
においては、真空装置として、ガラス基板上に非晶質シ
リコン薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置を例に取り説
明する。

【００１５】図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１
は、内部を真空に保つよう密閉された真空容器２を備え
ている。真空容器２内には、簡略化して示すように、一
対の電極板１２ａ、１２ｂが互いに所定距離離間して設
けられ、一方の電極板１２ｂ上には被加工物としてのガ
ラス基板１０が載置されている。電極板１２ａ、１２ｂ
には、高周波を発生する電源１４が接続され、真空容器
２内には、ガラス基板１０を含めた真空容器２内部全体
を加熱するためのヒーター１６が設けられている。尚、
これら電極板１２ａ、１２ｂを真空容器２内に複数組設
け、複数枚のガラス基板を同時に処理可能としても良
い。

【００１６】真空容器２には、ガラス基板１０上に堆積
する蒸着材料を含むガス（以下、材料ガスと称する）を
真空容器２内に導入するための供給管４が接続されてい
る。供給管４の上流側は、材料ガスを構成する２種類の
ガスを同時に供給可能となるように２方向に分岐されて
いる。２方向に分岐された供給管４ａ、４ｂには、図示
しないガス供給源がそれぞれ設けられ、供給管４ａ、４
ｂの途中には、それぞれ管内を流れるガスの流量を制御
する第１の流量制御手段としての流量コントローラー８
ａ、８ｂが設けられている。尚、供給管４は、材料ガス
を構成するガスの種類に応じて複数本に分岐される。

【００１７】真空容器２の下部には、真空容器２内のガ
スを排出するための排気管６が接続されている。排気管
６の下流側には、真空容器２内のガスを吸引し、真空容
器２内を真空状態に減圧するための吸引手段として作用
するルーツ真空ポンプ２２および多段ポンプ２４（以
下、総称して真空ポンプとする）が直列に設けられてい
る。

【００１８】真空容器２とルーツ真空ポンプ２２との間
の流路を形成する排気管６には、供給管４から供給され
るガスとは別系統のガス（以下、圧力調整ガス）を排気
管６内に導入するための導入管２６が接続されている。
導入管２６には、導入管２６内のガス流量を制御する第
２の流量制御手段としての流量コントローラー２８が設
けられている。

【００１９】真空容器２は、真空容器２内の圧力を検出
する圧力検出手段として作用する圧力センサ３２を備え
ている。圧力センサ３２の出力端は、圧力制御手段とし
ての圧力コントローラー３４に接続され、圧力コントロ
ーラー３４の出力端は、流量コントローラー２８に接続
されている。そして、圧力コントローラー３４は、圧力
センサー３２の検出値に応じて真空容器２内の圧力が所
定の値となるように流量コントローラー２８を制御す
る。

【００２０】以上のように構成されたプラズマＣＶＤ装
置１は、以下のように作動される。ガラス基板１０を電
極板１２ｂ上に載置し、真空容器２を密閉する。そし
て、真空ポンプ２２、２４を作動し、所定の吸引速度で
真空容器２内のガスの吸引を開始する。

【００２１】圧力コントローラー３４は、圧力センサ３
２を介して真空容器２内の圧力を監視し、真空容器２内
の圧力が１０^-4パスカルに達した時点で流量コントロー
ラー８ａ、８ｂを作動する。流量コントローラー８ａを
作動すると、分岐された一方の供給管４ａを介して流量
調整されたシラン（Ｓ_i Ｈ₄ ）が２００ｓｃｃｍで供給
され、流量コントローラー８ｂを作動すると、他方の供
給管４ｂを介して流量調整された水素（Ｈ₂ ）が１００
０ｓｃｃｍで供給される。これらのガスは、供給管４内
で混合されて材料ガスとして真空容器２内に供給され
る。

【００２２】材料ガスの供給（流量コントローラー８
ａ、８ｂの作動）と同時に流量コントローラー２８を作
動し、圧力調整ガスとしての窒素ガス（Ｎ₂ ）を導入管
２６を介して排気管６内へ供給する。この結果、真空ポ
ンプ２２、２４は、真空容器２からの材料ガスと圧力調
整ガスとの混合ガスを吸引することになる。そして、圧
力調整ガスの供給量を変更することにより、吸引される
混合ガス中の材料ガスの割合が変化し、真空容器２から
見た材料ガスの吸引速度が変化する。従って、窒素ガス
の供給量を流量コントローラー２８により調整すること
により、真空容器２内のガスの排気速度を制御でき、真
空容器２内の圧力を高速且つ高精度に制御できる。

【００２３】窒素ガスの供給により真空容器２内の圧力
が上昇し、圧力センサ３２が１０²パスカルを検出する
と、圧力コントローラー３４は、圧力センサの出力が常
に１０² パスカルとなるように、流量コントローラー２
８を制御する。

【００２４】このように、真空容器２内の圧力が所定の
値に保持されると、電源１４がオンされて電極板１２
ａ、１２ｂ間に高周波が印加される。これにより、電極
間にプラズマが発生し、材料ガスに含まれるシリコン
（Ｓ_i ）がガラス基板１０上に堆積され、非晶質シリコ
ン薄膜が形成される。尚、この場合、ヒーター１６は、
ガラス基板１０の温度が３００℃になるように制御され
る。

【００２５】非晶質シリコン薄膜が所定の膜厚に堆積さ
れると、電源１４がオフされて放電が中止され、流量コ
ントローラー８ａ、８ｂの制御により材料ガスの供給が
停止され、ガラス基板１０が真空容器２から取り出され
る。

【００２６】以上のように、真空容器２の吸引側の排気
管６内に流量調整した圧力調整ガスを供給することによ
り、真空ポンプ２２、２４の吸引速度を一定に維持した
状態で真空容器２内の圧力を高速且つ高精度に制御でき
る。また、排気管６内に排気量制御のためのバルブ可動
部等を設ける必要がないのでメンテナンスの必要がな
く、装置の稼働率を向上できる。また、圧力調整ガスと
して窒素ガス等の不活性ガスを用いることにより、排気
系を流れる材料ガスを希釈することができ、排気系の可
動部等の腐食を低減できることから、頻繁にメンテナン
スをする必要がなく、装置の稼働率を向上できる。

【００２７】次に、流量コントローラー８ａ、８ｂ、２
８について詳細に説明する。図２は、材料ガスを所定の
流量に制御する流量コントローラー８ａ（８ｂ）を示
し、図３は、圧力調整ガスを所定の流量に制御する流量
コントローラー２８を示している。

【００２８】流量コントローラー８ａは、供給管４ａ内
を流れる材料ガスの流量を検出する第１の流量検出手段
としての流量センサー４２を有する。流量センサー４２
は、供給管４ａに対して並列に設けられた細管４４の途
中に配置されている。細管４４内には、所定の割合で分
流された材料ガスが流れるようになっており、流量セン
サー４２は、分流された材料ガスの流量を検出すること
により供給管４ａ内を流れる材料ガスの流量を検出して
いる。

【００２９】供給管４ａの途中には、バルブ４５が設け
られ、バルブ４５は、供給管４ａ内を流れる材料ガスの
流量を調整できるように開閉可能となっている。バルブ
４５は、バルブ４５の開度を制御するための制御装置４
６に接続されている。尚、バルブ４５および制御装置４
６は、供給管４ａ内を流れる材料ガスの流量を調整する
流量調整手段として作用する。また、制御装置４６に
は、上述した流量センサー４２が接続されている。

【００３０】供給管４ａ内を流れる材料ガスの流量を調
整する場合、制御装置４６は、流量センサー４２からの
検出信号を入力し、この検出信号が所定の値と一致する
ようにバルブ４５の開度を調整する。これにより、供給
管４ａ内を流れる材料ガスの流量が所定の値に制御され
る。

【００３１】しかしながら、供給管４ａを流れる材料ガ
スが本実施例のようにＳ_i Ｈ₄ である場合、リーク等に
より細管４４内に粉体を生じ易い。この場合、細管４４
内に粉体が詰まり材料ガスの分流の比率が変化される。
これにより、流量センサー４２が誤った流量を検出し、
この誤った検出結果に従ってバルブ４５が開閉制御され
る。この結果、供給管４ａを流れる材料ガスの流量が正
確に制御されず、その上、このような誤動作は外部から
判断することが困難であり、製品に異常が認められて初
めてセンサ部の誤動作が判断される。

【００３２】このような誤動作を防止する目的で、流量
コントローラー８ａは、供給管４ａの途中に第２の流量
検出手段として作用する流量センサー４１を有する。そ
して、これら２つの流量センサー４１、４２は、比較器
４７に接続され、比較器４７は、各流量センサー４１、
４２からの検出信号を比較する。尚、流量センサー４１
および比較器４７は、流量センサー４２の検出不良を警
告する警告手段として作用する。

【００３３】比較器４７による比較結果は、制御装置４
６に入力され、制御装置４６は、比較結果が一致しない
場合に流量センサー４２の検出不良を判断しバルブ４５
を閉じる。尚、流量センサーは複数個設けられても良
く、供給管４ａ上の任意の位置に設けられる。また、こ
れら複数の流量センサーは、異なるタイプの流量センサ
ーとすることができる。

【００３４】以上のように、同一の配管に２つ（以上）
の流量センサーを設けると、一方の流量センサー４１が
他方の流量センサー４２の異常を監視し、材料ガスの腐
食作用により、或いは材料ガス中の異物等により流量セ
ンサー４２に異常を生じた場合でも、流量センサー４２
の異常を素早く判断できる。この結果、流量制御に誤動
作を生じることがなく、正確な流量制御が可能となる。
よって、製品の歩留りが向上する。

【００３５】図３に示す流量コントローラー２８は、上
述した流量コントローラー８ａと同一の構成であるが、
制御装置４６は、圧力コントローラー３４からの制御信
号に従って作動されている。つまり、圧力コントローラ
ー３４は、圧力センサー３２からの検出信号に基づい
て、真空容器２内の圧力が所定の値に維持されるよう
に、流量コントローラー２８を制御する。そして、流量
コントローラー２８は、圧力コントローラー３４の制御
に従って圧力調整ガスの流量を調整する。これにより、
真空容器２内の圧力が所定の値に維持される。

【００３６】尚、水素ガスの流量を制御する流量コント
ローラー８ｂは、流量コントローラー８ａと同一の構成
を有し、同様に作用される。図４は、他の実施例に係る
流量コントローラー８ａ´を示している。流量コントロ
ーラー８ａ´は、上述した流量コントローラー８ａと略
同一の構成であるが、供給管４ａから他の配管４ｃが分
岐されている。配管４ｃには、図示しない不活性ガス供
給源が接続されている。また、配管４ｃには、細管４９
が並列に設けられており、細管４９の途中には、流量セ
ンサー４８が設けられている。供給管４ａと配管４ｃと
の合流点より上流側の供給管４ａには、供給管４ａを閉
塞するためのバルブ５１が設けられている。また、配管
４ｃの合流点と流量センサー４８との間には配管４ｃを
閉塞するためのバルブ５２が設けられている。

【００３７】この流量コントローラー８ａ´は、上述し
た流量コントローラー８ａと同様に材料ガスの流量を制
御する。一方、流量センサー４２（および／或いは流量
センサー４１）の検出不良を監視する場合、装置を停止
した状態で、バルブ５１を閉塞するとともにバルブ５２
を開放し、配管４ｃを介して不活性ガスを流入する。そ
して、流量センサー４２（４１）の検出値と流量センサ
ー４８の検出値とを図示しない比較器により比較して、
両者の値が異なる場合に流量センサー４２（４１）の検
出不良を判断する。

【００３８】このように、材料ガスが流れる供給管４ａ
と別系統の配管４ｃを介して腐食作用のない不活性ガス
を流して流量センサー４２（４１）の検出不良を判断す
ることにより、流量センサー４８による正確な流量検出
に基づいて流量センサー４２（４１）の検出不良をより
確実に判断でき、製品の歩留りが向上する。

【００３９】また、この流量コントローラー８ａ´は、
流量コントローラー２８の代りに導入管２６の途中に設
けられても良く、この場合においても同様の作用および
効果を有する。

【００４０】尚、この発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、この発明の範囲内で種々変形可能で
ある。例えば、本実施例においては、プラズマＣＶＤ装
置について説明したが、この発明は、熱やサイクロトロ
ン共鳴等を利用した真空装置にも適用できる。また、こ
の発明は、成膜装置に限らずエッチング装置等の各種真
空反応炉を有する装置に利用できる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、高稼働率で安定して作動でき、真空容器内の圧力を
高速且つ高精度に制御可能な真空装置および真空装置の
流量コントローラーを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の真空装置の実施例に係るプ
ラズマＣＶＤ装置を示す概略図。

【図２】図２は、図１の真空装置に設けられた材料ガス
の流量コントローラーを示す概略図。

【図３】図３は、図１の真空装置に設けられた圧力調整
ガスの流量コントローラーを示す概略図。

【図４】図４は、図１の真空装置に設けられた他の実施
例に係る流量コントローラーを示す概略図。

【符号の説明】

１…プラズマＣＶＤ装置、２…真空容器、４…供給管、
６…排気管、８ａ、８ｂ、２８…流量コントローラー、
１０…ガラス基板、１２ａ、１２ｂ…電極板、１４…電
源、１６…ヒーター、２２…ルーツ真空ポンプ、２４…
多段ポンプ、２６…導入管、３２…圧力センサー、３４
…圧力コントローラー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を収容する真空容器と、上記真空容器を真空状態に減圧する吸引手段と、圧力調整されて上記真空容器内に供給される材料ガスの
流量を制御する第１の流量制御手段と、上記真空容器内の圧力を検出する圧力検出手段と、上記真空容器から上記吸引手段へ向うガス流路内に供給
される圧力調整ガスの流量を制御する第２の流量制御手
段と、上記真空容器内の圧力を所定の値に維持すべく、上記圧
力検出手段からの検出信号に応じて上記第２の流量制御
手段を制御する圧力制御手段と、を備えていることを特徴とする真空装置。
【請求項２】上記圧力調整ガスは、不活性ガスである
ことを特徴とする請求項１に記載の真空装置。
【請求項３】被加工物を収容する真空容器と、上記真空容器を真空状態に減圧する吸引手段と、圧力調整されて上記真空装置内に供給される材料ガスの
流量を制御する第１の流量制御手段と、上記真空容器内の圧力を検出する圧力検出手段と、上記真空容器から上記吸引手段へ向うガス流路内に供給
される圧力調整ガスの流量を制御する第２の流量制御手
段と、上記真空容器内の圧力を所定の値に維持すべく、上記圧
力検出手段からの検出信号に応じて上記第２の流量制御
手段を制御する圧力制御手段と、を備え、上記第１の流量制御手段は、上記真空容器内へ供給される材料ガスの流量を検出する
第１の流量検出手段と、上記第１の流量検出手段からの検出信号に応じて材料ガ
スの流量を調整する流量調整手段と、上記真空容器内へ供給される材料ガスの流量を検出する
第２の流量検出手段を有し、この第２の流量検出手段の
検出値が上記第１の流量検出手段による検出値と異なる
場合に上記第１の流量検出手段の検出不良を警告する警
告手段と、を備えていることを特徴とする真空装置。
【請求項４】上記第２の流量制御手段は、上記流路へ供給される圧力調整ガスの流量を検出する第
１の流量検出手段と、上記第１の流量検出手段からの検出信号に応じて圧力調
整ガスの流量を調整する流量調整手段と、上記流路へ供給される圧力調整ガスの流量を検出する第
２の流量検出手段を有し、この第２の流量検出手段の検
出値が上記第１の流量検出手段による検出値と異なる場
合に上記第１の流量検出手段の検出不良を警告する警告
手段と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の真空装
置。
【請求項５】上記圧力調整ガスは、不活性ガスである
ことを特徴とする請求項４に記載の真空装置。
【請求項６】真空装置の真空容器に連通した流路を流
れるガスの流量を制御する流量コントローラーにおい
て、上記流路を流れるガスの流量を検出する第１の流量検出
手段と、上記第１の流量検出手段からの検出信号に応じて該ガス
の流量を調整する流量調整手段と、上記流路を流れるガスの流量を検出する第２の流量検出
手段を有し、この第２の流量検出手段の検出値が上記第
１の流量検出手段の検出値と異なる場合に上記第１の流
量検出手段の検出不良を警告する警告手段と、を備えていることを特徴とする流量コントローラー。