図面 (/)

技術 処理チャンバの圧力制御方法及び処理チャンバの圧力制御装置

出願人 イノビータピーティーイーリミテッド
発明者 バイヤーズエマニュエル木村美絵
出願日 2017年9月27日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2017-186319
公開日 2019年4月18日 (4ヶ月経過) 公開番号 2019-061536
状態 特許登録済
技術分野 流体圧力の制御
主要キーワード 仮想値 関数グラフ 圧力設定点 基本方程式 変化レート フルクローズ コンダクタンス可変バルブ 開閉プレート
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年4月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

課題

処理チャンバ内ガスの圧力を目標値に調整する。

解決手段

必要な必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基き算出し処理チャンバ2内に流入させる。処理チャンバ2からの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)と吸引ポンプ3の固有吸引量(Sp=f1(P2))からQo(n)=P2*f1(P2)に基き算出する際に、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)を、開閉プレートの現開閉度(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、測定された処理チャンバ2内の現在の圧力(P1)と開閉プレートの現開閉度(θ)における固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における規定上の処理チャンバ2内の圧力(P)との誤差を加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))からP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出する。

概要

背景

半導体装置の製造工程においては、エッチング装置CVD(化学気相蒸着)による薄膜処理PVD等の処理を行う各種処理チャンバ内に導入される原料ガス等の圧力を所定の目標値(圧力設定点)に制御して、圧力のオーバーシュートによるパーティクル飛散等を防止することが行われる。

この処理チャンバ内の圧力の制御に際しては、処理チャンバ吸引ポンプとの間にコンダクタンス可変バルブを設置して、このコンダクタンス可変バルブの開位置(開度)を調整することにより、処理チャンバ内の圧力を所定の値に調整することが提案されている(例えば、特許文献1〜3等参照)。

より具体的には、処理チャンバ内における流体の圧力を測定するように構成されている圧力センサと、開位置と閉位置との間を移動することによって、処理チャンバから流出する流体の流量を規制するように構成されている弁(バルブ)と、この弁のポンプ速度曲線を発生するよう構成されているコントローラとを備え、ポンプ速度曲線は、弁によって制御され且つ弁の位置の関数であるシステムのポンプ速度C(L(リットル)/s(秒))を表し、コントローラは、更に、このポンプ速度曲線の傾きを少なくとも最小値に維持するように、ポンプ速度曲線を監視修正するように構成され、コントローラは、更に、処理チャンバにおける圧力を所望の圧力設定点に維持するように、圧力センサによる圧力測定応答して、弁の位置を調節するために、修正したポンプ速度曲線を用いるように構成され、コントローラは、更に、処理チャンバの容積推定し、該推定した容積を、弁の複数の位置において圧力センサが取り込んだ圧力測定値と共に用いて、ポンプ速度曲線を発生するように構成することにより、対応している(特許文献2参照)。

即ち、この従来技術は、弁(バルブ)の各開度におけるポンプ速度を学習させることにより、ポンプ速度曲線の傾きを少なくとも最小値に維持する、即ち、一定値近似させることにより、圧力を所定の値に維持しようとするものである。しかし、この従来技術では、ポンプ速度曲線を、その都度監視して修正させる必要があるため、各種処理チャンバや吸引ポンプ、バルブの組合せ毎に、一度、ダミーウェハを用いて作動させて学習させた上で稼働する必要があり、これらの組合せが変わる度に、改めて設定する必要がある。そのため、汎用性に欠ける共に、稼働させるまでのセッティングに多大な手間と時間を要する問題があった。

また、この従来技術は、推定された処理チャンバの容積と測定された処理チャンバ内の流体の圧力とからポンプ速度曲線を求めるものであるが、実際には、処理チャンバの容積は、むしろ判明している場合の方が多く、一方で、吸引ポンプにおけるポンプ速度は、原料ガス等の気体の場合、図4及び図12に示すように、吸引ポンプ内における流体の圧力によっても影響を受けることが判明している。従って、この吸引ポンプ内における気体の圧力をも考慮して、ガスの流出量を予測して、圧力を所定の一定値に維持するために必要な流入量を算出することが望ましいが、いずれの従来技術でもこの吸引ポンプ内における気体の圧力を考慮していないと共に、この吸引ポンプ内における気体の圧力の測定が必ずしも容易ではない問題もあった。

しかも、この吸引ポンプの所定の圧力下における固有吸引量(L/s)や、バルブの開閉プレートのとある開度におけるバルブの固有のコンダクタンス(L/s)は、吸引ポンプやバルブのメーカー製品(の大きさ)毎等に異なるため、吸引ポンプ内のガスの圧力を基に必要な流入量を算出して処理チャンバ内の圧力を制御するにしても、作業者が、バルブや吸引ポンプの組合せ毎に、各製品の固有値を入力しなければならず、簡易な調整が困難となるおそれがあった。

このため、本発明者は、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出した上で、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出し、算出された必要流入量(Qi)を処理チャンバ内に流入させて処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御することにより、処理チャンバ内のガスの圧力を的確に所定の目標値(圧力設定点)に制御することを提案した(特許文献4参照)。

この場合において、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明しているバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))により算出して、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することにより、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を正確に算出することができる。

同時に、算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を求めるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックすることにより、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じて、目標値の圧力(Psp)とするのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出しているため、圧力の変化に応じて常時瞬時に対応することができる。

もっとも、この発明においては、予め判明しているバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))、即ち、現時点の1つのガスフローにおけるコンダクタンス(予め定まっている固定された規定値)のみに基づき吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を算出したが、バルブのコンダクタンス(Cv)は、流量(Q)及び処理チャンバ内の圧力(P1)と吸引ポンプ内の圧力(P2)との圧力差(P1−P2)との関係で、Cv=Q/(P1−P2)で表されることから、図7に示すように、特に実用ゾーンであるトランジシナルフローにおいては、実際には、微小な時間の間にも常時変化している処理チャンバ及び吸引ポンプ内の圧力並びにその圧力差(ひいては、処理チャンバ内の圧力の変化)によって、影響を受けている。従って、この微小な時間の範囲内における圧力、ひいては圧力差の変化をも考慮して、より正確なコンダクタンスを求めて、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を算出すれば、現在の予測流出量(Qo(n))、ひいては、必要流入量(Qi)を、より的確に算出することができる。

概要

処理チャンバ内のガスの圧力を目標値に調整する。必要な必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基き算出し処理チャンバ2内に流入させる。処理チャンバ2からの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)と吸引ポンプ3の固有の吸引量(Sp=f1(P2))からQo(n)=P2*f1(P2)に基き算出する際に、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)を、開閉プレートの現開閉度(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、測定された処理チャンバ2内の現在の圧力(P1)と開閉プレートの現開閉度(θ)における固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における規定上の処理チャンバ2内の圧力(P)との誤差を加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))からP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出する。

目的

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、処理チャンバ内のガスの圧力を所定の目標値により一層的確に調整することができると共に、処理チャンバ、吸引ポンプ、バルブの各種組合せにも簡易に、かつ、迅速に対応することができる処理チャンバの圧力制御方法、及び、そのような方法に使用することができる処理チャンバの圧力制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

半導体の製造工程において処理チャンバと前記処理チャンバ内ガス吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより前記処理チャンバ内のガスの圧力を調整する圧力制御方法において、前記吸引ポンプの吸引力によって前記吸引ポンプを介して前記処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する一方、前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された前記処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している前記処理チャンバの容量(V)から前記目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出し、前記算出された必要流入量(Qi)を前記処理チャンバ内に流入させて前記処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している前記吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出する際に、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明している前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、実際に測定された前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における予め判明している規定上の前記処理チャンバ内の圧力(P)との誤差を、加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項2

請求項1に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、前記バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に、前記バルブの前記コンダクタンスの変化及び前記処理チャンバ内の圧力の変化とを考慮して規定される補正値(Cc(θ))を予め定めて記憶した上で、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブのコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))及び当該コンダクタンス(CvQ1(θ))における予め判明している規定上の前記処理チャンバ内の圧力の算出値(PQ1(θ))、並びに、実際に測定された前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)及び前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)において該当する前記補正値(Cc(θ))から、Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]により算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項3

請求項2に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記補正値(Cc(θ))を、物理的に定まる前記バルブの固有のコンダクタンスと前記処理チャンバ内の圧力との関係を示す関数グラフにおいて、実用ゾーンであるトランジシナルフローの範囲内で任意に選択された2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)間の前記バルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び当該コンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))における前記処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))の変化の割合の一般的関係として、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)から算出し、前記補正値(Cc(θ))を、前記バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出して記憶しておき、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)に応じて当該開閉角度の度合い(θ)に対応する前記補正値(Cc(θ))を選択して、前記Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]に入力することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項4

請求項3に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)における前記バルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を、前記2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)、前記2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)において測定された前記処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))、予め判明している前記吸引ポンプの固有の吸引量(Sp)から、各々、CvQ1(θ)=Q1/[PQ1(θ)−(Q1/Sp)]、CvQ2(θ)=Q2/[PQ2(θ)−(Q2/Sp)]として前記バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出し、前記算出されたコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び前記2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)において測定された前記処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))を、前記Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)に入力して、前記補正値(Cc(θ))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項5

請求項3又は請求項4のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)として、前記ガスの流量が100sccmと200sccmにおける値を使用することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項6

請求項1乃至請求項5のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を求めるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2を前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量を求めるQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することによりガスの現在の予測流出量Qo(n)を算出して、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じて、目標値の圧力(Psp)とするのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項7

請求項1乃至請求項6のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記バルブが前記必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、前記開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、前記処理チャンバ内の圧力を前記目標値の圧力(Psp)に制御することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項8

請求項1乃至請求項7のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を前記バルブの種類毎に予め記憶し、前記吸引ポンプの所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を前記吸引ポンプの種類毎に予め記憶して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項9

請求項8に記載された処理チャンバの圧力制御方法であって、前記吸引ポンプの種類に応じて、入力されるべき前記吸引ポンプの固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えると共に、前記バルブの種類に応じて、入力されるべき前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法。

請求項10

半導体の製造工程において処理チャンバと前記処理チャンバ内のガスを吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより前記処理チャンバ内のガスの圧力を調整する処理チャンバの圧力制御装置において、前記吸引ポンプの吸引力によって前記吸引ポンプを介して前記処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する流出量算定手段と、前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された前記処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している前記処理チャンバの容量(V)から前記目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出する必要流入量算定手段と、前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの流入量を前記必要流入量算定手段に基づいて算出された必要流入量(Qi)に調整する流入量調整手段とを備え、前記流入量調整手段により前記必要流入量(Qi)を前記処理チャンバ内に流入させて前記処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、前記流出量算定手段は、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している前記吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出する際に、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明している前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、実際に測定された前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における予め判明している規定上の前記処理チャンバ内の圧力(P)との誤差を、加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項11

請求項10に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、前記バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に、前記バルブの前記コンダクタンスの変化及び前記処理チャンバ内の圧力の変化とを考慮して規定される補正値(Cc(θ))を予め定めて記憶した上で、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブのコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))及び当該コンダクタンス(CvQ1(θ))における予め判明している規定上の前記処理チャンバ内の圧力の算出値(PQ1(θ))、並びに、実際に測定された前記処理チャンバ内の現在の圧力(P1)及び前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)において該当する前記補正値(Cc(θ))から、Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]により算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項12

請求項11に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記補正値(Cc(θ))を、物理的に定まる前記バルブの固有のコンダクタンスと前記処理チャンバ内の圧力との関係を示す関数のグラフにおいて、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)間の前記バルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び前記処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))の変化の割合の一般的関係として、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)から算出し、前記補正値(Cc(θ))を、前記バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出して記憶しておき、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)に応じて当該開閉角度の度合い(θ)に対応する前記補正値(Cc(θ))を選択して、前記Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]に入力することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項13

請求項12に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)における前記バルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を、前記2点のガスの流量(Q1、Q2)、前記2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された前記処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))、予め判明している前記吸引ポンプの固有の吸引量(Sp)から、各々、CvQ1(θ)=Q1/[PQ1(θ)−(Q1/Sp)]、CvQ2(θ)=Q2/[PQ2(θ)−(Q2/Sp)]として前記バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出し、前記算出されたコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び前記2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)において測定された前記処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))を、前記Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)に入力して、前記補正値(Cc(θ))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項14

請求項12又は請求項13のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点の前記ガスの流量(Q1、Q2)として、前記ガスの流量が100sccmと200sccmにおける値を使用することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項15

請求項10乃至請求項14のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2をQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することによりガスの現在の予測流出量Qo(n)を算出し、前記必要流入量算定手段は、前記流出量算定手段により算出された現在の予測流出量Qo(n)を元に、前記吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じた目標値の圧力(Psp)とするのに必要な前記処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項16

請求項10乃至請求項15のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流入量調整手段は、前記バルブが前記必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、前記開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、前記処理チャンバ内の圧力を前記目標値の圧力(Psp)に制御することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項17

請求項10乃至請求項16のいずれかに記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記流出量算定手段は、前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を前記バルブの種類毎に予め記憶し、前記吸引ポンプの所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を前記吸引ポンプの種類毎に予め記憶して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

請求項18

請求項17に記載された処理チャンバの圧力制御装置であって、前記吸引ポンプの種類に応じて、入力されるべき前記吸引ポンプの固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えることができると共に、前記バルブの種類に応じて、入力されるべき前記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)における前記バルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることができる設定手段を有することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置。

技術分野

0001

本発明は、例えば、半導体装置処理チャンバに使用されて各種処理チャンバ内の圧力を予め設定された所定の目標値(圧力設定点)に調整するための処理チャンバの圧力制御方法及び処理チャンバの圧力制御装置の改良に関するものである。

背景技術

0002

半導体装置の製造工程においては、エッチング装置CVD(化学気相蒸着)による薄膜処理PVD等の処理を行う各種処理チャンバ内に導入される原料ガス等の圧力を所定の目標値(圧力設定点)に制御して、圧力のオーバーシュートによるパーティクル飛散等を防止することが行われる。

0003

この処理チャンバ内の圧力の制御に際しては、処理チャンバと吸引ポンプとの間にコンダクタンス可変バルブを設置して、このコンダクタンス可変バルブの開位置(開度)を調整することにより、処理チャンバ内の圧力を所定の値に調整することが提案されている(例えば、特許文献1〜3等参照)。

0004

より具体的には、処理チャンバ内における流体の圧力を測定するように構成されている圧力センサと、開位置と閉位置との間を移動することによって、処理チャンバから流出する流体の流量を規制するように構成されている弁(バルブ)と、この弁のポンプ速度曲線を発生するよう構成されているコントローラとを備え、ポンプ速度曲線は、弁によって制御され且つ弁の位置の関数であるシステムのポンプ速度C(L(リットル)/s(秒))を表し、コントローラは、更に、このポンプ速度曲線の傾きを少なくとも最小値に維持するように、ポンプ速度曲線を監視修正するように構成され、コントローラは、更に、処理チャンバにおける圧力を所望の圧力設定点に維持するように、圧力センサによる圧力測定応答して、弁の位置を調節するために、修正したポンプ速度曲線を用いるように構成され、コントローラは、更に、処理チャンバの容積推定し、該推定した容積を、弁の複数の位置において圧力センサが取り込んだ圧力測定値と共に用いて、ポンプ速度曲線を発生するように構成することにより、対応している(特許文献2参照)。

0005

即ち、この従来技術は、弁(バルブ)の各開度におけるポンプ速度を学習させることにより、ポンプ速度曲線の傾きを少なくとも最小値に維持する、即ち、一定値近似させることにより、圧力を所定の値に維持しようとするものである。しかし、この従来技術では、ポンプ速度曲線を、その都度監視して修正させる必要があるため、各種処理チャンバや吸引ポンプ、バルブの組合せ毎に、一度、ダミーウェハを用いて作動させて学習させた上で稼働する必要があり、これらの組合せが変わる度に、改めて設定する必要がある。そのため、汎用性に欠ける共に、稼働させるまでのセッティングに多大な手間と時間を要する問題があった。

0006

また、この従来技術は、推定された処理チャンバの容積と測定された処理チャンバ内の流体の圧力とからポンプ速度曲線を求めるものであるが、実際には、処理チャンバの容積は、むしろ判明している場合の方が多く、一方で、吸引ポンプにおけるポンプ速度は、原料ガス等の気体の場合、図4及び図12に示すように、吸引ポンプ内における流体の圧力によっても影響を受けることが判明している。従って、この吸引ポンプ内における気体の圧力をも考慮して、ガスの流出量を予測して、圧力を所定の一定値に維持するために必要な流入量を算出することが望ましいが、いずれの従来技術でもこの吸引ポンプ内における気体の圧力を考慮していないと共に、この吸引ポンプ内における気体の圧力の測定が必ずしも容易ではない問題もあった。

0007

しかも、この吸引ポンプの所定の圧力下における固有吸引量(L/s)や、バルブの開閉プレートのとある開度におけるバルブの固有のコンダクタンス(L/s)は、吸引ポンプやバルブのメーカー製品(の大きさ)毎等に異なるため、吸引ポンプ内のガスの圧力を基に必要な流入量を算出して処理チャンバ内の圧力を制御するにしても、作業者が、バルブや吸引ポンプの組合せ毎に、各製品の固有値を入力しなければならず、簡易な調整が困難となるおそれがあった。

0008

このため、本発明者は、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出した上で、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出し、算出された必要流入量(Qi)を処理チャンバ内に流入させて処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御することにより、処理チャンバ内のガスの圧力を的確に所定の目標値(圧力設定点)に制御することを提案した(特許文献4参照)。

0009

この場合において、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明しているバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))により算出して、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することにより、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を正確に算出することができる。

0010

同時に、算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を求めるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックすることにより、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じて、目標値の圧力(Psp)とするのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出しているため、圧力の変化に応じて常時瞬時に対応することができる。

0011

もっとも、この発明においては、予め判明しているバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))、即ち、現時点の1つのガスフローにおけるコンダクタンス(予め定まっている固定された規定値)のみに基づき吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を算出したが、バルブのコンダクタンス(Cv)は、流量(Q)及び処理チャンバ内の圧力(P1)と吸引ポンプ内の圧力(P2)との圧力差(P1−P2)との関係で、Cv=Q/(P1−P2)で表されることから、図7に示すように、特に実用ゾーンであるトランジシナルフローにおいては、実際には、微小な時間の間にも常時変化している処理チャンバ及び吸引ポンプ内の圧力並びにその圧力差(ひいては、処理チャンバ内の圧力の変化)によって、影響を受けている。従って、この微小な時間の範囲内における圧力、ひいては圧力差の変化をも考慮して、より正確なコンダクタンスを求めて、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を算出すれば、現在の予測流出量(Qo(n))、ひいては、必要流入量(Qi)を、より的確に算出することができる。

先行技術

0012

特表2009−530737号公報
特許第5087073号公報
特開平3−171306号公報
特許第5854335号公報

発明が解決しようとする課題

0013

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、処理チャンバ内のガスの圧力を所定の目標値により一層的確に調整することができると共に、処理チャンバ、吸引ポンプ、バルブの各種組合せにも簡易に、かつ、迅速に対応することができる処理チャンバの圧力制御方法、及び、そのような方法に使用することができる処理チャンバの圧力制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0014

(1.圧力制御方法)
本発明は、上記の課題を解決するための第1の手段として、半導体の製造工程において処理チャンバとこの処理チャンバ内のガスを吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより処理チャンバ内のガスの圧力を調整する圧力制御方法において、吸引ポンプの吸引力によって吸引ポンプを介して処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する一方、処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している処理チャンバの容量(V)から目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出し、算出された必要流入量(Qi)を処理チャンバ内に流入させて処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出する際に、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明しているバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、実際に測定された処理チャンバ内の現在の圧力(P1)とバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ内の圧力(P)との誤差を、加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出して、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0015

本発明は、上記の課題を解決するための第2の手段として、上記第1の解決手段において、正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に、バルブのコンダクタンスの変化及び処理チャンバ内の圧力の変化とを考慮して規定される補正値(Cc(θ))を予め定めて記憶した上で、バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブのコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))及び当該コンダクタンス(CvQ1(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ内の圧力の算出値(PQ1(θ))、並びに、実際に測定された処理チャンバ内の現在の圧力(P1)及びバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)において該当する補正値(Cc(θ))から、Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]により算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0016

本発明は、上記の課題を解決するための第3の手段として、上記第2の解決手段において、補正値(Cc(θ))を、物理的に定まるバルブの固有のコンダクタンスと処理チャンバ内の圧力との関係を示す関数のグラフにおいて、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)間のバルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び当該コンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))における処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))の変化の割合の一般的関係として、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)から算出し、この補正値(Cc(θ))を、バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出して記憶しておき、記バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)に応じて当該開閉角度の度合い(θ)に対応する補正値(Cc(θ))を選択して、上述したCv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]に入力することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0017

本発明は、上記の課題を解決するための第4の手段として、上記第3の解決手段において、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)におけるバルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を、2点のガスの流量(Q1、Q2)、2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))、予め判明している吸引ポンプの固有の吸引量(Sp)から、各々、CvQ1(θ)=Q1/[PQ1(θ)−(Q1/Sp)]、CvQ2(θ)=Q2/[PQ2(θ)−(Q2/Sp)]としてバルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出し、この算出されたコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))を、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)に入力して、補正値(Cc(θ))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0018

本発明は、上記の課題を解決するための第5の手段として、上記第3又は第4のいずれかの解決手段において、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)として、ガスの流量が100sccmと200sccmにおける値を使用することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0019

本発明は、上記の課題を解決するための第6の手段として、上記第1乃至第5のいずれかの解決手段において、算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を求めるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2を処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量を求めるQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することによりガスの現在の予測流出量Qo(n)を算出して、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じて、目標値の圧力(Psp)とするのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0020

本発明は、上記の課題を解決するための第7の手段として、上記第1乃至第6のいずれか解決手段において、バルブが必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0021

本発明は、上記の課題を解決するための第8の手段として、上記第1乃至第7のいずれかの解決手段において、
バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))をバルブの種類毎に予め記憶し、吸引ポンプの所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を吸引ポンプの種類毎に予め記憶して、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0022

本発明は、上記の課題を解決するための第9の手段として、上記第8の解決手段において、吸引ポンプの種類に応じて、入力されるべき吸引ポンプの固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えると共に、バルブの種類に応じて、入力されるべきバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることを特徴とする処理チャンバの圧力制御方法を提供するものである。

0023

(2.圧力制御装置)
本発明は、上記第1乃至第9の解決手段である処理チャンバの圧力制御方法に使用することができる下記の圧力制御装置をも提供するものである。即ち、本発明は、上記の課題を解決するための第10の手段として、半導体の製造工程において処理チャンバとこの処理チャンバ内のガスを吸引する吸引ポンプとの間に設置されたバルブにより処理チャンバ内のガスの圧力を調整する処理チャンバの圧力制御装置において、吸引ポンプの吸引力によって吸引ポンプを介して処理チャンバから排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する流出量算定手段と、処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と予め設定された処理チャンバ内の目標値の圧力(Psp)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している処理チャンバの容量(V)から目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出する必要流入量算定手段と、処理チャンバ内に流入させるべきガスの流入量を必要流入量算定手段に基づいて算出された必要流入量(Qi)に調整する流入量調整手段とを備え、この流入量調整手段により必要流入量(Qi)を処理チャンバ内に流入させて処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する場合において、流出量算定手段は、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出する際に、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明しているバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、実際に測定された処理チャンバ内の現在の圧力(P1)とバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ内の圧力(P)との誤差を、加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出して、前記処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0024

本発明は、上記の課題を解決するための第11の手段として、上記第10の解決手段において、流出量算定手段は、正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に、バルブのコンダクタンスの変化及び処理チャンバ内の圧力の変化とを考慮して規定される補正値(Cc(θ))を予め定めて記憶した上で、バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブのコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))及び当該コンダクタンス(CvQ1(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ内の圧力の算出値(PQ1(θ))、並びに、実際に測定された処理チャンバ内の現在の圧力(P1)及びバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)において該当する補正値(Cc(θ))から、Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]により算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0025

本発明は、上記の課題を解決するための第12の手段として、上記第11の解決手段において、流出量算定手段は、補正値(Cc(θ))を、物理的に定まるバルブの固有のコンダクタンスと処理チャンバ内の圧力との関係を示す関数のグラフにおいて、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)間のバルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))の変化の割合の一般的関係として、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)から算出し、この補正値(Cc(θ))を、バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出して記憶しておき、バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)に応じて当該開閉角度の度合い(θ)に対応する補正値(Cc(θ))を選択して、上述したCv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]に入力することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0026

本発明は、上記の課題を解決するための第13の手段として、上記第12の解決手段において、流出量算定手段は、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)におけるバルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を、2点のガスの流量(Q1、Q2)、2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))、予め判明している吸引ポンプの固有の吸引量(Sp)から、各々、CvQ1(θ)=Q1/[PQ1(θ)−(Q1/Sp)]、CvQ2(θ)=Q2/[PQ2(θ)−(Q2/Sp)]としてバルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出し、この算出されたコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された処理チャンバ内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))を、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)に入力して、補正値(Cc(θ))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0027

本発明は、上記の課題を解決するための第14の手段として、上記第12又は第13のいずれかの解決手段において、流出量算定手段は、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)として、ガスの流量が100sccmと200sccmにおける値を使用することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0028

本発明は、上記の課題を解決するための第15の手段として、上記第10乃至第14のいずれかの解決手段において、流出量算定手段は、算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2をQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することによりガスの現在の予測流出量Qo(n)を算出し、必要流入量算定手段は、流出量算定手段により算出された現在の予測流出量Qo(n)を元に、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じた目標値の圧力(Psp)とするのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0029

本発明は、上記の課題を解決するための第16の手段として、上記第10乃至第15のいずれかの解決手段において、流入量調整手段は、バルブが必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0030

本発明は、上記の課題を解決するための第17の手段として、上記第10乃至第16のいずれかの解決手段において、流出量算定手段は、バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))をバルブの種類毎に予め記憶し、吸引ポンプの所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を吸引ポンプの種類毎に予め記憶して、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

0031

本発明は、上記の課題を解決するための第18の手段として、上記第17の解決手段において、吸引ポンプの種類に応じて、入力されるべき吸引ポンプの固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えることができると共に、バルブの種類に応じて、入力されるべきバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることができる設定手段を有することを特徴とする処理チャンバの圧力制御装置を提供するものである。

発明の効果

0032

本発明によれば、上記のように、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)と予め判明している吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)に基づいて算出した上で、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をQi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出し、算出された必要流入量(Qi)を処理チャンバ内に流入させて処理チャンバ内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御しているため、処理チャンバ内のガスの圧力を的確に所定の目標値(圧力設定点)に制御することができる実益がある。

0033

この場合において、本発明によれば、上記のように、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を、予め判明しているバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、実際に測定された処理チャンバ内の現在の圧力(P1)とバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ内の圧力(P)との誤差を、加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))から、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出して、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出しているため、処理チャンバ内の圧力の変化にも対応して、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をより一層正確に算出することができる実益がある。即ち、従前は、バルブのコンダクタンスとして、単に予め定まっているものを学習した規定上の固有の(1点の)データのみを考慮していたが、微細な時間でも常時変化している処理チャンバ内の圧力の変化を、2点におけるガスフローのコンダクタンス及び圧力の変化を考慮して定められた補正値により、予め考慮して、より正確な実際のコンダクタンスを算出しているため、より正確に圧力を制御することができる実益がある。

0034

同時に、本発明によれば、上記のように、算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)を求めるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックすることにより、吸引ポンプ内の現在の圧力(P2)の変化に応じて、目標値の圧力(Psp)とするのに必要な処理チャンバ内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出しているため、圧力の変化に応じて常時瞬時に対応することができる実益がある。

0035

更に、本発明によれば、上記のように、バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))をバルブの種類毎に予め記憶し、吸引ポンプの所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を吸引ポンプの種類毎に予め記憶して、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出しているため、バルブと吸引ポンプの各種組合せに的確に対応することができる実益がある。

0036

加えて、本発明によれば、上記のように、設定手段により、吸引ポンプの種類に応じて、入力されるべき吸引ポンプの固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えると共に、バルブの種類に応じて、入力されるべきバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることができるため、バルブと吸引ポンプの各種組合せに対応した的確なセッティングを、簡易に、かつ、迅速に行うことができる実益がある。

図面の簡単な説明

0037

本発明の圧力制御装置を備えた半導体製造装置の斜視図である。
本発明の圧力制御装置を備えた半導体製造装置の概念図である。
本発明の圧力制御装置の概念図である。
本発明に用いられる吸引ポンプの所定の圧力下における固有の吸引量及びバルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブの固有のコンダクタンスの一例の関数曲線を示すグラフ図である。
従来の圧力制御方法において、処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量を算出するための過程における関数を示す図である。
圧力制御方法において、算出された処理チャンバから排出されるガスの現在の予測流出量をフィードバックして、吸引ポンプ内の現在の圧力を算出するための過程における関数を示す図であり、同図(A)は従来の関数、同図(B)は本発明における関数を示すものである。
物理的に定まるバルブのコンダクタンスと処理チャンバ内の圧力とバルブの開度との関係を示す一般的なグラフ図である。
吸引ポンプ内のガスの圧力を算出するためのバルブのコンダクタンスの従来の特定方法と本発明における特定方法の比較を示したを図である。
本発明においてバルブのコンダクタンスを求めるためのグラフ図である。
バルブのコンダクタンスを求めるための従来の方法における関数と本発明における関数を示す図である。
本発明において、正確なコンダクタンスを算出するための過程における関数を示した図である。
本発明に用いられる吸引ポンプの種類毎における所定の圧力下における固有の吸引量を示すグラフ図である。

実施例

0038

本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図1及び図2は本発明の圧力制御方法を実施するための圧力制御装置10を備えた半導体製造装置1を示し、この半導体製造装置1は、半導体の製造工程において使用される処理チャンバ2と、この処理チャンバ2内のガスを吸引する吸引ポンプ3と、処理チャンバ2と吸引ポンプ3との間に設置されたバルブ4と、このバルブ4に取り付けられてバルブ4を制動するコントローラー5を備えている。

0039

この半導体製造装置1は、処理チャンバ2内に図示しない半導体ウェハを格納した後、処理チャンバ2内に原料ガスを導入してバルブ4の開閉により処理チャンバ2内を所定の目標値の圧力(圧力設定点)に調整した状態で、バルブ4を閉じて処理チャンバ2を密閉して、所定の処理を行う。なお、この処理チャンバ4には、処理チャンバ内2の圧力を測定する圧力センサ6が取り付けられており、この圧力センサ6により、処理チャンバ2内のガスの圧力が常時監視されている。

0040

(1.バルブ)
このバルブ4として、スペース的に有利で、比較的簡易に製造することができることから、ケーシング内においてプレートを横方向に揺動させる横旋回式ゲートバルブを採用している。但し、処理チャンバ2内の圧力を適切に調整することができれば、バルブの形式に特に限定はなく、他に、ペンドラムバルブ、バタフライドラムポペットドラム等の真空バルブを使用することもできる。また、これらのバルブのプレートの昇降に際して、ケーシングに摺動させてOリングを用いる形態のみならず、ベローズ等のバルブのケーシングと非接触の昇降部材により、プレートをケーシング内で昇降させるグリースレスバルブの形態とすることもできる。この場合には、図示しないマグネットにより、プレート等をケーシングへ密着させて処理チャンバ2内を密閉することができる。

0041

(2.コントローラー)
コントローラー5は、バルブ4の開閉等の作動を制御するものであり、本発明の圧力制御装置10は、図3に示すように、このコントローラー5に設定される。この圧力制御装置10は、バルブ4を所定の位置に変位させてその開閉度を調整することにより、処理チャンバ2内のガスの圧力を目標値の圧力(圧力設定点)に制御する。この圧力制御装置10は、具体的には、図3に示すように、吸引ポンプ3の吸引力によって吸引ポンプ3を介して処理チャンバ2から排出されるガスの予測流出量(Qo)を算定する流出量算定手段12と、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を算出する必要流入量算定手段14と、処理チャンバ2内に流入させるべきガスの流入量をこの必要流入量算定手段14に基づいて算出された必要流入量(Qi)に調整する流入量調整手段16を備えている。

0042

(3.必要流入量算定手段)
必要流入量算定手段14は、具体的には、圧力センサ6により測定された処理チャンバ2内の現在の圧力(P1:単位はmTorr)と予め設定された処理チャンバ2内の目標値の圧力(Psp:単位はmTorr)との差から求められる現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)及び予め判明している処理チャンバの容量(V)から、目標値の圧力(Psp)に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi:単位はmTorr・L/s)を、吸引ポンプ3からの流出量をQo(単位はmTorr・L/s))として、Qi=Qo+(ΔP/Δt)Vに基づいて算出するものである。

0043

これは、半導体製造装置10の流体系における基本的な原則として、圧力の変化レート(ΔP/Δt)が、ガスの流入量(Qi)、ガスの流出量(Qo)、処理チャンバ2の容量(V)から、ΔP/Δt=(Qi−Qo)/Vと求められることに着目して、ここから必要な流入量(Qi)を求める式として変形して、Qi=Qo+(ΔP/Δt)Vを導いたものである。この場合、処理チャンバ2内の現在の圧力(P1)は圧力センサ6により測定されて判明していると同時に、圧力設定点としての目標値の圧力(Psp)も予め設定されているため、これらのデータから、現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート(ΔP/Δt)を算出することができる。また、処理チャンバ2の容量(V)も、各メーカー及び製品毎に予め判明していることから、これをデータとして活用することができる。従って、現在のガスの流出量(Qo)が判明すれば、処理チャンバ2内を目標値の圧力(Psp)とするのに必要なガスの流入量(Qi)を算出することができる。なお、「ΔP/Δt」は、処理チャンバ2内の圧力の時間の経過に伴う変化の割合(横軸に変化の時間、縦軸に圧力をとった場合の変化の傾き)を意味する。即ち、「圧力の変化レート(ΔP/Δt)」は、処理チャンバ2内の気体圧力時間微分値を意味し、その意味では、「現在の圧力(P1)が目標値の圧力(Psp)にまで達するのに必要な圧力の変化レート」としては、具体的には、「ΔP1/Δt」となるが、「圧力の変化レート」を表すジェネラル表記として、即ち、「圧力の変化レート」自体を指して、一般的に「ΔP/Δt」と代用して表記したものである。これは、半導体製造装置1の流体系においては、この「圧力の変化レート(ΔP/Δt)」が、ガスの流入量(Qi)、ガスの流出量(Qo)、処理チャンバ2の容量(V)から、「ΔP/Δt=(Qi−Qo)/V」から算出されるという基本原則から、Qi=Qo+(ΔP/Δt)Vを導いた関係上、これと符合した表記としても用いたものである。

0044

(4.流出量算定手段)
この現在のガスの流出量(Qo)を算出するものが、流出量算定手段12である。即ち、流出量算定手段12は、処理チャンバ2から排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2:単位はmTorr)と、予め判明している吸引ポンプ3の所定の圧力下における固有の吸引量(Sp:単位はL/s)から求めるものである。これは、原料ガス等の気体については、その流量を、質量流量で把握した場合、流量(Q)=圧力(P)*体積流量(吸引量:S)、即ち、図5基本方程式に示すように、Q=PSとして把握できることから、排出側の吸引ポンプ3内の圧力(P2)に影響を受け、また、実際に、図4及び図12に示すように、吸引ポンプ3内の圧力によって流量が変化することが判明しているため、この図12に一例を示すように、各吸引ポンプ3毎に、予め判明している所定の圧力下における固有の吸引量(Sp)を、図12に一例を示すグラフからSp=f1(P2)として求めておく。なお、「Qo(n)」は、現在の「予測」流出量を意味し、結果として「n」なる記号は、「現在の流出量」を特定するためのものであるという点において、算出している現時点における流出量を意味するものであり、これを代用記号として「n」で表現したのは、あくまで「予測」流出量という仮定変数未知又は不定の値)だからである。即ち、「n」との記号をもって特定したのは、「Qo(n)」が、予測値であるが故に、また、常時繰り返して算出される変数であるが故に、デジタル処理によるフィードバック制御の分野において、仮定の値である変数を表す代用記号として一般的に用いられる「n」をもって表現したものである。

0045

そして、図5に示すように、上記Q=PS、即ち、問題となる吸引ポンプ3側からの流出量についてのQo=P2*SpにおけるSpに、上記関数Sp=f1(P2)を代入することにより、吸引ポンプ3を介して処理チャンバ2から排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を求めるものである。即ち、流出量算定手段12は、図5に示すように、吸引ポンプ3側から排出される現在の流出量(Qo(n))を、上記予め判明している各吸引ポンプ3毎の吸引量(Sp=f1(P2))から、Qo(n)=P2*f1(P2)として算出する。従って、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)が判明すれば、処理チャンバ2から排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することができる。

0046

この場合、本発明においては、流出量算定手段12は、次のようにして、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)を算出する。即ち、バルブ4は、図4に示すように、開閉プレートのとある位置における開閉角度の度合い(θ)によって、バルブ4の固有のコンダクタンスが予め物理的に決定されている。このバルブ4のとある開度(θ)におけるコンダクタンスCvは、バルブ4の開口や開閉プレートの直径等によって左右されるものであり、各メーカー及び製品毎に予め判明しており、その関数曲線を、図4に示すように、Cv=f2(θ)として求めておき、これをデータとして活用する。

0047

一方、このバルブ4のコンダクタンスCv(単位は、L/s)は、図5に示すように、流出量(Qo)、処理チャンバ2内の圧力(P1)、吸引ポンプ3内の圧力(P2)から、Cv=Qo/(P1−P2)によって特定されることに着目して、これを吸引ポンプ3内の圧力(P2)を求める式として、P2=P1−(Qo/Cv)に変形する。そして、この数式におけるCv(バルブ4のコンダクタンス)に、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)を特定することにより、当該開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4のコンダクタンスを代入すれば、現在の吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)を算出することができる。

0048

この場合、これまでは、この入力すべきバルブ4のコンダクタンスとして、図4乃至図6(A)に示すように、予め判明しているバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の「固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))」を代入して、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ))により、現在の吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)を算出していた(なお、「Qo(n−1)」とは、後述するように、本発明においては、常に(5msec(0.05秒程度)のループ時間で繰り返して、処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を算出しており、その意味において、「Qo(n−1)」は、全体として(それ自体が)前回算出処理時において算出された予測流出量を意味し、結果として、「n−1」なる記号は、前回の算出処理時における値であることを特定するための代用記号として用いられているものである)。

0049

即ち、従来は、図8(A)に示すように、バルブ4の開閉プレートのとある開閉角度の度合い(θ)におけるとある圧力との関係で特定される1点のコンダクタンスのみを考慮して、即ち、現時点の1つのガスフローにおけるコンダクタンス(予め定まっている固定された規定値(システムが事前に学習した値))のみに基づき吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)を算出していたが、図7及び図8(B)に示すように、実際のコンダクタンスは、各開閉角度の度合い(θ)との関係でのみ決定するのではなく、現実には、圧力によっても変化する。具体的には、バルブ4のコンダクタンス(Cv)は、流量(Q)及び処理チャンバ2内の圧力(P1)と吸引ポンプ3内の圧力(P2)との圧力差(P1−P2)との関係で、Cv=Q/(P1−P2)で表されることから、図7に示すように、バルブ4のコンダクタンスは、バルブ4の開閉プレートの開閉角度の度合い(θ)と処理チャンバ2内の圧力との関係で物理的に定まり、図7は、この一般的な関係を関数グラフとして表したものであり、この図7から解るように、特に実際に使用される実用ゾーンであるトランジショナルフローにおいては(それ以外のゾーンにおける10-4等の圧力は、現実的な実用レベルではない)、実際には、微小な時間の間にも常時変化している処理チャンバ2及び吸引ポンプ3内の圧力並びにその圧力差(ひいては、処理チャンバ2内の圧力の変化)によって、影響を受けている。従って、この微小な時間の範囲内における圧力、ひいては圧力差の変化をも考慮して、より正確なコンダクタンスを求めて、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)を算出すれば、現在の予測流出量(Qo(n))、ひいては、必要流入量(Qi)を、より的確に算出することができる。

0050

そこで、本発明においては、予め学習した固定値であるバルブ4のコンダクタンスを単にそのまま使用するのではなく、これにコンダクタンスの変化の度合いも考慮して、より正確なコンダクタンスを求めて、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)を算出する。具体的には、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)を、予め判明しているバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))に、実際に測定された処理チャンバ2内の現在の圧力(P1)とバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ2内の圧力(P)との誤差を、加味して算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))から、図6(B)に示すように、P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))により算出して、処理チャンバ2から排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出する。

0051

この場合、流出量算定手段12は、正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、具体的には、以下のようにして算出する。即ち、流出量算出手段12は、まずは、図8(B)乃至図11に示すように、バルブ4の開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に、バルブ4のコンダクタンスの変化及び処理チャンバ2内の圧力の変化とを考慮して規定される補正値(Cc(θ))を予め定めて記憶する。その上で、流出量算出手段12は、正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、図10及び図11に示すように、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4のコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))及び当該コンダクタンス(CvQ1(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ2内の圧力の算出値(PQ1(θ))、並びに、実際に測定された処理チャンバ2内の現在の圧力(P1)及びバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)において該当する補正値(Cc(θ))から、Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]により算出する。

0052

これは、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4のコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))、即ち、算出初期においては、当該初期時点(現時点)での規定上の固有のコンダクタンスの値であり、後述するようにフィードバックによりコンダクタンスを繰り返し連続して算出する場合(2回目以降の演算時)においては、コンダクタンスの直前値として算出され値をベースとしつつ、一方で、処理チャンバ2内の圧力は、微小な時間の範囲でも常時変化しているため、実際に測定された処理チャンバ内の現在の圧力(P1)と、当該コンダクタンス(CvQ1(θ))における予め判明している規定上の処理チャンバ2内の圧力の算出値(PQ1(θ))とは必ずしも一致しないことから、これらの圧力の誤差(P1−PQ1(θ))から、補正値(Cc(θ))を使用してコンダクタンスの差分(オフセット)を求め、これをバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4のコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))に加味することによって、正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を求めることができるからである。

0053

これを、図9(B)を用いて説明すると、処理チャンバ2内の圧力(図9(B)の横軸)は、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4のコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ):即ち、上述したように、算出初期においては、当該初期時点(現時点)での規定上の(学習した)固有のコンダクタンスの値であり、フィードバックによりコンダクタンスを繰り返し連続して算出する場合(2回目以降の演算時)においては、コンダクタンスの直前値として算出され値)における予め判明している規定上の処理チャンバ2内の圧力の算出値(PQ1(θ))から、演算処理のための微小な時間の間に実際に測定された処理チャンバ2内の現在の圧力(P1)に変化し(図9(B)の横軸)、その間に、これに対応して、バルブ4のコンダクタンスも、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4のコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ))から、カレントコンダクタンス(現時点での実際の)、即ち、正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))に変化する(図9(B)の縦軸)。従って、この変化の割合、即ち、傾きを求めれば、圧力の誤差(P1−PQ1(θ))からコンダクタンスの変化量も算出することができる。

0054

このことから解るように、本発明において使用される補正値(Cc(θ))は、処理チャンバ2内の圧力がどの程度変化したら、コンダクタンスがどの程度変化するかの割合を予め算出して定めたものであり、また、そのコンダクタンスの変化量は、バルブ4の開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に異なるため、この補正値(Cc(θ))を、図10及び図11に示すように、バルブ4の開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に、予め算出して定める。この場合、図7に示すように、物理的に定まるバルブ4の固有のコンダクタンスと処理チャンバ2内の圧力との関係を示す関数のグラフにおいて実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内では、その変化の割合(傾き)は、ほぼ一定である。このため、本発明においては、図9(A)、図10図11に示すように、この補正値(Cc(θ))を、この物理的に定まるバルブ4の固有のコンダクタンスと処理チャンバ2内の圧力との関係を示す関数のグラフ(図7)において、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)間のバルブ4の固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び処理チャンバ2内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))の変化の割合の一般的関係として、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)から算出し、この補正値(Cc(θ))を、バルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出して記憶しておき、バルブの開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)に応じて当該開閉角度の度合い(θ)に対応する補正値(Cc(θ))を選択して、Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]に入力することによって、正確なコンダクタンスCv(θ,P)を算出する。即ち、図7に示す物理的に定まるバルブ4の固有のコンダクタンスと処理チャンバ2内の圧力との関係を示す関数のグラフにおいて実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内では、その変化の割合(傾き)がほぼ一定であることから、図9(B)に示すように、このトランジショナルフローの範囲内において任意に選択した2点のガスの流量(Q1、Q2)間のバルブ4の固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び処理チャンバ2内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))の変化の割合の関係は、そのままバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4のコンダクタンスの算出値(CvQ1(θ:即ち、上述したように、算出初期においては、当該初期時点(現時点)での規定上の(学習した)固有のコンダクタンスの値であり、フィードバックによりコンダクタンスを繰り返し連続して算出する場合(2回目以降の演算時)においては、コンダクタンスの直前値として算出され値)と、実際に測定された処理チャンバ2内の圧力(P1)において規定上相当するコンダクタンス、即ち、、即ち、(現時点での実際の)正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))との関係に置き換えることができる。

0055

ここに、コンダクタンス(Cv)は、流量(Q)及び圧力差(P1−P2)との関係で、図10に示すようにCv=Q/(P1−P2)で示され、また、圧力(P)は、流量(Q)とSp(吸引量)との関係で、P=Q/Spで特定されることから、測定できない未知の(現在の)吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)は、Q/Spに置き換えて算出することができ、このことから、バルブ4の開閉プレートのとある開閉角度の度合い(θ)におけるコンダクタンスは、Cv(θ)=Q/[P(θ)−(Q/Sp)]で求めることができる。従って、補正値(Cc(θ))を求めるに当たり、本発明においては、図10及び図11に示すように、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)におけるバルブの固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を、2点のガスの流量(Q1、Q2)、この2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された処理チャンバ2内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))、予め判明している吸引ポンプ3の固有の吸引量(Sp)から、各々、CvQ1(θ)=Q1/[PQ1(θ)−(Q1/Sp)](従来は、図8(A)及び図10上段に示すように、この1点のコンダクタンスのみ採用していた)、CvQ2(θ)=Q2/[PQ2(θ)−(Q2/Sp)]としてバルブの開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に予め算出し、この算出されたコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及び2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された処理チャンバ2内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))を、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)に入力して、補正値(Cc(θ))を算出することができる。

0056

この場合、図9(A)に示すように、実用ゾーンであるトランジショナルフロー(図7参照)の範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)として、例えば、ガスの流量(Q)が100sccmと200sccmにおける値を使用することが望ましい。これは、図9(A)に示すように、バルブ4の開閉プレートの開閉角度のいずれの度合い(θ)においても、コンダクタンスが急激に(二次関数で)変化するのは、専ら100sccmから200sccmの間であるため、その上限と下限を採択すれば足りる一方、この間は、コンダクタンスの変化の割合がほぼ一定で、即ち、その変化を一つの二次関数で特定できるためである。もっとも、上記の実施の形態では、補正値は、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)として算出するため、図9に示すように、一次関数の直線となるが、より正確なコンダクタンスを求めるため、上記実施の形態と異なり、この補正値(Cc(θ))を、図9(A)に示す曲線の二次関数として算出することもできる。

0057

なお、この補正値(Cc(θ))を算出する場合、バルブ4の開閉プレートの開閉角度の度合い(θ)を、1%〜100%の100段階として設定し、これを図11に示すように、1%〜100%までの全ての%において、補正値(Cc(θ))を算出する。具体的には、本発明の圧力制御装置10の運用に際し、事前に、図11に示すように、ガスの流量(Q)を、例えば、上述した100sccm又は200sccmにそれぞれ設定して、この設定された一定の流量(Q)でガスを流し、この一定の流量下において、1%〜100%までの開閉角度の各度合い(θ)毎に、処理チャンバ2内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))を圧力センサ6により測定した上で、実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1(=100sccm)、Q2(=200sccm))におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を、各々、CvQ1(θ)=Q1/[PQ1(θ)−(Q1/Sp)]、CvQ2(θ)=Q2/[PQ2(θ)−(Q2/Sp)]を算出していく(即ち、図7及び図9(A)に示す物理的に定まるバルブ4の固有のコンダクタンスと処理チャンバ2内の圧力との関係を示す関数に基づき、このグラフにおける(グラフに示される)コンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を演算により求めていることになる)。これは、流量(Q)と処理チャンバ2内の圧力(P)が判明すれば、当該地点におけるバルブ4のコンダクタンスを求めることができることから、2点のガスの流量(Q1、Q2)を予め設定すると共に(100sccm、200sccm))、また、当該流量における開閉角度の各度合い(θ)毎の処理チャンバ2内の圧力(P)を測定することにより、コンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))を算出することが可能となるものである。この処理時間に、およそ1分程度を要する。次いで、こうして算出された実用ゾーンであるトランジショナルフローの範囲内で任意に選択された2点のガスの流量(Q1、Q2)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))から、算出されたコンダクタンス(CvQ1(θ)、CvQ2(θ))及びこの2点のガスの流量(Q1、Q2)において測定された処理チャンバ2内の圧力(PQ1(θ)、PQ2(θ))を、図11に示すように、Cc(θ)=CvQ1(θ)−CvQ2(θ)/PQ1(θ)−PQ2(θ)に入力して、補正値(Cc(θ))を算出する。なお、図11に記載されたPQ1、PQ2、Ccの数値は仮のものである。

0058

上記処理により、処理チャンバ2内の圧力の変化にも対応して、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)をより一層正確に算出することができる。即ち、従前は、バルブ4のコンダクタンスとして、単に予め定まっているものを学習した規定上の固有の(1点の)データのみを考慮していたが、微細な時間でも常時変化している処理チャンバ2内の圧力の変化を、2点の流量におけるコンダクタンス及び処理チャンバ2内の圧力の変化を考慮して定められた補正値(Cc(θ))により、予め考慮して、より正確な実際のコンダクタンスを算出しているため、より正確に圧力を制御することができる。

0059

流量算定手段12は、このようにして、正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、図8図10及び図11に示すように、Cv(θ,P)=CvQ1(θ)+[Cc(θ)×(P1−PQ1(θ))]に基づき算出して、この算出された正確なコンダクタンス(Cv(θ,P)=f2(θ,P))を、図6(B)に示すP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))における「f2(θ,P)」として入力して、現在の吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)を算出する。このようにして算出された現在の吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)を、図6(B)に示すように、上記Qo(n)=P2*f1(P2)におけるP2(「P2」及びf1(「P2」)の両方)に代入することにより、流出量算定手段12は、処理チャンバ2から排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出することができる。

0060

この場合、流出量算定手段12は、図6(B)に示すように、算出されたガスの現在の予測流出量Qo(n)を、上記P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2をQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することにより予測流出量Qo(n)を算出し、必要流入量算定手段14は、この流出量算定手段12により算出された現在の予測流出量Qo(n)を元に、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)の変化に応じた目標値の圧力(Psp)とするのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時算出することができる。これにより、圧力の変化に応じて常時瞬時に迅速に対応して、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を正確に算出して、処理チャンバ2内のガスの圧力を的確に所定の目標値(圧力設定点)に制御することができる。

0061

なお、図示の実施の形態では、現在の吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)を関数により求めたが、これは、吸引ポンプ3内でフィン高速に回転していること、及び、センサの大きさからしてセンサを吸引ポンプ3の内部に設置することがスペース的に難しいことから、吸引ポンプ3内の圧力(P2)をセンサにより測定することが困難であることに基づく。

0062

(5.流入量調整手段)
流入量調整手段16は、このようにして必要流入量(Qi)が算出された場合、バルブ4が、図4に示すように、バルブ4の開閉プレートのとある位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンスが判明していることから(Cv=f2(θ))、必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、図示しない開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させて、処理チャンバ2内の圧力を目標値の圧力(Psp)に制御する。

0063

(6.設定手段)
また、上記の実施の形態において、流出量算定手段12には、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))をバルブ4の種類毎(メーカー及び製品毎)に予め記憶し、同様に、吸引ポンプ3の所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を吸引ポンプ3の種類毎(メーカー及び製品毎)に予め記憶させておく。これにより、各種処理チャンバ2や吸引ポンプ3、バルブ4の組合せ毎に、一度、ダミーウェハを用いて作動させて学習させ、これらの組合せが変わる度に、改めて設定する必要がなくなるため、汎用性に富むと同時に稼働させるまでのセッティングに手間と時間を要することなく、バルブ4と吸引ポンプ3の各種組合せに的確に対応することができる。

0064

この場合、更に、コントローラー5に、図3に示すように、これらの吸引ポンプ3やバルブ4の種類を切り替えることができる設定手段18を設ける。具体的には、設定手段18は、例えば、コントローラー5に、ボタン等のインターフェースを設け、吸引ポンプ3及びバルブ4の種類を特定するだけで、吸引ポンプ3の種類に応じて、入力されるべき吸引ポンプ3の固有の吸引量(Sp=f1(P2))を切り替えることができると共に、バルブ4の種類に応じて、入力されるべきバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を切り替えることができる。これにより、バルブ4と吸引ポンプ3の各種組合せに対応した的確なセッティングを、簡易に、かつ、迅速に行うことができる。

0065

(7.使用方法
次に、本発明の圧力制御方法の使用方法について説明すると、まず、事前準備として、使用が予想される吸引ポンプ3毎に、当該吸引ポンプ3のメーカーが公表しているデータを用いて、予め判明している当該吸引ポンプ3の所定の圧力における固有の吸引量(Sp=f1(P2))を吸引ポンプの種類毎(メーカー及び製品毎)に、また、使用が予想されるバルブ4毎に、当該バルブ4のメーカーが公表しているデータを用いて、予め判明している当該バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))をバルブ4の種類毎(メーカー及び製品毎)に、流出量算定手段12に記憶させておく。また、処理チャンバ2の容量(V)も、流出量算定手段12に入力する。なお、吸引ポンプ3やバルブ4について新製品が新たに提供された場合や、各製品についてスペックの変更があった場合には、データを追加又は補正して、流出量算定手段12に記憶されているデータを常に最新の状態にバージョンアップすることが望ましい。

0066

次いで、実際にセッティングされている吸引ポンプ3及びバルブ4の種類に応じて、設定手段18のインターフェースを使用して、ボタン操作等により、該当する吸引ポンプ3やバルブ4に設定して、入力されるべき吸引ポンプ3の所定の圧力における固有の吸引量(Sp)やバルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv)を特定する。この場合、上記のように、該当する吸引ポンプ3やバルブ4を選択するだけで、適切なパラメータに設定することができる。また、この時点で(運用開始前に)、これらのデータを活用して、上述した補正値(Cc(θ))も、バルブ4の開閉プレートの開閉角度の各度合い(θ)毎に算出して記憶しておく。

0067

その後、実際に処理チャンバ2内のガスの圧力を所定の目標値(圧力設定点)に調整する場合、まずは、初期値として、通常において圧力の制御が必要となる直前の状態であるバルブ4の開閉プレートが全閉(フルクローズ)の状態を前提とし、この状態では、下流側(吸引ポンプ3側)からのガスの流出はないことから(吸引ポンプ3が作動していないことから)、ガスの現在の予測流出量(Qo(n))も限りなく「0」に近い状態といえるため、流出量算定手段12において、吸引ポンプ3内の現在の圧力を求めるに際し、図6(B)に示すように、基準となるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))における「Qo(n−1)」に仮想値として「0」を入力すると共に(即ち、いわば定常状態にあるP2=P1となり、この段階では測定されたP1の値がそのままP2として、各種関数に入力される)、バルブ4の開閉プレートの現在の位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンス(Cv=f2(θ))を、同じく基準となるP2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))における「f2(θ,P)」に代入して、現在の吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)を算出する。

0068

このようにして算出された現在の吸引ポンプ3内のガスの圧力(P2)を、図4に示すように、流出量算定手段12により、吸引ポンプ3の吸引力によって吸引ポンプ3を介して処理チャンバ2から排出されるガスの予測流出量(Qo(n))を算出する基準であるQo(n)=P2*f1(P2)における「P2」に代入することにより、処理チャンバ2から排出されるガスの現在の予測流出量(Qo(n))を算出する。

0069

更に、このようにして算出されたガスの現在の予測流出量(Qo(n))、及び、圧力設定点として予め設定された目標値の圧力(Psp)、更には、入力された処理チャンバ2の容量(V)を、必要流入量算定手段14により、Qi=Qo+(ΔP/Δt)Vに算入して、処理チャンバ2内を目標値の圧力(Psp)とするのに必要なガスの流入量(Qi)を算出する。

0070

この場合、流出量算定手段12において、図6(B)に示すように、算出されたガスの現在の予測流出量(Qo(n))を、上記P2=P1−(Qo(n−1)/f2(θ,P))におけるQo(n−1)として再入力してフィードバックし、更に算出されたP2をQo(n)=P2*f1(P2)におけるP2及びf1(P2)に代入することにより予測流出量Qo(n−1)を算出し、必要流入量算定手段14において、この流出量算定手段12により算出された現在の予測流出量Qo(n)を元に、吸引ポンプ3内の現在の圧力(P2)の変化に応じた目標値の圧力(Psp)とするのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を常時補正して算出する。この場合、このループの時間をできるだけ短く、具体的には、5msec(0.05秒)程度として、圧力の変化に応じて常時瞬時に迅速に対応して、目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)を正確に算出して、処理チャンバ2内のガスの圧力を的確に所定の目標値(圧力設定点)に制御することができる。

0071

このようにして算出された目標値の圧力に達するのに必要な処理チャンバ2内に流入させるべきガスの必要流入量(Qi)に基づいて、流入量調整手段16により、バルブ4が、図4に示すように、バルブ4の開閉プレートのとある位置における開閉角度の度合い(θ)におけるバルブ4の固有のコンダクタンスが判明していることから(Cv=f2(θ))、これを逆算して、必要流入量(Qi)を確保するのに必要な特定のコンダクタンス(Cv)を得られるように、図示しない開閉プレートを所定の開閉角度の度合い(θ)に相当する位置に変位させる。これにより、処理チャンバ2内の圧力を目標値の圧力(Psp)に的確に制御する。

0072

本発明は、特に、半導体装置におけるエッチング装置やCVDによる薄膜処理、PVD、更には、フラットパネルディスプレイの製造等に使用される処理チャンバ等に広く適用することができる。

0073

1半導体製造装置
2処理チャンバ
3吸引ポンプ
4バルブ
5コントローラー
6圧力センサ
10圧力制御装置
12 流出量算定手段
14 必要流入量算定手段
16 流入量調整手段
18 設定手段

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ