(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス導入管(12)、排気管(14)及び圧力計(13)を備えた反応容器(11)にガスを供給しつつ排気して反応容器(11)内を所定の圧力に調節する排気装置であって、前記排気管(14)の先に配置したコントロールバルブ(15)と、前記コントロールバルブ(15)に直列に接続したインバータ(18)駆動による排気速度可変な排気ポンプ(16)と、圧力計(13)の値と設定値(B)とを比較してその結果によりコントロールバルブ(15)を制御する圧力制御部(17b)と、前記圧力制御部(17b)及びインバータ(18)を制御する主制御部(17a)とを備え、ガス導入管(12)よりガスを所定流量供給すると共にコントロールバルブ(15)を所定の開度(F)まで開き、かつ、インバータ(18)の周波数を当初設定値(A)から変曲点(D)の周波数(Df)までリニアに上昇させ、当該変曲点(D)の周波数(Df)から定常値までより緩やかな勾配で上昇させて定常状態に保ち、インバータ(18)の周波数が定常状態に到達する前であって、圧力計(13)の出力値が設定値(B)に達したときに、主制御部(17a)によって圧力制御部(17b)を働かせ圧力コントロールを始める排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスパッタ装置とかＣＶＤ装置のように反応容器内にガスを供給しつつその供給にバランスした排気を行なって反応容器内を所定の圧力に制御する排気装置に関し、特にＭＯ−ＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル成長）装置は多層膜の成長に使用されるので条件の幅が広くしたがって排気速度の広い範囲での調節が求められるが、このような広いレンジで排気速度を調節して安定な圧力調節が得られる排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来装置の例を図面を用いて説明する。図３はそれを概念的に示す図面である。図において１は例えばＣＶＤ装置の反応容器であり所定の温度に加熱されるものであるが本発明の要点には関係がないので説明を省略する。反応容器１はガス導入管２を備え、材料ガスやキャリアガスが導入される。更に圧力計３を備え設定値と比較するようになっている。又、排気管４を備える。排気管４の先には排気インピーダンスを調節するコントロールバルブ５と排気ポンプ６とが直列につながった排気装置がつながっている。そして圧力計３の値と設定した値と比較してその結果によりコントロールバルブ５を制御するコントローラ７を備えている。
【０００３】
膜成長時にはガス導入管２より材料ガスやキャリアガスを所定流量供給し、排気管４より未反応ガス、反応により生成されたガス、キャリアガス等がコントロールバルブ５を介して排気ポンプ６により排気される。そして反応容器１内の圧力は導入されるガスの流量、反応による増減、排気速度、反応容器１内の温度等のバランスで定まる。そして圧力の設定は成長させる膜の種類や材料ガス等に応じて適当な値に選ばれる。そこで、圧力計３の値が設定値より高い時にはコントローラ７はコントロールバルブ５を開き排気速度を上げる。そして、圧力計３の値が設定値より低い時にはコントローラ７はコントロールバルブ５を閉じ排気速度を小さくする。
【０００４】
この装置における排気ポンプ６はほぼ一定のパワーで排気していて、コントロールバルブ５により見かけの排気速度を制御するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば種々の材質の化合物半導体の多層膜を形成するＭＯ−ＶＰＥ装置のように材料ガスの種類が種々あり、成膜する膜も種々あり、従って供給する材料ガスの流量や成膜時の圧力も幅の広い調整範囲を要求され設備に上記したような構成を適用しようとすると調整範囲が十分でない。そこでこの発明は排気速度の調整範囲を拡大した排気装置を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにこの発明の排気装置は、ガス導入管、排気管及び圧力計を備えた反応容器にガスを供給しつつ排気して反応容器内を所定の圧力に調節する排気装置であって、前記排気管の先に配置したコントロールバルブと、前記コントロールバルブに直列に接続したインバータ駆動による排気速度可変な排気ポンプと、圧力計の値と設定値とを比較してその結果によりコントロールバルブを制御する圧力制御部と、前記圧力制御部及びインバータを制御する主制御部とを備え、ガス導入管よりガスを所定流量供給すると共にコントロールバルブを所定の開度まで開き、かつ、インバータの周波数を当初設定値から変曲点の周波数までリニアに上昇させ、当該変曲点の周波数から定常値までより緩やかな勾配で上昇させて定常状態に保ち、インバータの周波数が定常状態に到達する前であって、圧力計の出力値が設定値に達したときに、主制御部によって圧力制御部を働かせ圧力コントロールを始めることを特徴とする。この構成によれば排気速度の大きい状態で制御する場合は排気ポンプの回転を高めた状態で維持して排気インピーダンス調整器で反応容器の圧力を制御するとか、逆に排気インピーダンス調整器を開いた（抵抗の低い）状態で維持し排気ポンプの回転速度で制御しても良い。排気速度の小さい状態で制御する場合は排気ポンプの回転を低く維持して排気インピーダンス調整器で反応容器の圧力を制御するとか、逆に排気インピーダンス調整器を絞った（抵抗の高い）状態で維持し圧力を排気ポンプの回転速度で制御しても良い。そのようにすれば排気速度の制御を広い範囲とすることが出来る。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１はそれを概念的に示す図面である。図において１１はＭＯ−ＶＰＥ装置反応容器であり所定の温度に加熱されるものであるが本発明の要点には関係がないので説明を省略する。反応容器１１はガス導入管１２を備え、材料ガスやキャリアガスが導入される。更に圧力計１３を備え設定値と比較するようになっている。又、排気管１４を備える。排気管１４の先には排気インピーダンスを調節するコントロールバルブ１５と排気ポンプ１６とが直列につながった排気装置がつながっている。この排気ポンプ１６はインバータ１８により駆動制御され回転速度可変である。そしてコントローラ１７がインバータ１８に排気ポンプの回転速度（排気速度）を指示するとともに圧力計１３の値と設定された値と比較してその結果によりコントロールバルブ１５を制御する。即ちコントローラ１７は主制御部１７ａと圧力制御部１７ｂとを含んでいる。主制御部１７ａは圧力制御部１７ｂ、インバータ１８を制御すると共に全体的な制御を行ない、圧力制御部１７ｂは時々刻々の圧力計の値と設定値とを比較してその結果によりコントロールバルブ１５を制御するものである。
【０００９】
次に、この装置の排気条件の設定に付いて説明する。図２（ａ）はコントロールバルブ１５の開度の時間的経緯を示すグラフであり、図２（ｂ）はインバータ１８の出力周波数（排気ポンプ１６の回転数）の時間的経緯を示すグラフであり、図２（ｃ）は圧力計１３の出力値の時間的経緯を示すグラフである。これらのグラフに示す以下の各条件を予め設定しておかねばならない。なお、説明の順番に設定する必要はない。
ａ）コントロールバルブ１５の排気立ち上げ時の開度Ｆ：極端に開いたり、閉じすぎたりしない程度に中間的な値で良い。
ｂ）排気開始時Ｔ０のインバータ周波数Ａ：これは当初急激に排気すると風により反応容器１１内に風が起こりダストが舞い上がるような不都合が生じるので低い値に設定する。
ｃ）コントロールする圧力値Ｂ：この設定値と圧力計１３の出力値とを比較して制御が行なわれる。
ｄ）コントロール時のインバータ周波数Ｃ：圧力を一定にコントロールしている時は一定にして（従って排気ポンプ１６の能力を固定して）コントロールバルブ１５により制御する。この値は供給するガスの流量やコントロールする圧力値等を考慮してこの時コントロールバルブ１５の開度が制御性の良い２０〜３０％になるように選ぶ。
ｅ）インバータ周波数立ち上げ時の変曲点Ｄ（Ｔ０からの時間ｔＤと周波数Ｄｆ）：想定した減圧のカーブに応じて設定する。
ｆ）インバータ１８が定周波Ｃ動作に入る点Ｅまでの時間ｔＥ：設定圧力Ｂに到達する時刻Ｔ１は点Ｄより後で点Ｅより前になるように設定する。
ｇ）排気ストップ信号時Ｔ２から排気ポンプ１６が止まるまでの時間ｔｏｆｆ
【００１０】
次に動作に付いて説明する。ガス導入管１２よりキャリアガスを所定流量供給して排気動作をスタートさせると、排気管１４よりコントロールバルブ１５を介して排気ポンプ１６により排気されはじめる。その際コントロールバルブ１５の開度は設定値Ｆに固定され、排気ポンプ１６を駆動するインバータ１８の周波数は当初設定値Ａで始まりＤ点の周波数Ｄｆに向けリニアに上昇する。その後Ｅ点に向けてより緩やかな上昇勾配で周波数が増大する。Ｅ点に到達前の時刻Ｔ１に圧力計１３の出力値が設定値Ｂに達すると主制御部１７ａは圧力制御部１７ｂを働かせ圧力コントロールが始まる。そうすると圧力制御部１７ｂに制御されてコントロールバルブ１５が少し閉まって圧力を設定値Ｂにコントロールする。以後は刻々の圧力計１３の出力値に応じてコントロールバルブ１５の開度が調節される。その後点Ｅに達して以後は排気ポンプ１６の回転は一定となって圧力調整はコントロールバルブ１５の開度調節のみとなって定常制御状態に入る。そうするとガス導入管１２よりキャリアガスに加えて反応ガスも導入して成膜が行われる。反応ガスの量はキャリアガスの量に比較して少ないので導入当初においても圧力の乱れは小さくて制御はすぐに回復する。
【００１１】
所定の成膜が終わって時刻Ｔ２にストップ信号が与えられると反応ガスは止められ、設定したｔｏｆｆ時間の間にインバータ１８の周波数が排気ポンプ１６が機能しない所までリニアに下がる。そうすると排気ポンプ１６の排気能力が低くなって行くので圧力制御部１７ｂの制御によりコントロールバルブ１５は全開となるが、さらに排気ポンプ１６の排気量が低くなると反応容器１１の圧力は上昇して行く。そして排気ポンプ１６が停止して動作を終える。
【００１２】
上記実施例の説明は１種類の成膜に付いて説明したが、この装置で種々の成膜を行なうにそれぞれ排気条件を異ならせる必要があればそれぞれの設定を記憶させ、切り替え適用するようにすれば良い。また、多層膜の形成に用いる場合も同様である。
【００１３】
この装置によれば排気ポンプ１６の能力を可変に設定できるので、コントロールバルブ１５による圧力制御をもっとも制御性の良い開度の当たりで行なえるので安定した制御が行なえる。また、制御出来る範囲が格段に広くなる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明の排気装置によれば広い排気速度の可変範囲が得られ、反応容器内の圧力を制御するのにより広い条件に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】その動作状態をグラフ（タイムチャート）であり、
（ａ）はコントロールバルブの開度の時間的経緯を示す。
（ｂ）はインバータ１８出力周波数（排気ポンプ１６の回転数）の時間的経緯を示す。
（ｃ）は圧力計１３の出力値の時間的経緯を示す。
【図３】従来の装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  反応容器（容器）
１２  ガス供給管
１３  圧力計
１４  排気管
１５  コントロールバルブ（排気インピーダンス調節器）
１６  排気ポンプ
１７  コントローラ
１７ａ  主制御部
１７ｂ  圧力制御部
１８  インバータ
【図１】
0003560476.tif 000002
【図２】
0003560476.tif 000003
【図３】
0003560476.tif 000004