(57)【要約】【課題】半導体又はフラットパネルディスプレイ製造アセンブリの真空チャンバのための圧力制御方法を提供する。【解決手段】本発明は、チャンバをガス抜きするためのポンプと、チャンバ内へのガスの流入を可能にするための流量コントローラとを含む圧力制御システムを備えた真空システムのチャンバ内の圧力を所要圧力に設定する方法に関し、本方法は、圧力増加率を増大させるために、圧力が所要圧力を超過することを許さない過渡期間にわたって発生するチャンバに入る及び／又はそこから出る初期流量を所要圧力を超える圧力を達成するように設定する段階と、過渡期間が経過した後のチャンバに入る及び／又はそこから出る事前設定流量を所要圧力を達成して維持するように設定する段階とを含む。所要圧力を達成して維持するために、Ｉｐｅｒｉｏｄが経過する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバをガス抜きするためのポンプと、前記チャンバ内へのガスの流入を可能にするための流量コントローラとを含む圧力制御システムを備えた真空システムのチャンバ内の圧力を所要圧力に設定する方法であって、
圧力増加率を増大させるために、前記所要圧力を超える圧力を達成するチャンバからの初期流量を、圧力が所要圧力を超過しない過渡期間にわたって発生させるように設定する段階と、
前記過渡期間が経過した後、前記チャンバから出る事前設定流量を、前記所要圧力が達成され、維持されるように設定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記過渡期間は、前記圧力が前記所要圧力まで増加した時に経過し、前記事前設定流量は、該圧力を該所要圧力に維持することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記事前設定流量は、前記圧力制御システムの有効排気速度を事前設定有効排気速度に設定することによって得られ、前記初期流量は、前記過渡期間中、該有効排気速度を該事前設定排気速度よりも低く設定することによって得られることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記有効排気速度は、前記ポンプの速度を低減することによって制御されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記事前設定流量は、前記ポンプの事前設定速度を設定することによって得られ、前記初期流量は、前記過渡期間中、該速度を前記事前設定速度よりも低く低減することによって得られることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
バルブが、前記チャンバから出るガスの流量を制御し、前記有効排気速度は、該バルブのコンダクタンスを制御することによって制御されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記事前設定流量は、前記バルブの事前設定コンダクタンスを設定することによって得られ、前記初期流量は、前記過渡期間中、該コンダクタンスを該事前設定コンダクタンスよりも低く低減することによって得られることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記バルブは、前記ポンプの上流又は下流に位置決めされていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ポンプは、高真空ポンプ及びバッキングポンプを含み、前記バルブは、該２つのポンプの間にあることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記流量コントローラは、前記過渡期間中の前記チャンバ内へのガスの流量を変化させることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
パージガスコントローラが、前記過渡期間中に前記ポンプ内にガスを導入することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
パージガスコントローラが、前記過渡期間中に前記ポンプの上流の前記真空システムにガスを導入することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記過渡期間中は、前記ポンプを超えて上流に漏れるガスの量が増加するように前記ポンプ速度が低減され、それによって前記チャンバ内に流れるガスが増加することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記初期流量は、前記過渡期間中、固定時間にわたって一定レベルに維持されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記初期流量は、前記過渡期間中、一定レベルに維持されないことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力制御方法に関し、特に、限定するわけではないが、半導体又はフラットパネルディスプレイ製造アセンブリの真空チャンバのための圧力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、容積Ｖ0のチャンバ１２と、チャンバ内の圧力を制御する圧力制御システム１０とを有する真空システムを示している。チャンバ１２をガス抜きするために、排気速度Ｓpumpを有する真空ポンプ１４が、チャンバ出口１６にダクト１８を通じて接続される。可変コンダクタンスＣvalveを有するバルブ２０は、チャンバ１２からポンプ１４へのガス流量を制御する。バルブ２０は、一般的に、図示のようにスロットルバルブであり、Ｃvalveを変化させるための可動ベーンを有する。圧力計２２は、チャンバ１２内の圧力Ｐをモニタし、圧力制御ユニット２４は、モニタした圧力Ｐに従ってＣvalveを制御する。チャンバ１２内への質量流量Ｑinのプロセスガスの流れは、質量流量コントローラ２６によって制御される。プロセスガスは、チャンバ内の圧力と有効排気速度Ｓeffの積によって判断される質量流量Ｑoutでチャンバ１２から排気される。有効排気速度は、次式で表される。
【数１】
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ここで、Ｃsystemは、バルブの上流の真空システムのコンダクタンスである。
【０００３】
作動中、ポンプ１４は、チャンバ１２を所定の低圧力までガス抜きし、圧力制御システム１０は、チャンバ１２内の圧力を増分的に高めて、各処理段階をその所要圧力で実行させる。圧力変化は、次式に従って発生する。
【数２】
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従って、Ｃvalveが所定のコンダクタンスに減少すると、有効排気速度が低下し、その結果Ｑoutが減少する。Ｑoutの減少は、チャンバ内のガスの質量が増大することを意味し、その結果チャンバ圧力が増加する。しかし、Ｓeffが低下する時にチャンバ圧力が増加するので（かつ、Ｑout＝圧力×Ｓeffである）、チャンバ圧力の変化率は、チャンバ圧力が定常の圧力で安定するまで低下することに注意すべきである。従って、所定コンダクタンスへのＣvalveの減少は、チャンバ圧力を増加させ、設定圧力で安定化させる。圧力の各増分的増加に必要なＣvalveの変化は、実験又はモデル化によって予め判断することができる。Ｃvalveは、例えば、バルブ機構のベーンの位置を変えることによって変更される。
【０００４】
圧力増加が起こるのに要する時間は、バルブ２０を所定のコンダクタンスに変化させるのに要する時間と、固定したバルブ位置及びプロセスガス質量流量に対する圧力増加率（すなわち、バルブが所定のコンダクタンスに変更された状態で圧力が増加するのに要する時間）とに依存する。第１の因子は、バルブの特定の設計に依存し、典型的に非常に小さい（２秒未満）。第２の因子は、システム内への質量流量（Ｑin）、システムの質量流量（Ｑout）、及びチャンバの容積Ｖ0に依存する。
【０００５】
例えば、図２に示すように、特定の処理段階のために２．５ｍｂａｒのチャンバ圧力が要求される時、バルブは、Ｃvalveが８５０ｍ3／ｈｏｕｒから５０ｍ3／ｈｏｕｒに低下するように事前設定した位置に設定される。その結果、圧力Ｐは、０．１ｍｂａｒから２．５ｍｂａｒに増加する。図２に示す例においては、Ｖ0が比較的小さくてＱinが比較的高く、従って、圧力応答時間は、バルブの応答時間によって制限される。従って、チャンバ内の圧力は、２秒後、すなわち、バルブ２０がその事前設定した位置に到達するのに要する時間後に２．５ｍｂａｒの所要圧力に到達する。
【０００６】
しかし、Ｖ0が比較的大きいか又はＱinが比較的低い場合は、圧力応答時間は増大する。Ｖ0が一般的に大きい１つの種類のチャンバは、フラットパネルディスプレイの製造に使用されるチャンバである。チャンバ内の遅い圧力応答時間の例が図３に示されている。図３は、Ｖ0が１００リットルであり、Ｑinが毎分２標準リットルであるシステムに関する圧力増加を示している。バルブ２０は、約２秒後にその事前設定した位置に到達するが、圧力Ｐは、約３５秒までは所要圧力に到達しないことが分かるであろう。
圧力応答時間を低減することができる圧力制御システム及び方法を提供することが、特にＶ0が比較的大きく又はＱinが比較的低いチャンバにおいて望まれている。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、チャンバをガス抜きするためのポンプと、チャンバ内へのガスの流入を可能にするための流量コントローラとを含む圧力制御システムを備えた真空システムのチャンバ内の圧力を所要圧力に設定する方法を提供し、本方法は、圧力増加率を増大させるために、圧力が所要圧力を超過することを許さない過渡期間にわたって発生するチャンバから出る初期流量を所要圧力を超える圧力を達成するように設定する段階と、過渡期間が経過した後のチャンバから出る事前設定流量を所要圧力を達成して維持するように設定する段階とを含む。
本発明の他の好ましい態様は、特許請求の範囲において規定されている。
本発明を十分に理解することができるように、単に例示的に与えられるそのいくつかの実施形態をここで添付図面を参照して以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
上述のように、真空システムのチャンバ内の圧力増加率は、次式で与えられる。
【数３】
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Ｖ0は、あらゆる所定の真空システムに対して一定であり、チャンバに入るガス流量とそこから出るガス流量の間の差が、チャンバ内のガスの蓄積、従って圧力増加率を制御する。図１に示す典型的なシステムにおいては、チャンバから出るガスの流量（Ｑout）は、バルブコンダクタンスを変化させることによって制御される。圧力の増加が要求されると、バルブコンダクタンスが所定のコンダクタンスに設定され、圧力を徐々に増加させて所要圧力で安定させることができる（図３を参照されたい）。この実施形態では、チャンバ１２の初期流入流量（Ｑin）及び／又は流出流量（Ｑout）は、圧力増加率を増大させるために所要圧力を超える圧力に到達するように設定される。この初期流量は、ある過渡期間にわたって発生し、かつ圧力が所要圧力を超過しないように選択される。このようにして、チャンバ内の圧力増加は、より迅速になる。好ましくは、初期流量は、所要圧力が得られた時に所定の流量にまで低減され、チャンバを所要圧力で安定させる。代替的に、初期流量は、所要圧力が得られる前に上述の所定流量まで低下させることができ、その圧力増加は、上述の好ましい方法のようには迅速ではないが、それでも従来法よりは速いと考えられる。
【０００９】
図４に示す第１の圧力制御方法においては、バルブは、５０ｍ3／ｈｏｕｒの事前設定コンダクタンスに設定される。このようなバルブコンダクタンスは、従来技術においては、グラフ上に重ね合わせた従来技術の応答曲線によって示すように約３５秒後に２．５ｍｂａｒの要求圧力まで圧力を徐々に低下させる。具体化された方法においては、Ｃvalveは、所要圧力を制御するための事前設定コンダクタンスよりも遥かに小さい初期コンダクタンスまで低減される。従って、流出流量（Ｑout）は、約６．５秒の過渡期間にわたって所要圧力のための所定の流出流量よりも低く設定される。従って、圧力は、僅か約８秒後に２．５ｍｂａｒに増加する。過渡期間の長さは、所要圧力と現状圧力の間の差、初期バルブコンダクタンスによって達成される圧力増加率、及びバルブの速度に従って算定される。Ｃvalveが５０ｍ3／ｈｏｕｒに高められたら、圧力制御ユニットは、圧力の変動を補正してチャンバを所要圧力に維持するようにＣvalveを制御する。この実施形態は、約２７秒の改善を提供する。
【００１０】
図４に示す実施形態では、Ｃvalveは、固定時間にわたり１０ｍ3／ｈｏｕｒの初期コンダクタンスまで低減される。この固定時間は、バルブが各位置の間を移動する、すなわち、５０ｍ3／ｈｏｕｒのコンダクタンスから１０ｍ3／ｈｏｕｒに移動して５０ｍ3／ｈｏｕｒに復帰するのに有限の時間がかかるので、上述の過渡期間よりも僅かに短い。しかし、この実施形態の変形を示す図５から認められるように、Ｃvalveは、いかなる長さの時間にわたってもこうした初期コンダクタンス値に維持される必要はない。図５において、７．５ｍｂａｒの所要圧力に到達するための事前設定Ｃvalveは、５７ｍ3／ｈｏｕｒである。Ｃvalveは、５７ｍ3／ｈｏｕｒ以下に低減されて０ｍ3／ｈｏｕｒになり、すぐに５７ｍ3／ｈｏｕｒに高められる。
【００１１】
図５は、圧力増加率を高めるために０ｍ3／ｈｏｕｒ（バルブ全閉）のコンダクタンスに低減されているＣvalveを示している。０ｍ3／ｈｏｕｒまでの低下は、Ｑoutをゼロにまで低減し、従って、圧力増加率は、本方法に対しては最大であり、以下のようになる。
【数４】
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しかし、所定のコンダクタンスと０ｍ3／ｈｏｕｒの間のいずれの値へのＣvalveの低下も、圧力が増加する率の増大の恩典を提供する。しかし、より良好な制御を保証するためには、ある一定の固定時間にわたってＣvalveを定常状態に維持することが有利であることに注意すべきである。
【００１２】
図１に示す真空システムの２つの変形が、例示的に図６及び図７に示されている。図６においては、バルブ２０は、ポンプ１４の下流に位置し、有効排気速度、従ってチャンバ１２内の圧力を制御するように作動可能である。図７においては、ポンプは、高真空ポンプ１５及びバッキングポンプ１７を有するように示されており、バルブ２０は、この２つのポンプの間に位置して有効排気速度を制御するように作動可能である。
【００１３】
ここで、第２の実施形態を図８から図１０を参照して以下に説明する。
図８は、図１に示すものに類似した構成の真空システムを示している。しかし、図１の構成に加えて、図８には、圧力制御ユニット２４と質量流量コントローラ２６との間の接続部２２が示されている。高められた圧力増加率は、チャンバ１２内へのプロセスガスの質量流量（Ｑin）を処理に必要とされるプロセスガスの質量流量を超えて過渡期間にわたって高めることによって達成される。Ｑinの増大は、所要圧力に対する所定の差分流量を超えて差分流量（Ｑin−Ｑout）を増大する。図９に示す例においては、バルブ２０は、３．５ｍｂａｒの所要圧力に対する所定の位置に設定される。処理に要するプロセスガスの質量流量（Ｑin）は、２標準リットル／分（ｓｌｐｍ）である。Ｑinは、約５秒の過渡期間にわたって２ｓｌｐｍを超えて高められ、圧力が増加する率を図９に重ね合わせた線で示すような従来技術で圧力が増加する率を超えて増加させる。過渡期間の長さは、所要圧力と現状圧力の差、初期流量によって達成される圧力増加率、及び質量流量コントローラの速度に従って算定される。Ｑinは、チャンバ１２内の圧力が所要圧力に到達するのと同時に２ｓｌｐｍに低減される。図９においては、Ｑinは、２０ｓｌｐｍまで高められ、そこで、それは過渡期間よりも僅かに短い期間にわたって維持され、質量流量が２ｓｌｐｍから増大し、かつ２ｓｌｐｍに減少するための有限の時間を可能にする。
図９に関して説明した方法の変形が図１０に関して説明されており、過渡期間中に、Ｑinは、１００ｓｌｐｍの質量流量に高められ、次に２ｓｌｐｍに直ちに低減されている。しかし、より良好な制御を保証するためには、固定時間にわたってＱinを定常状態に維持することが有利であることに注意すべきである。
【００１４】
第３の実施形態は、接続部３０が圧力制御ユニット２４をパージ質量流量コントローラ３２に接続する点で図１の構成と異なっている図１１に示されている。高められた圧力増加率は、パージガスがチャンバ１２内の圧力を高めるようにバルブ２０の上流のダクト１８内にパージガス（Ｑin2）を供給することによって達成される。パージガスは、過渡期間にわたって供給され、それによって差分流量（（Ｑin＋Ｑin2）−Ｑout）は、処理に要する圧力を維持するための所定の差分流量を超えて高められる。パージガスの供給は、図９及び図１０に関連して説明したものと類似した結果を達成する。
【００１５】
図８から図１１に関連して説明した実施形態は、単独に使用することができ、又は図４及び図５に関連して説明したようなバルブ制御の実施形態と組み合わせて使用することができる。こうした実施形態の組合せは、非常に迅速な圧力増加が要求される時又はチャンバ１２が非常に大きく又は処理のための質量流量が非常に少ない時に望ましい場合がある。真空システムを示す４つの例が図１２から図１５に示されている。図１２は、バルブ２０がポンプ１４の下流にあることにおいて図１１と異なっている。図１３においては、パージガス流量コントローラ３２は、ポンプ１４に直接ガスを導入するように配置されている。図１４は、２つのポンプ１５及び１７を示している図７と類似した構成を示している。図１４においては、パージガス流量コントローラ３２は、ポンプ１５に直接ガスを導入するように配置され、バルブ２０は、２つのポンプの間に位置決めされる。図１５においては、パージガス流量コントローラ３２は、高真空ポンプ１５の上流にガスを導入するように配置される。
【００１６】
第４の実施形態は、圧力制御ユニット２４とポンプインバータ３６の間に接続部３４が作られた点で図１に示す構成と異なっている図１６に示されている。接続部３４は、圧力制御ユニット２４がポンプ１４の回転速度及び従って排気速度（Ｓpump）を制御することを可能にするものである。バルブ２０は、構成から削除されている。Ｓpumpの低下は、有効排気速度を低下させ、従って圧力増加率を高める。更に、ポンプ１４の回転速度の低下は、ポンプを超えて上流に漏れるガスの質量流量（Ｑleak）を増加させる。その結果、差分流量（（Ｑin＋Ｑleak）−Ｑout）が更に高まる。従って、図１６に示す実施形態は、バルブコンダクタンスの実施形態と可変吸入ガス流量の実施形態の組合せを構成している。
【００１７】
作動中、排気速度Ｓpumpは、所要チャンバ圧力に到達してそれを維持するための所定の排気速度よりも低く過渡期間にわたって低減される。Ｓpumpは、この所定の排気速度よりも低く初期事前設定まで低減することができ、そこで、それはある一定の期間にわたって維持され、次に、所定の排気速度に高められる。代替的に、Ｓpumpは、ある一定の排気速度まで低減することができ、次に、直ちに所定の排気速度に高められる。しかし、より良好な制御を保証するためには、固定時間にわたって排気速度を定常状態に維持することが有利であることに注意すべきである。Ｓpumpは、チャンバ圧力が所要圧力に到達する前又はそれと同時に所定の排気速度に高められる。所要チャンバ圧力に到達した状態で、圧力制御ユニット２４は、チャンバ圧力Ｐをモニタし、圧力変動を補正するために排気速度を調節する。
【００１８】
第４の実施形態は、図９及び図１０に関連して説明した実施形態又は図４及び図５に関連して説明した実施形態のいずれか又は両方と組み合わせて使用することができる。
第４の実施形態の変形が図１７及び図１８に示されている。図１７においては、２つのポンプ１５及び１７を制御するための２つのインバータが作動可能である。図１８においては、単一のインバータが、下流のポンプ１７のみを制御するために作動可能である。
【００１９】
要約すれば、チャンバをガス抜きするためのポンプと、チャンバ内へのガスの流入を可能にするための流量コントローラとを含む圧力制御システムを備えた真空システムのチャンバ内の圧力を所要圧力に設定する方法が提供される。本方法は、圧力増加率を増大させるために、圧力が所要圧力を超過することを許さない過渡期間にわたって発生するチャンバに入る及び／又はそこから出る初期流量を所要圧力を超える圧力を達成するように設定する段階と、過渡期間が経過した後のチャンバに入る及び／又はそこから出る事前設定流量を所要圧力を達成して維持するように設定する段階とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】典型的な真空システムを示す図である。
【図２】従来技術の圧力制御方法に関する時間に対するチャンバ圧力及びＣvalveを示すグラフである。
【図３】従来技術の圧力制御方法に関する時間に対するチャンバ圧力及びＣvalveを示す別のグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態による圧力制御方法に関する時間に対するチャンバ圧力及びＣvalveを示すグラフである。
【図５】第１の実施形態の変形による圧力制御方法に関する時間に対するチャンバ圧力及びＣvalveを示すグラフである。
【図６】図１の真空システムの２つの変形のうちの一方を示す図である。
【図７】図１の真空システムの２つの変形のうちの一方を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による方法で使用する真空システムを示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による圧力制御方法に関する時間に対するチャンバ圧力及びチャンバ内へのガス流量を示すグラフである。
【図１０】図９に示す方法の変形を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による方法で使用する真空システムを示す図である。
【図１２】第１から第３の実施形態の方法で使用する真空システムの変形を示す図である。
【図１３】第１から第３の実施形態の方法で使用する真空システムの変形を示す図である。
【図１４】第１から第３の実施形態の方法で使用する真空システムの変形を示す図である。
【図１５】第１から第３の実施形態の方法で使用する真空システムの変形を示す図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態による方法で使用する真空システムを示す図である。
【図１７】図１６に示す真空システムの変形を示す図である。
【図１８】図１６に示す真空システムの変形を示す図である。
【図１】
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【図２】
2007519112.tif 000008
【図３】
2007519112.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007519112.tif 000013
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007519112.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
2007519112.tif 000025
2007519112.tif 000026