(57)【要約】  自動化方法を用いてポンプ速度を最適又は所望の速度に調整する装置が開示される。この装置は、チャンバに連結されていて、チャンバからガスを排出する真空ポンプを有する。センサがチャンバ内のガスの１つ又は２つ以上の特性、例えば圧力を測定する。測定された特性を所定値と比較する。真空ポンプの速度を比較結果に基づいて調節して、ついには真空ポンプ速度が所望の範囲内に収まるようにする。
2013519840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ速度を調整する装置であって、
チャンバに連結されていて、前記チャンバからガスを排出する真空ポンプと、
前記チャンバに結合されていて、前記チャンバ内の前記ガスの特性を測定するセンサと、
前記センサ及び前記真空ポンプに結合されていて、前記センサにより出力された前記チャンバ内の前記ガスの測定された特性を示す信号に応答して前記真空ポンプの速度を調節するコントローラとを有する、装置。
【請求項２】
前記センサは、圧力計である、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記特性は、前記チャンバ内の前記ガスの圧力である、請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラは、前記信号によって指示される前記ガスの前記測定圧力が所定値よりも低い場合、前記真空ポンプの速度を減少させる、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記信号によって指示される前記ガスの前記測定圧力が所定値よりも高い場合、前記真空ポンプの速度を増大させる、請求項４記載の装置。
【請求項６】
ポンプ速度の減少分は、ポンプ速度の増加分よりも大きい、請求項５記載の装置。
【請求項７】
ポンプ速度の減少分は、ポンプ速度の増加分の約５倍である、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記チャンバは、ロードロックチャンバである、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記特性は、前記チャンバ内の圧力を標的レベルに至らせるのに費やされた時間を含む、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記特性は、前記チャンバ内のダストレベルを含む、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記時間と前記ダストレベルの相関関係は、前記真空ポンプの速度を調節するために分析される、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記センサは、前記チャンバ、前記真空ポンプ又は前記チャンバを前記真空ポンプに連結しているフォアライン（fore line ）の振動数を測定する振動センサから成る、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記振動数が所定範囲内に収まるまで前記真空ポンプの速度を増減する、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記真空ポンプは、ブースターポンプ又はロードロックポンプである、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
チャンバに連結された真空ポンプの速度を調整する方法であって、
前記真空ポンプを第１の速度に設定するステップと、
前記チャンバ内のガスの特性を測定するステップと、
前記測定された特性を所定値と比較するステップと、
前記測定圧力と前記所定値の比較に基づいて前記真空ポンプの速度を調節するステップとを有する、方法。
【請求項１６】
前記特性は、前記チャンバ内の前記ガスの圧力である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記調節ステップは、前記ガスの前記測定圧力が所定値よりも低い場合、前記真空ポンプの速度を減少させるステップを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記調節ステップは、前記ガスの前記測定圧力が所定値よりも高い場合、前記真空ポンプの速度を増大させる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
ポンプ速度の減少分は、ポンプ速度の増加分よりも大きい、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
ポンプ速度の減少分は、ポンプ速度の増加分の約５倍である、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記調節ステップ前に、前記真空ポンプの速度が安定化するのを待機するステップを更に有する、請求項１５記載の方法。
【請求項２２】
前記特性は、前記チャンバの振動数を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２３】
前記調節ステップは、前記チャンバの前記振動数が所定範囲内に収まるまで前記真空ポンプの速度を増減するステップを含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記特性は、前記チャンバ内の圧力を標的レベルに至らせるのに費やされた時間を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２５】
前記特性は、前記チャンバ内のダストレベルを含む、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記真空ポンプの速度を調節するために前記時間と前記ダストレベルの相関関係を分析するステップを更に有する、請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、自動化制御方式を用いて真空ポンプの回転速度を調整する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空ポンプは、密閉空間内に低圧環境を作るために密閉空間からガスを排出する装置である。真空ポンプは、半導体製造プロセスで用いられる場合が多い。例えば、１つ又は２つ以上の真空ポンプを用いると、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス中、プロセスチャンバ内のガスを排出することができる。別の例として、真空ポンプを用いると、プロセスチャンバと周囲環境とをインタフェースするロードロックチャンバ内に低圧環境を作ることができる。半導体製造プロセスにおいて真空ポンプの機能によって分類される真空ポンプの例としては、ブースターポンプ、ロードロックポンプ及びバッキングポンプが挙げられるが、これらには限定されない。
【０００３】
従来、真空ポンプは、或る程度の性能保証をもたらすために互いに異なる用途について多くの変数に対応するよう仕様が過剰に設定されている場合が多い。半導体製造プラントは、種々の配管幾何学的形態及び製造機器公差を有している。仕様が過剰に設定された真空ポンプは、種々の半導体製造プラントにおける種々の設置要件に容易に対応することができ、しかも最小限の性能の或る程度の充足度を保証することができる。
【０００４】
過剰仕様により、真空ポンプは、種々の設置要件に対応することができるが、かかる真空ポンプには、エネルギー消費の面で非効率的であるという欠点がある。過剰仕様真空ポンプは、最適レベルよりも高い回転速度で作動する傾向がある。その結果、かかる真空ポンプは、許容可能な性能に必要なエネルギーよりも多量のエネルギーを消費する傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、作動中におけるポンプ速度の手動調節は、エネルギーを節約するために試みられている。しかしながら、かかる方法は、雑でありしかも不正確である。かかる方法は、真空ポンプが最適速度で作動するのに必要な正確さのレベルをもたらすことができない場合がある。さらに、手動調節は、一貫しておらず、誤差を生じやすい。これにより、望ましくないプロセス変動が生じる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、自動化制御方式を用いて真空ポンプの回転速度を調整する装置及び方法に関する。幾つかの実施形態では、ポンプ速度調整装置は、チャンバに連結されていて、チャンバからガスを排出する真空ポンプと、チャンバに結合されていて、チャンバ内のガスの特性を測定するセンサと、センサ及び真空ポンプに結合されていて、センサにより出力されたチャンバ内のガスの測定された特性を示す信号に応答して真空ポンプの速度を調節するコントローラとを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の幾つかの他の実施形態では、ポンプ速度調整方法は、真空ポンプを第１の速度に設定するステップと、チャンバ内のガスの特性を測定するステップと、測定された特性を所定値と比較するステップと、測定圧力と所定値の比較に基づいて真空ポンプの速度を調節するステップとを有することを特徴とする。
【０００８】
しかしながら、本発明の構成及び作動方法は、本発明の追加の目的及び利点と共に、特定の実施形態についての以下の説明を添付の図面と関連して読むと最も良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の幾つかの実施形態に従ってポンプ速度を調整する装置のブロック図である。
【図２】本発明の幾つかの実施形態に従ってポンプ速度を調整する方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の幾つかの実施形態に従ってポンプ速度を調整する例示の装置１００のブロック図である。装置１００は、ガス供給源１０２、チャンバ１０４、真空ポンプ１０６、センサ１０８及びコントローラ１１０を有するが、これらには限定されない。チャンバ１０４は、ガス供給源１０２から化学反応体及び他のガスを受け入れるプロセスチャンバであるのが良い。化学反応体は、通常、気体の状態でチャンバ１０４に供給され、そして、チャンバ１０４と真空ポンプ１０６を連結しているフォアライン（fore line）１０５とを介して真空ポンプ１０６によってチャンバ１０４から排出可能である。真空ポンプ１０６は、チャンバ１０４内に低真空又は部分真空環境を作る。
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態では、チャンバ１０４は、化学反応体が反応体ウェーハ上に薄い被膜層を形成することができるプロセスチャンバである。本発明の他の幾つかの実施形態では、チャンバ１０４は、ガス供給源が取り付けられ又は取り付けられていないロードロックチャンバであるのが良い。ロードロックチャンバは、プロセスチャンバからの半導体ウェーハの出入りの動きを容易にするためにプロセスチャンバと周囲環境との間のインタフェースとして働く。
【００１２】
本発明の幾つかの実施形態では、機能によって分類された真空ポンプ１０６は、ブースターポンプ、ロードロックポンプ又はバッキングポンプであるのが良い。設計により分類される場合、真空ポンプ１０６は、ルーツポンプ、ルーツ‐クローズ（roots-claws）ポンプ、スクリューポンプ、ロータリーベーンポンプ、ピストンポンプ、液体リングポンプ又はターボ分子ポンプであるのが良い。
【００１３】
センサ１０８は、チャンバ１０４内のガスの１つ又は２つ以上の特性を検出すると共に測定するためにチャンバ１０４に結合されている。例えば、センサ１０８は、チャンバ１０４内のガス状化学反応体又は他のガスの圧力を検出すると共に測定する圧力計であるのが良い。別の例として、センサ１０８は、チャンバ１０４内のガス状化学反応体又は他のガスの温度を検出すると共に測定する温度計であるのが良い。本発明の他の幾つかの実施形態では、センサ１０８は、チャンバ１０８、フォアライン１０５又は真空ポンプ１０６の振動数を検出すると共に測定するのが良い。注目されるように、本明細書において記載した例は、網羅的ではなく（これらが全てであるというわけではなく）、理解されるように、チャンバ１０４又は他の物理的コンポーネント内のガスの任意他の特性を検出すると共に測定することができる他のセンサは、本発明の範囲に含まれる。
【００１４】
コントローラ１１０は、チャンバ１０４内のガス状化学反応体又は他のガスの１つ又は２つ以上の測定された特性を示すセンサ１０８により出力された信号に応答して真空ポンプ１０６の回転速度を調節するよう真空ポンプ１０６を制御するためにセンサ１０８と真空ポンプ１０６との間に結合されている。コントローラ１１０は、測定された特性を所定値と比較し、比較結果に基づいて真空ポンプ１０６の回転速度を調節する。例えば、センサ１０８が圧力計である場合、コントローラ１１０は、チャンバ１０４内のガスの測定圧力を最適又は所望の圧力レベルを表す所定値と比較する。コントローラ１１０は、測定圧力が所定値よりも低い場合、真空ポンプ１０６の回転速度を減少させるよう真空ポンプ１０６を制御し、ついには、回転速度が所定値を中心とした許容可能な範囲内に収まるようになる。他方、コントローラ１１０は、測定圧力が所定値よりも高い場合、真空ポンプ１０６の回転速度を増大させるよう真空ポンプ１０６を制御し、ついには、回転速度が所定値を中心とした許容可能な範囲内に収まるようになる。
【００１５】
本発明の幾つかの実施形態では、ポンプ速度の減少分をポンプ速度の増加分よりも大きく設定するのが良い。例えば、減少分を増加分の約５倍に設定するのが良い。したがって、エネルギー消費量の下方調節は、上方調節よりも迅速に起こるということが可能である。
【００１６】
本発明の幾つかの実施形態では、測定される特性は、チャンバ１０４、フォアライン１０５又は真空ポンプ１０６の振動数であるのが良く、所定値は、真空ポンプ１０６、フォアライン１０５及びチャンバ１０４内における共振又は共鳴を回避すべき或る特定の条件において最適又は所望の振動数であるのが良い。かかる場合、センサ１０８は、チャンバ１０４に代えて又はこれに加えて、フォアライン１０５又は真空ポンプ１０６の振動数を測定するよう接続されるのが良い。振動数とポンプ速度の相関関係を見出すと、ポンプ速度を測定振動数と所定値との比較に基づいて増大させるべきか減少させるべきかを判定することができる。比較は、コントローラ１１０によって実施可能であり、コントローラ１１０は、センサ１０８からの測定値を表す信号を所定値と比較する。真空ポンプ１０６の速度を振動数が許容範囲内に収まるまで比較結果に基づいて調節するのが良い。
【００１７】
従来、ロードロックチャンバのポンプダウン作動中、真空ポンプは、ロードロックチャンバ内の圧力を標的レベルに迅速に至らせるために過剰仕様されている場合が多い。しかしながら、かかる方法は、電力消費量が高いという欠点を有し、しかもチャンバ内に残存するダストのかなり高いレベルを生じさせる場合がある。本発明の幾つかの実施形態では、装置１００は、ポンプの電力消費量を最小限にし又は減少させた状態でロードロックチャンバ内の最適又は所望ダストレベルを達成するためにロードロックポンプの作動停止時間を管理するために用いられるのが良い。例えば、チャンバ１０４は、半導体ウェーハがチャンバ内に装填されているときに標的圧力レベルがそのポンプダウン作動についてあらかじめ設定されたロードロックチャンバであるのが良い。最初のダウンサイクルでは、真空ポンプ１０６がチャンバ１０４内の圧力レベルを下げてこれを標的レベルに至らせるのに費やされる時間を測定する。ポンプダウン作動の終わり又はその実施中、チャンバ１０４内のダストレベルも又測定する。次に、ポンプ速度を次のサイクルにおける所定値によって上又は下に調節する。真空ポンプ１０６がチャンバ１０４内の圧力を標的レベルに至らせるのにサイクルにおいて費やされる時間及びチャンバ内のダストレベルを再び測定する。これらの測定値を分析してポンプ速度とダストレベルの相関関係を導き出す。次に、プロセスを最適又は所望の動作上の目的が達成されるまで繰り返し実施する。その結果、これにより、真空ポンプ１０６の電力消費量を最小限にし又は減少させた状態で最適又は所望ダクトレベルを得ることができる。
【００１８】
本発明の幾つかの実施形態では、センサ１０８とコントローラ１１０は、２つの別々の装置であるのが良い。本発明の幾つかの実施形態では、センサ１０８とコントローラ１１０は、単一装置として一体形であるのが良い。本発明の幾つかの実施形態では、コントローラ１１０は、単一の機器として真空ポンプ１０６に組み付けられるのが良い。本発明の幾つかの実施形態では、センサの数は、２個以上であるのが良く、コントローラの数も又、２個以上であるのが良い。本発明の幾つかの実施形態では、装置１００は、連続した段として並列に又は直列に動作する２つ以上の真空ポンプを有するのが良い。かかる場合、センサ１０８及びコントローラ１１０の設計は、真空ポンプ構成に従って変更の必要のある場合がある。理解されるように、当業者であれば、かかる設計変更を、本発明の開示に照らしてそれほど実験を行うことなく、容易に実施することができる。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に従ってポンプ速度を調整する方法を示す流れ図２００を示している。プロセス流れは、ステップ２０２で始まる。図１も又参照すると、ステップ２０４において、真空ポンプ１０６を最高速度までターンオンする。ステップ２０６において、ガス供給源１０２からチャンバ１０４へのガス流を所望のプロセス条件に合わせて設定する。ステップ２０８において、プロセスは、チャンバ１０４内のガスの圧力が安定化するまで待機する。ステップ２１０によって、チャンバ１０４内のガスの測定圧力を最適又は所望圧力レベルを表す所定値と比較する。測定圧力が所定値よりも低い場合、ステップ２１２において、ポンプ速度を所定の減少分だけ減少させる。測定圧力が所定値よりも高い場合、ステップ２１４において、ポンプ速度を所定の増加分だけ増大させる。次に、ステップ２１６において、プロセスは、チャンバ１０４内のガスの圧力が安定化するまで待機する。ステップ２１８において、チャンバ１０４内のガスの測定圧力を再び所定値と比較する。測定圧力が所定値よりも依然として高い場合、ステップ２１４において、ポンプ速度を再び所定増加分だけ増大させる。測定圧力が所定値よりも低い場合、ステップ２２０において、ポンプ速度を記憶させ、ステップ２２２においてプロセスが終了する。理解されるように、図２に示されているプロセス流をコントローラ１１０内における制御論理として具体化できる。
【００２０】
本発明の幾つかの実施形態では、図２に示されているプロセス流は、ロードロックポンプの回転速度を調節するために仕様できる。本発明の幾つかの実施形態では、図２に示されているプロセス流を用いると設計変更がほんの僅かな状態で真空ポンプ１０６、フォアライン１０５及びチャンバ１０４の望ましく振動を回避することができる。例えば、プロセス流れに用いられる測定圧力を真空ポンプ１０６、フォアライン１０５又はチャンバ１０４の測定振動数に変えることができる。理解されるように、かかる設計変更は、かなりテクニカルであり、本発明の範囲及び精神から逸脱しない。
【００２１】
本発明の一利点は、真空ポンプを最適速度で作動させることができる開示した装置及び方法によってエネルギーの節約が実現することである。本発明により、真空ポンプがもし上記のように構成されていない場合に消費するエネルギーよりも少ないエネルギーを消費することができる状態で、種々のファウンドリにおける種々の配管幾何学的形態に対応する上で過剰仕様がほんの僅かでよい真空ポンプを設計する際の単純性が維持される。自動化ポンプ速度調整装置及び方法は、従来の手動による方法よりも迅速且つ極めて正確な仕方で最適速度に達することができる。また、これにより、ストレスのかかった状況下においてポンプ速度を手動で調整することによって結果的に生じるヒューマンエラーの余地がなくなる。
【００２２】
上記説明は、多くの種々の実施形態又は本発明の種々の特徴を具体化する実施形態を提供している。コンポーネント及びプロセスの特定の実施形態は、本発明を明らかにするのに役立つよう説明されている。当然のことながら、これらは実施形態であるに過ぎず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から見て本発明を限定するものではない。
【００２３】
本発明を１つ又は２つ以上の特定の例に具体化されたものとして図示すると共に本明細書において説明したが、それにもかかわらず、本発明は、図示の細部に限定されるものではない。というのは、本発明の精神から逸脱することなく、しかも特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及びその均等範囲に属する実施形態の種々の改造及び構造的変更を行うことができるからである。したがって、特許請求の範囲の記載は、広く解されると共に特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲と一致した仕方で解されることが妥当である。
【図１】
2013519840.tif 000003
【図２】
2013519840.tif 000004
【国際調査報告】
2013519840.tif 000005