(57)【要約】真空堆積室の様なプロセス工具の少なくとも２つの帯域へ流れるガス又は蒸気の圧力を制御する方法及び制御するための多帯域圧力制御装置システムである。本システムは、プロセス工具の対応する帯域へガス又は蒸気の流れを提供するように構成及び配列されている少なくとも２つの流路であって、それぞれの流路が、各々の流路のガス又は蒸気の圧力を制御するように構成及び配列されている圧力制御装置と、流路からのガス又は蒸気の漏れ速度を提供するように構成されている漏らしオリフィス又はノズルとを含んでいる、流路と、室の真の漏れ速度を確定することができるように、プロセス工具のそれぞれの帯域への真の流れについての情報を確定するように構成及び配列されている制御装置と、を備えている。【選択図】図１
2013513028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス工具の少なくとも２つの帯域へ流れるガス又は蒸気の圧力を制御するための多帯域圧力制御装置において、
前記プロセス工具の対応する帯域へ前記ガス又は蒸気の流れを提供するように構成及び配列されている少なくとも２つの流路であって、それぞれの流路が、各々の流路のガス又は蒸気の前記圧力を制御するように構成及び配列されている圧力制御装置と、前記流路からのガス又は蒸気の漏れ速度を提供するように構成されている漏らし（leakby）オリフィス又はノズルとを含んでいる、流路と、
室における真の漏れ速度を確定することができるように、前記プロセス工具のそれぞれの帯域への真の流れについての情報を確定するように構成及び配列されている制御装置と、を備えている多帯域圧力制御装置。
【請求項２】
それぞれの流路の前記圧力制御装置は、それぞれの流路の前記圧力を感知するように構成されている圧力センサと、前記圧力を設定点と感知された前記圧力との関数として制御するための制御弁と、を含んでいる、請求項１に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項３】
それぞれの流路の質量流量センサであって、当該関連付けられている流路を通る流れの関数としての質量流量信号を提供するように構成及び配列されている質量流量センサを更に含んでおり、それぞれの帯域への前記真の流れについての情報は、対応する前記質量流量信号の関数である、請求項１に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項４】
前記真の流れについての情報は、対応する前記漏らしオリフィスノズルを通る流れの関数である、請求項３に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項５】
前記漏らしオリフィスノズルは、チョーク流れ条件下に作動するように構成されている、請求項４に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項６】
前記漏らしオリフィスノズルは、チョーク流れ条件下及び非チョーク流れ条件下に作動するように構成されている、請求項４に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項７】
前記漏らしオリフィス／ノズルの下流圧力を測定するための圧力変換器を更に含んでいる、請求項６に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項８】
前記制御装置は、それぞれの漏らしオリフィスノズルについて流量対圧力の較正表を含んでいる、請求項３に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項９】
前記制御装置は真の流れについての情報を、以下の関係式、即ち、
【数１】
2013513028.tif 000006
に基づいて計算し、ここに、
Ｑchamber,iは、流路ｉについての前記プロセス工具へ流入する流量であり、
Ｑmpc,iは、流路ｉにおける前記質量流量制御装置の前記流量センサによって測定された流量であり、
Ｑleakby,iは、流路ｉにおける前記オリフィス／ノズルの特性に基づいて計算され、そして、
【数２】
2013513028.tif 000007
は、流路ｉの前記圧力変換器によって測定された下流圧力Ｐd,iの変化率と、流路ｉについての前記制御弁と前記プロセス工具の間の下流体積Ｖd,iと、測定されたガス／蒸気温度Ｔと、の関数であり、Ｔstpは、標準温度、即ち２７３．１５Ｋであり、Ｐstpは、標準圧力、即ち１．０１３２５ｅ５Ｐａである、請求項３に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項１０】
上流圧力信号を前記制御装置に提供するために、流入ラインの上流圧力を測定するための圧力変換器を更に含んでいる、請求項１記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項１１】
前記上流圧力信号は、前記制御装置によって、前記流量センサ信号が圧力の影響を受けにくいものとなるように生の流量センサ信号への圧力外乱を補償するために使用される、請求項１０に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項１２】
前記上流圧力信号は、前記制御装置によって、前記上流圧力外乱を低減するべくそれぞれの流路について前記下流圧力への前行制御を講じるために使用される、請求項１０に記載の多帯域圧力制御装置。
【請求項１３】
プロセス工具の少なくとも２つの帯域へ流れるガス又は蒸気の圧力を制御する方法において、
少なくとも２つの流路のそれぞれからプロセス工具の各帯域へ導入されるガス又は蒸気の圧力を制御する工程と、
それぞれの流路からの流れを、前記流路からのガス又は蒸気の漏れ速度を提供するように構成されている漏らしオリフィス又はノズルから分流させる工程と、
前記室における真の漏れ速度を確定することができるように、前記プロセス工具のそれぞれの帯域への真の流れについての情報を確定する工程と、を備えている方法。
【請求項１４】
それぞれの流路の圧力を測定する工程と、前記圧力を、設定点と感知された前記圧力の関数として制御する工程と、を更に含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
それぞれの流路を通る流れの関数としての質量流量信号を提供する工程を更に含んでおり、前記それぞれの帯域への真の流れについての情報は、対応する前記質量流量信号の関数である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記真の流れについての情報は、対応する前記漏らしオリフィス又はノズルを通る流れの関数である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記漏らしオリフィス又はノズルは、チョーク流れ条件下に作動するように構成されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記漏らしオリフィス又はノズルは、チョーク流れ条件と非チョーク流れ条件のどちらの条件下にも作動するように構成されている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記制御装置は、それぞれの漏らしオリフィス又はノズルについて流量対圧力の較正表を含んでいる、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
[0001]本出願は、２００９年１２月７日出願の米国特許出願第１２／６３２，５１４号に基づくものであって、同特許出願に対する優先権を主張し、その内容全体をここに参考文献として援用する。
【０００２】
[0002]本開示は、多帯域圧力制御装置に関し、より詳しくは、真空堆積室の様なプロセス工具の多帯域の圧力を制御する改善された方法及び制御するための改善された装置に向けられている。
【背景技術】
【０００３】
[0003]製造される半導体ウェーハの大型化に伴い、真空堆積室の様なプロセス工具へガス又は蒸気を送達するためのシステムには、それぞれのウェーハの均一堆積と高品質加工を保証するために、堆積プロセスで使用されるガス又は蒸気をプロセス工具の１つより多くの帯域へ同時に導入することが求められている。所望の成果を実現するには、それぞれの帯域への入力流れの圧力を所望圧力に維持することが必須である。而して、ガス又は蒸気の流れを別々に制御される流路を通してプロセス室の２つの帯域の中へ制御された圧力で提供するものとしてデュアル帯域圧力制御装置が知られている。ウェーハ寸法が大きいほどなおいっそう望ましいとされつつあることから、ガス又は蒸気の圧力を制御するための多帯域圧力制御装置は、ガス又は蒸気をプロセス室の２つより多くの帯域へ制御された圧力で提供するように設計されねばならない。しかしながら、帯域の数が増加すれば、より多くの帯域を制御する必要性が当然ながら出てくることから、多帯域圧力制御装置の製造費用を縮減する必要がある。また、これらの制御装置によってもたらされる物理的空間制限を軽減するために更なる努力が講じられねばならない。
【０００４】
[0004]実施においては、ウェーハは、ウェーハ支持体上に配置され、真空によって所定場所に保持される。より大きなウェーハの場合、ウェーハは自身とウェーハ支持体の間の接触区域の周りに完全なシールを形成することができないかもしれない。結果として、これらの接触区域の１つ又はそれ以上での多少の漏れが生じて、帯域のそれぞれへ導入されるガスの圧力を制御するのが困難になる可能性がある。現在のところ、ウェーハ支持体とウェーハの間の接触区域の漏れにもかかわらずそれぞれの帯域への流入流れの所望圧力が維持されるようにするためには、それぞれの帯域へのガス又は蒸気の流入流れ圧力を調節することができるように、それぞれの流路の対応する帯域への流入流れから流れの一部を部分的に分流させるためのニードル弁（「漏らし（leakby）」弁と呼称）が採用されている。
【０００５】
[0005]而して、漏らし弁は、確実に、それぞれの帯域への流入流れが所与の同じ圧力設定点について流路間で一致するように、それぞれの流路を微調整するのに使用することができる。こうして、室の様々な帯域へ流入する流量は、様々なニードル弁を微調整することによって均等化させることができる。しかしながら、ニードル弁は、高価であり、大抵は範囲の限られている製造区域の空間を物理的に奪ってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１２／６３２，５１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0006]本開示の態様及び実施形態は、これまでに指摘されている欠点について、真空堆積室の様なプロセス工具の少なくとも２つの帯域へ流れるガス又は蒸気の圧力を制御する方法及び制御するための多帯域圧力制御装置システムによって、その解決を図る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本システムは、プロセス工具の対応する帯域へガス又は蒸気の流れを提供するように構成及び配列されている少なくとも２つの流路であって、それぞれの流路が、各々の流路のガス又は蒸気の圧力を制御するように構成及び配列されている圧力制御装置と、流路からのガス又は蒸気の漏れ速度を提供するように構成されている漏らしオリフィス又はノズルとを含んでいる、流路と、室における真の漏れ速度を確定することができるように、プロセス工具のそれぞれの帯域への真の流れについての情報を確定するように構成及び配列されている制御装置と、を備えている。
【０００９】
[0007]本開示の他の特徴及び利点は、ここに記載されている例示としての実施形態の詳細な説明を図面を参照しながら読み解いてゆけば理解されることであろう。
[0008]本開示の態様は、次に続く説明を添付図面と併せて精読することからより深く理解されるものであり、図面は本質的に説明を目的としたものであり制限を課すものではないと考えられたい。図面は、必ずしも縮尺が合っているわけではなく、むしろ開示の原理に重点を置いている。
【００１０】
[0012]図面には、或る特定の実施形態が描かれているが、当業者には、描かれている実施形態は説明目的であり、示されている実施形態並びにここに記載されている他の実施形態の変型が本開示の範囲内で想起され実践され得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】真空堆積室の多帯域へのガス又は蒸気の流入流れの圧力を制御するための多帯域制御装置の１つの実施形態の部分概略部分ブロック図である。
【図２】図１の多帯域制御装置の１つの流路の部分概略部分ブロック図である。
【図３】真空堆積室の多帯域へのガス又は蒸気の流入流れの圧力を制御するための多帯域制御装置の第２の実施形態の部分概略部分ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0013]先に説明されている様に、本開示の実施形態は、多帯域圧力制御のための改善された解法を提供するためのシステム及び提供する方法に向けられている。本システム及び方法は、上流圧力外乱に対応した、改善された圧力制御性能を提供している。具体的には、本システム及び本方法については、一方では上述のデュアル帯域圧力制御装置の材料、製造、及び性能についての費用を縮減しながらも、真空堆積室の様なプロセス工具の多帯域への真の流れについての情報を提供するように、システムは構成及び配列されており、方法は施行されている。
【００１３】
[0014]特に、本システムは、それぞれのニードル弁を、それぞれの流路の圧力制御のための漏らしラインを提供するオリフィス又はノズルで置換している。その様なオリフィス／ノズル構成は、多帯域圧力制御装置の購買者及びユーザーには望ましいことに、費用、材料、及び空間を縮減する。但し、オリフィス／ノズルを単独で採用しようとすれば、当該オリフィスを、現行装置の既存のニードル弁セットアップに適合させるために機械加工する際に極めて厳しい公差が要求されることになろう。そうなれば、システムに甚大な費用が加算されることになり、それぞれのニードル弁をより単純な装置と置き換えることによって費用を削減しようという目的が挫かれてしまうことであろう。
【００１４】
[0015]本発明の１つの態様によれば、多帯域圧力制御装置は、オリフィス／ノズルのニードル弁との差し替えを、対応するニードル弁用の置換物としてのオリフィス／ノズルの構築及び採用時の製造公差を容認され得る公差に留めながら、提供するように配列及び構成されている。
【００１５】
[0016]別の態様によれば、システムは、何らかの上流圧力外乱を感知するように構築及び配列されている。これは、上流圧力を感知する圧力変換器又はセンサを採用することによって遂行されるのが望ましい。圧力変換器は、多帯域圧力制御装置が圧力の影響を受けにくい（ＰＩ：pressure insensitive）流れ制御を提供するために使用することのできる情報を提供する。上流圧力外乱があり、質量流量制御装置のセンサに偽の流量信号があれば、システムはそのことを上流圧力変換器の出力のおかげで知り、偽の流量信号を取り消す。多帯域圧力制御装置は、更に、上流圧力情報を使用して、上流圧力外乱が下流圧力の制御に影響を及ぼす前に前行制御を講じることができる。而して、記載されているシステム及び方法は、製造者及び顧客らにとって少ない費用でより優れた制御性能を提供する。
【００１６】
[0017]図１及び図２を参照すると、多帯域圧力制御装置システム１０の１つの実施形態は、ガス源１４からのガス又は蒸気を受け入れる入口１２を含んでいる。システムへ流入する流れの速度は、Ｑｔで示されている。上流圧力Ｐｕ部１６が、システムへ流入するガス又は蒸気の圧力を感知し、上流圧力測定値を表す信号を制御装置２６へ提供するように、接続されている。システムは、入口から流れを受け入れ、流れを複数（２つ又はそれ以上）の流路１８ａ、１８ｂ．．．１８ｎ間で分割する。それぞれの流路は、質量流量制御装置（２０ａ、２０ｂ．．．２０ｎで表示）を含んでいる。それぞれの質量流量制御装置２０は、質量流量センサ２２と制御弁２４を含んでいる。質量流量制御装置２０のセンサ２２は、対応する流路１８を通るガス又は蒸気の流量を感知し、感知された流量を表す信号を制御装置２６へ提供するように、構築及び配列されている。制御装置２６は、ユーザーインターフェース（ＵＩ）を通して、ユーザーからデータを受信したりユーザーへデータを送信したりするように配列及び構成されている。それぞれの流路１８には、更に、対応する流路の圧力を感知するための圧力変換器（２８ａ、２８ｂ．．．２８ｎと表示）が設けられている。それぞれの変換器２８によって測定された圧力を表す信号が制御装置２６に提供される。
【００１７】
[0018]上述の様に、ニードル弁は高価であり、また、大きな空間を奪う。従って、それぞれのニードル弁を、実質的に安価であり対応するニードル弁よりも空間を奪わないオリフィス／ノズルと置換するのが望ましい。但し、ニードル弁を排除すれば、システムを細かに調節するために個々の流路を微調整する能力がなくなる。これは、それぞれの流路を通る流れが一致するようにオリフィスと弁では性能を厳しい公差内で相等しくさせること、という高度な要件を生じさせる。その様な厳しい公差は、費用をつり上げ、結果的にニードル弁の排除によって手に入る蓄えを失わせることになる。
【００１８】
[0019]本発明の１つの態様によれば、関心対象の真の測定値は、「漏らし」オリフィス／ノズルを通る流れに関わりなく、それぞれの流路を通ってプロセス工具の各帯域へ流入する蒸気又はガスの真の流れであることが判明している。このやり方では、そうでなければ要求されるであろう厳しい公差の懸念なしに、それぞれの流路に、各々の流路からの漏らしを提供するためのオリフィス／ノズル３２ａ、３２ｂ．．．３２ｎを設けることができる。漏らしオリフィス／ノズル３２を含む漏らしラインは全て、圧力制御のために流路からガス又は蒸気を引き出すための真空ポンプ３４に接続されている。
【００１９】
[0020]このやり方では、プロセス工具３６のそれぞれの帯域へ送達されるガスの圧力は、精確に制御されることになる。それぞれの下流変換器２８は、対応する流路内の圧力の測定値を提供していて、測定された圧力の関数としての信号を制御装置２６へ生成する。制御装置２６は、測定された圧力を設定点の圧力と比較し、流路と関連付けられている制御弁２４に信号を提供して、測定された圧力と設定点が同じに保たれるように、流れに対する何らかの調節を施させる。
【００２０】
[0021]システム１０のそれぞれの流路を通ってプロセス工具３６へ流入する真の流れを提供するために、それぞれの流路は、各対応する流路を通る流れの速度を制御するための質量流量制御装置２０を含んでいる。それぞれの質量流量制御装置２０のセンサ２０の生の流量センサ信号は、典型的には、プロセス工具診断のために使用されている。しかしながら、何らかの上流圧力外乱は、流量センサに偽の流量信号を生成することであり、少なくとも幾つかの用途ではプロセス工具の診断中に偽の警報を引き起こす原因となろう。更に、生の流量センサ信号は、室内のウェーハの周りの漏れについての十分な指標とはならない。
【００２１】
[0022]従って、システム１０の制御装置２６は、それぞれのセンサ２２と上流圧力変換器１６とそれぞれの下流圧力変換器２８からのデータを使用して、それぞれの流路を通ってプロセス工具３６へ流入する真の流れを以下の関係式、即ち、
【００２２】
【数１】
2013513028.tif 000003
【００２３】
に従って測定及び制御するように構成及び配列されており、ここに、
Ｑchamber,iは、流路ｉについてのプロセス工具３６へ流入する正味又は真の流量であり、
Ｑmpc,iは、質量流量制御装置２０の流量センサ２２によって測定された流量である。当該流量は更に、それが圧力の影響を受けにくい流量となるように、流路ｉの上流圧力変換器１６によって補償されるものであり、
Ｑleakby,iは、流路ｉのオリフィス／ノズル３２の特性に基づいて計算される。図１の実施形態では、それぞれのノズル／オリフィス３２は、それぞれのノズル／オリフィスを通るチョーク流れ条件―測定することができるか又は当該ノズル／オリフィスの特性に基づいて計算することができる―が存在するように構築されており、そして最後の項、即ち、
【００２４】
【数２】
2013513028.tif 000004
【００２５】
は、流路ｉの圧力変換器２８によって測定された下流圧力Ｐd,iの変化率と、流路ｉについての制御弁２４とプロセス工具３６の間の下流体積Ｖd,iと、測定されたガス／蒸気温度Ｔと、の関数である。Ｔstpは、標準温度、即ち２７３．１５Ｋであり、Ｐstpは、標準圧力、即ち１．０１３２５ｅ５Ｐａである。
【００２６】
[0023]流路を通って流れるガス又は蒸気が既知であるなら、Ｑleakby,iを計算する場合の唯一の変数は下流圧力Ｐｄであり、下流変換器２６を用いて測定することができる。よって、
【００２７】
【数３】
2013513028.tif 000005
【００２８】
であり、ここに、
Ｃ’は、オリフィスについての排出係数（典型的な値は０．７から１．０）であり、
Ａiは、オリフィスの断面寸法であり、
Ｐd,iは、流路ｉにおける変換器２８によって測定された下流圧力であり、そして、
ｆ（γ，Ｍ，Ｔ）は、ガス関数、即ち、ガスの比熱比γと、ガスの分子量Ｍと、ガスの温度Ｔの関数である。
【００２９】
[0024]図２を参照して、Ｑchamber,iは、プロセス室の帯域ｉにおけるウェーハの周りの真の漏れを示している。これは、それまでプロセス工具診断に使用されてきた変数Ｑmpcr,iよりも精度が高く有意である。ウェーハの周りの漏れ速度を診断するのにＱchamber,iの使用が受け入れられることで、その結果、漏らしオリフィス／ノズルに課せられる厳しい公差要件の必要性は排除され、従ってそれぞれのオリフィス／ノズルの費用は軽くなる。成果は、本システム及び方法は、（ａ）多帯域圧力制御用途での優れた制御性能と、（ｂ）多帯域圧力制御装置からの圧力の影響を受けにくい流れ出力情報と、（ｃ）プロセス工具診断のための、室の様なプロセス工具への真の流れについての情報と、を提供し、なお且つニードル弁の必要性を排除する、というものである。
【００３０】
[0025]成果は、多帯域圧力制御用途のための優れた解法であり、即ち、上流圧力外乱に対応した制御性能の改善、並びにプロセス工具診断のための、プロセス室への真の流れについての情報の提供である。
【００３１】
[0026]以上に指摘されている様に、図１に示されている実施形態は、それぞれのノズル／オリフィス３２が、それぞれのノズル／オリフィスを通るチョーク流れ条件―測定することができるか又は当該ノズル／オリフィスの特性に基づいて計算することができる―が存在するように構築されることを要件としている。図３を参照すると、多帯域圧力制御装置システム４０は、それぞれのノズル／オリフィス４２ａ、４２ｂ．．．４２ｎがチョーク流れ条件と非チョーク流れ条件のどちらの条件下でも作動することができるように構築及び配列されているものである。具体的には、圧力変換器４４が、漏らしオリフィス／ノズルを通る流れがチョークしていなくても漏らし流量を計算することができるように、漏らしラインの下流圧力を測定するよう接続及び配列されている。それぞれのオリフィス／ノズルを通る漏らし流れは、２つの方法のうちの１つ、即ち（１）数式か、又は（２）圧力変換器２８によって測定されるノズルの上流圧力と下流圧力変換器４４によって測定されるノズルの下流圧力の関数としてのＱleakby,iの様々な値を有するルックアップ表、のどちらかによって計算することができる。
【００３２】
[0027]当業者には、本開示の実施形態は、電気分解を制御するため制御アルゴリズム／ソフトウェア／信号を含めて、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの何らかの組合せに実装でき、また１つ又はそれ以上のネットワークを介して実装できることが理解されるであろう。
【００３３】
[0028]ここでは一部の特定の実施形態を説明してきたが、当業者には、本開示の方法、システム、及び装置は、本開示の精神から逸脱することなく他の特定の形式に具現化され得ることが理解されるであろう。例えば、記載されているシステム及び方法は、多帯域制御システムの幾つの数の流路についても実装することができる。更には、制御装置２６は方程式（１）を使用して、それぞれの流路についてＱchamber,iを計算するように配列させることができる。代わりに、流量対圧力の様々な読み出しが提供されるように較正技法を使用して表を生成することもできる。
【００３４】
[0029]従って、ここに記載され、付随の特許請求の範囲に請求されている実施形態は、あらゆる点で、本開示の説明を目的としたものであり制限を課すものではないと考えられたい。
【符号の説明】
【００３５】
１０  多帯域圧力制御装置システム
１２  入口
１４  ガス源
１６  上流圧力変換器
１８、１８ａ、１８ｂ．．．１８ｎ  流路
２０、２０ａ、２０ｂ．．．２０ｎ  質量流量制御装置
２２  質量流量センサ
２４  制御弁
２６  制御装置
２８、２８ａ、２８ｂ．．．２８ｎ  下流圧力変換器
３２、３２ａ、３２ｂ．．．３２ｎ  オリフィス／ノズル
３４  真空ポンプ
３６  プロセス工具
４０  多帯域圧力制御装置システム
４２、４２ａ、４２ｂ．．．４２ｎ  ノズル／オリフィス
４４  圧力変換器
【図１】
2013513028.tif 000008
【図２】
2013513028.tif 000009
【図３】
2013513028.tif 000010
【国際調査報告】
2013513028.tif 000011
2013513028.tif 000012