(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバの排気口に真空バルブを介して真空ポンプが取り付けられ、前記真空バルブを閉じた状態でガスの供給を開始した前記真空チャンバ内を目標の圧力に制御する真空バルブの制御方法であって、
予め前記真空チャンバ内の圧力データとそれを目標の圧力にするための真空バルブの開度データを時系列で計測する計測ステップと、
計測した前記圧力データ及び前記開度データから、前記真空バルブの開度に対するガスの流れやすさを表すコンダクタンスを算出する算出ステップと、
算出した前記コンダクタンスの変化分が、前記真空バルブの全開状態におけるものから変化していないとみなせる範囲を特定し、その範囲内で設定された閾値における前記真空バルブの指示開度を取得する取得ステップと、を有し、
前記真空チャンバ内を目標の圧力にする際に、前記真空バルブを全開ではなく前記指示開度まで開いてガスの排気を開始し、ガス流量に対する前記真空バルブの安定開度にしていき目標の圧力で維持する、
ことを特徴とする真空バルブの制御方法。
【請求項２】
前記閾値は、前記コンダクタンスの変化分が５％の範囲内で設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブの制御方法。
【請求項３】
真空チャンバの排気口に真空バルブを介して真空ポンプが取り付けられ、前記真空バルブを閉じた状態でガスの供給を開始した前記真空チャンバ内を目標の圧力に制御する圧力制御コントローラであって、
予め前記真空チャンバ内の圧力データとそれを目標の圧力にするための真空バルブの開度データを時系列で計測する計測部と、
前記圧力データ及び前記開度データから、前記真空バルブの開度に対するガスの流れやすさを表すコンダクタンスを算出する算出部と、
前記コンダクタンスの変化分が、前記真空バルブの全開状態におけるものから変化していないとみなせる範囲を特定し、その範囲内で設定された閾値における前記真空バルブの指示開度を取得する取得部と、
前記真空チャンバ内を目標の圧力にする際に、前記真空バルブを全開ではなく前記指示開度まで開いてガスの排気を開始し、ガス流量に対する前記真空バルブの安定開度にしていき目標の圧力で維持する制御部と、を有する、
ことを特徴とする真空バルブの圧力制御コントローラ。
【請求項４】
請求項３に記載の圧力制御コントローラで制御される、
ことを特徴とする真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空チャンバ内の圧力を一定に保つための真空バルブの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、太陽電池、液晶などの製造における各種プロセスでは、ウエハ（シリコン等の半導体基板）やガラス基板などに真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）等により薄膜を形成する手段や、薄膜の必要部分をレジストでマスクし、不要部分を腐食作用により削り取るエッチング手段や、エッチング後に不要となったレジストをオゾンやプラズマにより除去するアッシング手段などが用いられる。【０００３】
例えば、スパッタリング装置では、基板が配置された真空チャンバ内にＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスを導入し、所定の真空度で高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、材料であるターゲットに衝突させることにより、叩き出された材料を当該基板に付着させて薄膜を形成する。【０００４】
真空チャンバ内にはガスが供給されるが、製品の品質を向上させるためには、所定の真空度が維持されるよう、真空チャンバ内の圧力制御を精度良く行う必要がある。真空チャンバの排気口には真空バルブを介して真空ポンプが取り付けられ、真空バルブの開度によってガス流量を制御することで、真空チャンバ内の圧力を一定に保つ。特許文献１に記載されているように、設定圧力に追従させるフィードバック制御を行って設定排出ガス量を得る圧力制御方法の発明も開示されている。【０００５】
圧力制御においては、真空バルブを閉じた真空チャンバ内にガス供給が開始されて圧力が高くなった状態から、圧力を下げて目標の圧力で安定させる場合、まず排気口から一気にガスを排出しようとして真空バルブが全開する。真空チャンバ内の圧力が下がってくると排出するガス流量を抑えるために真空バルブを閉じていき、目標の圧力になると真空バルブの開度も安定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１１１５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
真空バルブには、排気口に回転軸を通して弁体を回転させることで開度を調整するバタフライバルブや、弁体を振り子のように回動させて排気口に重ねることで開度を調整するペンドロールバルブなどがある。バタフライバルブは、全開から全閉までに要する時間は短いが、全開しても排気口に通っている回転軸に排出物が付着すると、開閉動作に支障が生じる可能性がある。それに対し、ペンドロールバルブは、回転軸は排気口を通らないが、全開から全閉までに時間を要する。ペンドロールバルブの場合、排気口の内径が大きくなるほど、弁体の移動量も多くなるので、移動に要する時間も増えてしまう。【０００８】
そこで、本発明は、真空バルブの動作によって真空チャンバ内を目標の圧力にするまでの時間を短縮する真空バルブの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明である真空バルブの制御方法は、真空チャンバの排気口に真空バルブを介して真空ポンプが取り付けられ、前記真空バルブを閉じた状態でガスの供給を開始した前記真空チャンバ内を目標の圧力に制御する真空バルブの制御方法であって、予め前記真空チャンバ内の圧力データとそれを目標の圧力にするための真空バルブの開度データを時系列で計測する計測ステップと、計測した前記圧力データ及び前記開度データから、前記真空バルブの開度に対するガスの流れやすさを表すコンダクタンスを算出する算出ステップと、算出した前記コンダクタンスの変化分が、前記真空バルブの全開状態におけるものから変化していないとみなせる範囲を特定し、その範囲内で設定された閾値における前記真空バルブの指示開度を取得する取得ステップと、を有し、前記真空チャンバ内を目標の圧力にする際に、前記真空バルブを全開ではなく前記指示開度まで開いてガスの排気を開始し、ガス流量に対する前記真空バルブの安定開度にしていき目標の圧力で維持する、ことを特徴とする。【００１０】
また、前記真空バルブの制御方法において、前記閾値は、前記コンダクタンスの変化分が５％の範囲内で設定される、ことを特徴とする。【００１１】
また、本発明である真空バルブの圧力制御コントローラは、真空チャンバの排気口に真空バルブを介して真空ポンプが取り付けられ、前記真空バルブを閉じた状態でガスの供給を開始した前記真空チャンバ内を目標の圧力に制御する圧力制御コントローラであって、予め前記真空チャンバ内の圧力データとそれを目標の圧力にするための真空バルブの開度データを時系列で計測する部と、前記圧力データ及び前記開度データから、前記真空バルブの開度に対するガスの流れやすさを表すコンダクタンスを算出する算出部と、前記コンダクタンスの変化分が、前記真空バルブの全開状態におけるものから変化していないとみなせる範囲を特定し、その範囲内で設定された閾値における前記真空バルブの指示開度を取得する取得部と、前記真空チャンバ内を目標の圧力にする際に、前記真空バルブを全開ではなく前記指示開度まで開いてガスの排気を開始し、ガス流量に対する前記真空バルブの安定開度にしていき目標の圧力で維持する制御部と、を有する、ことを特徴とする。【００１２】
また、本発明である真空バルブは、前記圧力制御コントローラで制御される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、真空チャンバの圧力制御において、最初に真空バルブを開くときに全開よりも若干閉じた指示開度にすることで、指示開度から全開して指示開度に戻るまでの往復に伴う無駄な動作を省き、真空バルブの開度が安定して目標の圧力が維持されるまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明である真空バルブの制御方法における弁体の動作を説明する図である。
【図２】本発明である真空バルブの制御方法が適用される圧力制御系を示すブロック図である。
【図３】本発明である真空バルブの制御方法が実行される圧力制御コントローラのブロック図である。
【図４】本発明である真空バルブの制御方法を実行するにあたり予め計測したチャンバ圧力とバルブ開度を示すグラフである。
【図５】本発明である真空バルブの制御方法を実行するにあたり予め算出したバルブ開度に対するコンダクタンス特性を示すグラフである。
【図６】本発明である真空バルブの制御方法を実行したときの結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【実施例１】
【００１６】
まず、本発明である真空バルブの制御方法について説明する。図１は、真空バルブの制御方法における弁体の動作を説明する図であり、（ａ）は弁体が全開した状態を示し、（ｂ）は弁体の開度が５０％以上１００％未満の状態を示す。【００１７】
図１に示すように、真空システム１００は、真空チャンバ１１０内を所定の真空度にするための圧力制御系であり、真空チャンバ１１０の排気口１２０に真空バルブ２００を介して真空ポンプ３００（図２参照）が取り付けられる。なお、本実施例においては、真空バルブ２００としてペンドロールバルブを使用した例を示す。【００１８】
ペンドロールバルブは、排気口１２０より一回り大きいサイズの弁体２１０、弁体２１０を回動させるためのアーム２２０、及びアーム２２０の回動の支点となる回転軸２３０を有し、全閉位置（開度０％）では弁体２１０が排気口１２０に対して完全に重なって真空チャンバ１１０が密閉され、全開位置（開度１００％）では弁体２１０が排気口１２０と全く重ならない位置まで移動する。なお、開度が０％より大きくても（例えば５％）ガスが排出されなければ全閉位置とする。【００１９】
真空バルブ２００の弁体２１０を全閉位置にした状態で真空チャンバ１１０内にガスの供給を開始し、真空チャンバ１１０内を目標の圧力で維持するために、真空バルブ２００の開度を調節して排気口１２０から排出されるガス流量を制御する。【００２０】
通常、真空チャンバ１１０内の圧力が高くなっている場合は、（ａ）のように真空バルブ２００を全閉位置から全開位置まで回動させてガスを排出するが、ガス流量が排気口の内径に応じた最大排出量を下回るまでは全開状態が維持される。そして、真空チャンバ１１０内の圧力が下がって排出するガス流量を制限する場合は、（ｂ）のように真空バルブ２００を揺動させて開度を調整する。そして、目標の圧力になると、弁体２１０の位置も安定する。【００２１】
図２は、真空バルブの制御方法が適用される圧力制御系を示すブロック図である。図３は、真空バルブの制御方法が実行される圧力制御コントローラのブロック図である。なお、図３において、一点鎖線内は圧力制御コントローラ４００に含まれず、一点鎖線内と圧力制御コントローラ４００を含むものが真空システム１００である。【００２２】
図２に示すように、真空システム１００の圧力制御系においては、真空チャンバ１１０にガス５２０を供給しながら、圧力制御コントローラ４００を用いて、真空ポンプ３００へ排出されるガス流量を真空バルブ２００の開度で制御することにより、真空チャンバ１１０内の圧力を一定に維持する。【００２３】
真空チャンバ１１０へのガス５２０の供給には、マスフロー５００を使用し、マスフローコントローラ５１０でガス５２０の流量を計測して所定の流量（例えば、５０ｓｃｃｍ）となるように制御すれば良い。なお、真空チャンバ１１０内でガス５２０が反応等するため、供給したガス５２０の流量に対して、排出すべきガス流量が同じになるとは限らない。【００２４】
圧力制御コントローラ４００は、真空チャンバ１１０内の圧力を真空計１３０で計測し、目標の圧力にするために排出すべきガス流量に応じた開度となるように、真空バルブ２００の開閉機構を駆動させる。圧力制御コントローラ４００は、ＡＰＣ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）コントローラとも呼ばれる。なお、排出されるガス流量は、真空バルブ２００の開度を検出すれば推定可能である。【００２５】
図３に示すように、圧力制御コントローラ４００は、流入ガス流量推定部４１０、補正部４２０、開度計算部４３０、モータ制御部４４０、コンダクタンステーブル作成部４５０、及び圧力ゲイン計算部４６０などを有する。【００２６】
流入ガス流量推定部４１０は、まず、真空バルブ２００の開度を検出し、真空バルブ２００から排出されるガス流量を推定する。そして、推定された排出ガス流量に基づいて仮想の真空チャンバ１１０内の圧力を計算し、実際に真空計１３０で計測された真空チャンバ１１０内の圧力との差分から、真空バルブ２００に流入するガス流量を推定する。【００２７】
補正部４２０は、まず、目標の圧力として設定された圧力指示値を一次遅れフィルタに通した圧力値と、真空計１３０の計測値に一次遅れフィルタを介してノイズを除去した圧力値とから、圧力偏差を求める。そして、ＰＩＤ制御により圧力偏差に基づいて排出ガス流量を得るための補正値を算出する。【００２８】
開度計算部４３０は、まず、流入ガス流量推定部４１０で推定された流入ガス流量に、補正部４２０で算出された補正値を適用したものを、排出ガス流量として設定する。そして、設定された排出ガス流量においてコンダクタンスを計算することにより、圧力指示値にするための真空バルブ２００の開度を算出する。【００２９】
なお、コンダクタンス（ｓｃｃｍ／Ｐａ）は、真空バルブ２００の開度ごとにガスの流れやすさについて、真空チャンバ１１０内の圧力（Ｐａ）に対する排気口１２０から排出されるガス流量（ｓｃｃｍ）で表したものとする。圧力の単位は、ｍＴｏｒｒを使用しても良い。【００３０】
モータ制御部４４０は、真空バルブ２００を開度計算部４３０で算出された開度にするために開閉機構のモータを駆動させる。なお、真空バルブ２００の開度は、センサー等で検出し、流入ガス流量推定部４１０にフィードバックされる。また、真空チャンバ１１０内の圧力も、真空計１３０で計測し、流入ガス流量推定部４１０及び補正部４２０にフィードバックされる。【００３１】
圧力制御コントローラ４００は、開度計算部４３０で所定のガス流量を排出するためにどれくらいのコンダクタンスがあれば良いか算出し、モータ制御部４４０で必要なコンダクタンスに見合う位置（開度）で真空バルブ２００の弁体２１０が停止するように制御する。【００３２】
ここで、真空チャンバ１１０内を目標の圧力にする際に、真空バルブ２００を全開してからコンダクタンスに見合う安定開度にしていくのではなく、全開まで行かなくともある程度の指示開度まで開いてガスの排気を開始し、そこから真空バルブ２００を安定開度にしていくことで、目標の圧力で維持されるまでの弁体２１０の動作時間を短縮する。【００３３】
図４は、真空バルブの制御方法を実行するにあたり予め計測したチャンバ圧力とバルブ開度を示すグラフである。図５は、真空バルブの制御方法を実行するにあたり予め算出したバルブ開度に対するコンダクタンス特性を示すグラフである。圧力制御コントローラ４００は、コンダクタンス特性をラーニングしておき、真空バルブ２００の制御に用いる。【００３４】
図４に示すように、まず、圧力制御コントローラ４００は、予め真空チャンバ１１０内の圧力データ６００とそれを目標の圧力にするための真空バルブ２００の開度データ６１０を時系列で計測する。なお、真空チャンバ１１０内に流入するガス流量は、マスフロー５００及びマスフローコントローラ５１０によって所定の量に制御される。【００３５】
圧力データ６００を低め（例えば、０Ｐａ）にしたい場合は、開度データ６１０を大きく（例えば、１００％）にすれば良く、圧力データ６００を高め（例えば、１２００Ｐａ以上）にしたい場合は、開度データ６１０を小さく（例えば、２０％以下）にすれば良い。【００３６】
図５に示すように、次に、計測した圧力データ６００及び開度データ６１０から、真空バルブ２００の開度に対するガスの流れやすさを表すコンダクタンス６２０を算出する。例えば、開度データ６１０が小さければ（例えば、１０％）、ガスの排出が抑制され、開度データ６１０が大きければ（例えば、１００％）、ガスの排出が促進される。なお、開度データ６１０が５０％よりも大きくなると、コンダクタンス６２０の変化分は小さくなる。【００３７】
さらに、算出したコンダクタンス６２０の変化分が、真空バルブ２００の全開状態におけるものから変化していないとみなせる範囲を特定し、その範囲内で設定された閾値６３０における真空バルブ２００の開度データ６１０を指示開度として取得する。【００３８】
例えば、変化していないとみなせる範囲を２％までとしたとき、閾値６３０を開度データ６１０が１００％のときのコンダクタンス６２０から２％下がったところと設定すると、そのときの開度データ６１０は７０％となり、それを指示開度とすれば良い。なお、変化していないとみなせる範囲は５％以内とすることが好ましい。【００３９】
図６は、真空バルブの制御方法を実行したときの結果を示すグラフであり、（ａ）は指示開度が１００％の場合であり、（ｂ）は指示開度が７０％の場合である。図６に示すように、目標圧力６４０を約７Ｐａとしたときに、真空チャンバ１１０内の圧力値６６０が約１４００Ｐａで、真空バルブ２００の開度値６７０が約２０％の状態から制御する例である。【００４０】
図６（ａ）のように指示開度６５０による制御をしない場合（すなわち、指示開度６５０ａを１００％にした場合）、まず、圧力値６６０ａを一気に下げるために、圧力制御コントローラ４００は、真空バルブ２００を全開させるよう指示し、開度値６７０ａが１００％まで上がる。【００４１】
次に、真空チャンバ１１０から排出されるガス流量が多くなることで圧力値６６０ａが下がっていき、目標圧力６４０を下回ると、圧力制御コントローラ４００は、排出されるガス流量を抑えるために真空バルブ２００を閉じるように指示し、開度値６７０ａが下がっていく。【００４２】
さらに、真空チャンバ１１０から排出されるガス流量を調整することで圧力値６６０ａが目標圧力６４０に近づくと、真空バルブ２００の開度値６７０ａも調整されて徐々に安定する（この例では約４０％）。このとき、目標圧力６４０になるまで約９秒であった。【００４３】
図６（ｂ）のように指示開度６５０ｂを７０％にした場合、まず、圧力制御コントローラ４００は、真空バルブ２００の開度値６７０ｂを７０％にするように指示する。なお、真空チャンバ１１０から排出されるガス流量は、指示開度６５０ａが１００％の場合とほとんど変わらないレベルである。【００４４】
次に、真空チャンバ１１０から排出されるガス流量が多くなることで圧力値６６０ｂが下がっていき、目標圧力６４０を下回ると、圧力制御コントローラ４００は、排出されるガス流量を抑えるために真空バルブ２００を閉じるように指示し、開度値６７０ｂが下がっていく。【００４５】
さらに、真空チャンバ１１０から排出されるガス流量を調整することで圧力値６６０ｂが目標圧力６４０に近づくと、真空バルブ２００の開度値６７０ｂも調整されて徐々に安定する。このとき、目標圧力６４０になるまで約８秒であり、指示開度６５０ａが１００％の場合よりも約１秒短縮された。【００４６】
真空バルブ２００の弁体２１０が大きく重量がある場合は、全閉に近い状態から全開に近い状態まで振子状に回動させるのに時間を要するため、目標圧力６４０となる安定開度に移動するまでの時間に影響する。１秒でも短縮されることで、１日に何千回と繰り返し行われる作業の時間を大きく短縮することができる。【００４７】
このように、真空チャンバ１１０の圧力制御において、最初に真空バルブ２００を開くときに全開よりも若干閉じた指示開度にすることで、指示開度から全開して指示開度に戻るまでの往復に伴う無駄な動作を省き、真空バルブ２００の開度が安定して目標の圧力が維持されるまでの時間を短縮することができる。【００４８】
以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、ペンドロールバルブだけでなく、バタフライバルブ等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１００：真空システム（圧力制御系）
１１０：真空チャンバ
１２０：排気口
１３０：真空計
２００：真空バルブ（ペンドロールバルブ）
２１０：弁体
２２０：アーム
２３０：回転軸
３００：真空ポンプ
４００：圧力制御コントローラ（ＡＰＣコントローラ）
４１０：流入ガス流量推定部
４２０：補正部
４３０：開度計算部
４４０：モータ制御部
５００：マスフロー
５１０：マスフローコントローラ
５２０：ガス
６００：圧力データ
６１０：開度データ
６２０：コンダクタンス
６３０：閾値
６４０：目標圧力
６５０：指示開度
６６０：圧力値
６７０：開度値
【要約】
真空チャンバの排気口に真空バルブを介して真空ポンプが取り付けられ、真空バルブを閉じた状態でガスの供給を開始した真空チャンバ内を目標の圧力に制御する真空バルブの制御方法であって、予め真空チャンバ内の時間ごとの圧力データを計測すると共に、真空バルブの時間ごとの開度データを計測する計測ステップと、計測した圧力データ及び開度データから、真空バルブの開度に対するガスの流れやすさを表すコンダクタンスを算出する算出ステップと、算出したコンダクタンスの変化分が、真空バルブの全開状態におけるものから変化していないとみなせる範囲を特定し、その範囲内で設定された閾値における真空バルブの指示開度を取得する取得ステップと、を有し、真空チャンバ内を目標の圧力にする際に、真空バルブを全開ではなく指示開度まで開いてガスの排気を開始し、ガス流量に対する真空バルブの安定開度にしていき目標の圧力で維持する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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