(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプ装置を通って流れる第１ガスの熱的特性を判定する工程と、
第１ガスの判定された熱的特性に基づいて真空ポンプ装置の作動パラメータを設定する工程とを有することを特徴とする真空ポンプ装置の作動パラメータを調節する方法。
【請求項２】
前記第１ガスの特性を判定する工程は、真空ポンプ装置が、前記特性を表示する信号を受ける段階からなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記信号は、真空ポンプ装置の上流側のプロセスツールから与えられることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記信号は、プロセスツールをこの下流側の真空ポンプ装置に連結するフォアライン内のセンサにより発生されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記センサは、第１ガスの熱伝導率の直接測定または間接測定を行うように構成されていることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記第１ガスの熱的特性を判定する工程は、
真空ポンプ装置が、これを通して第１ガスをポンピングするときに真空ポンプ装置の特性をモニタリングすること、および
モニタリングした特性に基づいて第１ガスの特性を判定することからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記特性は、動力消費パターンであることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記真空ポンプ装置はブースタポンプおよびバッキングポンプからなり、ブースタポンプおよびバッキングポンプは、ブースタポンプがプロセスチャンバの下流側かつバッキングポンプの上流側になる態様でプロセスチャンバに直列に連結されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記第１ガスの熱的特性を判定する工程は、所与の瞬間でのブースタポンプの動力消費が第１所定閾値より大きいか否かを判定することからなることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第１ガスの熱的特性を判定する工程は、所与の瞬間でのブースタポンプの動力消費が第１所定閾値より大きい場合に、所与の瞬間でのバッキングポンプの動力消費が第２所定閾値より小さいか否かを判定することからなることを特徴とする請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
前記第１ガスの熱的特性を判定する工程は、バッキングポンプの動力消費が第２所定閾値より小さくかつブースタポンプの動力消費が所与の瞬間での第１所定閾値より大きい場合に、重いガスとして第１ガスを選定することからなることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記作動パラメータは、バッキングポンプの動力消費が第２所定閾値より小さくかつブースタポンプの動力消費が所与の瞬間での第１所定閾値より大きい場合に、重いガスの特性にしたがって重いガス作動パラメータとなるように設定されることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
前記第１ガスの熱的特性を判定する工程は、バッキングポンプの動力消費が第２所定閾値より大きくかつブースタポンプの動力消費が所与の瞬間での第１所定閾値より大きい場合に、水素リッチガスとして第１ガスを選定することからなることを特徴とする請求項１０、１１または１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記作動パラメータは、バッキングポンプの動力消費が第２所定閾値より大きくかつブースタポンプの動力消費が所与の瞬間での第１所定閾値より大きい場合に、水素リッチガスの熱的特性にしたがって水素作動パラメータとなるように設定されることを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１５】
前記水素作動パラメータの真空ポンプ装置に対する動力限度は、重いガス作動パラメータの真空ポンプ装置に対する動力限度より大きいことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記水素作動パラメータの真空ポンプ装置に対する温度限度は、重いガス作動パラメータの真空ポンプ装置に対する温度限度より大きいことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記第１ガスの熱的特性を判定する工程は、ブースタポンプの動力消費が第３所定閾値より小さいか否かを判定することからなることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
前記第１ガスの熱的特性を判定する工程は、ブースタポンプの動力消費が第３所定閾値より小さい場合に、所定の速度閾値を超えるか否かを判定することからなることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記作動パラメータは、ブースタポンプが所定の速度閾値を超えかつブースタポンプの動力消費が第３所定閾値より小さい場合に、水素リッチガスの熱的特性にしたがって水素作動パラメータとなるように設定されることを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。
【請求項２０】
前記動力消費パターンは、真空ポンプ装置の動力消費と真空ポンプ装置の入口圧力との関係からなることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項２１】
前記動力消費パターンは、真空ポンプ装置の動力消費と真空ポンプ装置のポンプ速度との関係からなることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項２２】
前記動力消費パターンは、真空ポンプ装置の動力消費と真空ポンプ装置の温度との関係からなることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項２３】
プロセスチャンバを備えたプロセスツールと、
プロセスチャンバを真空引きする真空ポンプ装置と、
真空ポンプ装置を通って流れる第１ガスの熱的特性を示す情報に応答して真空ポンプ装置の作動パラメータを設定するように構成されたコントローラとを有することを特徴とする装置。
【請求項２４】
前記情報は、プロセスツールにより発生された信号の形態をなしていることを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記信号は、プロセスツールをこの下流側の真空ポンプ装置に連結するフォアライン内のセンサにより発生されることを特徴とする請求項２４記載の装置。
【請求項２６】
前記センサは、第１ガスの熱伝導率の直接測定または間接測定を行うように構成されていることを特徴とする請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記情報は、真空ポンプ装置のモニタリングされる特性の形態をなしていることを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２８】
前記モニタリングされる特性は動力消費パターンからなることを特徴とする請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記真空ポンプ装置はブースタポンプおよびバッキングポンプからなり、ブースタポンプおよびバッキングポンプは、ブースタポンプがプロセスチャンバの下流側かつバッキングポンプの上流側になる態様でプロセスチャンバに直列に連結されていることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプ装置の作動パラメータの調節方法および／または調節装置に関し、より詳しくは、真空ポンプ装置を通って流れるガスの熱的特性に基づいて、真空ポンプ装置の出力限度および温度限度を自動調節する方法および／または装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体または他の工業的製造工程に使用されるシステムは、数ある中で一般に、プロセスツールと、ブースタポンプおよびバッキングポンプを備えた真空ポンプ装置と、除害装置（abatement device）とを有している。半導体製造用途では、一般に、プロセスツールはプロセスチャンバを有し、該プロセスチャンバ内では、半導体ウェーハが所定構造に加工される。真空ポンプ装置はプロセスツールに連結され、種々の半導体加工技術を遂行できるように、プロセスチャンバを真空引きしてプロセスチャンバ内に真空環境を創出する。真空ポンプ装置によりプロセスチャンバから真空引きされたガスは、大気環境に放出される前に、ガスの有害成分または毒性成分を破壊しまたは分解する除害装置に導かれなくてはならない。
【０００３】
多くの半導体加工技術は、異なる工程で種々のガスをプロセスチャンバ内に注入することと関連している。水素は、有機金属化学蒸着（Metalorganic Chemical Vapor Deposition: ＭＯＣＶＤ）、 プラズマ増強化学蒸着（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: ＰＥＣＶＤ）およびシリコンエピタキシー等の加工に一般的に使用されているガスの１つである。水素リッチガスは、より重いガス状成分を含むことから、しばしば非常に異なる特性を呈する。大きい割合の水素を含むガスは、高い熱伝導率を有する傾向があり、一方、大きい割合の重いガス状成分を含むガスは低い熱伝導率を有する傾向がある。水素リッチガスが真空ポンプを通ってポンピングされるとき、ロータとステータとの温度差は、ガスが大きい割合の重いガス状成分を含む場合のロータとステータとの温度差より小さくなる傾向がある。このため、重いガスをポンピングする真空ポンプに比べ、水素リッチガスをポンピングする真空ポンプは、熱膨張により引き起こされるロータとステータとの衝突により焼付く危険性が低くなる。
【０００４】
半導体製造工程で使用される真空ポンプは、ポンプの焼付きの危険性には良く対処できるとはいえ、これらの真空ポンプが可能である程にはハードに駆動できないことがある。多くの半導体製造プロセスサイクルの種々の工程には、水素以外の他の重いガスも存在する。これらの重いガスに適応させるため、真空ポンプの出力限度は、ロータとステータとの衝突により引き起こされるポンプの焼付きを防止すべく、しばしば控えめに設定される。このため、真空ポンプは充分に活用されない傾向を有している。
【０００５】
また、重いガスの熱的特性に基づいた真空ポンプの温度限度を設定すると、真空ポンプが水素リッチガスをポンピングするときに、しばしば、有害なトリッピングを引き起こす傾向がある。真空ポンプの温度はポンプケーシングの外部から常にモニタリングされ、一方、真空ポンプの内部の限界温度は外部温度から推測される。内部温度が所定の安全レベルを超えるのを防止すべく、真空ポンプの外部温度に基づいて控えめに限界温度を設定することは一般的な工業的プラクティスである。水素の高い熱伝導率により、真空ポンプの外部と内部との温度差は、真空ポンプが重いガスではなく水素リッチガスをポンピングするときに小さくなる傾向を有する。真空ポンプの内部温度は外部温度より高くなる傾向を有するので、重いガスの熱的特性に基づいて設定された限度は、ポンピングされる水素リッチガスに対する限度よりかなり控えめにしなければならない。真空ポンプが水素リッチガスをポンピングするとき、ポンプが焼付く危険性は殆どないが、このような限度は容易に超えてしまう。このため、有害なトリッピングまたは故障アラームの発生を招くことになる。
【０００６】
従来から、プロセスチャンバの状態に応答して、真空ポンプの回転速度を調節することは可能である。一例が下記特許文献１に開示されており、この技術は、プロセスチャンバが真空ポンプの動力消費を低減させる目的で作動しているか否かを表示する、上流側プロセスツールにより提供される信号に基づいて真空ポンプを制御する方法に関するものである。しかしながら、この方法は、真空ポンプの最高性能を発揮させる目的で、プロセスチャンバから真空引きされるガスの化学的特性および他の特性を考慮に入れたものではない。またこの方法は、プロセスツールにより発生される信号に基づいて真空ポンプの出力限度および／または温度限度を調節できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６，７３９，８４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、真空ポンプを通って現に流れているガスの熱的特性に基づいて真空ポンプの作動パラメータを調節する方法および／または装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、真空ポンプ装置を通って流れる第１ガスの特性を判定する工程と、第１ガスの判定された特性に基づいて真空ポンプ装置の作動パラメータを設定する工程とを有する、真空ポンプ装置の作動パラメータを調節する方法に関する。
【００１０】
本発明はまた、プロセスチャンバを備えたプロセスツールと、プロセスチャンバを真空引きする真空ポンプ装置と、真空ポンプ装置を通って流れる第１ガスの特性を示す情報に応答して真空ポンプ装置の作動パラメータを設定するように構成されたコントローラとを有する装置に関する。
【００１１】
本発明の構造および作動方法は、添付図面に関連して特定実施形態についての以下の説明を読むことにより、本発明の他の目的および長所とともに最も良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の或る実施形態にしたがって、プロセスチャンバ、ブースタポンプおよびバッキングポンプが直列に連結されたシステムを示す概略図である。
【図２】本発明の或る実施形態にしたがってブースタポンプおよびバッキングポンプの作動パラメータを自動調節する方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の或る実施形態にしたがって、種々の条件での真空ポンプの動力消費曲線を比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、真空ポンプ装置の上流側でプロセスツールから真空引きされるガスの熱的特性を示す信号、または真空ポンプ装置の動力消費パターンに基づいて真空ポンプ装置を通って流れるガスの熱的特性の判定に応答して、真空ポンプ装置の作動パラメータを調節する方法および／または装置に関する。真空ポンプ装置の作動パラメータは、プロセスツールから真空引きされるガスの化学的特性および熱的特性を示す、プロセスツールから真空ポンプ装置が受けた信号に応答して調節される。異なるガスは、真空ポンプ装置を通るときに異なる動力消費パターンを呈するため、この信号がない場合には、ガスの熱的特性は動力消費パターンを分析することにより決定される。
【００１４】
図１はシステム１０を示す概略図であり、プロセスチャンバ１２および真空ポンプ装置２０は、本発明の或る実施形態にしたがって直列に連結されている。真空ポンプ装置２０は、プロセスチャンバ１２からガスを吸引してプロセスチャンバ１２内に真空環境を創出し、蒸着、エッチング、イオン注入、エピタキシー等の或る加工を行う。ガスは、図１に参照番号１４ａ、１４ｂで示す１つ以上のガス源からプロセスチャンバ１２内に導入される。ガス源１４ａ、１４ｂは、それぞれ制御弁１６ａ、１６ｂを介してプロセスチャンバ１２に連結されている。プロセスチャンバ１２内に種々のガスを導入するタイミングは、制御弁１６ａ、１６ｂを選択的にオンまたはオフすることにより制御できる。ガス源１４ａ、１４ｂからプロセスチャンバ１２内に導入されるガスの流量は、制御弁１２ａ、１２ｂの流体コンダクタンスを調節することにより制御できる。前述のように、ＭＯＣＶＤ、ＰＥＣＶＤおよびシリコンエピタキシー等の多くの半導体加工技術は、しばしば、一工程でプロセスチャンバ１２内に水素リッチガスを注入し、他の工程で他の重いガスを注入する。「水素リッチ」とは、ガス中の水素成分がモル分率で５０％以上、または質量分率で７％以上であることをいうと理解されたい。
【００１５】
真空ポンプ装置２０は、直列に連結されたブースタポンプ２２およびバッキングポンプ２４を有している。ブースタポンプ２２の入口はプロセスチャンバ１２の出口に連結されており、ブースタポンプ２２の出口はバッキングポンプ２４の入口に連結されている。バッキングポンプ２４の出口は除害装置（図示せず）に連結され、該除害装置では、バッキングポンプ２４から排出された排ガスが環境に与える有害な作用を低減させるべく、排ガスが処理される。真空ポンプ装置２０には、ブースタポンプ２２およびバッキングポンプ２４の温度、動力消費、ポンプ速度等の種々の測定データを収集するセンサ（図示せず）を設けることができる。また、ガス圧力を測定するセンサを、ブースタポンプ２２および／またはバッキングポンプ２４の入口および／または出口に設けることができる。プロセスチャンバ１２から真空引きされるガスの化学的特性および熱的特性を示す信号に応答して真空ポンプ装置２０のパラメータを調節するコントローラ３０を設けることができる。このような信号は、プロセスチャンバに組込まれたプロセスツールにより、またはローカルエリアネットワークまたはインターネットを介してプロセスツールをモニタリングしかつ制御する遠隔のホストコンピュータにより発生させることができる。このような信号はプロセスチャンバ１２内のプロセス・レシピの変化を表示でき、したがってコントローラ３０により真空ポンプ装置２０のパラメータを調節させることができる。また、プロセスチャンバ１２と真空ポンプ装置２０とを連結するフォアラインに配置される１つ以上のセンサ（図示せず）は、チャンバ１２から真空引きされるガスの本質または特性を決定するのに使用できる。
【００１６】
別の構成として、コントローラ３０は、真空ポンプ装置２０の動力消費パターンを得るべくデータを分析しかつこの動力消費パターンに従って真空ポンプ装置の作動パラメータを設定できる制御回路の形態で真空ポンプ装置２０内に配置することもできる。
【００１７】
図２は、本発明の或る実施形態にしたがって、真空ポンプ装置２０の作動パラメータを自動調節する方法を示す。図３は、種々の条件でのブースタポンプ２２の動力消費曲線とバッキングポンプ２４の動力消費曲線とを比較するグラフを例示するものである。図２および図３を参照すると、最初にステップ１０２で、ブースタポンプ２２およびバッキングポンプ２４は、水素リッチガスをポンピングするのに適した水素作動パラメータに設定される。重いガス作動パラメータと比較して、水素作動パラメータはより高い出力限度および温度限度を有する。前述のように、水素リッチガスは高い熱伝導率を有し、このため真空ポンプの内部と外部との温度差が小さくなり、したがって真空ポンプをよりハードに駆動できる。
【００１８】
ステップ１０４では、ブースタポンプの動力消費が第１所定閾値より大きいか否かが判定される。動力消費が第１所定閾値より小さい場合は、工程はステップ１０４の開始に戻る。動力消費が第１所定閾値より大きい場合には、工程はステップ１０６に進む。ステップ１０６では、バッキングポンプの動力消費が第２所定閾値より小さいか否かが判定される。動力消費が第２所定閾値より大きい場合には、工程はステップ１０４の開始に戻る。動力消費が第２所定閾値より小さい場合には、工程はステップ１０８に進み、ここで、ブースタポンプ２２およびバッキングポンプ２４が、重いガス作動パラメータに設定される。
【００１９】
図３には、水素をポンピングするブースタポンプの動力消費曲線が参照番号２０２で示され、一方、空気をポンピングするブースタポンプの動力消費曲線が参照番号２０４で示されている。水素をポンピングするバッキングポンプの動力消費曲線が参照番号２０８で示され、一方、空気をポンピングするバッキングポンプの動力消費曲線が参照番号２０６で示されている。ここで、水素および空気は、図２に示した工程を説明する目的で、それぞれ、水素リッチガスおよび重いガスの代用として使用されている。横軸は、直列に連結されたブースタポンプおよびバッキングポンプにより構成された真空ポンプ装置の入口でのガス圧力を示し、縦軸は、ブースタポンプおよびバッキングポンプの動力消費を示す。第１所定閾値および第２所定閾値は、それぞれ、参照番号２１０および２１２で示す水平線により示されている。圧力Ｐ１で、水素がブースタポンプおよびバッキングポンプを通ってポンピングされる場合には、ブースタポンプの動力消費は第１所定閾値２１０より小さくなり、かつ水素作動パラメータは不変に維持される。しかしながら、圧力Ｐ１で、空気がブースタポンプおよびバッキングポンプを通ってポンピングされる場合には、ブースタポンプの動力消費は第１所定閾値２１０より大きくなり、一方、バッキングポンプの動力消費は第２所定閾値２１２より小さくなる。このため、ブースタポンプおよびバッキングポンプは、重いガス作動パラメータに設定される。
【００２０】
ステップ１０８でブースタポンプおよびバッキングポンプが重いガス作動パラメータに設定された後、工程はステップ１１０に進み、ここでブースタポンプの動力消費が第３所定閾値と比較される。ブースタポンプの動力消費が第３所定閾値より大きい場合には、工程はステップ１１０の開始に戻る。ブースタポンプの動力消費が第３所定閾値より小さい場合には、工程はステップ１１２に進み、ここでブースタポンプの速度が所定速度閾値と比較される。ブースタポンプの速度が所定速度閾値より小さい場合には、工程はステップ１１０の開始に戻る。ブースタポンプの速度が所定速度閾値を超える場合には、工程はステップ１０２に戻り、ここでブースタポンプおよびバッキングポンプが水素作動パラメータに再設定される。
【００２１】
図３には、第３所定閾値が参照番号２１４で示す水平線により示されている。グラフには、ブースタポンプの動力消費が第３所定閾値２１４より小さい２つの領域、すなわち、圧力がＰ２より低い領域２２０および圧力がＰ３より高い領域２２２が示されている。ブースタポンプが領域２２０内にある場合には、ブースタポンプの速度は所定速度閾値を超え、したがってブースタポンプおよびバッキングポンプを再設定して水素作動パラメータに戻すのが安全であろう。しかしながら、ブースタポンプが領域２２２内にある場合には、ブースタポンプの入口での高い圧力により、その速度は所定の速度閾値より低くなるであろう。このような条件では、ポンプが非常にハードに駆動され、したがってポンプの安全限度を超える危険性があるため、ポンプを水素作動パラメータに再設定することは安全ではない。
【００２２】
本発明の方法は、真空ポンプ装置から収集されたデータに基づいて真空ポンプ装置のパラメータを調節することができる。水素リッチガスが真空ポンプ装置を通してポンピングされると判定された場合には、水素作動パラメータを使用して、真空ポンプ装置を、重いガス作動パラメータが使用される場合よりもハードに駆動する。これにより、真空ポンプ装置がその動力限度または温度限度を超える危険性なくして、真空ポンプ装置をより大きいキャパシティで作動させることができる。
【００２３】
別の方法として、真空ポンプ装置の作動パラメータは、プロセスチャンバから真空ポンプ装置に真空引きされるガスの化学的特性および熱的特性を示す信号に応答して調節できる。図１に示すように、コントローラ３０は、このような信号に応答して作動パラメータを調節するように構成できる。本発明の或る実施形態では、信号は、プロセスチャンバに組込まれたプロセスツールにより発生させるように構成できる。本発明の他の或る実施形態では、信号は、プロセスツールおよび真空ポンプ装置の両方をローカルエリアネットワークまたはインターネットを介して遠隔的にモニタリングおよび制御するホストコンピュータにより発生させることができる。また、信号は、プロセスチャンバと真空ポンプ装置との間のフォアラインに配置された１つ以上のセンサにより発生させることができる。
【００２４】
或る半導体製造プロセスでは、種々の工程で水素リッチガスおよび重いガスの両方をポンピングするのに真空ポンプ装置が使用されている。従来では、真空ポンプ装置が水素ガスの流れにしたがって設計される場合、重いガスをポンピングするときにポンプが焼付くのを防止するため、真空ポンプ装置のサイズを大きくする必要があった。従来の設計とは異なり、本発明の方法および装置は、真空ポンプ装置が、該装置を通って流れるガスの熱的特性に応答して装置の動力限度または温度限度を調節または自動調節することを可能にする。したがって、真空ポンプ装置が水素リッチガスをポンピングするときのポンピングキャパシティを損なうことなくまたは真空ポンプ装置が重いガスをポンピングするときに焼付く危険性なくして、真空ポンプ装置を小型に製造することが可能になる。
【００２５】
真空ポンプ装置を通って流れるガスの熱的特性を判定するのに、動力消費と入口ガス圧力との関係を用いることに加え、他の関係を用いて判定を行うこともできる。例えば、真空ポンプ装置を通って流れるガスの熱的特性を判定するのに、動力消費とポンプ速度との関係を使用することもできる。他の例として、真空ポンプ装置を通って流れるガスの熱的特性を判定するのに、ポンプの動力消費と温度との関係を使用することもできる。これらの関係に基づいた真空ポンプ装置の作動パラメータの設定は、これらの関係にある異なる曲線パターンに適合する或る変更を行って、図２に示したプロセスを適用することにより達成できることは理解されよう。
【００２６】
以上、１つ以上の特定例として具現した本発明を示しかつ説明したが、本発明は示された詳細に限定されることを意図するものではない。なぜならば、本発明の精神から逸脱することなく、特許請求の範囲の記載と均等物の範囲内で種々の変更および構造的変化を加えることができるからである。したがって、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲と一致する態様で、特許請求の範囲は広く解釈すべきである。
【符号の説明】
【００２７】
１０  システム
１２  システムチャンバ
１４ａ、１４ｂ  ガス源
１６ａ、１６ｂ  制御弁
２０  真空ポンプ装置
２２  ブースタポンプ
２４  バッキングポンプ
３０  コントローラ
【図１】
0006270067.tif 000002
【図２】
0006270067.tif 000003
【図３】
0006270067.tif 000004