(57)【要約】      （修正有）【課題】流量の制御精度が小流量域で大幅に低下するのを防止し、全流量制御域に亘って高精度な流量制御を行なうと共に、高精度な流量制御によって広域なチャンバの圧力範囲を制御する。【解決手段】並列状に接続した複数基の圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ），ＦＣＳ（Ｂ）と、前記複数基の圧力式流量制御装置の作動を制御する制御装置１とから形成され、真空ポンプにより排気されたチャンバへ所望のガスを流量制御しつつ供給するチャンバへのガス供給装置に於いて、前記一基の圧力式流量制御装置をチャンバへ供給する最大流量の多くとも１０％までのガス流量域を制御する装置に、残余の圧力式流量制御装置を残りのガス流量域を制御する装置とした構成とする。【選択図】図１
2005056031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列状に接続した複数基の圧力式流量制御装置と、前記複数基の圧力式流量制御装置の作動を制御する制御装置とから形成され、真空ポンプにより排気されたチャンバへ所望のガスを流量制御しつつ供給するチャンバへのガス供給装置に於いて、前記圧力式流量制御装置をオリフィスと、オリフィス上流側の圧力検出器と、圧力検出器の上流側に設けたコントロールバルブと、圧力検出器の検出圧力Ｐ1 からオリフィスを通過するガス流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算すると共に、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙをコントロールバルブへ駆動用信号として出力する演算制御部とから形成し且つオリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 の比Ｐ1 ／Ｐ2 を約２倍以上に保持した状態下で使用する圧力式流量制御装置とすると共に、前記一基の圧力式流量制御装置をチャンバへ供給する最大流量の１０％までのガス流量域を制御する装置に、残余の圧力式流量制御装置を残りのガス流量域を制御する装置とし、広い流量域に亘って高精度な流量制御を行なうことを特徴とするチャンバへのガス供給装置。
【請求項２】
並列状に接続する圧力式流量制御装置を２基とし、且つ小流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の０．１〜１０％に、また大流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の１０〜１００％とするようにした請求項１に記載のチャンバへのガス供給装置。
【請求項３】
制御装置の信号変換部から発信した制御信号により、複数基の圧力式流量制御装置をその制御流量域が小さな圧力式流量制御装置から順に作動させる構成とした請求項１に記載のチャンバへのガス供給装置。
【請求項４】
制御装置に、各流量域を分担する圧力式流量制御装置へ発信する制御信号の上昇率設定機構を設け、前記制御信号の発信から所定の時間経過後に当該圧力式流量制御装置が設定流量のガス流量を供給する構成とした請求項３に記載のチャンバへのガス供給装置。
【請求項５】
圧力式流量制御装置を備えたガス供給装置からガスが供給されると共に、コンダクタンスバルブを備えた真空排気ラインを通して真空ポンプにより内部を連続的に減圧するようにしたチャンバに於いて、先ず、前記真空ポンプを連続的に運転すると共にガス供給装置から所望のガスを供給し、前記コンダクタンスバルブを最大開度にしたとき及び最小開度にしたときのガス供給流量とチャンバ内圧との関係を夫々求め、次に、これ等のチャンバ内圧とガス供給流量との関係から、前記真空排気系を備えたチャンバに於けるチャンバへのガス供給流量とチャンバ内圧の制御範囲を定めると共に、当該ガス供給流量とチャンバ内圧との関係線図から求めた設定すべきチャンバ内圧に対応するガス供給流量に、前記ガス供給装置から供給中のガス流量を調整することにより、チャンバ内圧を所望の設定圧力に保持する構成としたことを特徴とするチャンバの内圧制御方法。
【請求項６】
真空排気系のコンダクタンスバルブの開度とガス供給装置からの供給ガス流量の両者を調整することにより、チャンバ内圧を設定圧力に保持するようにした請求項５に記載のチャンバの内圧制御方法。
【請求項７】
ガス供給装置を、並列状に接続した複数基の圧力式流量制御装置と、前記複数基の圧力式流量制御装置の作動を制御する制御装置とから形成され、真空ポンプにより排気されたチャンバへ所望のガスを流量制御しつつ供給するチャンバへのガス供給装置に於いて、前記圧力式流量制御装置をオリフィスと、オリフィス上流側の圧力検出器と、圧力検出器の上流側に設けたコントロールバルブと、圧力検出器の検出圧力Ｐ1 からオリフィスを通過するガス流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算すると共に、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙをコントロールバルブへ駆動用信号として出力する演算制御部とから形成し且つオリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 の比Ｐ1 ／Ｐ2 を約２倍以上に保持した状態下で使用する圧力式流量制御装置とすると共に、前記一基の圧力式流量制御装置をチャンバへ供給する最大流量の少なくとも１０％までのガス流量域を制御する装置に、残余の圧力式流量制御装置を残りのガス流量域を制御する装置とし、更に前記制御装置をチャンバへ供給するガス流量を設定する入力設定部と、当該入力設定部への入力値を各圧力式流量制御装置への制御信号に変換する信号変換部とを備えた構成とし、信号変換部から各圧力式流量制御装置へ制御信号を発信することにより、広い流量域に亘って高精度な流量制御を行なうガス供給装置とした請求項５に記載のチャンバの内圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置等に於いて利用されるチャンバへのガス供給装置と、これを用いたチャンバの内圧制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造装置等に於いては、プロセスチャンバへのガス供給装置として所謂圧力式流量制御装置を備えたガス供給装置が多く利用されている。
【０００３】
図８はその一例を示すものであり、圧力式流量制御装置Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 と流体切換弁Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 を設け、制御装置Ｂからの信号によりプロセスチャンバＥへ供給する流体の切換及びその流量調整を自動的に行なう構成となっている（特開平１１−２１２６５３号等）。
尚、前記圧力式流量制御装置Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 は、図９に示すようにオリフィスＫａを流通する流体を臨界条件下に保持（Ｐ1 ／Ｐ2 が約２以上）することにより、演算装置Ｍに於いてオリフィス流通流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 として演算し、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙが零となるようにコントロール弁Ｖを開閉（オリフイス上流側圧力Ｐ1 を調整）する構成となっている。尚、Ａ／Ｄは信号変換器、ＡＰは増幅器である（特開平８−３３８５４６号）。
【０００４】
また、前記プロセスチャンバＥは、図１０に示すように、自動圧力調整器ＡＰＣ及びコンダクタンスバルブＣＶを備えた比較的大口径の真空排気ラインＥｘを通して真空ポンプＶＰ1 及びＶＰ2 を連続的に運転することにより、その内圧が設定値（１０-6〜１０2 Ｔｏｒｒ）に保持されている。
尚、前記真空ポンプとしては、ターボ分子ポンプ等の一次真空ポンプ（高真空ポンプ）ＶＰ1 とスクロールポンプ等の二次真空ポンプ（低真空ポンプ）ＶＰ2 とを組み合せたものが広く利用されており、１台の圧縮比の大きな大排気容量の真空ポンプによる排気システムは、製造コスト等の点に問題があるためあまり利用に供されていない。
【０００５】
前記図８に示したチャンバへの流体供給装置は、その使用する圧力式流量制御装置Ｃ1 〜Ｃn がチャンバＥ側の内圧変動に影響を受けないと云う特性を具備しているため、臨界条件が保持されている限り、チャンバ内圧が変動しても比較的安定した供給ガスの流量制御を行なうことができ、優れた実用的効用を奏するものである。
【０００６】
しかし、この種の流体供給装置にも解決すべき問題点が多く残されており、その中でも特に解決が急がれる問題は、低流量域に於ける流量制御精度を高めることである。
例えば、定格流量が１ＳＬＭ（標準状態に換算した気体流量）である圧力式流量制御装置の流量制御精度を設定１０％以下で０．１％Ｆ・Ｓとすると、設定１％の制御流量値には最大で１ＳＣＣＭの誤差が含まれている可能性がある。そのため、制御流量が定格流量の１０％以下（例えば１０〜１００ＳＣＣＭ以下）になれば、前記１ＳＣＣＭの誤差の影響が無視できなくなり、結果として定格容量が１ＳＬＭの流量制御装置であれば、１００ＳＣＣＭの以下の小流量域は高精度な流量制御ができないと云う問題がある。
【０００７】
また、前記図１０のプロセスチャンバＥに於いては、高圧縮度で、しかも排気流量の大きなターボ分子ポンプ等の一次真空ポンプＶＰ1 等を連続的に運転する必要がある。
更に、一次真空ポンプＶＰ1 や二次真空ポンプＶＰ2 の負荷を軽減する必要があるため、真空排気系Ｅｘの管径は比較的太径にしなければならず、そのうえにコンダクタンスバルブＣＶや自動圧力調整器ＡＰＣ等を必要とする。その結果、真空チャンバＥの設備費やランニングコストが高騰し、その引下げを図れないと云う問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２１２６５３号公報
【特許文献２】特開平８−３３８５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従前の圧力式流量制御装置を備えた真空チャンバへのガス供給装置並びに前記真空チャンバの真空排気系に於ける上述の如き問題、即ち（１）ガス供給装置にあっては、小流量域に於ける流量制御精度が低下するため、流量制御範囲が約１〜１００％の範囲に限定され、１％以下の流量範囲の高精度な流量制御が困難なこと、及び（２）真空チャンバの真空排気系にあっては、設備の小型化、設備費やランニングコストの引下げが図り難いこと等の問題を解決せんとするものであり、所要最大設定流量の０．１％〜１００％の広範囲に亘って、真空チャンバの内圧変動と無関係に高精度な流量制御が行なえるようにした流体供給装置と当該流体供給装置を用いた真空チャンバの内圧制御方法を提供することを、発明の主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は並列状に接続した複数基の圧力式流量制御装置と、前記複数基の圧力式流量制御装置の作動を制御する制御装置とから形成され、真空ポンプにより排気されたチャンバへ所望のガスを流量制御しつつ供給するチャンバへのガス供給装置に於いて、前記圧力式流量制御装置をオリフィスと、オリフィス上流側の圧力検出器と、圧力検出器の上流側に設けたコントロールバルブと、圧力検出器の検出圧力Ｐ1 からオリフィスを通過するガス流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算すると共に、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙをコントロールバルブへ駆動用信号として出力する演算制御部とから形成し且つオリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 の比Ｐ1 ／Ｐ2 を約２倍以上に保持した状態下で使用する圧力式流量制御装置とすると共に、前記一基の圧力式流量制御装置をチャンバへ供給する最大流量の少なくとも１０％までのガス流量域を制御する装置に、残余の圧力式流量制御装置を残りのガス流量域を制御する装置とし、広い流量域に亘って高精度な流量制御を行なうことを発明の基本構成とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて並列状に接続する圧力式流量制御装置を２基とし、且つ小流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の０．１〜１０％に、また大流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の１０〜１００％とするようにしたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて、制御装置の信号変換部から発信した制御信号により、複数基の圧力式流量制御装置をその制御流量域が小さな圧力式流量制御装置から順に作動させる構成としたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、制御装置に、各流量域を分担する圧力式流量制御装置へ発信する制御信号の上昇率設定機構を設け、前記制御信号の発信から所定の時間経過後に当該圧力式流量制御装置が設定流量のガス流量を供給する構成としたものである。
【００１４】
請求項５の発明は、圧力式流量制御装置を備えたガス供給装置からガスが供給されると共に、コンダクタンスバルブを備えた真空排気ラインを通して真空ポンプにより内部を連続的に減圧するようにしたチャンバに於いて、先ず、前記真空ポンプを連続的に運転すると共にガス供給装置から所望のガスを供給し、前記コンダクタンスバルブを最大開度にしたとき及び最小開度にしたときのガス供給流量とチャンバ内圧との関係を夫々求め、次に、これ等のチャンバ内圧とガス供給流量との関係から、前記真空排気系を備えたチャンバに於けるチャンバへのガス供給流量とチャンバ内圧の制御範囲を定めると共に、当該ガス供給流量とチャンバ内圧との関係線図から求めた設定すべきチャンバ内圧に対応するガス供給流量に、前記ガス供給装置から供給中のガス流量を調整することにより、チャンバ内圧を所望の設定圧力に保持する構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項５の発明に於いて、真空排気系のコンダクタンスバルブの開度とガス供給装置からの供給ガス流量の両者を調整することにより、チャンバ内圧を設定圧力に保持するようにしたものである。
【００１６】
請求項７の発明は、ガス供給装置を、請求項１のガス供給装置としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のチャンバへのガス供給装置に於いては、必要とする流量範囲を複数の流量域に分割し、最大流量の少なくとも１０％以下の小流量域は小流量用の圧力式流量制御装置により流量制御を行なう構成としているため、広い流量範囲に亘って高精度な流量制御が行なえる。
また、各流量域を分担する圧力式流量制御装置による流量制御の重乗に際しては、制御信号の上昇率に制限を加える構成としているため、チャンバへ供給するガス流量Ｑの連続的な制御が行なえる。
【００１８】
本発明のチャンバの内圧制御方法に於いては、チャンバへの供給ガス流量を迅速且つ正確に調整することができるため、チャンバ内圧を容易に所定の設定圧に調整・保持することができる。その結果、従前の自動圧力調整器ＡＰＣの削除が可能となり、チャンバの真空排気系の設備費を大幅に削減することができる。
また、真空ポンプは、予かじめ定めたチャンバの最低圧力を達成するだけの排気容量のものを設備すればよく、従前のチャンバの真空排気系のように、真空ポンプの排気容量に大幅な余裕を見込む必要はない。その結果、真空排気系の設備費の大幅な削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明に係るチャンバへのガス供給装置の第１実施例を示すものであり、当該ガス供給装置の基本型を示すものである。
図１に於いてＡはガス供給装置、Ｇｓは供給ガス、ＦＣＳ（Ａ）は小流量用圧力式流量制御装置、ＦＣＳ（Ｂ）は大流量用圧力式流量制御装置、Ｅはチャンバ、Ｑ1 は小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御流量、Ｑ2 は大流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の制御流量、ＱはチャンバＥへの供給流量、ＣＶはコンダクタンスバルブ、ＶＰは真空ポンプ、Ｖ1 〜Ｖ3 は制御弁、Ｌ1 はガス供給管、Ｌ2 、Ｌ3 は排気管路、１は制御装置、１ａは流量入力設定部、１ｂは信号変換部、１ｃ・１ｄは制御信号である。
【００２１】
前記圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）及びＦＣＳ（Ｂ）は、図９に示した従前の圧力式流量制御装置と基本的に同一のものであり、オリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 との間に流体の臨界条件であるＰ1 ／Ｐ2 が約２以上の条件を成立させることにより、オリフィスを流通するガス流量をＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算し、この演算値Ｑｃと設定値Ｑｓとの差信号Ｑｙにより上流側に設けたコントロールバルブＶを自動開閉制御することにより圧力Ｐ1 を調整し、オリフィスの実通過流量を前記設定値Ｑｓに制御することを基本構成とするものである。
【００２２】
尚、本実施例では、小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）として定格流量が１００ＳＣＣＭのものを、また大流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）として定格流量３０００ＳＣＣＭのものを使用し、最小５ＳＣＣＭから最大３１００ＳＣＣＭまでの流量範囲に亘って、連続的に高精度な流量制御を行なうように構成されている。
また、前記圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の構成は公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２３】
前記プロセスチャンバＥは内容量が１１ｌに設定されており、３００ｌ／ｍｉｎの排気流量を有する真空ポンプＶＰにより、自動圧力調整器ＡＰＣ及びコンダクタンスバルブＣＶを設けた真空排気ラインＬ2 〜Ｌ3 を通して連続的に真空引きされており、チャンバＥの内部は１０-2〜１０1 Ｔｏｒｒの中真空に保持されている。
【００２４】
前記コンダクタンスバルブＣＶは真空排気系の管路コンダクタンスを調整するためのものである。また、コンダクタンスバルブＣＶは、公知であるため、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
前記ガス供給管Ｌ1 には外径６．３５ｍｍφ、内径４．２ｍｍφのステンレス管が、また排気管Ｌ2 、Ｌ3 には外径２８ｍｍφ、内径２４ｍｍφのステンレス管が夫々使用されている。
【００２６】
前記制御装置１は入力設定部１ａと信号変換部１ｂとから形成されており、入力設定部１ａで定格最大流量に対する所望の流量（％）を設定する。
即ち、当該入力設定部１ａには、小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御信号１ｃの上昇率設定機構１ａ′と、大流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の制御信号１ｄの上昇率設定機構１ａ″とが設けられており、プロセスチャンバＥで必要とするプロセスガスＧｓの流量は、後述するように流量％設定機構１ａにより設定される。
【００２７】
また、前記入力設定部１ａの制御信号の上昇率設定機構１ａ′、１ａ″は、後述するように、最小設定流量０％から最大設定流量１００％の間の任意の流量に流量設定をして両圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）を作動させる際に、各流量用圧力式流量制御装置ＦＳＣ（Ａ）、（Ｂ）へ印加する制御信号１ｃ、１ｄの上昇率を調整するための機構であり、例えば設定流量５０ＳＣＣＭ（入力設定値１．６１３％）でガスＧｓを供給中に、２０００ＳＣＣＭ（入力設定６４．５１６％）に増量する場合、小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）のみの作動から両圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の作動に切換えられるが、大流量圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の方が０からその１９００ＳＣＣＭに達するまでに若干の時間遅れ（０→１００％の流量変化で約３０ｓｅｃ）を設けることが必要となり、そのためＦＣＳ（Ｂ）への制御入力信号１ｄの上昇率が調整されることになる。
【００２８】
前記信号変換部１ｂは、流量の入力設定（％）に対応した各圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）への制御信号１ｃ、１ｄを出力するものである。
尚、最大流量が１００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御信号は、０Ｖ（０ＳＣＣＭ）から５Ｖ（１００ＳＣＣＭ）の値に、また最大流量が３０００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の制御信号も０Ｖ（０ＳＣＣＭ）から５Ｖ（３０００ＳＣＣＭ）の値に夫々設定されており、両圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）へは夫々の分担する制御流量に対応した制御信号１ｃ、１ｄが信号変換部１ｂから入力される。
【００２９】
図２は、前記制御装置１の入力設定部１ａに於ける流量入力設定（％）と制御信号１ｃ、１ｄの関係を示す線図である。図２に於いて、曲線Ｌは小流量（１００ＳＣＣＭ）用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御信号１ｃを、また曲線Ｈは大流量（３０００ＳＣＣＭ）用圧力式流量制御装置の制御信号１ｄを夫々示すものであり、例えば設定流量が５０ＳＣＣＭ（設定流量％＝５０／３１００＝１．６１３％）の時にはＦＣＳ（Ａ）のみが作動され、制御信号１ｃ＝５Ｖ×５０／１００＝２．５ＶがＦＣＳ（Ａ）へ入力される。
同様に、設定流量が２０００ＳＣＣＭ（設定流量％＝２０００／３１００＝６４．５２％）の時には、ＦＣＳ（Ａ）の方は流量設定％＝１００％でもって１００ＳＣＣＭの流量を出力し、制御信号１ｃ＝５Ｖ×１００／１００＝５ＶがＦＣＳ（Ａ）へ入力され、またＦＣＳ（Ｂ）の方は流量１９００ＳＣＣＭを出力し、制御信号１ｄ＝５Ｖ×１９００／３０００＝３．１７ＶがＦＣＳ（Ｂ）へ入力されることになる。
【００３０】
図３は、図１の流体供給装置Ａに於ける各圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の分担制御流量Ｑ1 、Ｑ2 とチャンバＥへの全供給流量Ｑとの関係を示すものであり、全流量ＱはＱ＝１００／３・設定％（ＦＣＳ（Ａ）のみが作動、Ｑ＝１００ＳＣＣＭ以下のとき）、又はＱ＝３０００／９７・設定％＋７００／９７ＳＣＣＭ（ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の両方が作動、Ｑ＝１００ＳＣＣＭ以上のとき）となる。
【００３１】
図４の（ａ）〜（ｃ）は、前記入力設定部１ａの制御信号上昇率設定機構１ａ′、１ａ″の必要性を示す実験データであり、１００ＳＣＣＭのＦＣＳ（Ａ）と３０００ＳＣＣＭのＦＣＳ（Ｂ）の両方を作動させ、全流量を０％（０ＳＣＣＭ）から１００％（３１００ＳＣＣＭ）へ増加させた場合の流量制御信号１ｃ及び流量制御信号１ｄの印加状況と、チャンバ制御圧力Ｐへの制御流量Ｑの追随性の関係を示すものである。尚、当該実験に於いては、チャンバ排気系の自動圧力調整器ＡＰＣは、全開状態（真空ポンプＶＰが連続的にフル出力で運転される状態）にセットされている。
【００３２】
即ち、図４の（ａ）は、入力設定部１ａへの設定信号を約６０ｓｅｃ間で０〜１００％へ変化させるようにした場合のチャンバ制御圧力Ｐの変化の状態を示すものである。
また、図４の（ｂ）は入力設定部１ａへの設定信号を約３０ｓｅｃ間で０〜１００％へ変化させるようにした場合のチャンバ制御圧力Ｐの変化状態を、更に図４の（ｃ）は入力設定部１ａへの設定信号をステップ状に変化させるようにした場合のチャンバ制御圧力Ｐの変化状況を示すものである。
【００３３】
図４の（ａ）及び図４の（ｂ）に於いては、チャンバ制御圧力Ｐが、流量設定％（ＳＥＴ）にほぼ比例した状態で連続的に増加し、所謂圧力制御が完全に実現されていることが判る。
【００３４】
これに対して、図４の（ｃ）に於いては、流量設定％（ＳＥＴ）のステップ変化（即ち、制御信号１ｃ（又は流量Ｑ1 ）及び制御信号１ｄ（又は流量Ｑ2 ）のステップ変化）に対して、チャンバ制御圧力Ｐ（チャンバＥへの供給流量Ｑ）はステップ状に変化をすることができず、約２０秒間は、チャンバ制御圧力Ｐの制御が追随できないことが判る。
【実施例２】
【００３５】
図５は、本発明の流体供給装置の第２実施例に係る設定流量と流量出力の関係を示す線図であり、当該第２実施例に於いては、定格流量が１００ＳＣＣＭと３０００ＳＣＣＭと５０００ＳＣＣＭの３台の圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）、ＦＣＳ（Ｃ）を用いて、５ＳＣＣＭ〜８１００ＳＣＣＭのより広い流量範囲について高精度な流量制御を行なえる構成としたものである。
【００３６】
図５に於いて、曲線Ｌは１００ＳＣＣＭの、曲線Ｈは３０００ＳＣＣＭの、曲線Ｍは５０００ＳＣＣＭの各圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）、ＦＣＳ（Ｃ）の流量特性を示すものであり、またＱはチャンバＥへの供給流量を示すものである。
即ち、供給流量Ｑが１００〜３１００ＳＣＣＭ以下の時には、
Ｑ＝（３１００−１００）／（４０−１）・（ＳＥＴ％−１）＋１００
＝（３０００／３９）・ＳＥＴ％＋（９００／３９）に流量Ｑが求められ、
また、供給流量Ｑが３１００〜８１００ＳＣＣＭの時には、
Ｑ＝（５０００／６０）・ＳＥＴ％−（１４０００／６０）により、流量Ｑが与えら  れる。
【００３７】
尚、前記図１の第１実施例及び図５の第２実施例に於いては、供給ガスＧｓが一種類であるとしているが、供給ガスＧｓが二種類以上あるときには、ガス種の数と同数の第１実施例や第２実施例の如き構成のガス供給装置Ａを、複数基夫々並列に設け、各ガス供給装置Ａを任意に切換作動させることにより、複数種のガスをチャンバＥへ供給することになる。
【００３８】
更に、前記第１実施例や第２実施例に於いては、供給ガスＧｓを単独種のガスとしているが、供給ガスＧｓが例えばＡｒとＣＦ4 との混合ガス（混合比率は任意）であってもよいことは勿論である。
（ガス供給装置を用いたチャンバの内圧制御方法）
【実施例３】
【００３９】
図６は、本発明に係るガス供給装置を用いたチャンバＥの内圧調整方法を示すための系統図である。
図６を参照して、チャンバＥは１１ｌの内容積を有しており、その真空排気系はコンダクタンスバルブＣＶと真空ポンプＶＰと管路Ｌ2 と管路Ｌ3 とにより形成されている。
また、真空ポンプＶＰには３００ｌ／ｍｉｎの排気量を有する真空ポンプが使用されている。
【００４０】
当該チャンバの内圧制御方法は、一定の排気能力を有する真空ポンプにより連続的に排気されているチャンバＥ内の内圧を、その内部へ供給する流体の流量を細かく調整することにより、１０-2〜１０2 Ｔｏｒｒ程度の所定のプロセス圧力に制御するものである。
【００４１】
図６を参照して、先ずコンダクタンスバルブＣＶを全開にして真空排気系の流路抵抗を最小にすると共に、真空ポンプＶＰを作動させてチャンバＥ内を真空ポンプＶＰの排気能力に対応した真空度にまで真空引きする。
次に、予かじめ求められている図７のチャンバＥ及び真空排気系の圧力−流量特性曲線から、圧力Ｐに対する供給ガス流量Ｑを求める。
【００４２】
その後、ガス供給装置Ａを作動させ、前記設定圧力Ｐを得るために必要とする流量ＱのガスＧｓをチャンバＥ内へ供給する。
尚、ガスＧｓの供給によるチャンバＥの内圧調整の範囲は、真空ポンプＶＰの排気能力が一定の条件下ではコンダクタンスバルブＣＶの開度調整によって変化させることができ、後述するようにチャンバ内圧を上昇（低真空度）させる場合にはコンダクタンスバルブＣＶの開度を低下させて真空排気系の管路抵抗を増大させ、また逆にチャンバ内圧を低下（高真空度）させる場合には、コンダクタンスバルブＣＶを全開状態とする。
【００４３】
図７は、前記図６のチャンバＥ及び真空排気系に於けるチャンバＥへの供給流量Ｑとチャンバ内圧Ｐとの関係を示す線図であり、真空ポンプＶＰを定格下で連続運転すると共に、コンダクタンスバルブＣＶを全開又は中間開状態にした時の圧力−流量特性を示すものである。
【００４４】
即ち、図７の曲線ＡはコンダクタンスバルブＣＶを全開にしたときの圧力−流量特性、曲線ＢはコンダクタンスバルブＣＶを中間開にしたときの圧力−流量特性を示すものである。
また、曲線ＣはチャンバＥ内に任意のプロセスポイント（１）やプロセスポイント（３）を実現する真空排気系の任意コンダクタンスに於ける圧力−流量特性である。
【００４５】
図７からも明らかなように、図６のチャンバＥ及び真空排気系に於いては、チャンバＥへのガス供給流量Ｑを５〜３１００ＳＣＣＭの間で流量制御をすると共に、真空排気系のコンダクタンスを適宜に調整することにより、記号（１）−（４）−（５）−（３）−（２）−（７）−（６）で囲まれた流量・圧力範囲、即ち圧力であれば１０1 〜０．８×１０-1Ｔｏｒｒに亘ってチャンバＥ内の圧力を調整することが出来る。
【００４６】
勿論、真空排気系の構成（真空排気系のコンダクタンスや真空排気ポンプＶＰの排気能力等）や流体供給装置Ａの流量制御範囲を変えることにより、前記図７の流量・圧力の調整範囲（点線部分の面積）は変化することになり、プロセスチャンバＥに要求される条件に応じて流体供給装置Ａの流量範囲や真空排気ポンプＶＰの排気能力は適宜に選定される。
【００４７】
尚、半導体製造装置等に於いては、圧力制御範囲は通常１０-2〜１０1 Ｔｏｒｒ、流量制御範囲Ｑは３ＳＣＣＭ〜５０００ＳＣＣＭの範囲に選定されている。
又、圧力調整用にチャンバＥ内へ供給するガスＧｓとしては、ＨｅやＡｒ等の不活性ガスやそれの混合ガスが利用される。
更に、前記チャンバＥ内への供給ガスＧｓとして、プロセスガス自体を利用することも可能であり、且つ混合ガスであってもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、半導体製造装置のプロセスチャンバへのガスの供給量制御や、プロセスチャンバの内圧制御等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るチャンバへのガス供給設備の第１実施例の全体系統図であり、基礎実験に用いたものガス供給設備である。
【図２】図１のガス供給設備Ａに於ける入力設定（％）と制御信号（％）の関係を示す線図である。
【図３】図１のガス供給設備Ａに於ける流量設定（％）と、各圧力式流量制御装置の流量（％）及びチャンバＥへの供給流量Ｑの関係を示す線図である。
【図４】図１のガス供給設備Ａに於ける各圧力式流量制御装置への制御信号の入力状態と、各圧力式流量制御装置の流量出力Ｑ1 、Ｑ2 及びチャンバＥの制御圧力Ｐの関係を示す線図であり、（ａ）は６０ｓｅｃ間で大流量用圧力式流量制御装置の流量を０％から１００％へ変化させた場合、（ｂ）は３０ｓｅｃ間で流量を０％から１００％へ変化させた場合、（ｃ）はステップ状に流量を０％から１００％へ変化させた場合を示すものである。
【図５】３基の圧力式流量制御装置を用いた本発明の第２実施例に係るガス供給設備の流量設定（％）と、制御流量Ｑとの関係を示す線図である。
【図６】本発明のガス供給設備を用いたチャンバの内圧制御方法の実施状態を示す全体系統図である。
【図７】図６に示したチャンバの内圧制御方法に於ける制御可能なチャンバ内圧Ｐと、供給流量Ｑの関係を示す線図である。
【図８】従前の圧力式流量制御装置を用いたチャンバへの流体供給装置の説明図である。
【図９】圧力式流量制御装置の構成図である。
【図１０】従前のプロセスチャンバの真空排気系を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
Ａはガス供給装置、Ｇｓは供給ガス、ＦＣＳ（Ａ）は小流量用圧力式流量制御装置、ＦＣＳ（Ｂ）は大流量用圧力式流量制御装置、Ｑ1 は小流量用圧力式流量制御装置の制御流量、Ｑ2 は大流量用圧力式流量制御装置の制御流量、Ｑはチャンバへの供給流量、Ｐはチャンバ内圧力、Ｅはプロセスチャンバ、ＡＰＣは自動圧力調整器、ＣＶはコンダクタンスバルブ、ＶＰは真空ポンプ、Ｖ1 〜Ｖ3 は制御弁、Ｌ1 はガス供給管、Ｌ2 〜Ｌ3 は排気管、１は制御装置、１ａは流量入力設定部、１ａ′及び１ａ″は制御信号上昇率設定機構、１ｂは信号変換部、１ｃ・１ｄは制御信号。
【図１】
2005056031.tif 000003
【図２】
2005056031.tif 000004
【図３】
2005056031.tif 000005
【図４】
2005056031.tif 000006
【図５】
2005056031.tif 000007
【図６】
2005056031.tif 000008
【図７】
2005056031.tif 000009
【図８】
2005056031.tif 000010
【図９】
2005056031.tif 000011
【図１０】
2005056031.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月27日(2003.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列状に接続した複数基の圧力式流量制御装置と、前記複数基の圧力式流量制御装置の作動を制御する制御装置とから形成され、真空ポンプにより排気されたチャンバへ所望のガスを流量制御しつつ供給するチャンバへのガス供給装置に於いて、前記圧力式流量制御装置をオリフィスと、オリフィス上流側の圧力検出器と、圧力検出器の上流側に設けたコントロールバルブと、圧力検出器の検出圧力Ｐ1 からオリフィスを通過するガス流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算すると共に、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙをコントロールバルブへ駆動用信号として出力する演算制御部とから形成し且つオリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 の比Ｐ1 ／Ｐ2 を約２倍以上に保持した状態下で使用する圧力式流量制御装置とすると共に、前記一基の圧力式流量制御装置をチャンバへ供給する最大流量の多くとも１０％までのガス流量域を制御する装置に、残余の圧力式流量制御装置を残りのガス流量域を制御する装置とし、広い流量域に亘って高精度な流量制御を行なうことを特徴とするチャンバへのガス供給装置。
【請求項２】
並列状に接続する圧力式流量制御装置を２基とし、一方を小流量域を制御する小流量レンジの圧力式流量制御装置に、他方を大流量域を制御する大流量レンジの圧力式流量制御装置とした請求項１に記載のチャンバの内圧制御装置。
【請求項３】
並列状に接続する圧力式流量制御装置を２基とし、且つ小流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の０．１〜１０％に、また大流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の１０〜１００％とするようにした請求項１に記載のチャンバへのガス供給装置。
【請求項４】
制御装置の信号変換部から発信した制御信号により、複数基の圧力式流量制御装置をその制御流量域が小さな圧力式流量制御装置から順に作動させる構成とした請求項１に記載のチャンバへのガス供給装置。
【請求項５】
制御装置に、各流量域を分担する圧力式流量制御装置へ発信する制御信号の上昇率設定機構を設け、前記制御信号の発信から所定の時間経過後に当該圧力式流量制御装置が設定流量のガス流量を供給する構成とした請求項４に記載のチャンバへのガス供給装置。
【請求項６】
圧力式流量制御装置を備えたガス供給装置からガスが供給されると共に、コンダクタンスバルブを備えた真空排気ラインを通して真空ポンプにより内部を連続的に減圧するようにしたチャンバに於いて、先ず、前記真空ポンプを連続的に運転すると共にガス供給装置から所望のガスを供給し、前記コンダクタンスバルブを最大開度にしたとき及び最小開度にしたときのガス供給流量とチャンバ内圧との関係を夫々求め、次に、これ等のチャンバ内圧とガス供給流量との関係から、前記真空排気系を備えたチャンバに於けるチャンバへのガス供給流量とチャンバ内圧の制御範囲を定めると共に、当該ガス供給流量とチャンバ内圧との関係線図から求めた設定すべきチャンバ内圧に対応するガス供給流量に、前記ガス供給装置から供給中のガス流量を調整することにより、チャンバ内圧を所望の設定圧力に保持する構成としたことを特徴とするチャンバの内圧制御方法。
【請求項７】
真空排気系のコンダクタンスバルブの開度とガス供給装置からの供給ガス流量の両者を調整することにより、チャンバ内圧を設定圧力に保持するようにした請求項６に記載のチャンバの内圧制御方法。
【請求項８】
ガス供給装置を、並列状に接続した複数基の圧力式流量制御装置と、前記複数基の圧力式流量制御装置の作動を制御する制御装置とから形成され、真空ポンプにより排気されたチャンバへ所望のガスを流量制御しつつ供給するチャンバへのガス供給装置に於いて、前記圧力式流量制御装置をオリフィスと、オリフィス上流側の圧力検出器と、圧力検出器の上流側に設けたコントロールバルブと、圧力検出器の検出圧力Ｐ1 からオリフィスを通過するガス流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算すると共に、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙをコントロールバルブへ駆動用信号として出力する演算制御部とから形成し且つオリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 の比Ｐ1 ／Ｐ2 を約２倍以上に保持した状態下で使用する圧力式流量制御装置とすると共に、前記一基の圧力式流量制御装置をチャンバへ供給する最大流量の多くとも１０％までのガス流量域を制御する装置に、残余の圧力式流量制御装置を残りのガス流量域を制御する装置とし、更に前記制御装置をチャンバへ供給するガス流量を設定する入力設定部と、当該入力設定部への入力値を各圧力式流量制御装置への制御信号に変換する信号変換部とを備えた構成とし、信号変換部から各圧力式流量制御装置へ制御信号を発信することにより、広い流量域に亘って高精度な流量制御を行なうガス供給装置とした請求項６に記載のチャンバの内圧制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体製造装置等に於いて利用されるチャンバへのガス供給装置と、これを用いたチャンバの内圧制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造装置等に於いては、プロセスチャンバへのガス供給装置として所謂圧力式流量制御装置を備えたガス供給装置が多く利用されている。
【０００３】
図８はその一例を示すものであり、圧力式流量制御装置Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 と流体切換弁Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 を設け、制御装置Ｂからの信号によりプロセスチャンバＥへ供給する流体の切換及びその流量調整を自動的に行なう構成となっている（特開平１１−２１２６５３号等）。
尚、前記圧力式流量制御装置Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 は、図９に示すようにオリフィスＫａを流通する流体を臨界条件下に保持（Ｐ1 ／Ｐ2 が約２以上）することにより、演算装置Ｍに於いてオリフィス流通流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 として演算し、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙが零となるようにコントロール弁Ｖを開閉（オリフイス上流側圧力Ｐ1 を調整）する構成となっている。尚、Ａ／Ｄは信号変換器、ＡＰは増幅器である（特開平８−３３８５４６号）。
【０００４】
また、前記プロセスチャンバＥは、図１０に示すように、自動圧力調整器ＡＰＣ及びコンダクタンスバルブＣＶを備えた比較的大口径の真空排気ラインＥｘを通して真空ポンプＶＰ1 及びＶＰ2 を連続的に運転することにより、その内圧が設定値（１０-6〜１０2 Ｔｏｒｒ）に保持されている。
尚、前記真空ポンプとしては、ターボ分子ポンプ等の一次真空ポンプ（高真空ポンプ）ＶＰ1 とスクロールポンプ等の二次真空ポンプ（低真空ポンプ）ＶＰ2 とを組み合せたものが広く利用されており、１台の圧縮比の大きな大排気容量の真空ポンプによる排気システムは、製造コスト等の点に問題があるためあまり利用に供されていない。
【０００５】
前記図８に示したチャンバへの流体供給装置は、その使用する圧力式流量制御装置Ｃ1 〜Ｃn がチャンバＥ側の内圧変動に影響を受けないと云う特性を具備しているため、臨界条件が保持されている限り、チャンバ内圧が変動しても比較的安定した供給ガスの流量制御を行なうことができ、優れた実用的効用を奏するものである。
【０００６】
しかし、この種の流体供給装置にも解決すべき問題点が多く残されており、その中でも特に解決が急がれる問題は、低流量域に於ける流量制御精度を高めることである。
例えば、定格流量が１ＳＬＭ（標準状態に換算した気体流量）である圧力式流量制御装置の流量制御精度を設定１０％以下で０．１％Ｆ．Ｓ．とすると、設定１％の制御流量値には最大で１ＳＣＣＭの誤差が含まれている可能性がある。そのため、制御流量が定格流量の１０％以下（例えば１０〜１００ＳＣＣＭ以下）になれば、前記１ＳＣＣＭの誤差の影響が無視できなくなり、結果として定格容量が１ＳＬＭの流量制御装置であれば、１００ＳＣＣＭの以下の小流量域は高精度な流量制御ができないと云う問題がある。
【０００７】
また、前記図１０のプロセスチャンバＥに於いては、高圧縮度で、しかも排気流量の大きなターボ分子ポンプ等の一次真空ポンプＶＰ1 等を連続的に運転する必要がある。
更に、一次真空ポンプＶＰ1 や二次真空ポンプＶＰ2 の負荷を軽減する必要があるため、真空排気系Ｅｘの管径は比較的太径にしなければならず、そのうえにコンダクタンスバルブＣＶや自動圧力調整器ＡＰＣ等を必要とする。その結果、真空チャンバＥの設備費やランニングコストが高騰し、その引下げを図れないと云う問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２１２６５３号公報
【特許文献２】特開平８−３３８５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従前の圧力式流量制御装置を備えた真空チャンバへのガス供給装置並びに前記真空チャンバの真空排気系に於ける上述の如き問題、即ち（１）ガス供給装置にあっては、小流量域に於ける流量制御精度が低下するため、流量制御範囲が約１〜１００％の範囲に限定され、１％以下の流量範囲の高精度な流量制御が困難なこと、及び（２）真空チャンバの真空排気系にあっては、設備の小型化、設備費やランニングコストの引下げが図り難いこと等の問題を解決せんとするものであり、所要最大設定流量の０．１％〜１００％の広範囲に亘って、真空チャンバの内圧変動と無関係に高精度な流量制御が行なえるようにした流体供給装置と当該流体供給装置を用いた真空チャンバの内圧制御方法を提供することを、発明の主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は並列状に接続した複数基の圧力式流量制御装置と、前記複数基の圧力式流量制御装置の作動を制御する制御装置とから形成され、真空ポンプにより排気されたチャンバへ所望のガスを流量制御しつつ供給するチャンバへのガス供給装置に於いて、前記圧力式流量制御装置をオリフィスと、オリフィス上流側の圧力検出器と、圧力検出器の上流側に設けたコントロールバルブと、圧力検出器の検出圧力Ｐ1 からオリフィスを通過するガス流量ＱｃをＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算すると共に、設定流量Ｑｓとの差Ｑｙをコントロールバルブへ駆動用信号として出力する演算制御部とから形成し且つオリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 の比Ｐ1 ／Ｐ2 を約２倍以上に保持した状態下で使用する圧力式流量制御装置とすると共に、前記一基の圧力式流量制御装置をチャンバへ供給する最大流量の多くとも１０％までのガス流量域を制御する装置に、残余の圧力式流量制御装置を残りのガス流量域を制御する装置とし、広い流量域に亘って高精度な流量制御を行なうことを発明の基本構成とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１の発明に於いて、並列状に接続する圧力式流量制御装置を２基とし、一方を小流量域を制御する小流量レンジの圧力式流量制御装置に、他方を大流量域を制御する大流量レンジの圧力式流量制御装置としたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の発明に於いて並列状に接続する圧力式流量制御装置を２基とし、且つ小流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の０．１〜１０％に、また大流量用の圧力式流量制御装置の流量制御域を最大流量の１０〜１００％とするようにしたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、制御装置の信号変換部から発信した制御信号により、複数基の圧力式流量制御装置をその制御流量域が小さな圧力式流量制御装置から順に作動させる構成としたものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１の発明に於いて、制御装置に、各流量域を分担する圧力式流量制御装置へ発信する制御信号の上昇率設定機構を設け、前記制御信号の発信から所定の時間経過後に当該圧力式流量制御装置が設定流量のガス流量を供給する構成としたものである。
【００１５】
請求項６の発明は、圧力式流量制御装置を備えたガス供給装置からガスが供給されると共に、コンダクタンスバルブを備えた真空排気ラインを通して真空ポンプにより内部を連続的に減圧するようにしたチャンバに於いて、先ず、前記真空ポンプを連続的に運転すると共にガス供給装置から所望のガスを供給し、前記コンダクタンスバルブを最大開度にしたとき及び最小開度にしたときのガス供給流量とチャンバ内圧との関係を夫々求め、次に、これ等のチャンバ内圧とガス供給流量との関係から、前記真空排気系を備えたチャンバに於けるチャンバへのガス供給流量とチャンバ内圧の制御範囲を定めると共に、当該ガス供給流量とチャンバ内圧との関係線図から求めた設定すべきチャンバ内圧に対応するガス供給流量に、前記ガス供給装置から供給中のガス流量を調整することにより、チャンバ内圧を所望の設定圧力に保持する構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６の発明に於いて、真空排気系のコンダクタンスバルブの開度とガス供給装置からの供給ガス流量の両者を調整することにより、チャンバ内圧を設定圧力に保持するようにしたものである。
【００１７】
請求項８の発明は、ガス供給装置を、請求項１のガス供給装置としたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のチャンバへのガス供給装置に於いては、必要とする流量範囲を複数の流量域に分割し、最大流量の多くとも１０％以下の小流量域は小流量用の圧力式流量制御装置により流量制御を行なう構成としているため、広い流量範囲に亘って高精度な流量制御が行なえる。
また、各流量域を分担する圧力式流量制御装置による流量制御の重乗に際しては、制御信号の上昇率に制限を加える構成としているため、チャンバへ供給するガス流量Ｑの連続的な制御が行なえる。
【００１９】
本発明のチャンバの内圧制御方法に於いては、チャンバへの供給ガス流量を迅速且つ正確に調整することができるため、チャンバ内圧を容易に所定の設定圧に調整・保持することができる。その結果、従前の自動圧力調整器ＡＰＣの削除が可能となり、チャンバの真空排気系の設備費を大幅に削減することができる。
また、真空ポンプは、予かじめ定めたチャンバの最低圧力を達成するだけの排気容量のものを設備すればよく、従前のチャンバの真空排気系のように、真空ポンプの排気容量に大幅な余裕を見込む必要はない。その結果、真空排気系の設備費の大幅な削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明に係るチャンバへのガス供給装置の第１実施例を示すものであり、当該ガス供給装置の基本型を示すものである。
図１に於いてＡはガス供給装置、Ｇｓは供給ガス、ＦＣＳ（Ａ）は小流量用圧力式流量制御装置、ＦＣＳ（Ｂ）は大流量用圧力式流量制御装置、Ｅはチャンバ、Ｑ1 は小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御流量、Ｑ2 は大流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の制御流量、ＱはチャンバＥへの供給流量、ＰはチャンバＥ内の圧力、ＣＶはコンダクタンスバルブ、ＶＰは真空ポンプ、Ｖ1 〜Ｖ3 は制御弁、Ｌ1 はガス供給管、Ｌ2 、Ｌ3 は排気管路、１は制御装置、１ａは流量入力設定部、１ｂは信号変換部、１ｃ・１ｄは制御信号である。
【００２２】
前記圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）及びＦＣＳ（Ｂ）は、図９に示した従前の圧力式流量制御装置と基本的に同一のものであり、オリフィス上流側圧力Ｐ1 と下流側圧力Ｐ2 との間に流体の臨界条件であるＰ1 ／Ｐ2 が約２以上の条件を成立させることにより、オリフィスを流通するガス流量をＱｃ＝ＫＰ1 （但しＫは定数）により演算し、この演算値Ｑｃと設定値Ｑｓとの差信号Ｑｙにより上流側に設けたコントロールバルブＶを自動開閉制御することにより圧力Ｐ1 を調整し、オリフィスの実通過流量を前記設定値Ｑｓに制御することを基本構成とするものである。
【００２３】
尚、本実施例では、小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）として定格流量が１００ＳＣＣＭのものを、また大流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）として定格流量３０００ＳＣＣＭのものを使用し、最小５ＳＣＣＭから最大３１００ＳＣＣＭまでの流量範囲に亘って、連続的に高精度な流量制御を行なうように構成されている。
また、前記圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の構成は公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２４】
前記プロセスチャンバＥは内容量が１１ｌに設定されており、３００ｌ／ｍｉｎの排気流量を有する真空ポンプＶＰにより、自動圧力調整器ＡＰＣ及びコンダクタンスバルブＣＶを設けた真空排気ラインＬ2 〜Ｌ3 を通して連続的に真空引きされており、チャンバＥの内部は１０-2〜１０1 Ｔｏｒｒの中真空に保持されている。
【００２５】
前記コンダクタンスバルブＣＶは真空排気系の管路コンダクタンスを調整するためのものである。また、コンダクタンスバルブＣＶは、公知であるため、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
前記ガス供給管Ｌ1 には外径６．３５ｍｍφ、内径４．２ｍｍφのステンレス管が、また排気管Ｌ2 、Ｌ3 には外径２８ｍｍφ、内径２４ｍｍφのステンレス管が夫々使用されている。
【００２７】
前記制御装置１は入力設定部１ａと信号変換部１ｂとから形成されており、入力設定部１ａで定格最大流量に対する所望の流量（％）を設定する。
即ち、当該入力設定部１ａには、小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御信号１ｃの上昇率設定機構１ａ′と、大流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の制御信号１ｄの上昇率設定機構１ａ″とが設けられており、プロセスチャンバＥで必要とするプロセスガスＧｓの流量は、後述するように流量％設定機構１ａにより設定される。
【００２８】
また、前記入力設定部１ａの制御信号の上昇率設定機構１ａ′、１ａ″は、後述するように、最小設定流量０％から最大設定流量１００％の間の任意の流量に流量設定をして両圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）を作動させる際に、各流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、（Ｂ）へ印加する制御信号１ｃ、１ｄの上昇率を調整するための機構であり、例えば設定流量５０ＳＣＣＭ（入力設定値１．６１３％）でガスＧｓを供給中に、２０００ＳＣＣＭ（入力設定６４．５１６％）に増量する場合、小流量用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）のみの作動から両圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の作動に切換えられるが、大流量圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の方が０からその１９００ＳＣＣＭに達するまでに若干の時間遅れ（０→１００％の流量変化で約３０ｓｅｃ）を設けることが必要となり、そのためＦＣＳ（Ｂ）への制御入力信号１ｄの上昇率が調整されることになる。
【００２９】
前記信号変換部１ｂは、流量の入力設定（％）に対応した各圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）への制御信号１ｃ、１ｄを出力するものである。
尚、最大流量が１００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御信号は、０Ｖ（０ＳＣＣＭ）から５Ｖ（１００ＳＣＣＭ）の値に、また最大流量が３０００ＳＣＣＭの圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ｂ）の制御信号も０Ｖ（０ＳＣＣＭ）から５Ｖ（３０００ＳＣＣＭ）の値に夫々設定されており、両圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）へは夫々の分担する制御流量に対応した制御信号１ｃ、１ｄが信号変換部１ｂから入力される。
【００３０】
図２は、前記制御装置１の入力設定部１ａに於ける流量入力設定（％）と制御信号１ｃ、１ｄの関係を示す線図である。図２に於いて、曲線Ｌは小流量（１００ＳＣＣＭ）用圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）の制御信号１ｃを、また曲線Ｈは大流量（３０００ＳＣＣＭ）用圧力式流量制御装置の制御信号１ｄを夫々示すものであり、例えば設定流量が５０ＳＣＣＭ（設定流量％＝５０／３１００＝１．６１３％）の時にはＦＣＳ（Ａ）のみが作動され、制御信号１ｃ＝５Ｖ×５０／１００＝２．５ＶがＦＣＳ（Ａ）へ入力される。
同様に、設定流量が２０００ＳＣＣＭ（設定流量％＝２０００／３１００＝６４．５２％）の時には、ＦＣＳ（Ａ）の方は流量設定％＝１００％でもって１００ＳＣＣＭの流量を出力し、制御信号１ｃ＝５Ｖ×１００／１００＝５ＶがＦＣＳ（Ａ）へ入力され、またＦＣＳ（Ｂ）の方は流量１９００ＳＣＣＭを出力し、制御信号１ｄ＝５Ｖ×１９００／３０００＝３．１７ＶがＦＣＳ（Ｂ）へ入力されることになる。
【００３１】
図３は、図１の流体供給装置Ａに於ける各圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の分担制御流量Ｑ1 、Ｑ2 とチャンバＥへの全供給流量Ｑとの関係を示すものであり、全流量ＱはＱ＝１００／３・設定％（ＦＣＳ（Ａ）のみが作動、Ｑ＝１００ＳＣＣＭ以下のとき）、又はＱ＝３０００／９７・設定％＋７００／９７ＳＣＣＭ（ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）の両方が作動、Ｑ＝１００ＳＣＣＭ以上のとき）となる。
【００３２】
図４の（ａ）〜（ｃ）は、前記入力設定部１ａの制御信号上昇率設定機構１ａ′、１ａ″の必要性を示す実験データであり、１００ＳＣＣＭのＦＣＳ（Ａ）と３０００ＳＣＣＭのＦＣＳ（Ｂ）の両方を作動させ、全流量を０％（０ＳＣＣＭ）から１００％（３１００ＳＣＣＭ）へ増加させた場合の流量制御信号１ｃ及び流量制御信号１ｄの印加状況と、チャンバ圧力Ｐへの制御流量Ｑの追随性の関係を示すものである。尚、当該実験に於いては、チャンバ排気系のコンダクタンスバルブＣＶは、全開状態（真空ポンプＶＰが連続的にフル出力で運転される状態）にセットされている。
【００３３】
即ち、図４の（ａ）は、入力設定部１ａへの設定信号を約６０ｓｅｃ間で０〜１００％へ変化させるようにした場合のチャンバ圧力Ｐの変化の状態を示すものである。
また、図４の（ｂ）は入力設定部１ａへの設定信号を約３０ｓｅｃ間で０〜１００％へ変化させるようにした場合のチャンバ圧力Ｐの変化状態を、更に図４の（ｃ）は入力設定部１ａへの設定信号をステップ状に変化させるようにした場合のチャンバ圧力Ｐの変化状況を示すものである。
【００３４】
図４の（ａ）及び図４の（ｂ）に於いては、チャンバ圧力Ｐが、流量設定％（ＳＥＴ）にほぼ比例した状態で連続的に増加し、所謂圧力制御が完全に実現されていることが判る。
【００３５】
これに対して、図４の（ｃ）に於いては、流量設定％（ＳＥＴ）のステップ変化（即ち、制御信号１ｃ（又は流量Ｑ1 ）及び制御信号１ｄ（又は流量Ｑ2 ）のステップ変化）に対して、チャンバ圧力Ｐ（チャンバＥへの供給流量Ｑ）はステップ状に変化をすることができず、約２０秒間は、チャンバ圧力Ｐの制御が追随できないことが判る。
【実施例２】
【００３６】
図５は、本発明の流体供給装置の第２実施例に係る設定流量と流量出力の関係を示す線図であり、当該第２実施例に於いては、定格流量が１００ＳＣＣＭと３０００ＳＣＣＭと５０００ＳＣＣＭの３台の圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）、ＦＣＳ（Ｃ）を用いて、５ＳＣＣＭ〜８１００ＳＣＣＭのより広い流量範囲について高精度な流量制御を行なえる構成としたものである。
【００３７】
図５に於いて、曲線Ｌは１００ＳＣＣＭの、曲線Ｈは３０００ＳＣＣＭの、曲線Ｍは５０００ＳＣＣＭの各圧力式流量制御装置ＦＣＳ（Ａ）、ＦＣＳ（Ｂ）、ＦＣＳ（Ｃ）の流量特性を示すものであり、またＱはチャンバＥへの供給流量を示すものである。
即ち、供給流量Ｑが１００〜３１００ＳＣＣＭ以下の時には、
Ｑ＝（３１００−１００）／（４０−１）・（ＳＥＴ％−１）＋１００
＝（３０００／３９）・ＳＥＴ％＋（９００／３９）に流量Ｑが求められ、
また、供給流量Ｑが３１００〜８１００ＳＣＣＭの時には、
Ｑ＝（５０００／６０）・ＳＥＴ％−（１４０００／６０）により、流量Ｑが与えら  れる。
【００３８】
尚、前記図１の第１実施例及び図５の第２実施例に於いては、供給ガスＧｓが一種類であるとしているが、供給ガスＧｓが二種類以上あるときには、ガス種の数と同数の第１実施例や第２実施例の如き構成のガス供給装置Ａを、複数基夫々並列に設け、各ガス供給装置Ａを任意に切換作動させることにより、複数種のガスをチャンバＥへ供給することになる。
【００３９】
更に、前記第１実施例や第２実施例に於いては、供給ガスＧｓを単独種のガスとしているが、供給ガスＧｓが例えばＡｒとＣＦ4 との混合ガス（混合比率は任意）であってもよいことは勿論である。
（ガス供給装置を用いたチャンバの内圧制御方法）
【実施例３】
【００４０】
図６は、本発明に係るガス供給装置を用いたチャンバＥの内圧調整方法を示すための系統図である。
図６を参照して、チャンバＥは１１ｌの内容積を有しており、その真空排気系はコンダクタンスバルブＣＶと真空ポンプＶＰと管路Ｌ2 と管路Ｌ3 とにより形成されている。
また、真空ポンプＶＰには３００ｌ／ｍｉｎの排気量を有する真空ポンプが使用されている。
【００４１】
当該チャンバの内圧制御方法は、一定の排気能力を有する真空ポンプにより連続的に排気されているチャンバＥ内の内圧を、その内部へ供給する流体の流量を細かく調整することにより、１０-2〜１０2 Ｔｏｒｒ程度の所定のプロセス圧力に制御するものである。
【００４２】
図６を参照して、先ずコンダクタンスバルブＣＶを全開にして真空排気系の流路抵抗を最小にすると共に、真空ポンプＶＰを作動させてチャンバＥ内を真空ポンプＶＰの排気能力に対応した真空度にまで真空引きする。
次に、予かじめ求められている図７のチャンバＥ及び真空排気系の圧力−流量特性曲線から、圧力Ｐに対する供給ガス流量Ｑを求める。
【００４３】
その後、ガス供給装置Ａを作動させ、前記設定圧力Ｐを得るために必要とする流量ＱのガスＧｓをチャンバＥ内へ供給する。
尚、ガスＧｓの供給によるチャンバＥの内圧調整の範囲は、真空ポンプＶＰの排気能力が一定の条件下ではコンダクタンスバルブＣＶの開度調整によって変化させることができ、後述するようにチャンバ内圧を上昇（低真空度）させる場合にはコンダクタンスバルブＣＶの開度を低下させて真空排気系の管路抵抗を増大させ、また逆にチャンバ内圧を低下（高真空度）させる場合には、コンダクタンスバルブＣＶを全開状態とする。
【００４４】
図７は、前記図６のチャンバＥ及び真空排気系に於けるチャンバＥへの供給流量Ｑとチャンバ内圧Ｐとの関係を示す線図であり、真空ポンプＶＰを定格下で連続運転すると共に、コンダクタンスバルブＣＶを最大開度又は最小開度状態にした時の圧力−流量特性を示すものである。
【００４５】
即ち、図７の曲線ＡはコンダクタンスバルブＣＶを最大開度にしたときの圧力−流量特性、曲線ＢはコンダクタンスバルブＣＶを最小開度にしたときの圧力−流量特性を示すものである。
また、曲線ＣはチャンバＥ内に任意のプロセスポイント（１）やプロセスポイント（３）を実現する真空排気系の任意コンダクタンスに於ける圧力−流量特性である。
【００４６】
図７からも明らかなように、図６のチャンバＥ及び真空排気系に於いては、チャンバＥへのガス供給流量Ｑを５〜３１００ＳＣＣＭの間で流量制御をすると共に、真空排気系のコンダクタンスを適宜に調整することにより、記号（１）−（４）−（５）−（３）−（２）−（７）−（６）で囲まれた流量・圧力範囲、即ち圧力であれば１０1 〜０．８×１０-1Ｔｏｒｒに亘ってチャンバＥ内の圧力を調整することが出来る。
【００４７】
勿論、真空排気系の構成（真空排気系のコンダクタンスや真空排気ポンプＶＰの排気能力等）や流体供給装置Ａの流量制御範囲を変えることにより、前記図７の流量・圧力の調整範囲（点線部分の面積）は変化することになり、プロセスチャンバＥに要求される条件に応じて流体供給装置Ａの流量範囲や真空排気ポンプＶＰの排気能力は適宜に選定される。
【００４８】
尚、半導体製造装置等に於いては、圧力制御範囲は通常１０-2〜１０1 Ｔｏｒｒ、流量制御範囲Ｑは３ＳＣＣＭ〜５０００ＳＣＣＭの範囲に選定されている。
又、圧力調整用にチャンバＥ内へ供給するガスＧｓとしては、ＨｅやＡｒ等の不活性ガスやそれの混合ガスが利用される。
更に、前記チャンバＥ内への供給ガスＧｓとして、プロセスガス自体を利用することも可能であり、且つ混合ガスであってもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、半導体製造装置のプロセスチャンバへのガスの供給量制御や、プロセスチャンバの内圧制御等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係るチャンバへのガス供給設備の第１実施例の全体系統図であり、基礎実験に用いたものガス供給設備である。
【図２】図１のガス供給設備Ａに於ける入力設定（％）と制御信号（％）の関係を示す線図である。
【図３】図１のガス供給設備Ａに於ける流量設定（％）と、各圧力式流量制御装置の流量（％）及びチャンバＥへの供給流量Ｑの関係を示す線図である。
【図４】図１のガス供給設備Ａに於ける各圧力式流量制御装置への制御信号の入力状態と、各圧力式流量制御装置の流量出力Ｑ1 、Ｑ2 及びチャンバＥ内の圧力Ｐの関係を示す線図であり、（ａ）は６０ｓｅｃ間で２台の圧力式流量制御装置の流量を０％から１００％へ変化させた場合、（ｂ）は３０ｓｅｃ間で流量を０％から１００％へ変化させた場合、（ｃ）はステップ状に流量を０％から１００％へ変化させた場合を示すものである。
【図５】３基の圧力式流量制御装置を用いた本発明の第２実施例に係るガス供給設備の流量設定（％）と、制御流量Ｑとの関係を示す線図である。
【図６】本発明のガス供給設備を用いたチャンバの内圧制御方法の実施状態を示す全体系統図である。
【図７】図６に示したチャンバの内圧制御方法に於ける制御可能なチャンバ内圧Ｐと、供給流量Ｑの関係を示す線図である。
【図８】従前の圧力式流量制御装置を用いたチャンバへの流体供給装置の説明図である。
【図９】圧力式流量制御装置の構成図である。
【図１０】従前のプロセスチャンバの真空排気系を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ａはガス供給装置、Ｇｓは供給ガス、ＦＣＳ（Ａ）は小流量用圧力式流量制御装置、ＦＣＳ（Ｂ）は大流量用圧力式流量制御装置、Ｑ1 は小流量用圧力式流量制御装置の制御流量、Ｑ2 は大流量用圧力式流量制御装置の制御流量、Ｑはチャンバへの供給流量、Ｐはチャンバ内圧力、Ｅはプロセスチャンバ、ＡＰＣは自動圧力調整器、ＣＶはコンダクタンスバルブ、ＶＰは真空ポンプ、Ｖ1 〜Ｖ3 は制御弁、Ｌ1 はガス供給管、Ｌ2 〜Ｌ3 は排気管、１は制御装置、１ａは流量入力設定部、１ａ′及び１ａ″は制御信号上昇率設定機構、１ｂは信号変換部、１ｃ・１ｄは制御信号。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2005056031.tif 000013