(57)【要約】【課題】作用ガスの無駄な消費を減らすことができるとともに、設定変更等に対する応答性を向上させることができる分圧制御システムを提供すること。【解決手段】作用ガス供給管路に並列に設けられ、可変的に作用ガスを制御する２個のバルブ８と、バルブ８の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力を検知する圧力センサ３と、圧力センサ３の検知結果に基づいてバルブ８の動作を比例制御することにより、２個のバルブ８の出力圧力Ｐ１，Ｐ２を相対的に制御するコントローラ２５と、を分圧制御システム４５に設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用ガス供給管路に並列に設けられ、可変的に作用ガスの圧力を制御する複数の圧力制御手段と、
前記圧力制御手段の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、
前記圧力検知手段の検知結果に基づいて前記圧力制御手段の動作を比例制御することにより、前記複数の圧力制御手段の出力圧力を相対的に制御する制御手段と、を有すること、を特徴とする分圧制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載する分圧制御システムにおいて、
前記制御手段は、前記圧力検知手段の検知結果に基づいて、前記複数の圧力制御手段から制御対象を特定すること、を特徴とする分圧制御システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する分圧制御システムにおいて、
前記圧力制御手段の全てを全開させて作用ガスの供給を停止したときに、前記圧力検知手段の検知する圧力が、ゼロ点に対して許容範囲内であるか否かを確認するゼロ点確認手段を有することを特徴とする分圧制御システム。
【請求項４】
ガス供給源に接続する流量制御弁と、前記流量制御弁が出力する流量を検知する流量検知手段とを有し、前記流量検知手段の検知結果に基づいて前記流量制御弁を制御する流量制御装置と、
前記流量制御装置に接続する作用ガス供給管路と、
前記作用ガス供給管路に並列に設けられ、可変的に作用ガスの圧力を制御する複数の圧力制御手段と、前記圧力制御手段の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段の検知結果に基づいて前記圧力制御手段の動作を比例制御することにより、前記複数の圧力制御手段の出力圧力を相対的に制御する制御手段と、を有する分圧制御システムと、を有すること、を特徴とする流量制御システム。
【請求項５】
請求項４に記載する流量制御システムにおいて、
前記圧力制御手段の全てを全開させて作用ガスの供給を停止したときに、前記圧力検知手段の検知する圧力が、ゼロ点に対して許容範囲内であるか否かを確認するゼロ点確認手段を有することを特徴とする流量制御システム。
【請求項６】
隔壁部材により仕切られて複数のエリアに分割されており、各エリアが分圧制御システムに接続して各エリアから供給対象物に噴出する作用ガスを制御される分圧制御システムに用いるシャワープレートであって、
作用ガスを噴出するガス穴が正三角形に配置され、前記供給対象物に対して中心から周囲に向かって六角形状に配置されていること、を特徴とする分圧制御システムに用いるシャワープレート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作用ガスを所定の分圧比で出力する分圧制御システム、流量制御システム、及び、分圧制御システムに用いるシャワープレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、作用ガスをウエハに供給する流量制御システムでは、ウエハに作用ガスを均一に供給するため、ウエハのセンターエリアとエッジエリアに供給する作用ガスの流量を制御している。図６は、従来の流量制御システム１００の概略構成図である。図７及び図８は、従来のシャワープレート１２２の平面図である。
【０００３】
流量制御システム１００は、例えばＯ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ等のガス供給源に流量制御装置１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄがそれぞれ接続している。流量制御装置１０１Ａ〜１０１Ｄは、流量制御弁１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄと流量計１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄとを備え、流量計１０３Ａ〜１０３Ｄが検出する流量に基づいて流量制御弁１０２Ａ〜１０２Ｄの開度調整をしている。
【０００４】
流量制御装置１０１Ａ〜１０１Ｄは、作用ガス供給管路１０４を介して流量制御装置１１０に接続し、作用ガスをエッチング装置１２０に供給している。流量制御装置１１０は、作用ガス供給管路１０４に流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂが並列に接続し、流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂに流量計１１２Ａ，１１２Ｂが直列に接続している。流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂ及び流量計１１２Ａ，１１２Ｂは、コントローラ１１３に接続し、流量計１１２Ａ，１１２Ｂが検出する流量に基づいて流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂを制御している。かかる流量制御装置１１０の流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂは、エッチング装置１２０に内設されたシャワープレート１２２のセンターシャワー１２５とエッジシャワー１２６にそれぞれ接続している。
【０００５】
シャワープレート１２２は、ウエハＷを加熱する下部電極１２１の上方に配設されている。シャワープレート１２２は、図７及び図８に示すように、ウエハＷと対向する面にガス穴１２３が多数設けられ、真円状の隔壁リング１２４を取り付けることにより、円形状のセンターシャワー１２５と、環状のエッジシャワー１２６とに区画されている。図７に示すシャワープレート１２２Ａは、ガス穴１２３Ａが正方形にレイアウトされ、ウエハＷに対して中心からその周囲に向かって正方形状に配置されている。また、図８に示すシャワープレート１２２Ｂは、ガス穴１２３Ｂが同心円状にレイアウトされ、ウエハＷに対して中心からその周囲に向かって同心円状に配置されている。
【０００６】
従って、流量制御システム１００は、例えば、流量制御装置１０１Ｂの流量制御弁１０２Ｂを開弁すると、Ａｒが作用ガス供給管路１０４から流量制御装置１１０の流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂに分岐し、センターシャワー１２５とエッジシャワー１２６からウエハＷ上に供給される。このとき、流量制御装置１１０が、流量計１１２Ａ，１１２Ｂの検出した流量に基づいて流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂの開閉動作を制御し、センターシャワー１２５とエッジシャワー１２６とからＡｒを所定流量で噴出するので、ウエハＷ全体にＡｒを均一に供給することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１２１２５３号公報（段落００３２、段落００３７、段落００３９、第１図、第５図、第７図、第８図。）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の流量制御システム１００は、設定変更等に対する応答性が悪く、ウエハＷに作用ガスを均一に供給できない場合があった。流量制御システム１００は、一般に、流量制御装置１１０をエッチング装置１２０に設け、ガス供給源や流量制御装置１０１Ａ〜１０１Ｄをエッチング装置１２０から離れたガスボックスに設けており、作用ガス供給管路１０４の配管容積が大きい。そして、流量制御装置１１０は、流量計１１２Ａ，１１２Ｂが出力する流量に基づいて流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂを制御しており、制御時間がかかる。そのため、流量制御システム１００では、例えば、流量制御装置１０１Ａ〜１０１Ｄで作用ガスの流量を変更した場合、作用ガス供給管路１０４を流れる作用ガスの流量が安定するまでに時間がかかり、さらに、流量制御装置１１０の制御時間がかかるため、設定変更等に対する応答性が悪かった。ここで、エッチング処理は、作用ガスの化学反応等を防止するために短時間で行われる。よって、流量制御システム１００は、エッチング処理が終わる頃に作用ガスの制御を完了し、ウエハＷに作用ガスを均一に供給できない場合があった。
【０００９】
応答性を改善する方策として、流量制御装置１１０に変えて、センターシャワー１２５とエッジシャワー１２６とから噴出する作用ガスの圧力を絶対値で制御するシステムを用いることが考えられる。しかし、作用ガスの圧力を絶対値で制御するシステムは、流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂの一次側に大型タンク等を設けて、絶対値に対応する圧力で作用ガスを溜め込む必要があり、作用ガスを無駄に消費する問題がある。それに加え、作用ガスを圧力の絶対値で制御するシステムは、設定変更等に対する応答性が悪かった。すなわち、例えば、流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂから出力する作用ガスの圧力比を変更する場合には、大型タンク等に溜め込む作用ガスの圧力を変更しなければならず、制御時間がかかっていた。また、作用ガスの種類を変更する場合には、作用ガスの特性によって作用ガス供給管路１０４から流量制御装置１１０に供給される作用ガスの流量が変化するため、流量制御弁１１１Ａ，１１１Ｂから出力する作用ガスの流量を迅速に確定するのが困難であった。
【００１０】
また、シャワープレート１２２のガス穴１２３のレイアウトにも、ウエハＷに作用ガスを均一に供給できない要因があった。すなわち、図７に示すようにガス穴１２３Ａを正方形にレイアウトした場合、ガス孔１２３Ａの間隔が一定であるため、作用ガスの吐出密度が理論上一定になるが、隔壁リング１２４を取り付ける際にガス孔１２３Ａを潰す確率が高かった。すなわち、図９に示すように、隔壁リング１２４Ａは、ガス孔１２３Ａを潰さないものの、隔壁リング１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄは、何れかのガス穴１２３Ａを潰してしまう。ガス孔１２３Ａが潰れると、ガス孔１２３Ａの間隔がばらつき、作用ガスの吐出密度を均一にできない。一方、ガス孔１２３Ａを潰さないように隔壁リング１２４を取り付けようとすると、隔壁リング１２４の形状がいびつになり、シャワープレート１２２Ａに隔壁リング１２４を取り付けにくくなる。また、図８に示すようにガス穴１２３Ｂを同心円状にレイアウトした場合、ガス孔１２３Ｂを潰さないように隔壁リング１２４を取り付けることは容易になるものの、ガス穴１２３Ｂの間隔がばらばらで、作用ガスの吐出密度を均一にできない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、作用ガスの無駄な消費を減らすことができるとともに、設定変更等に対する応答性を向上させることができる分圧制御システムを提供することを第１の目的とする。また、本発明は、応答性がよく、作用ガスを正確な分圧比で出力することができる流量制御システムを提供することを第２の目的とする。また、本発明は、作用ガスの吐出密度を供給対象物上で均一にすることができる分圧制御システムに用いるシャワープレートを提供することを第３の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る分圧制御システムは、上記第１の目的を達成するため、次のような構成を有している。
（１）作用ガス供給管路に並列に設けられ、可変的に作用ガスの圧力を制御する複数の圧力制御手段と、圧力制御手段の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、圧力検知手段の検知結果に基づいて圧力制御手段の動作を比例制御することにより、複数の圧力制御手段の出力圧力を相対的に制御する制御手段と、を有すること、を特徴とする。
【００１３】
（２）（１）に記載の分圧制御システムにおいて、制御手段は、圧力検知手段の検知結果に基づいて、複数の圧力制御手段から制御対象を特定すること、を特徴とする。
【００１４】
（３）（１）又は（２）に記載の発明において、圧力制御手段の全てを全開させて作用ガスの供給を停止したときに、圧力検知手段の検知する圧力が、ゼロ点に対して許容範囲内であるか否かを確認するゼロ点確認手段を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の流量制御システムは、上記第２の目的を達成すべく、以下の構成を有する。
（４）ガス供給源に接続する流量制御弁と、流量制御弁が出力する流量を検知する流量検知手段とを有し、流量検知手段の検知結果に基づいて流量制御弁を制御する流量制御装置と、流量制御装置に接続する作用ガス供給管路と、作用ガス供給管路に並列に設けられ、可変的に作用ガスの圧力を制御する複数の圧力制御手段と、圧力制御手段の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、圧力検知手段の検知結果に基づいて圧力制御手段の動作を比例制御することにより、複数の圧力制御手段の出力圧力を相対的に制御する制御手段と、を有する分圧制御システムと、を有すること、を特徴とする。
【００１６】
（５）（４）に記載の発明において、圧力制御手段の全てを全開させて作用ガスの供給を停止したときに、圧力検知手段の検知する圧力が、ゼロ点に対して許容範囲内であるか否かを確認するゼロ点確認手段を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の分圧制御システムに用いるシャワープレートは、上記第３の目的を達成すべく、以下の構成を有する。
（６）隔壁部材により仕切られて複数のエリアに分割されており、各エリアが分圧制御システムに接続して各エリアから供給対象物に噴出する作用ガスを制御される分圧制御システムに用いるシャワープレートであって、作用ガスを噴出するガス穴が正三角形に配置され、供給対象物に対して中心から周囲に向かって六角形状に配置されていること、を特徴とする。
【００１８】
上記構成を有する発明は、以下のように作用する。
ガス供給源から供給される作用ガスは、流量制御装置の流量制御弁が開弁すると同時に、作用ガス供給管路に供給される。このとき、流量制御装置は、流量検知手段で流量制御弁が出力する流量を検知し、その検知結果に基づいて流量制御弁を制御することにより、作用ガスを作用ガス供給管路に所定の流量で供給する。
【００１９】
作用ガスは、作用ガス供給管路から分圧制御システムの圧力制御手段に分岐して出力される。分圧制御システムは、圧力制御手段の出力圧力を圧力検知手段によって検知し、圧力検知手段の検知結果に基づいて圧力制御手段を比例制御する。分圧制御システムの圧力制御手段は、作用ガス供給管路に対して並列に接続しているので、ある圧力制御手段を比例制御して出力圧力を変動させると、他の圧力制御手段の出力圧力も相対的に変動する。よって、分圧制御システムは、作用ガス供給管路から供給される作用ガスの流量に関係なく、圧力制御手段から作用ガスを所定の分圧比で出力することが可能である。
【００２０】
そのため、流量制御システムが、例えば、流量制御装置と分圧制御システムとを離れた位置に設け、作用ガス供給管路の配管容積が大きい場合に、流量制御装置で作用ガスの流量を設定変更したときに、分圧制御システムが、作用ガス供給管路から供給される作用ガスの流量にかかわらず、圧力検知手段で検知した圧力に基づいて圧力制御手段を比例制御して作用ガスを所定の分圧比で出力するので、制御時間が短くなる。従って、本発明の流量制御システムによれば、設定変更等に対する応答性がよく、作用ガスを正確な分圧比で出力することができる。
【００２１】
また、分圧制御システムは、圧力制御手段が出力する圧力に基づいて作用ガスを相対的な圧力で制御するので、作用ガスを絶対的な圧力で制御する場合のように、圧力制御手段の一次側に大型タンク等を設けて作用ガスを溜め込む必要がない。また、分圧制御システムは、各圧力制御手段から出力する作用ガスの圧力比を変更する場合には、圧力制御手段を制御するだけで対応することができ、また、作用ガスの種類を変更する場合には、作用ガスを相対的な圧力で制御するため、作用ガスの種類に関係なく各圧力制御手段から出力する作用ガスの圧力比を迅速に確定することができる。従って、分圧制御システムによれば、作用ガスの無駄な消費を減らすことができるとともに、設定変更等に対する応答性を向上させることができる。
【００２２】
ここで、作用ガスを分圧制御する場合に、例えば、出力圧力の最も小さい圧力制御手段を制御対象として特定し、動作制御するようにすれば、複数の圧力制御手段を牽制的に制御することができる。
【００２３】
かかる分圧制御システム及び流量制御システムは、ゼロ点確認手段を備え、制御状態が一定であるか否かを確認している。
ゼロ点確認手段は、全ての圧力制御手段を全開させた状態で作用ガスの供給を停止するとき、作用ガス供給管路に残留する作用ガスが圧力制御手段を通過して下流に流れ、それに伴って、各圧力検知手段が検知する圧力もゼロ点に向かって降下するので、その圧力の降下に基づいてゼロ点位置を確認する。これにより、流量制御システム及び分圧制御システムは、システムの故障をいち早く発見することができる。
【００２４】
次に、分圧制御システムに用いるシャワープレートの作用について説明する。
分圧制御システムに用いるシャワープレートは、隔壁部材で仕切られたエリアが分圧制御システムにそれぞれ接続し、各エリアから出力する作用ガスの圧力を制御されている。シャワープレートは、作用ガスを噴出するガス孔が三角形に配置されているので、隣り合うガス穴の間隔がほぼ一定である。そして、そのガス穴は、供給対象物に対して中心から周囲に向かって六角形状に配置されているため、例えば、真円状の隔壁部材でシャワープレートを区切る際に、ガス穴を潰しにくい。よって、ガス穴を隔壁部材で潰す確率が低くなり、作用ガスの吐出密度を供給対象物上で均一にすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る分圧制御システム、流量制御システム、及び、分圧制御システムに用いるシャワープレートの第１実施の形態について図面を参照して説明する。図２は、流量制御システム５０Ａの概略構成図である。
流量制御システム５０Ａは、半導体製造装置のエッチング処理に用いられる。流量制御システム５０Ａは、例えばＯ２、Ａｒ、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ等のガス供給源に複数の流量制御装置４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄがそれぞれ接続している。流量制御装置４１Ａ〜４１Ｄは、流量制御弁４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄと流量計（「流量検知手段」に相当するもの。）４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄとを備え、流量計４３Ａ〜４３Ｄが検出する流量に基づいて流量制御弁４２Ａ〜４２Ｄの開度調整をしている。
【００２６】
流量制御装置４１Ａ〜４１Ｄから供給される作用ガスは、作用ガス供給管路４４、分圧制御システム４５を介してチャンバ５１のシャワープレート５２から噴出される。このとき、分圧制御システム４５は、シャワープレート５２のセンターシャワー５３とエッジシャワー５４から作用ガスを所定の分圧比で供給するよう、作用ガスを制御している。
【００２７】
分圧制御システム４５は、センターシャワー５３に接続する圧力制御装置１Ａと、エッジシャワー５４に接続する圧力制御装置１Ｂとを有する。圧力制御装置１Ａ，１Ｂは、圧力制御弁２と圧力センサ３とを備え、コントローラ（分圧制御システム４５の「制御装置」に相当するもの。）２５にそれぞれ接続しており、圧力センサ３の検知結果に基づいて何れか一方が出力調整されるようになっている。コントローラ２５には、半導体製造装置全体の動作を制御する中央コントローラ（流量制御システム５０Ａの「制御装置」に相当するものを含む。）４６が接続され、作用ガスの流量制御状態を常時監視している。
【００２８】
図１は、分圧制御システム４５のブロック図である。
分圧制御システム４５のコントローラ２５は、圧力制御装置１Ａ，１Ｂに内蔵されるバルブコントローラ９に接続されており、ノーマルオープンタイプのバルブ８について開度調整を行う。バルブコントローラ９及びバルブ８とによる圧力制御手段で出力される作用ガスの圧力が制御される。バルブ８としてピエゾバルブなどを用いることができる。
【００２９】
コントローラ２５は、中央演算処理部（以下、「ＣＰＵ」という。）２６を備え、出力圧力の大きいバルブ８を全開状態にし、出力圧力の小さいバルブ８を制御対象として特定し、圧力比をコントロールするよう構成されている。ＣＰＵ２６は、中央コントローラ４６の装置操作画面に入力された圧力比コマンドＫ（ここでは、Ｋ＝目標圧力Ｐ１／目標圧力Ｐ２）を入力して、制御対象を決定する制御対象決定部２７を備えている。制御対象決定部２７には、圧力比コマンドＫに基づいて圧力制御装置１Ｂ側の目標圧力Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ）を演算する演算部２８と、圧力比コマンドＫに基づいて圧力制御装置１Ａ側の目標圧力Ｐ１（＝ＫＰ２）を演算する演算部３４が並列に接続されている。
【００３０】
演算部２８には、制御部３０が接続されている。制御部３０は、圧力制御装置１Ｂの圧力センサ３からフィードバックされた圧力Ｐ２と、演算部２８から入力した圧力制御装置１Ｂ側の目標圧力Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ）との偏差に基づいて制御信号を決定する。制御部３０は、Ｄ／Ａ変換器３２を介して圧力制御装置１Ｂのバルブコントローラ９に接続されている。圧力制御装置１Ｂの圧力センサ３は、Ａ／Ｄ変換器３３を介して演算部３４に接続されるとともに、制御部３０の上流側にフィードバック結合されている。
【００３１】
演算部３４には、制御部３６が接続されている。制御部３６は、圧力制御装置１Ａの圧力センサ３からフィードバックされた圧力Ｐ１と、演算部３４から入力した圧力制御装置１Ａ側の目標圧力Ｐ１（＝ＫＰ２）との偏差に基づいて制御信号を決定する。制御部３６は、Ｄ／Ａ変換器３８を介して圧力制御装置１Ａのバルブコントローラ９に接続されている。圧力制御装置１Ａの圧力センサ３は、Ａ／Ｄ変換器３９を介して演算部２８に接続されるとともに、制御部３６の上流側にフィードバック結合されている。
【００３２】
こうした分圧制御システム４５は、次のように動作する。
図２の流量制御システム５０Ａにおいて、流量制御装置４１Ａ〜４１Ｄの流量調整弁４２Ａ〜４２Ｄが閉弁され、何れの作用ガスも供給していない場合には、図１に示すコントローラ２５のＣＰＵ２６には遮断信号が入力される。ＣＰＵ２６は、遮断信号を受けて、Ｄ／Ａ変換器３２，３８を介して圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブコントローラ９の動作を停止している。そのため、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８は、制御信号を供給されず、全開している。
【００３３】
次に、図２の流量制御システム５０Ａにおいて、例えば、ＡｒをウエハＷに供給する場合について説明する。
流量制御システム５０Ａは、圧力比が中央コントローラ４６の装置操作画面から入力されており、プロセス搬送時はレシピ設定画面のパラメータに従ってＡｒを制御する。
【００３４】
ガス供給源から供給されるＡｒは、流量制御装置４１Ｂの流量制御弁４２Ｂが開弁すると同時に、作用ガス供給管路４４に供給される。このとき、流量制御装置４１Ｂは、流量計４３Ｂで流量制御弁４１Ｂの出力する流量を検知し、その検知結果に基づいて流量制御弁４１Ｂを制御することにより、Ａｒを作用ガス供給管路４４に所定の流量で供給する。
【００３５】
Ａｒは、作用ガス供給管路４４、分圧制御システム４５を介してシャワプレート５２からウエハＷに供給される。すなわち、分圧制御システム４５では、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８がそれぞれ全開しているため、圧力制御装置１Ａ，１Ｂの圧力センサ３は略同じ圧力に上昇し、Ａｒは、作用ガス供給管路４４から圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８に分岐して、シャワープレート５２のセンターシャワー５３とエッジシャワー５４からウエハＷに供給される。
【００３６】
このとき、圧力制御装置１Ａの圧力センサ３は、バルブ８が出力するＡｒの圧力Ｐ１を検知し、Ａ／Ｄ変換器３９を介してＣＰＵ２６の演算部２８に出力するとともに、制御部３６にフィードバックさせる。
一方、圧力制御装置１Ｂの圧力センサ３は、バルブ８が出力するＡｒの圧力Ｐ２を検知し、Ａ／Ｄ変換器３３を介してＣＰＵ２６の演算部３４に出力するとともに、制御部３０にフィードバックさせる。
【００３７】
ＣＰＵ２６では、任意の圧力比コマンドＫ（ここでは、Ｋ＝目標圧力Ｐ１／目標圧力Ｐ２）を入力し、圧力比コマンドＫが１より小さいか否かを判断する。圧力比コマンドＫが１より小さい場合、すなわち、圧力制御装置１Ｂ側の目標圧力Ｐ２が圧力制御装置１Ａ側の目標圧力Ｐ１より大きい場合には、圧力制御装置１Ａのバルブ８を制御対象と判断し、圧力制御装置１Ａのバルブ８の制御を即座に開始する。このとき、圧力制御装置１Ｂのバルブ８が全開されているため、圧力制御装置１Ｂ側の圧力Ｐ２が上昇する。そこで、ＣＰＵ２６では、圧力制御装置１Ｂの圧力Ｐ２をモニタし、圧力比が指示値になるように圧力制御装置１Ａのバルブ８を制御する。すなわち、ＣＰＵ２６の制御部３６が、圧力制御装置１Ａ側の目標圧力Ｐ１（＝ＫＰ２）と圧力制御装置１Ａの圧力センサ３からフィードバックされる圧力Ｐ１との偏差に基づいて圧力制御装置１Ａ側の圧力Ｐ１と圧力制御装置１Ｂ側の圧力Ｐ２が所定の圧力比となるように圧力制御装置１Ａのバルブ８に対する制御信号を決定する。これに従って、圧力制御装置１Ａでは、バルブコントローラ９がバルブ８の開度調整を行う。よって、Ａｒは、センターシャワー５３とエッジシャワー５４から所定の分圧比でウエハＷに出力され、ウエハＷ全体に均一に供給される。
【００３８】
尚、圧力比コマンドＫが１より小さくない場合、すなわち、流体制御装置１Ａ側の圧力Ｐ１が圧力制御装置１Ｂ側の圧力Ｐ２以上の場合には、上記と同様にして圧力制御装置１Ｂのバルブ８を制御することにより、圧力制御装置１Ｂ側の圧力Ｐ２を目標値まで瞬時に到達させ、ウエハＷのセンターエリアとエッジエリアとに所定の分圧比でＡｒを供給することができる。もっとも、この場合、圧力制御装置１Ｂの目標圧力Ｐ２には、演算部２８において圧力制御装置１Ａの圧力センサ３が検出した圧力Ｐ１を圧力比コマンドＫで割ったもの（Ｐ１／Ｋ）を用いる。
【００３９】
次に、流量制御システム５０Ａが、作用ガスの流量を変更する場合について説明する。
流量制御システム５０Ａは、一般に、ガス供給源や流量制御装置４１をチャンバ５１から離れたガスボックスに設け、分圧制御システム４５をチャンバ５１に設けるため、作用ガス供給管路４４の配管容積が大きい。このような流量制御システム５０Ａにおいて、流量制御装置４１Ｂの流量制御弁４２Ｂの開度を変更し、作用ガス供給管路４４に供給する作用ガスの流量を変更すると、分圧制御システム４５が、作用ガス供給管路４４から供給されるＡｒの流量にかかわらず、圧力制御装置１Ａ，１Ｂの圧力センサ３で検知した圧力Ｐ１，Ｐ２に基づいて圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８を比例制御してＡｒを所定の分圧比で出力するので、制御時間が短くなる。そのため、流量制御システム５０Ａは、設定変更等に対する応答性がよく、作用ガスを正確な分圧比で出力することが可能である。
【００４０】
また、分圧制御システム４５は、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８が出力する圧力Ｐ１，Ｐ２に基づいてＡｒを相対的な圧力で制御するので、作用ガスを絶対的な圧力で制御する場合のように、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８の一次側に大型タンク等を設けてＡｒを溜め込む必要がない。また、分圧制御システム４５は、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８から出力するＡｒの圧力比を変更する場合には、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８のうち出力圧力Ｐ１，Ｐ２の小さい方を制御するだけで対応することができる。
【００４１】
次に、流量制御システム５０Ａが、作用ガスの種類を変更する場合について説明する。
流量制御システム５０Ａは、作用ガスの種類を他の種類の作用ガスに変更する場合（本実施の形態では、ＡｒからＣＯに変更するものとする。）、先ず、流量制御装置４１Ｂの流量制御弁４２Ｂを閉弁させるとともに、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブコントローラ９に対する通電を停止してバルブ８を全開させる。これにより、流量制御装置４１Ａ〜４１Ｂの下流に残留するＡｒが、圧力制御装置１Ａ，１Ｂからチャンバ５１に排出する。その後、流量制御装置４１Ｄの流量制御弁４２Ｄを開弁して、ＣＯを作用ガス供給管路４４から分圧制御システム４５に供給し、シャワープレート５２のセンターシャワー５３とエッジシャワー５４からＣＯを所定の分圧比で噴出する。
【００４２】
分圧制御システム４５は、上記と同様にして、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８が出力するＣＯの圧力Ｐ１，Ｐ２を圧力センサ３で検知し、その検知結果に基づいてＣＯを相対的な圧力で制御する。そのため、分圧制御システム４５は、ＣＯがＡｒと圧縮率等の特性が異なる場合でも、その特性の変更に関係なく圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８が出力するＣＯの圧力比を迅速に確定することが可能である。
【００４３】
従って、本実施の形態の流量制御システムによれば、ガス供給源に接続する流量制御弁４２Ａ〜４２Ｄと、流量制御弁４２Ａ〜４２Ｄが出力する流量を検知する流量計４３Ａ〜４３Ｄとを有し、流量計４３Ａ〜４３Ｄの検知結果に基づいて流量制御弁４２Ａ〜４２Ｄを制御する流量制御装置４１Ａ〜４１Ｄと、流量制御装置４１Ａ〜４１Ｄに接続する作用ガス供給管路４４と、作用ガス供給管路４４に並列に設けられ、可変的に作用ガスを制御する２個のバルブ８と、バルブ８の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力Ｐ１，Ｐ２を検知する圧力センサ３と、圧力センサ３の検知結果に基づいてバルブ８の動作を比例制御することにより、２個のバルブ８の出力圧力Ｐ１，Ｐ２を相対的に制御するコントローラ２５と、を有する分圧制御システム４５と、を有するので、設定変更等に対する応答性がよく、作用ガスを正確な分圧比で出力することができる。
【００４４】
また、本実施の形態の分圧制御システム４５によれば、作用ガス供給管路４４に並列に設けられ、可変的に作用ガスを制御する２個のバルブ８と、バルブ８の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力Ｐ１，Ｐ２を検知する圧力センサ３と、圧力センサ３の検知結果に基づいてバルブ８の動作を比例制御することにより、２個のバルブ８の出力圧力Ｐ１，Ｐ２を相対的に制御するコントローラ２５と、を有しているので、作用ガスの無駄な消費を減らすことができるとともに、設定変更等に対する応答性を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施の形態の分圧制御システム４５は、コントローラ２５が圧力センサ３の検知結果に基づいて、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８のうち出力圧力Ｐ１，Ｐ２の小さい方を制御対象を特定して動作制御するので、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８を牽制的に制御することができる。
【００４６】
このとき、分圧制御システム４５は、圧力制御装置１Ａ側から出力する圧力Ｐ１を制御する場合には、圧力制御装置１Ｂが検出した圧力Ｐ２と圧力比コマンドＫとから圧力制御装置１Ａの目標圧力Ｐ１（＝ＫＰ２）を演算し、圧力制御装置１Ａのバルブ８の開閉動作を制御する一方、圧力制御装置１Ｂ側から出力する圧力Ｐ２を制御する場合には、圧力制御装置１Ａが検出した圧力Ｐ１と圧力比コマンドＫとから圧力制御装置１Ｂの目標圧力Ｐ２（＝Ｐ１／Ｋ）を演算し、圧力制御装置１Ｂのバルブ８の開閉動作を制御するので、バルブ８の制御時間を短くして、システム全体の処理能力を向上させることができる。
【００４７】
かかる分圧制御する分圧制御システム４５及び流量制御システム５０Ａは、コントローラ２５にゼロ点確認手段を備え、制御状態が一定であるか否かを確認している。すなわち、例えば、作用ガスの分圧制御を停止するときや作用ガスの種類を変更するときなどに、ゼロ点確認手段を作動させて分圧制御システム４５の異常検出を行う。
【００４８】
流量制御弁４１Ａ〜４１Ｄを閉弁させるときにゼロ点確認手段を作動させる。ゼロ点確認手段は、図３に示すように、流量制御弁４１Ａ〜４１Ｄを閉弁させて作用ガスの供給を停止し、且つ、圧力センサ３が検出する圧力Ｐ１，Ｐ２が所定のしきい値Ｄ以下になったときに、圧力センサ３の圧力降下に基づいてゼロ点シフトを確認する。
【００４９】
具体的には、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブコントローラ９によるバルブ８の制御を停止するとともに、流量制御弁４１Ａ〜４１Ｄを閉弁すると、流量制御弁４１Ａ〜４１Ｄの下流側に残留する作用ガスが、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８からチャンバ５１に供給され、それに伴って、圧力センサ３が検知する圧力Ｐ１，Ｐ２がゼロ点に向かって降下する。
【００５０】
そこで、何れかのバルブ８の出力圧力Ｐ１，Ｐ２が、所定のしきい値Ｄ以下になったときに、バルブ８の出力圧力Ｐ１，Ｐ２を圧力センサ３で一定間隔（例えば、５００ｍｓｅｃ）毎に検知し、検知した出力圧力Ｐ１，Ｐ２が許容範囲内であるか否かを判断する。すなわち、例えば、圧力Ｐ１，Ｐ２の圧力差（Ｐ１−Ｐ２）を算出して、圧力差がゼロ点に対する許容誤差範囲Ｃ（例えば、０．１ｋＰａ）内であるか否か、及び、各バルブ８の出力圧力Ｐ１，Ｐ２が所定のしきい値Ｂ（例えば、−０．１５ｋＰａ）より小さいか否かを判断する。ここで、許容誤差範囲Ｃとは、機能上許容できないゼロ点位置のズレ量をいい、しきい値Ｂは、圧力センサ３が本来示すことのない値をいう。
【００５１】
圧力Ｐ１，Ｐ２の圧力差が許容誤差範囲Ｃ外であると判断した場合、或いは、出力圧力Ｐ１，Ｐ２の何れかが所定のしきい値Ｂより小さいと判断した場合には、出力圧力Ｐ１，Ｐ２が許容範囲外と判断する。この場合、本来示されるべき圧力を示さないので、異常を検出する。そして、異常検出を複数回（本実施の形態では３回）連続してカウントしたときに、アラーム等を出力し、作業者に分圧制御システム４５の異常を知らせる。尚、異常検出を複数回要するのは、誤検出を防止するためである。これにより、流量制御システム５０Ａ及び分圧制御システム４５は、システムの故障をいち早く発見することができる。
【００５２】
（第２実施の形態）
続いて、本発明の分圧制御システム、流量制御システム、及び、分圧制御システムに用いるシャワープレートに関する第２実施の形態について説明する。図４は、シャワープレート８０の平面図である。図５は、隔壁リング８３の配置例を示す図である。
図４に示すシャワープレート８０は、第１実施の形態のシャワープレート５２と同様にチャンバ５１に内設され、ウエハ（「供給対象物」に相当するもの。）５７のセンターエリアとエッジエリアに作用ガスを所定の分圧比で供給するために使用される。シャワープレート８０は、円板形をなし、真円状の隔壁リング（「隔壁部材」に相当するもの。）８３を取り付けられて、円板形のセンターシャワー８１と、環状のエッジシャワー８２とに区画されている。このようなシャワープレート８０は、ウエハＷと対向する面に作用ガスを噴出するガス穴８４が複数形成されている。ガス穴８４は、正三角形に配置され、さらにウエハＷに対して中心から周囲に向かって六角形状で配置されている。
【００５３】
かかるシャワープレート８０は、図示しない分圧制御システムで制御された作用ガスをセンターシャワー８１とエッジシャワー８２のガス穴８４からウエハＷに供給する。シャワープレート８０は、ガス穴８４が正三角形に配置されているので、隣り合うガス穴８４の間隔が一定になる。そして、そのガス穴８４は、ウエハＷに対して中心から周囲に向かって正六角形状に配置されているため、例えば、隔壁リング８３でシャワープレート８０を区切る際に、ガス穴８４を潰しにくい。すなわち、図５に示すように、隔壁リング８３Ｄは、取付時にガス穴８４を潰すものの、隔壁リング８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃは、取付時にガス穴８４を潰さない。よって、シャワープレート８０は、ガス穴１２３Ａを正方形にレイアウトしたシャワープレート１２２Ａ（図９参照）と比較して、真円状の隔壁リング８３を取り付ける際にガス穴８４を潰す確率が格段に低くなり、隔壁リング８３を取り付けやすい。
【００５４】
従って、本実施の形態の分圧制御システムに用いるシャワープレート８０によれば、隔壁リング８３により同心円状に仕切られて複数のエリアに分割され、各エリアからウエハＷに供給する作用ガスの圧力を分圧制御システムで制御されるものであって、作用ガスを噴出するガス穴８４が正三角形に配置され、ウエハＷに対して中心から周囲に向かって六角形状に配置されているので、ガス穴８４を隔壁リング８３で潰す確率を低くして、作用ガスの吐出密度をウエハＷ上で均一にすることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
【００５６】
（１）例えば、上記実施の形態では、２個のバルブ８が出力する作用ガスの圧力を圧力比コマンドＫに調整している。それに対して、３個以上のバルブ８が出力する作用ガスの分圧比を調整するようにしてもよい。
【００５７】
（２）例えば、上記第１実施の形態では、制御開始時にバルブ８を全開しておき、出力圧力の大きいバルブ８を全開し、出力圧力の小さいバルブ８を制御対象として特定して制御した。それに対して、制御開始時にバルブ８を全閉しておき、圧力制御装置１Ａ，１Ｂのバルブ８を制御するようにしてもよい。
【００５８】
（３）例えば、上記第１実施の形態では、半導体製造装置に使用される流量制御システム５０Ａに分圧制御システム４５を使用した。しかし、作用ガスを所定の分圧比で出力することを目的とするものであれば、適用対象は半導体製造装置などに限定されない。
【００５９】
【発明の効果】
従って、本発明の分圧制御システムによれば、作用ガス供給管路に並列に設けられ、可変的に作用ガスの圧力を制御する複数の圧力制御手段と、圧力制御手段の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、圧力検知手段の検知結果に基づいて圧力制御手段の動作を比例制御することにより、複数の圧力制御手段の出力圧力を相対的に制御する制御手段と、を有しているので、作用ガスの無駄な消費を減らすことができるとともに、設定変更等に対する応答性を向上させることができる。
【００６０】
また、本発明の流量制御システムによれば、ガス供給源に接続する流量制御弁と、流量制御弁が出力する流量を検知する流量検知手段とを有し、流量検知手段の検知結果に基づいて流量制御弁を制御する流量制御装置と、流量制御装置に接続する作用ガス供給管路と、作用ガス供給管路に並列に設けられ、可変的に作用ガスの圧力を制御する複数の圧力制御手段と、圧力制御手段の各々に対して直列に接続して作用ガスの圧力を検知する圧力検知手段と、圧力検知手段の検知結果に基づいて圧力制御手段の動作を比例制御することにより、複数の圧力制御手段の出力圧力を相対的に制御する制御手段と、を有する分圧制御システムと、を有しているので、設定変更等に対する応答性がよく、作用ガスを正確な分圧比で出力することができる。
【００６１】
さらに、本発明の分圧制御システムに用いるシャワープレートによれば、隔壁部材により仕切られて複数のエリアに分割されており、各エリアが分圧制御システムに接続して各エリアから供給対象物に噴出する作用ガスを制御される分圧制御システムに用いるシャワープレートであって、作用ガスを噴出するガス穴が正三角形に配置され、供給対象物に対して中心から周囲に向かって六角形状に配置されているので、ガス穴を隔壁部材で潰す確率を低くして、作用ガスの吐出密度を供給対象物上で均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係り、分圧制御システムのブロック図である。
【図２】同じく、流量制御システムの概略構成図である。
【図３】同じく、ゼロ点確認の一例を示す図であって、縦軸に圧力を示し、横軸に時間を示している。
【図４】本発明の第２実施の形態に係り、シャワープレートの平面図である。
【図５】同じく、隔壁部材の配置例を示す図である。
【図６】従来の流量制御システムの概略構成図である。
【図７】従来のシャワープレートの平面図である。
【図８】従来のシャワープレートの平面図である。
【図９】ガス穴を正方形にレイアウトされたシャワープレートにおける隔壁部材の配置例を示す図である。
【符号の説明】
３  圧力センサ
８  バルブ
２５  コントローラ
２７  制御対象決定部
３０，３６  制御部
４１Ａ〜４１Ｄ  流量制御装置
４２Ａ〜４２Ｄ  流量制御弁
４３Ａ〜４３Ｄ  流量計
４４  作用ガス供給管路
４５  分圧制御システム
５０Ａ  流量制御システム
８０  シャワープレート
８１  センターシャワー
８２  エッジシャワー
８３  隔壁リング
８４  ガス穴
【図１】
2005000723.tif 000003
【図２】
2005000723.tif 000004
【図３】
2005000723.tif 000005
【図４】
2005000723.tif 000006
【図５】
2005000723.tif 000007
【図６】
2005000723.tif 000008
【図７】
2005000723.tif 000009
【図８】
2005000723.tif 000010
【図９】
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