(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空排気処理チャンバ内で半導体材料を製造する方法において、処理チャンバの圧力レベルおよび処理チャンバの中に導入される少なくとも１つの処理ガスの流量を、設定圧力レベルおよび設定流量に遷移させる方法であって、該遷移方法は、
処理ガスを、設定流量よりも実質的に高い第１所定流量で処理チャンバの中に導入する段階と、
処理チャンバ内の圧力が初期圧力レベルから設定圧力レベルの所定パーセンテージ以内まで高められるように処理チャンバの中に導入される処理ガスの流量を前記第１所定流量に維持する段階と、を含み、前記設定圧力レベルは、前記初期圧力レベルよりも実質的に高く、
処理チャンバ内のガス圧力を測定する段階と、
導入される処理ガスの流量を、設定圧力の所定パーセンテージ以内にある処理チャンバ内の測定ガス圧力に応じて、前記第１所定流量から前記設定流量まで減らす段階と、
バラストガスを真空排気システムの真空ポンプの中に直接導入することによって、制御された流量で処理ガスを処理チャンバから真空排気する段階と、
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
測定ガス圧力が設定圧力レベルの約１０％以内になったときに、流量を減らす段階が行われることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
真空排気処理チャンバ内の圧力の測定値に応じて、真空排気システムの中に導入されるバラストガスの流量を調節する段階とをさらに含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項４】
真空排気システムに設けられたスロットル弁を通じて処理チャンバ内の圧力を制御する段階をさらに含み、前記真空ポンプは、前記スロットル弁を介して処理チャンバと連通しており、
メモリの中に記憶されたスロットル弁推定曲線に基づいて選択された所定位置にスロットル弁を位置決めする段階をさらに含み、前記スロットル弁推定曲線は、スロットル弁の一連の位置を通過し、各スロットル弁位置に対する処理チャンバ内の圧力を測定することによって複数の流量に対して導出されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項５】
真空排気処理チャンバ内で半導体材料を製造する方法において、処理チャンバの圧力レベルおよび処理チャンバの中に導入される少なくとも１つの処理ガスの流量を、設定圧力レベルおよび設定流量に遷移させる方法であって、該遷移方法は、
処理ガスを、設定流量よりも実質的に高い第１所定流量で処理チャンバの中に導入する段階と、
処理チャンバ内の圧力が初期圧力レベルから設定圧力レベルに実質的に等しい圧力まで高められるように処理チャンバの中に導入される処理ガスの流量を前記第１所定流量に所定時間維持する段階と、を含み、前記設定圧力レベルは、前記初期圧力レベルよりも実質的に高く、
前記所定時間終了時に、導入された処理ガスの流量を、前記第１所定流量から前記設定流量まで減らす段階と、
バラストガスを真空排気システムの真空ポンプの中に直接導入することによって、制御された流量で処理ガスを処理チャンバから真空排気する段階と、
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
処理チャンバ内の圧力を測定する段階と、
真空排気処理チャンバ内の圧力の測定値に応じて、真空排気システムの中に導入されるバラストガスの流量を調節する段階とをさらに含むことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。
【請求項７】
真空排気システムに設けられたスロットル弁を通じて処理チャンバ内の圧力を制御する段階をさらに含み、前記真空ポンプは、前記スロットル弁を介して処理チャンバと連通しており、
メモリの中に記憶されたスロットル弁推定曲線に基づいて選択された所定位置にスロットル弁を位置決めする段階をさらに含み、前記スロットル弁推定曲線は、スロットル弁の一連の位置を通過し、各スロットル弁位置に対する処理チャンバ内の圧力を測定することによって複数の流量に対して導出されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。
【請求項８】
前記所定時間を、処理チャンバ内の圧力を前記第１所定流量で前記初期圧力レベルから前記設定圧力レベルまで高めるのに必要な時間を測定することによって実験的に確立することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。
【請求項９】
前記所定時間を、前記初期圧力レベルと前記設定圧力レベルとの差を前記第１所定流量で割ったものに比例するとして計算することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景技術
発明の属する技術分野
本発明は半導体ウェーハ処理の分野に、詳細には、半導体ウェーハ処理装置の反応チャンバ圧力を制御する方法及び装置に関する。
関連技術の説明
完全自動ウェーハ処理システムは現在幅広く商業的に使用されている。かかるシステムでは、ウェーハはロボットにより反応チャンバ又は処理チャンバに出し入れされるが、このチャンバの中では、制御された真空排気環境の下で、様々な処理が行われる。かかるウェーハ処理システムの一例が、Lam Research Corporation社製のＴＣＰTM９４００シングルウェーハプラズマエッチングシステムである。
プラズマエッチングの場合は、非常な低圧の下でイオン化ガス化合物（プラズマ）にさらすことにより、半導体ウェーハが反応チャンバの中でエッチングされる。一般的には、処理中には、反応チャンバを１Ｔｏｒｒ以下の圧力に保つことが必要である。処理レシピは、ガス流量、ＰＦ出力、ギャップ間隔、チャンバ温度及びウェーハ温度を制御する一連の段階を含んでいる。処理レシピの事前プログラム化レシピがメーカーから提供されるのが一般的である。オペレータはプログラム化レシピを選ぶこともできるし、レシピを変更又はカスタム化して使用することもできる。
エッチング処理の開始時には、処理用に使用される選ばれたガスが、処理レシピに定められた量で混合され、反応チャンバに導入される。ＲＦ出力は反応チャンバの上部のコイルにより運ばれ、処理ガスをイオン化するように調整される。ＲＦ出力はウェーハにも運ばれ、ウェーハ上にＤＣバイアスを誘導するように調整され、それにより、ウェーハのイオン衝撃の方向及びエネルギーを制御する。エッチング処理中には、プラズマはウェーハ表面と化学的に反応し、マスクにより覆われていない材料を除去する。プラズマ及びＲＦ電界は反応チャンバの内部に完全に封入されている。真空排気システムがガスを連続的に反応チャンバから除去し、それにより所望の圧力を維持する。真空排気システムは、一般的には、制御ゲート弁により反応チャンバから分離されたターボポンプからなる。制御ゲート弁の位置を調節するために、圧力制御装置が、反応チャンバの中のマノメータからの圧力データを使用する。ターボポンプから反応チャンバに供給される真空を増減させるために、圧力制御装置はゲート弁を開閉する。反応チャンバに流入するガス流量が処理段階毎に変化するので、このようにして、圧力制御装置は所望の圧力を維持しようとする。
圧力制御装置は反応チャンバ間のメータからのデータをレシピにプログラム化された設定値と比較する。もし処理ガス流量又は反応チャンバ内の所望の圧力が処理段階毎に大きく変化した場合には、圧力制御装置がゲート弁の位置を適当に調節することができないことがある。例えば、もし次の処理段階が、前の処理段階よりもはるかに多いガス流量を必要とする場合には、ゲート弁による初期には過剰又は不足になり、その結果、次の処理段階の開始時の反応チャンバ内の圧力が不適切なものになることがある。この問題を多少とも解決するために、現在入手可能なシステムは、新しいレシピを使用する度毎に、学習手順を行っている。この学習手順は、新しいレシピにおける各処理段階に必要なおおよそのゲート弁位置の表を生成する。学習手順中には、ダミーウェーハがレシピの処理段階に従って処理され、制御装置が各段階に必要なゲート弁位置を記録する。
現在のシステムに伴う１つの問題は、新しい処理段階が機械で使用される度毎に、新しい学習手順が必要になることである。従って、オペレータが１つの処理段階の設定圧力又はガス流量を変えることによりレシピを変更した場合には、新しい表を得るための時間と経費が必然的にかかるのである。新しいレシピにより実験を行う場合には、新しい学習手順の実行に特に時間がかかることがある。
現在のシステムに伴うもう１つの問題は、もしガス供給弁又は器具のいずれかの調整又は校正が間違っていた場合には、学習手順が無効になることである。例えば、ガス流入弁の１つが学習手順中に間違って校正された場合には、得られるゲート弁位置の表も間違ったものになる。さらに、いくつかのウェーハが不適切に処理される事態になるまで、表の間違いが見逃されることもある。
現在入手可能なシステムに伴うもう１つの問題は、ゲート弁自体の動きに関するものである。処理中には、エッチング処理から発生した一定の量の廃棄材料がゲート弁の表面上に集積する。ゲート弁位置が変えられた場合には、必ず粒状物が周囲の環境中に放出される。運転圧力が極端に低いために、逆流拡散が粒子を上流方向に反応チャンバまで戻し、そこで、望ましくないウェーハの汚染が起こることがある。
現在のシステムのさらなる限界は、遷移時間又は安定化時間が長すぎる場合が時々あることである。遷移又は安定化時間とは、反応チャンバ内の圧力を処理段階のための設定圧力に安定させるために必要な時間のことである。特に、処理の開始時のように、チャンバが比較的低圧で始動し、次の段階が、例えば８０ｍＴｏｒｒのような、比較的高圧を必要とする場合には、設定ガス流量にもよるが、一般的には安定化時間は約２０分である。現在の方法では、チャンバ安定化は、次の処理段階が必要とする設定流量の処理ガスを反応チャンバに導入することにより行われる。従って、次の処理段階が比較的少ない流量を必要とし、チャンバ圧力をかなり高くしなければならない場合には、安定化時間が望ましくないほど長くなる。
発明の概要
従って、本発明の目的は、処理中にゲート弁が必要とする動きを最小限に抑え、それにより反応チャンバに入る粒状廃棄材料の量を最小限に抑えることにより、ウェーハ処理の分野における現在の圧力制御技術を改善することにある。
本発明のさらなる目的は、設定圧力又はガス流量を特定の処理段階のために実質的に変える度毎に、又は新しいレシピを使用する度毎に学習手順を行う必要がないようにすることにより、ウェーハ処理の分野における現在の圧力制御技術を改善することにある。
本発明のさらなる目的は、前の処理段階も設定圧力がかなり高い特定の処理段階が必要とする安定化又は遷移時間を大きく短縮することにより、ウェーハ処理の分野における現在の圧力制御技術を改善することにある。
これらの目的を達成するために、本発明は、バラストガスを真空排気システムの中に導入することにより処理チャンバ内の圧力を制御し、処理チャンバ内の測定圧力に応じてバラストガスの流量を制御することを特徴とする方法及び装置を目指している。
さらにこれらの目的を達成するために、本発明は、設定圧力及び処理ガス流量を特定の処理段階について検索し、チャンバ圧力、ガス流量及びゲート弁位置を相関させるメモリに記憶されたゲート弁位置推定曲線を参照することによりゲート弁位置を推定することを特徴とする方法及び装置を目指している。
さらにこれらの目的を達成するために、本発明は、処理ガスを、初期には、設定流量よりも多い第１所定流量で導入し、所定の時間の経過後、又は処理チャンバの圧力が設定レベルに近づいたことを感知した時に、ガス導入量を設定値レベルに再設定することを特徴とする、処理チャンバ内の圧力を設定値レベルに高めるための方法を目指している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明によるウェーハ処理機の主要アセンブリのいくつかを示した右側面図である。
第２図は、本発明によるウェーハ処理機のガス運搬システム、反応チャンバ及び真空排気システムを示した概要図である。
第３図は、従来の技術方法及び本発明による安定化時間の例を示したグラフである。
第４図は、本発明による制御システムのいくつかのコンポーネント及びかかるコンポーネント間の各種相互接続を示した構成図である。
第５図は、本発明によるゲート弁位置推定曲線の例を示したグラフである。
発明の詳細な説明
開示された方法及び構造がより幅広い用途に簡単に適用可能であることは当業者には明らかではあろうが、本発明の以下の実施の形態については自動化シングルウェーハプラズマエッチングシステムとの関連で説明を行う。例えば、本発明はその他のタイプのウェーハ処理装置及び真空処理装置にも簡単に適用可能である。異なる図に関して同じ参照番号が使用されている場合には、その番号は必ずかかる各図の対応する構造を示していることに注意すること。
本発明によるプラズマエッチングシステム１００が第１図に示されている。第１〜２図では、本発明が、Lam Research Corporation社製のＴＣＰTM９４００シングルウェーハプラズマエッチングシステムとともに使用されるような実例として示されていることに注意しなければならない。ここに示された教示に基づいて、当業者は、真空排気環境での処理圧力の制御及び操作を必要とするあらゆる適当な真空又はウェーハ処理装置とともに、本発明を簡単に利用することができる。
第１図に示したように、エッチングシステム１００は、オペレータがエッチングシステムの種々の処理及び機能を監視及び制御するオペレータインタフェース・コントロールパネル１０２を含んでいる。送出装置・受取装置ウェーハインデクサ１０４が、エッチングシステム１００内の他のアッセンブリとの間でウェーハの送出及び受取を行う。ＴＣＰTM９４００の場合には、ウェーハはロボットにより送出インデクサからエッチングシステムの左側に沿って入口ロードロック（図示せず）に運ばれる。入口ロードロックから、ウェーハは反応チャンバ１０６の中に入れられ、そこでプラズマエッチング処理が実施される。第１図に示してあるのは、上部チャンバハウジング１０８と、石英ウインドウ１１０と、チャンバマノメータ１１２である。処理の後に、ウェーハは出口ロードロック１１４に戻され、インデクサ１０４に戻される。さらに第１図に示してあるのは、ガスボックス１２０と、プレナム１２２と、ゲート弁１２４と、ターボポンプ１２６であり、その全てについて以下でさらに詳細な説明を行う。
第２図は、概略図の形で、反応チャンバ１０６と、ガス運搬システム１２８と、排気システム１３０と、制御システム１３２とを示している。エッチング処理中には、ウェーハが反応チャンバ１０６の内部の下部電極アセンブリの上に置かれるか、又はクランプされる。制御されたウェーハ環境を維持するために、反応チャンバ１０６は、保守期間中を除けば、常に真空状態に保たれる。排気システム１３０は、ガスを反応チャンバから真空排気することにより、この真空を維持する働きを行う。
ガス運搬システム１２８は、下部電極アセンブリ及びウェーハのまわりにリング状に配置された複数のガス出口を含むガスリング１３を通じて、処理ガスを反応チャンバ１０６の中に導入する。ガス運搬システム１２８は制御システム１３２の制御の下にある。ガス運搬システム１２８は、手動遮断弁１３８と、一次遮断弁１４０と、質量流量制御装置１４２と、ガス混合マニホルド１４４とを含む複数ガス流路を通じて、処理ガスを反応チャンバに供給する。第２図には４つの分離ガス流路が示してあるが、一般的には、当該の用途の必要性に応じて、ガス流路の数は自由に定めることができる。ガス混合マニホルド１４４から、処理ガスは処理ガスライン１４６を通過し、その後に、ガスリング１３４を通じて反応チャンバ１０６の中に入る。
ガス混合マニホルド１４４へのガスの流量を調節するために、制御システム１３２は、質量流量制御装置１４２を開閉するようガスパネルインタフェース１３６に指令する。現在入手可能なシステムによれば、設定圧力を高めることが必要になる安定化段階又は２つの段階の間の遷移期間中には、制御システムは、単に次の段階が必要とする流量にガスの流量を設定するよう質量流量制御装置に指令することになる。しかしながら、本発明によれば、応答の速度がガス流入量の重要な関数であることが明らかになっている。従って、次のエッチング段階が必要とするよりもはるかに多い流量になるように最初に質量流量制御装置に指令を与えておくことにより、安定化時間又は遷移時間の短縮という有利な効果を得ることもできる。さらに、ＲＦ出力が安定化段階中には使用されていないので、このガス流量の増加が処理に対して与える悪影響は最小限のものであることも明らかになっている。
本発明によれば、安定化中のガス流量が多くなればなるほど、安定化時間が短くなる。第３図は、従来の技術の方法と本発明による方法との下での安定化又は遷移時間を示した曲線の例２００及び２０２を示している。第３図の例では、反応チャンバは、わずか数ｍＴｏｒｒから、圧力８０ｍＴｏｒｒ設定流量４０ＳＣＣＭを必要とする処理段階まで上昇させる必要がある。従来の方法を使用した場合には、曲線２００に示したように、ガスは単に設定値４０ＳＣＣＭで導入され、安定化時間は約２０秒である。本発明による方法及び装置を使用した場合には、曲線２０２に示したように、安定化期間中の最初に流量３２０ＳＣＣＭで処理ガスを導入した結果、安定化時間はわずか約３秒になっている。かかる安定化時間の短縮は処理量の増加につながることになる。
処理要件及び得られる処理量増加の利点に応じて、その他の導入流量を採用することもできる。一般的には、安定化時間と流量の積が圧力の変化に正比例することになる。この関係を利用することにより、所望の圧力上昇を実現するために、適当な流量を採用し、安定化時間を短縮することもできる。
第４図には、ホストコンピュータ１８０と、バス１８４と、ガスパネルインタフェース１３６と、圧力制御装置１６０とを含む制御システム１３２の構成図が示してある。ホストコンピュータ１８０は、一般的には処理段階表の形の処理レシピと、さらには、各処理段階についての対応するチャンバ圧力と、処理ガス流量と、ＲＦ出力設定と、ギャップ間隔と、温度設定とを記憶するメモリ１８２に接続されている。バス１８４は、一般的には、イーサーネットのようなローカルエリアネットワークを通じてホスト１８０と通信を行う、ＶＭＥバスのような標準バスである。ガスパネルインタフェースは、一般的にはアナログ回線とバス１８４に常駐するＤＡ及びＡＤコンバータとを通じて、バス１８４と通信する。ガスパネルインタフェース１３６及びバス１８４を通じて、ホストは質量流量制御装置１４２に流量を設定し、質量流量制御装置１４２から設定流量を読取ることもできる。しかしながら、本発明によれば、質量流量制御装置１４２は、コンバータ１８８を通じて、圧力制御装置１６０によっても制御可能である。圧力制御装置１６０はＲＳ２３２結線を通じてバス１８４と通信する。圧力制御装置１６０は、マノメータ１１２からガス示度を受取り、ゲート弁駆動モータ１６２を制御し、バラストガス質量流量制御装置１６４ａ又は１６４ｂを制御する（以下でさらに詳細な説明を行う）。
本発明によれば、反応チャンバの中への処理ガスの流入量の増加は、圧力制御装置１６０によっても、ホスト１８０によっても制御することができる。圧力制御装置１６０が処理ガスの流入量を制御する場合には、圧力制御装置は流入量を高流入量に設定し、反応チャンバ１０６内の圧力をチャンバマノメータ１１２を通じて監視する。反応チャンバ１０６内の圧力が、次の処理段階が必要とする圧力の範囲内に達すると、圧力制御装置６０は、次の処理段階の設定流量でガスを導入するよう質量流量制御装置１４２を再設定する。設定圧力への円滑なコースティングが行われるように、当該の機器構成毎に、設定流量への流量の再設定のための適当な閾圧力を選択しなければならない。例えば、いくつかの機械については、圧力が設定圧力の約１０％以内である時には、流量を設定流量に再設定しなければならないことが明らかになっている。
あるいは又、ホスト８１０はガスパネルインタフェース１３６を通じてガス流入量を制御することもできる。ホストから制御を行った場合には、処理ガスは高流量で時間ｔにわたって導入され、その後に、流量は設定値レベルに再設定される。
流量を高レベルから設定値レベルに変えるまでの正確な時間ｔは、ダミーウェーハを一度通過させ、設定圧力に達するのに必要な時間を監視するという実験により確定することができる。時間ｔは、下記のような、チャンバの単純なモデル化により確立された関係を使用することにより計算することもできる。
Ｐ＝α＊ｍｄｏｔ＊ｔ  ----＞  ｔ＝Ｐ／（α＊ｍｄｏｔ）
ここで、Ｐは、初期圧力から設定圧力までの圧力の変化を意味し、ｍｄｏｔは、通常使用されているように、質量流量を意味する。αの値は当該の機器構成に応じて変動する。Lam Research Corporation社製の実験機の場合には、値は約０．３になることが明らかになっている。
従って、本発明によれば、圧力段階変化中の安定化時間及び遷移時間を大幅に短縮し、それにより処理の効率を高め、処理量を増加させることができる。
再び第２図に戻り、真空排気システムについてさらに詳細な説明を行う。真空排気システム１３０は反応チャンバ１０６内に真空を発生させる働きを行う。真空排気システム１３０は、プレナム１２２と、ゲート弁１２４と、ターボポンプ１２６と、バラスト口１５０ａ及び１５０ｂとを含んでいる。第２図に示したように、プレナム１２２は反応チャンバ１０６と直接連通している。プレナム１２２とターボポンプ１２６との間にはゲート弁１２４がある。弁１２６が図示され、ゲート弁であるとされてはいるが、処理チャンバと真空ポンプの間のガスの流れに対してスロットル効果を有するものであれば、その他の多くのタイプの弁も使用可能であることが、当業者には明らかであろう。かかる弁としては、例えば、バタフライ弁、羽根形弁、ルーバ形弁、アイリス形弁がある。
それに加えて、真空排気システム１３０は、最初に反応チャンバを大気圧から粗真空圧約１ｍＴｏｒｒにするために使用されるバッキングポンプ（図示せず）を含むこともできる。制御システム１３２は、バッキングポンプがその圧力下限に達した時に、サーボポンプが減圧を続けるように、各ポンプをチャンバに連結する隔離弁の開閉を調整する。いったんバッキングポンプがチャンバをその圧力下限にすると、ターボポンプ１２６がチャンバ圧力を１ｍＴｏｒｒ以下まで下げる役割を引受ける。
現在入手可能なシステムでは、圧力制御装置は１６０は、ゲート弁１２４の開閉のためにチャンバマノメータ１１２からの圧力データを使用し、反応チャンバ１０６内の圧力を制御している。しかしながら、本発明によれば、バラストガスをバラスト口を通じてターボポンプの中に導入することによっても、反応チャンバ１０６内の圧力を制御することができることが明らかになっている。第２図では、バラスト口１５０ａ及びバラスト口１５０ｂはバラスト口の２つの代替的配置を示している。バラスト口１５０ａはゲート弁１２４のすぐ上流に配置されている。バラスト口１５０ｂはゲート弁１２４の下流に配置され、バラストガスをターボポンプ１２６の中に直接導入する。バラストガスが反応チャンバの中に逆流拡散し、処理の妨げになる可能性を小さくするために、バラスト口の配置は一般的には可能な限り下流であるのが好ましい。バラスト口１５０ｂの場合には、バラストガスを好ましくはターボポンプの段の１つの中に強制導入することもでき、それにより逆流拡散の可能性が大きく低下することになる。バラストガスとして、システム運転又は保守の際のその他の目的に使用することもできる窒素のような中性ガスを使用するのも好ましい。
バラストガスの流量は、制御システム１３２の指令の下で、好ましくは質量流量制御装置により制御される。質量流量制御装置１６４ａ及び１６４ｂは、バラスト口１５０ａ及びバラスト口１５０ｂについてのガス流量をそれぞれ制御する。第４図に示したように、質量流量制御装置１６４ａ及び１６４ｂは圧力制御装置１６０により制御される。
圧力設定値変更中の応答の速度を高めるためと、さらには、ゲート弁に代わってチャンバ圧力を積極的に制御するために、バラスト口を通じてのバラストガスの導入を利用することもできるという効果がある。運転中には、バラストガスの導入が運転圧力の相当の範囲にわたってチャンバ内の圧力を精密に制御し、ゲート弁位置変更の必要性を小さくするという効果もある。本発明によれば、ゲート弁をいくつかの所定の固定位置に配置し、それにより、反応チャンバ圧力の全使用範囲にわたってバラストガスによる制御の範囲を拡大することもできる。例えば、Lam Research Corporation社製の特定の機械では、バラストガスの使用と、全開、２／３閉、全閉という３種類の位置へのゲート弁の配置との併用により、適切な範囲のコンダクタンスが真空排気システムに提供される。
従って、本発明によれば、バラストガスを、バラスト口を通じて、ターボポンプの中に直接又はターボポンプのすぐ上流に導入することができ、それにより、処理ガス流入量又はターボポンプ速度の調節を行わずに、反応チャンバの圧力を効果的に制御し、ゲート弁が必要とする運動量を最小限に抑えられるという効果がある。ゲート弁の運動を最小限に抑えることにより、導入される粒状物の量及び処理の粒状物汚染の可能性が大幅に減少する。
本発明によれば、多数のコンダクタンス曲線を利用して、特定の流速及び設定圧力の場合のゲート弁の位置を推定することもでき、それにより、特定の段階のために設定圧力又は流量を変更した場合又は新しいレシピを使用した場合には必ず必要であった学習手順を行う必要がなくなる。第５図はかかるゲート弁位置推定曲線の例を示している。特に、様々な流量の場合について、一群の曲線が示されている。曲線は高流量で集束する傾向があることが明らかになっている。第５図の場合には、曲線は流量約１００ＳＣＣＭで集束する傾向がある。
本発明によれば、好ましいゲート位置推定曲線導出法は以下のとおりである。各流量毎に、一連のゲート弁位置を通過し、各位置毎に発生した圧力を測定する。流量を測定圧力で割ったものが、そのゲート弁位置についてのコンダクタンスである。各流量毎にこの手順を繰返す。いったんゲート位置推定曲線が導出されると、ターボポンプ又はゲート弁に劇的な変化がない限りは、これらの曲線はその正確性を維持することが明らかになっている。従って、本発明によれば、曲線は制御システムのメモリに永久記憶することもできる。第４図には、メモリ１９０が圧力制御装置１６０の一部として示されており、好ましくはゲート位置推定曲線を記憶するために使用される。例えば、曲線は、数値の配列又は数列の形で、あるいは実験的に導出された曲線に適合した式又は関数の形で、メモリに記憶することができる。
現在入手可能なゲート弁及び制御装置は一般的には圧力制御モード又は位置制御モードのどちらか一方で作動する。圧力制御モードでは、制御装置はチャンバ内の圧力を監視し、設定圧力を維持するためにゲート弁の位置を調節しようとするが、一方、位置制御モードでは、制御装置は単にゲート弁を設定位置に配置するだけである。本発明によれば、ゲート弁は最初は、メモリに記憶されたゲート位置推定曲線から推定された設定位置により、位置制御モードで操作しなければならないことが明らかになっている。例えば、もし処理設定値が流量１００ＳＣＣＭで圧力２０ｍＴｏｒｒの場合には、圧力制御装置はメモリに記憶された曲線からゲート位置を測定する。第５図の場合には、位置はほぼ３８０になる。圧力が設定値からほんの数％以内の場合には、圧力制御装置は好ましくは圧力制御モードに切換えられる。例えば、いくつかの機械では、圧力が設定圧力の５％以内であって、圧力制御装置が圧力制御モードに切換えられた場合には、設定圧力への円滑なコースティングが一般的には起こることが明らかになっている。
従って、本発明によれば、メモリに記憶されたゲート位置推定曲線の使用には、いずれかの処理段階のために設定圧力又は流量を大きく変更した場合又は新しい処理レシピを使用した場合には必ず必要であった学習手順を行う必要がなくなるという効果がある。それに加えて、推定曲線の使用により、ガス供給弁又は器具のいずれかの調整又は校正が間違っていた場合に学習手順が行われたことによる望ましくない結果が避けられることになる。バラストガスを使用して圧力を制御する場合にも、ゲート弁位置推定曲線を使用することができる。カバーすることができるコンダクタンスの範囲を拡大するために、ゲート弁を少数の所定の位置に設定することもできる。ゲート弁推定曲線は、特定の処理段階にとってどのゲート弁位置が最善であるかを選択するために使用することもできる。一般的には、システムにとっては、一定の範囲のバラスト流量が反応チャンバ内の圧力の制御には最適である。バラストガス流量が適正なバラストガス流量範囲の中間に近いと仮定し、その流量を設定流量に加え、次に合計流量を設定圧力で割ることにより、コンダクタンス値が得られる。このコンダクタンス値は、ゲート弁位置推定曲線を使用した場合には、いくつかの所定のゲート弁位置のどれが適切であるかを示すことになる。例えば、バラストガス流量の範囲が所定の構成の場合には０〜３００ＳＣＣＭ、処理ガス設定流量が５０ＳＣＣＭ、設定チャンバ圧力が１５ｍＴｏｒｒであるとする。次に、バラストガスの範囲の中間である１５０ＳＣＣＭを設定流量に加え、圧力で割ることにより、約１３．３ＳＣＣＭ／ｍＴｏｒｒのコンダクタンスが得られる。第５図の曲線を使用すると、理想のゲート位置は約５００となり、所定の直近位置を選択するものとする。全開、２／３閉、全閉という３つの所定の位置を使用する場合には、２／３閉位置が選択されることになる。
本発明の好ましい実施の形態について説明を行ってきたが、説明は単に例示のためであり、本発明を限定することを意図したものではない。例えば、真空プラズマウェーハ処理装置の例を使用して本発明の説明を行ったが、本発明はその他のタイプのウェーハ処理装置にも、その他のタイプの真空処理装置にも適用可能である。従って、当業者には、本発明が、真空排気チャンバ内の真空に近い低圧を操作及び正確に制御する必要があるその他のタイプの装置にも同様に適用可能であることは明白であろう。
【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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