腔室的內壓控制裝置和內壓被控制式腔室的製作方法
2023-05-31 13:09:56 4
專利名稱：腔室的內壓控制裝置和內壓被控制式腔室的製作方法
技術領域：
本發明涉及在半導體製造裝置等中使用的腔室的內壓控制裝置和內壓被控制式腔室。
背景技術：
近年來，在半導體製造裝置等中，較多使用具備所謂壓力式流量控制裝置的氣體供給裝置作為向處理腔室供給氣體的裝置。
圖8表示其一例，構成為設置壓力式流量控制裝置C1、C2、C3和流體切換閥D1、D2、D3，利用來自控制裝置B的信號自動進行向處理腔室E供給的流體的切換及其流量調節(特開平11-212653號等)。
此外，上述壓力式流量控制裝置C1、C2、C3構成為，如圖9所示，通過把流通節流孔Ka的流體保持在臨界條件下(P1/P2為大約2以上)，在運算裝置M中使節流孔流通流量Qc為Qc＝KP1進行運算，開閉控制閥V0(調節節流孔上遊側壓力P1)使Qc與設定流量Qs的差Qy為零。此外，A/D為信號變換器，AP為放大器(特開平8-338546號)。
再者，上述處理腔室E，如圖10所示，通過具備自動壓力調節器APC和傳導閥CV的比較大口徑的真空排氣管線Ex使真空泵VP連續運轉，由此將其內壓保持為設定值(10-6-102Torr)。
另外，作為上述真空泵VP，廣泛使用渦輪分子泵等一次真空泵(高真空泵)VP1和渦管泵等二次真空泵(低真空泵)VP2的組合體，1臺壓縮比較大的排氣容量的真空泵的排氣系統由於在製造成本等方面存在問題所以幾乎不提供使用。
再者，腔室E的內壓保持只專門藉助真空排氣系統側的運轉控制進行，具體來說通過調節自動壓力調節器APC和傳導閥CV的開度來保持規定的設定內壓。
但是，在上述圖10的處理腔室E中，因為不僅需要使高壓縮度且排氣流量大的渦輪分子泵等一次真空泵VP1等連續運轉，而且需要減輕一次真空泵VP1和二次真空泵VP2的負荷，所以必須把真空排氣系統Ex的管徑設置得比較粗，除此以外，需要傳導閥CV或自動壓力調節器APC等。其結果為，存在真空腔室E的設備費和運行成本大幅上升，不能將其降低的問題。
再者，在上述圖10的處理腔室E中，由於只由自動壓力調節器APC等的運轉控制來控制腔室內壓，所以所謂壓力控制的響應性較差，腔室內壓的調節太需要時間，結果出現處理腔室的運轉率降低或處理產品的質量產生離散的問題。
另一方面，為了提高腔室E的內壓控制的響應性，考慮在排氣側的控制的基礎上控制向腔室E內供給的氣體流量的方法。
但是，通過調節向腔室E內的氣體供給流量，為了高精度且大範圍地調節腔室內壓，需要大幅提高向腔室E內供給的氣體的流量控制精度。
另外，如上述圖8所示的向腔室的流體供給裝置，由於具備其使用的壓力式流量控制裝置C1-C3不受腔室E側的內壓變動的影響的特性，所以只要保持臨界條件，即使腔室內壓變動也可以進行比較穩定的供給氣體的流量控制，起到優異的實用效果。
但是，這種流體供給裝置仍留有多個應解決的問題，其中特別亟待解決的問題是提高低流量範圍中的流量控制精度。
例如，如果使額定流量是1SLM(換算為標準狀態的氣體流量)的壓力式流量控制裝置的流量控制精度為設定10％以下且0.1％F.S.，則可能在設定1％的控制流量值中最大含有1SCCM的誤差。因此，如果控制流量為額定流量的10％以下(例如，10-100SCCM以下)，則不能無視上述1SCCM的的誤差的影響，結果如果是額定容量為1SLM的流量控制裝置，則存在100SCCM以下的小流量範圍不能進行高精度流量控制的問題。
特開平11-212653號公報[專利文獻2]特開平8-338546號公報發明內容本發明要解決具備以往的壓力式流量控制裝置的真空腔室的內壓控制中的上述問題，即(1)腔室的內壓控制的響應性低，(2)氣體供給裝置的壓力式流量控制裝置，由於小流量範圍中的流量控制精度降低所以流量控制範圍限定為大約1-100％的範圍，1％以下的流量範圍的高精度流量控制較難。其結果為，難以通過控制向腔室的供給氣體量，來高精度調整腔室內壓，(3)難以實現真空腔室的真空排氣系統的設備的小型化、設備費和運行成本的降低等問題，發明的主要目的在於提供一種腔室內壓控制裝置，使用在所需最大設定流量的0.1％-100％的較大範圍，可以與真空腔室的內壓變動無關地進行高精度流量控制的流體供給裝置，可以在較大壓力範圍內以高精度和高響應性進行真空腔室的內壓控制，並且提供一種內壓被控制式腔室，通過應用該腔室內壓控制裝置來高精度地控制內壓。
技術方案1的發明的基本構成是，一種腔室的內壓控制裝置，具有供給氣體輸入部、供給氣體輸出部、配置在該氣體輸入部和氣體輸出部之間的氣體流量控制部、和把接收上述供給氣體輸出的腔室的壓力數據給予上述氣體流量控制部的機構，其中，上述氣體流量控制部具備並列狀連接的多臺壓力式流量控制裝置、和控制上述多臺壓力式流量控制裝置的動作的控制裝置，上述壓力式流量控制裝置形成為包含節流孔、節流孔上遊側的壓力檢測器、設在壓力檢測器上遊側的控制閥、和運算控制部，該運算控制部根據壓力檢測器的檢測壓力P1利用Qc＝KP1(其中K是常數)運算通過節流孔的氣體流量Qc，把與設定流量Qs的差Qy作為驅動用信號向控制閥輸出，從而作成在將節流孔上遊側壓力P1保持為下遊側壓力P2的大約2倍以上的狀態下使用的壓力式流量控制裝置，並且把上述多臺中的一臺壓力式流量控制裝置作為對向腔室供給的最大流量的至多10％的氣體流量範圍進行控制的裝置，把其餘的壓力式流量控制裝置作為控制其餘的氣體流量範圍的裝置，把上述壓力數據輸入上述控制裝置而調節對上述壓力式流量控制裝置的控制信號，從而控制對上述氣體輸出部的氣體供給量。
技術方案2的發明，在技術方案1的發明中，如下構成控制裝置具備設定向腔室供給的氣體流量的輸入設定部、把向該輸入設定部的輸入值變換為流量控制信號的第1信號變換部、把腔室內的檢測壓力變換為流量控制信號的第2信號變換部、和來自兩信號變換部的流量控制信號的比較補正部，從上述比較補正部向各壓力式流量控制裝置發送補正後的控制信號，來控制對腔室的氣體供給量。
技術方案3的發明，在技術方案1的發明中，並列狀連接的壓力式流量控制裝置為2臺，一臺為控制小流量範圍的小流量量程的壓力式流量控制裝置，另一臺為控制大流量範圍的大流量量程的壓力式流量控制裝置，再者，技術方案4的發明，小流量用的壓力式流量控制裝置的流量控制範圍為向腔室供給的最大流量的0.1-10％，大流量用的壓力式流量控制裝置的流量控制範圍為向腔室供給的最大流量的10-100％。
技術方案5的發明，在技術方案1或技術方案3的發明中，構成為利用從控制裝置的信號變換部發送的控制信號，使多臺壓力式流量控制裝置從控制流量範圍小的壓力式流量控制裝置起依次工作。
技術方案6的發明，在技術方案1的發明中，通過使氣體流入真空排氣系統，而作成排氣速度可變的真空排氣系統。
技術方案7的發明，在技術方案1的發明中，構成為至少設置4組並列狀連接的多臺壓力式流量控制裝置，從而向腔室供給多種氣體。
技術方案8的發明，在技術方案2的發明中，構成為在控制裝置上設置向分擔各流量範圍的壓力式流量控制裝置發送的控制信號的上升率設定裝置，從上述控制信號發送起經過規定的時間後，該壓力式流量控制裝置供給設定流量的氣體流量。
技術方案9的內壓被控制式腔室的發明的基本構成為，包含由真空泵排氣的腔室和一邊向該腔室供給所希望的氣體一邊進行流量控制的氣體供給機構，上述氣體供給機構，具備並列狀連接的多臺壓力式流量控制裝置，和控制上述多臺壓力式流量控制裝置的動作的控制裝置，上述壓力式流量控制裝置形成為包含節流孔、節流孔上遊側的壓力檢測器、設在壓力檢測器上遊側的控制閥、和運算控制部，該運算控制部根據壓力檢測器的檢測壓力P1由Qc＝KP1(其中K是常數)運算通過節流孔的氣體流量Qc，把與設定流量Qs的差Qy作為驅動用信號向控制閥輸出，作成在將節流孔上遊側壓力P1保持為下遊側壓力P2的大約2倍以上的狀態下使用的壓力式流量控制裝置，並且，把上述多臺中的一臺壓力式流量控制裝置作為對向腔室供給的最大流量的至多10％的氣體流量範圍進行控制的裝置，把其餘的壓力式流量控制裝置作為控制其餘的氣體流量範圍的裝置，進而在上述腔室中設置壓力檢測器並向上述控制裝置輸入該壓力檢測器的檢測值，調節對壓力式流量控制裝置的控制信號，從而控制對腔室的氣體供給量，由此在大範圍內高精度地控制內壓。
在本發明的腔室的內壓控制裝置中，由於構成為把需要的流量範圍分割成多個流量範圍，最大流量的10％以下的小流量範圍由小流量用的壓力式流量控制裝置進行流量控制，所以可以在較大流量範圍進行高精度的流量控制。
再者，在分擔各流量範圍的壓力式流量控制裝置進行的流量控制基礎上，由於為對控制信號的上升率施加限制的構成，所以也可以進行向腔室供給的氣體流量Q的連續控制。
其結果為，可以迅速且正確地調節向腔室供給的氣體流量，可以容易地把腔室內壓調整·保持為規定的設定壓力。因此，可以取消以往的自動壓力調整器APC並大幅減少腔室的真空排氣系統的設備費。
再者，真空泵只要裝備只達成預先確定的腔室的最低壓力的排氣容量的機構即可，不需要像以往的腔室的真空排氣系統那樣，對真空泵的排氣容量的估計大量餘量。其結果為，可以大幅削減真空排氣系統的設備費。
圖1是本發明的腔室的內壓控制裝置的第1實施方式的整體系統圖。
圖2是表示圖1的腔室內壓控制裝置中的輸入設定(％)和控制信號(％)的關係的線圖。
圖3是表示圖1的腔室內壓控制裝置中的流量設定(％)、各壓力式流量控制裝置的流量SCCM和向腔室E的供給流量Q的關係的線圖。
圖4是表示圖1的腔室內壓控制裝置中的對各壓力式流量控制裝置的控制信號的輸入狀態，和各壓力式流量控制裝置的流量輸出Q1、Q2和腔室E內的壓力P的關係的線圖，(a)表示在60秒期間使2臺壓力式流量控制裝置的流量從0％變化到100％的情況，(b)表示在30秒期間使流量從0％變化到100％的情況，(c)表示分步使流量從0％變化到100％的情況。
圖5是表示使用3臺壓力式流量控制裝置的本發明的第2實施方式的腔室內壓控制裝置的流量設定(％)、和控制流量Q的關係的線圖。
圖6是表示使用多個氣體供給設備的腔室內壓控制裝置的實施方式的整體系統圖。
圖7是表示圖1中所示的腔室內壓控制裝置中能夠控制的腔室內壓P和供給流量Q的關係的線圖。
圖8是使用以往的壓力式流量控制裝置的向腔室的流體供給裝置的說明圖。
圖9是壓力式流量控制裝置的構成圖。
圖10是表示以往的處理腔室的真空排氣系統的說明圖。
符號說明A氣體供給裝置，Gs供給氣體，FCS(A)小流量用壓力式流量控制裝置，FCS(B)大流量用壓力式流量控制裝置，Q1小流量用壓力式流量控制裝置的控制流量，Q2大流量用壓力式流量控制裝置的控制流量，Q向腔室供給的流量，P腔室壓力，E處理腔室，V調節閥，VP真空泵，V1-V3控制閥，L1氣體供給管，L2·L3排氣管，1控制裝置，1a流量輸入設定部(流量％設定裝置)，1a′·1a控制信號上升率設定裝置，1b·1c信號變換部，1d比較補正部，1p壓力檢測信號，1g·1e′·1f·1f′控制信號，1h切換操作部，2壓力檢測器，3壓力計，4壓力式流量控制裝置，5切換閥具體實施方式
以下，基於附圖來說明本發明的各實施方式。
實施例1圖1是表示本發明的腔室的內壓控制裝置的第1實施方式的圖，表示該內壓控制裝置的基本類型。
在圖1中，A是氣體供給裝置，Gs是來自供給氣體輸入部的供給氣體，FCS(A)是小流量用壓力式流量控制裝置，FCS(B)是大流量用壓力式流量控制裝置，E是腔室，P是腔室內壓，Q1是小流量用壓力式流量控制裝置FCS(A)的控制流量，Q2是大流量用壓力式流量控制裝置FCS(B)的控制流量，Q是向腔室E供給的流量，V是調節閥，VP是真空泵，V1-V3是控制閥，L1是氣體供給管，L2·L3是排氣管路，1是控制裝置，1a是輸入設定部(流量％設定裝置)，1b是第1信號變換部，1c是第2信號變換部，1d是比較補正部，1e·1f·1e′·1f′·1g是控制信號，2是壓力檢測器，3是壓力計，4是壓力式流量控制裝置。
即，由氣體供給裝置A和控制裝置1構成的氣體流量控制部對來自上述供給氣體輸入部的供給氣體Gs進行流量控制，該氣體Gs經過氣體供給管L1等構成的供給氣體輸出部供給至腔室E。
再者，由上述供給氣體輸入部、氣體流量控制部和供給氣體輸出部等形成向腔室E供給氣體的機構。
上述壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)基本上與圖9中所示的以往的壓力式流量控制裝置相同，其基本構成為通過使作為流體的臨界條件的、P1/P2為大約2以上的條件在節流孔上遊側壓力P1和下遊側壓力P2之間成立，由Qc＝KP1(其中K為常數)運算在節流孔流通的氣體流量，根據該運算值Qc和設定值Qs的差信號Qy而自動開閉控制設在上遊側的控制閥V0來調節壓力P1，由此把節流孔Ka的實際通過流量控制在上述設定值Qs。
此外，在本實施方式中，構成為，使用額定流量為100SCCM的裝置作為小流量用壓力式流量控制裝置FCS(A)，再者使用額定流量為3000SCCM的裝置作為大流量用壓力式流量控制裝置FCS(B)，在從最小5SCCM到最大3100SCCM的整個流量量程，連續進行高精度的流量控制。
再者，由於上述壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)的構成公知，所以在這裡省略其詳細說明。
上述處理腔室E的內容量設定為111，且利用具有3001/min的排氣流量的真空泵VP通過設有調節閥V的真空排氣線L2·L3連續進行抽真空，腔室E的內部保持為10-2-102Torr的中真空。
上述壓力式流量控制裝置4，調節向真空泵VP(或排氣管路L3)供給的氣體Gv的流量，由該氣體Gv的供給降低真空泵VP的排氣能力，來控制腔室E的內壓。此外，通過向真空泵VP供給氣體Gv，可以減小對腔室E的內壓的影響，並且可以提高內壓調節的響應性。作為氣體Gv，可以和供給氣體Gs相同，也可以不同(惰性氣體)。
在上述氣體供給管L1、再者排氣管L2、和排氣管L3上分別使用外徑6.35mmΦ，內徑4.35mmΦ的不鏽鋼管、外徑60.5mmΦ，內徑54.9mmΦ的不鏽鋼管、和外徑28mmΦ，內徑24mmΦ的不鏽鋼管。
上述控制裝置1，由輸入設定部1a(流量％設定裝置)、第1·第2信號變換部1b·1c、和比較補正部1d形成，由輸入設定部1a(流量％設定裝置)設定相對於額定最大流量的所希望的流量(％)。
即，使真空泵VP在規定條件下連續正常運轉的情況的腔室E的內壓P和向腔室E流入的氣體供給量Q的關係，如後面說明的那樣預先判定。其結果為，對於腔室E的內壓控制，首先通過參照預先求得的表中數值求得相對於腔室E的設定內壓P的所需要的氣體供給量Q，然後把對應於該所需要的氣體供給量Q的流量％設定值向輸入設定部1a輸入。
具體來說，在該輸入設定部1a上設置有流量％設定裝置，用相對於兩壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)的合計最大流量的流量(％)、表示對應於設定壓力P的所需要的流量Q；和兩流量用壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)的控制信號1e·1f的上升率設定裝置1a』·1a」，為了把處理腔室E的內壓P控制在設定值所需的處理氣體Gs的流量由輸入設定部1a的流量％設定裝置來設定。
再者，上述輸入設定部1a的兩控制信號上升率設定裝置1a』·1a」用於在把流量設定為從最小設定流量0％到最大設定流量100％之間的任意流量並使兩壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)動作時，調節向各流量用壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)施加的控制信號1e·1f的上升率，例如在以設定流量50SCCM(輸入設定值1.613％)供給氣體Gs期間，增量為2000SCCM(輸入設定值64.516％)的情況下，從只是小流量用壓力式流量控制裝置FCS(A)的動作切換為兩壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)的動作，但是在大流量壓力式流量控制裝置FCS(B)從0到達1900SCCM之前需要設置一些時間滯後(0-100％的流量變化為大約30sec)，因此調節對FCS(B)的控制輸入信號1f的上升率。
上述第1信號變換部1b，把相當於與設定壓力P對應的流量％設定輸入的控制信號1e·1f向各壓力式流量控制裝置FCS(A)、FCS(B)輸出。
即，最大流量為100SCCM、3000SCCM的壓力式流量控制裝置FCS(A)、FCS(B)的控制信號，分別設定為從0V(0SCCM)到5V(100SCCM)的值，和從0V(0SCCM)到5V(3000SCCM)的值，兩壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)分別分擔的控制流量Q1、Q2對應的控制信號1e·1f從第1信號變換部1b輸入比較部1d。
再者，上述第2信號變換部1c用於將來自檢測腔室內壓P的壓力檢測器2的檢測信號1p變換為流量控制信號1g，變換的流量控制信號1g輸入比較補正部1d。
進而，上述比較補正部1d進行來自第1信號變換部1b的設定流量控制信號1e·1f、和用來自第2信號變換部1c的壓力檢測值求得的流量控制信號1g的對比，在由來自壓力檢測器2的壓力檢測信號1p算出的流量控制信號1g大於設定流量控制信號1e·1f時(即，供給流量Q大，腔室內壓P比設定壓力更靠正壓側，真空度降低時)，向控制信號1e·1f減少的方向補正，由此，向供給流量Q的減少方向修正。再者，相反地，在由上述壓力檢測信號1p算出的流量控制信號1g小於設定流量控制信號1e·1f時(即，供給流量Q不足，腔室壓力P比設定壓力更靠負壓側真空度上升時)，向控制信號1e·1f增加的方向補正，由此，向供給流量Q的增加方向修正。
在本發明中，如上述圖1的第1實施方式中所示的那樣，使用由壓力檢測器2檢測的腔室內壓的壓力檢測信號1p作為反饋信號，補正向各壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)的流量控制信號1e·1f，並向各壓力式流量控制裝置輸入補正後的控制信號1e』·1f』，因此，腔室內壓P始終迅速且以高響應性保持為設定值。
圖2是表示上述控制裝置1的輸入設定部1a中的流量輸入設定(％)和控制信號1e·1f的關係的線圖。在圖2中，曲線L和H分別表示小流量(100SCCM)用壓力式流量控制裝置FCS(A)的控制信號1e、和大流量(3000SCCM)用壓力式流量控制裝置的控制信號1f，例如在設定流量為50SCCM(設定流量％＝50/3100＝1.613％)時只有FCS(A)動作，向FCS(A)輸入控制信號1e＝5V×50/100＝2.5V。
同樣，在設定流量為2000SCCM(設定流量％＝2000/3100＝64.52％)時FCS(A)以流量設定％＝100％輸出100SCCM的流量，向FCS(A)輸入控制信號1e＝5V×100/100＝5V，再者，FCS(B)輸出流量1900SCCM，向FCS(B)輸入控制信號1f＝5V×1900/3000＝3.17V。
圖3表示圖1的流體供給裝置A中的各壓力式流量控制裝置FCS(A)和FCS(B)的分擔控制流量Q1、Q2和向腔室E的全部供給流量Q的關係，全部流量Q，Q＝100/3×設定％(只有FCS(A)動作，Q＝100SCCM以下時)，或者Q＝3000/97×設定％+700/97SCCM(FCS(A)、FCS(B)兩者都動作，Q＝100SCCM以上時)。
圖4的(a)-(c)是表示上述輸入設定部1a的控制信號上升率設定裝置1a」的必要性的實驗數據，表示使100SCCM的FCS(A)和3000SCCM的FCS(B)兩者都動作，使全部流量從0％(0SCCM)增加到100％(3100SCCM)的情況的流量控制信號1e和流量控制信號1f的施加狀況、和腔室壓力P(控制流量Q)的追隨性關係。此外，在該實驗中，腔室排氣系統設置為全開狀態(調節閥V全開，真空泵P連續全功率運轉的狀態)。
即，圖4的(a)表示在大約60秒間使向輸入設定部1a的設定信號從0％變化到100％的情況的腔室壓力P的變化狀態。
再者，圖4的(b)表示在大約30秒間使向輸入設定部1a的設定信號從0％變化到100％的情況的腔室壓力P的變化狀態，進而圖4的(c)表示使向輸入設定部1a的設定信號階梯狀地變化的情況的腔室壓力P的變化狀況。
在圖4(a)和圖4(b)中，判定腔室壓力P在大致正比於流量設定％(SET)的狀態下連續增加，完全實現所謂的壓力控制。
與此相對，在圖4的(c)中，判定相對於流量設定％(SET)的分步變化(即，控制信號1e(或流量Q1)和控制信號1f(或流量Q2)的分步變化)，向腔室E的氣體供給流量Q不能分步變化，大約20秒間，腔室壓力P的控制不能追隨。
實施例2圖5是表示本發明的流體供給裝置的第2實施方式的設定流量和流量輸出的關係的線圖，在該第2實施方式中，構成為使用額定流量為100SCCM、3000SCCM和5000SCCM的3臺壓力式流量控制裝置FCS(A)、FCS(B)和FCS(C)，可以在5SCCM-8100SCCM的更廣的流量量程進行高精度的流量控制。
在圖5中，曲線L、曲線H和曲線M分別表示100SCCM、3000SCCM和5000SCCM的各壓力式流量控制裝置FCS(A)、FCS(B)和FCS(C)的流量特性，再者Q表示向腔室E的供給流量。
即，在供給流量Q為100-3100SCCM以下時，用Q＝(3100-100)/(40-1)·(SET％-1)+100＝(3000/39)·SET％+(900/39)求出流量Q，再者，在供給流量Q為3100-8100SCCM時，由Q＝(5000/60)·SET％-(14000/60)給出流量Q。
此外，在上述圖1的第1實施方式和圖5的第2實施方式中，供給氣體Gs是一種，但是在供給氣體Gs是兩種以上Gs1、Gs2...時，如圖6所示，通過分別並列設置多臺如與氣體種類的個數相同數量的第1實施方式和第2實施方式的構成的氣體供給裝置A，並使切換閥5切換動作，來向腔室E任意供給多種氣體。
進而，在上述第1實施方式和第2實施方式中，供給氣體Gs或Gs1、Gs2...是單獨種類的氣體，但是供給氣體Gs或Gs1、Gs2...的任一個當然也可以是例如Ar和CF4的混合氣體(混合比例任意)。
接下來說明本發明的腔室的內壓控制裝置的動作。
參照圖1，腔室E具有111的內容積，其真空排氣系統由調節閥V、真空泵VP和管路L2、L3形成。
再者，真空泵VP使用具有3001/min的排氣量的真空泵。
該腔室的內壓控制裝置，通過精調向腔室E的內部供給的流體的流量Q，把由具有一定排氣能力的真空泵VP連續排氣的腔室E內的內壓P控制為10-2-102Torr左右的規定處理壓力。
參照圖1，首先使調節閥V為最大開度的狀態並使真空排氣系統的流路阻力最小，並且使真空泵VP動作，把腔室E內抽真空到對應於真空泵VP的排氣能力的真空度。
接下來，從預先求得的圖7的腔室E和真空排氣系統的壓力-流量特性曲線，求出對應於壓力P的供給氣體流量Q。此外，內壓P和供給流量Q的關係數據化，存儲在存儲裝置中。
其後，向腔室E內供給為了使氣體供給裝置A動作，得到上述設定壓力P所需的流量Q的氣體Gs。
此外，由氣體Gs的供給進行的腔室E的內壓調節的範圍，在真空泵VP的排氣能力一定的條件下可以藉助調節閥V的開度調節而變化，如後邊說明的那樣，在使腔室內壓上升(低真空度)的情況下，使調節閥V的開度減小並使真空排氣系統的管路阻力增大，再者相反地，在使腔室內壓下降(高真空度)的情況下，使調節閥V為全開狀態。
圖7是表示上述圖1中向腔室E的供給流量Q和腔室內壓P的關係的線圖，表示使真空泵VP在額定狀態下連續運轉，並且使調節閥V為最大開度或最小開度的狀態時的壓力-流量特性。
即，圖7的曲線A表示使調節閥V為最大開度時的壓力-流量特性，曲線B表示使調節閥V為最小開度的狀態時的壓力-流量特性。
再者，曲線C是在腔室E內實現任意的處理條件(1)和處理條件(3)的真空排氣系統的任意傳導率中的壓力-流量特性。
從圖7中也可以清楚地看到，在圖1的腔室E和真空排氣系統中，通過把向腔室E的氣體供給流量Q控制在5-3100SCCM之間，並且適當調節真空排氣系統的傳導率，如果為用記號(1)-(4)-(5)-(3)-(2)-(7)-(6)包圍的流量·壓力範圍，即壓力，則在101-0.8×10-1Torr的整個範圍可以調節腔室E內的壓力。
當然，通過改變真空排氣系統的構成(真空排氣系統的傳導率和真空排氣泵VP的排氣能力等)和流體供給裝置A的流量控制範圍，上述圖7的流量·壓力的調節範圍變化，根據處理腔室E要求的條件，適當選定流體供給裝置A的流量範圍和真空排氣泵VP的排氣能力。
再者，通過壓力式流量控制裝置4向真空泵VP(或排氣管路L3)供給氣體Gv，由此調節真空泵VP的排氣能力，由此也可以把處理腔室E的內壓保持為規定的壓力值。
進而，在上述圖1的實施方式中，使腔室E的內壓為10-5-102Torr左右，但是通過改變壓力計和壓力式流量控制裝置4的流量量程，也可以實現10-7-10-6Torr左右的腔室E的內壓控制。
此外，在半導體製造裝置等中，壓力控制範圍通常選定10-2-101Torr，流量控制範圍Q選定為3SCCM-5000SCCM的範圍。
再者，作為壓力調節用而向真空泵VP內供給的氣體Gv，利用He或Ar等惰性氣體或其混合氣體。
工業實用性本發明可以用於半導體製造裝置等的處理腔室和向處理腔室的氣體供給量控制或處理腔室的內壓控制等。
權利要求
1.一種腔室的內壓控制裝置，具有供給氣體輸入部、供給氣體輸出部、配置在該氣體輸入部和氣體輸出部之間的氣體流量控制部、和把接收上述供給氣體輸出的腔室的壓力數據給予上述氣體流量控制部的機構，上述氣體流量控制部具備並列狀連接的多臺壓力式流量控制裝置、和控制上述多臺壓力式流量控制裝置的動作的控制裝置，上述壓力式流量控制裝置形成為包含節流孔、節流孔上遊側的壓力檢測器、設在壓力檢測器上遊側的控制閥、和運算控制部，該運算控制部根據壓力檢測器的檢測壓力P1，利用Qc＝KP1(其中K是常數)運算通過節流孔的氣體流量Qc，把與設定流量Qs的差Qy作為驅動用信號向控制閥輸出，從而作成在將節流孔上遊側壓力P1保持為下遊側壓力P2的大約2倍以上的狀態下使用的壓力式流量控制裝置，並且，把上述多臺中的一臺壓力式流量控制裝置作為對向腔室供給的最大流量的至多10％的氣體流量範圍進行控制的裝置，把其餘的壓力式流量控制裝置作為控制其餘的氣體流量範圍的裝置，把上述壓力數據輸入上述控制裝置而調節對上述壓力式流量控制裝置的控制信號，從而控制對上述氣體輸出部的氣體供給量。
2.如權利要求1所述的腔室的內壓控制裝置，其特徵在於，控制裝置，具備設定向腔室供給的氣體流量的輸入設定部、把向該輸入設定部輸入的輸入值變換為流量控制信號的第1信號變換部、把腔室內的檢測壓力變換為流量控制信號的第2信號變換部、和來自兩信號變換部的流量控制信號的比較補正部，從上述比較補正部向各壓力式流量控制裝置發送補正後的控制信號，由此控制對腔室的氣體供給量。
3.如權利要求1所述的腔室的內壓控制裝置，其特徵在於，並列狀連接的壓力式流量控制裝置為2臺，一臺為控制小流量範圍的小流量量程的壓力式流量控制裝置，另一臺為控制大流量範圍的大流量量程的壓力式流量控制裝置。
4.如權利要求1所述的腔室的內壓控制裝置，其特徵在於，並列狀連接的壓力式流量控制裝置為2臺，小流量用的壓力式流量控制裝置的流量控制範圍為向腔室供給的最大流量的0.1-10％，大流量用的壓力式流量控制裝置的流量控制範圍為向腔室供給的最大流量的10-100％。
5.如權利要求1或3所述的腔室的內壓控制裝置，其特徵在於，利用從控制裝置的信號變換部發送的控制信號，使多臺壓力式流量控制裝置從控制流量範圍小的壓力式流量控制裝置起依次工作。
6.如權利要求1所述的腔室的內壓控制裝置，其特徵在於，通過使氣體流入真空排氣系統，而作成排氣速度可變的真空排氣系統。
7.如權利要求1所述的腔室的內壓控制裝置，其特徵在於，至少設置4組並列狀連接的多臺壓力式流量控制裝置，從而向腔室供給多種氣體。
8.如權利要求2所述的腔室的內壓控制裝置，其特徵在於，在控制裝置上設置向分擔各流量範圍的壓力式流量控制裝置發送的控制信號的上升率設定裝置，從上述控制信號發送起經過規定的時間後，該壓力式流量控制裝置供給設定流量的氣體流量。
9.一種內壓被控制式腔室，包含由真空泵排氣的腔室和一邊向該腔室供給所希望的氣體一邊進行流量控制的氣體供給機構，上述氣體供給機構，具備並列狀連接的多臺壓力式流量控制裝置，和控制上述多臺壓力式流量控制裝置的動作的控制裝置，上述壓力式流量控制裝置形成為包含節流孔、節流孔上遊側的壓力檢測器、設在壓力檢測器上遊側的控制閥、和運算控制部，該運算控制部根據壓力檢測器的檢測壓力P1，由Qc＝KP1(其中K是常數)運算通過節流孔的氣體流量Qc，把與設定流量Qs的差Qy作為驅動用信號向控制閥輸出，作成在將節流孔上遊側壓力P1保持為下遊側壓力P2的大約2倍以上的狀態下使用的壓力式流量控制裝置，並且，把上述多臺中的一臺壓力式流量控制裝置作為對向腔室供給的最大流量的至多10％的氣體流量範圍進行控制的裝置，把其餘的壓力式流量控制裝置作為控制其餘的氣體流量範圍的裝置，進而在上述腔室上設置壓力檢測器並且向上述控制裝置輸入該壓力檢測器的檢測值，調節對壓力式流量控制裝置的控制信號，從而控制對腔室的氣體供給量，由此在大範圍內高精度地控制腔室內壓。
全文摘要
本發明提供一種腔室內壓控制裝置，通過防止流量的控制精度在小流量範圍大幅下降，並在整個流量控制範圍可以進行高精度的流量控制，來調節向腔室供給的氣體流量並在較大壓力範圍高精度控制腔室內壓。具體來說，向腔室供給氣體的裝置，由並列狀連接的多臺壓力式流量控制裝置，和控制多臺壓力式流量控制裝置的動作的控制裝置形成，一邊控制流量一邊向由真空泵排氣的腔室供給所希望的氣體，其中，把一臺壓力式流量控制裝置作為控制向腔室供給的最大流量的至多10％的氣體流量範圍的裝置，把其餘的壓力式流量控制裝置作為控制其餘的氣體流量範圍的裝置，進而在腔室上設置壓力檢測器並且向控制裝置輸入該壓力檢測器的檢測值，調節向壓力式流量控制裝置的控制信號來控制向腔室的氣體供給量，由此來控制腔室內壓。
文檔編號G05D7/06GK1864112SQ200480029178
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月14日 優先權日2003年10月6日
發明者大見忠弘, 寺本章伸, 宇野富雄, 土肥亮介, 西野功二, 中村修, 松本篤諮, 永瀨正明, 池田信一 申請人:株式會社富士金, 大見忠弘