JP2007011984A - 排気装置の圧力制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】入口ポート22、出口ポート24及びパイロット室を具えた本体20と、ばね48によって本体20上部に取付けられ、滑り面29a,29bに対して軸方向に摺動可能に保持されたスプールと、入口ポート22の気体の圧力を検知する絶対圧センサSA及び入口ポート22の気体の圧力と大気圧との差を検知する差圧センサSBと、パイロット室に圧力調整用ガスを供給する制御バルブVと、各センサSA,SBの切換信号を送り、各センサSA又はSBの出力に基づいて制御バルブVを駆動する制御回路からなる。成膜時には、絶対圧センサSAで検知した入口ポート22の圧力P1を用いて入口ポート22の絶対圧が制御され、チェインバ解放時には、差圧センサSBの出力を用いて、チェインバ内部の圧力が大気圧に戻される。
【選択図】図2
Description
このとき、チェインバの内部圧力が急激に変化すると、チェインバ内部における反応に悪影響を及ぼすため、排気装置には圧力制御システムが設けられ、排気される気体の流量変化、及び排気装置下流の圧力変化によらず、排気される気体の圧力が常に一定になるようにコントロールされている。
本体20上部にはパイロット室30が設けられており、パイロット室30は、ブリードポート34を介して外部と連通している。また、本体20外部には、入口ポート22の圧力を測定する差圧センサSと、差圧センサSの出力に基づいて制御バルブVを駆動する制御回路Cが取付けられている。差圧センサSは、高圧ポートRが大気圧につながれ、低圧ポートが入口ポート22の圧力Piにつながれ、これら2つの圧力差に基づいて制御バルブVが駆動される。パイロット室30には、パイロット通路を介して制御バルブVから調整用ガスが供給され、入口ポート22の気体の圧力Piが一定になるようにパイロット室30の内部圧力Ppが調整されている。
しかし、この圧力制御システム100は、大気圧を基準とした差圧制御システムであるため、気象状態の変化や標高差等により大気圧が変動すると、排気圧も変動してしまい、半導体製造工程において膜厚に影響を及ぼすという問題がある。
チェインバ内部を大気圧に戻すには、以下の2つの方法がある。第1の方法としては、圧力制御システム出口側に設けたエジェクタで得られる圧力がチェインバ上流側に影響しないように、エジェクタを停止する(すなわち、エジェクタへ窒素を供給するのを停止する)。圧力制御システムは開けたままにしておく。チェインバと圧力制御システム間に設けられた差圧センサでチェインバの排気圧を測定しながら、チェインバ内部に窒素を供給して、大気圧に戻す。なお、差圧センサは、腐食防止のために設けられた開閉バルブを開いて接続されるが、成膜時は閉じられている。
また、第2の方法では、チェインバの内部圧力を大気圧と同圧にするための専用バルブと配管の設置及びそれらと排気圧力制御システムとのマッチングをとらなくてはならず、設備が複雑で高価になるという問題がある。
さらに、第1及び第2いずれの方法においても、差圧センサの腐食防止のための開閉バルブが必要であり、絶対圧制御をするときと、チェインバ内部を大気圧に戻すときにおいて、開閉バルブを自動的に切換える必要がある。
該スプールがばねによって前記本体上部に取付けられるとともに、前記上方摺動部及び前記下方摺動部によって、前記入口ポートと前記出口ポートを連結する滑り面に対して軸方向に摺動可能に保持された排気装置の圧力制御システムであって、
前記入口ポートにおける圧力を検知する絶対圧センサ及び前記入口ポートにおける圧力と大気圧との差を検知する差圧センサと、前記パイロット室に圧力調整用ガスを供給する制御バルブと、前記絶対圧センサと前記差圧センサの切換信号を送り、前記絶対圧センサ又は差圧センサの出力に基づいて前記制御バルブを駆動する制御回路とを有することを特徴とする排気装置の圧力制御システムにより、前記の課題を解決した。
本発明の圧力制御システムでは、前記パイロット室に供給される圧力調整用ガスの一部を前記絶対圧センサ及び前記差圧センサを保護するためのパージガスとし、前記パイロット室と前記絶対圧センサ及び差圧センサと前記入口ポートを結ぶパージガスの流路を設けた構成としてもよい。
また、前記スプールの側面に溝を形成し、前記スプールの動きを滑らかにするためのガスを前記溝に供給する構成、及び、前記入口ポート側の前記スプール内部に、前記バルブ部の開度を調整するためのガスを供給する構成としてもよい。 さらに、これらのガスを前記溝と前記入口ポート側の前記スプール内部に供給するための流路を設け、前記流路を流れるガスの一部を、前記絶対圧センサ及び差圧センサを保護するためのパージガスとし、前記流路と前記絶対圧センサ及び差圧センサと前記入口ポートを結ぶパージガスの流路を設けた構成としてもよい。
従って、1つの制御回路で2つのセンサのフィードバック制御ができるため、チェインバ内部を大気圧に戻すために追加の設備を設けたり、エジェクタを停止させたりする必要がなくなり、排気装置の圧力制御が簡略化される。
また、圧力センサで入口ポートの気体の圧力を検知し、出力をフィードバックさせているので、入口ポートにおける気体の流量変化に対して優れた応答性・安定性・精度を有する。
さらに、請求項2以下の発明によれば、圧力センサ用配管にパージガスを流すことにより、腐食性ガスが2つのセンサに直接触れることなく、圧力を測定することができる。
図1は本発明の圧力制御システム10の設置の一例を示した図である。図1に示すように、酸化・拡散・CVD装置等のチェインバの排気管が圧力制御システム10の入口ポート22に接続され、排気管の途中から、圧力センサ用配管SPにて排気圧力が圧力制御システム10に導かれている。圧力制御システム10の出口ポート24にはエジェクタが接続されており、エジェクタの出口は工場排気ダクトに接続されている。エジェクタには、吸引力発生用の窒素ガスが供給される。
圧力制御システム10内部には、ガス供給口PINから窒素等のガスが供給される。ガス供給口PINから供給されたガスは、後述する圧力調整用ガス、センサを保護するためのパージガス、スプールの動きを滑らかにするためのガス、バルブ部の開度を調整するためのガスとして用いられる。本体下部には、チェインバから排出された水蒸気等が冷却されて液体が溜まる場合に備えて液体排出用ドレインポート10が設けられ、ドレインポート10はドレインチューブにてドレインタンクに接続されている。
圧力制御システム10は、本体20に気体の入口ポート22と出口ポート24が形成され、入口ポート22と出口ポート24を連結する滑り面29a,29bにはスプール40が受け入れられ、本体上部(スプール上部)には上部蓋28で覆われたパイロット室30が設けられている。
本体20の外部には、入口ポート22における圧力を検知する絶対圧センサSA及び入口ポート22における圧力と大気圧との差を検知する差圧センサSB、パイロット通路32を介してパイロット室30に窒素等の圧力調整用ガスを供給する制御バルブV、絶対圧センサSA及び差圧センサSBの切換え及び絶対圧センサSA又は差圧センサSBの出力に基づいて制御バルブVを駆動させる制御回路Cが取付けられている。
P1=4/πd2・(W−F)+δP
が成り立つ。従って、入口ポート22を通過する気体の圧力P1は、出口ポート24の気体の圧力P2とは無関係であり、ばねの弾性力F及びパイロット室30の内部圧力δPで決定され、δPを一定にするように制御バルブVからの圧力調整用ガスの供給量を調整することにより、バルブ部46の開度が制御され、入口ポート22の気体の圧力P1が設定値に保たれる。
通常制御時、すなわち、成膜時は、絶対圧センサSAで検知した入口ポート22の圧力P1が制御回路Cにフィードバックされることにより、入口ポートの絶対圧を制御する。このとき、差圧センサSBは、入口ポートの圧力P1と大気圧との差圧を計測し、チェインバ内部が陽圧にならないように監視するために用いられる。
圧力制御システム11は、パイロット室に供給される圧力調整用ガスの一部を絶対圧センサSA及び差圧センサSBを保護するためのパージガスとすることで、絶対圧センサSA及び差圧センサSBに腐食性ガスが直接触れない構成としている。
圧力制御システム11では、パイロット室30からパージ用流路60が、圧力センサ用配管SPからセンサ用流路62がそれぞれ延びており、パージ用流路60とセンサ用流路62が互いに連結されることにより、パイロット室30と絶対圧センサSA及び差圧センサSBと入口ポート22とを結ぶパージガスの流路が形成される。
従って、圧力制御システム11では、入口ポート22を通過する気体が圧力センサ用配管SP内を流過することがないので、入口ポート22を通過する気体が腐食性ガスであっても、絶対圧センサSA及び差圧センサSBに直接触れることなく、且つ、正確に、その圧力を測定することができる。
圧力制御システム12は、以下に説明するように、ガス供給口PINにパージ用流路60’が連結され、ガス供給口PINから直接、圧力センサ用配管SPにパージガスが供給される構造となっている。従って、制御バルブVが閉じ、パイロット室30に圧力調整用ガスが供給されないときでも、常時圧力センサ用配管SPにパージガスを流すことができる。
センサ用流路62’には絞りR1が設けられ、絶対圧センサSA又は差圧センサSBで検知される圧力と、入口ポートの圧力P1が等しくなるように、絞りR1が調節してある。パージガスはガス供給口PINからパージ用流路60’内に流れ込み、センサ用流路62’及び圧力センサ用配管SPを介して入口ポート22のガスと合流する。
従って、圧力制御システム12でも、入口ポート22を通過する気体(腐食性ガス)が圧力センサ用配管SP内を流過することがないので、絶対圧センサSA及び差圧センサSBに腐食性ガスが直接触れることなく圧力を測定することができる。
圧力制御システム13では、スプール40’の上方摺動部42’及び下方摺動部44’の側面に、軸に沿って溝420,440が形成されている。
溝420,440と、入口ポート22側のスプール内部には、ガス供給口に連結された配管50を介して、ガス供給口PINからガスが供給される。配管50には、図6に示すように絞りR2,R3,R4,R5が設けられ、各絞りによってガス供給口PINから供給されるガスの供給量が調節される。
また、入口ポート22を通過する気体が少なく、入口ポートの圧力P1によってバルブ部46の所定の開度が得られない場合には、入口ポート22側のスプール40’内部にガスが供給されることにより、バルブ部46の開度が調整され、一定量のバルブ開度が保持される。
従って、第3実施形態の圧力制御システム12と同様に、制御バルブVが閉じ、パイロット室30に圧力調整用ガスが供給されないときでも、常時圧力センサ用配管SPにパージガスを流すことができ、絶対圧センサSA及び差圧センサSBに腐食性ガスが直接触れることなく圧力を測定することができる。
図7(a)より、絶対圧制御から大気圧を基準とした差圧制御に切換えた後に、圧力が不安定になることがなく、入口ポートの圧力が速やかに大気圧に収束することが分かる。また、図7(b)より、大気圧を基準とした差圧制御から絶対圧制御に切換えた後にも、速やかに圧力P1の設定値970hPaに戻ることが分かる。
従って、チェインバを大気中に解放する際に、従来のようにエジェクタを停止させたり、チェインバの内部圧力を大気圧と等しくするための専用バルブや配管を設置する必要がなくなり、排気装置の圧力を簡易に制御することができる。
さらに、圧力センサ用配管にパージガスを流すことにより、腐食性ガスがセンサに直接触れることがなくなるので、差圧センサの腐食防止のための開閉バルブ等を設ける必要がなくなる。
20:本体
22:入口ポート
24:出口ポート
29a,29b:滑り面
30:パイロット室
40:スプール
42:上方摺動部
44:下方摺動部
46:バルブ部
48:ばね
50:流路(配管)
420,440:溝
SA:絶対圧センサ
SB:差圧センサ
V:制御バルブ
C:制御回路
PIN:ガス供給口
Claims (6)
- 入口ポートと出口ポートが形成されパイロット室を具えた本体と、バルブ部、上方摺動部及び下方摺動部を具えたスプールからなり、
該スプールがばねによって前記本体上部に取付けられるとともに、前記上方摺動部及び前記下方摺動部によって、前記入口ポートと前記出口ポートを連結する滑り面に対して軸方向に摺動可能に保持された排気装置の圧力制御システムであって、
前記入口ポートにおける圧力を検知する絶対圧センサ及び前記入口ポートにおける圧力と大気圧との差を検知する差圧センサと、前記パイロット室に圧力調整用ガスを供給する制御バルブと、前記絶対圧センサと前記差圧センサの切換信号を送り、前記絶対圧センサ又は差圧センサの出力に基づいて前記制御バルブを駆動する制御回路とを有することを特徴とする、
排気装置の圧力制御システム。 - 前記パイロット室に供給される圧力調整用ガスの一部を、前記絶対圧センサ及び差圧センサを保護するためのパージガスとするとともに、前記パイロット室と前記絶対圧センサ及び差圧センサと前記入口ポートを結ぶパージガスの流路を有する、請求項1の排気装置の圧力制御システム。
- 前記本体内部にガスを供給するガス供給口と前記絶対圧センサ及び差圧センサが連結された、請求項1の排気装置の圧力制御システム。
- 前記スプールの側面に溝が形成され、前記スプールの動きを滑らかにするためのガスが前記溝に供給される、請求項1の排気装置の圧力制御システム。
- 前記入口ポート側の前記スプール内部に、前記バルブ部の開度を調整するためのガスが供給される、
請求項4の排気装置の圧力制御システム。 - 請求項4及び5に記載されたガスを、前記溝と前記入口ポート側の前記スプール内部に供給するための流路が設けられ、前記流路を流れるガスの一部を、前記絶対圧センサ及び差圧センサを保護するためのパージガスとするとともに、前記流路と前記絶対圧センサ及び差圧センサと前記入口ポートを結ぶパージガスの流路を有する、請求項4又は5の排気装置の圧力制御システム。
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