JP5424721B2 - 真空容器のシミュレーション装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、ガス種、ガス流量、ガス温度などで変化する真空容器内の圧力の動特性をシミュレーションする真空容器のシミュレーション装置を提供することを目的とする。
上記開度検出器で検出されたバルブ開度を入力してバルブ特性曲線に基づき真空バルブのコンダクタンスを求めるコンダクタンス取得部と、
このコンダクタンス取得部で得られたコンダクタンスに、前回の処理時t(n−1)における真空容器内の圧力を乗算して排出ガス量を求める排出ガス量計算部と、
この排出ガス量計算部で得られた排出ガス量に、処理経過時間に応じた流入ガス量を設定するガス流量テーブルにより得られた今回の処理時t(n)における流入ガス量を入力して真空容器内の圧力変化を求める圧力変化計算部と、
この圧力変化計算部で得られた圧力変化と前回の処理時t(n−1)における真空容器内の圧力とを加算して今回の処理時t(n)における真空容器内の圧力を求める容器圧力計算部とを具備したものである。
本実施例に係る真空容器は、例えば半導体製造装置としての真空処理装置に設けられて半導体素子などを製造する際に用いられるもので、具体的には、所定の真空度下でプラズマなどを発生させた状態で反応ガス(気体の一例で、以下、ガスという)を供給して、被処理物である半導体ウエハに所定の表面処理を施すために用いられるものであり、本発明に係るシミュレーション装置は、上記真空容器内の圧力をシミュレート(模擬)するためのものである。
真空容器内の圧力は流入するガス量(以下、流入ガス量といい、供給ガス量でもある)と流出するガス量(流出ガス量といえるが、以下、排出ガス量という)との差に依存しており、したがって圧力を一定値(所定値でもある)に維持するためには、排出ガス量が流入ガス量に等しくなるように制御すればよいことになる。
この真空処理装置は、内部に例えば半導体ウエハなどが供給されて所定の処理(例えば、エッチングなど)を行い得るとともに反応ガスの供給口2およびガスの排出口3を有する真空容器1と、上記供給口2に接続されて反応ガスを供給するためのガス供給管(気体の供給管路の一例)11と、上記排出口3に接続されるとともに円形の開口部5aを有する(言い換えれば、弁座を有する)バルブ本体5およびこの開口部5aを開閉し得る弁体6並びにこの弁体6を開閉させる駆動用モータ(駆動部の一例で、具体的には、ステッピングモータが用いられる)7からなる真空バルブ4と、一端部が上記真空バルブ4の吐出口に接続されるとともに他端部が真空ポンプ8に接続されたガス排出管(気体の排出管路の一例)12と、上記真空容器1内の圧力を制御するための圧力制御装置9とから構成されている。なお、真空バルブ4を排出口3に直接設けるように説明したが、勿論、ガス排出管12の途中に設けることもできる。
この真空バルブ4としては、圧力制御と真空封止の両機能を有するものが用いられる(但し、圧力制御と真空封止との両機能を有するものに限定されない)。すなわち、この真空バルブ4の弁体6が円形状の開口部5aをスライドすることにより当該開口部5aにおけるガスの通過流量を制御し得るものである。そして、弁体6がその開口部5aを閉鎖した後(ここでは、一応、密閉状態ではないが、開口部全体を弁体で覆った状態という意味である)、さらに開口部5a周囲(所謂、弁座側である)に、つまり垂直方向に移動することにより、完全に締め切る(密閉状態)ものである。この真空バルブ4におけるバルブ開度と当該真空バルブ4により制御される被制御空間側の圧力との一般的な関係をグラフに示すと図3のようになる。
この圧力制御装置9は、大きく分けて、真空容器1の目標となる設定圧力(目標圧力ともいえる)を設定する圧力設定部31、上記開度検出器22にて検出された実バルブ開度および圧力計21により計測された計測圧力から求められる推定排出ガス量と、後述する推定流入ガス量との差であるガス流量差に基づき仮想真空容器内の圧力を計算にて求めるとともに、この計算にて求められた計算圧力と計測圧力との差である圧力差に基づき推定流入ガス量を求める流入ガス量推定部32、上記圧力設定部31からの設定圧力および圧力計21からの計測圧力を入力して圧力偏差を求めるとともに当該圧力偏差に基づき補正ガス量を計算する補正ガス量計算部33、上記流入ガス量推定部32にて求められた推定流入ガス量に上記補正ガス量計算部33にて求められた補正ガス量を加算して修正ガス量を得るとともに当該修正ガス量を設定排出ガス量として出力する加算器34、およびこの加算器34から出力された設定排出ガス量および圧力設定部31からの設定圧力に基づき真空バルブ4での目標とするバルブ開度(以下、設定バルブ開度という)を計算するバルブ開度計算部35から構成されている。
真空容器1内の圧力状態が或る値で安定しており、圧力設定部31にて新たな設定圧力が設定されたものとする。
次に、この設定排出ガス量と圧力設定部31からの設定圧力とが、バルブ開度計算部35に入力されて、当該設定排出ガス量となるような設定バルブ開度が求められる。具体的には、設定排出ガス量と設定圧力とがコンダクタンス計算部61に入力されてコンダクタンスが求められ、このコンダクタンスがバルブ開度取得部62に入力されて、バルブ特性曲線からバルブ開度が求められる。このバルブ開度指令が駆動用モータ7に出力されて、所定のバルブ開度となるように弁体6が駆動される。
なお、上述した圧力制御系の制御ブロック図(伝達関数を用いたもの)を図9に示しておく。
上記コンダクタンス取得部72には、上記コンダクタンス取得部41の箇所で説明したように、バルブ開度とコンダクタンスとの関係を示すバルブ特性曲線が具備されており、数値テーブルとして保持されている。このバルブ特性曲線は、実際に使用するガスを流してコンダクタンスを計測することにより得られたもので、例えばバルブのサイズ、流すガス種などに応じてバルブ特性曲線が用意されている。
真空容器入口のガス流量をG1(Kg/s)、排気系のガス流量をG2(Kg/s)とすると、真空容器内に滞留するガス流量m(Kg)は下記(3)式にて表わされる。
a1.時間t=t(0)
時間t=t(0)における初期値としての圧力P(0)=P0を設定する。
c1.b1で得られたFs1およびFs2を用いてt=t(0)における時間当たりの圧力変化(dP/dt)を計算する。
a2.時間t=t(1)における圧力P(1)を計算する。
b2.t=t(1)における流入ガス量(Fs1)をガス流量テーブルから取得するとともにt=t(0)における排出ガス量(Fs2)を計算する。
上述した手順にて圧力変化が順次計算されることになる。
1回目;
時間t=t(0)
圧力P(0)=P0(初期値)
2回目;
時間t=t(1)
圧力P(1)=P0−[t=t(0)におけるdP/dt×{t(1)−t(0)}]
3回目;
時間t=t(2)
圧力P(2)=P1+[t=t(1)におけるdP/dt×{t(2)−t(1)}]
4回目;
時間t=t(3)
圧力P(3)=P2+[t=t(2)におけるdP/dt×{t(3)−t(2)}]
n回目;
時間t=t(n)
圧力P(n)=P(n−1)+[t=t(n−1)におけるdP/dt×{t(n)−t(n−1)}]
なお、{t(1)−t(0)}={t(2)−t(1)}={t(n)−t(n−1)}=Δt(例えば、10msecとしている)
ここで、真空容器における圧力シミュレーションについて具体的に説明する。
上述したシミュレーション装置71によると、真空容器すなわち真空処理装置の評価を簡単且つ迅速に行うことができる。
4 真空バルブ
7 駆動用モータ
8 真空ポンプ
9 圧力制御装置
11 ガス供給管
12 ガス排出管
21 圧力計
22 開度検出器
41 コンダクタンス取得部
71 シミュレーション装置
72 コンダクタンス取得部
73 排気ガス量計算部
74 ガス流量設定部
75 圧力変化計算部
76 容器圧力計算部
Claims (4)
- 気体の供給管路および排出管路が接続された真空容器と、上記排出管路に設けられて当該排出管路を開閉し得る真空バルブと、上記真空容器内の圧力を計測する圧力計と、真空バルブのバルブ開度を検出する開度検出器と、上記圧力計および開度検出器からの検出値を入力して真空バルブの開度を所定の処理時間間隔でもって制御して真空容器内の圧力を制御する圧力制御装置とを具備する真空処理装置における上記真空容器のシミュレーション装置であって、
上記開度検出器で検出されたバルブ開度を入力してバルブ特性曲線に基づき真空バルブのコンダクタンスを求めるコンダクタンス取得部と、
このコンダクタンス取得部で得られたコンダクタンスに、前回の処理時における真空容器内の圧力を乗算して排出ガス量を求める排出ガス量計算部と、
この排出ガス量計算部で得られた排出ガス量に、処理経過時間に応じた流入ガス量を設定するガス流量テーブルにより得られた今回の処理時における流入ガス量を入力して真空容器内の圧力変化を求める圧力変化計算部と、
この圧力変化計算部で得られた圧力変化と前回の処理時における真空容器内の圧力とを加算して今回の処理時における真空容器内の圧力を求める容器圧力計算部とを具備したことを特徴とする真空容器のシミュレーション装置。 - コンダクタンス取得部に、気体の種類に応じたバルブ開度とコンダクタンスとの関係を示すバルブ特性曲線を備えたことを特徴とする請求項1に記載の真空容器のシミュレーション装置。
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