JPWO2019059040A1 - バルブ装置、調整情報生成方法、流量調整方法、流体制御装置、流量制御方法、半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
通常、上記のガスボックスから出力される処理ガスを処理チャンバに直接供給するが、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition 法)により基板に膜を堆積させるプロセスにおいては、処理ガスを安定的に供給するためにガスボックスから供給される処理ガスをバッファとしてのタンクに一時的に貯留し、処理チャンバの直近に設けられたバルブを高頻度で開閉させてタンクからの処理ガスを真空雰囲気の処理チャンバへ供給することが行われている。なお、処理チャンバの直近に設けられるバルブとしては、例えば、特許文献1,2を参照。
ALD法は、化学気相成長法の1つであり、温度や時間等の成膜条件の下で、2種類以上の処理ガスを1種類ずつ基板表面上に交互に流し、基板表面上原子と反応させて単層ずつ膜を堆積させる方法であり、単原子層ずつ制御が可能である為、均一な膜厚を形成させることができ、膜質としても非常に緻密に膜を成長させることができる。
ALD法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化等により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
また、経時、経年によるバルブ開度の変化を、センサを用いてバルブ装置毎に検出するには、センサを設置するスペースを確保する必要があり、バルブ装置の小型化が困難になる、バルブ装置のコストが高くなる等の問題もある。
本発明の他の目的は、流量調整工数を大幅に削減できるバルブ装置を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記のバルブ装置を用いた流量調整方法、流体制御装置、半導体製造装置および半導体製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記のバルブ装置のための調整情報を生成する方法および装置を提供することにある。
前記バルブボディの流路を開閉可能に設けられた弁体と、
前記弁体に流路を閉鎖させる閉位置と前記弁体に流路を開放させる開位置との間で移動可能に設けられ、前記弁体を操作する操作部材と、
前記開位置に位置付けられた前記操作部材の位置を調整するための調整用アクチュエータと、
前記弁体による流路の開度調整に係る調整情報を装置外部から受信する通信部と、
前記調整情報に基づいて、前記調整用アクチュエータを駆動し前記操作部材の位置を制御する制御部と、
を有する。
さらに好適には、前記調整情報は、前記開度調整を実施するタイミングを特定するための情報を含む。
複数の測定用のバルブ装置について、機械的特性の経時変化に影響を与える環境要因と流量変化とを測定した測定情報を蓄積し、
蓄積された前記測定情報を用いて、前記バルブ装置の弁体の開度調整に係わる調整情報を生成する。
複数の測定用のバルブ装置について、機械的特性の経時変化に影響を与える環境要因と流量変化とを測定した測定情報を蓄積する記憶部と、
前記記憶装置に蓄積された前記測定情報を用いて、前記バルブ装置の弁体の開度調整に係わる調整情報を生成する生成部と、を有する。
前記弁体による流路の開度調整に係る調整情報を装置外部から受信し、
受信した前記調整情報に基づいて、前記調整用アクチュエータを駆動し前記操作部材の位置を調整する。
前記流体制御装置は、複数の流体機器を含み、
前記流体機器は、上記のバルブ装置を含む。
本発明によれば、通信部を通じて調整アクチュエータに指令を与えることで流量調整および流量制御が可能であるので、調整用アクチュエータによりリアルタイムに流量制御することも可能となる。
本発明によれば、通信部を通じて調整アクチュエータに調整情報を与えることで、いわゆるビッグデータと呼ばれる他のバルブ装置から得られる多種多様な測定データから最適な調整情報を形成して調整用アクチュエータを最適に制御することが可能となる。
本発明によれば、処理チャンバに供給するプロセスガスをより精密にコントロールできるため、基板上に高品質な膜を安定的に形成可能となる。
図1は、本発明の一実施形態に係るバルブ装置の構成を示す図であって、バルブが全閉時の状態を示しており、図2は図1の要部の拡大断面図、図3は調整用アクチュエータとしての圧電アクチュエータの動作を説明するための図である。なお、以下の説明において上方向を開方向A1、下方向を閉方向A2とする。
図1において、1はバルブ装置、10はバルブボディ、20は弁体としてのダイヤフラム、38はダイヤフラム押え、30はボンネット、40は操作部材、50はケーシング、60は主アクチュエータ、70は調整ボディ、80はアクチュエータ押え、90はコイルばね、100は調整用アクチュエータとしての圧電アクチュエータ、110はアクチュエータ受け、120は弾性部材としての皿ばね、ORはシール部材としてのOリングを示している。
ダイヤフラム20は、その周縁部が弁室14の内周面の突出部上に載置され、弁室14内へ挿入したボンネット30の下端部をバルブボディ10のねじ部16へねじ込むことにより、ステンレス合金製の押えアダプタ25を介してバルブボディ10の前記突出部側へ押圧され、気密状態で挾持固定されている。尚、ニッケル・コバルト合金薄膜は、接ガス側に配置されている
なお、ダイヤフラムとしては、他の構成のものも使用可能である。
操作部材40の下端面にはダイヤフラム20の中央部上面に当接するポリイミド等の合成樹脂製のダイヤフラム押え38が装着されている。
操作部材40の外周面に形成された鍔部45の上面と、ケーシングの天井面との間には、コイルばね90が設けられ、操作部材40はコイルばね90により閉方向A2に向けて常時付勢されている。このため、図2に示すように、主アクチュエータ60が作動していない状態では、ダイヤフラム20は弁座15に押し付けられ、流路12,13の間は閉じられた状態となっている。
なお、鍔部45は、操作部材40と一体であっても、別体であっても良い。
操作部材40の外周面と、ケーシング50およびボンネット30との間には、バルクヘッド63によって上下に区画されたシリンダ室C1,C2が形成されている。
シリンダ室C1のピストン61の上側の空間は、通気路53により大気につながっている。シリンダ室C2のピストン62の上側の空間は、通気路h1により大気につながっている。
図1に示すように、圧電アクチュエータ100への給電は、配線105により行われる。配線105は、調整ボディ70の流通路71および管継手150を通じて管160に導かれており、管160の途中から外部に引き出されている。
圧電アクチュエータ100の先端部102は、図2に示すように円盤状のアクチュエータ受け110の上面に形成された円錐面状の受け面110aに当接している。アクチュエータ受け110は、開閉方向A1,A2に移動可能となっている。
皿ばね120の個数や向きは条件に応じて適宜変更できる。また、皿ばね120以外にもコイルばね、板ばね等の他の弾性部材を使用できるが、皿ばねを使用すると、ばね剛性やストローク等を調整しやすいという利点がある。
図4に示すように、管160を通じて所定圧力の操作ガスGをバルブ装置1内に供給すると、ピストン61,62から操作部材40へ開方向A1に押し上げる推力が作用する。操作ガスGの圧力は、操作部材40にコイルばね90および皿ばね120から作用する閉方向A2の付勢力に抗して操作部材40を開方向A1に移動させるのに十分な値に設定されている。このような操作ガスGが供給されると、図5に示すように、操作部材40は皿ばね120をさらに圧縮しつつ開方向A1に移動し、アクチュエータ受け110の規制面110tに操作部材40の当接面40tが当接し、アクチュエータ受け110は操作部材40から開方向A1へ向かう力を受ける。この力は、圧電アクチュエータ100の先端部102を通じて、圧電アクチュエータ100を開閉方向A1,A2に圧縮する力として作用するが、圧電アクチュエータ100はこの力に抗する十分な剛性を有する。したがって、操作部材40に作用する開方向A1の力は、圧電アクチュエータ100の先端部102で受け止められ、操作部材40のA1方向の移動は、開位置OPにおいて規制される。この状態において、ダイヤフラム20は、弁座15から上記したリフト量Lfだけ離隔する。
図6Aおよび図6Bの中心線Ctの左側は、図5に示す状態を示しており、中心線Ctの右側は操作部材40の開閉方向A1,A2の位置を調整した後の状態を示している。
流体の流量を減少させる方向に調整する場合には、図6Aに示すように、圧電アクチュエータ100を伸長させて、操作部材40を閉方向A2に移動させる。これにより、ダイヤフラム20と弁座15との距離である調整後のリフト量Lf-は、調整前のリフト量Lfよりも小さくなる。
流体の流量を増加させる方向に調整する場合には、図6Bに示すように、圧電アクチュエータ100を短縮させて、操作部材40を開方向A1に移動させる。これにより、ダイヤフラム20と弁座15との距離である調整後のリフト量Lf+は、調整前のリフト量Lfよりも大きくなる。
すなわち、圧電アクチュエータ100のストロークでは、ダイヤフラム20のリフト量をカバーすることができないが、操作ガスGで動作する主アクチュエータ60と圧電アクチュエータ100を併用することで、相対的にストロークの長い主アクチュエータ60でバルブ装置1の供給する流量を確保しつつ、相対的にストロークの短い圧電アクチュエータ100で精密に流量調整することができ、調整ボディ70等により手動で流量調整をする必要がなくなるので、流量調整工数が大幅に削減される。
本実施形態によれば、圧電アクチュエータ100に印可する電圧を変化させるだけで精密な流量調整が可能であるので、流量調整を即座に実行できるとともに、リアルタイムに流量制御をすることも可能となる。
上記実施形態では、流量を調整する際に、流量調整量(リフト量)が予め既知であることが前提である。
しかしながら、バルブ装置1を構成するダイヤフラム20、皿ばね120、コイルばね90等の構成要素の機械的特性は、バルブ装置1の開閉頻度や稼働期間に応じて変化していく。例えば、ダイヤフラム20の初期段階の復元力と、長期間使用した後の復元力とを比較すると、初期段階の復元力のほうが大きい。このため、バルブ装置1の開閉動作を長期間繰り返していくと、徐々に上記したような構成要素の機械特性の変化により、予め設定した流量から乖離していく。
小型化、集積化が進んだバルブ装置では、流量の変動をモニターする外部センサ等を設けることは実用的ではなく、装置のコストも高くなってしまう。
主アクチュエータ60および圧電アクチュエータ100の駆動制御系は、通信部210と制御部220とを有する。
通信部210は、有線又は無線で、LAN(Local Area Network)等のネットワーク回線に接続可能に形成されており、バルブ装置1の外部との間で各種データの授受が可能である。通信部210を通じて受信される情報には、ダイヤフラム20の開度(リフト量)を調整する調整情報が含まれる。この調整情報には、ダイヤフラム20のリフト量を示すデータや、ダイヤフラム20の開度調整を実施するタイミング信号が含まれる。データの内容は、ダイヤフラム20のリフト量やリフト量の調整タイミングを特定するための情報であればよい。
制御部220は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ、増幅器等のハードウエアと所要のソフトウエアで構成されており、通信部210からの情報を受けて主アクチュエータ60および圧電アクチュエータ100を駆動制御する。
データベース900には、時間の経過とともに、巨大なデータが蓄積される。
データベース900では、蓄積されたデータを用いて、バルブ装置1に最適なダイヤフラム20の開度調整に係わる調整情報CDTを生成する。
データベース900にバルブ装置1の製造時や製造出荷時におけるダイヤフラム20のリフト量(開度)の初期値又は基準値に関する情報等を登録しておき、データベース900では、リフト量(開度)の初期値又は基準値に復帰させるための調整情報(調整量)を生成する。ダイヤフラム20のリフト量(開度)の初期値又は基準値に関する情報は、データベース900以外のいずれの場所に登録してもよいが、バルブ装置1のメモリに記憶しておくことも可能である。この場合には、データベース900は、ネットワークを通じてバルブ装置1のメモリにアクセスし、リフト量(開度)の初期値又は基準値に関するデータを取得する。
データベース900では、ダイヤフラム20のリフト量(開度)の初期値又は基準値からの乖離量を補正する調整情報CDTが生成される。
調整情報CDTから、より最適なダイヤフラム20の開度調整量や調整タイミングが得られる。
なお、上記した調整情報CDTの取得方法は一例であり、バルブ装置1の開度調整に好ましいデータを取得できる方法であれば、あらゆる方法を採用できる。本実施形態では、測定用のバルブ装置1m0〜1mnと調整すべきバルブ装置1を別々に分けた場合を例示したが、調整すべきバルブ装置1に環境要因や流量の測定装置を設けることも可能である。
図9に示すシステムは、ALD法による半導体製造プロセスを実行するための半導体製造装置1000であり、300はプロセスガス供給源、400はガスボックス、500はタンク、600はネットワーク、700は処理チャンバ、800は排気ポンプを示している。
ALD法による半導体製造プロセスでは、処理ガスの流量を精密に調整する必要があるとともに、基板の大口径化により、処理ガスの流量をある程度確保する必要もある。
ガスボックス400は、正確に計量したプロセスガスを処理チャンバ700に供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体制御機器を集積化してボックスに収容した集積化ガスシステム(流体制御装置)である。
タンク500は、ガスボックス400から供給される処理ガスを一時的に貯留するバッファとして機能する。
処理チャンバ700は、ALD法による基板への膜形成のための密閉処理空間を提供する。
排気ポンプ800は、処理チャンバ700内を真空引きする。
また、処理チャンバ700内で成膜プロセスを実行途中であっても、処理ガスの流量調整が可能であり、リアルタイムに処理ガス流量の最適化ができる。
図10に示す流体制御装置には、幅方向W1,W2に沿って配列され長手方向G1,G2に延びる金属製のベースプレートBSが設けられている。なお、W1は正面側、W2は背面側,G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。ベースプレートBSには、複数の流路ブロック992を介して各種流体機器991A〜991Eが設置され、複数の流路ブロック992によって、上流側G1から下流側G2に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
1m0 :測定用バルブ装置
10 :バルブボディ
10a :バルブボディ本体
10b :接続部
10c :接続部
12 :流路
13 :流路
14 :弁室
15 :弁座
16 :ねじ部
20 :ダイヤフラム
25 :押えアダプタ
30 :ボンネット
36 :ネジ部
38 :ダイヤフラム押え
40 :操作部材
40t :当接面
41 :流通路
42 :流通路
45 :鍔部
48 :閉塞部
50 :ケーシング
51 :筒状部
52 :保持部
53 :通気路
56 :ネジ孔
60 :主アクチュエータ
61 :ピストン
62 :ピストン
63 :バルクヘッド
70 :調整ボディ
71 :流通路
80 :アクチュエータ押え
81 :流通路
90 :コイルばね
100 :圧電アクチュエータ
101 :ケース本体
102 :先端部
103 :基端部
105 :配線
110 :アクチュエータ受け
110a :受け面
110t :規制面
120 :皿ばね
150 :管継手
160 :管
210 :通信部
220 :制御部
400 :ガスボックス
500 :タンク
600 :ネットワーク
700 :処理チャンバ
800 :排気ポンプ
900 :データベース
991A :開閉弁
991B :レギュレータ
991C :プレッシャーゲージ
991D :開閉弁
991E :マスフローコントローラ
992 :流路ブロック
993 :導入管
1000 :半導体製造装置
A1 :開方向
A2 :閉方向
BS :ベースプレート
C1 :シリンダ室
C2 :シリンダ室
CDT :調整情報
CP :閉位置
Ch :流通路
Ct :中心線
G :操作ガス
G1 :長手方向(上流側)
G2 :長手方向(下流側)
Lf+,Lf− :調整後のリフト量
MDT :測定情報
OP :開位置
OR :Oリング
SP :空間
V0 :所定電圧
W1,W2:幅方向
h1 :通気路
Claims (13)
- 流路を画定するバルブボディと、
前記バルブボディの流路を開閉可能に設けられた弁体と、
前記弁体に流路を閉鎖させる閉位置と前記弁体に流路を開放させる開位置との間で移動可能に設けられ、前記弁体を操作する操作部材と、
前記開位置に位置付けられた前記操作部材の位置を調整するための調整用アクチュエータと、
前記弁体による流路の開度調整に係る調整情報を装置外部から受信する通信部と、
前記調整情報に基づいて、前記調整用アクチュエータを駆動し前記操作部材の位置を制御する制御部と、
を有するバルブ装置。 - 前記調整情報は、開度調整量を特定するための情報を含む、ことを特徴とする請求項1に記載のバルブ装置。
- 前記調整情報は、前記開度調整を実施するタイミングを特定するための情報を含む請求項1又は2に記載のバルブ装置。
- 前記操作部材を前記開位置又は閉位置に移動させる主アクチュエータと、
前記操作部材を前記開位置および閉位置の他方に移動させるばね機構と、を有し、
前記調整用アクチュエータは、前記主アクチュエータ又は前記ばね機構により前記開位置に位置付けられた前記操作部材の位置を調整する、
請求項1ないし3のいずれかに記載のバルブ装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置のための前記調整情報を生成する調整情報生成方法であって、
複数の測定用のバルブ装置について、機械的特性の経時変化に影響を与える環境要因と流量変化とを測定した測定情報を蓄積し、
蓄積された前記測定情報を用いて、前記バルブ装置の弁体の開度調整に係わる調整情報を生成する、調整情報生成方法。 - 前記流路の開度の初期値又は基準値に関する情報を参照して前記調整情報を生成する、請求項5に記載の調整情報生成方法。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置のための前記調整情報を生成する調整情報生成装置であって、
複数の測定用のバルブ装置について、機械的特性の経時変化に影響を与える環境要因と流量変化とを測定した測定情報を蓄積する記憶部と、
前記記憶装置に蓄積された前記測定情報を用いて、前記バルブ装置の弁体の開度調整に係わる調整情報を生成する生成部と、を有する調整情報生成装置。 - 前記生成部は、前記流路の開度の初期値又は基準値に関する情報を参照して前記調整情報を生成する、請求項7に記載の調整情報生成装置。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置の流量調整方法であって、
前記弁体による流路の開度調整に係る調整情報を装置外部から受信し、
受信した前記調整情報に基づいて、前記調整用アクチュエータを駆動し前記操作部材の位置を調整する流量調整方法。 - 上流側から下流側に向かって複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置を含む流体制御装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置を用いて、流体の流量を制御する流量制御方法。
- 密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体装置の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの流量制御に請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置を用いる半導体製造方法。
- 処理チャンバにプロセスガスを供給する流体制御装置を有し、
前記流体制御装置は、複数の流体機器を含み、
前記流体機器は、請求項1ないし4のいずれかに記載のバルブ装置を含む半導体製造装置。
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