ガス制御装置、ガス制御装置の制御方法及びそれらを用いたイオン注入装置
【課題】開処理時において確実にマスフローコントローラが全閉状態となっており、チャンバー内へガスが突入するのを防ぐことができるガス制御装置、ガス制御装置の制御方法、及びそれらを用いたイオン注入装置を提供する。
【解決手段】ガス制御装置１０であって、可変流量バルブ４１を備え、チャンバー１に流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラ４と、前記マスフローコントローラ４の上流に設けられる１次側バルブ６と、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブ７と、を具備し、前記チャンバー１へのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ４、前記１次側バルブ６、前記２次側バルブ７をこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブ６を全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラ４を全閉させ、その後に前記２次側バルブ７を全閉させる制御部８を備えた。
【解決手段】ガス制御装置１０であって、可変流量バルブ４１を備え、チャンバー１に流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラ４と、前記マスフローコントローラ４の上流に設けられる１次側バルブ６と、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブ７と、を具備し、前記チャンバー１へのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ４、前記１次側バルブ６、前記２次側バルブ７をこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブ６を全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラ４を全閉させ、その後に前記２次側バルブ７を全閉させる制御部８を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置等の半導体製造装置におけるイオン源等の減圧可能なチャンバーへのガスの流入を制御するガス制御装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の会社から半導体の製造を請け負うファウンドリーにおいては、１種類の半導体を一日中作り続けることはあまりなく、むしろ、小ロットで多品種の半導体を製造することが多い。このような多品種の半導体の製造工程において、イオン注入により半導体の特性を改質させる等する場合には、半導体の種類ごとにイオン注入量や注入するイオン種を短時間で変更できることが求められている。
【０００３】
イオン種の変更は、減圧可能なチャンバーであるイオン源に流入させるガスの種類を変更することによって行われる。このガスの切り替え及び流量制御を行うために、前記イオン源とガス供給手段を接続するガスライン上には、上流から１次側バルブ、マスフローコントローラ、２次側バルブをこの順で設けたガス制御装置が備えられている。
【０００４】
このような構成のガス制御装置における従来のガス変更手順は、前記チャンバーへのガスの流入を止め、当該チャンバー内のガスを排気させる閉処理と、ガス供給手段においてガスの種類を切り替える処理と、チャンバーへのガスの流入を開始させる開処理と、から構成される。
【０００５】
より具体的な手順としては、閉処理は、図１に示されるように１次側バルブを全閉し（ステップＯＳ１）、マスフローコントローラによりガスラインを流れるガス流量の低下を確認し（ステップＯＳ２）、その後に２次側バルブを全閉させ（ステップＯＳ３）、チャンバー内の真空度の低下によりガスが排気されたことを確認して終了する（ステップＯＳ４）。一方、開処理は、図２に示されるように２次側バルブを開放し（ステップＯＳ５）、所定時間経過した後に１次側バルブを開放するとともに、マスフローコントローラの流量制御を開始させて終了する（ステップＯＳ６）。
【０００６】
ところで、このような処理手順では、上述したように閉処理時にはマスフローコントローラ内の流量可変バルブの開度について特に考慮されていないため、閉処理終了時に前記流量可変バルブの開度がどのような開度になっているのかは分からない。例えば、閉処理終了時に前記流量可変バルブが全開になっており、その状態が維持されていると、開処理時において前記２次側バルブを開放した後に前記１次側バルブを開放した時に、前記チャンバーへ突発的に大流量のガスが流入する突入が発生してしまう。すると、前記チャンバー内の圧力は、ガスをプラズマ化しイオンビームとして引き出すのに適当な所定圧力（真空度）に対して非常に大きなオーバーシュートを起こしてしまい、所定圧力に安定するまでにかかる時間が長くなってしまう。つまり、イオン種の切り替えのためにガスの種類を変更する度に、チャンバー内の圧力が安定するのを待つ必要があるので、段取り替えの時間が長くなり、半導体の製造効率が低下してしまうという不具合が発生する。
【０００７】
このようなガス供給開始時にチャンバー内へのガスの突入を防止することを目的としたガス制御装置が、特許文献１に示されるようなプラズマ処理装置において開示されている。このガス制御装置は、開処理時において、マスフローコントローラに全閉するように指令し、その後に１次側バルブ及び２次側バルブを開放するように指令する制御部を備えている。
【０００８】
しかしながら、この特許文献１には、開処理時に先立ってマスフローコントローラを全閉させると記載されているものの、この特許文献１記載の構成では実際にマスフローコントローラが常に全閉になるとは限らない。具体的には、この特許文献１ではマスフローコントローラに全閉指令を入力して内部のバルブを閉じさせようとしているが、マスフローコントローラは、流路を流れる流体の測定流量をフィードバックし、設定流量との差分に応じて流量可変バルブの開度を制御するものであり、例えば、マスフローコントローラの前後に差圧がほとんどなく、流量がほぼ０の場合には、全閉指令すなわち流量を０とする指令値が入力されたとしても、差分がほとんどないので流量可変バルブの開度を閉じる方向にほとんど制御されず、その時点の開度が維持されてしまう。また、全閉指令がフィードバック指令によらない強制的なものであったとしても、機種や流量可変バルブの構造によっては、マスフローコントローラの前後に差圧が存在しない限り、完全にバルブが全閉されるとは限らないことを本発明者らは実験によって確かめている。
【０００９】
言い換えると、特許文献１では、マスフローコントローラの前後の差圧が存在するかどうかについて何ら考慮されておらず、単にマスフローコントローラに全閉する指令を入力しているだけなので、開処理時におけるチャンバーへのガスの突入を完全に防ぐことができず、チャンバー内の圧力が所定圧力に安定するまでにかかる時間を常に短縮できるとは限らない。従って、このようなガス制御方法では、実際にイオン種切り替え等の段取り替えに要する時間を短縮する事は難しい。特に１次側バルブと２次側バルブが全閉されており、１次側バルブと２次側バルブとの間の流路等で形成される容積に残存ガスがあり、圧力一定の密閉空間となっている場合には、流量可変バルブを閉じたとしても、流量可変バルブと２次側バルブとの間に残存しているガスによってチャンバーへの突入が起こってしまい、圧力が安定するまでに時間がかかってしまう。また、残存ガスがある状態においてマスフローコントローラの流量可変バルブを閉じさせると、バルブがその密閉空間内の残存ガスを押しのけた分だけ内圧が上昇し、可変流量バルブには開放される方向に力が働いてしまうので、完全に全閉できない。従って、マスフローコントローラに対して全閉信号を入力したとしても、開処理時に全閉できていないので１次側バルブとマスフローコントローラとの間の空間ないにあった残存ガスの突入も発生しチャンバー内の圧力が安定するのに時間がかかってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−８５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述したような問題点を鑑みてなされたものであり、可変流量バルブを備え、減圧可能なチャンバーとガス供給手段を接続するガスライン上に、上流から１次側バルブ、マスフローコントローラ、２次側バルブをこの順で設けたガス制御装置であって、開処理時において確実にマスフローコントローラが全閉状態となっており、チャンバー内へガスが突入するのを防ぐことができ、段取り替えに要する時間を短縮することができるガス制御装置、ガス制御装置の制御方法、及びそれらを用いたイオン注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明のガス制御装置は、ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置であって、可変流量バルブを備え、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させる制御部を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のガス制御装置の制御方法は、ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置の制御方法であって、前記ガス制御装置は、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させるステップを備えたことを特徴とする。
【００１４】
なお、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させるとは、前に第１所定時間が０の場合も含むものであり、前記１次側バルブと前記マスフローコントローラを同時に全閉させる概念を含むものである。また、第１所定時間とは、例えば、前記マスフローコントローラの前後に差圧が存在している時間等を含む概念である。
【００１５】
このようなものであれば、前記マスフローコントローラが前記１次側バルブよりも先に全閉される、又は、前記１次側バルブが全閉されてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラが全閉されるので、前記マスフローコントローラの前後に差圧があるようにすることができ、確実に前記マスフローコントローラを全閉にすることできる。また、前記１次側バルブ及び前記マスフローコントローラを全閉させた後に、前記２次側バルブを全閉させるので、前記１次側バルブと前記マスフローコントローラとの間の空間における圧力よりも、前記マスフローコントローラと前記２次側バルブとの間の空間の圧力は、前記チャンバーによって低い圧力に減圧された後に、前記２次側バルブは全閉される。つまり、閉処理が終了した後では、マスフローコントローラの前後に差圧がある状態が維持されるので、マスフローコントローラも全閉状態が維持され続ける。
【００１６】
従って、次の開処理を行う時には、確実にマスフローコントローラが全閉の状態であるので、２次側バルブを開放した時に前記チャンバーにガスが突入するのを防止することができ、チャンバー内の所望の圧力に対するオーバーシュート量を低減させ、その所望の圧力に安定するまでの時間を短くすることができる。すなわち、ガスの種類を変更する場合等において、前記チャンバー内の圧力を短時間で安定させることが可能であるので、段取り替えに必要な時間を短縮し、装置の稼働効率を高めることができるようになる。
【００１７】
閉処理によって、前記マスフローコントローラの前後に差圧がある状態で前記可変流量バルブを全閉にし、その状態のまま長時間経過すると、前記可変流量バルブが食い込んでいくため、再び可変流量バルブを開放するには大きな力が必要となる。また、最初に２次側バルブを開放してしまうと、前記マスフローコントローラの前後の差圧をさらに大きくしてしまうため、その後にマスフローコントローラの流量制御を開始すると、前記可変流量バルブの開度をさらに大きくするように制御が行われてしまう。これらのようなことが重なると、可変流量バルブの開度は、摩擦等によって最初は一定時間の間、全閉状態で変化せず、動き出すと急激に大きな開度になってしまい、前記チャンバーにガスが突入してしまう。このような問題を解決し、短時間で緩やかにチャンバー内へガスが流入するようにするには、前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が所定時間を超えている場合には、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させた後に、前記２次側バルブを開放させるものであればよい。
【００１８】
閉処理の後、あまり時間が経過していない場合には、前記可変流量バルブはそれほど食い込んでいないので、すぐに開度を変更することができる。このような状態において、前述したように先にマスフローコントローラの流量制御を開始し、その後に２次側バルブを開放するようにすると、前記可変流量バルブの開度が大きくなりすぎるため、チャンバー内の圧力が所望の圧力に足して大きくオーバーシュートしていまい、安定するまでに時間がかかってしまう。このような問題が生じるのを防ぐには、前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が所定時間以下の場合には、前記２次側バルブを開放させた後に、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させればよい。
【００１９】
イオン注入装置において、イオン種の切り替えを短時間で行うことができるようにし、半導体の製造効率を向上させることができるようにするには、上述したようなガス制御装置を備えたイオン注入装置であればよい。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明のガス制御装置、その制御方法、それらを用いたイオン注入装置によれば、マスフローコントローラの前後に差圧がある状態で可変流量バルブを全閉させるように構成されているので、開処理時において確実にマスフローコントローラを全閉状態とすることができる。従って、次に行われる開処理時において、２次側バルブが開放されても、チャンバー内へガスが突入するのを防ぐ、又は、その突入する量を小さくすることができ、チャンバー内の圧力が所望の圧力に安定するまでの時間を短くできる。従って、ガスの種類を変更するといった段取り替えに要する時間を短縮することができ、装置の稼働効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のガス制御装置における閉処理時の動作を示すフローチャート。
【図２】従来のガス制御装置における開処理時の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置を示す模式図。
【図４】同実施形態におけるガス制御装置を示す模式図。
【図５】同実施形態における可変流量バルブの内部構造を示す模式的断面図。
【図６】同実施形態における閉処理時の動作を示すフローチャート。
【図７】同実施形態における閉処理を行った時のイオン源における真空度の変化を示すグラフ。
【図８】同実施形態における開処理時の動作を示すフローチャート。
【図９】同実施形態における閉処理後に長時間経過した後に開処理を行った時のイオン源における真空度の変化を示すグラフ。
【図１０】同実施形態における閉処理後に短時間経過した後に開処理を行った時のイオン源における真空度の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
本発明のガス制御装置１０を用いたイオン注入装置１００は、例えば、シリコン基板などの表面に様々な種類のイオンを所定の角度や深さ、濃度で注入することによって、その特性を変化させたり、改質させたりするために用いられるものである。
【００２４】
本実施形態のイオン注入装置１００は、図３に示されるようなイオン源１からある電圧で引き出されたイオンビームＩＢを分析磁石２によって所望の種類のイオンだけを選択し、前記分析磁石２を通過した後のイオンビームＩＢを静電加速管３に通過させることによって、所望のエネルギーにするとともに偏向させて所定の入射角度でターゲットＴに入射させるものである。
【００２５】
前記イオン源１は、排気機構を備えた減圧可能なチャンバーであって、図４に示すようにガス供給手段５たるガスボンベとガスラインによって接続されており、流入したガスをプラズマ化することによってイオンビームＩＢを引き出すものである。
【００２６】
前記ガスライン上には、図４に示すようにガス供給手段５から前記イオン源１に流入するガスの流量を制御するためのガス制御装置１０が設けてある。前記ガス制御装置１０は、可変流量バルブ４１を備え、前記ガスラインを流れるガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラ４と、前記マスフローコントローラ４の上流に設けてある１次側バルブ６と、前記マスフローコントローラ４の下流に設けてある２次側バルブ７と、それらのバルブの開度を制御する制御部８とから構成してある。
【００２７】
前記マスフローコントローラ４は、内部流路を流れる流体の差圧に基づいて、流量を測定する流量計４２を備えており、前記流量計４２にて測定された測定流量が設定されている設定流量となるように、それらの偏差が小さくなる方向へ前記可変流量バルブ４１の開度を制御するように構成してある。
【００２８】
前記可変流量バルブ４１は、例えば、図５（ａ）の断面図に示すようなソレノイド型の流量制御用バルブであり、弁体Ｖ１を電磁力によって動作させることにより、弁座Ｖ２との間に形成される隙間の大きさを調節することで、通過する流体の流量を制御するものである。前記弁座Ｖ２は、その表面を摩擦抵抗が大きくなるようにコーティングを施す又は弁体Ｖ１との接触する部分を若干柔らかくするよう加工が施してある。このような加工を施すのは、図５（ｂ）に示すように弁体Ｖ１を完全に弁座Ｖ２に接触させた状態では、多少の圧力変動に対しても全閉状態が維持されるようにするためである。
【００２９】
前記１次側バルブ６及び前記２次側バルブ７は、全開又は全閉のいずれかの状態となるように構成されているオン−オフ制御用のバルブである。
【００３０】
前記制御部８は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、ディスプレイ等の出力機器、キーボードなどの入力機器、ＡＤコンバータ等を有したいわゆるコンピュータであり、前記メモリに格納したプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が動作することによって、少なくとも閉時間測定部８１、開度設定部８２としての機能を発揮するものである。なお、制御部８は、前記マスフローコントローラ４に設けられるものであってもよいし、別の場所に設けてあるコンピュータ等であってもよい。
【００３１】
前記閉時間測定部８１は、閉処理が行われてからの経過時間を測定し、記憶しているものであり、この測定された経過時間は、開処理時においてバルブを開放する順番を決定するために前記開度設定部８２にて使用される。
【００３２】
前記開度設定部８２は、前記イオン源１へのガスの流入を止める閉処理及び前記イオン源１へのガスの流入を再び開始する開処理において、前記マスフローコントローラ４、前記１次側バルブ６、予め定めてある順番又は条件に従って、前記２次側バルブ７の開閉させるものである。
【００３３】
より具体的には、前記開度設定部８２は、閉処理において前記マスフローコントローラ４の設定流量を０ｃｃとして全閉させるとともに前記１次側バルブ６を略同時に全閉させた後に、前記２次側バルブ７を全閉させるものである。また、開処理時には、閉処理終了時から長時間経過している場合、例えば、前記時間測定部８１で測定された経過時間が第２所定時間である２０分を超えている場合には、前記マスフローコントローラ４に設定流量を０ｃｃから別の値に変更して流量制御を開始させた後に、前記２次側バルブ７を開放させる。一方、閉処理終了時から短時間しか経過していない場合、例えば、前記時間測定部８１で測定された経過時間が２０分以内である場合には、前記第２バルブを開放させた後に、前記マスフローコントローラ４に流量制御を開始させるものである。
なお、開度設定部８２の別の態様としては、マスフローコントローラの設定流量を０ｃｃとする代わりに、全閉信号を入力するものであってもよい。この場合、再び流量制御を開始させる場合には、まず、全閉指令を解除し、その後に流量制御を開始させるようにする。
【００３４】
このように構成されたイオン注入装置１００において、イオン種を切り替えてイオン注入条件を変更するために、前記ガス供給手段５から前記イオン源１へ供給されるガスの切り替える場合のガス制御装置１０の動作について説明する。
【００３５】
前記ガス供給手段５からの供給されるガスの切り替えは、真空排気を行いながら、前記イオン源１へガスが流入するのを止める閉処理を行い、ガス供給手段５の切り替え又は交換をした後に、再び前記イオン源１へ新たなガスの流入を開始させる開処理とから構成される。以下では、特に閉処理及び開処理での各機器の動作について図６及び図８に示されるフローチャートを参照しながら詳述する。
【００３６】
図６に示すように、閉処理では、まず前記開度設定部８２は、前記１次側バルブ６及び前記２次側バルブ７が開放されており、前記ガスラインにガスが流れ、前記マスフローコントローラ４の前後に差圧が存在している状態で、前記マスフローコントローラ４に対してその設定流量を０ｃｃに変更する（ステップＳ１）。すると、前記マスフローコントローラ４はフィードバック制御により前記可変流量バルブ４１の開度を全閉状態にする方向へ動作させることになる。
【００３７】
次に、前記開度設定部８２は、前記１次側バルブ６の開度を全閉に設定する（ステップＳ２）。ここで、前記マスフローコントローラ４はフィードバック制御により全閉状態に近づいていくので、全閉になるまでに若干の時間遅れが存在するための前記マスフローコントローラ４と前記１次側バルブ６は略同時に全閉になる（ステップＳ３）。
【００３８】
前記開度設定部８２は、前記マスフローコントローラ４内の流量計４２にて流量が所定の値よりも低下していることを確認する（ステップＳ４）。この動作は、マスフローコントローラが確実に全閉状態であることを確認するために行うものである。その確認が終わった後に２次側バルブ７を全閉させる（ステップＳ５）。最後に、イオン源１に設けてある真空度を測定するためのＩＧ計（図示しない）により、真空度の低下を確認して閉処理を終了する。この時点から前記時間測定部８１は、閉処理終了時からの経過時間の測定を開始する（ステップＳ６）。
【００３９】
ここで、このような閉処理を行うことによる効果について説明する。前述したように前記マスフローコントローラ４の設定流量を０ｃｃとするのを最初に行っているため、マスフローコントローラ４の前後に差圧が存在するので、前記可変流量バルブ４１は確実に全閉状態となる。また、前記１次側バルブ６と前記マスフローコントローラ４が略同時に全閉となった後に、真空排気によって前記マスフローコントローラ４の下流は低圧にされた後に前記２次側バルブ７は全閉されるので、終了時点でもマスフローコントローラ４の前後には差圧が存在するため、全閉状態が維持され続けることになる。従って、後述する開処理の初期状態では、マスフローコントローラ４を確実に全閉状態にしておくことができる。
【００４０】
さらに、前記イオン源１の真空度が略ゼロになり、安定するまでにかかる時間も短縮することができる。図７に従来のようにマスフローコントローラ４に何ら流量設定を行わずに、１次側バルブ６を全閉した後に、２次側バルブ７を全閉した場合の真空度の変化と、本実施形態の閉処理方法による真空度の変化を示す。従来であれば、開処理時においてマスフローコントローラ４の開度が分からないので、閉処理時に残存ガスを無くすことで開処理時のガスの突入を防ぐようにしている。このため、１次側バルブ６よりも下流における全ての容積のガスを真空引きしているので、多量のガスを真空引きする必要から安定するまでに時間がかかってしまっている。それに対して、本実施形態の閉処理方法によれば、開処理を行う時点でマスフローコントローラ４を確実に全閉にしているので、前記１次側バルブ６と前記流量可変バルブ４１間に残存ガスがあったとしても、イオン源１にガスが突入することを防ぐことができる。つまり、前記マスフローコントローラ４が全閉又はそれに近い状態で前記１次側バルブ６が全閉して、前記１次側バルブ６と前記流量可変バルブ４１間の容積に存在する残存ガスの真空引きを行わないようにしたとしても問題が生じない。従って、従来に比べて前記１次側バルブ６と前記流量可変バルブ４１間の容積だけ真空引きするガスの量を大幅に減らすことができるので短時間で略０ｃｃに安定させることができる。
【００４１】
次に開処理時の動作について図８を参照しながら説明する。
【００４２】
開処理時の各バルブを開放させる順番は、前述した閉処理が終了してからの経過時間に応じて選択される。これは、前記可変流量バルブ４１は差圧がある状態で全閉のまま長時間経過すると、その差圧によって弁座Ｖ２に対して弁体Ｖ１が低圧側である下流側へ引き込まれていき、弁体Ｖ１が弁座Ｖ２に対して食い込んでしまい、抜けにくくなってしまう。すると、初動時に弁体Ｖ１が弁座Ｖ２から離間するのに通常よりも大きな力が必要となるため、しばらくの間、設定流量が０ｃｃでなかったとしても全閉状態が維持されてしまい、開放されると一気に摩擦抵抗がなくなるため、今度は大きく開きすぎてしまい、ガスの突入が行ってしまうことがある。このような不具合を鑑みて、開処理においては、前記可変流量バルブ４１の食い込み量を考慮して、各バルブの開放する順番を決めてある。
【００４３】
具体的な各バルブの開放方法としては、前記時間測定部８１によって測定された経過時間が２０分を超えている場合には（ステップＳ７）、前記開度設定部８２は、まず、前記マスフローコントローラ４に０ｃｃ以外の設定流量を設定し（ステップＳ８）、食い込みに対して徐々に可変流量バルブ４１が開放されるようにしておき、その後、前記２次側バルブ７を開放させる（ステップＳ９）。最後に、前記１次側バルブ６を開放して（ステップＳ１０）、開処理を終了する。
【００４４】
前記時間測定部８１によって測定された経過時間が２０分以内の場合には（ステップＳ７）、前記開度設定部８２は、まず、前記２次側バルブ７を開放し（ステップＳ１０）、その後、前記マスフローコントローラ４に０ｃｃ以外の設定流量を設定する（ステップＳ１１）。最後に、前記１次側バルブ６を開放して、開処理を終了する（ステップＳ１２）。
【００４５】
ここで、前述した閉処理を前提とした上で、このような開処理を行うことによる効果について説明する。
【００４６】
図９に、閉処理後に長時間経過した状態で開処理を行った時のイオン源１における真空度の変化を示す。
【００４７】
図９には、測定結果が閉処理においてマスフローコントローラ４を全閉にせず、開処理において、２次側バルブ７を開放した後に１次側バルブ６及びマスフローコントローラ４を同時に開放して、流量制御を開始した場合の従来の測定結果Ａと、本実施形態の閉処理を行った後に、前述した従来の開処理方法を行った場合の測定結果Ｂと、本実施形態の開処理、閉処理を行った場合の測定結果Ｃを示してある。
【００４８】
測定結果Ａでは、ガスの突入が起こるため目標の真空度に対して大きくオーバーシュートを起こし、安定するまでに時間がかかっているのに対して、測定結果Ｂではオーバーシュートは起こっておらず、目標の真空度に安定するために係る時間も短くなっているものの、立ち上がりまでに時間がかかっていることが分かる。測定結果Ｂでは、可変流量バルブ４１が食い込んでいる状態で第２バルブ及び第１バルブが開放されていることから、マスフローコントローラ４の前後の差圧がより大きくなってしまい、可変流量バルブ４１を開放しようとする力に対して、逆方向の食い込ませようとする力が大きくなる。つまり、立ち上がりに時間がかかるのは、実際に開放させるように働く力の大きさが小さくなってしまうので、可変流量バルブ４１が開放されるまでに時間がかかってしまうためであると考えられる。
【００４９】
測定結果Ｃでは、差圧が大きくなる前に、可変流量バルブ４１を開放させようとしているので、測定結果Ｂの場合に比べてより可変流量バルブ４１により大きい力をかけることができる。このため、測定結果Ａの場合のオーバーシュートに比べて実用上無視できる程度のオーバーシュートに抑えつつ、測定結果Ｂの場合よりも短時間で可変流量バルブ４１の食い込みを解消し、立ち上がり時間を短縮することができている。
【００５０】
図１０に、閉処理後に短時間しか経過していない場合に開処理を行った時のイオン源１における真空度の変化を示す。図１０には本実施形態の閉処理及び閉処理からの経過時間が短時間の場合の開処理を行った場合のイオン源１における真空度の測定結果Ｄとともに、比較として従来の測定結果Ａを示してある。測定結果Ｄは、従来の測定結果Ａに対してオーバーシュート量を実用上無視できる程度に小さくすることができているので、前述した測定結果Ｃと略同じに扱うことができ、また、短時間で目標値に安定している事が分かる。
【００５１】
また、仮に可変流量バルブ４１の食い込み量が少ない状態で測定結果Ｃと同様の方法で開処理を行うと、２次側バルブ７が開放される前にマスフローコントローラ４が略全開となってしまい、従来の測定結果Ａと略同様になってしまう。従って、閉処理から短時間しか経過していない場合には、本実施形態のように、２次側バルブ７を開放した後にマスフローコントローラ４の流量制御を開始することが効果的であることが分かる。
【００５２】
このように本実施形態のイオン注入装置１００及びガス制御装置１０によれば、閉処理において、差圧が存在するうちにマスフローコントローラ４を全閉させるようにしてあるので、次の開処理時の初期状態においてマスフローコントローラ４が確実に全閉されているようにすることができる。従って、開処理においてイオン源１に突入するガスの量を無くす、又は、非常に小さくすることができ、所定の真空度に安定するまでにかかる時間を短くすることができる。
【００５３】
また、閉処理において最初にマスフローコントローラ４が全閉されることから、１次側バルブ６を全閉することによる真空度の変動を防ぐことができ、従来に比べて１次側バルブ６と流量可変バルブ４１間の容積分だけのガス量だけ真空引きを行う必要がないので、真空度が安定し閉処理が終了するまでにかかる時間も短くすることができる。
【００５４】
さらに、開処理においては、閉処理からの経過時間に応じて各バルブを開放する順序を変更しているので、上述したように前記可変流量バルブ４１の食い込み量を考慮した開処理を行うことができ、所望の真空度で安定するまでにかかる時間を短くすることができる。
【００５５】
以上のように、閉処理及び開処理において、その作業にかかる時間を大幅に短縮することができるので、小ロット、多品種の半導体にイオン注入を行う場合でも、短時間で段取り替えを行うことができ、半導体の生産効率を向上させることができる。また、短時間でイオンビームＩＢを引き出すのに適した真空度にすることができるので、無駄に流れていくガスの量も少なくなり、ガス消費量を減らすことができ、運用コストを下げることができる。
【００５６】
その他の実施形態について説明する。
【００５７】
前記実施形態では、閉処理時において、前記マスフローコントローラと前記１次側バルブを略同時に全閉にしていたが、前記マスフローコントローラが先に全閉し、前記１次側バルブがその次に全閉するように構成してもよい。また、先に１次側バルブを全閉させて、その後にマスフローコントローラを全閉させるようにしてもよい。この場合は、１次側バルブが全閉してから、真空排気によってマスフローコントローラの前後に差圧が無くなってしまう前にマスフローコントローラを全閉させればよい。すなわち、前記１次側バルブが全閉してから第１所定時以内に前記マスフローコントローラが全閉するようにしても構わない。このようなものでも、前後に差圧がある状態でマスフローコントローラを確実に全閉できる。
【００５８】
前記実施形態では、マスフローコントローラを全閉にするために、設定流量を０ｃｃとして、フィードバック制御により全閉とするようにしたものであったが、前記マスフローコントローラがフィードバック制御によらず、強制全閉できるものであっても構わない。強制全閉できるものであっても、機構や構造によっては、マスフローコントローラの前後に差圧が存在しないと、完全には全閉にはならず、ガスの突入を防ぐことができない。例えば、強制全閉モードでは弁体への支持力を無くし、流体の流れによって弁座に嵌り込むように構成してあるピボット型のバルブ等では、差圧が無い場合には全閉にすることができない。また、外力によって弁体を弁座に嵌り込ませることによって全閉にするバルブであっても、通常、弁座が壊れない程度の力でしか押さえつけていない。従って、差圧が無い状態で全閉にできたとしても、２次側バルブが全閉した時に、その押しのけたガスが逆圧となってかかった場合等に弁体が弁座から外れてしまい、全閉状態を維持することができなくなってしまうことも考えられる。従って、強制全閉ができるマスフローコントローラであったとしても、前後に差圧がある状態で全閉にすることは重要であり、前記実施形態の閉処理の方法を用いることによって、開処理時に確実に全閉状態にし、イオン源へのガスの突入を防ぐことができる。
【００５９】
例えば、マスフローコントローラが流すことができる流量がフルスケールで５ｃｃであり、実際に流す流量が常用において１ｃｃ程度であるような、常に全閉に近い状態で使用する場合には、本発明のガス制御方法は特に効果を発揮する。
【００６０】
また、前記実施形態のマスフローコントローラは、差圧によって流量を測定するものであった、サーマル式のものであっても構わない。また、本発明のガス制御装置はイオン注入装置のみ適用されるものと限らない。プラズマ処理装置等に用いられても構わない。
【００６１】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１００・・・イオン注入装置
１０・・・ガス制御装置
１・・・イオン源（チャンバー）
４・・・マスフローコントローラ
４１・・・可変流量バルブ
５・・・ガス供給手段
６・・・１次側バルブ
７・・・２次側バルブ
８・・・制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン注入装置等の半導体製造装置におけるイオン源等の減圧可能なチャンバーへのガスの流入を制御するガス制御装置及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の会社から半導体の製造を請け負うファウンドリーにおいては、１種類の半導体を一日中作り続けることはあまりなく、むしろ、小ロットで多品種の半導体を製造することが多い。このような多品種の半導体の製造工程において、イオン注入により半導体の特性を改質させる等する場合には、半導体の種類ごとにイオン注入量や注入するイオン種を短時間で変更できることが求められている。
【０００３】
イオン種の変更は、減圧可能なチャンバーであるイオン源に流入させるガスの種類を変更することによって行われる。このガスの切り替え及び流量制御を行うために、前記イオン源とガス供給手段を接続するガスライン上には、上流から１次側バルブ、マスフローコントローラ、２次側バルブをこの順で設けたガス制御装置が備えられている。
【０００４】
このような構成のガス制御装置における従来のガス変更手順は、前記チャンバーへのガスの流入を止め、当該チャンバー内のガスを排気させる閉処理と、ガス供給手段においてガスの種類を切り替える処理と、チャンバーへのガスの流入を開始させる開処理と、から構成される。
【０００５】
より具体的な手順としては、閉処理は、図１に示されるように１次側バルブを全閉し（ステップＯＳ１）、マスフローコントローラによりガスラインを流れるガス流量の低下を確認し（ステップＯＳ２）、その後に２次側バルブを全閉させ（ステップＯＳ３）、チャンバー内の真空度の低下によりガスが排気されたことを確認して終了する（ステップＯＳ４）。一方、開処理は、図２に示されるように２次側バルブを開放し（ステップＯＳ５）、所定時間経過した後に１次側バルブを開放するとともに、マスフローコントローラの流量制御を開始させて終了する（ステップＯＳ６）。
【０００６】
ところで、このような処理手順では、上述したように閉処理時にはマスフローコントローラ内の流量可変バルブの開度について特に考慮されていないため、閉処理終了時に前記流量可変バルブの開度がどのような開度になっているのかは分からない。例えば、閉処理終了時に前記流量可変バルブが全開になっており、その状態が維持されていると、開処理時において前記２次側バルブを開放した後に前記１次側バルブを開放した時に、前記チャンバーへ突発的に大流量のガスが流入する突入が発生してしまう。すると、前記チャンバー内の圧力は、ガスをプラズマ化しイオンビームとして引き出すのに適当な所定圧力（真空度）に対して非常に大きなオーバーシュートを起こしてしまい、所定圧力に安定するまでにかかる時間が長くなってしまう。つまり、イオン種の切り替えのためにガスの種類を変更する度に、チャンバー内の圧力が安定するのを待つ必要があるので、段取り替えの時間が長くなり、半導体の製造効率が低下してしまうという不具合が発生する。
【０００７】
このようなガス供給開始時にチャンバー内へのガスの突入を防止することを目的としたガス制御装置が、特許文献１に示されるようなプラズマ処理装置において開示されている。このガス制御装置は、開処理時において、マスフローコントローラに全閉するように指令し、その後に１次側バルブ及び２次側バルブを開放するように指令する制御部を備えている。
【０００８】
しかしながら、この特許文献１には、開処理時に先立ってマスフローコントローラを全閉させると記載されているものの、この特許文献１記載の構成では実際にマスフローコントローラが常に全閉になるとは限らない。具体的には、この特許文献１ではマスフローコントローラに全閉指令を入力して内部のバルブを閉じさせようとしているが、マスフローコントローラは、流路を流れる流体の測定流量をフィードバックし、設定流量との差分に応じて流量可変バルブの開度を制御するものであり、例えば、マスフローコントローラの前後に差圧がほとんどなく、流量がほぼ０の場合には、全閉指令すなわち流量を０とする指令値が入力されたとしても、差分がほとんどないので流量可変バルブの開度を閉じる方向にほとんど制御されず、その時点の開度が維持されてしまう。また、全閉指令がフィードバック指令によらない強制的なものであったとしても、機種や流量可変バルブの構造によっては、マスフローコントローラの前後に差圧が存在しない限り、完全にバルブが全閉されるとは限らないことを本発明者らは実験によって確かめている。
【０００９】
言い換えると、特許文献１では、マスフローコントローラの前後の差圧が存在するかどうかについて何ら考慮されておらず、単にマスフローコントローラに全閉する指令を入力しているだけなので、開処理時におけるチャンバーへのガスの突入を完全に防ぐことができず、チャンバー内の圧力が所定圧力に安定するまでにかかる時間を常に短縮できるとは限らない。従って、このようなガス制御方法では、実際にイオン種切り替え等の段取り替えに要する時間を短縮する事は難しい。特に１次側バルブと２次側バルブが全閉されており、１次側バルブと２次側バルブとの間の流路等で形成される容積に残存ガスがあり、圧力一定の密閉空間となっている場合には、流量可変バルブを閉じたとしても、流量可変バルブと２次側バルブとの間に残存しているガスによってチャンバーへの突入が起こってしまい、圧力が安定するまでに時間がかかってしまう。また、残存ガスがある状態においてマスフローコントローラの流量可変バルブを閉じさせると、バルブがその密閉空間内の残存ガスを押しのけた分だけ内圧が上昇し、可変流量バルブには開放される方向に力が働いてしまうので、完全に全閉できない。従って、マスフローコントローラに対して全閉信号を入力したとしても、開処理時に全閉できていないので１次側バルブとマスフローコントローラとの間の空間ないにあった残存ガスの突入も発生しチャンバー内の圧力が安定するのに時間がかかってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−８５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述したような問題点を鑑みてなされたものであり、可変流量バルブを備え、減圧可能なチャンバーとガス供給手段を接続するガスライン上に、上流から１次側バルブ、マスフローコントローラ、２次側バルブをこの順で設けたガス制御装置であって、開処理時において確実にマスフローコントローラが全閉状態となっており、チャンバー内へガスが突入するのを防ぐことができ、段取り替えに要する時間を短縮することができるガス制御装置、ガス制御装置の制御方法、及びそれらを用いたイオン注入装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明のガス制御装置は、ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置であって、可変流量バルブを備え、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させる制御部を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のガス制御装置の制御方法は、ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置の制御方法であって、前記ガス制御装置は、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させるステップを備えたことを特徴とする。
【００１４】
なお、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させるとは、前に第１所定時間が０の場合も含むものであり、前記１次側バルブと前記マスフローコントローラを同時に全閉させる概念を含むものである。また、第１所定時間とは、例えば、前記マスフローコントローラの前後に差圧が存在している時間等を含む概念である。
【００１５】
このようなものであれば、前記マスフローコントローラが前記１次側バルブよりも先に全閉される、又は、前記１次側バルブが全閉されてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラが全閉されるので、前記マスフローコントローラの前後に差圧があるようにすることができ、確実に前記マスフローコントローラを全閉にすることできる。また、前記１次側バルブ及び前記マスフローコントローラを全閉させた後に、前記２次側バルブを全閉させるので、前記１次側バルブと前記マスフローコントローラとの間の空間における圧力よりも、前記マスフローコントローラと前記２次側バルブとの間の空間の圧力は、前記チャンバーによって低い圧力に減圧された後に、前記２次側バルブは全閉される。つまり、閉処理が終了した後では、マスフローコントローラの前後に差圧がある状態が維持されるので、マスフローコントローラも全閉状態が維持され続ける。
【００１６】
従って、次の開処理を行う時には、確実にマスフローコントローラが全閉の状態であるので、２次側バルブを開放した時に前記チャンバーにガスが突入するのを防止することができ、チャンバー内の所望の圧力に対するオーバーシュート量を低減させ、その所望の圧力に安定するまでの時間を短くすることができる。すなわち、ガスの種類を変更する場合等において、前記チャンバー内の圧力を短時間で安定させることが可能であるので、段取り替えに必要な時間を短縮し、装置の稼働効率を高めることができるようになる。
【００１７】
閉処理によって、前記マスフローコントローラの前後に差圧がある状態で前記可変流量バルブを全閉にし、その状態のまま長時間経過すると、前記可変流量バルブが食い込んでいくため、再び可変流量バルブを開放するには大きな力が必要となる。また、最初に２次側バルブを開放してしまうと、前記マスフローコントローラの前後の差圧をさらに大きくしてしまうため、その後にマスフローコントローラの流量制御を開始すると、前記可変流量バルブの開度をさらに大きくするように制御が行われてしまう。これらのようなことが重なると、可変流量バルブの開度は、摩擦等によって最初は一定時間の間、全閉状態で変化せず、動き出すと急激に大きな開度になってしまい、前記チャンバーにガスが突入してしまう。このような問題を解決し、短時間で緩やかにチャンバー内へガスが流入するようにするには、前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が所定時間を超えている場合には、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させた後に、前記２次側バルブを開放させるものであればよい。
【００１８】
閉処理の後、あまり時間が経過していない場合には、前記可変流量バルブはそれほど食い込んでいないので、すぐに開度を変更することができる。このような状態において、前述したように先にマスフローコントローラの流量制御を開始し、その後に２次側バルブを開放するようにすると、前記可変流量バルブの開度が大きくなりすぎるため、チャンバー内の圧力が所望の圧力に足して大きくオーバーシュートしていまい、安定するまでに時間がかかってしまう。このような問題が生じるのを防ぐには、前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が所定時間以下の場合には、前記２次側バルブを開放させた後に、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させればよい。
【００１９】
イオン注入装置において、イオン種の切り替えを短時間で行うことができるようにし、半導体の製造効率を向上させることができるようにするには、上述したようなガス制御装置を備えたイオン注入装置であればよい。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明のガス制御装置、その制御方法、それらを用いたイオン注入装置によれば、マスフローコントローラの前後に差圧がある状態で可変流量バルブを全閉させるように構成されているので、開処理時において確実にマスフローコントローラを全閉状態とすることができる。従って、次に行われる開処理時において、２次側バルブが開放されても、チャンバー内へガスが突入するのを防ぐ、又は、その突入する量を小さくすることができ、チャンバー内の圧力が所望の圧力に安定するまでの時間を短くできる。従って、ガスの種類を変更するといった段取り替えに要する時間を短縮することができ、装置の稼働効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のガス制御装置における閉処理時の動作を示すフローチャート。
【図２】従来のガス制御装置における開処理時の動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の一実施形態に係るイオン注入装置を示す模式図。
【図４】同実施形態におけるガス制御装置を示す模式図。
【図５】同実施形態における可変流量バルブの内部構造を示す模式的断面図。
【図６】同実施形態における閉処理時の動作を示すフローチャート。
【図７】同実施形態における閉処理を行った時のイオン源における真空度の変化を示すグラフ。
【図８】同実施形態における開処理時の動作を示すフローチャート。
【図９】同実施形態における閉処理後に長時間経過した後に開処理を行った時のイオン源における真空度の変化を示すグラフ。
【図１０】同実施形態における閉処理後に短時間経過した後に開処理を行った時のイオン源における真空度の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
本発明のガス制御装置１０を用いたイオン注入装置１００は、例えば、シリコン基板などの表面に様々な種類のイオンを所定の角度や深さ、濃度で注入することによって、その特性を変化させたり、改質させたりするために用いられるものである。
【００２４】
本実施形態のイオン注入装置１００は、図３に示されるようなイオン源１からある電圧で引き出されたイオンビームＩＢを分析磁石２によって所望の種類のイオンだけを選択し、前記分析磁石２を通過した後のイオンビームＩＢを静電加速管３に通過させることによって、所望のエネルギーにするとともに偏向させて所定の入射角度でターゲットＴに入射させるものである。
【００２５】
前記イオン源１は、排気機構を備えた減圧可能なチャンバーであって、図４に示すようにガス供給手段５たるガスボンベとガスラインによって接続されており、流入したガスをプラズマ化することによってイオンビームＩＢを引き出すものである。
【００２６】
前記ガスライン上には、図４に示すようにガス供給手段５から前記イオン源１に流入するガスの流量を制御するためのガス制御装置１０が設けてある。前記ガス制御装置１０は、可変流量バルブ４１を備え、前記ガスラインを流れるガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラ４と、前記マスフローコントローラ４の上流に設けてある１次側バルブ６と、前記マスフローコントローラ４の下流に設けてある２次側バルブ７と、それらのバルブの開度を制御する制御部８とから構成してある。
【００２７】
前記マスフローコントローラ４は、内部流路を流れる流体の差圧に基づいて、流量を測定する流量計４２を備えており、前記流量計４２にて測定された測定流量が設定されている設定流量となるように、それらの偏差が小さくなる方向へ前記可変流量バルブ４１の開度を制御するように構成してある。
【００２８】
前記可変流量バルブ４１は、例えば、図５（ａ）の断面図に示すようなソレノイド型の流量制御用バルブであり、弁体Ｖ１を電磁力によって動作させることにより、弁座Ｖ２との間に形成される隙間の大きさを調節することで、通過する流体の流量を制御するものである。前記弁座Ｖ２は、その表面を摩擦抵抗が大きくなるようにコーティングを施す又は弁体Ｖ１との接触する部分を若干柔らかくするよう加工が施してある。このような加工を施すのは、図５（ｂ）に示すように弁体Ｖ１を完全に弁座Ｖ２に接触させた状態では、多少の圧力変動に対しても全閉状態が維持されるようにするためである。
【００２９】
前記１次側バルブ６及び前記２次側バルブ７は、全開又は全閉のいずれかの状態となるように構成されているオン−オフ制御用のバルブである。
【００３０】
前記制御部８は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏチャネル、ディスプレイ等の出力機器、キーボードなどの入力機器、ＡＤコンバータ等を有したいわゆるコンピュータであり、前記メモリに格納したプログラムにしたがってＣＰＵやその周辺機器が動作することによって、少なくとも閉時間測定部８１、開度設定部８２としての機能を発揮するものである。なお、制御部８は、前記マスフローコントローラ４に設けられるものであってもよいし、別の場所に設けてあるコンピュータ等であってもよい。
【００３１】
前記閉時間測定部８１は、閉処理が行われてからの経過時間を測定し、記憶しているものであり、この測定された経過時間は、開処理時においてバルブを開放する順番を決定するために前記開度設定部８２にて使用される。
【００３２】
前記開度設定部８２は、前記イオン源１へのガスの流入を止める閉処理及び前記イオン源１へのガスの流入を再び開始する開処理において、前記マスフローコントローラ４、前記１次側バルブ６、予め定めてある順番又は条件に従って、前記２次側バルブ７の開閉させるものである。
【００３３】
より具体的には、前記開度設定部８２は、閉処理において前記マスフローコントローラ４の設定流量を０ｃｃとして全閉させるとともに前記１次側バルブ６を略同時に全閉させた後に、前記２次側バルブ７を全閉させるものである。また、開処理時には、閉処理終了時から長時間経過している場合、例えば、前記時間測定部８１で測定された経過時間が第２所定時間である２０分を超えている場合には、前記マスフローコントローラ４に設定流量を０ｃｃから別の値に変更して流量制御を開始させた後に、前記２次側バルブ７を開放させる。一方、閉処理終了時から短時間しか経過していない場合、例えば、前記時間測定部８１で測定された経過時間が２０分以内である場合には、前記第２バルブを開放させた後に、前記マスフローコントローラ４に流量制御を開始させるものである。
なお、開度設定部８２の別の態様としては、マスフローコントローラの設定流量を０ｃｃとする代わりに、全閉信号を入力するものであってもよい。この場合、再び流量制御を開始させる場合には、まず、全閉指令を解除し、その後に流量制御を開始させるようにする。
【００３４】
このように構成されたイオン注入装置１００において、イオン種を切り替えてイオン注入条件を変更するために、前記ガス供給手段５から前記イオン源１へ供給されるガスの切り替える場合のガス制御装置１０の動作について説明する。
【００３５】
前記ガス供給手段５からの供給されるガスの切り替えは、真空排気を行いながら、前記イオン源１へガスが流入するのを止める閉処理を行い、ガス供給手段５の切り替え又は交換をした後に、再び前記イオン源１へ新たなガスの流入を開始させる開処理とから構成される。以下では、特に閉処理及び開処理での各機器の動作について図６及び図８に示されるフローチャートを参照しながら詳述する。
【００３６】
図６に示すように、閉処理では、まず前記開度設定部８２は、前記１次側バルブ６及び前記２次側バルブ７が開放されており、前記ガスラインにガスが流れ、前記マスフローコントローラ４の前後に差圧が存在している状態で、前記マスフローコントローラ４に対してその設定流量を０ｃｃに変更する（ステップＳ１）。すると、前記マスフローコントローラ４はフィードバック制御により前記可変流量バルブ４１の開度を全閉状態にする方向へ動作させることになる。
【００３７】
次に、前記開度設定部８２は、前記１次側バルブ６の開度を全閉に設定する（ステップＳ２）。ここで、前記マスフローコントローラ４はフィードバック制御により全閉状態に近づいていくので、全閉になるまでに若干の時間遅れが存在するための前記マスフローコントローラ４と前記１次側バルブ６は略同時に全閉になる（ステップＳ３）。
【００３８】
前記開度設定部８２は、前記マスフローコントローラ４内の流量計４２にて流量が所定の値よりも低下していることを確認する（ステップＳ４）。この動作は、マスフローコントローラが確実に全閉状態であることを確認するために行うものである。その確認が終わった後に２次側バルブ７を全閉させる（ステップＳ５）。最後に、イオン源１に設けてある真空度を測定するためのＩＧ計（図示しない）により、真空度の低下を確認して閉処理を終了する。この時点から前記時間測定部８１は、閉処理終了時からの経過時間の測定を開始する（ステップＳ６）。
【００３９】
ここで、このような閉処理を行うことによる効果について説明する。前述したように前記マスフローコントローラ４の設定流量を０ｃｃとするのを最初に行っているため、マスフローコントローラ４の前後に差圧が存在するので、前記可変流量バルブ４１は確実に全閉状態となる。また、前記１次側バルブ６と前記マスフローコントローラ４が略同時に全閉となった後に、真空排気によって前記マスフローコントローラ４の下流は低圧にされた後に前記２次側バルブ７は全閉されるので、終了時点でもマスフローコントローラ４の前後には差圧が存在するため、全閉状態が維持され続けることになる。従って、後述する開処理の初期状態では、マスフローコントローラ４を確実に全閉状態にしておくことができる。
【００４０】
さらに、前記イオン源１の真空度が略ゼロになり、安定するまでにかかる時間も短縮することができる。図７に従来のようにマスフローコントローラ４に何ら流量設定を行わずに、１次側バルブ６を全閉した後に、２次側バルブ７を全閉した場合の真空度の変化と、本実施形態の閉処理方法による真空度の変化を示す。従来であれば、開処理時においてマスフローコントローラ４の開度が分からないので、閉処理時に残存ガスを無くすことで開処理時のガスの突入を防ぐようにしている。このため、１次側バルブ６よりも下流における全ての容積のガスを真空引きしているので、多量のガスを真空引きする必要から安定するまでに時間がかかってしまっている。それに対して、本実施形態の閉処理方法によれば、開処理を行う時点でマスフローコントローラ４を確実に全閉にしているので、前記１次側バルブ６と前記流量可変バルブ４１間に残存ガスがあったとしても、イオン源１にガスが突入することを防ぐことができる。つまり、前記マスフローコントローラ４が全閉又はそれに近い状態で前記１次側バルブ６が全閉して、前記１次側バルブ６と前記流量可変バルブ４１間の容積に存在する残存ガスの真空引きを行わないようにしたとしても問題が生じない。従って、従来に比べて前記１次側バルブ６と前記流量可変バルブ４１間の容積だけ真空引きするガスの量を大幅に減らすことができるので短時間で略０ｃｃに安定させることができる。
【００４１】
次に開処理時の動作について図８を参照しながら説明する。
【００４２】
開処理時の各バルブを開放させる順番は、前述した閉処理が終了してからの経過時間に応じて選択される。これは、前記可変流量バルブ４１は差圧がある状態で全閉のまま長時間経過すると、その差圧によって弁座Ｖ２に対して弁体Ｖ１が低圧側である下流側へ引き込まれていき、弁体Ｖ１が弁座Ｖ２に対して食い込んでしまい、抜けにくくなってしまう。すると、初動時に弁体Ｖ１が弁座Ｖ２から離間するのに通常よりも大きな力が必要となるため、しばらくの間、設定流量が０ｃｃでなかったとしても全閉状態が維持されてしまい、開放されると一気に摩擦抵抗がなくなるため、今度は大きく開きすぎてしまい、ガスの突入が行ってしまうことがある。このような不具合を鑑みて、開処理においては、前記可変流量バルブ４１の食い込み量を考慮して、各バルブの開放する順番を決めてある。
【００４３】
具体的な各バルブの開放方法としては、前記時間測定部８１によって測定された経過時間が２０分を超えている場合には（ステップＳ７）、前記開度設定部８２は、まず、前記マスフローコントローラ４に０ｃｃ以外の設定流量を設定し（ステップＳ８）、食い込みに対して徐々に可変流量バルブ４１が開放されるようにしておき、その後、前記２次側バルブ７を開放させる（ステップＳ９）。最後に、前記１次側バルブ６を開放して（ステップＳ１０）、開処理を終了する。
【００４４】
前記時間測定部８１によって測定された経過時間が２０分以内の場合には（ステップＳ７）、前記開度設定部８２は、まず、前記２次側バルブ７を開放し（ステップＳ１０）、その後、前記マスフローコントローラ４に０ｃｃ以外の設定流量を設定する（ステップＳ１１）。最後に、前記１次側バルブ６を開放して、開処理を終了する（ステップＳ１２）。
【００４５】
ここで、前述した閉処理を前提とした上で、このような開処理を行うことによる効果について説明する。
【００４６】
図９に、閉処理後に長時間経過した状態で開処理を行った時のイオン源１における真空度の変化を示す。
【００４７】
図９には、測定結果が閉処理においてマスフローコントローラ４を全閉にせず、開処理において、２次側バルブ７を開放した後に１次側バルブ６及びマスフローコントローラ４を同時に開放して、流量制御を開始した場合の従来の測定結果Ａと、本実施形態の閉処理を行った後に、前述した従来の開処理方法を行った場合の測定結果Ｂと、本実施形態の開処理、閉処理を行った場合の測定結果Ｃを示してある。
【００４８】
測定結果Ａでは、ガスの突入が起こるため目標の真空度に対して大きくオーバーシュートを起こし、安定するまでに時間がかかっているのに対して、測定結果Ｂではオーバーシュートは起こっておらず、目標の真空度に安定するために係る時間も短くなっているものの、立ち上がりまでに時間がかかっていることが分かる。測定結果Ｂでは、可変流量バルブ４１が食い込んでいる状態で第２バルブ及び第１バルブが開放されていることから、マスフローコントローラ４の前後の差圧がより大きくなってしまい、可変流量バルブ４１を開放しようとする力に対して、逆方向の食い込ませようとする力が大きくなる。つまり、立ち上がりに時間がかかるのは、実際に開放させるように働く力の大きさが小さくなってしまうので、可変流量バルブ４１が開放されるまでに時間がかかってしまうためであると考えられる。
【００４９】
測定結果Ｃでは、差圧が大きくなる前に、可変流量バルブ４１を開放させようとしているので、測定結果Ｂの場合に比べてより可変流量バルブ４１により大きい力をかけることができる。このため、測定結果Ａの場合のオーバーシュートに比べて実用上無視できる程度のオーバーシュートに抑えつつ、測定結果Ｂの場合よりも短時間で可変流量バルブ４１の食い込みを解消し、立ち上がり時間を短縮することができている。
【００５０】
図１０に、閉処理後に短時間しか経過していない場合に開処理を行った時のイオン源１における真空度の変化を示す。図１０には本実施形態の閉処理及び閉処理からの経過時間が短時間の場合の開処理を行った場合のイオン源１における真空度の測定結果Ｄとともに、比較として従来の測定結果Ａを示してある。測定結果Ｄは、従来の測定結果Ａに対してオーバーシュート量を実用上無視できる程度に小さくすることができているので、前述した測定結果Ｃと略同じに扱うことができ、また、短時間で目標値に安定している事が分かる。
【００５１】
また、仮に可変流量バルブ４１の食い込み量が少ない状態で測定結果Ｃと同様の方法で開処理を行うと、２次側バルブ７が開放される前にマスフローコントローラ４が略全開となってしまい、従来の測定結果Ａと略同様になってしまう。従って、閉処理から短時間しか経過していない場合には、本実施形態のように、２次側バルブ７を開放した後にマスフローコントローラ４の流量制御を開始することが効果的であることが分かる。
【００５２】
このように本実施形態のイオン注入装置１００及びガス制御装置１０によれば、閉処理において、差圧が存在するうちにマスフローコントローラ４を全閉させるようにしてあるので、次の開処理時の初期状態においてマスフローコントローラ４が確実に全閉されているようにすることができる。従って、開処理においてイオン源１に突入するガスの量を無くす、又は、非常に小さくすることができ、所定の真空度に安定するまでにかかる時間を短くすることができる。
【００５３】
また、閉処理において最初にマスフローコントローラ４が全閉されることから、１次側バルブ６を全閉することによる真空度の変動を防ぐことができ、従来に比べて１次側バルブ６と流量可変バルブ４１間の容積分だけのガス量だけ真空引きを行う必要がないので、真空度が安定し閉処理が終了するまでにかかる時間も短くすることができる。
【００５４】
さらに、開処理においては、閉処理からの経過時間に応じて各バルブを開放する順序を変更しているので、上述したように前記可変流量バルブ４１の食い込み量を考慮した開処理を行うことができ、所望の真空度で安定するまでにかかる時間を短くすることができる。
【００５５】
以上のように、閉処理及び開処理において、その作業にかかる時間を大幅に短縮することができるので、小ロット、多品種の半導体にイオン注入を行う場合でも、短時間で段取り替えを行うことができ、半導体の生産効率を向上させることができる。また、短時間でイオンビームＩＢを引き出すのに適した真空度にすることができるので、無駄に流れていくガスの量も少なくなり、ガス消費量を減らすことができ、運用コストを下げることができる。
【００５６】
その他の実施形態について説明する。
【００５７】
前記実施形態では、閉処理時において、前記マスフローコントローラと前記１次側バルブを略同時に全閉にしていたが、前記マスフローコントローラが先に全閉し、前記１次側バルブがその次に全閉するように構成してもよい。また、先に１次側バルブを全閉させて、その後にマスフローコントローラを全閉させるようにしてもよい。この場合は、１次側バルブが全閉してから、真空排気によってマスフローコントローラの前後に差圧が無くなってしまう前にマスフローコントローラを全閉させればよい。すなわち、前記１次側バルブが全閉してから第１所定時以内に前記マスフローコントローラが全閉するようにしても構わない。このようなものでも、前後に差圧がある状態でマスフローコントローラを確実に全閉できる。
【００５８】
前記実施形態では、マスフローコントローラを全閉にするために、設定流量を０ｃｃとして、フィードバック制御により全閉とするようにしたものであったが、前記マスフローコントローラがフィードバック制御によらず、強制全閉できるものであっても構わない。強制全閉できるものであっても、機構や構造によっては、マスフローコントローラの前後に差圧が存在しないと、完全には全閉にはならず、ガスの突入を防ぐことができない。例えば、強制全閉モードでは弁体への支持力を無くし、流体の流れによって弁座に嵌り込むように構成してあるピボット型のバルブ等では、差圧が無い場合には全閉にすることができない。また、外力によって弁体を弁座に嵌り込ませることによって全閉にするバルブであっても、通常、弁座が壊れない程度の力でしか押さえつけていない。従って、差圧が無い状態で全閉にできたとしても、２次側バルブが全閉した時に、その押しのけたガスが逆圧となってかかった場合等に弁体が弁座から外れてしまい、全閉状態を維持することができなくなってしまうことも考えられる。従って、強制全閉ができるマスフローコントローラであったとしても、前後に差圧がある状態で全閉にすることは重要であり、前記実施形態の閉処理の方法を用いることによって、開処理時に確実に全閉状態にし、イオン源へのガスの突入を防ぐことができる。
【００５９】
例えば、マスフローコントローラが流すことができる流量がフルスケールで５ｃｃであり、実際に流す流量が常用において１ｃｃ程度であるような、常に全閉に近い状態で使用する場合には、本発明のガス制御方法は特に効果を発揮する。
【００６０】
また、前記実施形態のマスフローコントローラは、差圧によって流量を測定するものであった、サーマル式のものであっても構わない。また、本発明のガス制御装置はイオン注入装置のみ適用されるものと限らない。プラズマ処理装置等に用いられても構わない。
【００６１】
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１００・・・イオン注入装置
１０・・・ガス制御装置
１・・・イオン源（チャンバー）
４・・・マスフローコントローラ
４１・・・可変流量バルブ
５・・・ガス供給手段
６・・・１次側バルブ
７・・・２次側バルブ
８・・・制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置であって、
可変流量バルブを備え、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、
前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、
前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、
前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させる制御部を備えたことを特徴とするガス制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間を超えている場合には、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させた後に、前記２次側バルブを開放させる請求項１記載のガス制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間以下の場合には、前記２次側バルブを開放させた後に、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させる請求項１又は２記載のガス制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載のガス制御装置を用いたイオン注入装置。
【請求項５】
ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置の制御方法であって、
前記ガス制御装置は、可変流量バルブを備え、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、
前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させるステップを備えたことを特徴とするガス制御装置の制御方法。
【請求項６】
前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間を超えている場合には、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させるステップの後に、前記２次側バルブを開放させるステップを備える請求項５記載のガス制御装置の制御方法。
【請求項７】
前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間以下の場合には、前記２次側バルブを開放させるステップの後に、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させるステップを備える請求項５又は６記載のガス制御装置の制御方法。
【請求項１】
ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置であって、
可変流量バルブを備え、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、
前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、
前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、
前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させる制御部を備えたことを特徴とするガス制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間を超えている場合には、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させた後に、前記２次側バルブを開放させる請求項１記載のガス制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間以下の場合には、前記２次側バルブを開放させた後に、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させる請求項１又は２記載のガス制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載のガス制御装置を用いたイオン注入装置。
【請求項５】
ガス供給手段と、減圧可能なチャンバーと、を接続するガスラインに設けられるガス制御装置の制御方法であって、
前記ガス制御装置は、可変流量バルブを備え、前記チャンバーに流入するガスの流量を設定流量となるように制御するマスフローコントローラと、前記マスフローコントローラの上流に設けられる１次側バルブと、前記マスフローコントローラの下流に設けられる２次側バルブと、を具備し、
前記チャンバーへのガスの流入を止めるガス閉処理時において、前記マスフローコントローラ、前記１次側バルブ、前記２次側バルブをこの順で全閉させる、又は、前記１次側バルブを全閉させてから第１所定時間以内に前記マスフローコントローラを全閉させ、その後に前記２次側バルブを全閉させるステップを備えたことを特徴とするガス制御装置の制御方法。
【請求項６】
前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間を超えている場合には、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させるステップの後に、前記２次側バルブを開放させるステップを備える請求項５記載のガス制御装置の制御方法。
【請求項７】
前記チャンバーへのガスの流入を開始させるガス開処理時において、前記閉処理時からの経過時間が第２所定時間以下の場合には、前記２次側バルブを開放させるステップの後に、前記マスフローコントローラに流量制御を開始させるステップを備える請求項５又は６記載のガス制御装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２０５４７７（Ｐ２０１０−２０５４７７Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７８３１（Ｐ２００９−４７８３１）
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（３０２０５４８６６）日新イオン機器株式会社 (161)
【Ｆターム（参考）】
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