JP7413073B2 - 流量測定方法および流量測定装置 - Google Patents
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Description
図1は、本開示の一実施形態における基板処理システムの一例を示す概略図である。基板処理システム10は、複数のプロセスモジュールを備え、図1に示されているように、複数のチャンバ12-1~12-N(数Nは、2以上の整数。)と複数のガス供給部14-1~14-(N+1)とを備えている。複数のチャンバ12-1~12-Nのうちの1つのチャンバ12-1の内部には、基板処理のために基板が収容される処理空間が形成されている。複数のチャンバ12-1~12-Nのうちのチャンバ12-1と異なる他のチャンバ12-i(i=2,3,4,…,N)も、チャンバ12-1と同様に、内部に処理空間が形成されている。
図3は、本実施形態における流量測定方法の一例を示すシーケンスチャートである。図3のシーケンスチャートの横軸は、時間を示している。縦軸は、第3のガス流路43の圧力と、第1のバルブ51の開閉状態と、第2のバルブ52の開閉状態と、第3のバルブ53の開閉状態とを示している。縦軸は、さらに、バルブ30-1の開閉状態と、流量制御器18-1のガスの出力状態とを示している。
Q=dP/dt×1/R×(Vstray/Tstray+Vext/Text+Vfv/Tfv)…(1)
ここで、dPは、圧力P1と圧力P2とを用いて、次式により表現される。
dP=P2-P1
dtは、ステップS4で流量制御器18-1を介してガスが第1のガス流路21に供給された時間Δtを示している。容積Vstrayは、流量制御器18-1の流路82のうちのオリフィス部材83と二次バルブ20-1のダイヤフラム間容積を示している。温度Tstrayは、流量制御器18-1の流路82を流れるガスの温度を示し、流量制御器18-1の温度センサ86により測定された温度を示している。容積Vextは、第1のガス流路21の容積と第2のガス流路42の容積との和を示している。温度Textは、圧力P2が測定されるときに第1のガス流路21と第2のガス流路42に充填されるガスの温度を示している。容積Vfvは、第3のガス流路43の容積を示している。温度Tfvは、圧力P2が測定されるときに第3のガス流路43に充填されるガスの温度を示している。
P2×Vext/Text+P3×Vfv/Tfv=P4×Vext/Text+P4×Vfv/Tfv…(2)
(2)式が変形されることにより、次(3)式が導かれる。
Vext/Text=Vfv/Tfv×(P4-P3)/(P2-P4)…(3)
(3)式が(1)式に代入されることにより、次(4)式が導かれる。
Q=(P2-P1)/Δt×1/R×{Vstray/Tstray+Vfv/Tfv×(P2-P3)/(P2-P4)}…(4)
このため、ステップS4で流量制御器18-1を介して第1のガス流路21に供給されたガスのモル数nは、次(5)式により表現される。
n=(P2-P1)/R×{Vstray/Tstray+Vfv/Tfv×(P2-P3)/(P2-P4)}…(5)
このとき、ステップS4で生成された複数のガスパルスの個数でモル数nを除算した値は、流量制御器18-1を介して第1のガス流路21に1つのガスパルスあたりに供給されたガスの量を示している。
ここで、図4および図5を用いてガスパルスの詳細について説明する。図4は、ステップS4における制御信号とガスパルスの関係の一例を示す図である。図4のグラフ100に示すように、ガスパルス101は、主制御部71から流量制御器18-1に対して出力される制御信号によってON/OFF、つまり開/閉が切り替えられることで形成される。つまり、制御信号は、ONに対応する開信号と、OFFに対応する閉信号とが交互に出力される。また、開信号から閉信号までの時間Δt1は、第1のガス流路21へのガス供給時間を示す。なお、以下の説明では、開信号から閉信号までの時間Δt1を、ガス供給時間Δt1と表す場合がある。
図6は、ガス流量の測定結果の一例を示す図である。図6に示すグラフ120は、基板処理システム10において、ステップS4が10ステップ以上あるレシピ、つまりガスパルスを10個以上有するレシピを、流量測定のために実行した場合の結果をプロットしたものである。グラフ120では、基板処理システム10の電源投入から切断までを3回実行している。境界121は、1回目の電源切断と2回目の電源投入との境界を示す。境界122は、2回目の電源切断と3回目の電源投入との境界を示す。また、グラフ120の横軸は、レシピの実行回数を示し、1回目は99回、2回目は100回、3回目は61回のレシピ実行および流量測定を行った。
続いて、図7および図8を用いて、ガスの流量測定による流量制御器の校正について説明する。図7は、流量制御器の校正方法の一例を示す図である。図8は、流量制御器の校正結果の一例を示す図である。図7に示すように、流量制御器18-1~18-Mの個体差を校正する場合の一例として、基準側の流量制御器18-xのガスパルス131に、校正対象の流量制御器18-yのガスパルス132を合わせる場合を考える。これは、図8のグラフ135では、GasAがガスパルス131に対応し、GasBがガスパルス132に対応する。なお、GasAとGasBとは、異なるチャンバ12-a,12-bに対応するものとする。このとき、GasAを基準としてGasBを合わせるように校正する。なお、ガスの条件は、C4F6ガスを小流量で10ステップ以上繰り返した場合とし、判定基準を変動係数CVが±0.9%以下とする。
上記の実施形態では、主制御部71内部における誤差を補正したが、通信経路の流量制御器18-1の直前に接続された測定部でガス供給時間を測定するようにしてもよい。図9は、変形例におけるガス供給部の一例を示す図である。図9に示すガス供給部14a-1では、主制御部71と流量制御器18-1との間を接続する通信経路140において、流量制御器18-1の直前に測定部141を接続している。測定部141は、主制御部71から出力された、各ガスパルスにおける流量制御器18-1に対する開信号と閉信号との間の時間をガス供給時間Δt1として測定する。このように、流量制御器18-1の直前でガス供給時間Δt1を測定することで、主制御部71内部における誤差と、主制御部71から流量制御器18-1までの通信経路140におけるタイミング遅延等による誤差とを含めて補正することができる。従って、上述の実施形態よりも、さらにガスの流量を高精度に測定することができる。
12-1~12-N 複数のチャンバ
14-1~14-(N+1) 複数のガス供給部
18-1~18-M 複数の流量制御器
30-1~30-(N+1) 複数のバルブ
34-1~34-N 複数のターボ分子ポンプ
40 流量測定システム
21 第1のガス流路
42 第2のガス流路
43 第3のガス流路
44 第4のガス流路
47 圧力センサ
48 圧力センサ
49 温度センサ
51 第1のバルブ
52 第2のバルブ
53 第3のバルブ
71 主制御部
Claims (5)
- 流量制御器に接続される第1流路と、前記第1流路に接続される第2流路とに充填されているガスの第1圧力を測定することと、
前記第1圧力が測定された後で、前記流量制御器を介して前記第1流路にガスを供給することと、前記流量制御器を介してガスが前記第1流路に供給され始めたタイミングから所定時間が経過した後に、前記流量制御器を介してガスを前記第1流路に供給することを停止することとが複数回繰り返されることにより、前記第1流路と前記第2流路とにガスを供給することと、
前記第1流路と前記第2流路とにガスが供給される際に、制御部から前記流量制御器に対して出力される、前記第1流路にガスの供給を開始する信号から、前記第1流路へのガスの供給を停止する信号までのガス供給時間を測定することと、
前記第1流路と前記第2流路とにガスが供給された後に、前記第1流路と前記第2流路とに充填されているガスの第2圧力と温度とを測定することと、
前記第1流路と前記第2流路との間が接続されていない状態で前記第2流路からガスが排気された後に、前記第2流路に充填されているガスの第3圧力を測定することと、
前記第3圧力が測定された後に、前記第1流路と前記第2流路とが接続された状態で、前記第1流路と前記第2流路とに充填されているガスの第4圧力を測定することと、
前記第1圧力と前記第2圧力と前記第3圧力と前記第4圧力と前記温度とに基づいて、前記流量制御器を介して前記第1流路と前記第2流路とに供給されたガスの流量を算出することと、
ガスの供給と停止が繰り返された回数分測定された前記ガス供給時間について、平均時間を算出することと、
前記制御部における理論上の前記ガス供給時間と、算出された前記平均時間とに基づいて、算出された前記流量を補正することと、
を有する流量測定方法。 - 前記補正する処理は、測定された前記ガス供給時間における前記第1流路に供給されるガスの量が、理論上の前記ガス供給時間における前記第1流路に供給されるガスの量と等しくなるように補正する、
請求項1に記載の流量測定方法。 - 前記ガス供給時間は、前記制御部と前記流量制御器とを接続する通信経路において、前記流量制御器の直前に接続された測定部で測定される、
請求項1または2に記載の流量測定方法。 - 前記第1圧力が測定される前で、前記流量制御器を介して供給されるガスを用いて基板が処理される処理空間が前記第1流路に接続されているときに、前記処理空間から気体が排気されることにより、前記第1流路と前記第2流路とを真空引きすること、をさらに有し、
前記第1圧力と前記第2圧力と前記第3圧力と前記第4圧力とは、前記処理空間が前記第1流路に接続されていないときに測定される、
請求項1~3のいずれか1つに記載の流量測定方法。 - ガスの流量を測定する流量測定装置であって、
流量制御器に接続される第1流路と、
前記第1流路に接続される第2流路と、
前記第1流路と前記第2流路との間に設けられるバルブと、
前記第2流路に充填されるガスの圧力を測定する圧力センサと、
前記ガスの温度を測定する温度センサと、
制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第1流路と、前記第2流路とに充填されているガスの第1圧力を前記圧力センサで測定するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記第1圧力が測定された後で、前記流量制御器を介して前記第1流路にガスを供給することと、前記流量制御器を介してガスが前記第1流路に供給され始めたタイミングから所定時間が経過した後に、前記流量制御器を介してガスを前記第1流路に供給することを停止することとが複数回繰り返されることにより、前記第1流路と前記第2流路とにガスを供給するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記第1流路と前記第2流路とにガスが供給される際に、前記制御部から前記流量制御器に対して出力される、前記第1流路にガスの供給を開始する信号から、前記第1流路へのガスの供給を停止する信号までのガス供給時間を測定するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記第1流路と前記第2流路とにガスが供給された後に、前記第1流路と前記第2流路とに充填されているガスの第2圧力と温度とを前記圧力センサおよび前記温度センサで測定するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記バルブを閉めて前記第1流路と前記第2流路との間が接続されていない状態で前記第2流路からガスが排気された後に、前記第2流路に充填されているガスの第3圧力を前記圧力センサで測定するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記第3圧力が測定された後に、前記バルブを開けて前記第1流路と前記第2流路とが接続された状態で、前記第1流路と前記第2流路とに充填されているガスの第4圧力を前記圧力センサで測定するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記第1圧力と前記第2圧力と前記第3圧力と前記第4圧力と前記温度とに基づいて、前記流量制御器を介して前記第1流路と前記第2流路とに供給されたガスの流量を算出するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、ガスの供給と停止が繰り返された回数分測定された前記ガス供給時間について、平均時間を算出するよう前記流量測定装置を制御するように構成され、
前記制御部は、前記制御部における理論上の前記ガス供給時間と、算出された前記平均時間とに基づいて、算出された前記流量を補正するよう前記流量測定装置を制御するように構成される、
流量測定装置。
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