JP2009130267A - Method and device for controlling process gas concentration in plasma reactor processing system - Google Patents

Method and device for controlling process gas concentration in plasma reactor processing system Download PDF

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Yoshinori Inoue
善規 井上
Sadaji Morishita
貞治 森下
Ikuo Minamino
郁夫 南野
Yosuke Iwai
洋介 岩井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately control a process gas concentration in a process chamber with a desired concentration profile under a restriction of an upper limit of the flow rate of a given supply gas in a plasma reactor process system having a specific equipment specification. <P>SOLUTION: A standard curve showing the relationship between a concentration of the known process gas concentration and an emission plasma intensity of a diluted gas or process gas is created. By using this, a pulse response characteristic showing the relationship between the pulsating change of the gas supply amount and the pulsating response accompanying therewith of the gas concentration is calculated, and a model defining the relationship between the change in the gas supply amount and the change in gas concentration is created. The optimum flow rate value change is calculated by substituting the desired process gas concentration change to a functional determinant created by using this model showing the relationship between the supply amount change and the concentration change, and the operation is conducted by applying this to the actual plasma reactor system. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えば液晶デバイスや半導体デバイス等の製造に好適なプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度の制御方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for controlling a process gas concentration in a process chamber in a plasma reactor processing system suitable for manufacturing, for example, a liquid crystal device or a semiconductor device.

この種のプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生器(例えば、平行平板型電極方式、マイクロ波アンテナ方式等々)を内蔵するプロセスチャンバと、1種又は2種以上の希釈ガス源(例えば、Ar,Kr,Xe等々)のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、1種又は2種以上のプロセスガス源(例えば、H2,O2,NF3,Cl2,SiCl4,HBr,SF6,C58,CF4等々)のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプ(ターボ分子ポンプ等)とを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有している。 This type of plasma reactor processing system includes a process chamber containing a plasma generator (for example, a parallel plate electrode system, a microwave antenna system, etc.) and one or more types of dilution gas sources (for example, Ar, Kr, Xe, etc.) and a dilution gas supply line connecting the process chamber and one or more process gas sources (for example, H 2 , O 2 , NF 3 , Cl 2 , SiCl 4 , HBr). , SF 6 , C 5 F 8 , CF 4, etc.) and a process gas supply line that connects the process chamber, and a chamber gas discharge line that connects the process chamber and a vacuum pump (such as a turbo molecular pump). And have.

各希釈ガス及び各プロセスガスの供給管路のそれぞれには、その管路を流れるガスの流量を設定された値に調整可能な流量調整器が介在されると共に、チャンバ内ガスの排出管路には、与えられた圧力設定値と圧力計測部を介して計測された圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器とが介在されている(例えば、特許文献1、2参照)。   Each supply pipe for each dilution gas and each process gas is provided with a flow rate regulator capable of adjusting the flow rate of the gas flowing through the pipeline to a set value, and is connected to the discharge pipe for the gas in the chamber. Is a pressure controller having a function of automatically changing the opening of the flow control valve in a direction in which a deviation between a given pressure setting value and a pressure measurement value measured via the pressure measurement unit decreases. It is interposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

ところで、この種のプラズマ反応炉処理システムにおいては、プロセスの開始時、プロセスの途中、プロセスの終了時においては、プロセスチャンバ内のプロセスガスの濃度変更が必要とされる。例えば、プロセスの開始時においては、希釈ガスの単独雰囲気(プロセスガス濃度0%)から希釈ガスと(1種又は2種以上の)プロセスガスとの混合雰囲気(プロセスガス濃度X%)への濃度変更が必要とされる。また、プロセスの途中においては、希釈ガスとプロセスガスとのある濃度の混合雰囲気(プロセスガス濃度X1%)から別の濃度の混合雰囲気(プロセスガス濃度X2%)又はガス種の異なる混合雰囲気(ガス種aのプロセスガス濃度Xa、ガス種bのプロセスガス濃度Xb)への濃度変更が必要とされる場合がある。さらに、プロセスの終了時にあっては、希釈ガスとプロセスガスとの混合雰囲気(プロセスガス濃度X%)から希釈ガスの単独雰囲気(プロセスガス濃度0%)への濃度変更が必要とされる。
特開2000−200780号公報 特開2002−203795号公報
By the way, in this kind of plasma reactor processing system, it is necessary to change the concentration of the process gas in the process chamber at the start of the process, during the process, and at the end of the process. For example, at the start of the process, the concentration of the dilution gas from a single atmosphere (process gas concentration 0%) to a mixed atmosphere (process gas concentration X%) of the dilution gas and (one or more types) process gas Changes are needed. In the middle of the process, a mixed atmosphere (process gas concentration X2%) having a concentration of a dilution gas and a process gas from another concentration (process gas concentration X1%) or a mixed atmosphere (gas) having a different gas type is used. It may be necessary to change the concentration to the process gas concentration Xa of the species a and the process gas concentration Xb) of the gas species b. Further, at the end of the process, it is necessary to change the concentration from the mixed atmosphere of the dilution gas and the process gas (process gas concentration X%) to the single atmosphere of the dilution gas (process gas concentration 0%).
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-200078 JP 2002-203895 A

ところで、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、液晶デバイスや半導体デバイス等の製造のために、プラズマプロセスを実行する場合を想定すると、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度に関しては、製造対象物の特性やプロセスガスの使用効率等々に応じて最適な濃度プロファイル(濃度と時間との関係)が存在する。   By the way, in a plasma reactor processing system having specific equipment specifications, assuming a case where a plasma process is performed for manufacturing a liquid crystal device, a semiconductor device, etc., the process gas concentration in the process chamber is an object to be manufactured. There is an optimum concentration profile (relationship between concentration and time) according to the characteristics of the gas, the use efficiency of the process gas, and the like.

すなわち、製造対象物の特性によっては、目標となる整定後のプロセスガス濃度は同一であっても、供給ガス流量の上限値の制約の下に、できる限り早く、プロセスガス濃度を目標濃度にまで立ち上げたい場合もあれば、供給ガス流量の上限値の制約の下に、一定の経過時間をもって、徐々に、プロセスガス濃度を目標濃度にまで立ち上げたい場合もある。   That is, depending on the characteristics of the manufacturing object, even if the target process gas concentration after settling is the same, the process gas concentration is brought to the target concentration as soon as possible under the restriction of the upper limit value of the supply gas flow rate. In some cases, the process gas concentration may be gradually raised to the target concentration with a certain elapsed time under the restriction of the upper limit value of the supply gas flow rate.

この発明は、上述の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能なプロセスガス濃度の制御方法及び装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object of the present invention is to limit the upper limit value of the supplied gas flow rate in a plasma reactor processing system having specific equipment specifications. An object of the present invention is to provide a process gas concentration control method and apparatus capable of precisely controlling the process gas concentration in the process chamber with a desired concentration profile.

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。   Other objects and operational effects of the present invention will be easily understood by those skilled in the art by referring to the following description of the specification.

上述の技術的課題は、以下の構成を有するプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法及び装置により解決することができる。   The above technical problem can be solved by a process gas concentration control method and apparatus in a plasma reactor processing system having the following configuration.

本発明方法は、一定の構成を有するプラズマ反応炉処理システムを前提とする。このプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの供給管路とを有する。   The method of the present invention presupposes a plasma reactor processing system having a certain configuration. This plasma reactor processing system includes a process chamber having a built-in plasma generation unit, a dilution gas supply line connecting the dilution gas supply source and the process chamber, and a process gas connecting the process gas supply source and the process chamber. And a supply pipe for gas in the chamber connecting the process chamber and the vacuum pump.

そして、希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量調整値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在される。   Then, in each of the dilution gas supply line and the process gas supply line, the opening of the flow rate adjustment valve is automatically changed in a direction in which the deviation between the given flow rate adjustment value and the flow rate detection value decreases. A flow regulator having the function of intervening is interposed.

また、チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている。加えて、このプラズマ反応炉処理システムにおいては、プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段が設けられる。   In addition, a pressure controller having a function of automatically changing the opening degree of the flow control valve in a direction in which the deviation between the pressure setting value and the pressure measurement value decreases is interposed in the exhaust pipe for the gas in the chamber. Yes. In addition, the plasma reactor processing system is provided with emission intensity detection means for detecting the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas in the process chamber.

このようなプラズマ反応炉処理システムを前提として、本発明方法にあっては、第1〜第5からなる5つのステップが存在する。   On the premise of such a plasma reactor processing system, the method of the present invention has five steps including first to fifth steps.

第1のステップは、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する。   The first step is to maintain a gas pressure in the process chamber that is the same as the gas pressure in the assumed plasma process, and to adjust the process gas concentration in the process chamber to each of a plurality of known concentrations. A plurality of known process gas concentration states obtained in such a manner that a predetermined flow rate setpoint change is given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line A calibration curve indicating the relationship between the known process gas concentration and the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas at that concentration is obtained by obtaining the emission intensity of the dilution gas or process gas in each of the above through the emission intensity detection means. create.

なお、ここで、「および/または」とあるのは、後述する実施の形態におけるように、通常は、双方の流量調整器を操作して圧力を一定に維持するのが好ましいのであるが、圧力設定器が高速応答するものであれば、その圧力緩衝作用により、一方の流量調整器たけを操作しても、圧力を一定に維持できる場合もあることを考慮したものである。   Here, “and / or” means that it is usually preferable to operate both flow regulators to keep the pressure constant as in the embodiments described later. If the setter responds at high speed, the pressure may be kept constant even if only one flow rate regulator is operated due to its pressure buffering action.

第2のステップは、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第1のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を取得する。   In the second step, the gas pressure in the process chamber is kept the same as the gas pressure in the assumed plasma process, and the supply amount of the dilution gas or process gas in the process chamber has a predetermined waveform. And a predetermined flow rate set value change is given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line, and the dilution gas supply amount obtained in this way Alternatively, a change in plasma emission intensity in response to a change in the process gas supply amount is obtained through the emission intensity detection means, and this is converted into a concentration based on the calibration curve created in the first step, thereby diluting. Pulse response characteristics showing the relationship between the pulse-like change in gas supply rate or process gas supply rate and the accompanying dilution gas concentration or process gas concentration pulse response To get.

なお、ここでも、「および/または」とあるのは、後述する実施の形態におけるように、通常は、双方の流量調整器を操作して圧力を一定に維持するのが好ましいのであるが、圧力設定器が高速応答するものであれば、その圧力緩衝作用により、一方の流量調整器たけを操作しても、圧力を一定に維持できる場合もあることを考慮したものである。   In this case as well, “and / or” means that it is usually preferable to operate both flow regulators to keep the pressure constant as in the embodiments described later. If the setter responds at high speed, the pressure may be kept constant even if only one flow rate regulator is operated due to its pressure buffering action.

第3のステップは、第2のステップで取得されたパルス応答特性と各流量調整器の製品特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する。   In the third step, based on the pulse response characteristic acquired in the second step and the flow rate setting value application interval determined by the product characteristic of each flow rate regulator, the flow rate setting value change to be given to each flow rate setter is determined. A model that defines the relationship between the time-division instantaneous value and the time-division instantaneous value of the process gas concentration change in the process chamber is created.

第4のステップは、第3のステップで作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列式に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する。   In the fourth step, the time-division instantaneous value of the flow set value change to be applied to each flow setter and the change in the process gas concentration in the process chamber, which are defined using the model created in the third step. By substituting the time-division instantaneous value of the desired process gas concentration change into the function determinant that defines the relationship with the time-division instantaneous value, the time-division instantaneous value of the optimal flow set value change to be given to each flow setter To get.

第5のステップは、第4のステップで取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する。   In the fifth step, the time-division instantaneous value of the change in the optimum flow rate setting value obtained in the fourth step is applied to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line. To control the process gas concentration in the process chamber so as to obtain a desired change in the process gas concentration.

このような構成によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。   According to such a configuration, in the plasma reactor processing system having specific equipment specifications, the process gas concentration in the process chamber is set to a desired concentration profile under the restriction of the upper limit value of the supplied supply gas flow rate. It becomes possible to control precisely.

本発明の好ましい実施の形態においては、第1のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。   In a preferred embodiment of the present invention, in the first step, a flow rate setting value given to a flow rate regulator interposed in a dilution gas supply line and a flow rate regulator interposed in a process gas supply line Is always related to the flow rate set value to be maintained at a constant value.

このような構成によれば、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際し、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量との和が常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。   According to such a configuration, the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line so that the process gas concentration in the process chamber becomes each of a plurality of known concentrations. When a predetermined flow rate set value change is applied to the above, since the sum of the supply amount of the dilution gas and the supply amount of the process gas is always maintained constant, there is an advantage that the pressure fluctuation hardly occurs in the process chamber.

本発明の好ましい実施の形態においては、第2のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。   In a preferred embodiment of the present invention, in the second step, a flow rate setting value given to a flow rate regulator interposed in a dilution gas supply line and a flow rate regulator interposed in a process gas supply line Is always related to the flow rate set value to be maintained at a constant value.

このような構成によれば、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、パルス波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際して、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量との和が常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。   According to such a configuration, the dilution gas or the process gas supply amount in the process chamber is interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line so as to change in a pulse waveform. When the predetermined flow rate setting value change is applied to the flow rate regulator, the sum of the supply amount of the dilution gas and the supply amount of the process gas is always kept constant, so that it is difficult for pressure fluctuation to occur in the process chamber. There are advantages.

本発明の好ましい実施の形態においては、第2のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される。   In a preferred embodiment of the present invention, in the second step, the supply waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes is an impulse waveform, whereby the acquired plasma emission A pulse response is generated directly based on the change in intensity.

このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できるのであれば、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成されるため、後処理が容易となる。   According to such a configuration, if the plasma emission intensity can be detected with high sensitivity, a pulse response is directly generated based on the obtained change in the plasma emission intensity, so that post-processing is facilitated.

本発明の好ましい他の実施の形態においては、第2のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される。   In another preferred embodiment of the present invention, in the second step, the supply waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes is a step waveform, and thus acquired. A pulse response is generated by taking a difference by shifting the change in plasma emission intensity with time.

このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できない場合であっても、十分な量の供給量変化が得られるため、その近似曲線にもとづき、時間軸シフト並びに差分等々の数学的処理により、目的とするパルス応答波形が正確に生成される。   According to such a configuration, even when the plasma emission intensity cannot be detected with high sensitivity, a sufficient amount of supply amount change can be obtained. Therefore, based on the approximate curve, mathematical expressions such as time axis shift and difference are obtained. The target pulse response waveform is accurately generated by the processing.

本発明の好ましい実施の形態においては、発光強度検出手段としては、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器とされる。   In a preferred embodiment of the present invention, the emission intensity detecting means is a spectrometer capable of detecting the emission intensity for each of a plurality of wavelengths.

このような構成によれば、プロセスチャンバ内に存在する様々なガス種のプラズマ発光強度を個別に検知できる利点がある。   According to such a configuration, there is an advantage that the plasma emission intensities of various gas types existing in the process chamber can be individually detected.

別の一面からみた本発明は、プラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置として把握することもできる。   From another aspect, the present invention can be grasped as a process gas concentration control device in a plasma reactor processing system.

この装置は、一定の構成を有するプラズマ反応炉処理システムを前提とする。このプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有する。   This apparatus is premised on a plasma reactor processing system having a certain configuration. This plasma reactor processing system includes a process chamber having a built-in plasma generation unit, a dilution gas supply line connecting the dilution gas supply source and the process chamber, and a process gas connecting the process gas supply source and the process chamber. And a gas exhaust pipe for connecting the process chamber and the vacuum pump.

そして、希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在されている。   In each of the dilution gas supply line and the process gas supply line, the opening of the flow rate adjustment valve is automatically changed in a direction in which the deviation between the given flow rate setting value and the flow rate detection value decreases. The flow regulator which has the function to perform is interposed.

また、チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている。加えて、上記のプラズマ反応炉処理システムには、プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段が設けられる。   In addition, a pressure controller having a function of automatically changing the opening degree of the flow control valve in a direction in which the deviation between the pressure setting value and the pressure measurement value decreases is interposed in the exhaust pipe for the gas in the chamber. Yes. In addition, the plasma reactor processing system is provided with emission intensity detection means for detecting the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas in the process chamber.

このようなプラズマ反応炉処理ステムの存在を前提として、本発明装置にあっては、第1〜第5からなる5つの手段が設けられる。   On the premise of the presence of such a plasma reactor processing stem, the apparatus of the present invention is provided with five means including first to fifth.

第1の手段は、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する。   The first means is that while the gas pressure in the process chamber is maintained the same as the gas pressure in the assumed plasma process, the process gas concentration in the process chamber is changed to each of a plurality of known concentrations. A plurality of known process gas concentration states obtained in such a manner that a predetermined flow rate setpoint change is given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line A calibration curve indicating the relationship between the known process gas concentration and the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas at that concentration is obtained by obtaining the emission intensity of the dilution gas or process gas in each of the above through the emission intensity detection means. create.

第2の手段は、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第1の手段で作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を生成する。   The second means is that the supply pressure of the dilution gas or the process gas in the process chamber is a predetermined waveform while the gas pressure in the process chamber is maintained the same as the gas pressure in the assumed plasma process. And a predetermined flow rate set value change is given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line, and the dilution gas supply amount obtained in this way Alternatively, a change in plasma emission intensity in response to a change in the process gas supply amount is obtained via the emission intensity detection means, and this is converted into a concentration based on the calibration curve created by the first means, thereby diluting. Generates a pulse response characteristic that shows the relationship between the pulsed change in the gas supply rate or process gas supply rate and the resulting pulse response of dilution gas concentration or process gas concentration .

第3の手段は、第2の手段で取得されたパルス応答特性と各流量調整器の設定特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する。   According to the third means, based on the pulse response characteristic acquired by the second means and the flow rate setting value application interval determined by the setting characteristic of each flow rate regulator, the flow rate setting value change to be given to each flow rate setter. A model that defines the relationship between the time-division instantaneous value and the time-division instantaneous value of the process gas concentration change in the process chamber is created.

第4の手段は、第3の手段で作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する。   The fourth means is the time-division instantaneous value of the flow set value change to be given to each flow setter and the change in the process gas concentration in the process chamber defined using the model created in the third means. By substituting the time-division instantaneous value of the desired process gas concentration change into the function matrix that defines the relationship with the time-division instantaneous value, the time-division instantaneous value of the optimum flow set value change to be given to each flow setter is obtained. get.

第5の手段は、第4の手段で取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する。   The fifth means uses the time-division instantaneous value of the optimum flow rate set value change obtained by the fourth means for the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line. By providing, the process gas concentration in the process chamber is controlled to obtain a desired process gas concentration change.

このような構成によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。   According to such a configuration, in the plasma reactor processing system having specific equipment specifications, the process gas concentration in the process chamber is set to a desired concentration profile under the restriction of the upper limit value of the supplied supply gas flow rate. It becomes possible to control precisely.

本発明の好ましい実施の形態においては、第1の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。   In a preferred embodiment of the present invention, in the first means, the flow rate set value given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and the flow rate regulator interposed in the process gas supply line Is always related to the flow rate set value to be maintained at a constant value.

このような構成によれば、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際し、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量とが常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。   According to such a configuration, the flow rate adjustment interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line so that the process gas concentration in the process chamber becomes each of a plurality of known concentrations. When a predetermined flow rate setting value change is given to the apparatus, the supply amount of the dilution gas and the supply amount of the process gas are always maintained constant, and therefore, there is an advantage that pressure fluctuation hardly occurs in the process chamber.

本発明の好ましい実施の形態においては、第2の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量設定値に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。   In a preferred embodiment of the present invention, in the second means, a flow rate set value given to a flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and a flow rate set value interposed in the process gas supply line Is always related to the flow rate set value to be maintained at a constant value.

このような構成によれば、第2の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、パルス波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際して、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量との和が常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。   According to such a configuration, in the second means, the dilution gas supply line and / or the process gas flow rate is changed so that the supply amount of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes while drawing a pulse waveform. When a predetermined flow rate setting value change is given to the flow rate regulator interposed in the supply line, the sum of the dilution gas supply amount and the process gas supply amount is always kept constant. There is an advantage that pressure fluctuation hardly occurs.

本発明の好ましい実施の形態においては、第2の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される。   In a preferred embodiment of the present invention, in the second means, the supply amount waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or process gas in the process chamber changes is an impulse waveform, whereby the acquired plasma emission A pulse response is generated directly based on the change in intensity.

このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できるのであれば、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成されるため、後処理が容易となる。   According to such a configuration, if the plasma emission intensity can be detected with high sensitivity, a pulse response is directly generated based on the obtained change in the plasma emission intensity, so that post-processing is facilitated.

本発明の好ましい他の実施の形態においては、第2の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される。   In another preferred embodiment of the present invention, in the second means, the supply waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes is a step waveform, and is thus acquired. A pulse response is generated by taking a difference by shifting the change in plasma emission intensity with time.

このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できない場合であっても、十分な量の供給量変化が得られるため、その近似曲線にもとづき、時間軸シフト並びに差分等々の数学的処理により、目的とするパルス応答波形が正確に生成される。   According to such a configuration, even when the plasma emission intensity cannot be detected with high sensitivity, a sufficient amount of supply amount change can be obtained. Therefore, based on the approximate curve, mathematical expressions such as time axis shift and difference are obtained. The target pulse response waveform is accurately generated by the processing.

本発明の好ましい実施の形態においては、発光強度検出手段が、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器とされる。   In a preferred embodiment of the present invention, the emission intensity detecting means is a spectrometer capable of detecting the emission intensity for each of a plurality of wavelengths.

このような構成によれば、プロセスチャンバ内に含まれる様々なガス種のそれぞれについて発光強度を個別に検知することができる。   According to such a configuration, the emission intensity can be individually detected for each of various gas types included in the process chamber.

さらに、本発明の好ましい実施の形態においては、第1の手段、第2の手段、第3の手段、第4の手段、及び第5の手段として機能するユーザプログラムが組み込まれたPLCにより構成するようにしてもよい。   Further, in a preferred embodiment of the present invention, the first means, the second means, the third means, the fourth means, and the PLC incorporating a user program functioning as the fifth means are configured. You may do it.

本発明によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。   According to the present invention, in a plasma reactor processing system having specific equipment specifications, the process gas concentration in the process chamber is accurately measured with a desired concentration profile under the restriction of the upper limit value of a given supply gas flow rate. It becomes possible to control.

以下に、本発明に係るプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法及び装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a process gas concentration control method and apparatus in a plasma reactor processing system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

先に説明したように、この種のプラズマ反応炉処理システムは、一般に、プラズマ発生器(例えば、平行平板型電極方式、マイクロ波アンテナ方式等々)を内蔵するプロセスチャンバと、1種又は2種以上の希釈ガス源(例えば、Ar、Kr、Xe等々)のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、1種又は2種以上のプロセスガス源(例えば、H2、O2、NF3、Cl2、SiCl4、HBr、SF6、C58、CF4等々)のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプ(ターボ分子ポンプ等)とを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有するものであるが、図1に示されるプラズマ反応炉処理システム全体の構成図においては、説明の便宜上、配管系統を簡素化するために、希釈ガスの1種であるArとプロセスガスの1種であるHBrの配管系のみが示されていることに注意されたい。 As described above, this type of plasma reactor processing system generally has a process chamber containing a plasma generator (for example, a parallel plate electrode type, a microwave antenna type, etc.) and one or more types. Dilution gas sources (for example, Ar, Kr, Xe, etc.) and a process gas chamber, and one or more process gas sources (for example, H 2 , O 2 , NF) 3 , Cl 2 , SiCl 4 , HBr, SF 6 , C 5 F 8 , CF 4, etc.) and a process gas supply line connecting the process chamber, a process chamber and a vacuum pump (such as a turbo molecular pump) In the configuration diagram of the entire plasma reactor processing system shown in FIG. 1, the piping system is simplified for convenience of explanation. To Note that only the piping system of the HBr which is one of Ar and process gas which is one of the dilution gas is shown.

同図に示されるように、このプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生部11,12を内蔵するプロセスチャンバ1と、希釈ガスであるArの供給源とプロセスチャンバ1とを結ぶ希釈ガスの供給管路21と、プロセスガスであるHBrの供給源とプロセスチャンバ1とを結ぶ希釈ガスの供給管路22と、プロセスチャンバ1とターボ分子ポンプ(TMP)31とを結ぶチャンバ内ガスの排出管路33とを有する。   As shown in the figure, this plasma reactor processing system includes a process chamber 1 containing plasma generators 11 and 12, a dilution gas supply pipe connecting a supply source of Ar as a dilution gas and the process chamber 1. A dilution gas supply line 22 connecting the path 21, a supply source of HBr, which is a process gas, and the process chamber 1, and a gas exhaust line 33 connecting the process chamber 1 and the turbo molecular pump (TMP) 31. And have.

希釈ガスの供給管路21には、手動弁21aと、フローコントロールシステム(FCS)21bと、電磁弁21cとが順に介在されている。また、プロセスガスの供給管路22にも、手動弁22aと、フローコントロールシステム(FCS)22bと、電磁弁22cとが順に介在されている。図示例にあっては、希釈ガスの供給管路21とプロセスガスの供給管路22とは合流された後、合流管路23を介してプロセスチャンバ1に接続されている。   A manual valve 21a, a flow control system (FCS) 21b, and an electromagnetic valve 21c are interposed in the dilution gas supply pipe 21 in this order. In addition, a manual valve 22a, a flow control system (FCS) 22b, and an electromagnetic valve 22c are sequentially interposed in the process gas supply line 22. In the illustrated example, the dilution gas supply pipe 21 and the process gas supply pipe 22 are joined together, and then connected to the process chamber 1 via the junction pipe 23.

ここで、フローコントロールシステム(FCS)21b,22bは、与えられた流量設定値と圧力計測部を介して計測されたガス圧力に対応する流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御型流量調整器を構成するものである。   Here, the flow control system (FCS) 21b, 22b has a flow rate adjusting valve in a direction in which a deviation between a given flow rate set value and a flow rate detection value corresponding to the gas pressure measured through the pressure measuring unit decreases. A pressure control type flow rate regulator having a function of automatically changing the opening degree of the valve is configured.

一方、チャンバ内ガスの排出管路33には、オートプレッシャーコントローラ(APC)32が介在されている。この応答プレッシャーコントローラ(APC)32は、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器を構成するものである。   On the other hand, an auto-pressure controller (APC) 32 is interposed in the chamber gas discharge pipe 33. The response pressure controller (APC) 32 constitutes a pressure controller having a function of automatically changing the opening degree of the flow control valve in a direction in which the deviation between the pressure set value and the pressure measurement value decreases. .

さらに、この発明と関連してプラズマ反応炉処理システムには、プロセスチャンバ1内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段として機能する分光器42が新たに設けられる。   Further, in connection with the present invention, the plasma reactor processing system is newly provided with a spectroscope 42 that functions as emission intensity detection means for detecting the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas in the process chamber 1. .

その他、図において、13はマイクロ波電源、14はマグネトロン、15はアイソレータ、16はチューナ、17はRF電源、41はプロセスチャンバ1内のガス圧を検知するための圧力検知器である。   In addition, in the figure, 13 is a microwave power source, 14 is a magnetron, 15 is an isolator, 16 is a tuner, 17 is an RF power source, and 41 is a pressure detector for detecting gas pressure in the process chamber 1.

以上説明した制御機器やセンサは所定の信号線を介してPLC51に接続され、PLC51で生成された各種のデータは、PLC51に接続されたプログラマブルターミナル(PT)52の画面上に表示可能とされている。   The control devices and sensors described above are connected to the PLC 51 via predetermined signal lines, and various data generated by the PLC 51 can be displayed on the screen of the programmable terminal (PT) 52 connected to the PLC 51. Yes.

PLC51には、後述する第1のステップ〜第5のステップからなる5段階の制御ステップを実現するために、第1の手段〜第5の手段からなる5つの制御手段として機能するユーザプログラムが組み込まれている。そして、これらのユーザプログラムをPLC51が実行することによって、後述するプロセスガス濃度の制御が実現される。   The PLC 51 incorporates a user program that functions as five control means including first to fifth means in order to realize a five-step control step including first to fifth steps described later. It is. Then, the PLC 51 executes these user programs, thereby realizing process gas concentration control described later.

本発明方法を実施するPLCの処理を示すゼネラルフローチャートが図2に示されている。同図に示されるように、本発明方法を実施するPLCの処理は、検量線作成処理(ステップ101)と、過渡応答特性取得処理(ステップ102)と、モデル作成処理(ステップ103)と、最適ガス供給条件取得処理(ステップ104)と、最適ガス供給条件実行処理(ステップ105)とから構成される。   A general flowchart showing the processing of the PLC implementing the method of the present invention is shown in FIG. As shown in the figure, the PLC processing for carrying out the method of the present invention includes calibration curve creation processing (step 101), transient response characteristic acquisition processing (step 102), model creation processing (step 103), and optimum It consists of a gas supply condition acquisition process (step 104) and an optimum gas supply condition execution process (step 105).

検量線作成処理の詳細が図3に示されている。この検量線作成処理においては、プロセスチャンバ1内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ1内のプロセスガス濃度(この例では、HBr濃度)が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガス(この例ではAr)の供給管路21及びプロセスガス(この例ではHBr)の供給管路22に介在されるフローコントロールシステム(FCS)21b,22bに対して所定の流量値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のチャンバ内プロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガス(この例では希釈ガス)の発光強度を分光器42を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガス(この例では希釈ガス)のプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する。   The details of the calibration curve creation process are shown in FIG. In this calibration curve creation process, the process gas concentration in the process chamber 1 (in this example, HBr) is maintained while the gas pressure in the process chamber 1 is kept the same as the gas pressure in the assumed plasma process. The flow control system is interposed in the supply line 21 for the dilution gas (Ar in this example) and the supply line 22 for the process gas (HBr in this example) so that the concentration becomes a plurality of known concentrations. (FCS) 21 b and 22 b are given a predetermined flow rate value change, and the emission intensity of the dilution gas or process gas (dilution gas in this example) in each of a plurality of known in-chamber process gas concentration states thus obtained is set. Acquired through the spectroscope 42 to obtain a known process gas concentration and dilution gas or process at that concentration Scan (in this example a dilution gas) to a calibration curve showing the relationship between the plasma emission intensity of.

具体的には、図3に示されるように、まず、イニシャライズ処理(ステップ201)において、A1(Ar流量)を「420」、K2(HBr流量)を「0」に、ΔK(流量変化幅)を「20」にそれぞれ設定する。   Specifically, as shown in FIG. 3, first, in the initialization process (step 201), A1 (Ar flow rate) is set to “420”, K2 (HBr flow rate) is set to “0”, and ΔK (flow rate change width). Is set to “20”.

続いて、計時開始処理(ステップ202)を実行した後、所定のサンプル開始時刻t1(この例では15秒)が経過するのを待って(ステップ203YES)、Arの発光強度サンプル(Δt毎)を繰り返し(ステップ204)、所定のサンプル終了時刻t2(この例では25秒)が経過するのを待って(ステップ205YES)、Arの発光強度サンプルを停止すると共にサンプル値を平均化して1のプロセスガス濃度(濃度0%)に対応するサンプル値を確定し(ステップ206)、さらに時刻t3(この例では30秒)が経過するのを待って(ステップ207YES)、1のプロセスガス既知濃度(濃度0%)に対する一連の処理(ステップ202〜207)を完了する。   Subsequently, after the timing start process (step 202) is executed, a predetermined sample start time t1 (15 seconds in this example) is waited for (step 203 YES), and the Ar emission intensity sample (every Δt) is obtained. Repeat (step 204), wait for a predetermined sample end time t2 (25 seconds in this example) to elapse (YES in step 205), stop the Ar emission intensity sample, average the sample value, and process gas of 1 The sample value corresponding to the concentration (concentration 0%) is determined (step 206), and after waiting for the time t3 (30 seconds in this example) to elapse (YES in step 207), the process gas known concentration (concentration 0) is determined. %) Is completed (steps 202 to 207).

その後、流量変化幅ΔKの値を「+20」更新して(ステップ208)、次のプロセスの既知濃度(濃度0.048)に対応するFCS設定処理(ステップ212)を実行しては、以上一連の処理(ステップ202〜207)を繰り返し実行し、ΔK>「120」となるのを待って(ステップ209YES)、補間処理(ステップ210)へと移行する。   Thereafter, the value of the flow rate change width ΔK is updated by “+20” (step 208), and the FCS setting process (step 212) corresponding to the known concentration (concentration 0.048) of the next process is executed. The process (steps 202 to 207) is repeatedly executed, and after waiting for ΔK> “120” (YES in step 209), the process proceeds to the interpolation process (step 210).

この補間処理(ステップ210)においては、各既知濃度(0.0、0.048、0.095・・・0.286)に対応して離散的に取得されたArの発光強度サンプル値を、最小二乗法を用いて補間する。   In this interpolation process (step 210), Ar emission intensity sample values obtained discretely corresponding to each known density (0.0, 0.048, 0.095... 0.286) Interpolate using the least squares method.

その後、こうして得られた発光強度を各濃度に対応づけてPLCのメモリ上に配列記憶することにより、検量線に相当する濃度/発光強度テーブルを完成する。   Thereafter, the emission intensity thus obtained is stored in the PLC memory in correspondence with each concentration, thereby completing a concentration / emission intensity table corresponding to the calibration curve.

以上説明した処理の中でFCS設定処理(ステップ212)における各既知濃度とHBr/Ar流量との関係を示す図表が図4に示されている。同図から明らかなように、希釈ガス(Ar)の供給管路21に介在されるFCS21bに与えられる流量設定値(420,400,380・・・300)と、プロセスガス(HBr)の供給管路22に介在されるFCS22bに与えられる流量設定値(0,20,40・・・120)とは、常に、両者の和が一定値(420)に維持されるように関係づけられていることがわかる。そのため、ガス濃度は0.048単位で増加していくものの、プロセスチャンバ1内へと供給されるガス供給総量は常に一定に維持されるため、プロセスガス濃度の変更に伴う圧力変動は極力抑制される。   FIG. 4 shows a chart showing the relationship between each known concentration and the HBr / Ar flow rate in the FCS setting process (step 212) among the processes described above. As is apparent from the figure, the flow rate setting values (420, 400, 380... 300) given to the FCS 21b interposed in the dilution gas (Ar) supply pipe 21 and the process gas (HBr) supply pipe. The flow rate set value (0, 20, 40... 120) given to the FCS 22b interposed in the path 22 is always related so that the sum of both is maintained at a constant value (420). I understand. Therefore, although the gas concentration increases in units of 0.048, the total amount of gas supplied into the process chamber 1 is always maintained constant, so that pressure fluctuations associated with changes in the process gas concentration are suppressed as much as possible. The

上述の一連の処理における発光強度のサンプル時間帯を示すグラフが図5に示されている。同図に示されるように、既知の濃度から別の既知の濃度へと変更して発光強度をサンプルするに際しては、変更後の濃度が整定する時間帯(t1〜t2)の到来を待って、Δt毎のサンプルを行うようにしているため、こうして得られる複数のサンプル値は比較的安定な値となり、しかもこれらを平均化処理した後、その既知濃度に対応する発光強度として確定するため、計測誤差を極力回避することができる。   A graph showing the sample time zone of the emission intensity in the series of processes described above is shown in FIG. As shown in the figure, when the emission intensity is sampled by changing from a known concentration to another known concentration, waiting for the arrival of a time zone (t1 to t2) in which the concentration after the change is set, Since the samples are taken at every Δt, the plurality of sample values obtained in this way are relatively stable values, and after averaging these, the emission intensity corresponding to the known concentration is determined, so measurement is performed. Errors can be avoided as much as possible.

ステップ211で作成された濃度/発光強度テーブルに基づいてPT52の表示画面に描かれた検量線の表示例を示す画面説明図が図6に示されている。同図に示されるように、この検量線によれば、ガス濃度と発光強度との関係を一目瞭然に把握することができる。従って、この検量線を用いれば、分光器42から得られる発光強度に基づいて、プロセスチャンバ1内におけるプロセスガス(HBr)の濃度を特定することができる。   FIG. 6 is a screen explanatory diagram showing a display example of a calibration curve drawn on the display screen of PT52 based on the density / luminescence intensity table created in step 211. As shown in the figure, according to this calibration curve, the relationship between the gas concentration and the emission intensity can be clearly understood. Therefore, by using this calibration curve, the concentration of the process gas (HBr) in the process chamber 1 can be specified based on the emission intensity obtained from the spectroscope 42.

ガス濃度を濃度0.0から濃度0.238へと急峻に変化させたときの発光強度の変化を示すグラフの表示例が図7に示されている。同図に示されるように、ガス濃度と発光強度の間には明らかな相関のあることが理解される。   FIG. 7 shows a display example of a graph showing a change in light emission intensity when the gas concentration is sharply changed from 0.0 to 0.238. As shown in the figure, it is understood that there is a clear correlation between the gas concentration and the emission intensity.

次に、過渡応答特性取得処理(その1)の詳細が図8に示されている。この過渡応答特性取得処理においては、プロセスチャンバ1内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ1内の希釈ガス(この例ではAr)又はプロセスガス(この例ではHBr)の供給量が、インパルス波形を描いて変化するように、希釈ガス(Ar)の供給管路21及びプロセスガス(HBr)の供給管路22に介在されるFCS21b,22bに対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化に際するプラズマ発光強度の変化を分光器41を介して取得しかつこれを上述の第1のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を取得する。   Next, FIG. 8 shows details of the transient response characteristic acquisition process (part 1). In this transient response characteristic acquisition process, the dilution gas (Ar in this example) in the process chamber 1 is maintained while the gas pressure in the process chamber 1 is kept the same as the gas pressure in the assumed plasma process. Alternatively, the FCS 21b interposed in the dilution gas (Ar) supply line 21 and the process gas (HBr) supply line 22 so that the supply amount of the process gas (HBr in this example) changes in an impulse waveform. , 22b is given a predetermined flow rate set value change, and a change in plasma emission intensity in response to a pulse-like change in the dilution gas supply amount or process gas supply amount obtained in this way is obtained via the spectroscope 41, and this Is converted to a concentration based on the calibration curve created in the first step, so that the dilution gas supply amount or the process gas supply amount can be reduced. Obtaining a pulse response characteristics showing the relationship between the pulse response of the focal change the diluent gas concentration or the process gas concentration involved.

すなわち、図8において処理が開始されると、まず、K1(Ar流量)を「420」、K2(HBr流量)を「0」としてFCS21b,22bに対する流量値設定を行うことで、ガス濃度0.0への設定を行う(ステップ301)。   That is, when the processing is started in FIG. 8, first, the flow rate value is set for the FCSs 21b and 22b with K1 (Ar flow rate) set to “420” and K2 (HBr flow rate) set to “0”, so that the gas concentration becomes 0. Setting to 0 is performed (step 301).

続いて、FCS21b,22bの実際の製品特性(応答性能)で決まる「流量設定値付与間隔」(この例では200msec)分のディレイ処理を実行する(ステップ302)。   Subsequently, a delay process for “flow rate set value application interval” (200 msec in this example) determined by the actual product characteristics (response performance) of the FCSs 21b and 22b is executed (step 302).

その後、K1(Ar流量)を「320」、K2(HBr流量)を「100」とすることによって、ガス濃度0.238(パルス立上げ)への設定を行う(ステップ303)。   Thereafter, by setting K1 (Ar flow rate) to “320” and K2 (HBr flow rate) to “100”, the gas concentration is set to 0.238 (pulse rising) (step 303).

続いて、計時処理を開始した後(ステップ304)、パルス立下げ時刻が到来するまで(ステップ306NO)、Arの発光強度サンプル(Δt毎)を繰り返し行う(ステップ305)。これにより、HBrの濃度が間接的に計測される。   Subsequently, after the timing process is started (step 304), the Ar emission intensity sample (every Δt) is repeatedly performed (step 305) until the pulse fall time comes (step 306 NO). Thereby, the density | concentration of HBr is measured indirectly.

その状態において、パルス立下げ時刻が到来したならば(ステップ306YES)、K1(HBr流量)を「0」、K2(Ar流量)を「420」として、ガス濃度0.0(パルス立下げ)への設定を行う(ステップ307)。   In this state, if the pulse fall time has arrived (step 306 YES), K1 (HBr flow rate) is set to “0”, K2 (Ar flow rate) is set to “420”, and the gas concentration is set to 0.0 (pulse fall). Is set (step 307).

しかる後、所定のサンプル終了時刻が到来するまで(ステップ309YES)、Arの発光強度サンプル(Δt毎)を繰り返す(ステップ308)。こうして、ガス濃度が間接的に計測される。   Thereafter, the Ar emission intensity sample (every Δt) is repeated (step 308) until a predetermined sample end time arrives (step 309 YES). Thus, the gas concentration is indirectly measured.

以上一連の処理(ステップ301〜309)が行われることで、HBrガスを使用して当該プロセスチャンバにおける過渡応答特性が取得される。ここで、過渡応答特性を説明する概念図が図11に示されている。同図に示されるように、上述の0.0濃度設定処理(ステップ301)、パルス立上げ処理(ステップ303)、パルス立下げ処理(ステップ307)を行うことで、図11(a)に示される入力パルスの波形が作り出される。   By performing the series of processes (steps 301 to 309) as described above, transient response characteristics in the process chamber are acquired using the HBr gas. Here, a conceptual diagram for explaining the transient response characteristic is shown in FIG. As shown in FIG. 11A, the 0.0 density setting process (step 301), the pulse rise process (step 303), and the pulse fall process (step 307) described above are performed. An input pulse waveform is generated.

また、Arの発光強度サンプル処理(ステップ305)及びArの発光強度サンプル処理(ステップ308)が実行されることにより、図11(b)に示されるパルス応答波の波形が取得される。   Further, the Ar emission intensity sample process (step 305) and the Ar emission intensity sample process (step 308) are executed, whereby the waveform of the pulse response wave shown in FIG. 11B is acquired.

次に、過渡応答特性取得処理(その2)の詳細が図9に示されている。この過渡応答特性取得処理においては、プロセスチャンバ1内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ1内の希釈ガス(この例ではAr)又はプロセスガス(この例ではHBr)の供給量が、ステップ波形を描いて変化するように、希釈ガス(Ar)の供給管路21及びプロセスガス(HBr)の供給管路22に介在されるFCS21b,22bに対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化に際するプラズマ発光強度の変化を分光器41を介して取得しかつこれを上述の第1のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を取得する。   Next, details of the transient response characteristic acquisition process (part 2) are shown in FIG. In this transient response characteristic acquisition process, the dilution gas (Ar in this example) in the process chamber 1 is maintained while the gas pressure in the process chamber 1 is kept the same as the gas pressure in the assumed plasma process. Alternatively, the FCS 21b interposed in the dilution gas (Ar) supply line 21 and the process gas (HBr) supply line 22 so that the supply amount of the process gas (HBr in this example) changes in a step waveform. , 22b is given a predetermined flow rate set value change, and a change in plasma emission intensity in response to a pulse-like change in the dilution gas supply amount or process gas supply amount obtained in this way is obtained via the spectroscope 41, and this Is converted into a concentration based on the calibration curve created in the first step described above, so that the pulse of the dilution gas supply amount or the process gas supply amount is Jo change and acquires the pulse response characteristics showing the relationship between the pulse response of the diluent gas concentration or the process gas concentration involved.

すなわち、図8において処理が開始されると、まず、K1(Ar流量)を「420」、K2(HBr流量)を「0」としてFCS21b,22bに対する流量値設定を行うことで、ガス濃度0.0への設定を行う(ステップ401)。   That is, when the processing is started in FIG. 8, first, the flow rate value is set for the FCSs 21b and 22b with K1 (Ar flow rate) set to “420” and K2 (HBr flow rate) set to “0”, so that the gas concentration becomes 0. Setting to 0 is performed (step 401).

続いて、FCS21b,22bの実際の製品特性(応答性能)で決まる「流量設定値付与間隔」(この例では200msec)分のディレイ処理を実行する(ステップ402)。   Subsequently, a delay process for “flow rate set value application interval” (200 msec in this example) determined by the actual product characteristics (response performance) of the FCS 21b and 22b is executed (step 402).

その後、K1(Ar流量)を「320」、K2(HBr流量)を「100」とすることによって、ガス濃度0.238(パルス立上げ)への設定を行う(ステップ403)。   Thereafter, by setting K1 (Ar flow rate) to “320” and K2 (HBr flow rate) to “100”, the gas concentration is set to 0.238 (pulse rising) (step 403).

続いて、計時処理を開始した後(ステップ404)、サンプル終了時刻が到来するまで(ステップ406NO)、Arの発光強度サンプル(Δt毎)を繰り返し行う(ステップ405)。これにより、HBrの濃度が間接的に計測される。   Subsequently, after the timing process is started (step 404), the Ar emission intensity sample (every Δt) is repeatedly performed (step 405) until the sample end time arrives (step 406 NO). Thereby, the density | concentration of HBr is measured indirectly.

上述の処理における流量波形であるステップ波形IN1が図10(a)に、また出力波形である濃度波形OUT1が図10(b)にそれぞれ示されている。なお、発光強度検知器である分光器の性能により、濃度波形OUT1の変動成分が大きいときには適宜な近似処理を施すことにより、波形整形を行うことが好ましい。   A step waveform IN1 which is a flow rate waveform in the above-described processing is shown in FIG. 10A, and a concentration waveform OUT1 which is an output waveform is shown in FIG. 10B. Note that it is preferable to perform waveform shaping by performing appropriate approximation processing when the fluctuation component of the concentration waveform OUT1 is large due to the performance of the spectroscope which is a light emission intensity detector.

続いて、流量波形IN1及び濃度波形OUT1に相当するメモリ上のデータ群は、時刻t1からt2へと時間軸方向へと200msecだけシフトされ、これによりシフト後の流量波形IN2及び濃度波形OUT2に相当するデータ群が求められる(ステップ407)。こうして求められたシフト後の流量波形IN2が図10(c)に、またシフト後の濃度波形OUT2が図10(d)にそれぞれ示されている。   Subsequently, the data group on the memory corresponding to the flow waveform IN1 and the concentration waveform OUT1 is shifted by 200 msec from time t1 to t2 in the time axis direction, thereby corresponding to the shifted flow waveform IN2 and concentration waveform OUT2. A data group is obtained (step 407). FIG. 10C shows the flow waveform IN2 after the shift obtained in this way, and FIG. 10D shows the concentration waveform OUT2 after the shift.

続いて、シフト前のステップ波形IN1とシフト後のステップ波形IN2との差分(IN1−IN2)を求めることにより、入力されたインパルス波形IN3が生成され、またシフト前の濃度波形OUT1とシフト後の濃度波形OUT2との差分(OUT1−OUT2)を求めることにより、インパルス応答波形OUT3が生成される。こうして求められたインパルス波形IN3が図10(e)に、インパルス応答波形OUT3が図10(f)に示されている。   Subsequently, by calculating a difference (IN1-IN2) between the step waveform IN1 before the shift and the step waveform IN2 after the shift, the input impulse waveform IN3 is generated, and the concentration waveform OUT1 before the shift and the after the shift An impulse response waveform OUT3 is generated by obtaining a difference (OUT1-OUT2) from the concentration waveform OUT2. The impulse waveform IN3 thus obtained is shown in FIG. 10 (e), and the impulse response waveform OUT3 is shown in FIG. 10 (f).

こうして取得されたパルス応答波の表示例の画面説明図が図12に示されている。同図に示されるように、図8又は図9に示される過渡応答特性取得処理を実行することによって、実際の制御対象モデルに対応するパルス応答波が精密に求まることが理解されるであろう。   A screen explanatory diagram of a display example of the pulse response wave acquired in this way is shown in FIG. As shown in the figure, it will be understood that by executing the transient response characteristic acquisition process shown in FIG. 8 or FIG. 9, the pulse response wave corresponding to the actual controlled object model can be accurately obtained. .

次に、モデル作成処理(ステップ103)においては、図13に示されるように、過渡応答特性取得処理(ステップ102)で取得されたパルス応答特性と各FCSの製品特性で定まる流量設定値付与間隔(t1,t2・・・t150)とに基づいて、FCS22bに与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値(c1,c2・・・c150)とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値(b1,b2・・・b150)との関係を規定するモデルが作成される。ここで、A1〜A150は、パルス応答波形のt1〜t150時点のガス濃度(図12のY軸の値)を示すものである。   Next, in the model creation process (step 103), as shown in FIG. 13, the flow rate setting value application interval determined by the pulse response characteristics acquired in the transient response characteristics acquisition process (step 102) and the product characteristics of each FCS. Based on (t1, t2,..., T150), the time division instantaneous value (c1, c2,... C150) of the flow rate set value change to be given to the FCS 22b and the time division instantaneous of the process gas concentration change in the process chamber A model that defines the relationship with the values (b1, b2,..., B150) is created. Here, A1 to A150 indicate gas concentrations (values on the Y axis in FIG. 12) at time t1 to t150 of the pulse response waveform.

続く最適ガス供給条件取得処理(ステップ104)においては、所謂「モデル予測制御」を実現するために、モデル作成処理(ステップ103)で作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値(c1,c2・・・c150)とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値(b1,b2・・・b150)との関係を定義する関数行列式(図11参照)に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値(c1,c2・・・c150)を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値(b1,b2・・・b150)を取得する。なお、この種の「モデル予測制御」については、各種の文献(例えば、初心者向けテキスト「モデル予測制御」、京都大学大学院工学研究科、加納学著、1997年1月発行)に開示されているので、詳細な説明は省略する。   In the subsequent optimum gas supply condition acquisition process (step 104), each flow rate setter defined using the model created in the model creation process (step 103) in order to realize so-called “model prediction control”. Defines the relationship between the time-division instantaneous value (c1, c2... C150) of the flow rate setting value change to be given to the time-division and the time-division instantaneous value (b1, b2. By substituting the time-division instantaneous values (c1, c2,... C150) of the desired process gas concentration change into the function determinant (see FIG. 11), the optimum flow rate setting value change to be given to each flow rate setting device Time-division instantaneous values (b1, b2,..., B150) are acquired. This type of “model predictive control” is disclosed in various documents (for example, the text “model predictive control” for beginners, Kyoto University Graduate School of Engineering, Manabu Kano, published in January 1997). Therefore, detailed description is omitted.

目標濃度プロファイルの2つの例を示す説明図が図14に示されている。同図に示されるように、この種のプラズマ処理システムにおいては、製造製品の特性やプロセスガス使用効率のなどの要請から、目標となる静定後のプロセスガス濃度は同一であっても、供給ガス流量の上限値の制約の下に、できる限り早く、プロセスガス濃度を0.0から目標濃度にまで立ち上げたい場合(ケース1)と、供給ガス流量の上限値の制約の下に、一定の経過時間をもって徐々に、プロセスガス濃度を0.0濃度から目標濃度にまで立ち上げたいとする要望(ケース2)とが存在する。図12においては、(ケース1)は符号P1で表され、(ケース2)は符号P2によって表される。   FIG. 14 is an explanatory diagram showing two examples of target density profiles. As shown in the figure, in this type of plasma processing system, even if the target process gas concentration after the settling is the same due to demands such as the characteristics of manufactured products and process gas usage efficiency, If you want to raise the process gas concentration from 0.0 to the target concentration as soon as possible under the restriction of the upper limit value of the gas flow rate (Case 1) and constant under the restriction of the upper limit value of the supply gas flow rate There is a demand (Case 2) for gradually increasing the process gas concentration from the 0.0 concentration to the target concentration with the elapse time. In FIG. 12, (Case 1) is represented by reference numeral P1, and (Case 2) is represented by reference numeral P2.

従って、上述の最適ガス供給条件取得処理(ステップ104)においては、符号P1で示される線上のガス濃度時分割瞬時値を図13に示される出力側の時分割瞬時値(b1,b2・・・b150)に代入し、また符号P2に示される(ケース2)の場合には、符号P2で示される直線上の時分割瞬時値を、図13に示される時分割瞬時値(b1,b2・・・b150)にそれぞれ代入することによって、最適供給量に対応する時分割瞬時値(c1,c2・・・c150)の値を求めることができる。   Therefore, in the above-described optimum gas supply condition acquisition process (step 104), the gas concentration time-division instantaneous values on the line indicated by the symbol P1 are converted into the time-division instantaneous values (b1, b2,... On the output side shown in FIG. b150), and in the case of (case 2) indicated by symbol P2, the time-division instantaneous value on the straight line indicated by symbol P2 is converted into the time-division instantaneous value (b1, b2,... shown in FIG. By substituting each into b150), the value of the time-division instantaneous value (c1, c2,... C150) corresponding to the optimum supply amount can be obtained.

こうして求められた最適なガス供給条件と最適なガス濃度の立上りとの関係が図15に示されている。同図(b)に示される最適なガス濃度立上りに対応する出力(b1,b2・・・b150)を上述の行列式に代入することによって、同図(a)に示される最適なガス供給条件に対応する入力(b1,b2・・・b150)を取得することができるのである。   FIG. 15 shows the relationship between the optimum gas supply conditions thus obtained and the optimum rise of gas concentration. By substituting the output (b1, b2,..., B150) corresponding to the optimum rising of the gas concentration shown in FIG. 5B into the above determinant, the optimum gas supply condition shown in FIG. The input (b1, b2,..., B150) corresponding to can be acquired.

続く最適ガス供給条件実行処理(ステップ105)においては、こうして得られた入力(b1,b2・・・b150)の値に基づいて生成された各流量設定値を、希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれに介在されたFCS21b,22bに与えることにより、プロセスチャンバ1内のプロセスガス濃度を所望の値に制御する。   In the subsequent optimum gas supply condition execution process (step 105), the flow rate setting values generated based on the values of the inputs (b1, b2,..., B150) thus obtained are used as the dilution gas supply line and process. By supplying the FCS 21b and 22b interposed in the gas supply pipes, the process gas concentration in the process chamber 1 is controlled to a desired value.

濃度制御結果を理論値と実験値とで比較して示すグラフの画面説明図が図16に示されている。同図に示されるように、図中実線で示される実験値は図中破線で示される理論値によく追従していることが理解される。   FIG. 16 shows a screen explanatory diagram of a graph showing the density control result by comparing the theoretical value with the experimental value. As shown in the figure, it is understood that the experimental value indicated by the solid line in the figure well follows the theoretical value indicated by the broken line in the figure.

以上の実施形態の説明でも明らかなように、本発明によれば、制御対象となる実際のプラズマ反応炉処理システムそれ自体を用いて、検量線及びパルス応答を求めているため、こうして得られる濃度制御結果は、当該システムに組み込まれたFCSの能力を踏まえたものとなるため、図13に示される行列式に出力の値を任意に設定することで、実際に運用可能な入力を確実に取得し、それに基づき最適な濃度制御を実現することができる。   As is clear from the above description of the embodiment, according to the present invention, since the calibration curve and the pulse response are obtained using the actual plasma reactor processing system itself to be controlled, the concentration thus obtained is obtained. The control result is based on the FCS capability built into the system. Therefore, by setting the output value arbitrarily in the determinant shown in Fig. 13, it is possible to acquire the input that can be actually operated. In this way, optimal density control can be realized.

この発明によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガスの流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。   According to the present invention, in a plasma reactor processing system having a specific equipment specification, the process gas concentration in the process chamber is precisely measured with a desired concentration profile under the restriction of the upper limit value of the flow rate of a given supply gas. It becomes possible to control to.

プラズマ反応炉処理システムのシステム全体の構成図である。It is a block diagram of the whole system of a plasma reactor processing system. 本発明方法を実施するPLCの処理を示すゼネラルフローチャートである。It is a general flowchart which shows the process of PLC which implements the method of this invention. 検量線作成処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of a calibration curve creation process. ガス濃度とHBr/Ar流量との関係を示す図表である。It is a graph which shows the relationship between gas concentration and a HBr / Ar flow volume. 発光強度のサンプル時間帯を示すグラフである。It is a graph which shows the sample time slot | zone of emitted light intensity. 検量線の表示例を示す画面説明図である。It is screen explanatory drawing which shows the example of a display of a calibration curve. Arガス濃度を0%から100%へと急峻に変化させた時の発光強度の変化を示すグラフの表示例である。It is a display example of the graph which shows the change of the emitted light intensity when changing Ar gas concentration from 0% to 100% sharply. 過渡応答特性取得処理(その1)の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the transient response characteristic acquisition process (the 1). 過渡応答特性取得処理(その1)の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the transient response characteristic acquisition process (the 1). 過渡応答特性取得に至る各波形図である。It is each waveform figure which leads to transient response characteristic acquisition. 過渡応答特性を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining a transient response characteristic. パルス応答波の表示例を示す画面説明図である。It is screen explanatory drawing which shows the example of a display of a pulse response wave. 流量入力と濃度出力との関係を規定するモデルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the model which prescribes | regulates the relationship between flow volume input and density | concentration output. 目標濃度プロファイルの2つの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows two examples of a target density profile. 最適なガス供給条件を取得するための処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process for acquiring optimal gas supply conditions. 濃度制御結果を理論値と実験値とで比較して示すグラフの画面説明図である。It is screen explanatory drawing of the graph which compares and shows a density | concentration control result with a theoretical value and an experimental value.

符号の説明Explanation of symbols

1 プロセスチャンバ
11,12 プラズマ発生部
13 マイクロ波電源
14 マグネトロン
15 アイソレータ
16 チューナ
17 RF電源
21 希釈ガスの供給管路
21a 手動弁
21b FCS
21c 電磁弁
22 プロセスガスの供給管路
22a 手動弁
22b FCS
22c 電磁弁
23 合流管路
31 ターボ分子ポンプ(TMP)
32 応答プレッシャーコントローラ(APC)
33 配置管路
41 圧力検知器
42 分光器
51 PLC
52 PT
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Process chamber 11,12 Plasma generation part 13 Microwave power supply 14 Magnetron 15 Isolator 16 Tuner 17 RF power supply 21 Supply line of dilution gas 21a Manual valve 21b FCS
21c Solenoid valve 22 Process gas supply line 22a Manual valve 22b FCS
22c Solenoid valve 23 Junction line 31 Turbo molecular pump (TMP)
32 Response pressure controller (APC)
33 Arrangement pipeline 41 Pressure detector 42 Spectrometer 51 PLC
52 PT

Claims (13)

プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、
希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、
プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、
プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有し、
希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在され、かつ
チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている、プラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法であって、
前記プラズマ反応炉処理システムは、
プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段を含み、かつ
前記方法は、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する第1のステップと、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第1のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度またはプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を生成する第2のステップと、
第2のステップで取得されたパルス応答特性と各流量設定器の製品特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する第3のステップと、
第3のステップで作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列式に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する第4のステップと、
第4のステップで取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する第5のステップとを具備する、ことを特徴とするプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
A process chamber containing a plasma generator;
A dilution gas supply line connecting the dilution gas supply source and the process chamber;
A process gas supply line connecting the process gas supply source and the process chamber;
A gas exhaust line for connecting the process chamber and the vacuum pump;
A function for automatically changing the opening of the flow rate adjusting valve in the direction in which the deviation between the given flow rate setting value and the flow rate detection value decreases in each of the dilution gas supply line and the process gas supply line A flow rate regulator having a flow rate control valve is interposed, and a function for automatically changing the opening of the flow rate control valve in the direction in which the deviation between the pressure setting value and the pressure measurement value decreases is provided in the gas exhaust line in the chamber. A method for controlling a process gas concentration in a plasma reactor processing system, wherein a pressure controller is interposed,
The plasma reactor processing system includes:
Including emission intensity detection means for detecting the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas in the process chamber, and the method comprises:
The dilution gas so that the process gas concentration in the process chamber is each of a plurality of known concentrations while the gas pressure in the process chamber remains the same as the gas pressure in the assumed plasma process. A predetermined flow rate setpoint change with respect to the flow rate regulator interposed in the process gas supply line and / or the process gas supply line, and the dilution gas in each of the plurality of known process gas concentration states thus obtained, or A first step of creating a calibration curve indicating the relationship between the known process gas concentration and the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas at that concentration by obtaining the emission intensity of the process gas via the emission intensity detecting means. When,
The supply pressure of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes so as to draw a predetermined waveform while the gas pressure in the process chamber is maintained to be the same as the gas pressure in the assumed plasma process. In addition, a predetermined flow rate setting value change is applied to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line, and the dilution gas supply amount or process gas supply amount thus obtained is changed. A change in plasma emission intensity in response to the change is acquired via the emission intensity detecting means, and converted into a concentration based on the calibration curve created in the first step, whereby a dilution gas supply amount or a process gas is obtained. A pulse response characteristic is generated that indicates the relationship between the pulse-like change in the supply amount and the pulse response of the dilution gas concentration or process gas concentration associated therewith. And the step of,
Based on the pulse response characteristics acquired in the second step and the flow rate setting value application interval determined by the product characteristics of each flow rate setting device, the time-division instantaneous value and process of the flow rate setting value change to be given to each flow rate setting device A third step of creating a model that defines a relationship between time-division instantaneous values of process gas concentration changes in the chamber;
The time-division instantaneous value of the flow set value change to be given to each flow setter and the time-division instantaneous value of the process gas concentration change in the process chamber, which are defined using the model created in the third step. A time division instantaneous value of the optimum flow rate setting value change to be given to each flow rate setting device is obtained by substituting a time division instantaneous value of a desired process gas concentration change into a function determinant that defines the relationship. Steps,
By providing the time-division instantaneous value of the optimum flow rate setting value change obtained in the fourth step to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line, And a fifth step of controlling the process gas concentration in the chamber so as to obtain a desired change in the process gas concentration, and a method for controlling the process gas concentration in the plasma reactor processing system.
第1のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   In the first step, the flow rate setting value given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and the flow rate setting value given to the flow rate regulator interposed in the process gas supply line are always The process gas concentration control method in the plasma reactor processing system according to claim 1, wherein the sum of the two is related to be maintained at a constant value. 第2のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   In the second step, the flow rate setting value given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and the flow rate setting value given to the flow rate regulator interposed in the process gas supply line are always The process gas concentration control method in the plasma reactor processing system according to claim 1, wherein the sum of the two is related to be maintained at a constant value. 第2のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   In the second step, the supply waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or process gas in the process chamber changes is an impulse waveform, so that the pulse is directly pulsed based on the obtained change in plasma emission intensity. The method for controlling process gas concentration in a plasma reactor processing system according to claim 1, wherein a response is generated. 第2のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   In the second step, the supply amount waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes is a step waveform, whereby the change in the acquired plasma emission intensity is shifted by the time axis and the difference is obtained. The method for controlling the process gas concentration in the plasma reactor processing system according to claim 1, wherein a pulse response is generated by taking 発光強度検出手段が、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器である、ことを特徴とする請求項1に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   2. The method of controlling a process gas concentration in a plasma reactor processing system according to claim 1, wherein the emission intensity detecting means is a spectrometer capable of detecting the emission intensity for each of a plurality of wavelengths. プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、
希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、
プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、
プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有し、
希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在され、かつ
チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている、プラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置であって、
前記プラズマ反応炉処理システムは、
プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段を含み、かつ
前記装置は、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する第1の手段と、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第1のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度またはプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を生成する第2の手段と、
第2の手段で取得されたパルス応答特性と各流量設定器の製品特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する第3の手段と、
第3の手段で作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列式に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する第4の手段と、
第4の手段で取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を、希釈ガスの供給管路および/またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する第5の手段とを具備する、ことを特徴とするプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。
A process chamber containing a plasma generator;
A dilution gas supply line connecting the dilution gas supply source and the process chamber;
A process gas supply line connecting the process gas supply source and the process chamber;
A gas exhaust line for connecting the process chamber and the vacuum pump;
A function for automatically changing the opening of the flow rate adjusting valve in the direction in which the deviation between the given flow rate setting value and the flow rate detection value decreases in each of the dilution gas supply line and the process gas supply line A flow rate regulator having a flow rate control valve is interposed, and a function for automatically changing the opening of the flow rate control valve in the direction in which the deviation between the pressure setting value and the pressure measurement value decreases is provided in the gas exhaust line in the chamber. An apparatus for controlling a process gas concentration in a plasma reactor processing system, in which a pressure controller is interposed,
The plasma reactor processing system includes:
Including emission intensity detection means for detecting the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas in the process chamber, and the apparatus comprises:
The dilution gas so that the process gas concentration in the process chamber is each of a plurality of known concentrations while the gas pressure in the process chamber remains the same as the gas pressure in the assumed plasma process. A predetermined flow rate setpoint change to the flow rate regulator interposed in the process gas supply line and / or the process gas supply line, and the dilution gas in each of the plurality of known process gas concentration states thus obtained, or First means for obtaining a calibration curve indicating the relationship between the known process gas concentration and the plasma emission intensity of the dilution gas or process gas at the concentration by obtaining the emission intensity of the process gas via the emission intensity detecting means When,
The supply pressure of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes so as to draw a predetermined waveform while the gas pressure in the process chamber is maintained to be the same as the gas pressure in the assumed plasma process. In addition, a predetermined flow rate setting value change is applied to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line, and the dilution gas supply amount or process gas supply amount thus obtained is changed. A change in plasma emission intensity in response to the change is acquired via the emission intensity detecting means, and converted into a concentration based on the calibration curve created in the first step, whereby a dilution gas supply amount or a process gas is obtained. A pulse response characteristic is generated that indicates the relationship between the pulse-like change in the supply amount and the pulse response of the dilution gas concentration or process gas concentration associated therewith. And the means of,
Based on the pulse response characteristic acquired by the second means and the flow rate setting value application interval determined by the product characteristics of each flow rate setting device, the time-division instantaneous value and process of the flow rate setting value change to be given to each flow rate setting device A third means for creating a model for defining a relationship with a time-division instantaneous value of a process gas concentration change in the chamber;
The time-division instantaneous value of the flow set value change to be given to each flow setter and the time-division instantaneous value of the process gas concentration change in the process chamber, defined using the model created by the third means, A time division instantaneous value of the optimum flow rate setting value change to be given to each flow rate setting device is obtained by substituting a time division instantaneous value of a desired process gas concentration change into a function determinant that defines the relationship. Means,
By giving the time-division instantaneous value of the optimum flow rate setting value change obtained by the fourth means to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and / or the process gas supply line, And a fifth means for controlling the process gas concentration in the chamber so that a desired change in the process gas concentration can be obtained.
第1の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。   In the first means, the flow rate set value given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and the flow rate set value given to the flow rate regulator interposed in the process gas supply line are always 8. The apparatus for controlling a process gas concentration in a plasma reactor processing system according to claim 7, wherein the sum of the two is related to be maintained at a constant value. 第2の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   In the second means, the flow rate setting value given to the flow rate regulator interposed in the dilution gas supply line and the flow rate setting value given to the flow rate regulator interposed in the process gas supply line are always The method of controlling a process gas concentration in a plasma reactor processing system according to claim 7, wherein the sum of the two is related to be maintained at a constant value. 第2の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   In the second means, the supply amount waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes is an impulse waveform, whereby the pulse is directly pulsed based on the obtained change in the plasma emission intensity. 8. The method of controlling a process gas concentration in a plasma reactor processing system according to claim 7, wherein a response is generated. 第2の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。   In the second means, the supply amount waveform drawn when the supply amount of the dilution gas or the process gas in the process chamber changes is a step waveform, whereby the change in the acquired plasma emission intensity is shifted by the time axis and the difference is obtained. The method for controlling the process gas concentration in the plasma reactor processing system according to claim 7, wherein a pulse response is generated by taking 発光強度検出手段が、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器である、ことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。   The apparatus for controlling a process gas concentration in a plasma reactor processing system according to claim 7, wherein the emission intensity detecting means is a spectrometer capable of detecting the emission intensity for each of a plurality of wavelengths. 第1の手段、第2の手段、第3の手段、第4の手段、及び第5の手段として機能するユーザプログラムが組み込まれたPLCにより構成されている、ことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。   8. It is comprised by PLC in which the user program which functions as 1st means, 2nd means, 3rd means, 4th means, and 5th means was incorporated. An apparatus for controlling a process gas concentration in the plasma reactor processing system described.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015153832A (en) * 2014-02-12 2015-08-24 東京エレクトロン株式会社 Gas supply method, and semiconductor manufacturing device

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