JP2023009666A - 基板処理システム及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板処理システムにおいて流量測定装置を用いて行われるガスの流量測定にかかる時間を短縮する。【解決手段】基板処理システムであって、複数のチャンバと、前複数のガスボックスと、流量測定装置と、排気装置と、制御部と、を備え、前記流量測定装置は、測定器と、測定配管と、を含み、前記測定器は、温度センサと、測定器一次バルブと、測定器二次バルブと、を含み、前記制御部は、（ａ）前記測定配管および前記測定器を真空引きする工程と、（ｂ）前記測定器内の圧力が漸次増加する第一の状態を形成する工程と、（ｃ）前記測定器内の圧力の測定値の変化率ΔＰ１／Δｔを取得する工程と、（ｄ）前記圧力の測定値の変化率ΔＰ１／Δｔの関数として、前記処理ガスの流量Ｑを求める工程と、を実行可能に構成される、基板処理システム。【選択図】図３

Description

本開示は、基板処理システム及び基板処理方法に関する。

特許文献１には、流量測定システムを用いて基板処理システムにおけるガスの流量を求める方法が開示されている。特許文献１に記載の方法によれば、流量測定システムに設けられるガス流路の容積、圧力および温度に基づいて演算を実行することにより、一つの流量制御器から出力されたガスの流量を求める工程を含む。

特開２０１９－１２０６１７号公報

本開示にかかる技術は、基板処理システムにおいて流量測定装置を用いて行われるガスの流量測定にかかる時間を短縮する。

基板処理システムであって、所望の処理ガス中で基板を処理するための複数のチャンバと、前記複数のチャンバのそれぞれに前記処理ガスを供給する複数のガスボックスと、前記複数のガスボックスから供給される前記処理ガスの流量を測定する流量測定装置と、前記複数のチャンバおよび前記流量測定装置に接続される排気装置と、前記基板処理システムを制御する制御部と、を備え、前記流量測定装置は、測定器と、前記複数のガスボックスと前記測定器とに接続され前記処理ガスを通流させる測定配管と、を含み、前記測定器は、当該測定器の内部の圧力を測定するように構成された一以上の圧力センサと、当該測定器の内部の温度を測定するように構成された温度センサと、当該測定器において前記測定配管と接続される側の端部に設けられる測定器一次バルブと、前記排気装置と接続される側の端部に設けられる測定器二次バルブと、を含み、前記制御部は、（ａ）前記測定配管および前記測定器を真空引きする工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の実行後、前記流量制御器二次バルブが開かれ前記測定器二次バルブが閉じられた状態で前記一のガスボックスから前記処理ガスを出力することで、前記測定器内の圧力が漸次増加する第一の状態を形成する工程と、（ｃ）前記第一の状態において、前記一以上の圧力センサを用いて前記測定器内の圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを取得する工程と、（ｄ）前記圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔの関数として、前記一のガスボックスから出力された前記処理ガスの流量Ｑを求める工程と、を実行可能に構成される、基板処理システムを提供する。

本開示によれば、基板処理システムにおいて流量測定装置を用いて行われるガスの流量測定にかかる時間を短縮する。

本実施形態にかかるウェハ処理システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施形態にかかるウェハ処理システムにおける処理ガスの流路を構成する配管系を示す模式図である。 本実施形態にかかるガス流量の測定方法を示すフロー図である。 本実施形態にかかるガス流量の測定方法におけるバルブの開閉のタイミングを示す説明図である。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体基板（以下、「ウェハ」という。）に対して、所望のガス雰囲気下で成膜処理、クリーニング処理、その他プラズマ処理等の各種ガス処理が行われる。これらガス処理は、例えば、内部を減圧雰囲気に制御可能な真空処理室（以下、「チャンバ」という場合がある。）を備えるウェハ処理システムにおいて行われる。このウェハ処理システムにおいては、ウェハに対する各種ガス処理を適切に行うため、真空処理室に供給されるガスの流量を精密に制御することが重要になる。

特許文献１に記載の流量測定装置は、かかるウェハ処理システムにおけるガス流量の測定を行うためのシステムである。特許文献１に記載の流量測定装置においては、当該流量測定装置に設けられるガス流路に対するガスの供給、排気を制御することで、当該ガス流路の容積、圧力、温度及び一の流量制御器の測定値に基づいて、ガスの流量が求められる。

特許文献１に記載のガスの流量を測定する方法は、流量測定精度を上げるためコンダクタンス影響のない測定手法として、ビルドアップ法における測定配管内の圧力を上昇させる前と後との複数回の工程において、当該測定配管の圧力を測定することで、流量の算出に必要なパラメータを取得している。

しかしながら、特許文献１に記載の方法によりガスの流量測定を行うと、上記測定配管の圧力を測定する複数回の工程が必要となり、その分だけ流量測定に時間がかかってしまう。また、小流量の処理ガスを用いるシーケンスにおいては、上記複数回の工程において処理ガスを充てんする時間が長くなるため、小流量の処理ガスを連続して測定する場合など、全体の測定時間が顕著に長くなってしまう恐れがある。このため、特許文献１に記載の流量測定装置を用いたガスの流量測定方法には、特に小流量の処理ガスを用いる場合の測定時間に改善の余地があった。

本開示にかかる技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板処理システムにおいて流量測定装置を用いて行われるガスの流量測定にかかる時間を短縮する。以下、一実施形態にかかる基板処理システムとしてのウェハ処理システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜ウェハ処理システム＞
本実施形態にかかるウェハ処理システム１について説明する。図１は、本実施形態にかかるウェハ処理システム１の構成の概略を示す平面図である。ウェハ処理システム１では、基板としてのウェハＷに対して、例えば成膜処理、クリーニング処理、その他プラズマ処理等の所望のガス処理を行う。

図１に示すようにウェハ処理システム１は、大気部１０と減圧部１１がロードロックモジュール２０、２１を介して一体に接続された構成を有している。大気部１０は、大気圧雰囲気下においてウェハＷに所望の処理を行う大気モジュールを備える。減圧部１１は、減圧雰囲気下においてウェハＷに所望の処理を行う減圧モジュールを備える。

ロードロックモジュール２０、２１は、それぞれゲートバルブ２２、２３を介して、大気部１０の後述するローダモジュール３０と、減圧部１１の後述するトランスファモジュール５０を連結するように設けられている。ロードロックモジュール２０、２１は、ウェハＷを一時的に保持するように構成されている。また、ロードロックモジュール２０、２１は、内部を大気圧雰囲気と減圧雰囲気（真空状態）とに切り替えられるように構成されている。

大気部１０は、後述するウェハ搬送機構４０を備えたローダモジュール３０と、複数のウェハＷを保管可能なフープ３１を載置するロードポート３２とを有している。なお、ローダモジュール３０には、ウェハＷの水平方向の向きを調節するオリエンタモジュール（図示せず）や複数のウェハＷを格納する格納モジュール（図示せず）などが隣接して設けられていてもよい。

ローダモジュール３０は内部が矩形の筐体からなり、筐体の内部は大気圧雰囲気に維持されている。ローダモジュール３０の筐体の長辺を構成する一側面には、複数、例えば５つのロードポート３２が並設されている。ローダモジュール３０の筐体の長辺を構成する他側面には、ロードロックモジュール２０、２１が並設されている。

ローダモジュール３０の内部には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構４０が設けられている。ウェハ搬送機構４０は、ウェハＷを保持して移動する搬送アーム４１と、搬送アーム４１を回転可能に支持する回転台４２と、回転台４２を搭載した回転載置台４３とを有している。また、ローダモジュール３０の内部には、ローダモジュール３０の長手方向に延伸するガイドレール４４が設けられている。回転載置台４３はガイドレール４４上に設けられ、ウェハ搬送機構４０はガイドレール４４に沿って移動可能に構成されている。

減圧部１１は、ウェハＷを内部で搬送するトランスファモジュール５０と、トランスファモジュール５０から搬送されたウェハＷに所望の処理を行うチャンバ６０を有している。トランスファモジュール５０及びチャンバ６０の内部は、それぞれ減圧雰囲気に維持される。なお本実施形態においては、一つのトランスファモジュール５０に対して、複数、例えば６つのチャンバ６０が接続されている。本明細書においては、上記一つのトランスファモジュール５０に対して接続される複数、例えば６つのチャンバ６０の一群を、一つのチャンバ群６２と称する。なお、一つのチャンバ群６２におけるチャンバ６０の数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。

チャンバ６０は、それぞれゲートバルブ６４を介してトランスファモジュール５０に隣接して設けられている。チャンバ６０では、ウェハ処理の目的に応じて、例えば成膜処理、クリーニング処理、その他プラズマ処理等の任意のガス処理が行われる。

トランスファモジュール５０は内部が矩形の筐体からなり、上述したようにロードロックモジュール２０、２１に接続されている。トランスファモジュール５０は、ロードロックモジュール２０に搬入されたウェハＷを一のチャンバ６０に搬送して所望の処理を施した後、ロードロックモジュール２１を介して大気部１０に搬出する。

トランスファモジュール５０の内部には、ウェハＷを搬送するウェハ搬送機構７０が設けられている。ウェハ搬送機構７０は、ウェハＷを保持して移動する搬送アーム７１と、搬送アーム７１を回転可能に支持する回転台７２と、回転台７２を搭載した回転載置台７３とを有している。また、トランスファモジュール５０の内部には、トランスファモジュール５０の長手方向に延伸するガイドレール７４が設けられている。回転載置台７３はガイドレール７４上に設けられ、ウェハ搬送機構７０はガイドレール７４に沿って移動可能に構成されている。

そしてトランスファモジュール５０では、ロードロックモジュール２０に保持されたウェハＷを搬送アーム７１で受け取り、任意のチャンバ６０に搬送する。また、チャンバ６０で所望の処理が施されたウェハＷを搬送アーム７１が保持し、ロードロックモジュール２１に搬出する。

また減圧部１１には、チャンバ６０に対してガスを供給する複数、例えば本実施形態においては各チャンバ６０に対応する６つのガスボックス８０と、それぞれのガスボックス８０（チャンバ６０）に対するガスの供給を制御するガス制御ユニットを収容したメインガスユニット９０と、が設けられている。それぞれのガスボックス８０と対応するチャンバ６０との間は、処理ガスの通流が可能な接続配管８２によって接続される。

なお本実施形態においては、上記６つのチャンバ６０のそれぞれに接続され処理ガスを供給する６つのガスボックス８０を合わせて、一つのガスボックス群１１０と称する。なお、一つのガスボックス群１１０におけるガスボックス８０の数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。それぞれのガスボックス８０はさらに、流量測定装置１２０に接続される。具体的には、それぞれのガスボックス８０は、流量測定装置１２０としての後述する測定配管１７２に対して接続されている。

以上のウェハ処理システム１には制御部１２２が設けられている。制御部１２２は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、ウェハ処理システム１におけるウェハＷのガス処理を制御するプログラムが格納されている。またプログラム格納部には、後述の処理ガスの供給動作を制御するプログラムが更に格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、当該記憶媒体Ｈから制御部１２２にインストールされたものであってもよい。また、当該記憶媒体は一時的なものであってもよいし、非一時的なものであってもよい。

上記ウェハ処理システム１においては、ガスボックス８０から供給される処理ガスの流量を測定するために、流量測定装置１２０が接続されている。流量測定装置１２０は、ビルドアップ法を用いた処理ガスの流量の測定において利用される、処理ガスの流路および、各種センサを提供している。以下、図２を用いて本実施形態にかかるウェハ処理システム１における、流量測定装置１２０について説明する。

図２は、本実施形態にかかるウェハ処理システム１における処理ガスの流路を構成する配管系を示す模式図である。なお、本明細書において「配管」は、内部に処理ガスを通流可能に構成されるものとする。それぞれの「配管」に処理ガスが供給される場合、当該「配管」の内部には処理ガスの「流路」を形成し得る。また、ウェハ処理システム１の構成要素のいずれかと「配管」のいずれか、または２以上の「配管」同士が接続される場合には、これらの内部において連続した「流路」が形成されるものとする。

本実施形態において処理ガスは、各ガスボックス８０から対応するチャンバ６０に供給され、ウェハＷの処理に供された後、排気装置１３０により排気されるウェハ処理流路Ａか、または、各ガスボックス８０から流量測定装置１２０に供給され流量を測定された後排気装置１３０により排気される測定流路Ｂか、いずれかの流路に供給される。ウェハ処理流路Ａおよび測定流路Ｂについては、後述する。

メインガスユニット９０には、１又はそれ以上のガスをそれぞれのガスボックス８０に供給するためのガスソース１４０及び流量制御部１４１が設けられている。一実施形態において、メインガスユニット９０は、１又はそれ以上のガスを、それぞれに対応のガスソースからそれぞれに対応の流量制御部１４１を介してガスボックス８０に供給するように構成される。各流量制御部１４１は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。なお、以下の説明においては、メインガスユニット９０から供給される１又はそれ以上のガス含む混合ガスを、チャンバ６０でのガス処理に用いられる、または流量測定装置１２０での流量測定に用いられる「処理ガス」と呼称する。

ガスボックス８０は、複数の流量制御器１４２と、これらを接続し流路を形成する配管と、を含む。

本実施形態において、ガスボックス８０内の配管系は以下のように構成される。上記ガスソース１４０側を最も上流として、ガスソース１４０に上流側配管１４４が接続され、当該上流側配管１４４に複数の、本実施形態においては例えば４つ設けられる、流量制御器１４２が接続され、流量制御器１４２の下流側には下流側配管１４６が接続され、下流側配管１４６の下流にはチャンバ６０および流量測定装置１２０が接続されている。なおガスボックス８０にあっては、「上流側」とは処理ガスの供給経路上流側（ガスソース１４０側）を指し、「下流側」とは処理ガスの供給経路下流側（チャンバ６０、流量測定装置１２０側）を指す。なお、図２においては上記６つのガスボックス８０のうち、２つのガスボックスのみを図示し、他の４つは図示を省略する。

流量制御器１４２は、上流側に流量制御器一次バルブ１５０が設けられ、流量制御器１４２は上流側配管１４４に対し、当該流量制御器一次バルブ１５０を介して接続されている。また、流量制御器は、下流側に流量制御器二次バルブ１５２が設けられ、流量制御器１４２は下流側配管１４６に対し、当該流量制御器二次バルブ１５２を介して接続されている。

なお、ガスボックス８０における流量制御器１４２の数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。それぞれの流量制御器１４２は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器１４２であってもよい。また、ガスソース１４０の数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。ガスソース１４０はメインガスユニット９０の内部または外部のいずれに設けられていてもよい。

下流側配管１４６は、上述の接続配管８２に接続する、接続配管１５４を含む。なお、接続配管８２には、出力バルブ１５６を含む。また、下流側配管１４６は、流量測定装置１２０に接続する接続配管１６０と、当該接続配管１６０に設けられる、出力バルブ１６２と、を含む。

本実施形態にかかるガスボックス８０においては、複数の流量制御器１４２のうち一つの流量制御器１４２から処理ガスを供給する場合に、ウェハ処理流路Ａにおいてチャンバに処理ガスを供給する場合は、出力バルブ１５６を開放するとともに出力バルブ１６２を閉鎖することで、処理ガスは接続配管１５４を通ってチャンバに供給される。逆に、測定流路Ｂにおいて流量測定装置１２０に処理ガスを供給する場合は、出力バルブ１６２を開放するとともに出力バルブ１５６を閉鎖することで、処理ガスは接続配管１６０を通って流量測定装置１２０に供給される。

本実施形態にかかる流量測定装置１２０は、測定器１７０と、上流側において上記ガスボックス群１１０に接続し下流側において上記測定器１７０に接続する測定配管１７２と、を含む。

上記測定配管１７２は、上流側においてガスボックス８０のそれぞれにおける出力バルブ１６２に接続される複数の枝管１７４と、上流側において該複数の枝管１７４のそれぞれに接続され下流側において測定器１７０に接続される主管１７８と、を含んでいる。なお流量測定装置１２０にあっては、「上流側」とは処理ガスの供給経路上流側（ガスボックス８０側）を指し、「下流側」とは処理ガスの供給経路下流側（排気装置１３０側）を指す。

枝管１７４は、各ガスボックス８０につき１つ設ければよい。本実施形態においてはガスボックス８０を６つ設けているため、枝管１７４は計６つ設ければよい。図２においては、図示しない他の４つのガスボックス８０に対しても同様に枝管１７４が接続されるものとし、これら４つの枝管１７４については一部の図示を省略している。ただし、枝管１７４の数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。例えばガスボックス８０の数を変更する場合は、それに応じて枝管１７４の数を変更すればよい。また、上記ガスボックスの下流側配管１４６において流量測定装置１２０側の配管および出力バルブ１６２を複数設けるような場合には、それに応じて、各ガスボックスに接続する枝管１７４の数を変更してもよい。

本実施形態においては、一つのガスボックス群１１０に対して一つの主管１７８を設ける。ウェハ処理システム１は一つのガスボックス群１１０を有するため、主管１７８は１つ設ければよい。ただし、主管１７８の数や配置は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。

測定器１７０は、上流側において測定器一次バルブ１８０を介して上記主管１７８に接続され、下流側において測定器二次バルブ１８２を介して後述する較正システム１９０に接続されている。該測定器１７０は、測定器１７０の内部の圧力を測定するように構成された一以上の、本実施形態においては２つの、圧力センサ１８４、１８６と、該測定器１７０の内部の温度を測定するように構成された温度センサ１８８と、を含む。

本実施形態において測定器１７０は、内部に流路を形成し処理ガスを通流しうるように構成されている。したがって、上記圧力センサおよび温度センサが設けられる該測定器１７０の内部とは、測定器一次バルブ１８０と測定器二次バルブ１８２に挟まれた領域であって、処理ガスの流路を形成する測定器１７０自身の内部空間のことを指す。ただし、測定器１７０の構成は本実施形態に限定されず、任意に設定することができる。たとえば測定器１７０としては、処理ガスの通流を開放または閉鎖することが可能な上流側のバルブと下流側のバルブと、それらに挟まれた処理ガスの流路を構成する内部空間を備え、処理ガスの流路を構成する該内部空間の容積、圧力および温度が測定可能に構成されている任意の測定器１７０を採用することができる。

本実施形態においては、測定器１７０の下流には較正システム１９０を設けている。較正システム１９０は、基準器配管１９２、基準器１９４、基準器バルブ１９６を含む。基準器配管１９２は上流において測定器二次バルブ１８２に接続され、下流側において排気装置１３０に接続されている。基準器配管１９２には分岐路１９２ａが設けられ、基準器１９４は該分岐路１９２ａに対して、基準器バルブ１９６を介して接続される。

排気装置１３０は、ウェハ処理流路Ａおよび測定流路Ｂの下流において処理ガスを排気するよう構成されている。本実施形態では、各チャンバ６０の下流側に接続される排気配管２００と、測定器１７０の下流側、本実施形態においては基準器配管１９２の下流側において、排気装置バルブ２０１を介して接続される排気配管２０２とが設けられる。排気配管２００には排気機構、本実施形態においては真空ポンプ２０３が接続されている。排気配管２０２には、複数の排気枝管２０２ａを有する。排気配管２００および排気枝管２０２ａは、それぞれの上流に接続されているガスボックス８０に対応するよう設けられている。これらの排気配管２００および排気枝管２０２ａ上にはバルブ２０４およびバルブ２０６が設けられており、これらのバルブの開閉を制御することにより、それぞれの対応するガスボックス８０から供給される処理ガスを個別に排気するよう制御することができる。なお、図２においては、図示を省略するチャンバ６０に対しても同様に下流側に排気配管２００が接続されるものとし、これらの排気配管２００については一部図示を省略している。

ここで、ウェハ処理流路Ａおよび測定流路Ｂについて説明する。上記のように構成されるウェハ処理システム１において、ウェハ処理流路Ａは、ガスソース１４０から供給される処理ガスが、各ガスボックス８０の上流側配管１４４、流量制御器１４２、下流側配管１４６、接続配管８２、チャンバ６０および、排気配管２００の内部を流れ、流路を形成するときの処理ガスの流路を指す。測定流路Ｂは、ガスソース１４０から供給される処理ガスが、各ガスボックス８０の上流側配管１４４、流量制御器１４２、下流側配管１４６、測定配管１７２、測定器１７０、較正システム１９０および、排気配管２０２の内部を流れ、流路を形成するときの処理ガスの流路を指す。

一実施形態において、一つのガスボックス８０からウェハ処理流路Ａにおいて一つのチャンバ６０に処理ガスが供給される場合は、当該チャンバの下流に接続される一つの排気配管２００におけるバルブが開放され、当該一つの排気配管２００を介して処理ガスが排気されるように構成される。この場合に、上記一つのガスボックス８０から測定流路Ｂにおいて流量測定装置１２０に処理ガスが供給される場合は、上記一つの排気配管２００に接続される一つの排気枝管２０２ａにおけるバルブが開放され、当該一つの排気枝管２０２ａおよび上記一つの排気配管２００を介して処理ガスが排気されるように構成される。したがって、一つのガスボックスから供給される処理ガスは、ウェハ処理流路Ａおよび測定流路Ｂのいずれにおいても、合流後の上記一つの排気配管２００から排気することができる。合流後の上記一つの排気配管２００に対しては除害装置２０８が接続され、排気した処理ガスを除害する。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。

＜ウェハ処理方法＞
本実施形態にかかるウェハ処理システム１は以上のように構成されている。次に、ウェハ処理システム１におけるウェハ処理方法としての、流量測定装置１２０を用いてガスの流量を測定する方法を、図３および図４を用いて説明する。

図３は、一実施形態に係るガスの流量を求める方法を示す流れ図である。図３に示す方法ＭＴは、ウェハ処理システム１におけるガスの流量を求めるために、流量測定装置１２０を用いて実行される。ウェハ処理システム１は、上記および図１、２に記載のものを用いることができる。なお方法ＭＴにおいて、上記ウェハ処理システム１の６つのガスボックス８０のうち一のガスボックス８０における、一の流量制御器１４２から出力される処理ガスの流量を測定するものとする。以下、単にガスボックス８０という場合は、測定に供される上記一つのガスボックス８０を指し、単に流量制御器１４２という場合は、測定に供される上記一の流量制御器１４２を指すものとする。ただし、ガスボックス群１１０における上記一のガスボックス８０以外の他のガスボックス８０から処理ガスが供給される場合についても同様の方法ＭＴを採用することができる。

方法ＭＴは、工程ＳＴ１～工程ＳＴ１４を含む。一実施形態において、方法ＭＴは、工程ＳＴ１～工程ＳＴ１４に加えて、工程ＳＴＡ、工程ＳＴＢ、工程ＳＴＣ、工程ＳＴＤのいずれか一つまたは複数、あるいは全てを更に含み得る。工程ＳＴＡは、較正システム１９０を用いて流量測定装置１２０における測定器１７０の圧力センサおよび温度センサを構成する工程であり、特許文献１に記載の工程ＳＴＡを用いてもよい。また、工程ＳＴＢは、較正システム１９０を用いて測定器１７０の容量Ｖの信頼性を検証する工程であり、特許文献１に記載の工程ＳＴＢを用いてもよい。工程ＳＴＣおよび工程ＳＴＤについては後述する。工程ＳＴＡ、工程ＳＴＢ、工程ＳＴＣ、工程ＳＴＤは任意の工程であり、含まなくてもよい。

図４は、図３に示す方法に関するタイミング図である。図４のタイミング図において、横軸は、時間を示し、縦軸は、測定器１７０における圧力の測定値、流量制御器二次バルブ１５２の開閉状態、測定器一次バルブ１８０の開閉状態、測定器二次バルブ１８２の開閉状態、及び、排気装置バルブ２０１の開閉状態を示している。

方法ＭＴの工程ＳＴ１では、ガスボックスにおける下流側配管１４６、測定配管１７２、測定器１７０、及び、基準器配管１９２が真空引きされる。

続く工程ＳＴ２では、流量制御器一次バルブ１５０が開かれ、流量制御器１４２からの処理ガスの供給が開始される。続く工程ＳＴ３では、ガスボックスの下流側配管、測定配管１７２、及び、測定器１７０の中の圧力が増加される。具体的に、工程ＳＴ３では、測定器二次バルブ１８２が閉じられる。即ち、工程ＳＴ３では、ガスボックスの流量制御器１４２から、ガスボックスの下流側配管１４６、測定配管１７２、及び、測定器１７０に処理ガスが供給され、且つ、測定器二次バルブ１８２が閉じられた第１の状態Ｃ１が形成される。この第１の状態Ｃ１では、ガスボックス８０の下流側配管１４６、測定配管１７２、及び、測定器１７０の中の圧力が上昇する。

続く工程ＳＴ４では、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって測定器１７０内の圧力の測定値Ｐ_１が取得される。測定値Ｐ_１は、圧力センサ１８４によって取得された測定値と圧力センサ１８６によって取得された測定値の平均値であってもよい。測定値Ｐ_１は複数回、例えばｎ回、取得される。以下の記載において、上記複数回取得したＰ_１の内、ｋ回目およびｎ回目に取得したＰ_１をＰ_１ｋおよびＰ_１ｎとする。また、工程ＳＴ４の開始時をｔ＝０とし、Ｐ_１ｋおよびＰ_１ｎの取得時をｔ_１ｋおよびｔ_１ｎとして、Ｐ_１１～Ｐ_１ｎの取得時ｔ_１１～ｔ_１ｎを取得する。ただし、ｋは１≦ｋ≦（ｎ－１）を満たす。

続く工程ＳＴ５では、上記圧力の測定値Ｐ_１および取得時ｔから、圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを算出する。具体的には、測定値Ｐ_１のうち任意の２回、例えばｋ回目およびｋ＋ｍ回目の測定値Ｐ_１ｋ、Ｐ_{１（ｋ＋ｍ）}について、
ΔＰ_１＝Ｐ_{１（ｋ＋ｍ）}－Ｐ_１ｋ ・・・（１）
Δｔ＝ｔ_{１（ｋ＋ｍ）}－ｔ_１ｋ ・・・（２）
としてΔＰ_１／Δｔを算出してもよい。ただし、ｍは１≦ｍ≦（ｎ－ｋ）を満たす。

また、工程ＳＴ５では上記に代えて、複数の任意のｋ（１≦ｋ≦（ｎ－１））、ｍ（１≦ｍ≦（ｎ－ｋ））について複数の圧力の測定値の変化率ΔＰ_１’／Δｔ’を算出し、これらの平均値をとることで、ΔＰ_１／Δｔを取得することとしてもよい。

また、工程ＳＴ５では上記に代えて、連続した取得時ｔ_１ｋ～ｔ_{１（ｋ＋ｍ）}の区間において、複数の任意のｋ（１≦ｋ≦（ｎ－１））、ｍ（１≦ｍ≦（ｎ－ｋ））について複数の圧力の測定値の変化率ΔＰ_１’／Δｔ’を算出し、これらの値が安定している場合に、上記式（１）、（２）に基づいてΔＰ_１／Δｔを算出してもよい。

続く工程ＳＴ６では、第１の状態Ｃ１から、流量制御器二次バルブ１５２と測定器二次バルブ１８２が閉じられることにより、第２の状態Ｃ２が形成される。

続く工程ＳＴ７では、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって第２の状態Ｃ２における測定器１７０内の圧力の測定値Ｐ_２が取得され、温度センサ１８８によって第２の状態Ｃ２における測定器１７０内の温度の測定値Ｔ_１が取得される。測定値Ｐ_２は、圧力センサ１８４によって取得された測定値と圧力センサ１８６によって取得された測定値の平均値であってもよい。なお、工程ＳＴ７では、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって取得された測定値が安定しており、温度センサ１８８によって取得された測定値が安定しているときに、測定値Ｐ_２及び測定値Ｔ_１が取得されることとしてもよい。その場合、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって取得された測定値の変動量が所定値以下である場合に、当該測定値が安定しているものと判断される。また、温度センサ１８８によって取得された測定値の変動量が所定値以下である場合に、当該測定値が安定しているものと判断される。

続く工程ＳＴ８では、測定器一次バルブ１８０及び排気装置１３０バルブが閉じられる。続く工程ＳＴ９では、測定器二次バルブ１８２が開かれる。工程ＳＴ８および工程ＳＴ９によると、測定器一次バルブ１８０が閉じられ、測定器二次バルブ１８２が開かれることにより、第３の状態Ｃ３が形成される。第３の状態Ｃ３では、第２の状態Ｃ２における測定器１７０内のガスが少なくとも部分的に排気される。一実施形態の第３の状態Ｃ３では、測定器１７０内のガスが部分的に基準器配管１９２に排出される。別の実施形態の第３の状態Ｃ３では、測定器１７０内のガスが基準器配管１９２を介して完全に排出されてもよい。

続く工程ＳＴ１０では、第３の状態Ｃ３から、測定器二次バルブ１８２が閉じられることにより、第４の状態Ｃ４が形成される。一実施形態では、工程ＳＴ１０において測定器１７０内のガスを部分的に排気し第３の状態Ｃ３を形成することで、第４の状態Ｃ４における測定器１７０内の圧力が真空引きされた測定器１７０内の圧力よりも高くなるようにしてもよい。その場合、第２の状態Ｃ２において測定器１７０内に封入されていたガスが、部分的に排出されることにより、即ち、完全に排出されることなく、第４の状態Ｃ４が形成される。したがって、第２の状態Ｃ２から第４の状態Ｃ４を形成するために必要な時間長が短縮される。一実施形態では、ＳＴ１０の後に排気装置バルブ２０１を開放する工程を追加し、工程ＳＴ８から上記排気装置バルブ２０１を開放する工程までを繰り返すことにより、測定器１７０内の圧力を低下させてもよい。

続く工程ＳＴ１１では、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって第４の状態Ｃ４における測定器１７０内の圧力の測定値Ｐ_３が取得される。測定値Ｐ_３は、圧力センサ１８４によって取得された測定値と圧力センサ１８６によって取得された測定値の平均値であってもよい。なお、工程ＳＴ１１では、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって取得された測定値が安定しているときに、測定値Ｐ_３が取得され得る。圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって取得された測定値は、その変動量が所定値以下である場合に、安定しているものと判断される。

続く工程ＳＴ１２では、第４の状態Ｃ４から、測定器一次バルブ１８０が開かれることにより、第５の状態Ｃ５が形成される。続く工程ＳＴ１３では、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって第５の状態Ｃ５における測定器１７０内の圧力の測定値Ｐ_４が取得される。測定値Ｐ_４は、圧力センサ１８４によって取得された測定値と圧力センサ１８６によって取得された測定値の平均値であってもよい。なお、工程ＳＴ１３では、圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって取得された測定値が安定しているときに、測定値Ｐ_４が取得され得る。圧力センサ１８４及び／又は圧力センサ１８６によって取得された測定値は、その変動量が所定値以下である場合に、安定しているものと判断される。

続く工程ＳＴ１４では、流量Ｑが求められる。流量Ｑは、第２の状態Ｃ２においてガスボックスの流量制御器１４２から出力されたガスの流量である。工程ＳＴ１４では、流量Ｑを求めるために、以下の式（３）の演算が実行される。
Ｑ＝ΔＰ_１／Δｔ×（１／Ｒ）×（Ｖ／Ｔ） ・・・（３）
（３）式において、ΔＰ_１／Δｔは工程ＳＴ５で算出した圧力の測定値の変化率であり、Ｒは気体定数であり、（Ｖ／Ｔ）は、｛Ｖ／Ｔ_１×（Ｐ_２－Ｐ_３）／（Ｐ_２－Ｐ_４）｝を含む。

一実施形態においては、工程ＳＴ１４の具体的な演算は、下記の（３ａ）式の演算である。
Ｑ＝ΔＰ_１／Δｔ×（１／Ｒ）×｛Ｖｓｔ／Ｔｓｔ＋Ｖ／Ｔ_１×（Ｐ_２－Ｐ_３）／（Ｐ_２－Ｐ_４）｝ ・・・（３ａ）
（３ａ）式において、Ｖｓｔは、ガスボックス８０の流量制御器１４２の図示しないオリフィス部材と流量制御器二次バルブ１５２の弁体との間の流路の容積であり、予め定められた設計値である。Ｔｓｔは、ガスボックスの流量制御器１４２のオリフィス部材と流量制御器二次バルブ１５２の弁体との間の流路内の温度であり、流量制御器１４２の温度センサによって取得される。なお、Ｔｓｔは、第２の状態Ｃ２において取得される温度であり得る。なお、（３ａ）式において、（Ｖｓｔ／Ｔｓｔ）は省略されてもよい。

方法ＭＴでは、測定器二次バルブ１８２が閉じられた状態で、一つのガスボックスの一つの流量制御器１４２からのガスを、ガスボックスの下流側配管１４６、測定配管１７２、及び、測定器１７０に供給することにより圧力上昇を生じさせる。この圧力上昇の速度を、（３）式に用いることにより、流量制御器１４２から出力された処理ガスの流量が求められる。（３）式において、Ｖ／Ｔは、本来的には、（Ｖ_Ｅ／Ｔ_Ｅ）と（Ｖ／Ｔ_１）との和を含むべきである。即ち、（３）式の演算は、本来的には、以下の（３ｂ）式であるべきである。
Ｑ＝ΔＰ_１／Δｔ×（１／Ｒ）×（Ｖｓｔ／Ｔｓｔ＋Ｖ_Ｅ／Ｔ_Ｅ＋Ｖ／Ｔ_１） ・・・（３ｂ）
ここで、Ｖ_Ｅは、ガスボックス８０の下流側配管１４６の容積と測定配管１７２の容積の和であり、Ｔ_Ｅは、第２の状態Ｃ２におけるガスボックスの下流側配管１４６及び測定配管１７２の中の温度である。

ここで、ボイル・シャルルの法則から、以下の式（４）が成立する。
Ｐ_２×Ｖ_Ｅ／Ｔ_Ｅ＋Ｐ_３×Ｖ／Ｔ_１＝Ｐ_４×Ｖ_Ｅ／Ｔ_Ｅ＋Ｐ_４×Ｖ／Ｔ_１ ・・・（４）
（４）式から、（Ｖ_Ｅ／Ｔ_Ｅ）と（Ｖ／Ｔ_１）との和は、下記の（５）式に示すように表される。
Ｖ_Ｅ／Ｔ_Ｅ＋Ｖ／Ｔ_１＝Ｖ／Ｔ_１＋Ｖ／Ｔ_１×（Ｐ_４－Ｐ_３）／（Ｐ_２－Ｐ_４）
＝Ｖ／Ｔ_１×（Ｐ_２－Ｐ_３）／（Ｐ_２－Ｐ_４） ・・・（５）
したがって、（３）式において、（Ｖ_Ｅ／Ｔ_Ｅ）と（Ｖ／Ｔ_１）との和の代わりに、Ｖ／Ｔ_１×（Ｐ_２－Ｐ_３）／（Ｐ_２－Ｐ_４）｝を用いることができる。

なお、流量Ｑは、ガスボックス８０の全ての流量制御器１４２について求められてもよい。また、複数のガスボックス８０の全てに対して、方法ＭＴが順に実行されてもよい。

なお、方法ＭＴでは、工程ＳＴ４において複数の圧力の測定値Ｐ_１を取得し、工程ＳＴ５で圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを算出するが、方法ＭＴにおいて圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを用いるためには、ΔＰ_１／Δｔの値が安定していることが好ましい。なおΔＰ_１／Δｔの値が安定しているとは、工程ＳＴ３における圧力の増加曲線が、連続した取得時ｔの区間Δｔにおいて、線形に近いことを指す。また、上記工程ＳＴ５において複数の圧力の測定値の変化率ΔＰ_１’／Δｔ’を求める場合に、当該複数の圧力の測定値の変化率ΔＰ_１’／Δｔ’が安定しているとは、これら複数の値のばらつきを示す値が所定値以下である場合を指す。上記ばらつきを示す値は、標準偏差などを用いてもよい。

ここで、ガスボックス８０から流量測定装置１２０に供給される処理ガスの流量が一定上大きい場合、ΔＰ_１／Δｔの値が安定しない場合がある。したがって、あらかじめ流量の規定値Ｑ_Ｔを規定し、工程ＳＴ１の実行前に、ガスボックス８０から流量測定装置１２０に供給する処理ガスの概算流量が流量の規定値Ｑ_Ｔ以下であることを確認する工程ＳＴＣを実行してもよい。流量の規定値Ｑ_Ｔは、測定配管１７２において処理ガスを通流する場合にコンダクタンスの影響がない場合か、無視できる程度に小さい場合の、当該処理ガスの流量の上限値であってもよい。この場合、上記上限値としての規定値Ｑ_Ｔはあらかじめ取得し、記憶装置において記憶していてもよい。または、後述する工程ＳＴＤで記憶する流量の規定値Ｑ_Ｔであってもよい。ただし、概算流量とは、ガスボックス８０における流量制御器１４２において制御される処理ガスの流量を指す。

工程ＳＴＣでは、処理ガスの上記概算流量が流量の規定値Ｑ_Ｔ以下である場合には、工程ＳＴ１へ進み、処理ガスの上記概算流量が流量の規定値Ｑ_Ｔより大きい場合には、方法ＭＴを終了することとしてもよい。

また、工程ＳＴ５の実行にあたって、ΔＰ_１／Δｔの値が安定していることを確認する工程ＳＴＤを実行してもよい。

工程ＳＴＤでは、ΔＰ_１／Δｔの値が安定している場合には、工程ＳＴ６へ進み、ΔＰ_１／Δｔの値が安定していない場合には、方法ＭＴを終了することとしてもよい。方法ＭＴを終了する場合は、当該方法ＭＴにおいてガスボックス８０から流量測定装置１２０に供給された処理ガスの概算流量を流量の規定値Ｑ_Ｔとして記憶し、その後行う方法ＭＴにおける工程ＳＴＣで用いる流量の規定値Ｑ_Ｔとしてもよい。

なお、上記における演算、記憶などは、制御部１２２における演算装置としてのＣＰＵやメモリ、記憶装置としての記憶媒体Ｈなどによって実行することとしてもよい。

方法ＭＴによると、特に小流量の処理ガスの流量Ｑを算出するにあたって、圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを用いることができるため、ビルドアップ法における測定配管１７２内の圧力を上昇させる前と後との複数回の工程において当該測定配管１７２の圧力を測定する必要がない。このため、流量測定装置１２０を真空引きする工程ＳＴ１の実行後、ただちに圧力を増加する工程ＳＴ２を実行することができ、全体の測定時間を短縮することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

Ｗ ウェハ
１ ウェハ処理システム
６０ チャンバ
８０ ガスボックス
１２０ 流量測定装置
１３０ 排気装置
１７０ 測定器
１７２ 測定配管
１８０ 測定器一次バルブ
１８２ 測定器二次バルブ
１８４ 圧力センサ
１８６ 圧力センサ
１８８ 温度センサ

Claims (5)

1. 基板処理システムであって、
   所望の処理ガス中で基板を処理するための複数のチャンバと、
   前記複数のチャンバのそれぞれに前記処理ガスを供給する複数のガスボックスと、
   前記複数のガスボックスから供給される前記処理ガスの流量を測定する流量測定装置と、
   前記複数のチャンバおよび前記流量測定装置に接続される排気装置と、
   前記基板処理システムを制御する制御部と、
   を備え、
   前記流量測定装置は、測定器と、前記複数のガスボックスと前記測定器とに接続され前記処理ガスを通流させる測定配管と、を含み、
   前記測定器は、当該測定器の内部の圧力を測定するように構成された一以上の圧力センサと、当該測定器の内部の温度を測定するように構成された温度センサと、当該測定器において前記測定配管と接続される側の端部に設けられる測定器一次バルブと、前記排気装置と接続される側の端部に設けられる測定器二次バルブと、を含み、
   前記制御部は、
   （ａ）前記測定配管および前記測定器を真空引きする工程と、
   （ｂ）前記（ａ）工程の実行後、前記流量制御器二次バルブが開かれ前記測定器二次バルブが閉じられた状態で前記一のガスボックスから前記処理ガスを出力することで、前記測定器内の圧力が漸次増加する第一の状態を形成する工程と、
   （ｃ）前記第一の状態において、前記一以上の圧力センサを用いて前記測定器内の圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを取得する工程と、
   （ｄ）前記圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔの関数として、前記一のガスボックスから出力された前記処理ガスの流量Ｑを求める工程と、を実行可能に構成される、基板処理システム。
2. 基板処理システムにおける基板処理方法であって、
   前記基板処理システムは、
   所望の処理ガス中で基板を処理するための複数のチャンバと、
   前記複数のチャンバのそれぞれに前記処理ガスを供給する複数のガスボックスと、
   前記複数のガスボックスから供給される前記処理ガスの流量を測定する流量測定装置と、
   前記複数のチャンバおよび前記流量測定装置に接続される排気装置と、
   を備え、
   前記複数のガスボックスのそれぞれは、複数の流量制御器を含み、前記複数の流量制御器は、流量制御器一次バルブと、流量制御器二次バルブと、を含み、
   前記流量測定装置は、測定器と、前記複数のガスボックスと前記測定器とに接続され前記処理ガスを通流させる測定配管と、を含み、
   前記測定器は、当該測定器の内部の圧力を測定するように構成された一以上の圧力センサと、当該測定器の内部の温度を測定するように構成された温度センサと、当該測定器において前記測定配管と接続される側の端部に設けられる測定器一次バルブと、前記排気装置と接続される側の端部に設けられる測定器二次バルブと、を含み、
   前記基板処理方法は、前記複数のガスボックスの内の一のガスボックスから供給される処理ガスの流量を測定する場合に、
   （ａ）前記測定配管および前記測定器を真空引きする工程と、
   （ｂ）前記（ａ）工程の実行後、前記流量制御器二次バルブが開かれ前記測定器二次バルブが閉じられた状態で前記一のガスボックスから前記処理ガスを出力することで、前記測定器内の圧力が漸次増加する第一の状態を形成する工程と、
   （ｃ）前記第一の状態において、前記一以上の圧力センサを用いて前記測定器内の圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを取得する工程と、
   （ｄ）前記圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔの関数として、前記一のガスボックスから出力された前記処理ガスの流量Ｑを求める工程と、を含む、基板処理方法。
3. 前記（ｃ）工程は、前記第一の状態において、前記一以上の圧力センサを用いて前記測定器内の圧力の測定値の変化率の値を複数回取得し、それらの平均値としてΔＰ_１／Δｔを取得する工程である、請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記（ｃ）工程は、前記第一の状態において、前記一以上の圧力センサを用いて前記測定器内の圧力の測定値の変化率の値を複数回取得し、連続した区間Δｔにおいて前記複数の変化率の値が安定している場合に、前記区間Δｔにおける圧力の測定値の増加量をΔＰ_１とし、ΔＰ_１／Δｔを取得する工程である、請求項２に記載の基板処理方法。
5. 前記基板処理システムは、記憶装置をさらに含み、
   前記（ｃ）工程は、
   （ｅ）前記第一の状態において、前記一以上の圧力センサを用いて前記測定器内の圧力の測定値の変化率の値を複数回取得し、連続した区間Δｔにおいて前記複数の圧力の測定値の変化率の値が安定していることを確認する工程を含み、
   （ｆ）前記（ｅ）工程において、前記複数の変化率の値が安定している場合に、前記区間Δｔにおける圧力の測定値の増加量をΔＰ_１とし、圧力の測定値の変化率ΔＰ_１／Δｔを取得し、その後、前記（ｄ）工程を実行し、
   （ｇ）前記（ｅ）工程において、前記複数の圧力の測定値の変化率の値が安定していない場合に、前記（ｂ）工程で出力した前記処理ガスの概算流量を、処理ガスの流量の規定値Ｑ_Ｔとして記憶装置において記憶し、
   （ｈ）前記（ｇ）工程の実行後、前記一のガスボックス以外の他のガスボックスから供給される処理ガスの流量を測定する場合に、前記他のガスボックスから出力する前記処理ガスの概算流量が、前記処理ガスの流量の規定値Ｑ_Ｔ以下であることを確認する工程と、
   （ｊ）前記処理ガスの概算流量が、前記処理ガスの流量の規定値Ｑ_Ｔ以下である場合に、前記（ｈ）工程の実行後、前記（ａ）工程から（ｄ）工程を実行し、前記他のガスボックスから出力する前記処理ガスの流量Ｑを求める、請求項２に記載の基板処理方法。

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