JP6767232B2 - 基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法 - Google Patents

基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法 Download PDF

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Description

本開示の実施形態は、基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法に関するものである。
半導体デバイスといった電子デバイスの製造においては基板処理装置が用いられている。基板処理装置を用いた基板処理では、通常、基板がチャンバ内に配置され、当該チャンバにガスが供給される。チャンバに供給されるガスの流量は、流量制御器によって制御される。流量制御器は、指定された設定流量に応じてガスの出力流量を制御する。
チャンバに供給されるガスの流量は、基板処理のプロセス結果に影響を与える重要な因子である。したがって、流量制御器の出力流量は適時に較正されなければならない。そのためには、流量制御器の出力流量を求めることが必要である。流量制御器の出力流量を求める方法としては、所謂ビルドアップ法が知られている。ビルドアップ法については、特許文献１及び２に記載されている。
ビルドアップ法では、設定流量に応じた出力流量で流量制御器からガスが出力され、当該ガスが、既知の容積を有するタンクの内部空間に供給される。そして、タンクに対するガスの供給中に、当該内部空間の圧力の測定値が圧力センサによって取得される。そして、取得された測定値から、時間に対する当該内部空間の圧力の上昇率が求められ、当該圧力の上昇率を用いて出力流量が求められる。なお、ビルドアップ法において利用されるタンクとしては、基板処理装置のチャンバ本体が用いられることがあり、或いは、ビルドアップ法に専用のタンクが用いられることもある。
特開２００２−２９６０９６号公報 特許５５３８１１９号明細書
ビルドアップ法では圧力の上昇率を求める必要があるので、流量制御器の出力流量を精度良く求めるためには、圧力が初期の圧力から最終の圧力に到達するまでの期間の時間長として十分な時間長が確保される必要がある。しかしながら、流量制御器が大流量のガスをチャンバに出力する場合には、チャンバの圧力が急激に上昇するので、初期の圧力から最終の圧力に到達するまでの期間の時間長として十分な時間長を確保することができない。結果的に、流量制御器が大流量のガスをチャンバに出力する場合には、精度良く出力流量を求めることができない。故に、流量制御器が大流量のガスをチャンバに出力する場合であっても、流量制御器の出力流量を精度良く求めることが要求される。
一態様においては、基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法が提供される。基板処理装置は、チャンバ本体、流量制御器、圧力制御器、排気装置、第１の圧力センサ、及び、第２の圧力センサを備える。チャンバ本体は、その内部空間をチャンバとして提供する。流量制御器は、指定される設定流量に応じてチャンバに供給するガスの出力流量を制御するよう構成されている。圧力制御器は、チャンバに接続されている。排気装置は、圧力制御器を介してチャンバに接続されている。第１の圧力センサは、チャンバの圧力を測定するセンサである。第２の圧力センサは、チャンバの圧力を測定するセンサであり、第１の圧力センサが測定可能な最大圧力よりも高い最大圧力を測定可能である。
一態様に係る方法は、（ｉ）流量制御器に指定される設定流量に応じて、第１の圧力センサ及び第２の圧力センサから圧力センサを選択する工程であり、設定流量が閾値よりも小さい場合に第１の圧力センサを選択し、設定流量が閾値以上である場合に第２の圧力センサを選択する、該工程と、（ｉｉ）設定流量に応じてチャンバの圧力が到達すべき目標圧力を決定する工程であり、目標圧力は設定流量の大きさに比例して、又は、設定流量の大きさに応じて段階的に大きくなるように決定される、該工程と、（ｉｉｉ）流量制御器からチャンバに、設定流量に応じた流量でガスの導入を開始させる工程と、（ｉｖ）圧力制御器を閉じる工程と、（ｖ）圧力制御器を閉じた時点からチャンバの圧力が目標圧力に到達した時点までの期間において、選択された圧力センサによって測定されたチャンバの圧力の測定値から導出される、時間に対するチャンバの圧力の上昇率を用いて、流量制御器の出力流量を算出する工程と、を含む。
一態様に係る方法では、第１の圧力センサに加えて、比較的大きい最大圧力を測定可能な第２の圧力センサが用いられている。この方法では、流量制御器に指定される設定流量が閾値より大きい場合には、第２の圧力センサが選択され、また、チャンバの圧力が到達すべき目標圧力が大きい圧力に設定される。したがって、チャンバの圧力が圧力制御器が閉じられた時点の初期の圧力から目標圧力に到達するまでの期間の時間長として十分な時間長が確保される。故に、流量制御器が大流量のガスをチャンバに出力する場合であっても、時間に対するチャンバの圧力の上昇率を精度良く求めることが可能となり、ひいては、流量制御器の出力流量を精度良く求めることが可能となる。
一実施形態では、目標圧力は、上記期間が所定時間長以上の時間長を有するように流量と目標圧力との関係を予め規定するテーブルを、設定流量を用いて参照することにより決定される。
一実施形態では、上記期間においてチャンバの圧力の複数個且つ所定個の測定値が得られるように、サンプリング間隔を決定する工程を更に含む。圧力の上昇率は、選択された圧力センサによって、上記期間において当該サンプリング間隔で測定されたチャンバの圧力の複数の測定値から導出される。
一実施形態では、第１の圧力センサと第２の圧力センサのうち一方とチャンバとの間の流路長Ｌｂ、及び、第１の圧力センサと第２の圧力センサのうち他方とチャンバとの間の流路長Ｌｓは、Ｌｂ≧Ｌｓ、且つ、０．５４≦Ｌｓ／Ｌｂ≦１を満たす。この実施形態によれば、第１の圧力センサによるチャンバの圧力の測定値と第２の圧力センサによるチャンバの圧力の測定値との間の差が、十分に小さくなる。なお、Ｌｂは２３４．８ｍｍ以下であり得る。
一実施形態では、第２の圧力センサが測定可能な最大圧力は、１０００Ｔｏｒｒ（１３３３００Ｐａ）以上である。
以上説明したように、流量制御器が大流量のガスをチャンバに出力する場合であっても、流量制御器の出力流量を精度良く求めることが可能となる。
一実施形態に係る基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法を示す流れ図である。 図１に示す方法が適用され得る基板処理装置の一例を概略的に示す図である。 チャンバの容積を求める処理の一例を示す流れ図である。 第１のシミュレーションの結果を示すグラフである。 第２のシミュレーションの結果を示すグラフである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、所謂ビルドアップ法によって、基板処理装置の流量制御器の出力流量を求める方法である。基板処理装置は、任意の基板処理装置であり得るものであり、例えばプラズマ処理装置であり得る。
図２は、図１に示す方法が適用され得る基板処理装置の一例を概略的に示す図である。図２に示す基板処理装置１０は、チャンバ本体１２、複数の流量制御器１４、圧力制御器１６、排気装置１８、第１の圧力センサ２０、及び、第２の圧力センサ２２を備えている。
チャンバ本体１２は、容器であり、その内部空間をチャンバ１２ｃとして提供している。チャンバ１２ｃ内には、ステージ２４が設けられている。ステージ２４は、チャンバ１２ｃ内に配置された基板Ｗを支持するように構成されている。
複数の流量制御器１４の各々は、指定される設定流量に応じて、チャンバ１２ｃに供給するガスの出力流量を調整する装置である。複数の流量制御器１４の各々は、マスフローコントローラ、又は、圧力制御式の流量制御器であり得る。なお、基板処理装置１０が備える流量制御器１４の個数は、一以上の任意の個数であり得る。
複数の流量制御器１４の各々の上流側（一次側）には、一次バルブ２６が設けられている。複数の流量制御器１４の各々は、一次バルブ２６を介してガスソース２８に接続されている。ガスソース２８は、基板処理用のガスのソースである。複数の流量制御器１４の各々の下流側（二次側）には、二次バルブ３０が設けられている。複数の流量制御器１４の各々は、二次バルブ３０及び配管３２を介して、チャンバ１２ｃに接続されている。
第１の圧力センサ２０及び第２の圧力センサ２２は、チャンバ１２ｃの圧力を測定し、当該圧力の測定値を出力するセンサである。第１の圧力センサ２０及び第２の圧力センサ２２の各々は、例えば、キャパシタンスマノメータであり得る。第２の圧力センサ２２は、第１の圧力センサ２０が測定可能な最大圧力よりも高い最大圧力を測定可能である。第１の圧力センサ２０が測定可能な最大圧力は、例えば１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）であり、第２の圧力センサ２２が測定可能な最大圧力は、例えば１３３３００Ｐａ（１０００Ｔｏｒｒ）以上である。
第１の圧力センサ２０には、配管３６ａの一端が接続されている。配管３６ａの他端は、バルブ３８に接続されている。バルブ３８は、例えば、二方弁である。バルブ３８には、配管３６ｂの一端が接続されている。配管３６ｂの他端は、配管４０に接続されている。第２の圧力センサ２２には、配管４２ａの一端が接続されている。配管４２ａの他端は、バルブ４４に接続されている。バルブ４４は、例えば、二方弁である。バルブ４４には、配管４２ｂの一端が接続されている。配管４２ｂの他端は、配管４０に接続されている。配管４０は、チャンバ１２ｃに接続している。したがって、第１の圧力センサ２０及び第２の圧力センサ２２には、チャンバ１２ｃに供給されたガスの一部が到達可能になっている。
圧力制御器１６は、チャンバ１２ｃに接続されている。圧力制御器１６は、例えば自動圧力制御器であり、圧力制御弁を有している。圧力制御器１６の下流側には、バルブ４６が設けられている。圧力制御器１６は、バルブ４６を介して排気装置１８に接続されている。排気装置１８は、ドライポンプ、ターボ分子ポンプといった一以上の排気装置を含み得る。
一実施形態では、基板処理装置１０は、制御部５０を更に備え得る。制御部５０は、基板処理、及び、後述する方法ＭＴの実行において、基板処理装置１０の各部を制御するよう構成されている。制御部５０は、コンピュータ装置であってもよく、プロセッサ５０ｐ、メモリといった記憶装置５０ｓ、キーボードといった入力装置等を備え得る。記憶装置５０ｓには、基板処理においてプロセッサにより実行される制御プログラム、及び、基板処理用のレシピデータが記憶されている。また、記憶装置５０ｓには、方法ＭＴの実行のためのプログラム、及び、方法ＭＴにおいて利用されるデータが記憶されている。
以下、基板処理装置１０の一つの流量制御器１４の出力流量を求める場合を例にとって、方法ＭＴを説明する。方法ＭＴは、制御部５０による基板処理装置１０の各部の制御によって自動的に実行され得る。
方法ＭＴでは、流量制御器１４の出力流量の算出において、チャンバ１２ｃの容積が利用される。チャンバ１２ｃの容積は事前に定められた既知の容積であり得る。方法ＭＴでは、図１に示す一つ目の工程の実行前に、チャンバ１２ｃの容積が求められてもよい。以下、図３を参照しつつ、チャンバ１２ｃの容積を求める処理について説明する。図３は、チャンバの容積を求める処理の一例を示す流れ図である。
図３に示す処理ＳＰは、制御部５０による基板処理装置１０の各部の制御によって自動的に実行され得る。図３に示す処理ＳＰは、工程Ｓ１０１で開始する。工程Ｓ１０１では、チャンバ１２ｃの排気が行われる。具体的に、工程Ｓ１０１では、バルブ３８、バルブ４４、バルブ４６、及び、圧力制御器１６の圧力制御弁が開かれ、排気装置１８が作動される。また、工程Ｓ１０１では、一次バルブ２６が閉じられる。なお、工程Ｓ１０１では、二次バルブ３０は閉じられていても、開かれていてもよい。
続く工程Ｓ１０２では、流量制御器１４に指定される設定流量が決定される。設定流量は、例えば、オペレータによって決定されて、制御部５０に入力される。工程Ｓ１０２において決定される設定流量は、後述する方法ＭＴの工程Ｓ２において決定される設定流量と同一である。
続く工程Ｓ１０３では、圧力センサの選択が行われる。具体的に、工程Ｓ１０３では、設定流量と閾値との比較の結果に応じて、第１の圧力センサ２０又は第２の圧力センサが選択される。なお、工程Ｓ１０３における圧力センサの選択は、後述する方法ＭＴの工程Ｓ３における圧力センサの選択と同様に行われるので、その詳細については、工程Ｓ３に関する後述の説明を参照されたい。
続く工程Ｓ１０４では、チャンバ１２ｃの圧力が到達すべき目標圧力が決定される。工程Ｓ１０４では、工程Ｓ１０２において決定された設定流量に応じて目標圧力が決定される。なお、工程Ｓ１０４における目標圧力の決定は、後述する方法ＭＴの工程Ｓ４における目標圧力の決定と同様に行われるので、その詳細については、工程Ｓ４に関する後述の説明を参照されたい。
続く工程Ｓ１０５では、圧力制御器１６の調整が行われる。具体的には、後述する工程Ｓ１０６においてチャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始された後に、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力となるように、圧力制御器１６の圧力制御弁の開度が調整される。
続く工程Ｓ１０６では、チャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始される。具体的に、工程Ｓ１０６では、一つの流量制御器１４の上流に設けられた一次バルブ２６及び当該流量制御器１４の下流側に設けられた二次バルブ３０が開かれ、当該流量制御器１４が設定流量に応じた出力流量でのガスの出力を開始する。なお、他の流量制御器１４の上流に設けられた一次バルブ２６及び当該他の流量制御器１４の下流側に設けられた二次バルブ３０は閉じられる。
続く工程Ｓ１０７では、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力で安定しているか否かが判定される。工程Ｓ１０７では、例えば、工程Ｓ１０６におけるガスの導入の開始後に所定時間が経過したときに、チャンバ１２ｃの圧力が安定したものと判定される。或いは、工程Ｓ１０７では、第１の圧力センサ２０又は第２の圧力センサ２２によって取得されたチャンバ１２ｃの圧力の測定値から、所定の圧力に対するチャンバ１２ｃの圧力の変動量が求められ、当該変動量が所定値よりも小さい場合に、チャンバ１２ｃの圧力が安定しているものと判定される。工程Ｓ１０７においてチャンバ１２ｃの圧力が安定していないと判定される場合には、チャンバ１２ｃの圧力が安定するまで、工程Ｓ１０７の判定が再び繰り返される。一方、工程Ｓ１０７においてチャンバ１２ｃの圧力が安定していると判定される場合には、処理は工程Ｓ１０８に移行する。
工程Ｓ１０８では、圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられる。続く工程Ｓ１０９では、チャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達したか否かが判定される。具体的には、工程Ｓ１０３において選択された圧力センサによって取得されるチャンバ１２ｃの圧力の測定値が、目標圧力に到達したか否かが判定される。工程Ｓ１０９においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していないと判定される場合には、チャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達するまで、工程Ｓ１０９の判定が再び繰り返される。一方、工程Ｓ１０９においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していると判定される場合には、処理は工程Ｓ１１０に移行する。
工程Ｓ１１０では、サンプリング間隔が決定される。具体的に、工程Ｓ１１０では、圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられた時点からチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達した時点までの期間において、複数且つ所定個のサンプル値（チャンバ１２ｃの圧力の測定値）が得られるようにサンプリング間隔が決定される。例えば、当該期間において１０個のサンプル値が得られるように、サンプリング間隔が決定される。
続く工程Ｓ１１１では、チャンバ１２ｃの排気が行われる。工程Ｓ１１１は、工程Ｓ１０１と同様の工程である。続く工程Ｓ１１２では、圧力制御器１６の調整が行われる。工程Ｓ１１２は、後述する工程Ｓ１１３においてチャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始された後に、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力となるように、圧力制御器１６の圧力制御弁の開度が調整される。
続く工程Ｓ１１３では、チャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始される。工程Ｓ１１３は、工程Ｓ１０６と同様の工程であり、一つの流量制御器１４から設定流量に応じた出力流量でのガスの出力が開始される。続く工程Ｓ１１４では、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力で安定しているか否かが判定される。工程Ｓ１１４は、工程Ｓ１０７と同様の工程である。続く工程Ｓ１１５では、圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられる。工程Ｓ１１５は、工程Ｓ１０８と同様の工程である。
続く工程Ｓ１１６では、工程Ｓ１０３において選択された圧力センサによるチャンバ１２ｃの圧力の測定値の取得、即ち、チャンバ１２ｃの圧力のサンプリングが、工程Ｓ１１０において決定されたサンプリング間隔で行われる。
続く工程Ｓ１１７では、工程Ｓ１１６において取得された圧力の測定値が目標圧力に到達したか否かが判定される。工程Ｓ１１７においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していないと判定される場合には、工程Ｓ１１６のサンプリングが繰り返される。一方、工程Ｓ１１７においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していると判定される場合には、処理は工程Ｓ１１８に移行する。
工程Ｓ１１８では、チャンバ１２ｃの容積Ｖが算出される。チャンバ１２ｃの容積Ｖは、下式（１）により算出される。
Ｖ＝ＫＱ／（ΔＰ／Δｔ） …（１）
（１）式は、気体の状態方程式から導出される式である。（１）式において、Ｑは、流量制御器１４に指定された設定流量である。（１）式において、ΔＰ／Δｔは、時間に対するチャンバ１２ｃの圧力の上昇率である。ΔＰ／Δｔは、工程Ｓ１１６の繰り返しにより取得されたチャンバ１２ｃの圧力の複数個の測定値と、これら複数個の測定値それぞれが取得された複数の時点から求められる。例えば、時間軸と圧力軸を有する直交二軸座標系において、複数の時点のうち一つの時点と複数個の測定値のうち当該一つの時点において取得された測定値を各々が含む複数個のデータに対して、直線をフィッティングし、当該直線の傾きをΔＰ／Δｔとして求めることができる。また、（１）式において、Ｋは、下式（２）で定義される。
Ｋ＝ＲＴ／（２２．４×１０３） …（２）
（２）式において、Ｒは、気体定数であり、６２．３６（Ｔｏｒｒ・ｌ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１）である。また、Ｔは、チャンバ１２ｃにおけるガスの温度であり、チャンバ１２ｃに接続された温度センサによって測定されてもよく、或いは、一定の温度（例えば、２２℃）であってもよい。Ｔが２２℃である場合には、Ｋは０．８２（Ｔｏｒｒ）である。
以下、再び図１を参照して、方法ＭＴについて説明する。方法ＭＴでは、図１に示すように、工程Ｓ１が実行される。工程Ｓ１は、処理ＳＰの工程Ｓ１０１と同様の工程である。続く工程Ｓ２では、流量制御器１４に指定される設定流量が決定される。工程Ｓ２において決定される設定流量は、処理ＳＰの工程Ｓ１０２において決定された設定流量と同一の設定流量である。一実施形態では、工程Ｓ１０２においてオペレータによって制御部５０に入力された設定流量が、工程Ｓ２においても用いられる。
続く工程Ｓ３では、圧力センサの選択が行われる。具体的に工程Ｓ３では、設定流量と閾値との比較の結果に応じて、第１の圧力センサ２０又は第２の圧力センサが選択される。設定流量が閾値よりも小さい場合には、第１の圧力センサ２０が選択される。一方、設定流量が閾値以上である場合には、第２の圧力センサ２２が選択される。閾値は、例えば１０００ｓｃｃｍである。
続く工程Ｓ４では、チャンバ１２ｃの圧力が到達すべき目標圧力が決定される。工程Ｓ４では、工程Ｓ２において決定された設定流量に応じて目標圧力が決定される。目標圧力は、指定される設定流量の大きさに比例して、又は、当該設定流量の大きさに応じて段階的に大きくなるように設定される。例えば、流量に比例して、又は、流量の大きさに応じて段階的に大きくなる目標圧力を出力する関数に、制御部５０により設定流量が入力されることにより、目標圧力が決定される。或いは、制御部５０により、流量と目標圧力との関係を予め規定したテーブル５０ｔが設定流量を用いて参照されることにより、目標圧力が決定される。なお、このテーブル５０ｔは、制御部５０の記憶装置５０ｓに記憶されている。このテーブルは、後述する工程Ｓ１５において圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられる時点からチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達する時点までの期間が所定時間長以上の時間長を有するように、流量と目標圧力との関係を予め規定している。なお、所定時間長は、２０秒以上の時間長であり得る。
続く工程Ｓ５は、処理ＳＰの工程Ｓ１０５と同様の工程である。工程Ｓ５では、圧力制御器１６の調整が行われる。具体的には、後述する工程Ｓ６においてチャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始された後に、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力となるように、圧力制御器１６の圧力制御弁の開度が調整される。
続く工程Ｓ６は、処理ＳＰの工程Ｓ１０６と同様の工程である。工程Ｓ６では、チャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始される。具体的に、工程Ｓ６では、一つの流量制御器１４の上流に設けられた一次バルブ２６及び当該流量制御器１４の下流側に設けられた二次バルブ３０が開かれ、当該流量制御器１４が設定流量に応じた出力流量でのガスの出力を開始する。なお、他の流量制御器１４の上流に設けられた一次バルブ２６及び当該他の流量制御器１４の下流側に設けられた二次バルブ３０は閉じられる。
続く工程Ｓ７は、処理ＳＰの工程Ｓ１０７と同様の工程である。工程Ｓ７では、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力で安定しているか否かが判定される。工程Ｓ７では、例えば、工程Ｓ６におけるガスの導入の開始後に所定時間が経過したときに、チャンバ１２ｃの圧力が安定したものと判定される。或いは、工程Ｓ７では、第１の圧力センサ２０又は第２の圧力センサ２２によって取得されたチャンバ１２ｃの圧力の測定値から、所定の圧力に対するチャンバ１２ｃの圧力の変動量が求められ、当該変動量が所定値よりも小さい場合に、チャンバ１２ｃの圧力が安定しているものと判定される。工程Ｓ７においてチャンバ１２ｃの圧力が安定していないと判定される場合には、チャンバ１２ｃの圧力が安定するまで、工程Ｓ７の判定が再び繰り返される。一方、工程Ｓ７においてチャンバ１２ｃの圧力が安定していると判定される場合には、処理は工程Ｓ８に移行する。
工程Ｓ８は、処理ＳＰの工程Ｓ１０８と同様の工程である。工程Ｓ８では、圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられる。続く工程Ｓ９は、処理ＳＰの工程Ｓ１０９と同様の工程である。工程Ｓ９では、チャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達したか否かが判定される。具体的には、工程Ｓ３において選択された圧力センサによって取得されるチャンバ１２ｃの圧力の測定値が、目標圧力に到達したか否かが判定される。工程Ｓ９においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していないと判定される場合には、チャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達するまで、工程Ｓ９の判定が再び繰り返される。一方、工程Ｓ９においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していると判定される場合には、処理は工程Ｓ１０に移行する。
工程Ｓ１０は、処理ＳＰの工程Ｓ１１０と同様の工程である。工程Ｓ１０では、サンプリング間隔が決定される。具体的に、工程Ｓ１０では、圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられた時点からチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達した時点までの期間において、複数且つ所定個のサンプル値（チャンバ１２ｃの圧力の測定値）が得られるようにサンプリング間隔が決定される。例えば、当該期間において１０個のサンプル値が得られるように、サンプリング間隔が決定される。
続く工程Ｓ１１は、工程Ｓ１と同様の工程である。工程Ｓ１１では、チャンバ１２ｃの排気が行われる。続く工程Ｓ１２は、工程Ｓ５と同様の工程である。工程Ｓ１２では、圧力制御器１６の調整が行われる。工程Ｓ１２では、後述する工程Ｓ１３においてチャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始された後に、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力となるように、圧力制御器１６の圧力制御弁の開度が調整される。
続く工程Ｓ１３は、工程Ｓ６と同様の工程である。工程Ｓ１３では、チャンバ１２ｃに対するガスの導入が開始される。具体的に、工程Ｓ６では、一つの流量制御器１４から設定流量に応じた出力流量でのガスの出力が開始される。続く工程Ｓ１４は、工程Ｓ７と同様の工程である。工程Ｓ１４では、チャンバ１２ｃの圧力が所定の圧力で安定しているか否かが判定される。続く工程Ｓ１５は、工程Ｓ８と同様の工程である。工程Ｓ１５では、圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられる。
続く工程Ｓ１６では、工程Ｓ３において選択された圧力センサによるチャンバ１２ｃの圧力の測定値の取得、即ち、チャンバ１２ｃの圧力のサンプリングが、工程Ｓ１０において決定されたサンプリング間隔で行われる。
続く工程Ｓ１７では、工程Ｓ１６において取得された圧力の測定値が目標圧力に到達したか否かが判定される。工程Ｓ１７においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していないと判定される場合には、工程Ｓ１６のサンプリングが繰り返される。一方、工程Ｓ１７においてチャンバ１２ｃの圧力が目標圧力に到達していると判定される場合には、処理は工程Ｓ１８に移行する。
工程Ｓ１８では、流量制御器１４の出力流量Ｑが算出される。流量制御器１４の出力流量Ｑは、下式（３）により算出される。
Ｑ＝Ｖ／Ｋ×（ΔＰ／Δｔ） …（３）
（３）式は、気体の状態方程式から導出される式である。（３）式において、Ｖは、チャンバ１２ｃの既知の容積である。容積Ｖは、処理ＳＰにより求められた容積であり得る。（３）式において、ΔＰ／Δｔは、時間に対するチャンバ１２ｃの圧力の上昇率である。ΔＰ／Δｔは、工程Ｓ１６の繰り返しにより取得されたチャンバ１２ｃの圧力の複数個の測定値と、これら複数個の測定値それぞれが取得された複数の時点から求められる。例えば、時間軸と圧力軸を有する直交二軸座標系において、複数の時点のうち一つの時点と複数個の測定値のうち当該一つの時点において取得された測定値を各々が含む複数個のデータに対して、直線をフィッティングし、当該直線の傾きをΔＰ／Δｔとして求めることができる。また、（１）式において、Ｋは、式（２）で定義される。式（２）において、Ｔは、チャンバ１２ｃに接続された温度センサによって測定されてもよく、或いは、一定の温度（例えば、２２℃）であってもよい。Ｔが２２℃である場合には、Ｋは０．８２（Ｔｏｒｒ）である。
方法ＭＴでは、第１の圧力センサ２０に加えて、比較的大きい最大圧力を測定可能な第２の圧力センサ２２が用いられている。この方法では、流量制御器１４に指定される設定流量が閾値より大きい場合には、第２の圧力センサ２２が選択され、また、チャンバ１２ｃの圧力が到達すべき目標圧力が大きい圧力に設定される。したがって、チャンバ１２ｃの圧力が圧力制御器１６の圧力制御弁が閉じられた時点の初期の圧力から目標圧力に到達するまでの期間の時間長として十分な時間長が確保される。故に、流量制御器１４が大流量のガスをチャンバに出力する場合であっても、時間に対するチャンバの圧力の上昇率を精度良く求めることが可能となり、ひいては、流量制御器１４の出力流量を精度良く求めることが可能となる。
以下、チャンバにガスを充填する時間長とチャンバの到達圧力の関係に関する二つのシミュレーションの結果について説明する。
第１のシミュレーションでは、２０リットルの容積のチャンバにガスを充填する時間長とチャンバの到達圧力を、ガスの流量をパラメータとして求めた。図４は、第１のシミュレーションの結果を示すグラフである。図４のグラフの横軸は、ガスを充填する時間長であり、縦軸は、チャンバの到達圧力である。
第２のシミュレーションでは、チャンバに３０ｓｌｍの流量のガスを充填する時間長とチャンバの到達圧力を、チャンバの容積をパラメータとして求めた。図５は、第２のシミュレーションの結果を示すグラフである。図５のグラフの横軸は、ガスを充填する時間長であり、縦軸は、チャンバの到達圧力である。
図４に示すように、２０リットルの容積のチャンバに対しては、第１のシミュレーションに用いた流量のうち最も大きい６４０００ｓｃｃｍの流量のガスをチャンバに充填する時間長が２０秒であっても、チャンバの到達圧力は１０００Ｔｏｒｒ以下であった。また、図５に示すように、第２のシミュレーションに用いたチャンバの容積のうち最も小さい１０リットルのチャンバに、３０ｓｌｍの流量のガスを充填する時間長が２０秒であっても、チャンバの到達圧力は１０００Ｔｏｒｒ以下であった。したがって、第２の圧力センサが測定可能な最大圧力が１０００Ｔｏｒｒ（１３３３００Ｐａ）以上である場合には、相当に小さい容積のチャンバに対して流量制御器から相当に大きな流量のガスが供給されても、チャンバの圧力が初期の圧力から最終の到達圧力（目標圧力）に到達するまでの期間の時間長として、十分に長い時間長を確保することが可能であり、ひいては、流量制御器の出力流量を精度良く求めることが可能となることが確認された。
以下、第１の圧力センサ２０と第２の圧力センサ２２のうち一方とチャンバ１２ｃとの間の流路長Ｌｂと、第１の圧力センサ２０と第２の圧力センサ２２のうち他方とチャンバ１２ｃとの間の流路長Ｌｓとが満たすことが望ましい関係について説明する。
チャンバ１２ｃの圧力が、第１の圧力センサ２０の測定可能範囲にあり、且つ、第２の圧力センサ２２の測定可能範囲にある場合には、第１の圧力センサ２０のチャンバ１２ｃの圧力の測定値Ｐ１と第２の圧力センサ２２のチャンバ１２ｃの圧力の測定値Ｐ２は同一であることが望ましい。したがって、流路長Ｌｓと流路長Ｌｂは、理想的には同一である。
しかしながら、基板処理装置１０の部品のレイアウトの都合により、流路長Ｌｂと流路長Ｌｓを同一にできないことがある。流路長Ｌｂと流路長Ｌｓとの間に差がある場合には、チャンバ１２ｃと第１の圧力センサ２０との間の流路のコンダクタンスと、チャンバ１２ｃと第２の圧力センサ２２との間の流路のコンダクタンスに差が生じる。したがって、測定値Ｐ１と測定値Ｐ２との間に差が生じる。方法ＭＴの運用においては、チャンバ１２ｃの圧力が、第１の圧力センサ２０の測定可能範囲にあり、且つ、第２の圧力センサ２２の測定可能範囲にある場合において、測定値Ｐ１と測定値Ｐ２との間の差の許容可能な最大値は１５ｍＴｏｒｒである。
基板処理装置１０の一例では、流路長Ｌｂであるチャンバ１２ｃと第１の圧力センサ２０との間の流路長が２２０．４ｍｍであり、流路長Ｌｓであるチャンバ１２ｃと第２の圧力センサ２２との間の流路長が１２７．０ｍｍであるときに、測定値Ｐ１と測定値Ｐ２との間の差は１３ｍＴｏｒｒであった。この差は、方法ＭＴの運用において許容可能な差である。
以上のことから、以下の式（４）が導出される。
（２２０．４−１２７．０）／１２７．０ ： １３＝ｒ ： １５ …（４）
式（４）において、ｒは０．８４８５である。そして、流路長Ｌｂの最大値であるＬｍａｘは、下記の式（５）から２３４．８ｍｍとなる。
（Ｌｍａｘ−１２７．０）／１２７．０＝０．８４８５ …（５）
また、許容可能なＬｓ／Ｌｂの最小値は、１２７．０／２３４．８から、０．５４となる。
したがって、一実施形態では、流路長Ｌｂ及び流路長Ｌｓは、Ｌｂ≧Ｌｓ、且つ、０．５４≦Ｌｓ／Ｌｂ≦１を満たすように、設定される。また、一実施形態では、流路長Ｌｂは、２３４．８ｍｍ以下であり得る。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法ＭＴにおいて流量制御器１４の出力流量の算出に用いられるチャンバ１２ｃの容積は、処理ＳＰにより求められなくてもよく、方法ＭＴの実行の前に既知である数値であってもよい。
１０…基板処理装置、１２…チャンバ本体、１２ｃ…チャンバ、１４…流量制御器、１６…圧力制御器、１８…排気装置、２０…第１の圧力センサ、２２…第２の圧力センサ、５０…制御部。

Claims (7)

  1. 基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法であって、
    前記基板処理装置は、
    その中で基板を処理するためのチャンバを提供するチャンバ本体と、
    指定される設定流量に応じて前記チャンバに供給するガスの出力流量を制御する前記流量制御器と、
    前記チャンバに接続された圧力制御器と、
    前記圧力制御器を介して前記チャンバに接続された排気装置と、
    前記チャンバの圧力を測定する第１の圧力センサと、
    前記チャンバの圧力を測定する第２の圧力センサであり、前記第１の圧力センサが測定可能な最大圧力よりも高い最大圧力を測定可能な該第２の圧力センサと、
    を備え、
    該方法は、
    前記流量制御器に指定される設定流量に応じて、前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサから圧力センサを選択する工程であり、前記設定流量が閾値よりも小さい場合に前記第１の圧力センサを選択し、前記設定流量が前記閾値以上である場合に前記第２の圧力センサを選択する、該工程と、
    前記設定流量に応じて前記チャンバの圧力が到達すべき目標圧力を決定する工程であり、該目標圧力は前記設定流量の大きさに比例して、又は、該設定流量の大きさに応じて段階的に大きくなるように決定される、該工程と、
    前記流量制御器から前記チャンバに、前記設定流量に応じた流量でガスの導入を開始させる工程と、
    前記圧力制御器を閉じる工程と、
    前記圧力制御器を閉じた時点から前記チャンバの圧力が前記目標圧力に到達した時点までの期間において、選択された前記圧力センサによって測定された前記チャンバの圧力の測定値から導出される、時間に対する該チャンバの圧力の上昇率を用いて、前記流量制御器の出力流量を算出する工程と、
    を含む方法。
  2. 基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法であって、
    前記基板処理装置は、
    チャンバを提供するチャンバ本体と、
    指定される設定流量に応じて前記チャンバに供給するガスの出力流量を制御する前記流量制御器と、
    前記チャンバに接続された圧力制御器と、
    前記圧力制御器を介して前記チャンバに接続された排気装置と、
    前記チャンバの圧力を測定する第１の圧力センサと、
    前記チャンバの圧力を測定する第２の圧力センサであり、前記第１の圧力センサが測定可能な最大圧力よりも高い最大圧力を測定可能な該第２の圧力センサと、
    を備え、
    該方法は、
    前記流量制御器に指定される設定流量に応じて、前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサから圧力センサを選択する工程であり、前記設定流量が閾値よりも小さい場合に前記第１の圧力センサを選択し、前記設定流量が前記閾値以上である場合に前記第２の圧力センサを選択する、該工程と、
    前記設定流量に応じて前記チャンバの圧力が到達すべき目標圧力を決定する工程であり、該目標圧力は前記設定流量の大きさに比例して、又は、該設定流量の大きさに応じて段階的に大きくなるように決定される、該工程と、
    前記流量制御器から前記チャンバに、前記設定流量に応じた流量でガスの導入を開始させる工程と、
    前記圧力制御器を閉じる工程と、
    前記圧力制御器を閉じた時点から前記チャンバの圧力が前記目標圧力に到達した時点までの期間において、選択された前記圧力センサによって測定された前記チャンバの圧力の測定値から導出される、時間に対する該チャンバの圧力の上昇率を用いて、前記流量制御器の出力流量を算出する工程と、
    を含み、
    前記目標圧力は、前記期間が所定時間長以上の時間長を有するように流量と目標圧力との関係を予め規定するテーブルを、前記設定流量を用いて参照することにより決定される、方法。
  3. 前記期間において前記チャンバの圧力の複数個且つ所定個の測定値が得られるように、サンプリング間隔を決定する工程を更に含み、
    前記圧力の上昇率は、選択された前記圧力センサによって、前記期間において前記サンプリング間隔で測定された前記チャンバの圧力の複数の測定値から導出される、
    請求項２に記載の方法。
  4. 基板処理装置の流量制御器によって出力されるガスの出力流量を求める方法であって、
    前記基板処理装置は、
    チャンバを提供するチャンバ本体と、
    指定される設定流量に応じて前記チャンバに供給するガスの出力流量を制御する前記流量制御器と、
    前記チャンバに接続された圧力制御器と、
    前記圧力制御器を介して前記チャンバに接続された排気装置と、
    前記チャンバの圧力を測定する第１の圧力センサと、
    前記チャンバの圧力を測定する第２の圧力センサであり、前記第１の圧力センサが測定可能な最大圧力よりも高い最大圧力を測定可能な該第２の圧力センサと、
    を備え、
    該方法は、
    前記流量制御器に指定される設定流量に応じて、前記第１の圧力センサ及び前記第２の圧力センサから圧力センサを選択する工程であり、前記設定流量が閾値よりも小さい場合に前記第１の圧力センサを選択し、前記設定流量が前記閾値以上である場合に前記第２の圧力センサを選択する、該工程と、
    前記設定流量に応じて前記チャンバの圧力が到達すべき目標圧力を決定する工程であり、該目標圧力は前記設定流量の大きさに比例して、又は、該設定流量の大きさに応じて段階的に大きくなるように決定される、該工程と、
    前記流量制御器から前記チャンバに、前記設定流量に応じた流量でガスの導入を開始させる工程と、
    前記圧力制御器を閉じる工程と、
    前記圧力制御器を閉じた時点から前記チャンバの圧力が前記目標圧力に到達した時点までの期間において、選択された前記圧力センサによって測定された前記チャンバの圧力の測定値から導出される、時間に対する該チャンバの圧力の上昇率を用いて、前記流量制御器の出力流量を算出する工程と、
    を含み、
    前記期間において前記チャンバの圧力の複数個且つ所定個の測定値が得られるように、サンプリング間隔を決定する工程を更に含み、
    前記圧力の上昇率は、選択された前記圧力センサによって、前記期間において前記サンプリング間隔で測定された前記チャンバの圧力の複数の測定値から導出される、方法。
  5. 前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサのうち一方と前記チャンバとの間の流路長Ｌｂ、及び、前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサのうち他方と前記チャンバとの間の流路長Ｌｓは、Ｌｂ≧Ｌｓ、且つ、０．５４≦Ｌｓ／Ｌｂ≦１を満たす、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記Ｌｂは２３４．８ｍｍ以下である、請求項５に記載の方法。
  7. 前記第２の圧力センサが測定可能な最大圧力は、１３３３００Ｐａ以上である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
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