JP7376959B2 - ガス供給量測定方法およびガス供給量制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス供給量測定方法およびガス供給量制御方法に関し、特に、気化部において生成されてパルス的に供給されるガスの供給量測定方法およびこれを用いたガス供給量制御方法に関する。

半導体製造設備又は化学プラント等において、原料ガスやエッチングガスなどの種々のプロセスガスがプロセスチャンバへと供給される。供給されるガスの流量を制御する装置としては、マスフローコントローラ（熱式質量流量制御器）や圧力式流量制御装置が知られている。

圧力式流量制御装置は、コントロール弁とその下流側の絞り部（例えばオリフィスプレートや臨界ノズル）とを組み合せた比較的簡単な構成によって、各種流体の質量流量を高精度に制御することができる。圧力式流量制御装置は、一次側の供給圧力が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという、優れた流量制御特性を有している（例えば、特許文献１）。

圧力式流量制御装置に用いられる流量制御用のコントロール弁としては、ピエゾ素子駆動式バルブ（以下、ピエゾバルブと称することがある）が用いられている。ピエゾバルブは、ピエゾアクチュエータによってダイヤフラム弁体を開閉させるように構成されており、高い応答性を有している。圧力式流量制御装置において、コントロール弁の開度は、例えば、上流圧力Ｐ１を測定する圧力センサの出力に基づいてフィードバック制御され、絞り部の下流側に流れるガスの流量を適切に制御することができる。

近年、半導体製造プロセスにおいて、シリコン窒化膜（ＳｉＮ_x膜）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）などの絶縁膜の形成のために、ＨＣＤＳ（Ｓｉ₂Ｃｌ₆：Ｈｅｘａｃｈｌｏｒｏｄｉｓｉｌａｎｅ）ガスを、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスによって供給することが行われている。ＨＣＤＳは、低温で分解・反応させることができる材料であり、例えば４５０～６００℃での低温半導体製造プロセスを実現させる。

ただし、ＨＣＤＳは、室温では液体（沸点：約１４４℃）であるので、液体のＨＣＤＳを、気化供給装置を用いて気化してから、ガスとしてプロセスチャンバンに供給することがある。本出願人は、特許文献２において、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）等の有機金属ガスやＨＣＤＳの気化供給を適切に行うための気化供給装置を開示している。この気化供給装置によれば、液体原料は、気化供給装置の気化室に圧送され、ヒータによって加熱され、気化した原料ガスは、気化室の下流側に設けられた圧力式流量制御装置によって流量が制御されてプロセスチャンバへと供給される。

特許第３５４６１５３号公報 国際公開第２０１９／０２１９４８号 国際公開第２０１３／１７９５５０号

ＡＬＤプロセスによるシリコン窒化膜の成膜においては、例えば、ＨＣＤＳガス、パージガス、アンモニアガス、パージガスが短時間（例えば１秒から１０秒）ずつ順々にプロセスチャンバに供給する工程が繰り返される。このように、ＡＬＤプロセスでは、短時間でのパルス的なガス供給が必要になるが、絞り部や圧力センサを用いる上記の圧力式流量制御装置では、ＡＬＤプロセスには対応しづらいときもあった。また、パルス流量制御では、１パルスで供給されるガスの供給量（体積や物質量）が適切に制御されることが望まれていた。

また、気化供給装置の気化部または気化装置において生成されたガスを、比較的大流量でパルス的に供給する場合がある。この場合に、圧力式流量制御装置では絞り部によって流量が制限されるため、比較的大流量でガスを流しにくいことがあった。また、上記のような有機金属ガスやＨＣＤＳガスの供給を行うためには、再液化防止のために供給路の全体を高温（例えば２００℃）に保つ必要があるため、高温ガスであっても流量を測定できることが求められていた。

したがって、気化装置から高温のガスを供給する場合に、特に大流量でのパルスガス供給を適切に制御するという課題があった。このためには、従来の圧力式流量制御装置のように、コントロール弁と絞り部との間に設けた上流圧力センサを用いて流量測定および流量制御を行うのではなく、できるだけ簡便な他の方式によって流量やガス供給量の測定を行うことができることが有利であった。

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、気化装置から供給されるガスの供給量を測定する方法およびこれを用いたガス供給量制御方法を提供することをその主たる目的とする。

本発明の実施態様に係るガス供給量測定方法は、気化部と、前記気化部の下流側に設けられたコントロール弁と、前記気化部と前記コントロール弁との間の供給圧力を測定する供給圧力センサとを備えるガス供給系において行われ、前記コントロール弁を閉じた状態で前記供給圧力センサを用いて初期供給圧力を測定するステップと、前記コントロール弁を所定時間だけ開くステップと、前記コントロール弁を所定時間だけ開いているときに、前記初期供給圧力からの圧力降下が開始された時刻から前記所定時間が経過したあとの時刻までの間において、前記供給圧力を複数回測定するステップと、複数の前記供給圧力の測定値に基づいて、前記コントロール弁を所定時間だけ開いたときのガス供給量を演算により求めるステップとを含む。

ある実施形態において、前記ガス供給量を演算により求めるステップは、前記供給圧力の測定値に基づいて算出された流量を積算することによって前記ガス供給量を算出するステップを含む。

ある実施形態において、前記ガス供給量を演算により求めるステップは、初期供給圧力Ｐ０ｉと、前記複数の供給圧力の測定値Ｐ（ｔｎ）とに基づいて下記式によってガス供給量ΣＱ（ｔｎ）・ｄｔを求めるステップを含み、下記式において、Ｑ（ｔｎ）は時刻ｔｎにおける流量、ｄｔはサンプリング周期、Ｑｉは初期供給圧力Ｐ０ｉおよび前記コントロール弁のＣｖ値に基づいて求められる初期流量、Ｐ０（ｔｎ）は、時刻ｔｎにおける供給圧力である。
ΣＱ（ｔｎ）・ｄｔ＝ΣＱｉ×（Ｐ０（ｔｎ）／Ｐ０ｉ）・ｄｔ

ある実施形態において、前記コントロール弁を所定時間だけ開くとき、前記コントロール弁は、最大設定流量に対応する最大開度に開かれる。

ある実施形態において、前記コントロール弁は、ピエゾバルブである。

ある実施形態において、前記気化部において気化されるガスは、Ｓｉ₂Ｃｌ₆である。

本発明の実施形態に係るガス供給量制御方法は、パルス流量制御信号に基づいて、コントロール弁を所定時間だけ１パルス分開くステップと、上記いずれかの測定方法によって、１パルス分のガス供給量を測定するステップと、測定されたガス供給量と予め設定された所望ガス供給量との比較結果に基づいてパルス流量制御信号を補正するステップと、前記補正されたパルス流量制御信号に基づいて、コントロール弁を所定時間だけ１パルス分開くステップとを含む。

ある実施形態において、１パルス分のガス供給量を測定するステップは、複数回のパルスガス供給を行うプロセスにおける最初のパルスガス供給について行われ、その後のパルスガス供給を行うときには、前記補正されたパルス流量制御信号が用いられる。

本発明の実施形態に係るガス供給量測定およびガス供給量制御方法によれば、気化装置で生成された比較的高温のガスをパルス的に供給する場合においても、比較的簡便な方法でガス供給量を測定および制御することができ、比較的大流量でのガス供給にも適用できる。

本発明の実施形態に係るガス供給量測定方法が行われるガス供給系を例示的に示す図である。 本発明の実施形態に係るガス供給量測定方法が行われるより具体的なガス供給系を例示的に示す図である。 本発明の実施形態に係るガス供給量測定方法を実施するときの、流量設定信号（コントロール弁の開閉信号）Ｓｖおよび気化室内の供給圧力Ｐ０の時間変化を示すグラフである。 （ａ）は、図３に示したグラフにおける供給圧力Ｐ０の降下期間を拡大して示すグラフであり、（ｂ）は時間積分したＰ０の大きさ（面積）を示す。 図３に示したグラフにおける供給圧力Ｐ０の回復期間を拡大して示すグラフである。 本発明の実施形態に係るガス供給量測定方法の例示的なフローチャートを示す。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態のガス供給量測定方法およびガス供給量制御方法が実施されるガス供給系１００の一例を示す。ガス供給系１００は、液体原料ソース２から気化供給装置４に圧送された液体原料Ｌを、気化供給装置４において気化し、プロセスチャンバ６にガスＧとして供給するように構成されている。プロセスチャンバ６には、真空ポンプ８が接続されており、プロセスチャンバ６内およびプロセスチャンバ６に接続されるガス流路を真空引きすることができる。図１において、液体流路を白抜き線で示し、ガス流路を太線で示している。

液体原料ソース２としては、例えば、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）などの有機金属や、ＨＣＤＳ（Ｓｉ₂Ｃｌ₆）などが挙げられる。以下の実施形態では、ＨＣＤＳを気化させて供給する例について説明する。ＨＣＤＳの沸点は約１４４℃であり、１９０℃における蒸気圧は約２５０ｋＰａである。

本実施形態の気化供給装置４は、気化部（または気化装置）１０と、気化部１０の下流側に設けられたコントロール弁１２とを備えている。気化部１０には、図示しないヒータが設けられており、気化部１０において、液体原料Ｌを気化させることができる。ヒータとしては、ジャケットヒータや、伝熱部材としてのアルミニウム板にカートリッジヒータを埋設したヒータ（例えば特許文献２に記載のヒータ）を用いることができる。

気化した原料は、コントロール弁１２の開度に応じて、任意流量でプロセスチャンバ６に供給される。コントロール弁１２としては、例えば、ピエゾアクチュエータによってダイヤフラム弁体を開閉させるように構成されたピエゾバルブを用いることができる。ピエゾバルブは、ピエゾ素子に印加する駆動電圧を制御することにより、任意開度に開くことができるように構成されている。

また、本実施形態の気化供給装置４は、気化部１０の上流側の液体補充バルブ１６、コントロール弁１２の下流側のストップバルブ１８、および、気化部１０内のガス圧力（供給圧力Ｐ０）を測定する供給圧力センサ１４を備えている。液体補充バルブ１６およびストップバルブ１８としては、ＡＯＶ（空気駆動弁）などが好適に用いられる。供給圧力センサ１４としては、高温耐性を有する圧力センサが好適に用いられる。

気化供給装置４において、コントロール弁１２またはストップバルブ１８をパルス的に開閉することによって、パルス的にガス供給を行うことができる。

気化部１０への液体原料の供給量は、液体補充バルブ１６の開閉間隔や開時間などを調整することによって制御することができる。プロセスチャンバ６へのガス供給の停止は、ストップバルブ１８を用いて確実に行うことができる。ストップバルブ１８とコントロール弁１２との間には三方弁が設けられていてもよく、三方弁を用いれば、所望のタイミングで、原料ガスとパージガスとを切り替えて流すこともできる。

図２は、気化供給装置４のより具体的な構成を示す。図２に示す気化供給装置４は、気化部１０および液体補充バルブ１６の上流側において、予加熱部２０を有している。予加熱部２０は、気化部１０における気化を補助するために設けられ、予め液体原料を加熱しておくことによって、気化部１０における必要熱量を低下させ、また、気化潜熱による気化時の温度低下を抑制することができる。

予加熱部２０と気化部１０とには、図示しないそれぞれのヒータが設けられている。また、コントロール弁１２によって構成される流量制御部にも、別のヒータ（図示せず）が設けられている。予加熱部２０、気化部１０および流量制御部（コントロール弁１２を含む流路）を、それぞれ異なる温度に制御することが可能であり、典型的には、予加熱部２０より気化部１０が高温に維持され、また、再液化防止のために流量制御部は気化部１０より高温に維持される。ＨＣＤＳの気化を行う場合、気化部１０のヒータは、例えば１８０～２００℃の温度に設定される。

図２に示す気化供給装置４では、コントロール弁１２の下流側は、ガスケット１３を介してストップバルブ１８に接続されている。これによって、絞り部を同位置に有する圧力式流量制御装置に比べて、より大流量でガスを流しやすい。また、図２に示す気化供給装置４では、コントロール弁１２の下流側の圧力Ｐ１を測定する下流圧力センサ１５が設けられているが、後述する本実施形態の測定方法に従ってガス供給量の測定を行う場合、下流圧力センサ１５は必ずしも必要ではない。ただし、本実施形態のガス供給量測定方法は、絞り部や下流圧力センサ１５を有する圧力式流量制御装置によって流量やガス供給量を制御するガス供給系においても実施し得る。

気化供給装置４としては、本出願人による国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２０２０／０３３３９５号に開示される縦型構成を採用することもできる。縦型構成において、予加熱部、気化部、および流量制御部は、縦３段に重ねて配置される。また、図２には、予加熱部２０、気化部１０およびコントロール弁１２（流量制御部）等が共通のベース台上に一体的に設けられた構成が示されているが、これらの構成要素は互いに隔離して配置されていてもよい。

上記のように大流量でガスを流すために絞り部を排除した場合、コントロール弁１２の開度は、入力された流量設定信号に基づいて、オープンループ制御されてもよい。また、後述するように、パルス流量制御を行うときには、最初にガスを流したときの１パルス分のガス供給量の測定結果に基づいて、コントロール弁１２の開度や開閉時間を調節するようにしてもよい。測定された流量に基づいてコントロール弁１２の制御信号を補正することによって、所望のパルス流量（ガス供給量）でのガス供給を行うことが可能である。

以上のように構成されたガス供給系１００において、コントロール弁１２の下流側におけるガス供給量の測定を行うが、本実施形態では、コントロール弁１２を閉から開にした後の供給圧力センサ１４の出力（すなわち供給圧力Ｐ０の測定結果）に基づいて、ガス供給量を測定する。以下、具体的に説明する。

図３は、ガス供給量の測定を行うときの、コントロール弁１２の開閉信号（流量設定信号）Ｓｖおよび対応する供給圧力Ｐ０の時間変化を示す。図４（ａ）、（ｂ）は、図３における供給圧力Ｐ０の降下時期を時間軸方向に拡大して示し、図５は、図３における供給圧力Ｐ０の回復時期を時間軸方向に拡大して示す。

図３、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ガス供給量測定前の状態において、コントロール弁１２は閉じられており、供給圧力Ｐ０は、初期供給圧力Ｐ０ｉに維持されている。初期供給圧力Ｐ０ｉは、気化させる材料とヒータの設定温度とによって変化し、例えばＨＣＤＳが１９０℃で飽和状態に維持されているときは、当該温度での蒸気圧である約２５０ｋＰａ ａｂｓに維持される。

また、ガス供給量測定中、液体補充バルブ１６は閉じた状態に維持されており、液体原料の追加は行われない。一方、ストップバルブ１８は開放状態に維持されており、コントロール弁１２の下流側は典型的には真空圧（例えば１００Ｔｏｒｒ以下）に維持されている。

次に、図３および図４（ａ）、（ｂ）に示すように、コントロール弁１２が所定時間（ここでは１秒間）開かれることによって、コントロール弁１２の上流側にたまっていたガスが、コントロール弁１２を介して下流側に流出する。このとき、本実施形態では、コントロール弁１２は、流量設定信号Ｓｖに従って、最大開度（１００％流量設定（ＩＮ１００％）に対応する開度）まで開かれる。

コントロール弁１２が開かれている期間、供給圧力センサ１４によって測定される供給圧力Ｐ０は、ガスの流出とともに低下する。本実施形態では、この降下する供給圧力Ｐ０を所定のサンプリング周期（例えば１０ｍ秒）ごとに測定し、その結果を、メモリに格納する。そして、測定された供給圧力Ｐ０に基づいて、コントロール弁の開放時間である所定時間Δｔに対応する積算によるガス供給量を求める。この１パルス分に対応するガス供給量（ガス供給体積やガス供給質量）は、図４（ｂ）に示すように、供給圧力Ｐ０の積分値ＰＳに対応するものである。

ただし、積算ガス供給量を求める期間は、実際の供給圧力Ｐ０の低下が確認された時刻ｔ１から、所定時間Δｔが経過した時刻ｔ２までの期間とする。これは、コントロール弁１２の実際の開閉は、バルブ制御信号から多少遅れて生じることもあるため、実際の圧力降下を確認してから所定期間の積算ガス供給量を求めた方が、より適切なデータが得られるからである。

以下、供給圧力Ｐ０に測定に基づいて、１パルス分のガス供給量を測定する方法の具体例を説明する。

まず、コントロール弁１２を最大開度に開いたときのＣｖ値（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｆｌｏｗ）が予め求められる。Ｃｖ値は、バルブにおける流体の流れやすさを示す一般的な指標であり、バルブの一次側圧力および二次側圧力が一定であるときの、バルブを流れるガスの流量に対応するものである。バルブ二次側圧力≦バルブ一次側圧力／２の条件下（臨界膨張条件下）において、ガスの流量Ｑ（ｓｃｃｍ）は、Ｃｖ値を用いて例えば以下の式（１）によって与えられる。なお、本実施形態において、バルブ一次側圧力は供給圧力Ｐ０であり、バルブ二次側圧力はバルブ下流側の圧力Ｐ１である。
Ｑ＝３４５００・Ｃｖ・Ｐ０／（Ｇｇ・Ｔ）^1/2 ・・・（１）

上記式（１）において、Ｑは流量（ｓｃｃｍ）、Ｇｇは気体の比重、Ｐ０は供給圧力すなわちバルブの一次側圧力（ｋＰａ ａｂｓ）、Ｔは温度（Ｋ）である。ＨＣＤＳの比重Ｇｇは、約９．３３６である。上記のように、供給圧力Ｐ０が、下流側の圧力Ｐ１の２倍以上大きい条件下において、ガス温度Ｔが一定であれば、流量Ｑは、供給圧力Ｐ０に比例するものと考えられる。

また、Ｃｖ値は、バルブの流路断面積Ａと縮流係数（縮流比）αとを用いて表すことができ、ここで、ピエゾバルブを最大開度に開いたときの流路断面積Ａを、シート径Ｄ（例えば、約６ｍｍ）、弁体リフト量Ｌ（例えば、約５０μｍ）を用いてＡ＝πＤＬと仮定すると、下記の式（２）で与えられる。
Ｃｖ＝Ａ・α／１７＝πＤＬ・α／１７ ・・・（２）

したがって、バルブのＣｖ値がわかっていれば、上記の式（１）に基づいて、供給圧力Ｐ０に基づく流量Ｑを求めることができる。なお、Ｃｖ値は、上記式（２）によるものに限られず、他の方法によって求められても良い。例えば、バルブ下流側に設けた流量計によって測定した実測流量Ｑでガスが流れているときの供給圧力Ｐ０の測定結果に基づいて、Ｃｖ値を求めておくこともできる。

このため、供給圧力Ｐ０の測定結果から、各時刻における流量Ｑ（ｔ）が求められ、各微小時間ｄｔ（ここではサンプリング周期）におけるガス供給量は、Ｑ（ｔ）・ｄｔとなる。例えば、初期供給圧力Ｐ０ｉの測定結果に基づいて、上記式（１）からバルブのＣｖ値を用いて初期流量Ｑｉを算出するとともに、時刻ｔにおける初期供給圧力Ｐ０ｉに対する測定圧力Ｐ０（ｔ）の比を、初期流量Ｑｉに乗じる、すなわち、Ｑ（ｔ）＝Ｑｉ×（Ｐ０（ｔ）／Ｐ０ｉ）に従って、各時刻の流量Ｑ（ｔ）と、微小時間ｄｔ間に流れたガス供給量（体積や物質量など）Ｑ（ｔ）・ｄｔが求められる。

そして、コントロール弁１２を所定時間Δｔだけ開いたときの１パルスにおけるガス供給量は、サンプリングごとの時刻ｔｎ（ｎは自然数）における流量をＱ（ｔｎ）とすると、ΣＱ（ｔｎ）・ｄｔ＝Ｑ（ｔ１）・ｄｔ＋Ｑ（ｔ２）・ｄｔ＋・・・＋Ｑ（ｔｎ）・ｄｔと表すことができる。また、時刻ｔｎにおける供給圧力Ｐ０（ｔｎ）を用いると、下記の式（３）で表すことができる。
ΣＱ（ｔｎ）・ｄｔ
＝ΣＱｉ×（Ｐ０（ｔｎ）／Ｐ０ｉ）・ｄｔ
＝（Ｑｉ・ｄｔ／Ｐ０ｉ）×（Ｐ０（ｔ１）＋Ｐ０（ｔ２）＋・・・＋Ｐ０（ｔｎ）） ・・・（３）

ここで、サンプリング周期ｄｔ、サンプル数ｎを用いると、上記の所定時間Δｔは、Δｔ＝ｎ×ｄｔと表すことができる。したがって、ΣＱ（ｔｎ）・ｄｔ＝（１／ｎ）・（Ｑ（ｔ１）＋Ｑ（ｔ２）＋・・・＋Ｑ（ｔｎ））・Δｔと記載できる。このようにして、所定時間Δｔにわたっての供給圧力Ｐ０の多数回（ｎ回）の測定によって、所定時間Δｔに対応する積算ガス供給量を求めることができる。なお、上記式（１）および（３）からわかるように、Ｑ（ｔ１）＋Ｑ（ｔ２）＋・・・＋Ｑ（ｔｎ）は、測定した供給圧力Ｐ０の積分値ＰＳに関連する大きさとなる。

上記の所定時間Δｔが１秒間のとき、サンプリング周期ｄｔは、例えば１０ｍ秒に設定され、このときのサンプル数ｎは１００となる。ただし、これに限られず、サンプリング周期ｄｔおよびサンプル数ｎは任意に設定されてよい。ただし、サンプリング周期ｄｔが短いほど、より正確に積算ガス供給量を求めることができるので、サンプリング周期ｄｔは５０ｍ秒以下（サンプル数２０以上）であることが好ましく、２０ｍ秒以下（サンプル数５０以上）であることがより好ましい。ただし、サンプル数が大きすぎると演算処理の負荷が増大するので、サンプリング周期ｄｔは５ｍ秒以上（サンプル数２００以下）であることが好ましい。もちろん、所定時間Δｔの大きさに応じて、サンプリング周期ｄｔやサンプル数ｎの値を適宜設定してよい。

以上のようにして、本実施形態のガス供給量測定方法によれば、所定時間Δｔにわたる供給圧力Ｐ０の測定結果から、気化部１０からコントロール弁１２を介して供給される１パルス分に対応するガス供給量（積算ガス供給量）を求めることができる。

なお、上記には、コントロール弁１２を所定期間だけ最大設定開度にまで開く態様を説明したがこれに限られない。コントロール弁１２は、最大ではない任意開度に開くように操作されてもよい。ただし、上記のようにして積算ガス供給量を求める場合、任意開度に対応するＣｖ値が求められることが好適であり、例えば、上記式（２）における弁体リフト量Ｌを開度に応じた値に変更することによって、当該開度でのＣｖ値を求め得る。

なお、本出願人による特許文献３には、圧力式流量制御装置の上流側に設けた開閉弁を用いて、コントロール弁の上流側の圧力（供給圧力Ｐ０）の測定により、ビルドダウン方式で流量を監視する方法が開示されている。ただし、特許文献３は、供給圧力Ｐ０の初期の低下のみを検出して、圧力式流量制御装置の下流側には一定の流量でガスを流しながら流量測定を行う方法が開示するのみであり、パルス流量制御における１パルスに対応するガス供給量を測定する方法を開示していないことに留意されたい。

上記のようにして１パルス分のガス供給が終了した後、流量設定信号Ｓｖが０％に変化するのに従ってコントロール弁１２が閉じられた状態となる。このとき、図３および図５に示すように、供給圧力Ｐ０は回復し、典型的には、初期供給圧力Ｐ０ｉに戻ることになる。

なお、供給圧力Ｐ０の回復が、流量設定信号Ｓｖの立下りから少し遅れて開始されているが、これは、コントロール弁１２に実際に与えられる制御信号は遅延を含んでおり、流量設定信号Ｓｖの立下りからしばらくの間はコントロール弁１２が完全な遮断状態になっていなかったためと考えられる。通常、実際にコントロール弁１２が閉じられた後は、供給圧力Ｐ０は即座に回復し始める。

以下、ガス供給量測定処理フローの具体例を説明する。図６は、ガス供給量測定のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１に示すように、コントロール弁１２（ＣＶ）が閉じられた状態で、液体補充バルブ１６（ＬＶ）が所定時間だけ開かれる。これによって、所定量の液体原料が気化部に供給される。供給された原料は、ヒータによって加熱され気化される。

次に、ステップＳ２に示すように、ヒータ温度が一定に維持された状態で、初期供給圧力Ｐ０ｉが測定される。気化部に十分な液体原料が供給されている場合、原料の種類およびヒータ温度に応じた圧力（蒸気圧）が検出される。ただし、気化部に供給された液体原料の量によっては、蒸気圧以下の圧力が検出されることもあり得る。

次に、ステップＳ３に示すように、液体補充バルブＬＶの閉鎖状態を維持したまま、コントロール弁ＣＶを開放する。コントロール弁ＣＶは、ここでは最大開度にまで開かれる。コントロール弁ＣＶが開かれることによって、上記のようにバルブのＣｖ値と初期供給圧力Ｐ０ｉとに基づく流量で、ガスがコントロール弁を介して下流側に流れ出す。

ここで、ステップＳ４において、供給圧力Ｐ０を測定・監視し、供給圧力Ｐ０が実際に低下し始める時刻ｔ１、すなわち、測定した供給圧力Ｐ０と初期供給圧力Ｐ０ｉとの差が閾値を超える時刻ｔ１を特定する。そして、この時刻ｔ１をＰ０圧力降下開始時刻に設定する。また、この時刻ｔ１から所定時間Δｔが経過した時刻ｔ２を、測定終了時を示す所定時刻ｔ２に設定する。

その後、ステップＳ５およびステップＳ６に示すように、開始時刻ｔ１から所定時刻ｔ２（＝ｔ１＋Δｔ）に達するまでの間、供給圧力Ｐ０の値をサンプリング周期ごとにメモリに格納する。この供給圧力Ｐ０の測定および記録は、所定時刻ｔ２に到達するまで、繰り返して実行される。

そして、所定時刻ｔ２に達したときは、ステップＳ７に示すように、供給圧力Ｐ０の測定結果から、積算ガス供給量が演算により求められる。これによって、１パルス分に対応するガス供給量が得られる。なお、図６に示すフローチャートには、コントロール弁ＣＶが閉じられるステップが記載されていないが、このステップは、コントロール弁ＣＶが開いた時刻から所定時間Δｔが経過したときに、積算ガス供給量を求めるフローと並列して適宜実行される。

以上、本実施形態によるガス供給量測定方法を説明したが、本方法によって測定されたガス供給量に基づいて、コントロール弁１２（ＣＶ）の制御信号を補正するようにしてもよい。以下、具体的に説明する。

まず、プロセス開始時の最初の１パルスガス供給の際に、所定のパルス流量制御信号（バルブ開閉指令）に基づいてコントロール弁１２の開閉を行うとともに、上記のガス供給量測定方法によって１パルス分のガス供給量が測定される。そして、測定されたガス供給量が、所望の設定ガス供給量に対して有意な差を有する場合、次の１パルスガス供給からは、パルス流量制御信号を補正して、コントロール弁１２の開閉動作を制御する。

例えば、測定されたガス供給量が、予め設定された所望量に対して大きい場合、その大きさに応じて、コントロール弁１２の開時間およびコントロール弁１２の開度のうちの少なくともいずれか一方をより小さい値に設定する。これにより、次の１パルスガス供給におけるガス供給量を減少させることができ、所望量でのガス供給を行うことができる。

一方、測定されたガス供給量が所望量に対して小さい場合、コントロール弁１２の開時間およびコントロール弁１２の開度のうちの少なくともいずれか一方をより大きい値に設定する。これにより、次の１パルスガス供給におけるガス供給量を増加させることができ、所望量でのガス供給を行うことができる。

上記のバルブ開閉指令の補正は、最初の１パルスガス供給の際に実行するだけでなく、２回目以降も行うようにしてもよい。これにより、補正を繰り返して、所望量での１パルスガス供給をより確実に行うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態によるガス供給量測定方法およびガス供給量制御方法を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

本発明の実施形態によるガス供給量測定方法およびガス供給量制御方法は、例えば、ガス供給システムにおいてパルス流量制御を行うときに好適に利用される。

２ 液体原料ソース
４ 気化供給装置
６ プロセスチャンバ
８ 真空ポンプ
１０ 気化部
１２ コントロール弁
１４ 供給圧力センサ
１６ 液体補充バルブ
１８ ストップバルブ
２０ 予加熱部

Claims (7)

1. 気化部と、前記気化部の下流側に設けられたコントロール弁と、前記気化部と前記コントロール弁との間の供給圧力を測定する供給圧力センサとを備えるガス供給系において行われるガス供給量測定方法であって、
   前記コントロール弁を閉じた状態で前記供給圧力センサを用いて初期供給圧力を測定するステップと、
   前記コントロール弁を所定時間だけ開くステップと、
   前記コントロール弁を所定時間だけ開いているときに、前記初期供給圧力からの圧力降下が開始された時刻から前記所定時間が経過したあとの時刻までの間において、前記供給圧力を複数回測定するステップと、
   複数の前記供給圧力の測定値に基づいて、前記コントロール弁を所定時間だけ開いたときのガス供給量を演算により求めるステップと
   を含み、
   前記ガス供給量を演算により求めるステップは、初期供給圧力Ｐ０ｉと、前記複数の供給圧力の測定値とに基づいて下記式によってガス供給量ΣＱ（ｔｎ）・ｄｔを求めるステップを含み、下記式において、Ｑ（ｔｎ）は時刻ｔｎにおける流量、ｄｔはサンプリング周期、Ｑｉは初期供給圧力Ｐ０ｉおよび前記コントロール弁のＣｖ値に基づいて求められる初期流量、Ｐ０（ｔｎ）は、時刻ｔｎにおける供給圧力である、
   ΣＱ（ｔｎ）・ｄｔ＝ΣＱｉ×（Ｐ０（ｔｎ）／Ｐ０ｉ）・ｄｔ
   ガス供給量測定方法。
2. 前記ガス供給量を演算により求めるステップは、前記供給圧力の測定値に基づいて算出された流量を積算することによって前記ガス供給量を算出するステップを含む、請求項１に記載のガス供給量測定方法。
3. 前記コントロール弁を所定時間だけ開くステップにおいて、前記コントロール弁は、最大設定流量に対応する最大開度に開かれる、請求項１または２に記載のガス供給量測定方法。
4. 前記コントロール弁は、ピエゾバルブである、請求項１から３のいずれかに記載のガス供給量測定方法。
5. 前記気化部において気化されるガスは、Ｓｉ₂Ｃｌ₆である、請求項１から４のいずれかに記載のガス供給量測定方法。
6. パルス流量制御信号に基づいて、コントロール弁を所定時間だけ１パルス分開くステップと、
   請求項１から５のいずれかに記載の方法によって、１パルス分のガス供給量を測定するステップと、
   測定されたガス供給量と予め設定された所望ガス供給量との比較結果に基づいてパルス流量制御信号を補正するステップと、
   補正されたパルス流量制御信号に基づいて、コントロール弁を所定時間だけ１パルス分開くステップと
   を含む、ガス供給量制御方法。
7. １パルス分のガス供給量を測定するステップは、複数回のパルスガス供給を行うプロセスにおける最初のパルスガス供給について行われ、その後パルスガス供給を行うときには、補正されたパルス流量制御信号が用いられる、請求項６に記載のガス供給量制御方法。
   
   

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