KR20180117055A - 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법 및 피처리체를 처리하는 방법 - Google Patents

유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법 및 피처리체를 처리하는 방법 Download PDF

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Abstract

유량 제어기에 의한 가스의 출력 유량을 고정밀도로 구한다.
일 양태에 관한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법은, 스로틀 기구가 개방된 상태에서, 지정된 설정 유량에 따라 그 유량이 조정된 가스를 유량 제어기로부터 출력하는 제1 공정과, 제1 공정에 있어서 유량 제어기로부터의 가스의 출력이 계속되고 있는 상태에서, 제2 배관 내의 압력이 목표 압력값이 되도록 스로틀 기구를 조정하는 제2 공정과, 제2 공정에 있어서 제2 배관 내의 압력이 목표 압력값으로 설정된 후에, 탱크 내의 압력값 및 온돗값을 이용하여 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 제3 공정을 포함한다.

Description

유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법 및 피처리체를 처리하는 방법{METHOD OF OBTAINING OUTPUT FLOW RATE OF FLOW RATE CONTROLLER AND METHOD OF PROCESSING WORKPIECE}
본 발명의 실시형태는, 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법 및 피처리체를 처리하는 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스와 같은 전자 디바이스의 제조에 있어서는, 기판 처리 장치가 이용된다. 기판 처리 장치의 챔버에는 기판을 처리하기 위한 가스가 가스 공급부로부터 공급된다. 가스 공급부는 가스의 유량을 조정하기 위하여 유량 제어기를 갖고 있다.
유량 제어기는 목푯값인 설정 유량과, 당해 유량 제어기에 있어서 측정된 압력값 또는 온돗값 등으로부터 구해지는 산출 유량의 차이를 감소시키도록 동작된다. 유량 제어기의 산출 유량은, 당해 유량 제어기로부터 실제로 출력되는 출력 유량과 일치하도록 교정되어 있다. 그러나, 유량 제어기의 산출 유량은, 당해 유량 제어기의 출력 유량에 대하여 큰 오차가 발생하는 경우가 있다. 예를 들면, 유량 제어기의 사용 시간의 경과에 따라, 유량 제어기의 산출 유량은 당해 유량 제어기의 출력 유량에 대하여 오차가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 유량 제어기의 출력 유량을 구할 필요가 있다.
유량 제어기의 출력 유량을 구하는 수법으로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 유량 제어기와 챔버의 사이에 오리피스를 마련하고, 오리피스로부터 음속으로 가스가 출력되고 있는 상태에서 오리피스의 상류 측의 압력값을 측정한다. 그리고, 측정된 압력값으로부터 유량 제어기를 통하여 챔버 내에 공급되는 가스의 유량을 산출한다.
특허문헌 1: 일본 특허공보 5530718호
그러나, 특허문헌 1에 기재된 방법은, 오리피스로부터 출력되는 가스가 음속이라는 조건하에서 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 수법이며, 이와 같은 조건이 성립되지 않은 환경하에서는 유량 제어기의 출력 유량을 높은 정밀도로 산출하는 것은 어렵다.
따라서, 본 기술분야에서는, 유량 제어기에 의한 가스의 출력 유량을 고정밀도로 구할 수 있는 수법이 요청되고 있다.
일 양태에서는, 가스 공급부의 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법이 제공된다. 이 가스 공급부는 가스 소스에 접속되는 제1 배관과, 제1 배관의 하류에 마련된 유량 제어기와, 유량 제어기의 하류에 마련된 제2 배관을 구비한다. 제2 배관의 하류에는 제2 배관 내의 압력을 조정할 수 있는 스로틀 기구가 마련되며, 스로틀 기구의 하류에는 탱크가 마련되어 있다. 이 방법은, 스로틀 기구가 개방된 상태에서, 지정된 설정 유량에 따라 그 유량이 조정된 가스를 유량 제어기로부터 출력하는 제1 공정과, 제1 공정에 있어서 유량 제어기로부터의 가스의 출력이 계속되고 있는 상태에서, 제2 배관 내의 압력이 목표 압력값이 되도록 스로틀 기구를 조정하는 제2 공정과, 제2 공정에 있어서 제2 배관 내의 압력이 목표 압력값으로 설정된 후에, 탱크 내의 압력값 및 온돗값을 이용하여 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 제3 공정을 포함한다.
본 발명자들은 유량 제어기로부터 실제로 출력되는 가스의 출력 유량(이하, "실유량"이라고도 함)은, 유량 제어기의 하류 측 압력, 즉 제2 배관 내의 압력(2차 측의 압력)에 의존하는 것을 발견했다. 따라서, 유량 제어기의 상류 측의 압력값만을 이용하여 당해 유량 제어기의 출력 유량을 산출하는 종래 수법으로는, 유량 제어기의 산출 유량과 실유량의 사이에 큰 차이가 발생하는 경우가 있다. 일 양태에 관한 방법에서는, 제2 배관 내의 압력이 목표 압력값이 되도록 스로틀 기구를 조정한 후에, 탱크 내의 압력값 및 온돗값에 근거하여 유량 제어기의 출력 유량을 산출하고 있기 때문에, 유량 제어기의 2차 측의 압력에 따른 유량 제어기의 출력 유량을 파악할 수 있다. 따라서, 유량 제어기에 의한 가스의 출력 유량을 고정밀도로 구할 수 있다.
일 실시형태에서는, 탱크의 하류에는 밸브가 마련되고, 제1 공정에서는, 스로틀 기구 및 밸브가 개방된 상태에서, 지정된 설정 유량에 따라 그 유량이 조정된 가스를 유량 제어기로부터 출력하며, 제3 공정에서는, 제2 배관 내의 압력이 목표 압력값으로 설정된 후에 밸브를 폐쇄하고, 상기 밸브가 폐쇄된 후에, 유량 제어기를 통하여 공급되는 가스가 저장되는 탱크를 포함하는 유로의 이미 알려진 용적, 탱크 내의 온돗값, 및 단위 시간당 탱크 내의 압력값의 상승량으로부터 유량 제어기의 출력 유량을 구해도 된다.
일 실시형태에서는, 탱크의 내부 공간은, 제1 공간과 상기 제1 공간보다 하류에 마련된 제2 공간을 포함하고, 제1 공간 및 제2 공간은, 제1 공간 내의 압력이 제2 공간 내의 압력의 2배 이상이 되도록 오리피스를 통하여 접속되어 있으며, 제3 공정에서는, 제1 공간 내의 압력값 및 온돗값으로부터 유량 제어기의 출력 유량을 구해도 된다.
일 실시형태에서는, 목표 압력값을 서로 다른 복수의 압력값으로 변경하면서, 제1 공정, 제2 공정 및 제3 공정을 포함하는 시퀀스를 반복 실행하여, 복수의 압력값과 유량 제어기의 출력 유량의 관계를 정하는 교정용 데이터를 얻어도 된다.
일 양태에서는, 기판 처리 장치를 이용하여 피처리체를 처리하는 방법이 제공된다. 이 기판 처리 장치는 챔버를 제공하는 챔버 본체와, 챔버 내에 있어서 피처리체를 지지하는 스테이지와, 챔버 내에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부이며, 가스 소스에 접속되는 제1 배관과, 제1 배관의 하류에 마련된 유량 제어기와, 유량 제어기의 하류에 마련되어 있고, 챔버에 접속된 제2 배관을 포함하는, 상기 가스 공급부와, 챔버에 접속된 배기 장치와, 챔버와 배기 장치의 사이에 마련된 압력 조정 밸브를 구비한다. 이 방법은, 압력 조정 밸브에 의하여 챔버 내의 압력을 지정된 설정 압력으로 설정하는 제1 공정과, 복수의 압력값과 유량 제어기의 출력 유량의 관계를 정하는 교정용 데이터에 근거하여, 제2 배관 내의 압력값에 따른 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 제2 공정과, 지정된 설정 유량에 대한 제2 공정에 있어서 구해진 출력 유량의 오차가 감소하도록 유량 제어기의 컨트롤 밸브를 제어하는 제3 공정과, 제3 공정에 의하여 유량 제어기로부터 출력된 가스를 이용하여, 챔버 내에 있어서 피처리체를 처리하는 제4 공정을 포함한다.
상기 일 양태에 관한 방법에서는, 제2 배관 내의 압력값에 대응하는 교정용 데이터에 근거하여, 유량 제어기의 출력 유량이 구해진다. 이와 같이 구해진 출력 유량은, 유량 제어기의 하류 측 압력을 고려하여 산출된 유량이기 때문에, 유량 제어기의 실제의 출력 유량에 대한 오차가 작다. 따라서, 이와 같이 산출된 출력 유량과 설정 유량의 차이가 감소하도록 유량 제어기를 제어함으로써, 유량 제어기로부터 실제로 출력되는 가스의 유량과 설정 유량의 차이를 작게 할 수 있다.
일 실시형태에서는, 교정용 데이터는 상술한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법에 따라 얻어져도 된다.
본 발명의 일 양태 및 다양한 실시형태에 의하면, 유량 제어기에 의한 가스의 출력 유량을 고정밀도로 구할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 관한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 일 실시형태에 관한 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 3은 제2 가스 공급 시스템 및 가스 유량 측정 기구의 일례를 나타내는 도이다.
도 4는 공정 ST4의 실행 후의 밸브 상태를 나타내는 도이다.
도 5는 제2 배관 내의 압력과 유량 제어기의 출력 유량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 다른 실시형태에 관한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 변형예에 관한 탱크를 개략적으로 나타내는 종단면도이다.
도 8은 일 실시형태에 관한 피처리체를 처리하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당한 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 하고, 동일 또는 상당한 부분에 대한 중복된 설명은 생략한다. 또, 각 도면의 치수 비율은, 반드시 실제의 치수 비율과는 일치하고 있지 않다.
도 1은 일 실시형태에 관한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 이 방법은, 가스 공급부를 구비하는 기판 처리 장치에 적용할 수 있다. 기판 처리 장치는 임의의 기판 처리 장치일 수 있는 것이며, 예를 들면 플라즈마 처리 장치여도 된다.
도 2는 도 1에 나타내는 방법이 적용될 수 있는 기판 처리 장치의 일례를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 2에 나타내는 기판 처리 장치(10)는 챔버 본체(12)를 구비하고 있다. 챔버 본체(12)는 측벽(12s)을 갖고 있다. 측벽(12s)은, 축선(Z)을 중심으로 하는 대략 원통 형상을 갖고 있다. 측벽(12s)의 하단에는 바닥벽이 마련되어 있다. 챔버 본체(12)는 그 내부 공간을 챔버(12c)로서 제공하고 있다. 챔버 본체(12)의 내벽면은, 예를 들면 양극 산화 처리가 실시된 알루미늄에 의하여 구성되어 있다.
챔버 본체(12)의 바닥벽 상에는 대략 원통 형상의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는, 예를 들면 절연 재료에 의하여 형성되어 있다. 지지부(14)는 챔버 본체(12) 내에 있어서, 챔버 본체(12)의 바닥벽으로부터 축선(Z)에 평행한 방향을 따라 뻗어 있다. 지지부(14) 상에는 스테이지(ST)가 지지되어 있다.
스테이지(ST)는 그 상면에 있어서 피처리체(이하 "웨이퍼(W)"라고 함)를 지지한다. 스테이지(ST)는 하부 전극(LE)과 정전 척(ESC)을 포함하고 있다. 하부 전극(LE)은 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)를 포함하고 있다. 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속으로 구성되어 있으며, 대략 원반 형상을 갖고 있다. 제2 플레이트(18b)는 제1 플레이트(18a)와 전기적으로 접속되도록 제1 플레이트(18a)에 지지되어 있다.
제2 플레이트(18b) 상에는 정전 척(ESC)이 지지되어 있다. 정전 척(ESC)은 도전막인 전극을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 갖고 있다. 정전 척(ESC)의 전극에는 직류 전원(22)이 스위치(23)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 정전 척(ESC)은 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의하여 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의하여 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이로써, 정전 척(ESC)은 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다.
제2 플레이트(18b)의 둘레 가장자리부 상에는 포커스 링(FR)이 마련되어 있다. 포커스 링(FR)은 웨이퍼(W) 및 정전 척(ESC)을 둘러싸도록 환 형상으로 뻗어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위한 것이며, 에칭 대상막의 재료에 따라 선택되는 재료, 예를 들면 실리콘이나 석영에 의하여 구성되어 있다.
제2 플레이트(18b)의 내부에는 온도 조절 기구로서 기능하는 냉매 유로(24)가 마련되어 있다. 냉매 유로(24)에는 챔버 본체(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 통하여 냉매가 공급되고, 냉매 유로(24)에 공급된 냉매는 배관(26b)을 통하여 칠러 유닛으로 되돌아간다. 즉, 냉매 유로(24)에는 냉매가 순환되도록 공급된다. 칠러 유닛에 의하여 냉매 유로(24)에 공급되는 냉매의 온도가 조정됨으로써, 정전 척(ESC) 상에 지지된 웨이퍼(W)의 온도가 제어된다.
또, 기판 처리 장치(10)는 디포지션 실드(47)를 구비하고 있다. 디포지션 실드(47)는 챔버 본체(12)의 내벽 및 지지부(14)의 외주를 따라 마련되어 있다. 디포지션 실드(47)는 알루미늄에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성되어 있고, 에칭에 의하여 발생하는 부생성물이 챔버 본체(12)에 부착되는 것을 방지한다.
스테이지(ST)에는 가스 공급 라인(28)이 형성되어 있다. 가스 공급 라인(28)은 챔버 본체(12)의 외부에서 스테이지(ST)를 두께 방향으로 관통하도록 뻗어 있고, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 헬륨(He) 가스를 정전 척(ESC)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 공급한다.
스테이지(ST)와 챔버 본체(12)의 측벽(12s)의 사이에는 배플판(48)이 마련되어 있다. 배플판(48)은, 예를 들면 알루미늄재에 산화 이트륨 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배플판(48)에는 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다.
배플판(48)의 하방에 있어서 챔버 본체(12)에는 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는 배기관(52)을 통하여 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)와 배기구(12e)의 사이에는 압력 조정 밸브(51)가 마련되어 있다. 배기 장치(50)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있고, 챔버(12c) 내의 압력을 압력 조정 밸브(51)의 개방도에 따른 진공도까지 감압할 수 있다.
또, 챔버 본체(12)의 측벽에는 웨이퍼(W)의 반입출구(12g)가 마련되어 있다. 반입출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다.
기판 처리 장치(10)는 상부 전극(30)을 더 구비하고 있다. 상부 전극(30)은 스테이지(ST)의 상방에 있어서, 당해 스테이지(ST)와 대향하도록 배치되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은 서로 대략 평행하게 마련되어 있다. 상부 전극(30)과 하부 전극(LE)의 사이에는 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리하기 위한 처리 공간(S)이 형성되어 있다.
상부 전극(30)은 절연성 차단 부재(32)를 통하여, 챔버 본체(12)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(30)은, 예를 들면 스테이지(ST)의 상면으로부터 축선(Z) 방향을 따른 거리(G)를 변경할 수 있도록 구성될 수 있다. 상부 전극(30)은 전극판(34)과 전극 지지체(36)를 포함하고 있다. 전극판(34)은 처리 공간(S)에 노출되어 있다. 이 전극판(34)에는 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 형성되어 있다. 전극판(34)은, 예를 들면 실리콘에 의하여 형성되어 있다. 또한, 도 1에 나타내는 실시형태에서는, 전극판(34)은 평판 형상을 갖고 있지만, 일 실시형태에서는, 전극판(34)은 외주부를 따라 상부 전극(30)과 스테이지(ST)의 상면의 거리(G)가 짧아지도록 테이퍼 형상을 가져도 된다.
전극 지지체(36)는 전극판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄 등의 도전성 재료에 의하여 형성되어 있다. 전극 지지체(36)는 수랭 구조를 갖고 있어도 된다. 전극 지지체(36)의 내부에는 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)에는 복수의 가스 토출 구멍(34a)에 각각 연통하도록, 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 하방으로 뻗어 있다. 또, 전극 지지체(36)에는 가스 확산실(36a)에 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있다. 가스 도입구(36c)에는 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.
가스 공급관(38)에는 제1 가스 공급 시스템(40)이 마련되어 있다. 제1 가스 공급 시스템(40)은 챔버 내에 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 프로세스 가스를 공급하기 위한 것이며, 가스 소스군(41), 밸브군(42) 및 유량 제어기군(43)을 갖고 있다. 가스 소스군(41)은 복수의 가스 소스를 포함하고 있다. 이들 복수의 가스 소스의 예로서는, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스 및 에칭 가스의 가스 소스를 들 수 있다. 산소 함유 가스로서는, 예를 들면 산소(O2) 가스, 오존(O3) 가스, 일산화 탄소(CO) 가스, 이산화 탄소(CO2) 가스가 예시된다. 질소 함유 가스로서는, 예를 들면 질소(N2) 가스, 암모니아(NH3) 가스가 예시된다. 에칭 가스로서는, 예를 들면 C4F6 가스, C4F8 가스 등의 플루오로카본 가스가 예시된다.
가스 소스군(41)의 하류에는 유량 제어기군(43)이 마련되어 있다. 유량 제어기군(43)은 복수의 유량 제어기를 포함하고 있다. 이들 복수의 유량 제어기는, 예를 들면 압력 제어식의 유량 제어기(FCS) 또는 매스 플로 컨트롤러이며, 가스 소스군(41)의 복수의 가스 소스에 각각 접속되어 있다. 유량 제어기군(43)의 하류에는 밸브군(42)이 마련되어 있다. 밸브군(42)은 유량 제어기군(43)의 복수의 유량 제어기에 각각 접속하는 복수의 밸브를 포함하고 있다. 가스 소스군(41)으로부터의 프로세스 가스는, 유량 제어기군(43), 밸브군(42), 가스 공급관(38), 가스 확산실(36a), 복수의 가스 통류 구멍(36b) 및 복수의 가스 토출 구멍(34a)을 통하여 처리 공간(S) 내에 대하여 공급된다.
또, 제1 가스 공급 시스템(40)은 가스 소스(44) 및 밸브(46)를 더 포함하고 있다. 가스 소스(44)는 퍼지 가스의 가스원이다. 퍼지 가스로서는, 희가스나 N2 가스 등의 불활성 가스가 이용된다. 희가스의 일례로서는, 예를 들면 아르곤(Ar) 가스, He 가스, 크립톤(Kr) 가스, 제논(Xe) 가스를 들 수 있다. 가스 소스(44)로부터의 퍼지 가스는, 밸브(46), 가스 공급관(38), 가스 확산실(36a), 복수의 가스 통류 구멍(36b) 및 복수의 가스 토출 구멍(34a)을 통하여 처리 공간(S) 내에 공급된다.
또, 챔버 본체(12)의 측벽(12s)에는 가스 도입구(82a)가 형성되어 있다. 이 가스 도입구(82a)에는 가스 공급관(82)이 접속되어 있다. 가스 도입구(82a)는, 축선(Z) 방향에 있어서 스테이지(ST)와 상부 전극(30)의 사이에 마련되어 있고, 가스 공급관(82)으로부터의 가스를 처리 공간(S)으로 유도한다. 가스 공급관(82)에는 제3 밸브(V3)가 마련되어 있다. 가스 공급관(82)의 제3 밸브(V3)보다 상류 측에는 제2 가스 공급 시스템(80)이 접속되어 있다. 또, 가스 공급관(82)의 제2 가스 공급 시스템(80)과 제3 밸브(V3)의 사이의 위치에는 배관(84)이 접속되어 있다. 배관(84)에는 가스 유량 측정 기구(90)가 접속되어 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 제2 가스 공급 시스템(80) 및 가스 유량 측정 기구(90)에 대하여 상세하게 설명한다. 제2 가스 공급 시스템(80)은 웨이퍼(W)에 막을 형성하기 위한 성막 원료(프리커서) 가스를 처리 공간(S)에 공급한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제2 가스 공급 시스템(80)은, 복수의 제1 배관(L1), 복수의 제1 밸브(V1), 복수의 유량 제어기(FC), 복수의 제2 배관(L2), 복수의 제2 밸브(V2)를 구비하고 있다. 복수의 유량 제어기(FC)의 각각은, 그 유량 제어기(FC)의 상류에 있는 제1 배관(L1) 및 하류에 있는 제2 배관(L2)과 함께 가스 공급부(GP)를 구성하고 있다. 즉, 제2 가스 공급 시스템(80)은 복수의 가스 공급부(GP)를 구비하고 있다.
복수의 제1 배관(L1)의 일단은, 복수의 가스 소스(GS)에 각각 접속되어 있다. 복수의 가스 소스(GS)는, 프리커서의 가스원이다. 프리커서 가스는, 예를 들면 실리콘 함유 가스이다. 실리콘 함유 가스로서는, BTBAS(비스터셔리뷰틸아미노실레인), BDMAS(비스다이메틸아미노실레인), BDEAS(비스다이에틸아미노실레인), DMAS(다이메틸아미노실레인), DEAS(다이에틸아미노실레인), DPAS(다이프로필아미노실레인), BAS(뷰틸아미노실레인), DIPAS(다이아이소프로필아미노실레인), BEMAS(비스에틸메틸아미노실레인) 등의 아미노실레인계 가스, TEOS(테트라에톡시실레인) 등의 실리콘알콕사이드계 가스, SiCl4, SiF4 등의 할로젠화 실리콘 가스가 예시된다.
복수의 제1 배관(L1)에는 복수의 제1 밸브(V1)가 각각 마련되어 있다. 복수의 제1 배관(L1)의 하류에는 복수의 유량 제어기(FC)가 마련되어 있다. 복수의 유량 제어기(FC)는 복수의 제1 배관(L1)의 하류 측의 타단에 각각 접속되어 있다. 복수의 유량 제어기(FC)의 하류에는 복수의 제2 배관(L2)이 마련되어 있다. 이들 제2 배관(L2)의 일단은, 복수의 유량 제어기(FC)에 각각 접속되어 있다. 복수의 제2 배관(L2)에는 복수의 제2 밸브(V2)가 각각 마련되어 있다.
복수의 제2 배관(L2)의 하류 측의 타단에는 가스 공급관(82)이 접속되어 있다. 제3 밸브(V3)는 가스 공급관(82)에 마련되어 있다. 가스 공급관(82)의 타단, 즉 제3 밸브(V3)의 하류의 가스 공급관(82)의 단부는, 기판 처리 장치(10)의 챔버 본체(12)에 접속되어 있다. 따라서, 복수의 제2 배관(L2)은 가스 공급관(82)을 통하여 챔버 본체(12)에 접속되어 있다.
또, 제2 가스 공급 시스템(80)은, 배관(LP1), 밸브(VP1), 배관(LP2), 밸브(VP2), 배관(LP3), 복수의 배관(LP4), 및 복수의 밸브(VP4)를 더 구비할 수 있다. 배관(LP1)의 일단은, N2 가스 또는 희가스와 같은 퍼지 가스의 가스 소스(GSP)에 접속되어 있다. 배관(LP1)에는 밸브(VP1)가 마련되어 있다. 배관(LP1)은 밸브(VP1)의 하류에 있어서, 배관(LP2)과 배관(LP3)에 접속되어 있다. 배관(LP2)의 일단은, 밸브(VP1)의 하류에 있어서 배관(LP1)에 접속되어 있고, 배관(LP2)의 타단은, 가스 공급관(82)에 접속되어 있다. 배관(LP2)에는 밸브(VP2)가 마련되어 있다. 배관(LP3)의 일단은, 밸브(VP1)의 하류에 있어서 배관(LP1)에 접속되어 있다. 배관(LP3)에는 복수의 배관(LP4)의 일단이 접속되어 있다. 복수의 배관(LP4)의 타단은, 복수의 제1 밸브(V1)의 하류에 있어서 복수의 제1 배관(L1)에 접속되어 있다. 이들 배관(LP4)에는 복수의 밸브(VP4)가 각각 마련되어 있다.
복수의 유량 제어기(FC)는, 예를 들면 압력 제어식의 유량 제어기이다. 일 실시형태에서는, 복수의 유량 제어기(FC)는 유량 제어기(FC1) 및 유량 제어기(FC2)를 포함하고 있다. 복수의 유량 제어기(FC)의 각각은, 컨트롤 밸브(CV), 오리피스(OF), 압력계(P1), 압력계(P2) 및 제어 회로(CC)를 갖고 있다. 또, 복수의 유량 제어기(FC)의 각각은, 오리피스(OF)의 상류 측의 가스 라인(GL1), 및 오리피스(OF)의 하류 측의 가스 라인(GL2)을 제공하고 있다. 가스 라인(GL1)은 대응하는 제1 배관(L1)에 접속되어 있고, 가스 라인(GL2)은 대응하는 제2 배관(L2)에 접속되어 있다.
컨트롤 밸브(CV)는 오리피스(OF)의 상류 측의 가스 라인(GL1)에 마련되어 있다. 컨트롤 밸브(CV)와 오리피스(OF)의 사이에 있어서, 가스 라인(GL1)에는 당해 가스 라인(GL1)의 압력을 계측하는 압력계(P1)가 접속되어 있다. 가스 라인(GL2)에는 당해 가스 라인(GL2)의 압력을 계측하는 압력계(P2)가 접속되어 있다.
유량 제어기(FC)의 제어 회로(CC)는, 압력계(P1) 및 압력계(P2) 중 적어도 한쪽에서 측정된 압력값에 근거하여 당해 유량 제어기(FC)로부터 출력되는 가스의 유량을 산출한다(이하, 제어 회로(CC)에 의하여 산출된 가스의 유량을 "산출 유량"이라고도 한다). 그리고, 제어 회로(CC)에 있어서 구해진 산출 유량과, 후술하는 제어부(Cnt)에 의하여 지정되는 설정 유량의 차이가 감소하도록 컨트롤 밸브(CV)를 제어한다.
일 실시형태에서는, 유량 제어기(FC)는 2개의 제어 방식을 갖고 있고, 압력계(P1) 및 압력계(P2)에서 측정된 압력값에 따라 2개의 제어 방식 중 하나의 제어 방식을 선택하고, 그 선택된 제어 방식에 따라 산출 유량을 구해도 된다. 구체적으로는, 임계 팽창 조건이 성립되어 있는 경우, 즉 가스 라인(GL1) 내의 압력이 가스 라인(GL2) 내의 압력의 2배 이상으로 설정되어 있는 경우에는 유량 제어기(FC) 내의 오리피스(OF)로부터 가스가 일정한 속도(음속)로 출력되는 것을 이용하여, 유량 제어기(FC)의 압력계(P1)에서 측정된 가스 라인(GL1) 내의 압력값으로부터 산출 유량을 구한다. 이와 같은 제어 방식은 비례 제어라고 불린다. 유량 제어기(FC)가 비례 제어로 동작하고 있는 경우에는 제어 회로(CC)에 있어서 산출 유량(Qc)은 예를 들면 식 (1)에 따라 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
또한, 식 (1)에 있어서, T는 가스 라인(GL1) 또는 가스 라인(GL2) 내의 온도이다. 이 온도는, 예를 들면 유량 제어기(FC)의 유로 내에 마련된 온도계에 의하여 측정될 수 있다. 또, 식 (1)에 있어서, S 및 C1은 계수이며, Pi는 압력계(P1)에 의하여 측정된 오리피스(OF)의 1차 측의 압력값이다.
한편, 임계 팽창 조건이 성립되어 있지 않은 경우, 즉 가스 라인(GL1) 내의 압력이 가스 라인(GL2) 내의 압력의 2배보다 작은 경우에는 압력계(P1)에서 측정된 가스 라인(GL1) 내의 압력값 및 압력계(P2)에서 측정된 가스 라인(GL2) 내의 압력값의 쌍방을 이용하여 산출 유량이 구해진다. 이와 같은 제어 방식은 차압 제어라고 불린다. 유량 제어기(FC)가 차압 제어로 동작하고 있는 경우에는 제어 회로(CC)에 있어서 산출 유량(Qc)은, 예를 들면 식 (2)에 따라 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
또한, 식 (2)에 있어서, C2는 계수이며, Po는 압력계(P2)에 의하여 측정된 유량 제어기(FC)의 2차 측의 압력값이다. 또, 식 (2)에 있어서, α 및 β는 소정의 상수이다.
배관(84)은 복수의 제2 밸브(V2) 및 밸브(VP2)의 하류이고 또한 제3 밸브(V3)의 상류에 있어서 가스 공급관(82)에 접속되어 있다. 배관(84)에는 가스 유량 측정 기구(90)가 마련되어 있다. 가스 유량 측정 기구(90)는 복수의 유량 제어기(FC)로부터 출력되는 가스의 유량을 측정한다. 가스 유량 측정 기구(90)는, 제4 밸브(V4), 스로틀 기구(92), 탱크(94), 제5 밸브(V5), 배기 장치(96)를 구비하고 있다.
제4 밸브(V4)는 복수의 제2 배관(L2)의 하류에 있어서 배관(84)에 마련되어 있다. 스로틀 기구(92)는 제4 밸브(V4)의 하류에 있어서 배관(84)에 마련되어 있다. 즉, 스로틀 기구(92)는 제2 배관(L2)보다 하류에 마련되어 있다. 스로틀 기구(92)는 가변 오리피스, 니들 밸브와 같은 개도를 조정할 수 있는 밸브에 의하여 구성되어 있다. 스로틀 기구(92)는 밸브의 개도를 조정함으로써 당해 스로틀 기구(92)를 통과하는 가스의 유량을 조정한다. 이로써, 스로틀 기구(92)보다 상류의 배관 내의 압력, 구체적으로는 제2 배관(L2) 내의 압력이 조정된다.
탱크(94)는 스로틀 기구(92)의 하류에 있어서 배관(84)에 마련되어 있다. 탱크(94)는 배관(84)이 제공하는 유로에 연통하는 내부 공간을 구획형성하고 있다. 탱크(94)에는 당해 탱크(94)의 내부의 압력을 계측하기 위한 압력계(P3), 및 당해 탱크(94)의 내부의 온도를 계측하기 위한 온도계(T3)가 마련되어 있다. 탱크(94)의 하류에는 제5 밸브(V5)를 통하여 배기 장치(96)가 마련되어 있다. 배기 장치(96)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있고, 배관(84) 내의 압력을 소정의 진공도까지 감압할 수 있다. 또한, 일 실시형태에서는, 가스 유량 측정 기구(90)는 배기 장치(96)를 구비하는 대신에, 배관(84)을 통하여 배기 장치(50)에 접속되어 있고, 당해 배기 장치(50)에 의하여 배관(84) 내의 가스가 배기되도록 구성되어 있어도 된다.
도 2를 다시 참조한다. 기판 처리 장치(10)는 제1 고주파 전원(62) 및 제2 고주파 전원(64)을 구비하고 있다. 제1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(62)은 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 발생시켜, 제1 고주파 전력을 하부 전극(LE)에 공급한다. 제1 고주파 전력은, 27~100MHz의 주파수, 예를 들면 40MHz의 주파수를 갖고 있다. 정합기(66)는 제1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하 측(하부 전극(LE) 측)의 입력 임피던스를 정합시키는 기능을 갖는다. 또한, 제1 고주파 전원(62)은 정합기(66)를 통하여 상부 전극(30)에 접속되어 있어도 된다.
제2 고주파 전원(64)은 정합기(68)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 제2 고주파 전원(64)은 웨이퍼(W)에 이온을 끌어 들이기 위한 제2 고주파 전력, 즉 고주파 바이어스 전력을 발생시킨다. 이 고주파 바이어스 전력은, 400kHz~13.56MHz의 범위 내의 주파수, 예를 들면 13MHz의 주파수를 갖고 있다. 정합기(68)는 제2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하 측(하부 전극(LE) 측)의 입력 임피던스를 정합시키는 기능을 갖는다.
또, 기판 처리 장치(10)는 전원(70)을 구비할 수 있다. 전원(70)은 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 전원(70)은, 예를 들면 부(負)의 직류 전압을 발생시키는 직류 전원이며, 처리 공간(S)에 존재하는 정(正)의 이온을 전극판(34)으로 끌어 들이기 위한 부의 전압을 상부 전극(30)에 인가한다. 또한, 전원(70)은 부의 직류 전압 대신에, 저주파의 교류 전압을 상부 전극(30)에 인가해도 된다. 전원(70)으로부터 상부 전극에 인가되는 전압은, 예를 들면 150V 이상의 전압이다. 전원(70)으로부터 상부 전극(30)에 부의 전압이 인가되면, 처리 공간(S)에 존재하는 정의 이온이 전극판(34)에 충돌한다. 이로써, 전극판(34)으로부터 2차 전자 및/또는 실리콘이 방출된다. 방출된 실리콘은, 예를 들면 처리 공간(S)에 존재하는 불소의 활성종과 결합하여, 불소의 활성종의 양을 저감시킨다.
일 실시형태에서는, 기판 처리 장치(10)는 제어부(Cnt)를 구비하고 있다. 제어부(Cnt)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 기판 처리 장치(10)의 각부를 제어한다. 이 제어부(Cnt)는 기판 처리 장치(10)에 있어서의 기판 처리를 위하여 기억부에 기억된 레시피에 따라, 기판 처리 장치(10)의 각부를 제어한다. 또, 제어부(Cnt)는 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법의 다양한 실시형태에 있어서도, 제2 가스 공급 시스템(80)의 유량 제어기 및 밸브의 제어를 행한다. 또, 제어부(Cnt)는 당해 방법의 다양한 실시형태에 있어서, 압력계(P1, P2 및 P3)에서 측정된 압력값 및 온도계(T3)에서 측정된 온돗값을 받아, 유량 제어기의 출력 유량을 산출한다.
이하, 다시 도 1을 참조한다. 방법 MT1에서는, 탱크(94)의 압력계(P3) 및 온도계(T3)의 측정값을 이용하여 유량 제어기(FC1)의 출력 유량이 구해진다. 즉, 방법 MT1에서는, 1개의 유량 제어기(FC1)가 측정 대상의 유량 제어기이다. 이 방법 MT1에서는, 먼저 공정 ST1이 행해진다.
공정 ST1에서는, 설정 유량이 결정된다. 이 설정 유량은, 예를 들면 제어부(Cnt)의 기억부에 기억된 레시피에 따라 결정된다. 계속되는 공정 ST2에서는, 유량 제어기(FC1)에 의하여 설정 유량으로 조정된 가스의 공급이 개시된다. 이 공정 ST2에서는, 유량 제어기(FC1)의 상류에 있는 제1 밸브(V1), 및 유량 제어기(FC1)의 하류에 있는 제2 밸브(V2)가 개방되고, 그 외의 제1 밸브(V1), 그 외의 제2 밸브(V2), 밸브(VP1), 밸브(VP2), 및 복수의 밸브(VP4)는 폐쇄된다. 또, 공정 ST1에서는, 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 개방되고 제3 밸브(V3)가 폐쇄된다. 또한, 이 공정 ST1에서는, 스로틀 기구(92)의 개도가 완전 개방이 되도록 조정된다. 이로써, 유량 제어기(FC1)의 상류의 가스 소스(GS)로부터의 가스가 제1 배관(L1), 유량 제어기(FC1), 제2 배관(L2), 가스 공급관(82) 및 배관(84)을 통하여, 탱크(94) 내에 공급된다.
이어서, 공정 ST3이 행해진다. 공정 ST3에서는, 공정 ST2에 있어서 개시된 탱크(94) 내로의 가스의 공급이 계속되고 있는 상태에서, 배기 장치(96)가 작동된다. 이로써, 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL2), 당해 가스 라인(GL2)의 하류의 제2 배관(L2)의 내부, 제3 밸브(V3)의 상류의 가스 공급관(82)의 내부, 배관(84)의 내부, 탱크(94)의 내부, 및 유량 제어기(FC1) 이외의 유량 제어기(FC)의 하류, 또한 제2 밸브(V2)의 하류의 제2 배관(L2)의 내부의 가스가 배기된다. 일 실시형태에서는, 이 공정 ST3에서는, 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL1)의 압력이 당해 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL2)의 압력의 2배 이상이 되도록, 당해 제2 배관(L2)의 내부가 감압될 수 있다. 이로써, 유량 제어기(FC1)는 비례 제어에 의하여 출력 유량을 제어하게 된다.
계속되는 공정 ST4에서는, 탱크(94) 내로의 가스의 공급이 계속되고 있는 상태에서, 압력계(P2)의 측정 압력값이 감시된다. 그리고, 압력계(P2)의 측정 압력값이 안정된 후에, 제5 밸브(V5)가 폐쇄된다. 또한, 예를 들면 소정 시간 내에 있어서의 압력계(P2)의 측정 압력값의 최솟값과 최댓값의 차가 소정값 이하이면, 압력계(P2)의 측정 압력값이 안정되었다고 판정할 수 있다. 이 공정 ST4에서는, 측정 압력값이 제어부(Cnt)에 보내진다. 또, 공정 ST4에서는, 당해 측정 압력값의 감시가 제어부(Cnt)에 의하여 행해져도 되고, 제5 밸브(V5)의 제어가 제어부(Cnt)에 의하여 실행되어도 된다.
공정 ST4에 있어서, 제5 밸브(V5)가 폐쇄되면, 각 밸브 상태는 도 4에 나타내는 상태가 된다. 도 4에 있어서, 밸브를 나타내는 도형 중 검게 칠해져 있는 도형은 폐쇄되어 있는 밸브를 나타내고 있고, 밸브를 나타내는 도형 중 하얗게 칠해져 있는 도형은 개방되어 있는 밸브를 나타내고 있다.
공정 ST4의 실행 후에는 도 4에 있어서 굵은 선으로 나타내는 유로 내에, 유량 제어기(FC1)를 경유하여 공급되는 가스가 저장된다. 구체적으로, 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL2), 당해 가스 라인(GL2)의 하류의 제2 배관(L2)의 내부, 제3 밸브(V3)의 상류의 가스 공급관(82)의 내부, 제5 밸브(V5)의 상류의 배관(84)의 내부, 탱크(94)의 내부, 및 유량 제어기(FC1) 이외의 유량 제어기(FC)의 하류이고, 또한 제2 밸브(V2)의 하류의 제2 배관(L2)의 내부에 가스가 저장된다. 공정 ST4의 실행 후에 가스가 저장되는 탱크(94)를 포함하는 유로 내의 용적은, 방법 MT1의 실행 전에 미리 측정된 용적이며, 이미 알려진 용적(Vk)이다.
계속되는 공정 ST5에서는, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량이 산출된다. 일 실시형태에서는, 공정 ST5에서는, 공정 ST4의 실행 후의 복수의 시점에 있어서의 압력계(P3)의 측정 압력값으로부터 단위 시간당 압력 상승량(dPt/dt)이 구해진다. 예를 들면, 복수의 측정 압력값과 이들 복수의 측정 압력값이 취득된 시점의 관계를 근사하는 직선의 기울기가 단위 시간당 압력 상승량으로서 구해진다. 그리고, 공정 ST5에서는, 하기의 식 (3)의 연산에 의하여, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)이 산출된다. 또한, 식 (3)에 있어서, T는 상술한 가스가 저장된 유로 내에 있어서 측정된 온도이며, 예를 들면 탱크(94)의 온도계(T3)에 의하여 측정될 수 있다. 또, R은 상수이다.
[수학식 3]
Figure pat00003
식 (3)에 의하여 산출된 출력 유량(Qm)은, 유량 제어기(FC1)를 통하여 탱크(94) 내에 실제로 가스를 공급하고, 그 가스에 의하여 변화하는 탱크(94) 내의 압력 및 온도의 측정값에 근거하여 구해진 가스의 유량이다. 따라서, 출력 유량(Qm)은, 유량 제어기(FC1)의 실유량에 대한 오차가 작은 출력 유량의 추정값이라고 할 수 있다. 또한, 공정 ST5에서는, 출력 유량(Qm)의 산출은, 제어부(Cnt)에 의하여 행할 수 있다.
계속되는 공정 ST6에서는, 제2 배관(L2) 내의 목표 압력값이 결정된다. 이 목표 압력값은, 공정 ST3에 있어서 설정된 제2 배관(L2)의 압력과는 다른 압력값이다. 이 목표 압력값은, 예를 들면 제어부(Cnt)의 기억부에 미리 저장된 값이다. 일 실시형태에서는, 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL1)의 압력이 목표 압력값의 2배보다 작아지도록 당해 목표 압력값이 설정되어도 된다.
공정 ST6의 실행 후에, 시퀀스 SQ1이 행해진다. 시퀀스 SQ1은 공정 ST7, 공정 ST8, 공정 ST9, 공정 ST10 및 공정 ST11을 포함하고 있다. 공정 ST7에서는, 제5 밸브(V5)가 개방되어 배기 장치(96)가 작동된다. 이로써, 유량 제어기(FC1)로부터의 가스가 저장된 유로 내의 가스가 배기된다.
계속되는 공정 ST8에서는, 유량 제어기(FC1)에 의하여 설정 유량에 따른 유량으로 조정된 가스의 출력이 개시된다. 이 공정 ST8에서는, 공정 ST2에 있어서 가스가 공급되었을 때와 동일한 밸브의 개폐 상태가 형성된다. 즉, 공정 ST8에서는, 유량 제어기(FC1)의 상류에 있는 제1 밸브(V1), 및 유량 제어기(FC1)의 하류에 있는 제2 밸브(V2)가 개방되고 그 외의 제1 밸브(V1), 그 외의 제2 밸브(V2), 밸브(VP1), 밸브(VP2), 및 복수의 밸브(VP4)가 폐쇄된다. 또, 공정 ST8에서는, 제4 밸브(V4) 및 제5 밸브(V5)가 개방되고 제3 밸브(V3)가 폐쇄된다. 이로써, 유량 제어기(FC1)의 상류의 가스 소스(GS)로부터의 가스가 제1 배관(L1), 유량 제어기(FC1), 제2 배관(L2), 가스 공급관(82) 및 배관(84)을 통하여 탱크(94) 내에 공급된다.
계속되는 공정 ST9에서는, 유량 제어기(FC1)의 하류 측의 압력, 즉 제2 배관(L2) 내의 압력이, 공정 ST6에 있어서 결정된 목표 압력값이 되도록 스로틀 기구(92)의 개도가 조정된다. 제2 배관(L2) 내의 압력은, 예를 들면 유량 제어기(FC1)의 압력계(P2)에 의하여 계측된다. 공정 ST6에 있어서 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL1)의 압력이 목표 압력값의 2배보다 작아지도록 목표 압력값이 설정되어 있는 경우에는 유량 제어기(FC1)는 차압 제어에 의하여 출력 유량을 제어하게 된다.
계속되는 공정 ST10에서는, 탱크(94) 내로의 가스의 공급이 계속되고 있는 상태에서, 압력계(P2)의 측정 압력값이 감시된다. 그리고, 제2 배관(L2) 내의 압력이 목표 압력값에 도달한 후에, 제5 밸브(V5)가 폐쇄된다. 이 공정 ST10에서는, 측정 압력값의 감시가 제어부(Cnt)에 의하여 행해져도 되고, 또, 제5 밸브(V5)의 제어가 제어부(Cnt)에 의하여 실행되어도 된다.
계속되는 공정 ST11에서는, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)이 산출된다. 이 출력 유량(Qm)의 산출 방법은, 공정 ST5에 있어서의 출력 유량(Qm)의 산출 방법과 동일하다. 즉, 공정 ST10의 실행 후의 복수의 시점에 있어서의 압력계(P3)의 측정 압력값으로부터 단위 시간당 압력 상승량(dPt/dt)이 구해진다. 그리고, 상기의 식 (3)의 연산에 의하여, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)이 산출된다. 산출된 출력 유량(Qm)은, 제어부(Cnt)의 기억부에 기억될 수 있다.
계속되는 공정 ST12에서는, 모든 목표 압력값에 대하여 출력 유량(Qm)의 산출이 완료되었는지 여부가 판단된다. 일 실시형태에서는, 제어부(Cnt)의 기억부에는 설정해야 할 1 이상의 목표 압력값이 기억되어 있다. 공정 ST12에서는, 제어부(Cnt)가 그 기억부에 기억된 1 이상의 목표 압력값 전체에 대하여 출력 유량(Qm)의 산출이 완료되었는지 여부를 판단한다. 공정 ST12에 있어서 모든 목표 압력값에 대하여 출력 유량(Qm)의 산출이 완료되어 있지 않다고 판단된 경우에는 계속되는 공정 ST13에 있어서 목표 압력값이 다른 목표 압력값으로 변경된다. 그리고, 모든 목표 압력값에 대하여 출력 유량(Qm)의 산출이 완료될 때까지, 시퀀스 SQ1이 반복하여 행해진다. 이로써, 제2 배관(L2) 내의 압력값이 목표 압력값으로 설정되어 있을 때의 유량 제어기(FC1)의 출력 유량을 파악할 수 있다.
또, 방법 MT1에서는, 제2 배관(L2) 내의 압력이 목표 압력값으로 조정된 후에 탱크(94) 내의 압력 및 온도에 근거하여 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)을 산출하고 있기 때문에, 목표 압력값을 변경함으로써, 임계 팽창 조건이 성립되어 있는 경우, 및 임계 팽창 조건이 성립되어 있지 않은 경우의 쌍방의 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)을 산출할 수 있다. 따라서, 목표 압력을 변경함으로써 양쪽 모두의 제어 방식으로 동작하고 있을 때의 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)을 산출할 수 있다.
일 실시형태에서는, 공정 ST12에 있어서 모든 목표 압력값에 대하여 출력 유량(Qm)의 산출이 완료되었다고 판단된 후에, 공정 ST14가 행해져도 된다. 공정 ST14에서는, 목표 압력값을 복수의 압력값으로 변경하면서 시퀀스 SQ1이 반복하여 실행된 후에, 교정용 데이터가 생성된다. 교정용 데이터는, 당해 복수의 압력값과, 공정 ST5 또는 공정 ST11에 있어서 산출된 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)의 관계를 정하는 데이터이다. 교정용 데이터는, 복수의 압력값과 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)의 관계를 정하는 것이면, 임의의 데이터일 수 있다. 예를 들면, 교정용 데이터는, 복수의 압력값과 출력 유량(Qm)이 서로 대응된 표 형식의 데이터여도 된다. 또, 교정용 데이터는, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)을 제2 배관(L2) 내의 압력값을 변수로 하는 함수로서 나타낸 데이터여도 된다. 또한, 교정용 데이터는, 유량 제어기(FC1)에 있어서의 출력 유량의 산출에 이용되는 2차압에 따른 계수여도 된다.
도 5를 참조하여, 교정용 데이터가 유량 제어기(FC1)에 있어서의 출력 유량의 산출에 이용되는 2차압에 따른 계수인 경우의 교정용 데이터의 생성 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 5는 유량 제어기(FC1)의 하류에 있는 제2 배관(L2) 내의 압력값과 유량 제어기(FC1)의 출력 유량의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 5의 실선으로 나타내는 그래프는, 유량 제어기(FC1)의 제어 회로(CC)에 의하여, 상기의 식 (1) 또는 식 (2)에 따라 산출된 당해 유량 제어기(FC1)의 산출 유량(Qc)과 제2 배관(L2) 내의 압력값(Po)의 관계를 나타내고 있다. 제어 회로(CC)는, 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL1)의 압력이 당해 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL2)의 압력의 2배 이상인 경우, 즉 Po가 Pi/2 이하인 경우에는 식 (1)에 따라 유량 제어기(FC1)의 산출 유량(Qc)을 구한다. 한편, 제어 회로(CC)는, 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL1)의 압력이 당해 유량 제어기(FC1)의 가스 라인(GL2)의 압력의 2배보다 작은 경우, 즉 Po가 Pi/2보다 큰 경우에는 식 (2)에 따라 유량 제어기(FC1)의 산출 유량(Qc)을 구한다.
공정 ST14에서는, 목표 압력값을 복수의 압력값으로 변경하면서 시퀀스 SQ1을 반복하여 실행함으로써 얻어진 출력 유량(Qm)과 상기의 식 (1) 또는 식 (2)를 이용하여 구해지는 산출 유량(Qc)의 차이가 최소가 되도록, 식 (1)의 계수 C1 및 식 (2) 중의 계수 C2의 값이 조정된다. 도 5의 일점 쇄선으로 나타내는 그래프는, 계수 C1 및 계수 C2가 조정된 식 (1) 또는 식 (2)에 따라 산출된 당해 유량 제어기(FC1)의 산출 유량(Qc)과 제2 배관(L2) 내의 압력값(Po)의 관계를 나타내고 있다. 이와 같이, 계수 C1 및 계수 C2가 조정된 식 (1) 또는 식 (2)에 따라 산출 유량(Qc)을 구함으로써, 유량 제어기(FC1)의 실유량과 산출 유량의 차이를 억제할 수 있다. 이 예에서는, 이와 같이 조정된 계수 C1 및 계수 C2가 복수의 압력값과 유량 제어기(FC)의 출력 유량의 관계를 정하는 교정용 데이터이다. 즉, 계수 C1 및 계수 C2가 조정된 식 (1) 또는 식 (2)를 이용함으로써, 제2 배관(L2) 내의 압력값(Po)에 따른 유량 제어기(FC1)의 출력 유량을 구할 수 있다. 상기와 같이 생성된 교정용 데이터는, 예를 들면 제어부(Cnt)의 기억부에 저장된다.
이어서, 도 6을 참조하여, 다른 실시형태에 관한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법을 설명한다. 이하에서는, 도 1에 나타내는 방법 MT1과의 상이점을 중심으로 설명하고, 중복되는 설명은 생략한다. 도 6은 다른 실시형태에 관한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법 MT2를 나타내는 흐름도이다. 방법 MT2는 탱크(94) 대신에 탱크(98)를 구비하는 기판 처리 장치에 적용된다. 도 7은 탱크(98)를 개략적으로 나타내는 종단면도이다. 탱크(98)는 이른바 음속 노즐이며, 제1 공간(98a)과 제2 공간(98b)을 포함하는 내부 공간을 갖고 있다. 제1 공간(98a)에는 당해 제1 공간(98a) 내의 압력값을 측정하는 압력계(P4), 및 당해 제1 공간(98a) 내의 온돗값을 측정하는 온도계(T4)가 마련되어 있다. 제2 공간(98b)은 제1 공간(98a)보다 하류 측에 마련되어 있다. 제1 공간(98a)과 제2 공간(98b)의 사이에는 오리피스(98o)가 개재되어 있고, 당해 오리피스(98o)에 의하여 제1 공간(98a)과 제2 공간(98b)이 서로 접속되어 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 방법 MT2는 공정 ST21~공정 ST31을 포함하고 있다. 이들 공정 ST21~공정 ST31은, 방법 MT1의 공정 ST1~공정 ST3, 공정 ST5, 공정 ST6, 공정 ST8, 공정 ST9, 공정 ST11~공정 ST14와 동일 또는 대응하는 공정이다. 즉, 방법 MT2는 도 1에 나타내는 공정 ST4, 공정 ST7 및 공정 ST10이 행해지지 않는 점에서 방법 MT1과 다르다. 방법 MT2에서는, 제5 밸브가 개방되고, 또한 배기 장치(96)가 작동한 상태에서, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량이 산출된다.
구체적으로, 공정 ST23에서는, 배기 장치(96)가 작동함으로써, 탱크(98)의 제2 공간(98b), 및 탱크(98)보다 하류 측의 배관(84) 내가 감압된다. 이로써, 제1 공간(98a) 내의 압력값이 제2 공간(98b) 내의 압력값의 2배보다 커지도록 설정된다. 계속되는 공정 ST24에서는, 탱크(98)로의 가스의 공급이 계속되고, 또한 배기 장치(96)가 작동하고 있는 상태에서, 제1 공간(98a) 내의 압력값 및 온돗값이 취득된다. 또한, 이들 압력값 및 온돗값은, 제1 공간(98a) 내에 마련된 압력계(P4) 및 온도계(T4)를 이용하여 취득될 수 있다.
계속되는 공정 ST24에서는, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)이 산출된다. 제1 공간(98a) 내의 압력값은 제2 공간(98b) 내의 압력값의 2배보다 크게 설정되어 있기 때문에, 탱크(98)에 공급된 가스는 음속으로 오리피스(98o)를 통과한다. 공정 ST24에서는, 오리피스(98o)를 통과하는 가스는 일정한 속도를 갖는 것을 이용하여, 하기의 식 (4)의 연산에 의하여, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)이 산출된다. 또한, 이하의 식 (4)에 있어서, K는 상수이며, Pt는 제1 공간(98a) 내의 압력값이고, T는 제1 공간(98a) 내의 온돗값이다.
[수학식 4]
Figure pat00004
또, 방법 MT2에서는, 공정 ST28에 있어서도, 공정 ST24와 동일하게, 탱크(98)로의 가스의 공급이 계속되고, 또한 배기 장치(96)가 작동하고 있는 상태에서, 식 (4)의 연산에 의하여, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)이 산출된다. 이 방법 MT2에서는, 유량 제어기(FC1)로부터의 가스가 저장된 유로 내의 용적을 이용하지 않고, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량(Qm)을 산출할 수 있다. 그리고, 모든 목표 압력값에 대하여 출력 유량(Qm)의 산출이 완료될 때까지, 공정 ST26, 공정 ST27 및 공정 ST28를 포함하는 시퀀스 SQ2가 반복하여 행해진다. 이로써, 제2 배관(L2) 내의 압력값이 복수의 압력값으로 설정되어 있을 때의 유량 제어기의 출력 유량(Qm)이 구해진다.
이어서, 일 실시형태에 관한 기판 처리 장치를 이용한 피처리체의 처리 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는, 도 2에 나타내는 기판 처리 장치(10)를 이용한 피처리체의 처리 방법에 대하여 설명하지만, 이 방법은 임의의 기판 처리 장치에 적용할 수 있다.
도 8은 일 실시형태에 관한 피처리체의 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 8에 나타내는 방법 MT3은, 교정용 데이터를 이용하여 유량 제어기의 출력 유량을 교정하고, 교정된 유량으로 출력되는 가스를 이용하여 피처리체를 처리하는 방법이다. 이하에서는, 피처리체의 처리 방법의 일례로서, 웨이퍼(W)의 레지스트 패턴 상에 실리콘 산화막을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 이 방법 MT3에서는, 먼저 공정 ST41이 행해진다.
공정 ST41에서는, 반입출구(12g)를 통하여 챔버(12c) 내에 웨이퍼(W)가 반입된다. 이 웨이퍼(W)에는 레지스트 패턴이 형성되어 있다. 챔버(12c) 내에 반입된 웨이퍼(W)는 스테이지(ST) 상에 지지된다. 계속되는 공정 ST42에서는, 배기 장치(50)가 작동되고, 압력 조정 밸브(51)에 의하여 챔버(12c) 내의 압력이 설정 압력이 되도록 조정된다. 이 설정 압력은, 예를 들면 제어부(Cnt)의 기억부에 저장된 레시피에 따라 정해진다.
계속되는 공정 ST43에서는, 복수의 유량 제어기(FC) 중 교정해야 할 1개의 유량 제어기가 선택된다. 이하에서는, 하나의 유량 제어기(FC1)가 교정 대상의 유량 제어기인 것으로 한다. 계속되는 공정 ST44에서는, 유량 제어기(FC1)에 대응하는 교정용 데이터가 선택된다. 교정용 데이터는, 상기 방법 MT1 또는 MT2에 의하여 유량 제어기마다 생성되고, 예를 들면 제어부(Cnt)의 기억부에 저장된 것일 수 있다.
계속되는 공정 ST45에서는, 선택된 교정용 데이터를 이용하여 유량 제어기(FC1)의 출력 유량이 구해진다. 예를 들면, 공정 ST45에서는, 계수 C1 및 계수 C2가 조정된 식 (1) 또는 식 (2)를 이용하여, 유량 제어기(FC1)의 하류에 있는 제2 배관(L2) 내의 압력값에 대응하는 유량 제어기(FC1)의 출력 유량이 구해진다. 이 제2 배관(L2) 내의 압력은, 유량 제어기(FC1)의 압력계(P2)의 측정값으로부터 얻어진다. 또한, 챔버(12c) 내의 압력과 제2 배관(L2) 내의 압력이 일치하는 경우에는 챔버(12c) 내에 마련된 압력계에 의하여, 제2 배관(L2) 내의 압력이 얻어져도 된다. 또, 공정 ST42에 있어서 지정된 설정 압력을 제2 배관(L2) 내의 압력으로 해도 된다.
계속되는 공정 ST46에서는, 제1 가스 공급 시스템(40) 및 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터 챔버(12c) 내에 가스가 공급된다. 구체적으로는, 제1 가스 공급 시스템(40)으로부터는 챔버(12c) 내에 퍼지 가스가 공급되고, 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터는 챔버(12c) 내에 프리커서 가스가 공급된다. 이 프리커서 가스는, 예를 들면 아미노실레인 가스이다. 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터 아미노실레인 가스를 챔버(12c) 내에 공급함으로써, 웨이퍼(W)의 레지스트 패턴 상에 아미노실레인 가스가 흡착된다. 공정 ST46에서는, 제2 가스 공급 시스템(80)의 유량 제어기(FC1)는, 공정 ST45에 있어서 구해진 출력 유량, 즉 교정된 출력 유량의 설정 유량에 대한 오차가 감소하도록 컨트롤 밸브(CV)를 제어한다. 이로써, 레시피에서 지정된 유량에 따른 유량의 아미노실레인 가스를 처리 공간(S)에 공급할 수 있기 때문에, 원하는 양의 아미노실레인 가스를 웨이퍼(W)의 레지스트 패턴 상에 흡착시킬 수 있다. 또, 제1 가스 공급 시스템(40)으로부터 퍼지 가스가 공급됨으로써, 가스 공급관(38) 내에 아미노실레인 가스에서 유래하는 부생성물이 형성되는 것이 방지된다. 그 후, 공정 ST47에 있어서 제1 가스 공급 시스템(40) 및 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터의 가스의 공급이 정지된다.
계속되는 공정 ST48에서는, 제1 가스 공급 시스템(40) 및 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터 챔버(12c) 내에 가스가 공급된다. 이 공정 ST48에서는, 제1 가스 공급 시스템(40)으로부터 유량 제어기군(43)에 의하여 유량이 조정된 프로세스 가스가 챔버(12c) 내에 공급된다. 이 프로세스 가스는, 예를 들면 산소 가스이다. 또, 공정 ST48에서는, 퍼지 가스가 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터 챔버(12c) 내에 공급된다. 이와 같이 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터 퍼지 가스를 공급함으로써, 가스 공급관(82) 내에 아미노실레인 가스에서 유래하는 부생성물이 형성되는 것이 방지된다.
계속되는 공정 ST49에서는, 공정 ST48에 있어서 챔버(12c) 내에 공급된 산소 가스의 플라즈마가 생성된다. 산소 가스의 플라즈마가 생성됨으로써 아미노실레인 가스와 산소 가스가 반응하여, 레지스트 패턴 상에 실리콘 산화막이 형성된다. 그 후, 공정 ST50에 있어서 제1 가스 공급 시스템(40) 및 제2 가스 공급 시스템(80)으로부터의 가스의 공급이 정지된다.
계속되는 공정 ST51에서는, 종료 조건이 성립되었는지 여부가 판정된다. 예를 들면, 공정 ST46~공정 ST50을 포함하는 시퀀스를 소정 횟수 반복함으로써 종료 조건이 성립되었다고 판정된다. 공정 ST51에 있어서 종료 조건이 성립되어 있지 않다고 판정된 경우에는 종료 조건이 성립될 때까지 당해 시퀀스가 반복하여 행해진다. 이로써, 웨이퍼(W)에 원하는 막두께를 갖는 실리콘 산화막이 형성된다.
방법 MT3에서는, 유량 제어기(FC1)의 출력 유량이 교정용 데이터에 의하여 교정되고, 그 교정된 출력 유량의 설정 유량에 대한 오차가 감소하도록 유량 제어기(FC1)가 제어된다. 그 결과, 유량 제어기(FC1)로부터 설정 유량에 따른 적절한 유량의 프리커서 가스를 챔버(12c) 내에 공급할 수 있다. 따라서, 이 방법 MT3에 의하면, 웨이퍼(W) 상에 적절한 막두께의 실리콘 산화막을 형성할 수 있다.
이상, 다양한 실시형태에 관한 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법 및 피처리체를 처리하는 방법에 대하여 설명했지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양한 변형 양태를 구성 가능하다. 예를 들면, 유량 제어기(FC)는 압력식의 유량 제어기이지만, 유량 제어기(FC)는 열식의 매스 플로 컨트롤러여도 된다. 매스 플로 컨트롤러가 그 하류 측 압력을 측정하는 압력계를 구비하지 않은 경우에는 당해 매스 플로 컨트롤러의 하류에 있는 제2 배관(L2)에 다른 압력계를 마련해도 된다.
또, 상술한 실시형태에서는, 제2 가스 공급 시스템(80)의 유량 제어기(FC)의 출력 유량을 구하는 방법에 대하여 설명했지만, 이 방법은, 제1 가스 공급 시스템(40)의 유량 제어기군(43)에도 적용할 수 있다. 또, 상술한 실시형태에서는, 방법 MT1이 유량 제어기(FC1)에 대하여 실행되고 있지만, 방법 MT1은 모든 유량 제어기(FC)에 대하여 순서대로 실행되어도 된다.
또, 도 1에 나타내는 방법 MT1에서는, 유량 제어기(FC)의 하류에 있는 제2 배관(L2) 내의 목표 압력값을 복수의 압력값으로 변경하여 유량 제어기(FC1)의 출력 유량을 구하고 있지만, 제2 배관(L2) 내의 압력을 적어도 하나의 목표 압력값으로 설정하고, 그때의 유량 제어기(FC1)의 출력 유량을 구하면 된다.
또한, 도 2에 나타내는 기판 처리 장치(10)는 1개의 제2 가스 공급 시스템(80)을 구비하고 있지만, 일 실시형태에서는, 복수의 제2 가스 공급 시스템(80)을 구비하고 있어도 된다. 예를 들면, 기판 처리 장치(10)가 복수의 제2 가스 공급 시스템(80)을 구비하고, 당해 복수의 제2 가스 공급 시스템(80)이 축선(Z)의 방사 방향으로부터 처리 공간(S)에 가스를 공급하도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우에는 방법 MT3에 의하여, 이들 복수의 제2 가스 공급 시스템(80)의 출력 유량을 교정함으로써, 축선(Z)의 방사 방향으로부터 균일한 유량의 가스를 처리 공간(S)에 공급하는 것이 가능해진다. 이로써, 웨이퍼(W)의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
10…기판 처리 장치
12…챔버 본체
12c…챔버
30…상부 전극
38…가스 공급관
40…제1 가스 공급 시스템
50…배기 장치
51…압력 조정 밸브
80…제2 가스 공급 시스템
82…가스 공급관
82a…가스 도입구
84…배관
90…가스 유량 측정 기구
92…스로틀 기구
94…탱크
96…배기 장치
98…탱크
98a…제1 공간
98b…제2 공간
98o…오리피스
CC…제어 회로
Cnt…제어부
CV…컨트롤 밸브
FC, FC1, FC2…유량 제어기
GP…가스 공급부
L1…제1 배관
L2…제2 배관
OF…오리피스
P1, P2, P3, P4…압력계
S…처리 공간
ST…스테이지
T3, T4…온도계
V5…제5 밸브
W…웨이퍼
Z…축선

Claims (6)

  1. 가스 공급부의 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 방법으로서,
    상기 가스 공급부는,
    가스 소스에 접속되는 제1 배관과,
    상기 제1 배관의 하류에 마련된 유량 제어기와,
    상기 유량 제어기의 하류에 마련된 제2 배관을 구비하고,
    상기 제2 배관의 하류에는 상기 제2 배관 내의 압력을 조정할 수 있는 스로틀 기구가 마련되며,
    상기 스로틀 기구의 하류에는 탱크가 마련되고,
    상기 방법은,
    상기 스로틀 기구가 개방된 상태에서, 지정된 설정 유량에 따라 그 유량이 조정된 가스를 상기 유량 제어기로부터 출력하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정에 있어서 상기 유량 제어기로부터의 가스의 출력이 계속되고 있는 상태에서, 상기 제2 배관 내의 압력이 목표 압력값이 되도록 상기 스로틀 기구를 조정하는 제2 공정과,
    상기 제2 공정에 있어서 상기 제2 배관 내의 압력이 상기 목표 압력값으로 설정된 후에, 상기 탱크 내의 압력값 및 온돗값을 이용하여 상기 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 제3 공정을 포함하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 탱크의 하류에는 밸브가 마련되고,
    상기 제1 공정에서는, 상기 스로틀 기구 및 상기 밸브가 개방된 상태에서, 지정된 설정 유량에 따라 그 유량이 조정된 가스를 상기 유량 제어기로부터 출력하며,
    상기 제3 공정에서는, 상기 제2 배관 내의 압력이 상기 목표 압력값으로 설정된 후에 상기 밸브를 폐쇄하고, 상기 밸브가 폐쇄된 후에, 상기 유량 제어기를 통하여 공급되는 가스가 저장되는 상기 탱크를 포함하는 유로의 이미 알려진 용적, 상기 탱크 내의 온돗값, 및 단위 시간당 상기 탱크 내의 압력값의 상승량으로부터 상기 유량 제어기의 출력 유량을 구하는, 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 탱크의 내부 공간은, 제1 공간과 상기 제1 공간보다 하류에 마련된 제2 공간을 포함하고, 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간은, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력의 2배 이상이 되도록 오리피스를 통하여 접속되어 있으며,
    상기 제3 공정에서는, 상기 제1 공간 내의 압력값 및 온돗값으로부터 상기 유량 제어기의 출력 유량을 구하는, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표 압력값을 서로 다른 복수의 압력값으로 변경하면서, 상기 제1 공정, 상기 제2 공정 및 상기 제3 공정을 포함하는 시퀀스를 반복 실행하여, 상기 복수의 압력값과 상기 유량 제어기의 출력 유량의 관계를 정하는 교정용 데이터를 얻는, 방법.
  5. 기판 처리 장치를 이용하여 피처리체를 처리하는 방법으로서,
    상기 기판 처리 장치는,
    챔버를 제공하는 챔버 본체와,
    상기 챔버 내에 있어서 피처리체를 지지하는 스테이지와,
    상기 챔버 내에 가스를 공급하기 위한 가스 공급부이며, 가스 소스에 접속되는 제1 배관과, 상기 제1 배관의 하류에 마련된 유량 제어기와, 상기 유량 제어기의 하류에 마련되어 있고, 상기 챔버에 접속된 제2 배관을 포함하는, 상기 가스 공급부와,
    상기 챔버에 접속된 배기 장치와,
    상기 챔버와 상기 배기 장치의 사이에 마련된 압력 조정 밸브를 구비하며,
    상기 방법은,
    상기 압력 조정 밸브에 의하여 상기 챔버 내의 압력을 지정된 설정 압력으로 설정하는 제1 공정과,
    복수의 압력값과 상기 유량 제어기의 출력 유량의 관계를 정하는 교정용 데이터에 근거하여, 상기 제2 배관 내의 압력값에 따른 상기 유량 제어기의 출력 유량을 구하는 제2 공정과,
    지정된 설정 유량에 대한 상기 제2 공정에 있어서 구해진 출력 유량의 오차가 감소하도록 상기 유량 제어기의 컨트롤 밸브를 제어하는 제3 공정과,
    상기 제3 공정에 의하여 상기 유량 제어기로부터 출력된 가스를 이용하여, 상기 챔버 내에 있어서 상기 피처리체를 처리하는 제4 공정을 포함하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 교정용 데이터는 청구항 4에 기재된 방법에 따라 얻어지는, 방법.
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