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TWI878451B - 流量測定方法及流量測定裝置 - Google Patents

流量測定方法及流量測定裝置 Download PDF

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TWI878451B
TWI878451B TW110104643A TW110104643A TWI878451B TW I878451 B TWI878451 B TW I878451B TW 110104643 A TW110104643 A TW 110104643A TW 110104643 A TW110104643 A TW 110104643A TW I878451 B TWI878451 B TW I878451B
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gas
flow
pressure
control unit
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TW110104643A
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Inventor
松田梨沙子
早坂伸一郎
大家学
庄司慶太
Original Assignee
日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種可高精度地測定氣體流量之流量測定方法等。 流量測定方法測定第1、第2流路之氣體之第1壓力。流量測定方法重複向第1流路之氣體之供給與停止而對第1、第2流路供給氣體。流量測定方法於供給氣體時，測定自各開信號至閉信號間之氣體供給時間。流量測定方法測定第1、第2流路之氣體之第2壓力與溫度。流量測定方法於將第1、第2流路間關閉並自第2流路將氣體排氣之後，測定第2流路之氣體之第3壓力。流量測定方法於將第1、第2流路連接之狀態下，測定第1、第2流路之氣體之第4壓力。流量測定方法基於第1～第4壓力與溫度算出供給至第1、第2流路之氣體流量。流量測定方法算出重複次數部分之氣體供給時間之平均時間。流量測定方法基於理論上之氣體供給時間與平均時間修正流量。

Description

流量測定方法及流量測定裝置
本發明係關於一種流量測定方法及流量測定裝置。
已知有對配置於腔室之內部空間之基板藉由供給至內部空間之氣體進行處理之基板處理。於此種基板處理中，氣體流量會對基板帶來影響，故而使用流量控制器高精度地控制氣體流量。作為氣體流量之測定方法，已知有增量法(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利特開2012-32983號公報
本發明提供一種可高精度地測定氣體流量之流量測定方法及流量測定裝置。
本發明之一態樣之流量測定方法包含以下步驟：測定第1壓力；供給氣體；測定氣體供給時間；測定第2壓力與溫度；測定第3壓力；測定第4壓力；算出流量；算出平均時間；以及修正流量。測定第1壓力係測定填充至連接於流量控制器之第1流路、及連接於第1流路之第2流路之氣體之第1壓力。供給氣體係藉由將如下動作重複複數次而對第1流路與第2流路供給氣體，上述動作係於測定出第1壓力之後，經由流量控制器對第1流路供給氣體；及於自開始經由流量控制器對第1流路供給氣體之時序起經過特定時間之後，停止經由流量控制器對第1流路供給氣體。測定氣體供給時間係於對第1流路與第2流路供給氣體時，測定從自控制部對流量控制器輸出之開始對第1流路供給氣體之信號至停止向第1流路供給氣體之信號為止的氣體供給時間。測定第2壓力與溫度係於對第1流路與第2流路供給氣體之後，測定填充至第1流路與第2流路之氣體之第2壓力與溫度。測定第3壓力係於未將第1流路與第2流路之間連接之狀態下自第2流路將氣體排氣之後，測定填充至第2流路之氣體之第3壓力。測定第4壓力係於測定出第3壓力之後，於將第1流路與第2流路連接之狀態下，測定填充至第1流路與第2流路之氣體之第4壓力。算出流量係基於第1壓力、第2壓力、第3壓力、第4壓力及溫度，算出經由流量控制器供給至第1流路與第2流路之氣體之流量。算出平均時間係對以重複氣體之供給與停止之次數測定出之氣體供給時間，算出平均時間。修正流量係基於控制部中之理論上之氣體供給時間、及已算出之平均時間，修正已算出之流量。
根據本發明，可高精度地測定氣體流量。
10:基板處理系統
12-1~12-N:複數個腔室
14-1~14-(N+1):複數個氣體供給部
14a-1:氣體供給部
16-1~16-N:複數個排氣裝置
17:殼體
18-1~18-M:複數個流量控制器
19-1~19-M:複數個一次閥
20-1~20-M:複數個二次閥
21:第1氣體流路
21a:第1端部
21b:第2端部
21c:第3端部
22:閥
30-1~30-(N+1):複數個閥
32-1~32-N:複數個壓力控制閥
34-1~34-N:複數個渦輪分子泵
36-1~36-N:複數個排氣流路
38-1~38-N:複數個閥
40:流量測定系統
42:第2氣體流路
42a:第4端部
42b:第5端部
43:第3氣體流路
43a:第6端部
43b:第7端部
44:第4氣體流路
44a:第8端部
44b:第9端部
44c:第10端部
44d:第1部分流路
44e:第2部分流路
47:壓力感測器
48:壓力感測器
49:溫度感測器
51:第1閥
52:第2閥
53:第3閥
54:第4閥
58-1~58-N:複數個閥
60:基準器
62:罐
63:壓力感測器
64:溫度感測器
65:閥
66:閥
70:基準壓力感測器
71:主控制部
82:流路
83:孔口構件
84:控制閥
85:壓力感測器
86:溫度感測器
87:壓力感測器
88:控制部
100:圖表
101:氣體脈衝
111:時序
112:特定之設定流量
113:時序
114:時序
115:時序
116:暫態響應之期間
117:暫態響應之期間
118:氣體之量
119:氣體之量
120:圖表
121:交界
122:交界
123:區域
125:圖表
125a:區間
126:圖表
126a:區間
127:圖表
127a:區間
131:氣體脈衝
132:氣體脈衝
132a:氣體脈衝
132b:氣體脈衝
133:區域
135:圖表
140:通信路徑
141:測定部
DIa:差異
DIb:差異
DIc:差異
P1:壓力
P2:壓力
P3:第3壓力
P4:第4壓力
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
S5:步驟
S6:步驟
S7:步驟
S8:步驟
S9:步驟
△t1:氣體供給時間
圖1係表示本發明之一實施方式中之基板處理系統之一例的概略圖。
圖2係表示本實施方式中之流量控制器之一例之圖。
圖3係表示本實施方式中之流量測定方法之一例之序列圖。
圖4係表示步驟S4中之控制信號與氣體脈衝之關係之一例的圖。
圖5係表示步驟S4中之氣體脈衝之一例之圖。
圖6係表示氣體流量之測定結果之一例之圖。
圖7係表示流量控制器之校正方法之一例之圖。
圖8係表示流量控制器之校正結果之一例之圖。
圖9係表示變化例中之氣體供給部之一例之圖。
以下，基於圖式對所揭示之流量測定方法及流量測定裝置之實施方式詳細地進行說明。再者，並不由以下之實施方式來限定揭示技術。
於ALE(Atomic Layer Etching，原子層蝕刻)製程中，要求高精度地控制氣體流量。即，為了高精度地控制氣體流量，於流量控制器之校正中，要求精度良好地測定氣體流量。於例如以±1%規定控制流量控制器之控制部中之控制之再現性之情形時，有時由於控制系統之時序延遲等而導致測定結果偏差±1%以上，從而流量控制器之個體差之校正之精度降低。 即，有時由於控制系統之時序延遲等而導致氣體流量之測定精度降低。因此，業界期待高精度地測定氣體流量。
[基板處理系統10之構成]
圖1係表示本發明之一實施方式中之基板處理系統之一例的概略圖。基板處理系統10具備複數個製程模組，如圖1所示，具備複數個腔室12-1~12-N(數N為2以上之整數)與複數個氣體供給部14-1~14-(N+1)。於複數個腔室12-1~12-N中之1個腔室12-1之內部，為了基板處理而形成有收容基板之處理空間。複數個腔室12-1~12-N中之與腔室12-1不同之其他腔室12-i(i=2、3、4、…、N)亦與腔室12-1相同地，於內部形成有處理空間。
複數個氣體供給部14-1~14-(N+1)中之複數個氣體供給部14-1~14-N與複數個腔室12-1~12-N對應。例如，與腔室12-1對應之氣體供給部14-1具備殼體17、複數個流量控制器18-1~18-M(數M為2以上之整數)、複數個一次閥19-1~19-M、複數個二次閥20-1~20-M、第1氣體流路21、及閥22。複數個流量控制器18-1~18-M、複數個一次閥19-1~19-M、複數個二次閥20-1~20-M、及閥22配置於殼體17之內部。
複數個流量控制器18-1~18-M與分別供給互不相同之複數種氣體之複數個氣體源(未圖示)對應。複數個流量控制器18-1~18-M中之1個流量控制器18-1係所謂質量流量控制器，連接於複數個氣體源中之與流 量控制器18-1對應之氣體源。複數個一次閥19-1~19-M與複數個流量控制器18-1~18-M對應。例如，與流量控制器18-1對應之一次閥19-1連接於流量控制器18-1之一次側，且設置於將流量控制器18-1與氣體源連接之流路之中途。
複數個二次閥20-1~20-M與複數個流量控制器18-1~18-M對應。例如，與流量控制器18-1對應之二次閥20-1以流量控制器18-1設置於一次閥19-1與二次閥20-1之間之方式，連接於流量控制器18-1。關於複數個流量控制器18-1~18-M中之與流量控制器18-1不同之其他流量控制器18-j(j=2、3、4、…、M)，亦與流量控制器18-1相同地形成，設置於一次閥19-j與二次閥20-j之間。
第1氣體流路21形成有複數個第1端部21a、第2端部21b及第3端部21c。複數個第1端部21a分別連接於複數個二次閥20-1~20-M。第2端部21b連接於閥22。第1氣體流路21中之將複數個二次閥20-1~20-M與閥22連接之部分配置於殼體17之內部。
基板處理系統10進而具備複數個閥30-1~30-(N+1)。複數個閥30-1~30-(N+1)中之複數個閥30-1~30-N與複數個腔室12-1~12-N對應。例如，與腔室12-1對應之閥30-1之一端連接於氣體供給部14-1之第1氣體流路21之第3端部21c。閥30-1之另一端以閥30-1設置於第1氣體流路21與腔室12-1之間之方式連接於腔室12-1。
複數個氣體供給部14-1~14-N中之與氣體供給部14-1不同之其他氣體供給部14-i亦與氣體供給部14-1相同地形成。即，氣體供給部14-i具備殼體17、複數個流量控制器18-1~18-M、複數個一次閥19-1~19-M、複數個二次閥20-1~20-M、第1氣體流路21、及閥22。複數個閥30-1~30-N中之與腔室12-i對應之閥30-i設置於第1氣體流路21與腔室12-i之間，一端連接於第3端部21c，另一端連接於腔室12-i。
複數個氣體供給部14-1~14-(N+1)中之氣體供給部14-(N+1)具備2個流量控制器18-1~18-2、2個一次閥19-1~19-2、2個二次閥20-1~20-2、第1氣體流路21、及閥22。2個流量控制器18-1~18-2經由2個一次閥19-1~19-2，分別連接於分別供給互不相同之2種液體之2個液體源(未圖示)。複數個閥30-1~30-(N+1)中之閥30-(N+1)之一端連接於氣體供給部14-(N+1)之第1氣體流路21之第3端部21c。閥30-(N+1)之另一端連接於腔室12-1。氣體供給部14-(N+1)之流量控制器18-1係所謂質量流量控制器，具有使液體汽化之功能。
基板處理系統10進而具備複數個壓力控制閥32-1~32-N、複數個渦輪分子泵34-1~34-N、複數個排氣裝置16-1~16-N、複數個排氣流路36-1~36-N、及複數個閥38-1~38-N。複數個壓力控制閥32-1~32-N與複數個腔室12-1~12-N對應。例如，與腔室12-1對應之壓力控制閥32-1係所謂自動壓力控制閥，構成為調整腔室12-1之內部空間之壓力。複數個壓力控制閥32-1~32-N中之與壓力控制閥32-1不同之其他壓力控制閥32-i亦與壓力控制閥32-1相同地，構成為調整腔室 12-i之內部空間之壓力。
複數個渦輪分子泵34-1~34-N與複數個腔室12-1~12-N對應。例如，與腔室12-1對應之渦輪分子泵34-1經由壓力控制閥32-1連接於腔室12-1之處理空間。複數個渦輪分子泵34-1~34-N中之與渦輪分子泵34-1不同之其他渦輪分子泵34-i亦與渦輪分子泵34-1相同地，經由壓力控制閥32-i連接於腔室12-i之處理空間。
複數個排氣裝置16-1~16-N與複數個腔室12-1~12-N對應。複數個排氣流路36-1~36-N與複數個腔室12-1~12-N對應。例如，與腔室12-1對應之排氣裝置16-1經由與腔室12-1對應之排氣流路36-1連接於渦輪分子泵34-1。排氣裝置16-1係所謂乾式真空泵。複數個閥38-1~38-N與複數個腔室12-1~12-N對應。例如，與腔室12-1對應之閥38-1設置於排氣流路36-1之中途。
複數個排氣裝置16-1~16-N中之與排氣裝置16-1不同之排氣裝置16-i亦與排氣裝置16-1相同地形成，經由排氣流路36-i連接於渦輪分子泵34-i。複數個閥38-1~38-N中之與閥38-1不同之其他閥38-i亦與閥38-1相同地，設置於排氣流路36-i之中途。
基板處理系統10進而具備流量測定系統40。流量測定系統40具備第2氣體流路42、第1閥51、第3氣體流路43、第2閥52、壓力感測器47、壓力感測器48、及溫度感測器49。第2氣體流路42形成有複數個第4端部42a及 第5端部42b。複數個第4端部42a分別連接於複數個氣體供給部14-1~14-(N+1)之閥22。第5端部42b連接於第1閥51。
第3氣體流路43形成有第6端部43a及第7端部43b。第6端部43a以第1閥51設置於第2氣體流路42與第3氣體流路43之間之方式，連接於第1閥51。第7端部43b連接於第2閥52。壓力感測器47與壓力感測器48分別配置於第3氣體流路43中之互不相同之2個位置。壓力感測器47與壓力感測器48分別構成為測定填充至第3氣體流路43之氣體之壓力。溫度感測器49構成為測定填充至第3氣體流路43之氣體之溫度。
流量測定系統40進而具備第4氣體流路44、第3閥53、及第4閥54。第4氣體流路44包含第1部分流路44d及第2部分流路44e。第1部分流路44d形成有第8端部44a及第9端部44b。第2部分流路44e係自第1部分流路44d分支之流路，形成有第10端部44c。第4閥54設置於第2部分流路44e之中途。
第8端部44a以第2閥52設置於第3氣體流路43與第4氣體流路44之間之方式，連接於第2閥52。第9端部44b連接於第3閥53。此時，排氣流路36-1於閥38-1與排氣裝置16-1之間分支，且以第3閥53設置於第4氣體流路44與排氣流路36-1之間之方式，連接於第3閥53。複數個排氣流路36-1~36-N中之與排氣流路36-1不同之其他排氣流路36-i亦與排氣流路36-1相同地，以第3閥53設置於第4氣體流路44與排氣流路36-i之間之方式，連接於第3閥53。
流量測定系統40進而具備複數個閥58-1~58-N。複數個閥58-1~58-N與複數個腔室12-1~12-N對應。例如，與腔室12-1對應之閥58-1設置於第3閥53與排氣流路36-1之間。複數個閥58-1~58-N中之與閥58-1不同之其他閥58-i與閥58-1相同地，設置於第3閥53與排氣流路36-i之間。
流量測定系統40進而具備基準器60及基準壓力感測器70。基準器60具備罐62、壓力感測器63、溫度感測器64、閥65及閥66。罐62形成有內部空間。壓力感測器63構成為測定填充至罐62之內部空間之氣體之壓力。溫度感測器64構成為測定填充至罐62之內部空間之氣體之溫度。閥65設置於第4氣體流路44之第2部分流路44e與罐62之間。閥66連接於罐62。
基準壓力感測器70經由閥66連接於罐62之內部空間。基準壓力感測器70構成為當連接於罐62之內部空間時，測定填充至罐62之內部空間之氣體之壓力。
基板處理系統10進而具備主控制部71。主控制部71係電腦裝置，具備處理器、記憶裝置、輸入裝置、及顯示裝置。處理器例如由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)形成，藉由執行安裝於主控制部71之電腦程式，而進行資訊處理，控制記憶裝置、輸入裝置、及顯示裝置。處理器藉由執行電腦程式，進而控制基板處理系統10之各部及流量 測定系統40之各部。記憶裝置記錄電腦程式，且記錄由處理器利用之資訊。輸入裝置例如由鍵盤形成，將藉由用戶操作而產生之資訊輸出至處理器。顯示裝置將藉由處理器而產生之資訊以可由用戶識別之方式輸出。
圖2係表示本實施方式中之流量控制器之一例之圖。如圖2所示，流量控制器18-1係質量流量控制器或壓力控制式之流量控制器。流量控制器18-1具備流路82、孔口構件83、控制閥84、壓力感測器85、溫度感測器86、壓力感測器87、及控制部88。流路82設置於一次閥19-1與二次閥20-1之間，一端連接於一次閥19-1，另一端連接於二次閥20-1。孔口構件83設置於流路82之中途，使流路82之截面面積局部地縮小。控制閥84設置於流路82中之一次閥19-1與孔口構件83之間。壓力感測器85設置於流路82中之控制閥84與孔口構件83之間。壓力感測器85構成為測定填充至流路82中之控制閥84與孔口構件83之間之氣體之壓力。溫度感測器86構成為測定填充至流路82中之控制閥84與孔口構件83之間之氣體之溫度。壓力感測器87構成為測定填充至流路82中之孔口構件83與二次閥20-1之間之氣體之壓力。
控制部88以測定填充至流路82中之較孔口構件83更靠一次閥19-1側之氣體之壓力的方式，控制壓力感測器85。控制部88以測定填充至流路82中之較孔口構件83更靠二次閥20-1側之氣體之壓力的方式，控制壓力感測器87。控制部88於較孔口構件83更靠一次閥19-1側之壓力為較孔口構件83更靠二次閥20-1側之壓力之2倍以上的情形時，基於壓力感測器85所測定出之壓力算出流量。控制部88於較孔口構件83更靠一次閥19-1 側之壓力小於較孔口構件83更靠二次閥20-1側之壓力之2倍的情形時，基於壓力感測器85所測定出之壓力及壓力感測器87所測定出之壓力算出流量。控制部88以該算出之流量與設定流量之差減少之方式，對控制閥84之開度進行控制。再者，流量控制器18-1於孔口構件83之一次側(上游側)之壓力為孔口構件83之下游側(二次側)之流路82之壓力之2倍以上的狀態下利用之情形時，亦可不具有壓力感測器87。
[流量測定方法]
圖3係表示本實施方式中之流量測定方法之一例之序列圖。圖3之序列圖之橫軸表示時間。縱軸表示第3氣體流路43之壓力、第1閥51之開閉狀態、第2閥52之開閉狀態、及第3閥53之開閉狀態。縱軸進而表示閥30-1之開閉狀態、及流量控制器18-1之氣體之輸出狀態。
於流量測定方法中，初始地，將第1閥51與第3閥53打開，將第2閥52、閥30-1及第4閥54閉鎖。主控制部71首先藉由打開閥30-1，而將第1氣體流路21與腔室12-1之處理空間連接。主控制部71進而藉由控制氣體供給部14-1，而自複數個氣體源中之與流量控制器18-1對應之1個氣體源對第1氣體流路21供給氣體(步驟S1)。積存於流量控制器18-1之內部之氣體藉由自氣體源對第1氣體流路21供給氣體，而置換為該氣體。主控制部71於將積存於流量控制器18-1之內部之氣體充分地沖洗之後，藉由控制氣體供給部14-1，而停止自氣體源對第1氣體流路21供給氣體。
主控制部71於停止自氣體源對第1氣體流路21供給氣體之後，藉由控 制渦輪分子泵34-1，而將填充至腔室12-1之處理空間之氣體排氣(步驟S2)。第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43藉由自腔室12-1之處理空間排氣，而被抽真空成特定之真空度。主控制部71於第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43成為特定之真空度之後，藉由將閥30-1閉鎖，而將第1氣體流路21自腔室12-1之處理空間遮斷。主控制部71於將第1氣體流路21自腔室12-1之處理空間遮斷之後，藉由控制壓力感測器47，而測定第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43之內部之第1壓力P1(步驟S3)。
主控制部71於測定出第1壓力P1之後，藉由控制氣體供給部14-1，而自氣體源對第1氣體流路21供給氣體(步驟S4)。該氣體藉由將特定之處理重複特定次數，即，藉由產生複數個氣體脈衝，而供給至第1氣體流路21。複數個氣體脈衝之各氣體脈衝藉由以下步驟而形成：經由流量控制器18-1將氣體供給至第1氣體流路21；及於自氣體之供給開始之時序起經過特定時間之後，停止供給氣體。主控制部71藉由控制流量控制器18-1之溫度感測器86，而測定填充至流路82之氣體之溫度Tstray。
又，主控制部71於對第1氣體流路21供給氣體時，測定從自主控制部71對流量控制器18-1輸出之開始對第1氣體流路21供給氣體之信號至停止向第1氣體流路21供給氣體之信號為止的氣體供給時間。即，主控制部71測定自身輸出之各氣體脈衝中之對於流量控制器18-1之開信號與閉信號之間的時間作為氣體供給時間。
經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體藉由經過特定時間，而於第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43均勻地擴散。填充至第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43之氣體之壓力藉由該氣體充分地擴散而穩定化。主控制部71於經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體充分地擴散之後，藉由控制壓力感測器47，而測定第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43之內部之第2壓力P2。主控制部71進而藉由控制溫度感測器49，而測定第3氣體流路43之內部之溫度Tfv(步驟S5)。
主控制部71於測定出第2壓力P2之後，藉由將第1閥51閉鎖，而將第3氣體流路43自第1氣體流路21與第2氣體流路42遮斷(步驟S6)。主控制部71於測定出第2壓力P2之後，進而藉由將第3閥53閉鎖，而將第3氣體流路43自複數個排氣裝置16-1~16-N遮斷。
主控制部71於將第1閥51與第3閥53閉鎖之後，藉由將第2閥52打開，而將第3氣體流路43連接於第4氣體流路44。填充至第3氣體流路43之氣體之一部分藉由將第3氣體流路43連接於第4氣體流路44，而向第4氣體流路44中之由第2閥52、第3閥53及第4閥54包圍之部分排氣。主控制部71於填充至第3氣體流路43之氣體之一部分向第4氣體流路44排氣之後，藉由將第2閥52閉鎖，而將第3氣體流路43自第4氣體流路44遮斷。
殘留於第3氣體流路43之氣體藉由經過特定時間，而於第3氣體流路43均勻地擴散，填充至第3氣體流路43之氣體之壓力穩定化。主控制部71 於殘留於第3氣體流路43之氣體充分地擴散之後，藉由控制壓力感測器47，而測定第3氣體流路43之內部之第3壓力P3(步驟S7)。主控制部71於測定出第3壓力P3之後，藉由將第3閥53打開，而將第4氣體流路44連接於複數個排氣裝置16-1~16-N。積存於第4氣體流路44中之由第2閥52、第3閥53及第4閥54包圍之部分之氣體藉由將第3閥53打開，而向複數個排氣裝置16-1~16-N排氣。
主控制部71於測定出第3壓力P3之後，進而，藉由將第1閥51打開，而將第3氣體流路43連接於第1氣體流路21與第2氣體流路42。積存於第1氣體流路21與第2氣體流路42之氣體藉由將第1閥51打開，而一部分向第3氣體流路43移動，於第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43擴散。填充至第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43之氣體之壓力藉由該氣體充分地擴散而穩定化。主控制部71於該氣體充分地擴散之後，藉由控制壓力感測器47，而測定第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43之內部之第4壓力P4(步驟S9)。
於步驟S4中經由流量控制器18-1對第1氣體流路21每單位時間供給之氣體之流量Q使用氣體常數R，由以下(1)式表達。
Q=dP/dt×1/R×(Vstray/Tstray+Vext/Text+Vfv/Tfv)…(1)
此處，dP使用第1壓力P1與第2壓力P2，由下式表達。
dP=P2-P1
dt表示於步驟S4中經由流量控制器18-1對第1氣體流路21供給氣體之時間△t。容積Vstray表示流量控制器18-1之流路82中之孔口構件83與 二次閥20-1之隔膜間容積。溫度Tstray表示於流量控制器18-1之流路82中流動之氣體之溫度，表示藉由流量控制器18-1之溫度感測器86測定出之溫度。容積Vext表示第1氣體流路21之容積與第2氣體流路42之容積之和。溫度Text表示於測定第2壓力P2時填充至第1氣體流路21與第2氣體流路42之氣體之溫度。容積Vfv表示第3氣體流路43之容積。溫度Tfv表示於測定第2壓力P2時填充至第3氣體流路43之氣體之溫度。
進而，根據波以耳-查理定律，滿足以下(2)式。
P2×Vext/Text+P3×Vfv/Tfv=P4×Vext/Text+P4×Vfv/Tfv…(2)
藉由將(2)式變形，而導出以下(3)式。
Vext/Text=Vfv/Tfv×(P4-P3)/(P2-P4)…(3)
藉由將(3)式代入至(1)式，而導出以下(4)式。
Q=(P2-P1)/△t×1/R×{Vstray/Tstray+Vfv/Tfv×(P2-P3)/(P2-P4)}…(4)
因此，於步驟S4中經由流量控制器18-1而供給至第1氣體流路21之氣體之莫耳數n由以下(5)式表達。
n=(P2-P1)/R×{Vstray/Tstray+Vfv/Tfv×(P2-P3)/(P2-P4)}…(5)
此時，將莫耳數n除以步驟S4中產生之複數個氣體脈衝之個數所得之值表示每1個氣體脈衝中經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之量。
[氣體脈衝之詳細情況]
此處，使用圖4及圖5對氣體脈衝之詳細情況進行說明。圖4係表示步 驟S4中之控制信號與氣體脈衝之關係之一例的圖。如圖4之圖表100所示，氣體脈衝101藉由利用自主控制部71對流量控制器18-1輸出之控制信號切換接通/斷開(ON/OFF)，即開/閉而形成。即，控制信號係將與接通對應之開信號、及與斷開對應之閉信號交替地輸出。又，自開信號至閉信號為止之時間△t1表示向第1氣體流路21供給氣體之時間。再者，於以下之說明中，存在將自開信號至閉信號為止之時間△t1表示為氣體供給時間△t1之情形。
開信號由於主控制部71內部之控制之精度、或自主控制部71至流量控制器18-1為止之通信路徑中之時序延遲等而產生誤差。作為主控制部71內部之誤差之因素，例如，可列舉由有無對於製程時動作但於流量測定時不動作之機器(例如，RF(Radio Frequency，射頻)關係之機器)之指令所致之時序的差異。又，作為通信路徑中之誤差之因素，例如，可列舉連接於自主控制部71至流量控制器18-1為止之通信路徑之各種板類中之延遲。即，如圖4所示，直至流量控制器18-1接收開信號為止之時間會變動，氣體供給時間△t1亦會變動。例如，於各氣體脈衝(各步驟)之氣體供給時間△t1之再現性為±2%左右之情形時，步驟S4之所有氣體脈衝(所有步驟)之氣體供給時間△t1之平均時間，即處理對象之每個晶圓之再現性成為±1%左右。另一方面，可認為閉信號由於ALE製程之切換時間固定，故而幾乎無各氣體脈衝中之誤差。
圖5係表示步驟S4中之氣體脈衝之一例之圖。於圖5所示之氣體脈衝101中，自流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之流量於藉由開 信號控制氣體供給部14-1之流量控制器18-1之時序111之後逐漸增加。該流量於達到特定之設定流量112之時序113之後，不變化而以大致等於特定之設定流量112之狀態固定。流量控制器18-1以於自時序111經過氣體供給時間△t1之後之時序114停止向第1氣體流路21供給氣體之方式進行控制。該流量於時序114之後逐漸減少。該流量於時序114之後之時序115之後，大致等於0，停止自流量控制器18-1向第1氣體流路21供給氣體。
1個氣體脈衝中供給至第1氣體流路21之氣體之量於暫態響應之期間116與暫態響應之期間117充分地短時，大致等於將特定之設定流量112乘以氣體供給時間△t1所得之值。1個氣體脈衝中供給至第1氣體流路21之氣體之量於暫態響應之期間116之長度與暫態響應之期間117之長度相對於氣體供給時間△t1之比率較大時，有時與該值之誤差變大。
流量測定方法高精度地算出步驟S4中經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之莫耳數n。因此，流量測定方法即便於暫態響應之期間116與暫態響應之期間117相對於氣體供給時間△t1之比率較大之情形時，亦可高精度地算出步驟S4中經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之莫耳數n。流量測定方法進而藉由高精度地算出莫耳數n，可高精度地算出每1個氣體脈衝中經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之量。
關於複數個流量控制器18-1~18-M中之與流量控制器18-1不同之其他流量控制器18-i，亦與流量控制器18-1相同地，算出經由流量控 制器18-i供給至第1氣體流路21氣體之量。關於複數個氣體供給部14-1~14-N中之與氣體供給部14-1不同之其他氣體供給部14-i，亦與氣體供給部14-1相同地，算出經由複數個流量控制器18-1~18-M之各者供給至第1氣體流路21之氣體之量。
自時序111至時序113為止之暫態響應之期間116之長度、與自時序114至時序115為止之暫態響應之期間117之長度有時針對複數個流量控制器18-1~18-M之每一個而不同。又，關於在暫態響應之期間116供給至第1氣體流路21之氣體之量118、與在暫態響應之期間117供給至第1氣體流路21之氣體之量119，亦有時針對複數個流量控制器18-1~18-M之每一個而不同。
流量測定方法高精度地算出步驟S4中經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之莫耳數n。因此，流量測定方法即便於針對複數個流量控制器18-1~18-M之每一個而氣體之量118與氣體之量119存在個體差之情形時，亦可高精度地算出每1個氣體脈衝中經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之量。
即，於本實施方式中，關於包含暫態響應期間之氣體脈衝之流量，進而，藉由修正直至流量控制器18-1接收開信號為止之時間之變動，而更高精度地算出氣體之量。
主控制部71關於步驟S4中所包含之複數個氣體脈衝，算出針對每個 氣體脈衝測定出之氣體供給時間△t1之平均時間Ta。但是，於氣體供給時間△t1超過製程配方中設定之理論上之氣體供給時間Ts之最大值的情形時，代替該氣體供給時間△t1而使用理論上之氣體供給時間Ts。主控制部71基於理論上之氣體供給時間Ts、與已算出之平均時間Ta，由下述之式(6)而算出修正係數cf。
cf=Ts/Ta…(6)
主控制部71藉由將氣體流量Q乘以修正係數cf，而算出修正後之氣體流量Qc。
基板處理系統10於執行上述流量測定方法之後，於將複數個氣體供給部14-1~14-(N+1)之閥22閉鎖之狀態下，用於處理基板。基板處理系統10藉由調整複數個氣體脈衝之個數，可高精度地調整經由流量控制器18-1供給至腔室12-1之處理空間之氣體之量。基板處理系統10藉由高精度地調整經由流量控制器18-1供給至腔室12-1之處理空間之氣體之量，可適當地處理基板。
[測定結果]
圖6係表示氣體流量之測定結果之一例之圖。圖6所示之圖表120係繪製以下情形時之結果：於基板處理系統10中，為了流量測定而執行步驟S4有10步以上之製程配方，即具有10個以上之氣體脈衝之製程配方。於圖表120中，將自基板處理系統10之電源接通至切斷為止執行3次。交界 121表示第1次電源切斷與第2次電源接通之交界。交界122表示第2次電源切斷與第3次電源接通之交界。又，圖表120之橫軸表示製程配方之執行次數，第1次進行99次之製程配方執行及流量測定，第2次進行100次之製程配方執行及流量測定，第3次進行61次之製程配方執行及流量測定。
圖表120之縱軸被分割為4個區域，由上往下依次表示氣體供給時間△t1、平均時間Ta、氣體流量Q、修正後之氣體流量Qc。氣體供給時間△t1之單位係秒，分別繪製每一次製程配方之各步驟。平均時間Ta之單位係秒，繪製一次製程配方之所有步驟之平均值。氣體流量Q之單位係cc(標準狀態)，繪製一次製程配方之所有步驟之總流量之值。修正後之氣體流量Qc之單位係cc(標準狀態)，繪製將一次製程配方之所有步驟之總流量之值乘以修正係數cf所得的值。
於自第2次電源接通至電源切斷為止，如區域123所示，平均時間Ta之值產生偏差者較第1次多。認為其係由交界121處之電源切斷及電源接通所致之影響等。又，認為根據是執行製程時還是測定流量時亦會產生此種偏差。
自第1次電源接通至電源切斷為止之氣體流量之變動係數CV於氣體流量Q下為0.5%，相對於此，於修正後之氣體流量Qc下改善為0.3%。自第2次電源接通至電源切斷為止之氣體流量之變動係數CV於氣體流量Q下為1.0%，相對於此，於修正後之氣體流量Qc下改善為0.4%。自第3次電源接通至電源切斷為止之氣體流量之變動係數CV於氣體流量Q下為 0.6%，相對於此，於修正後之氣體流量Qc下改善為0.4%。如此，藉由進行本實施方式之修正，可將氣體流量之再現性自±1.0%改善為±0.4%。
[流量控制器之校正]
繼而，使用圖7及圖8，對基於氣體流量測定之流量控制器之校正進行說明。圖7係表示流量控制器之校正方法之一例之圖。圖8係表示流量控制器之校正結果之一例之圖。如圖7所示，作為校正流量控制器18-1~18-M之個體差之情形時之一例，考慮對基準側之流量控制器18-x之氣體脈衝131結合校正對象之流量控制器18-y之氣體脈衝132之情形。此係於圖8之圖表135中，氣體A與氣體脈衝131對應，氣體B與氣體脈衝132對應。再者，氣體A與氣體B係與不同之腔室12-a、12-b對應。此時，以將氣體A作為基準結合氣體B之方式進行校正。再者，氣體之條件設為將C4F6氣體以小流量重複10步以上之情形，將判定基準設為變動係數CV為±0.9%以下。
於圖7之表示無校正之情形之圖表125中，氣體脈衝132與氣體脈衝131相比，時間及實際流量均變少，於圖8之無校正之區間125a中，差異DIa=-2.21%。接下來，如圖7之圖表126所示，進行結合流量穩定之區域133之CW(Continuous Wave，連續波)校正，形成氣體脈衝132a。於圖8之進行了CW校正之區間126a中，差異DIb=-1.02%，與無校正之情形時相比得到了改善，但不滿足判定基準。進而，如圖7之圖表127所示，除了進行CW校正以外，還進行ALE校正，使氣體脈衝132之面積與氣體脈衝131之面積成為相同值，形成氣體脈衝132b。於圖8之進行了CW校正及 ALE校正之區間127a中，差異DIc=-0.12%，與CW校正之情形時相比進而得到了改善，亦滿足判定基準。再者，於圖表127中，變更流量穩定之區域133之流量，使氣體脈衝132之面積與氣體脈衝131之面積成為相同值，如此進行調整而形成氣體脈衝132b。又，於圖表127中，求出氣體脈衝之面積時，使用上述修正後之氣體流量Qc。如此，藉由不僅進行CW校正進而進行ALE校正，可改善ER(etch rate，蝕刻速率)機差。
[變化例]
於上述實施方式中，修正了主控制部71內部之誤差，但亦可利用連接於通信路徑之流量控制器18-1之前之測定部來測定氣體供給時間。圖9係表示變化例中之氣體供給部之一例之圖。於圖9所示之氣體供給部14a-1中，於將主控制部71與流量控制器18-1之間連接之通信路徑140中，於流量控制器18-1之前連接有測定部141。測定部141測定自主控制部71輸出之各氣體脈衝中之對於流量控制器18-1之開信號與閉信號之間的時間作為氣體供給時間△t1。如此，藉由於流量控制器18-1之前測定氣體供給時間△t1，可包含主控制部71內部之誤差、及由自主控制部71至流量控制器18-1為止之通信路徑140中之時序延遲等所致之誤差在內進行修正。因此，與上述實施方式相比，可進而高精度地測定氣體流量。
以上，根據本實施方式，流量測定方法包含以下步驟：測定第1壓力P1；供給氣體；測定氣體供給時間；測定第2壓力P2與溫度；測定第3壓力P3；測定第4壓力P4；算出流量Q；算出平均時間Ta；以及修正流量Q。測定第1壓力P1係測定填充至連接於流量控制器18-1之第1流路(第1 氣體流路21及第2氣體流路42)、及連接於第1流路之第2流路(第3氣體流路43)之氣體之第1壓力P1。供給氣體係藉由將如下動作重複複數次而對第1流路與第2流路供給氣體，上述動作係於測定出第1壓力P1之後，經由流量控制器18-1對第1流路供給氣體；及於自開始經由流量控制器18-1對第1流路供給氣體之時序起經過特定時間之後，停止經由流量控制器18-1對第1流路供給氣體。測定氣體供給時間係於對第1流路與第2流路供給氣體時，測定從自控制部(主控制部71)對流量控制器18-1輸出之開始對第1流路供給氣體之信號(開信號)至停止向第1流路供給氣體之信號(閉信號)為止的氣體供給時間△t1。測定第2壓力P2與溫度係於對第1流路與第2流路供給氣體之後，測定填充至第1流路與第2流路之氣體之第2壓力P2與溫度。測定第3壓力P3係於未將第1流路與第2流路之間連接之狀態下自第2流路將氣體排氣之後，測定填充至第2流路之氣體之第3壓力P3。測定第4壓力P4係於測定出第3壓力P3之後，於將第1流路與第2流路連接之狀態下，測定填充至第1流路與第2流路之氣體之第4壓力P4。算出流量Q係基於第1壓力P1、第2壓力P2、第3壓力P3、第4壓力P4及溫度，算出經由流量控制器18-1供給至第1流路與第2流路之氣體之流量Q。算出平均時間Ta係對以重複氣體之供給與停止之次數測定出之氣體供給時間△t1算出平均時間Ta。修正流量Q係基於控制部中之理論上之氣體供給時間Ts、及已算出之平均時間Ta，修正已算出之流量Q。其結果，可高精度地測定氣體流量。
又，根據本實施方式，流量測定方法係以測定出之氣體供給時間△t1中之氣體脈衝之面積與理論上之氣體供給時間Ts中之氣體脈衝之面積相等 的方式進行修正。其結果，可高精度地測定氣體流量，改善ER(蝕刻速率)機差。
又，根據變化例，氣體供給時間△t1利用測定部141測定，測定部141於將控制部(主控制部71)與流量控制器18-1連接之通信路徑140中，連接於流量控制器18-1之前。其結果，可進而高精度地測定氣體流量。
又，根據本實施方式，流量測定方法進而包含以下步驟：於測定第1壓力P1之前，使用經由流量控制器18-1供給之氣體處理基板之處理空間連接於第1流路時，藉由自處理空間將氣體排氣，而將第1流路與第2流路抽真空。又，於流量測定方法中，第1壓力P1、第2壓力P2、第3壓力P3及第4壓力P4係於處理空間未連接於第1流路時測定。其結果，可高精度地測定氣體流量。
再者，於上述實施方式中，利用壓力感測器47所測定出之壓力，但亦可利用壓力感測器47所測定出之壓力與壓力感測器48所測定出之壓力之平均值。又，流量測定系統40只要具有壓力感測器47及壓力感測器48中至少一者即可。即，流量測定系統40只要具有測定第3氣體流路43內之壓力之一個以上之壓力感測器即可。
又，於上述實施方式中，於流量測定方法之步驟S4中，利用複數個氣體脈衝對第1氣體流路21供給氣體，但亦可利用1個氣體脈衝對第1氣體流路21供給氣體。流量測定方法即便於利用1個氣體脈衝對第1氣體流路 21供給氣體之情形時，亦可高精度地算出供給至第1氣體流路21之氣體之量。
又，於上述實施方式中，第1氣體流路21、第2氣體流路42及第3氣體流路43係於流量測定方法之步驟S2中，使用將腔室12-1抽真空之渦輪分子泵34-1來抽真空，但亦可利用其他裝置來抽真空。作為該裝置，例示另外設置於流量測定系統40之排氣裝置。於該情形時，流量測定方法亦可高精度地算出經由流量控制器18-1供給至第1氣體流路21之氣體之量。
應認為此次揭示之實施方式於所有方面為例示，而並非限制性者。上述實施方式亦可不脫離隨附之申請專利範圍及其主旨而以各種形體進行省略、置換、變更。
18-1:複數個流量控制器
30-1:複數個閥
51:第1閥
52:第2閥
53:第3閥
P1:壓力
P2:壓力
P3:第3壓力
P4:第4壓力
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
S5:步驟
S6:步驟
S7:步驟
S8:步驟
S9:步驟

Claims (6)

  1. 一種流量測定方法，其包含如下步驟：測定填充至連接於流量控制器之第1流路、及連接於上述第1流路之第2流路之氣體之第1壓力；藉由將如下動作重複複數次而對上述第1流路與上述第2流路供給氣體，上述動作係於測定出上述第1壓力之後，經由上述流量控制器對上述第1流路供給氣體；及於自開始經由上述流量控制器對上述第1流路供給氣體之時序起經過特定時間之後，停止經由上述流量控制器對上述第1流路供給氣體；於對上述第1流路與上述第2流路供給氣體時，測定從自控制部對上述流量控制器輸出之開始對上述第1流路供給氣體之信號至停止向上述第1流路供給氣體之信號為止的氣體供給時間；於對上述第1流路與上述第2流路供給氣體之後，測定填充至上述第1流路與上述第2流路之氣體之第2壓力與溫度；於未將上述第1流路與上述第2流路之間連接之狀態下自上述第2流路將氣體排氣之後，測定填充至上述第2流路之氣體之第3壓力；於測定出上述第3壓力之後，於將上述第1流路與上述第2流路連接之狀態下，測定填充至上述第1流路與上述第2流路之氣體之第4壓力；基於上述第1壓力、上述第2壓力、上述第3壓力、上述第4壓力及上述溫度，算出經由上述流量控制器供給至上述第1流路與上述第2流路之氣體之流量；對以重複氣體之供給與停止之次數測定出之上述氣體供給時間，算 出平均時間；以及基於上述控制部中之理論上之上述氣體供給時間、及已算出之上述平均時間，修正已算出之上述流量。
  2. 如請求項1之流量測定方法，其中上述修正處理係以測定出之上述氣體供給時間之氣體脈衝之面積與理論上之上述氣體供給時間之氣體脈衝之面積相等的方式進行修正。
  3. 如請求項1或2之流量測定方法，其中上述氣體供給時間係利用測定部測定，上述測定部於將上述控制部與上述流量控制器連接之通信路徑中連接於上述流量控制器之前。
  4. 如請求項1或2之流量測定方法，其進而包含如下步驟：於測定上述第1壓力之前，使用經由上述流量控制器供給之氣體處理基板之處理空間連接於上述第1流路時，藉由自上述處理空間將氣體排氣，而將上述第1流路與上述第2流路抽真空，且上述第1壓力、上述第2壓力、上述第3壓力及上述第4壓力係於上述處理空間未連接於上述第1流路時測定。
  5. 如請求項3之流量測定方法，其進而包含如下步驟：於測定上述第1壓力之前，使用經由上述流量控制器供給之氣體處理基板之處理空間連接於上述第1流路時，藉由自上述處理空間將氣體排氣，而將上述第1流路與上述第2流路抽真空，且 上述第1壓力、上述第2壓力、上述第3壓力及上述第4壓力係於上述處理空間未連接於上述第1流路時測定。
  6. 一種流量測定裝置，其係測定氣體流量者，且包含：第1流路，其連接於流量控制器；第2流路，其連接於上述第1流路；閥，其設置於上述第1流路與上述第2流路之間；壓力感測器，其測定填充至上述第2流路之氣體之壓力；溫度感測器，其測定上述氣體之溫度；及控制部；上述控制部構成為以利用上述壓力感測器測定填充至上述第1流路及上述第2流路之氣體之第1壓力的方式，控制上述流量測定裝置；上述控制部構成為以藉由將如下動作重複複數次而對上述第1流路與上述第2流路供給氣體的方式，控制上述流量測定裝置，上述動作係於測定出上述第1壓力之後，經由上述流量控制器對上述第1流路供給氣體；及於自開始經由上述流量控制器對上述第1流路供給氣體之時序起經過特定時間之後，停止經由上述流量控制器對上述第1流路供給氣體；上述控制部構成為以如下方式控制上述流量測定裝置，即，於對上述第1流路與上述第2流路供給氣體時，測定從自上述控制部對上述流量控制器輸出之開始對上述第1流路供給氣體之信號至停止向上述第1流路供給氣體之信號為止的氣體供給時間；上述控制部構成為以如下方式控制上述流量測定裝置，即，於對上述第1流路與上述第2流路供給氣體之後，利用上述壓力感測器及上述溫度 感測器測定填充至上述第1流路與上述第2流路之氣體之第2壓力與溫度；上述控制部構成為以如下方式控制上述流量測定裝置，即，於將上述閥關閉且未將上述第1流路與上述第2流路之間連接之狀態下自上述第2流路將氣體排氣之後，利用上述壓力感測器測定填充至上述第2流路之氣體之第3壓力；上述控制部構成為以如下方式控制上述流量測定裝置，即，於測定出上述第3壓力之後，於將上述閥打開且將上述第1流路與上述第2流路連接之狀態下，利用上述壓力感測器測定填充至上述第1流路與上述第2流路之氣體之第4壓力；上述控制部構成為以如下方式控制上述流量測定裝置，即，基於上述第1壓力、上述第2壓力、上述第3壓力、上述第4壓力及上述溫度，算出經由上述流量控制器供給至上述第1流路與上述第2流路之氣體之流量；上述控制部構成為以如下方式控制上述流量測定裝置，即，對以重複氣體之供給與停止之次數測定出之上述氣體供給時間，算出平均時間；且上述控制部構成為以如下方式控制上述流量測定裝置，即，基於上述控制部中之理論上之上述氣體供給時間、及已算出之上述平均時間，修正已算出之上述流量。
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