流量控制器、气体供给系统以及流量控制方法与流程

本公开涉及一种流量控制器、气体供给系统以及流量控制方法。

背景技术：

以往，已知一种通过处理气体的等离子体等对半导体晶圆等被处理体进行处理的处理装置。向处理装置供给的气体的流量由通过流量控制器控制。

流量控制器例如具有开度可变且能够控制气体的流量的控制阀，在从处理装置发出指示开始进行气体的供给的指令的时间点，打开控制阀来开始控制气体的流量。从处理装置发出的指令包括用于指定应向处理装置供给的气体的目标流量和目标供给时间的信息。流量控制器对控制阀的开度进行控制以使气体的流量成为由从处理装置发出的指令指定的目标流量，直到经过由指令指定的目标供给时间为止。而且，在经过目标供给时间的时间点，流量控制器关闭控制阀来停止控制气体的流量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-157578号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

本公开提供一种能够实现高精度的流量控制的技术。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式的流量控制器具有：阀，其能够控制向处理装置供给的气体的流量；以及阀控制部，其在从所述处理装置发出指示开始进行所述气体的供给的指令的时间点，打开所述阀来开始控制所述气体的流量，从发出所述指令的时间点起以规定的周期将所述气体的流量进行累计来计算累计流量，并且在计算出的所述累计流量达到规定的目标累计流量的时间点，关闭所述阀来停止控制所述气体的流量。

发明的效果

根据本公开，起到能够实现高精度的流量控制这样的效果。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的处理系统的一例的图。

图2是表示第一实施方式所涉及的流量控制方法的一例的图。

图3是表示第一实施方式所涉及的流量控制方法的其它例的图。

图4是表示第二实施方式所涉及的处理系统的一例的图。

图5是表示第二实施方式所涉及的流量控制方法的一例的图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细地说明各种实施方式。此外，设为在各附图中对相同或相当的部分标注相同的标记。

以往，已知一种通过气体的等离子体对半导体晶圆等被处理体进行处理的处理装置。向处理装置供给的气体的流量由流量控制器控制。

流量控制器例如具有开度可变且能够控制气体的流量的控制阀，在从处理装置发出指示开始进行气体的供给的指令的时间点，流量控制器打开控制阀来开始控制气体的流量。从处理装置发出的指令包括用于指定应向处理装置供给的气体的目标流量和目标供给时间的信息。流量控制器对控制阀的开度进行控制以使气体的流量成为目标流量，直到经过由指令指定的目标供给时间为止。而且，在经过目标供给时间的时间点，流量控制器关闭控制阀来停止控制气体的流量。

另外，流量控制器存在机器差异，因此从打开控制阀起至气体的流量达到目标流量为止的上升特性有时在每个流量控制器中出现偏差。例如，在每个流量控制器中，有时会发生气体的流量的过冲、下冲。因此，在流量控制器中，由于每个流量控制器的上升特性的偏差，向处理装置供给的气体的累计流量有时按每个流量控制器存在偏差。其结果是，可能会阻碍高精度的流量控制。

[第一实施方式]

[处理系统的整体结构]

首先，参照图1来说明第一实施方式所涉及的处理系统10a的整体结构的一例。图1是表示第一实施方式所涉及的处理系统10a的一例的图。处理系统10a具有气体供给系统100和处理装置101a。气体供给系统100具有流量控制器fd、初级侧阀fv1以及次级侧阀fv2，控制从气体供给源gs向处理装置101a进行的气体供给。处理装置101a例如为电容耦合型等离子体蚀刻装置。

[处理装置101a的结构例]

处理装置101a例如具有由表面被进行了耐酸铝处理(阳极氧化处理)的铝构成的大致圆筒形的腔室c。腔室c接地。在腔室c的内部设置有载置台120。载置台120用于载置作为被处理体的一例的半导体晶圆w。

载置台120经由匹配器130a而与用于激励等离子体的高频电源130连接。高频电源130向载置台120施加适于在腔室c内生成等离子体的频率、例如60mhz的高频电力。另外，载置台120用于载置半导体晶圆w，并且还作为下部电极发挥功能。匹配器130a使负载阻抗与高频电源130的内部(或输出)阻抗匹配。匹配器130a当在腔室c内生成等离子体时发挥功能，以使高频电源130的内部阻抗与负载阻抗在表观上一致。

在腔室c的顶部部分设置有喷淋头110。喷淋头110还作为上部电极发挥功能。来自高频电源130的高频电力被施加至载置台120与喷淋头110之间。气体从喷淋头110的气体导入口140被导入设置于喷淋头110的内部的缓冲空间110b，通过形成于喷淋头110的下表面的大量的气体通气孔110a后被喷出至腔室c内。

处理装置101a通过被供给至腔室c内的期望的气体的等离子体来对半导体晶圆w实施精细加工。向腔室c内供给的气体的流量由流量控制器fd控制。在本实施例中，流量控制器fd例如为压力式的流量控制装置(fcs)。在后文中详细叙述流量控制器fd的结构。

处理装置101a的动作由控制部102统一控制。控制部102例如具备cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)，控制处理装置101a的各部。另外，在开始从气体供给源gs向处理装置101a供给气体时，控制部102向气体供给系统100发出指示开始进行气体的供给的指令(下面，称作“供给开始指令”)。供给开始指令包括用于指定应向处理装置101a(腔室c)供给的气体的目标流量和目标供给时间的信息。

[流量控制器fd的结构例]

流量控制器fd与用于从气体供给源gs向处理装置101a供给气体的气体供给管150连接。气体供给管150与处理装置101a的气体导入口140连接。在流量控制器fd的上游侧(气体供给源gs侧)配置有初级侧阀fv1，在流量控制器fd的下游侧(处理装置101a侧)配置有次级侧阀fv2。在从控制部102发出供给开始指令的时间点，初级侧阀fv1和次级侧阀fv2被控制为全开。

流量控制器fd具有开度可变且能够控制气体的流量的控制阀201、控制控制阀201的开度的阀控制部202、压力计203、压力计204、节流阀205、配管206、配管207、配管208以及存储部209。在存储部209中保存用于在阀控制部202的控制下实现通过流量控制器fd执行的各种处理的控制程序、各种数据等。例如，在存储部209中保存有关系信息209a。

关系信息209a为存储目标累计流量相对于应向处理装置101a(腔室c)供给的气体的目标流量和目标供给时间的关系的数据。应向腔室c供给的气体的目标流量和目标供给时间例如通过制程来规定。目标累计流量为将从自控制部102发出供给开始指令的时间点起实际供给至腔室c的气体的流量进行累计所得到的累计流量的目标值，是用于决定关闭控制阀201的定时的指标。关系信息209a例如为根据应向腔室c供给的气体的目标流量和目标供给时间计算目标累计流量的式子的信息。另外，关系信息209a可以为将目标累计流量与应向腔室c供给的气体的目标流量及目标供给时间进行了对应的表。

阀控制部202例如具备cpu，通过读出并且执行存储部209中存储的控制程序来控制控制阀201等各部。例如，阀控制部202通过对控制阀201的开度进行控制来控制在气体供给管150中流动且向腔室c内供给的气体的流量。作为控制阀201的一例，列举电磁阀驱动型的金属隔膜阀。

初级侧阀fv1的上游侧经由配管而与气体供给源gs连接。初级侧阀fv1的下游侧与配管206连接。配管206的下游侧与控制阀201的上游侧连接。控制阀201的下游侧与配管207的上游侧连接。配管207的下游侧经由节流阀205而与配管208的上游侧连接。配管208的下游侧与次级侧阀fv2的上游侧连接。次级侧阀fv2的下游侧与气体供给管150连接。

在此，将配管207的流路内的压力定义为p1。另外，将配管208的流路内的压力定义为p2。在利用流量控制器fd将配管207的流路内的压力p1与配管208的流路内的压力p2控制为大致满足临界膨胀压力条件p1>2×p2时，流过节流阀205的气体的流量q用以下的关系式(1)表示。即，流过节流阀205的气体的流量q仅由节流阀205的上游侧的压力p1决定。

q＝cp1···(1)

在从控制部102发出供给开始指令的时间点，阀控制部202打开控制阀201，开始基于上述式(1)控制气体的流量。具体地说，阀控制部202基于上述式(1)对控制阀201的开度进行控制来调整压力p1，由此将节流阀205的下游侧的气体的流量q控制为由供给开始指令指定的目标流量。由此，流量q的气体被供给至处理装置101a(腔室c)。此外，上述式(1)的c为根据节流阀205的口径、气体温度等决定的常数。另外，分别通过压力计203和压力计204测量压力p1和压力p2。

而且，阀控制部202从发出供给开始指令的时间点起以规定的周期将气体的流量q进行累计来计算累计流量。

而且，阀控制部202在计算出的累计流量达到规定的目标累计流量的时间点，关闭控制阀201来停止基于上述式(1)控制气体的流量。具体地说，阀控制部202使用关系信息209a来监视累计流量是否达到与由供给开始指令指定的目标流量及目标供给时间对应的目标累计流量。而且，在累计流量没有达到目标累计流量的情况下，阀控制部202继续基于上述式(1)控制气体的流量，在累计流量达到目标计算流量的时间点，阀控制部202关闭控制阀201来停止基于上述式(1)控制气体的流量。

由此，在流量控制器fd中，即使在每个流量控制器fd的上升特性存在偏差的情况下，也能够使向处理装置101a供给的气体的累积流量与目标累计流量一致，从而能够实现高精度的流量控制。

当在所述的结构的处理装置101a中进行蚀刻等处理时，首先，将半导体晶圆w搬入腔室c内，并且载置于载置台120上。然后，将腔室c内的压力减压至真空状态。然后，将从气体供给源gs输出的气体自喷淋头110以喷淋状导入腔室c内。然后，将从高频电源130输出的规定的高频电力施加于载置台120。

利用通过高频电力使被导入腔室c内的气体电离和解离而生成的等离子体的作用，对被载置于载置台120上的半导体晶圆w进行等离子体蚀刻等处理。在等离子体蚀刻等处理结束后，将半导体晶圆w搬出至腔室c的外部。此外，处理装置101a不一定限于使用等离子体进行处理的情况，也可以通过热处理等来对半导体晶圆w实施精细加工。

[流量控制方法]

接着，对第一实施方式所涉及的流量控制器fd采用的流量控制方法进行说明。图2是表示第一实施方式所涉及的流量控制方法的一例的图。

在图2的(a)和图2的(b)中，横轴表示时间，纵轴表示向处理装置101a(腔室c)供给的气体的流量(也就是节流阀205的下游侧的气体的流量q)。下面，为了方便说明，有时将向处理装置101a(腔室c)供给的气体的流量记载为“供给流量”。另外，在图2的(a)和图2的(b)中，时间点0表示从处理装置101a(控制部102)发出供给开始指令的时间点。另外，时间点tp表示经过由供给开始指令指定的目标经过时间的时间点。

在图2的(a)中示出与由供给开始指令指定的目标流量及目标供给时间对应的目标累计流量。关于特定的流量控制器fd，将从时间点0起至时间点tp为止实际供给至处理装置101a(腔室c)的气体的流量进行累计，由此预先求出目标累计流量。特定的流量控制器fd例如为遵照特定的规格配备的流量控制器fd。而且，预先将目标累计流量相对于目标流量和目标供给时间的关系存储于关系信息209a中。另外，在图2的(b)中，用虚线的波形311表示与图2的(a)中所示的目标累计流量对应的供给流量的变化。

如图2的(b)所示，在从控制部102发出供给开始指令的时间点0，阀控制部202打开控制阀201来开始基于上述式(1)控制气体的流量。由此，产生供给流量的过冲。即，在从在时间点0使控制阀201开放起至供给流量在时间点t1达到由供给开始指令指定的目标流量为止的期间，发生供给流量超过与目标累计流量对应的供给流量(参照波形311)的过冲。

而且，阀控制部202从发出供给开始指令的时间点0起以规定的周期δt将供给流量(节流阀205的下游侧的气体的流量q)进行累计来计算累计流量。周期δt为比从控制部102发出供给开始指令的周期短的周期，例如为1毫秒。

而且，阀控制部202使用关系信息209a来监视累计流量是否达到与由供给开始指令指定的目标流量及目标供给时间对应的目标累计流量(也就是图2的(a)中所示的目标累计流量)。在此，设为累计流量在时间点t2达到目标累计流量。在累计流量达到目标累计流量的时间点t2，阀控制部202关闭控制阀201来停止基于上述式(1)控制气体的流量。

在此，在流量控制器fd中，如上述的那样，在从在时间点0使控制阀201开放起至供给流量在时间点t1达到由供给开始指令指定的目标流量为止的期间，发生供给流量的过冲。因此，当假定继续基于上述式(1)控制气体的流量直到经过由供给开始指令指定的目标供给时间的时间点tp为止时，累计流量也以与供给流量的过冲对应的量超过目标累计流量。

因此，在经过由供给开始指令指定的目标供给时间之前且累计流量达到目标累计流量的时间点t2，阀控制部202关闭控制阀201来停止基于上述式(1)控制气体的流量。

由此，在流量控制器fd中，即使在每个流量控制器fd的上升特性存在偏差的情况下，也能够使向处理装置101a供给的气体的累积流量与目标累计流量一致，从而能够实现高精度的流量控制。

图3是表示第一实施方式所涉及的流量控制方法的其它例的图。

在图3的(a)和图3的(b)中，横轴表示时间，纵轴表示向处理装置101a(腔室c)供给的气体的流量(也就是，节流阀205的下游侧的气体的流量q)。下面，为了方便说明，有时将向处理装置101a(腔室c)供给的气体的流量记载为“供给流量”。另外，在图3的(a)和图3的(b)中，时间点0表示从处理装置101a(控制部102)发出供给开始指令的时间点。另外，时间点tp表示经过由供给开始指令指定的目标经过时间的时间点。

在图3的(a)中示出与由供给开始指令指定的目标流量及目标供给时间对应的目标累计流量。关于特定的流量控制器fd，将从时间点0至时间点tp为止实际供给至处理装置101a(腔室c)的气体的流量进行累计，由此预先求出目标累计流量。特定的流量控制器fd例如为遵照特定的规格配备的流量控制器fd。而且，预先将目标累计流量相对于目标流量和目标供给时间的关系存储于关系信息209a中。另外，在图3的(b)中，用虚线的波形311表示与图3的(a)所示的目标累计流量对应的供给流量的变化。

如图3的(b)所示，在从控制部102发出供给开始指令的时间点0，阀控制部202打开控制阀201来开始基于上述式(1)控制气体的流量。由此，发生供给流量的下冲。即，从在时间点0使控制阀201开放起至供给流量在时间点t1达到由供给开始指令指定的目标流量为止的期间，发生供给流量低于与目标累计流量对应的供给流量(参照波形311)的下冲。

而且，从发出供给开始指令的时间点0起，阀控制部202以规定的周期δt将供给流量(节流阀205的下游侧的气体的流量q)进行累计来计算累计流量。周期δt为比从控制部102发出供给开始指令的周期短的周期，例如为1毫秒。

而且，阀控制部202使用关系信息209a来监视累计流量是否达到与由供给开始指令指定的目标流量及目标供给时间对应的目标累计流量(也就是图3的(a)中所示的目标累计流量)。在此，设为在累计流量在时间点t2达到目标累计流量。在累计流量达到目标累计流量的时间点t2，阀控制部202关闭控制阀201来停止基于上述式(1)控制气体的流量。

在此，在流量控制器fd中，如上述的那样，在从在时间点0使控制阀201开放起至供给流量在时间点t1达到由供给开始指令指定的目标流量为止的期间，发生供给流量的下冲。因此，当假定继续基于上述式(1)控制气体的流量直到经过由供给开始指令指定的目标供给时间的时间点tp时，累计流量比目标累计流量低与供给流量的下冲对应的量。

因此，在经过由供给开始指令指定的目标供给时间后且累计流量达到目标累计流量的时间点t2，阀控制部202关闭控制阀201来停止基于上述式(1)控制气体的流量。

由此，在流量控制器fd中，即使在每个流量控制器fd的上升特性存在偏差的情况下，也能够使向处理装置101a供给的气体的累积流量与目标累计流量一致，从而能够实现高精度的流量控制。

如以上那样，第一实施方式所涉及的流量控制器fd具有控制阀201和阀控制部202。控制阀201构成为能够控制向处理装置101a供给的气体的流量。阀控制部202在从处理装置101a发出指示开始进行气体的供给的指令的时间点，打开控制阀201来开始控制气体的流量，并且从发出指令的时间点起以规定的周期将气体的流量进行累计来计算累计流量。在计算出的累计流量达到规定的目标累计流量的时间点，阀控制部202关闭控制阀201来停止控制气体的流量。由此，即使在每个流量控制器fd的上升特性存在偏差的情况下，流量控制器fd也能够使向处理装置101a供给的气体的累积流量与目标累计流量一致，从而能够实现高精度的流量控制。

[第二实施方式]

接着，对第二实施方式进行说明。图4是表示第二实施方式所涉及的处理系统10a的一例的图。第二实施方式所涉及的处理系统10a为与图1所示的第一实施方式所涉及的处理系统10a大致相同的结构，因此对相同部分标注相同的标记并且省略说明，主要对不同的部分进行说明。

流量控制器fd具有阀控制部302，以取代图1所示的阀控制部202。另外，在存储部209中保存有关系信息209b。

关系信息209b为存储目标累计流量相对于应向处理装置101a(腔室c)供给的气体的目标流量和目标供给时间的关系的数据。应向腔室c供给的气体的目标流量和目标供给时间例如通过制程来规定。目标累计流量为将从自控制部102发出供给开始指令的时间点起实际供给至腔室c的气体的流量进行累计所得到的累计流量的目标值。在本实施方式中，针对从控制部102发出供给开始指令的时间点起的每个经过时间预先设定了目标累计流量。

阀控制部302通过对控制阀201的开度进行控制来控制流过气体供给管150后被供给至腔室c内的气体的流量。在从控制部102发出供给开始指令的时间点，阀控制部302打开控制阀201来开始基于上述式(1)控制气体的流量。具体地说，阀控制部302基于上所述式(1)对控制阀201的开度进行控制来调整压力p1，由此将节流阀205的下游侧的气体的流量q控制为由供给开始指令指定的目标流量。由此，流量q的气体被供给至处理装置101a(腔室c)。

而且，阀控制部302在直到气体的流量达到规定的目标流量为止的过渡期间，基于以规定的周期将气体的流量q进行累计所得到的累计流量与规定的目标累计流量的差来决定用于补偿该差的、气体的流量q的随时间的变化率。规定的目标流量由供给开始指令指定。与由供给开始指令指定的目标流量相对应地从关系信息209a获取规定的目标累计流量。

而且，阀控制部302对控制阀201的开度进行控制，以使气体的流量q以所决定的随时间的变化率变化。

由此，在流量控制器fd中，即使在每个流量控制器fd的上升特性存在偏差的情况下，也能够通过气体的流量q的随时间的变化来补偿累计流量相对于目标累计流量的不足量，从而能够实现高精度的流量控制。

接着，对第二实施方式所涉及的流量控制器fd采用的流量控制方法进行说明。图5是表示第二实施方式所涉及的流量控制方法的一例的图。

在图5中，横轴表示时间，纵轴表示向处理装置101a(腔室c)供给的气体的量(也就是节流阀205的下游侧的气体的流量q)。下面，为了方便说明，有时将向处理装置101a(腔室c)供给的气体的流量记载为“供给流量”。另外，在图5中，时间点0表示从处理装置101a(控制部102)发出供给开始指令的时间点。另外，时间点tp表示经过由供给开始指令指定的目标供给时间的时间点。另外，在图5中示出由供给开始指令指定的目标流量qp。在本实施例中，预先将目标累计流量相对于目标流量qp和目标供给时间的关系存储于关系信息209b中。针对从控制部102发出供给开始指令的时间点0起的每个经过时间预先设定了目标累计流量。

在图5中，用虚线的波形411表示与目标累计流量对应的供给流量的随时间的变化。波形411由以时间t为参数的初级函数f(t)＝qp/tp·t表示。此外，作为表示波形411的函数，不限于一次函数，可以使用包括时间常数的指数函数等任意的一次延迟函数。波形411在时间点0上升，在时间点tp达到目标流量qp。在图5中，将从时间点0至时间点tp的期间定义为“直到供给流量达到规定的目标流量为止的过渡期间”。

如图5所示，在从控制部102发出供给开始指令的时间点0，阀控制部302打开控制阀201来开始基于上述式(1)控制气体的流量。由此，在比时间点0晚规定时间的时间点t1，供给流量上升。

而且，阀控制部302从发出供给开始指令的时间点0起以规定的周期将供给流量(节流阀205的下游侧的气体的流量q)进行累计来计算累计流量。

而且，在过渡期间，阀控制部302基于累计流量与规定的目标累计流量的差来决定用于补偿该差的、气体的流量q的随时间的变化率。即，阀控制部302进行使过渡期间中包括的任意的时间点ta的累计流量与目标累计流量的差同过渡期间的任意的时间点ta之后的期间(tp-ta)的累计流量的增加量一致的运算，由此决定补偿差的随时间的变化率。在图5的例子中，任意的时间点ta的累计流量与目标累计流量的差相当于斜线区域的面积s1，期间(tp-ta)的累计流量的增加量相当于横线区域的面积s2。面积s1由“1/2·f(ta)·ta-s”(其中s为累计流量。)表示。面积s2由“1/2·(qp-f(ta))·(tp-t2)”(其中t2为在假定面积s1与面积s2一致的情况下供给流量达到目标流量qp的时间点。)表示。阀控制部302通过进行使面积s1与面积s2一致的运算来决定用于补偿差的、气体的流量q的随时间的变化率。即，阀控制部302通过进行使面积s1与面积s2一致的运算，来将图5的期间(t2-ta)的供给流量的波形的斜率决定为气体的流量q的随时间的变化率。

而且，阀控制部302对控制阀201的开度进行控制，以使气体的流量q以决定出的时间的变化率变化。

由此，在流量控制器fd中，即使在每个流量控制器fd的上升特性存在偏差的情况下，也能够在直到气体的流量q达到规定的目标流量为止的过渡期间补偿累计流量相对于目标累计流量的不足量，从而能够实现高精度的流量控制。

如以上那样，第二实施方式所涉及的流量控制器fd具有控制阀201和阀控制部302。在从处理装置101a发出指示开始进行气体的供给的指令的时间点，阀控制部302打开控制阀201来开始控制气体的流量。在直到气体的流量达到规定的目标流量为止的过渡期间，阀控制部302基于以规定的周期将气体的流量进行累计所得到的累计流量与规定的目标累计流量的差，来决定用于补偿该差的、气体的流量的随时间的变化率。而且，阀控制部302对控制阀201的开度进行控制，以使气体的流量以所决定的随时间的变化率变化。由此，即使在每个流量控制器fd的上升特性存在偏差的情况下，流量控制器fd也能够在直到气体的流量达到规定的目标流量为止的过渡期间补偿累计流量相对于目标累计流量的不足量，从而能够实现高精度的流量控制。

此外，在第二实施方式中，以如下的情况为例进行了说明：对控制阀201的开度进行控制，以使气体的流量以基于累计流量与规定的目标累计流量的差决定出的随时间的变化率变化，但公开的技术不限定于此。例如，在决定出的时间的随变化率比规定的阈值大的情况下，使该随时间的变化率减少至阈值，并且对控制阀201的开度进行控制，以使气体的流量以减少后的随时间的变化率变化。由此，能够抑制气体的流量的过冲。

附图标记说明

fd：流量控制器；10a：处理系统；100：气体供给系统；101a：处理装置；102：控制部；201：控制阀；202、302：阀控制部；203：压力计；204：压力计；205：节流阀；206：配管；207：配管；208：配管；209：存储部；209a、209b：关系信息。