(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理体積を有するプロセスチャンバを制御する方法であって、
プロセスパラメータの関数として、前記処理体積内の圧力と、前記処理体積および排気システムの間に配設された排気弁の弁体の位置との関係を予め決定すること、
前記処理体積内の第１の圧力と、前記プロセスパラメータの第１の値とを有する第１の状態に前記プロセスチャンバを設定することであって、前記排気弁の弁体の位置が、前記第１の値で前記処理体積内の前記第１の圧力を生成するために、前記予め決定された関係に基づいて第１の位置に設定される、設定すること、
前記プロセスチャンバが、前記第１の状態から、第２の圧力と前記プロセスパラメータの第２の値とを有する第２の状態に変化するときに、前記処理体積内の前記圧力を制御するために圧力制御プロファイルを決定することであって、前記圧力制御プロファイルが、前記第１の圧力、前記第２の圧力、前記第１の値、前記第２の値、および前記第１の位置を入力パラメータとして使用するモデルベースの制御アルゴリズムから決定される、決定すること、および、
前記第１の状態から前記第２の状態に前記プロセスチャンバを変える間、前記排気弁の弁体の位置を変えることによって前記処理体積内の圧力を制御するために前記圧力制御プロファイルを適用すること
を含み、
前記圧力制御プロファイルを決定することが、さらに、
前記プロセスチャンバが前記第２の状態に設定されるときに、前記プロセスパラメータの前記第２の値で前記処理体積内の前記第２の圧力を生成する前記予め決定された関係から、前記排気弁の弁体の第２の位置を決定することを含み、
前記圧力制御プロファイルを適用することが、さらに、
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きいならば、前記排気弁の弁体を前記第２の位置に移動させる前に前記排気弁の弁体を閉位置に移動させることであって、前記閉位置は、前記排気弁が閉じているときの前記排気弁の弁体の位置である、移動させること、および
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも小さいならば、前記排気弁の弁体を前記第２の位置に移動させる前に前記排気弁の弁体を開位置に移動させることであって、前記開位置は、前記排気弁が全開であるときの前記排気弁の弁体の位置である、移動させることを含む方法。
【請求項２】
前記圧力制御プロファイルを決定することが、さらに、
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きいならば、前記排気弁の弁体を前記閉位置から前記第２の位置に移動させるのにかかる第１の時間を計算し、または、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも小さいならば、前記排気弁の弁体を前記開位置から前記第２の位置に移動させるのにかかる第２の時間を計算することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧力制御プロファイルを決定することが、さらに、
トリガ圧力を計算することを含み、当該トリガ圧力は、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きいならば、前記排気弁の弁体が前記第１の時間に前記第２の位置に達するように前記排気弁の弁体が前記閉位置から前記第２の位置に移動し始める圧力であり、または、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも小さいならば、前記排気弁の弁体が前記第２の時間に前記第２の位置に達するように前記排気弁の弁体が前記開位置から前記第２の位置に移動し始める圧力である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記トリガ圧力を超えておらず、且つ、前記圧力制御プロファイルを決定することが、さらに、
前記トリガ圧力での１組の初期条件と、前記第２の圧力での１組の最終的な条件とを使用して、圧力と時間との第２の関係を決定することを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の関係を決定することが、さらに
前記トリガ圧力での前記１組の初期条件と、前記第２の圧力での前記１組の最終条件とを使用して、時間の関数としての圧力に関する微分方程式を解くことを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記圧力制御プロファイルを適用することが、さらに、
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きく、かつ前記トリガ圧力に達しているならば、前記決定された第２の関係に基づいて、前記第１の時間にわたって前記閉位置から前記第２の位置に前記排気弁の弁体を移動させること、または、前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも小さく、かつ前記トリガ圧力に達しているならば、前記決定された第２の関係に基づいて、前記第２の時間にわたって前記開位置から前記第２の位置に前記排気弁の弁体を移動させることを含む請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きく、かつ前記トリガ圧力に達しているならば、前記第１の時間にわたって前記閉位置から前記第２の位置に前記排気弁の弁体を移動させることが、さらに、
前記排気弁の弁体を、前記閉位置と前記第２の位置の間の複数の中間位置を介して前記閉位置から前記第２の位置に移動させることを含み、各中間位置が、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分を前記予め決定された関係での入力として使用して、前記予め決定された関係から決定され、前記対応する中間圧力および前記対応する中間圧力微分が、前記圧力が前記トリガ圧力に達している初期時間と前記第１の時間との間の対応する中間時間で、前記第２の関係を使用して決定され、
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも小さく、かつ前記トリガ圧力に達しているならば、第２の時間にわたって前記開位置から前記第２の位置に前記排気弁の弁体を移動させることが、さらに、
前記排気弁の弁体を、前記開位置と前記第２の位置の間の複数の中間位置を介して前記開位置から前記第２の位置に移動させることを含み、各中間位置が、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分を前記予め決定された関係での入力として使用して、前記予め決定された関係から決定され、前記対応する中間圧力および前記対応する中間圧力微分が、前記圧力が前記トリガ圧力に達している初期時間と前記第２の時間との間の対応する中間時間で、前記第２の関係を使用して決定される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記トリガ圧力を超えており、且つ、前記圧力制御プロファイルを決定することが、さらに、
前記排気弁の弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させるのにかかる第３の時間を計算することと、
前記第１の圧力での１組の初期条件と、前記第２の圧力での１組の最終条件とを使用して、圧力と時間との第２の関係を決定することを含む請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記圧力制御プロファイルを適用することが、さらに、
前記トリガ圧力を超えているときに、前記決定された第２の関係に基づいて、前記排気弁の弁体を前記第３の時間にわたって前記第１の位置から前記第２の位置に移動させることを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第３の時間にわたって前記排気弁の弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させることが、さらに、
前記排気弁の弁体を、前記第１の位置と第２の位置の間の複数の中間位置を介して前記第１の位置から前記第２の位置に移動させることを含み、各中間位置が、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分を前記予め決定された関係での入力として使用して、前記予め決定された関係から決定され、前記対応する中間圧力および前記対応する中間圧力微分が、前記排気弁が前記第１の位置にある初期時間と前記第３の時間との間の対応する中間時間で、前記第２の関係を使用して決定される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の圧力が前記第１の圧力に等しく、前記プロセスパラメータの前記第２の値が前記第１の値とは異なり、前記圧力制御プロファイルを適用することが、さらに、
前記第１および第２の圧力に等しい一定の圧力を保ちながら前記排気弁の弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させることを含み、前記排気弁の弁体を前記第１の位置から前記第２の位置に移動させることが、さらに、
前記排気弁の弁体を、前記第１の位置と第２の位置の間の複数の中間位置を介して前記第１の位置から前記第２の位置に移動させることを含み、各中間位置が、一定の圧力と、プロセスパラメータの対応する中間値とを前記予め決定された関係での入力として使用して、前記予め決定された関係から決定され、前記プロセスパラメータの前記対応する中間値が、前記プロセスパラメータの前記第１の値と前記第２の値との間にある請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記処理体積内の圧力と排気弁の弁体の位置との関係を予め決定することが、さらに、
前記予め決定された関係を決定するために、前記プロセスパラメータの関数として、前記排気弁を通るガス流をモデル化することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記排気弁を通るガス流をモデル化することが、さらに、
（ａ）前記排気弁の弁体の位置を開位置に設定すること、
（ｂ）前記プロセスパラメータを第１のテスト値に設定すること、
（ｃ）前記排気弁の弁体を、前記開位置と前記閉位置との間の複数の中間位置を介して前記開位置から閉位置に移動させ、前記プロセスパラメータを前記第１のテスト値に保ちながら、前記複数の中間位置それぞれで、対応する圧力を記録すること、および
（ｄ）前記プロセスパラメータに関する複数のテスト値を使用して、（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
処理体積と、前記処理体積を制御するための前記処理体積および排気システムの間に配設された排気弁とを有するプロセスチャンバを制御する方法であって、
前記処理体積内の第１の圧力と、プロセスパラメータの第１の値とを有する第１の状態に前記プロセスチャンバを設定することであって、前記排気弁の弁体の位置が、前記第１の値で前記処理体積内の前記第１の圧力を生成するために、前記プロセスパラメータの関数として前記処理体積内の圧力と前記排気弁の弁体の位置との間で予め決定された関係に基づいて第１の位置に設定される、設定すること、
前記プロセスチャンバを、前記第１の状態から、第２の圧力と前記プロセスパラメータの第２の値とを有する第２の状態に変化させるときに、前記排気弁の弁体の位置を変えることによって前記処理体積内の前記圧力を制御するために圧力制御プロファイルを適用することであって、前記圧力制御プロファイルが、前記第１の圧力、前記第２の圧力、前記第１の値、前記第２の値、および前記第１の位置を入力パラメータとして使用するモデルベースの制御アルゴリズムから決定される、適用すること、
を含み、
前記圧力制御プロファイルを適用することが、さらに、
前記プロセスチャンバが前記第２の状態に設定されるときに、前記プロセスパラメータの前記第２の値で前記処理体積内の前記第２の圧力を生成する前記予め決定された関係から、前記排気弁の弁体の第２の位置を決定すること、
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きいならば、前記排気弁の弁体を前記第２の位置に移動させる前に前記排気弁の弁体を閉位置に移動させることであって、前記閉位置は、前記排気弁が閉じているときの前記排気弁の弁体の位置である、移動させること、および
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも小さいならば、前記排気弁の弁体を前記第２の位置に移動させる前に前記排気弁の弁体を開位置に移動させることであって、前記開位置は、前記排気弁が全開であるときの前記排気弁の弁体の位置である、移動させることを含む方法。
【請求項１５】
半導体基板を処理するためのシステムであって、
処理体積を有するプロセスチャンバと、
前記処理体積にプロセスパラメータを提供するための処理源と、
前記処理体積と排気システムの排気体積との間に配設された排気弁と、
前記プロセスチャンバに結合された制御装置と、を備え、前記制御装置が、さらに、命令が記憶されたコンピュータ可読媒体を備え、前記命令が、前記制御装置によって実行されるときに、前記プロセスチャンバを制御するための方法を前記制御装置に実施させるシステムであって、前記方法が、
前記プロセスパラメータの関数として、前記処理体積内の圧力と前記排気弁の弁体の位置との関係を予め決定すること、
前記処理体積内の第１の圧力と、前記プロセスパラメータの第１の値とを有する第１の状態に前記プロセスチャンバを設定することであって、前記排気弁の弁体の位置が、前記第１の値で前記処理体積内の前記第１の圧力を生成するために、前記予め決定された関係に基づいて第１の位置に設定される、設定すること、
前記プロセスチャンバが、前記第１の状態から、第２の圧力と前記プロセスパラメータの第２の値とを有する第２の状態に変化するときに、前記処理体積内の前記圧力を制御するために、圧力制御プロファイルを決定することであって、前記圧力制御プロファイルが、前記第１の圧力、前記第２の圧力、前記第１の値、前記第２の値、および前記第１の位置を入力パラメータとして使用するモデルベースの制御アルゴリズムから決定される、決定すること、および、
前記第１の状態から前記第２の状態に前記プロセスチャンバを変える間、前記排気弁の弁体の位置を変えることによって前記処理体積内の圧力を制御するために前記圧力制御プロファイルを適用すること
を含み、
前記圧力制御プロファイルを決定することが、さらに、
前記プロセスチャンバが前記第２の状態に設定されるときに、前記プロセスパラメータの前記第２の値で前記処理体積内の前記第２の圧力を生成する前記予め決定された関係から、前記排気弁の弁体の第２の位置を決定することを含み、
前記圧力制御プロファイルを適用することが、さらに、
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも大きいならば、前記排気弁の弁体を前記第２の位置に移動させる前に前記排気弁の弁体を閉位置に移動させることであって、前記閉位置は、前記排気弁が閉じているときの前記排気弁の弁体の位置である、移動させること、および
前記第２の圧力が前記第１の圧力よりも小さいならば、前記排気弁の弁体を前記第２の位置に移動させる前に前記排気弁の弁体を開位置に移動させることであって、前記開位置は、前記排気弁が全開であるときの前記排気弁の弁体の位置である、移動させることを含むシステム。
【請求項１６】
前記処理源が質量流量デバイスを備え、前記質量流量デバイスが、さらに、
センサと、
調節可能な弁と、を含み、前記質量流量デバイスの前記センサと前記調節可能な弁とが、前記制御装置に直接結合されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
システムがさらに、
前記処理体積内の第１の圧力範囲を測定するための第１の圧力ゲージと、
前記処理体積内の第２の圧力範囲を測定するための第２の圧力ゲージと、を備え、前記第１および第２の圧力ゲージが、前記制御装置に直接結合され、前記制御装置によって制御される請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記排気弁の弁体の位置を変更するための電動ドライブをさらに含み、前記電動ドライブが、制御装置に直接結合され、制御装置によって制御される、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記予め決定された関係が前記排気弁に関するモデルであり、前記モデルが、（ａ）前記モデルへの入力として、チャンバ圧力、チャンバ圧力の微分、チャンバ温度、チャンバ体積、またはプロセスパラメータの１つまたは複数を含み、（ｂ）前記モデルへの出力として、前記排気弁の弁体の位置を含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、基板処理システムにおいて基板を処理するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理システムは、処理体積を有するプロセスチャンバを含み、処理体積内で、基板を基板支持体の上に配設することができる。基板を処理するために、１つまたは複数のプロセスガスを処理体積内に流すことができる。典型的には、そのようなシステムでは、チャンバ圧力とプロセスガス流とが個別に制御される。例えば、ガス流量は、流量コントローラ、例えば質量流量コントローラなどによって設定される。同様に、圧力レベルは、チャンバからの排気弁、例えばスロットル弁などで設定される。次いで、処理体積内での滞留時間効果を調節するために圧力レベルが設定された後に、流量を修正することができる。さらに、異なる流量および／またはチャンバ圧力でのプロセス間で切り替えるとき、第２の流量および／またはチャンバ圧力でシステムが安定するのを待機する間に、基板処理が遅くなることがある。
【発明の概要】
【０００３】
したがって、本発明者らは、基板を処理するための改良された方法および装置を提供している。
【０００４】
本明細書において、モデルベースの制御を使用して基板を処理するための方法および装置を提供する。いくつかの実施形態では、処理体積を有するプロセスチャンバを制御する方法が、プロセスパラメータの関数として、処理体積内の圧力と排気弁の位置との関係を予め決定すること；処理体積内の第１の圧力と、プロセスパラメータの第１の値とを有する第１の状態にプロセスチャンバを設定し、排気弁が、第１の値で処理体積内の第１の圧力を生成するために、予め決定された関係に基づいて第１の位置に設定されること；プロセスチャンバが、第１の状態から、第２の圧力とプロセスパラメータの第２の値とを有する第２の状態に変化するときに、処理体積内の圧力を制御するために、圧力制御プロファイルを決定し、圧力制御プロファイルが、第１の圧力、第２の圧力、第１の値、第２の値、および第１の位置を入力パラメータとして使用するモデルベースの制御アルゴリズムから決定されること；および、第１の状態から第２の状態にプロセスチャンバを変えると共に、排気弁の位置を変えることによって処理体積内の圧力を制御するために圧力制御プロファイルを適用することを含む。
【０００５】
いくつかの実施形態では、処理体積を有するプロセスチャンバを制御する方法、および処理体積内の圧力を制御するための排気弁が、処理体積内の第１の圧力と、プロセスパラメータの第１の値とを有する第１の状態にプロセスチャンバを設定し、排気弁が、プロセスパラメータに応じた処理体積内の圧力と排気弁の位置との所定の関係に基づいて、第１の値で処理体積内の第１の圧力を生成するために、第１の位置に設定されること；および、第１の状態から、第２の圧力とプロセスパラメータの第２の値とを有する第２の状態にプロセスチャンバを変えると共に、排気弁の位置を変えることによって処理体積内の圧力を制御するために圧力制御プロファイルを適用し、圧力制御プロファイルが、第１の圧力、第２の圧力、第１の値、第２の値、および第１の位置を入力パラメータとして使用するモデルベースの制御アルゴリズムから決定されることを含むことがある。
【０００６】
いくつかの実施形態では、半導体基板を処理するためのシステムが、処理体積を有するプロセスチャンバと、処理体積にプロセスパラメータを提供するための処理源と、処理体積と排気システムの排気体積との間に配設された排気弁と、プロセスチャンバに結合された制御装置とを備え、制御装置が、さらに、命令が記憶されたコンピュータ可読媒体を備え、命令が、制御装置によって実行されるときに、上述したプロセスチャンバを制御するための方法、または以下に述べるプロセスチャンバを制御する方法の他の実施形態およびさらなる実施形態を制御装置に実施させる。
【０００７】
本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を以下に述べる。
【０００８】
上で簡単に要約し、以下により詳細に論じる本発明の実施形態は、添付図面に示される本発明の例示的実施形態を参照して理解することができる。しかし、添付図面は本発明の典型的な実施形態しか例示しておらず、したがって、本発明が他の同等に効果的な実施形態を含むこともあるので、添付図面が本発明の範囲を限定するとみなすべきではないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のいくつかの実施形態による基板処理システムを示す図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態による、プロセスチャンバを制御するための方法の流れ図である。
【図３】本発明のいくつかの実施形態による制御流れ図である。
【図４】本発明のいくつかの実施形態による、処理体積の圧力と排気弁の位置との関係を決定するための方法の流れ図である。
【図５】本発明のいくつかの実施形態による、圧力制御プロファイルを決定するための方法の流れ図である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態による、圧力制御プロファイルを適用するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
理解しやすくするために、可能であれば、複数の図面に共通の同一の要素を表すために同一の参照番号を使用している。図面は、正確な縮尺では描かれておらず、分かりやすくするために簡略化されていることがある。さらなる記載がなくても、一実施形態の要素および特徴を他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。
【００１１】
本明細書において、モデルベースの制御を使用して基板を処理するための方法および装置を提供する。本発明による方法および装置の実施形態は、有利には、例えば、処理条件の変化などによりチャンバ圧力が変化されたときに、新たな設定値でチャンバ圧力を安定化させるなど、過渡応答をより高速で提供することができる。さらに、本発明による方法および装置の実施形態は、有利には、フィードフォワード制御を提供することができ、フィードフォワード制御は、基板処理システムのプロセス変化の予想を容易にする。フィードフォワード制御は、有利には、例えばプロセス条件が安定するのを待機する時間を短縮することによって、より効率的な基板処理および／またはより高いスループットを容易にすることができる。また、本明細書で提供する本発明による方法の実施形態は、システム間でのチャンバマッチングの改良を容易にするために、基板処理システムにおける標準化された調整処置として使用することもできる。
【００１２】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による基板処理システム１００を示す。基板処理システム１００は、処理体積１０４を有するプロセスチャンバ１０２を含むことがある。基板処理システム１００内での処理中に基板１０８を支持するために、処理体積１０４内に基板支持体１０６が配設されることがある。プロセスチャンバ１０２は、１つの基板および／または複数の基板を同時に処理するのに適した任意のプロセスチャンバでよい。例えば、プロセスチャンバ１０２は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、金属化学気相堆積（ＭＣＶＤ）、ブランケットディープサブミクロン化学気相堆積（ブランケットＤＳＭ−ＣＶＤ）、または任意の適切なプラズマプロセスもしくは非プラズマプロセス、例えばエッチング、堆積、洗浄などの１つまたは複数のために構成することができる。基板支持体１０６は、プロセスチャンバ１０２の任意の適切な構成と共に使用するための任意の適切な基板支持体でよい。基板支持体１０６は、サセプタ、静電チャック、ヒータ、ＲＦ電極、リフトピンアセンブリなどの１つまたは複数を含むことがある。
【００１３】
システム１００は、１つまたは複数のプロセスパラメータを処理体積１０４に提供するために１つまたは複数の処理源を含むことがある。例えば、プロセスパラメータは、ＲＦ出力の大きさ、プロセスガスの流量、チャンバ構成要素の温度、チャンバ温度、チャンバ圧力、フォアライン圧力、サセプタ裏側圧力、プロセスガスタイプ、プロセスガス温度、サセプタ温度、サセプタ位置、基板ヒータ出力レベル、排気弁ヒータ出力レベル、排気弁ヒータ温度、排気弁位置、プロセス方策ステップなどを含むことがある。例えば、１つまたは複数のプロセスは、例えば１つまたは複数の流量デバイス、１つまたは複数の高周波（ＲＦ）電源、基板ヒータ、排気弁ヒータなどの処理源によって提供することができる。
【００１４】
例えば、１つまたは複数の流量デバイス１１０を、１つまたは複数のプロセスガスを処理体積１０４に提供するためにガス入口１１６に結合させることができる。ガス入口１１６は、所望の様式で（例えば、基板１０８の上方の処理体積１０４の領域内へ、基板１０８に向けて、または基板１０８の表面を横切るように向けて）、１つまたは複数のプロセスガスを処理体積１０４に提供するのに適した任意の入口でよい。例えば、ガス入口１１６は、シャワーヘッド（図示せず）、ガスインジェクタ、ノズルなどの１つまたは複数でよい。図１では、ガス入口１１６は、基板支持体１０６の上方に配設されているものとして示されているが、代替として、または組み合わせて、プロセスチャンバ１０２の側壁もしくは底面に、またはプロセスチャンバ内部に（例えば、基板支持体１０６に隣接して）配設することもできる。１つまたは複数の流量デバイス１１０は、複数のガス源１１８の１つまたは複数にそれぞれ結合させることができる。例えば、複数のガス源１１８は、ガスパネルなどの一部でよく、各流量デバイス１１０が、対応するガス源１１８からガス入口１１６へのプロセスガスの流れを制御する。
【００１５】
１つまたは複数のＲＦ出力源を使用して、処理体積１０４など処理システム１００の様々な部分にＲＦ出力を提供することができ、処理体積１０４内に流される、または基板支持体１０６に流されるプロセスガスまたは何らかの他のガスからプラズマを生成する。例えば、第１のＲＦ出力源１１２Ａおよび第２のＲＦ出力源１１２Ｂが、図１に示されている。本明細書では、第１のＲＦ出力源１１２Ａと第２のＲＦ出力源１１２Ｂを、総称して、１つまたは複数のＲＦ出力源１１２、またはＲＦ出力源１１２と呼ぶ。各ＲＦ出力源は、一般に、ＲＦ発生器、およびＲＦ発生器とプラズマとのインピーダンスを一致させるために使用されるマッチング回路を含む。１つまたは複数のＲＦ出力源は、基板処理システム１００内の様々な要素に結合させることができる。
【００１６】
第１のＲＦ出力源１１２Ａを利用して、１つまたは複数のプロセスガスからのプラズマの生成を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、第１のＲＦ出力源１１２Ａは、プロセスチャンバ１０２の蓋または天井の近くに配設することができる。例えば、第１のＲＦ出力源１１２Ａは、プロセスチャンバ１０２内部の１つまたは複数のプロセスガスにＲＦエネルギーを結合させてプラズマを生成するように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１のＲＦ出力源１１２Ａは、例えば、破線１１３によって示されるように、プロセスチャンバ１０２の天井の上に配設された１つまたは複数の誘導コイル１１１などの電極に結合させることができる。代替として、または組み合わせて、第１のＲＦ出力源１１２Ａは、破線１１５によって示されるように、ガス入口１１６の伝導部分など、プロセスチャンバの天井内または天井付近に配設された電極に結合させることができる。さらに、または代替として、第１のＲＦ出力源１１２は、所望の位置でＲＦエネルギーを提供するために他の適切な構成要素に結合させることもできる。ただ１つのＲＦ源（例えば１１２Ａ）が、天井の近位でプロセスチャンバ１０２に結合されて示されているが、複数のＲＦ出力源を、同じ電極で天井に結合させる、または異なる電極に結合させることもできる。
【００１７】
第２のＲＦ出力源１１２Ｂは、例えば、処理中に基板バイアス制御を提供するために基板支持体１０６に結合させることができる。上述したのと同様に、ただ１つのＲＦ源が、基板支持体１０６に結合されて示されているが、複数のＲＦ電源を、同じ電極で基板支持体１０６に結合させる、または異なる電極に結合させることもできる。さらに、または代替として、プロセスチャンバ、またはプロセスチャンバ１０２内に提供されたガスもしくはプロセスチャンバ１０２内に流れるガスにＲＦエネルギーを結合させるために、プロセスチャンバの側壁内もしくは側壁付近、または他の所望の位置に配設された電極（図示せず）などプロセスチャンバの他の構成要素に、他のＲＦ出力源１１２を結合させることもできる。
【００１８】
１つまたは複数の流量デバイス１１０はそれぞれ、質量流量デバイス、例えば質量流量コントローラなどでよい。１つまたは複数の流量デバイス１１０はそれぞれ、センサ１２０と、調節可能な弁１２２とを含むことがある。センサ１２０は、圧力センサまたは温度センサの１つまたは複数を含むことがある。図１に示されるように、センサ１２０および調節可能な弁１２２は、制御装置１２４に直接接続されることがある。制御装置１２４は、システム１００の各構成要素を制御するための中央システム制御装置でよく、以下により詳細に論じる。例えば、動作時、センサは、プロセスガスの流量を決定するために、プロセスガスの圧力または温度の１つまたは複数を示す信号を制御装置１２４に提供することができ、制御装置１２４は、調節可能な弁１２２を制御することによって、望みに応じて流量を調節することができる。
【００１９】
流量デバイス１１０のこの設計は、典型的な流量デバイスとは異なることがある。例えば、質量流量コントローラなど典型的な流量デバイス（図示せず）は、搭載型位置制御装置と連絡するセンサおよび調節可能な弁を含むことがあり、流量センサ、調節可能な弁、および搭載型位置制御装置の間の局所閉ループ制御を提供する。典型的な流量デバイスの搭載型位置制御装置は、システム制御装置からの信号に応答して、流量の調整および最適化を制御する。残念ながら、典型的な流量デバイスのこの従来の設計は、製造業者の仕様や制御設定などに依存した搭載型位置制御装置とシステム制御装置１２４との間の独特の制御手法を必要とすることがある。さらに、中間制御装置（すなわち、典型的な流量デバイスの搭載型位置制御装置）により、システム制御装置１２４からの任意のコマンドに対する応答が遅くなることがある。なぜなら、信号がまず中間制御装置に中継され、次いで、（流量制御デバイス１１０を直接制御するシステム制御装置１２４ではなく）中間制御装置がその後、典型的な流量デバイスの調整および最適化を制御するからである。さらに、中間制御装置がないことで、有利には、例えば、流量コマンドを連続的に変えることが可能になることがあり、位置制御モードでの流量制御デバイス１１０の使用が可能になることがあり、また、システム制御装置１２４からのより速い更新速度が可能になることがある。しかし、流量センサとの間で局所閉ループ制御を提供するために搭載型位置制御装置と連絡するセンサおよび調節可能な弁を含むことがある質量流量コントローラなど典型的な流量デバイス（図示せず）を、本明細書で開示するモデルベースの制御の方法と共に使用することもできる。
【００２０】
したがって、本発明の実施形態では、図１に示されるように、従来の位置制御装置がシステムから省かれ、制御装置１２４が、流量センサ１２０および調節可能な弁１２２に直接結合されて、１つまたは複数の流量デバイス１１０それぞれを直接制御、調整、および／または最適化する。
【００２１】
制御装置１２４は、１つまたは複数の処理源のうちの他のもの、例えば基板ヒータ１１４、１つまたは複数のＲＦ出力源１１２、排気弁１２６（以下に論じる）、排気弁ヒータ（図示せず）、または任意の他の適切な処理源を直接制御することもでき、例えば、様々なチャンバ入力源のための任意の中間制御デバイスを介さずに、１つまたは複数のチャンバ入力源を調整または最適化する。１つまたは複数の流量デバイス１１０に関して上述したように、制御装置１２４による１つまたは複数の処理源それぞれの直接の制御は、温度や圧力などチャンバ入力の変化に対するより高速の過渡応答を容易にすることができる。さらに、中央システム制御装置（すなわち制御装置１２４）が使用されるので、様々な１つまたは複数の処理源それぞれに対する独特の制御手法ではなく、標準化された制御手法を、１つまたは複数の処理源それぞれに関して使用することができる。
【００２２】
システム１００は、さらに、処理体積１０４と、排気システム１３０の排気体積１２８との間に配設された排気弁１２６を含むことがある。排気弁１２６は、ゲート弁、スロットル弁、バタフライ弁、振り子弁など、基板処理システムで使用される任意の適切な弁でよい。排気弁１２６は、排気弁１２６の位置を制御するために電動ドライブ１３２に結合される。例えば、排気弁１２６の位置変化は、例えば排気体積１２８など、より低圧の領域への多少の露出をもたらすことができる。より低圧の領域は、排気領域１２８または排気システム１３０に結合された任意の適切な真空ポンプまたは同様のポンピングデバイス（図示せず）によって生成することができる。
【００２３】
処理体積１０４内の圧力は、１つまたは複数の圧力ゲージによって監視することができる。例えば、第１の圧力ゲージ１３４を使用して、処理体積１０４内の第１の圧力範囲を測定することができる。いくつかの実施形態では、第１の圧力範囲は、約１〜約１０Ｔｏｒｒでよい。第２の圧力ゲージ１３６を使用して、処理体積内の第２の圧力範囲を測定することができる。第２の圧力範囲は、第１の圧力範囲とは異なることがあり、例えば、第１の圧力ゲージと第２の圧力ゲージの一方が、高圧ゲージでよく、他方は、より低圧のゲージでよい。いくつかの実施形態では、第２の圧力範囲は、約１０〜約５００Ｔｏｒｒでよい。第１の圧力ゲージ１３４および第２の圧力ゲージ１３６は、所望の圧力範囲を測定するための任意の適切な圧力ゲージ、例えば、イオンゲージ、熱電対ゲージ、キャパシタンスゲージ、ひずみゲージ、ピラニゲージなどでよい。また、望まれる場合には、様々な圧力範囲を監視するための追加の圧力ゲージを提供することもできる。特定の圧力範囲に関して調整される複数の圧力ゲージを提供することは、有利には、広範囲の圧力にわたるただ１つの圧力ゲージの使用と比較して、処理システムのより厳密な制御を容易にすることができる。例えば、圧力ゲージは、排気体積１２８やサセプタの裏側などを監視するために提供することができる。
【００２４】
第１の圧力ゲージ１３４および第２の圧力ゲージ１３６は、図１に示されるように、制御装置１２４に直接結合させることができる。同様に、電動ドライブ１３２は、制御装置１２４に直接結合し、制御装置１２４によって制御することができる。１つまたは複数の流量デバイス１１０に関して上述したように、圧力ゲージ１３４、１３６および電動ドライブ１３２の構成は、従来の基板処理システムとは異なることがある。例えば、典型的な基板処理システムは、圧力ゲージからの圧力読取値を監視して、排気弁を制御する電動ドライブを動作させるために、１つまたは複数の中間制御装置を含むことがある。例えば、典型的な基板処理システムでは、圧力ゲージは、圧力制御装置に結合されることがあり、圧力制御装置がさらに、排気弁の位置を変えるために電動ドライブを制御する位置制御装置に結合されることがある。１つまたは複数の流量デバイス１１０に関して上述したのと同様の理由により、これらの中間制御装置（例えば、圧力制御装置および位置制御装置）が制御装置１２４によって置き換えられる。例えば、上記の理由に加えて、中間制御装置を省くことで、複雑なモデルベースの制御を可能にすることができ、この制御は、流量などシステムの高レベルパラメータを考慮に入れるために使用することができる。
【００２５】
制御装置１２４は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３８、メモリ１４０、およびＣＰＵ１３８のためのサポート回路１４２を備え、システム１００の構成要素の制御、したがって、以下に論じる方法２００などシステムを制御する方法の制御を容易にする。制御装置１２４は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するための工業用設定で使用することができる任意の形態の汎用制御装置の１つでよい。ＣＰＵ１３８のメモリまたはコンピュータ可読媒体１４０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク（登録商標）、ハードディスク、または任意の他の形態の（局所または遠隔）デジタル記憶装置など、１つまたは複数の容易に入手可能なメモリでよい。サポート回路１４２は、従来の様式で処理装置をサポートするためにＣＰＵ１３８に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、およびサブシステムなどを含む。上述したように、制御装置１２４は、流量デバイス、電動ドライブ、ＲＦ出力源、基板ヒータ、排気弁ヒータ、監視圧力ゲージを直接制御するための回路および／またはサブシステム、ならびに、基板処理システムの様々な構成要素を直接制御するための任意の適切な回路および／またはサブシステムを含むことがある。メモリ１４０は、本明細書で述べる本発明の実施形態によるシステム１００の動作を制御するために実行される、または呼び出されることがあるソフトウェア（ソースまたはオブジェクトコード）を記憶する。
【００２６】
図２は、本発明のいくつかの実施形態による基板処理システムを制御する方法２００に関する流れ図を示す。図１に示される基板処理システム１００の要素、および図３に示されるコマンド流れ図に従って、方法２００を以下に述べる。しかし、方法２００は、本明細書で提供される教示に従って、他の基板処理システムで利用することもできる。例えば、図３に示されるコマンド流れ図は、チャンバ１０２内の圧力を制御するために排気弁１２６の位置を調節するための例示的なコマンド流れ図を示す例示的な図である。例えば、システムモデル３０２および圧力プロファイル発生器３０４などのコマンド流れ図のいくつかの要素は、制御装置１２４のメモリ１４０内に設けることができ、または制御装置１２４もしくはプロセスシステム１００の他の制御装置によってアクセス可能な任意の適切なコンピュータ可読媒体内に設けることができる。
【００２７】
方法２００は、２０２で、プロセスパラメータの関数として、処理体積１０４内の圧力と排気弁１２６の位置との関係を予め決定することから始まる。例えば、プロセスパラメータは、上述したように、ＲＦ出力の大きさ、プロセスガスの流量、チャンバ構成要素の温度などの１つまたは複数でよい。
【００２８】
例えば、処理体積１０４内の圧力と排気弁１２６の位置との関係を予め決定することは、予め決定された関係を決定するために、プロセスパラメータの関数として排気弁１２６を通るガス流をモデル化することを含むことがある。例えば、予め決定された関係は、排気弁１２６に関するモデル（例えばシステムモデル３０２）でよく、これは、入力として、チャンバ圧力（Ｐｃ）、チャンバ圧力の微分（ｄＰｃ／ｄｔ）、チャンバ温度（Ｔｃ）、チャンバ体積（Ｖｃ）、または流量などのプロセスパラメータの１つまたは複数を含み、出力として、排気弁１２６の位置（θｃ）を含む。例えば、チャンバ圧力の微分は、チャンバ体積（Ｖｃ）内へのすべての流量の和と、チャンバ体積（Ｖｃ）からのすべての流量の和との差を、チャンバ圧力（Ｖｃ）で割った値として近似することができる。システムモデル３０２は、単一体積モデルでよい。例えば、単一体積モデルでは、モデル化することができるシステムにおける唯一のコンダクタンスが、排気弁１２６のコンダクタンスでよい。例えば、単一体積モデルでは、追加の構成要素のコンダクタンスは、排気弁１２６のコンダクタンスにまとめることができる。
【００２９】
代替として、システムモデル３０２は、各体積を分ける異なるコンダクタンスを有する複数体積モデルでよい。例えば、複数体積モデルの別個の体積は、ガスライン、シャワーヘッド、プロセスチャンバ、フォアライン、排気弁などの１つまたは複数に関するものでよい。別個の体積はそれぞれ、管やオリフィスなどとしてモデル化することができる。例えば、複数体積モデルが近似することができる現実のシステムでは、現実のシステムの各体積内の圧力を測定するのは難しいことがある。したがって、別個の体積それぞれを通るガス流量を計算することが可能でないことがある。これらの問題を克服するために、本発明者らは、システムダイナミクスモデルを利用して、時間にわたって別個の体積それぞれでの圧力の推定値を管理することができると仮定する。例えば、システムダイナミクスモデルは、各体積内への現在の流量、および各体積からの現在の流量を利用して、各体積での現在の圧力微分または圧力変化率を推定することができる。この現在の圧力微分を使用して、連続する時間ステップで、別個の体積それぞれの圧力に関する新たな推定値を計算することができる。例えば、システムダイナミクスモデルは、個別の圧力測定が可能でない場合に、別個の体積それぞれに関して、図３のコマンド流れ図でのシステムモデル３０２および圧力プロファイル発生器３０４の１つまたは複数に対する圧力推定値を提供することができる。
【００３０】
例えば、システムモデル３０２において、排気弁１２６は、パイプ、チョークオリフィス、非チョークオリフィスなどの１つまたは複数としてモデル化することができる。例えば、排気弁１２６は、ガス流量が弁位置およびチャンバ圧力に関係付けられる場合に、近似された（チョークまたは非チョーク）オリフィスとしてモデル化することができる。あるいは、例えば、ガス流量をチャンバ圧力に関係付けるものなど実効面積モデルを、排気弁１２６に関するモデルとして使用することができる。排気弁１２６を通るガス流に関して適切なモデルが選択されると、システムモデル３０２は、１つまたは複数の未知のパラメータを決定するために経験的に解くことができる。例えば、１つまたは複数の未知のパラメータは、プロセスチャンバ１０２の特定の形状寸法、チャンバ体積、弁角度に応じた排気弁の実効開放面積、圧力に伴う弁のコンダクタンスの変化などに特有のものでよい。システムモデル３０２を経験的に解くため、または処理体積内の圧力と排気弁１２６の位置との関係を予め決定するための１つの例示的な方法を、図４に示される流れ図によって述べる。
【００３１】
図４は、処理体積１０４内の圧力と排気弁１２６の位置との関係を予め決定するための１つの例示的な方法４００の流れ図を示す。例えば、方法４００は、上述したように排気弁１２６に関するモデルを含むシステムモデル３０２を選択することから始まる。４０２で、排気弁１２６を開位置に設定することができる。例えば、排気弁１２６の開位置は、排気弁１２６によって達することが可能な全開位置でよく、またはプロセスチャンバ１０２での処理中に利用される任意の適切な最大開位置でよい。例えば、いくつかの実施形態では、排気弁の開位置は、チャンバ１０２内のベース圧力が約０．１Ｔｏｒｒ以下であるように設定することができる。
【００３２】
４０４で、開位置が設定され、チャンバ圧力が安定すると、プロセスパラメータを第１のテスト値に設定することができる。例えば、第１のテスト値は、流量など単一プロセスパラメータでよく、または例えば流量、温度、ＲＦ出力などいくつかのプロセスパラメータ、例えば上に列挙したプロセスパラメータの適切な組合せでよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１のテスト値は、第１のプロセスガスの第１の流量でよい。
【００３３】
例えば、４０４で、チャンバ圧力は、定常状態手法または過渡手法によって監視することができる。例えば、定常状態手法では、排気弁１２６が開位置にあるとき、第１のテスト値、例えば第１のプロセスガスの第１の流量でチャンバ圧力が安定することができる。次いで、状態が安定した後に、チャンバ圧力を記録することができる。次いで、定常状態手法は、以下に論じる４０６に進むことがある。例えば、過渡手法では、弁１２６が開位置に設定されたときにベース圧力でチャンバが安定した後、プロセスパラメータを第１のテスト値にセットすることができ、チャンバ圧力を第１の期間、例えば約１５秒にわたって監視することができる。第１の期間の終了時、プロセスパラメータ、例えば第１の流量での第１のプロセスガスの流れをオフに切り替えることができ、チャンバは、ベース圧力で再び安定することができ、次いで、過渡手法は、以下に論じる４０６に進むことがある。例えば、過渡手法では、各弁位置に関して圧力応答曲線が生成されることがある。
【００３４】
４０６で、排気弁１２６の位置を、複数の中間位置を介して排気弁１２６の開位置から閉位置へ繰り返し移動させることができる。複数の中間位置それぞれで、処理体積内の圧力は、安定化することを許可されることがある。第１のテスト値でのプロセスパラメータに関して、排気弁１２６の複数の中間位置それぞれでの対応する圧力または圧力応答曲線を記録することができる。中間位置の範囲は、閉位置で終わる必要はない。例えば、所望のチャンバ条件を生み出すためにチャンバ動作中に典型的に使用される位置など、排気弁１２６に関する任意の適切な位置範囲を利用することができる。
【００３５】
４０８で、プロセスパラメータに関する複数のテスト値を使用して、ステップ４０２〜４０６を繰り返すことができる。例えば、複数のテスト値に応じて複数の中間位置で複数の対応する圧力または圧力応答曲線が記録された後、１つまたは複数の未知のパラメータを決定することによってシステムモデル３０２を解くことができる。例えば、システムモデル３０２は、例えば非線形最適化法などを使用して経験的に解くことができる。例えば、非線形最適化法は、定常状態手法または過渡手法を使用して排気弁１２６がオリフィスとしてモデル化されるときに、システムモデル３０２を解くために必要であることがある。あるいは、例えば、システムモデル３０２が、排気弁１２６に関する実効面積モデルを使用するとき、排気弁１２６に関する他のモデルに比べて未知のパラメータの数を減少させることができ、未知のパラメータに関してシステムモデル３０２を直接解くことができる。したがって、上述したようにシステムモデル３０２が解かれると、チャンバプロセスに関して、プロセスパラメータに応じた処理体積１０４内の圧力と排気弁１２６の位置との予め決定された関係（例えば、解かれたシステムモデル３０２）を使用することができる。
【００３６】
処理体積１０４内の圧力と排気弁１２６の位置との関係を予め決定するための方法４００は、単に例示にすぎず、他の適切な方法も可能であることがある。方法４００または同様の方法は、例えば、初期チャンバ始動、スケジュールされたチャンバメンテナンス、プロセスガスタイプの変更、プロセス方策の変更、システム構成要素の変更のうちの任意の１つまたは複数の実施中に行われることも、定期的に行われることも、またはランダムに行われることもある。
【００３７】
図２に戻ると、予め決定された関係が決定された後、方法２００は２０４に進むことがあり、２０４で、プロセスチャンバ１０２を、処理体積１０４内の第１の圧力と、プロセスパラメータの第１の値とを有する第１の状態に設定することができる。例えば、第１の状態を得るために、プロセスパラメータの第１の値で処理体積内の第１の圧力を生成するために、予め決定された関係に基づいて排気弁１２６を第１の位置に設定することができる。上述したように、第１の値は、例えば流量など単一プロセスパラメータを表すことができ、または例えば流量、温度、ＲＦ出力の大きさなど多くのプロセスパラメータを表すことができる。
【００３８】
２０６で、プロセスチャンバ１０２が第１の状態から第２の状態に設定されるとき、処理体積１０４内の圧力を制御するために圧力制御プロファイルを決定することができ、ここで、第２の状態は、第２の圧力と、プロセスパラメータの第２の値とを有する。いくつかの実施形態では、第２の圧力は第１の圧力と同じでよく、第２の値は第１の値とは異なることがある。あるいは、いくつかの実施形態では、第１の圧力と第２の圧力とが異なることがあり、第１の状態と第２の状態との間でプロセスパラメータの第１の値と第２の値とが異なることがある。プロセスチャンバの第１および第２の状態の実施形態に関する圧力制御プロファイルの実施形態を以下に論じる。
【００３９】
例えば、圧力制御プロファイルは、第１の圧力、第２の圧力、第１の値、第２の値、および第１の位置を入力パラメータとして使用するモデルベースの制御アルゴリズム（例えば圧力制御発生器３０４）によって生成することができる。圧力制御プロファイルを決定するための１つの例示的な方法５００を、図５に示される流れ図で示す。方法５００は、単に例示にすぎず、圧力制御プロファイルを生成するための他の方法も可能である。
【００４０】
方法５００は、５０２で、プロセスチャンバ１０２が第２の状態に設定されるときに、プロセスパラメータの第２の値で処理体積１０４内の第２の圧力を生成する予め決定された関係から、排気弁１２６の第２の位置を決定することから始まる。例えば、処理体積１０４内で第２の圧力を生成する第２の位置は、例えば、メモリ１４０から容易に入手可能かつアクセス可能であり、あるいは、システムモデル３０２での入力として第２の圧力およびプロセスパラメータの第２の値を入力して、予め決定された関係から排気弁１２６の第２の位置を決定することによって計算することができる。
【００４１】
５０４で、第２の圧力が第１の圧力よりも大きいとき、閉位置から第２の位置に排気弁１２６を移動させるのにかかる第１の時間を計算することができる。例えば、第２の圧力が第１の圧力よりも大きいとき、第１の圧力から第２の圧力への所望の圧力増加は、排気弁１２６を第２の位置に移動させる前に排気弁１２６を閉位置に移動させることによって、より高速で実現することができる。第１の時間は、排気弁１２６が移動する速度、および弁１２６が閉位置から第２の位置まで移動しなければならない距離から計算することができる。
【００４２】
あるいは、第２の圧力が第１の圧力よりも小さいとき、開位置から第２の位置に排気弁を移動させるのにかかる第２の時間を計算することができる。例えば、開位置は、排気弁１２６の全開位置でよい。例えば、第１の圧力から第２の圧力への所望の圧力減少は、排気弁１２６を第２の位置に移動させる前に排気弁１２６を開位置に移動させることによって、より高速で実現することができる。第２の時間は、排気弁１２６が移動する速度、および弁１２６が開位置から第２の位置まで移動しなければならない距離から計算することができる。
【００４３】
５０６で、トリガ圧力を計算することができる。トリガ圧力は、第２の圧力が第１の圧力よりも大きいときに排気弁１２６が閉位置から第２の位置に移動し始める圧力でよい。あるいは、トリガ圧力は、第２の圧力が第１の圧力よりも小さいときに排気弁１２６が開位置から第２の位置に移動し始める圧力でよい。例えば、トリガ圧力は、式Ｐｔｇ＝Ｐｃｍｄ−ｄＰｔｇ／ｄｔ（Ｔ／２）を解くことによって決定することができ、ここで、Ｐｔｇは、トリガ圧力であり、Ｐｃｍｄは、第２の圧力であり、ｄＰｔｇ／ｄｔは、トリガ圧力での圧力微分であり、Ｔは、上述した第１または第２の時間である。例えば、トリガ圧力での圧力微分は、トリガ圧力に関する各推定値で圧力微分に関してシステムモデル３０２を解くことによって決定することができる。トリガ圧力に関する式は、非線形最適化など任意の適切な方法によって解くことができる。
【００４４】
例えば、トリガ圧力を超えていないとき、トリガ圧力での１組の初期条件と、第２の圧力での１組の最終的な条件とを使用して、圧力と時間との第２の関係を決定することができる。例えば、第２の関係を決定することは、トリガ圧力での１組の初期条件と、第２の位置での１組の最終的な条件とを使用して、多項式を解くことを含むことがある。例えば、多項式は、時間の関数としての圧力に関する二次多項式でよい。しかし、他の高次多項式、または他のタイプの式を使用することもできる。
【００４５】
例えば、トリガ圧力を超えておらず、第２の圧力が第１の圧力よりも大きいとき、トリガ圧力での１組の初期条件は、時間（ｔ）＝０、圧力（Ｐ）＝トリガ圧力（Ｐｔｇ）、および圧力微分（ｄＰ／ｄｔ）＝トリガ圧力での圧力微分（ｄＰｔｇ／ｄｔ）でよく、１組の最終的な条件は、ｔ＝５０４で計算された第１の時間、Ｐ＝第２の圧力、ｄＰ／ｄｔ＝０でよい。第２の圧力が第１の圧力よりも小さいときにも、同様の１組の初期条件および最終条件を使用して多項式を解くことができ、ここで、１組の最終条件は、ｔ＝５０４で計算した第２の時間、Ｐ＝第２の圧力、およびｄＰ／ｄｔ＝０でよい。したがって、多項式を解くと、トリガ圧力を超えていないときに、第２の圧力が第１の圧力よりも大きい場合または第２の圧力が第１の圧力よりも小さい場合に関して、トリガ圧力と第２の圧力との間で圧力制御プロファイルが決定される。
【００４６】
あるいは、トリガ圧力を超えているときには、圧力制御プロファイルを決定することは、排気弁を第１の位置から第２の位置に移動させるのに必要とされる第３の時間を計算することを含むことがある。例えば、第３の時間は、排気弁１２６が移動する速度、および弁１２６が第１の位置から第２の位置まで移動しなければならない距離から計算することができる。例えば、トリガ圧力を超えていない上述した実施形態とは異なり、圧力制御プロファイルによって、弁１２６は、第１の位置から第２の位置に直接移動することができる。例えば、トリガ圧力を超えていないとき、圧力制御プロファイルは、開位置または閉位置と第２の位置との間で決定することができる。
【００４７】
トリガ圧力を超えているとき、第１の圧力での１組の初期条件と、第２の圧力での１組の最終的な条件とを使用して、圧力と時間との第２の関係を決定することができる。例えば、第２の関係を決定することは、第１の圧力での１組の初期条件と、第２の位置での１組の最終的な条件とを使用して、多項式を解くことを含むことがある。
【００４８】
例えば、トリガ圧力を超えているとき、第１の圧力での１組の初期条件は、ｔ＝０、Ｐ＝第１の圧力、ｄＰ／ｄｔ＝２（第２の圧力−第１の圧力）／第３の時間でよく、１組の最終条件は、ｔ＝第３の時間、Ｐ＝第２の圧力、およびｄＰ／ｄｔ＝０でよい。したがって、多項式を解くと、トリガ圧力を超えているときに、第２の圧力が第１の圧力よりも大きい場合または第２の圧力が第１の圧力よりも小さい場合に関して、第１の圧力と第２の圧力との間で圧力制御プロファイルが決定される。
【００４９】
図２に戻ると、２０８で、上で決定された圧力制御プロファイルを適用して、プロセスチャンバ１０２を第１の状態から第２の状態に設定すると共に排気弁１２６の位置を変えることによって、処理体積内の圧力を制御することができる。例えば、図６は、本発明のいくつかの実施形態による圧力制御プロファイルを適用するための１つの例示的な方法６００に関する流れ図を示す。
【００５０】
例えば、方法６００は、６０２で、トリガ圧力を超えていないとき、第２の圧力が第１の圧力よりも大きいときには排気弁１２６を閉位置に設定すること、または第２の圧力が第１の圧力よりも小さいときには排気弁１２６を開位置に設定することから始めることができる。上述したように、閉位置または開位置は、より高い圧力変化率を実現するために利用することができる。
【００５１】
６０４で、排気弁１２６は、第２の圧力が第１の圧力よりも大きく、かつトリガ圧力に達しているとき、決定された第２の関係（例えば、圧力制御プロファイル）に基づいて、第１の時間にわたって閉位置から第２の位置に移動させることができ、あるいは、第２の圧力が第１の圧力よりも小さく、かつトリガ圧力に達しているとき、決定された第２の関係に基づいて、第２の時間にわたって開位置から第２の位置に移動させることができる。
【００５２】
例えば、第１の時間にわたって排気弁１２６を閉位置から第２の位置に移動させることは、排気弁１２６を、複数の中間位置を介して排気弁１２６の閉位置から第２の位置に繰り返し移動させることを含むことがある。各中間位置は、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分を予め決定された関係での入力として使用して、予め決定された関係から決定することができ、ここで、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分は、圧力がトリガ圧力に達している初期時間と第１の時間との間の対応する中間時間で、第２の関係を使用して決定される。
【００５３】
同様に、第２の時間にわたって排気弁１２６を開位置から第２の位置に移動させることは、排気弁１２６を、複数の中間位置を介して排気弁１２６の開位置から第２の位置に繰り返し移動させることを含むことがある。各中間位置は、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分を予め決定された関係での入力として使用して、予め決定された関係から決定することができ、ここで、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分は、圧力がトリガ圧力に達している初期時間と第２の時間との間の対応する中間時間で、第２の関係を使用して決定される。
【００５４】
あるいは、トリガ圧力を超えているとき、排気弁１２６は、上述した決定された第２の関係に基づいて、第３の時間にわたって第１の位置から第２の位置に移動させることができる。
【００５５】
例えば、第３の時間にわたって排気弁１２６を第１の位置から第２の位置に移動させることは、排気弁１２６を、複数の中間位置を介して排気弁１２６の第１の位置から第２の位置に繰り返し移動させることを含むことがある。各中間位置は、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分を予め決定された関係での入力として使用して、予め決定された関係から決定することができ、ここで、対応する中間圧力および対応する中間圧力微分は、排気弁が第１の位置にある初期時間と第３の時間との間の対応する中間時間で、第２の関係を使用して決定される。
【００５６】
動作時、方法６００の実施形態は、図３に示される例示的なコマンド流れ図を使用して実施することができる。例えば、圧力プロファイルは、圧力プロファイル発生器３０４によって、上述したように決定することができる。トリガ圧力に達している、またはトリガ圧力を超えているとき、圧力プロファイル発生器３０４は、システムモデル３０２への入力として使用することができる各中間時間でのコマンド圧力（Ｐｃｍｄ）および圧力微分（Ｐｃｍｄ／ｄｔ）を出力することができる。システムモデル３０２（すなわち予め決定された関係）は、入力として、ＰｃｍｄおよびＰｃｍｄ／ｄｔ、ならびにプロセスパラメータを使用して、排気弁１２６に関するコマンド位置（θｃｍｄ）を決定する。コマンド位置（θｃｍｄ）を電動ドライブ１３２に入力して、排気弁１２４の位置を、閉位置、開位置、または第１の位置と、第２の位置との間の中間位置に変えることができる。排気弁１２６の中間位置でチャンバ１０２内の圧力を測定し、コマンド圧力Ｐｃｍｄと比較することができる。測定された圧力とコマンド圧力との差が所望の公差レベル範囲内にない場合、所望の公差レベルを実現するために、排気弁１２６のコマンド圧力（Ｐｃｍｄ）および／またはコマンド位置（θｃｍｄ）を標準的な比例積分微分（ＰＩＤ）制御スキーム３０６によって調節することができる。この操作は、第１の時間、第２の時間、または第３の時間にわたって、第２の位置に達するまで引き続き繰り返される。
【００５７】
あるいは、いくつかの実施形態では、第２の圧力は、第１の圧力に等しいことがあり、第１の値は、プロセスパラメータの第２の値とは異なることがある。したがって、そのような実施形態では、コマンド圧力は一定でよく、差圧はゼロでよく、すなわち圧力制御プロファイルは平坦でよい。圧力制御プロファイルが平坦である実施形態では、第１の位置から第２の位置への排気弁１２６の移動を、予め決定された関係（すなわちシステムモデル３０２）によって制御することができる。さらに、第１の位置から第２の位置への排気弁１２６の移動は、プロセスパラメータの第１の値が第２の値に変更されるときに処理体積１０４内で一定の圧力を維持するのに必要であることがある。例えば、圧力が一定であり、第１の状態と第２の状態との間でプロセスパラメータの第１の値が第２の値とは異なるとき、排気弁１２６の移動は、排気弁１２６を、複数の中間位置を介して排気弁１２６の第１の位置から第２の位置に繰り返し移動させることを含むことがある。各中間位置は、一定の圧力と、プロセスパラメータの対応する中間値とを予め決定された関係での入力として使用して、予め決定された関係から決定することができる。対応する中間値は、プロセスパラメータの第１の値と第２の値との間でよい。あるいは、複数の中間値を介して徐々に変化するのではなく、第１の値と第１の位置が第２の値および第２の位置に急速に変化することもある。
【００５８】
圧力制御プロファイルを決定して適用する方法６００に対する代替方法も可能である。例えば、代替方法は、排気弁１２６によって実現可能な最高速度または加速度に基づくことがある。例えば、この代替方法は、排気弁１２６を最高速度または加速度で（第１および第２の圧力の相対値に応じて）開位置または閉位置に向けて移動させ、次いで、排気弁１２６を第２の位置に戻すことによって、チャンバ圧力の最大変化率を実現することができ、それにより、第２の圧力が実現されるほぼ正確な瞬間に排気弁１２６が第２の位置に達するという根拠に基づいていることがある。例えば、第１の圧力から第２の圧力への変化中に排気弁１２６が全開位置または閉位置に達する場合、排気弁１２６は、第２の位置への移動前に、できるだけ長く開位置または閉位置に留まるべきである。例えば、この代替方法は、システム１００に関する応答をシミュレートするために、上述したようなシステムダイナミクスモデルを必要とすることがある。例えば、この代替方法は、圧力制御プロファイルを決定するために反復手法を必要とすることがある。例えば、弁運動プロファイルを仮定することができ、システムダイナミクスモデルを使用して、得られる圧力応答をシミュレートすることができる。弁運動プロファイルは、１回または複数回の反復に関して得られる圧力応答に基づいて、所望の圧力応答が実現されるまで洗練することができる。この代替方法は、オンラインまたはオフラインで行うことができる。例えば、計算の複雑さ（完了までに１秒または数秒かかることがある）に応じて、圧力プロファイルを決定するためのこの代替方法をオフラインで行うことができる。
【００５９】
したがって、本明細書において、モデルベースの制御を使用して基板を処理するための方法および装置を提供する。本発明による方法および装置の実施形態は、有利には、例えば、処理条件の変更などによりチャンバ圧力が変えられるときに、新たな設定値でチャンバ圧力を安定化させることなど、過渡応答をより高速で提供することができる。さらに、本発明による方法および装置は、有利には、基板処理システム内部でのプロセス変化の予想を容易にすることができる。予想またはフィードフォワード制御は、有利には、より効率的な基板処理および／またはより高いスループットを容易にすることができる。本発明による方法は、システム間でのチャンバマッチングの改良を容易にすることができる。
【００６０】
前述のことは、本発明のいくつかの実施形態を対象とするが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を開発することができる。
【図１】
0005943999.tif 000002
【図２】
0005943999.tif 000003
【図３】
0005943999.tif 000004
【図４】
0005943999.tif 000005
【図５】
0005943999.tif 000006
【図６】
0005943999.tif 000007