(57)【要約】  方法および装置によって、１つの一体型の目盛上で幅広い圧力範囲にわたって仮想絶対圧測定値を求めるために、差圧測定値と絶対圧測定値とを一元化する。前述の目的を実現するためには、チャンバ（図参照）内の絶対圧を測定するための方法および装置では、同時に測定される絶対圧測定値と差圧測定値との相関係数を前記チャンバ内の絶対圧が正確に測定できる圧力値にするとともに、差圧測定値を相関係数によって調整して仮想絶対圧測定値を求める。
2007512535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内のガスの絶対圧測定値の範囲を延長する方法であって、
前記チャンバ内のガスと大気圧との差圧を測定して差圧を求め、
前記チャンバ内のガスの絶対圧を測定してチャンバ内絶対圧を求め、
クロスオーバ圧力レベルを設定し、
前記測定済チャンバ内絶対圧が前記クロスオーバ圧力レベルよりも低圧の場合、チャンバ内絶対圧を前記測定済チャンバ内絶対圧と等しくなるようにし、
前記測定済絶対圧がクロスオーバ圧力レベルよりも高圧の場合、前記測定済チャンバ内絶対圧から前記測定済差圧を減算した値と等しい相関係数を前記測定済チャンバ内絶対圧に加算することによって正規化した差圧を求め、前記チャンバ内絶対圧を前記正規化した差圧に相当するようにする方法。
【請求項２】
前記絶対圧が相関圧力しきい値よりも低圧の場合に相関係数を求める請求項１記載の方法。
【請求項３】
差圧と絶対圧とを測定するために用いる計器が、絶対圧測定値の範囲を延長するために必要なだけの精度と信頼度をもって差圧とチャンバ内絶対圧とを測定できる圧力範囲内のいずれかの圧力値に相関圧力しきい値を設定する請求項１記載の方法。
【請求項４】
差圧センサによって前記チャンバ内のガスと大気圧との差圧を測定する請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記差圧センサにはダイアフラム型圧力センサが含まれている請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記差圧センサにはピエゾ式圧力センサが含まれている請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記差圧センサには、静電容量式圧力計（差圧センサ）が含まれている請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記差圧センサには熱電対差圧センサが含まれている請求項４記載の方法。
【請求項９】
絶対圧センサによって前記チャンバ内のガスの絶対圧を測定する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記絶対圧センサには熱伝導型圧力センサが含まれている請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記絶対圧センサにはピラニ式圧力センサが含まれている請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記絶対圧センサには容量型圧力計（圧力センサ）が含まれている請求項９記載の方法。
【請求項１３】
チャンバ内の圧力の経時変化に応じたチャンバ内ガス圧力の絶対圧プロファイルを求める方法であって、
絶対圧について正確かつ信頼性の高い測定が可能な範囲のある絶対圧センサによって前記チャンバ内絶対圧を測定し、
差圧について正確かつ信頼性の高い測定が可能であるとともに絶対圧センサにおける正確かつ信頼性の高い絶対圧測定が可能な範囲の少なくとも一部と対応する範囲のある差圧センサによって前記チャンバと大気圧との差圧を測定し、
正確かつ信頼性が高いと考えられる絶対圧センサによる絶対圧測定値と、絶対圧測定値と同時に測定された差圧センサによる差圧測定値との間の相関係数を求め、
差圧センサによる差圧測定値よりも絶対圧センサによる絶対圧測定値の方が正確かつ信頼性が高い圧力範囲内では、チャンバ内絶対圧のプロファイルに絶対圧センサによる絶対圧測定値を用い、
絶対圧センサによる絶対圧測定値よりも差圧センサによる差圧測定値の方が正確かつ信頼性が高いチャンバ内絶対圧プロファイルには、仮想絶対圧測定値を求めるために前記相関係数によって調整された差圧センサによる差圧測定値を用いる方法。
【請求項１４】
差圧測定値と同時に測定した絶対圧測定値から差圧測定値を減算して前記相関係数を求める請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
チャンバ内絶対圧が差圧について正確かつ信頼性の高い測定が可能な範囲の下限値以下のような低圧になる時点で測定した絶対圧測定値から差圧測定値を減算する請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記チャンバ内絶対圧が大気圧と等しい時点で測定された絶対圧測定値から差圧測定値を減算する請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
絶対圧について正確かつ信頼性が高い測定が可能であるとともに差圧について正確かつ信頼性が高い測定が可能な範囲よりも低圧にまで及ぶ範囲のある絶対圧センサによって前記チャンバ内絶対圧を測定する請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記絶対圧について正確かつ信頼性の高い測定が可能な範囲における前記差圧について正確かつ信頼性の高い測定が可能な範囲の一部と対応する部分においてクロスオーバ圧力を選択し、
前記絶対圧センサによるチャンバ内絶対圧測定値がクロスオーバ圧力レベルよりも低圧である場合、絶対圧センサによる絶対圧測定値をチャンバ内絶対圧プロファイルに用い、
前記チャンバ内圧力の仮想絶対圧測定値がクロスオーバ圧力レベルよりも高圧である場合、前記仮想絶対圧測定値をチャンバ内絶対圧プロファイルに用いる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
クロスオーバ圧力レベルは１つの圧力値である請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
クロスオーバ圧力レベルにはクロスオーバ圧力範囲が含まれるとともに、クロスオーバ圧力範囲内の絶対圧測定値および仮想絶対圧測定値両方の重み付け平均を含む絶対圧合成値を前記チャンバ内絶対圧プロファイルに用いる請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記差圧について正確かつ信頼性の高い測定が可能な範囲の下限値が相関圧力しきい値であり、
前記絶対圧センサによる絶対圧測定値が繰り返し相関圧力しきい値以下に低下するようにしながら前記チャンバ内圧力を周期的に上下させ、前記絶対圧測定値が前記相関圧力しきい値以下に低下するたびに前記相関係数を求め直して、このように周期的に上下している間に発生する大気圧の変化に応じて相関係数を調整する請求項１５記載の方法。
【請求項２２】
前記絶対圧センサは第１の絶対圧センサであり、
正確かつ信頼性の高い絶対圧測定が可能な範囲があるとともに、前記範囲の第１の部分が前記第１の絶対圧センサにおける正確かつ信頼性の高い絶対圧測定が可能な範囲の一部と一致し、かつ、前記範囲の第２の部分が前記第１の絶対圧センサにおける正確かつ信頼性の高い絶対圧測定が可能な範囲よりも低圧の絶対圧にまで及ぶ第２の絶対圧センサによって前記チャンバ内絶対圧を測定し、
前記第２の絶対圧センサによる絶対圧測定値が前記第１の絶対圧センサによる絶対圧測定値よりも正確かつ信頼性が高い圧力範囲において、前記チャンバ内絶対圧プロファイルに前記第２の絶対圧センサによる絶対圧測定値を用いる請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
時間の経過とともにチャンバ内絶対圧、すなわち、チャンバ内圧力を測定するための装置であって、
大気圧と前記チャンバ内圧力との差圧を測定する差圧センサと、
前記チャンバ内絶対圧を測定する絶対圧センサと、
差圧センサと絶対圧センサとに接続され、絶対圧センサによる絶対圧測定値と、差圧センサによる差圧測定値との相関係数を求める手段と、
前記相関係数によって差圧センサによる差圧測定値を調整して仮想絶対圧測定値を得る手段と、
前記絶対圧センサによる絶対圧測定値が前記仮想絶対圧測定値よりも正確かつ信頼性が高いチャンバ内圧力範囲内で前記絶対圧センサによる絶対圧測定値を出力するとともに、前記仮想圧力測定値が前記絶対圧センサによる絶対圧測定値よりも正確かつ信頼性が高いチャンバ圧力範囲内で仮想絶対圧測定値を出力する手段とを備えている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧力センサに関する。特に、本発明は、大気圧よりも低い圧力値、大気圧、大気圧よりも高い圧力値のような広い範囲にわたる正規化された絶対圧・差圧測定値を求めることができるとともに、これらの値を出力できる一体型絶対圧・差圧センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス、制御またはモニタリングの用途の中には、圧力を検知するとともに、１０-８トル（Ｔｏｒｒ）またはそれ以下〜１０３(１０００)トルまたはそれ以上までのような広い圧力範囲にわたって正確かつ繰り返し可能な測定値の出力や制御出力ができるようになれば、非常に便利になるものもある。例えば、基板またはウェハ上に半導体材料からなる薄膜を堆積して半導体装置を製造するための物理気相成長（ＰＶＤ）または化学気相成長（ＣＶＤ）用の真空プロセスチャンバでの一般的な堆積工程は、以下の工程に多少バリエーションを持たせたものであってもよい。（ｉ）前記基板またはウェハを大気圧（例えば、約６００−７７０トル）状態の真空プロセスチャンバに入れ、（ｉｉ）前記プロセスチャンバを閉じて封止し、該チャンバを１０-７トル以下になるように排気するとともに、しばらくその状態のままにして空気、水蒸気、他の存在し得る異物をすべて取り除き、（ｉｉｉ）前記チャンバに不活性ガスまたは加圧ガスを再度充填して前記プロセスチャンバを約１０-３トルに戻し、この場合、プロセスガスとキャリアガスとが前記チャンバに供給されて反応を起こしている間、または、そうでなければ、前記基板またはウェハ上に所望の半導体材料からなる薄膜が形成されている間は前記プロセスチャンバの状態は維持され、それと同時に、ガス状の副生成物と、未反応の余分なプロセスガスと、キャリアガスとを含む廃水が前記プロセスチャンバから排出され、（ｉｖ）前記プロセスガスを停止させ、（ｖ）前記プロセスチャンバにガスを再度充填して該チャンバ内の圧力を大気圧にまで上昇させることによって、前記チャンバを開いて処理済の装置を取り除くことができるようにする。
【０００３】
他のアプローチとしては、前記プロセスチャンバを前記堆積工程に用いる非常に低い（真空の）圧力範囲に保ちつつ、その一方で、前記プロセスチャンバよりもサイズが小さいことが多い別のロードロックチャンバを用いて処理前後のウェハを管理する、すなわち、大気圧とプロセスとの間を循環させてウェハをプロセスチャンバに出し入れする方法がある。このようなロードロックと合わせて使用するプロセスチャンバは、修理のために該チャンバが開放されるときしか大気圧にさらされることはない。
【０００４】
このような真空プロセスシステムとロードロックシステムにはそれぞれ、現在では、広範囲にわたる圧力を測定したり制御したりするために、複数種の圧力センサが必要である。例えば、約５×１０−１０ないし５×１０−２トルの範囲の絶対圧測定値については、ホットカソード圧力センサが正確で信頼性が高いと考えられている。しかしながら、前記センサは、５×１０−２トル以上の圧力については実用的ではなく、ホットカソードゲージ内のフィラメントを燃やさないようにするためには、該センサの電源を切る必要がある。一方、従来の熱伝導型ピラニ圧力センサは、約１０−３ないし１，０００トルの範囲の絶対圧については測定できるが、１０−３トル以下の圧力については実用的ではなく、精度の低い１０ないし１，０００トルの範囲内には、平坦な帯域がある。参照としてここに援用される公開済の米国特許第０９／９０７，５４１号明細書に記載のマイクロピラニ圧力センサのようなマイクロピラニ圧力センサは、絶対圧を測定できる範囲を約１０−５トルにまで下げて前記平坦帯域を緩和できるが、まだそれだけでは多数のプロセスにとって十分ではない。
【０００５】
また、上述の真空プロセスチャンバのような用途においては絶対圧センサを用いると問題が生じる。なぜなら、周囲の大気圧あるいはそれに非常に近い圧力下でプロセスチャンバのドアを開けたい場合があるが、周囲の大気圧は、海面からの高さ、天候パターン等に応じて変動するため、絶対圧センサの設定圧力が、一貫して大気圧と一致することはないからである。よって、特に、平坦帯域（flat zone ）と一致する圧力下で重要なプロセスの動作が必要とされたり所望されたりする場合に、プロセスにおける必要な圧力値を測定して該圧力を制御するために、１つまたは２つの異なる種類の絶対圧センサだけでなく、まだ平坦帯域の問題に対応していないが、差圧センサも必要な場合がある。
【０００６】
２００３年１月１６日公開の米国特許第０９／９０７，５４１号明細書に記載の絶対圧・差圧兼用トランスデューサは、絶対圧センサと差圧センサとが都合よく組み合わされており、トランスファチャンバの真空プロセスチャンバの内ドアと外ドアとの開閉やロードロックの他の機能を制御する。しかしながら、絶対圧の測定値と、差圧の測定値とは別々であり、絶対圧センサの絶対圧測定能力以上の絶対圧や差圧センサの範囲にある絶対圧を求めたり把握したりする方法は提案されていない。より高い差圧の測定範囲内でより高い絶対圧測定値を得るためには、もちろん、１つ以上の様々な種類の絶対圧センサを前記の組み合わせに増設することができる。しかしながら、このように圧力トランスデューサが増設されると、プロセス装置のコストが増大することになり、これら圧力トランスデューサによるそれぞれの測定においては、まだ事実上は一体化されていないことになる。プロセスチャンバのオペレータや品質管理の技術者には、大気圧以上から最低圧力値である真空圧力までのプロセス圧力のプロファイル全体を１つの絶対圧目盛で認識してからこのような圧力範囲から大気圧に戻したいと考える人が多い。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の概略的な目的は、絶対圧および／または差圧の出力範囲を幅広い圧力範囲にわたって一体化するように大きくして、このような範囲にわたる圧力を測定したり制御したりするための方法および装置を提供することである。
【０００８】
本発明のより具体的な目的は、大気圧から非常に低い圧力である真空圧力にまで及ぶ１つの目盛でリアルタイムの絶対圧を測定することである。
【０００９】
本発明のより具体的な目的は、わずか１つまたは２つの絶対圧センサおよび１つの差圧センサを用いて、１０−８トルまたはそれ以下〜１０３トルまたはそれ以上の圧力範囲にわたる絶対圧および／または差圧の測定および出力を実現できるようにすることである。
【００１０】
前述の目的および他の目的を実現するために、チャンバ内絶対圧を測定するための方法および装置では、同時に測定された絶対圧測定値と差圧測定値との相関係数を、前記チャンバ内絶対圧について正確かつ信頼性の高い測定を行うことができる圧力値に設定し、差圧測定値を前記相関係数によって調整して仮想絶対圧測定値を得る。前記絶対圧測定値は、該絶対圧測定値が前記仮想絶対圧測定値よりも正確かつ信頼性が高いチャンバ内圧力範囲で用いられるとともに、前記仮想絶対圧測定値は、該仮想絶対圧測定値が前記絶対圧測定値よりも正確かつ信頼性が高いチャンバ内圧力範囲で用いられる。前記相関係数は、周期的に求め直されて、大気圧の変化に応じて調整される。本発明の範囲は請求項に定義されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本願明細書によって援用され、あるいは、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書および請求項とともに本発明の原理を説明する役目を果たす。
【００１２】
本発明は、限定の目的はないが、図１に例示されており、図１においては、２つの圧力センサ２０，３０が、流体が流れるように、チャンバ（この例ではロードロックチャンバ６０の内部６１）と、マイクロプロセッサ８０とに接続されている。マイクロプロセッサ８０は、ディスプレイ９０に示すように、圧力センサ２０および３０から発生する信号を受信して処理を行い、延長目盛で前記チャンバ内圧力ＰＣの絶対圧を測定する。第１の圧力センサ２０は、チャンバ６１内の絶対圧ＰＣを検知するための絶対圧センサ（ＰＡＢＳ）である。第２の圧力センサ３０は、チャンバ６１の外の大気圧ＰＡと、チャンバ６１内のガス圧力ＰＣとの差圧を検知するための差圧センサ（ΔＰ）である。つまり、ＰＡＢＳ＝ＰＰ、ΔＰ＝ＰＡ−ＰＰが成り立つ。
【００１３】
本発明を理解し易くするために本発明の背景を説明すると、半導体製造時に、１枚以上のウェハ７３を真空プロセスチャンバ７０に対して出し入れするためにロードロック６０を用いることが多い。ここで、供給ガス源７４，７５，７６から送出された１種類以上の供給ガスが反応を起こして、半導体材料７７等の薄膜材料をウェハ７３上に堆積する。真空プロセスチャンバ７０の内部と連通している真空ポンプ７１が真空プロセスチャンバ７０からガスを排気し、プロセスの必要条件に応じて、所望の真空状態を維持する。前記真空状態とは、通常は１トル以下の低圧状態であり、１０−８トル以下に下げることもできる。真空プロセスチャンバ７０には、通常、ウェハ７３をプロセス中に支持するためにプラットフォーム７２が設けられている。
【００１４】
この例におけるロードロック６０のチャンバ内部６１は、通路６９を介して真空プロセスチャンバ７０の内部と連通している。ロードロック６０は、真空プロセスチャンバ７０内の真空状態を維持したままで、または、真空プロセスチャンバ７０に汚染物質が進入しないように、ウェハ７３を外（例えば、周囲）の大気から真空プロセスチャンバ７０に移動し易くするために設けられている。そのため、通路６９内にある内ドア、すなわち、バルブ６２が、真空プロセスチャンバ７０に対してウェハ７３を出し入れできるように通路６９を開放したり、ロードロックチャンバ６１と分離して前記真空プロセスチャンバを密閉するために通路６９を閉鎖したりする。通路６９が閉鎖されたときには、上記のような移動は行われない。プロセスツールの中には、ロードロックとプロセスチャンバ数個との間に中間の移動チャンバ（図示せず）があるものもあり、このチャンバを設ければ、ウェハにロードロックまたは大気を通過させる必要がなくなるため、ウェハを１つのプロセスチャンバから別のチャンバに移動させ易くなる。
【００１５】
ロードロック６０の外ドア６４によって、ロードロックチャンバ６１が大気に対して開放されたり閉鎖されたりする。ウェハが外の大気からロードロックチャンバ６１内に移動している間は（ウェハの過渡的な位置を仮想線７３´で示している）、内ドア６２は閉鎖され、外ドア６１は開放されている。外ドア６４が開いている場合には、ロードロック６０内のチャンバ内絶対圧ＰＣは、ディスプレイ９０の９１に示すように、チャンバ６１外の絶対大気圧ＰＡとほぼ等しい。よって、差圧ΔＰはゼロである。一方、閉鎖されている内ドア６２の後にある真空プロセスチャンバ７０中の真空状態は維持されている。すなわち、チャンバ７０内は、外の大気圧ＰＡよりも極めて低い圧力ＰＰで維持されている。この後、ウェハ７３´がロードロックチャンバ６１内にあるときに、外ドア６４は閉鎖され、ロードロックチャンバ６１に接続された真空ポンプ６５が、ロードロックチャンバ６１から空気と他のガスを必要なだけ排気する。こうすることによって、存在し得る汚染物質を取り除き、ディスプレイ９０の斜線９２に示すように、真空プロセスチャンバ７０内の低い絶対圧ＰＰとほぼ一致する所望のレベル９３までチャンバ内絶対圧ＰＣを減圧する。前記絶対圧ＰＰは絶対圧センサ７８で測定できる。ポンプによる排気段階９２にあるレベル９４のようなチャンバ内圧力ＰＣでは、空気や存在し得る汚染物質のほとんどはチャンバ６１からポンプで排出されており、通常、排気段階９２においてチャンバ内絶対圧ＰＣが低くなってくると、排気速度を促進するために、スロットルバルブ６６が開放される。このようにレベル９４でチャンバ９１の排気が低速から高速に移行（クロスオーバ）するため、この値９４における圧力はクロスオーバ圧力と呼ばれることが多い。しかしながら、本明細書においては、本発明の中核に近い後述の別のクロスオーバ機能と混乱しないように、上述の動作または機能についてはこの用語を用いない。
【００１６】
チャンバ内絶対圧ＰＣが真空プロセスチャンバ７０内の絶対圧ＰＰとほぼ同じレベル９３になるまで排気されると、内ドア６２を開放し、ウェハ７３を真空プロセスチャンバ７０に移動させてプラットフォーム７２の上に配置できるようになる。当業者に公知であるように、ウェハ７２を真空プロセスチャンバ７０に対して出し入れするためにロードロック６０内の可動シャトル（図示せず）が用いられる。
【００１７】
ウェハ７３がプラットフォーム７２上に配置されると、内ドアはしばらくの間閉鎖でき、この間に、半導体材料７７を基板７３上に堆積する。半導体材料７７が堆積している間は、チャンバ内絶対圧ＰＣを低いレベル９３に維持できる。半導体材料７７がウェハ７３上に堆積されたら、内ドア８２が再度開放され、ウェハ７３がロードロックチャンバ６１に戻される。この後、内ドア６２は再び閉鎖され、真空プロセスチャンバ７０の内部とロードロックチャンバ６１とを分離する。こうして、真空プロセスチャンバ７０内のプロセス圧力ＰＰに影響を与えることなく、９５に示すようにチャンバ内絶対圧ＰＣを上昇させ、該絶対圧ＰＣを９６に示すように大気圧ＰＡに戻すことができる。通常、チャンバ内絶対圧ＰＣを上昇させて大気圧ＰＡに戻すためにロードロックチャンバ６１に再度充填するときには、供給源６３からの窒素等のガスまたはアルゴン等の不活性ガスを用いる。しかし、同じ目的で空気を使用することもある。
【００１８】
上述のように、内ドア６２を開放する前にチャンバ内圧力ＰＣを真空プロセスチャンバ７０内のプロセス圧力ＰＰと一致させるために、チャンバ内絶対圧ＰＣのレベルが９３にまで低下するチャンバ内圧力ＰＣの正確かつ信頼性の高い絶対圧測定値を得ることが重要である。一方、外ドアが開放される前に、チャンバ内絶対圧ＰＣが大気圧ＰＡと一致する時間を正確に測定できることも重要である。しかし、残念ながら、大気圧ＰＡレベル９１から真空プロセスチャンバ７０内のプロセス圧力ＰＰと一致することが必要な低圧力レベル９３までの圧力範囲全体にわたってチャンバ内絶対圧ＰＣについて正確かつ信頼性の高い測定を行うことができる絶対圧センサはない。また、大気圧ＰＡは、海面からの高さや周辺の天候に応じて大きく変動するので、外ドア６４を開放するためにチャンバ内圧力ＰＣとして用いることができる一定の絶対圧設定ポイントがない。この結果、内ドア６２を開放すべき時間を求めるためにチャンバ内絶対圧ＰＣを測定する場合に、低い圧力レベルにおいては正確かつ信頼性が高い絶対圧センサ２０を用いることだけでなく、ディスプレイ９０の９９に示す大気圧ＰＡあるいはそれに近い圧力になったときに外ドア６４を開放するためにチャンバ内絶対圧ＰＣが大気圧ＰＡと一致する時点を求めるための差圧センサ３０を用いることも必要である。もちろん、当業者には理解されるように、差圧センサ３０の代わりに、２つの高圧用の絶対圧センサ（図示せず）、すなわち、大気圧ＰＡの絶対値を測定するためのセンサおよびチャンバ内絶対圧ＰＣを測定するためのセンサ、アナログまたはディジタル比較回路（図示せず）、マイクロプロセッサ、または上記のような測定値を比較するための他の手段を用いることができる。このため、本明細書では、「差圧センサ」という用語を使用する際には、従来の直接読み取れる差圧センサまたは差圧ゲージを意味するだけでなく、差圧を測定できる他の装置または方法や、差圧を測定するために絶対圧の測定値を別の絶対圧の測定値から減算するための回路と合わせて２つの絶対圧センサを用いるという意味も含んでいる。
【００１９】
参照としてここに援用されている公開済の米国特許第０９／９０７，５４１号明細書と米国特許第０９／８１５，３７６号明細書とに説明するように、チャンバ内絶対圧ＰＣが低くなって内ドア６２を開放できる時点を求めるための絶対圧センサ２０と、ロードロック６０の外ドア６４を開放すべき時点を求めるための差圧センサ３０とを組み合わせて使用する方法は公知である。しかしながら、上述のように、真空プロセスチャンバのオペレータや品質管理スタッフなどには、検査、品質管理、設計、メンテナンスなどの理由により、大気圧ＰＡの絶対圧レベル９１，９６以上から最低絶対圧レベル９３以下に及ぶ作動中のチャンバ内圧力ＰＣの範囲全体にわたる１つの目盛上で絶対圧プロファイル９８全体を確認したいと考える人が多い。
【００２０】
そのため、本発明の重要な特徴は、少なくとも１つの低圧または中圧用絶対圧センサ２０による圧力測定値を差圧センサ３０による差圧測定値と一元化して、他のプロセスの用途や前述のようなロードロックにおいて内ドア６２を開放できるような低圧から大気圧ＰＡの絶対圧を含む完全なチャンバ内絶対圧ＰＣのプロファイル９８を示すことができるような高圧までの範囲にわたって延長した１つの目盛上で正確かつ信頼性の高いチャンバ内圧力ＰＣの測定値を得ることである。しかしながら、本発明は、ロードロックについての用途に限定されない。低圧または中圧用絶対圧センサの精度および信頼性が許容できる圧力範囲外（前記許容圧力範囲よりも高圧または低圧の圧力値）にまで絶対圧測定範囲を延長することが必要とされたり所望されたりする他の用途についても本発明を利用できる。
【００２１】
本発明によれば、図２に示すように、絶対圧センサ２０によって求められる測定値は、ディスプレイ９０中の絶対圧目盛４０上のクロスオーバ圧力ＰＸレベルまたはクロスオーバ圧力ＰＸ範囲よりも低圧のチャンバ内絶対圧ＰＣとして用いられる。こうすれば、絶対圧センサ２０によって、正確で信頼性の高い絶対圧の測定値が得られる。しかしながら、チャンバ内絶対圧ＰＣの測定値がクロスオーバ圧力レベルＰＸまたはクロスオーバ圧力範囲ＰＸよりも高圧であり、絶対圧センサ２０によっては十分に正確かつ信頼性の高い絶対圧の測定値が得られない場合、差圧センサ３０による差圧測定値Ｐ３０に基づいて正規化された仮想差圧測定値が、ディスプレイ９０中の絶対圧目盛４０上のチャンバ内絶対圧ＰＣとして用いられる。この目的のために差圧センサ３０による上記のような差圧測定値Ｐ３０を正規化するために、これら測定値を相関圧力しきい値Ｐｔ以下の絶対圧センサ２０によるチャンバ内絶対圧ＰＣの測定値Ｐ２０と相関させる。相関圧力しきい値Ｐｔは、差圧センサ３０の実質的な精度が事実上最低になる圧力値、すなわち、圧力測定値の小数点以下の桁数が増えると実際の応用では意味がなくなったり影響がなくなったりする圧力値、もしくは、物理的な構造または電気回路による制限のため、差圧センサ３０によるこの値よりも低い差圧ΔＰの測定値が実質的に意味のないものになる圧力値またはこれに近い値であることが好ましい。この相関圧力しきい値Ｐｔ、または絶対圧センサ２０によって正確かつ信頼性が高い絶対圧の測定ができる範囲内のＰｔよりも低い圧力値を、望ましい精度レベルの絶対圧センサ２０によるチャンバ内絶対圧ＰＣの測定値Ｐ２０と相関させるために、差圧センサ３０による差圧ΔＰの測定値Ｐ３０を調整または正規化するためのベースラインとして用いることができる。このことは以下により詳細に説明する。このような調整または相関係数Ｆの正規化によって、差圧センサ３０による高めの差圧ΔＰの測定値Ｐ３０をすべて絶対圧センサ２０によるチャンバ内絶対圧ＰＣの測定値Ｐ２０と同じ目盛に換算したり正規化したりすることができる。このことは図３に示しており、以下により詳細に説明する。上記の結果、チャンバ内絶対圧ＰＣが相関圧力しきい値Ｐｔを上回って上昇すると、相関係数Ｆを、差圧センサ３０による差圧ΔＰの測定値Ｐ３０全部に加算することにより、これら測定値を絶対圧センサ２０による絶対圧測定値Ｐ２０と同じ絶対圧目盛４０と相関しているチャンバ内仮想絶対圧ＰＣの測定値ＰＶに換算できる。
【００２２】
結局、チャンバ内圧力ＰＣが上昇しつづけると、大気圧ＰＡよりも実質的にはまだ低圧であるが絶対圧センサ２０が正確かつ信頼性の高い絶対圧の測定ができないレベルのチャンバ内圧力ＰＣに到達することになる。このため、絶対圧センサ２０によるチャンバ内絶対圧ＰＣの測定値Ｐ２０が正確かつ信頼性の高い測定値が得られるレベルを超えると、その測定値は信頼性がなく利用できないものになる。しかしながら、チャンバ内圧力ＰＣが大気圧ＰＡ以上まで上昇するときには、差圧センサ３０によって引き続き正確かつ信頼性の高い差圧ΔＰ測定値が得られる。こうして、チャンバ内絶対圧ＰＣのレベルが高めであって、絶対圧センサＰ２０の絶対圧測定値Ｐ２０の信頼性がないレベルの場合、相関係数Ｆを差圧センサ３０による差圧ΔＰの測定値Ｐ３０に加算することによって、大気圧ＰＡレベル以上まで同じ一続きの目盛４０上で正確かつ信頼性の高いチャンバ内仮想絶対圧ＰＣの測定値ＰＶが得られる。
【００２３】
しかしながら、絶対圧センサ２０が絶対圧ＰＣのチャンバ内仮想測定値ＰＶに移行（クロスオーバ）する前に正確かつ信頼性の高い測定値が得られる範囲の境界に到達するまで、マイクロプロセッサ８０による出力やディスプレイ９０による表示を待機しない方が好ましい。あるいは、クロスオーバ圧力レベルＰＸを選択することは、必須ではないが好ましい。クロスオーバ圧力レベルＰＸは、特定のクロスオーバ圧力値または平滑関数を用いたクロスオーバ圧力範囲（以下により詳細に説明する）のいずれかである。このレベルでは、表示されたチャンバ内絶対圧プロファイル９８は、絶対圧センサ２０の測定値Ｐ２０からより、むしろチャンバ内仮想絶対圧ＰＣの測定値ＰＶから集計される。このことは以下より詳細に説明する。
【００２４】
本発明の基礎となる原理の１つをさらに説明するために、一般的な真空プロセスの範囲内の絶対圧ＰＡＢＳは、図２において、トル単位で対数目盛４０上に対応する差圧ΔＰと並列されている。このとき、他の圧力単位が用いられてもよい。図２の第１の列４２においては、目盛４０の上端である１，０００トルから目盛４０の下端にある１０−５トル（０．００００１トル）までにわたる絶対圧ＰＡＢＳの目盛を示している。プロセスには、１０−８トル以下の圧力下で実施されるものもいくつかあるが、本発明の原理を理解してもらうためには、図２の目盛をそこまで延長する必要はない。
【００２５】
本発明の説明を簡単にするために、２つの任意の大気圧ＰＡの例（海面および米国コロラド州ボルダ−のような高原）が図２に用いられているが、別の大気圧の例を用いてもよい。また、当業者は７６０トルを海面での標準的な大気圧ＰＡと考えているが、実際の大気圧ＰＡは、天候によって７６０トルのレベルを上回ったり下回ったりして変動する。同様に、６３０トルが、米国コロラド州ボルダ−のような高原や丘陵地域の一般的な大気圧ＰＡであるが、このような地域の実際の大気圧ＰＡは、天候の変化と連動して前記レベルを上回ったり下回ったりして変動する。しかしながら、本発明は、大気圧ＰＡの変動にかかわらず、極めて正確かつ信頼性の高い絶対圧ＰＡＢＳの測定値を継続的に得ることができるように、上記のような変動に対応している。このことについては、本発明を一旦理解した当業者によって理解されるであろう。実際に、上述のように、本発明の目的の１つは、上記のような局所的な大気圧ＰＡが日単位、時間単位、またはより小さい時間区分の単位で変化した場合でも、存在し得る局所的な大気圧ＰＡがいかなる値であっても、その値以上の正確かつ信頼性の高いチャンバ内圧力ＰＣの測定値を常時得ることができるようにすることである。
【００２６】
図２に示すように、外ドア６４が開放されている場合のように、大気圧ＰＡが例えば７６０トルであるとともにチャンバ内絶対圧ＰＣ（図１）も７６０トルである場合、図２の列４４に示すように、大気圧ＰＡとチャンバ６１内の絶対圧ＰＣ（図１）との差圧ΔＰはもちろんゼロになる。チャンバ６１が真空ポンプ６５によって排気されるとともに（図１）、チャンバ内絶対圧ＰＣが例えば１００トルまで６６０トル分低下すると、図２に示すように、差圧ΔＰもゼロから−６６０トルまで低下することになる。
【００２７】
同様に、海面での大気圧である７６０トルではなく、大気圧ＰＡが例えば６３０トルの高原地域でプロセスが実行されている場合、外ドア６４が開放されている状態での大気圧ＰＡとチャンバ内圧力ＰＣとの差圧ΔＰも図２に示すようにゼロになる。しかしながら、海面での７６０トルの大気圧ＰＡと、高原での６３０トルの大気圧ＰＡとの間には１３０トルの差がある。そのため、チャンバ６１が排気されてチャンバ内絶対圧ＰＣを１００トルまで低下させると、高原地域での差圧ΔＰは、海面での差圧と同じ−６６０トルではなく、−５３０トルになる。
【００２８】
チャンバ内圧力ＰＣが低下すると、差圧ΔＰの測定値すべてに、上述の海面での差圧の例と高原での差圧の例との間に同じ１３０トルのずれが生じている。言い換えると、１００トルのチャンバ内絶対圧ＰＣを１０トルにまで低下させると（９０トル分の低下）、これに応じて、図２に示すように、海面での差圧ΔＰと、高原での差圧ΔＰとが両方９０トル低下する。すなわち、海面での差圧ΔＰは−６６０トルから−７５０トルになり、高原での差圧ΔＰは−５３０トルから低下する。同様に、チャンバ内絶対圧ＰＣを１トルまでさらに９トル分低下させると、海面での差圧ΔＰは−７５９トルに、高原での差圧ΔＰは−６２９トルになる。チャンバ内絶対圧ＰＣが０．１トルの場合、海面での差圧ΔＰは−７５９．９トルに、高原での差圧ΔＰは−６２９．９トルになるとともに、チャンバ内絶対圧ＰＣが０．０１トル、０．００１トル、０．０００１トル、０．００００１トルの場合、海面での差圧はそれぞれ−７５９．９９トル、−７５９．９９９トル、−７５９．９９９９トル、−７５９．９９９９９トルに、高原での差圧はそれぞれ−６２９．９９トル、−６２９．９９９トル、−６２９．９９９９トル、−６２９．９９９９９トルになる。
【００２９】
０．００００１トル（すなわち、１０−５トル）以下の圧力を極めて正確で信頼性の高い測定を行うことができる絶対圧センサが市販されているが、市販の差圧センサの精度は、小数点１位くらいまでで最低水準になっている。すなわち、チャンバ内絶対圧ＰＣが約０．１トルのときに実質的に最低水準になっている。これくらいのレベルでは、海面での例では−７５９．９９トルや−７５９．９９９トル、高原の例では−６２９．９９トルや−６２９．９９９トルのように小数点以下の桁数が増えると、差圧ΔＰの測定値は実質的に意味のないものになり、それと同時に、差圧センサ３０による差圧ΔＰの測定値Ｐ３０である−６６０．９９トルと−６６０．９９９トルとの差が実質的に意味のないものになる。なぜなら、市販の差圧センサは、トル単位で小数点以下の桁数が１または２よりも増えると正確でなくなるからである。しかしながら、例えば、１００トルよりも高圧の圧力範囲では、通常、測定値が小数点第１位までの値または小数点のない値であっても、センサの測定精度は、ほとんどのプロセスを実行するのに十分なものである。このため、チャンバ内絶対圧ＰＣが１トルまたは０．１トル以下のような圧力しきい値Ｐｔよりも低圧である場合、差圧ΔＰの測定値が高いときに必要な精度の小数位に応じて、絶対圧センサ２０によるチャンバ内絶対圧ＰＣの測定値Ｐ２０を差圧センサ３０による実質的に最低値になった差圧ΔＰの測定値Ｐ３０と相関させると、差圧センサ３０の測定値を絶対圧センサ２０の測定値を基準にして正規化するための正確かつ繰り返し使用できる有効なベースラインが得られる。このようなベースラインを用いる正規化によって、本発明では、チャンバ内圧力ＰＣが高めの範囲（差圧センサ３０が最も正確で信頼性が高くなるが絶対圧センサ２０の精度が悪化して信頼性がなくなる範囲）においても、差圧センサ３０の測定値Ｐ３０を、正規化相関係数を用いて正規化したりチャンバ内絶対圧ＰＣの仮想測定値ＰＶに変換したりすることができる。例えば、チャンバ内絶対圧ＰＣが１トル以下のベースラインである圧力しきい値Ｐｔのときに、差圧センサ３０の差圧ΔＰの測定値Ｐ３０が正確かつ信頼性の高いチャンバ内絶対圧センサ２０の測定値Ｐ２０を基準にして正規化されれば、この後、チャンバ内絶対圧ＰＣが１００トルのようなクロスオーバ圧力レベルＰＸよりも上昇していくにつれて、この場合は、差圧センサ３０が絶対圧センサ２０よりも正確かつ信頼性が高いので、差圧センサ３０の差圧ΔＰの測定値Ｐ３０は、大気圧ＰＡ以上のレベルまで、チャンバ内絶対圧ＰＣの正確かつ信頼性の高い仮想測定値ＰＶに変換できる。実際に、大気圧ＰＡから約１００トル低い値から大気圧ＰＡよりも約１，５００トル高い値までの約１６００トル分の範囲においては、ピエゾ差圧センサが正確である。このため、このような差圧測定値Ｐ３０を上記のように正規化すると、１，６００トル分の範囲にわたって正確かつ信頼性の高い仮想絶対圧測定値ＰＶが得られる。図４に示すように、絶対圧目盛４０上の上記のような仮想絶対圧測定値ＰＶの範囲の正確な下端４３と上端４５は、ある特定の時点での大気圧ＰＡの状態次第である。以下、より詳細に説明する。
【００３０】
本発明を遂行するためのチャンバ内絶対圧ＰＣの仮想測定値ＰＶを求める正規化方法の例を図３および図４に示す。ただし、当業者が本発明の原理を一旦理解すると、他の方法またはバリエーションを編み出すことができる。図３でこの方法を説明するために、図４の絶対圧センサ２０と差圧センサ３０との有効測定範囲の例のチャートと、図５のロードロックチャンバ６１の圧力プロファイルの例とを参照されたい。上述の図１および図２も引き続き参照されたい。
【００３１】
この例では、有効測定範囲が約１００トルから約１０−５トルにわたる絶対圧センサ２０を図４に示す。絶対圧センサ２０による絶対圧測定値は便宜上Ｐ２０とされる。本明細書で援用されている米国特許第０９／９０７，５４１号明細書に記載のマイクロピラニ絶対圧センサの有効測定範囲はこれと同様の範囲であるが、従来の熱伝導型ピラニ絶対圧センサの有効測定範囲は、約１００トルから約１０−３トルまでの若干狭い範囲である。低圧用静電容量式圧力計、低圧用ピエゾ圧力計、歪計などのダイアフラム式絶対圧センサだけでなく、他の熱伝導型絶対圧センサも、前記の絶対圧センサの範囲の例の高圧側の部分では有効である。
【００３２】
この例では、有効測定範囲が大気圧を超える値（例えば、ＰＡよりも高圧の約１，５００トル）から大気圧の約−９９．９％（すなわち、約１０−１トル）にわたる差圧センサ３０を図４に示す。ただし、差圧センサ３０は、約１トルよりも高圧の場合に、正確かつ信頼性が高い。差圧センサ３０による差圧測定値は便宜上Ｐ３０とされ、上述のように、絶対圧センサ２０による絶対圧測定値はＰ２０とされる。
【００３３】
差圧センサ３０が出力する測定値Ｐ３０が、図４の矢印４１および仮想線４３，４５によって示すように、絶対圧目盛４０および絶対圧測定値Ｐ２０に対して大気圧の変動量に応じた分だけ横方向にシフトする概念を説明し易くするために、図４の棒チャートは、上側の差圧領域４２と、下側の絶対圧領域４４とに区分されている。大気圧ＰＡが高くなれば、差圧測定値Ｐ３０は、図４の絶対圧目盛４０の右側にシフトし、大気圧ＰＡが低くなれば、差圧測定値は絶対圧目盛４０の左側にシフトする。
【００３４】
図５の絶対圧プロファイル９８は、図１のディスプレイ９０の一般的なロードロックのサイクルについての絶対圧プロファイル９８の拡大図である。左側の目盛４０は絶対圧をトル単位で表し、右側の目盛１４０は差圧をトル単位で表し、下側の目盛１４２は時間を分単位で表している。ただし、適切な圧力単位および時間単位であればどのような単位を用いてもよい。要するに、前記サイクルは９１に示す大気圧ＰＡで始まり、ロードロックチャンバ６１の排気中に低下（９２）して最低の圧力値９３に至り、ウェハ７３が反応チャンバ７０へ移動（所望の場合は、再移動）している間は、そのままの状態が保たれる（図１）。その後、ロードロックチャンバ６１（図１）に再び大気を充填するので、チャンバ内絶対圧ＰＣは、９５に示すように再び上昇して、９６に示すように大気圧ＰＡに到達する。
【００３５】
例えば、図３に示す手順１０によって、ロードロックの動作（例えば、圧力値９４でスロットルバルブ６６を開放したり、圧力値９７で内ドア６２を開放したりするような動作）のための決まった切換え機能のためだけでなく絶対圧プロファイル９８用にもチャンバ内絶対圧ＰＣを求めることができる。手順１０の開始時には、差圧測定値Ｐ３０を絶対圧の仮想正規化測定値ＰＶに変換するための相関係数の初期値Ｆ０を選択（４６）することが、必要ではないが望ましい。例えば、相関係数の初期値Ｆ０は、海面の位置の場合は７６０トル、高原の位置の場合は６３０トルにすることができる。これらの値は、１回目のロードロックサイクルにおけるクロスオーバ圧力ＰＸに達するまでの絶対圧プロファイル９８の先頭部分に十分に近似している。このため、相関係数Ｆは、相関係数の初期値Ｆ０と等しい値が図３の４７で設定される。絶対圧センサ２０と差圧センサ３０とから、それぞれ絶対圧測定値Ｐ２０と差圧測定値Ｐ３０とが４８で読み取られる。
【００３６】
差圧ΔＰは、４９において測定値Ｐ３０に設定されるとともに、５０において、図５のプロセス圧力プロファイルの例の９９に示すように、例えば、ΔＰ＝０のときにロードロック６０の外ドア６４（図１）を開放するために、所望の表示機能または制御機能に向けて出力される。その後、５１において、相関係数Ｆを差圧測定値Ｐ３０に加算することによって、チャンバ内絶対圧の仮想測定値ＰＶが算出される。例えば、相関係数Ｆが７６０トルの場合、チャンバ内絶対圧の仮想測定値ＰＶは差圧測定値Ｐ３０プラス７６０トルになる。
【００３７】
次に、図３に示すように、５２において、チャンバ内絶対圧ＰＣの測定値Ｐ２０がクロスオーバ圧力レベルＰＸよりも大きくなければ、５３において、チャンバ内絶対圧ＰＣを絶対圧測定値Ｐ２０と等しい値に設定する。５２においてＰ２０がクロスオーバ圧力レベルＰＸよりも大きければ、５４において、チャンバ内絶対圧ＰＣをチャンバ内絶対圧の仮想測定値ＰＶと等しい値に設定する。その後、チャンバ内絶対圧ＰＣが５３においてＰ２０に等しい値が設定されたか５４においてＰＶに等しい値が設定されたかにかかわらず、５５において、前記チャンバ内絶対圧ＰＣは所望の制御機能および表示機能に向けて出力される。あるいは、５２におけるテストは、Ｐ２０>ＰＸではなく、ＰＶ>ＰＸであっても同じ効果がある。
【００３８】
最後に、５６において、チャンバ内絶対圧測定値Ｐ２０が相関圧力しきい値Ｐｔよりも小さくなければ、手順１０が５７を通って元に戻り、論理回路によってさらにこの手順１０を反復するために、チャンバ内絶対圧測定値Ｐ２０と、差圧測定値Ｐ３０とを再度読み取り、チャンバ内絶対圧ＰＣが下降すると新たなΔＰおよびＰＣを求める。しかしながら、５６において、チャンバ内絶対圧測定値Ｐ２０が相関圧力しきい値Ｐｔよりも小さければ、手順１０を再度反復するために５９を通って元に戻る前に、５８において相関係数Ｆが再度算出される。上述のように、相関圧力しきい値Ｐｔは、差圧センサ３０が差圧を測定できる最低値かそれに近い値のような低い値であって、その小数点以下の桁数が仮想圧力測定値ＰＶに望む精度に要求される最大限の桁数である必要はないが、その方が好ましい。しかしながら、Ｐｔは、実際のチャンバ内絶対圧ＰＣがその値をとることがないほどの小さい値をとるべきではない。なぜなら、相関係数Ｆは、手順１０に応じて、チャンバ内絶対圧ＰＣがＰｔよりも低圧になっているときに、天候の変化や他の理由のための大気圧ＰＡの変動を補償するために更新されるにすぎないからである。このため、チャンバ内圧力ＰＣが循環して１時間毎に低下してＰｔよりも低圧になる場合、相関係数Ｆは、天候や他の理由のための大気圧ＰＡの変動を補償するために１時間毎に更新されることになる。このような更新によって、大気圧ＰＡの変動にかかわらず、ＰＣがＰＸよりも高圧であっても、５５におけるＰＣの出力の精度が維持される。
【００３９】
特に、差圧センサ３０の測定能力がほぼなくなるレベルよりも低いレベルまで繰り返し低下するプロセスについては、相関圧力しきい値Ｐｔをこのレベルまたはこのレベルに非常に近いレベルに設定することが極めて都合がよく効率的であるとともに、正確かつ信頼性の高い絶対圧測定値と差圧との関係が認識される圧力レベルを用いて相関係数を求めることができる。例えば、差圧センサがゼロと測定した時点で何らかの他のソースから大気圧ＰＡの絶対値が認識される場合、このような大気圧ＰＡの絶対値を用いて相関係数Ｆを設定することができる。このような他のソースは、例えば、この圧力レベルにおいて正確かつ信頼性が高い別の絶対圧センサであってもよい。
【００４０】
上述のように、また、図４に示すように、図３の手順１０の５５におけるチャンバ内絶対圧ＰＣの出力は、絶対圧測定値Ｐ２０と仮想絶対圧測定値ＰＶとを一続きになるよう合成した値からなり、該合成値は、正確かつ信頼性の高いチャンバ内絶対圧ＰＣ測定能力の範囲を絶対圧センサ２０だけで測定できる範囲よりも高圧の大気圧ＰＡを超える範囲まで効果的に延長する。クロスオーバ圧力ＰＸを、仮想絶対圧測定値ＰＶが絶対圧センサ２０による絶対圧測定値Ｐ２０よりも正確かつ信頼性が高くなるレベルまたは絶対圧測定値Ｐ２０が仮想絶対圧測定値ＰＶよりも正確かつ信頼性が高くなるレベルになるよう選択することが好ましい。この単純なクロスオーバ圧力ＰＸは、１つの圧力値であり、多くの応用例で用いることができる。しかしながら、所望の場合、当業者にとって公知の一般的な平滑関数を用いて、クロスオーバーレベルを明確にしなかったり範囲１０３にわたって分散させたりすることによって、図５の圧力プロファイル９８が、クロスオーバが発生する位置で急に曲がったりねじれたりしないようにすることができる。基本的に、平滑関数では、まず、範囲１０３の一端でＰＣの値にＰ２０によって重み付けし、徐々に変化して範囲１０３のもう一端ではＰＣの値にＰＶによってさらに重み付けするようにする。その結果、範囲１０３のＰＣの出力は、Ｐ２０とＰＶとの合成値になる。
【００４１】
チャンバ内絶対圧測定値Ｐ２０が相関圧力しきい値Ｐｔよりも低下した後で相関係数Ｆが図３の５８において更新された場合、上述のように、５５における出力ＰＣは、チャンバ内圧力プロファイル９８の上昇部分９５から大気圧９６以上の値までについては、チャンバ内絶対圧ＰＣの正確な測定値である。しかしながら、図３の５０における差圧ΔＰの出力は、所望であれば、外ドア６４（図１）を開放するためにまだ用いることができる。次のロードロックの排気サイクルの下降部分９２（図５）について図３の４９において差圧測定値Ｐ３０を仮想絶対圧測定値ＰＶと相関させるために、更新済の同じ相関係数Ｆを続けて使用する。なぜなら、この相関係数Ｆは、実際の大気圧ＰＡと最後に相関されているため、相関係数の初期値Ｆ０よりも通常正確だからである。
【００４２】
上述の図３ないし図５に示すプロセス中のロジックは、図１に示すようなマイクロプロセッサ８０のような方法や当業者にとって公知の他の都合のよい方法で実行できる。絶対圧センサ２０と差圧センサ３０からの信号は、都合のよい通信リンク２１および３１によってマイクロプロセッサ８０に伝達できる。ドア６２を操作するためのマイクロプロセッサからの信号は通信リンク８４を介して、ドア６４を操作するためのマイクロプロセッサからの信号は通信リンク８３を介して、スロットルバルブ６６を操作するためのマイクロプロセッサからの信号は通信リンク６８を介して、ディスプレイ９０を操作するためのマイクロプロセッサからの信号は通信リンク８６を介して伝達できる。このような通信リンクは、配線、無線周波数、赤外線、音、または他の信号による通信技術であってもよい。また、前記信号および処理済の情報は、当業者にとって公知のように、バッファ、フィルタ、増幅器、アナログ・ディジタル変換器、メモリ装置、他の従来の信号処理装置（図示せず）で処理したり格納したりすることができる。ディスプレイ９０は、本明細書では総称的に用いられているが、本発明に応じて図３について記載されたプロセスから圧力の出力ΔＰおよび／またはＰＣを受信したり、使用したり、記憶したり、表示したりするための印刷式、投影式あるいは別の何らかの視覚的な装置であってもよい。圧力センサ７８は、モニタリング、比較、ディスプレイなどのための通信リンク８５を介してマイクロプロセッサ８０に接続する必要はないが、接続してもよい。
【００４３】
上述して図４に示すように、最新の技術を備えた絶対圧センサ２０は、例えば、１０−４または１０−５以下の極めて低い絶対圧を測定できたり、例えば、１０−２ないし１トルのような使用可能な相関範囲に近づくほど高い圧力範囲（例えば、１ないし１００トル）まで延長できたりする見込みはない。このような範囲の絶対圧センサ２０は、中圧用絶対圧センサとされる。チャンバ内圧力ＰＣを、図５の例のプロセス圧力プロファイル９８の１０−７トルのプロセス最低圧力レベル１１３のような低圧レベルにまで排気することが望ましい場合、図８および図９に示すような第２の低圧用絶対圧センサ２５を本発明に追加できる。イオンゲージ、ホットカソード圧力センサ、コールドカソード圧力センサなどの低圧用絶対圧センサ２５は、図７に示すように、正確かつ信頼性の高いチャンバ内絶対圧ＰＣの出力の範囲を１０−８トル以下まで延長できる。イオンゲージと、ホットカソードゲージと、コールドカソードゲージとは、このような低圧の絶対圧レベルで正確かつ信頼性の高い絶対圧測定値Ｐ２５を提供できる絶対圧センサの例である。
【００４４】
本発明において中圧用絶対圧センサ２０および差圧センサ３０と組み合わされた第２の低圧用絶対圧センサ２５の動作を説明するために、まず、図６ないし図９を参照されたい。この例では、図９に示すプロセスチャンバ７０にはロードロックが設けられておらず、外ドア１６４はプロセスチャンバ７０への通路６９を開放したり閉鎖したりするために設けられている。２つの絶対圧センサ２０および２５と、差圧センサ７０とは、流体が流れるように、チャンバ７０の内部１６１と直接接続されている。そのため、この例におけるチャンバ内圧力ＰＣは、プロセスチャンバ７０の内部１６１の圧力である。図８の圧力目盛４０および１４０と、時間目盛１４２とは図５の目盛と同様のものである。
【００４５】
中圧用絶対圧センサ２０と、差圧センサ３０とは、図１ないし図５の例について上述されたのとほぼ同じ方法で相関される。初期値Ｆ０による相関係数Ｆの初期化は、図６に示すのと同様に行うことができる。３つすべてのセンサ２０，２５，３０による２つの絶対圧測定値Ｐ２０およびＰ２５と差圧測定値Ｐ３０とを図６の４８で読み取る。図８の圧力プロファイル１１０によって示すようなプロセスがチャンバ内圧力ＰＣと大気圧ＰＡとが等しい状態で始動する場合には、ドア１６４が閉鎖されているときに圧力レベル１１２とチャンバ内絶対圧ＰＣが低下し始めた部分１１４とにおいて正確かつ信頼性の高い測定値を出力するセンサは、差圧センサ３０しかない。このため、差圧ΔＰは、４９に示すように差圧測定値Ｐ３０と等しく、５０において、差圧ΔＰを差圧目盛１４０上に表示したり、プロセス終了後に１３２の時点でドアを開放したりするような所望の機能のために出力される。しかしながら、上述のように、図６の５１において差圧測定値Ｐ３０を相関係数Ｆによって調整しても、チャンバ内仮想絶対圧測定値ＰＶが得られ、この測定値ＰＶは、相関係数Ｆと同様に正確であるとともに、５５において、クロスオーバ圧力ＰＸまでの低下し始めの部分１１４についてはチャンバ内絶対圧ＰＣとして出力される。この後、チャンバ内圧力ＰＣが、中圧用絶対圧センサ２０によってより正確かつ信頼性の高い圧力測定値Ｐ２０が求められる範囲、例えば、図８の第１のクロスオーバ圧力ＰＸよりも低圧の範囲１１６まで低下すると、図６の５５におけるチャンバ内絶対圧ＰＣの出力は、絶対圧測定値Ｐ２０と等しくなる。この中圧域１１６にある圧力値９４は、図１ないし図５の例について説明したように、図９のスロットルバルブ６６を開放してポンプダウン速度を上げるために用いることができる。また、上述のように、チャンバ内圧力ＰＣが相関圧力しきい値Ｐｔよりも低下すると、図６の５８において、相関係数Ｆを更新して、相関係数Ｆの前回の更新以降に発生した可能性がある大気圧ＰＡの変動を補償する。図９の例における信号通信リンクや、マイクロプロセッサ８０や、他の信号処理装置などの接続は、本発明の原理を一旦理解した当業者にとって自明であるように、図１について説明したものと同様にできる。したがって、より詳細な説明は不要である。
【００４６】
しかしながら、図５のプロセス圧力プロファイル９８の例とは異なって、図８に示すプロセス圧力プロファイル１１０の例は、中圧用圧力センサ２０の圧力測定能力よりも低圧の状態が続く。このため、第２のクロスオーバ圧力レベルＰＸＸ、または、好ましくは、圧力測定値Ｐ２０とＰ２５の両方が正確かつ信頼性が高い範囲１１８からＰＸＸの下のプロセス圧力プロファイル１１０の下部１２０を通って最低圧力値１２２までの範囲では、図６の５５におけるチャンバ内絶対圧ＰＣの出力は、低圧用圧力センサ２５による絶対圧測定値Ｐ２５と等しい。ＰＸＸにおける第２のクロスオーバは、図６の１２４および１２６において遂行される。
【００４７】
最低圧力値１２２は、一般的に、プロセスチャンバ１６１に不活性ガスまたは加圧ガス６３を再充填する前に、プロセスチャンバ１６１から実質的に可能な限りの多くの不純物を抜き出して、チャンバ内プロセス圧力ＰＣを中圧レベル１２６に上昇させるために用いる。ここでは、プロセス供給ガス７４，７５，７６をプロセスチャンバ１６１に流入させて、基板７３上に半導体材料７７を反応させて堆積する。プロセス圧力レベル１２６は、第２のクロスオーバ圧力ＰＸＸよりも高圧であっても、低圧であっても、もしくは、等しい圧力であってもよく、オペレータが所望する圧力にすることができる。
【００４８】
図６ないし図９の例にある半導体７７の堆積プロセスが完了すると、供給ガス７４，７５，７６は停止され、再充填ガス６３または他の再充填ガス（図示せず）を用いて、チャンバ内プロセス圧力ＰＣを大気圧ＰＡまで再度上昇させる。第２のクロスオーバ圧力ＰＸＸと第１のクロスオーバ圧力ＰＸとの間の中圧範囲１２８においては、絶対圧測定値Ｐ２０によってプロファイル１１０の絶対圧が求められる。最後に、第１のクロスオーバ圧力ＰＸよりも高圧の圧力範囲１３０では、プロセス圧力プロファイル１１０の絶対圧ＰＣ測定値は、再び仮想絶対圧測定値ＰＶによって求められ、この測定値ＰＶは、上述し、かつ、図６の５２，５４，５５に示すように、更新済の相関係数Ｆを差圧測定値Ｐ３０に加算することによって算出される。最終的に、チャンバ内圧力ＰＣが大気圧ＰＡに達すると、差圧センサ３０は、差圧ΔＰをゼロと検知して、５３におけるΔＰの出力は、上述のように、１３２の時点でドア１６４を開放するために用いることができる。
【００４９】
上述のように、絶対圧と差圧との正確な関係が既知である圧力レベル、または、この関係が測定されたり別の方法で求めたりすることができる圧力レベルを用いて、相関係数を求めたり、差圧測定値によって、絶対圧測定値を絶対圧センサによって正確かつ信頼性が高い絶対圧の測定ができる値以上に延長することができる。上記の例では、本発明では、相関係数Ｆを差圧測定値Ｐ３０に加算することによって、絶対圧センサの正確かつ信頼性の高い絶対圧の測定ができる値以上に絶対圧測定値の範囲を延長することが示されている。しかしながら、本発明の原理では、絶対圧測定値を高圧用絶対圧センサの正確かつ信頼性の高い圧力測定ができる値以下に延長するために、相関係数を差圧測定値と一緒に求めて用いることもある。例えば、絶対圧センサ（図示せず）によって、５００ないし３，０００トルのような高圧の絶対圧については正確かつ信頼性の高い測定が可能であるが、１，０００トル以下の絶対圧は測定できない場合、大気の＋２００％から大気の−９９．９％まで（その時点での大気圧によるが、ほぼ１，２００トルないし１，５００トルから約−７６０ないし６００トル）は正確かつ信頼性が高い差圧センサと、適切な相関係数とを組み合わせて、絶対圧測定範囲を１，０００トルの絶対圧センサの低圧範囲の境界よりも低圧になるように（例えば、０．１トルまで）延長できる。相関係数は、例えば、差圧がゼロの場合、大気圧としてもよい。所望の場合、上述のように、中圧用絶対圧センサと低圧用絶対圧センサを組み合わせることによって、絶対圧測定値を、１トルから１０−８トルのようなさらに低圧にまで達するようにしてもよい。
【００５０】
この結果、本発明によれば、差圧センサを用いて、その正確かつ信頼性の高い差圧測定範囲内で仮想絶対圧測定値ＰＶを共通の絶対圧目盛上で求めることができる。この場合、複数の絶対圧センサの絶対圧測定値は、前記差圧センサ測定範囲よりも高圧および／または低圧になる。前記の特性は、正確かつ信頼性の高い圧力測定ができる絶対圧センサが差圧センサと同じ範囲について使用できる状況があるとしても利点となる。例えば、上述の図４の例では、絶対圧センサ２０は、マイクロピラニセンサであってもよく、熱伝導型圧力センサのような他の多数の絶対圧センサであってもよい。熱伝導型圧力センサによる圧力読取値は、ガスの種類に応じて、すなわち、分子の含有量に応じて約１トル以上のような高圧において変動する。言い換えれば、例えば、チャンバ内の実際の絶対圧ＰＣが変動していなくても、チャンバ内のガスが変更したり他のガスと混合されたりすると、熱伝導型絶対圧センサが別の圧力読取値Ｐ２０を出力することになる。ピエゾゲージや容量型ダイアフラムゲージのような直接読み取れる差圧センサはガスの種類に依存していないので、このようなセンサを用いれば、チャンバに導入されるガスの種類にかかわらず、同じ圧力読取値が求められる。このため、ガス依存型絶対圧測定値については、本発明において、差圧測定値Ｐ３０を相関係数Ｆと組み合わせて使用することによって、同じ範囲について熱伝導型絶対圧センサを使用するより有利である。このため、本発明によれば、前記絶対圧センサは、約１０トルないし１，５００トル以上の範囲で差圧と絶対圧とを両方測定してモニタリングする２つの機能を同時に遂行するだけでなく、同じ範囲で、少なくともガス種依存型の絶対圧センサ複数個よりも適切な絶対圧の読取値を求めることができる。
【００５１】
前述の説明は、発明の原理を説明するためのものと考えられたい。さらに、当業者が容易に想到する修整や変形がたくさんあるので、本発明を図示したり上述したりした構造やプロセスそのものに限定することは望ましくない。したがって、本発明の範囲内に入る適切な変形や等価物すべてに対して何らかの手段をとる可能性がある。例えば、図３と図６との判断ボックス５０，５６での比較は「大なり」および「小なり」によって表されているが、「大なり」は「大なりイコール」、「小なり」は「小なりイコール」であってもよい。なぜなら、これら圧力レベルＰＸおよびＰｔは、適切に機能するために、本発明と全く同じである必要はないからである。このため、図３および図６の手順に関する説明については、「大なり」（＞）は「大なりイコール」（≧）を含み、「小なり」は「小なりイコール」（≦）を含むこととする。また、図３および図６の両方において、上述のように、５２での比較は、「Ｐ２０＞ＰＸ」ではなく、「ＰＶ＞ＰＸ」であってもよい。本発明に使用されるのに適している最新技術の絶対圧センサには、例えば、静電容量式圧力計、ピエゾ式圧力計、歪計などのような低圧用ダイアフラム式センサだけでなく、熱伝導式センサ、マイクロピラニセンサ、従来の対流式ピラニセンサ、ホットカソードセンサ、コールドカソードセンサ、イオンゲージなどがある。ダイアフラム式差圧センサや、上述のような絶対圧センサの組み合わせも、本発明での使用に適している。もちろん、本発明は、これから先の技術を用いた絶対圧センサや差圧センサを用いても同様に作用する。本明細書中に使用される「含む」や「備える」のような用語（「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」，「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」，「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」，「ｉｎｃｌｕｄｅ」，「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」，「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」）は、挙げられた特徴、整数、構成要素、またはステップを明記する意図があるが、他の１つ以上の特徴、整数、構成要素、ステップ、またはグループの存在または追加を除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】広い圧力範囲にわたって一続きの目盛上でチャンバ内の絶対圧を測定するための絶対圧センサと差圧センサとが設けられた本発明に係る真空プロセスチャンバ用ロードロックの模式図である。
【図２】本発明によって対処される課題と、本発明の原理とを説明するために、海面での大気圧と、高原での大気圧とともに並べられた絶対圧を示すチャート図である。
【図３】絶対圧測定範囲を差圧センサの範囲にまで延長するために本発明で使用するアルゴリズムを示す論理フローチャートである。
【図４】本発明に係る１つの絶対圧目盛上で幅広い圧力範囲にわたって絶対圧測定値を求めるための、２つの圧力センサ、すなわち、差圧センサと絶対圧センサとの有効な差圧範囲と絶対圧範囲を示す分岐棒チャートである。
【図５】図１ないし図４に示す一体型絶対圧・差圧兼用トランスデューサの適用例を示す従来のロードロック制御サイクルの圧力プロファイルである。
【図６】図３と同様に絶対圧測定範囲を差圧センサの範囲にまで延長するとともに、同様に、別の低圧用絶対圧センサによって、該絶対圧測定範囲を低圧にまで延長するために本発明で使用するアルゴリズムを示す論理フローチャートである。
【図７】幅広い範囲にわたって絶対圧測定値を求めるための前記第２の低圧用絶対圧センサの圧力測定範囲も含んでいる図４と同様な分岐棒チャートである。
【図８】図６ないし図７に示す一体型絶対圧・差圧兼用トランスデューサの適用例を示す従来の真空プロセスサイクルの圧力プロファイルである。
【図９】ロードロックがない点以外は図１と同様であるが、絶対圧測定範囲を一続きの目盛上で延長するために、２つの絶対圧センサ、すなわち、中圧用センサおよび低圧用センサと、差圧センサとが設けられている本発明に係る真空プロセスチャンバの模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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