(57)【要約】【課題】  特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御すること。【解決手段】  既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成し、これを用いてガス供給量のパルス状変化とそれに伴うガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を求め、ガス供給量の変化とガス濃度変化との関係を規定するモデルを作成し、このモデルを用いた供給量変化と濃度変化との関係を示す関数行列式に、所望のプロセスガス濃度変化を代入することで、最適流量値変化を求め、これを実際のプラズマ反応炉システムに適用して運転を行う。【選択図】  図２
2009130267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、
希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、
プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、
プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有し、
希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在され、かつ
チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている、プラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法であって、
前記プラズマ反応炉処理システムは、
プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段を含み、かつ
前記方法は、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する第１のステップと、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第１のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度またはプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を生成する第２のステップと、
第２のステップで取得されたパルス応答特性と各流量設定器の製品特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する第３のステップと、
第３のステップで作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列式に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する第４のステップと、
第４のステップで取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する第５のステップとを具備する、ことを特徴とするプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項２】
第１のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項３】
第２のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項４】
第２のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項５】
第２のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項６】
発光強度検出手段が、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器である、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項７】
プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、
希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、
プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、
プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有し、
希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在され、かつ
チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている、プラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置であって、
前記プラズマ反応炉処理システムは、
プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段を含み、かつ
前記装置は、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する第１の手段と、
プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第１のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量またはプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度またはプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を生成する第２の手段と、
第２の手段で取得されたパルス応答特性と各流量設定器の製品特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する第３の手段と、
第３の手段で作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列式に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する第４の手段と、
第４の手段で取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在れさる流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する第５の手段とを具備する、ことを特徴とするプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。
【請求項８】
第１の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。
【請求項９】
第２の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係付けられている、ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項１０】
第２の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項１１】
第２の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される、ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法。
【請求項１２】
発光強度検出手段が、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器である、ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。
【請求項１３】
第１の手段、第２の手段、第３の手段、第４の手段、及び第５の手段として機能するユーザプログラムが組み込まれたＰＬＣにより構成されている、ことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば液晶デバイスや半導体デバイス等の製造に好適なプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度の制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生器（例えば、平行平板型電極方式、マイクロ波アンテナ方式等々）を内蔵するプロセスチャンバと、１種又は２種以上の希釈ガス源（例えば、Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等々）のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、１種又は２種以上のプロセスガス源（例えば、Ｈ2，Ｏ2，ＮＦ3，Ｃｌ2，ＳｉＣｌ4，ＨＢｒ，ＳＦ6，Ｃ5Ｆ8，ＣＦ4等々）のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプ（ターボ分子ポンプ等）とを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有している。
【０００３】
各希釈ガス及び各プロセスガスの供給管路のそれぞれには、その管路を流れるガスの流量を設定された値に調整可能な流量調整器が介在されると共に、チャンバ内ガスの排出管路には、与えられた圧力設定値と圧力計測部を介して計測された圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器とが介在されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
ところで、この種のプラズマ反応炉処理システムにおいては、プロセスの開始時、プロセスの途中、プロセスの終了時においては、プロセスチャンバ内のプロセスガスの濃度変更が必要とされる。例えば、プロセスの開始時においては、希釈ガスの単独雰囲気（プロセスガス濃度０％）から希釈ガスと（１種又は２種以上の）プロセスガスとの混合雰囲気（プロセスガス濃度Ｘ％）への濃度変更が必要とされる。また、プロセスの途中においては、希釈ガスとプロセスガスとのある濃度の混合雰囲気（プロセスガス濃度Ｘ１％）から別の濃度の混合雰囲気（プロセスガス濃度Ｘ２％）又はガス種の異なる混合雰囲気（ガス種ａのプロセスガス濃度Ｘａ、ガス種ｂのプロセスガス濃度Ｘｂ）への濃度変更が必要とされる場合がある。さらに、プロセスの終了時にあっては、希釈ガスとプロセスガスとの混合雰囲気（プロセスガス濃度Ｘ％）から希釈ガスの単独雰囲気（プロセスガス濃度０％）への濃度変更が必要とされる。
【特許文献１】特開２０００−２００７８０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、液晶デバイスや半導体デバイス等の製造のために、プラズマプロセスを実行する場合を想定すると、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度に関しては、製造対象物の特性やプロセスガスの使用効率等々に応じて最適な濃度プロファイル（濃度と時間との関係）が存在する。
【０００６】
すなわち、製造対象物の特性によっては、目標となる整定後のプロセスガス濃度は同一であっても、供給ガス流量の上限値の制約の下に、できる限り早く、プロセスガス濃度を目標濃度にまで立ち上げたい場合もあれば、供給ガス流量の上限値の制約の下に、一定の経過時間をもって、徐々に、プロセスガス濃度を目標濃度にまで立ち上げたい場合もある。
【０００７】
この発明は、上述の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能なプロセスガス濃度の制御方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の技術的課題は、以下の構成を有するプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法及び装置により解決することができる。
【００１０】
本発明方法は、一定の構成を有するプラズマ反応炉処理システムを前提とする。このプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの供給管路とを有する。
【００１１】
そして、希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量調整値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在される。
【００１２】
また、チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている。加えて、このプラズマ反応炉処理システムにおいては、プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段が設けられる。
【００１３】
このようなプラズマ反応炉処理システムを前提として、本発明方法にあっては、第１〜第５からなる５つのステップが存在する。
【００１４】
第１のステップは、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する。
【００１５】
なお、ここで、「および／または」とあるのは、後述する実施の形態におけるように、通常は、双方の流量調整器を操作して圧力を一定に維持するのが好ましいのであるが、圧力設定器が高速応答するものであれば、その圧力緩衝作用により、一方の流量調整器たけを操作しても、圧力を一定に維持できる場合もあることを考慮したものである。
【００１６】
第２のステップは、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第１のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を取得する。
【００１７】
なお、ここでも、「および／または」とあるのは、後述する実施の形態におけるように、通常は、双方の流量調整器を操作して圧力を一定に維持するのが好ましいのであるが、圧力設定器が高速応答するものであれば、その圧力緩衝作用により、一方の流量調整器たけを操作しても、圧力を一定に維持できる場合もあることを考慮したものである。
【００１８】
第３のステップは、第２のステップで取得されたパルス応答特性と各流量調整器の製品特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する。
【００１９】
第４のステップは、第３のステップで作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列式に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する。
【００２０】
第５のステップは、第４のステップで取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する。
【００２１】
このような構成によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、第１のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。
【００２３】
このような構成によれば、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際し、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量との和が常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、第２のステップにおいて、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。
【００２５】
このような構成によれば、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、パルス波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際して、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量との和が常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、第２のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される。
【００２７】
このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できるのであれば、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成されるため、後処理が容易となる。
【００２８】
本発明の好ましい他の実施の形態においては、第２のステップにおいて、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される。
【００２９】
このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できない場合であっても、十分な量の供給量変化が得られるため、その近似曲線にもとづき、時間軸シフト並びに差分等々の数学的処理により、目的とするパルス応答波形が正確に生成される。
【００３０】
本発明の好ましい実施の形態においては、発光強度検出手段としては、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器とされる。
【００３１】
このような構成によれば、プロセスチャンバ内に存在する様々なガス種のプラズマ発光強度を個別に検知できる利点がある。
【００３２】
別の一面からみた本発明は、プラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御装置として把握することもできる。
【００３３】
この装置は、一定の構成を有するプラズマ反応炉処理システムを前提とする。このプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生部を内蔵するプロセスチャンバと、希釈ガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、プロセスガスの供給源とプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプとを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有する。
【００３４】
そして、希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれには、与えられた流量設定値と流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する流量調整器が介在されている。
【００３５】
また、チャンバ内ガスの排出管路には、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器が介在されている。加えて、上記のプラズマ反応炉処理システムには、プロセスチャンバ内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段が設けられる。
【００３６】
このようなプラズマ反応炉処理ステムの存在を前提として、本発明装置にあっては、第１〜第５からなる５つの手段が設けられる。
【００３７】
第１の手段は、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のプロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガスの発光強度を発光強度検出手段を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する。
【００３８】
第２の手段は、プロセスチャンバ内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、所定の波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量の変化に際するプラズマ発光強度の変化を発光強度検出手段を介して取得しかつこれを前記第１の手段で作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を生成する。
【００３９】
第３の手段は、第２の手段で取得されたパルス応答特性と各流量調整器の設定特性で定まる流量設定値付与間隔とに基づいて、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を規定するモデルを作成する。
【００４０】
第４の手段は、第３の手段で作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値との関係を定義する関数行列に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値を取得する。
【００４１】
第５の手段は、第４の手段で取得された最適流量設定値変化の時分割瞬時値を希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して与えることにより、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度を所望のプロセスガス濃度変化が得られるように制御する。
【００４２】
このような構成によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。
【００４３】
本発明の好ましい実施の形態においては、第１の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。
【００４４】
このような構成によれば、プロセスチャンバ内のプロセスガス濃度が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際し、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量とが常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。
【００４５】
本発明の好ましい実施の形態においては、第２の手段において、希釈ガスの供給管路に介在される流量調整器に与えられる流量設定値と、プロセスガスの供給管路に介在される流量設定値に与えられる流量設定値とは、常に、両者の和が一定値に維持されるように関係づけられている。
【００４６】
このような構成によれば、第２の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が、パルス波形を描いて変化するように、希釈ガスの供給管路および／またはプロセスガスの供給管路に介在される流量調整器に対して所定の流量設定値変化を与えるに際して、希釈ガスの供給量とプロセスガスの供給量との和が常に一定に維持されるため、プロセスチャンバ内に圧力変動が生じ難いという利点がある。
【００４７】
本発明の好ましい実施の形態においては、第２の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がインパルス波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成される。
【００４８】
このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できるのであれば、取得されたプラズマ発光強度の変化に基づいて直接的にパルス応答が生成されるため、後処理が容易となる。
【００４９】
本発明の好ましい他の実施の形態においては、第２の手段において、プロセスチャンバ内の希釈ガス又はプロセスガスの供給量が変化するに際して描く供給量波形がステップ波形であり、それにより、取得されたプラズマ発光強度の変化を時間軸シフトして差分を取ることによりパルス応答が生成される。
【００５０】
このような構成によれば、プラズマ発光強度が高感度に検出できない場合であっても、十分な量の供給量変化が得られるため、その近似曲線にもとづき、時間軸シフト並びに差分等々の数学的処理により、目的とするパルス応答波形が正確に生成される。
【００５１】
本発明の好ましい実施の形態においては、発光強度検出手段が、複数の波長のそれぞれについて発光強度を検知可能な分光器とされる。
【００５２】
このような構成によれば、プロセスチャンバ内に含まれる様々なガス種のそれぞれについて発光強度を個別に検知することができる。
【００５３】
さらに、本発明の好ましい実施の形態においては、第１の手段、第２の手段、第３の手段、第４の手段、及び第５の手段として機能するユーザプログラムが組み込まれたＰＬＣにより構成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガス流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下に、本発明に係るプラズマ反応炉処理システムにおけるプロセスガス濃度の制御方法及び装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００５６】
先に説明したように、この種のプラズマ反応炉処理システムは、一般に、プラズマ発生器（例えば、平行平板型電極方式、マイクロ波アンテナ方式等々）を内蔵するプロセスチャンバと、１種又は２種以上の希釈ガス源（例えば、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等々）のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶ希釈ガスの供給管路と、１種又は２種以上のプロセスガス源（例えば、Ｈ2、Ｏ2、ＮＦ3、Ｃｌ2、ＳｉＣｌ4、ＨＢｒ、ＳＦ6、Ｃ5Ｆ8、ＣＦ4等々）のそれぞれとプロセスチャンバとを結ぶプロセスガスの供給管路と、プロセスチャンバと真空ポンプ（ターボ分子ポンプ等）とを結ぶチャンバ内ガスの排出管路とを有するものであるが、図１に示されるプラズマ反応炉処理システム全体の構成図においては、説明の便宜上、配管系統を簡素化するために、希釈ガスの１種であるＡｒとプロセスガスの１種であるＨＢｒの配管系のみが示されていることに注意されたい。
【００５７】
同図に示されるように、このプラズマ反応炉処理システムは、プラズマ発生部１１，１２を内蔵するプロセスチャンバ１と、希釈ガスであるＡｒの供給源とプロセスチャンバ１とを結ぶ希釈ガスの供給管路２１と、プロセスガスであるＨＢｒの供給源とプロセスチャンバ１とを結ぶ希釈ガスの供給管路２２と、プロセスチャンバ１とターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）３１とを結ぶチャンバ内ガスの排出管路３３とを有する。
【００５８】
希釈ガスの供給管路２１には、手動弁２１ａと、フローコントロールシステム（ＦＣＳ）２１ｂと、電磁弁２１ｃとが順に介在されている。また、プロセスガスの供給管路２２にも、手動弁２２ａと、フローコントロールシステム（ＦＣＳ）２２ｂと、電磁弁２２ｃとが順に介在されている。図示例にあっては、希釈ガスの供給管路２１とプロセスガスの供給管路２２とは合流された後、合流管路２３を介してプロセスチャンバ１に接続されている。
【００５９】
ここで、フローコントロールシステム（ＦＣＳ）２１ｂ，２２ｂは、与えられた流量設定値と圧力計測部を介して計測されたガス圧力に対応する流量検出値との偏差が減少する方向へと流量調整弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御型流量調整器を構成するものである。
【００６０】
一方、チャンバ内ガスの排出管路３３には、オートプレッシャーコントローラ（ＡＰＣ）３２が介在されている。この応答プレッシャーコントローラ（ＡＰＣ）３２は、圧力設定値と圧力計測値との偏差が減少する方向へと流量制御弁の開度を自動的に変更する機能を有する圧力制御器を構成するものである。
【００６１】
さらに、この発明と関連してプラズマ反応炉処理システムには、プロセスチャンバ１内における希釈ガス又はプロセスガスのプラズマ発光強度を検出するための発光強度検出手段として機能する分光器４２が新たに設けられる。
【００６２】
その他、図において、１３はマイクロ波電源、１４はマグネトロン、１５はアイソレータ、１６はチューナ、１７はＲＦ電源、４１はプロセスチャンバ１内のガス圧を検知するための圧力検知器である。
【００６３】
以上説明した制御機器やセンサは所定の信号線を介してＰＬＣ５１に接続され、ＰＬＣ５１で生成された各種のデータは、ＰＬＣ５１に接続されたプログラマブルターミナル（ＰＴ）５２の画面上に表示可能とされている。
【００６４】
ＰＬＣ５１には、後述する第１のステップ〜第５のステップからなる５段階の制御ステップを実現するために、第１の手段〜第５の手段からなる５つの制御手段として機能するユーザプログラムが組み込まれている。そして、これらのユーザプログラムをＰＬＣ５１が実行することによって、後述するプロセスガス濃度の制御が実現される。
【００６５】
本発明方法を実施するＰＬＣの処理を示すゼネラルフローチャートが図２に示されている。同図に示されるように、本発明方法を実施するＰＬＣの処理は、検量線作成処理（ステップ１０１）と、過渡応答特性取得処理（ステップ１０２）と、モデル作成処理（ステップ１０３）と、最適ガス供給条件取得処理（ステップ１０４）と、最適ガス供給条件実行処理（ステップ１０５）とから構成される。
【００６６】
検量線作成処理の詳細が図３に示されている。この検量線作成処理においては、プロセスチャンバ１内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ１内のプロセスガス濃度（この例では、ＨＢｒ濃度）が、複数の既知の濃度のそれぞれとなるように、希釈ガス（この例ではＡｒ）の供給管路２１及びプロセスガス（この例ではＨＢｒ）の供給管路２２に介在されるフローコントロールシステム（ＦＣＳ）２１ｂ，２２ｂに対して所定の流量値変化を与えると共に、こうして得られる複数の既知のチャンバ内プロセスガス濃度状態のそれぞれにおける希釈ガス又はプロセスガス（この例では希釈ガス）の発光強度を分光器４２を介して取得することにより、既知のプロセスガス濃度とその濃度における希釈ガス又はプロセスガス（この例では希釈ガス）のプラズマ発光強度との関係を示す検量線を作成する。
【００６７】
具体的には、図３に示されるように、まず、イニシャライズ処理（ステップ２０１）において、Ａ１（Ａｒ流量）を「４２０」、Ｋ２（ＨＢｒ流量）を「０」に、ΔＫ（流量変化幅）を「２０」にそれぞれ設定する。
【００６８】
続いて、計時開始処理（ステップ２０２）を実行した後、所定のサンプル開始時刻ｔ１（この例では１５秒）が経過するのを待って（ステップ２０３ＹＥＳ）、Ａｒの発光強度サンプル（Δｔ毎）を繰り返し（ステップ２０４）、所定のサンプル終了時刻ｔ２（この例では２５秒）が経過するのを待って（ステップ２０５ＹＥＳ）、Ａｒの発光強度サンプルを停止すると共にサンプル値を平均化して１のプロセスガス濃度（濃度０％）に対応するサンプル値を確定し（ステップ２０６）、さらに時刻ｔ３（この例では３０秒）が経過するのを待って（ステップ２０７ＹＥＳ）、１のプロセスガス既知濃度（濃度０％）に対する一連の処理（ステップ２０２〜２０７）を完了する。
【００６９】
その後、流量変化幅ΔＫの値を「＋２０」更新して（ステップ２０８）、次のプロセスの既知濃度（濃度０．０４８）に対応するＦＣＳ設定処理（ステップ２１２）を実行しては、以上一連の処理（ステップ２０２〜２０７）を繰り返し実行し、ΔＫ＞「１２０」となるのを待って（ステップ２０９ＹＥＳ）、補間処理（ステップ２１０）へと移行する。
【００７０】
この補間処理（ステップ２１０）においては、各既知濃度（０．０、０．０４８、０．０９５・・・０．２８６）に対応して離散的に取得されたＡｒの発光強度サンプル値を、最小二乗法を用いて補間する。
【００７１】
その後、こうして得られた発光強度を各濃度に対応づけてＰＬＣのメモリ上に配列記憶することにより、検量線に相当する濃度／発光強度テーブルを完成する。
【００７２】
以上説明した処理の中でＦＣＳ設定処理（ステップ２１２）における各既知濃度とＨＢｒ／Ａｒ流量との関係を示す図表が図４に示されている。同図から明らかなように、希釈ガス（Ａｒ）の供給管路２１に介在されるＦＣＳ２１ｂに与えられる流量設定値（４２０，４００，３８０・・・３００）と、プロセスガス（ＨＢｒ）の供給管路２２に介在されるＦＣＳ２２ｂに与えられる流量設定値（０，２０，４０・・・１２０）とは、常に、両者の和が一定値（４２０）に維持されるように関係づけられていることがわかる。そのため、ガス濃度は０．０４８単位で増加していくものの、プロセスチャンバ１内へと供給されるガス供給総量は常に一定に維持されるため、プロセスガス濃度の変更に伴う圧力変動は極力抑制される。
【００７３】
上述の一連の処理における発光強度のサンプル時間帯を示すグラフが図５に示されている。同図に示されるように、既知の濃度から別の既知の濃度へと変更して発光強度をサンプルするに際しては、変更後の濃度が整定する時間帯（ｔ１〜ｔ２）の到来を待って、Δｔ毎のサンプルを行うようにしているため、こうして得られる複数のサンプル値は比較的安定な値となり、しかもこれらを平均化処理した後、その既知濃度に対応する発光強度として確定するため、計測誤差を極力回避することができる。
【００７４】
ステップ２１１で作成された濃度／発光強度テーブルに基づいてＰＴ５２の表示画面に描かれた検量線の表示例を示す画面説明図が図６に示されている。同図に示されるように、この検量線によれば、ガス濃度と発光強度との関係を一目瞭然に把握することができる。従って、この検量線を用いれば、分光器４２から得られる発光強度に基づいて、プロセスチャンバ１内におけるプロセスガス（ＨＢｒ）の濃度を特定することができる。
【００７５】
ガス濃度を濃度０．０から濃度０．２３８へと急峻に変化させたときの発光強度の変化を示すグラフの表示例が図７に示されている。同図に示されるように、ガス濃度と発光強度の間には明らかな相関のあることが理解される。
【００７６】
次に、過渡応答特性取得処理（その１）の詳細が図８に示されている。この過渡応答特性取得処理においては、プロセスチャンバ１内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ１内の希釈ガス（この例ではＡｒ）又はプロセスガス（この例ではＨＢｒ）の供給量が、インパルス波形を描いて変化するように、希釈ガス（Ａｒ）の供給管路２１及びプロセスガス（ＨＢｒ）の供給管路２２に介在されるＦＣＳ２１ｂ，２２ｂに対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化に際するプラズマ発光強度の変化を分光器４１を介して取得しかつこれを上述の第１のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を取得する。
【００７７】
すなわち、図８において処理が開始されると、まず、Ｋ１（Ａｒ流量）を「４２０」、Ｋ２（ＨＢｒ流量）を「０」としてＦＣＳ２１ｂ，２２ｂに対する流量値設定を行うことで、ガス濃度０．０への設定を行う（ステップ３０１）。
【００７８】
続いて、ＦＣＳ２１ｂ，２２ｂの実際の製品特性（応答性能）で決まる「流量設定値付与間隔」（この例では２００ｍｓｅｃ）分のディレイ処理を実行する（ステップ３０２）。
【００７９】
その後、Ｋ１（Ａｒ流量）を「３２０」、Ｋ２（ＨＢｒ流量）を「１００」とすることによって、ガス濃度０．２３８（パルス立上げ）への設定を行う（ステップ３０３）。
【００８０】
続いて、計時処理を開始した後（ステップ３０４）、パルス立下げ時刻が到来するまで（ステップ３０６ＮＯ）、Ａｒの発光強度サンプル（Δｔ毎）を繰り返し行う（ステップ３０５）。これにより、ＨＢｒの濃度が間接的に計測される。
【００８１】
その状態において、パルス立下げ時刻が到来したならば（ステップ３０６ＹＥＳ）、Ｋ１（ＨＢｒ流量）を「０」、Ｋ２（Ａｒ流量）を「４２０」として、ガス濃度０．０（パルス立下げ）への設定を行う（ステップ３０７）。
【００８２】
しかる後、所定のサンプル終了時刻が到来するまで（ステップ３０９ＹＥＳ）、Ａｒの発光強度サンプル（Δｔ毎）を繰り返す（ステップ３０８）。こうして、ガス濃度が間接的に計測される。
【００８３】
以上一連の処理（ステップ３０１〜３０９）が行われることで、ＨＢｒガスを使用して当該プロセスチャンバにおける過渡応答特性が取得される。ここで、過渡応答特性を説明する概念図が図１１に示されている。同図に示されるように、上述の０．０濃度設定処理（ステップ３０１）、パルス立上げ処理（ステップ３０３）、パルス立下げ処理（ステップ３０７）を行うことで、図１１（ａ）に示される入力パルスの波形が作り出される。
【００８４】
また、Ａｒの発光強度サンプル処理（ステップ３０５）及びＡｒの発光強度サンプル処理（ステップ３０８）が実行されることにより、図１１（ｂ）に示されるパルス応答波の波形が取得される。
【００８５】
次に、過渡応答特性取得処理（その２）の詳細が図９に示されている。この過渡応答特性取得処理においては、プロセスチャンバ１内のガス圧が、想定されるプラズマプロセスにおけるガス圧と同一に維持された状態のままで、プロセスチャンバ１内の希釈ガス（この例ではＡｒ）又はプロセスガス（この例ではＨＢｒ）の供給量が、ステップ波形を描いて変化するように、希釈ガス（Ａｒ）の供給管路２１及びプロセスガス（ＨＢｒ）の供給管路２２に介在されるＦＣＳ２１ｂ，２２ｂに対して所定の流量設定値変化を与えると共に、こうして得られる希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化に際するプラズマ発光強度の変化を分光器４１を介して取得しかつこれを上述の第１のステップで作成された検量線に基づいて濃度に変換することにより、希釈ガス供給量又はプロセスガス供給量のパルス状変化とそれに伴う希釈ガス濃度又はプロセスガス濃度のパルス応答との関係を示すパルス応答特性を取得する。
【００８６】
すなわち、図８において処理が開始されると、まず、Ｋ１（Ａｒ流量）を「４２０」、Ｋ２（ＨＢｒ流量）を「０」としてＦＣＳ２１ｂ，２２ｂに対する流量値設定を行うことで、ガス濃度０．０への設定を行う（ステップ４０１）。
【００８７】
続いて、ＦＣＳ２１ｂ，２２ｂの実際の製品特性（応答性能）で決まる「流量設定値付与間隔」（この例では２００ｍｓｅｃ）分のディレイ処理を実行する（ステップ４０２）。
【００８８】
その後、Ｋ１（Ａｒ流量）を「３２０」、Ｋ２（ＨＢｒ流量）を「１００」とすることによって、ガス濃度０．２３８（パルス立上げ）への設定を行う（ステップ４０３）。
【００８９】
続いて、計時処理を開始した後（ステップ４０４）、サンプル終了時刻が到来するまで（ステップ４０６ＮＯ）、Ａｒの発光強度サンプル（Δｔ毎）を繰り返し行う（ステップ４０５）。これにより、ＨＢｒの濃度が間接的に計測される。
【００９０】
上述の処理における流量波形であるステップ波形ＩＮ１が図１０（ａ）に、また出力波形である濃度波形ＯＵＴ１が図１０（ｂ）にそれぞれ示されている。なお、発光強度検知器である分光器の性能により、濃度波形ＯＵＴ１の変動成分が大きいときには適宜な近似処理を施すことにより、波形整形を行うことが好ましい。
【００９１】
続いて、流量波形ＩＮ１及び濃度波形ＯＵＴ１に相当するメモリ上のデータ群は、時刻ｔ１からｔ２へと時間軸方向へと２００ｍｓｅｃだけシフトされ、これによりシフト後の流量波形ＩＮ２及び濃度波形ＯＵＴ２に相当するデータ群が求められる（ステップ４０７）。こうして求められたシフト後の流量波形ＩＮ２が図１０（ｃ）に、またシフト後の濃度波形ＯＵＴ２が図１０（ｄ）にそれぞれ示されている。
【００９２】
続いて、シフト前のステップ波形ＩＮ１とシフト後のステップ波形ＩＮ２との差分（ＩＮ１−ＩＮ２）を求めることにより、入力されたインパルス波形ＩＮ３が生成され、またシフト前の濃度波形ＯＵＴ１とシフト後の濃度波形ＯＵＴ２との差分（ＯＵＴ１−ＯＵＴ２）を求めることにより、インパルス応答波形ＯＵＴ３が生成される。こうして求められたインパルス波形ＩＮ３が図１０（ｅ）に、インパルス応答波形ＯＵＴ３が図１０（ｆ）に示されている。
【００９３】
こうして取得されたパルス応答波の表示例の画面説明図が図１２に示されている。同図に示されるように、図８又は図９に示される過渡応答特性取得処理を実行することによって、実際の制御対象モデルに対応するパルス応答波が精密に求まることが理解されるであろう。
【００９４】
次に、モデル作成処理（ステップ１０３）においては、図１３に示されるように、過渡応答特性取得処理（ステップ１０２）で取得されたパルス応答特性と各ＦＣＳの製品特性で定まる流量設定値付与間隔（ｔ１，ｔ２・・・ｔ１５０）とに基づいて、ＦＣＳ２２ｂに与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値（ｃ１，ｃ２・・・ｃ１５０）とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）との関係を規定するモデルが作成される。ここで、Ａ１〜Ａ１５０は、パルス応答波形のｔ１〜ｔ１５０時点のガス濃度（図１２のＹ軸の値）を示すものである。
【００９５】
続く最適ガス供給条件取得処理（ステップ１０４）においては、所謂「モデル予測制御」を実現するために、モデル作成処理（ステップ１０３）で作成されたモデルを使用して定義された、各流量設定器に与えられるべき流量設定値変化の時分割瞬時値（ｃ１，ｃ２・・・ｃ１５０）とプロセスチャンバ内のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）との関係を定義する関数行列式（図１１参照）に、所望のプロセスガス濃度変化の時分割瞬時値（ｃ１，ｃ２・・・ｃ１５０）を代入することにより、各流量設定器に与えられるべき最適流量設定値変化の時分割瞬時値（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）を取得する。なお、この種の「モデル予測制御」については、各種の文献（例えば、初心者向けテキスト「モデル予測制御」、京都大学大学院工学研究科、加納学著、１９９７年１月発行）に開示されているので、詳細な説明は省略する。
【００９６】
目標濃度プロファイルの２つの例を示す説明図が図１４に示されている。同図に示されるように、この種のプラズマ処理システムにおいては、製造製品の特性やプロセスガス使用効率のなどの要請から、目標となる静定後のプロセスガス濃度は同一であっても、供給ガス流量の上限値の制約の下に、できる限り早く、プロセスガス濃度を０．０から目標濃度にまで立ち上げたい場合（ケース１）と、供給ガス流量の上限値の制約の下に、一定の経過時間をもって徐々に、プロセスガス濃度を０．０濃度から目標濃度にまで立ち上げたいとする要望（ケース２）とが存在する。図１２においては、（ケース１）は符号Ｐ１で表され、（ケース２）は符号Ｐ２によって表される。
【００９７】
従って、上述の最適ガス供給条件取得処理（ステップ１０４）においては、符号Ｐ１で示される線上のガス濃度時分割瞬時値を図１３に示される出力側の時分割瞬時値（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）に代入し、また符号Ｐ２に示される（ケース２）の場合には、符号Ｐ２で示される直線上の時分割瞬時値を、図１３に示される時分割瞬時値（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）にそれぞれ代入することによって、最適供給量に対応する時分割瞬時値（ｃ１，ｃ２・・・ｃ１５０）の値を求めることができる。
【００９８】
こうして求められた最適なガス供給条件と最適なガス濃度の立上りとの関係が図１５に示されている。同図（ｂ）に示される最適なガス濃度立上りに対応する出力（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）を上述の行列式に代入することによって、同図（ａ）に示される最適なガス供給条件に対応する入力（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）を取得することができるのである。
【００９９】
続く最適ガス供給条件実行処理（ステップ１０５）においては、こうして得られた入力（ｂ１，ｂ２・・・ｂ１５０）の値に基づいて生成された各流量設定値を、希釈ガスの供給管路及びプロセスガスの供給管路のそれぞれに介在されたＦＣＳ２１ｂ，２２ｂに与えることにより、プロセスチャンバ１内のプロセスガス濃度を所望の値に制御する。
【０１００】
濃度制御結果を理論値と実験値とで比較して示すグラフの画面説明図が図１６に示されている。同図に示されるように、図中実線で示される実験値は図中破線で示される理論値によく追従していることが理解される。
【０１０１】
以上の実施形態の説明でも明らかなように、本発明によれば、制御対象となる実際のプラズマ反応炉処理システムそれ自体を用いて、検量線及びパルス応答を求めているため、こうして得られる濃度制御結果は、当該システムに組み込まれたＦＣＳの能力を踏まえたものとなるため、図１３に示される行列式に出力の値を任意に設定することで、実際に運用可能な入力を確実に取得し、それに基づき最適な濃度制御を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
この発明によれば、特定の設備仕様を有するプラズマ反応炉処理システムにおいて、与えられた供給ガスの流量の上限値の制約の下に、プロセスチャンバ内におけるプロセスガス濃度を、所望の濃度プロファイルをもって精密に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】プラズマ反応炉処理システムのシステム全体の構成図である。
【図２】本発明方法を実施するＰＬＣの処理を示すゼネラルフローチャートである。
【図３】検量線作成処理の詳細を示すフローチャートである。
【図４】ガス濃度とＨＢｒ／Ａｒ流量との関係を示す図表である。
【図５】発光強度のサンプル時間帯を示すグラフである。
【図６】検量線の表示例を示す画面説明図である。
【図７】Ａｒガス濃度を０％から１００％へと急峻に変化させた時の発光強度の変化を示すグラフの表示例である。
【図８】過渡応答特性取得処理（その１）の詳細を示すフローチャートである。
【図９】過渡応答特性取得処理（その１）の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】過渡応答特性取得に至る各波形図である。
【図１１】過渡応答特性を説明する概念図である。
【図１２】パルス応答波の表示例を示す画面説明図である。
【図１３】流量入力と濃度出力との関係を規定するモデルを示す説明図である。
【図１４】目標濃度プロファイルの２つの例を示す説明図である。
【図１５】最適なガス供給条件を取得するための処理の説明図である。
【図１６】濃度制御結果を理論値と実験値とで比較して示すグラフの画面説明図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１          プロセスチャンバ
１１，１２  プラズマ発生部
１３        マイクロ波電源
１４        マグネトロン
１５        アイソレータ
１６        チューナ
１７        ＲＦ電源
２１        希釈ガスの供給管路
２１ａ      手動弁
２１ｂ      ＦＣＳ
２１ｃ      電磁弁
２２        プロセスガスの供給管路
２２ａ      手動弁
２２ｂ      ＦＣＳ
２２ｃ      電磁弁
２３        合流管路
３１        ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）
３２        応答プレッシャーコントローラ（ＡＰＣ）
３３        配置管路
４１        圧力検知器
４２        分光器
５１        ＰＬＣ
５２        ＰＴ
【図１】
2009130267.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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