JP7398886B2

JP7398886B2 - 流量制御器、ガス供給系及び流量制御方法

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Publication number: JP7398886B2
Application number: JP2019104938A
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Inventors: 淳澤地
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Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2023-12-15
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Description

本開示は、流量制御器、ガス供給系及び流量制御方法に関するものである。

従来、半導体ウエハ等の被処理体を処理ガスのプラズマ等により処理する処理装置が知られている。処理装置に供給されるガスの流量は、流量制御器によって制御される。

流量制御器は、例えば、開度が可変であり、ガスの流量を制御可能な制御バルブを有し、ガスの供給開始を指示する指令が処理装置から発行された時点で、制御バルブを開いてガスの流量の制御を開始する。処理装置から発行される指令には、処理装置に供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間を指定するための情報が含まれる。流量制御器は、処理装置から発行された指令により指定された目標供給時間が経過するまで、ガスの流量が指令により指定された目標流量となるように制御バルブの開度を制御する。そして、流量制御器は、目標供給時間が経過した時点で、制御バルブを閉じてガスの流量の制御を停止する。

特開２００９－１５７５７８号公報

本開示は、高精度な流量制御を実現することができる技術を提供する。

本開示の一態様による流量制御器は、処理装置に供給されるガスの流量を制御可能なバルブと、前記ガスの供給開始を指示する指令が前記処理装置から発行された時点で、前記バルブを開いて前記ガスの流量の制御を開始し、前記指令が発行された時点から所定の周期で前記ガスの流量を積算した積算流量を算出し、算出した前記積算流量が所定の目標積算流量に到達した時点で、前記バルブを閉じて前記ガスの流量の制御を停止するバルブ制御部と、を有する。

本開示によれば、高精度な流量制御を実現することができるという効果を奏する。

図１は、第１実施形態に係る処理システムの一例を示す図である。図２は、第１実施形態に係る流量制御方法の一例を示す図である。図３は、第１実施形態に係る流量制御方法の他の一例を示す図である。図４は、第２実施形態に係る処理システムの一例を示す図である。図５は、第２実施形態に係る流量制御方法の一例を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

従来、半導体ウエハ等の被処理体をガスのプラズマ等により処理する処理装置が知られている。処理装置に供給されるガスの流量は、流量制御器によって制御される。

流量制御器は、例えば、開度が可変であり、ガスの流量を制御可能な制御バルブを有し、ガスの供給開始を指示する指令が処理装置から発行された時点で、制御バルブを開いてガスの流量の制御を開始する。処理装置から発行される指令には、処理装置に供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間を指定するための情報が含まれる。流量制御器は、指令により指定された目標供給時間が経過するまで、ガスの流量が目標流量となるように制御バルブの開度を制御する。そして、流量制御器は、目標供給時間が経過した時点で、制御バルブを閉じてガスの流量の制御を停止する。

ところで、流量制御器には機差が存在するため、制御バルブを開いてからガスの流量が目標流量に到達するまでの立ち上がり特性は、流量制御器ごとにばらつく場合がある。例えば、流量制御器ごとに、ガスの流量のオーバーシュートやアンダーシュートが生じることがある。このため、流量制御器では、流量制御器ごとの立ち上がり特性のばらつきにより、処理装置に供給されるガスの積算流量が、流量制御器ごとにばらつく場合がある。結果として、高精度な流量制御が阻害される虞がある。

［第１実施形態］
［処理システムの全体構成］
まず、第１実施形態に係る処理システム１０ａの全体構成の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る処理システム１０ａの一例を示す図である。処理システム１０ａは、ガス供給系１００及び処理装置１０１ａを有する。ガス供給系１００は、流量制御器ＦＤ、一次側バルブＦＶ１、及び二次側バルブＦＶ２を有し、ガス供給源ＧＳから処理装置１０１ａへのガスの供給を制御する。処理装置１０１ａは、例えば容量結合型プラズマエッチング装置である。

［処理装置１０１ａの構成例］
処理装置１０１ａは、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる略円筒形のチャンバＣを有している。チャンバＣは、接地されている。チャンバＣの内部には載置台１２０が設けられている。載置台１２０は、被処理体の一例である半導体ウエハＷを載置する。

載置台１２０には、整合器１３０ａを介してプラズマを励起するための高周波電源１３０が接続されている。高周波電源１３０は、チャンバＣ内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を載置台１２０に印加する。また、載置台１２０は、半導体ウエハＷを載置するとともに、下部電極としても機能する。整合器１３０ａは、高周波電源１３０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器１３０ａは、チャンバＣ内にプラズマが生成されているときに高周波電源１３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。

チャンバＣの天井部分には、シャワーヘッド１１０が設けられている。シャワーヘッド１１０は、上部電極としても機能する。高周波電源１３０からの高周波電力は載置台１２０とシャワーヘッド１１０との間に印加される。ガスは、シャワーヘッド１１０のガス導入口１４０から、シャワーヘッド１１０の内部に設けられたバッファ空間１１０ｂに導入され、シャワーヘッド１１０の下面に形成された多数のガス通気孔１１０ａを通ってチャンバＣ内に吐出される。

処理装置１０１ａは、チャンバＣ内へ供給された所望のガスのプラズマにより半導体ウエハＷに微細加工を施す。チャンバＣ内に供給されるガスの流量は、流量制御器ＦＤによって制御される。本実施例において、流量制御器ＦＤは、例えば圧力式の流量制御装置（ＦＣＳ）である。流量制御器ＦＤの構成については、後に詳述する。

処理装置１０１ａは、制御部１０２によって、その動作が統括的に制御される。制御部１０２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、処理装置１０１ａの各部を制御する。また、制御部１０２は、ガス供給源ＧＳから処理装置１０１ａへのガスの供給を開始する際に、ガスの供給開始を指示する指令（以下「供給開始指令」と呼ぶ）をガス供給系１００へ発行する。供給開始指令には、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間を指定するための情報が含まれる。

［流量制御器ＦＤの構成例］
流量制御器ＦＤは、ガス供給源ＧＳから処理装置１０１ａにガスを供給するためのガス供給管１５０に接続されている。ガス供給管１５０は、処理装置１０１ａのガス導入口１４０に接続されている。流量制御器ＦＤの上流側（ガス供給源ＧＳ側）には一次側バルブＦＶ１が配置され、流量制御器ＦＤの下流側（処理装置１０１ａ側）には二次側バルブＦＶ２が配置されている。一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点で、全開に制御される。

流量制御器ＦＤは、開度が可変であり、ガスの流量を制御可能な制御バルブ２０１、制御バルブ２０１の開度を制御するバルブ制御部２０２、圧力計２０３、圧力計２０４、オリフィス２０５、配管２０６、配管２０７、配管２０８及び記憶部２０９を有する。記憶部２０９には、流量制御器ＦＤで実行される各種処理をバルブ制御部２０２の制御にて実現するための制御プログラムや各種データ等が格納される。例えば、記憶部２０９には、関係情報２０９ａが格納されている。

関係情報２０９ａは、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間に対する目標積算流量の関係を記憶するデータである。チャンバＣに供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間は、例えば、レシピによって規定される。目標積算流量は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点からチャンバＣに実際に供給されるガスの流量を積算した積算流量の目標値であり、制御バルブ２０１を閉じるタイミングを決定するための指標となる。関係情報２０９ａは、例えば、チャンバＣに供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間から目標積算流量を算出する式の情報である。また、関係情報２０９ａは、チャンバＣに供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間に対して目標積算流量を対応付けたテーブルであってもよい。

バルブ制御部２０２は、例えば、ＣＰＵを備え、記憶部２０９に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、制御バルブ２０１等の各部を制御する。例えば、バルブ制御部２０２は、制御バルブ２０１の開度を制御することでガス供給管１５０を流れ、チャンバＣ内に供給されるガスの流量を制御する。制御バルブ２０１の一例としては、電磁弁駆動型のメタルダイヤフラムバルブが挙げられる。

一次側バルブＦＶ１の上流側は、配管を介してガス供給源ＧＳに接続されている。一次側バルブＦＶ１の下流側は、配管２０６に接続されている。配管２０６の下流側は、制御バルブ２０１の上流側に接続されている。制御バルブ２０１の下流側は、配管２０７の上流側に接続されている。配管２０７の下流側は、オリフィス２０５を介して配管２０８の上流側に接続されている。配管２０８の下流側は、二次側バルブＦＶ２の上流側に接続されている。二次側バルブＦＶ２の下流側は、ガス供給管１５０に接続されている。

ここで、配管２０７の流路内の圧力をＰ_１と定義する。また、配管２０８の流路内の圧力をＰ_２と定義する。流量制御器ＦＤにおいて、配管２０７の流路内の圧力Ｐ_１と、配管２０８の流路内の圧力Ｐ_２とが、臨界膨張圧力条件Ｐ_１＞２×Ｐ_２を概ね満足するように制御されているとき、オリフィス２０５を流れるガスの流量Ｑは、以下の関係式（１）で表される。すなわち、オリフィス２０５を流れるガスの流量Ｑは、オリフィス２０５の上流側の圧力Ｐ_１のみによって決まる。
Ｑ＝ＣＰ_１・・・（１）

バルブ制御部２０２は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点で、制御バルブ２０１を開いて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を開始する。具体的には、バルブ制御部２０２は、上記式（１）に基づいて制御バルブ２０１の開度を制御して圧力Ｐ_１を調整することにより、オリフィス２０５の下流側のガスの流量Ｑを供給開始指令により指定された目標流量となるように制御する。これにより、流量Ｑのガスが処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給される。なお、上記式（１）のＣはオリフィス２０５の口径やガス温度等により決まる定数である。また、圧力Ｐ_１及び圧力Ｐ_２は、圧力計２０３及び圧力計２０４によりそれぞれ計測される。

そして、バルブ制御部２０２は、供給開始指令が発行された時点から所定の周期でガスの流量Ｑを積算した積算流量を算出する。

そして、バルブ制御部２０２は、算出した積算流量が所定の目標積算流量に到達した時点で、制御バルブ２０１を閉じて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を停止する。具体的には、バルブ制御部２０２は、関係情報２０９ａを用いて、積算流量が供給開始指令により指定された目標流量及び目標供給時間に対応する目標積算流量に到達したか否かを監視する。そして、バルブ制御部２０２は、積算流量が目標積算流量に到達していない場合、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を継続し、積算流量が目標算出流量に到達した時点で、制御バルブ２０１を閉じて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を停止する。

これにより、流量制御器ＦＤでは、流量制御器ＦＤごとの立ち上がり特性にばらつきがある場合でも、処理装置１０１ａに供給されるガスの積分流量を目標積算流量に一致させることができ、高精度な流量制御を実現することができる。

かかる構成の処理装置１０１ａにおいてエッチング等の処理を行う際には、まず、半導体ウエハＷがチャンバＣ内に搬入され、載置台１２０上に載置される。そして、チャンバＣ内の圧力が真空状態に減圧される。そして、ガス供給源ＧＳから出力されたガスがシャワーヘッド１１０からシャワー状にチャンバＣ内に導入される。そして、高周波電源１３０から出力された所定の高周波電力が載置台１２０に印加される。

チャンバＣ内に導入されたガスを高周波電力により電離及び解離させることにより生成されたプラズマの作用により、載置台１２０上に載置された半導体ウエハＷにプラズマエッチング等の処理が行われる。プラズマエッチング等の処理の終了後、半導体ウエハＷはチャンバＣの外部に搬出される。なお、処理装置１０１ａは、必ずしもプラズマを用いて処理する場合に限らず、熱処理等により半導体ウエハＷに微細加工を施すようにしてもよい。

［流量制御方法］
次に、第１実施形態に係る流量制御器ＦＤによる流量制御方法について説明する。図２は、第１実施形態に係る流量制御方法の一例を示す図である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）において、横軸は、時間を示し、縦軸は、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給されるガスの流量（つまり、オリフィス２０５の下流側のガスの流量Ｑ）を示す。以下では、説明の便宜上、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給されるガスの流量を「供給流量」と記載する場合がある。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、時点０は、供給開始指令が処理装置１０１ａ（制御部１０２）から発行された時点を示す。また、時点ｔ_ｐは、供給開始指令により指定された目標経過時間が経過した時点を示す。

図２（ａ）では、供給開始指令により指定された目標流量及び目標供給時間に対応する目標積算流量が示されている。目標積算流量は、特定の流量制御器ＦＤに関して、時点０から時点ｔ_ｐまでに処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に実際に供給されるガスの流量を積算することによって、予め求められる。特定の流量制御器ＦＤは、例えば、特定の規格に従って整備された流量制御器ＦＤである。そして、目標流量及び目標供給時間に対する目標積算流量の関係が関係情報２０９ａに予め記憶される。また、図２（ｂ）では、図２（ａ）において示された目標積算流量に対応する供給流量の変化が破線の波形３１１により示されている。

図２（ｂ）に示すように、バルブ制御部２０２は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点０で、制御バルブ２０１を開いて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を開始する。これにより、供給流量のオーバーシュートが発生する。すなわち、時点０において制御バルブ２０１が開放されてから時点ｔ_１において供給流量が供給開始指令により指定された目標流量に到達するまでの期間に、供給流量が目標積算流量に対応する供給流量（波形３１１参照）を超えるオーバーシュートが発生する。

そして、バルブ制御部２０２は、供給開始指令が発行された時点０から所定の周期Δｔで供給流量（オリフィス２０５の下流側のガスの流量Ｑ）を積算した積算流量を算出する。周期Δｔは、供給開始指令が制御部１０２から発行される周期よりも短い周期であり、例えば、１ミリ秒である。

そして、バルブ制御部２０２は、関係情報２０９ａを用いて、積算流量が供給開始指令により指定された目標流量及び目標供給時間に対応する目標積算流量（つまり、図２（ａ）において示された目標積算流量）に到達したか否かを監視する。ここでは、時点ｔ_２において積算流量が目標積算流量に到達するものとする。バルブ制御部２０２は、積算流量が目標積算流量に到達した時点ｔ_２で、制御バルブ２０１を閉じて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を停止する。

ここで、流量制御器ＦＤでは、上述した通り、時点０において制御バルブ２０１が開放されてから時点ｔ_１において供給流量が供給開始指令により指定された目標流量に到達するまでの期間に、供給流量のオーバーシュートが発生する。このため、仮に供給開始指令により指定された目標供給時間が経過する時点ｔ_ｐまで上記式（１）に基づくガスの流量の制御が継続されたとすると、供給流量のオーバーシュートに対応する分だけ積算流量が目標積算流量を超過してしまう。

そこで、バルブ制御部２０２は、供給開始指令により指定された目標供給時間が経過する前に、積算流量が目標積算流量に到達した時点ｔ_２で、制御バルブ２０１を閉じて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を停止する。

図３は、第１実施形態に係る流量制御方法の他の一例を示す図である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）において、横軸は、時間を示し、縦軸は、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給されるガスの流量（つまり、オリフィス２０５の下流側のガスの流量Ｑ）を示す。以下では、説明の便宜上、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給されるガスの流量を「供給流量」と記載する場合がある。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、時点０は、供給開始指令が処理装置１０１ａ（制御部１０２）から発行された時点を示す。また、時点ｔ_ｐは、供給開始指令により指定された目標経過時間が経過した時点を示す。

図３（ａ）では、供給開始指令により指定された目標流量及び目標供給時間に対応する目標積算流量が示されている。目標積算流量は、特定の流量制御器ＦＤに関して、時点０から時点ｔ_ｐまでに処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に実際に供給されるガスの流量を積算することによって、予め求められる。特定の流量制御器ＦＤは、例えば、特定の規格に従って整備された流量制御器ＦＤである。そして、目標流量及び目標供給時間に対する目標積算流量の関係が関係情報２０９ａに予め記憶される。また、図３（ｂ）では、図３（ａ）において示された目標積算流量に対応する供給流量の変化が破線の波形３１１により示されている。

図３（ｂ）に示すように、バルブ制御部２０２は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点０で、制御バルブ２０１を開いて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を開始する。これにより、供給流量のアンダーシュートが発生する。すなわち、時点０において制御バルブ２０１が開放されてから時点ｔ_１において供給流量が供給開始指令により指定された目標流量に到達するまでの期間に、供給流量が目標積算流量に対応する供給流量（波形３１１参照）を下回るアンダーシュートが発生する。

そして、バルブ制御部２０２は、関係情報２０９ａを用いて、積算流量が供給開始指令により指定された目標流量及び目標供給時間に対応する目標積算流量（つまり、図３（ａ）において示された目標積算流量）に到達したか否かを監視する。ここでは、時点ｔ_２において積算流量が目標積算流量に到達するものとする。バルブ制御部２０２は、積算流量が目標積算流量に到達した時点ｔ_２で、制御バルブ２０１を閉じて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を停止する。

ここで、流量制御器ＦＤでは、上述した通り、時点０において制御バルブ２０１が開放されてから時点ｔ_１において供給流量が供給開始指令により指定された目標流量に到達するまでの期間に、供給流量のアンダーシュートが発生する。このため、仮に供給開始指令により指定された目標供給時間が経過する時点ｔ_ｐまで上記式（１）に基づくガスの流量の制御が継続されたとすると、供給流量のアンダーシュートに対応する分だけ積算流量が目標積算流量を下回ってしまう。

そこで、バルブ制御部２０２は、供給開始指令により指定された目標供給時間が経過した後に、積算流量が目標積算流量に到達した時点ｔ_２で、制御バルブ２０１を閉じて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を停止する。

以上のように、第１実施形態に係る流量制御器ＦＤは、制御バルブ２０１と、バルブ制御部２０２とを有する。制御バルブ２０１は、処理装置１０１ａに供給されるガスの流量を制御可能に構成されている。バルブ制御部２０２は、ガスの供給開始を指示する指令が処理装置１０１ａから発行された時点で、制御バルブ２０１を開いてガスの流量の制御を開始し、指令が発行された時点から所定の周期でガスの流量を積算した積算流量を算出する。バルブ制御部２０２は、算出した積算流量が所定の目標積算流量に到達した時点で、制御バルブ２０１を閉じてガスの流量の制御を停止する。これにより、流量制御器ＦＤは、流量制御器ＦＤごとの立ち上がり特性にばらつきがある場合でも、処理装置１０１ａに供給されるガスの積分流量を目標積算流量に一致させることができ、高精度な流量制御を実現することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る処理システム１０ａの一例を示す図である。第２実施形態に係る処理システム１０ａは、図１に示す第１実施形態に係る処理システム１０ａと略同様の構成であるため、同一の部分については同一の符号を付して説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

流量制御器ＦＤは、図１に示すバルブ制御部２０２に代えて、バルブ制御部３０２を有する。また、記憶部２０９には、関係情報２０９ｂが格納されている。

関係情報２０９ｂは、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間に対する目標積算流量の関係を記憶するデータである。チャンバＣに供給すべきガスの目標流量及び目標供給時間は、例えば、レシピによって規定される。目標積算流量は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点からチャンバＣに実際に供給されるガスの流量を積算した積算流量の目標値である。本実施形態では、目標積算流量は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点からの経過時間ごとに予め設定されている。

バルブ制御部３０２は、制御バルブ２０１の開度を制御することでガス供給管１５０を流れ、チャンバＣ内に供給されるガスの流量を制御する。バルブ制御部３０２は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点で、制御バルブ２０１を開いて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を開始する。具体的には、バルブ制御部３０２は、上記式（１）に基づいて制御バルブ２０１の開度を制御して圧力Ｐ_１を調整することにより、オリフィス２０５の下流側のガスの流量Ｑを供給開始指令により指定された目標流量となるように制御する。これにより、流量Ｑのガスが処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給される。

そして、バルブ制御部３０２は、ガスの流量が所定の目標流量に到達するまでの過渡期間に、所定の周期でガスの流量Ｑを積算した積算流量と所定の目標積算流量との差分に基づき、該差分を補償する、ガスの流量Ｑの時間的変化率を決定する。所定の目標流量は、供給開始指令により指定される。所定の目標積算流量は、供給開始指令により指定された目標流量に対応して関係情報２０９ａから取得される。

そして、バルブ制御部３０２は、決定した時間的変化率でガスの流量Ｑが変化するよう制御バルブ２０１の開度を制御する。

これにより、流量制御器ＦＤでは、流量制御器ＦＤごとの立ち上がり特性にばらつきがある場合でも、目標積算流量に対する積算流量の不足分をガスの流量Ｑの時間的変化により補償することができ、高精度な流量制御を実現することができる。

次に、第２実施形態に係る流量制御器ＦＤによる流量制御方法について説明する。図５は、第２実施形態に係る流量制御方法の一例を示す図である。

図５において、横軸は、時間を示し、縦軸は、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給されるガスの流量（つまり、オリフィス２０５の下流側のガスの流量Ｑ）を示す。以下では、説明の便宜上、処理装置１０１ａ（チャンバＣ）に供給されるガスの流量を「供給流量」と記載する場合がある。また、図５において、時点０は、供給開始指令が処理装置１０１ａ（制御部１０２）から発行された時点を示す。また、時点ｔ_ｐは、供給開始指令により指定された目標供給時間が経過した時点を示す。また、図５には、供給開始指令により指定された目標流量Ｑ_ｐが示されている。本実施例では、目標流量Ｑ_ｐ及び目標供給時間に対する目標積算流量の関係が関係情報２０９ｂに予め記憶されている。目標積算流量は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点０からの経過時間ごとに予め設定されている。

図５では、目標積算流量に対応する供給流量の時間的変化が破線の波形４１１により示されている。波形４１１は、時間ｔをパラメータとする一次関数ｆ（ｔ）＝Ｑ_ｐ／ｔ_ｐ・ｔにより表される。なお、波形４１１を表す関数としては、一次関数に限らず、時定数を含む指数関数などの任意の一次遅れ関数が用いられてもよい。波形４１１は、時点０において立ち上がり、時点ｔ_ｐにおいて目標流量Ｑ_ｐに到達する。図５では、時点０から時点ｔ_ｐまでの期間が「供給流量が所定の目標流量に到達するまでの過渡期間」として定義されている。

図５に示すように、バルブ制御部３０２は、供給開始指令が制御部１０２から発行された時点０で、制御バルブ２０１を開いて、上記式（１）に基づくガスの流量の制御を開始する。これにより、時点０から所定時間遅れて時点ｔ_１において、供給流量が立ち上がる。

そして、バルブ制御部３０２は、供給開始指令が発行された時点０から所定の周期で供給流量（オリフィス２０５の下流側のガスの流量Ｑ）を積算した積算流量を算出する。

そして、バルブ制御部３０２は、過渡期間に、積算流量と所定の目標積算流量との差分に基づき、該差分を補償する、ガスの流量Ｑの時間的変化率を決定する。すなわち、バルブ制御部３０２は、過渡期間に含まれる任意の時点ｔ_ａでの積算流量と目標積算流量との差分と、過渡期間の任意の時点ｔ_ａ以降の期間（ｔ_ｐ－ｔ_ａ）における積算流量の増加量とを一致させる演算を行うことで、差分を補償する時間的変化率を決定する。図５の例では、任意の時点ｔ_ａでの積算流量と目標積算流量との差分が斜線の領域の面積Ｓ_１に相当し、期間（ｔ_ｐ－ｔ_ａ）における積算流量の増加量が横線の領域の面積Ｓ_２に相当する。面積Ｓ_１は、「１／２・ｆ（ｔ_ａ）・ｔ_ａ‐Ｓ」（ただし、Ｓは積算流量である。）により表される。面積Ｓ_２は、「１／２・（Ｑ_ｐ－ｆ（ｔ_ａ））・（ｔ_ｐ－ｔ_２）」（ただし、ｔ_２は面積Ｓ_１が面積Ｓ_２に一致すると仮定された場合に供給流量が目標流量Ｑ_ｐに到達する時点である。）により表される。バルブ制御部３０２は、面積Ｓ_１を面積Ｓ_２に一致させる演算を行うことで、差分を補償する、ガスの流量Ｑの時間的変化率を決定する。すなわち、バルブ制御部３０２は、面積Ｓ_１を面積Ｓ_２に一致させる演算を行うことで、図５の期間（ｔ_２－ｔ_ａ）における供給流量の波形の傾きをガスの流量Ｑの時間的変化率として決定する。

これにより、流量制御器ＦＤでは、流量制御器ＦＤごとの立ち上がり特性にばらつきがある場合でも、ガスの流量Ｑが所定の目標流量に到達するまでの過渡期間に目標積算流量に対する積算流量の不足分を補償でき、高精度な流量制御を実現することができる。

以上のように、第２実施形態に係る流量制御器ＦＤは、制御バルブ２０１と、バルブ制御部３０２とを有する。バルブ制御部３０２は、ガスの供給開始を指示する指令が処理装置１０１ａから発行された時点で、制御バルブ２０１を開いてガスの流量の制御を開始する。バルブ制御部３０２は、ガスの流量が所定の目標流量に到達するまでの過渡期間に、所定の周期でガスの流量を積算した積算流量と所定の目標積算流量との差分に基づき、該差分を補償する、ガスの流量の時間的変化率を決定する。そして、バルブ制御部３０２は、決定した時間的変化率でガスの流量が変化するよう制御バルブ２０１の開度を制御する。これにより、流量制御器ＦＤは、流量制御器ＦＤごとの立ち上がり特性にばらつきがある場合でも、ガスの流量が所定の目標流量に到達するまでの過渡期間に目標積算流量に対する積算流量の不足分を補償でき、高精度な流量制御を実現することができる。

なお、第２実施形態では、積算流量と所定の目標積算流量との差分に基づき決定される時間的変化率でガスの流量が変化するよう制御バルブ２０１の開度を制御する場合を例に説明したが、開示の技術はこれに限定されない。例えば、決定した時間的変化率が所定の閾値よりも大きい場合に、当該時間的変化率を閾値まで減少させ、減少後の時間的変化率でガスの流量が変化するよう制御バルブ２０１の開度を制御してもよい。これにより、ガスの流量のオーバーシュートを抑制することができる。

ＦＤ流量制御器
１０ａ処理システム
１００ガス供給系
１０１ａ処理装置
１０２制御部
２０１制御バルブ
２０２、３０２バルブ制御部
２０３圧力計
２０４圧力計
２０５オリフィス
２０６配管
２０７配管
２０８配管
２０９記憶部
２０９ａ、２０９ｂ関係情報

Claims

処理装置に供給されるガスの流量を制御可能なバルブと、
制御部と
を有し、
前記制御部は、
前記ガスの供給開始を指示する指令が前記処理装置から発行された時点で、前記バルブを開いて前記ガスの流量の制御を開始し、
前記ガスの流量が所定の目標流量に到達するまでの過渡期間に、所定の周期で前記ガスの流量を積算した積算流量と所定の目標積算流量との差分に基づき、該差分を補償する、前記ガスの流量の時間的変化率を決定し、
決定した前記時間的変化率で前記ガスの流量が変化するよう前記バルブの開度を制御し、
前記過渡期間に含まれる任意の時点での前記積算流量と前記目標積算流量との差分と、前記過渡期間の前記任意の時点以降の期間における前記積算流量の増加量とを一致させる演算を行うことで、前記差分を補償する時間的変化率を決定し、
前記時間的変化率は、前記過渡期間の前記任意の時点以降の期間における前記処理装置に供給される前記ガスの流量の波形の傾きに該当する、
ことを特徴とする流量制御器。
前記制御部は、決定した前記時間的変化率が所定の閾値よりも大きい場合に、当該時間的変化率を前記閾値まで減少させ、減少後の時間的変化率で前記ガスの流量が変化するよう前記バルブの開度を制御する請求項１に記載の流量制御器。
処理装置にガスを供給するガス供給系であって、
前記ガスの供給源と、
前記ガスの供給源から前記処理装置に供給される前記ガスの流量を制御する流量制御器と、
を有し、
前記流量制御器は、
前記処理装置に供給されるガスの流量を制御可能なバルブと、
制御部と
を有し、
前記制御部は、
前記ガスの供給開始を指示する指令が前記処理装置から発行された時点で、前記バルブを開いて前記ガスの流量の制御を開始し、
前記ガスの流量が所定の目標流量に到達するまでの過渡期間に、所定の周期で前記ガスの流量を積算した積算流量と所定の目標積算流量との差分に基づき、該差分を補償する、前記ガスの流量の時間的変化率を決定し、
決定した前記時間的変化率で前記ガスの流量が変化するよう前記バルブの開度を制御し、
前記過渡期間に含まれる任意の時点での前記積算流量と前記目標積算流量との差分と、前記過渡期間の前記任意の時点以降の期間における前記積算流量の増加量とを一致させる演算を行うことで、前記差分を補償する時間的変化率を決定し、
前記時間的変化率は、前記過渡期間の前記任意の時点以降の期間における前記処理装置に供給される前記ガスの流量の波形の傾きに該当する、
ことを特徴とするガス供給系。
処理装置に供給されるガスの供給開始を指示する指令が前記処理装置から発行された時点で、前記ガスの流量を制御可能なバルブを開いて前記ガスの流量の制御を開始する工程と、
前記ガスの流量が所定の目標流量に到達するまでの過渡期間に、所定の周期で前記ガスの流量を積算した積算流量と所定の目標積算流量との差分に基づき、該差分を補償する、前記ガスの流量の時間的変化率を決定する工程と、
決定した前記時間的変化率で前記ガスの流量が変化するよう前記バルブの開度を制御する工程と、
前記過渡期間に含まれる任意の時点での前記積算流量と前記目標積算流量との差分と、前記過渡期間の前記任意の時点以降の期間における前記積算流量の増加量とを一致させる演算を行うことで、前記差分を補償する時間的変化率を決定する工程と
を含み、
前記時間的変化率は、前記過渡期間の前記任意の時点以降の期間における前記処理装置に供給される前記ガスの流量の波形の傾きに該当する、
ことを特徴とする流量制御方法。