JP2012191070A

JP2012191070A - 圧力制御装置

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Publication number: JP2012191070A
Application number: JP2011054691A
Authority: JP
Inventors: Hideo Eto; 英雄江藤; Makoto Saito; 誠齋藤; Nobuyasu Nishiyama; 伸泰西山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: US8833388B2; JP5337185B2; US20120227830A1

Abstract

【課題】処理室内の処理ガスの圧力を制御する際の精度を加工条件ごとに向上できる圧力制御装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１の処理室９０内における処理ガスの圧力を制御する圧力制御装置７０であって、検知部２０と、排気管３０と、調整弁４０と、圧力制御部４２、４３とを備える。調整弁４０は、排気管３０に配されている。圧力制御部４２、４３は、検知部２０により検知される圧力が目標値に一致するように調整弁４０を制御する。調整弁４０は、弁口と変更部とスライド弁とを有する。弁口は、排気管３０に連通されている。変更部は、弁口の形状を、中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置した異なる形状に変更する。スライド弁は、変更部により変更された弁口の開度を調整する。圧力制御部４２、４３は、変更部による弁口の形状の変更と、スライド弁による弁口の開度の調整とを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、圧力制御装置に関する。

近年、半導体装置の微細化が進むことに伴い、半導体装置の加工技術における加工条件が多様化するとともに加工条件ごとに加工精度の向上が望まれている。特に、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置などのプラズマ処理装置を用いたエッチング技術では、多層膜を連続処理で一括加工するケースが増えている。多層膜の一括加工では、プラズマ放電を継続しながら、各層ごとに適切なガス流量、圧力、温度、パワーといった処理条件を順次に切り替える。これに伴い、半導体基板を処理する際における処理室内の処理ガスの圧力を加工条件ごとに高精度に制御することが望まれる。

特開２００７−２４２６６８号公報

１つの実施形態は、例えば、処理室内の処理ガスの圧力を制御する際の精度を加工条件ごとに向上できる圧力制御装置を提供することを目的とする。

１つの実施形態によれば、処理室内に導入された処理ガスによりプラズマを発生させて被処理基板を処理するプラズマ処理装置の処理室内における処理ガスの圧力を制御する圧力制御装置であって、検知部と、排気管と、調整弁と、圧力制御部とを備えた圧力制御装置が提供される。検知部は、処理室内の処理ガスの圧力を検知する。排気管は、処理室に連通され、処理室の中心を通る中心軸を有する。調整弁は、排気管に配されている。圧力制御部は、検知部により検知される圧力が目標値に一致するように調整弁を制御する。調整弁は、弁口と変更部とスライド弁とを有する。弁口は、排気管に連通されている。変更部は、弁口の形状を、中心が排気管の中心軸の近傍に位置した異なる形状に変更する。スライド弁は、変更部により変更された弁口の開度を調整する。圧力制御部は、変更部による弁口の形状の変更と、スライド弁による弁口の開度の調整とを制御する。

第１の実施形態にかかる圧力制御装置の構成を示す図。第１の実施形態における調整弁の構成を示す図。第１の実施形態における調整弁の動作を示す図。第１の実施形態における調整弁の動作を示す図。第１の実施形態の第１の変形例における調整弁の動作を示す図。第１の実施形態の第２の変形例における調整弁の動作を示す図。第１の実施形態の第３の変形例における調整弁の動作を示す図。第１の実施形態の第４の変形例における調整弁の動作を示す図。第２の実施形態にかかる圧力制御装置の構成を示す図。第２の実施形態における調整弁の構成を示す図。第２の実施形態における絞り機構の動作を示す図。第２の実施形態における絞り機構の動作を示す図。第３の実施形態にかかる圧力制御装置の構成を示す図。第３の実施形態における調整弁の動作を示す図。比較例にかかる圧力制御装置の構成を示す図。比較例における調整弁の構成を示す図。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる圧力制御装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態にかかる圧力制御装置７０を適用したプラズマ処理装置１について図１を用いて説明する。図１は、圧力制御装置７０の構成を示すとともに、圧力制御装置７０を適用したプラズマ処理装置１の構成を示す図である。

プラズマ処理装置１は、処理室９０、電極１０、プラズマ発生部８０、バイアス電圧制御部８５、及び圧力制御装置７０を備える。

処理室９０は、処理ガスが導入され、処理ガスによりその内部でプラズマＰＬが発生されるための室であり、処理容器２により形成されている。処理容器２は、例えば上部中央に形成された給気管を介して、ガス供給制御部（図示せず）から処理室９０へ処理ガスが供給可能なように構成されている。また、処理容器２は、処理室９０から圧力制御装置７０へ処理済の処理ガスが排気可能なように構成されている。

プラズマ発生部８０は、処理室９０内における電極１０から隔てられた空間９１にプラズマＰＬを発生させる。具体的には、プラズマ発生部８０は、高周波電源８１、マッチングボックス８４、アンテナコイル８２、及び誘電体壁８３を有する。高周波電源８１は、高周波電力を発生させてアンテナコイル８２へ供給する。マッチングボックス８４により高周波電源８１とアンテナコイル８２との間でインピーダンス整合がとれると、電磁波は処理容器２の上壁を兼ねた誘電体壁８３を透過して処理室９０内の空間９１に導入される。処理室９０内の空間９１では、処理ガスの放電が起こりプラズマＰＬが生成され、処理ガスからラジカルとともにイオン（例えば、Ｆ^＋、ＣＦ_３ ^＋など）が生成される。

バイアス電圧制御部８５は、処理室９０内の底面側に配された電極１０にバイアス電圧を発生させる。具体的には、バイアス電圧制御部８５は、高周波電源８６、マッチングボックス８７を有する。高周波電源８６は高周波電力を発生させ、マッチングボックス８７によりインピーダンス整合がとれると電極１０にバイアス電圧が印加される。電極１０は、例えばステンレス、アルミ等の金属で形成され、絶縁材（図示せず）を介して処理容器２から絶縁されている。電極１０上には、シリコンウエーハ等の被処理基板ＷＦが載置される。バイアス電圧が印加されると、プラズマＰＬとの間に電位差が生じ、プラズマＰＬ領域で発生したイオン（例えば、Ｆ^＋、ＣＦ_３ ^＋など）が被処理基板ＷＦに引き込まれ、異方性のエッチング加工が行われる。

圧力制御装置７０は、処理室９０からの処理ガスの排気量を制御することにより、処理室９０の圧力を制御する。

次に、圧力制御装置７０の内部構成について図１を用いて説明する。

圧力制御装置７０は、圧力センサ（検知部）２０、排気管３０、調整弁４０、コントローラ（オリフィス部用の圧力制御部）４２、及びコントローラ（スライド弁用の圧力制御部）４３、及び排気系５０を有する。

圧力センサ２０は、処理室９０内の圧力を検知し、その圧力の値の情報を調整弁４０へ供給する。圧力センサ２０は、例えば、処理室９０に連通された検知空間と、その検知空間内に配された検知素子を有する。圧力センサ２０は、検知素子を介して検知空間内の圧力を処理室９０内の圧力として検知する。

排気管３０は、処理室９０に連通されている。排気管３０は、処理室９０の中心９２を通る中心軸ＣＡ上に配置されている。排気管３０は、調整弁４０に対する上流側の排気管３１と、下流側の排気管３２とを有する。排気管３０の外壁は、例えばステンレスなどの金属で形成されている。

調整弁４０は、排気管３０に配されており、上流側の排気管３１を介して処理室９０に接続されているとともに、下流側の排気管３２を介して排気系５０に接続されている。調整弁４０は、開度を調整可能な弁であり、圧力センサ２０により検知される処理室９０内の圧力が目標値になるように、その開度を調整する。これにより、処理室９０からの処理ガスの排気量が制御されて、処理室９０の圧力が制御される。

コントローラ４２は、調整弁４０における後述のオリフィス部４１１の駆動を制御する。コントローラ４３は、調整弁４０における後述の振子式バルブ４１２の駆動を制御する。

排気系５０は、排気管３０及び調整弁４０を介して処理室９０から排出された処理ガスを排気する。排気系５０は、ターボポンプ５１、排気管５２、及びロータリーポンプ５３を有する。排気管５２はロータリーポンプ５３により真空状態に保たれ、排気管３２、排気管３１、及び処理室９０は、ターボポンプ５１により排気管５２より高い真空状態に保たれる。処理室９０より排出された処理ガスは、排気管３１、排気管３２に導かれた後、ターボポンプ５１により排気管５２に導かれ、ロータリーポンプ５３により排気される。

次に、調整弁４０の内部構成について図１及び図２を用いて説明する。図２（ａ）は、調整弁４０の構成を示す分解斜視図であり、図２（ｂ）は、調整弁４０の構成を示す断面図である。

調整弁４０は、ゲートバルブ４１を有する。ゲートバルブ４１は、上流側外管４１３、下流側外管４１４、収容空間壁４１５、アクチュエータ軸４１６、アクチュエータ４１７、オリフィス部（変更部）４１１及び振子式バルブ（スライド弁）４１２を有する。

上流側外管４１３は、オリフィス部４１１及び振子式バルブ４１２の上流側に配され、上流側の排気管３１に連通された空間４１３ａを形成している。空間４１３ａの中心軸ＣＡ１は、排気管３１の中心軸ＣＡと一致している。空間４１３ａの中心軸ＣＡ１に垂直な断面積ＳＡ１は、排気管３１の流路断面積ＳＡに略等しい。

下流側外管４１４は、オリフィス部４１１及び振子式バルブ４１２の下流側に配され、下流側の排気管３２に連通された空間４１４ａを形成している。空間４１４ａの中心軸ＣＡ２は、排気管３２の中心軸ＣＡと一致している。空間４１４ａの中心軸ＣＡ１に垂直な断面積ＳＡ２は、排気管３２の流路断面積ＳＡに略等しく、かつ、空間４１３ａの中心軸ＣＡ１に垂直な断面積ＳＡ１に略等しい。

収容空間壁４１５は、オリフィス部４１１や振子式バルブ４１２がアクチュエータ軸４１６を中心に回動された際に、オリフィス部４１１や振子式バルブ４１２を収容するための収容空間４１５ａを形成している。収容空間４１５ａは、排気管３０の流路（空間４１３ａ、空間４１４ａ）から退避した位置に配されている。

アクチュエータ軸４１６は、オリフィス部４１１や振子式バルブ４１２を回動させるために設けられている。アクチュエータ軸４１６は、オリフィス部４１１と振子式バルブ４１２とを独立に回動させる。例えば、アクチュエータ軸４１６は、軸方向におけるオリフィス部４１１及び振子式バルブ４１２にそれぞれ対応した位置に第１の嵌合部及び第２の嵌合部を有し、第１の嵌合部がオリフィス部４１１に嵌合された際にオリフィス部４１１を選択的に回動させ、第２の嵌合部が振子式バルブ４１２に嵌合された際に振子式バルブ４１２を選択的に回動させる。

アクチュエータ４１７は、コントローラ４２及びコントローラ４３により制御され、アクチュエータ軸４１６を介してオリフィス部４１１や振子式バルブ４１２を回動させる。アクチュエータ４１７は、コントローラ４２による制御に従い、アクチュエータ軸４１６の第１の嵌合部をオリフィス部４１１に嵌合させてオリフィス部４１１を選択的に回動させ、コントローラ４３による制御に従い、アクチュエータ軸４１６の第２の嵌合部を振子式バルブ４１２に嵌合させて振子式バルブ４１２を選択的に回動させる。また、アクチュエータ４１７は、オリフィス部４１１や振子式バルブ４１２を回動させた後に、コントローラ４２及びコントローラ４３による制御に従い、オリフィス部４１１や振子式バルブ４１２を上流側外管４１３へ押し付けるように移動させ、排気管３０の流路（空間４１３ａ、空間４１４ａ）の気密性を確保する。

オリフィス部４１１は、例えば振子式バルブ４１２の下流側に配されており、排気管３０の流路断面積ＳＡより小さい面積ＳＡ３の弁口４１１ａを有している。オリフィス部４１１の一端は、収容空間４１５ａまで延び、収容空間４１５ａ内でアクチュエータ４１７の第１の嵌合部に嵌合可能に構成されている。オリフィス部４１１は、排気管３０の流路に挿入可能に構成されている。すなわち、コントローラ４２は、第１の嵌合部がオリフィス部４１１に嵌合された際に、アクチュエータ４１７及びアクチュエータ軸４１６を介してオリフィス部４１１を回動させる。これに応じて、オリフィス部４１１は、排気管３０の流路から退避された第１の状態と排気管３０の流路へ挿入された第２の状態との間で遷移する。

振子式バルブ４１２は、オリフィス部４１１の上流側に配されている。振子式バルブ４１２の一端は、収容空間４１５ａまで延び、収容空間４１５ａ内でアクチュエータ４１７の第２の嵌合部に嵌合可能に構成されている。コントローラ４３は、第２の嵌合部が振子式バルブ４１２に嵌合された際に、アクチュエータ４１７及びアクチュエータ軸４１６を介して振子式バルブ４１２を回動させる。これに応じて、振子式バルブ４１２は、弁口の開度を調整する。

次に、調整弁４０の動作について図３及び図４を用いて説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、主として、オリフィス部４１１の動作を示す分解斜視図である。図４（ａ）〜（ｅ）は、主として、振子式バルブ４１２の動作を示す平面図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、コントローラ４２は、第１の状態と第２の状態との間で弁口を変更する。

第１の状態では、コントローラ４２が、振子式バルブ４１２の下流側でオリフィス部４１１を排気管３０の流路から退避させて弁口４１１ｂの面積を排気管３０の流路断面積ＳＡにする。このとき、弁口４１１ｂの中心は、排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置している。また、コントローラ４３は、振子式バルブ４１２を排気管３０の流路から退避させている（図４（ａ）参照）。

第２の状態では、コントローラ４２が、振子式バルブ４１２の下流側でオリフィス部４１１を排気管３０の流路へ挿入して弁口４１１ａの面積を排気管３０の流路断面積ＳＡより小さい面積ＳＡ３にする。このとき、弁口４１１ａの中心は、排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置している。また、コントローラ４３は、振子式バルブ４１２を排気管３０の流路から退避させている（図４（ｃ）参照）。

コントローラ４３は、弁口の開度を調整するように、振子式バルブ４１２をスライドさせる。

上記の第１の状態へ変更された場合、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、コントローラ４３は、流路断面積ＳＡの弁口４１１ｂの開度を調整するように、振子式バルブ４１２をスライドさせる。このとき、コントローラ４３は、図４（ｂ）に示すように、振子式バルブ４１２が排気管３０の中心軸ＣＡに交差する位置の手前で、弁口４１１ｂの開度が弁口４１１ａの面積と略同一面積になるところまで、振子式バルブ４１２をスライドさせて制御する。これより小さい面積を制御する場合、上記の第２の状態へ変更する。

上記の第２の状態へ変更された場合、図４（ｃ）〜（ｅ）に示すように、コントローラ４３は、流路断面積ＳＡより小さい面積ＳＡ３の弁口４１１ａの開度を調整するように、振子式バルブ４１２をスライドさせる。このとき、コントローラ４３は、図４（ｅ）に示すように、振子式バルブ４１２が排気管３０の中心軸ＣＡに交差する位置までスライドさせ例えば弁口４１１ａの全てを塞いでも良い。

ここで、仮に、図１５に示すように、プラズマ処理装置９００の圧力制御装置９７０が、調整弁９４０のオリフィス部４１１及びコントローラ４２（図２（ｂ）参照）を有しない場合について考える。具体的には、調整弁９４０が、ゲートバルブ４１、及びコントローラ９４３を有し、コントローラ９４３が、図１６に示すように振子式バルブ９４１２の駆動を制御する場合について考える。この場合、コントローラ９４３は、流路断面積ＳＡの弁口４１１ｂの開度を調整するように、振子式バルブ９４１２をスライドさせる。このとき、コントローラ９４３は、図１６（ａ）、（ｃ）に示すように、振子式バルブ４１２が排気管９３０の中心軸ＣＡ９００に交差する位置の手前から、図１６（ｄ）に示すように、振子式バルブ４１２が排気管９３０の中心軸ＣＡ９００に交差する位置までスライドさせることになる。

このとき、エッチングレートを速くすることを優先して処理室９９０の圧力を高くすべき高圧力の加工条件と、エッチング精度を優先して処理室９９０の圧力を低くすべき低圧力の加工条件とのぞれぞれにおいて、処理室９９０の圧力を制御する際の精度を向上することが困難になる。すなわち、高圧力の加工条件では、図１６（ｂ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、振子式バルブ９４１２を排気管９３０の中心軸ＣＡ９００に交差する位置までスライドさせることになる。この場合、振子式バルブ９４１２をわずかに動かしただけで弁口の開口面積が大きく変化してしまい、処理室９９０からの排気管９３１、調整弁９４０、及び排気管９３２を介した排気量が大幅に変化してしまうので、処理室９９０の圧力を制御する際の精度を加工条件ごとに向上することが困難になる。

それに対して、第１の実施形態では、圧力制御装置７０の調整弁４０が、オリフィス部４１１及びコントローラ４２を有している。コントローラ４２は、オリフィス部４１１を制御して、弁口の中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置し弁口の面積が互いに異なる複数の弁口４１１ｂ、４１１ａの間で弁口を変更する。コントローラ４３は、振子式バルブ４１２を制御して、上記のように変更された弁口の開度を調整する。具体的には、コントローラ４２は、オリフィス部４１１を制御して、高圧力の加工条件において小さな面積の弁口に変更し、低圧力の加工条件において大きな面積の弁口に変更する。コントローラ４３は、振子式バルブ４１２を制御して、高圧力の加工条件において小さな面積の弁口の開度を調整し、低圧力の加工条件において大きな面積の弁口の開度を調整する。

このとき、エッチングレートを速くすることを優先して処理室９０の圧力を高くすべき高圧力の加工条件と、エッチング精度を優先して処理室９０の圧力を低くすべき低圧力の加工条件とのぞれぞれにおいて、処理室９０の圧力を制御する際の精度を向上することが容易である。すなわち、高圧力の加工条件では、図４（ｃ）〜（ｅ）に示すように、面積が小さく幅も小さな弁口４１１ａに対して、振子式バルブ４１２を排気管３０の中心軸ＣＡに交差する位置までスライドさせても、振子式バルブ４１２のスライドの変位量に対する弁口の開口面積の変化量を小さく抑えることができる。この結果、処理室９０からの排気管９３１、調整弁９４０、及び排気管９３２を介した排気量の変化量を小さく抑えることができるので、処理室９０の圧力を制御する際の精度を加工条件ごとに向上することができる。

また、図１５に示す圧力制御装置９７０の調整弁９４０では、高圧力の加工条件において、図１６（ｄ）に示すように、排気管９３０の中心軸ＣＡ９００から大きくシフトした位置のみが開口された状態になる。これにより、図１５に矢印で示すように、排気管９３１から調整弁９４０へ流れ込む処理ガスの気流が乱れるとともに、調整弁９４０から排気管９３２へ流れ出す処理ガスの気流も乱れる。このため、処理室９９０の圧力を制御する際における圧力の安定化時間が長くなり、エッチングレート等も被処理基板ＷＦ（例えば、ウエーハ）面内で不均一になる傾向にある。すなわち、処理室９９０の圧力を制御する際の安定化時間を加工条件ごとに短縮することや被処理基板ＷＦ（例えば、ウエーハ）面内で均一に加工することが困難になる。

それに対して、第１の実施形態では、コントローラ４２が、オリフィス部４１１を制御して、弁口の中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置し弁口の面積が互いに異なる複数の弁口４１１ｂ、４１１ａの間で弁口を変更する。そして、高圧力の加工条件でも、図４（ｃ）〜（ｄ）に示すように、排気管３０の中心軸ＣＡの近傍が開口された状態を維持する。これにより、図１に矢印で示すように、排気管３１から調整弁４０へ流れ込む処理ガスの気流が乱れにくいとともに、調整弁４０から排気管３２へ流れ出す処理ガスの気流も乱れにくい。このため、処理室９０の圧力を制御する際における圧力の安定化時間を短縮でき、エッチングレート等も被処理基板ＷＦ（例えば、ウエーハ）面内で均一にできる。すなわち、処理室９０の圧力を制御する際の安定化時間を加工条件ごとに短縮し、被処理基板ＷＦ（例えば、ウエーハ）面内で均一に加工することが容易である。

また、第１の実施形態では、オリフィス部４１１が、排気管の流路断面積より小さい面積の弁口４１１ａを、排気管３０の中心軸ＣＡの近傍となるべき位置に有する。そして、コントローラ４２は、振子式バルブ４１２の下流側でオリフィス部４１１を排気管３０の流路から退避させて弁口４１１ｂの面積を排気管３０の流路断面積にする第１の状態と、振子式バルブ４１２の下流側でオリフィス部４１１を排気管３０の流路へ挿入して弁口４１１ａの面積を排気管３０の流路断面積より小さい面積にする第２の状態との間で弁口を変更する。これにより、弁口の中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置し弁口の面積が互いに異なる複数の弁口４１１ｂ、４１１ａの間で、弁口を変更することができる。

（第１の変形例）
図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、プラズマ処理装置１ｉの圧力制御装置７０ｉの調整弁４０ｉにおいて、コントローラ４２がオリフィス部４１１を制御して変更すべき複数の弁口は矩形状の弁口４１１ａｉを含んでもよい。具体的には、オリフィス部４１１は、振子式バルブ４１２のスライドする方向を長手方向とする矩形状の弁口４１１ａｉを有する。そして、コントローラ４２は、オリフィス部４１１を制御して、高圧力の加工条件において小さな面積の弁口４１１ａｉに変更し、低圧力の加工条件において大きな面積の弁口４１１ｂ（図４（ａ）参照）に変更する。コントローラ４３は、振子式バルブ４１２を制御して、高圧力の加工条件において小さな面積の弁口４１１ａｉの開度を調整し、低圧力の加工条件において大きな面積の弁口４１１ｂの開度を調整する。

このとき、エッチングレートを速くすることを優先して処理室９０の圧力を高くすべき高圧力の加工条件と、エッチング精度を優先して処理室９０の圧力を低くすべき低圧力の加工条件とのぞれぞれにおいて、処理室９０の圧力を制御する際の精度を向上することがさらに容易である。すなわち、高圧力の加工条件では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、振子式バルブ４１２のスライド方向に対して幅が一様である弁口４１１ａｉに対して、振子式バルブ４１２を排気管３０の中心軸ＣＡに交差する位置までスライドさせるので、振子式バルブ４１２のスライドの変位量に対する弁口の開口面積の変化量を一様にすることができる。この結果、処理室９０からの排気管３１、調整弁４０、及び排気管３２を介した排気量の変化量を一様にすることができるので、処理室９０の圧力を制御する際の精度を加工条件ごとにさらに向上することができる。

（第２の変形例）
図６（ａ）〜（ｂ）に示すように、プラズマ処理装置１ｊの圧力制御装置７０ｊの調整弁４０ｊにおいて、ゲートバルブ４１ｊ内のオリフィス部４１１ｊは振子式バルブ４１２ｊより上流側に設けられていても良い。この場合、コントローラ４２は、振子式バルブ４１２ｊの上流側でオリフィス部４１１ｊを排気管３０の流路から退避させて弁口４１１ｂの面積を排気管３０の流路断面積にする第１の状態と、振子式バルブ４１２ｊの上流側でオリフィス部４１１ｊを排気管３０の流路へ挿入して弁口４１１ａの面積を排気管３０の流路断面積より小さい面積にする第２の状態との間で弁口を変更する。これによっても、弁口の中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置し弁口の面積が互いに異なる複数の弁口４１１ｂ、４１１ａの間で、弁口を変更することができる。

（第３の変形例）
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、プラズマ処理装置１ｋの圧力制御装置７０ｋの調整弁４０ｋにおいて、オリフィス部４１１ｋは振子式バルブ４１２から離間した位置に配されており、流路に挿入される際に振子式バルブ４１２に近接した位置へ近づいても良い。具体的には、ゲートバルブ４１ｋはオリフィス部を有せず、オリフィス部４１１ｋはゲートバルブ４１ｋと別部材として構成されている。コントローラ４２ｋは、第１の状態において、振子式バルブ４１２から離間した位置で排気管３０の流路からオリフィス部４１１ｋを収容空間４１８ｋａ内に退避させた状態にしている。収容空間４１８ｋａは、収容空間壁４１８ｋにより形成された空間である。そして、コントローラ４２ｋは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の状態から第２の状態に遷移する際に、振子式バルブ４１２から離間した位置で排気管３０の流路にオリフィス部４１１ｋを挿入し、排気管３０の流路に沿って振子式バルブ４１２に近づくようにオリフィス部４１１ｋを移動させる。さらに、コントローラ４２ｋは、第２の状態において、オリフィス部４１１ｋを、振子式バルブ４１２の下流側に近接させた状態にする。このように、振子式バルブ４１２等を含むゲートバルブ４１ｋと別部材としてオリフィス部４１１ｋを構成するので、ゲートバルブ４１ｋの仕様に関わらずにオリフィス部４１１ｋを構成できるため、オリフィス部４１１ｋの設計自由度を向上できる。

また、調整弁４０ｋにおいて、オリフィス部４１１ｋは、図７（ｂ）、（ｃ）に示すような断面が略コの字型形状の構成であってもよい。具体的には、オリフィス部４１１ｋは、筒状部材４１１ｋ１、第１の中空板４１１ｋ２、及び第２の中空板４１１ｋ３を有する。筒状部材４１１ｋ１は、弁口４１１ｋａを規定する。筒状部材４１１ｋ１は、例えば円筒状の形状を有している。第１の中空板４１１ｋ２は、筒状部材４１１ｋ１の上流側の端部から外側に延びている。第２の中空板４１１ｋ３は、筒状部材４１１ｋ１の下流側の端部から外側に延びている。

ここで、上記のように、オリフィス部４１１ｋを振子式バルブ４１２から離間した位置から振子式バルブ４１２に近接した位置へ近づけるためには、オリフィス部４１１ｋを、排気管３０の中心軸ＣＡに沿った方向に厚みを有したものとする必要がある。この場合でも、オリフィス部４１１ｋの断面が略コの字型形状の構成になっているので、オリフィス部４１１ｋを軽量化することができる。

（第４の変形例）
図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、プラズマ処理装置１の圧力制御装置７０ｎの調整弁４０ｎにおいて排気管３０の流路に挿入可能である複数のオリフィス部４１１、４１１ｎ１、４１１ｎ２、４１１ｎ３が設けられていても良い。オリフィス部４１１ｎ１は、第１の実施形態と同様のオリフィス部４１１に比べて小さな面積の弁口４１１ｎ１ａを有する。オリフィス部４１１ｎ１は、第１の変形例と同様に、振子式バルブ４１２のスライドする方向を長手方向とする矩形状の弁口４１１ｎ１ａを有していてもよい。オリフィス部４１１ｎ２は、オリフィス部４１１に比べて大きな面積の弁口４１１ｎ２ａを有する。オリフィス部４１１ｎ３は、オリフィス部４１１、４１１ｎ２に比べて大きな面積の弁口４１１ｎ３ａを有する。弁口４１１ｎ３ａの面積は、例えば排気管３０の流路断面積と同じであっても良い。

また、複数のオリフィス部４１１、４１１ｎ１、４１１ｎ２、４１１ｎ３は、リボルバー式に、いずれかが選択的に排気管３０の流路に挿入可能であってもよい。例えば、図８（ａ）はオリフィス部４１１ｎ３が排気管３０の流路に挿入された状態を示し、図８（ｂ）はオリフィス部４１１ｎ２が排気管３０の流路に挿入された状態を示し、図８（ｃ）はオリフィス部４１１が排気管３０の流路に挿入された状態を示している。なお、図示しないが、オリフィス部４１１ｎ１も排気管３０の流路に挿入可能である。

このように、弁口の中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置し弁口の面積が互いに異なる複数の弁口４１１ｎ１ａ、４１１ａ、４１１ｎ２ａ、４１１ｎ３ａの間で、多段階的に、弁口を変更することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態にかかる圧力制御装置１７０について図９〜図１２を用いて説明する。図９は、圧力制御装置１７０の構成を示すとともに、圧力制御装置１７０を適用したプラズマ処理装置の構成を示す図である。図１０は、調整弁１４０の構成を示す図である。図１１及び図１２は、絞り機構１４４の構成を示す図である。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

プラズマ処理装置１００の圧力制御装置１７０の調整弁１４０において、ゲートバルブ１４１がオリフィス部を有さず、絞り機構１４４がオリフィス部に代わって弁口を変更する。すなわち、図１０（ａ）に示すように、絞り機構１４４は、例えば振子式バルブ４１２の下流側に配される。コントローラ１４２は、絞り機構１４４を制御して、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、排気管３０の流路断面積から排気管３０の流路断面積より小さい面積へ連続的に弁口の面積を変更する。そして、振子式バルブ４１２及びコントローラ１４３は、絞り機構１４４及びコントローラ１４２により変更された弁口の開度を調整する。

具体的には、絞り機構１４４は、図１１に示すように、複数の羽根１４４１−１〜１４４１−８、及びドーナツ状部材１４４２を有する。ドーナツ状部材１４４２は、例えば排気管３０の流路断面積ＳＡと同様の面積の開口を有する。コントローラ１４２は、図１１（ａ）に示すように複数の羽根１４４１−１〜１４４１−８がドーナツ状部材１４４２の開口を全開するように制御して排気管３０の流路断面積ＳＡの弁口１４４２ｂにした状態から、図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように複数の羽根１４４１−１〜１４４１−８がドーナツ状部材１４４２の開口を徐々に塞ぐように制御する。これにより、排気管３０の流路断面積１４４２ｂから排気管３０の流路断面積より小さい面積１４４２ａ等へ連続的に弁口の面積を変更する。

さらに具体的には、絞り機構１４４は、図１２（ａ）に示すように、各羽根１４４１−１〜１４４１−８がそれぞれ裏面側に突起部１４４１−１ａ〜１４４１−８ａを有し、図１２（ｂ）に示すように、ドーナツ状部材１４４２が表面側に各突起部１４４１−１ａ〜１４４１−８ａに対応したレール１４４２−１ａ〜１４４２−８ａを有する。すなわち、コントローラ１４２は、アクチュエータ（図示せず）を介してドーナツ状部材１４４２を回転させることなどにより、図１２（ｃ）に示すように、各羽根１４４１−１〜１４４１−８の突起部１４４１−１ａ〜１４４１−８ａをドーナツ状部材１４４２のレール１４４２−１ａ〜１４４２−８ａ上で走行させる。例えば、図１２（ｃ）において、ドーナツ状部材１４４２を時計回りに回転させると、各羽根１４４１−１〜１４４１−８がドーナツ状部材１４４２の開口に近づく方向に走行する。これにより、複数の羽根１４４１−１〜１４４１−８がドーナツ状部材１４４２の開口を徐々に開く。このとき、図１２（ｄ）に示すように、レール１４４２−１ａ〜１４４２−８ａ上にボールベアリング１４４３を設けると、複数の羽根１４４１−１〜１４４１−８をスムーズに走行させることができる。

以上のように、第２の実施形態では、コントローラ１４２が、絞り機構１４４を制御して、排気管３０の流路断面積から排気管３０の流路断面積より小さい面積へ連続的に弁口の面積を変更する。これにより、弁口の中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置し弁口の面積が互いに異なる多数の弁口の間で、さらに多段階的に、弁口を変更することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態にかかる圧力制御装置２７０について図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、圧力制御装置２７０の構成を示すとともに、圧力制御装置２７０を適用したプラズマ処理装置２００の構成を示す図である。図１４は、調整弁２４０の構成を示す図である。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

プラズマ処理装置２００の圧力制御装置２７０の調整弁２４０において、ゲートバルブ２４１が振子式バルブの代わりに開閉のみを行うシャッター４１３を有し、絞り機構２４４が振子式バルブに代わって弁口の開度を調整する。すなわち、絞り機構２４４は、粗動機構（図示せず）及び微動機構（図示せず）を有し、例えば図１４（ａ）に示すように、シャッター４１３の下流側に配される。圧力を制御する際、図１４（ａ）に示すように、コントローラ２４２は、シャッター４１３を完全開の状態にし、コントローラ２４３及び２４５は、絞り機構２４４を制御して、弁口の中心が排気管３０の中心軸ＣＡの近傍に位置した状態を維持しながら、その変更された弁口の開度を調整する。コントローラ２４３は、粗動機構を介して絞り機構２４４の開度を大まかに調整し、コントローラ２４５は、微動機構を介して絞り機構２４４の開度を微細に調整する。
処理室９０を排気管３２より排気側と遮断する場合、コントローラ２４３は絞り機構２４４を一番絞った状態にするが、絞り機構の密閉性が悪いと処理室９０を遮断できない場合がある。このような場合、図１４（ｂ）に示すように、コントローラ２４２はシャッター４１３を完全閉の状態にする。シャッター４１３で密閉性を確保するのは容易なため、処理室９０を遮断状態にすることができる。

このように、第３の実施形態では、弁口の中心が排気管３０の中心軸の近傍に位置した状態を維持しながら弁口の開度を調整するので、弁口の開度を調整する際における処理ガスの気流がさらに乱れにくくなっている。これにより、処理室９０の圧力を制御する際における圧力の安定化時間をさらに短縮でき、さらに連続的かつ精密に弁口の開度を変更することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｎ、１００、２００、３００、９００プラズマ処理装置、
１０電極、２０圧力センサ、３０、９３０排気管、４０、４０ｉ、４０ｊ、４０ｋ、４０ｎ、１４０、２４０、３４０、９４０調整弁、４２、４３、１４２、１４３、２４２、２４３、９４３コントローラ、７０、７０ｉ、７０ｊ、７０ｋ、７０ｎ、１７０、２７０、３７０、９７０圧力制御装置、９０、９９０処理室、４１１オリフィス部、４１２振子式バルブ、１４４、２４４、３４４絞り機構、ＣＡ、ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ９００中心軸。

Claims

処理室内に導入された処理ガスによりプラズマを発生させて被処理基板を処理するプラズマ処理装置の前記処理室内における処理ガスの圧力を制御する圧力制御装置であって、
前記処理室内の処理ガスの圧力を検知する検知部と、
前記処理室に連通され、前記処理室の中心を通る中心軸を有する排気管と、
前記排気管に配された調整弁と、
前記検知部により検知される圧力が目標値に一致するように前記調整弁を制御する圧力制御部と、
を備え、
前記調整弁は、
前記排気管に連通された弁口と、
前記弁口の形状を、中心が前記排気管の中心軸の近傍に位置した異なる形状に変更する変更部と、
前記変更部により変更された前記弁口の開度を調整するスライド弁と、
を有し、
前記圧力制御部は、前記変更部による前記弁口の形状の変更と、前記スライド弁による前記弁口の開度の調整とを制御する
ことを特徴とする圧力制御装置。
前記変更部は、
前記弁口より小さい面積の開口を有したオリフィス部を有し、前記オリフィス部を前記弁口へ挿入することで前記弁口の面積を挿入前より小さい面積に変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
前記変更部は、それぞれ異なる開口形状を有する複数のオリフィス部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の圧力制御装置。
前記オリフィス部は、前記スライド弁から離間した位置に挿入され、前記弁口の流路に沿って前記スライド弁に近づくように移動する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧力制御装置。
前記オリフィス部は、
弁口を規定する筒状部材と、
前記筒状部材の上流側の端部から外側に延びた第１の中空板と、
前記筒状部材の下流側の端部から外側に延びた第２の中空板と、
を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の圧力制御装置。
前記オリフィス部の開口形状は、前記スライド弁のスライドする方向を長手方向とする矩形状である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の圧力制御装置。
処理室内に導入された処理ガスによりプラズマを発生させて被処理基板を処理するプラズマ処理装置の前記処理室内における処理ガスの圧力を制御する圧力制御装置であって、
前記処理室内の処理ガスの圧力を検知する検知部と、
前記処理室に連通され、前記処理室の中心を通る中心軸を有する排気管と、
前記排気管に配された調整弁と、
前記検知部により検知される圧力が目標値に一致するように前記調整弁を制御する圧力制御部と、
を備え、
前記調整弁は、
前記排気管に連通された弁口と、
前記弁口の形状を、中心が前記排気管の中心軸の近傍に位置した異なる形状に変更する変更部と、
前記変更部により変更された前記弁口の開度を連続的に変更する絞り機構と、
を有し、
前記圧力制御部は、前記変更部による前記弁口の形状の変更と、前記絞り機構による前記弁口の開度の連続的な変更とを制御する
ことを特徴とする圧力制御装置。