JP2019054140A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理室への処理ガスの供給効率を向上できる半導体製造装置を提供する。【解決手段】半導体製造装置１は、処理室４と第１のガス供給管３７−１と第２のガス供給管３７−２と第１のバルブ３４−１と第２のバルブ３４−２を有する。第１のバルブは、第１のガス供給管に配されている。第１のバルブは、第１の弁座と第１のダイヤフラムと第１の押し付け部材とを有する。第１の押し付け部材は、第１のダイヤフラムを第１の弁座に押し付け可能である。第２のガス供給管は、ガス供給源と処理室との間に配されている。第２のガス供給管は、第１のガス供給管に対して並列に接続されている。第２のバルブは、第２のガス供給管に配されている。第２のバルブは、第２の弁座と第２のダイヤフラムと第２の押し付け部材とを有する。第２の押し付け部材は、第２のダイヤフラムを第２の弁座に押し付け可能である。【選択図】図１

Description

本実施形態は、半導体製造装置に関する。

ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などの半導体製造装置では、処理室内の基板に処理ガスを供給し、基板を処理する。このとき、基板の処理を効率化するためには、処理室への処理ガスの供給効率を向上させることが望まれる。

特許第５１９２５０２号公報 特開２０１６−１４５４１２号公報

一つの実施形態は、処理室への処理ガスの供給効率を向上できる半導体製造装置を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、処理室と第１のガス供給管と第２のガス供給管と第１のバルブと第２のバルブとを有する半導体製造装置が提供される。処理室では、基板が処理される。第１のガス供給管は、ガス供給源と処理室との間に配されている。第１のバルブは、第１のガス供給管に配されている。第１のバルブは、第１の弁座と第１のダイヤフラムと第１の押し付け部材とを有する。第１の弁座は、第１の開口を形成する。第１の押し付け部材は、第１のダイヤフラムを第１の弁座に押し付け可能である。第２のガス供給管は、ガス供給源と処理室との間に配されている。第２のガス供給管は、第１のガス供給管に対して並列に接続されている。第２のバルブは、第２のガス供給管に配されている。第２のバルブは、第２の弁座と第２のダイヤフラムと第２の押し付け部材とを有する。第２の弁座は、第２の開口を形成する。第２の押し付け部材は、第２のダイヤフラムを第２の弁座に押し付け可能である。

図１は、第１の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す図である。 図２は、第１の実施形態におけるバルブの構成を示す断面図である。 図３は、第１の実施形態におけるバルブの動作を示す断面図である。 図４は、第１の実施形態における複数のバルブの実装構成を示す平面図である。 図５は、第１の実施形態における複数のバルブの実装構成を示す断面図である。 図６は、第１の実施形態における複数のバルブの動作を示すタイミングチャートである。 図７は、第１の実施形態の変形例における複数のバルブの動作を示すタイミングチャートである。 図８は、第２の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す図である。 図９は、第２の実施形態に係る半導体製造装置の動作を示すフローチャートである。 図１０は、第２の実施形態に係る半導体製造装置の動作を示す図である。 図１１は、第２の実施形態に係る半導体製造装置の動作を示す図である。 図１２は、第２の実施形態に係る半導体製造装置の動作を示す図である。 図１３は、第３の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造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の実施形態に係る半導体製造装置は、半導体装置を製造するために、処理室内の基板に処理ガスを供給し、基板を処理する。半導体製造装置は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて基板を処理するＡＬＤ装置である。

ＡＬＤ法は、基板上に薄膜を均一に堆積可能な技術として知られている。ＡＬＤ法では、２種類以上の処理ガス（例えば、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする原料ガス及び／又は反応ガス）を基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することができる。このとき、２種類以上の処理ガスの流量がパルス状に制御されるが、各処理ガスの流量のパルス波形は、デルタ関数とはならずに上昇時間及び減衰時間を持つ傾向にある。処理室内で各処理ガスのパルスタイミングが重なると、基板上に実質的に意図しない量の処理ガスが供給され不均一な薄膜が成長される非ＡＬＤ成長が発生する可能性がある。この非ＡＬＤ成長を防ぐために、各処理ガスの流量のパルス波形は、処理室内で処理ガスをパージガス（不活性ガス）でパージし他の処理ガスの供給に備えるパージインターバル期間により分離される。

例えば、半導体製造装置１は、図１のように構成される。図１は、半導体製造装置１の構成を示す図である。半導体製造装置１は、処理ガスＡ、処理ガスＢ、パージガスを処理室４へ供給可能なように構成されている。処理ガスＡ及び処理ガスＢは、互いに異なる組成のガスである。処理ガスＡ及び処理ガスＢは、それぞれ、基板上に堆積すべき膜の種類に応じて任意に選択可能である。処理ガスＡ及び処理ガスＢは、基板上にＡＬＤ成長のための核生成を行う場合と基板上に核生成後のＡＬＤ成長を行う場合とで同じであってもよいし異なっていてもよい。また、パージガスは、任意の不活性ガスが適用可能である。パージガスは、例えば、Ａｒガス、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガス、Ｎ_２Ｏガス、Ｈｅガス、その他の不活性ガスであってもよく、又は、それらの混合ガスであってもよい。

なお、半導体製造装置１は、処理ガスＡ及び処理ガスＢ以外の１種以上の処理ガスをさらに処理室４へ供給可能なように構成されていてもよい。

半導体製造装置１は、ガス供給源２−Ａ、ガス供給系３−Ａ、ガス供給源２−Ｂ、ガス供給系３−Ｂ、ガス供給源２−Ｐ、ガス供給系３−Ｐ、処理室４、及びコントローラ５を有する。

ガス供給源２−Ａ、ガス供給源２−Ｂ、ガス供給源２−Ｐは、それぞれ、処理ガスＡ、処理ガスＢ、パージガス用のガス供給源（例えば、ガスボンベ）である。ガス供給系３−Ａは、ガス供給源２−Ａ及び処理室４の間に配され、コントローラ５の制御のもとで、処理ガスＡを処理室４へ供給する。ガス供給系３−Ｂは、ガス供給源２−Ｂ及び処理室４の間に配され、コントローラ５の制御のもとで、処理ガスＢを処理室４へ供給する。ガス供給系３−Ｐは、ガス供給源２−Ｐ及び処理室４の間に配され、コントローラ５の制御のもとで、パージガスを処理室４へ供給する。

半導体製造装置１がＡＬＤ装置である場合、各ガス供給系３−Ａ，３−Ｂでは、コントローラ５により処理室４へ供給すべき処理ガスの圧力がバルブ３４でパルス状に制御されるため、バルブ３４として、高速に（例えば、マイクロ秒オーダーで）開閉動作が可能なバルブが適しており、ダイヤフラムバルブが用いられ得る。このとき、ガス供給系３−Ｐは、バルブ３９（例えば、開閉弁）を有し、コントローラ５によりパージインターバル期間にバルブ３９が開状態にされ、処理室４内のパージ動作が行われ得る。

バルブ３４は、例えば、図２に示すように構成される。図２は、バルブ３４の構成を示す断面図である。バルブ３４は、例えば、空気圧式アクチュエータを用いたダイヤフラムバルブであり、アクチュエータアセンブリ３４１及びバルブアセンブリ３４２を有する。

アクチュエータアセンブリ３４１は、ボンネット３４１ａ、調節ねじ３４１ｂ、補助制御ポート３４１ｃ、壁部３４１ｄ、空気室３４１ｅ、Ｏリング３４１ｆ、ばね３４１ｇ、ピストン３４１ｈ，３４１ｊ、及びピストンロッド３４１ｉ，３４１ｋを有する。バルブアセンブリ３４２は、バルブステム３４２ａ、ダイヤフラム３４２ｂ、弁座３４２ｃ、入口開口３４２ｄ、出口開口３４２ｅ、入口ポート３４２ｆ、及び出口ポート３４２ｇを有する。

調節ねじ３４１ｂは、ナット３４１ｂ１及びロックナット３４１ｂ２を有する。調節ねじ３４１ｂは、ボンネット３４１ａ上に支持され、ナット３４１ｂ１及びロックナット３４１ｂ２を介してボンネット３４１ａに螺合される。補助制御ポート３４１ｃは、ボンネット３４１ａ、壁部３４１ｄ、及びピストン３４１ｈに囲まれて形成された空気室３４１ｅに連通されている。補助制御ポート３４１ｃは、エアーレギュレータ７（図１参照）からコントローラ５により例えば高圧に調整された作動用ガス（空気）が供給可能に構成されている。エアーレギュレータ７は、モータ、コンプレッサ、及び開閉弁などを含む。コントローラ５は、モータの回転動作を制御することでコンプレッサによる空気の圧縮動作を制御し、開閉弁を開閉制御することで補助制御ポート３４１ｃへの高圧空気の供給の有無を制御できる。

Ｏリング３４１ｆは、空気室３４１ｅをシールしている。ばね３４１ｇは、ピストン３４１ｊをバルブアセンブリ３４２側に付勢している。ピストンロッド３４１ｉは、ピストン３４１ｈとピストン３４１ｊとを連結し、ピストン３４１ｈの動きをピストン３４１ｊに伝達する。ピストンロッド３４１ｋは、ピストン３４１ｊの内側に固定され、ピストン３４１ｊの動きをバルブアセンブリ３４２におけるバルブステム３４２ａに伝達する。

バルブステム３４２ａは、ダイヤフラム３４２ｂに対して入口開口３４２ｄ及び出口開口３４２ｅと反対側に配され、ダイヤフラム３４２ｂを弁座３４２ｃに押し付け可能に構成されている。ダイヤフラム３４２ｂは、可撓性を有し、例えば、可撓性プラスチック又は弾性材料（ゴムなど）などを主成分とする材料で形成され得る。弁座３４２ｃは、ダイヤフラム３４２ｂと対向し、入口開口３４２ｄ及び出口開口３４２ｅをそれぞれ形成する。入口開口３４２ｄは、入口ポート３４２ｆに連通されており、入口ポート３４２ｆを介して処理ガスが供給され得る。出口開口３４２ｅは、出口ポート３４２ｇに連通されており、出口ポート３４２ｇを介して処理ガスを排出し得る。

バルブ３４は、例えば、図３に示すように開閉動作する。図３は、バルブ３４の動作を示す図であり、図３（ａ）がバルブ３４の開状態を示し、図３（ｂ）がバルブ３４の閉状態を示す。

バルブ３４は、例えば、通常閉型（ノーマルクローズ型）であり、停電時等の異常時に作動用ガス（空気）の供給が止まれば自動的に閉まるように構成されている。

コントローラ５の制御のもとで高圧に調整された空気は、エアーレギュレータ７（図１参照）から補助制御ポート３４１ｃ（図２参照）を経由して空気室３４１ｅへ供給される。空気室３４１ｅにおける高圧の空気によりピストン３４１ｈがバルブアセンブリ３４２と反対側に押し上げられ、ピストン３４１ｈの上昇動作がピストンロッド３４１ｉ、ピストン３４１ｊ、及びピストンロッド３４１ｋ経由でバルブステム３４２ａに伝達される。これにより、バルブステム３４２ａがダイヤフラム３４２ｂを弁座３４２ｃへ押し付けた状態が解除されるので、バルブ（ダイヤフラムバルブ）３４が開状態になり、破線の矢印で示すように、入口開口３４２ｄから出口開口３４２ｅへ処理ガスが流され得る。

コントローラ５の制御のもとで空気室３４１ｅへの高圧空気の供給を停止すると、ばね３４１ｇの付勢によりピストン３４１ｊがバルブアセンブリ３４２側へ押し下げられ、ピストン３４１ｊの下降動作がピストンロッド３４１ｋ経由でバルブステム３４２ａに伝達される。これにより、バルブステム３４２ａがダイヤフラム３４２ｂを弁座３４２ｃへ押し付けた状態に戻るので、バルブ（ダイヤフラムバルブ）３４が閉状態になり、入口開口３４２ｄから出口開口３４２ｅへ処理ガスの流れが遮断される。

図１に示す半導体製造装置１による基板の処理を効率化するためには、処理室４への各処理ガス（処理ガスＡ、処理ガスＢ）の供給効率を向上させることが望まれる。しかし、図２、図３に示されるように、ダイヤフラム３４２ｂをバルブステム３４２ａで弁座３４２ｃ側へ押し付けたり解除したりして開閉動作を行うバルブ３４の構成上（又は高速で開閉動作させる動作上）、入口開口３４２ｄ及び出口開口３４２ｅの開口幅を大きくするなどの軽微な構成変更を行っても単一のバルブ３４で処理室４へのガス供給量を増加させるのが困難である。

そこで、本実施形態では、半導体製造装置１において、ガス供給源２及び処理室４の間におけるバルブ３４の接続を並列化することで、処理室４への各処理ガスの供給効率の向上を図る。

具体的には、各ガス供給系３を図１に示すように構成する。以下では、処理ガスＡについての構成を中心に説明するが、他の処理ガス（処理ガスＢなど）についての構成も処理ガスＡについての構成と同様である。また、説明の簡略化のため、処理ガスＡを単に処理ガスとし、ガス供給源２−Ａを単にガス供給源２とし、ガス供給系３−Ａを単にガス供給系３として説明する。

ガス供給系３は、バルブ３１、フィルタンク３２、複数のバルブ３４−１〜３４−３、及びガス供給経路としてのガス供給管３６，３７−１〜３７−３，３８を有する。図１では、接続が並列化されるバルブ３４の数が３つである場合が例示されているが、接続が並列化されるバルブ３４の数は、２つでもよいし、４つ以上でもよい。

バルブ３１は、ガス供給源２及びフィルタンク３２の間に配されている。バルブ３１は、開閉弁であり、コントローラ５により開閉制御され得る。フィルタンク３２は、処理ガスが充填可能に構成されている。フィルタンク３２は、コントローラ５によりバルブ３１が開状態に制御されると、ガス供給源２から処理ガスが供給され充填される。

ガス供給管３６は、フィルタンク３２内の空間に連通され、フィルタンク３２内の処理ガスを複数のガス供給管３７−１〜３７−３へ流す。複数のガス供給管３７−１〜３７−３は、ガス供給管３６とガス供給管３８との間で互いに並列に接続されている。

複数のバルブ３４−１〜３４−３は、複数のガス供給管３７−１〜３７−３に対応している。各バルブ３４−１〜３４−３は、複数のガス供給管３７−１〜３７−３のうちの対応する１つに配されている。バルブ３４−１は、ガス供給管３７−１に配され、例えばダイヤフラムバルブであり、コントローラ５の制御のもとでエアーレギュレータ７−１を介して開閉制御される。バルブ３４−２は、ガス供給管３７−２に配され、例えばダイヤフラムバルブであり、コントローラ５の制御のもとでエアーレギュレータ７−２を介して開閉制御される。バルブ３４−３は、ガス供給管３７−３に配され、例えばダイヤフラムバルブであり、コントローラ５の制御のもとでエアーレギュレータ７−３を介して開閉制御される。

なお、各バルブ３４−１〜３４−３は、図２に示すように構成され得る。また、各バルブ３４−１〜３４−３は、図３に示すように開閉動作し得る。

図１に示すガス供給管３７−１におけるバルブ３４−１の上流側は、ガス供給管３６に連通され、ガス供給管３７−１におけるバルブ３４−１の下流側は、ガス供給管３８に連通されている。ガス供給管３７−２におけるバルブ３４−２の上流側は、ガス供給管３６に連通され、ガス供給管３７−２におけるバルブ３４−２の下流側は、ガス供給管３８に連通されている。ガス供給管３７−３におけるバルブ３４−３の上流側は、ガス供給管３６に連通され、ガス供給管３７−３におけるバルブ３４−３の下流側は、ガス供給管３８に連通されている。複数のガス供給管３７−１〜３７−３は、それぞれ、対応するバルブ３４が開状態に制御された際に、フィルタンク３２内からガス供給管３６を介して供給された処理ガスをガス供給管３８へ流す。ガス供給管３８は、処理室４に連通され、ガス供給管３６及び複数のガス供給管３７−１〜３７−３を介して供給された処理ガスを処理室４へ供給する。

図１に示す複数のバルブ３４−１〜３４−３の並列構成では、ガス供給管３６からバルブ３４−２までの配管長さに比べてガス供給管３６からバルブ３４−１，３４−３までの配管長さが長い図が模式的に（２次元的に）示されているが、図４及び図５に示す構成で実装することでガス供給管３６から各バルブ３４までの配管長さを３次元的に均等にすることができる。図４は、図１に二点鎖線で囲った部分に相当する複数のバルブ３４−１〜３４−８の実装構成を示す平面図である。図５は、複数のバルブ３４−１，３４−５の実装構成を示す断面図であり、図４の構成をＡ’−Ａ線で切った場合の断面を示している。図４では、接続が並列化されるバルブ３４の数が８つである場合が例示されている。

例えば、図４に示すように、上流側のガス供給管３６からガス供給管３７−１〜３７−３を介して下流側のガス供給管３８に至るガス供給経路に対して、複数のバルブ３４−１〜３４−８を放射状に接続する。すなわち、フィルタンク３２に連通されたガス供給管３６に対して複数のバルブ３４−１〜３４−８を放射状に連通接続させ、図５に示すように、ガス供給管３６の中心軸ＣＡの延長線上にガス供給管３８を配置し、処理室４に連通されたガス供給管３８に対しても複数のバルブ３４−１〜３４−８を放射状に連通接続させる。さらに処理室４も中心軸ＣＡの延長線上に配置する。すなわち、図４、図５に示すように、ガス供給管３６の下流端からガス供給管３７−１〜３７−８経由でバルブ３４−１〜３４−８の入口ポート３４２ｆへ連通接続し、バルブ３４−１〜３４−８の出口ポート３４２ｇからガス供給管３７−１〜３７−８経由でガス供給管３８の上流端へ連通接続する。

図４及び図５に示す実装構成により、ガス供給管３６から各バルブ３４までの配管長を均等にでき、各バルブ３４からガス供給管３８までの配管長を均等にできるので、各バルブ３４を介して処理室４へ供給される処理ガスの流量を略均等にすることができる。

次に、コントローラ５による複数のバルブ３４−１〜３４−３の制御について図６を用いて説明する。図６は、複数のバルブ３４−１〜３４−３の動作を示すタイミングチャートである。

コントローラ５は、図６に示すように、複数のバルブ３４−１〜３４−３を順次に開閉させる。すなわち、コントローラ５は、複数のバルブ３４−１〜３４−３を開状態にする期間（開期間）が互いに重ならないようにしながら開期間がバルブ３４−１→バルブ３４−２→バルブ３４−３→バルブ３４−１という具合に順次にローテーションされるように制御する。これにより、複数のガス供給管３７−１〜３７−３における処理ガスの流量のパルスの波形が複数のバルブ３４−１〜３４−３の開期間に対応したものとなる。すなわち、複数のガス供給管３７−１〜３７−３における処理ガスの流量のパルスの波形の位相をずらすように複数のバルブ３４−１〜３４−３を順次に開閉制御するので、複数のガス供給管３７−１〜３７−３から合流するガス供給管３８における処理ガスの流量のパルス波形は、図６に示すように、各ガス供給管３７−１，３７−２，３７−３に比べて、並列数分周波数が高められ得る。これにより、処理室４への処理ガスの供給効率を向上できる。

以上のように、第１の実施形態では、半導体製造装置１において、ガス供給源２及び処理室４の間におけるバルブ３４の接続を並列化する。これにより、例えば、複数のバルブ３４−１〜３４−３を順次に開閉制御して処理ガスの流量のパルス波形の周波数を高めることができるので、処理室４への処理ガスの供給効率を向上できる。

なお、各バルブ３４は、通常閉型（ノーマルクローズ型）に限定されず、通常開型（ノーマルオープン型）であってもよい。あるいは、複数のバルブ３４−１〜３４−３のうち、一部のバルブが通常閉型（ノーマルクローズ型）で他のバルブが通常開型（ノーマルオープン型）であってもよい。

あるいは、各バルブ３４は、空気圧式アクチュエータを用いたダイヤフラムバルブに限定されず、例えば、油圧式アクチュエータを用いたダイヤフラムバルブであってもよいし、電気機械式アクチュエータを用いたダイヤフラムバルブであってもよい。

あるいは、コントローラ５は、複数のバルブ３４−１〜３４−３の開閉タイミングを互いに同期させてもよい。図７は、複数のバルブ３４−１〜３４−３の動作の変形例を示すタイミングチャートである。例えば、図７に示すように、複数のバルブ３４−１〜３４−３をほぼ同時に開状態にしほぼ同時に閉状態にする動作を周期的に行うことができる。これにより、複数のガス供給管３７−１〜３７−３における処理ガスの流量のパルスの波形が複数のバルブ３４−１〜３４−３の開期間に対応したものとなる。すなわち、複数のガス供給管３７−１〜３７−３における処理ガスの流量のパルスの波形ピークがそれぞれ流量Ｆであるとすると、複数のガス供給管３７−１〜３７−３から合流するガス供給管３８における処理ガスの流量のパルスの波形ピークは、並列数×流量Ｆ（図７の場合、３×Ｆ）になる。したがって、複数のガス供給管３７−１〜３７−３から合流するガス供給管３８における処理ガスの流量のパルス波形の振幅は、図７に示すように、各ガス供給管３７−１，３７−２，３７−３に比べて、並列数分大きくすることができる。これにより、処理室４への処理ガスの供給効率を向上できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体製造装置２０１について説明する。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。

第１の実施形態では、ガス供給源２及び処理室４の間におけるバルブ３４の接続を並列化することで処理室４への各処理ガスの供給効率の向上を図っているが、第２の実施形態では、バルブ３４自体の構成を工夫することで処理室４への各処理ガスの供給効率の向上を図る。

図８は、半導体製造装置２０１の構成を示す図である。具体的には、半導体製造装置２０１は、図８に示すように、ガス供給系３−Ａ、ガス供給系３−Ｂ（図１参照）に代えて、ガス供給系２０３−Ａ、ガス供給系２０３−Ｂを有する。ガス供給系２０３−Ａは、ガス供給源２−Ａ及び処理室４の間に配され、コントローラ５の制御のもとで、処理ガスＡを処理室４へ供給する。ガス供給系２０３−Ｂは、ガス供給源２−Ｂ及び処理室４の間に配され、コントローラ５の制御のもとで、処理ガスＢを処理室４へ供給する。

例えば、処理ガスについての各ガス供給系２０３を図８に示すように構成する。以下では、処理ガスＡについての構成を中心に説明するが、他の処理ガス（処理ガスＢなど）についての構成も処理ガスＡについての構成と同様である。また、説明の簡略化のため、処理ガスＡを単に処理ガスとし、ガス供給源２−Ａを単にガス供給源２とし、ガス供給系２０３−Ａを単にガス供給系２０３として説明する。

ガス供給系２０３は、フィルタンク３２（図１参照）に代えてフィルタンク２３２を有し、複数のバルブ３４−１〜３４−３（図１参照）に代えてポンプバルブ２３４を有し、逆止バルブ２３３をさらに有する。

ポンプバルブ２３４は、ガス供給管３６とガス供給管３８との間のガス供給管３７に配され、配管内における処理ガスを加圧可能に構成されている。ポンプバルブ２３４は、ポンプ機構２３４１及び開閉機構２３４２を有する。ポンプ機構２３４１は、図２に示すアクチュエータアセンブリ３４１と同様の構成に加えて、ピストンロッド３４３ａ及びピストン３４３ｂ（図１１参照）を有する。開閉機構２３４２は、バルブ（例えば、ダイヤフラムバルブ）３４と同様に構成される。

ポンプ機構２３４１において、補助制御ポート３４１ｃ（図１１参照）は、エアーレギュレータ３０８（図８参照）からコントローラ５により例えば高圧に調整された作動用ガス（空気）が供給可能に構成されている。エアーレギュレータ３０８は、モータ、コンプレッサ、及び開閉弁などを含む。コントローラ５は、モータの回転動作を制御することでコンプレッサによる空気の圧縮動作を制御し、開閉弁を開閉制御することで補助制御ポート３４１ｃへの高圧空気の供給の有無を制御できる。

ピストンロッド３４３ａは、アクチュエータアセンブリ３４１におけるピストンロッド３４１ｋとピストン３４３ｂとを連結し、ピストンロッド３４１ｋの動きをピストン３４３ｂへ伝達する。例えば、コントローラ５は、ポンプ機構２３４１による処理ガスの加圧動作と開閉機構２３４２による開閉動作とを同期させることができる。すなわち、ポンプ機構２３４１及び開閉機構２３４２が連携して一体的なポンプバルブ２３４として動作し得る。これにより、ポンプバルブ２３４は、上流側から供給された処理ガスを加圧して下流側に供給可能であり、処理ガスを加圧可能でないバルブ３４に比べて単位時間当たりに処理室４側へ供給可能なガス流量を増加させることができる。

逆止バルブ２３３は、バルブ（例えば、ダイヤフラムバルブ）３４がポンプバルブ２３４に変更されたことに伴い、ガス供給管３６に機械的に挿入されている。逆止バルブ２３３は、フィルタンク２３２からポンプバルブ２３４へ向かう処理ガスの流れを許容し、ポンプバルブ２３４からフィルタンク２３２へ向かう処理ガスの逆流を阻止し得る。これにより、逆止バルブ２３３は、ポンプバルブ２３４による配管内の処理ガスの加圧時に、ポンプバルブ２３４からフィルタンク２３２へ向かう処理ガスの逆流を防止できる。

フィルタンク２３２は、ガス供給源２とポンプバルブ２３４との間に配されている。フィルタンク２３２は、処理ガスを充填させる容量が可変に構成されている。フィルタンク２３２は、図１１に示すように、ピストンロッド２３２ａ、ピストン２３２ｂ、Ｏリング２３２ｃ、壁部２３２ｄ、及び充填室２３２ｅを有する。

フィルタンク２３２において、ピストンロッド２３２ａは、コントローラ５による制御のもと、モータ３０９により上下方向に駆動され得る。ピストンロッド２３２ａは、モータ３０９により駆動された動きをピストン２３２ｂへ伝達する。Ｏリング２３２ｃは、充填室２３２ｅをピストン２３２ｂ上方の空間からシールしている。これにより、ピストン２３２ｂ及び壁部２３２ｄで囲まれた充填室２３２ｅの容積がコントローラ５により変更され得る。例えば、フィルタンク２３２は、処理室４における基板の処理条件に応じて、フィルタンク２３２内に充填される処理ガスの量（圧力）を調整できる。

次に、半導体製造装置２０１の動作について図９乃至図１２を用いて説明する。図９は、半導体製造装置２０１の動作を示すフローチャートである。図１０乃至図１２は、半導体製造装置２０１の動作を示す図である。図９乃至図１２では、半導体製造装置２０１における１つの処理ガス（例えば、処理ガスＡ）のガス供給系２０３（例えば、ガス供給系２０３−Ａ）の動作を例示的に説明するが、他のガス供給系２０３（例えば、ガス供給系２０３−Ｂ）についても同様に行われ得る。

半導体製造装置２０１において、ＡＬＤサイクル等の基板処理サイクルに先立つ初期設定として、開始すべき基板の処理条件に応じて、ガス供給系２０３におけるフィルタンク２３２の体積を調整する（Ｓ１）。例えば、図１０に破線の矢印で示すようにピストン２３２ｂが稼働して充填室２３２ｅの容積が変更され得る。このとき、バルブ３１、逆止バルブ２３３、開閉機構２３４２はいずれも閉状態であり、ポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂは最上位置に固定されている。また、図１０に破線で示すように、各配管はノンアクティブ状態である。

ガス供給系２０３は、ＡＬＤサイクル等の基板処理サイクルとして、Ｓ２〜Ｓ７の処理を行う。

具体的には、ガス供給系２０３は、バルブ３１を開き、ガス供給源２から処理ガスをフィルタンク２３２へ送り、フィルタンク２３２内の圧力を上昇させる（Ｓ２）。このとき、逆止バルブ２３３、開閉機構２３４２はいずれも閉状態であり、ポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂは最上位置に固定されている。また、図１０に実線で示すように、ガス供給源２から逆止バルブ２３３までの配管がアクティブ状態であるが、破線で示すように、逆止バルブ２３３から下流側の各配管はノンアクティブ状態である。

ガス供給系２０３は、フィルタンク２３２内への処理ガスの充填が完了すると（Ｓ３）、バルブ３１を閉じる。このとき、バルブ３１、逆止バルブ２３３、開閉機構２３４２はいずれも閉状態であり、ポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂは最上位置に固定されている。また、図１０に破線で示すように、各配管はノンアクティブ状態である。

ガス供給系２０３は、フィルタンク２３２内の処理ガスの圧力が逆止バルブ２３３及び開閉機構２３４２の間の配管内の圧力より高いことに応じて、逆止バルブ２３３が作動し始め開状態になり、フィルタンク２３２からポンプバルブ２３４側への処理ガスの供給が開始される（Ｓ４）。このとき、バルブ３１、開閉機構２３４２はいずれも閉状態であり、ポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂは最上位置に固定されている。また、図１０に実線で示すように、バルブ３１から開閉機構２３４２までの配管がアクティブ状態であるが、破線で示すように、バルブ３１より上流側の配管と開閉機構２３４２より下流側の配管はノンアクティブ状態である。

ガス供給系２０３は、ポンプバルブ２３４におけるポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂを下降させると同時に開閉機構２３４２を開く（Ｓ５）。このとき、バルブ３１、逆止バルブ２３３はいずれも閉状態である。また、図１０に破線で示すように、ガス供給源２から逆止バルブ２３３までの配管がノンアクティブ状態であるが、実線で示すように、逆止バルブ２３３から下流側の各配管はアクティブ状態である。これにより、図１１に示すように、逆止バルブ２３３から開閉機構２３４２に至る配管内の処理ガスがポンプ機構２３４１で加圧されるとともに開閉機構２３４２側へ送り込まれ、加圧された処理ガスが開閉機構２３４２の入口開口３４２ｄから出口開口３４２ｅへ流され処理室４側へ供給される。なお、ポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂを下降させるスピードは、処理ガスの供給時間（流量のパルス波形のパルス幅）に依存して調整され得る。

ガス供給系２０３は、ポンプバルブ２３４におけるポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂが最下位置に達するのと略同時に開閉機構２３４２を閉じる（Ｓ６）。このとき、逆止バルブ２３３、開閉機構２３４２はいずれも閉状態である。また、図１０に破線で示すように、ガス供給源２から開閉機構２３４２までの配管がノンアクティブ状態であるが、実線で示すように、開閉機構２３４２から下流側の配管はアクティブ状態である。

ガス供給系２０３は、ポンプバルブ２３４におけるポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂを最上位置まで上昇させる（Ｓ７）。このとき、開閉機構２３４２が閉状態であり、バルブ３１、逆止バルブ２３３はいずれも開状態である。また、図１０に破線で示すように、開閉機構２３４２から下流側の配管がノンアクティブ状態であるが、実線で示すように、ガス供給源２から開閉機構２３４２までの各配管はアクティブ状態である。これにより、図１２に示すように、ガス供給源２から開閉機構２３４２に至る配管内に処理ガスが供給される。なお、ポンプ機構２３４１のピストン３４３ｂを上昇させるスピードは、最速のスピードにすることができる。

半導体製造装置２０１は、現在の処理条件に従った基板処理サイクルを継続する場合（Ｓ８でＹｅｓ）、処理をＳ２に戻し、現在の処理条件に従った基板処理サイクルを終了する場合（Ｓ８でＮｏ）、処理をＳ９へ進める。半導体製造装置２０１は、他の処理条件に従った基板処理サイクルを行いたい場合（Ｓ９でＹｅｓ）、処理をＳ１に戻し、他の処理条件に従った基板処理サイクルを行う予定がない場合（Ｓ９でＮｏ）、処理を終了する。

なお、基板処理サイクルにおける各ステップ（Ｓ２〜Ｓ７のそれぞれ）は、例えば１秒未満の高速に行われ得る。また、基板処理サイクル（Ｓ２〜Ｓ７）における処理室４のパージ動作は、Ｓ６〜Ｓ７で行われ得る。

以上のように、第２の実施形態では、半導体製造装置２０１の各ガス供給系２０３において、ポンプバルブ２３４が、上流側から供給された処理ガスを加圧して下流側に供給可能であり、処理ガスを加圧可能でないバルブ３４に比べて単位時間当たりに処理室４側へ供給可能なガス流量を増加させることができる。これにより、処理室４への処理ガスの供給効率を向上できる。

また、第２の実施形態では、半導体製造装置２０１の各ガス供給系２０３において、フィルタンク２３２は、処理ガスを充填させる容量が可変に構成されている。これにより、フィルタンク２３２内に充填される処理ガスの量（圧力）を処理室４における基板の処理条件に応じた適切な量に調整できるので、この観点からも、処理室４への処理ガスの供給効率を向上できる。

なお、各ガス供給系２０３における逆止バルブ２３３は、図９及び図１０に示すタイミング動作を実現可能であれば、コントローラ５により開閉制御される開閉弁に置き換えられてもよい。

あるいは、半導体製造装置２０１は例えばＡＬＤ装置であるが、本実施形態の考え方は、処理室４へ処理ガスを供給して基板を処理する装置であれば他の半導体製造装置にも適用可能である。例えば、半導体製造装置２０１は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などの成膜装置であってもよいし、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置などのエッチング装置であってもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体製造装置３０１について説明する。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。

第１の実施形態では、複数のバルブ３４の並列構成における各バルブ３４の流量の均等化を３次元的な実装構成の工夫で実現しているが、第３の実施形態では、並列構成における各流量の均等化をバルブ３４及びポンプバルブ２３４の併用で実現する。

図１３は、半導体製造装置３０１の構成を示す図である。具体的には、半導体製造装置３０１は、図１３に示すように、ガス供給系３−Ａ、ガス供給系３−Ｂ（図１参照）に代えて、ガス供給系３０３−Ａ、ガス供給系３０３−Ｂを有する。ガス供給系３０３−Ａは、ガス供給源２−Ａ及び処理室４の間に配され、コントローラ５の制御のもとで、処理ガスＡを処理室４へ供給する。ガス供給系３０３−Ｂは、ガス供給源２−Ｂ及び処理室４の間に配され、コントローラ５の制御のもとで、処理ガスＢを処理室４へ供給する。

例えば、処理ガスについての各ガス供給系３０３を図１３に示すように構成する。以下では、処理ガスＡについての構成を中心に説明するが、他の処理ガス（処理ガスＢなど）についての構成も処理ガスＡについての構成と同様である。また、説明の簡略化のため、処理ガスＡを単に処理ガスとし、ガス供給系３０３−Ａを単にガス供給系３０３として説明する。

ガス供給系３０３は、複数のバルブ３４−１，３４−３（図１参照）に代えて複数のポンプバルブ２３４−１，２３４−３を有し、逆止バルブ２３３をさらに有する。各ポンプバルブ２３４−１，２３４−３は、第２の実施形態におけるポンプバルブ２３４と同様である。逆止バルブ２３３がポンプバルブ２３４への変更に伴いガス供給管３６に機械的に挿入されている点も第２の実施形態と同様である。

例えば、図１に示すように、複数のバルブ３４−１〜３４−３の並列構成における複数のガス供給管３７−１〜３７−３を２次元的に実装した場合、ガス供給管３６からバルブ３４−２までの配管長さに比べてガス供給管３６からバルブ３４−１，３４−３までの配管長さが長くなる。そのため、図１の構成における配管長さの長い配管に対応したバルブ３４−１，３４−３をバルブ３４−２よりガス供給能力の高いポンプバルブ２３４−１、ポンプバルブ２３４−３に置き換えて図１３に示すポンプバルブ２３４−１、バルブ３４−２、ポンプバルブ２３４−３の並列接続を構成する。これにより、ガス供給管３７−１〜３７−３における配管長さの違いにより生じ得る配管内の処理ガスの圧力差をポンプバルブ２３４−１，２３４−３とバルブ３４−２とのガス供給能力の違いで吸収でき、並列構成における各流量の均等化を実現できる。

以上のように、第３の実施形態では、半導体製造装置３０１において、図１の構成における配管長さの長い配管に対応したバルブ３４−１，３４−３をバルブ３４−２よりガス供給能力の高いポンプバルブ２３４−１、ポンプバルブ２３４−３に置き換えて図１３に示すポンプバルブ２３４−１、バルブ３４−２、ポンプバルブ２３４−３の並列接続を構成する。これにより、並列構成における各流量の均等化を実現できる。

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。

１，２０１，３０１ 半導体製造装置、４ 処理室、５ コントローラ、３２，２３２ フィルタンク、３４，３４−１〜３４−８ バルブ、３７，３７−１〜３７−３ ガス供給管、２３４，２３４−１，２３４−３ ポンプバルブ。

Claims (5)

1. 基板が処理される処理室と、
   ガス供給源と前記処理室との間に配された第１のガス供給管と、
   前記第１のガス供給管に配され、第１の開口を形成する第１の弁座と第１のダイヤフラムと前記第１のダイヤフラムを前記第１の弁座に押し付け可能である第１の押し付け部材とを有する第１のバルブと、
   前記ガス供給源と前記処理室との間に配され、前記第１のガス供給管に対して並列に接続された第２のガス供給管と、
   前記第２のガス供給管に配され、第２の開口を形成する第２の弁座と第２のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムを前記第２の弁座に押し付け可能である第２の押し付け部材とを有する第２のバルブと、
   を備えた半導体製造装置。
2. 前記第１のバルブと前記第２のバルブとは、前記第１のガス供給管及び前記第２のガス供給管の上流側から下流側に至るガス供給経路に対して放射状に接続されている
   請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを順次に開閉させるコントローラをさらに備えた
   請求項１又は２に記載の半導体製造装置。
4. 基板を処理する処理室と、
   ガス供給源と前記処理室とを接続するガス供給管と、
   前記ガス供給管に配され、処理ガスを加圧可能であるポンプバルブと、
   を備えた半導体製造装置。
5. 前記ポンプバルブは、
   開口を形成する弁座と、ダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを前記弁座に押し付け可能である押し付け部材とを有する開閉機構と、
   前記開口の上流側に配された加圧機構と、
   を有し、
   前記開閉機構を開状態にするタイミングと前記加圧機構により処理ガスを加圧するタイミングとを同期させるコントローラをさらに備えた
   請求項４に記載の半導体製造装置。