JP6324870B2 - ガス供給機構及び半導体製造装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、ガス供給機構及び半導体製造装置に関する。
半導体デバイスの製造においては、被処理体に微細なパターンを形成するために、被処理基体に対して成膜、及びエッチングといった種々の処理が行われる。このような処理は、例えば処理容器内においてガスのプラズマを生成し、被処理体を当該プラズマに晒すことによって行われる。近年、被処理体に形成されるパターンは、微細化される傾向にあり、これに伴って、益々精密な加工技術が要求されるようになっている。このような微細なパターンを形成するために、異なる種類のガスを交互に供給して被処理体にパターンを形成する技術が知られている。
例えば特許文献１には、堆積性ガスを供給して該ガスのプラズマを生成する工程と、エッチングガスを供給して該ガスのプラズマを生成する工程とを交互に繰り返すことで被処理体に深穴を形成することが記載されている。このような処理を行うために、特許文献１に記載の装置は、ガス供給源、シャワーヘッド、並びに、第１及び第２のガス供給ラインを備えている。第１のガス供給ラインは、ガス供給源から供給されたエッチングガスをシャワーヘッドの内部に形成されたガス拡散室に導入する。また、第２のガス供給ラインは、ガス供給源から供給された堆積性ガスをガス拡散室に導入する。第１のガス供給ライン及び第２のガス供給ラインのそれぞれには、ガス拡散室に対するガスの供給及び供給の停止を切り替えるバルブが設けられている。
特許文献１に記載の装置では、シャワーヘッドに供給するガスをエッチングガスから堆積性ガスに切り換える直前に、第２のガス供給ラインのバルブが閉鎖された状態で当該第２のガス供給ラインに堆積性ガスが供給される。これにより、バルブよりも上流側において第２のガス供給ラインの内部圧力が高められる。その結果、第２のガス供給ラインの内部（上流側の内部）とガス拡散室の内部との間に圧力差が生じる。そして、シャワーヘッドに供給するガスをエッチングガスから堆積性ガスに切り換えるときに、第２のガス供給ラインのバルブを開放することで堆積性ガスをガス拡散室に急速に流入させる。また、シャワーヘッドに供給するガスを堆積性ガスからエッチングガスに切り換える直前に、第１のガス供給ラインのバルブが閉鎖された状態で当該第１のガス供給ラインに堆積性ガスが供給される。これにより、バルブよりも上流側において第１のガス供給ラインの内部圧力が高められる。そして、シャワーヘッドに供給するガスを堆積性からエッチングガスに切り換えるときに、第１のガス供給ラインのバルブを開放することでエッチングガスをガス拡散室に急速に流入させる。このように、特許文献１に記載の装置では、ガス供給ライン内のガスを拡散室に急速に流入させることにより、堆積性ガスのプラズマを生成する工程とエッチングガスのプラズマを生成する工程との切り替え時間の短縮化を試みている。
特開２０１３−１９７１８３号公報
ガスの切り替え時間を短くするためには、被処理体が処理される処理空間の圧力を早期に安定させることが必要である。しかしながら、特許文献１に記載の装置のように、ガス供給ラインの内部とシャワーヘッドの拡散室の内部との間で圧力差を生じさせた場合には、処理容器の内部空間を早期に安定させることが困難となる。以下、図１５を参照してその理由を説明する。
図１５は、特許文献１と同様のプラズマ処理装置を用いて、処理空間にガスを供給したときの処理空間におけるガス圧力の時間変化を示すグラフである。図１５の（ａ）は、ガス供給ラインと拡散室との間に圧力差を設けてから処理空間にガスを供給するという条件下での処理空間内のガス圧力の時間変化を示している。この条件下では、図１５の（ａ）に示すように、ガス供給の初期において処理空間内のガス圧力が急激に上昇するが、その後、処理空間のガス圧力が目標圧力（図１５の（ａ）の例では、１４０ｍＴｏｒｒ）を超えてしまう。即ち、ガス供給ラインと拡散室との間に圧力差を生じさせると、その圧力差によってガス供給ライン内のガスが処理空間に向けて過剰に押し出されるので、ガス圧力の制御にオーバーシュートが発生する。このようにオーバーシュートが発生すると、処理容器内のガスが排気されてガス圧力が目標値に安定するまでに長い時間を要することになる。よって、処理空間のガス圧力が安定するまでの時間を短縮化することが困難となる。
一方、発明者は、バルブの開閉を高速に切り替えながら処理容器内にガスを供給することで、処理空間の圧力を早期に目標圧力に安定させることができることを見出した。図１５の（ｂ）は、ガス供給ラインと拡散室との間に圧力差を生じさせ、且つ、バルブの開閉を高速に切り替えながら処理空間にガスを供給した条件下での処理空間のガス圧力の時間変化を示している。この条件下では、図１５の（ｂ）に示すように、オーバーシュートの発生を防止することができ、その結果、処理空間のガス圧力を早期に安定させることができることが確認された。
上述の結果から、特許文献１に記載の装置においても、ガス供給ラインのバルブを高速に開閉させながら処理容器内にガスを供給する制御を行えば、ガスの切り替え時間を短くすることが可能であると考えられる。しかしながら、一般的なダイヤフラム式のバルブは、耐久性が低く、高頻度で開閉を行うと接点部の摩耗等によって短期間で破損してしまうことがある。したがって、特許文献１に記載の装置において、高頻度でバルブを開閉させるような制御を行うと、装置の稼働率が低下する恐れがある。
よって、本技術分野では、処理空間の圧力を早期に安定させることができると共に、高い耐久性を有するガス供給機構及び半導体製造装置を提供することが要請されている。
一態様では、半導体製造装置にガスを供給するためのガス供給機構が提供される。このガス供給機構は、ガスソースと半導体製造装置とを接続する配管と、配管の途中に設けられたバルブと、を備え、バルブは、板厚方向に延びる軸線を中心に回転可能なプレートと、プレートを収容するようプレートに沿って該プレートに非接触に設けられたハウジングであり、配管と共にガス供給経路を提供する該ハウジングと、を有し、プレートには、軸線を中心に延在し且つガス供給経路と交差する円周上の位置において該プレートを貫通する貫通孔が形成されている。
一態様に係るガス供給機構では、プレートの貫通孔がガス供給経路上に位置するときには、ガスが貫通孔を介してバルブを通過可能となるので、ガス供給経路のコンダクタンスが増加する。一方、貫通孔がガス供給経路上に位置しないときには、プレートがガスの流れを阻害するので、ガス供給経路のコンダクタンスが低下する。即ち、本ガス供給機構では、ガス供給経路に対する貫通孔の位置の変化に応じて、ガス供給経路のコンダクタンスが変化する。したがって、このガス供給機構は、当該プレートを回転させることでバルブを高速に開閉させることと同等の機能を発揮する。故に、かかるガス供給機構によれば、半導体製造装置の処理空間の圧力を早期に安定させることが可能である。更に、このプレートは、ハウジングに対して非接触で設けられているので、高い耐久性を有している。
一実施形態では、プレートを回転させる駆動部と、プレートの回転角を制御するために駆動部を制御する制御部と、を更に備えていてもよい。また、一実施形態では、駆動部は、プレートを回転させるモータを含み、モータは、軸線上で延在しプレートに連結される出力軸を有していてもよい。かかる構成によれば、プレートを高速で回転させることができるので、半導体製造装置の処理空間の圧力を早期に安定させることができる。
一実施形態では、駆動部は、筒状の固定子と、固定子の内側において該固定子と同軸に設けられた筒状の回転子と、を有し、プレートは、回転子の内孔の中に設けられており、該回転子に結合されていてもよい。かかる構成によれば、ハウジングの外からモータの出力軸をハウジング内に挿入する必要がないので、ハウジングの密閉性を向上することができる。
一実施形態では、軸線に対して直交する方向における貫通孔の幅は、軸線に対して周方向において変化していてもよい。この構成によれば、バルブを通過するガスの流量を時間的に変化させることが可能となる。
処理空間の圧力を早期に安定させることができると共に、高い耐久性を有するガス供給機構及び半導体製造装置を提供することができる。
一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 （ａ）は第１の動作モードに設定されたバルブの断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すプレートの平面図である。 （ａ）は第２の動作モードに設定されたバルブの断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すプレートの平面図である。 （ａ）は第３の動作モードに設定されたバルブの断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すプレートの平面図である。 プレートと同一平面上での流路の断面積、及び、処理空間に供給されるガスの流量の時間変化を示す図である。 一実施形態に係るガス供給機構を用いたガス供給方法を示す流れ図である。 別の実施形態に係るバルブを概略的に示す断面図である。 更に別の実施形態に係るバルブを概略的に示す断面図である。 第１のプレート及び第２のプレートの平面図である。 更に別の実施形態に係るバルブを概略的に示す断面図である。 （ａ）はプレートの変形例を示す平面図であり、（ｂ）プレートと同一平面上での流路の断面積、及び、処理空間に供給されるガスの流量の時間変化を示す図である。 （ａ）はプレートの別の変形例を示す平面図であり、（ｂ）はプレートと同一平面上での流路の断面積、及び、処理空間に供給されるガスの流量の時間変化を示す図である。 （ａ）はプレートの更に別の変形例を示す平面図であり、（ｂ）はプレートと同一平面上での流路の断面積、及び、処理空間に供給されるガスの流量の時間変化を示す図である。 （ａ）はプレートの更に別の変形例を示す図であり、（ｂ）はプレートと同一平面上での流路の断面積、及び、処理空間に供給されるガスの流量の時間変化を示す図である。 処理空間のガス圧力の時間変化を示す図である。
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。
図１は、一実施形態に係る半導体製造装置を概略的に示す図である。図１には、半導体製造装置の一例であるプラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。プラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、その表面は陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
処理容器１２の側壁には被処理体Ｗの搬入出口１２ｇが設けられている。この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。また、処理容器１２の側壁上端には、当該側壁から上方に延びるように、接地導体１２ａが搭載されている。接地導体１２ａは、略円筒形状を有している。
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒状の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、その内壁面において、下部電極１６を支持している。下部電極１６は、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状を有している。
下部電極１６には、整合器ＭＵ１を介して第１の高周波電源ＨＦＳが接続されている。第１の高周波電源ＨＦＳは、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。整合器ＭＵ１は、第１の高周波電源ＨＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
また、下部電極１６には、整合器ＭＵ２を介して第２の高周波電源ＬＦＳが接続されている。第２の高周波電源ＬＦＳは、被処理体Ｗにイオンを引き込むための高周波電力（高周波バイアス電力）を発生して、当該高周波バイアス電力を下部電極１６に供給する。高周波バイアス電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。整合器ＭＵ２は、第２の高周波電源ＬＦＳの出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
下部電極１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、下部電極１６と共に被処理体Ｗを支持するための載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被処理体Ｗを吸着保持することができる。
下部電極１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、被エッチング層の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン、又は石英から構成され得る。
下部電極１６の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置された被処理体Ｗの温度が制御される。
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１８の上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給する。
一実施形態においてプラズマ処理装置１０は、デポシールド４６を更に備え得る。デポシールド４６は、処理容器１２の内壁に沿って着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。このデポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
また、処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向において被処理体Ｗと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。
また、処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。
また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を更に備えている。上部電極３０は、下部電極１６の上方において、当該下部電極１６と対向配置されている。下部電極１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極１６との間には、被処理体Ｗにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成されている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａ及び複数のガス吐出孔３４ｂを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。また、電極支持体３６の内部には、第１のガス拡散室３８ａ及び第２のガス拡散室４０ａが設けられている。第１のガス拡散室３８ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス流通孔３８ｂが下方に延びている。また、第２のガス拡散室４０ａからは、ガス吐出孔３４ｂに連通する複数のガス流通孔４０ｂが下方に延びている。
第１のガス拡散室３８ａには、第１のガス供給機構１Ａ及び第１の流量制御器ＦＣ１を介して第１のガスソースＧＳ１が接続されている。第１のガスソースＧＳ１は、例えば被処理体Ｗをエッチングするための第１のガスのガス源である。第１の流量制御器ＦＣ１は、その上流側において第１のガスソースＧＳ１に接続されており、その下流側においては第１のガス供給機構１Ａに接続されている。第１の流量制御器ＦＣ１は、第１のガス供給機構１Ａの第１の配管４２に対する第１のガスソースＧＳ１からの第１のガスの供給及び供給の停止を制御し、また、第１の配管４２に供給する第１のガスの流量を制御するように構成されている。この第１の流量制御器ＦＣ１は、バルブ及びマスフローコントローラを含み得る。
また、第２のガス拡散室４０ａには、第２のガス供給機構１Ｂ及び第２の流量制御器ＦＣ２を介して第２のガスソースＧＳ２が接続されている。第２のガスソースＧＳ２は、例えば被処理体Ｗの表面に対して堆積性を有する第２のガスのガス源である。第２の流量制御器ＦＣ２は、その上流側において第２のガスソースＧＳ２に接続されており、その下流側においては第２のガス供給機構１Ｂに接続されている。第２の流量制御器ＦＣ２は、第２のガス供給機構１Ｂの第２の配管４４に対する第２のガスソースＧＳ２からの第２のガスの供給及び供給の停止を制御し、また、第２の配管４４に供給する第２のガスの流量を制御するように構成されている。この第２の流量制御器ＦＣ２は、バルブ及びマスフローコントローラを含み得る。
第１の流量制御器ＦＣ１及び第２の流量制御器ＦＣ２には、ガス制御部６７が接続されている。ガス制御部６７は、第１の流量制御器ＦＣ１及び第２の流量制御器ＦＣ２のそれぞれに制御信号を送信し、第１の流量制御器ＦＣ１及び第２の流量制御器ＦＣ２を制御する。具体的に、ガス制御部６７は、第１の流量制御器ＦＣ１に対して制御信号を送出することにより、第１のガスソースＧＳ１からの第１のガスの供給及び供給の停止を制御し、また、第１のガスの流量を制御する。また、ガス制御部６７は、第２の流量制御器ＦＣ２に対して制御信号を送出することにより、第２のガスソースＧＳ２からの第２のガスの供給及び供給の停止を制御し、また、第２のガスの流量を制御する。
以下、図１〜４を参照して、第１のガス供給機構１Ａ及び第２のガス供給機構１Ｂについて説明する。第１のガス供給機構１Ａは、第１の配管４２及び第１のバルブＶＬ１を有している。第２のガス供給機構１Ｂは、第２の配管４４及び第２のバルブＶＬ２を有している。
第１の配管４２は、第１のガスソースＧＳ１と第１のガス拡散室３８ａとを接続している。具体的には、第１の配管４２は第１の流量制御器ＦＣ１の下流側に接続されており、第１のガス拡散室３８ａの上流側に接続されている。また、第２の配管４４は、第２のガスソースＧＳ２と第２のガス拡散室４０ａとを接続している。具体的には、第２の配管４４は第２の流量制御器ＦＣ２の下流側に接続されており、第２のガス拡散室４０ａの上流側に接続されている。第１の配管４２及び第２の配管４４の途中にはそれぞれ、第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２が設けられている。第１のバルブＶＬ１は、第１の配管４２によって提供される第１のガス供給経路のコンダクタンスを増減する機能を有しており、第２のバルブＶＬ２は、第２の配管４４によって提供される第２のガス供給経路のコンダクタンスを増減する機能を有している。
図２（ａ）は、第１のバルブＶＬ１を概略的に示す断面図である。図２（ａ）に示すように、第１のバルブＶＬ１は、ハウジング６０及びプレート６２を有しており、第１の配管４２の途中に設けられている。図２の（ａ）に示すように、第１の配管４２は、ハウジング６０よりも上流側に設けられた上流部４２ａ、及び、ハウジングよりも下流側に設けられた下流部４２ｂを有している。ハウジング６０は、これら上流部４２ａ、及び下流部４２ｂに連結されている。このハウジング６０は、第１の配管４２が提供する第１のガス供給経路４３と連続する内部空間を画成しており、上流部４２ａと下流部４２ｂとの間において第１のガス供給経路４３を部分的に提供している。
また、ハウジング６０は、その内部空間にプレート６２を収容しており、プレート６２に沿って当該プレート６２に対して非接触に設けられている。なお、ハウジング６０は、プレート６２に対して０．５ｍｍ以下の隙間を介して設けられていてもよい。ハウジング６０の内壁とプレート６２との間の隙間を０．５ｍｍ以下とすることで、第１の配管４２の上流部４２ａからハウジング６０内に供給されるガスが、後述の貫通孔６４を介することなく下流部４２ｂに流れることを抑制することができる。
図２（ｂ）は、プレート６２の平面図である。プレート６２は、円盤形状を有しており、板厚方向に延びる軸線Ｚを中心に回転可能に構成されている。このプレート６２には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、貫通孔６４が形成されている。貫通孔６４は、円周Ｃ上の位置に形成されている。円周Ｃは、軸線Ｚを中心に延在し、且つ、ガス供給経路４３と交差する円周である。即ち、プレート６２の軸線Ｚ中心の回転により、第１のガス供給経路４３に対する貫通孔６４の相対的な位置を調整することが可能となっている。
一実施形態では、貫通孔６４は、直径ｄで規定される円形の平面形状を有している。貫通孔６４の直径ｄと第１のガス供給経路４３の直径Ｄとの関係は任意に設定され得る。例えば、貫通孔６４の直径ｄが第１のガス供給経路４３の直径Ｄ以上である場合には、第１のバルブＶＬ１は、第１のガス供給経路４３のコンダクタンスを低下させずに、第１のガス供給経路４３を流れる第１のガスを第１のガス拡散室３８ａに供給することが可能である。一方、貫通孔６４の直径ｄが第１のガス供給経路４３の直径Ｄよりも小さい場合には、第１のバルブＶＬ１は、第１のガス供給経路４３のコンダクタンスを低下させる絞り弁として機能することができる。
また、プレート６２には、当該プレート６２を回転させる駆動部としてモータＭ１が接続されている。モータＭ１は、出力軸６６を有している。出力軸６６は、軸線Ｚ上で延在している。即ち、出力軸６６の中心軸線は軸線Ｚと一致している。この出力軸６６は、ハウジング６０を貫通してプレート６２に連結されている。即ち、出力軸６６は、その中心軸線上にプレート６２の中心が位置するよう、プレート６２に連結されている。この出力軸６６とハウジング６０との間にはシール材が設けられていてもよい。これにより、ハウジング６０の気密性が向上される。
モータＭ１には、モータ制御部６９が接続されている。モータＭ１は、モータ制御部６９からの制御信号によってプレート６２の回転角及び回転を制御し得る。モータ制御部６９は、第１のバルブＶＬ１のモータＭ１を制御することにより、第１のバルブＶＬ１の動作モードを第１〜第４の動作モードのうち何れかの動作モードに切り替えることが可能である。なお、第１〜第３のモードは、プレート６２の回転角がそれぞれのモードに固有の回転角に制御されるモードであり、第４のモードはプレート６２を一定の角速度で回転させるモードである。以下、第１〜第４のモードについて詳細に説明する。
［第１の動作モード］
まず、図２（ａ）、（ｂ）を参照して、第１の動作モードについて説明する。第１の動作モードは、モータ制御部６９がモータＭ１を制御して、第１〜第３の動作モードのうち第１のガス供給経路４３のコンダクタンスが最も高くなるようにプレート６２の回転角を設定する動作モードである。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この第１の動作モードでは、軸線Ｚ方向に視たときの貫通孔６４と第１のガス供給経路４３との重複面積が最大となるようにプレート６２が回転されて、当該プレート６２の回転角が第１の回転角θ１に設定される。図２の（ａ）及び（ｂ）に示す例では、貫通孔６４の中心軸線と第１のガス供給経路４３の中心軸線が一致するように、プレート６２の回転角が第１の回転角θ１に設定される。なお、回転角とは、貫通孔６４の中心軸線と軸線Ｚとを結ぶ線分が軸線Ｚに対して放射方向に延びる基準線ＲＬとがなす角度であり、軸線Ｚに対して時計回り方向を正方向とする角度である。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の動作モードでは、軸線Ｚ方向に視た貫通孔６４と第１のガス供給経路４３との重複面積（同図中、参照符号ＯＰで示すハッチングされた領域の面積）が最大となり、第１の配管４２を流れるガスの大部分は、プレート６２の貫通孔６４を通過することとなる。そして、貫通孔６４を通過したガスは、第１のガス拡散室３８ａ、ガス流通孔３８ｂ、ガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに供給される。
［第２の動作モード］
次に、図３を参照して、第２の動作モードについて説明する。図３（ａ）は、第２の動作モードに設定された第１のバルブＶＬ１を示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のプレート６２の平面図である。第２の動作モードは、モータ制御部６９がモータＭ１を制御して、第１〜第３の動作モードのうち第１のガス供給経路４３のコンダクタンスが最も低くなるようにプレート６２の回転角を設定する動作モードである。この第２の動作モードでは、貫通孔６４が第１のガス供給経路４３から外れた位置に配置される。
第２の動作モードでは、プレート６２が回転されて当該プレート６２の回転角が第２の回転角θ２に設定される。例えば、第２の回転角θ２は、第１の回転角θ１に対して周方向に１８０度の角度であり、貫通孔６４を第１のガス供給経路４３から最も離れた位置に配置したプレート６２の回転角である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第２の動作モードでは、貫通孔６４が第１のガス供給経路４３から離れた位置に配置されるので、軸線Ｚ方向に視ると、貫通孔６４と第１のガス供給経路４３とは重複しない。即ち、第２の動作モードでは、第１のガス供給経路４３上にプレート６２が介在する。したがって、第２の動作モードでは、第１のガス供給経路４３におけるガスの流れが遮られる。故に、この第２の動作モードでは、第１のガス供給経路４３のコンダクタンスが低くなる。
なお、第１のバルブＶＬ１が第２の動作モードに設定されているときに第１のガスが当該第１のバルブＶＬ１の上流側まで流されると、当該第１のガスが第１の配管４２の上流部４２ａに滞留する。その結果、上流部４２ａの内部圧力が高められる。したがって、第１のバルブＶＬ１を第２の動作モードに設定されると、第１の配管４２の上流部４２ａと処理空間Ｓとの間には圧力差が発生する。
［第３の動作モード］
次に、図４を参照して、第３の動作モードについて説明する。図４（ａ）は、第３の動作モードに設定された第１のバルブＶＬ１を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のプレート６２の平面図である。第３の動作モードは、モータ制御部６９がモータＭ１を制御して、ガス供給経路４３のコンダクタンスが第１の動作モードよりも低く、第２の動作モードよりは高くなるようにプレート６２の回転角を設定する動作モードである。この第３の動作モードでは、貫通孔６４の一部のみが第１のガス供給経路４３上に位置するようにプレート６２の回転角が第３の回転角θ３に設定される。
具体的には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第３の動作モードでは、第１のガス供給経路４３がプレート６２によって部分的に遮蔽される。したがって、軸線Ｚ方向に視たと貫通孔６４と第１のガス供給経路４３の重複面積（同図中、参照符号ＯＰで示すハッチングされた領域の面積）は、第１の動作モードにおける重複面積（図２の（ａ）、（ｂ）におおいて参照符号ＯＰで示すハッチングされた領域の面積）と比べて小さくなる。したがって、第３の動作モードでは、第１の動作モードに比べて第１のガス供給経路４３のコンダクタンスが低下する。
［第４の動作モード］
第４の動作モードは、モータ制御部６９がモータＭ１を制御してプレート６２を一定の角速度で回転させるモードである。第４のモードでは、貫通孔６４が一定の周期で第１のガス供給経路４３上に位置する。これにより、第１のガス供給経路４３のコンダクタンスが周期的に変化する。故に、第４の動作モードでは、処理空間Ｓにガスが間欠的に供給される。なお、ガスが供給される時間間隔はプレート６２の回転速度を変化させることによって調整し得る。以下、具体的な一例を挙げて、モータ制御部６９が第１のバルブＶＬ１のプレート６２を一定の角速度で回転させているときに、第１の配管４２を介して処理空間Ｓに供給されるガスの流量の時間的変化について説明する。
図５は、プレート６２を一定の角速度で回転させているときの、プレート６２の同一平面上における第１のガス供給経路４３の断面積、及び、処理空間Ｓに供給されるガスの流量の時間的変化を示している。なお、第１の配管４２には第１のガスソースＧＳ１から第１のガスが供給されているものとし、貫通孔６４の直径ｄは、第１の配管４２のガス供給経路４３の直径Ｄと同一のものとした。
プレート６２が一定の角速度で回転すると、プレート６２の貫通孔６４は、一定の時間間隔で第１のガス供給経路４３上を通過する。したがって、図５に示すように、プレート６２と同一平面上での流路の断面積は、貫通孔６４がガス供給経路４３上に配置されているときに増加し、貫通孔６４がガス供給経路４３上に配置されていないときに減少する。その結果、第１のガス供給経路４３のコンダクタンスが周期的に増減する。これに伴って、図５に示すように、処理空間Ｓには第１のガスが間欠的に供給されることになる。
以上、第１のバルブＶＬ１についてその構成要素及び第１〜第４の動作モードについて説明した。この第１のバルブＶＬ１と同様に、第２のバルブＶＬ２も、ハウジング６０、プレート６２、及びモータＭ１を有する。また、第２のバルブＶＬ２も、モータ制御部６９による当該第２のバルブＶＬ２のモータＭ１の制御により第１〜第４の動作モードで動作することができ、第２の配管４４によって提供される第２のガス供給経路のコンダクタンスを調整することが可能である。
図１の説明に戻り、プラズマ処理装置１０は、メイン制御部６５を更に備え得る。このメイン制御部６５は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである。このメイン制御部６５では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示すことができる。また、メイン制御部６５は、記憶部に記憶されたレシピに従って、プラズマ処理装置１０の各部を統括制御することができる。例えば、メイン制御部６５は、第１の流量制御器ＦＣ１、第２の流量制御器ＦＣ２、第１のバルブＶＬ１、及び第２のバルブＶＬ２が連動して動作するようにガス制御部６７及びモータ制御部６９を制御する。なお、第１の流量制御器ＦＣ１、第２の流量制御器ＦＣ２、第１のバルブＶＬ１、及び第２のバルブＶＬ２の連動における制御フローについては、後述する一実施形態のガス供給方法の説明と共に、詳細に説明する。
このプラズマ処理装置１０では、第１のガスソースＧＳ１から第１のガスが第１のガス供給機構１Ａを介して処理容器１２内に供給される。また、第２のガスソースＧＳ２から第２のガスが第２のガス供給機構１Ｂを介して処理容器１２内に供給される。第１のガスと第２のガスは処理容器１２内に交互に供給され得る。そして、下部電極１６にプラズマ生成用の高周波電力が与えられることにより、下部電極１６と上部電極３０との間に高周波電界が発生する。この高周波電界により、処理空間Ｓ内に供給されたガスのプラズマが生成される。これにより、被処理体Ｗがガスのプラズマによって処理される。
また、上述した第１のガス供給機構１Ａ及び第２のガス供給機構１Ｂは、プレート６２の回転角を変化させることによって、それぞれ第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２のコンダクタンスを増減させることができる。さらに、プレート６２を回転させた場合には、第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２は、バルブを高速に開閉させることと同等の機能を発揮する。したがって、第１のガス供給機構１Ａ及び第２のガス供給機構１Ｂによれば、処理空間Ｓの圧力を早期に安定させることが可能である。さらに、第１のガス供給機構１Ａ及び第２のガス供給機構１Ｂでは、プレート６２がハウジング６０に対して非接触で設けられている。したがって、第１のガス供給機構１Ａ及び第２のガス供給機構１Ｂの耐久性を高めることが可能である。
次に、図１のプラズマ処理装置１０を用いたガス供給方法について説明する。図６は、一実施形態のガス供給方法ＭＴを示す流れ図である。この方法ＭＴでは、第１のガス及び第２のガスが、それぞれ第１のガス供給機構１Ａ及び第２のガス供給機構１Ｂを介して交互に処理容器１２内に供給される。
方法ＭＴでは、まず工程ＳＴ１が行われる。この工程ＳＴ１では、処理容器１２内に第１のガスが供給されると共に、第２のガスの供給が停止される。このために、メイン制御部６５は、ガス制御部６７に制御信号を送信する。ガス制御部６７は、この制御信号を受信すると、第１のガスが第１の配管４２に供給されるように第１の流量制御器ＦＣ１を制御すると共に、第２の配管４４に対する第２のガスの供給が停止するように第２の流量制御器ＦＣ２を制御する。
また、工程ＳＴ１においてメイン制御部６５は、モータ制御部６９にも制御信号を送信する。モータ制御部６９は、この制御信号を受信すると、第１のバルブＶＬ１のプレート６２が第１の回転角θ１になるように第１のバルブＶＬ１のモータＭ１を制御する。さらに、モータ制御部６９は、第２のバルブＶＬ２のプレート６２が第２の回転角θ２になるように第２のバルブＶＬ２のモータＭ１を制御する。即ち、モータ制御部６９は、第１のバルブＶＬ１を第１の動作モードに設定し、第２のバルブＶＬ２を第２の動作モードに設定する。
上記のように制御されることによって、工程ＳＴ１では、第１のガスが第１のガスソースＧＳ１から第１の配管４２に供給される。そして、当該第１のガスが第１のバルブＶＬ１を通過し、第１のガス拡散室３８ａ内で拡散された後に処理容器１２内に供給される。一方、第２のガスソースＧＳ２からの第２のガスは、第２の流量制御器ＦＣ２によって供給が停止される。そして、処理容器１２内に供給された第１のガスを用いて被処理体Ｗが処理される。例えば、処理容器１２内で第１のガスのプラズマが生成され、被処理体Ｗがエッチングされる。
方法ＭＴでは、次いで工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、メイン制御部６５は、ガス制御部６７に制御信号を送信する。ガス制御部６７は、この制御信号を受信すると、第２のガスが第２の配管４４に供給されるように第２の流量制御器ＦＣ２を制御する。この際、第２のバルブＶＬ２は工程ＳＴ１において第２の動作モードに設定されているので、第２のガスソースＧＳ２からの第２のガスは、第２の配管４４の上流部４４ａ内に留められる。このため、工程ＳＴ２では、第２の配管４４の上流部４４ａの内部圧力が高められる。
次いで、工程ＳＴ３が行われる。工程ＳＴ３では、処理容器１２に対して供給されるガスが第１のガスから第２のガスに切り替えられる。このために、メイン制御部６５は、ガス制御部６７に制御信号を送信する。ガス制御部６７は、この制御信号を受信すると、第１の配管４２に対する第１のガスの供給が停止するように第１の流量制御器ＦＣ１を制御する。また、ガス制御部６７は、第２のガスが第２の配管４４に供給されるように第２の流量制御器ＦＣ２を制御する。
また、工程ＳＴ３においてメイン制御部６５は、モータ制御部６９にも制御信号を送信する。モータ制御部６９は、この制御信号を受信すると、第１のバルブＶＬ１のプレート６２の回転角がθ２になるように第１のバルブＶＬ１のモータＭ１を制御する。さらに、モータ制御部６９は、第２のバルブＶＬ２のプレート６２が一定の角速度で回転するように第２のバルブＶＬ２のモータＭ１を制御する。即ち、モータ制御部６９は、第１のバルブＶＬ１を第２の動作モードに設定し、第２のバルブＶＬ２の動作モードを第４の動作モードに設定する。
このように制御されることによって、工程ＳＴ３では、処理容器１２内への第１のガスの供給が第１の流量制御器ＦＣ１及び第１のバルブＶＬ１によって停止される。一方、第２のガス供給経路のコンダクタンスは周期的に変化するので、処理容器１２内に第２のガスソースＧＳ２からの第２のガスが間欠的に供給される。ここで、工程ＳＴ２において、第２の配管４４の上流部４４ａと処理空間Ｓとの間には圧力差が生じているので、第２のガスを処理容器１２内に間欠的に供給することによって、処理容器１２内のガス圧力が短時間で安定する。
次いで、工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４は、例えば工程ＳＴ３において処理容器１２内の第２のガスの圧力が安定した後に行われる。この工程ＳＴ４では、メイン制御部６５は、モータ制御部６９に制御信号を送信する。モータ制御部６９は、この制御信号を受信すると、第２のバルブＶＬ２のプレート６２が第１の回転角θ１になるよう、第２のバルブＶＬ２のモータＭ１を制御する。これにより、第２のガスソースＧＳ２からの第２のガスが処理容器１２内に連続的に供給される。なお、工程ＳＴ４では、処理容器１２内に給される第２のガスの流量を調整するために、第２のバルブＶＬ２のプレートが第３の回転角θ３に設定されてもよい。
次いで、工程ＳＴ５が行われる。工程ＳＴ５では、終了条件を満たすか否かが判定される。終了条件を満たすか否かは、例えば処理空間Ｓに供給されるガスの切り替え回数が予め設定された回数に達したか否かによって判断されてもよい。工程ＳＴ５において終了条件を満たすと判定された場合には、方法ＭＴを終了する。一方、工程ＳＴ５において終了条件を満たさないと判定された場合には、工程ＳＴ６が行われる。
工程ＳＴ６では、メイン制御部６５からガス制御部６７に制御信号が送信される。ガス制御部６７は、この制御信号を受信すると、第１のガスが第１の配管４２に供給されるように第１の流量制御器ＦＣ１を制御する。この際、工程ＳＴ３において第１のバルブＶＬ１が第２の動作モードに設定されているので、第１のガスソースＧＳ１からの第１のガスは、第１の配管４２の上流部４２ａ内に留められる。このため、工程ＳＴ６では、第１の配管４２の上流部４２ａの内部圧力が高められる。
次いで、工程ＳＴ７が行われる。工程ＳＴ７では、処理容器１２内に供給されるガスが第２のガスから第１のガスに切り替えられる。このために、メイン制御部６５は、ガス制御部６７に制御信号を送信する。ガス制御部６７は、この制御信号を受信すると、第１のガスが第１の配管４２に供給されるように第１の流量制御器ＦＣ１を制御する。また、ガス制御部６７は、第２の配管４４に対する第２のガスの供給が停止するように第２の流量制御器ＦＣ２を制御する。
さらに、工程ＳＴ７では、メイン制御部６５は、モータ制御部６９にも制御信号を送信する。モータ制御部６９は、この制御信号を受信すると、第１のバルブＶＬ１のプレート６２が一定の角速度で回転するように第１のバルブＶＬ１のモータＭ１を制御する。また、モータ制御部６９は、第２のバルブＶＬ２のプレート６２が第２の回転角θ２になるように第２のバルブＶＬ２のモータＭ１を制御する。即ち、モータ制御部６９は、第１のバルブＶＬ１の動作モードを第４の動作モードに設定し、第２のバルブＶＬ２を第２の動作モードに設定する。
このように制御されることによって、工程ＳＴ７では、処理容器１２内への第２のガスの供給が第２の流量制御器ＦＣ２及び第２のバルブＶＬ２によって停止される。一方、第１のガス供給経路のコンダクタンスが周期的に変化するので、処理容器１２内に第１のガスソースＧＳ１からの第１のガスが間欠的に供給される。ここで、工程ＳＴ６において、第１の配管４２の上流部４２ａと処理空間Ｓとの間には圧力差が生じているので、第１のガスを処理容器１２内に間欠的に供給することによって、処理容器１２内のガス圧力が短時間で安定する。
次いで、工程ＳＴ８が行われる。工程ＳＴ８は、例えば工程ＳＴ７において処理容器１２内の第１のガスの圧力が安定した後に行われる。この工程ＳＴ８では、メイン制御部６５は、モータ制御部６９に制御信号を送信する。モータ制御部６９は、この制御信号を受信すると、第１のバルブＶＬ１のプレート６２が第１の回転角θ１になるよう、第１のバルブＶＬ１のモータＭ１を制御する。これにより、第１のガスソースＧＳ１からの第１のガスが処理容器１２内に連続的に供給される。なお、工程ＳＴ８では、処理容器１２内に供給される第１のガスの流量を調整するために、第１のバルブＶＬ１のプレートが第３の回転角θ３に設定されてもよい。この工程ＳＴ８の後、工程ＳＴ１が再び行われる。
上述のように、方法ＭＴでは、処理容器１２内に第１のガス及び第２のガスが交互に供給される。処理容器１２内に供給されるガスが第１のガスから第２のガスに切り替えられた直後には、第２の配管４４の内部と処理容器１２の内部との間に圧力差を発生させた上で、第２のガスが処理容器１２内に間欠的に供給される。反対に、処理容器１２内に供給されるガスが第２のガスから第１のガスに切り替えられた直後には、第１の配管４２の内部と処理容器１２の内部との間に圧力差を発生させた上で、第１のガスが処理容器１２内に間欠的に供給される。したがって、供給されるガスが切り替わる際に、処理容器１２内のガス圧力を早期に安定させることができる。したがって、方法ＭＴによれば、ガスの切り替えに要する時間を短縮することができるので、被処理体Ｗの処理スループットを向上させることが可能となる。
なお、上述の第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２は上記形態に限定されない。以下では、別の実施形態に係るバルブについて説明する。
図７は、別の実施形態に係るバルブを概略的に示す断面図である。図７に示すバルブＶＬ３は、プレート６２を軸線Ｚ回りに回転させるモータとして、中空モータを用いている点において、上述の第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２と異なっている。
バルブＶＬ３は、モータＭ１に代えて、中空モータＭＭを備えている。中空モータＭＭは、軸線Ｚを中心軸線とする筒状の固定子７２と、固定子７２の内側に固定子７２に同軸に設けられた筒状の回転子７０と、を有している。回転子７０及び固定子７２は、第１の配管４２を取り囲むように配置されている。このバルブＶＬ３では、プレート６２は、回転子７０の内孔の中に設けられており、回転子７０に結合されている。プレート６２は、回転子７０が軸線Ｚ回りに回転することによって、回転子７０と共に軸線Ｚを中心に回転する。
上述のモータＭ１と同様に、中空モータＭＭには、モータ制御部６９が接続されている。中空モータＭＭは、モータ制御部６９からの制御信号によってプレート６２の回転角を制御し得る。モータ制御部６９は、バルブＶＬ３の中空モータＭＭを制御することにより、バルブＶＬ３を上述の第１〜第４の動作モードのうち何れかの動作モードに切り替えることが可能である。
かかるバルブＶＬ３は、上述の第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２と同様に、ガス供給経路のコンダクタンスを増減する機能を有している。さらに、バルブＶＬ３では、モータの出力軸をハウジング内に挿入する必要がないので密閉性を向上することができる。
次に、更に別の実施形態に係るバルブについて説明する。
図８は、更に別の実施形態に係るバルブＶＬ４を概略的に示す断面図である。図８に示すバルブＶＬ４は、ハウジングの内部に複数のプレートが設けられている点で、上述の第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２と異なっている。
バルブＶＬ４では、ハウジング６０の内部に第１のプレート８２及び第２のプレート９２が設けられている。図９を参照して、第１のプレート８２及び第２のプレート９２について説明する。
図９の（ａ）は第１のプレート８２の平面図であり、図９の（ｂ）は第２のプレート９２の平面図である。第１のプレート８２には、軸線Ｚを中心に延在し、且つ、ガス供給経路４３と交差する円周Ｃに沿った位置において第１のプレート８２を貫通する複数の貫通孔８４が形成されている。これら複数の貫通孔８４は、互いに同径の円形をなしている。また、第１のプレート８２には、図８に示すように、モータＭ１が接続されている。モータＭ１の出力軸は、軸線Ｚ上で延在しており、ハウジング６０を貫通して第１のプレート８２の回転中心軸線と一致するように連結されている。
一方、第２のプレート９２には、軸線Ｚを中心に延在し、且つ、ガス供給経路４３と交差する円周Ｃに沿った位置において第２のプレート９２を貫通する複数の貫通孔９４が形成されている。これら複数の貫通孔９４は、何れも円形をなしているが、互いに異なる径を有している。第２のプレート９２には、図８に示すように、モータＭ２が接続されている。モータＭ２の出力軸は、軸線Ｚ上で延在しており、ハウジング６０を貫通して第２のプレート９２の回転中心軸線と一致するように連結されている。
また、図８に示すように、第１のプレート８２及び第２のプレート９２の間には、第１のプレート８２及び第２のプレート９２に沿って延在する仕切板６０ａが設けられている。この仕切板６０ａには、ガス供給経路４３上の位置に開口６０ｂが形成されている。
モータＭ１、Ｍ２のそれぞれには、モータ制御部６９が接続されている。モータＭ１、Ｍ２は、モータ制御部６９からの制御信号によってプレート６２の回転角を制御し得る。モータ制御部６９は、バルブＶＬ４のモータＭ１、Ｍ２を制御することにより、バルブＶＬ３を上述の第１〜第３の動作モードのうち何れかの動作モードに切り替えることが可能である。
また、モータ制御部６９は、第１のプレート８２及び第２のプレート９２を同一方向又は逆方向に回転するようにモータＭ１及びモータＭ２を制御し得る。このように制御された場合には、第１のプレート８２の貫通孔８４及び第２のプレート９２の貫通孔９４の双方がガス供給経路４３上に位置するときに、当該ガス供給経路４３のコンダクタンスが最大となり、ガスソースからのガスが処理空間Ｓに供給される。
このようなバルブＶＬ４は、第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２と同様に、ガス供給経路４３のコンダクタンスを増減する機能を有している。さらに、バルブＶＬ４では、第１のプレート８２及び第２のプレート９２に異なる形状又は径の貫通孔を形成することができるので、処理空間Ｓに供給されるガスの流量の時間的変化を精密に制御することが可能となる。
さらに、バルブＶＬ４において、第１のプレート８２及び第２のプレート９２を逆方向に回転させるように制御すれば、ガス供給経路４３のコンダクタンスを高速に変化させることが可能である。また、バルブＶＬ４のモータＭ１を高速に回転可能な高回転モータとし、モータＭ２を高精度に位置を制御可能な高分解能モータとしてもよい。このような構成では、例えば高回転モータで第１のプレート８２を高速で回転させつつ、高分解能モータで第２のプレート９２の同一平面上の流路の断面積を調整することより、コンダクタンスを高速に変化させつつ、処理空間Ｓに供給されるガスの流量を高精度に調整することできる。なお、モータＭ１を高分解能モータとし、モータＭ２を高回転モータとしてもよい。
次に、更に別の実施形態に係るバルブについて説明する。
図１０は、更に別の実施形態に係るバルブＶＬ５を概略的に示す断面図である。図１０に示すバルブＶＬ５は、第１の配管４２の上流部４２ａを流れるガスがハウジングとプレートとの間の隙間を介して第１の配管４２の下流部４２ｂ側に流れることを抑制するためにラビリンス構造を有している点で、上述の第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２と異なっている。
バルブＶＬ５は、プレート６２に代えて、プレート１００を備えている。プレート１００には、軸線Ｚを中心に延在し、且つ、ガス供給経路と交差する円周上の位置にプレート１００を貫通する貫通孔１０２が形成されている。また、プレート１００には、板厚方向に突出する突出部１０４、１０６が設けられている。突出部１０４、１０６は、軸線Ｚを中心とする同軸の環状をなしている。突出部１０４は貫通孔１０２よりもプレート１００の径方向外側に設けられており、突出部１０６は貫通孔１０２よりもプレート１００の径方向内側に設けられている。
また、バルブＶＬ５は、ハウジング６０に代えて、ハウジング８０を備えている。ハウジング８０には、突出部１０４、１０８に対面する位置において、板厚方向に沿って延びる凹部８０ａ、８０ｂがそれぞれ形成されている。凹部８０ａ、８０ｂは、軸線Ｚを中心とする同軸の環状をなしている。これら凹部８０ａ、８０ｂには、それぞれ突出部１０４、１０６が挿入さている。
このバルブＶＬ５は、第１のバルブＶＬ１及び第２のバルブＶＬ２と同様に、ガス供給経路のコンダクタンスを増減する機能を有している。さらに、バルブＶＬ５は、ハウジング８０とプレート１００との隙間が複数回屈曲するラビリンス構造を有しているので、ハウジング８０とプレート１００との間のコンダクタンスが高められる。その結果、第１の配管４２の上流部４２ａを流れるガスがハウジングとプレートとの間の隙間を介して第１の配管４２の下流部４２ｂ側に流れることが抑制される。なお、一実施形態では、ハウジング側にプレートに向けて突出する突出部を形成し、プレートに該突出部が挿入される凹部を形成してもよい。このような構成としてもハウジングとプレートとの間のコンダクタンスを高めることが可能となる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述の実施形態では、プレートに形成された貫通孔が円形の平面形状をなしていたが、貫通孔の平面形状は円形に限定されない。例えば、軸線Ｚに対して直交する方向における貫通孔の幅は、軸線Ｚに対して周方向において変化していてもよい。以下、具体的な例を示して説明する。
図１１（ａ）は、プレートの変形例を示す平面図である。図１１（ａ）に示すプレート１１０には、軸線Ｚに直交する方向の幅が、開口部分の端部から中央部分に向かって徐々に広くなるような略三日月形状の貫通孔１１２が形成されている。このプレート１１０を回転させた場合には、プレート１１０と同一平面上での流路の断面積の時間変化が緩やかになる。したがって、このプレート１１０を用いることよって、図１１（ｂ）に示すように、処理空間Ｓに供給されるガスの流量を緩やかに変化させることができる。
次いで、プレートの別の変形例について説明する。図１２（ａ）は、プレートの別の変形例を示す平面図である。図１２（ａ）に示すプレート１２０には、軸線Ｚに対して直交する方向の幅が、プレート１２０の周方向側の一方の端部において最も広く、他方の端部に向かうにつれて徐々に幅が狭くなるような貫通孔１２２が形成されている。このプレート１２０を回転させた場合には、図１２（ｂ）に示すように、プレート１２０と同一平面上での流路の断面積の時間変化が大きくなる。したがって、このプレート１２０を用いることよって、処理空間Ｓに供給されるガスの流量を急激に変化させることができる。
次いで、プレートの別の変形例について説明する。図１３（ａ）は、プレートの別の変形例を示す平面図である。図１３（ａ）に示すプレート１３０には、軸線Ｚに対して直交する方向の幅が、プレート１３０の周方向に沿って大、小、中の順で段階的に変化する貫通孔１３２が形成されている。このプレート１３０をハウジング内で回転させた場合には、図１３（ｂ）に示すように、プレート１３０と同一平面上での流路の断面積が段階的に変化する。これにより、処理空間Ｓに供給されるガスの流量を段階的に変化させることができる。特に、図１３（ｂ）に示すように、処理空間Ｓに供給されるガスの流量を、大、小、中の順で変化させることによって、処理空間Ｓのガス圧力を略一定に保つことが可能となる。
次いで、プレートの別の変形例について説明する。図１４（ａ）は、プレートの別の変形例を示す平面図である。図１４（ａ）に示すプレート１４０には、軸線Ｚに対して直交する方向の幅がプレート１４０の周方向に沿って一定な貫通孔１４２が形成されている。このプレート１４０を回転させた場合には、図１４（ｂ）に示すように、貫通孔１３２がガス供給経路と交差する間は、プレート１４０と同一平面上での流路の断面積が一定に保たれる。このようなプレート１４０によれば、貫通孔１４２の周方向に沿った幅を調整することにより、ガスの供給及び供給の停止のデューティー比（ガスの供給時間に対するガスの供給が停止される時間の比）を調整することが可能となる。具体的には、貫通孔１３２の周方向に沿った幅が大きい程、デューティー比を大きくすることが可能となる。
また、上述した実施形態では、種々の実施形態のガス供給機構を容量結合型平行平板プラズマエッチング装置に適用したが、ガス供給機構が適用される対象は容量結合型平行平板プラズマエッチング装置に限定されない。例えば、マイクロ波を用いるプラズマ処理装置、誘導結合型のプラズマ処理装置、熱処理装置等の半導体製造装置にも適用することができる。
さらに、図１に示すプラズマ処理装置１０では、電極支持体３６に第１のガス拡散室３８ａ及び第２のガス拡散室４０ａが形成されているが、電極支持体３６に単一のガス拡散室が形成されていてもよい。このような形態では、第１の配管４２及び第２の配管４４が、ガス拡散室とバルブとの間で互いに合流し、合流されたガス供給管がガス拡散室に接続されるような構成してもよい。
また、上述した種々の実施形態は、矛盾のない範囲で互いに組合わせることが可能である。
１Ａ,１Ｂ…ガス供給機構、１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、３４ａ,３４ｂ…ガス吐出孔、３８ａ…第１のガス拡散室、４０ａ…第２のガス拡散室、３８ｂ,４０ｂ…ガス流通孔、４２…第１の配管、４４…第２の配管、６０,８０…ハウジング、６２,８２,９２,１００,１２０,１３０…プレート、６４,８４,９２,９４,１０２,１１２,１２２,１３２…貫通孔、６５…メイン制御部、６６…出力軸、６７…ガス制御部、６９…モータ制御部、７０…回転子、７２…固定子、８０ａ…凹部、１０４,１０６…突出部、Ｃｎｔ…制御部、Ｍ１,Ｍ２…モータ、ＭＭ…中空モータ、Ｓ…処理空間、ＶＬ１…第１のバルブ、ＶＬ２…第２のバルブ、ＶＬ３,ＶＬ４,ＶＬ５…バルブ、Ｗ…被処理体、Ｚ…軸線。

Claims (6)

  1. 半導体製造装置にガスを供給するためのガス供給機構であって、
    ガスソースと前記半導体製造装置とを接続する配管と、
    前記配管の途中に設けられたバルブと、
    を備え、
    前記バルブは、
    板厚方向に延びる軸線を中心に回転可能なプレートと、
    前記プレートを収容するよう前記プレートに沿って該プレートに非接触に設けられたハウジングであり、前記配管と共にガス供給経路を提供する該ハウジングと、
    を有し、
    前記プレートには、前記軸線を中心に延在し且つ前記ガス供給経路と交差する円周上の位置において該プレートを貫通する貫通孔が形成され、
    前記プレートを回転させる駆動部と、
    前記プレートの回転角を制御するために前記駆動部を制御する制御部と、
    を更に備え、
    前記駆動部は、
    筒状の固定子と、
    前記固定子の内側において該固定子と同軸に設けられた筒状の回転子と、
    を有し、
    前記プレートは、前記回転子の内孔の中に設けられており、該回転子に結合されている、ガス供給機構。
  2. 前記駆動部は、前記プレートを回転させるモータを含み、
    前記モータは、前記軸線上で延在し前記プレートに連結される出力軸を有する、
    請求項１に記載のガス供給機構。
  3. 前記軸線に対して直交する方向における前記貫通孔の幅は、前記軸線に対して周方向において変化している、請求項１又は２に記載のガス供給機構。
  4. 半導体製造装置にガスを供給するためのガス供給機構であって、
    ガスソースと前記半導体製造装置とを接続する配管と、
    前記配管の途中に設けられたバルブと、
    を備え、
    前記バルブは、
    板厚方向に延びる軸線を中心に回転可能なプレートと、
    前記プレートを収容するよう前記プレートに沿って該プレートに非接触に設けられたハウジングであり、前記配管と共にガス供給経路を提供する該ハウジングと、
    を有し、
    前記プレートには、前記軸線を中心に延在し且つ前記ガス供給経路と交差する円周上の位置において該プレートを貫通する貫通孔が形成され、
    前記プレートには、前記軸線を中心とする環状をなし、前記軸線方向に向けて突出する複数の突出部が形成され、
    前記ハウジングには、前記軸線を中心とする環状をなし、前記軸線方向に向けて窪む複数の凹部が形成され、
    前記複数の突出部は、前記貫通孔よりも前記プレートの径方向の内側及び外側に設けられ、前記複数の凹部内にそれぞれ挿入されている、ガス供給機構。
  5. 半導体製造装置にガスを供給するためのガス供給機構であって、
    ガスソースと前記半導体製造装置とを接続する配管と、
    前記配管の途中に設けられたバルブと、
    を備え、
    前記バルブは、
    板厚方向に延びる軸線を中心に回転可能なプレートと、
    前記プレートを収容するよう前記プレートに沿って該プレートに非接触に設けられたハウジングであり、前記配管と共にガス供給経路を提供する該ハウジングと、
    を有し、
    前記プレートには、前記軸線を中心に延在し且つ前記ガス供給経路と交差する円周上の位置において該プレートを貫通する貫通孔が形成され、
    前記プレートには、前記軸線を中心とする環状をなし、前記軸線方向に向けて窪む複数の凹部が形成され、
    前記ハウジングには、前記軸線を中心とする環状をなし、前記軸線方向に向けて突出する複数の突出部が形成され、
    前記複数の凹部は、前記貫通孔よりも前記プレートの径方向の内側及び外側に設けられ、
    前記複数の突出部は、前記複数の凹部内にそれぞれ挿入されている、ガス供給機構。
  6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のガス供給機構を備える半導体製造装置。
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