JP7122102B2 - ガス供給システム及びガス供給方法 - Google Patents

Description

本開示は、ガス供給システム及びガス供給方法に関する。

特許文献１は、複数のガスソースから処理容器にガスを供給するガス供給システムを開示する。特許文献1記載のシステムは、複数のガスソースから混合ガスを生成し、その後、生成された混合ガスを分流させて処理容器へ供給する。

特許第３８５６７３０号

半導体装置の微細化に伴い、原子レベルでの積層及び除去を繰り返す工程が必要となっている。このようなプロセスを実現するためには、プロセスガスの応答速度をさらに向上させるとともに、プロセスガスの切り替えのさらなる高速化が不可欠である。特許文献１記載のシステムは、プロセスガスの応答速度を向上させ、さらにプロセスガスの切り替え速度も向上させるという観点から、改善の余地がある。

本開示の一側面は、基板処理装置の処理容器内の処理空間へガスを供給するガス供給システムである。システムは、第１流路、複数の第１ガス吐出孔、第２流路、第２ガス吐出孔、及び、複数の第１ダイヤフラムバルブを備える。第１流路は、第１ガスの第１ガスソースに接続され、処理容器の天井を構成する天井部材の内部又は処理容器の側壁の内部に形成される。複数の第１ガス吐出孔は、第１流路と処理空間とを連通させる。第２流路は、第２ガスの第２ガスソースに接続され、天井部材の内部又は処理容器の側壁の内部に形成される。第２ガス吐出孔は、第２流路と処理空間とを連通させる。各第１ダイヤフラムバルブは、第１流路と第１ガス吐出孔との間に第１ガス吐出孔と対応して設けられる。

このシステムにおいては、第１ガスは第１流路から複数の第１ガス吐出孔を介して処理空間へ供給され、第２ガスは第２流路から複数の第２ガス吐出孔を介して処理空間へ供給される。このように、第１ガス及び第２ガスは、合流されることなく処理空間へ供給される。このため、ガス供給システムは、処理容器に供給する前に第１ガス及び第２ガスを合流させる場合と比べて、合流したガスが処理容器に到達するまでの時間を省略することができる。よって、応答速度に優れている。また、各第１ダイヤフラムバルブは、第１流路と第１ガス吐出孔との間、つまり、処理空間の近傍において配置されている。このため、ガス供給システムは、第１ガスを第１ダイヤフラムバルブによって応答性良く供給制御することができるとともに、処理空間に第２ガスのみ供給する場合と、処理空間に第１ガス及び第２ガスの混合ガスを供給する場合とを高速で切り替えることができる。よって、ガス供給システムは、プロセスガスの応答速度を向上させ、さらにプロセスガスの切り替え速度も向上させることができる。さらに、ガス供給システムは、第１ガス吐出孔ごとに第１ガスの供給及び停止を制御することができる。

一実施形態においては、第１流路は、第１ガスが供給される供給口、及び、第１ガスが排気される排気口を有し、供給口から排気口まで延在してもよい。そして、ガス供給システムは、供給口の上流に設けられ、供給口へ供給される第１ガスを所定圧力に制御するコントロールバルブと、複数の第１オリフィスであって、各第１オリフィスは、第１流路と第１ガス吐出孔との間に第１ガス吐出孔と対応して設けられる、複数の第１オリフィスと、コントロールバルブ及び複数の第１ダイヤフラムバルブを動作させる第１コントローラと、をさらに備え、各第１ダイヤフラムバルブは、第１オリフィスの出口から第１ガス吐出孔へ供給される第１ガスの供給タイミングを制御してもよい。

この場合、第１ガスは、コントロールバルブによって所定圧力で第１流路に供給され、第１流路の供給口から排気口に流通する。そして、第１ガスは、第１ダイヤフラムバルブの開閉によって、第１オリフィスの出口から第１ガス吐出孔へ供給される。このため、ガス供給システムは、第１流路の圧力を流路全体において安定化させるとともに、圧力が安定した状態の第１流路の複数の箇所それぞれから第１ガスを分流させることができる。よって、ガス供給システムは、第１ガス吐出孔ごとの圧力誤差を小さくすることができる。また、ガス供給システムは、第１ガス吐出孔に対応した第１オリフィスを備えることにより、第１ダイヤフラムバルブの開閉による第１流路内の圧力変動を抑えることができる。

一実施形態においては、ガス供給システムは、コントロールバルブと供給口との間の流路において第１ガスの圧力を検出する第１圧力検出器をさらに備え、コントロールバルブは、第１圧力検出器の検出結果に基づいて第１ガスの圧力を制御してもよい。この場合、ガス供給システムは、コントロールバルブの下流の圧力に基づいて、第１流路へ供給される第１ガスの圧力を制御することができる。

一実施形態においては、ガス供給システムは、排気口から排気された第１ガスの圧力を検出する第２圧力検出器をさらに備え、第１コントローラは、第１圧力検出器の検出結果及び第２圧力検出器の検出結果に基づいて各第１オリフィスの配置位置の第１ガスの圧力を算出し、圧力の算出結果に基づいて各第１ダイヤフラムバルブによる第１ガスの供給タイミングを制御してもよい。この場合、ガス供給システムは、各第１オリフィスの配置位置の第１ガスの圧力を予測できるので、各第１ガス吐出孔から供給される第１ガスの流量の精度を向上させることができる。

一実施形態においては、第１流路の排気口に設けられた排気用オリフィスをさらに備えてもよい。この場合、ガス供給システムは、第１流路内の位置に依存した第１ガスの差圧を抑えることができる。

一実施形態においては、ガス供給システムは、第１流路における第１ガスの温度を検出する温度検出器をさらに備え、第１ダイヤフラムバルブは、温度検出器の検出結果に基づいて第１ガスの流量を制御してもよい。この場合、ガス供給システムは、温度変化に伴う第１ガスの流量変化を考慮して流量調整をすることができる。

一実施形態においては、第１ダイヤフラムバルブそれぞれは、ダイヤフラムを駆動する圧電素子を有し、ガス供給システムは、圧電素子それぞれの変位量を測定する検出器をさらに備え、第１コントローラは、変位量をパラメータとして第１ダイヤフラムバルブの開度を制御してもよい。この場合、ガス供給システムは、制御電圧をパラメータとする場合と比べて、第１ダイヤフラムバルブの開度の制御誤差を抑えることができる。

一実施形態においては、ガス供給システムは、複数の第２ダイヤフラムバルブであって、各第２ダイヤフラムバルブは、第２流路と第２ガス吐出孔との間に第２ガス吐出孔と対応して設けられる、複数の第２ダイヤフラムバルブをさらに備えてもよい。この場合、各第２ガス吐出孔における第２ガスの供給量が第２ダイヤフラムバルブによって制御される。よって、ガス供給システムは、第１流路からの供給及び第２流路からの供給を独立に制御することができる。

一実施形態においては、ガス供給システムは、第１ガスソースを含む複数のガスソースを有し、複数のガスソースから得られる第１混合ガスを第１流路に供給する第１ガスボックスと、第１ガスボックスと第１流路との間に設けられた第１流量制御器と、第２ガスソースを含む複数のガスソースを有し、複数のガスソースから得られる第２混合ガスを第２流路に供給する第２ガスボックスと、第２ガスボックスと第２流路との間に設けられた第２流量制御器と、複数の第１ダイヤフラムバルブ及び複数の第２ダイヤフラムバルブを動作させる第２コントローラと、をさらに備え、第１流路は、第１混合ガスが供給される閉空間であり、第２流路は、第２混合ガスが供給される閉空間であり、第２コントローラは、第１流路内の第１混合ガスの流量が第１ガス吐出孔ごとに分配制御されるように、各第１ダイヤフラムを動作させ、第２流路内の第２混合ガスの流量が第２ガス吐出孔ごとに分配制御されるように、各第２ダイヤフラムを動作させてもよい。

この場合、第１ガスを含む第１混合ガスは、第１流量制御器によって所定流量に制御されて、第１流路に供給される。各第１ダイヤフラムは、第２コントローラによって動作する。これにより、第１流路内の所定流量の第１混合ガスは、第１ガス吐出孔ごとに分配制御される。第２ガスを含む第２混合ガスは、第２流量制御器によって所定流量に制御されて、第２流路に供給される。各第２ダイヤフラムは、第２コントローラによって動作する。これにより、第２流路内の第２混合ガスは、第２ガス吐出孔ごとに分配制御される。このように、ガス供給システムは、吐出孔ごとに流量を分配制御することができる。

一実施形態においては、ガス供給システムは、第１流路に供給される第１混合ガスの圧力を測定する第３圧力検出器と、第２流路に供給される第２混合ガスの圧力を測定する第４圧力検出器と、をさらに備え、第２コントローラは、第１ガス吐出孔ごとに予め取得された、流量と圧力とバルブ開度との関係と、第３圧力検出器の測定結果と、第１ガス吐出孔ごとに設定された目標流量と、に基づいて、複数の第１ダイヤフラムバルブの開度をそれぞれ制御し、第２ガス吐出孔ごとに予め取得された、流量と圧力とバルブ開度との関係と、第４圧力検出器の測定結果と、第２ガス吐出孔ごとに設定された目標流量と、に基づいて、複数の第２ダイヤフラムバルブの開度をそれぞれ制御してもよい。この場合、ガス供給システムは、予め取得された関係を用いて第１ダイヤフラムバルブ及び第２ダイヤフラムバルブの開度制御を行うことができる。

一実施形態においては、第１ダイヤフラムバルブ及び第２ダイヤフラムバルブそれぞれは、ダイヤフラムを駆動する圧電素子を有し、ガス供給システムは、圧電素子それぞれの変位量を測定する検出器をさらに備え、第２コントローラは、変位量をパラメータとして第１ダイヤフラムバルブの開度及び第２ダイヤフラムバルブの開度を制御してもよい。この場合、ガス供給システムは、制御電圧をパラメータとする場合と比べて、第１ダイヤフラムバルブ及び第２ダイヤフラムバルブの開度の制御誤差を抑えることができる。

本開示の他の側面は、基板処理装置の処理容器内の処理空間へガスを供給するガス供給システムにおけるガス供給方法である。ガス供給システムは、第１流路、複数の第１ガス吐出孔、第２流路、第２ガス吐出孔、複数の第１オリフィス、複数の第１ダイヤフラムバルブ、及び、コントロールバルブを備える。第１流路は、第１ガスの第１ガスソースに接続され、処理容器の天井を構成する天井部材の内部又は処理容器の側壁の内部に形成され、第１ガスが供給される供給口、及び、第１ガスが排気される排気口を有し、供給口から排気口まで延在する。複数の第１ガス吐出孔は、第１流路と処理空間とを連通させる第２流路は、第２ガスの第２ガスソースに接続され、天井部材の内部又は処理容器の側壁の内部に形成される。第２ガス吐出孔は、第２流路と処理空間とを連通させる。複数の第１オリフィスは、複数の第１オリフィスであって、各第１オリフィスは、第１流路と第１ガス吐出孔との間に第１ガス吐出孔と対応して設けられる。各第１ダイヤフラムバルブは、第１流路と第１ガス吐出孔との間に第１ガス吐出孔と対応して設けられ、第１オリフィスの出口から処理空間へ供給される第１ガスの供給タイミングを制御する。コントロールバルブは、供給口の上流に設けられ、供給口から排気口までの第１ガスの流量を所定流量に制御する。ガス供給方法は、第１流路の供給口から排気口まで第１ガスを所定流量で流通させた状態で、第１ダイヤフラムバルブそれぞれを閉とし、かつ、第２ガス吐出孔から第２ガスを処理空間へ供給するステップと、第１流路の供給口から排気口まで第１ガスを所定流量で流通させた状態で、少なくとも１つの第１ダイヤフラムバルブを開とし、かつ、第２ガス吐出孔から第２ガスを処理空間へ供給するステップと、を含む。

このガス供給方法によれば、第２ガスを例えばメインガスとして処理空間に供給し続けるとともに、第１ガスを例えば添加ガスとして間欠的に処理空間に高速で供給することができる。このため、ガス供給方法は、プロセスガスの応答速度を向上させ、さらにプロセスガスの切り替え速度も向上させることができる。

本開示の他の側面は、基板処理装置の処理容器内の処理空間へガスを供給するガス供給システムにおけるガス供給方法である。ガス供給システムは、第１ガスボックス、第１流量制御器、第１流路、複数の第１ガス吐出孔、複数の第１ダイヤフラムバルブ、第２ガスボックス、第２流量制御器、第２流路、複数の第２ガス吐出孔、及び、複数の第２ダイヤフラムバルブを備える。第１ガスボックスは、複数のガスソースを有し、複数のガスソースから得られる第１混合ガスを供給する。第１流量制御器は、第１ガスボックスの下流側に設けられる。第１流路は、第１流量制御器に接続され、第１混合ガスが供給される閉空間であり、処理容器の天井を構成する天井部材の内部又は処理容器の側壁の内部に形成される。複数の第１ガス吐出孔は、第１流路と処理空間とを連通させる。各第１ダイヤフラムバルブは、第１流路と第１ガス吐出孔との間に第１ガス吐出孔と対応して設けられる。第２ガスボックスは、複数のガスソースを有し、複数のガスソースから得られる第２混合ガスを供給する。第２流量制御器は、第２ガスボックスの下流側に設けられる。第２流路は、第２流量制御器に接続され、第２混合ガスが供給される閉空間であり、天井部材の内部又は処理容器の側壁の内部に形成される。複数の第２ガス吐出孔は、第２流路と処理空間とを連通させる。各第２ダイヤフラムバルブは、第２流路と第２ガス吐出孔との間に第２ガス吐出孔と対応して設けられる。ガス供給方法は、第１ダイヤフラムバルブを開とし、第２ダイヤフラムバルブを閉とするステップと、第１ダイヤフラムバルブを閉とし、第２ダイヤフラムバルブを開とするステップと、を含む。

このガス供給方法によれば、プロセスガスの応答速度を向上させ、さらにプロセスガスの切り替え速度も向上させることができる。

本開示の種々の側面及び実施形態によれば、複数のガスを制御してプロセスを実行するために改善されたガス供給システムを提供することができる。

第１実施形態に係るガス供給システムの概要図である。 第１ダイヤフラムバルブを概略的に示す断面図である。 第１ダイヤフラムバルブの下部構造を概略的に示す図である。 第１実施形態に係る基板処理システムを概略的に示す断面図である。 図４の上部電極の概略的な断面図である。 第１流路を平面視した概要図である。 制御圧と第１流路のオリフィスの位置との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係るガス供給方法のフローチャートである。 第２実施形態に係るガス供給システムの概要図である。 第２実施形態に係るガス供給システムの上部電極の概略的な断面図である。 第１流路及び第２流路を平面視した概略図である。 吐出孔ごとの圧力と流量との関係を示すグラフである。 吐出孔ごとのピエゾ開度と流量との関係を示すグラフである。 第２実施形態に係るガス供給方法のフローチャートである。 圧電素子のピエゾ変位量と印加電圧との関係の一例である。 流量レートと印加電圧との関係と、流量レートとピエゾ変位量との関係とを比較したグラフである。 流量自己診断を行う構成の一例である。 比較例及び実施例における流量レートと時間との関係を示すグラフである。 比較例及び実施例における流量レートと時間との関係を示すグラフである。

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。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。

［第１実施形態］
［ガス供給システムの概要］
図１は、第１実施形態に係るガス供給システム１の概要図である。図１に示されるガス供給システム１は、基板処理装置のチャンバ１２（処理容器の一例）内の処理空間へガスを供給するシステムである。ガス供給システム１は、第１ガスソースＧＳ１及び第２ガスソースＧＳ２を備える。第１ガスソースＧＳ１は、第１ガスを貯留する。第２ガスソースＧＳ２は、第２ガスを貯留する。第１ガス及び第２ガスは任意である。一例として、第２ガスはプロセスのメインガス、第１ガスはプロセスの添加ガスとしてもよい。

ガス供給システム１は、第１主流路Ｌ１０及び第２主流路Ｌ２０を備える。第１主流路Ｌ１０は、第１ガスソースＧＳ１とチャンバ１２の第１流路Ｌ１とを供給口ＩＮ１を介して接続する。第２主流路Ｌ２０は、第２ガスの第２ガスソースＧＳ２とチャンバ１２の第２流路Ｌ２とを供給口ＩＮ４を介して接続する。第１主流路Ｌ１０及び第２主流路Ｌ２０は、例えば配管で形成される。

第１流路Ｌ１は、第１ガスソースＧＳ１に接続され、チャンバ１２の上部電極（天井部材の一例）の内部、又は、チャンバ１２の側壁の内部に形成される。第１流路Ｌ１は、第１ガスが供給される供給口ＩＮ１、及び、第１ガスが排気される排気口ＯＴ１を有し、供給口ＩＮ１から排気口ＯＴ１まで延在する。排気口ＯＴ１は、排気流路ＥＬを介してチャンバ１２を排気する排気装置５１に接続されている。

第１流路Ｌ１とチャンバ１２内の処理空間とは、後述する複数の第１ガス吐出孔によって連通されている。第１ガスは、第１流路Ｌ１にそれぞれ接続された複数の第１ガス吐出孔からチャンバ１２の処理空間に供給される。

第１流路Ｌ１と第１ガス吐出孔との間には、第１ガス吐出孔と対応して第１ダイヤフラムバルブが設けられている。つまり、ガス供給システム１は、複数の第１ガス吐出孔に対応した複数の第１ダイヤフラムバルブを備える。一例として、図１では、４つの第１ガス吐出孔に対応した４つの第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４が示されている。４つの第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４は、それぞれ独立に動作可能である。第１ダイヤフラムバルブの一例は、ＯＮ／ＯＦＦバルブである。第１ダイヤフラムバルブの詳細は後述する。複数の第１ガス吐出孔は４つに限定されるものではなく、２以上であればよい。また、複数の第１ダイヤフラムバルブは、４つに限定されるものではなく、複数の第１ガス吐出孔に対応して設けられればよい。

第１流路Ｌ１と第１ガス吐出孔との間には、第１ガス吐出孔と対応して第１オリフィスが設けられていてもよい。第１オリフィスは、第１ダイヤフラムバルブよりも上流側に配置される。一例として、図１では、４つの第１オリフィスＯＬ１～ＯＬ４が示されている。各第１ダイヤフラムバルブは、第１オリフィスの出口から第１ガス吐出孔へ供給される第１ガスの供給タイミングを制御する。複数の第１オリフィスは、４つに限定されるものではなく、複数の第１ガス吐出孔に対応して設けられればよい。

第２流路Ｌ２は、第２ガスソースＧＳ２に接続され、チャンバ１２の上部電極の内部又はチャンバ１２の側壁の内部に形成される。第２流路Ｌ２は閉空間であり、後述する複数の第２吐出孔と接続されている。第２ガスは、第２流路Ｌ２にそれぞれ接続された複数の第２吐出孔からチャンバ１２の処理空間に供給される。

ガス供給システム１は、圧力式流量制御装置ＦＣ２を備えてもよい。圧力式流量制御装置ＦＣ２は、第２主流路Ｌ２０における第２ガスソースＧＳ２の下流側に配置される。圧力式流量制御装置ＦＣ２の上流側には、一次バルブＶＬ４が設けられ、圧力式流量制御装置ＦＣ２の下流側には、二次バルブＶＬ５が設けられる。なお、流量制御装置は、圧力式流量制御装置に限定されることはなく、熱式流量制御装置やその他の原理に基づいた流量制御装置であってもよい。

第２ガスソースＧＳ２の第２ガスは、圧力式流量制御装置ＦＣ２により流量及び圧力が調整され、チャンバ１２の第２流路Ｌ２へ供給口ＩＮ４を介して供給される。

ガス供給システム１は、コントロールバルブＶＬ１を備えてもよい。コントロールバルブＶＬ１は、第１主流路Ｌ１０における第１ガスソースＧＳ１の下流側に配置される。コントロールバルブＶＬ１は、供給口ＩＮ１の上流に設けられ、供給口ＩＮ１へ供給される第１ガスを所定圧力に制御する。コントロールバルブＶＬ１は、圧力式流量制御装置ＦＣ２に備わるコントロールバルブと同一の機能を有する。コントロールバルブＶＬ１と供給口ＩＮ１との間の流路において、第１圧力検出器ＰＭ１が配置されてもよい。

コントロールバルブＶＬ１は、一例として、第１圧力検出器ＰＭ１の検出結果に基づいて第１ガスの流量を制御する。より具体的な一例としては、制御回路Ｃ１がコントロールバルブＶＬ１の動作を決定する。制御回路Ｃ１は、第１圧力検出器ＰＭ１によって検出された圧力を入力し、検出された圧力の流量演算を行う。そして、制御回路Ｃ１、設定された目標流量と算出した流量とを比較し、差分が小さくなるようにコントロールバルブＶＬ１の動作を決定する。なお、第１ガスソースＧＳ１とコントロールバルブＶＬ１との間に一次バルブが設けられていてもよい。コントロールバルブＶＬ１の下流、かつ第１圧力検出器ＰＭ１の上流に二次バルブが設けられていてもよい。また、制御回路Ｃ１及びコントロールバルブＶＬ１がユニットＵ１としてユニット化されていてもよい。

ガス供給システム１は、排気口ＯＴ１から排気された第１ガスの圧力を検出する第２圧力検出器ＰＭ２をさらに備えてもよい。この場合、コントロールバルブＶＬ１は、一例として、第１圧力検出器ＰＭ１及び第２圧力検出器ＰＭ２の検出結果に基づいて第１ガスの流量を制御する。より具体的には、第１圧力検出器ＰＭ１の検出結果及び第２圧力検出器ＰＭ２の検出結果に基づいて各第１オリフィスの配置位置の第１ガスの圧力が算出される。そして、圧力の算出結果に基づいて各第１ダイヤフラムバルブによる第１ガスの供給タイミングが制御される。

ガス供給システム１は、第１流路Ｌ１における第１ガスの温度を検出する温度検出器を備えてもよい。この場合、コントロールバルブＶＬ１は、圧力式流量制御装置ＦＣ２に備わるコントロールバルブと同様に、温度検出器を用いて流量補正を行う。具体的には、コントロールバルブＶＬ１は、温度検出器の検出結果に基づいて第１ガスの流量を制御する。

第１ガスソースＧＳ１の第１ガスは、コントロールバルブＶＬ１により流量及び圧力が調整され、チャンバ１２の第１流路Ｌ１へ供給口ＩＮ１を介して供給される。なお、第１流路Ｌ１の排気口ＯＴ１には、排気用オリフィスＯＬ９が設けられていてもよい。

ガス供給システム１は、コントロールバルブＶＬ１、複数の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４を動作させるコントローラＣ２（第１コントローラの一例）を備えている。コントローラＣ２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。コントローラＣ２は、記憶部に記憶されたレシピを入力し、コントロールバルブＶＬ１を動作させる制御回路Ｃ１へ信号を出力する。また、コントローラＣ２は、記憶部に記憶されたレシピを入力し、複数の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４の開閉動作を制御する。また、コントローラＣ２は、制御回路Ｃ１を介して排気装置５１を動作し得る。

［第１ダイヤフラムバルブ］
複数の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４は、全て同一構成であるため、以下では、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１を例に説明する。図２は、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１を概略的に示す断面図である。第１ダイヤフラムバルブＤＶ１は、第１流路Ｌ１上に配置される。図２に示されるように、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１は、下部本体部７１及び上部本体部７２を備える。下部本体部７１と上部本体部７２との間には、弁機能を発揮する封止部材７４が配置される。下部本体部７１は、その内部に気体を流通させる流路を画成する。上部本体部７２は、封止部材７４を動作させる構成要素を備える。封止部材７４は、可撓性を有する部材で構成され得る。封止部材７４は、例えば、弾性部材、ダイヤフラム、ベローズ等であってもよい。

下部本体部７１は、その内部に第１流路Ｌ１の一部となる流路を画成している。具体的な一例として、下部本体部７１は、入口７１ａ及び出口７１ｂを有し、入口７１ａから出口７１ｂまで延びる内部流路７１ｃを有している。

内部流路７１ｃ内には、第１オリフィスＯＬ１を支持するためのオリフィス支持部７１ｄが形成されている。オリフィス支持部７１ｄは、内部流路７１ｃの内壁から内部流路７１ｃの上部本体部７２側（封止部材７４側）に向けて突出している。オリフィス支持部７１ｄは、入口７１ｅ及び出口７１ｆを有し、入口７１ｅから出口７１ｆまで延びる内部流路７１ｇを有している。オリフィス支持部７１ｄの出口７１ｆには、第１オリフィスＯＬ１が設けられている。第１オリフィスＯＬ１の周囲には、第１オリフィスＯＬ１よりも上部本体部７２側（封止部材７４側）に突出したシール部７５が設けられている。

上部本体部７２は、封止部材７４と第１オリフィスＯＬ１との距離を制御する構成要素を有している。具体的な一例として、上部本体部７２は、シリンダ７６、付勢部材７８及び駆動部８１を有する。

シリンダ７６は、封止部材７４を固定支持し、上部本体部７２の内部に収容される。例えば、シリンダ７６は、その下端に封止部材７４を固定する。シリンダ７６は、外側に向けて拡径された突出部７６ａを有する。シリンダ７６は、その内部に流路７６ｂを有する。突出部７６ａの側面と上部本体部７２の内壁との間、及び、突出部７６ａよりも下方のシリンダ７６の側面と上部本体部７２の内壁との間には、シール部材７９が設けられている。上部本体部７２の内壁、シリンダ７６の側壁、突出部７６ａの下面、及びシール部材７９によって空間８２が画成される。シリンダ７６の流路７６ｂは、空間８２に連通している。

付勢部材７８は、第１オリフィスＯＬ１に封止部材７４が押し当てられる方向にシリンダ７６を弾性的に付勢する。例えば、シリンダ７６を下部本体部７１側（第１オリフィスＯＬ１側）に付勢する。より具体的には、付勢部材７８は、シリンダ７６の突出部７６ａの上面に対して下方へ向けて付勢力を与える。付勢部材７８により、封止部材７４が第１オリフィスＯＬ１の出口７３を封止するように第１オリフィスＯＬ１に押し当てられる。このように、付勢部材７８の作用により、第２流路は閉とされる（閉制御）。付勢部材７８は、例えば弾性体で構成される。具体的な一例としては、付勢部材７８はバネである。

駆動部８１は、押し当てられる方向と逆方向にシリンダ７６を移動させる。駆動部８１は、シリンダ７６の流路７６ｂに空気を供給し、空間８２に空気を充填する。空間８２に充填された空気の圧力が付勢部材７８の付勢力よりも大きくなった場合、シリンダ７６は封止部材７４とともに上昇する。つまり、駆動部８１により、封止部材７４が第１オリフィスＯＬ１から離間する。このように、駆動部８１により、第２流路は開とされる（開制御）。

下部本体部７１の内部流路７１ｃは、封止部材７４の動作によっては閉塞されない構造を有する。つまり、第１流路Ｌ１は、封止部材７４の動作によっては閉塞されず、常に連通した状態となる。図３は、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１の下部構造を概略的に示す図である。図３に示されるように、内部流路７１ｃは、オリフィス支持部７１ｄの周囲を囲むように画成されている。第１ガスは、封止部材７４が第１オリフィスＯＬ１に押し当てられているときには、オリフィス支持部７１ｄの側方を通過し、封止部材７４が第１オリフィスＯＬ１から離間しているときには、オリフィス支持部７１ｄの側方及び上方を通過する。このように、封止部材７４は、第１流路Ｌ１の流通に影響を与えること無く、開閉を実現する。

なお、上述した第１ダイヤフラムバルブＤＶ１は一例であり、種々の変更が可能である。例えば、封止部材７４の突出方向を逆にしてもよい。また、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１の動力は、圧電素子であってもよい。

［基板処理装置］
ガス供給システム１を備える基板処理装置（基板処理システム）として、一実施形態のプラズマ処理装置について説明する。図４は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図４に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマ処理装置であり、プラズマ処理として、例えば、プラズマエッチングのために用いられる装置である。

プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２を備えている。チャンバ１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１２は、例えば、アルミニウムから構成されており、その内壁面には陽極酸化処理が施されている。このチャンバ１２は保安接地されている。また、チャンバ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。また、チャンバ１２の側壁には基板（以下、「ウエハＷ」という）の搬入出口１２ｇが設けられており、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。

チャンバ１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、チャンバ１２内において、チャンバ１２の底部から鉛直方向に延在している。また、チャンバ１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。

載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極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。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣ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ウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理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、例えば、シリコン、石英、又はＳｉＣといった材料から構成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、チャンバ１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハ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ＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

また、プラズマ処理装置１０には、加熱素子であるヒータＨＴが設けられている。ヒータＨＴは、例えば、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれている。ヒータＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給されることにより、載置台ＰＤの温度が調整され、当該載置台ＰＤ上に載置されるウエハＷの温度が調整されるようになっている。なお、ヒータＨＴは、静電チャックＥＳＣに内蔵されていてもよい。

また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、チャンバ１２の天井を構成する天井部材である。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と載置台ＰＤとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが提供されている。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、チャンバ１２の上部に支持されている。一実施形態では、上部電極３０は、載置台ＰＤの上面、即ち、ウエハ載置面からの鉛直方向における距離が可変であるように構成され得る。上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４は処理空間Ｓに面しており、当該天板３４には複数のガス吐出孔が設けられている。ガス吐出孔は、第１ガス吐出孔及び第２ガス吐出孔を含む。なお、図４では、第２ガス吐出孔３４ａのみ図示している。この天板３４は、シリコン、酸化シリコンから構成され得る。或いは、天板３４は、導電性（例えば、アルミニウム）の母材にセラミックスのコーティングを施すことによって形成され得る。上部電極３０の詳細については後述する。

支持体３６は、天板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。この支持体３６は、水冷構造を有し得る。支持体３６の内部には、第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２が設けられている。なお、図４では、第２流路Ｌ２のみ図示している。第１流路Ｌ１には、ガス供給システム１の第１主流路Ｌ１０が接続されている。第２流路Ｌ２には、ガス供給システム１の第２主流路Ｌ２０が接続されている。第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２の詳細については後述する。

支持体３６には、第１流路Ｌ１と当該第１流路Ｌ１の下方で延在する複数のガス吐出孔とを接続する複数の連通孔が形成されている。支持体３６には、第２流路Ｌ２と当該第２流路Ｌ２の下方で延在する複数の第２ガス吐出孔３４ａとを接続する複数の連通孔３６ｂが形成されている。かかる構成の上部電極３０は、シャワーヘッドＳＨを構成している。

また、プラズマ処理装置１０では、チャンバ１２の内壁に沿ってデポシールド４６が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。デポシールド４６は、チャンバ１２にプラズマ処理の副生物（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Ｙ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

チャンバ１２の底部側、且つ、支持部１４とチャンバ１２の側壁との間には排気プレート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Ｙ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。この排気プレート４８の下方、且つ、チャンバ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及び排気装置５１が接続されている。一実施形態では、排気装置５０は、ターボ分子ポンプであり、排気装置５１はドライポンプである。排気装置５０は、チャンバ１２に対して、排気装置５１よりも上流側に設けられている。これら排気装置５０と排気装置５１との間の配管には、ガス供給システム１の排気流路ＥＬが接続している。排気装置５０と排気装置５１との間に排気流路ＥＬが接続されることにより、排気流路ＥＬからチャンバ１２内へのガスの逆流が抑制される。

また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源であり、２７～１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ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。

第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波、即ちバイアス用の高周波を発生する電源であり、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３．２ＭＨｚの第２の高周波を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ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、一実施形態においては、図１に示されたコントローラＣ２は、プラズマ処理装置１０にて実行されるプラズマ処理のために、当該プラズマ処理装置１０の各部を制御する。

このプラズマ処理装置１０では、チャンバ１２内に供給されたガスを励起させて、プラズマを発生させることができる。そして、活性種によってウエハＷを処理することができる。また、ガス供給システム１によって、例えば第２ガスを第２流量で供給しつつ、第１ガスを第２流量よりも少ない第１流量でチャンバ１２内に間欠的かつ応答性良く供給することができる。したがって、異なるプラズマ処理をウエハＷに対して交互に行うプロセスのスループットを高めることが可能である。

［上部電極の詳細］
図５は、図４の上部電極３０の概略的な断面図である。図５に示されるように、上部電極３０の支持体３６の内部には、水平方向に延在する第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２が設けられている。第１流路Ｌ１は、第２流路Ｌ２の下方に位置している。

支持体３６には、第１流路Ｌ１と当該第１流路Ｌ１の下方で延在する複数の第１ガス吐出孔３４ｂとを接続する複数の連通孔３６ｃが形成されている。支持体３６の第１流路Ｌ１と第１ガス吐出孔３４ｂとの間には、第１オリフィスＯＬ１及び第１ダイヤフラムバルブＤＶ１が設けられている。図５の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１は、図４の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１の封止部材７４を逆方向に突出させているが、機能は同一である。第１流路Ｌ１を流れる第１ガスは、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１が開のとき、第１オリフィスＯＬ１の出口、連通孔３６ｃ、及び、第１ガス吐出孔３４ｂを通過して、処理空間へ供給される。他の第１ガス吐出孔３４ｂも同一の構成を備える。なお、支持体３６には、コントロールバルブＶＬ１が流量補正を行うための温度検出器ＴＭ１が設けられている。

支持体３６には、第２流路Ｌ２と当該第２流路Ｌ２の下方で延在する複数の第２ガス吐出孔３４ａとを接続する複数の連通孔３６ｂが形成されている。第２ガスは、供給口ＩＮ４を介して供給され、複数の連通孔３６ｂ、複数の第２ガス吐出孔３４ａを通過して、処理空間へ供給される。

図６は、第１流路Ｌ１を平面視した概要図である。図６においては、一例として３つの第１流路Ｌ１が示されている。第１流路Ｌ１には、複数の第１ガス吐出孔３４ｂに対応して複数のオリフィスＯＬ（第１オリフィス）が設けられる。

支持体３６は、一例として、その中心から外側に３つの領域を有する。支持体の最も中心の領域が第３領域Ｒ３であり、第３領域Ｒ３を囲むように、第２領域Ｒ２が位置し、第２領域Ｒ２を囲むように第１領域Ｒ１が位置している。それぞれの領域に第１流路Ｌ１が形成されている。例えば、第１領域Ｒ１において、第１流路Ｌ１は、供給口ＩＮ１から排気口ＯＴ１まで延在する。第２領域Ｒ２において、第１流路Ｌ１は、供給口ＩＮ２から排気口ＯＴ２まで延在する。第３領域Ｒ３において、第１流路Ｌ１は、供給口ＩＮ３から排気口ＯＴ３まで延在する。なお、支持体３６が有する領域は３つに限定されることはなく、領域は１つでもよいし、複数でもよい。

［コントローラの制御］
コントローラＣ２は、記憶部に記憶されたレシピを入力し、複数の第１ダイヤフラムバルブの開閉動作を制御する。第１流路Ｌ１は、供給口から排気口まで延在するため、第１流路Ｌ１の長さによっては、供給口に近い第１ガス吐出孔と、排気口に近い第１ガス吐出孔との間で第１ガスの圧力差が生じるおそれがある。この場合、第１ガス吐出孔ごとに処理空間への第１ガスの供給量が異なるおそれがある。このため、第１流路Ｌ１の排気口ＯＴ１に、排気用オリフィスＯＬ９が設けられている。これにより、多少の誤差が存在するものの、第１流路Ｌ１の圧力は位置に依存せずにほぼ均一とすることができる。

ただし、位置に依存した圧力の誤差を解消する必要がある場合、又は、ガス供給システム１が排気用オリフィスＯＬ９を備えていない場合、コントローラＣ２は、位置に依存した圧力分布を打ち消す制御を行う。コントローラＣ２は、供給口の上流に設けられた第１圧力検出器ＰＭ１の検出結果と、排気口の下流に設けられた第２圧力検出器ＰＭ２の検出結果との比較に基づいて、各第１オリフィスの配置位置の第１ガスの圧力を算出（予測）する。

図７は、制御圧と第１流路Ｌ１のオリフィスの位置との関係を示すグラフである。横軸は、第１流路Ｌ１の延在方向に座標軸を設けた場合のオリフィスの位置であり、縦軸は制御圧である。図中では、１６個のオリフィスが配置された場合の例を示している。制御圧とは、コントローラＣ２が目標とする圧力である。図７に示されるように、供給口ＩＮ１における制御圧は、第１圧力検出器ＰＭ１によって検出された圧力とすることができる。排気口ＯＴ１における制御圧は、第２圧力検出器ＰＭ２によって検出された圧力とすることができる。コントローラＣ２は、第１流路Ｌ１内の位置に対応する制御圧を、供給口ＩＮ１における制御圧と排気口ＯＴ１における制御圧とを通る直線上の圧力として近似する。オリフィスが配置された位置は既知であるため、コントローラＣ２は、図７に示されるグラフを用いて、各第１オリフィスの配置位置の第１ガスの圧力を算出することができる。コントローラＣ２は、算出した圧力に基づいて、第１ガスの流量がレシピに記載された目標流量となるように、第１ダイヤフラムバルブの開閉制御を行う。

［ガス供給方法］
次に、ガス供給システム１によるガス供給方法を説明する。ガス供給方法は、コントローラＣ２によってガス供給システム１の構成要素が動作されることで実現し得る。図８は、第１実施形態に係るガス供給方法のフローチャートである。

最初に、コントローラＣ２は、第２ガスソースＧＳ２から第２流路Ｌ２へ第２ガスを供給する。これにより、第２ガスが第２ガス吐出孔３４ａから処理空間へ供給される（ステップＳ１０）。

続いて、コントローラＣ２は、第１ガスソースＧＳ１から第１流路Ｌ１へ第１ガスを供給する。このとき、コントローラＣ２は、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１を閉とする（ステップＳ１２）。これにより、第１ガスは、第１流路Ｌ１を所定流量で流通し、排気口ＯＴ１から排気される。第１流路Ｌ１は、チャンバ１２への第１ガスの供給を停止した状態で所定の目標圧力の第１ガスが流通した状態となる。

続いて、コントローラＣ２は、第１ガスを第１流路Ｌ１において所定流量で流通させた状態で第１ダイヤフラムバルブＤＶ１を開とする（ステップＳ１４）。これにより、第１ガスは、第１ガス吐出孔３４ｂから処理空間へ供給される。

ステップＳ１２及びステップＳ１４は、必要があれば繰り返し実行する。全ての工程が終了すると、コントローラＣ２は、二次バルブＶＬ５を閉とし、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１を閉とする。このように、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１を開閉制御することにより、第２ガスに第１ガスを添加することができる。

［第１実施形態のまとめ］
ガス供給システム１においては、第１ガスは第１流路Ｌ１から複数の第１ガス吐出孔３４ｂを介して処理空間Ｓへ供給され、第２ガスは第２流路Ｌ２から複数の第２ガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓへ供給される。このように、第１ガス及び第２ガスは、合流されることなく処理空間Ｓへ供給される。このため、ガス供給システム１は、チャンバ１２に供給する前に第１ガス及び第２ガスを合流させる場合と比べて、合流したガスがチャンバ１２に到達するまでの時間を省略することができる。よって、応答速度に優れている。また、各第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４は、第１流路Ｌ１と第１ガス吐出孔３４ｂとの間、つまり、処理空間Ｓの近傍において配置されている。このため、ガス供給システム１は、第１ガスを第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４によって応答性良く供給制御することができるとともに、処理空間Ｓに第２ガスのみ供給する場合と、処理空間Ｓに第１ガス及び第２ガスの混合ガスを供給する場合とを高速で切り替えることができる。よって、ガス供給システム１は、プロセスガスの応答速度を向上させ、さらにプロセスガスの切り替え速度も向上させることができる。さらに、ガス供給システム１は、第１ガス吐出孔ごとに第１ガスの供給及び停止を制御することができる。

また、ガス供給システム１において、第１ガスは、コントロールバルブＶＬ１によって所定圧力で第１流路Ｌ１に供給され、第１流路Ｌ１の供給口ＩＮ１から排気口ＯＴ１に流通する。そして、第１ガスは、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４の開閉によって、第１オリフィスＯＬ１～ＯＬ４の出口から第１ガス吐出孔３４ｂへ供給される。このため、ガス供給システム１は、第１流路Ｌ１の圧力を流路全体において安定化させるとともに、圧力が安定した状態の第１流路Ｌ１の複数の箇所それぞれから第１ガスを分流させることができる。よって、ガス供給システム１は、第１ガス吐出孔３４ｂごとの圧力誤差を小さくすることができる。また、ガス供給システム１は、第１ガス吐出孔３４ｂに対応した第１オリフィスＯＬ１～ＯＬ４を備えることにより、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４の開閉による第１流路Ｌ１内の圧力変動を抑えることができる。

また、ガス供給システム１は、各第１オリフィスＯＬ１～ＯＬ４の配置位置の第１ガスの圧力を予測できるので、各第１ガス吐出孔３４ｂから供給される第１ガスの流量の精度を向上させることができる。

また、ガス供給システム１は、排気口ＯＴ１の下流に排気用オリフィスＯＬ９を備えることで、第１流路Ｌ１内の位置に依存した第１ガスの差圧を抑えることができる。

また、ガス供給システム１は、第１流路Ｌ１における第１ガスの温度を検出する温度検出器ＴＭ１を用いて、温度変化に伴う第１ガスの流量変化を考慮して流量調整をすることができる。

また、ガス供給方法は、第２ガスを例えばプロセスのメインガスとして処理空間に供給し続けるとともに、第１ガスを例えば添加ガスとして間欠的に処理空間に高速で供給することができる。このため、ガス供給方法は、プロセスガスの応答速度を向上させ、さらにプロセスガスの切り替え速度も向上させることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るガス供給システム１Ａは、第１実施形態に係るガス供給システム１と比較して、制御回路Ｃ１及びコントロールバルブＶＬ１の代わりに流量制御装置を備える点、第１流路Ｌ１が排気口を有していない点、第２流路Ｌ２に第２ガス吐出孔３４ａに対応してオリフィス及びダイヤフラムバルブが配置されている点、第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２に供給されるガスそれぞれが混合ガスである点、及び、コントローラＣ２の動作が相違し、その他は同一である。第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は繰り返さない。

［ガス供給システムの概要］
図９は、第２実施形態に係るガス供給システム１Ａの概要図である。図９に示されるガス供給システム１Ａは、基板処理装置のチャンバ１２（処理容器の一例）内の処理空間へガスを供給するシステムである。ガス供給システム１Ａは、第１ガスボックスＣＧ１と、第２ガスボックスＣＧ２と、を有する。第１ガスボックスＣＧ１は、第１ガスソースＧＳ１を含む複数のガスソースを有する。一例として、第１ガスボックスＣＧ１は、第１ガスソースＧＳ１、第３ガスソースＧＳ３、第４ガスソースＧＳ４、及び、第５ガスソースＧＳ５を含むが、これに限定されない。第２ガスボックスＣＧ２は、第２ガスソースＧＳ２を含む複数のガスソースを有する。一例として、第２ガスボックスＣＧ２は、第２ガスソースＧＳ２、第６ガスソースＧＳ６、第７ガスソースＧＳ７、及び、第８ガスソースＧＳ８を含むが、これに限定されない。

第１ガスボックスＣＧ１は、複数のガスソースから得られる第１混合ガスを第１流路Ｌ１に供給する。第１ガスボックスＣＧ１は、第１主流路Ｌ１０によって第１流路Ｌ１と接続されている。第１主流路Ｌ１０は、第１ガスボックスＣＧ１とチャンバ１２の第１流路Ｌ１とを供給口ＩＮ５を介して接続する。第１ガスボックスＣＧ１と第１流路Ｌ１との間には、圧力式流量制御装置ＦＣ１（第１流量制御器の一例）が設けられる。圧力式流量制御装置ＦＣ１の上流側には、一次バルブＶＬ２が設けられ、圧力式流量制御装置ＦＣ１の下流側には、二次バルブＶＬ３及び第３圧力検出器ＰＭ３が設けられる。なお、流量制御装置は、圧力式流量制御装置に限定されることはなく、熱式流量制御装置やその他の原理に基づいた流量制御装置であってもよい。

第２ガスボックスＣＧ２は、複数のガスソースから得られる第２混合ガスを第２流路Ｌ２に供給する。第２ガスボックスＣＧ２は、第２主流路Ｌ２０によって第２流路Ｌ２と接続されている。第２主流路Ｌ２０は、第２ガスボックスＣＧ２とチャンバ１２の第２流路Ｌ２とを供給口ＩＮ６を介して接続する。第２ガスボックスＣＧ２と第２流路Ｌ２との間には、圧力式流量制御装置ＦＣ２（第２流量制御器の一例）が設けられる。圧力式流量制御装置ＦＣ２の上流側には、一次バルブＶＬ４が設けられ、圧力式流量制御装置ＦＣ２の下流側には、二次バルブＶＬ５及び第４圧力検出器ＰＭ４が設けられる。なお、流量制御装置は、圧力式流量制御装置に限定されることはなく、熱式流量制御装置やその他の原理に基づいた流量制御装置であってもよい。

第１流路Ｌ１は、第１ガスボックスＣＧ１に接続され、チャンバ１２の上部電極（天井部材の一例）の内部、又は、チャンバ１２の側壁の内部に形成される。第１流路Ｌ１は、第１混合ガスが供給される閉空間である。第１流路Ｌ１とチャンバ１２内の処理空間とは、複数の第１ガス吐出孔３４ｂによって連通されている。第１混合ガスは、第１流路Ｌ１にそれぞれ接続された複数の第１ガス吐出孔３４ｂからチャンバ１２の処理空間に供給される。第１流路Ｌ１と第１ガス吐出孔３４ｂとの間には、第１ガス吐出孔３４ｂと対応して第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４が設けられている。なお、第１ダイヤフラムバルブの個数は４つに限定されない。

第２流路Ｌ２は、第２ガスボックスＣＧ２に接続され、チャンバ１２の上部電極（天井部材の一例）の内部、又は、チャンバ１２の側壁の内部に形成される。第２流路Ｌ２は、第２混合ガスが供給される閉空間である。第２流路Ｌ２とチャンバ１２内の処理空間とは、複数の第２ガス吐出孔３４ａによって連通されている。第２混合ガスは、第２流路Ｌ２にそれぞれ接続された複数の第２ガス吐出孔３４ａからチャンバ１２の処理空間に供給される。第２流路Ｌ２と第２ガス吐出孔３４ａとの間には、第２ガス吐出孔３４ａと対応して第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８が設けられている。なお、第２ダイヤフラムバルブの個数は４つに限定されない。

コントローラＣ２（第２コントローラの一例）は、第１実施形態のコントローラＣ２と比べて、複数の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４及び複数の第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８を動作させる点が相違する。コントローラＣ２は、第１流路Ｌ１内の第１混合ガスの流量が第１ガス吐出孔３４ｂごとに分配制御されるように、各第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４を動作させる。コントローラＣ２は、第２流路Ｌ２内の第２混合ガスの流量が第２ガス吐出孔３４ａごとに分配制御されるように、各第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８を動作させる。

［ダイヤフラムバルブ及び基板処理装置］
ダイヤフラムバルブの構成は、第１実施形態と同一である。なお、第２実施形態では、ダイヤフラムバルブの駆動源は圧電素子である。また、ガス供給システム１Ａが適用される基板処理装置は、第１実施形態と比較して、上部電極の構造のみ相違する。

［上部電極の詳細］
図１０は、第２実施形態に係るガス供給システム１Ａの上部電極３０Ａの概略的な断面図である。図１０に示されるように、上部電極３０Ａの支持体３６の内部には、水平方向に延在する第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２が設けられている。第１流路Ｌ１は、第２流路Ｌ２の下方に位置している。

支持体３６には、第１流路Ｌ１と当該第１流路Ｌ１の下方で延在する複数の第１ガス吐出孔３４ｂとを接続する複数の連通孔３６ｃが形成されている。支持体３６の第１流路Ｌ１と第１ガス吐出孔３４ｂとの間には、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１が設けられている。第１流路Ｌ１を流れる第１混合ガスは、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１が開のとき、連通孔３６ｃ、及び、第１ガス吐出孔３４ｂを通過して、処理空間へ供給される。他の第１ガス吐出孔３４ｂも同一の構成を備える。

支持体３６には、第２流路Ｌ２と当該第２流路Ｌ２の下方で延在する複数の第２ガス吐出孔３４ａとを接続する複数の連通孔３６ｂが形成されている。支持体３６の第２流路Ｌ２と第２ガス吐出孔３４ａとの間には、第２ダイヤフラムバルブＤＶ５が設けられている。第２流路Ｌ２を流れる第２混合ガスは、第２ダイヤフラムバルブＤＶ５が開のとき、連通孔３６ｂ、及び、第１ガス吐出孔３４ｂを通過して、処理空間へ供給される。他の第２ガス吐出孔３４ａも同一の構成を備える。

図１１は、第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２を平面視した概要図である。図１１においては、第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２は、支持体３６の中心から外側に向けて延在している。第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２は、径方向に交互に配置されている。第１流路Ｌ１の供給口ＩＮ５及び第２流路Ｌ２の供給口ＩＮ６は、支持体３６の中心側に設けられている。図１１では、一例として８つの第１流路Ｌ１及び８つの第２流路Ｌ２が示されている。第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２には、複数の第１ガス吐出孔３４ｂに対応して複数のダイヤフラムバルブＤＶが設けられる。

［コントローラの制御］
コントローラＣ２は、記憶部に記憶されたレシピを入力し、複数の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４及び複数の第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８の開閉動作を制御する。コントローラＣ２は、第１ガス吐出孔３４ｂごとに予め取得された、流量と圧力とバルブ開度との関係と、第３圧力検出器ＰＭ３の測定結果と、第１ガス吐出孔３４ｂごとに設定された目標流量と、に基づいて、複数の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４の開度をそれぞれ制御する。同様に、コントローラＣ２は、第２ガス吐出孔３４ａごとに予め取得された、流量と圧力とバルブ開度との関係と、第４圧力検出器ＰＭ４の測定結果と、第２ガス吐出孔３４ａごとに設定された目標流量と、に基づいて、複数の第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８の開度をそれぞれ制御する。

図１２は、吐出孔ごとの圧力と流量との関係を示すグラフである。横軸は、流路であり、縦軸は圧力である。図１２では、５つの吐出孔について事前に取得したグラフＧＬ１～ＧＬ５を開示している。図１２に示されるように、圧力と流量との関係が吐出孔ごとに異なる。

図１３は、吐出孔ごとのピエゾ開度と流量との関係を示すグラフである。横軸は、流路であり、縦軸はピエゾ開度である。図１３では、５つの吐出孔について事前に取得したグラフＧＬ１～ＧＬ５を開示している。図１３に示されるように、ピエゾ開度と流量との関係が吐出孔ごとに異なる。

コントローラＣ２は、図１２及び図１３に示された、流量と圧力との関係、流量とバルブ開度との関係を用いて、各吐出孔ごとに、流量と圧力とバルブ開度との関係を取得する。そして、コントローラＣ２は、圧力の測定結果と、第１ガス吐出孔３４ｂごとに設定された目標流量とに基づいて、流量と圧力とバルブ開度との関係を参照することで、複数の第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４の開度をそれぞれ決定する。このように決定することで、コントローラＣ２は、流路内の差圧を考慮して、閉空間に供給された混合ガスを、各ガス吐出孔から分配制御することができる。

［ガス供給方法］
次に、ガス供給システム１Ａによるガス供給方法を説明する。ガス供給方法は、コントローラＣ２によってガス供給システム１の構成要素が動作されることで実現し得る。図１４は、第２実施形態に係るガス供給方法のフローチャートである。なお、開始時において、第１ダイヤフラムバルブ及び第２ダイヤフラムバルブは、閉であるとする。

最初に、コントローラＣ２は、第１ガスボックスＣＧ１から所定流量の第１混合ガスを第１流路Ｌ１へ供給するとともに、第１ダイヤフラムバルブを開とし、第２ダイヤフラムバルブを閉とする（ステップＳ２０）。第１ダイヤフラムバルブは、第１ガス吐出孔３４ｂごとに開度制御される。これにより、所定流量の第１混合ガスが、第１ガス吐出孔３４ｂごとに分配されて、処理空間Ｓへ供給される。

次に、コントローラＣ２は、第２ガスボックスＣＧ２から所定流量の第２混合ガスを第２流路Ｌ２へ供給するとともに、第２ダイヤフラムバルブを開とし、第１ダイヤフラムバルブを閉とする（ステップＳ２２）。第２ダイヤフラムバルブは、第２ガス吐出孔３４ａごとに開度制御される。これにより、所定流量の第２混合ガスが、第２ガス吐出孔３４ａごとに分配されて、処理空間Ｓへ供給される。

ステップＳ２０及びステップＳ２２は、必要があれば繰り返し実行する。全ての工程が終了すると、コントローラＣ２は、二次バルブＶＬ５を閉とし、第１ダイヤフラムバルブ及び第２第１ダイヤフラムバルブを閉とする。このように、ダイヤフラムバルブをそれぞれ開閉制御することにより、第１混合ガスと第２混合ガスとを高速で切り替えることができる。

［ピエゾ開度］
次に、圧電素子を用いたダイヤフラムバルブのガス流量の制御について詳細を説明する。図１５は、圧電素子のピエゾ変位量（ピエゾ開度）と印加電圧との関係の一例である。第１の圧電素子（図１５の説明（Ａ））は、印加電圧１２０Ｖで全開（流量１００％設定）、印加電圧０Ｖで閉（流量０％設定）となる。第２の圧電素子（図１５の説明（Ｂ））も、第１の圧電素子と同様に、印加電圧１２０Ｖで全開（流量１００％設定）、印加電圧０Ｖで閉（流量０％設定）となる。しかし、流量をＸ％（１００＞Ｘ＞１）に設定する場合、第１の圧電素子は印加電圧７５Ｖが必要となり、第２の圧電素子は印加電圧６０Ｖが必要となる。また、流量を１％に設定する場合、第１の圧電素子は印加電圧５０Ｖが必要となり、第２の圧電素子は印加電圧２０Ｖが必要となる。このように、圧電素子は、素子ごとに、ピエゾ変位量に到達させる印加電圧にばらつきがある。

図１６のグラフ（Ａ）は、流量レートと印加電圧との関係を示すグラフであり、第１の圧電素子Ａに関するグラフＳＭ１、第２の圧電素子に関するグラフＳＭ２を示している。横軸は、印加電圧、縦軸は流量レートである。図１６のグラフ（Ａ）に示されるように、印加電圧と流量レートとの関係は、第１の圧電素子及び第２の圧電素子ともに、ヒステリシスとなる。一方、図１６のグラフ（Ｂ）は、流量レートとピエゾ変位量との関係を示すグラフであり、第１の圧電素子Ａに関するグラフＳＭ１、第２の圧電素子に関するグラフＳＭ２を示している。横軸はピエゾ変位量であり、縦軸は流量レートである。図１６のグラフ（Ｂ）に示されるように、ピエゾ変位量と流量レートとの関係は、第１の圧電素子及び第２の圧電素子ともに、線形となる。このため、印加電圧を制御パラメータとして圧電素子を制御するよりも、ピエゾ変位量を制御パラメータとして圧電素子を制御する方が、制御性に優れているとともに、誤差も生じにくい。このため、コントローラＣ２は、ダイヤフラムの開閉制御を行う場合、印加電圧を制御パラメータとしてダイヤフラムの開閉制御をせずに、ピエゾ変位量を制御パラメータとしてダイヤフラムの開閉制御を行う。なお、ピエゾ変位量は、周知のセンサでモニタすることができる。

［自己診断機能］
コントローラＣ２は、ダイヤフラムバルブの流量が制御目標通りになっているか否かを判定する機能を有していてもよい。図１７は、流量自己診断を行う構成の一例である。図１７では、第３流路Ｌ３上にダイヤフラムバルブ２０１が配置されている。ダイヤフラムバルブ２０１の下流には、圧力検出器ＰＭ８、温度検出器ＴＭ８、オリフィス２０３及び二次バルブ２０２が配置されている。ここで、ダイヤフラムバルブ２０１の上流には、一次バルブ２００及び圧力検出器ＰＭ９が配置されている。圧力検出器ＰＭ９が配置されていることにより、ダイヤフラムバルブ２０１の一次側の圧力を測定することができる。このため、ダイヤフラムバルブ２０１のピエゾ変位量と実際の流量とを対応させて記憶することができる。そして、コントローラＣ２は、記憶されたデータと実測値とを比較して、ピエゾ変位量と実際の流量との関係が許容範囲よりもずれている場合には、正しく流量を制御できていないと判定する。このように、コントローラＣ２は、流量に関して自己診断をすることができる。また、コントローラＣ２は、正しく流量を制御できていないと判定した場合、圧電素子が経年劣化していると判定することもできる。このため、コントローラＣ２は、圧電素子の交換タイミングを予測することもできる。

［第２実施形態のまとめ］
ガス供給システム１Ａにおいては、第１ガスを含む第１混合ガスは、圧力式流量制御装置ＦＣ１によって所定流量に制御されて、第１流路Ｌ１に供給される。各第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４は、コントローラＣ２によって動作する。これにより、第１流路Ｌ１内の所定流量の第１混合ガスは、第１ガス吐出孔３４ｂごとに分配制御される。第２ガスを含む第２混合ガスは、圧力式流量制御装置ＦＣ２によって所定流量に制御されて、第２流路Ｌ２に供給される。各第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８は、コントローラＣ２によって動作する。これにより、第２流路Ｌ２内の第２混合ガスは、第２ガス吐出孔３４ａごとに分配制御される。このように、ガス供給システムは、吐出孔ごとに流量を分配制御することができる。

ガス供給システム１Ａは、流量と圧力とバルブ開度との関係と、圧力の測定結果と、目標値とに基づいて、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４及び第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８の開度制御を行うことができる。

また、コントローラＣ２は、ピエゾ変位量をパラメータとして第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４の開度及び第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８の開度を制御してもよい。この場合、ガス供給システムは、制御電圧をパラメータとする場合と比べて、第１ダイヤフラムバルブＤＶ１～ＤＶ４及び第２ダイヤフラムバルブＤＶ５～ＤＶ８の開度の制御誤差を抑えることができる。

また、第２実施形態に係るガス供給方法によれば、プロセスガスの応答速度を向上させ、さらにプロセスガスの切り替え速度も向上させることができる。

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、各実施形態を組み合わせてもよい。また、上述した基板処理装置は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、基板処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を利用するプラズマ処理装置といった任意のプラズマ処理装置であってもよい。また、第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２が上部電極に形成される例を説明したが、第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２は、チャンバの側壁の内部に形成されていてもよい。

［実施例］
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べるが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。

（流量制御応答性の向上）
ダイヤフラムバルブの流量制御応答性について検証した。実施例として、ピエゾ変位量を制御パラメータとして流量レートをシミュレーションした。比較例として、印加電圧を制御パラメータとして流量レートをシミュレーションした。結果を図１８に示す。図１８は、比較例及び実施例における流量レートと時間との関係を示すグラフである。図１８のグラフ（Ａ）は比較例であり、横軸は時間、縦軸は流量レート又は印加電圧である。グラフＧ１が制御目標値、グラフＧ２が印加電圧値、グラフＧ３が流量である。図１８のグラフ（Ｂ）は実施例であり、横軸は時間、縦軸は流量レート又はバルブ開度（ピエゾ変位量）である。グラフＧ１が制御目標値、グラフＧ２がバルブ開度、グラフＧ３が流量である。実施例及び比較例を比較すると、実施例の方が比較例に比べてグラフＧ３の立ち上がりが速いことが確認された。このため、制御パラメータをバルブ開度（ピエゾ変位量）とすることで、流量制御の応答性が向上することが確認された。

（アンダーシュートの改善）
ダイヤフラムバルブの流量制御時のアンダーシュートについて検証した。実施例として、ピエゾ変位量を制御パラメータとして流量レートをシミュレーションした。比較例として、印加電圧を制御パラメータとして流量レートをシミュレーションした。結果を図１９に示す。図１９は、比較例及び実施例における流量レートと時間との関係を示すグラフである。図１９のグラフ（Ａ）は比較例であり、横軸は時間、縦軸は流量レート又は印加電圧である。グラフＧ１が制御目標値、グラフＧ２が印加電圧値、グラフＧ３が流量である。図１９のグラフ（Ｂ）は実施例であり、横軸は時間、縦軸は流量レート又はバルブ開度（ピエゾ変位量）である。グラフＧ１が制御目標値、グラフＧ２がバルブ開度、グラフＧ３が流量である。実施例及び比較例を比較すると、実施例の方が比較例に比べてグラフＧ３がたち下がった時にアンダーシュートしていないことが確認された。このため、制御パラメータをバルブ開度（ピエゾ変位量）とすることで、アンダーシュートが改善されることが確認された。

１…ガス供給システム、１２…チャンバ（処理容器）、ＧＳ１…第１ガスソース、ＧＳ２…第２ガスソース、Ｌ１…第１流路、Ｌ２…第２流路、ＤＶ１～ＤＶ４…第１ダイヤフラムバルブ、ＯＬ１～ＯＬ４…第１オリフィス、ＦＣ１，ＦＣ２…圧力式流量制御装置、ＶＬ１…コントロールバルブ、ＰＭ１…第１圧力検出器、ＰＭ２…第２圧力検出器、ＯＬ９…排気用オリフィス、Ｃ２…コントローラ、３０，３０Ａ…上部電極、Ｓ…処理空間、３４ａ…第２ガス吐出孔、３４ｂ…第１ガス吐出孔、ＴＭ１…温度検出器。

Claims (4)

1. 基板処理装置の処理容器内の処理空間へガスを供給するガス供給システムであって、
   第１ガスの第１ガスソースに接続され、前記処理容器の天井を構成する天井部材の内部又は前記処理容器の側壁の内部に形成され、前記第１ガスが供給される供給口、及び、前記第１ガスが排気される排気口を有し、前記供給口から前記排気口まで延在する第１流路と、
   前記第１流路と前記処理空間とを連通させる複数の第１ガス吐出孔と、
   第２ガスの第２ガスソースに接続され、前記天井部材の内部又は前記処理容器の側壁の内部に形成された第２流路と、
   前記第２流路と前記処理空間とを連通させる複数の第２ガス吐出孔と、
   複数の第１ダイヤフラムバルブであって、各第１ダイヤフラムバルブは、前記第１流路と前記第１ガス吐出孔との間に前記第１ガス吐出孔ごとに設けられる、前記複数の第１ダイヤフラムバルブと、
   前記供給口の上流に設けられ、前記供給口へ供給される前記第１ガスを所定圧力に制御するコントロールバルブと、
   複数の第１オリフィスであって、各第１オリフィスは、前記第１流路と前記第１ガス吐出孔との間に前記第１ガス吐出孔と対応して設けられる、前記複数の第１オリフィスと、
   前記コントロールバルブ及び前記複数の第１ダイヤフラムバルブを動作させる第１コントローラと、
   前記コントロールバルブと前記供給口との間の流路において前記第１ガスの圧力を検出する第１圧力検出器と、
   前記排気口から排気された前記第１ガスの圧力を検出する第２圧力検出器と、
   を備え、
   各第１ダイヤフラムバルブは、前記第１オリフィスの出口から第１ガス吐出孔へ供給される前記第１ガスの供給タイミングを制御し、
   前記コントロールバルブは、前記第１圧力検出器の検出結果に基づいて前記第１ガスの圧力を制御し、
   前記第１コントローラは、前記第１圧力検出器の検出結果及び前記第２圧力検出器の検出結果に基づいて各第１オリフィスの配置位置の前記第１ガスの圧力を算出し、前記圧力の算出結果に基づいて各第１ダイヤフラムバルブによる前記第１ガスの供給タイミングを制御する、
   ガス供給システム。
2. 前記第１流路の前記排気口に設けられた排気用オリフィスをさらに備える請求項１に記載のガス供給システム。
3. 前記第１流路における前記第１ガスの温度を検出する温度検出器をさらに備え、
   前記コントロールバルブは、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記第１ガスの流量を制御する請求項１又は２に記載のガス供給システム。
4. 前記第１ダイヤフラムバルブそれぞれは、ダイヤフラムを駆動する圧電素子を有し、
   前記圧電素子それぞれの変位量を測定する検出器をさらに備え、
   前記第１コントローラは、前記変位量とパラメータとして前記第１ダイヤフラムバルブの開度を制御する、請求項１～３の何れか一項に記載のガス供給システム。

Images