KR20210062558A - 가스 공급 시스템, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 시스템의 제어 방법 - Google Patents

가스 공급 시스템, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 시스템의 제어 방법 Download PDF

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KR20210062558A
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화준 정
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 본 개시는 응답성 양호하게 가스를 분배하는 가스 공급 시스템, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 시스템을 제공한다.
[해결수단] 제 1 가스 입구 및 제 2 가스 입구를 갖는 챔버와 가스 소스 사이에 접속되는 가스 공급 시스템에 있어서, 복수의 유량 조정 라인을 구비하고, 각 유량 조정 라인은 제 1 라인 및 제 2 라인의 쌍을 가지며, 제 1 라인은 가스 소스와 제 1 가스 입구를 접속하며, 제 1 밸브 및 제 1 오리피스를 가지며, 제 2 라인은 가스 소스와 제 2 가스 입구를 접속하며, 제 2 밸브 및 제 2 오리피스를 가지며, 각 유량 조정　라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스는 동일한 사이즈를 갖는, 유량 조정 유닛과, 각 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 밸브 및 제 2 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제어부를 갖는 가스 공급 시스템.

Description

가스 공급 시스템, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 시스템의 제어 방법{GAS SUPPLY SYSTEM, PLASMA PROCESSING APPARATUS, AND CONTROL METHOD OF GAS SUPPLY SYSTEM}
본 개시는 가스 공급 시스템, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
복수의 가스 도입부로부터 챔버 내에 처리 가스를 공급하고, 챔버 내의 탑재대에 탑재된 기판에 소망의 처리를 실시하는 플라즈마 처리 장치가 알려져 있다.
특허문헌 1에는 가스관로에 있어서 도입되는 가스의 흐름을, 가스의 2개의 별도의 출구 흐름으로 분할하는 흐름 제어부가 개시되어 있다.
미국 특허 제 8,772,171 호
하나의 측면에서는, 본 개시는 응답성이 양호하며 가스를 분배하는 가스 공급 시스템, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 시스템의 제어 방법을 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 일 태양에 따르면, 제 1 가스 입구 및 제 2 가스 입구를 갖는 챔버와 적어도 1개의 가스 소스 사이에 연결되는 가스 공급 시스템에 있어서, 복수의 조정 라인을 구비하고, 각 유량 조절 라인은 제 1 라인 및 제 2 라인의 쌍을 가지며, 상기 제 1 라인은, 상기 적어도 1개의 가스 소스와 상기 제 1 가스 입구를 접속하고, 제 1 밸브 및 제 1 오리피스를 가지며, 상기 제 2 라인은, 상기 적어도 1개의 가스 소스와 상기 제 2 가스 입구를 접속하고, 제 2 밸브 및 제 2 오리피스를 가지며, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 오리피스 및 상기 제 2 오리피스는 동일한 사이즈를 갖는, 유량 조절 장치와, 각 유량 조절 라인에 있어서의 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제어부를 갖는 가스 공급 시스템이 제공된다.
하나의 측면에 따르면, 응답성이 양호하고 가스를 분배하는 가스 공급 시스템, 플라즈마 처리 장치 및 가스 공급 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 플라즈마 처리 장치의 개략의 일 예를 도시하는 단면도.
도 2는 가스 분배기의 일 예의 구성 모식도.
도 3은 제어부에 저장되는 테이블의 일 예.
도 4는 제어부에 의한 유량 비율 제어의 일 예를 설명하는 흐름도.
도 5는 오리피스 사이즈의 조합의 일 예를 나타내는 도면.
도 6은 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프의 일 예.
도 7은 플라즈마 처리 장치의 개략의 다른 일 예를 도시하는 단면도.
도 8은 가스 분배기의 다른 일 예의 구성 모식도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 각 도면에서 동일한 구성 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.
[플라즈마 처리 장치(10)의 구성]
도 1은 플라즈마 처리 장치(10)의 개략의 일 예를 도시하는 단면도이다. 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 처리 공간(11s)을 갖는 챔버(11)를 구비한다.
플라즈마 처리 장치(10)는 기판 지지부(20)를 갖는다. 기판 지지부(20)는 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 배치되며, 기판(W)(예를 들어, 웨이퍼)을 지지하도록 구성되어 있다. 기판 지지부(20)는 하부 전극(21)을 가지며, 하부 전극(21)은 바이어스 전극으로서 기능한다. 기판 지지부(20)의 중심축을 Z축으로 정의한다.
또한, 하부 전극(21)에는 바이어스용 고주파 전원(30)이 접속되어 있다. 고주파 전원(30)은 예를 들어 13㎒의 주파수를 갖는 바이어스 RF(Radio Frequency) 전력을 하부 전극(21)에 공급한다. 바이어스 RF 전력의 주파수 및 전력은 후술하는 제어 장치(100)에 의해 제어된다.
기판 지지부(20)는 정전 흡착력에 의해 웨이퍼(W)를 보지하기 위한 정전 척 (22)을 갖는다. 기판 지지부(20)는 하부 전극(21)의 주연부 상면에서 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치된 에지 링(23)을 갖는다.
또한, 도시는 생략하지만, 일 실시형태에 있어서, 기판 지지부(20)는 정전 척(22) 및 기판(W) 중 적어도 1개를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온조 모듈을 포함하여도 좋다. 온조 모듈은 히터, 유로, 또는 이들 조합을 포함하여도 좋다. 유로에는 냉매, 전열 가스와 같은 온조 유체가 흐른다. 온조 모듈은 후술하는 제어 장치(100)에 의해 제어된다.
챔버(11)의 저면에는 배기구(13)가 형성되어 있으며, 배기구(13)는 배기 장치(15)에 접속되어 있다. 배기 장치(15)는 후술하는 제어 장치(100)에 의해 제어된다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 챔버(11)의 상부에 배치된 유전체창(61)을 갖는다. 　또한, 플라즈마 처리 장치(10)는, 플라즈마 처리 공간(11s) 내에 처리 가스를 도입하도록 구성된 가스 분사부(센터 가스 인젝터)(41)를 갖는다. 　가스 분사부(41)는 대략 원통형상의 외형을 가지며, 유전체창(61)의 중앙에 형성된 개구에 배치되어 있다.
가스 분사부(41)는 가스 분사부(41) 내에 처리 가스를 도입하기 위한 도입구(42a 및 42b)를 갖는다. 　도입구(42a 및 42b)는, 예를 들면 가스 분사부(41)의 상부에 마련되어 있다. 　가스 분사부(41)의 하부는, 유전체창(61)의 하면으로부터 하방으로 돌출되어 있다. 　따라서, 가스 분사부(41)의 하부는 플라즈마 처리 공간(11s)에 노출되어 있다. 　가스 분사부(41)는, 처리 가스를 Z축을 따라서 하방으로 분사하는 분사구(43a)와, 처리 가스를 횡방향, 즉, Z축으로부터 이격되는 방향으로 분사하는 분사구(43b)를 갖는다. 　분사구(43a 및 43b)는 가스 분사부(41)의 하부, 즉, 플라즈마 처리 공간(11s)에 노출되어 있는 부분에 형성되어 있다. 　도입구(42a)는 제 1 가스 입구의 일 예이며, 도입구(42b)는 제 2 가스 입구의 일 예이다. 　분사구(43a)는 제 1 분사구의 일 예이며, 분사구(43b)는 제 2 분사구의 일 예이다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 가스 공급부(50) 및 가스 스플리터(가스 공급 시스템)(55)를 가지며, 도입구(42a) 및 도입구(42b)는 가스 스플리터(55)를 거쳐서 가스 공급부(50)에 접속되어 있다.
가스 공급부(50)는 가스 공급원(51)과, MFC(Mass Flow Controller)(52)와, 밸브(53)를 갖는다. 　가스 공급원(51)은, 가스 공급 라인(54)을 거쳐서 처리 가스를 가스 스플리터(55)에 공급한다. 　MFC(52) 및 밸브(53)는 가스 공급 라인(54) 상에 배치되어 있다. 　MFC(52)는 가스 공급원(51)으로부터 공급되는 처리 가스의 유량을 제어한다. 　환언하면, MFC(52)는 가스 공급원(51)으로부터 챔버(11) 내의 플라즈마 처리 공간(11s)에 공급되는 처리 가스의 총 유량을 제어한다. 　밸브(53)는 처리 가스의 공급 및 공급 정지를 제어한다. 　MFC(52) 및 밸브(53)는 후술하는 제어 장치(100)에 의해서 각각 독립적으로 제어된다.
가스 스플리터(55)는 가스 공급 라인(54)으로부터 공급된 처리 가스를, 후술 하는 제어 장치(100)에 의해 지령된 유량비에 따라서, 가스 공급 라인(56a, 56b)에 공급한다. 가스 공급 라인(56a)은 도입구(42a)와 접속된다. 　가스 공급 라인(56b)은 도입구(42b)와 접속된다. 가스 스플리터(55)는 후술하는 제어 장치(100)에 의해서 제어된다.
이와 마찬가지로, 플라즈마 처리 장치(10)는, MFC(52)에 있어서 챔버(11) 내에 공급되는 처리 가스의 총 유량을 제어하여, 가스 스플리터(55)에 있어서 2개의 가스 라인의 유량비를 제어하고, 이에 의해, 챔버(11) 내의 플라즈마 처리 공간(11s)에 공급되는 처리 가스의 다양한 유량 제어를 가능하게 한다.
본 실시예에 있어서, 가스 공급원(51)은 처리 가스로서, 예를 들면 CF4 가스나 염소 가스 등의 에칭용의 처리 가스를 챔버(11) 내에 공급한다. 　또한, 가스 공급부(50)는 적어도 1개의 가스 공급원(51)을 갖고 있으며, 복수의 가스 공급원(51)을 갖고 있어도 좋다. 　가스 공급부(50)가 복수의 가스 공급원(51)을 갖는 경우, 공급하는 처리 가스를 전환할 수 있도록 구성되어 있어도 좋고, 복수의 처리 가스의 혼합 가스를 공급할 수 있도록 구성되어 있어도 좋으며, 이들에 한정되는 것은 아니다.
플라즈마 처리 장치(10)는, 챔버(11)(유전체창(61))의 상부 또는 상방에 배치된 플라즈마 발생용의 안테나(62)를 갖는다. 　안테나(62)는 적어도 1개의 코일을 가지며, 도 1의 예에서는 외측 코일(621) 및 내측 코일(622)을 갖는다. 　내측 코일(622)은 가스 분사부(41)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 　외측 코일(621)은 내측 코일(622)을 둘러싸도록 배치되어 있다.
외측 코일(621) 및 내측 코일(622) 중 적어도 하나는, 고주파 전원(71)이 접속된 1차 코일로서 기능한다. 　따라서, 고주파 전원(71)은 외측 코일(621) 및 내측 코일(622) 중 적어도 하나에 소스 RF 전력을 공급한다. 　소스 RF 전력의 주파수는, 바이어스 RF 전력의 주파수보다 크다. 　외측 코일(621) 및 내측 코일(622) 중, 고주파 전원(71)에 접속되어 있지 않은 코일은, 1차 코일과 유도 결합하는 2차 코일로서 기능한다. 　고주파 전원(71)은 전력 공급부의 일 예이다. 　소스 RF 전력의 주파수 및 전력은 후술하는 제어 장치(100)에 의해서 제어된다. 　또한, 외측 코일(621) 및 내측 코일(622)은 동일한 높이로 배치되어도 좋으며, 상이한 높이로 배치되어도 좋다. 　도 1의 예에서는, 내측 코일(622)은 외측 코일(621)보다 낮은 위치에 배치되어 있다.
플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부(部)를 제어하는 제어 장치(100)를 갖는다. 　제어 장치(100)는 ROM(Read Only Memory) 또는 RAM(Random Access Memory) 등의 메모리와, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서를 갖는다. 제어 장치(100) 내의 메모리에는, 레시피 등의 데이터나 프로그램 등이 격납되어 있다. 　제어 장치(100) 내의 프로세서는, 제어 장치(100) 내의 메모리에 격납된 프로그램을 판독하여 실행하고, 제어 장치(100) 내의 메모리에 격납된 레시피 등의 데이터에 근거하여 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다.
다음에, 가스 스플리터(55)에 대해, 도 2를 이용하여 추가로 설명한다. 　도 2는 가스 스플리터(55)의 일 예의 구성 모식도이다.
가스 스플리터(55)는 1차 공급 라인(1)과, 2차 공급 라인(2A, 2B)과, 복수의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)을 구비하는 유량 조정 유닛(3U)과, 제어부(101)를 갖는다.
1차 공급 라인(1)은 가스 공급 라인(54)을 거쳐서 가스 공급부(50)와 접속된다. 　2차 공급 라인(2A)은 가스 공급 라인(56a)을 거쳐서 도입구(42a)와 접속된다. 　2차 공급 라인(2B)은 가스 공급 라인(56b)을 거쳐서 도입구(42b)와 접속된다.
유량 조정 유닛(3U)은 복수의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)을 구비한다. 　도 2에 도시하는 예에 있어서, 상류측으로부터 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 순서대로 배치되어 있다.
1개의 유량 조정 라인은 한쌍의 라인을 갖는다. 　도 2에 도시하는 예에서는, 유량 조정 라인(3A)은 한쌍의 라인(4A, 5A)을 갖는다. 　즉, 유량 조정 라인(3A)은 쌍이 되는 제 1 라인(4A) 및 제 2 라인(5A)을 갖는다.
제 1 라인(4A)은 일단이 1차 공급 라인(1)과 접속되며, 타단이 2차 공급 라인(2A)과 접속된다. 　환언하면, 제 1 라인(4A)은 가스 공급부(50)와 도입구(42a)를 접속하는 유로이다. 　제 1 라인(4A)은, 상류측으로부터 제 1 밸브(6A) 및 제 1 오리피스(7A)를 갖는다. 　즉, 제 1 오리피스(7A)는 제 1 밸브(6A)의 하류측에 배치된다. 　제 2 라인(5A)은 일단이 1차 공급 라인(1)과 접속되며, 타단이 2차 공급 라인(2B)과 접속된다. 　환언하면, 제 2 라인(5A)은 가스 공급부(50)와 도입구(42b)를 접속하는 유로이다. 　제 2 라인(5A)은 상류측으로부터 제 2 밸브(8A) 및 제 2 오리피스(9A)를 갖는다. 　즉, 제 2 오리피스(9A)는 제 2 밸브(8A)의 하류측에 배치된다. 　밸브(6A, 8A)는 예를 들면 전자 밸브로 구성되며, 제어부(101)에 의해 개폐가 제어된다. 　쌍이 되는 제 1 오리피스(7A)와 제 2 오리피스(9A)는 동일한 사이즈를 갖고 있다. 　환언하면, 제 1 오리피스(7A)의 개구 면적은 제 2 오리피스(9A)의 개구 면적과 동일하게 되어 있다. 　추가로 환언하면, 제 1 오리피스(7A)의 오리피스 직경은 제 2 오리피스(9A)의 오리피스 직경과 동일하게 되어 있다.
마찬가지로, 유량 조정 라인(3B)은 한쌍의 라인(4B, 5B)을 갖는다. 　즉, 유량 조정 라인(3B)은 쌍이 되는 제 1 라인(4B) 및 제 2 라인(5B)을 갖는다. 　제 1 라인(4B)은 제 1 밸브(6B) 및 제 1 오리피스(7B)를 갖는다. 　제 2 라인(5B)은 제 2 밸브(8B) 및 제 2 오리피스(9B)를 갖는다. 　쌍이 되는 제 1 오리피스(7B)와 제 2 오리피스(9B)는 동일한 사이즈를 갖고 있다.
마찬가지로, 유량 조정 라인(3C)은 한쌍의 라인(4C, 5C)을 갖는다. 　즉, 유량 조정 라인(3C)은 쌍이 되는 제 1 라인(4C) 및 제 2 라인(5C)을 갖는다. 　제 1 라인(4C)은 제 1 밸브(6C) 및 제 1 오리피스(7C)를 갖는다. 　제 2 라인(5C)은 제 2 밸브(8C) 및 제 2 오리피스(9C)를 갖는다. 　쌍이 되는 제 1 오리피스(7C)와 제 2 오리피스(9C)는 동일한 사이즈를 갖고 있다.
마찬가지로, 유량 조정 라인(3D)은 한쌍의 라인(4D, 5D)을 갖는다. 　즉, 유량 조정 라인(3D)은 쌍이 되는 제 1 라인(4D) 및 제 2 라인(5D)을 갖는다. 　제 1 라인(4D)은 제 1 밸브(6D) 및 제 1 오리피스(7D)를 갖는다. 　제 2 라인(5D)은 제 2 밸브(8D) 및 제 2 오리피스(9D)를 갖는다. 　쌍이 되는 제 1 오리피스(7D)와 제 2 오리피스(9D)는 동일한 사이즈를 갖고 있다.
마찬가지로, 유량 조정 라인(3E)은 한쌍의 라인(4E, 5E)을 갖는다. 　즉, 유량 조정 라인(3E)은 쌍이 되는 제 1 라인(4E) 및 제 2 라인(5E)을 갖는다. 　제 1 라인(4E)은 제 1 밸브(6E) 및 제 1 오리피스(7E)를 갖는다. 　제 2 라인(5E)은 제 2 밸브(8E) 및 제 2 오리피스(9E)를 갖는다. 　쌍이 되는 제 1 오리피스(7E)와 제 2 오리피스(9E)는 동일한 사이즈를 갖고 있다.
마찬가지로, 유량 조정 라인(3F)은 한쌍의 라인(4F, 5F)을 갖는다. 　즉, 유량 조정 라인(3F)은 쌍이 되는 제 1 라인(4F) 및 제 2 라인(5F)을 갖는다. 　제 1 라인(4F)은 제 1 밸브(6F) 및 제 1 오리피스(7F)를 갖는다. 　제 2 라인(5F)은 제 2 밸브(8F) 및 제 2 오리피스(9F)를 갖는다. 　쌍이 되는 제 1 오리피스(7F)와 제 2 오리피스(9F)는 동일한 사이즈를 갖고 있다.
또한, 각 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 오리피스(7A 내지 7F(9A 내지 9F))의 사이즈는 서로 상이하여도 좋으며, 적어도 일부가 동일하여도 좋다. 이하의 설명에서는, 각 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 오리피스(7A 내지 7F(9A 내지 9F))의 사이즈는 서로 상이하며, 상류측의 유량 조정 라인(3A)으로부터 하류측의 유량 조정 라인(3F)의 순서대로, 오리피스의 사이즈가 작아지는 것으로 하여 설명한다.
제어 장치(100)는 예를 들면 플라즈마 처리 장치(10)에 있어서의 프로세스의 레시피에 근거하여, 제어부(101)에 유량비에 관한 데이터를 송신하고, 유량비를 지령한다. 　제어부(101)는 유량비에 관한 데이터를 수신하면, 유량비에 근거하여, 각 유량 조정 라인(3A 내지 3F)에 있어서의 제 1 밸브(6A 내지 6F) 및 제 2 밸브(8A 내지 8F) 각각의 개폐를 제어한다. 　또한, 도 2에 있어서, 제어부(101)는 가스 스플리터(55) 내에 마련되어 있는 것으로 하여 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 제어 장치(100)의 하나의 기능으로서 실장되어 있어도 좋다.
도 3은 제어부(101)의 기억부에 기억되는 테이블의 일 예이다. 　도 3에 나타내는 테이블에 있어서, "Center"는 분사구(43a)의 유량비, 즉, 도입구(42a)에 공급되는 유량비, 환언하면, 2차 공급 라인(2A)의 유량비를 나타낸다. 　"Edge"는 분사구(43b)의 유량비, 즉, 도입구(42b)에 공급되는 유량비, 환언하면, 2차 공급 라인(2B)의 유량비를 나타낸다. 　테이블은 복수의 레코드를 가지며, 각 레코드는 유량비와, 그 유량비에 대응하는 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)의 개폐의 조합을 갖는다. 　또한, 도 3에 나타내는 테이블에 있어서, 밸브의 개방(Open)을 격자 해칭을 부여하여 나타내고, 밸브의 폐쇄(Close)를 흰색으로 나타낸다.
또한, 도 3a에 Center의 유량비가 Edge의 유량비 이상의 경우(Cent er/Edge≥1)에 이용하는 테이블의 일 예를 나타낸다. 　도 3a에 나타내는 테이블에서는 n개의 레코드를 갖고 있는 것으로 하여 설명한다. 　도 3a에 있어서, 제 1 레코드는 제 1 유량비(Center:Edge=97:3)와, 제 1 유량비에 대응하는 제 1 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 1 밸브 개폐 패턴은 밸브(6A, 8F)를 개방하고, 밸브(6B 내지 6F, 8A 내지 8E)를 폐쇄한다. 　제 2 레코드는 제 2 유량비(Center:Edge=94:6)와, 제 2 유량비에 대응하는 제 2 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 2 밸브 개폐 패턴은 밸브(6A, 8E)를 개방하고, 밸브(6B 내지 6F, 8A 내지 8D, 8F)를 폐쇄한다. 제 3 레코드는 제 3 유량비(Center：Edge=91:9)와, 제 3 유량비에 대응하는 제 3 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 3 밸브 개폐 패턴은 밸브(6A, 8E, 8F)를 개방하고, 밸브(6B 내지 6F, 8A 내지 8D)를 폐쇄한다. 　제 n-2의 레코드는 제 n-2의 유량비(Center:Edge=52:48)와, 제 n-2의 유량비에 대응하는 제 n-2의 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 n-2의 밸브 개폐 패턴은 밸브(6A, 8B 내지 8D, 8F)를 개방하고, 밸브(6B 내지 6F, 8A, 8E)를 폐쇄한다. 　제 n-1의 레코드는 제 n-1의 유량비(Center:Edge=51:49)와, 제 n-1의 유량비에 대응하는 제 n-1의 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 n-1의 밸브 개폐 패턴은 밸브(6A, 8B 내지 8E)를 개방하고, 밸브(6B 내지 6F, 8A, 8F)를 폐쇄한다. 　제 n의 레코드는 제 n의 유량비(Center:Edge=50:50)와, 제 n의 유량비에 대응하는 제 n의 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 n의 밸브 개폐 패턴은 밸브(6A, 8B 내지 8F)를 개방하고, 밸브(6B 내지 6F, 8A)를 폐쇄한다.
또한, 도 3b에 Edge의 유량비가 Center의 유량비 이상의 경우(Cent er/Edge＜1)에 이용하는 테이블의 일 예를 나타낸다. 　도 3b에 나타내는 테이블에서는, n개의 레코드를 갖고 있는 것으로 하여 설명한다. 　도 3b에 있어서, 제 1 레코드는 제 1 유량비(Center:Edge=3:97)와, 제 1 유량비에 대응하는 제 1 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 1 밸브 개폐 패턴은 밸브(6F, 8A)를 개방하고, 밸브(6A 내지 6E, 8B 내지 8F)를 폐쇄한다. 　제 2 레코드는 제 2 유량비(Center:Edge=6:94)와, 제 2 유량비에 대응하는 제 2 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 2 밸브 개폐 패턴은 밸브(6E, 8A)를 개방하고, 밸브(6A 내지 6D, 6F, 8B 내지 8F)를 폐쇄한다. 　제 3 레코드는 제 3 유량비(Center:Edge=9:91)와, 제 3 유량비에 대응하는 제 3 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 3 밸브 개폐 패턴은, 밸브(6E, 6F, 8A)를 개방하고, 밸브(6A 내지 6D, 8B 내지 8F)를 폐쇄한다. 　제 n-1의 레코드는, 제 n-1의 유량비(Center:Edge=48:52)와, 제 n-1의 유량비에 대응하는 제 n-1의 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 n-1의 밸브 개폐 패턴은 밸브(6B 내지 6D, 6F, 8A)를 개방하고, 밸브(6A, 6E, 8B 내지 8F)를 폐쇄한다. 　제 n의 레코드는 제 n의 유량비(Center:Edge=49:51)와, 제 n의 유량비에 대응하는 제 n의 밸브 개폐 패턴을 갖는다. 　제 n의 밸브 개폐 패턴은, 밸브(6B 내지 6E, 8A)를 개방하고, 밸브(6A, 6F, 8B 내지 8F)를 폐쇄한다.
도 4는 제어부(101)에 의한 유량비 제어의 일 예를 설명하는 흐름도이다.
단계 S101에 있어서, 제어부(101)는 제어 장치(100) 등으로부터 유량비에 관한 데이터를 수신한다.
단계 S102에 있어서, 제어부(101)는 지령된 유량비(수신한 데이터에 포함되는 유량비)와, 제어부(101)에 기억되어 있는 테이블(도 3 참조)에 포함되는 복수의 레코드로부터 하나의 레코드를 선택한다. 　도 3a 및 도 3b의 테이블을 사용하는 경우에는, Center의 유량비가 Edge의 유량비 이상(Center/Edge≥1)이면, 도 3a의 테이블에서 레코드를 선택한다. 　한편, Center의 유량비가 Edge의 유량비 미만(Center/Edge＜1)이면, 도 3b의 테이블에서 레코드를 선택한다. 　이에 의해, 지령된 유량비에 대응하는 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)의 개폐의 조합(밸브 개폐 패턴)을 결정한다. 　구체적으로는, 제어부(101)는 도 3에 나타내는 테이블을 참조하여, 지령된 유량비에 대응하는 레코드를 선택하고, 선택된 레코드에 대응하는 밸브 개폐의 조합을 취득한다. 예를 들면, "Center:Edge=91:9"로 유량비가 지령된 경우, 제어부(101)는, 도 3a에 나타내는 테이블로부터 이 유량비에 대응하는 제 3 레코드를 선택한다. 　그리고, 제어부(101)는 선택한 제 3 레코드에 포함되는 제 3 밸브 개폐 패턴(밸브(6A, 8E, 8F)를 개방하고, 밸브(6B 내지 6F, 8A 내지 8D)를 폐쇄함)을 취득하고, 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)의 개폐의 조합을 결정한다.
단계 S103에 있어서, 제어부(101)는 단계 S102에서 결정한 밸브(6B 내지 6F, 8B 내지 8F)의 개폐의 조합에 근거하여, 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)의 개폐를 제어한다. 　여기에서, 제어부(101)는 챔버(11)로부터 먼 유량 조정 라인(3A)의 밸브(6A, 8A)로부터 챔버(11)에 가까운 유량 조정 라인(3F)의 밸브(6F, 8F)의 순서대로 밸브를 개방으로 한다. 　즉, 제어부(101)는 상류의 유량 조정 라인(3A)의 밸브(6A, 8A)로부터 순서대로 하류를 향하여 밸브를 개방으로 한다.
도 5는 오리피스(9A 내지 9F(7A 내지 7F))의 사이즈의 조합의 일 예를 나타내는 도면이다. 　제 1 유량 조정 라인(3A)의 오리피스(9A(7A))의 오리피스 직경 D를 "1"로 하면, 제 2 유량 조정 라인(3B)의 오리피스(9B(7B))의 오리피스 직경 D는 "5/8"이 된다. 　또한, 제 3 유량 조정 라인(3C)의 오리피스(9C(7C))의 오리피스 직경 D는 "4/9"가 된다. 　또한, 제 4 유량 조정 라인(3D)의 오리피스(9D(7D))의 오리피스 직경 D는 "1/3"이 된다. 　또한, 제 5 유량 조정 라인(3E)의 오리피스(9E(7E))의 오리피스 직경 D는 "2/9"가 된다. 　또한, 제 6 유량 조정 라인(3F)의 오리피스(9F(7F))의 오리피스 직경 D는 "1/6"이 된다.
도 6은 도 5에 나타내는 오리피스 직경의 조합과, 테이블(도 3 참조)에 근거하여, 유량을 제어한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프의 일 예이다. 　횡축은 Center측의 가스의 유량비(Center측 가스 유량/총 유량)이며, 종축은 유량의 시뮬레이션 결과이다. 　또한, Center측의 가스의 유량을 실선의 그래프로 나타내며, Edge측의 가스의 유량을 파선의 그래프로 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)의 개폐에 의해서, 유량비를 매우 바람직하게 제어할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 프로세스의 레시피에 따라서, 분사구(43a) 및 분사구(43b)로부터 챔버(11) 내에 공급되는 처리 가스의 유량비를 변경할 수 있다.
또한, 가스 스플리터(55)는 개폐 밸브인 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)의 개폐에 의해서 유량비를 변경할 수 있다. 　또한, 제어부(101)는 미리 기억되는 테이블(도 3 참조)에 근거하여, 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)의 개폐를 결정할 수 있다. 　이 때문에, 예를 들면 열식 질량 유량계를 이용하여 유량을 제어하는 경우와 비교하여, 전환의 응답 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 단계 S103에 있어서, 밸브(6, 8)를 개폐할 때, 상류측의 유량 조정 라인(3)의 밸브(6, 8)로부터 개폐를 제어한다. 　즉, 제어부(101)는 제 1 밸브(6A 내지 6F) 중, 복수의 제 1 밸브(6A 내지 6F)를 개방으로 하는 경우에 있어서, 복수의 제 1 밸브(6A 내지 6F)를 챔버(11)로부터 먼 밸브로부터 순서대로 개방으로 하도록 제어한다. 　또한, 제어부(101)는 제 2 밸브(8A 내지 8F) 중, 복수의 제 2 밸브(8A 내지 8F)를 개방으로 하는 경우에 있어서, 복수의 제 2 밸브(8A 내지 8F)를 챔버(11)로부터 먼 밸브로부터 순서대로 개방으로 하도록 제어한다. 　각 유량 조정 라인(3)으로부터 챔버(11)의 도입구(42a, 42b)까지의 유로 길이가 상이하므로, 각 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)를 개폐하고 나서 도입구(42a, 42b)에 가스가 도달할 때까지의 시간이 상이하다.　 각 유량 조정 라인(3)으로부터 도입구(42a, 42b)까지의 유로 길이의 차이를 고려하여 밸브(6A 내지 6F, 8A 내지 8F)를 개폐하는 것에 의해, 유량비를 전환한 후, 유량이 안정화될 때까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 유량비를 전환한 후, 유량이 안정화 될 때까지의 동안에 있어서의 목표로 하는 유량과 실제의 유량의 차이가 증대된 것을 억제할 수 있다. 　이에 의해, 돌발적인 유량의 증대나 감소를 억제할 수 있다.
또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 밸브(6, 8)는 오리피스(7, 9)의 상류측에 마련하는 것이 바람직하다. 　여기에서, 오리피스의 상류측의 압력을 P1로 하고, 오리피스의 하류측의 압력을 P2로 한다.
밸브(6, 8)를 오리피스(7, 9)의 상류측에 마련하는 것에 의해, 오리피스의 상류측과 하류측의 압력 차이를 크게 하는(구체적으로는, P1＞2P2로 함) 일이 생긴다. 　이에 의해, 오리피스의 유로 단면적 A의 비로 유량비를 제어할 수 있다.
이상, 플라즈마 처리 장치(10)의 실시형태 등에 대해 설명했지만, 본 개시는 상기 실시형태 등으로 한정되는 것이 아니며, 특허청구의 범위에 기재된 본 개시된 요지의 범위 내에서, 여러 가지의 변형, 개량이 가능하다.
도 7은 플라즈마 처리 장치(10)의 개략의 다른 일 예를 도시하는 단면도이다. 　도 7에 도시하는 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(11)의 측벽에 가스 분사부(사이드 가스 인젝터)(44)를 갖고 있다. 　가스 분사부(44)는 복수의 도입구(45) 및 복수의 분사구(46)를 갖는다. 　또한, 가스 공급부(50)는 가스 공급 라인(54a)을 거쳐서, 가스 스플리터(55A)에 처리 가스를 공급한다. 　가스 스플리터(55A)는 유량비를 제어하고, 가스 공급 라인(54b) 및 가스 공급 라인(54c)에 처리 가스를 공유한다. 　가스 공급 라인(54b)은 가스 스플리터(55)에 접속된다. 　가스 공급 라인(54c)은 가스 분사부(44)에 접속된다.
가스 스플리터(55)는 도입구(42a)(제 1 가스 입구의 일 예) 및 도입구(42b)(제 2 가스 입구의 일 예)의 유량비를 전환한다. 　가스 스플리터(55A)는 도입구(42a, 42b)(제 1 가스 입구의 일 예) 및 도입구(45)(제 2 가스 입구의 일 예)의 유량비를 전환한다. 　가스 스플리터(55A)의 구성은 도 2에 도시하는 가스 스플리터(55)와 마찬가지이며, 중복되는 설명을 생략한다. 　가스 스플리터(55, 55A)를 제어하는 것에 의해, 분사구(43a, 43b, 46)로부터 챔버(11) 내에 분사되는 가스의 유량비를 제어할 수 있다.
도 8은 가스 스플리터(55)의 다른 일 예의 구성 모식도이다. 　도 2에 도시하는 가스 스플리터(55)에 있어서, 1차 공급 라인(1)으로부터 제 1 라인(4A(4B 내지 4F))으로의 분기 위치와, 1차 공급 라인(1)으로부터 제 2 라인(5A(5B 내지 5F))으로의 분기 위치가 일치하는 것으로 하여 설명했지만 이에 한정되는 것은 아니다. 　도 8에 도시하는 바와 같이, 1차 공급 라인(1)으로부터 제 1 라인(4A(4B 내지 4F))으로의 분기 위치와, 1차 공급 라인(1)으로부터 제 2 라인(5A(5B 내지 5F))으로의 분기 위치가 상이하여도 좋다. 　또한, 유로 길이가 상이하여도 좋다.
또한, 도 2에 도시하는 가스 스플리터(55)에서는, 1차 공급 라인(1)에 있어서의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 상류 하류의 관계(유량 조정 라인(3A)이 상류 내지 유량 조정 라인(3F)이 하류)와, 2차 공급 라인(2A, 2B)에 있어서의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 상류 하류의 관계(유량 조정 라인(3A))가 상류 내지 유량 조정 라인(3F)이 하류)는 일치하고 있는 것으로 하여 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 　도 8에 도시하는 바와 같이, 1차 공급 라인(1)에 있어서의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 상류 하류의 관계(유량 조정 라인(3F)이 상류 내지 유량 조정 라인(3A)이 하류)와, 2차 공급 라인(2B)에 있어서의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 상류 하류의 관계(유량 조정 라인(3A)이 상류 내지 유량 조정 라인(3F)이 하류)가 상이하여도 좋다. 　또한, 2차 공급 라인(2A)에 있어서의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 상류 하류의 관계(유량 조정 라인(3F)이 상류 내지 유량 조정 라인(3A)이 하류)와, 2차 공급 라인(2B)에 있어서의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 상류 하류의 관계(유량 조정 라인(3A)이 상류 내지 유량 조정 라인(3F)이 하류)가 상이하여도 좋다. 　또한, 도 2에 도시하는 것이, 가스 공급부(50)로부터 도입구(42a, 42b)까지의 유로 길이를 동일하게 할 수 있으므로, 바람직하다.
또한, 유량 조정 유닛(3U)이 구비하는 복수의 유량 조정 라인(3A 내지 3F)의 수는, 6개에 한정되는 것이 아니며, 7개 이상 있어도 좋다. 　유량 조정 라인(3)의 수를 증가시키는 것에 의해, 유량비 제어의 분해 가능을 향상시킬 수 있다.
금회 개시된 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 하는 것이다. 　상기의 실시형태는 첨부된 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일이 없이, 여러가지 형태로 변형 및 개량이 가능하다. 　상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은, 모순되지 않는 범위에서 다른 구성도 취할 수 있을 수 있으며, 또한, 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
본 개시된 플라즈마 처리 장치는 Atomic Layer Deposition(ALD) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR) 및 Helicon Wave Plasma(HWP)의 어느 타입의 장치라도 적용 가능하다. 　플라즈마 처리 장치는, 기판에 대하여 성막 처리, 에칭 처리 등의 플라즈마 처리를 실시하는 장치이면 좋다. 　따라서, 본 개시의 실시예의 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 처리 공간을 갖는 챔버와, 플라즈마 처리 공간 내에 배치된 기판 지지부와, 플라즈마 처리 공간에 공급된 가스로부터 플라즈마를 형성하도록 구성된 플라즈마 생성부를 갖는 장치에 적용 가능하다.
1: 1차 공급 라인 2A, 2B: 2차 공급 라인
3A 내지 3F: 유량 조정 라인 3U: 유량 조정 유닛
4A 내지 4F: 제 1 라인 5A 내지 5F: 제 2 라인
6A 내지 6F: 제 1 밸브 7A 내지 7F: 제 1 오리피스
8A 내지 8F: 제 2 밸브 9A 내지 9F: 제 2 오리피스
10: 플라즈마 처리 장치 11: 챔버
11s: 플라즈마 처리 공간 41, 44: 가스 분사부
42a, 42b, 45: 도입구 43a, 43b, 46: 분사구
100: 제어 장치 101: 제어부
W: 웨이퍼 50: 가스 공급부(가스 소스)
51: 가스 공급원 52: MFC
53: 밸브
55, 55A: 가스 스플리터(가스 공급 시스템)

Claims (10)

  1. 제 1 가스 입구 및 제 2 가스 입구를 갖는 챔버와 적어도 1개의 가스 소스 사이에 접속되는 가스 공급 시스템에 있어서,
    복수의 유량 조정 라인을 구비하고, 각 유량 조정 라인은 제 1 라인 및 제 2 라인의 쌍을 가지며, 상기 제 1 라인은, 상기 적어도 1개의 가스 소스와 상기 제 1 가스 입구를 접속하며, 제 1 밸브 및 제 1 오리피스를 가지며, 상기 제 2 라인은, 상기 적어도 1개의 가스 소스와 상기 제 2 가스 입구를 접속하고, 제 2 밸브 및 제 2 오리피스를 가지며, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 오리피스 및 상기 제 2 오리피스는 동일한 사이즈를 갖는,　유량 조정 유닛과,
    각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 적어도 1개의 제어부를 갖는
    가스 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 유량 조정 라인 중 하나의 유량 조정 라인의 오리피스의 사이즈는, 상기 복수의 유량 조정 라인 중 다른 유량 조정 라인의 오리피스의 사이즈와는 상이한
    가스 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 유량 조정 라인은, 제 1 내지 제 6 유량 조정 라인을 가지며
    상기 제 2 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스의 직경은 상기 제 1 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스의 직경의 5/8이며,
    상기 제 3 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스 직경은 상기 제 1 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스의 직경의 4/9이며,
    상기 제 4 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스 직경은 상기 제 1 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스의 직경의 1/3이며,
    상기 제 5 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스 직경은 상기 제 1 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스의 직경의 2/9이며,
    상기 제 6 유량 조정 라인에 있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스 직경은 상기 제 1 유량 조정 라인에　있어서의 제 1 오리피스 및 제 2 오리피스의 직경의 1/6인
    가스 공급 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 제어부는,
    상기 적어도 1개의 가스 소스로부터 공급되는 가스를 상기 제 1 가스 입구 및 상기 제 2 가스 입구에 분기하여 공급하는 유량비와, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1　밸브 및 상기 제 2 밸브의 개폐를 대응지은 테이블을 가지며,
    수신한 유량비에 관한 데이터와 상기 테이블에 근거하여, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브의 개폐를 제어하도록 구성되는
    가스 공급 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 제어부는,
    상기 복수의 유량 조정 라인의 각각에 있어서의 제 1 밸브 중, 복수의 제 1 밸브를 개방으로 하도록 및/또는 상기 복수의 유량 조정 라인의 각각에 있어서의 제 2 밸브 중, 복수의 제 2 밸브를 개방으로 하도록 상기 유량 조정 유닛을 제어하도록 구성되는
    가스 공급 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1개의 제어부는,
    상기 복수의 유량 조정 라인의 각각에 있어서의 제 1 밸브 중, 상기 복수의 제 1 밸브를, 상기 챔버로부터 먼 밸브로부터 순서대로 개방으로 하도록 상기 유량 조정 유닛을 제어하며,
    상기 복수의 유량 조정 라인의 각각에 있어서의 제 2 밸브 중, 상기 복수의 제 2 밸브를, 상기 챔버로부터 먼 밸브로부터 순서대로 개방으로 하도록 상기 유량 조정 유닛을 제어하는
    가스 공급 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유량 조정 라인의 각각은,
    상기 제 1 라인에 있어서, 상기 제 1 오리피스의 상류측에 상기 제 1 밸브가 배치되며,
    상기 제 2 라인에 있어서, 상기 제 2 오리피스의 상류측에 상기 제 2 밸브가 배치되는
    가스 공급 시스템.
  8. 제 1 가스 입구 및 제 2 가스 입구와, 상기 제 1 가스 입구 및 상기 제 2 가스 입구와 유체 연통하고 있는 플라즈마 처리 공간을 갖는 챔버와,
    제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급 시스템을 구비하는
    플라즈마 처리 장치.
  9. 제 1 가스 입구 및 제 2 가스 입구를 갖는 챔버와 적어도 1개의 가스 소스 사이에 접속되는 가스 공급 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 가스 공급 시스템은,
    복수의 유량 조정 라인을 구비하고, 각 유량 조정 라인은 제 1 라인 및 제 2 라인의 쌍을 가지며, 상기 제 1 라인은, 상기 적어도 1개의 가스 소스와 상기 제 1 가스 입구를 접속하고, 제 1 밸브 및 제 1 오리피스를 가지며, 상기 제 2 라인은 상기 적어도 1개의 가스 소스와 상기 제 2 가스 입구를 접속하고, 제 2 밸브 및 제 2 오리피스를 가지며, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 오리피스 및 상기 제 2 오리피스는 동일한 사이즈를 갖는, 유량 조정 유닛과,
    상기 적어도 1개의 가스 소스로부터 공급되는 가스를 상기 제 1 가스 입구 및 상기 제 2 가스 입구에 분기하여 공급하는 유량비와, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브의 개폐를 대응지은 테이블을 포함하는 기억부를 구비하며,
    상기 제어 방법은,
    (a) 유량비에 관한 데이터를 수신하는 공정과,
    (b) 수신한 데이터와, 상기 테이블에 근거하여, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브의 개폐를 결정하는 공정과
    (c) 결정한 제 1 밸브 및 제 2 밸브의 개폐에 근거하여, 각 유량 조정 라인에 있어서의 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브의 개폐를 제어하는 공정을 포함하는
    제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    공정(c)은,
    상기 복수의 유량 조정 라인의 각각에 있어서의 제 1 밸브 중, 복수의 제 1 밸브를 개방으로 하는 공정으로서, 상기 복수의 제 1 밸브를 상기 챔버로부터 먼 밸브로부터 순서대로 개방으로 하는 공정과,
    상기 복수의 유량 조정 라인의 각각에 있어서의 제 2 밸브 중, 복수의 제 2 밸브를 개방으로 하는 공정으로서, 상기 복수의 제 2 밸브를 상기 챔버로부터 먼 밸브로부터 순서대로 개방으로 하는 공정을 갖는
    제어 방법.
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