WO2024070843A1 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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WO2024070843A1
WO2024070843A1 PCT/JP2023/034066 JP2023034066W WO2024070843A1 WO 2024070843 A1 WO2024070843 A1 WO 2024070843A1 JP 2023034066 W JP2023034066 W JP 2023034066W WO 2024070843 A1 WO2024070843 A1 WO 2024070843A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
substrate processing
flow
buffer tank
pulse control
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/034066
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English (en)
French (fr)
Inventor
和基 茂山
道茂 斎藤
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • This disclosure relates to a substrate processing method and a substrate processing apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a method for switching between two or more types of process gases in a semiconductor substrate etching device.
  • the gas supply is pulsed by opening and closing a valve to switch between a path for supplying gas to a substrate processing space and a path for exhausting the gas using an exhaust system.
  • the technology disclosed herein reduces gas waste during substrate processing and simplifies substrate processing equipment.
  • One aspect of the present disclosure is a substrate processing method in which a gas is supplied from a gas supply unit to a substrate processing space in a substrate processing apparatus to process a substrate, the gas supply unit including a plurality of gas sources, a flow path for distributing the gas from the plurality of gas sources to the substrate processing space, and a valve provided in the flow path for switching between opening and closing the flow of the gas, the valve performing pulse control to pulse the flow of the gas by alternately opening and closing the flow of the gas, and the flow rate of the gas is controlled by controlling the duration of the pulse control and the number of times the flow of the gas is opened during the duration.
  • This disclosure makes it possible to reduce gas waste during substrate processing and simplify substrate processing equipment.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of a plasma processing system according to an embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a plasma processing apparatus according to an embodiment
  • FIG. 4 is a plan view illustrating an example of a configuration of an upper baffle plate according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a configuration of a lower baffle plate according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view showing an example of the arrangement of an upper baffle plate and a lower baffle plate.
  • FIG. 13 is a side view showing an example of gas flow during exhaust through an upper baffle plate and a lower baffle plate.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of a plasma processing system according to an embodiment.
  • 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a plasma processing apparatus according to an embodiment
  • FIG. 4 is a plan view illustrating an example of a configuration of an upper baffle
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of a plasma processing system according to an embodiment.
  • 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of pulse control in a substrate processing method according to an embodiment
  • 1 is a flowchart illustrating an outline of a substrate processing method according to an embodiment
  • 13 is an explanatory diagram illustrating an outline of pulse control in a substrate processing method according to another embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an outline of a substrate processing method according to another embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overview of a conventional gas supply system.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overview of valve opening/closing control when gas is supplied using a conventional gas supply system.
  • a substrate processing space that contains semiconductor wafers (hereafter referred to as "substrates") is reduced in pressure, and various processing steps are carried out to perform predetermined processing on the substrates. Gas processing is carried out in these processing steps.
  • Patent Document 1 discloses a means for switching between a path for supplying gas to a substrate processing space and a path for disposing of the gas by an exhaust system by exclusively controlling a valve. Specifically, a gas supply system such as the one shown in FIG. 12 is employed.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing an overview of a conventional gas supply system that enables switching between two or more types of gases by the method disclosed in Patent Document 1.
  • the conventional gas supply system includes a gas box BR that supplies one mixed gas (GR) and a gas box BL that supplies another mixed gas (GL).
  • the gas boxes BR and BL are connected to flow paths CR and CL, respectively.
  • the flow paths CR and CL are equipped with flow rate controllers FCR and FCL, respectively.
  • the flow path CR branches into an exhaust flow path ER that connects to an exhaust system ES and a supply flow path SR that connects to a substrate processing space PS.
  • the flow path CL branches into an exhaust flow path EL that connects to the exhaust system and a supply flow path SL that connects to a substrate processing space PS.
  • the exhaust flow paths ER and EL are equipped with exhaust valves VER and VEL, respectively, and the supply flow paths SR and SL are equipped with supply valves VSR and VSL, respectively.
  • FIG. 13 is a diagram showing an overview of valve opening and closing control when gas is supplied using the conventional gas supply system shown in FIG. 12.
  • the conventional gas supply system when one mixed gas (GR) and another mixed gas (GL) are supplied separately and alternately, when one mixed gas GR is supplied, the exhaust valve VER and the supply valve VSL are closed, and the supply valve VSR and the exhaust valve VEL are opened.
  • one mixed gas GR is supplied to the substrate processing space PS, and the other mixed gas GL is discharged by the exhaust system ES.
  • the exhaust valve VEL and the supply valve VSR are closed, and the supply valve VSL and the exhaust valve VER are opened.
  • the other mixed gas GL is supplied to the substrate processing space PS, and the one mixed gas GR is discharged by the exhaust system ES.
  • one mixed gas (GR) and another mixed gas (GL) are supplied separately and alternately to the substrate processing space PS.
  • the flow rate controllers FCR and FCL installed downstream of the gas boxes BR and BL are essential for the reasons described below. Therefore, there is a problem that the size of the entire gas supply system must be increased by the amount of the flow rate controller. Note that the "size of the system” includes not only the simple occupied area (volume) but also the structural complexity of the system.
  • the technology disclosed herein uses a pulse-controllable valve to supply gas, eliminating the need for constant gas waste when switching gases and minimizing gas waste.
  • the gas supply unit and, ultimately, the substrate processing apparatus are simplified.
  • "simplifying" the gas supply unit and substrate processing apparatus includes reducing the occupied area (volume) and/or simplifying the structure relatively compared to conventional technology.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an example of the configuration of a plasma processing system.
  • the plasma processing system includes a plasma processing device 1 and a control unit 2.
  • the plasma processing system is an example of a substrate processing system
  • the plasma processing device 1 is an example of a substrate processing device.
  • the plasma processing device 1 includes a plasma processing chamber 10, a substrate support unit 11, and a plasma generation unit 12.
  • the plasma processing chamber 10 has a substrate processing space 10s.
  • the plasma processing chamber 10 also has at least one gas supply port for supplying at least one processing gas to the substrate processing space 10s, and at least one gas exhaust port for exhausting gas from the substrate processing space 10s.
  • the gas supply port is connected to a gas supply unit 20 described later, and the gas exhaust port is connected to an exhaust system 40 described later.
  • the substrate support unit 11 is disposed in the substrate processing space 10s, and has a substrate support surface for supporting a substrate.
  • the plasma generating unit 12 is configured to generate plasma from at least one processing gas supplied into the substrate processing space 10s.
  • the plasma formed in the substrate processing space 10s may be capacitively coupled plasma (CCP), inductively coupled plasma (ICP), ECR plasma (Electron-Cyclotron-resonance plasma), helicon wave excited plasma (HWP), or surface wave plasma (SWP), etc.
  • various types of plasma generating units may be used, including AC (Alternating Current) plasma generating units and DC (Direct Current) plasma generating units.
  • the AC signal (AC power) used in the AC plasma generating unit has a frequency in the range of 100 kHz to 10 GHz.
  • AC signals include RF (Radio Frequency) signals and microwave signals.
  • the RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 150 MHz.
  • the control unit 2 processes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described in this disclosure.
  • the control unit 2 may be configured to control each element of the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described herein. In one embodiment, a part or all of the control unit 2 may be included in the plasma processing apparatus 1.
  • the control unit 2 may include a processing unit 2a1, a storage unit 2a2, and a communication interface 2a3.
  • the control unit 2 is realized, for example, by a computer 2a.
  • the processing unit 2a1 may be configured to perform various control operations by reading a program from the storage unit 2a2 and executing the read program. This program may be stored in the storage unit 2a2 in advance, or may be acquired via a medium when necessary.
  • the acquired program is stored in the storage unit 2a2 and is read from the storage unit 2a2 by the processing unit 2a1 and executed.
  • the medium may be various storage media readable by the computer 2a, or may be a communication line connected to the communication interface 2a3.
  • the processing unit 2a1 may be a CPU (Central Processing Unit).
  • the memory unit 2a2 may include a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disk Drive), a SSD (Solid State Drive), or a combination of these.
  • the communication interface 2a3 may communicate with the plasma processing device 1 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a capacitively coupled plasma processing apparatus 1.
  • the capacitively coupled plasma processing apparatus 1 includes a plasma processing chamber 10, a gas supply unit 20, a power supply 30, and an exhaust system 40.
  • the plasma processing apparatus 1 also includes a substrate support unit 11 and a gas inlet unit.
  • the gas inlet unit is configured to introduce at least one processing gas into the plasma processing chamber 10.
  • the gas inlet unit includes a shower head 13.
  • the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing chamber 10.
  • the shower head 13 is disposed above the substrate support unit 11. In one embodiment, the shower head 13 constitutes at least a part of the ceiling of the plasma processing chamber 10.
  • the plasma processing chamber 10 has a substrate processing space 10s defined by the shower head 13, the sidewall 10a of the plasma processing chamber 10, and the substrate support unit 11.
  • the plasma processing chamber 10 is grounded.
  • the shower head 13 and the substrate support unit 11 are electrically insulated from the housing of the plasma processing chamber 10.
  • the substrate support 11 includes a main body 111 and a ring assembly 112.
  • the main body 111 has a central region 111a for supporting the substrate W and an annular region 111b for supporting the ring assembly 112.
  • the annular region 111b of the main body 111 surrounds the central region 111a of the main body 111 in a plan view.
  • the substrate W is disposed on the central region 111a of the main body 111
  • the ring assembly 112 is disposed on the annular region 111b of the main body 111 so as to surround the substrate W on the central region 111a of the main body 111. Therefore, the central region 111a is also called a substrate support surface for supporting the substrate W, and the annular region 111b is also called a ring support surface for supporting the ring assembly 112.
  • the main body 111 includes a base 1110 and an electrostatic chuck 1111.
  • the base 1110 includes a conductive member.
  • the conductive member of the base 1110 may function as a lower electrode.
  • the electrostatic chuck 1111 is disposed on the base 1110.
  • the electrostatic chuck 1111 includes a ceramic member 1111a and an electrostatic electrode 1111b disposed within the ceramic member 1111a.
  • the ceramic member 1111a has a central region 111a. In one embodiment, the ceramic member 1111a also has an annular region 111b. Note that other members surrounding the electrostatic chuck 1111, such as an annular electrostatic chuck or an annular insulating member, may have the annular region 111b.
  • the ring assembly 112 may be disposed on the annular electrostatic chuck or the annular insulating member, or may be disposed on both the electrostatic chuck 1111 and the annular insulating member.
  • at least one RF/DC electrode coupled to an RF power source 31 and/or a DC power source 32 described later may be disposed in the ceramic member 1111a.
  • the at least one RF/DC electrode functions as a lower electrode.
  • the RF/DC electrode is also called a bias electrode.
  • the conductive member of the base 1110 and the at least one RF/DC electrode may function as multiple lower electrodes.
  • the electrostatic electrode 1111b may function as a lower electrode.
  • the substrate support 11 includes at least one lower electrode.
  • the ring assembly 112 includes one or more annular members.
  • the one or more annular members include one or more edge rings and at least one cover ring.
  • the edge rings are formed of a conductive or insulating material, and the cover rings are formed of an insulating material.
  • the substrate support 11 may also include a temperature adjustment module configured to adjust at least one of the electrostatic chuck 1111, the ring assembly 112, and the substrate W to a target temperature.
  • the temperature adjustment module may include a heater, a heat transfer medium, a flow passage 1110a, or a combination thereof.
  • a heat transfer fluid such as brine or a gas flows through the flow passage 1110a.
  • the flow passage 1110a is formed in the base 1110, and one or more heaters are disposed in the ceramic member 1111a of the electrostatic chuck 1111.
  • the substrate support 11 may also include a heat transfer gas supply configured to supply a heat transfer gas to a gap between the back surface of the substrate W and the central region 111a.
  • the shower head 13 is configured to introduce at least one processing gas from the gas supply unit 20 into the substrate processing space 10s.
  • the shower head 13 has at least one gas supply port 13a, at least one gas diffusion chamber 13b, and multiple gas inlets 13c.
  • the processing gas supplied to the gas supply port 13a passes through the gas diffusion chamber 13b and is introduced into the substrate processing space 10s from the multiple gas inlets 13c.
  • the shower head 13 also includes at least one upper electrode.
  • the gas introduction unit may include, in addition to the shower head 13, one or more side gas injectors (SGI) attached to one or more openings formed in the sidewall 10a.
  • SGI side gas injectors
  • the gas supply unit 20 may include at least one gas source 21 and at least one flow controller 22.
  • the gas supply unit 20 is configured to supply at least one process gas from a corresponding gas source 21 to the showerhead 13 via a corresponding flow controller 22.
  • Each flow controller 22 may include, for example, a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller.
  • the gas supply unit 20 may include at least one flow modulation device that modulates or pulses the flow rate of the at least one process gas.
  • the gas source is described as the upstream side of the gas flow
  • the substrate processing space 10s is described as the downstream side. Details of the gas supply unit 20 and the substrate processing space 10s will be described later.
  • the power supply 30 includes an RF power supply 31 coupled to the plasma processing chamber 10 via at least one impedance matching circuit.
  • the RF power supply 31 is configured to supply at least one RF signal (RF power) to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode. This causes a plasma to be formed from at least one processing gas supplied to the substrate processing space 10s.
  • the RF power supply 31 can function as at least a part of the plasma generating unit 12.
  • a bias RF signal to at least one lower electrode, a bias potential is generated on the substrate W, and ion components in the formed plasma can be attracted to the substrate W.
  • the RF power supply 31 includes a first RF generating unit 31a and a second RF generating unit 31b.
  • the first RF generating unit 31a is coupled to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a source RF signal (source RF power) for plasma generation.
  • the source RF signal has a frequency in the range of 10 MHz to 150 MHz.
  • the first RF generating unit 31a may be configured to generate multiple source RF signals having different frequencies. The generated one or more source RF signals are supplied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode.
  • the second RF generator 31b is coupled to at least one lower electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a bias RF signal (bias RF power).
  • the frequency of the bias RF signal may be the same as or different from the frequency of the source RF signal.
  • the bias RF signal has a frequency lower than the frequency of the source RF signal.
  • the bias RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 60 MHz.
  • the second RF generator 31b may be configured to generate multiple bias RF signals having different frequencies.
  • the generated one or more bias RF signals are provided to at least one lower electrode. Also, in various embodiments, at least one of the source RF signal and the bias RF signal may be pulsed.
  • the power supply 30 may also include a DC power supply 32 coupled to the plasma processing chamber 10.
  • the DC power supply 32 includes a first DC generator 32a and a second DC generator 32b.
  • the first DC generator 32a is connected to at least one lower electrode and configured to generate a first DC signal.
  • the generated first DC signal is applied to the at least one lower electrode.
  • the second DC generator 32b is connected to at least one upper electrode and configured to generate a second DC signal.
  • the generated second DC signal is applied to the at least one upper electrode.
  • the first and second DC signals may be pulsed.
  • a sequence of voltage pulses is applied to at least one lower electrode and/or at least one upper electrode.
  • the voltage pulses may have a rectangular, trapezoidal, triangular or combination thereof pulse waveform.
  • a waveform generator for generating a sequence of voltage pulses from the DC signal is connected between the first DC generator 32a and at least one lower electrode.
  • the first DC generator 32a and the waveform generator constitute a voltage pulse generator.
  • the second DC generator 32b and the waveform generator constitute a voltage pulse generator
  • the voltage pulse generator is connected to at least one upper electrode.
  • the voltage pulses may have a positive polarity or a negative polarity.
  • the sequence of voltage pulses may also include one or more positive polarity voltage pulses and one or more negative polarity voltage pulses within one period.
  • the first and second DC generating units 32a and 32b may be provided in addition to the RF power source 31, or the first DC generating unit 32a may be provided in place of the second RF generating unit 31b.
  • the exhaust system 40 may be connected to, for example, a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the plasma processing chamber 10.
  • the exhaust system 40 may include a pressure regulating valve and a vacuum pump. The pressure in the substrate processing space 10s is adjusted by the pressure regulating valve.
  • the vacuum pump may include a turbomolecular pump, a dry pump, or a combination thereof.
  • the exhaust system 40 includes an upper baffle plate 41 and a lower baffle plate 42.
  • the upper baffle plate 41 and the lower baffle plate 42 are provided with through holes 43 and 44, respectively.
  • the upper baffle plate 41 and the lower baffle plate 42 form a boundary between the substrate processing space 10s and the exhaust system 40.
  • FIG. 3 is a plan view of the upper baffle plate 41 as seen from the top side of the plasma processing chamber 10.
  • the upper baffle plate 41 has through holes 43 in addition to the plate portion shown by hatching.
  • the through holes 43 allow gas to flow through, and specifically, gas flows from the substrate processing space 10s to the exhaust system 40 via the through holes 43.
  • FIG. 4 is a plan view of the lower baffle plate 42 as seen from the top side of the plasma processing chamber 10. As shown in the figure, the lower baffle plate 42 has through holes 44 in addition to the plate portion shown by hatching. The through holes 44 allow gas to flow, and specifically, gas flows from the substrate processing space 10s to the exhaust system 40 via the through holes 44.
  • FIG. 5 is a plan view of the upper baffle plate 41 and the lower baffle plate 42 viewed from the top to show their relative positioning.
  • the upper baffle plate 41 and the lower baffle plate 42 are arranged so that the positions of their respective through holes 43, 44 are offset from each other.
  • the hatched plate portion of the upper baffle plate 41 overlaps with the through hole 44 of the lower baffle plate 42
  • the hatched plate portion of the lower baffle plate 42 overlaps with the through hole 43 of the upper baffle plate 41.
  • FIG. 6 is a side view of the upper baffle plate 41 and the lower baffle plate 42 as seen from the chamber side wall 10a.
  • the gas flow is indicated by thick arrows.
  • the relative magnitude of the gas flow is indicated by the thickness of the thick arrows.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the gas supply unit 20 and the substrate processing space 10s according to this embodiment, and the flow path connecting them.
  • the gas supply unit 20 includes gas boxes 200a, 200b and a flow path.
  • the gas box 200a includes gas sources 21a, 21b, 21c and a plurality of flow controllers 22a, 22b, 22c corresponding to each of the gas sources.
  • the gas box 200b includes gas sources 21d, 21e, 21f and a plurality of flow controllers 22d, 22e, 22f corresponding to each of the gas sources.
  • the flow path includes a plurality of first flow paths 204a, 204b and a second flow path 206. The downstream sides of the plurality of gas sources 21a to 21f are connected to the upstream sides of the corresponding plurality of flow controllers 22a to 22f.
  • the downstream sides of the plurality of flow controllers 22a to 22f are connected to the first flow paths 204a, 204b.
  • the downstream sides of the first flow paths 204a, 204b merge into the second flow path 206.
  • the downstream of the second flow path 206 is connected to the substrate processing space 10s.
  • the downstream of the second flow path 206 may be connected to a gas inlet and connected to the substrate processing space 10s via the shower head 13 described above.
  • the gas box 200 is not limited to the illustrated configuration.
  • a configuration may be used in which a mixed gas in which a plurality of gas species are mixed in advance at a desired ratio is supplied to one of the first flow paths 204a and 204b from one gas box having a gas source that supplies the mixed gas.
  • the combination or number of the gas source 21, the flow controller 22, and the first flow paths 204a and 204b is not limited to the illustrated configuration.
  • the number of the plurality of flow controllers 22 that merge into one of the first flow paths 204a and 204b and the corresponding gas sources 21 may be increased or decreased to a desired number.
  • a configuration may be used in which a desired combination of the plurality of gas sources 21 can be switched to merge, and the gases may be controlled to be mixed in a desired ratio in one of the first flow paths 204a and 204b.
  • the first flow paths 204a, 204b are provided with buffer tanks 210a, 210b, respectively.
  • the buffer tanks 210a, 210b each have a pressure sensor P1, P2 capable of measuring the pressure inside.
  • the buffer tanks 210a, 210b may be configured so that the area (hereinafter referred to as the flow path cross-section) of the cross section perpendicular to the gas flow path direction (hereinafter referred to as the flow path cross-section) is larger than the flow path cross-sectional area of the piping that constitutes the first flow paths 204a, 204b.
  • the flow path cross-sectional area of the buffer tanks 210a, 210b may be three times or more larger than the flow path cross-sectional area of the first flow paths 204a, 204b. Also, in this case, the length of the buffer tanks 210a, 210b in the flow path direction may be equal to or greater than the diameter of the flow path cross-section of the buffer tanks 210a, 210b.
  • the volume of buffer tank 210a is configured to be sufficiently larger than the target value (volume value) of the supply amount of mixed gas G ⁇ in step ST12 for one pulse set described below
  • the volume of buffer tank 210b is configured to be sufficiently larger than the target value (volume value) of the supply amount of mixed gas G ⁇ in step ST16 for one pulse set described below.
  • the volumes of buffer tanks 210a and 210b are preferably 5 times or more, and more preferably 10 times or more, of the target values of the supply amounts of mixed gases G ⁇ and G ⁇ , respectively.
  • the volume of the buffer tanks 210a, 210b is configured to be variable.
  • a controllable piston is provided to change the volume of the buffer tanks 210a, 210b to the desired volume.
  • the temperature of the buffer tanks 210a, 210b is configured to be variable.
  • a controllable temperature adjustment mechanism is connected to change the temperature of the gas inside the buffer tanks 210a, 210b to a desired temperature.
  • the temperature adjustment mechanism may be a heater that heats the gas inside the buffer tanks 210a, 210b.
  • Pulse valves 220a and 220b are provided in the first flow paths 204a and 204b. Orifices 222a and 222b are provided downstream of the pulse valves 220a and 220b.
  • the pulse valves 220a and 220b can be instantaneously switched between open and closed. Specifically, although not limited to, it is preferable to use a valve that can switch between open and closed gas flow so that the pulse interval is at least less than 50 ms. At the above speed, gas can be supplied at a sufficiently accurate flow rate and switching speed in flow control using the pulse valves 220a and 220b, which will be described later.
  • the control of alternately opening and closing the pulse valves 220a and 220b is referred to as pulse control.
  • one gas flow from the closed state to opening the pulse valves 220a and 220b and then closing them again is referred to as one pulse PL.
  • the chamber sidewall 10a is provided with a chamber monitor 224 as a detector capable of detecting plasma emission or gas composition in the substrate processing space 10s.
  • the chamber monitor 224 may be, for example, an optical emission spectrometer (OES) capable of detecting plasma emission in the substrate processing space 10s from the chamber sidewall 10a.
  • OES optical emission spectrometer
  • the chamber monitor 224 may also be a known detector capable of detecting the gas composition in the substrate processing space 10s from the chamber sidewall 10a.
  • the chamber monitor 224 transmits information on the detected plasma emission (including the amount of emission or the emission intensity ratio) or gas composition (including the amount or ratio of gas present, and gas includes products due to dissociation of gas components) to the control unit 2.
  • the control unit 2 performs calculations based on the information, updates the target value of the gas supply amount, and transmits the target value to the controller 226.
  • the controller 226 controls the pulse valves 220a and 220b based on the target value, increasing or decreasing the flow rate in the pulse valves 220a and 220b.
  • the buffer tanks 210a and 210b are provided as a preferred configuration, but this configuration is not essential, and the buffer tanks 210a and 210b do not have to be provided.
  • a part of the piping that constitutes the first flow paths 204a and 204b may be expanded to have the same dimensions as the buffer tanks 210a and 210b.
  • the second flow path 206 is provided, but this configuration is not essential.
  • the downstream of the first flow paths 204a and 204b may be directly connected to a gas introduction part, for example, the shower head 13.
  • the chamber monitor 224 is provided, but this configuration is not essential.
  • Figure 8 is an explanatory diagram of the opening and closing control of the pulse valve in the substrate processing method MT1 according to one embodiment.
  • Figure 9 is a flow chart showing an outline of the substrate processing method MT1 according to one embodiment.
  • Figure 10 is an explanatory diagram showing an outline of another example of pulse control in the substrate processing method MT1 according to one embodiment.
  • Figure 11 is a flow chart showing an outline of the substrate processing method MT2 according to another embodiment.
  • the substrate processing methods MT1 and MT2 according to this embodiment can be performed, for example, in the above-mentioned plasma processing system.
  • the flow rate of gas supplied to the substrate processing space 10s is controlled by pulse control of the pulse valves 220a and 220b.
  • gas types a to c are supplied from gas sources 21a to 21c via flow rate controllers 22a to 22c to the first flow path 204a
  • gas types d to f are supplied from gas sources 21d to 21f via flow rate controllers 22d to 22f to the first flow path 204b.
  • the gas types a to f may be known gases used in processes such as etching or deposition, or known gases that dilute these.
  • the gas types a to c are mixed in the first flow path 204a to become a mixed gas G ⁇ , which is stored in the buffer tank 210a at a desired pressure. Also, the gas types d to f are mixed in the first flow path 204b to become a mixed gas G ⁇ , which is stored in the buffer tank 210b at a desired pressure.
  • pulse control is started in the pulse valve 220a provided on the first flow path 204a.
  • the pulse valve 220a is repeatedly changed from a closed state to an open state and then closed again.
  • the pulse valve 220b is kept in a closed state (step ST10).
  • the pulse control in the pulse valve 220a is ended, and the supply of the mixed gas G ⁇ is stopped (step ST12).
  • the same pulse control as above is executed in the pulse valve 220b provided on the first flow path 204b in the same manner, and during that time, the pulse valve 220a is kept in a closed state (step ST14). After that, when the supply amount of the mixed gas G ⁇ reaches a target value, the pulse control in the pulse valve 220b is ended, and the supply of the mixed gas G ⁇ is stopped (step ST16). Thereafter, the pulse control of pulse valve 220a and pulse valve 220b is repeated alternately until the desired process is completed (step ST18).
  • a delay time DT may be provided when terminating the pulse control of the mixed gas G ⁇ and starting the control of the mixed gas G ⁇ , or vice versa (hereinafter, these are collectively referred to as switching of the mixed gas). That is, for example, after terminating the pulse control of the mixed gas G ⁇ , the control of the mixed gas G ⁇ may be started after the delay time DT has elapsed.
  • the delay time DT is provided as the time until the exhaust is completed.
  • the delay time DT is preferably set to 10 ms to 1 s.
  • the target value for the supply amount of the mixed gas may be read from a value determined in advance for each process.
  • the start and end of the pulse control may be performed by the control unit 2 sending start and end commands to the controller 226 based on the target value, and the controller 226 controlling the pulse valves 220a and 220b.
  • the duration of pulse control and the number of pulses PL during that duration may be determined based on the target values of the flow rate per pulse PL and the supply rate of the mixed gas. Specifically, first, the number of pulses is determined so that the product of the flow rate per pulse PL and the number of pulses is the target value of the supply rate. For example, if the target value of the supply rate in the process is 100 and the flow rate of the mixed gas per pulse PL is 1, then a supply rate of 100 can be supplied by setting the number of pulses to 100. After determining the number of pulses, the duration of pulse control can be determined so that pulse control can be performed at the desired pulse interval. The flow rate for one pulse PL may be measured in advance under process conditions.
  • a method MT2 described below can be adopted. That is, the state in the substrate processing space 10s is monitored by the chamber monitor 224, and the supply of the mixed gas is started or ended based on the monitoring result. Specifically, the state in the substrate processing space 10s is monitored by the chamber monitor 224 such as an OES by detecting the emission wavelength ratio, amplitude, wavelength correlation, etc. of the plasma emission of the gas. In this case, first, the detection results detected by the chamber monitor 224 are transmitted to the control unit 2.
  • control unit 2 judges whether the process ⁇ using the mixed gas G ⁇ has been completed or whether the process ⁇ using the mixed gas G ⁇ has been completed based on the detection result. If it is judged that the process ⁇ or the process ⁇ has been completed, a command is transmitted to the controller 226 to execute the switching of the mixed gas, and the pulse valves 220a and 220b are controlled.
  • FIG. 11 as an example of monitoring the gas state in the substrate processing space 10s as described above, monitoring using an OES and control of the pulse valves 220a and 220b based on the monitoring results are described.
  • the mixed gas G ⁇ being supplied is an etching gas containing fluorine
  • the mixed gas G ⁇ being closed is a deposition gas.
  • the pulse valve 220a is pulse-controlled to supply the mixed gas G ⁇ (step ST20).
  • a plasma of the etching gas is formed in the substrate processing space 10s by the supply of the mixed gas G ⁇ , and etching of the substrate W as the workpiece progresses.
  • the fluorine in the mixed gas G ⁇ is consumed by etching, so the amount of fluorine plasma emission is low.
  • the fluorine in the mixed gas G ⁇ is no longer consumed by etching, and the amount present in the substrate processing space 10s increases. Then, the plasma emission of fluorine increases, and the amount detected in the OES increases. In other words, when it is detected that the amount of plasma emission caused by fluorine in the OES is increasing, it can be determined that the etching is approaching completion (step ST22).
  • the pulse valve 220a is closed and the pulse valve 220a is pulse-controlled to execute the next process (step ST24).
  • the process ⁇ using the mixed gas G ⁇ is also monitored in the same manner as above to determine whether the process ⁇ is completed (step ST26).
  • the pulse control of the pulse valve 220a is resumed or the process is terminated (step ST28).
  • the threshold value for the amount of plasma emission may be determined in advance as the amount of emission of a wavelength that is an index of the progress of the process in the process conditions, stored in the storage unit, and read when the process is executed.
  • the amount of plasma emission of fluorine in the etching gas is detected as the detection target, but the present invention is not limited to this.
  • the amount of gas present or the gas ratio which is an indicator of the progress of the process, may be detected to determine the progress of the process.
  • the gas detected here includes products resulting from the dissociation of the gas components in addition to the gas components themselves.
  • the threshold value may be determined in advance for each gas that is the indicator under the process conditions and stored in the memory unit, and read when the process is executed.
  • the amount of plasma emission is monitored and compared with the threshold value in the above, but this is not limited to this.
  • the intensity ratio of light of multiple wavelengths detected by the OES is monitored and compared with the threshold value to determine the progress of the etching.
  • the comparison with the threshold value may be performed by continuing the supply of the mixed gas G ⁇ when the intensity ratio is less than the threshold value, and stopping the supply of the mixed gas G ⁇ when the intensity ratio is equal to or greater than the threshold value.
  • the comparison with the threshold value may be performed by continuing the supply of the mixed gas G ⁇ when the intensity ratio is equal to or greater than the threshold value, and stopping the supply of the mixed gas G ⁇ when the intensity ratio is less than the threshold value.
  • the threshold value for the intensity ratio may be determined in advance as a process condition, the intensity ratio of light of wavelengths that is an indicator of the progress of the process, and stored in a memory unit, and then read when the process is performed.
  • the configuration and method for switching between two or more types of gases shortened the switching time by switching the path supplied to the substrate processing space PS and the path exhausted by the exhaust system ES.
  • the conventional configuration had the following issues. That is, in the conventional configuration, when one gas is being supplied, the supply valves VSR and VSL are maintained in an open state. In this state, the flow rate of the gas supplied through the supply valves VSR and VSL is limited to a certain value depending on the specifications of the supply valves VSR and VSL.
  • the gas is supplied by pulse control using pulse valves 220a and 220b.
  • pulse control rather than supplying gas with the valves open. That is, by changing the density, number, and interval of the pulses PL, and the duration of the pulse control, etc., to desired values, it is possible to control the supplied gas to a desired flow rate value.
  • the flow rate of the gas supplied to the substrate processing space 10s can be controlled to a desired value. That is, in the gas supply unit 20 of the present disclosure, it is not necessary to provide a flow rate controller for each mixed gas. This allows the system size of the gas supply unit to be smaller than that of the conventional configuration.
  • buffer tanks 210a, 210b and orifices 222a, 222b which are provided as a preferred configuration in this disclosure.
  • the flow rate of the circulating gas is not constant, but may change periodically depending on the pulse control conditions.
  • flow rate pulsation such periodic changes in flow rate are referred to as flow rate pulsation.
  • Flow rate pulsation can occur not only downstream of pulse valves 220a and 220b, but also upstream.
  • buffer tanks 210a and 210b are provided. That is, the buffer tanks 210a and 210b have the effect of expanding the volume of the space in which the flow pulsation occurs and buffering the flow pulsation.
  • the orifices 222a and 222b have the effect of equalizing the flow rate downstream.
  • the buffer tanks 210a and 210b can reduce the magnitude of the flow pulsation and sufficiently suppress the above-mentioned effect.
  • the preferred configuration of the buffer tanks 210a and 210b is such that the cross-sectional area of the flow path is three or more times the cross-sectional area of the first flow paths 204a and 204b, and the length of the buffer tanks 210a and 210b in the flow path direction is equal to or greater than the diameter of the cross-sectional flow path of the buffer tanks 210a and 210b.
  • the volume of the buffer tanks 210a and 210b is too large, it will take a long time to fill the buffer tanks 210a and 210b with gas to reach the desired pressure.
  • the inside of the piping including the buffer tanks 210a and 210b is evacuated at the end of the process, and the gas is wasted. Therefore, it is not preferable for the buffer tanks 210a and 210b to be unnecessarily large.
  • the inventors have found through careful study that when a buffer tank is provided, it is important for more precise control of the gas supply volume that the pressure in the buffer tank during pulse control be kept substantially constant from the time the supply of the mixed gas starts until the supply volume of the mixed gas reaches the target value and the supply ends.
  • a series of pulse controls during the duration from when the supply of the mixed gas starts until the supply amount of the mixed gas reaches the target value and the supply ends is referred to as one pulse set.
  • a series of controls from when the pulse control of the pulse valve 220a starts in process ST10 until the pulse valve 220a is closed in process ST14 is an example of one pulse set.
  • the mixed gas supplied in this disclosure is considered to be an ideal gas
  • the pressure inside the buffer tank is P
  • the volume of the buffer tank is V
  • the amount of mixed gas supplied (amount of substance) in one pulse set is n
  • the gas constant is R
  • the absolute temperature of the mixed gas is T
  • the volume of the buffer tank is configured to be sufficiently larger than the target value (volume value) of the mixed gas supply amount in one pulse set.
  • the mixed gas in the buffer tank is reduced by a maximum of the mixed gas supply amount n.
  • the pressure P in the buffer tank can be kept constant. Note that the pressure P being constant includes not falling below a desired threshold value as described below.
  • the volume of the buffer tank is configured to be variable.
  • the mixed gas in the buffer tank is reduced by a maximum of the mixed gas supply amount n.
  • the temperature of the buffer tank is configured to be variable.
  • the mixed gas in the buffer tank decreases by a maximum of the mixed gas supply amount n.
  • the absolute temperature T of the gas by raising the absolute temperature T of the gas by the amount of mixed gas that is decreased from the buffer tank at this time, for example, the product nT of the supply amount n and the absolute temperature T can be kept approximately constant, and the pressure P in the buffer tank can be kept constant.
  • the pressure P in the buffer tank is kept substantially constant for the duration of pulse control from the start to the end of one pulse set, but in one embodiment, the pressure P in the buffer tank may be reduced to a value greater than a desired threshold value.
  • a desired threshold value is 80% of the value of the pressure P at the start of the pulse set.
  • the buffer tanks 210a and 210b are provided on the first flow paths 204a and 204b upstream of the pulse valves 220a and 220b, but this is not limiting. For example, they may be provided on the first flow paths 204a and 204b downstream of the pulse valves 220a and 220b. Even in this case, the effect of reducing the influence of the flow rate pulsation is achieved. However, since the first flow paths 204a and 204b downstream of the pulse valves 220a and 220b are exhausted when the mixed gas is switched, if the buffer tanks 210a and 210b are large, the exhaust time will be longer accordingly. From this perspective, it is more preferable to provide the buffer tanks 210a and 210b on the first flow paths 204a and 204b upstream of the pulse valves 220a and 220b.
  • the required amount of deposition gas or etching gas depends on the conditions of the substrate W to be processed and the conditions of the apparatus.
  • the conditions of the substrate W include the surface area and surface properties of the substrate W.
  • the conditions of the apparatus include the degree of wear of consumable parts and the amount of processing residue (deposit) present in the chamber or inside the piping. Therefore, it is preferable to change the amount of gas supplied depending on the substrate conditions and the conditions of the apparatus.
  • the substrate processing method MT2 by monitoring the condition in the substrate processing space 10s with the chamber monitor 224, the mixed gas can be switched when the process is actually completed.
  • both the mixed gas G ⁇ and the mixed gas G ⁇ flow through the second flow path 206 and the substrate processing space 10s downstream of the pulse valve 220a or the pulse valve 220b, and it is possible that these gases may be mixed together unintentionally.
  • the delay time DT makes it possible to control the supply of either the mixed gas G ⁇ or the mixed gas G ⁇ to begin at the point when the supply of the other mixed gas ends and the exhaust of the second flow path 206 and the substrate processing space 10s is completed.
  • the delay time DT it is preferable to make the delay time DT as short as possible without causing mixing of the mixed gas.
  • a substrate processing method in a substrate processing apparatus comprising: supplying a gas from a gas supply unit to a substrate processing space to process a substrate, the method comprising: the gas supply unit includes a plurality of gas sources, a flow path for supplying the gas from the plurality of gas sources to the substrate processing space, and a valve provided in the flow path for switching between opening and closing the flow of the gas; performing pulse control to pulse the flow of the gas by alternately opening and closing the flow of the gas in the valve; A substrate processing method, wherein the flow rate of the gas is controlled by controlling a duration of the pulse control and a number of times the flow of the gas is opened during the duration.
  • the flow path includes a plurality of first flow paths provided corresponding to a plurality of the gas sources, and a second flow path where the plurality of first flow paths join together;
  • the valve is provided in each of the first flow paths, The substrate processing method described in (1) above, wherein the pulse control is performed on one of the valves provided on one of the first flow paths to supply the gas to the substrate processing space, and another of the valves provided on another of the first flow paths is closed.
  • Two or more of the gas sources correspond to one of the first flow paths among the first flow paths; The substrate processing method according to (2) above, wherein a plurality of the gases are supplied from a plurality of the gas sources, respectively, and mixed in the first flow path.
  • the substrate processing apparatus includes a detection unit that detects plasma emission in the substrate processing space, A substrate processing method according to any one of (1) to (4) above, wherein, when the gas supplied to the substrate processing space by the pulse control is an etching gas, if the amount of plasma emission is less than a threshold value while the pulse control is continuing, the pulse control is continued, and if the amount of plasma emission becomes equal to or greater than the threshold value, the pulse control is terminated.
  • the substrate processing apparatus includes a detection unit that detects a gas component in the substrate processing space, A substrate processing method described in any one of (1) to (5) above, wherein, during continuation of the pulse control, if the amount of a component of the gas supplied to the substrate processing space by the pulse control is equal to or greater than a threshold value, the pulse control is continued, and if the amount of the component of the gas becomes less than the threshold value, the pulse control is terminated.
  • the substrate processing apparatus further comprises a buffer tank on each of the first flow paths, a flow passage cross-sectional area of the buffer tank is three times or more a flow passage cross-sectional area of the first flow passage in which the buffer tank is provided;
  • the substrate processing method according to (2) or (3) above wherein a length of the buffer tank in a flow path direction is equal to or greater than a diameter of a flow path cross section of the buffer tank.
  • the substrate processing apparatus includes an upper electrode, The substrate processing method according to any one of (1) to (7), wherein the gas is supplied from the gas supply unit to the vicinity of a center of the upper electrode, and the gas is diffused and supplied to the substrate processing space in a diffusion chamber provided within the upper electrode.
  • a substrate processing apparatus comprising: a processing chamber in which a substrate processing space is formed; a gas supply unit for supplying a gas to the substrate processing space;
  • a control unit the gas supply unit includes a plurality of gas sources, a flow path for supplying gas from the plurality of gas sources to the substrate processing space, and a valve provided in the flow path for switching between opening and closing the flow of the gas;
  • the control unit is performing pulse control to pulse the flow of the gas by alternately opening and closing the flow of the gas in the valve when the gas is supplied from the gas supply unit to the substrate processing space to process the substrate;
  • the substrate processing apparatus is configured to be capable of executing a step of controlling a flow rate of the gas by controlling a duration of the pulse control and a number of times the gas flow is opened during the duration.
  • the flow path includes a plurality of first flow paths provided corresponding to a plurality of the gas sources, and a second flow path where the plurality of first flow paths join together,
  • the valve is provided in each of the first flow paths,
  • the substrate processing apparatus described in (9) above, wherein the control unit is further configured to execute the pulse control on the valve provided on one of the first flow paths to supply the gas to the substrate processing space, and to close another of the valves provided on another of the first flow paths.
  • Two or more of the gas sources correspond to one of the first flow paths among the plurality of first flow paths;
  • the substrate processing apparatus according to (10) above, wherein the control unit is further configured to be capable of executing a step of supplying a plurality of the gases from a plurality of the gas sources, respectively, and mixing the gases in the first flow path.
  • the control unit further executes the pulse control in one of the valves; Thereafter, closing the flow of gas through the valve; and executing the pulse control on another one of the valves after a delay time of 10 ms to 1 s has elapsed.
  • a detection unit for detecting plasma emission in the substrate processing space is provided, The substrate processing apparatus according to any one of (9) to (12), wherein the control unit is further configured to execute a process of continuing the pulse control when the gas supplied to the substrate processing space by the pulse control is an etching gas, if the amount of plasma emission is less than a threshold while the pulse control is continuing, and terminating the pulse control when the amount of plasma emission becomes equal to or greater than the threshold.
  • a detection unit for detecting a gas component in the substrate processing space is provided,
  • the control unit is further configured to execute a process of continuing the pulse control when the amount of a component of the gas supplied to the substrate processing space by the pulse control is equal to or greater than a threshold value while the pulse control is continuing, and terminating the pulse control when the amount of the component of the gas becomes less than the threshold value.
  • a buffer tank is provided on each of the first flow paths, a flow passage cross-sectional area of the buffer tank is three times or more a flow passage cross-sectional area of the first flow passage in which the buffer tank is provided;
  • the substrate processing apparatus according to (10) or (11), wherein a length of the buffer tank in a flow path direction is equal to or greater than a diameter of a flow path cross section of the buffer tank.
  • a semiconductor device comprising an upper electrode, The substrate processing apparatus according to any one of (9) to (15) above, wherein the control unit is further configured to be capable of executing a process of supplying the gas from the gas supply unit to the vicinity of the center of the upper electrode, and diffusing and introducing the gas into the substrate processing space in a diffusion chamber provided within the upper electrode.
  • Substrate processing apparatus 10 Substrate processing space 20 Gas supply unit 220a, 220b Pulse valve W Substrate PL Pulse

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Abstract

基板処理装置においてガス供給部から基板処理空間にガスを供給して基板を処理する、基板処理方法であって、前記ガス供給部は、複数のガスソースと、複数の前記ガスソースから前記基板処理空間まで前記ガスを流通させる流路と、前記流路に設けられ前記ガスの流通の開放又は閉止を切り替えるバルブと、を備え、前記バルブにおいて前記ガスの流通の開放と閉止を交互に繰り返すことで前記ガスの流通をパルス化する、パルス制御を実行し、前記パルス制御において、前記パルス制御の継続時間と、前記継続時間中における前記ガスの流通の開放の回数とを制御することで、前記ガスの流量を制御する、基板処理方法。

Description

基板処理方法及び基板処理装置
　本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
　特許文献１には、半導体基板のエッチング装置において、２種類以上のプロセスガスを切り替えて供給する方法が開示されている。かかるガスの供給方法では、ガスを基板処理空間に供給する経路と、排気システムにより排気する経路とを、バルブの開閉によって切り替えることで、ガスの供給をパルス化している。
特開２０１５－１４４２４９号公報
　本開示にかかる技術は、基板処理時のガス廃棄を低減し、基板処理装置を簡易化する。
　本開示の一態様は、基板処理装置においてガス供給部から基板処理空間にガスを供給して基板を処理する、基板処理方法であって、前記ガス供給部は、複数のガスソースと、複数の前記ガスソースから前記基板処理空間まで前記ガスを流通させる流路と、前記流路に設けられ前記ガスの流通の開放又は閉止を切り替えるバルブと、を備え、前記バルブにおいて前記ガスの流通の開放と閉止を交互に繰り返すことで前記ガスの流通をパルス化する、パルス制御を実行し、前記パルス制御において、前記パルス制御の継続時間と、前記継続時間中における前記ガスの流通の開放の回数とを制御することで、前記ガスの流量を制御する。
　本開示によれば、基板処理時のガス廃棄を低減し、基板処理装置を簡易化することができる。
一実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成例を示す説明図である。 一実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成例を示す断面図である。 一実施形態にかかる上側バッフルプレートの構成例を示す平面図である。 一実施形態にかかる下側バッフルプレートの構成例を示す平面図である。 上側バッフルプレート及び下側バッフルプレートの配置の例を示す平面図である。 上側バッフルプレート及び下側バッフルプレートを介した排気におけるガスの流れの例を示す側面図である。 一実施形態にかかるプラズマ処理システムの構成例を示す説明図である。 一実施形態にかかる基板処理方法におけるパルス制御の概略を示す説明図である。 一実施形態にかかる基板処理方法の概略を示すフローチャートである。 他の一実施形態にかかる基板処理方法におけるパルス制御の概略を示す説明図である。 他の一実施形態にかかる基板処理方法の概略を示すフローチャートである。 従来のガス供給システムの概要を示す模式図である。 従来のガス供給システムを用いてガスを供給する際の、バルブの開閉制御の概要を示す図である。
　半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（以下、「基板」という。）を収納した基板処理空間を減圧状態にし、当該基板に所定の処理を行う様々な処理工程が行われている。これらの処理工程においてはガス処理が行われる。
　基板処理装置で行われる上記所定の処理としての半導体ドライプロセスにおいて、２種以上のプロセスガスを高速で切り替えて繰り返すことがある。例えば特許文献１には、ガスを基板処理空間に供給する経路と、排気システムによって廃棄する経路とを、バルブを排他的に制御することで切り替える手段が開示されている。具体的には、図１２に例示するようなガス供給システムが採用されている。
　図１２は、特許文献１に開示の方法による２種類以上のガスの切り替えを可能とする従来のガス供給システムの概要を示す模式図である。従来のガス供給システムは、一の混合ガス（ＧＲ）を供給するガスボックスＢＲ及び、他の混合ガス（ＧＬ）を供給するガスボックスＢＬを備える。ガスボックスＢＲ、ＢＬはそれぞれ流路ＣＲ、ＣＬに接続する。流路ＣＲ、ＣＬにはそれぞれ流量制御器ＦＣＲ、ＦＣＬを備える。流路ＣＲは排気システムＥＳに接続する排気流路ＥＲと、基板処理空間ＰＳに接続する供給流路ＳＲに分岐する。流路ＣＬは排気システムに接続する排気流路ＥＬと、基板処理空間ＰＳに接続する供給流路ＳＬに分岐する。排気流路ＥＲ、ＥＬはそれぞれ排気バルブＶＥＲ、ＶＥＬを備え、供給流路ＳＲ、ＳＬはそれぞれ供給バルブＶＳＲ、ＶＳＬを備える。
　図１３は、図１２に示した従来のガス供給システムを用いてガスを供給する際の、バルブの開閉制御の概要を示す図である。従来のガス供給システムにおいて、一の混合ガス（ＧＲ）及び他の混合ガス（ＧＬ）を別個に交互に供給する場合、一の混合ガスＧＲを供給する際は排気バルブＶＥＲ及び供給バルブＶＳＬを閉止し、供給バルブＶＳＲ及び排気バルブＶＥＬを開放する。これにより、一の混合ガスＧＲを基板処理空間ＰＳへ供給するとともに、他の混合ガスＧＬを排気システムＥＳにより廃棄する。また、他の混合ガスＧＬを供給する際は排気バルブＶＥＬ及び供給バルブＶＳＲを閉止し、供給バルブＶＳＬ及び排気バルブＶＥＲを開放する。これにより、他の混合ガスＧＬを基板処理空間ＰＳへ供給するとともに、一の混合ガスＧＲを排気システムＥＳにより廃棄する。これを交互に繰り返すことで基板処理空間ＰＳに対し一の混合ガス（ＧＲ）及び他の混合ガス（ＧＬ）を別個に交互に供給する。
　ところで、流量制御器ＦＣＲ、ＦＣＬによって流量を変更する場合には、流量が安定するまでに時間を要する。具体的には流量安定までに５００ｍｓ程度の応答時間を要する。これは、高速化するプロセスを想定すると遅く、実用的ではない。これに鑑み、特許文献１のガス供給システムでは、流量変更を伴わない混合ガスの切り替えによって、切り替え時間を短縮している。このようなガスの切り替え機構によると、切り替え時間の短縮は可能であるものの、基板処理空間ＰＳへ供給しないガスを定常的に廃棄しなければならず、不経済であるという課題があった。また、基板処理空間ＰＳへ供給する方のガスの流量を所望のものとするためには、後述する理由により、ガスボックスＢＲ、ＢＬの下流に設ける流量制御器ＦＣＲ、ＦＣＬが必須である。このため流量制御器の分だけ、ガス供給システム全体のサイズを大きくせざるを得ないという課題があった。なお、「システムのサイズ」とは、単純な占有面積（体積）に加えて、システムの構造上の複雑さをも含む。
　そこで、本開示にかかる技術は、パルス制御可能なバルブを用いてガス供給を実行することで、ガス切り替え時における定常的なガスの廃棄を不要とし、ガスの廃棄を最小化する。また、従来のガス供給システムにおいてガスボックスの下流でガスごとに必要であった流量制御器を不要とすることで、ガス供給部を、ひいては基板処理装置を簡易化する。なお、ガス供給部及び基板処理装置を「簡易化する」とは、従来の技術と比較して相対的に、占有面積（容積）を低減すること、及び／又は、構造を単純化することを含む。
　以下、本実施形態にかかる基板処理システムの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　図１は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、基板処理空間１０ｓを有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスを基板処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、基板処理空間１０ｓからガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、基板処理空間１０ｓ内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
　プラズマ生成部１２は、基板処理空間１０ｓ内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。基板処理空間１０ｓにおいて形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ　Ｗａｖｅ　Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｖｅ　Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
　制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、処理部２ａ１、記憶部２ａ２及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
　以下に、基板処理装置の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置１の構成例について説明する。図２は、容量結合型のプラズマ処理装置１の構成例を説明するための図である。
　容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１及びガス導入部を含む。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０は、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持部１１により規定された基板処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の筐体とは電気的に絶縁される。
　基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
　一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材は下部電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、後述するＲＦ電源３１及び／又はＤＣ電源３２に結合される少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよい。この場合、少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極が下部電極として機能する。後述するバイアスＲＦ信号及び／又はＤＣ信号が少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極に供給される場合、ＲＦ／ＤＣ電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台１１１０の導電性部材と少なくとも１つのＲＦ／ＤＣ電極とが複数の下部電極として機能してもよい。また、静電電極１１１１ｂが下部電極として機能してもよい。従って、基板支持部１１は、少なくとも１つの下部電極を含む。
　リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
　また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
　シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスを基板処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃから基板処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、少なくとも１つの上部電極を含む。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ　Ｇａｓ　Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
　ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、対応するガスソース２１から対応する流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。本明細書において、ガスソースをガスの流通の上流側とし、基板処理空間１０ｓを下流側として記載する。ガス供給部２０及び基板処理空間１０ｓの詳細については、後述する。
　電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給するように構成される。これにより、基板処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つの下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。
　一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に供給される。
　第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つの下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
　また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つの下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のＤＣ信号は、少なくとも１つの下部電極に印加される。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、少なくとも１つの上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、少なくとも１つの上部電極に印加される。
　種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号がパルス化されてもよい。この場合、電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つの下部電極及び／又は少なくとも１つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第１のＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つの下部電極との間に接続される。従って、第１のＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第２のＤＣ生成部３２ｂ及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも１つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ、３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
　排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、基板処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
　一実施形態において、排気システム４０は、上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２を含む。上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２にはそれぞれ貫通孔４３及び４４が設けられる。上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２は基板処理空間１０ｓと排気システム４０の境界を構成する。
　図３は、上側バッフルプレート４１をプラズマ処理チャンバ１０の天部側から見た平面図である。図示のように、上側バッフルプレート４１はハッチングで示した板部分のほかに、貫通孔４３を有する。貫通孔４３はガスの通流が可能であり、具体的には当該貫通孔４３を介して基板処理空間１０ｓから排気システム４０へガスが通流する。
　図４は、下側バッフルプレート４２をプラズマ処理チャンバ１０の天部側から見た平面図である。図示のように、下側バッフルプレート４２はハッチングで示した板部分のほかに、貫通孔４４を有する。貫通孔４４はガスの通流が可能であり、具体的には当該貫通孔４４を介して基板処理空間１０ｓから排気システム４０へガスが通流する。
　図５は、上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２の配置関係を示すためにこれらを天部側から見た平面図である。図示のように、上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２は、それぞれの貫通孔４３、４４の位置が互いにずれるように配置されている。図の例では、上側バッフルプレート４１のハッチングで示した板部分が、下側バッフルプレート４２の貫通孔４４と重なり、下側バッフルプレート４２のハッチングで示した板部分が、上側バッフルプレート４１の貫通孔４３と重なる。
　図６は、上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２をチャンバ側壁１０ａ側から見た側面図である。図６中においてガスの流れを太線矢印で示す。また、ガスの流れの相対的な大きさを、太線矢印の太さで示す。上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２の少なくともいずれか一方が上下動し、これらが近付くと、貫通孔４３、４４間の距離が短くなり、貫通孔４３、４４を流通するガスの流れを抑制する。なお、上記構成以外にも、上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２の少なくともいずれか一方が回転し、貫通孔４３、４４間の距離が変化することで、ガスの流れを変えることができる。当該構成によると、上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２を用いることで基板処理空間１０ｓの容積を制限することができ、排気速度を大きくした場合であっても基板処理空間１０ｓ内の圧力を均一な状態としたまま、排気をすることができる。
　次に、本実施形態にかかるガス供給部２０及び基板処理空間１０ｓについて図７を用いて詳細に説明する。図７は、本実施形態にかかるガス供給部２０及び基板処理空間１０ｓと、これらを接続する流路の概略を示す模式図である。
　図７で、ガス供給部２０はガスボックス２００ａ、２００ｂ及び流路を含む。ガスボックス２００ａはガスソース２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、これらのそれぞれに対応する複数の流量制御器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを含む。また、ガスボックス２００ｂはガスソース２１ｄ、２１ｅ、２１ｆと、これらそれぞれに対応する複数の流量制御器２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを含む。流路は、複数の第一の流路２０４ａ、２０４ｂ及び第二の流路２０６を含む。複数のガスソース２１ａ～２１ｆの下流側は、対応する複数の流量制御器２２ａ～２２ｆのそれぞれの上流側に接続される。また、複数の流量制御器２２ａ～２２ｆのそれぞれの下流側は、第一の流路２０４ａ、２０４ｂに接続される。第一の流路２０４ａ、２０４ｂの下流は、第二の流路２０６に合流する。第二の流路２０６の下流は、基板処理空間１０ｓに接続される。第二の流路２０６の下流はガス導入部に接続され、上述したシャワーヘッド１３を介して基板処理空間１０ｓに接続されることとしてもよい。なお、ガスボックス２００は図示の構成に限定されない。例えば、あらかじめ所望の比率で複数のガス種を混合した混合ガスを供給するガスソースを備える一のガスボックスから、第一の流路２０４ａ、２０４ｂの内の一つに当該混合ガスを供給する構成としてもよい。また、ガスソース２１、流量制御器２２、及び第一の流路２０４ａ、２０４ｂの組合せ又は数量は、図示の構成に限定されない。例えば第一の流路２０４ａ、２０４ｂの内の一つに合流する複数の流量制御器２２及び、それに対応するガスソース２１の数は、所望の数に増減させてよい。また、例えば、複数のガスソース２１のうち所望の組合せが合流するように切り替え可能な構成とし、第一の流路２０４ａ、２０４ｂの内の一つにおいて所望の比率で混合するように制御することとしてもよい。
　一実施形態において、第一の流路２０４ａ、２０４ｂのそれぞれにはバッファタンク２１０ａ、２１０ｂが設けられる。バッファタンク２１０ａ、２１０ｂのそれぞれは、その内部の圧力を計測することができる圧力センサＰ１、Ｐ２を有する。バッファタンク２１０ａ、２１０ｂは、ガスの流路方向に垂直な断面（以下、流路断面と称する。）の面積（以下、流路断面積と称する。）が、第一の流路２０４ａ、２０４ｂを構成する配管の流路断面積よりも大きくなるように構成してもよい。この場合において、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの流路断面積は、第一の流路２０４ａ、２０４ｂの流路断面積の３倍以上の面積としてもよい。またこの場合において、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの流路方向の長さは、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの流路断面の直径と同等か、それ以上の長さとしてもよい。
　一実施形態において、バッファタンク２１０ａの容積は、後述する一のパルスセットにかかる工程ＳＴ１２における混合ガスＧαの供給量の目標値（体積値）よりも十分大きく、バッファタンク２１０ｂの容積は、後述する一のパルスセットにかかる工程ＳＴ１６における混合ガスＧβの供給量の目標値（体積値）よりも十分大きいように構成される。この場合、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの容積は、それぞれ混合ガスＧα、Ｇβの供給量の目標値の５倍以上であることが好ましく、１０倍以上であることがより好ましい。
　他の一実施形態において、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの容積は可変であるように構成される。一例として、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂを所望の容積に変更するよう制御可能なピストンが設けられる。
　他の一実施形態において、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの温度は可変であるように構成される。一例として、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの内部のガスを所望の温度に変更するよう制御可能な温調機構が接続される。この場合、温調機構は、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの内部のガスを加熱するヒータであってもよい。
　第一の流路２０４ａ、２０４ｂには、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂが設けられる。また、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの下流にはオリフィス２２２ａ、２２２ｂが設けられる。パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂは、開放又は閉止が瞬時に切り替え可能であるものを用いることができる。具体的には、特に限定されないが、少なくともパルス間隔が５０ｍｓ未満となるようにガスの流通の開放又は閉止を切り替えが可能なバルブを用いることが好ましい。上記の速度であれば、後述するパルスバルブ２２０ａ、２２０ｂを用いた流量制御において、十分な精度の流量及び切り替え速度でガスを供給することができる。なお、本明細書において、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂにおいて開放及び閉止を交互に繰り返す制御をパルス制御と記載する。また、パルス制御において、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂを閉止状態から開放し再び閉止状態とするまでの、１回のガスの通流のことを、一のパルスＰＬと記載する。
　チャンバ側壁１０ａには、基板処理空間１０ｓ内のプラズマ発光又はガス組成を検知することができる検知部としてのチャンバモニタ２２４が設けられる。チャンバモニタ２２４は、例えば、チャンバ側壁１０ａから基板処理空間１０ｓ内のプラズマ発光を検知することができる発光分光分析装置（ＯＥＳ：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）であってもよい。また、チャンバモニタ２２４は、チャンバ側壁１０ａから基板処理空間１０ｓのガス組成を検知することができる公知の検知装置であってもよい。一実施形態において、チャンバモニタ２２４は、検知したプラズマ発光（発光量又は発光強度比を含む）又はガス組成（ガスの存在量又は存在比率を含み、ガスはガス成分の乖離による生成物を含む）の情報を、制御部２に送信する。制御部２は当該情報に基づき演算を行い、ガス供給量の目標値を更新し、当該目標値をコントローラ２２６に送信する。コントローラ２２６は、当該目標値に基づきパルスバルブ２２０ａ、２２０ｂを制御し、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂにおける流量を増減させる。
　なお図７において、好ましい構成としてバッファタンク２１０ａ、２１０ｂを設けることとしたが、当該構成は必須ではなく、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂは設けなくともよい。この場合、例えば第一の流路２０４ａ、２０４ｂを構成する配管の一部を、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂと同様の寸法を有するように拡張することとしてもよい。また、第二の流路２０６を設けることとしたが、当該構成は必須ではない。この場合、第一の流路２０４ａ、２０４ｂの下流が直接ガス導入部、例えばシャワーヘッド１３に接続されることとしてもよい。また、チャンバモニタ２２４を設けることとしたが、当該構成は必須ではない。
　次に、本実施形態にかかる基板処理方法について、図８～図１１を用いて説明する。説明する。図８は、一実施形態にかかる基板処理方法ＭＴ１におけるパルスバルブの開閉制御の説明図である。図９は、一実施形態にかかる基板処理方法ＭＴ１の概略を示すフローチャートである。図１０は、一実施形態にかかる基板処理方法ＭＴ１におけるパルス制御の他の一例の概略を示す説明図である。図１１は、他の一実施形態にかかる基板処理方法ＭＴ２の概略を示すフローチャートである。本実施形態にかかる基板処理方法ＭＴ１、ＭＴ２は、例えば、上記プラズマ処理システムにおいて実行可能である。基板処理方法ＭＴ１、ＭＴ２では、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂのパルス制御によって、基板処理空間１０ｓへ供給するガスの流量を制御する。
　基板処理方法ＭＴ１、ＭＴ２についての以下の説明において、図７に示すプラズマ処理システムで、ガス種ａ～ｃをそれぞれガスソース２１ａ～２１ｃから流量制御器２２ａ～２２ｃを経由して第一の流路２０４ａへ供給し、ガス種ｄ～ｆをガスソース２１ｄ～２１ｆから流量制御器２２ｄ～２２ｆを経由して第一の流路２０４ｂへ供給する場合について説明する。なお、ガス種ａ～ｆは、エッチング又はデポジションなどの工程に用いられる公知のガスや、これらを希釈する公知のガスであってもよい。基板処理方法ＭＴ１、ＭＴ２の実行に先立ち、ガス種ａ～ｃは第一の流路２０４ａで混合し混合ガスＧαとなり、バッファタンク２１０ａへ所望の圧力で蓄えられる。またガス種ｄ～ｆは第一の流路２０４ｂで混合し混合ガスＧβとなり、バッファタンク２１０ｂへ所望の圧力で蓄えられる。
　以下、本実施形態にかかる基板処理方法ＭＴ１においてガス供給を開始する場合であって、混合ガスＧαと混合ガスＧβを別個に、交互に供給する場合について説明する。図８及び図９で、最初に第一の流路２０４ａ上に設けるパルスバルブ２２０ａにおいてパルス制御を開始する。パルス制御では、パルスバルブ２２０ａが閉止された状態から開放された状態となり、再び閉止された状態となる動作を繰り返し実行する。その間、パルスバルブ２２０ｂは閉止された状態とする（工程ＳＴ１０）。その後、混合ガスＧαの供給量が目標値に達した場合に、パルスバルブ２２０ａにおけるパルス制御を終了し、混合ガスＧαの供給を停止する（工程ＳＴ１２）。続いて、同様にして第一の流路２０４ｂ上に設けるパルスバルブ２２０ｂにおいて上記と同様のパルス制御を実行し、その間パルスバルブ２２０ａを閉止された状態とする（工程ＳＴ１４）。その後、混合ガスＧβの供給量が目標値に達した場合に、パルスバルブ２２０ｂにおけるパルス制御を終了し、混合ガスＧβの供給を停止する（工程ＳＴ１６）。以降、パルスバルブ２２０ａ及びパルスバルブ２２０ｂのパルス制御を交互に繰り返し、所望のプロセスが終了するまでこれを継続する（工程ＳＴ１８）。
　図１０に示すように、混合ガスＧαのパルス制御を終了して混合ガスＧβの制御を開始する際や、その逆の際（以下、これらを合わせて混合ガスの切り替えと称する。）には、ディレイタイムＤＴを設けることとしてもよい。すなわち、例えば混合ガスＧαのパルス制御を終了した後、ディレイタイムＤＴの経過後、混合ガスＧβの制御を開始することとしてもよい。混合ガスの切り替え時には、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの下流側における第一の流路２０４ａ、２０４ｂ、第二の流路２０６、及び、基板処理空間１０ｓのガスを排気する。このため、ディレイタイムＤＴは、当該排気が完了するまでの時間として設けられる。具体的には、ディレイタイムＤＴは１０ｍｓ～１ｓとして設けることが好ましい。
　混合ガスの供給量の目標値は、プロセスごとに事前に決定したものを読込むこととしてもよい。パルス制御の開始及び終了は、当該目標値に基づいて制御部２が開始命令及び終了命令をコントローラ２２６に送信し、コントローラ２２６がパルスバルブ２２０ａ、２２０ｂを制御することで実行することとしてもよい。
　パルス制御に関し、より詳細に説明する。パルス制御の継続時間、及び、継続時間中のパルスＰＬの回数は、パルスＰＬ当たりの流量及び混合ガスの供給量の目標値に基づいて決定してもよい。具体的には、まず、パルスＰＬ当たりの流量とパルスの回数との積が、供給量の目標値となるように、パルスの回数を決定する。例えば、プロセスにおける供給量の目標値が１００であり、パルスＰＬ当たりの混合ガスの流量が１であるならば、パルスの回数を１００回とすれば供給量１００を供給することができる。パルスの回数を決定した後、所望のパルスの間隔でパルス制御を実行できるように、パルス制御の継続時間を決定すればよい。なお、一のパルスＰＬにおける流量は、プロセス条件下であらかじめ測定しておくこととしてもよい。
　混合ガスの切り替えに際しては、上記のように一方の混合ガスの供給量が目標値に達した時点で他方の混合ガスの供給に切り替えること以外に、下記で説明するような方法ＭＴ２を採用できる。すなわち、チャンバモニタ２２４によって基板処理空間１０ｓ内の状態をモニタリングし、モニタリング結果に基づいて混合ガスの供給を開始又は終了する。具体的には、基板処理空間１０ｓ内の状態をＯＥＳなどのチャンバモニタ２２４で、ガスのプラズマ発光の発光波長の比や振幅、波長の相関などを検知することでモニタリングする。この場合、まずチャンバモニタ２２４において検知したこれらの検知結果を制御部２に送信する。続いて制御部２において、検知結果に基づき、混合ガスＧαによるプロセスαが完了したかどうか、又は混合ガスＧβによるプロセスβが完了したかどうか、判断する。プロセスα又はプロセスβが完了したと判断する場合は、混合ガスの切り替えを実行するようにコントローラ２２６に指令を送信し、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂを制御する。
　図１１で、上記のような基板処理空間１０ｓ内のガス状態のモニタリングの一例として、ＯＥＳを用いたモニタリングと、モニタリング結果に基づくパルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの制御について説明する。一例として、供給中の混合ガスＧαがフッ素を含むエッチングガスであり、閉止中の混合ガスＧβがデポジションガスである場合を考える。まず、パルスバルブ２２０ａをパルス制御し、混合ガスＧαを供給する（工程ＳＴ２０）。このとき、混合ガスＧαの供給により基板処理空間１０ｓ内ではエッチングガスのプラズマが形成され、被処理物としての基板Ｗのエッチングが進行する。エッチング中には、混合ガスＧα中のフッ素がエッチングに消費されているため、フッ素のプラズマ発光量が低い。一方でエッチングが完了に近づくと、混合ガスＧα中のフッ素がエッチングに消費されなくなり、基板処理空間１０ｓ内の存在量が増加する。すると、フッ素のプラズマ発光が増加し、ＯＥＳにおける検出量が増加する。すなわち、ＯＥＳにおけるフッ素を起因とするプラズマ発光の検出量が増加していることが検知された場合、エッチングが完了に近づいていると判断できる（工程ＳＴ２２）。本実施形態では、プラズマ発光量が閾値未満の場合は混合ガスＧαの供給を継続し、プラズマ発光量が閾値以上となった場合にエッチングを完了したと判断して、混合ガスＧαの供給を停止する。これにより、基板処理空間１０ｓ内への余剰な混合ガスＧαの供給を抑えることができる。その後、パルスバルブ２２０ａを閉止し、パルスバルブ２２０ａをパルス制御して、次のプロセスを実行する（工程ＳＴ２４）。混合ガスＧβによるプロセスβに関しても、上記と同様にモニタリングし、プロセスβが完了したかどうかを判断する（工程ＳＴ２６）。プロセスβが完了したと判断した場合には再びパルスバルブ２２０ａのパルス制御に戻るか、あるいはプロセスを終了する（工程ＳＴ２８）。プラズマ発光量についての閾値は、プロセスの進行度の指標となる波長の発光量を、プロセス条件において事前に決定して記憶部に記憶しておき、プロセス実行時に読込むこととしてもよい。
　なお上記で、検知対象としてエッチングガス中のフッ素のプラズマ発光量を検知することとしたが、これに限定されず、プロセスの進行の指標となるガスの存在量や、ガス比率などを検知することでプロセスの進行度を判断することとしてもよい。ここで検知するガスは、ガス成分そのものに加えて、ガス成分の乖離による生成物を含む。この場合、閾値は当該指標となるガスごとに、プロセス条件において事前に決定して記憶部に記憶しておき、プロセス実行時に読込むこととしてもよい。また、上記ではプラズマ発光量をモニタリングして閾値と比較するが、これに限定されない。例えば、ＯＥＳで検出する複数の波長の光の強度比をモニタリングし、閾値と比較することで、エッチングの進行の程度を判断することができる。この場合、閾値との比較は、強度比が閾値未満の場合に混合ガスＧαの供給を継続し、強度比が閾値以上となった場合に混合ガスＧαの供給を停止することとしてもよい。また、閾値との比較は、強度比が閾値以上の場合に混合ガスＧαの供給を継続し、強度比が閾値未満となった場合に混合ガスＧαの供給を停止することとしてもよい。強度比についての閾値は、プロセスの進行度の指標となる波長の光の強度比を、プロセス条件において事前に決定して記憶部に記憶しておき、プロセス実行時に読込むこととしてもよい。
　なお上記で、混合ガスＧα及び混合ガスＧβの２種類についてパルス制御及び切り替えの制御を行う例について説明したが、３種類以上の混合ガスがそれぞれ３以上の第一の流路上を流通し基板処理空間１０ｓに供給される場合も、同様の制御が可能である。この場合、一の混合ガスにかかるパルス制御を実行している間には、他の混合ガスの流通にかかるパルスバルブを閉止し、供給を停止するようにすればよい。また、それぞれの混合ガスの切り替えの間にディレイタイムＤＴを設けてもよい。
　次に、本開示においてプラズマ処理装置１及び基板処理方法ＭＴ１、ＭＴ２を上記のように構成する意義について詳細に説明する。
　図１２で説明したように、従来の方法では２種類以上のガスを切り替える構成及び方法について、基板処理空間ＰＳに供給する経路及び排気システムＥＳにより排気する経路を切り替えることで切り替え時間を短縮していた。従来の構成では、基板処理空間ＰＳに供給されないガスが廃棄され続けるというコスト上の課題に加えて、以下のような課題があった。すなわち、従来の構成では一のガスを供給しているとき、供給バルブＶＳＲ、ＶＳＬは開放された状態のまま維持される。この状態においては、供給バルブＶＳＲ、ＶＳＬを通って供給されるガスの流量は、供給バルブＶＳＲ、ＶＳＬの規格などに依存して一定の値に限定される。このため供給するガスを所望の流量とするためには、流路ＣＲ、ＣＬ上に流量制御器ＦＣＲ、ＦＣＬを設けることが必須であった。これに対して、本開示にかかる技術では供給するガスをパルスバルブ２２０ａ、２２０ｂによってパルス制御で供給している。バルブが開放された状態でガスを供給するのではなく、パルス制御で供給することには以下のような意義がある。すなわち、パルスＰＬの密度、回数、間隔及び、パルス制御の継続時間などを所望の値に変更することによって、供給するガスを所望の流量値に制御することが可能である。つまり、本開示のパルス制御によると、基板処理空間１０ｓに供給するガスの流量を所望の値に制御することができる。すなわち、本開示におけるガス供給部２０では、混合ガスごとに流量制御器を設けることを要しない。これにより、従来の構成よりもガス供給部のシステムサイズを小さくすることができる。
　次に、本開示において好ましい構成として設けるバッファタンク２１０ａ、２１０ｂ及びオリフィス２２２ａ、２２２ｂの意義について説明する。
　パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂを用いたパルス制御によると、流通するガスの流量が一定ではなく、パルス制御の条件に依存して周期的に変化する場合がある。本明細書ではこのような流量の周期的変化を、流量脈動と称する。流量脈動は、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの下流のみならず、上流でも生じ得る。
　流量脈動が生じた場合、構造部材への負荷や、圧力センサなどの各種センサによる計測を不安定にするといった影響が生じることが考えられる。流量脈動による当該影響の度合いは、流量脈動が生じる空間である流路の容積に依存することがわかっている。具体的には、流路の容積が小さい程、流量脈動の上記影響が大きくなり、流路の容積が大きい程、流量脈動の上記影響が小さくなる。このため、本開示の一実施形態においてはバッファタンク２１０ａ、２１０ｂを設ける構成としている。すなわち、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂは流量脈動が生じる空間の容積を拡大し、流量脈動を緩衝（バッファリング）する作用を有する。また、オリフィス２２２ａ、２２２ｂはその下流において流量を均一化する作用を有する。バッファタンク２１０ａ、２１０ｂによると、流量脈動の大きさを低減し、上記影響を十分に抑制することができる。この作用をより発揮するために、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの好ましい構成としては流路断面積を第一の流路２０４ａ、２０４ｂの流路断面積の３倍かそれ以上の面積とし、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの流路方向の長さを、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの流路断面の直径と同等かそれ以上の長さとする。一方で、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂの体積が大きすぎると、ガスの充てんによってバッファタンク２１０ａ、２１０ｂを所望の圧力とするのに要する時間が長くなってしまう。また、プロセス終了時にはバッファタンク２１０ａ、２１０ｂを含む配管内は排気されるため、その分のガスが無駄になってしまう。そのため、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂが不必要に大きいことは好ましくない。
　本発明者らが鋭意検討したところ、バッファタンクを設ける場合に、パルス制御の実行中にバッファタンク内の圧力が、混合ガスの供給を開始してから混合ガスの供給量が目標値に達して供給を終了するまでの間、変動せず略一定に保たれることが、ガス供給量のより精密な制御に重要であることを見出した。
　以下の説明において、混合ガスの供給を開始してから混合ガスの供給量が目標値に達して供給を終了するまでの継続時間における一連のパルス制御を、一のパルスセットと称する。工程ＳＴ１０でパルスバルブ２２０ａのパルス制御を開始してから、工程ＳＴ１４でパルスバルブ２２０ａを閉止するまでの一連の制御は、一のパルスセットの一例である。
　本開示において供給される混合ガスを理想気体とみなすと、バッファタンク内の圧力をＰ、バッファタンクの容積をＶ、一のパルスセットにおける混合ガスの供給量（物質量）をｎ、気体定数をＲ、混合ガスの絶対温度をＴとすると、気体の状態方程式よりＰ＝ｎＲＴ／Ｖが成り立つ。
　かかる観点から、上述したように、一実施形態においてバッファタンクの容積は、一のパルスセットにおける混合ガスの供給量の目標値（体積値）よりも十分大きいように構成される。パルスセットにおけるガス供給時には、バッファタンク内の混合ガスは最大で混合ガスの供給量ｎだけ減少する。このときバッファタンク内から減少するガス体積（すなわち、供給量ｎの関数）に対して、バッファタンクの容積Ｖが十分に大きいため、バッファタンク内の圧力Ｐは一定とすることができる。なお、圧力Ｐが一定であるとは、後述するような所望の閾値を下回らないことを含む。
　また、他の一実施形態においてバッファタンクの容積は可変であるように構成される。パルスセットにおけるガス供給時には、バッファタンク内の混合ガスは最大で混合ガスの供給量ｎだけ減少する。このときバッファタンクから減少する混合ガスの体積の分だけ、バッファタンクの容積を減少させるように制御することで、例えば供給量ｎと容積Ｖの比ｎ／Ｖを略一定に保つことができ、バッファタンク内の圧力Ｐは一定とすることができる。
　また、他の一実施形態においてバッファタンクの温度は可変であるように構成される。パルスセットにおけるガス供給時には、バッファタンク内の混合ガスは最大で混合ガスの供給量ｎだけ減少する。しかしながら、このときバッファタンクから減少する混合ガスの分だけ、ガスの絶対温度Ｔを上昇させることで、例えば供給量ｎと絶対温度Ｔの積ｎＴを略一定に保つことができ、バッファタンク内の圧力Ｐは一定とすることができる。
　ここで、バッファタンク内の圧力Ｐは、一のパルスセットの開始時から終了時までのパルス制御の継続時間において略一定に保たれることがより好ましいが、一実施形態においては、バッファタンク内の圧力Ｐは、所望の閾値より大きいような値まで減少することとしてもよい。かかる閾値は、一例として、パルスセット開始時の圧力Ｐの値の８割である。
　なお、図７においてバッファタンク２１０ａ、２１０ｂは、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの上流側における第一の流路２０４ａ、２０４ｂに設けることとしたが、これに限定されない。例えば、パルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの下流側における第一の流路２０４ａ、２０４ｂに設けることとしてもよい。この場合であっても、上記の流量脈動の影響を軽減する作用を奏する。ただし、混合ガスの切り替え時においてパルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの下流側における第一の流路２０４ａ、２０４ｂは排気されるため、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂが大きい場合はその分排気時間が長くなることとなる。このような観点から、バッファタンク２１０ａ、２１０ｂはパルスバルブ２２０ａ、２２０ｂの上流側における第一の流路２０４ａ、２０４ｂ上に設けることがより好ましい。
　次に、本開示において好ましい構成として設けるチャンバモニタ２２４の意義について説明する。
　デポジションやエッチングなどのプロセスにおいて、デポジションガスやエッチングガスの必要量は、プロセス対象とする基板Ｗの条件や装置のコンディションに依存する。基板Ｗの条件とは、例えば、基板Ｗの表面積や表面性状などが挙げられる。また、装置のコンディションとは、例えば、消耗部品の消耗度や、チャンバ内若しくは配管内部における加工残渣（デポ）の存在量などが挙げられる。したがって、ガスの供給量は、基板条件や装置のコンディションによって変更することが好ましい。基板処理方法ＭＴ２によると、チャンバモニタ２２４によって基板処理空間１０ｓ内の状態をモニタリングすることで、現実にプロセスが完了した時点で混合ガスの切り替えを実行することができる。
　次に、本開示におけるディレイタイムＤＴ及び排気システム４０を上記のように設ける意義について説明する。
　上記のように混合ガスＧα及び混合ガスＧβを別個に、交互に供給するような場合において、パルスバルブ２２０ａ又はパルスバルブ２２０ｂの下流における第二の流路２０６及び基板処理空間１０ｓでは、混合ガスＧα及び混合ガスＧβのいずれもが通流されるため、意に反してこれらのガスが混和してしまう場合が考えられる。これに対して本実施形態にかかるディレイタイムＤＴによると、混合ガスＧα又は混合ガスＧβのいずれかの供給が終了し、第二の流路２０６及び基板処理空間１０ｓの排気が完了した時点でもう一方の混合ガスの供給が開始できるように制御することが可能である。
　上記のようなディレイタイムＤＴは、混合ガスの混和が生じない限りにおいてできる限り短くすることが、スループットの観点から好ましい。ディレイタイムＤＴを短縮するためには、基板処理空間１０ｓの排気の速度を十分に大きくすることが好ましい。そのような速度の大きい排気を実行する場合には、基板処理空間１０ｓ及び排気システム４０の空間内における圧力の均一性を向上させることが好ましい。そのような排気システム４０の具体的な一例として、図２～図６に示す上側バッフルプレート４１及び下側バッフルプレート４２を含む構成を採用することが好ましい。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲、後述の本開示の技術的範囲に属する構成例及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。例えば、上記実施形態の構成要件は任意に組み合わせることができる。当該任意の組み合せからは、組み合わせにかかるそれぞれの構成要件についての作用及び効果が当然に得られるとともに、本明細書の記載から当業者には明らかな他の作用及び他の効果が得られる。
　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
　以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）基板処理装置においてガス供給部から基板処理空間にガスを供給して基板を処理する、基板処理方法であって、
前記ガス供給部は、複数のガスソースと、複数の前記ガスソースから前記基板処理空間まで前記ガスを流通させる流路と、前記流路に設けられ前記ガスの流通の開放又は閉止を切り替えるバルブと、を備え、
前記バルブにおいて前記ガスの流通の開放と閉止を交互に繰り返すことで前記ガスの流通をパルス化する、パルス制御を実行し、
前記パルス制御において、前記パルス制御の継続時間と、前記継続時間中における前記ガスの流通の開放の回数とを制御することで、前記ガスの流量を制御する、基板処理方法。
（２）前記流路は、複数の前記ガスソースに対応して設けられる複数の第一の流路と、複数の前記第一の流路が合流する第二の流路と、を備え、
前記バルブは、複数の前記第一の流路のそれぞれに設けられ、
一の前記第一の流路上に設けられる前記バルブにおいて前記パルス制御を実行して、前記ガスを前記基板処理空間に供給し、かつ、他の前記第一の流路上に設けられる他の前記バルブを閉止する、上記（１）に記載の基板処理方法。
（３）複数の前記ガスソースのうちの２以上の前記ガスソースが、複数の前記第一の流路のうちの１つの前記第一の流路と対応し、
複数の前記ガスソースのそれぞれから複数の前記ガスを供給し、前記第一の流路で混合させる、上記（２）に記載の基板処理方法。
（４）一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、
その後、当該バルブにおける前記ガスの流通を閉止することと、
１０ｍｓ～１ｓのディレイタイムの経過後、他の一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、を含む、上記（２）又は（３）に記載の基板処理方法。
（５）前記基板処理装置は、前記基板処理空間内のプラズマ発光を検知する検知部を備え、
前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスがエッチングガスである場合において、前記パルス制御の継続中に、前記プラズマ発光の発光量が閾値未満である場合は前記パルス制御を継続し、前記発光量が閾値以上となった場合は前記パルス制御を終了する、上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の基板処理方法。
（６）前記基板処理装置は、前記基板処理空間内のガス成分を検知する検知部を備え、
前記パルス制御の継続中に、前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスの成分の存在量が閾値以上である場合は前記パルス制御を継続し、前記ガスの成分の存在量が閾値未満となった場合は前記パルス制御を終了する、上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の基板処理方法。
（７）前記基板処理装置は、複数の前記第一の流路のそれぞれの流路上において、バッファタンクを備え、
前記バッファタンクの流路断面積は、前記バッファタンクが設けられる前記第一の流路の流路断面積の３倍以上であり、
前記バッファタンクの流路方向の長さは、前記バッファタンクの流路断面の直径以上である、上記（２）又は（３）に記載の基板処理方法。
（８）前記基板処理装置は上部電極を備え、
前記ガスを前記ガス供給部から前記上部電極の中心付近に供給し、前記上部電極内に設ける拡散室で前記基板処理空間に前記ガスを拡散して供給する、上記（１）～（７）のいずれか一つに記載の基板処理方法。
（９）基板処理装置であって、
内部に基板処理空間が形成される処理チャンバと、
前記基板処理空間にガスを供給するガス供給部と、
制御部と、を備え、
前記ガス供給部は、複数のガスソースと、複数の前記ガスソースから前記基板処理空間までガスを流通させる流路と、前記流路に設けられ前記ガスの流通の開放又は閉止を切り替えるバルブと、を備え、
前記制御部は、
前記ガス供給部から前記基板処理空間に前記ガスを供給して前記基板を処理する際に、前記バルブにおいて前記ガスの流通の開放と閉止を交互に繰り返すことで前記ガスの流通をパルス化する、パルス制御を実行し、
前記パルス制御において、前記パルス制御の継続時間と、前記継続時間中における前記ガスの流通の開放の回数を制御することで、前記ガスの流量を制御する工程を実行可能に構成される、基板処理装置。
（１０）前記流路は、複数の前記ガスソースに対応して設けられる複数の第一の流路と、複数の前記第一の流路が合流する第二の流路と、を備え、
前記バルブは、複数の前記第一の流路のそれぞれに設けられ、
前記制御部はさらに、一の前記第一の流路上に設けられる前記バルブにおいて前記パルス制御を実行して、前記ガスを前記基板処理空間に供給し、かつ、他の前記第一の流路上に設けられる他の前記バルブを閉止する工程を実行可能に構成される、上記（９）に記載の基板処理装置。
（１１）複数の前記ガスソースのうちの２以上の前記ガスソースが、複数の前記第一の流路のうちの１つの前記第一の流路と対応し、
前記制御部はさらに、複数の前記ガスソースのそれぞれから複数の前記ガスを供給し、前記第一の流路で混合させる工程を実行可能に構成される、上記（１０）に記載の基板処理装置。
（１２）前記制御部はさらに、一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、
その後、当該バルブにおける前記ガスの流通を閉止することと、
１０ｍｓ～１ｓのディレイタイムの経過後、他の一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、を含む工程を実行可能に構成される、上記（１０）又は（１１）に記載の基板処理装置。
（１３）前記基板処理空間内にプラズマ発光を検知する検知部を備え、
前記制御部はさらに、前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスがエッチングガスである場合において、前記パルス制御の継続中に、前記プラズマ発光の発光量が閾値未満である場合は前記パルス制御を継続し、前記発光量が閾値以上となった場合は前記パルス制御を終了する工程を実行可能に構成される、上記（９）～（１２）のいずれか一つに記載の基板処理装置。
（１４）前記基板処理空間内にガス成分を検知する検知部を備え、
前記制御部はさらに、前記パルス制御の継続中に、前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスの成分の存在量が閾値以上である場合は前記パルス制御を継続し、前記ガスの成分の存在量が閾値未満となった場合は前記パルス制御を終了する工程を実行可能に構成される、上記（９）～（１３）のいずれか一つに記載の基板処理装置。
（１５）複数の前記第一の流路のそれぞれの流路上において、バッファタンクを備え、
前記バッファタンクの流路断面積は、前記バッファタンクが設けられる前記第一の流路の流路断面積の３倍以上であり、
前記バッファタンクの流路方向の長さは、前記バッファタンクの流路断面の直径以上である、上記（１０）又は上記（１１）に記載の基板処理装置。
（１６）上部電極を備え、
前記制御部はさらに、前記ガスを前記ガス供給部から前記上部電極の中心付近に供給し、前記上部電極内に設ける拡散室で前記基板処理空間に前記ガスを拡散して導入する工程を実行可能に構成される、上記（９）～（１５）のいずれか一つに記載の基板処理装置。
　　１　　　　　　　　　基板処理装置
　　１０ｓ　　　　　　　基板処理空間
　　２０　　　　　　　　ガス供給部
　　２２０ａ、２２０ｂ　パルスバルブ
　　Ｗ　　　　　　　　　基板
　　ＰＬ　　　　　　　　パルス

Claims (24)

  1. 基板処理装置においてガス供給部から基板処理空間にガスを供給して基板を処理する、基板処理方法であって、
    前記ガス供給部は、複数のガスソースと、複数の前記ガスソースから前記基板処理空間まで前記ガスを流通させる流路と、前記流路に設けられ前記ガスの流通の開放又は閉止を切り替えるバルブと、を備え、
    前記バルブにおいて前記ガスの流通の開放と閉止を交互に繰り返すことで前記ガスの流通をパルス化する、パルス制御を実行し、
    前記パルス制御において、前記パルス制御の継続時間と、前記継続時間中における前記ガスの流通の開放の回数とを制御することで、前記ガスの流量を制御する、基板処理方法。
  2. 前記流路は、複数の前記ガスソースに対応して設けられる複数の第一の流路と、複数の前記第一の流路が合流する第二の流路と、を備え、
    前記バルブは、複数の前記第一の流路のそれぞれに設けられ、
    一の前記第一の流路上に設けられる前記バルブにおいて前記パルス制御を実行して、前記ガスを前記基板処理空間に供給し、かつ、他の前記第一の流路上に設けられる他の前記バルブを閉止する、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 複数の前記ガスソースのうちの２以上の前記ガスソースが、複数の前記第一の流路のうちの１つの前記第一の流路と対応し、
    複数の前記ガスソースのそれぞれから複数の前記ガスを供給し、前記第一の流路で混合させる、請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、
    その後、当該バルブにおける前記ガスの流通を閉止することと、
    １０ｍｓ～１ｓのディレイタイムの経過後、他の一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、を含む、請求項２又は３に記載の基板処理方法。
  5. 前記基板処理装置は、前記基板処理空間内のプラズマ発光を検知する検知部を備え、
    前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスがエッチングガスである場合において、前記パルス制御の継続中に、前記プラズマ発光の発光量が閾値未満である場合は前記パルス制御を継続し、前記発光量が閾値以上となった場合は前記パルス制御を終了する、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 前記基板処理装置は、前記基板処理空間内のガス成分を検知する検知部を備え、
    前記パルス制御の継続中に、前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスの成分の存在量が閾値以上である場合は前記パルス制御を継続し、前記ガスの成分の存在量が閾値未満となった場合は前記パルス制御を終了する、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記基板処理装置は、複数の前記第一の流路のそれぞれの流路上において、バッファタンクを備え、
    前記バッファタンクの流路断面積は、前記バッファタンクが設けられる前記第一の流路の流路断面積の３倍以上であり、
    前記バッファタンクの流路方向の長さは、前記バッファタンクの流路断面の直径以上である、請求項２又は３に記載の基板処理方法。
  8. 前記バッファタンクは、前記バッファタンクの容積が一のパルスセットにおける前記ガスの供給量の目標値の５倍以上である、請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 前記バッファタンクは、前記バッファタンクの容積が一のパルスセットにおける前記ガスの供給量の目標値の１０倍以上である、請求項８に記載の基板処理方法。
  10. 前記バッファタンクは、前記バッファタンクの容積が可変であるように構成され、前記パルス制御の前記継続時間に、前記バッファタンクの圧力が一定であるように、前記バッファタンクの前記容積を減少させる、請求項７に記載の基板処理方法。
  11. 前記バッファタンクは、前記バッファタンク内のガス温度を調節可能に構成され、前記パルス制御の前記継続時間に、前記バッファタンクの圧力が一定であるように、前記バッファタンク内の前記ガス温度を上昇させる、請求項７に記載の基板処理方法。
  12. 前記基板処理装置は上部電極を備え、
    前記ガスを前記ガス供給部から前記上部電極の中心付近に供給し、前記上部電極内に設ける拡散室で前記基板処理空間に前記ガスを拡散して導入する、請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  13. 基板処理装置であって、
    内部に基板処理空間が形成される処理チャンバと、
    前記基板処理空間にガスを供給するガス供給部と、
    制御部と、を備え、
    前記ガス供給部は、複数のガスソースと、複数の前記ガスソースから前記基板処理空間までガスを流通させる流路と、前記流路に設けられ前記ガスの流通の開放又は閉止を切り替えるバルブと、を備え、
    前記制御部は、
    前記ガス供給部から前記基板処理空間に前記ガスを供給して前記基板を処理する際に、前記バルブにおいて前記ガスの流通の開放と閉止を交互に繰り返すことで前記ガスの流通をパルス化する、パルス制御を実行し、
    前記パルス制御において、前記パルス制御の継続時間と、前記継続時間中における前記ガスの流通の開放の回数を制御することで、前記ガスの流量を制御する工程を実行可能に構成される、基板処理装置。
  14. 前記流路は、複数の前記ガスソースに対応して設けられる複数の第一の流路と、複数の前記第一の流路が合流する第二の流路と、を備え、
    前記バルブは、複数の前記第一の流路のそれぞれに設けられ、
    前記制御部はさらに、一の前記第一の流路上に設けられる前記バルブにおいて前記パルス制御を実行して、前記ガスを前記基板処理空間に供給し、かつ、他の前記第一の流路上に設けられる他の前記バルブを閉止する工程を実行可能に構成される、請求項１３に記載の基板処理装置。
  15. 複数の前記ガスソースのうちの２以上の前記ガスソースが、複数の前記第一の流路のうちの１つの前記第一の流路と対応し、
    前記制御部はさらに、複数の前記ガスソースのそれぞれから複数の前記ガスを供給し、前記第一の流路で混合させる工程を実行可能に構成される、請求項１４に記載の基板処理装置。
  16. 前記制御部はさらに、一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、
    その後、当該バルブにおける前記ガスの流通を閉止することと、
    １０ｍｓ～１ｓのディレイタイムの経過後、他の一の前記バルブにおいて前記パルス制御を実行することと、を含む工程を実行可能に構成される、請求項１３又は１４に記載の基板処理装置。
  17. 前記基板処理空間内にプラズマ発光を検知する検知部を備え、
    前記制御部はさらに、前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスがエッチングガスである場合において、前記パルス制御の継続中に、前記プラズマ発光の発光量が閾値未満である場合は前記パルス制御を継続し、前記発光量が閾値以上となった場合は前記パルス制御を終了する工程を実行可能に構成される、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  18. 前記基板処理空間内にガス成分を検知する検知部を備え、
    前記制御部はさらに、前記パルス制御の継続中に、前記パルス制御により前記基板処理空間に供給する前記ガスの成分の存在量が閾値以上である場合は前記パルス制御を継続し、前記ガスの成分の存在量が閾値未満となった場合は前記パルス制御を終了する工程を実行可能に構成される、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  19. 複数の前記第一の流路のそれぞれの流路上において、バッファタンクを備え、
    前記バッファタンクの流路断面積は、前記バッファタンクが設けられる前記第一の流路の流路断面積の３倍以上であり、
    前記バッファタンクの流路方向の長さは、前記バッファタンクの流路断面の直径以上である、請求項１４又は１５に記載の基板処理装置。
  20. 前記バッファタンクは、前記バッファタンクの容積が一のパルスセットにおける前記ガスの供給量の目標値の５倍以上である、請求項１９に記載の基板処理装置。
  21. 前記バッファタンクは、前記バッファタンクの容積が一のパルスセットにおける前記ガスの供給量の目標値の１０倍以上である、請求項２０に記載の基板処理装置。
  22. 前記バッファタンクは、前記バッファタンクの容積が可変であるように構成され、
    前記制御部はさらに、前記パルス制御の前記継続時間に、前記バッファタンクの圧力が一定であるように、前記バッファタンクの前記容積を減少させる工程を実行可能に構成される、請求項１９に記載の基板処理装置。
  23. 前記バッファタンクは、前記バッファタンク内のガス温度を調節可能に構成され、
    前記制御部はさらに、前記パルス制御の前記継続時間に、前記バッファタンクの圧力が一定であるように、前記バッファタンク内の前記ガス温度を上昇させる工程を実行可能に構成される、請求項１９に記載の基板処理装置。
  24. 上部電極を備え、
    前記制御部はさらに、前記ガスを前記ガス供給部から前記上部電極の中心付近に供給し、前記上部電極内に設ける拡散室で前記基板処理空間に前記ガスを拡散して導入する工程を実行可能に構成される、請求項１３～１５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
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