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KR102313423B1 - 가스 공급 시스템, 기판 처리 시스템 및 가스 공급 방법 - Google Patents

가스 공급 시스템, 기판 처리 시스템 및 가스 공급 방법 Download PDF

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KR102313423B1
KR102313423B1 KR1020170086320A KR20170086320A KR102313423B1 KR 102313423 B1 KR102313423 B1 KR 102313423B1 KR 1020170086320 A KR1020170086320 A KR 1020170086320A KR 20170086320 A KR20170086320 A KR 20170086320A KR 102313423 B1 KR102313423 B1 KR 102313423B1
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South Korea
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valve
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control
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아츠시 사와치
노리히코 아미쿠라
고우지 니시노
요헤이 사와다
요시하루 기시다
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

복수의 가스를 제어하여 프로세스를 실행하기 위하여 개선된 가스 공급 시스템을 제공한다.
기판 처리 장치의 챔버로 가스를 공급하는 가스 공급 시스템으로서, 제1 가스의 제1 가스 소스와 챔버를 접속하는 제1 유로와, 제2 가스의 제2 가스 소스와 제1 유로를 접속하는 제2 유로와, 제2 유로에 마련되어, 제2 가스의 유량을 소정량으로 제어하는 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브의 하류이며 제2 유로의 종단에 마련된 오리피스와, 제1 유로와 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 마련되어, 오리피스의 출구로부터 제1 유로로 공급되는 제2 가스의 공급 타이밍을 제어하는 개폐 밸브와, 제2 유로 중 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 접속되어, 제2 가스를 배기하는 배기 기구와, 컨트롤 밸브, 개폐 밸브 및 배기 기구를 동작시키는 컨트롤러를 구비한다.

Description

가스 공급 시스템, 기판 처리 시스템 및 가스 공급 방법{GAS SUPPLY SYSTEM, SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM AND GAS SUPPLY METHOD}
본 발명은, 가스 공급 시스템, 기판 처리 시스템 및 가스 공급 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 압력식 유량 제어 장치가 개시되어 있다. 압력식 유량 제어 장치는, 가스의 유량을 소정량으로 제어하는 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브의 하류에 마련된 오리피스와, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이에 배치된 온도 센서 및 압력 센서와, 센서 검출값 및 목푯값에 근거하여 컨트롤 밸브의 개폐량을 제어하는 제어 회로를 구비하고 있다. 압력식 유량 제어 장치에 있어서는, 제어 회로에 의하여, 센서 검출값에 근거하여 온도 보정된 유량이 연산된다. 그리고, 제어 회로에 의하여, 연산된 유량과 목푯값이 비교되고, 차분이 작아지도록 컨트롤 밸브가 제어된다.
특허문헌 1: 국제 공개공보 제2015/064035호
그런데, 기판 처리 프로세스에 있어서는, 복수의 가스를 이용하여 처리하는 경우가 있다. 예를 들면, 복수의 가스원의 가스를 합류시켜 챔버로 공급하거나, 스텝마다 이용하는 가스를 변경하거나 하는 경우가 있다.
이와 같은 프로세스를 실현하기 위하여, 예를 들면, 도 28에 나타나는 바와 같이, 가스 공급원(100)의 가스 유량을 제어하는 압력식 유량 제어 장치(FC3)의 하류측에 개폐 밸브(102)를 배치하고, 혼합되는 가스의 선택, 또는 챔버로 공급되는 가스의 변경에 개폐 밸브(102)를 이용하는 것이 생각된다. 또, 예를 들면, 도 29에 나타나는 바와 같이, 제1 가스의 유로(103)에 대하여, 제2 가스의 유로(104)를 접속 개소(105)에서 합류시켜 혼합 가스로 하여 챔버로 공급하는 것이 생각된다.
그러나, 도 28에 나타나는 구성에서는, 개폐 밸브(102)를 폐쇄로 했을 때에 유로(103) 중 오리피스(101)와 개폐 밸브(102)의 사이의 유로에 가스가 저류된다. 이와 같은 잔류 가스는, 압력 및 유량을 제어할 수 없기 때문에, 개폐 밸브(102)를 개방으로 했을 때에, 유량이 제어되어 있지 않은 상태에서 가스가 챔버로 공급되게 된다. 또, 도 29에 나타나는 구성에서는, 유로(103)를 흐르는 제1 가스의 압력이, 유로(104)를 흐르는 제2 가스의 압력보다 큰 경우, 제2 가스가 개폐 밸브(102A)와 접속 개소(105)의 사이의 유로를 채우기까지 시간이 걸릴 우려가 있다. 이와 같이, 복수의 가스를 제어하여 프로세스를 실행하기 위하여, 가스 공급 시스템은 개선의 여지가 있다.
본 발명의 일 측면에 관한 가스 공급 시스템은, 기판 처리 장치의 챔버로 가스를 공급하는 가스 공급 시스템으로서, 제1 가스의 제1 가스 소스와 챔버를 접속하는 제1 유로와, 제2 가스의 제2 가스 소스와 제1 유로를 접속하는 제2 유로와, 제2 유로에 마련되어, 제2 가스의 유량을 소정량으로 제어하는 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브의 하류이며 제2 유로의 종단에 마련된 오리피스와, 제1 유로와 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 마련되어, 오리피스의 출구로부터 제1 유로로 공급되는 제2 가스의 공급 타이밍을 제어하는 개폐 밸브와, 제2 유로 중 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 접속되어, 제2 가스를 배기하는 배기 기구와, 컨트롤 밸브, 개폐 밸브 및 배기 기구를 동작시키는 컨트롤러를 구비한다.
이 가스 공급 시스템에 있어서는, 오리피스가 컨트롤 밸브의 하류이며 제2 유로의 종단에 마련되고, 개폐 밸브가 제1 유로와 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 마련된다. 즉, 제1 유로와 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 오리피스 및 개폐 밸브가 배치되어 있기 때문에, 오리피스로부터 개폐 밸브까지의 유로를 극소화할 수 있다. 이로써, 개폐 밸브를 개방으로 했을 때에, 오리피스로부터 개폐 밸브까지의 유로에 저류된 가스가 유량 제어되어 있지 않은 상태로 챔버로 공급되는 것을 회피할 수 있다. 또한 개폐 밸브가 제1 유로와 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 마련되어 있기 때문에, 개폐 밸브로부터 접속 개소까지의 유로를 극소화할 수 있다. 이로써, 제1 유로를 흐르는 가스의 압력이, 제2 유로를 흐르는 가스의 압력보다 큰 경우이더라도, 제2 가스가 개폐 밸브와 접속 개소의 사이의 유로를 채우기까지 시간이 걸리는 것을 회피할 수 있다. 또한, 제2 가스를 배기하는 배기 기구가 제2 유로 중 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 접속되어 있기 때문에, 예를 들면, 개폐 밸브를 폐쇄로 하고, 배기 기구를 작동시킴으로써, 챔버로의 공급을 정지한 상태에서 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로를 소정의 목표 압력의 가스로 채울 수 있다. 이로 인하여, 개폐 밸브를 개방으로 한 후 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로를 소정의 목표 압력의 가스로 채울 때까지의 시간을 생략할 수 있으므로, 응답성이 우수하다.
일 실시형태에 있어서, 개폐 밸브는, 폐쇄 제어 시에 오리피스의 출구를 밀봉하도록 오리피스에 압접되고, 개방 제어 시에 오리피스로부터 이간하게 되는 밀봉 부재를 가져도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 오리피스의 출구를 개폐할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 개폐 밸브는, 밀봉 부재를 고정 지지하는 실린더와, 오리피스에 밀봉 부재가 압접되는 방향으로 실린더를 탄성적으로 부세하는 부세 부재와, 압접되는 방향과 반대 방향으로 실린더를 이동시키는 구동부를 가져도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 구동부는, 부세 부재에 의하여 실린더를 통하여 오리피스에 압접된 밀봉 부재를, 압접되는 방향과 반대 방향으로 이동시켜, 오리피스의 출구를 개방으로 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 오리피스 및 개폐 밸브는, 챔버에 마련된 인렛 블록(inlet block)보다 하류측에 배치되어도 된다. 인렛 블록보다 하류측, 즉 인렛 블록보다 챔버측에 오리피스 및 개폐 밸브가 위치함으로써, 인렛 블록보다 상류측에 위치하는 경우와 비교하여, 챔버에 보다 가까운 위치에서 가스의 제어를 행할 수 있다. 따라서, 챔버로 공급하는 가스의 응답성을 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 오리피스 및 개폐 밸브는, 챔버에 마련된 인렛 블록보다 상류측에 배치되어 있어도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 컨트롤 밸브로부터 개폐 밸브까지 위치하는 구성 요소를 유닛화할 수 있으므로, 각 구성 요소의 취급이 용이해진다.
일 실시형태에 있어서, 배기 기구는, 제2 유로에 접속되어, 제1 배기량을 갖는 소(小)배기 유로와, 제2 유로에 접속되어, 제1 배기량보다 큰 제2 배기량을 갖는 대(大)배기 유로와, 대배기 유로에 마련되어, 배기 타이밍을 제어하는 제1 배기 밸브를 가져도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 배기 유로마다 배기 타이밍을 제어할 수 있으므로, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서, 섬세하게 압력 조정할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 배기 기구는, 소배기 유로에 마련되어, 배기 타이밍을 제어하는 제2 배기 밸브를 더 가져도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 배기 유로마다 배기 타이밍을 제어할 수 있으므로, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서, 보다 섬세하게 압력 조정할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 배기 기구는, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 오리피스측에 접속되어도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 배기 기구가 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 컨트롤 밸브측에 접속되는 경우와 비교하여, 압력 조정의 오차를 저감시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 가스 공급 시스템은, 제2 유로 중 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서의 제2 가스의 압력을 검출하는 압력 검출기를 더 구비하고, 압력 검출기는, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 오리피스측에 위치하며, 컨트롤 밸브는, 압력 검출기의 검출 결과에 근거하여 제2 가스의 유량을 제어해도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 압력 검출기가 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 컨트롤 밸브측에 위치하는 경우와 비교하여, 유량 조정의 오차를 저감시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 가스 공급 시스템은, 제2 유로 중 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서의 제2 가스의 온도를 검출하는 온도 검출기를 더 구비하고, 온도 검출기는, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 오리피스측에 위치하며, 컨트롤 밸브는, 온도 검출기의 검출 결과에 근거하여 제2 가스의 유량을 제어해도 된다. 이와 같이 구성한 경우, 온도 검출기가 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 컨트롤 밸브측에 위치하는 경우와 비교하여, 유량 조정의 오차를 저감시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 컨트롤러는, 제1 유로에 목표 유량의 제2 가스를 목표 공급 타이밍으로 공급하는 경우, 목표 공급 타이밍이 될 때까지의 소정 기간에 있어서, 개폐 밸브를 폐쇄로 하면서 배기 기구를 동작시킨 상태에서, 컨트롤 밸브를 제어하여 목표 유량의 제2 가스를 유통시키고, 목표 공급 타이밍이 되었을 때에 개폐 밸브를 개방으로 해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 개폐 밸브를 개방으로 한 후 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로를 소정의 목표 압력의 가스로 채울 때까지의 시간을 생략할 수 있으므로, 응답성이 우수하다.
일 실시형태에 있어서, 가스 공급 시스템은, 컨트롤 밸브의 제엇값을 취득하는 제어부를 더 구비하고, 컨트롤 밸브는, 밸브체와, 밸브 시트와, 제어 전압에 따라 신장하며, 밸브체와 밸브 시트를 접근 또는 이간시킴으로써 컨트롤 밸브의 개폐를 행하는 압전 소자를 갖고, 제어부는, 압전 소자의 제어 전압에 근거하여 개폐 밸브의 개폐를 판정해도 된다. 가스의 공급 동작은, 제어 압력값으로 확인할 수 있지만, 상시 일정한 유량 출력을 한 경우에는 가스 공급의 정상 동작 판단이 곤란하다. 개폐 밸브의 액추에이터에 자기(磁氣) 근접 센서 등을 마련하여 개폐 밸브의 개폐를 판정하는 수법도 생각할 수 있지만 부품 개수가 증가하여, 구성이 복잡해진다. 이 가스 공급 시스템에 있어서는, 컨트롤 밸브의 압전 소자가 개폐 밸브의 개폐에 추종하도록 동작한다. 이로 인하여, 컨트롤 밸브의 압전 소자의 제어 전압을 이용함으로써, 밸브의 개폐를 간단하게 판정할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 제어부는, 취득된 제어 전압과, 미리 정해진 제어 전압의 기준값을 비교하고, 비교 결과에 따라 경보를 출력해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 개폐 밸브가 미리 정해진 동작을 하고 있지 않을 때에 경보를 출력할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 관한 기판 처리 시스템은, 상술한 가스 공급 시스템을 구비하고, 상술한 가스 공급 시스템을 이용하여 기판을 처리할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 관한 가스 공급 방법은, 제1 가스의 제1 가스 소스와 챔버를 접속하는 제1 유로와, 제2 가스의 제2 가스 소스와 제1 유로를 접속하는 제2 유로와, 제2 유로에 마련되어, 제2 가스의 유량을 소정량으로 제어하는 컨트롤 밸브와, 컨트롤 밸브의 하류이며 제2 유로의 종단에 마련된 오리피스와, 제1 유로와 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 마련되어, 오리피스의 출구로부터 제1 유로로 공급되는 제2 가스의 공급 타이밍을 제어하는 개폐 밸브와, 제2 유로 중 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 접속되어, 제2 가스를 배기하는 배기 기구와, 컨트롤 밸브, 개폐 밸브 및 배기 기구를 동작시키는 컨트롤러를 구비한 가스 공급 시스템을 이용하여 기판 처리 장치의 챔버로 가스를 공급하는 가스 공급 방법으로서, 개폐 밸브를 폐쇄로 하면서 배기 기구를 동작시킨 상태에서, 컨트롤 밸브를 제어하여 목표 유량의 제2 가스를 유통시키는 준비 스텝과, 준비 스텝을 계속하는 중에 있어서 목표 공급 타이밍이 되었을 때에, 개폐 밸브를 개방으로 하여, 목표 유량의 제2 가스를 제1 유로로 공급하는 공급 스텝을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 관한 가스 공급 방법에 의하면, 상술한 가스 공급 시스템과 동일한 효과를 나타낸다.
본 발명의 다양한 측면 및 실시형태에 의하면, 복수의 가스를 제어하여 프로세스를 실행하기 위하여 개선된 가스 공급 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 관한 가스 공급 시스템의 개요도이다.
도 2는 개폐 밸브를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 개폐 밸브의 하부 구조를 개략적으로 나타내는 도이다.
도 4는 제1 실시형태에 관한 기판 처리 시스템을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 제1 가스용 2차 밸브 및 제2 가스용 개폐 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 도이다.
도 6은 제2 가스용 컨트롤 밸브, 개폐 밸브 및 배기 밸브를 통과하는 제2 가스의 유량을 나타내는 도이다.
도 7은 제2 실시형태에 관한 가스 공급 시스템의 개요도이다.
도 8은 제2 가스용 컨트롤 밸브, 개폐 밸브 및 배기 밸브를 통과하는 제2 가스의 유량을 나타내는 도이다.
도 9는 제3 실시형태에 관한 가스 공급 시스템의 개요도이다.
도 10은 복수의 개폐 밸브의 개폐 타이밍의 일례를 나타내는 도이다.
도 11은 복수의 개폐 밸브의 개폐 타이밍의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 12는 레시피와 레시피에 대응하는 제어 회로로의 입력을 설명하는 도이다.
도 13은 입력에 대한 밸브의 개폐 제어의 일례를 설명하는 도이다.
도 14는 입력에 대한 밸브의 개폐 제어의 다른 예를 설명하는 도이다.
도 15는 입력에 대한 밸브의 개폐 제어의 다른 예를 설명하는 도이다.
도 16은 제4 실시형태에 관한 가스 공급 시스템의 개요도이다.
도 17은 컨트롤 밸브의 구성의 일례를 나타내는 도이다.
도 18은 개폐 밸브의 개폐 확인을 설명하는 도이다.
도 19는 압력 검출기의 검출 위치가 유량 제어에 주는 영향을 평가했을 때의 시스템 개요도이다.
도 20은 도 19의 시스템 구성에 있어서 평가한 평가 결과이다.
도 21은 압력 검출기의 검출 위치가 유량 제어에 주는 영향을 평가했을 때의 시스템 개요도이다.
도 22는 도 21의 시스템 구성에 있어서 평가한 평가 결과이다.
도 23은 온도 검출기의 검출 위치가 유량 제어에 주는 영향을 평가했을 때의 시스템 개요도이다.
도 24는 도 23의 시스템 구성에 있어서 평가한 평가 결과이다.
도 25는 도 24의 25℃의 데이터를 기준으로 하여 도 24의 그래프를 변환한 결과이다.
도 26은 유량 제어에 주는 영향을 평가한 구성 요소를 나타내는 개요도이다.
도 27은 도 26에 나타내는 각 구성 요소의 평가 결과이다.
도 28은 종래의 가스 공급 시스템의 개요도이다.
도 29는 종래의 가스 공급 시스템의 개요도이다.
이하, 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.
[제1 실시형태]
도 1은, 제1 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1)의 개요도이다. 도 1에 나타나는 가스 공급 시스템(1)은, 기판 처리 장치의 챔버(12)로 가스를 공급하는 시스템이다. 가스 공급 시스템(1)은, 제1 유로(L1) 및 제2 유로(L2)를 구비한다. 제1 유로(L1)는, 제1 가스의 제1 가스 소스(GS1)와 챔버(12)를 접속한다. 제2 유로는, 제2 가스의 제2 가스 소스(GS2)와 제1 유로(L1)를 접속한다. 제2 유로(L2)는, 접속 개소(PP1)에서 제1 유로(L1)에 합류한다. 제1 유로(L1) 및 제2 유로(L2)는, 예를 들면 배관으로 형성된다. 제1 가스는 제2 가스보다 대유량으로 챔버(12)로 공급될 수 있다. 제1 가스 및 제2 가스는 임의이다. 제1 가스는, 일례로서, 캐리어 가스여도 된다. 캐리어 가스는, 예를 들면 Ar 가스, N2 가스 등이다.
제1 유로(L1)에 있어서의 제1 가스 소스(GS1)의 하류측이며, 제2 유로(L2)와의 접속 개소의 상류측에는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)가 배치되어도 된다. 압력식 유량 제어 장치(FC1)의 상류측에는, 도시하지 않은 1차 밸브가 마련되고, 압력식 유량 제어 장치(FC1)의 하류측에는, 도시하지 않은 2차 밸브가 마련된다. 압력식 유량 제어 장치(FC1)는, 컨트롤 밸브, 압력 검출기, 온도 검출기, 및 오리피스 등을 갖고 있다. 컨트롤 밸브는 1차 밸브의 하류에 마련된다. 오리피스는 컨트롤 밸브의 하류이자 2차 밸브의 상류에 마련된다. 또, 압력 검출기 및 온도 검출기는, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서의 압력 및 온도를 계측하도록 구성된다. 압력식 유량 제어 장치(FC1)는, 압력 검출기 및 온도 검출기에 의하여 계측된 압력 및 온도에 따라 컨트롤 밸브를 제어함으로써, 오리피스의 상류의 유로의 압력을 조정한다. 오리피스의 상류측 압력(P1)과 하류측 압력(P2)의 사이에 P1/P2≥약 2의 이른바 임계 팽창 조건이 유지되고 있는 경우에는, 오리피스를 유통하는 가스 유량(Q)이 Q=KP1(단 K는 상수)이 되고, 또, 임계 팽창 조건이 충족되어 있지 않은 경우에는, 오리피스를 유통하는 가스 유량(Q)이 Q=KP2 m(P1-P2)n(단 K, m, n은 상수)이 된다. 따라서, 상류측 압력(P1)을 제어함으로써 가스 유량(Q)을 고정밀도로 제어할 수 있고, 또한 컨트롤 밸브의 상류측 가스의 압력이 크게 변화해도, 제어 유량값이 거의 변화하지 않는다고 하는 우수한 특성을 발휘할 수 있다. 제1 가스 소스(GS1)의 제1 가스는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)에 의하여 유량이 조정되고, 제2 유로(L2)와의 접속 개소(PP1)를 통과하여 챔버(12)로 공급된다.
제2 유로(L2)에 있어서의 제2 가스 소스(GS2)의 하류측에는, 컨트롤 밸브(VL1)와, 오리피스(OL1)와, 개폐 밸브(VL2)가 순서대로 배치되어 있다.
컨트롤 밸브(VL1)는, 제2 유로(L2)에 마련되어, 제2 가스의 유량을 소정량으로 제어한다. 컨트롤 밸브(VL1)는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)에 구비되는 컨트롤 밸브와 동일한 기능을 갖는다. 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로의 압력 및 온도는, 압력 검출기(PM) 및 온도 검출기(TM)에 의하여 검출될 수 있다.
압력 검출기(PM)는, 제2 유로(L2) 중 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서의 제2 가스의 압력을 검출한다. 압력 검출기(PM)는, 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서 오리피스(OL1)측에 위치해도 된다. 즉, 컨트롤 밸브(VL1)와 압력 검출기(PM)의 사이의 유로의 길이보다, 압력 검출기(PM)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로의 길이가 짧아도 된다. 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서, 압력 검출기(PM)가 오리피스(OL1)측에 위치함으로써, 컨트롤 밸브측에 위치하는 경우와 비교하여, 유량 조정의 오차를 저감시킬 수 있다.
온도 검출기(TM)는, 제2 유로(L2) 중 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서의 제2 가스의 온도를 검출한다. 온도 검출기(TM)는, 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서 오리피스(OL1)측에 위치해도 된다. 즉, 컨트롤 밸브(VL1)와 온도 검출기(TM)의 사이의 유로의 길이보다, 온도 검출기(TM)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로의 길이가 짧아도 된다. 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서, 온도 검출기(TM)가 오리피스(OL1)측에 위치함으로써, 컨트롤 밸브측에 위치하는 경우와 비교하여, 유량 조정의 오차를 저감시킬 수 있다.
컨트롤 밸브(VL1)는, 압력 검출기(PM) 및 온도 검출기(TM)의 검출 결과에 근거하여 제2 가스의 유량을 제어한다. 보다 구체적인 일례로서는, 제어 회로(C2)가 컨트롤 밸브(VL1)의 동작을 결정한다. 제어 회로(C2)는, 압력 검출기(PM) 및 온도 검출기(TM)에 의하여 검출된 압력 및 온도를 입력하고, 검출된 압력의 온도 보정과 유량 연산을 행한다. 그리고, 제어 회로(C2)는, 설정된 목표 유량과 산출한 유량을 비교하여, 차분이 작아지도록 컨트롤 밸브(VL1)의 동작을 결정한다. 또한, 제2 가스 소스(GS2)와 컨트롤 밸브(VL1)의 사이에 1차 밸브가 마련되어 있어도 된다.
오리피스(OL1)는, 컨트롤 밸브(VL1)의 하류이며 제2 유로(L2)의 종단(L21)에 마련된다. 오리피스(OL1)는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)에 구비되는 오리피스와 동일한 기능을 갖는다. 개폐 밸브(VL2)는, 제1 유로(L1)와 제2 유로(L2)의 종단(L21)과의 접속 개소(PP1)에 마련되어, 오리피스(OL1)의 출구로부터 제1 유로(L1)로 공급되는 제2 가스의 공급 타이밍을 제어한다. 개폐 밸브(VL2)는, 제1 가스를 통과시키면서, 제2 가스의 공급 타이밍을 제어하는 기능을 갖는다. 개폐 밸브(VL2)의 구성의 상세에 대해서는 후술한다. 제2 가스 소스(GS2)의 제2 가스는, 컨트롤 밸브(VL1) 및 오리피스(OL1)에 의하여 유량이 조정되고, 제1 유로(L1)와의 접속 개소(PP1)에서 개폐 밸브(VL2)의 개방 동작에 의하여 제1 유로(L1)로 공급되며, 제1 유로(L1)를 통과하여 챔버(12)로 공급된다.
가스 공급 시스템(1)은, 제2 유로(L2) 중 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 접속된, 제2 가스를 배기하는 배기 기구(E)를 구비하고 있다. 배기 기구(E)는, 배기 유로(EL)를 통하여 제2 유로(L2)와 접속한다. 배기 유로(EL)는, 제2 유로(L2) 중 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 접속 개소(PP2)에 접속된다. 배기 기구(E)는, 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서 오리피스(OL1)측에 접속되어도 된다. 즉, 컨트롤 밸브(VL1)와 접속 개소(PP2)의 사이의 유로의 길이보다, 접속 개소(PP2)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로의 길이가 짧아도 된다. 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서, 배기 기구(E)가 오리피스(OL1)측에 접속됨으로써, 컨트롤 밸브(VL1)측에 접속되는 경우와 비교하여, 압력 조정의 오차를 저감시킬 수 있다.
배기 기구(E)는, 오리피스(OL2) 및 배기 밸브(VL3)(제2 배기 밸브의 일례)를 구비할 수 있다. 오리피스(OL2)는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)에 구비되는 오리피스와 동일한 기능을 갖는다. 또한, 오리피스(OL2)를 구비한 배기 유로(EL)를 소배기 유로라고도 한다. 배기 유로(EL)는 챔버(12)를 배기하는 배기 장치(51)에 접속되어 있다. 또한, 배기 유로(EL)는, 다른 배기 장치에 접속되어도 된다. 배기 밸브(VL3)는, 배기 유로(EL)에 마련되어, 배기 타이밍을 제어할 수 있다. 배기 밸브(VL3)가 개방이 된 경우, 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 존재하는 제2 가스 중 오리피스(OL2)로 유량 제어된 제2 가스가 배기 유로(EL)로부터 배기된다.
가스 공급 시스템(1)은, 컨트롤 밸브(VL1), 개폐 밸브(VL2) 및 배기 기구(E)를 동작시키는 컨트롤러(C1)를 구비하고 있다. 컨트롤러(C1)는, 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이다. 컨트롤러(C1)는, 기억부에 기억된 레시피를 입력하여, 컨트롤 밸브(VL1)를 동작시키는 제어 회로(C2)에 신호를 출력한다. 또, 컨트롤러(C1)는, 기억부에 기억된 레시피를 입력하여, 개폐 밸브(VL2)의 개폐 동작을 제어한다. 또, 컨트롤러(C1)는, 기억부에 기억된 레시피를 입력하여, 배기 기구(E)를 제어한다. 예를 들면, 컨트롤러(C1)는, 제어 회로(C2)를 통하여 배기 밸브(VL3)를 동작할 수 있다.
오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)는, 챔버(12)에 마련된 인렛 블록(55)보다 하류측에 배치될 수 있다. 예를 들면, 인렛 블록(55)은, 제1 유로(L1)에 있어서의 압력식 유량 제어 장치(FC1)의 하류측이며, 제2 유로(L2)와의 접속 개소(PP1)의 상류측에 배치된다. 마찬가지로, 인렛 블록(55)은, 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이에 배치된다. 인렛 블록(55)은, 그 내부에 유로가 형성되어 있으며, 인렛 블록(55)의 상류측의 배관과 인렛 블록(55)의 하류측의 배관 또는 챔버(12)를 접속한다. 인렛 블록(55)은, 챔버(12)를 대기 개방할 때에 떼어 내어, 접속된 배관을 분할하거나 챔버(12)와 배관을 분리하거나 한다. 또한, 인렛 블록(55)보다 하류측(챔버(12)측)은, 대기 이하로 배기되어 있어도 된다. 또, 제1 유로의 인렛 블록(55)은, 제2 유로의 인렛 블록(55)과 동일 부재여도 되고, 다른 부재여도 된다. 인렛 블록(55)보다 하류측, 즉 인렛 블록(55)보다 챔버(12)측에 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)가 위치함으로써, 인렛 블록(55)보다 상류측에 위치하는 경우와 비교하여, 챔버(12)에 보다 가까운 위치에서 가스의 제어를 행할 수 있다. 따라서, 챔버(12)로 공급하는 가스의 응답성을 향상시킬 수 있다.
인렛 블록(55)을 기준으로 하여 제2 가스 소스(GS2)측에 마련된 컨트롤 밸브(VL1) 및 제어 회로(C2)는, 유닛화되어도 된다(도면 중의 유닛(U1)). 인렛 블록(55)을 기준으로 하여 챔버(12)측에 마련된 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)는, 유닛화되어도 된다(도면 중의 유닛(U2)). 유닛화란 하나의 구성 요소로서 일체화되는 것이다. 또한, 유닛(U2)은 압력 검출기(PM) 및 온도 검출기(TM)를 포함해도 된다. 또, 유닛(U2)은, 후술하는 배기 유로의 일부를 포함해도 된다.
다음으로, 개폐 밸브(VL2)의 구성의 상세를 설명한다. 도 2는, 개폐 밸브(VL2)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 개폐 밸브(VL2)는, 제1 유로(L1) 상에 배치된다. 도 2에 나타나는 바와 같이, 개폐 밸브(VL2)는, 하부 본체부(71) 및 상부 본체부(72)를 구비한다. 하부 본체부(71)와 상부 본체부(72)의 사이에는, 밸브 기능을 발휘하는 밀봉 부재(74)가 배치된다. 하부 본체부(71)는, 그 내부에 기체를 유통시키는 유로를 구획 형성한다. 상부 본체부(72)는, 밀봉 부재(74)를 동작시키는 구성 요소를 구비한다. 밀봉 부재(74)는, 가요성을 갖는 부재로 구성될 수 있다. 밀봉 부재(74)는, 예를 들면, 탄성 부재, 다이어프램, 벨로스 등이어도 된다.
하부 본체부(71)는, 그 내부에 제1 유로(L1)의 일부가 되는 유로를 구획 형성하고 있다. 구체적인 일례로서, 하부 본체부(71)는, 입구(71a) 및 출구(71b)를 갖고, 입구(71a)로부터 출구(71b)까지 뻗는 내부 유로(71c)를 갖고 있다. 하부 본체부(71)는, 그 내부에 제2 유로(L2)의 종단(L21)을 갖고 있다. 즉, 종단(L21)에 마련된 오리피스(OL1)는, 하부 본체부(71)의 내부에 수용되어 있다. 하부 본체부(71)의 내부에 있어서, 제1 유로(L1)와 제2 유로(L2)가 합류한다. 개폐 밸브(VL2)는, 제2 유로(L2)의 종단(L21)을 밀봉 부재(74)로 개폐함으로써, 제2 가스가 제1 유로로 합류하는 타이밍을 제어한다.
구체적인 일례로서, 내부 유로(71c) 내에는, 오리피스(OL1)를 지지하기 위한 오리피스 지지부(71d)가 형성되어 있다. 오리피스 지지부(71d)는, 내부 유로(71c)의 내벽으로부터 내부 유로(71c)의 상부 본체부(72)측(밀봉 부재(74)측)을 향하여 돌출되어 있다. 오리피스 지지부(71d)는, 입구(71e) 및 출구(71f)를 갖고, 입구(71e)로부터 출구(71f)까지 뻗는 내부 유로(71g)를 갖고 있다. 내부 유로(71g)는, 제2 유로(L2)의 일부를 구성한다. 제2 유로(L2)의 종단(L21)인 오리피스 지지부(71d)의 출구(71f)에는, 오리피스(OL1)가 마련되어 있다. 오리피스(OL1)의 주위에는, 오리피스(OL1)보다 상부 본체부(72)측(밀봉 부재(74)측)으로 돌출된 시일부(75)가 마련되어 있다.
상부 본체부(72)는, 밀봉 부재(74)와 오리피스(OL1)의 거리를 제어하는 구성 요소를 갖고 있다. 구체적인 일례로서, 상부 본체부(72)는, 실린더(76), 부세 부재(78) 및 구동부(81)를 갖는다.
실린더(76)는, 밀봉 부재(74)를 고정 지지하고, 상부 본체부(72)의 내부에 수용된다. 예를 들면, 실린더(76)는, 그 하단에 밀봉 부재(74)를 고정한다. 실린더(76)는, 외측을 향하여 확경(擴徑)된 돌출부(76a)를 갖는다. 실린더(76)는, 그 내부에 유로(76b)를 갖는다. 돌출부(76a)의 측면과 상부 본체부(72)의 내벽의 사이, 및 돌출부(76a)보다 하방의 실린더(76)의 측면과 상부 본체부(72)의 내벽의 사이에는, 시일 부재(79)가 마련되어 있다. 상부 본체부(72)의 내벽, 실린더(76)의 측벽, 돌출부(76a)의 하면, 및 시일 부재(79)에 의하여 공간(82)이 구획 형성된다. 실린더(76)의 유로(76b)는 공간(82)에 연통하고 있다.
부세 부재(78)는, 오리피스(OL1)에 밀봉 부재(74)가 압접되는 방향으로 실린더(76)를 탄성적으로 부세한다. 예를 들면, 실린더(76)를 하부 본체부(71)측(오리피스(OL1)측)으로 부세한다. 보다 구체적으로는, 부세 부재(78)는, 실린더(76)의 돌출부(76a)의 상면에 대하여 하방을 향하여 부세력을 준다. 부세 부재(78)에 의하여, 밀봉 부재(74)가 오리피스(OL1)의 출구(73)를 밀봉하도록 오리피스(OL1)에 압접된다. 이와 같이, 부세 부재(78)의 작용에 의하여, 제2 유로는 폐쇄가 된다(폐쇄 제어). 부세 부재(78)는, 예를 들면 탄성체로 구성된다. 구체적인 일례로서는, 부세 부재(78)는 스프링이다.
구동부(81)는, 압접되는 방향과 반대 방향으로 실린더(76)를 이동시킨다. 구동부(81)는, 실린더(76)의 유로(76b)에 공기를 공급하여, 공간(82)에 공기를 충전한다. 공간(82)에 충전된 공기의 압력이 부세 부재(78)의 부세력보다 커진 경우, 실린더(76)는 밀봉 부재(74)와 함께 상승한다. 즉, 구동부(81)에 의하여, 밀봉 부재(74)가 오리피스(OL1)로부터 이간한다. 이와 같이, 구동부(81)에 의하여, 제2 유로는 개방이 된다(개방 제어).
하부 본체부(71)의 내부 유로(71c)는, 밀봉 부재(74)의 동작에 따라서는 폐색되지 않는 구조를 갖는다. 즉, 제1 유로(L1)는, 밀봉 부재(74)의 동작에 따라서는 폐색되지 않고, 항상 연통한 상태가 된다. 도 3은, 개폐 밸브(VL2)의 하부 구조를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 3에 나타나는 바와 같이, 내부 유로(71c)는, 오리피스 지지부(71d)의 주위를 둘러싸도록 구획 형성되어 있다. 제1 가스는, 밀봉 부재(74)가 오리피스(OL1)에 압접되어 있을 때에는, 오리피스 지지부(71d)의 측방을 통과하고, 밀봉 부재(74)가 오리피스(OL1)로부터 이간하고 있을 때에는, 오리피스 지지부(71d)의 측방 및 상방을 통과한다. 이와 같이, 밀봉 부재(74)는, 제1 유로(L1)의 유통에 영향을 주지 않고, 제2 유로(L2)의 개폐를 실현한다.
이상, 가스 공급 시스템(1)에 있어서는, 오리피스(OL1)가 컨트롤 밸브(VL1)의 하류이며 제2 유로(L2)의 종단(L21)에 마련되고, 개폐 밸브(VL2)가 제1 유로(L1)와 제2 유로(L2)의 종단(L21)과의 접속 개소(PP1)에 마련된다. 즉, 제1 유로(L1)와 제2 유로(L2)의 종단(L21)과의 접속 개소(PP1)에 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)가 배치되어 있기 때문에, 오리피스(OL1)로부터 개폐 밸브(VL2)까지의 유로를 극소화할 수 있다. 이로써, 개폐 밸브(VL2)를 개방으로 했을 때에, 오리피스(OL1)로부터 개폐 밸브(VL2)까지의 유로에 저류된 가스가 유량 제어되어 있지 않은 상태로 챔버로 공급되는 것을 회피할 수 있다.
또, 가스 공급 시스템(1)에 있어서는, 개폐 밸브(VL2)가 제1 유로(L1)와 제2 유로(L2)의 종단(L21)과의 접속 개소(PP1)에 마련되어 있기 때문에, 개폐 밸브(VL2)로부터 접속 개소(PP1)까지의 유로를 극소화할 수 있다. 이로써, 제1 유로(L1)를 흐르는 가스의 압력이, 제2 유로(L2)를 흐르는 가스의 압력보다 큰 경우이더라도, 제2 가스가 개폐 밸브(VL2)와 접속 개소(PP1)의 사이의 유로를 채우기까지 시간이 걸리는 것을 회피할 수 있다.
또한, 가스 공급 시스템(1)에 있어서는, 제2 가스를 배기하는 배기 기구(E)가 제2 유로(L2) 중 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 접속되어 있기 때문에, 예를 들면, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 하고, 배기 기구(E)를 작동시킴으로써, 챔버(12)로의 공급을 정지한 상태에서 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로를 소정의 목표 압력의 가스로 채울 수 있다. 이로 인하여, 개폐 밸브(VL2)를 개방으로 한 후 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로를 소정의 목표 압력의 가스로 채울 때까지의 시간을 생략할 수 있으므로, 응답성이 우수하다.
이하, 가스 공급 시스템(1)을 구비하는 기판 처리 장치(기판 처리 시스템)로서, 일 실시형태의 플라즈마 처리 장치에 대하여 설명한다. 도 4는, 일 실시형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도이다. 도 4에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는, 용량 결합형 플라즈마 처리 장치이며, 플라즈마 처리로서, 예를 들면, 플라즈마 에칭을 위하여 이용되는 장치이다.
플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(12)를 구비하고 있다. 챔버(12)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 챔버(12)는, 예를 들면, 알루미늄으로 구성되어 있으며, 그 내벽면에는 양극 산화 처리가 실시되어 있다. 이 챔버(12)는 보안 접지되어 있다. 또, 챔버(12)의 측벽 상단에는, 당해 측벽으로부터 상방으로 뻗도록, 접지 도체(12a)가 탑재되어 있다. 접지 도체(12a)는, 대략 원통 형상을 갖고 있다. 또, 챔버(12)의 측벽에는 기판(이하, "웨이퍼(W)"라고 함)의 반입 반출구(12g)가 마련되어 있으며, 이 반입 반출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의하여 개폐 가능하게 되어 있다.
챔버(12)의 바닥부 상에는, 대략 원통 형상의 지지부(14)가 마련되어 있다. 지지부(14)는, 예를 들면, 절연 재료로 구성되어 있다. 지지부(14)는, 챔버(12) 내에 있어서, 챔버(12)의 바닥부로부터 연직 방향으로 뻗어 있다. 또, 챔버(12) 내에는, 재치대(PD)가 마련되어 있다. 재치대(PD)는 지지부(14)에 의하여 지지되어 있다.
재치대(PD)는, 그 상면에 있어서 웨이퍼(W)를 지지한다. 재치대(PD)는, 하부 전극(LE) 및 정전척(ESC)을 갖고 있다. 하부 전극(LE)은, 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)를 포함하고 있다. 제1 플레이트(18a) 및 제2 플레이트(18b)는, 예를 들면 알루미늄과 같은 금속으로 구성되어 있으며, 대략 원반 형상을 이루고 있다. 제2 플레이트(18b)는, 제1 플레이트(18a) 상에 마련되어 있으며, 제1 플레이트(18a)에 전기적으로 접속되어 있다.
제2 플레이트(18b) 상에는 정전척(ESC)이 마련되어 있다. 정전척(ESC)은, 도전막인 전극을 한 쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 갖고 있다. 정전척(ESC)의 전극에는, 직류 전원(22)이 스위치(23)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전척(ESC)은, 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의하여 발생한 쿨롱력 등의 정전력에 의하여 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이로써, 정전척(ESC)은 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다.
제2 플레이트(18b)의 둘레 가장자리부 상에는, 웨이퍼(W)의 에지 및 정전척(ESC)을 둘러싸도록 포커스링(FR)이 배치되어 있다. 포커스링(FR)은 플라즈마 처리의 균일성을 향상시키기 위하여 마련되어 있다. 포커스링(FR)은, 예를 들면, 실리콘, 석영, 또는 SiC와 같은 재료로 구성될 수 있다.
제2 플레이트(18b)의 내부에는, 냉매 유로(24)가 마련되어 있다. 냉매 유로(24)는 온도 조절 기구를 구성하고 있다. 냉매 유로(24)에는, 챔버(12)의 외부에 마련된 칠러 유닛으로부터 배관(26a)을 통하여 냉매가 공급된다. 냉매 유로(24)에 공급된 냉매는 배관(26b)을 통하여 칠러 유닛에 되돌려진다. 이와 같이, 냉매 유로(24)에는 냉매가 순환하도록 공급된다. 이 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전척(ESC)에 의하여 지지된 웨이퍼(W)의 온도가 제어된다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에는, 가스 공급 라인(28)이 마련되어 있다. 가스 공급 라인(28)은, 전열 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예를 들면 He 가스를, 정전척(ESC)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에 공급한다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에는 가열 소자인 히터(HT)가 마련되어 있다. 히터(HT)는, 예를 들면, 제2 플레이트(18b) 내에 메워 넣어져 있다. 히터(HT)에는 히터 전원(HP)이 접속되어 있다. 히터 전원(HP)으로부터 히터(HT)에 전력이 공급됨으로써, 재치대(PD)의 온도가 조정되어, 당해 재치대(PD) 상에 재치되는 웨이퍼(W)의 온도가 조정되도록 되어 있다. 또한, 히터(HT)는 정전척(ESC)에 내장되어 있어도 된다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)는, 상부 전극(30)을 구비하고 있다. 상부 전극(30)은, 재치대(PD)의 상방에 있어서, 당해 재치대(PD)와 대향 배치되어 있다. 하부 전극(LE)과 상부 전극(30)은, 서로 대략 평행하게 마련되어 있다. 상부 전극(30)과 재치대(PD)의 사이에는, 웨이퍼(W)에 플라즈마 처리를 행하기 위한 처리 공간(S)이 제공되고 있다.
상부 전극(30)은, 절연성 차폐 부재(32)를 통하여, 챔버(12)의 상부에 지지되어 있다. 일 실시형태에서는, 상부 전극(30)은, 재치대(PD)의 상면, 즉, 웨이퍼 재치면으로부터의 연직 방향에 있어서의 거리가 가변하도록 구성될 수 있다. 상부 전극(30)은 천판(34) 및 지지체(36)를 포함할 수 있다. 천판(34)은 처리 공간(S)에 면(面)하고 있으며, 당해 천판(34)에는 복수의 가스 토출 구멍(34a)이 마련되어 있다. 이 천판(34)은, 실리콘, 산화 실리콘으로 구성될 수 있다. 혹은, 천판(34)은, 도전성(예를 들면, 알루미늄)의 모재(母材)에 세라믹스의 코팅을 실시함으로써 형성될 수 있다.
지지체(36)는, 천판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예를 들면 알루미늄과 같은 도전성 재료로 구성될 수 있다. 이 지지체(36)는, 수냉 구조를 가질 수 있다. 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 가스 확산실(36a)에는, 가스 공급 시스템(1)의 합류관(제1 유로(L1))이 접속되어 있다.
지지체(36)에는, 가스 확산실(36a)과 당해 가스 확산실(36a)의 하방에서 뻗어 있는 복수의 가스 토출 구멍(34a)을 접속하는 복수의 연통 구멍(36b)이 형성되어 있다. 이러한 구성의 상부 전극(30)은 샤워 헤드(SH)를 구성하고 있다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 챔버(12)의 내벽을 따라 디포지션 실드(46)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 디포지션 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 마련되어 있다. 디포지션 실드(46)는, 챔버(12)에 플라즈마 처리의 부생물(디포지트)이 부착되는 것을 방지하는 것이며, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다.
챔버(12)의 바닥부측이자 지지부(14)와 챔버(12)의 측벽과의 사이에는 배기 플레이트(48)가 마련되어 있다. 배기 플레이트(48)는, 예를 들면, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 배기 플레이트(48)에는, 다수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 배기 플레이트(48)의 하방이자 챔버(12)에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통하여 배기 장치(50) 및 배기 장치(51)가 접속되어 있다. 일 실시형태에서는, 배기 장치(50)는, 터보 분자 펌프이며, 배기 장치(51)는 드라이 펌프이다. 배기 장치(50)는, 챔버(12)에 대하여, 배기 장치(51)보다 상류측에 마련되어 있다. 이들 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이의 배관에는, 가스 공급 시스템(1)의 배기 유로(EL)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)와 배기 장치(51)의 사이에 배기 유로(EL)가 접속됨으로써, 배기 유로(EL)로부터 챔버(12) 내로의 가스의 역류가 억제된다.
또, 플라즈마 처리 장치(10)는, 제1 고주파 전원(62) 및 제2 고주파 전원(64)을 더 구비하고 있다. 제1 고주파 전원(62)은, 플라즈마 생성용 제1 고주파를 발생하는 전원이며, 27~100MHz의 주파수, 일례에 있어서는 40MHz의 고주파를 발생한다. 제1 고주파 전원(62)은, 정합기(66)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(66)는, 제1 고주파 전원(62)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다.
제2 고주파 전원(64)은, 웨이퍼(W)에 이온을 끌어 들이기 위한 제2 고주파, 즉 바이어스용 고주파를 발생하는 전원이며, 400kHz~13.56MHz의 범위 내의 주파수, 일례에 있어서는 3.2MHz의 제2 고주파를 발생한다. 제2 고주파 전원(64)은, 정합기(68)를 통하여 하부 전극(LE)에 접속되어 있다. 정합기(68)는, 제2 고주파 전원(64)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극(LE)측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로를 갖고 있다.
또, 일 실시형태에 있어서는, 도 1에 나타난 컨트롤러(C1)는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 플라즈마 처리를 위하여, 당해 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부를 제어한다.
이 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 챔버(12) 내에 공급된 가스를 여기시켜, 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그리고, 활성종에 의하여 웨이퍼(W)를 처리할 수 있다. 또, 가스 공급 시스템(1)에 의하여, 예를 들면 제1 가스를 제1 유량으로 공급하면서, 제2 가스를 제1 유량보다 적은 제2 유량으로 챔버(12) 내에 간헐적이고 양호한 응답성을 가지고 공급할 수 있다. 따라서, 다른 플라즈마 처리를 웨이퍼(W)에 대하여 교대로 행하는 프로세스의 스루풋을 높이는 것이 가능하다.
다음으로, 가스 공급 시스템(1)에 의한 가스 공급 방법을 설명한다. 가스 공급 방법은, 컨트롤러(C1)에 의하여 구성 요소가 동작됨으로써 실현될 수 있다. 도 5는, 제1 가스용 2차 밸브 및 제2 가스용 개폐 밸브(VL2)의 개폐 타이밍을 나타내는 도이다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(C1)는, 제1 가스용 2차 밸브를 개방으로 한다. 다음으로, 컨트롤러(C1)는, 제1 가스용 2차 밸브가 개방으로 되어 있는 상태에서, 개폐 밸브(VL2)가 개폐를 반복한다. 이와 같은 프로세스의 일례로서, 제1 가스는 캐리어 가스이며, 제2 가스는 플라즈마 처리에 필요한 처리 가스이다.
가스 공급 시스템(1)은, 개폐 밸브(VL2)의 개폐 제어에 맞추어, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)를 개폐 제어한다. 구체적으로는, 컨트롤러(C1)는, 제1 유로(L1)에 목표 유량의 제2 가스를 목표 공급 타이밍으로 공급하는 경우, 목표 공급 타이밍이 될 때까지의 소정 기간에 있어서, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 하면서 배기 기구(E)를 동작시킨 상태에서, 컨트롤 밸브(VL1)를 제어하여 목표 유량의 제2 가스를 유통시키고, 목표 공급 타이밍이 되었을 때에 개폐 밸브를 개방으로 한다.
도 6은, 제2 가스용 컨트롤 밸브(VL1), 개폐 밸브(VL2) 및 배기 밸브(VL3)를 통과하는 제2 가스의 유량을 나타내는 도이다. 도 6에 있어서는, 처리 프로세스의 스텝을, 파선(破線)을 이용하여 표현하고 있으며, 처리 프로세스 전체의 스텝은 합계 15인 경우를 나타내고 있다. 개폐 밸브(VL2)가 도 5를 이용하여 설명한 개폐 동작을 행함으로써, 도 6에 나타나는 바와 같이, 제2 가스는 개폐 밸브(VL2)를 간헐적으로 유통한다. 도 6에서는, 컨트롤러(C1)는, 스텝 3, 5, 8 및 12(목표 공급 타이밍의 일례)에 있어서 개폐 밸브(VL2)를 개방으로 한다. 컨트롤러(C1)는, 스텝 3의 직전 스텝인 스텝 2(목표 공급 타이밍이 될 때까지의 소정 기간의 일례)에 있어서, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 한 상태에서, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)를 개방으로 하여, 배기 기구(E)를 동작시킨다(준비 스텝). 즉, 스텝 2에서는, 컨트롤 밸브(VL1)를 통과한 제2 가스는, 제1 유로(L1)로 공급되지 않고, 배기 유로(EL)를 통과하여 배기된다. 이때, 제2 유로 내의 가스의 압력 및 유량은, 컨트롤 밸브(VL1)에 의하여, 설정된 목푯값으로 제어된다. 컨트롤러(C1)는, 컨트롤 밸브(VL1)와 배기 밸브(VL3)를 임의의 수법으로 동기시킬 수 있다. 예를 들면, 컨트롤러(C1)는, 컨트롤 밸브(VL1)로의 입력 유량이 0보다 큰 경우, 배기 유로(EL)의 배기 밸브(VL3)를 개방으로 하도록 제어해도 된다. 컨트롤러(C1)는, 컨트롤 밸브(VL1)로의 입력 유량이 0인 경우, 배기 유로(EL)의 배기 밸브(VL3)를 폐쇄로 해도 된다.
컨트롤러(C1)는, 준비 스텝 계속 중에 있어서, 목표 공급 타이밍인 스텝 3이 되었을 때에, 개폐 밸브(VL2)를 개방으로 하여, 목표 유량의 제2 가스를 제1 유로로 공급한다(공급 스텝). 이와 같이, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 하고, 배기 기구(E)를 작동시킴으로써, 챔버(12)로의 공급을 정지한 상태에서 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로를 소정의 목표 압력의 가스로 채울 수 있다. 이로 인하여, 개폐 밸브(VL2)를 개방으로 한 후 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로를 소정의 목표 압력의 가스로 채울 때까지의 시간을 생략할 수 있으므로, 응답성이 우수하다.
[제2 실시형태]
제2 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1A)은 제1 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1)과 비교하여, 배기 기구(E) 대신에 배기 기구(EA)를 구비하는 점, 및 컨트롤러(C1)에 의한 가스 공급 방법이 상이하다. 제2 실시형태에서는, 제1 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은, 제2 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1A)의 개요도이다. 배기 기구(EA)는, 배기 유로(EL)로서, 소배기 유로(EL1) 및 대배기 유로(EL2)를 갖는다. 소배기 유로(EL1) 및 대배기 유로(EL2)는, 제2 유로 중 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 접속된다. 소배기 유로(EL1)는, 대배기 유로(EL2)보다 배기량이 작다. 구체적으로는, 소배기 유로(EL1)에는, 오리피스(OL2)가 마련되어 있으며, 배기량을 제1 배기량으로 제어한다. 소배기 유로(EL1)에는, 배기 타이밍을 제어하는 배기 밸브(VL3)(제2 배기 밸브의 일례)가 마련되어도 된다. 대배기 유로(EL2)는, 제1 배기량보다 큰 제2 배기량으로 배기한다. 대배기 유로(EL2)에는, 유량 제어하는 기기가 마련되어 있지 않다. 대배기 유로(EL2)에는, 배기 타이밍을 제어하는 배기 밸브(VL4)(제1 배기 밸브의 일례)가 마련되어도 된다. 배기 기구(EA)는, 제1 실시형태에 관한 배기 기구(E)와 마찬가지로, 컨트롤러(C1)에 의하여 제어 회로(C2)를 통하여 제어될 수 있다. 가스 공급 시스템(1A)의 그 외의 구성은 가스 공급 시스템(1)과 동일하다. 가스 공급 시스템(1A)은 플라즈마 처리 장치(10)에 적용할 수 있다.
다음으로, 가스 공급 시스템(1A)에 의한 가스 공급 방법을 설명한다. 가스 공급 방법은, 컨트롤러(C1)에 의하여 구성 요소가 동작됨으로써 실현될 수 있다. 제1 가스용 2차 밸브 및 제2 가스용 개폐 밸브(VL2)의 개폐 타이밍은, 도 5와 동일하다. 가스 공급 시스템(1A)은, 개폐 밸브(VL2)의 개폐 제어에 맞추어, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3, VL4)를 개폐 제어한다. 구체적으로는, 컨트롤러(C1)는, 제1 유로(L1)에 목표 유량의 제2 가스를 목표 공급 타이밍으로 공급하는 경우, 목표 공급 타이밍이 될 때까지의 소정 기간에 있어서, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 하면서 배기 기구(EA)를 동작시킨 상태에서, 컨트롤 밸브(VL1)를 제어하여 목표 유량의 제2 가스를 유통시키고, 목표 공급 타이밍이 되었을 때에 개폐 밸브를 개방으로 한다.
도 8은, 제2 가스용 컨트롤 밸브(VL1), 개폐 밸브(VL2) 및 배기 밸브(VL3, VL4)를 통과하는 제2 가스의 유량을 나타내는 도이다. 또한, 컨트롤 밸브(VL1)에 관한 유량만, 컨트롤 밸브(VL1)로의 입력 유량(IN)과 출력 유량(OUT)을 도시하고 있다. 도 8에 있어서는, 처리 프로세스의 스텝을, 파선을 이용하여 표현하고 있으며, 처리 프로세스 전체의 스텝은 합계 15인 경우를 나타내고 있다. 개폐 밸브(VL2)가 도 5를 이용하여 설명한 개폐 동작을 행함으로써, 도 8에 나타나는 바와 같이, 제2 가스는 개폐 밸브(VL2)를 간헐적으로 유통한다. 도 8에서는, 컨트롤러(C1)는, 스텝 3, 5, 8 및 12(목표 공급 타이밍의 일례)에 있어서 개폐 밸브(VL2)를 개방으로 한다. 컨트롤러(C1)는, 제1 실시형태의 가스 공급 방법에서 설명된 준비 스텝 및 공급 스텝을 행한다.
여기에서, 컨트롤러(C1)는, 배기 기구(EA)를 이하와 같이 제어한다. 컨트롤러(C1)는, 컨트롤 밸브(VL1)로의 입력 유량이 0보다 큰 경우, 소배기 유로(EL1)의 배기 밸브(VL3)를 개방으로 한다. 컨트롤러(C1)는, 컨트롤 밸브(VL1)로의 입력 유량이 0인 경우, 소배기 유로(EL1)의 배기 밸브(VL3)를 폐쇄로 한다. 컨트롤러(C1)는, 컨트롤 밸브(VL1)로의 입력 유량과 출력 유량의 관계성을 이용하여, 대배기 유로(EL2)의 배기 밸브(VL4)의 개폐 제어를 행한다. 구체적인 일례로서, 컨트롤러(C1)는, 입력 유량이 출력 유량보다 소정량 이하가 된 경우에 대배기 유로(EL2)의 배기 밸브(VL4)를 개방으로 하고, 그 이외의 경우에 폐쇄로 한다. 도 8에 있어서, 스텝 2 및 스텝 7에서는 입력 유량이 출력 유량보다 소정량 이하가 아니고, 스텝 10 및 스텝 14에서는 입력 유량이 출력 유량보다 소정량 이하인 경우를 나타내고 있다. 도 8에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(C1)는, 스텝 10 및 스텝 14에 있어서 대배기 유로(EL2)의 배기 밸브(VL4)를 개방으로 하여, 배기량을 증대시킨다. 이와 같이, 배기 유로마다 배기 타이밍을 제어할 수 있으므로, 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서, 섬세하게 압력 조정할 수 있다.
[제3 실시형태]
제3 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1B)은 제1 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1)과 비교하여, 제3 가스를 제1 유로(L1)에 합류시키는 구성을 더 구비하는 점, 및 컨트롤러(C1)에 의한 가스 공급 방법이 상이하다. 제3 실시형태에서는, 제1 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 9는, 제3 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1B)의 개요도이다. 가스 공급 시스템(1B)은, 제3 가스의 제3 가스 소스(GS3)와 제1 유로(L1)를 접속하는 제3 유로(L3)를 구비한다.
제3 유로(L3)에 있어서의 제3 가스 소스(GS3)의 하류측에는, 컨트롤 밸브(VL41)와 오리피스(OL3)와 개폐 밸브(VL5)가 순서대로 배치되어 있다. 컨트롤 밸브(VL41)는, 컨트롤 밸브(VL1)와 동일한 구성이며, 제어 회로(C2)와 동일한 구성의 제어 회로(도시 생략)에 의하여 제어된다. 오리피스(OL3)는 오리피스(OL1)와 동일한 구성이다. 개폐 밸브(VL5)는, 제1 유로(L1)와 제3 유로(L3)와의 접속 개소(PP3)에 마련되며, 개폐 밸브(VL2)와 동일한 구성이다. 제3 가스 소스(GS3)의 제3 가스는, 컨트롤 밸브(VL41) 및 오리피스(OL3)에 의하여 유량이 조정되어, 제1 유로(L1)와의 접속 개소(PP3)에서 개폐 밸브(VL5)의 개방 동작에 의하여 제1 유로(L1)로 공급되고, 제1 유로(L1)를 통과하여 챔버(12)로 공급된다.
가스 공급 시스템(1B)은, 제3 유로(L3) 중 컨트롤 밸브(VL41)와 오리피스(OL3)의 사이의 유로에 접속된, 제3 가스를 배기하는 배기 기구(EB)를 구비하고 있다. 배기 기구(EB)는, 배기 유로(EL3)를 통하여 제3 유로(L3)와 접속한다. 배기 유로(EL3)는, 제3 유로(L3) 중 컨트롤 밸브(VL41)와 오리피스(OL3)의 사이의 접속 개소(PP4)에 접속된다. 배기 기구(EB)는, 배기 기구(E)와 동일한 구성이다. 배기 유로(EL3)는, 배기 유로(EL)와 접속 개소(PP5)에서 접속된다. 또한, 배기 유로(EL3)는 다른 배기 장치에 접속되어도 된다.
상술한 제3 가스를 제1 유로(L1)에 합류시키는 구성 요소는, 제1 실시형태에서 설명한 컨트롤러(C1)에 의하여 제어될 수 있다. 오리피스(OL3) 및 개폐 밸브(VL5)는, 챔버(12)에 마련된 인렛 블록(55)보다 하류측에 배치될 수 있다. 인렛 블록(55)을 기준으로 하여 챔버(12)측에 마련된 오리피스(OL3) 및 개폐 밸브(VL5)는, 유닛화되어도 된다(도면 중의 유닛(U3)). 또한, 유닛(U3)은 압력 검출기(PM) 및 온도 검출기(TM)를 포함해도 된다. 또, 유닛(U3)은, 배기 유로(EL3)의 일부를 포함해도 된다. 가스 공급 시스템(1B)의 그 외의 구성은 가스 공급 시스템(1)과 동일하다. 가스 공급 시스템(1B)은 플라즈마 처리 장치(10)에 적용할 수 있다.
다음으로, 가스 공급 시스템(1B)에 의한 가스 공급 방법을 설명한다. 가스 공급 방법은, 컨트롤러(C1)에 의하여 구성 요소가 동작됨으로써 실현될 수 있다. 제1 가스용 2차 밸브의 개폐 타이밍은 임의이다. 즉, 제1 가스에 대해서는 도입해도 되고, 하지 않아도 된다. 도 10은, 개폐 밸브(VL2, VL5)의 개폐 타이밍의 일례를 나타내는 도이다. 도 10에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(C1)는, 제2 가스용 개폐 밸브(VL2)와, 제3 가스용 개폐 밸브(VL5)를 교대로 개폐시킨다. 즉, 컨트롤러(C1)는, 개폐 밸브(VL2, VL5)를 주기적으로 개폐함과 함께, 개폐의 주기를 시프트시킨다. 이와 같은 프로세스의 일례로서, 제1 가스는 캐리어 가스이며, 제2 가스 및 제3 가스는 플라즈마 처리에 필요한 처리 가스이다. 다른 예에서는, 제1 가스는 도입되지 않고, 제2 가스 및 제3 가스는 플라즈마 처리에 필요한 처리 가스이다. 도 11은, 개폐 밸브(VL2, VL5)의 개폐 타이밍의 다른 예를 나타내는 도이다. 도 11에 나타나는 바와 같이, 컨트롤러(C1)는, 제2 가스용 개폐 밸브(VL2)와, 제3 가스용 개폐 밸브(VL5)를 동기시켜 개폐시켜도 된다.
다음으로, 컨트롤러(C1)가 처리 프로세스의 레시피를 읽어 들여 실행하는 구체적인 일례를 설명한다. 레시피는 컨트롤러(C1)의 기억부에 미리 저장되어 있다. 도 12는, 레시피와 레시피에 대응하는 제어 회로로의 입력을 설명하는 도이다. 도 12의 (A)에 나타나는 바와 같이, 레시피에는, 스텝 1~스텝 8의 처리 프로세스에 있어서의 Ar 가스(제1 가스의 일례), O2 가스(제2 가스의 일례) 및 C4F6 가스(제3 가스의 일례)의 유량이 미리 설정되어 있다. 이 레시피에서는, Ar 가스를 캐리어 가스로서 스텝 1~스텝 8에서 공급하고, 첨가 가스로서 O2 가스 및 C4F6 가스를 스텝 3 및 스텝 5에서 공급하며, 첨가 가스로서 C4F6 가스를 스텝 8에서 공급한다. 컨트롤러(C1)는, 도 12의 (A)에 나타나는 레시피를 기억부로부터 읽어 들이면, 도 12의 (B)에 나타나는 처리 프로세스가 실행되도록, 압력식 유량 제어 장치(FC1)의 제어 회로, 및 컨트롤 밸브(VL1)의 제어 회로로 신호를 출력한다.
도 12의 (B)에 나타나는 제어 프로세스는, 레시피에 근거하여, 첨가 가스의 공급 스텝의 직전의 스텝에 있어서, 당해 공급 스텝과 동일 유량의 첨가 가스를 공급하도록 변경되어 있다(도면 중의 망점 부분). 구체적으로는, 컨트롤러(C1)는, 제2 스텝의 O2 가스의 유량을 0[sccm]에서 6[sccm]으로 변경하고, 제2 스텝의 C4F6 가스의 유량을 0[sccm]으로부터 7.5[sccm]로 변경한다. 또, 컨트롤러(C1)는, 제4 스텝의 O2 가스의 유량을 0[sccm]에서 6[sccm]으로 변경하고, 제4 스텝의 C4F6 가스의 유량을 0[sccm]으로부터 7.5[sccm]로 변경한다. 또한, 컨트롤러(C1)는, 제7 스텝의 C4F6 가스의 유량을 0[sccm]으로부터 5.5[sccm]로 변경한다.
컨트롤러(C1) 및 제어 회로는, 도 12의 (B)에 나타난 레시피에 대응하는 제어 회로로의 입력에 근거하여 각 밸브를 제어한다. 제2 가스 및 제3 가스에 대한 밸브의 제어 방법은 공통이기 때문에, 이하에서는 제2 가스의 제어 방법을 설명하고, 제3 가스의 제어 방법에 대해서는 생략한다. 또, 제2 가스의 제어 방법은 대표적인 스텝만을 설명한다. 도 13은, 입력에 대한 밸브의 개폐 제어의 일례를 설명하는 도이다. 도 13의 (A)는, 컨트롤러(C1)의 처리를 나타내고 있다. 도 13의 (A)에 나타나는 바와 같이, 스텝 N에 있어서 제2 가스가 유량 α[sccm]로 공급된다고 하는 레시피를 컨트롤러(C1)가 입력한다. 컨트롤러(C1)는, 레시피에 대응하는 제어 회로로의 입력(목표 설정)으로서, 스텝 N-1에 있어서 제2 가스가 유량 α[sccm]로 공급된다고 변경한다. 그리고, 컨트롤러(C1)는, 각 스텝의 밸브의 개폐 상태를 결정한다. 또한, 컨트롤러(C1)는, 개폐 밸브(VL2)를 직접적으로 제어하고, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)에 대해서는 컨트롤 밸브(VL1)의 제어 회로를 통하여 간접적으로 제어한다.
컨트롤러(C1)는, 스텝 N-2에 있어서, 컨트롤 밸브(VL1)를 폐쇄, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄, 배기 밸브(VL3)를 폐쇄로 설정한다. 컨트롤러(C1)는, 스텝 N-1에 있어서, 컨트롤 밸브(VL1)를 개방, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄, 배기 밸브(VL3)를 개방으로 설정한다. 컨트롤러(C1)는, 스텝 N에 있어서, 컨트롤 밸브(VL1)를 개방, 개폐 밸브(VL2)를 개방, 배기 밸브(VL3)를 개방으로 설정한다. 컨트롤러(C1)는, 스텝 N+1에 있어서, 컨트롤 밸브(VL1)를 폐쇄, 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄, 배기 밸브(VL3)를 폐쇄로 설정한다.
그리고, 컨트롤러(C1)는, 각 스텝에 있어서, 설정대로의 동작이 되도록, 개폐 밸브(VL2)를 개폐시킴과 함께, 제어 회로로 신호를 출력한다. 제어 회로로의 신호는, 목표 설정한 유량(입력), 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)의 개폐 상태가 포함된다. 제어 회로는, 컨트롤러(C1)로부터 입력한 신호에 따라, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)의 개폐를 제어한다.
도 13의 (B)는, 신호를 입력한 제어 회로의 처리를 나타내고 있다. 도 13의 (B)에 나타나는 바와 같이, 스텝 N-2에 있어서, 제어 회로는, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)를 폐쇄로 한다. 컨트롤러(C1)는 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 한다. 스텝 N-1에 있어서, 제어 회로는, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)를 개방으로 한다. 또, 제어 회로는, 출력 유량이 유량 α[sccm]가 되도록 컨트롤 밸브(VL1)를 제어한다(자기(自己) 제어). 또, 배기 밸브(VL3)를 개방으로 함으로써, 배기 유량은 오리피스에 의하여 자동 제어된다(자기(自己) 제어). 컨트롤러(C1)는 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 한다. 이와 같이, 스텝 N-1에 있어서, 컨트롤 밸브(VL1)와 오리피스(OL1)의 사이의 유로에 있어서, 유량 α[sccm]로 제2 가스가 유통한다.
이어서, 스텝 N에 있어서, 제어 회로는, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)를 개방으로 한다. 또, 제어 회로는, 출력 유량이 유량 α[sccm]가 되도록 컨트롤 밸브(VL1)를 제어한다(자기 제어). 또, 배기 밸브(VL3)를 개방으로 함으로써, 배기 유량은 오리피스에 의하여 자동 제어된다(자기 제어). 컨트롤러(C1)는 개폐 밸브(VL2)를 개방으로 한다. 이와 같이, 스텝 N에 있어서, 스텝 N-1에서 유량 α[sccm]로 조정된 제2 가스가 제1 유로(L1)로 공급된다. 스텝 N+1에 있어서, 제어 회로는, 컨트롤 밸브(VL1) 및 배기 밸브(VL3)를 폐쇄로 한다. 컨트롤러(C1)는 개폐 밸브(VL2)를 폐쇄로 한다. 이로써, 제2 가스의 제1 유로(L1)로의 공급이 정지된다. 이와 같이, 컨트롤러(C1)는, 제1 실시형태의 가스 공급 방법에서 설명된 준비 스텝 및 공급 스텝을 행한다.
도 14는, 입력에 대한 밸브의 개폐 제어의 다른 예를 설명하는 도이다. 도 14의 (A)는, 컨트롤러(C1)의 처리를 나타내고 있다. 도 14의 (A)에 나타나는 바와 같이, 스텝 N에 있어서 제2 가스가 유량 α[sccm]로 공급되고, 스텝 N+1에 있어서 제2 가스가 유량 β로 공급된다고 하는 레시피를 컨트롤러(C1)가 입력한다. 컨트롤러(C1)는, 레시피에 대응하는 제어 회로로의 입력(목표 설정)으로서, 스텝 N-1에 있어서 제2 가스가 유량 α[sccm]로 공급된다고 변경한다. 또한, 공급 스텝인 스텝 N+1의 직전의 스텝은, 공급 스텝인 스텝 N이기 때문에, 스텝 N에 있어서 설정된 유량을 변경하지 않는다. 즉, 공급 스텝이 연속되는 경우에는, 최초의 공급 스텝에만 준비 스텝을 설정하고, 이후의 처리는 준비 스텝 없이 제어한다. 그 외의 처리는, 도 13으로 설명한 내용과 동일하고, 도 14의 (A)에 나타난 설정 내용에 따라, 도 14의 (B)에 나타나는 바와 같이 처리가 실행된다.
도 15는, 입력에 대한 밸브의 개폐 제어의 다른 예를 설명하는 도이다. 도 15의 (A)는, 컨트롤러(C1)의 처리를 나타내고 있다. 도 15의 (A)에 나타나는 바와 같이, 스텝 N에 있어서 제2 가스가 유량 α[sccm]로 공급되고, 스텝 N+2에 있어서 제2 가스가 유량 β로 공급된다고 하는 레시피를 컨트롤러(C1)가 입력한다. 컨트롤러(C1)는, 레시피에 대응하는 제어 회로로의 입력(목표 설정)으로서, 스텝 N-1에 있어서 제2 가스가 유량 α[sccm]로 공급되고, 스텝 N+1에 있어서 제2 가스가 유량 β로 공급된다고 변경한다. 그 외의 처리는, 도 13으로 설명한 내용과 동일하고, 도 15의 (A)에 나타난 설정 내용에 따라, 도 15의 (B)에 나타나는 바와 같이 처리가 실행된다.
이상, 가스 공급 시스템(1B)은, 제1 유로(L1)에 복수의 가스를 합류시킬 수 있다. 또, 가스 공급 시스템(1B)은, 제2 유로(L2) 및 제3 유로(L3) 각각에 있어서 제1 실시형태의 가스 공급 방법에서 설명된 준비 스텝 및 공급 스텝을 행함으로써, 응답성이 우수한 가스 공급을 행할 수 있다.
[제4 실시형태]
제4 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1C)은 제1 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1)과 비교하여, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)가 인렛 블록(55)보다 상류측에 위치하는 점이 상이하다. 제4 실시형태에서는, 제1 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 중복되는 설명은 생략한다.
도 16은, 제4 실시형태에 관한 가스 공급 시스템(1C)의 개요도이다. 도 16에 나타나는 바와 같이, 가스 공급 시스템(1C)에 있어서는, 제1 유로(L1)와 제2 유로(L2)와의 접속 개소(PP1)가 인렛 블록(55)보다 상류측에 위치하고 있다. 가스 공급 시스템(1C)의 그 외의 구성은 가스 공급 시스템(1)과 동일하다.
인렛 블록(55)을 기준으로 하여 제2 가스 소스(GS2)측에 마련된 컨트롤 밸브(VL1), 제어 회로(C2), 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)는, 유닛화되어도 된다(도면 중의 유닛(U4)). 또한, 유닛(U4)은 압력 검출기(PM) 및 온도 검출기(TM)를 포함해도 된다. 또, 유닛(U4)은, 배기 유로(EL)의 일부를 포함해도 된다. 이상, 가스 공급 시스템(1C)은, 컨트롤 밸브(VL1)로부터 개폐 밸브(VL2)까지 위치하는 구성 요소를 유닛화할 수 있으므로, 각 구성 요소의 취급이 용이해진다.
이상, 다양한 실시형태에 대하여 설명해 왔지만, 상술한 실시형태에 한정되지 않고 다양한 변형 양태를 구성 가능하다. 예를 들면, 각 실시형태를 조합해도 된다. 또, 상술한 기판 처리 장치는 용량 결합형의 플라즈마 처리 장치였지만, 기판 처리 장치는, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, 마이크로파와 같은 표면파를 이용하는 플라즈마 처리 장치와 같은 임의의 플라즈마 처리 장치여도 된다.
또, 가스 공급 시스템(1A, 1B)에 있어서, 오리피스 및 개폐 밸브로 이루어지는 유닛이 인렛 블록(55)보다 상류측에 위치해도 된다.
또, 상술한 컨트롤 밸브(VL1)는, 개폐 밸브(VL2)의 상류측에 배치된 압력 검출기(PM)의 검출 결과에 근거하여 동작하고 있었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 더 추가된 압력 검출기의 검출 결과를 이용해도 된다. 추가된 압력 검출기는, 예를 들면, 개폐 밸브(VL2)의 하류측에 배치되어, 제1 유로(L1)의 압력을 검출한다. 제어 회로(C2)는, 제2 유로(L2)의 압력이 제1 유로(L1)의 압력의 2배 이상인 조건하에서는, 압력 검출기(PM)의 측정 압력값으로부터 구해지는 산출 유량과 설정 유량의 차를 감소시키도록, 컨트롤 밸브(VL1)를 제어한다. 또, 제어 회로(C2)는, 제2 유로(L2)의 압력이 제1 유로(L1)의 압력의 2배보다 작은 조건하에서는, 압력 검출기(PM)의 측정 압력값과 추가된 압력 검출기의 측정 압력값의 사이의 차압(差壓)으로부터 구해지는 산출 유량과 설정 유량의 차를 감소시키도록, 컨트롤 밸브(VL1)를 제어한다. 이와 같이, 상술한 컨트롤 밸브(VL1)는, 차압 제어에 의하여 동작해도 된다. 또, 추가된 압력 검출기는, 도 1의 유닛(U2)에 조립되어도 된다. 즉, 추가된 압력 검출기는, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)와 함께 유닛화되어도 된다. 혹은, 추가된 압력 검출기는, 도 16의 유닛(U4)에 조립되어도 된다. 즉, 추가된 압력 검출기는, 컨트롤 밸브(VL1), 제어 회로(C2), 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)와 함께 유닛화되어도 된다.
또, 상술한 실시형태에 있어서, 상술한 컨트롤 밸브(VL1)는 개폐 밸브(VL2)의 개폐 확인에 이용할 수 있다. 도 17은, 컨트롤 밸브(VL1)의 구성의 일례를 나타내는 도이다. 도 17에 나타나는 바와 같이, 컨트롤 밸브(VL1)는, 구동부(122)를 갖고 있다. 이 구동부(122)는 제어 회로(124)를 갖고 있다. 제어 회로(124)에는, 상술한 제어 회로(C2)로부터 출력 유량과 설정 유량의 유량차(ΔF)가 입력되도록 되어 있다.
또, 구동부(122)는, 압전 소자(126)(피에조 소자)를 포함하고 있다. 압전 소자(126)는, 컨트롤 밸브(VL1)의 개폐 동작에 있어서 후술하는 밸브체(130)를 이동시키도록 구성되어 있다. 압전 소자(126)는, 인가 전압(제어 전압의 일례)에 따라 신장하여, 후술하는 밸브체(130)와 밸브 시트(128d)를 접근 또는 이간시킴으로써 컨트롤 밸브(VL1)의 개폐를 행한다. 예를 들면, 제어 회로(124)는, 유량차(ΔF)가 0이 되도록, 압전 소자(126)에 인가하는 전압인 인가 전압(Vp)을 제어하도록 되어 있다. 또한, 제어 회로(124)는, 압전 소자에 대한 인가 전압(Vp)을 특정하는 신호를 제어 회로(C2)에 입력하도록 되어 있다. 즉, 제어 회로(C2)는, 압전 소자에 대한 인가 전압(Vp)을 특정하는 신호(컨트롤 밸브(VL1)의 제엇값)를 취득하는 제어부로서 기능한다.
컨트롤 밸브(VL1)는, 본체(128), 밸브체(130)(다이어프램), 접시 스프링(132), 누름 부재(134), 베이스 부재(136), 구체(球體)(138), 및 지지 부재(140)를 더 갖고 있다. 본체(128)는, 유로(128a), 유로(128b), 및 밸브실(128c)을 제공하고 있다. 유로(128a) 및 유로(128b)는, 상술한 제2 유로(L2)의 일부를 구성한다. 또, 본체(128)는 밸브 시트(128d)를 더 제공하고 있다.
밸브체(130)는, 접시 스프링(132)에 의하여 누름 부재(134)를 통하여 밸브 시트(128d)에 대하여 부세되어 있다. 압전 소자(126)에 대한 인가 전압이 제로인 경우에는, 밸브체(130)는 밸브 시트(128d)에 당접하고 있으며, 컨트롤 밸브(VL1)는 폐쇄된 상태가 된다.
압전 소자(126)의 일단(도면 중에서는 하단)은, 베이스 부재(136)에 의하여 지지되어 있다. 압전 소자(126)는 지지 부재(140)에 연결되어 있다. 지지 부재(140)는, 그 일단(도면 중에서는 하단)에 있어서, 누름 부재(134)와 결합되어 있다. 이 압전 소자(126)에 전압이 인가되면, 당해 압전 소자(126)는 신장한다. 압전 소자(126)가 신장하면, 지지 부재(140)는 밸브 시트(128d)로부터 멀어지는 방향으로 이동하고, 이에 따라, 누름 부재(134)도 밸브 시트(128d)로부터 멀어지는 방향으로 이동한다. 이로써, 밸브체(130)가 밸브 시트(128d)로부터 이간하여, 컨트롤 밸브(VL1)가 개방된 상태가 된다. 컨트롤 밸브(VL1)의 개도(開度), 즉, 밸브체(130)와 밸브 시트(128d)의 사이의 거리는, 압전 소자(126)에 인가되는 전압에 의하여 제어된다.
여기에서, 제어 회로(C2)는, 압전 소자(126)의 인가 전압에 근거하여 개폐 밸브(VL2)의 개폐를 판정할 수 있다. 도 18은, 개폐 밸브의 개폐 확인을 설명하는 도이다. 도 18의 (A)는 가스 공급의 레시피이며, 도 18의 (B)는 개폐 밸브(VL2)의 개폐 타이밍이고, 도 18의 (C)는 압력 검출기(PM)의 검출값이며, 도 18의 (D)는 컨트롤 밸브(VL1)의 압전 소자의 제어 전압이다. 도 18의 (A)에 나타나는 레시피의 경우, 도 18의 (B)에 나타나는 바와 같이, 개폐 밸브(VL2)의 "개방 타이밍"이 레시피의 "가스 ON"의 타이밍과 동일해진다. 그리고, 도 18의 (C)에 나타나는 바와 같이, 개폐 밸브(VL2)의 개폐에 관계 없이 압력 검출기(PM)의 검출값은 일정값이 된다. 이와 같은 압력이 일정한 상황은, 컨트롤 밸브(VL1)의 개폐, 즉, 압전 소자(126)의 동작으로 실현되고 있다. 압전 소자(126)의 제어 전압은, 개폐 밸브(VL2)가 개방이 되는 시각 TP1에서 전압값 VP1로부터 전압값 VP2로 변화하고, 개폐 밸브(VL2)가 폐쇄가 되는 시각 TP2에서 전압값 VP2로부터 전압값 VP1로 변화한다. 마찬가지로 압전 소자(126)의 제어 전압은, 개폐 밸브(VL2)가 개방이 되는 시각 TP3에서 전압값 VP1로부터 전압값 VP2로 변화하고, 개폐 밸브(VL2)가 폐쇄가 되는 시각 TP4에서 전압값 VP2로부터 전압값 VP1로 변화한다. 제어 회로(C2)는, 압전 소자(126)의 제어 전압의 변화를 판정함으로써, 개폐 밸브(VL2)의 개폐를 판정할 수 있다. 따라서, 센서 등을 추가하지 않고, 개폐 밸브(VL2)의 개폐를 간단하게 판정할 수 있다.
제어 회로(C2)는, 취득된 제어 전압과, 미리 정해진 제어 전압의 기준값을 비교하고, 비교 결과에 따라 경보를 출력해도 된다. 미리 정해진 제어 전압의 기준값이란, 예를 들면, 레시피대로 작성했을 때에 동작한 압전 소자(126)의 제어 전압이다. 계측된 제어 전압의 기준값은, 제어 회로(C2)에 의하여 참조 가능한 기억부에 미리 기억된다. 제어 회로(C2)는, 기억부를 참조함으로써 기준값을 취득하고, 취득된 제어 전압과 비교한다. 비교 결과란, 예를 들면, 취득된 제어 전압과, 미리 정해진 제어 전압의 기준값과의 차분이다. 제어 회로(C2)는, 예를 들면, 차분이 미리 정해진 임계값 이상인 경우에는 경보를 출력한다. 제어 회로(C2)는, 예를 들면, 디스플레이나 스피커에 경보 신호를 출력한다. 이로써, 개폐 밸브가 미리 정해진 동작을 하고 있지 않을 때에 경보를 출력할 수 있다.
[실시예]
이하, 상기 효과를 설명하기 위하여 본 발명자가 실시한 실시예 및 비교예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(압력 검출기(PM)의 검출 위치의 검증)
컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서의 압력을 검출하는 압력 검출기(PM)의 검출 위치가 유량 제어에 영향을 주는지 여부를 검증했다. 먼저, 압력 검출기(PM)와 오리피스의 위치 관계가 유량 제어에 영향을 주는지 여부를 확인했다. 도 19는, 압력 검출기(PM)의 검출 위치가 유량 제어에 주는 영향을 평가했을 때의 시스템 개요도이다. 도 19의 (A)에 나타나는 바와 같이, 평가 시스템은, 유량 기준기(FC2), 컨트롤 밸브(VL7), 압력 검출기(PM), 오리피스(OL5) 및 개폐 밸브(VL8)를 구비하고 있다. 유량 기준기(FC2)는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)와 동일한 구성이다. 평가 수법으로서, 도 19의 (B)에 나타나는 바와 같이, 오리피스(OL5)로부터 압력 검출기(PM)까지의 거리를 이간 거리(LL1)로 하고, 이간 거리(LL1)를 0[m]~3[m]의 범위에서 변경하여, 오리피스(OL5)의 출구측의 유량과 설정값의 오차를 평가했다. 결과를 도 20에 나타낸다.
도 20은, 도 19의 시스템 구성에 있어서 평가한 평가 결과이다. 가로축이 유량 설정값[%], 세로축이 유량 오차[%]이다. 유량 설정값은, 오리피스(OL5)가 흐르게 할 수 있는 유량의 최댓값에 대한 비율이다. 이간 거리(LL1)가 0[m]인 경우, 이간 거리(LL1)가 1[m]인 경우, 이간 거리(LL1)가 2[m]인 경우, 이간 거리(LL1)가 3[m]인 경우에 대하여 유량 오차를 계측하여, 결과를 플롯했다. 도면 중의 파선은 오리피스의 표준 스펙값이다. 도 20에 나타나는 바와 같이, 이간 거리(LL1)가 길어짐에 따라, 유량 오차의 절댓값이 커지는 것이 확인되었다. 이것은 오리피스(OL5)와 압력 검출기(PM)의 사이의 배관의 길이의 차압분만큼 정밀도가 떨어지고 있다고 생각된다.
다음으로, 압력 검출기(PM)와 컨트롤 밸브의 위치 관계가 유량 제어에 영향을 주는지 여부를 확인했다. 도 21은, 압력 검출기(PM)의 검출 위치가 유량 제어에 주는 영향을 평가했을 때의 시스템 개요도이다. 도 21의 (A)에 나타나는 바와 같이, 평가 시스템은, 유량 기준기(FC2), 컨트롤 밸브(VL7), 압력 검출기(PM), 오리피스(OL5) 및 개폐 밸브(VL8)를 구비하고 있다. 유량 기준기(FC2)는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)와 동일한 구성이다. 평가 수법으로서, 도 21의 (B)에 나타나는 바와 같이, 압력 검출기(PM)로부터 컨트롤 밸브(VL7)까지의 거리를 이간 거리(LL2)로 하고, 이간 거리(LL2)를 0[m]~3[m]의 범위에서 변경하여, 오리피스(OL5)의 출구측의 유량과 설정값의 오차를 평가했다. 결과를 도 22에 나타낸다.
도 22는, 도 21의 시스템 구성에 있어서 평가한 평가 결과이다. 가로축이 유량 설정값[%], 세로축이 유량 오차[%]이다. 유량 설정값은, 오리피스(OL5)가 흐르게 할 수 있는 유량의 최댓값에 대한 비율이다. 이간 거리(LL2)가 0[m]인 경우, 이간 거리(LL2)가 1[m]인 경우, 이간 거리(LL2)가 2[m]인 경우, 압력 검출기(PM)와 컨트롤 밸브(VL7)의 사이가 3[m]인 경우에 대하여 계측하여, 결과를 플롯했다. 도면 중의 파선은 유량 기준기(FC2)의 표준 스펙값이다. 도 22에 나타나는 바와 같이, 유량 오차는 압력 검출기(PM)와 컨트롤 밸브(VL7)의 사이의 배관 길이에 의존하지 않는 것이 확인되었다. 도 20 및 도 22의 결과로부터, 압력 검출기(PM)는, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 오리피스측에 위치한 편이 유량 제어를 정확하게 행할 수 있는 것이 확인되었다. 또, 유로 오차를 0.1[%] 이하로 하기 위해서는, 오리피스(OL5)와 압력 검출기(PM)의 사이의 배관의 길이를 1[m] 이하로 할 필요가 있는 것이 확인되었다.
(온도 검출기(TM)의 검출 위치의 검증)
컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서의 온도를 검출하는 온도 검출기(TM)의 검출 위치가 유량 제어에 영향을 주는지 여부를 검증했다. 도 23은, 온도 검출기(TM)의 검출 위치가 유량 제어에 주는 영향을 평가했을 때의 시스템 개요도이다. 도 19의 (A)에 나타나는 바와 같이, 평가 시스템은, 실온(25℃)의 측정실(RO1) 내에 배치되어, 유량 기준기(FC2), 컨트롤 밸브(VL7), 압력 검출기(PM), 온도 검출기(TM), 오리피스(OL5) 및 개폐 밸브(VL8)를 구비하고 있다. 유량 기준기(FC2)는, 압력식 유량 제어 장치(FC1)와 동일한 구성이다. 온도 검출기(TM)는, 컨트롤 밸브(VL1)의 측에 배치하고, 컨트롤 밸브(VL1)의 유량 제어에 이용했다. 오리피스(OL5) 및 개폐 밸브(VL8)는, 25℃~50℃까지의 범위에서 온도를 제어 가능한 항온조(RO2)에 배치했다. 항온조(RO2)에서 온도를 변화시켜, 오리피스(OL5)의 출구측의 유량과 설정값의 관계를 평가했다. 압력 검출기(PM)와 오리피스(OL5)의 이간 거리(LL3)는 2[m]로 했다. 결과를 도 24 및 도 25에 나타낸다.
도 24는, 도 23의 시스템 구성에 있어서 평가한 평가 결과이다. 가로축이 유량 설정값[%], 세로축이 오리피스(OL5)의 출구측의 측정 유량[sccm]이다. 유량 설정값은, 오리피스(OL5)가 흐르게 할 수 있는 유량의 최댓값에 대한 비율이다. 항온조(RO2)의 설정 온도가 25℃, 30℃, 40℃, 50℃인 경우 각각에 대하여, 오리피스(OL5)의 출구측의 유량과 설정값을 플롯했다. 도 25는, 도 24의 25℃의 데이터를 기준으로 하여 도 24의 그래프를 변환한 결과이다. 가로축이 유량 설정값[%], 세로축이 25℃의 유량을 기준으로 한 값이다. 도 25에 나타나는 바와 같이, 오리피스(OL5)의 온도와 온도 검출기(TM)의 검출 온도(25℃)의 차가 커질수록, 유량 오차의 절댓값이 커지는 것이 확인되었다. 이와 같이, 오리피스의 온도를 정확하게 측정하는 것이 중요한 것이 확인되었다. 도 24 및 도 25의 결과로부터, 온도 검출기(TM)는, 컨트롤 밸브와 오리피스의 사이의 유로에 있어서 오리피스측에 위치한 편이 유량 제어를 정확하게 행할 수 있는 것이 확인되었다.
(반도체 제조 시스템의 각 구성 요소가 유량 제어에 주는 영향의 검증)
가스 공급 시스템을 포함하는 반도체 제조 시스템의 구성 요소가 유량 제어에 주는 영향을 평가했다. 도 26은, 유량 제어에 주는 영향을 평가한 구성 요소를 나타내는 개요도이다. 유량 제어 기기에 대해서는 생략하고 있다. 도 26에 나타나는 시스템은, 제1 가스 소스(GS1), 제2 가스 소스(GS2) 및 챔버(12)를 구비하고 있다. 제1 가스 소스(GS1)는 제1 유로(L1)를 통하여 챔버(12)에 접속되어 있다. 제2 가스 소스(GS2)는 제2 유로(L2)에 접속되어 있다. 제2 유로(L2)는 접속 개소(PP1)에서 제1 유로(L1)에 합류한다.
평가 수법은 이하와 같이 했다. 제1 가스를 Ar 가스로 하고, 750[sccm]으로 연속적으로 챔버(12)로 공급했다. 또, 제2 가스를 O2 가스로 하고, 5[sccm]로 간헐적으로 챔버(12)로 공급했다. 그리고, 챔버(12) 내에서 플라즈마를 생성하여, 플라즈마의 발광 강도를 측정했다. 측정 발광 강도는, 최대 발광 강도를 기준으로 규격화했다. 가스를 공급하여 측정 발광 강도가 0%에서 90%가 될 때까지의 시간(상승 시의 평가)과, 가스의 공급을 정지하여 측정 발광 강도가 100%에서 20%가 될 때까지의 시간(하락 시의 평가)을 계측하여 응답성을 확인했다.
평가 부위는 이하와 같이 했다. 부위 A는 유량 제어 기기이다. 유량 제어 기기는, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)를 갖는 실시예와, 도 29에 나타내는 가스 공급 시스템(1)의 압력식 유량 제어 장치(FC3)를 평가 대상으로 했다. 부위 B는, 유량 제어 기기로부터 접속 개소(PP1)까지의 길이(애드 라인(Add Line) 길이)이다. 애드 라인 길이는, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)를 갖는 실시예(애드 라인 길이가 0[m])와, 애드 라인 길이 0.15[m], 1.00[m], 3.00[m]의 비교예를 평가 대상으로 했다. 부위 C는, 제1 가스 소스(GS1)로부터 챔버(12)까지의 길이(메인 라인(Main Line) 길이)이며, 0.15[m], 1.00[m], 3.00[m]의 경우를 평가했다. 부위 D는 상부 전극 용량이며, 100[cc], 160[cc], 340[cc]의 경우를 평가했다. 부위 E는 가스(GAS) 구멍수이며, 53개, 105개의 경우를 평가했다. 결과를 도 27에 나타낸다.
도 27은, 도 26에 나타내는 각 구성 요소의 평가 결과이다. 파선으로 둘러싼 부위 A~C가, 실시형태에 관한 가스 공급 시스템이 갖는 부위에 상당하는 부분이다. 부위 A에 대해서는, 상승 시의 평가에 있어서, 실시예는 비교예에 비하여 응답성이 우수한 것이 확인되었다. 즉, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)를 갖는 실시예는, 도 29에 나타내는 가스 공급 시스템(1)의 압력식 유량 제어 장치(FC3)보다 응답성이 우수한 것이 확인되었다. 또, 부위 B에 대해서는, 상승 시의 평가 및 하락 시의 평가의 양쪽 모두에 있어서, 애드 라인 길이가 0[m]인 경우가 가장 응답성이 우수했다. 즉, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)를 갖는 실시예의 응답성이 우수한 것이 확인되었다. 또, 부위 C 및 부위 E에 대해서는 응답성의 부위 의존성이 작은 것이 확인되었다. 또, 부위 D에 대해서는 상부 전극 용적이 작을수록 응답성이 우수한 것이 확인되었다.
그리고, 각 부위의 영향도를 산출했다. 영향도는, 전체 영향의 크기에 대한 각 부위의 영향의 크기의 비율을 나타내고 있다. 도 27에 나타내는 바와 같이, 부위 A~E 중 부위 B가 가장 영향을 주는 부위인 것이 확인되었다. 즉, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)를 갖는 실시예의 구성은, 가장 영향을 주는 부위의 파라미터를 제어할 수 있기 때문에, 응답성의 개선에 매우 유효한 것이 확인되었다.
또한, 상기 측정은, Ar 가스 공급 시, 즉, 캐리어 가스가 존재하는 경우의 결과이며, 예를 들면, 도 9에 나타내는 가스 공급 시스템(1B)과 같이, 캐리어 가스를 공급하지 않아도 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 응답성의 메인 라인 길이 의존성이 커지는 경향이 있다. 이로 인하여, 레시피에 캐리어 가스를 이용하는 스텝이 있는 경우, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)를, 인렛 블록(55)보다 상류측에 배치시키고, 레시피에 캐리어 가스를 이용하는 스텝이 없는 경우, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)를, 인렛 블록(55)보다 하류측에 배치해도 된다. 즉, 오리피스(OL1) 및 개폐 밸브(VL2)의 인렛 블록(55)에 대한 위치를 레시피에 따라 결정해도 된다.
1, 1A, 1B, 1C…가스 공급 시스템
10…플라즈마 처리 장치(기판 처리 장치)
12…챔버
51…배기 장치
C1…컨트롤러
55…인렛 블록
U1…유닛
U2…유닛
74…밀봉 부재
76…실린더
78…부세 부재
81…구동부
126…압전 소자
128d…밸브 시트
130…밸브체
C2…제어 회로(제어부)
E, EA, EB…배기 기구
EL…배기 유로
EL1…소배기 유로
EL2…대배기 유로
GS1…제1 가스 소스
GS2…제2 가스 소스
GS3…제3 가스 소스
L1…제1 유로
L2…제2 유로
L3…제3 유로
PP1, PP2, PP3, PP4, PP5…접속 개소
FC1, FC3…압력식 유량 제어 장치
OL1, OL2, OL3, OL5…오리피스
VL2, VL5…개폐 밸브
PM…압력 검출기
TM…온도 검출기
L21…종단
PP2…접속 개소
VL1, VL41, VL7…컨트롤 밸브
VL3, VL4…배기 밸브

Claims (15)

  1. 기판 처리 장치의 챔버로 가스를 공급하는 가스 공급 시스템으로서,
    제1 가스의 제1 가스 소스와 상기 챔버를 접속하는 제1 유로와,
    제2 가스의 제2 가스 소스와 상기 제1 유로를 접속하는 제2 유로와,
    상기 제2 유로에 마련되어, 상기 제2 가스의 유량을 소정량으로 제어하는 컨트롤 밸브와,
    상기 컨트롤 밸브의 하류이며 상기 제2 유로의 종단에 마련된 오리피스와,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 마련되어, 상기 오리피스의 출구로부터 상기 제1 유로로 공급되는 상기 제2 가스의 공급 타이밍을 제어하는 개폐 밸브와,
    상기 제2 유로 중 상기 컨트롤 밸브와 상기 오리피스의 사이의 유로에 접속되어, 상기 제2 가스를 배기하는 배기 기구와,
    상기 컨트롤 밸브, 상기 개폐 밸브 및 상기 배기 기구를 동작시키는 컨트롤러를 구비한 가스 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐 밸브는, 폐쇄 제어 시에 상기 오리피스의 출구를 밀봉하도록 상기 오리피스에 압접되고, 개방 제어 시에 상기 오리피스로부터 이간하게 되는 밀봉 부재를 갖는, 가스 공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 개폐 밸브는, 상기 밀봉 부재를 고정 지지하는 실린더와, 상기 오리피스에 상기 밀봉 부재가 압접되는 방향으로 상기 실린더를 탄성적으로 부세하는 부세 부재와, 상기 압접되는 방향과 반대 방향으로 실린더를 이동시키는 구동부를 갖는, 가스 공급 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스 및 상기 개폐 밸브는, 상기 챔버에 마련된 인렛 블록보다 하류측에 배치되는, 가스 공급 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오리피스 및 상기 개폐 밸브는, 상기 챔버에 마련된 인렛 블록보다 상류측에 배치되는, 가스 공급 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 기구는,
    상기 제2 유로에 접속되어, 제1 배기량을 갖는 소배기 유로와,
    상기 제2 유로에 접속되어, 상기 제1 배기량보다 큰 제2 배기량을 갖는 대배기 유로와,
    상기 대배기 유로에 마련되어, 배기 타이밍을 제어하는 제1 배기 밸브를 갖는, 가스 공급 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 배기 기구는, 상기 소배기 유로에 마련되어, 배기 타이밍을 제어하는 제2 배기 밸브를 더 갖는, 가스 공급 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 기구는, 상기 컨트롤 밸브와 상기 오리피스의 사이의 유로에 있어서 상기 오리피스측에 접속되는 가스 공급 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유로 중 상기 컨트롤 밸브와 상기 오리피스의 사이의 유로에 있어서의 상기 제2 가스의 압력을 검출하는 압력 검출기를 더 구비하고,
    상기 압력 검출기는, 상기 컨트롤 밸브와 상기 오리피스의 사이의 유로에 있어서 상기 오리피스측에 위치하며,
    상기 컨트롤 밸브는, 상기 압력 검출기의 검출 결과에 근거하여 상기 제2 가스의 유량을 제어하는, 가스 공급 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 유로 중 상기 컨트롤 밸브와 상기 오리피스의 사이의 유로에 있어서의 상기 제2 가스의 온도를 검출하는 온도 검출기를 더 구비하고,
    상기 온도 검출기는, 상기 컨트롤 밸브와 상기 오리피스의 사이의 유로에 있어서 상기 오리피스측에 위치하며,
    상기 컨트롤 밸브는, 상기 온도 검출기의 검출 결과에 근거하여 상기 제2 가스의 유량을 제어하는, 가스 공급 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 유로에 목표 유량의 상기 제2 가스를 목표 공급 타이밍으로 공급하는 경우, 상기 목표 공급 타이밍이 될 때까지의 소정 기간에 있어서, 상기 개폐 밸브를 폐쇄로 하면서 상기 배기 기구를 동작시킨 상태에서, 상기 컨트롤 밸브를 제어하여 상기 목표 유량의 상기 제2 가스를 유통시키고, 상기 목표 공급 타이밍이 되었을 때에 상기 개폐 밸브를 개방으로 하는, 가스 공급 시스템.
  12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤 밸브의 제엇값을 취득하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 컨트롤 밸브는, 밸브체와, 밸브 시트와, 제어 전압에 따라 신장하며, 상기 밸브체와 상기 밸브 시트를 접근 또는 이간시킴으로써 상기 컨트롤 밸브의 개폐를 행하는 압전 소자를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 압전 소자의 제어 전압에 근거하여 상기 개폐 밸브의 개폐를 판정하는, 가스 공급 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제어부는, 취득된 상기 제어 전압과, 미리 정해진 상기 제어 전압의 기준값을 비교하고, 비교 결과에 따라 경보를 출력하는, 가스 공급 시스템.
  14. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급 시스템을 구비하는 기판 처리 시스템.
  15. 제1 가스의 제1 가스 소스와 챔버를 접속하는 제1 유로와,
    제2 가스의 제2 가스 소스와 상기 제1 유로를 접속하는 제2 유로와,
    상기 제2 유로에 마련되어, 상기 제2 가스의 유량을 소정량으로 제어하는 컨트롤 밸브와,
    상기 컨트롤 밸브의 하류이며 상기 제2 유로의 종단에 마련된 오리피스와,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로의 종단과의 접속 개소에 마련되어, 상기 오리피스의 출구로부터 상기 제1 유로로 공급되는 상기 제2 가스의 공급 타이밍을 제어하는 개폐 밸브와,
    상기 제2 유로 중 상기 컨트롤 밸브와 상기 오리피스의 사이의 유로에 접속되어, 상기 제2 가스를 배기하는 배기 기구와,
    상기 컨트롤 밸브, 상기 개폐 밸브 및 상기 배기 기구를 동작시키는 컨트롤러를 구비한 가스 공급 시스템을 이용하여 기판 처리 장치의 챔버로 가스를 공급하는 가스 공급 방법으로서,
    상기 개폐 밸브를 폐쇄로 하면서 상기 배기 기구를 동작시킨 상태에서, 상기 컨트롤 밸브를 제어하여 목표 유량의 상기 제2 가스를 유통시키는 준비 스텝과,
    상기 준비 스텝을 계속하는 중에 있어서 목표 공급 타이밍이 되었을 때에, 상기 개폐 밸브를 개방으로 하여, 상기 목표 유량의 상기 제2 가스를 상기 제1 유로로 공급하는 공급 스텝을 포함하는 가스 공급 방법.
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