JP6512959B2 - ガス供給系、ガス供給制御方法、及びガス置換方法 - Google Patents

Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、ガス供給系、ガス供給制御方法、及びガス置換方法に関する。

半導体ウエハ等の被処理体を、処理ガスのプラズマ等により処理する処理装置において、処理装置への処理ガスの供給を制御するガス供給装置が知られている。このようなガス供給装置には、ガスの流量を制御する流量制御装置や、ガスの供給及び供給停止を制御する複数のバルブ等の要素機器が含まれる。これらの要素機器は、ガスを流通させる配管で接続され、基台の同一の面上に配置される。

また、流量制御装置やバルブ等の要素機器間を基台の同一の面上に配置し、隣り合う要素機器間を、基台の内部を通る配管で接続する場合がある。これにより、ガス供給装置に含まれる要素機器を基台の同一の面上に密に配置することができ、ガス供給装置の小型化が可能となる。

特許第５０２０７５８号

ところで、処理装置への処理ガスの供給を制御するガス供給系において、ガス供給系に含まれる各要素機器を接続する配管の容積が大きいと、配管内を流れる処理ガスを入れ換える場合に、配管内に残留する処理ガスの排気に時間がかかる。これにより、処理ガスを入れ換えながら複数のプロセスを実行する処理装置において、スループットを高めることが困難となる。

また、バルブの開閉により、高速に処理ガスを切り換える場合、ガス供給系に含まれる各要素機器を接続する配管の容積が大きいと、配管内の圧力が所望の圧力に達する前にバルブが開いてしまい、処理ガスを所望の圧力に制御することが困難となる。

本発明の一側面は、例えば被処理体を処理する処理装置にガスを供給するガス供給系であって、ガス供給系を構成する複数の要素機器と、複数の要素機器が配置される基台とを備える。複数の要素機器のうち、一部の要素機器は、基台の一方の面に配置され、他の一部の要素機器は、基台の一方の面の裏面である他方の面に配置される。

本発明の種々の側面及び実施形態によれば、プロセスのスループットを高めることができると共に、処理ガスの圧力制御の精度を向上させることができる。

図１は、実施例１における処理システムの一例を示す図である。 図２は、実施例１における流量制御器及び二次側バルブの配置の一例を示す図である。 図３は、従来の流量制御器及び二次側バルブの配置を示す図である。 図４は、比較例におけるガス流量の制御方法の一例を示す図である。 図５は、実施例１におけるガス流量の制御方法の一例を示す図である。 図６は、実施例１及び比較例におけるガスの発光強度の一例を示す図である。 図７は、比較例におけるオリフィス周辺の配管の圧力変化の一例を示す図である。 図８は、実施例１におけるオリフィス周辺の配管の圧力変化の一例を示す図である。 図９は、実施例１におけるオリフィス周辺の配管の容積比と平衡圧力との関係の一例を示す図である。 図１０は、実施例１におけるオリフィス周辺の配管の容積比の適正範囲の一例を示す図である。 図１１は、実施例１における所定時間Ｔとエッチングレートとの関係の一例を示す図である。 図１２は、実施例１のガス供給制御方法を用いた急速交互プロセスの一例を示すフローチャートである。 図１３は、実施例２におけるガス供給系の一例を示す図である。 図１４は、実施例２における処理システムの一例を示す図である。 図１５は、実施例２における処理システムの運用方法の一例を示すフローチャートである。 図１６は、実験系の一例を示す図である。 図１７は、実験結果の一例を示す図である。 図１８は、配管の長さ毎の処理容器内の圧力変化の一例を示す図である。 図１９は、実施例３における処理システムの運用方法の一例を示すフローチャートである。 図２０は、実施例４における処理システムの一例を示す図である。 図２１は、バルブＶ１１の配置に関する変形例を説明する図である。 図２２は、実施例４における処理システムの運用方法の一例を示すフローチャートである。 図２３は、図２２に示す運用方法におけるガスの流量の変化の一例を示すタイミングチャートである。 図２４は、図２２のフローチャートに示された工程ＳＴ３５で用いられるガスＡと工程ＳＴ３７で用いられるガスＢを例示する表である。 図２５は、実施例５における処理システムの運用方法の一例を示すフローチャートである。 図２６は、図２５に示す運用方法におけるガスの流量の変化の一例を示すタイミングチャートである。 図２７は、実施例６における処理システムの一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

［処理システムの全体構成］
まず、実施例１における処理システム１０ａの全体構成の一例について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施例１における処理システム１０ａの一例を示す図である。処理システム１０ａは、ガス供給系１００及び処理装置１０１ａを有する。ガス供給系１００は、流量制御器ＦＤ、一次側バルブＦＶ１、及び二次側バルブＦＶ２を有し、ガス供給源ＧＳから処理装置１０１ａへのガスの供給を制御する。流量制御器ＦＤ、一次側バルブＦＶ１、及び二次側バルブＦＶ２は、ガス供給系１００を構成する複数の要素機器の一例である。本実施例において、処理装置１０１ａは、例えば容量結合型プラズマエッチング装置である。以下では、処理装置１０１ａをリアクタ部と呼ぶ場合がある。

［処理装置１０１ａの構成例］
処理装置１０１ａは、例えば、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる略円筒形のチャンバＣを有している。チャンバＣは、接地されている。チャンバＣの内部には載置台１２０が設けられている。載置台１２０は、被処理体の一例である半導体ウエハＷを載置する。

載置台１２０には、整合器１３０ａを介してプラズマを励起するための高周波電源１３０が接続されている。高周波電源１３０は、チャンバＣ内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば６０ＭＨｚの高周波電力を載置台１２０に印加する。また、載置台１２０は、半導体ウエハＷを載置するとともに、下部電極としても機能する。整合器１３０ａは、高周波電源１３０の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。整合器１３０ａは、チャンバＣ内にプラズマが生成されているときに高周波電源１３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。

チャンバＣの天井部分には、シャワーヘッド１１０が設けられている。シャワーヘッド１１０は、上部電極としても機能する。高周波電源１３０からの高周波電力は載置台１２０とシャワーヘッド１１０との間に印加される。ガスは、シャワーヘッド１１０のガス導入口１４０から、シャワーヘッド１１０の内部に設けられたバッファ空間１１０ｂに導入され、シャワーヘッド１１０の下面に形成された多数のガス通気孔１１０ａを通ってチャンバＣ内に吐出される。

処理装置１０１ａは、チャンバＣ内へ供給された所望のガスのプラズマにより半導体ウエハＷに微細加工を施す。チャンバＣ内に供給されるガスは、流量制御器ＦＤによって制御される。本実施例において、流量制御器ＦＤは、例えば圧力式の流量制御装置（ＦＣＳ）である。

［流量制御器ＦＤの構成例］
流量制御器ＦＤは、ガス供給源ＧＳから処理装置１０１ａにガスを供給するためのガス供給管１５０に接続されている。ガス供給管１５０は、処理装置１０１ａのガス導入口１４０に接続されている。流量制御器ＦＤの上流側（ガス供給源ＧＳ側）には一次側バルブＦＶ１が配置され、流量制御器ＦＤの下流側（半導体製造装置側）には二次側バルブＦＶ２が配置されている。一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は、全開又は全閉に制御可能である。

流量制御器ＦＤは、制御バルブ２０１、制御バルブ２０１の開度を制御する制御回路２０２、圧力計２０３、圧力計２０４、オリフィス２０５、配管２０６、配管２０７、及び配管２０８を有する。流量制御器ＦＤは、制御バルブ２０１の開度を制御することでガス供給管１５０を流れ、チャンバＣ内に供給されるガスの流量を制御する。制御バルブ２０１の一例としては、電磁弁駆動型のメタルダイヤフラムバルブが挙げられる。

一次側バルブＦＶ１の上流側は、配管を介してガス供給源ＧＳに接続されている。一次側バルブＦＶ１の下流側は、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１とを接続する配管ＧＬ１を介して配管２０６に接続されている。配管ＧＬ１の長さをＬ_a1と定義する。配管２０６の下流側は、制御バルブ２０１の上流側に接続されている。制御バルブ２０１の下流側は、配管２０７の上流側に接続されている。配管２０７の下流側は、オリフィス２０５を介して配管２０８の上流側に接続されている。配管２０８の下流側は、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを接続する配管ＧＬ２を介して二次側バルブＦＶ２の上流側に接続されている。配管ＧＬ２の長さをＬ_a2と定義する。二次側バルブＦＶ２の下流側は、ガス供給管１５０に接続されている。

ここで、配管２０７の流路内の圧力をＰ_１、配管２０７の流路内の容積をＶ_１と定義する。また、配管２０８及び配管ＧＬ２の流路内の圧力をＰ_２、配管２０８及び配管ＧＬ２の流路内の容積の合計をＶ_２と定義する。流量制御器ＦＤにおいて、配管２０７内の圧力Ｐ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２とが、臨界膨張圧力条件Ｐ_１＞２×Ｐ_２を概ね満足するように制御されているとき、オリフィス２０５を流れるガス流量Ｑは、以下の関係式（１）で表されるように、オリフィス２０５の上流側の圧力Ｐ_１のみによって決まる。
Ｑ＝ＣＰ_１ ・・・（１）

流量制御器ＦＤは、上記式（１）に基づいて制御バルブ２０１を制御して圧力Ｐ_１を調整することにより、オリフィス２０５の下流側のガス流量Ｑをプロセス条件に合致した所望の値となるように制御する。なお、上記式（１）のＣはオリフィス２０５の口径やガス温度等により決まる定数である。また、圧力Ｐ_１及び圧力Ｐ_２は、圧力計２０３及び圧力計２０４によりそれぞれ計測される。

かかる構成の処理装置１０１ａにおいてエッチング等の処理を行う際には、まず、半導体ウエハＷがチャンバＣ内に搬入され、載置台１２０上に載置される。そして、チャンバＣ内の圧力が真空状態に減圧される。そして、ガス供給源ＧＳから出力されたガスがシャワーヘッド１１０からシャワー状にチャンバＣ内に導入される。そして、高周波電源１３０から出力された所定の高周波電力が載置台１２０に印加される。

チャンバＣ内に導入されたガスを高周波電力により電離及び解離させることにより生成されたプラズマの作用により、載置台１２０上に載置された半導体ウエハＷにプラズマエッチング等の処理が行われる。プラズマエッチング等の処理の終了後、半導体ウエハＷはチャンバＣの外部に搬出される。なお、処理装置１０１ａは、必ずしもプラズマを用いて処理する場合に限らず、熱処理等により半導体ウエハＷに微細加工を施すようにしてもよい。

［流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２の配置］
本実施例におけるガス供給系１００では、ガス供給系１００を構成する複数の要素機器のうち、一部の要素機器が基台２１２の一方の面に配置され、他の一部の要素機器が基台２１２の裏面である他方の面に配置される。以下では、ガス供給系１００を構成する複数の要素機器として、流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２を例に、ガス供給系１００を構成する複数の要素機器の配置の一例を説明する。

図２は、実施例１における流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２の配置の一例を示す図である。本実施例では、流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２は、基台２１２上の異なる面に配置される。例えば図２に示すように、流量制御器ＦＤは、基台２１２の一方の面２１２ａに配置され、二次側バルブＦＶ２は、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面２１２ａの裏面である他方の面２１２ｂに配置される。

また、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２との間を接続し、内部にガスが流れる配管ＧＬ２は、例えば図２に示すように、基台２１２を基台２１２の厚み方向に貫通して基台２１２内部に直線状に形成されている。

ここで、図２に示した配管ＧＬ２の流路の容積Ｖ_aは、例えば下記の式（２）のように表すことができる。
Ｖ_a＝πｒ²Ｌ_a2＝πｒ²（２Ａ＋ｔ₁） ・・・（２）
なお、上記（２）において、ｒは配管ＧＬ２の流路の半径、Ａは流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２を基台２１２にネジ止めするためのネジ孔２１０の深さ、ｔ₁はネジ孔２１０の間隔を表す。

例えば、配管ＧＬ２の流路の半径ｒを１．５ｍｍ、ネジ孔２１０の深さＡを５ｍｍ、ネジ孔２１０の間隔ｔ₁を１ｍｍと仮定すると、図２に示した配管ＧＬ２の流路の容積Ｖ_aは、およそ０．０７７ｃｃとなる。

ここで、従来のガス供給系では、ガス供給系を構成する複数の要素機器は、基台の同一の面に配置される。図３は、従来の流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２の配置を示す図である。ガス供給系を構成する複数の要素機器が、例えば流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２である場合、従来のガス供給系では、流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２は、例えば図３に示すように、基台２１２の同一の面２１２ａに配置される。

図３に示すように、従来のガス供給系では、流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２が基台２１２の同一の面２１２ａに密に配置されているため、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２との間を接続する配管ＧＬ２’は、流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２が配置された基台２１２の面２１２ａから基台２１２の内部へ延伸してから、再び基台２１２の面２１２ａに延伸するように屈曲した形状となる。

ここで、図３に示した配管ＧＬ２’の流路の容積Ｖ_a’は、例えば下記の式（３）のように表すことができる。
Ｖ_a’＝πｒ²（２α₁＋α₂）＝πｒ²｛２（Ａ＋ｔ₂＋２ｒ）＋α₂｝ ・・・（３）
なお、上記（３）において、α₁は基台２１２の厚み方向における配管ＧＬ２’の流路の長さ、α₂は基台２１２の面方向における配管ＧＬ２’の流路の長さ、ｔ₂はネジ孔２１０と配管ＧＬ２’との間隔を表す。

例えば、配管ＧＬ２’の流路の半径ｒを１．５ｍｍ、ネジ孔２１０の深さＡを５ｍｍ、ネジ孔２１０と配管ＧＬ２’との間隔ｔ₂を１ｍｍ、基台２１２の面方向における配管ＧＬ２’の流路の長さα₂を２４ｍｍと仮定すると、図３に示した配管ＧＬ２’の流路の容積Ｖ_a’は、およそ０．２９６ｃｃとなる。

このように、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面の裏面に二次側バルブＦＶ２を配置し、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ２で接続することにより、本実施例のガス供給系１００は、流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２が基台２１２の同一の面に配置された従来のガス供給系よりも、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを接続する配管ＧＬ２を短くすることができる。これにより、本実施例のガス供給系１００は、従来のガス供給系よりも、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを接続する配管ＧＬ２の容積を小さくすることができる。

なお、図２では、流量制御器ＦＤ及び二次側バルブＦＶ２の配置が例示されているが、流量制御器ＦＤ及び一次側バルブＦＶ１の配置についても同様に、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面の裏面に一次側バルブＦＶ１が配置され、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１とが基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ１で接続される。

［ガス供給制御方法］
次に、比較例におけるガス供給制御方法について図４を参照しながら説明した後、本実施例におけるガス供給制御方法について図５を参照しながら説明する。図４は、比較例におけるガス流量の制御方法の一例を示す図である。図５は、実施例１におけるガス流量の制御方法の一例を示す図である。

図４（ａ）において、横軸は時間を示し、縦軸は一次側バルブＦＶ１、二次側バルブＦＶ２、及び制御バルブ２０１のそれぞれの制御状態を示す。図４（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は流量制御器ＦＤ内の圧力Ｐ_１及びＰ_２を示す。図４（ｃ）において、横軸は時間を示し、縦軸は二次側バルブＦＶ２に流れるガスの流量を示す。

比較例では、図４（ａ）に示す各バルブの開閉制御によりガス供給が制御される。各バルブは、ステップ１→ステップ２→ステップ３→ステップ２→ステップ３→・・・の順番で制御される。ステップ２及びステップ３は所定回繰り返される。

なお、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は、全開又は全閉の制御が可能である。一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２が「ＯＰＥＮ」のとき、そのバルブは全開であることを示す。また、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２が「ＣＬＯＳＥ」のとき、そのバルブは全閉であることを示す。制御バルブ２０１は、全開、全閉、及びその中間となる開度の制御が可能である。制御バルブ２０１が「制御中」のとき、制御回路２０２の制御により制御バルブ２０１の開度が制御され、開度に応じた流量のガスが処理装置１０１ａに供給される。制御バルブ２０１が「制御停止」のとき、制御バルブ２０１は全閉の状態となり、処理装置１０１ａへのガス供給は停止する。

図４（ａ）に示した各ステップにおける各バルブの状態を以下に示す。
（ステップ１）
ステップ１では、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は全閉に制御され、制御バルブ２０１の制御は停止され、処理装置１０１ａへのガス供給は停止している。
（ステップ２）
ステップ２では、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は全開に制御され、その後制御バルブ２０１が制御中になり、処理装置１０１ａへガスが供給される。
（ステップ３）
ステップ３では、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は全閉に制御され、その後制御バルブ２０１の制御が再び停止され、処理装置１０１ａへのガス供給が停止する。

なお、一次側バルブＦＶ１と二次側バルブＦＶ２の開閉動作の順序は、同時でもよいし、二次側バルブＦＶ２が開動作を行ってから所定の時間経過後に、一次側バルブＦＶ１が開動作を行ってもよい。また、ステップ２では、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２の開動作完了後に制御バルブ２０１の制御が行われる。従って、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２の開動作が完了した後、所定時間Ｔの経過後に制御バルブ２０１の制御動作が開始する。本実施例において、所定時間Ｔは例えば２００ミリ秒であるが、これに限らない。

次に、上記各ステップにおける各バルブの制御に対して、図４（ｂ）に示す流量制御器ＦＤ内の圧力Ｐ_１及びＰ_２、ならびに、図４（ｃ）に示す二次側バルブＦＶ２に流れるガスの流量について説明する。

処理装置１０１ａへのガス供給の停止前には臨界膨張圧力条件Ｐ_１＞２×Ｐ_２が満たされていたので、ステップ１において処理装置１０１ａへのガス供給が停止した後、配管２０７と配管２０８との間では、平衡状態になろうとオリフィス２０５を介してガスの移動が起きる。そのため、図４（ｂ）に示すように配管２０７内の圧力Ｐ_１は徐々に低下し、配管２０８内の圧力Ｐ_２は徐々に上昇する。また、ステップ１では二次側バルブＦＶ２が全閉に制御されているため、図４（ｃ）に示すように二次側バルブＦＶ２にガスは流れない。

ステップ２では、まず、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２が全開に制御される。これにより、図４（ｂ）に示すように流量制御器ＦＤの圧力Ｐ_１及びＰ_２は一旦低下し、図４（ｃ）に示すように二次側バルブＦＶ２には、配管２０７、配管２０８、及び配管ＧＬ２内に残留したガスが流れる。そして、所定時間Ｔが経過した後、図４（ａ）に示すように、流量制御器ＦＤ内の制御バルブ２０１が制御を開始するため、図４（ｂ）に示す流量制御器ＦＤの圧力Ｐ_１は上昇し、二次側バルブＦＶ２には、所望の流量のガスが流れるようになる。

そして、制御バルブ２０１により、図４（ｂ）に示すように配管２０７内の圧力Ｐ_１と、配管２０８内の圧力Ｐ_２が一定に制御され、図４（ｃ）に示すように二次側バルブＦＶ２を通過するガス流量は一定に制御される。つまり、制御バルブ２０１が制御中になると、チャンバＣへ供給されるガスの流量が所定の量に制御される。

ステップ３では、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２が全閉に制御された後、制御バルブ２０１は全閉の状態となり、処理装置１０１ａへのガス供給が停止する。これにより、配管２０７と配管２０８との間では、平衡状態になろうとオリフィス２０５を介してガスの移動が起きる。この結果、図４（ｂ）に示すように、配管２０７の圧力Ｐ_１は低下し、配管２０８の圧力Ｐ_２は上昇する。また、ステップ３では、二次側バルブＦＶ２が全閉に制御されているため、図４（ｃ）に示すように二次側バルブＦＶ２にガスは流れない。

図６は、実施例１及び比較例におけるガスの発光強度の一例を示す図である。チャンバＣ内に供給されるガスの流量の時間的変化は、チャンバＣ内のガスの発光強度により観測することができる。チャンバＣ内のガスの発光強度が高くなるとガスの流量が増加しており、チャンバＣ内のガスの発光強度が低くなるとガスの流量が低下している。

比較例では、図４（ａ）のステップ２に示すように、（１）一次側バルブＦＶ１と二次側バルブＦＶ２とが全開の状態になり、（２）その後制御バルブ２０１が制御中になる。比較例では、二次側バルブＦＶ２が開いた時点で処理装置１０１ａへのガス供給が開始される。よって、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２が全開に制御されてから制御バルブ２０１が制御中になるまでの所定時間Ｔにおいて、図４（ａ）に示す一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２の間の配管内に残留したガスが二次側バルブＦＶ２を流れ、チャンバＣ内に供給される。制御バルブ２０１が制御を開始すると、所定流量に制御されたガスが二次側バルブＦＶ２を流れ、チャンバＣに供給される。このようにして比較例では、ステップ２において上記（１）及び（２）の２段階の制御により、チャンバＣ内に供給されるガス流量は、図６の２段階Ｉ１及びＩ２の立ち上がりが生じた後、所定の流量に制御される。

図６に示した、制御バルブ２０１が制御を開始する前の１段目Ｉ１のガスの流量の立ち上がりの高さ及び傾きは、流量制御器ＦＤ内に残留しているガスにより決定される。この残留ガスの状態は、今回のガスの供給が開始される直前の流量制御器ＦＤの使用状態や流量制御器ＦＤの個体差によって異なる。このため、１段目Ｉ１のガスの流量の立ち上がりを完全に管理することは困難である。よって、特に１段目Ｉ１の発光強度の波形、すなわち１段目Ｉ１のガスの流量の制御を完全に管理することは二段目Ｉ２のガス流量の制御よりも難しい。

ガスの流量の１段目Ｉ１の立ち上がりを解消するための方法の一つとして、処理装置１０１ａへのガス供給を停止している間の配管２０７内の圧力Ｐ１の変動を小さくする方法がある。その方法を実現する手段の一つが、本実施例におけるガス供給制御方法である。

本実施例におけるガス供給制御方法では、一次側バルブＦＶ１を全開に制御し、二次側バルブＦＶ２に開閉動作によりガスの流量の制御を行う。これにより、チャンバＣ内に供給されるガスの流量に前述の２段階Ｉ１及びＩ２の立ち上がりが生じるような、チャンバＣ内におけるガス供給時の急峻な変化を抑制することができる。

具体的には、本実施例におけるガス供給制御方法では、図５（ａ）に示すように各バルブを制御する。各ステップにおける各バルブの状態を以下に示す。
（ステップ１）
ステップ１では、一次側バルブＦＶ１は全開に制御され、制御バルブ２０１は制御中である。二次側バルブＦＶ２は全閉に制御され、処理装置１０１ａへのガス供給は停止している。
（ステップ２）
ステップ２では、一次側バルブＦＶ１は継続して全開に制御され、制御バルブ２０１は制御中のまま維持される。二次側バルブＦＶ２は全開に制御され、処理装置１０１ａへガスが供給される。
（ステップ３）
ステップ３では、一次側バルブＦＶ１は継続して全開に制御され、制御バルブ２０１は制御中のまま維持される。二次側バルブＦＶ２は全閉に制御され、処理装置１０１ａへのガス供給は停止する。

上記各ステップにおける各バルブの制御に対して、図５（ｂ）に示す流量制御器ＦＤ内の圧力Ｐ_１及びＰ_２、ならびに、図５（ｃ）の二次側バルブＦＶ２に流れるガスの流量について説明する。本実施例では、全てのステップにおいて一次側バルブＦＶ１は継続して全開に制御され、制御バルブ２０１は制御中に維持される。このため、配管２０７内の圧力Ｐ_１はほぼ一定になる。

また、本実施例では、配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２及び二次側バルブＦＶ２に流れるガスの流量は、二次側バルブＦＶ２の開閉に応じて変動する。すなわち、図５（ａ）に示す本実施例のステップ１では二次側バルブＦＶ２が閉状態にあるため、図５（ｂ）に示すように配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２は高くなり、配管２０７内の圧力Ｐ_１と同じ圧力に到達すると、その圧力に維持される。また、ステップ１では二次側バルブＦＶ２が全閉に制御されているため、図５（ｃ）に示すように二次側バルブＦＶ２にガスは流れない。

ステップ２では二次側バルブＦＶ２が全開に制御され、これに応じて図５（ｂ）に示すように配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２は低くなり、所定の圧力に維持される。また、図５（ｃ）に示すように二次側バルブＦＶ２に所定の流量のガスが流れる。ステップ３では、再び二次側バルブＦＶ２が全閉に制御され、図５（ｂ）に示すように配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２は高くなり、配管２０７内の圧力Ｐ_１と同じ圧力に到達するとその圧力に維持される。ステップ３では二次側バルブＦＶ２が全閉に制御されているため、図５（ｃ）に示すように二次側バルブＦＶ２にガスは流れない。

このように、本実施例では、一次側バルブＦＶ１が継続して全開に制御され、かつ、制御バルブ２０１が継続して制御中とされる。そのため、流量制御器ＦＤ内に制御できないガスが残らず、二次側バルブＦＶ２の開閉に追従したガス流量の制御が可能となる。これにより、二次側バルブＦＶ２の開閉に応じて二次側バルブＦＶ２を流れるガス流量はほぼ一定になり、制御された流量のガスがチャンバＣへ供給される。

以上に説明したように、本実施例におけるガス供給制御方法は、一次側バルブＦＶ１を常に全開に制御し、かつ、制御バルブ２０１を常に制御中とする。これにより、二次側バルブＦＶ２を全開に制御し、処理装置１０１ａへのガス供給を開始したときにコンダクタンスを絞っているオリフィス２０５の下流側に存在する一部のガスは、オリフィス２０５を介さずにスムーズにチャンバＣ内に供給される。これにより、処理装置１０１ａへのガス供給が開始されると直ぐにガスがチャンバＣ内に供給され、この結果、比較例において発生していたようなガスの流量の２段階の立ち上がりを解消することができる。

しかしながら、上記のガス供給制御方法では、配管２０７内の圧力Ｐ_１並びに配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２の変動が起こらなくなる訳ではない。例えば、非常に短い周期で二次側バルブＦＶ２の開閉を繰り返した場合には、配管２０７内の圧力Ｐ_１並びに配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２が平衡状態に達しないため、２段階での立ち上がりが発生する場合がある。

そこで、本実施例では、上記のガス供給制御方法を実行する流量制御器ＦＤにおいて、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を適正化する。このようにして容積Ｖ_１及びＶ_２の容積比Ｖ_１／Ｖ_２が適正化された流量制御器ＦＤを用いて、本実施例のガス供給制御方法を実行することで、残留ガスに起因するガス流量の２段階での立ち上がりを完全に回避することができる。以下、容積Ｖ_１及びＶ_２の容積比Ｖ_１／Ｖ_２の適正化について説明する。

［ガス供給管の容積比の適正化］
本実施例では、流量制御器ＦＤ内の制御バルブ２０１、オリフィス２０５、及び二次側バルブＦＶ２の配置を変えて、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を適正化する。具体的には、配管２０７の容積Ｖ_１が、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２の９倍以上となるように、制御バルブ２０１及び二次側バルブＦＶ２の配置を変更する。なお、以下の説明では、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が３／２となる構成の流量制御器ＦＤを比較例として用いる。

例えば、配管２０７内の圧力Ｐ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２とが、臨界膨張圧力条件Ｐ_１＞２×Ｐ_２を概ね満足することを条件として、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を３／２に設定する場合を考える。この場合、処理装置１０１ａへのガス供給を停止した後、つまり、制御バルブ２０１及び二次側バルブＦＶ２を全閉に制御した後の配管２０７内の圧力Ｐ_１、及び配管２０８内の圧力Ｐ_２の変化は、例えば図７のようになる。図７は、比較例におけるオリフィス２０５周辺の配管の圧力変化の一例を示す図である。図７では、配管２０７内の圧力Ｐ_１の変動は大きく、安定するまでに時間がかかっている。この結果、処理装置１０１ａへのガス供給の開始及び停止の制御中に変動後の圧力Ｐ_１に相当するガスのピークが発生し、ガスの流量制御が困難になる。また、ガスの流量を変更する場合、圧力Ｐ_１が安定するまでに時間がかかる。

一方、配管２０７内の圧力Ｐ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２とが、臨界膨張圧力条件Ｐ_１＞２×Ｐ_２を概ね満足することを条件として、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を９０／１に設定する場合を考える。この場合、処理装置１０１ａへのガス供給を停止した後、つまり、制御バルブ２０１及び二次側バルブＦＶ２を全閉に制御した後の配管２０７内の圧力Ｐ_１並びに配管２０８及び配管ＧＬ２内の圧力Ｐ_２の変化は、例えば図８のようになる。図８は、実施例１におけるオリフィス２０５周辺の配管の圧力変化の一例を示す図である。図８では、配管２０７内の圧力Ｐ_１はほぼ変動せず、直ちに安定することがわかる。また、これは処理装置１０１ａへのガス流量を変更する場合、圧力Ｐ_１が安定するまでの時間を短くできることを示している。

図６に示した本実施例の発光強度の曲線Ｉ３は、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２が９０／１に設定された流量制御器ＦＤを用いて測定したものである。これによれば、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を９０／１に設定することで圧力Ｐ_１が安定するまでの時間を短くできるために、処理装置１０１ａへのガス供給が開始された後、ガスはチャンバＣ内にスムーズに供給される。これにより、図６に示した比較例のようなガス流量の２段階の立ち上がりは発生しない。

［平衡状態の圧力Ｐ_１］
図９は、実施例１におけるオリフィス２０５周辺の配管の容積比と平衡圧力との関係の一例を示す図である。図９では、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を変化させた場合の、配管２０７内の圧力Ｐ_１の初期圧力に対する平衡状態の圧力の比率がプロットされている。上記に説明したように、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２が９０／１に設定されている場合の圧力Ｐ_１の平衡圧力／初期圧力は、図９のＲｅに示されるようにほぼ１００％に近い値を示す。図９に示すグラフにプロットされた具体的な値を例示すると、圧力Ｐ_１の平衡圧力／初期圧力は、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が１．５のとき６２％、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が３．０のとき７５％、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が９．０のとき９０％、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が１８．０のとき９５％、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が３０．０のとき９７％、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が９０．０のとき９９％である。

容積比Ｖ_１／Ｖ_２が９０／１に設定されている場合にチャンバＣ内でエッチング処理が行われたときのエッチングレートＥ／Ｒと、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が３／２に設定されている場合にチャンバＣ内でエッチング処理が行われたときのエッチングレートＥ／Ｒとの変動は２０％であった。

容積比Ｖ_１／Ｖ_２が９０／１に設定されており、かつ、図６の比較例に示す２段階Ｉ１及びＩ２の立ち上がりの波形が観測されないことが理想である。そのため、容積比Ｖ_１／Ｖ_２が９０／１に設定された場合からのエッチングレートＥ／Ｒの変動を５％以内に抑えるためには、初期圧力に対する平衡状態の圧力Ｐ_１の割合を９０％〜１００％にすることが好ましい。すなわち、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を９／１以上に設定すればよい。

つまり、図１０に示す容積比Ｖ_１：Ｖ_２が９：１以上の部分（図１０のドット及び斜線部分）になるように容積Ｖ_１及びＶ_２を設定すればよい。ここで、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を９／１以上にするためには、配管２０７の容積Ｖ_１を大きくするか、あるいは、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２を小さくすることが考えられる。配管２０７の容積Ｖ_１を大きくする場合、流量制御器ＦＤの小型化が困難になる場合がある。また、配管２０７の容積Ｖ_１が大きくなると、処理装置１０１ａに供給するガスを切り換えて処理を行うために配管２０７内に残留するガスを捨てる場合に、無駄に消費されるガスが増えることになる。

そのため、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を９／１以上にするためには、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２を小さくすることが、小型化及びガス消費の観点で好ましい。しかし、図３に示した従来のガス供給系のように、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを基台２１２の同一の面上に配置すると、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２と間を接続する配管ＧＬ２’が長くなる。配管ＧＬ２’を細くすれば、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２を小さくすることができるが、加工が難しい。そのため、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを基台２１２の同一の面上に配置する従来のガス供給系では、配管２０８及び配管ＧＬ２’の合計の容積Ｖ_２を小さくすることが難しい。

これに対して、本実施例のガス供給系１００では、例えば図２に示したように、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面の裏面に二次側バルブＦＶ２を配置し、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ２で接続する。これにより、従来のガス供給系よりも、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを接続する配管ＧＬ２を短くすることができ、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを接続する配管ＧＬ２の容積を小さくすることができる。従って、本実施例のガス供給系１００は、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２との容積比Ｖ_１／Ｖ_２を、容易に９／１以上にすることができる。さらに、配管２０７の容積Ｖ_１、及び、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２を小さくすることができるので、ガスを切り換えて処理を行う場合に、無駄に捨てられるガスを減らすことができる。

なお、流量制御器ＦＤや二次側バルブＦＶ２が取り付けられる基台２１２の厚さや、流量制御器ＦＤ内の配管２０８の物理的な加工の制限等により、容積比Ｖ_１：Ｖ_２は２００：１以下になるように、配管２０７の容積Ｖ_１と、配管２０８及び配管ＧＬ２の合計の容積Ｖ_２が設定されることが好ましい。実際には、容積比Ｖ_１：Ｖ_２が９：１以上、２００：１以下であって、容積Ｖ_１が０．０９〜２．０（ｃｃ）の範囲のときに容積Ｖ_２が０．０１〜０．２（ｃｃ）の範囲になるように、つまり図１０に示す領域Ａｒ内が容積Ｖ_１及びＶ_２の比率を設定する際の範囲としては好ましい。

以上に説明したように、本実施例では、流量制御器ＦＤ内のオリフィス２０５の下流側に設けられた二次側バルブＦＶ２の開閉動作で、チャンバＣへのガス供給及びガス供給停止の制御を行う。その際、流量制御器ＦＤに特有な構造によるガス停止時の圧力変化を緩和するために、オリフィス２０５から二次側バルブＦＶ２までの配管の容積Ｖ_２を、制御バルブ２０１からオリフィス２０５までの配管２０７の容積Ｖ₁よりも一桁以上小さくする。

これにより、流量制御器ＦＤを用いてチャンバＣ内に供給するガスを所定の流量まで速やかに立ち上げることができる。本実施例によれば、このようにガスの応答性を良くすることで、ガスの切換を高速に行うことが可能となる。つまり、本実施例における流量制御器ＦＤを用いたガス供給制御方法は、ガス供給及びガス供給停止を高速で繰り返すようなプロセス（Ｇａｓ Ｐｕｌｓｅ）に有効である。

また、本実施例では、ガスの応答性が向上するため、チャンバＣ内でガスの流量が安定するまでの時間を短縮でき、プロセスのスループットを向上させることができる。

ここで、図４（ａ）に示した所定時間Ｔが長くなると、チャンバＣへ供給されるガスの流量を安定させることができる。しかし、所定時間Ｔが長すぎると、ガス供給のバルブ開時間Ｓにおいて実際にガスが供給される時間が短くなる。その結果、所定時間Ｔが長くなるとエッチングレートが下がる。図１１は、実施例１における所定時間Ｔとエッチングレートとの関係の一例を示す図である。図１１の横軸は、ステップ２においてバルブが全開に制御されている時間Ｓに対する所定時間Ｔの比Ｔ／Ｓを示す。図１１の縦軸は、Ｔ／Ｓに対するエッチングレート（Ｅ／Ｒ）を示す。

図１１を参照すると、所定時間Ｔが長くなるほどエッチングレートが低くなることが分かる。（Ｓ−Ｔ）／Ｓが９０％よりも小さくなると、つまり、Ｔ／Ｓが０．１よりも大きくなると、エッチングレートの低下が無視できなくなる。よって、所定時間Ｔはステップ２においてバルブが全開に制御されている時間Ｓの１／１０以下であることが好ましい。

また、本実施例では、二次側バルブＦＶ２の制御によりガスの供給を開始した後、チャンバＣに供給されるガスの流量を素早く所望の流量に安定させることができる。このため、整合器１３０ａを事前に流量安定後のマッチングポジションに設定しておくことで、高周波電源１３０から出力される高周波電力の反射波を抑えることができ、処理装置１０１ａにおける処理の安定性を改善できる。

さらに、本実施例では、比較例のように制御困難なガスの流量変化は生じない。このため、流量制御器ＦＤの個体差や処理装置１０１ａの個体差によるチャンバＣ内へのガス供給のバラツキを吸収し、処理装置１０１ａにおいて処理を安定的に行うことができる。

［急速交互プロセス］
また、ガス供給及びガス供給の停止を高速で繰り返すようなプロセスの一例として、急速交互プロセスについて、図１２を参照しながら簡単に説明する。図１２は、実施例１のガス供給制御方法を用いた急速交互プロセスの一例を示すフローチャートである。図１２に示す本実施例のガス供給制御方法を用いた急速交互プロセスでは、エッチングプロセスとデポジションプロセスとが交互に、かつ急速に実行される。ただし、これは急速交互プロセスの一例であり、プロセスの種類はこれに限らない。なお、急速交互プロセスが実行されている間、一次側バルブＦＶ１は常に全開に制御され、かつ、制御バルブ２０１は常に制御中にされている。

図１２に示す処理が開始されると、まず、二次側バルブＦＶ２が全開に制御され、第１のガスが投入される（ステップＳ１０）。次に、高周波電力が印加され、第１のガスによりエッチングプロセスが実行される（ステップＳ１２）。次に、二次側バルブＦＶ２が全閉に制御される（ステップＳ１４）。

次に、二次側バルブＦＶ２が全開に制御され、第２のガスが投入される（ステップＳ１６）。次に、高周波電力が印加され、第２のガスによりデポジションプロセスが実行される（ステップＳ１８）。次に、二次側バルブＦＶ２が全閉に制御される（ステップＳ２０）。

次に、更なる急速交互プロセスのサイクルが必要か否かが判定され（ステップＳ２２）、更なる急速交互プロセスのサイクルが必要と判定された場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に戻りステップＳ１０〜Ｓ２２の処理が繰り返される。更なる急速交互プロセスのサイクルは不要であると判定された場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、本処理は終了する。

本実施例における急速交互プロセスによれば、二次側バルブＦＶ２の開閉の制御に追従して、所定流量のガスが速やかにチャンバＣ内に供給されるため、良好なプロセスを実現できる。また、ガスがチャンバＣに到達するまでの時間を考慮した制御を不要とすることができる。このように、特にガス供給及びガス供給の停止を高速で繰り返す急速交互プロセスにおいて、ガスの応答性が向上する本実施例のガス供給制御方法を有効に使用することができる。

ただし、図４（ａ）のステップ２においてバルブが全開に制御されている時間Ｓに対する所定時間Ｔの許容範囲については、図１１に示すように所定時間Ｔが長くなるほど（Ｔ／Ｓが大きくなるほど）エッチングレート（Ｅ／Ｒ）は低くなる。（Ｓ−Ｔ）／Ｓが９０％よりも小さくなると、つまり、Ｔ／Ｓが０．１よりも大きくなると、エッチングレートの低下が無視できなくなる。よって、所定時間Ｔはステップ２においてバルブが全開に制御されている時間Ｓの１／１０以下であることが好ましい。

［ガス供給系ＧＰ１の構成］
次に、実施例２について説明する。図１３は、実施例２におけるガス供給系ＧＰ１の一例を示す図である。図１３に示すガス供給系ＧＰ１は、第１機構ＧＭ１、第２機構ＧＭ２、及び第３機構ＧＭ３を備える。

第１機構ＧＭ１は、複数の統合部ＧＩを有する。本実施例では、第１機構ＧＭ１は、五つの統合部ＧＩを有する。ただし、統合部ＧＩの個数は任意である。第１機構ＧＭ１は、複数の統合部ＧＩの各々において選択されたガスを個別の配管から出力するように構成されている。

第１機構ＧＭ１は、複数の配管Ｌ１（第１の配管Ｌ１）、複数のバルブＶ１（第１のバルブＶ１）、及び複数の配管Ｌ２（第２の配管Ｌ２）を有する。複数の配管Ｌ１には、各々、複数のバルブＶ１が設けられている。複数の配管Ｌ１は、各々、複数のガス供給源ＧＳに接続されている。

本実施例では、複数のガス供給源ＧＳは、１４個のガス供給源ＧＳ、即ち、ガス供給源ＧＳ（１）〜ＧＳ（１４）を含む。ただし、ガス供給源ＧＳの個数は任意である。一例では、ガス供給源ＧＳ（１）〜ＧＳ（１４）は、それぞれ、Ｃ₂Ｆ₈ガスのソース、Ｃ₄Ｆ₆ガスのソース、Ｈｅガスのソース、ＣＦ₄ガスのソース、ＣＨ₄ガスのソース、ＣＯガスのソース、ＣＯＳガスのソース、Ｎ₂ガスのソース、ＮＦ₃ガスのソース、ＣＨＦ₃ガスのソース、Ａｒガスのソース、ＣＨ₂Ｆ₂ガスのソース、ＣＯ₂ガスのソースである。

複数の統合部ＧＩの各々は、複数の配管Ｌ２のうち一つの配管Ｌ２と、当該一つの配管Ｌ２から分岐して一以上のガス供給源ＧＳに接続する一以上の配管Ｌ１と、当該一以上の配管Ｌ１に設けられた一以上のバルブＶ１とを含む。各統合部ＧＩには、同時に用いられることのない一以上のガス供給源ＧＳが接続されている。各統合部ＧＩは、当該統合部ＧＩに接続されたガス供給源ＧＳのうち選択されたガス供給源ＧＳからのガスを供給することが可能である。

図１３に示す例では、ガスソースＧＳ（１）〜ＧＳ（３）に接続する三つの配管Ｌ１、これら配管Ｌ１に設けられた三つのバルブＶ１、及び、当該三つの配管Ｌ１が接続している一つの配管Ｌ２が一つの統合部ＧＩを構成している。また、ガス供給源ＧＳ（４）〜ＧＳ（６）に接続する三つの配管Ｌ１、これら配管Ｌ１に設けられた三つのバルブＶ１、及び、当該三つの配管Ｌ１が接続している一つの配管Ｌ２が一つの統合部ＧＩを構成している。また、ガス供給源ＧＳ（７）〜ＧＳ（８）に接続する二つの配管Ｌ１、これら配管Ｌ１に設けられた二つのバルブＶ１、及び、当該二つの配管Ｌ１が接続している一つの配管Ｌ２が一つの統合部ＧＩを構成している。また、ガス供給源ＧＳ（９）〜ＧＳ（１１）に接続する三つの配管Ｌ１、これら配管Ｌ１に設けられた三つのバルブＶ１、及び、当該三つの配管Ｌ１が接続している一つの配管Ｌ２が別の一つの統合部ＧＩを構成している。さらに、ガス供給源ＧＳ（１２）〜ＧＳ（１４）に接続する三つの配管Ｌ１、これら配管Ｌ１に設けられた三つのバルブＶ１、及び、当該三つの配管Ｌ１が接続している一つの配管Ｌ２が別の一つの統合部ＧＩを構成している。

第２機構ＧＭ２は、第１機構ＧＭ１の下流に設けられている。第２機構ＧＭ２は、複数の統合部ＧＩからの複数のガスを分配し、分配されたガスの流量を調整して出力するよう構成されている。

第２機構ＧＭ２は、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧ、及び、複数の配管Ｌ３（第３の配管Ｌ３）を有する。複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの個数は、後述する処理装置のガス吐出部と同数である。図１３に示す例では、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの個数は、三つである。ただし、流量制御ユニット群ＦＵＧの個数及びガス吐出部の個数は、複数であれば、任意の個数であってよい。

各流量制御ユニット群ＦＵＧは、複数の流量制御ユニットＦＵを含む。複数の流量制御ユニットＦＵの個数は配管Ｌ２の個数と同数である。各流量制御ユニットＦＵは、入力されたガスの流量を調整する。各流量制御ユニットＦＵは、一次側バルブＦＶ１、流量制御器ＦＤ、及び二次側バルブＦＶ２を有する。流量制御器ＦＤは、一次側バルブＦＶ１と二次側バルブＦＶ２との間に設けられる。

ここで、本実施例における流量制御器ＦＤは、例えば図１を用いて説明した圧力式流量制御装置（ＦＣＳ）である。また、各流量制御ユニットＦＵにおいて、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は、例えば図２を用いて説明したように、基台２１２上に配置される。また、各流量制御ユニットＦＵにおいて、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面２１２ａの裏側の面２１２ｂに配置される。また、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１との間は、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ１で接続され、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２との間は、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ２で接続される。

これにより、本実施例における各流量制御ユニットＦＵは、一次側バルブＦＶ１、二次側バルブＦＶ２、及び流量制御器ＦＤが基台２１２の同一の面に配置された場合に比べて、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１との間の配管ＧＬ１、及び、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２との間の配管ＧＬ２を短くすることができる。これにより、本実施例における各流量制御ユニットＦＵは、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１との間の配管ＧＬ１、及び、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２との間の配管ＧＬ２の容積を小さくすることが容易になる。なお、流量制御器ＦＤには、圧力式流量制御装置以外の他、流体の質量流量に基づいて流量の制御を行うマスフローコントローラ（ＭＦＣ）等が用いられてもよい。

複数の配管Ｌ３の各々は、対応する一つの配管Ｌ２からのガスを複数の流量制御ユニット群ＦＵＧに分配し、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの各々に含まれる１つの流量制御ユニットＦＵに供給するように構成されている。そのため、複数の配管Ｌ３の各々は、一つの配管から複数の配管に分岐している。一つの配管Ｌ３の分岐数は、流量制御ユニット群ＦＵＧの個数と同数となっている。

本実施例では、第２機構ＧＭ２は、複数の合流管ＭＬを更に有している。複数の合流管ＭＬは、流量制御ユニット群ＦＵＧ毎に、当該流量制御ユニット群ＦＵＧに含まれる複数の流量制御ユニットＦＵからのガスを合流させるように構成されている。そのため、各合流管ＭＬは、複数の配管から一つの配管に合流するように構成されている。各合流管ＭＬ内において合流する配管の個数は、配管Ｌ２の個数及び各流量制御ユニット群ＦＵＧ内の流量制御ユニットＦＵの個数と同数である。

第３機構ＧＭ３は、ガス供給系ＧＰ１の排気機構である。第３機構ＧＭ３は、排気管ＥＬ、複数の配管Ｌ４（第４の配管Ｌ４）、及び、複数のバルブＶ４（第４のバルブＶ４）を有している。

排気管ＥＬには、バルブＶ２（第２のバルブＶ２）及びバルブＶ３（第３のバルブＶ３）が設けられている。バルブＶ２は、排気管ＥＬの上流側に設けられており、バルブＶ３は排気管ＥＬの下流側に設けられている。排気管ＥＬは、その上流側において、バルブＶ２を介してパージガスのガス供給源ＧＳＰに接続されている。パージガスは、例えばＮ₂ガス等の不活性ガスである。また、排気管ＥＬは、その下流側においてバルブＶ３を介して、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の排気装置に接続されている。本実施例において、排気管ＥＬは、ターボ分子ポンプとドライポンプとの間の配管に接続される。なお、後述するように、本実施例の処理システムでは、処理容器にターボ分子ポンプが接続され、当該ターボ分子ポンプの下流にドライポンプが設けられ得る。

配管Ｌ４は各々、排気管ＥＬと複数の配管Ｌ２とを接続している。各配管Ｌ４には、バルブＶ４が設けられている。

本実施例において、排気管ＥＬには圧力計ＰＭが接続されている。圧力計ＰＭは排気管ＥＬ内の流路の圧力を計測する。本実施例において、圧力計ＰＭは、バルブＶ３の上流側、即ち、バルブＶ３よりもバルブＶ２側において排気管ＥＬに接続されている。また、圧力計ＰＭは、バルブＶ３よりも上流、且つ、複数の配管Ｌ４と排気管ＥＬとの接続箇所よりも下流に設けられ得る。

本実施例のガス供給系ＧＰ１によれば、バルブＶ２、バルブＶ３、及び全てのバルブＶ４を閉じ、各統合部ＧＩのバルブＶ１のうち所望のガスのガス供給源ＧＳに接続された一つのバルブＶ１を開き、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの複数の流量制御ユニットＦＵにより流量を調整することにより、所望のガスを所望の流量で各合流管ＭＬから後述する処理装置へ供給することができる。

また、ガス供給系ＧＰ１から処理装置へ供給されるガスを変更する場合には、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの複数の流量制御ユニットＦＵを停止させ、全てのバルブＶ１を閉じ、バルブＶ２、バルブＶ３、及び全てのバルブＶ４を開くことにより、バルブＶ１から各流量制御ユニットＦＵまでの流路内に残留するガスを、排気管ＥＬを介して高速に排気することができる。なお、本実施例において、各流量制御ユニットＦＵ内の流量制御器ＦＤは、圧力制御式の流量制御器であるため、全てのバルブＶ１を閉じ、バルブＶ２、バルブＶ３、及び全てのバルブＶ４を開くときに、各流量制御ユニットＦＵ内の一次側バルブＦＶ１を開くことにより、流量制御ユニットＦＵの内部においてオリフィスの上流側のガスライン内に残留するガスも高速に排気することができる。

次いで、バルブＶ２、バルブＶ３、及び全てのバルブＶ４を閉じ、各統合部ＧＩのバルブＶ１のうち所望のガスのガス供給源ＧＳに接続された一つのバルブＶ１を開き、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの複数の流量制御ユニットＦＵにより流量を調整することにより、変更されたガスを処理装置へ供給することが可能となる。このように、ガス供給系ＧＰ１は、ガス供給系ＧＰ１の流路内のガスを高速に、即ち、短時間で置換することが可能である。

［処理システム１０ｂの全体構成］
次に、本実施例の処理システムの一例について説明する。図１４は、実施例２における処理システム１０ｂの一例を示す図である。図１４に示す処理システム１０ｂは、処理装置１０１ｂと、図１３を用いて説明したガス供給系ＧＰ１とを備える。本実施例において、処理装置１０１ｂは、例えば容量結合型プラズマエッチング装置である。以下では、処理装置１０１ｂをリアクタ部と呼ぶ場合がある。

処理装置１０１ｂは、略円筒形状の処理容器１２を備える。処理容器１２は、例えば、アルミニウムから構成されており、その内壁面には陽極酸化処理が施されている。また、処理容器１２は、保安接地されている。また、処理容器１２の側壁には半導体ウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられている。搬入出口１２ｇは、ゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

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

載置台ＰＤは、その上面において半導体ウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有する。下部電極ＬＥは、略円盤形状の第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含む。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウム等の金属で構成されている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造である。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により半導体ウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、半導体ウエハＷを保持することができる。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、半導体ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料で構成されており、例えば、石英で構成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、チラーユニットから供給された冷媒が循環する。チラーユニットにより冷媒流路２４内を循環する冷媒の温度を制御することで、静電チャックＥＳＣによって保持された半導体ウエハＷの温度が所定の温度に制御される。

また、処理装置１０１ｂには、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構から供給されたＨｅガス等の伝熱ガスを、静電チャックＥＳＣの上面と半導体ウエハＷの裏面との間に供給する。

また、処理装置１０１ｂには、加熱素子であるヒータＨＴが設けられている。ヒータＨＴは、例えば第２プレート１８ｂ内に埋め込まれている。ヒータＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給されることにより、載置台ＰＤの温度が調整され、当該載置台ＰＤ上に載置された半導体ウエハＷの温度が所定の温度に制御される。なお、ヒータＨＴは、静電チャックＥＳＣ内に設けられてもよい。

また、処理装置１０１ｂは、上部電極３０を備える。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向するように配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。上部電極３０と下部電極ＬＥとの間の空間は、半導体ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓである。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。本実施例において上部電極３０は、鉛直方向において、載置台ＰＤの上面、即ち、半導体ウエハＷが載置される載置面からの距離が変更できるように構成され得る。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は処理空間Ｓに面している。電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。本実施例において、電極板３４は、例えばシリコンで構成されている。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウム等の導電性材料で構成され得る。電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、複数のガス拡散室３６ａが設けられている。複数のガス拡散室３６ａは、載置台ＰＤ上に載置された半導体ウエハＷの中心、即ち、載置台ＰＤの中心を通って鉛直方向に延びる軸線を中心として、略同心状に設けられている。図１４に示すように、複数のガス拡散室３６ａには、それぞれ、ガス供給系ＧＰ１が有する複数の合流管ＭＬのいずれかが接続されている。

図１４に示す例では、複数のガス拡散室３６ａは、三つのガス拡散室、即ち、ガス拡散室３６ａ（１）、ガス拡散室３６ａ（２）、及びガス拡散室３６ａ（３）を含む。ガス拡散室３６ａ（１）は、上述した軸線上に設けられており、鉛直方向から視たときに略円形の平面形状を有し得る。ガス拡散室３６ａ（２）は、ガス拡散室３６ａ（１）の外側に環状に延在している。また、ガス拡散室３６ａ（３）は、ガス拡散室３６ａ（２）の外側に環状に延在している。

図１４に示すように、電極支持体３６には、各ガス拡散室３６ａと当該ガス拡散室３６ａの下方に延在する複数のガス吐出孔３４ａとを接続する複数の連通孔３６ｂが形成されている。本実施例における上部電極３０は、ガス供給系ＧＰ１から供給されたガスを、処理装置１０１ｂの処理空間Ｓ内に供給するシャワーヘッドＳＨとして機能する。

シャワーヘッドＳＨでは、一つのガス拡散室３６ａと当該ガス拡散室３６ａに接続された複数のガス吐出孔３４ａが一つのガス吐出部を構成している。従って、シャワーヘッドＳＨは複数のガス吐出部を提供している。これら複数のガス吐出部からは、処理容器１２内の異なる複数のゾーンに向けて、即ち、半導体ウエハＷの径方向の異なる領域に向けて、ガスを供給することができる。

また、本実施例の処理装置１０１ｂでは、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

処理容器１２の底部側、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート４８の下方の処理容器１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０及び排気装置５１が接続されている。本実施例において、排気装置５０は、例えばターボ分子ポンプであり、排気装置５１は、例えばドライポンプである。排気装置５０は、排気経路に対して、排気装置５１よりも上流側に設けられている。排気装置５０と排気装置５１との間の配管には、ガス供給系ＧＰ１の排気管ＥＬが接続されている。排気装置５０と排気装置５１との間に排気管ＥＬが接続されることにより、排気管ＥＬから処理容器１２内へのガスの逆流が抑制される。

また、処理装置１０１ｂは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備える。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生させる電源である。第１の高周波電源６２は、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生させる。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

第２の高周波電源６４は、半導体ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生させる電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３．２ＭＨｚの高周波バイアス電力を発生させる。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

また、処理装置１０１ｂは、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、処理装置１０１ｂの各部を制御する。具体的には、制御部Ｃｎｔは、後述する運用方法で処理装置１０１ｂを動作させるよう、処理装置１０１ｂの各部を制御する。

処理装置１０１ｂは、ガス供給系ＧＰ１から処理容器１２内に供給されたガスを励起させて、プラズマを発生させることができる。そして、処理装置１０１ｂは、プラズマにより発生した活性種によって半導体ウエハＷを処理することができる。また、半導体ウエハＷの処理に用いられるガスは、ガス供給系ＧＰ１によって高速に切り換えて処理容器１２内に供給される。従って、異なるプラズマ処理を半導体ウエハＷに対して交互に行うプロセス等において、プロセスのスループットを高めることが可能である。

以下、本実施例における処理システム１０ｂの運用方法について説明する。図１５は、実施例２における処理システム１０ｂの運用方法の一例を示すフローチャートである。図１５に示す運用方法ＭＴ１は、ガス供給系ＧＰ１内のガスを排気するための幾つかの工程を含む。また、運用方法ＭＴ１は、ガス供給系ＧＰ１内のガスを置換して処理装置１０１ｂの処理容器１２内に順次異なるガスを供給することにより、半導体ウエハＷに対して異なるプラズマ処理を行うことが可能である。図１５には、ガス供給系ＧＰ１内のガスを排気して、その後にガスを処理容器１２内に供給する運用方法の手順が示されている。

運用方法ＭＴ１は、例えば図１５に示すように、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４において、ガス供給系ＧＰ１内のガスを排気する。工程ＳＴ１では、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの全ての流量制御ユニットＦＵが停止される。続く工程ＳＴ２では、全てのバルブＶ１が閉じられる。これにより、全てのガス供給源ＧＳからのガス供給系ＧＰ１内へのガス供給が停止する。続く工程ＳＴ３においてバルブＶ２、バルブＶ３、及び全てのバルブＶ４が開かれ、更に、各流量制御ユニットＦＵの一次側バルブＦＶ１が開かれる。これにより、全てのバルブＶ１から全ての流量制御ユニットＦＵまでの間の配管に残留するガスが排気管ＥＬを介して排気される。

続く工程ＳＴ４では、圧力計ＰＭにより排気管ＥＬ内の流路の圧力が計測される。工程ＳＴ４では、排気管ＥＬ内の流路の圧力が閾値以下であるか否かが判定される。閾値は、例えば５００ｍＴｏｒｒ（６６．６６Ｐａ）である。排気管ＥＬ内の流路の圧力が閾値より大きい場合には、排気が継続される。一方、排気管ＥＬ内の流路の圧力が閾値以下である場合には、ガス供給系ＧＰ１の排気が完了したものと判定され、続く工程ＳＴ５が実行される。

続く工程ＳＴ５では、バルブＶ２、バルブＶ３、及び全てのバルブＶ４が閉じられる。続く工程ＳＴ６では、複数のバルブＶ１のうち所望のガスのガス供給源ＧＳに接続された一つのバルブＶ１が開かれる。続く工程ＳＴ７では、複数の流量制御ユニットＦＵによってガスの流量が調整される。これにより、処理装置１０１ｂの処理容器１２内に所望のガスが供給される。そして、処理装置１０１ｂの処理容器１２内において、ガス供給系ＧＰ１から供給されたガスのプラズマが生成され、プラズマに含まれる活性種によって半導体ウエハＷに所定の処理Ｗが施される。

続く工程ＳＴ８では、半導体ウエハＷに対する処理が終了したか否かが判定される。半導体ウエハＷに対する処理が終了していない場合、即ち、異なるガスによる更なる処理が行われる場合には、工程ＳＴ１から工程ＳＴ７の処理が繰り返される。一方、工程ＳＴ８において処理が終了していると判定された場合には、運用方法ＭＴ１が終了する。なお、工程ＳＴ１から工程ＳＴ８の処理は、処理装置１０１ｂの各部が制御部Ｃｎｔからの制御に基づいて動作することにより実現される。

図１５に示した運用方法ＭＴ１によれば、処理装置１０１ｂに供給されるガスを変更する際に、ガス供給系ＧＰ１内の配管に残留するガスを高速に排気することができる。これにより、ガス供給系ＧＰ１から供給されるガスを変更する際に、ガス供給系ＧＰ１内のガスの置換に要する時間を低減させることが可能となる。その結果、異なるガスを順次用いるプロセスを高いスループットで実現することが可能となる。

ここで、本実施例における流量制御器ＦＤは、例えば図１に示したような構成の圧力制御式の流量制御器ＦＤである。圧力制御式の流量制御器ＦＤでは、例えば、流量の制御対象となるガスを切り換える場合には、流量制御器ＦＤ内のガスライン（図１に示した配管ＧＬ１、配管２０６、配管２０７、配管２０８、及び配管ＧＬ２）内のガスが排気されるまで待機する必要がある。ガスの流量を大流量から小流量に切り換える場合にも、流量制御器ＦＤのガスライン内が所定の圧力以下となるまでガスの排気を待機する必要がある。

一次側バルブＦＶ１が閉じられている場合には、オリフィス２０５の上流側のガスライン（図１に示した配管ＧＬ１、配管２０６、及び配管２０７）内のガスは、オリフィス２０５を介して、処理装置１０１ｂ内に流れ、処理容器１２に接続された排気装置５０及び排気装置５１から排気されることになる。オリフィス２０５からのガスの流出には時間がかかるため、オリフィス２０５の上流側のガスラインに残留するガスが排気されるまでには非常に長い時間（以下、「待機時間」という）が必要となる。

この待機時間を削減するために、オリフィス２０５の上流側のガスラインの容積を小さくすることが考えられるが、加工が難しい場合がある。また、実施例１で説明したように、ガス流量の制御性向上の観点からは、オリフィス２０５の上流側のガスラインの容積Ｖ₁を、オリフィス２０５の下流側のガスラインの容積Ｖ₂に比べて１桁以上大きくすることが好ましい。そのため、オリフィス２０５の上流側のガスラインの容積Ｖ₁を小さくした場合には、オリフィス２０５の下流側のガスラインの容積Ｖ₂をさらに小さくする必要があり、オリフィス２０５の下流側のガスラインの加工が困難になる。

そこで、本実施例では、流量の制御対象となるガスを切り換える場合、図１５の工程ＳＴ３に示したように、一次側バルブＦＶ１を開くことにより、オリフィス２０５の上流側のガスラインに残留するガスを、排気管ＥＬを介して排気する。これにより、流量の制御対象となるガスを切り換える場合の待機時間を削減することができる。従って、ガスを切り換えながら異なるプラズマ処理を半導体ウエハＷに対して交互に行うプロセス等において、プロセスのスループットを高めることが可能となる。

［配管の容積と排気に要する時間との関係］
ここで、図１３に示したガス供給系ＧＰ１において、各配管Ｌ２及び各配管Ｌ３の容積と、各配管Ｌ２及び各配管Ｌ３に残留するガスの排気に要する時間との関係を調べるための実験を行った。図１６は、実験系の一例を示す図である。実験に用いた実験系は、例えば図１６に示すように、複数のガス供給源（ガスＩｎ（Ｇｒ１）〜ガスＩｎ（Ｇｒ５））のそれぞれが、バルブＶ１を介して流量制御ユニットＦＵに接続されている。また、バルブＶ１と流量制御ユニットＦＵの一次側バルブＦＶ１との間の配管は、バルブＶ４を介して排気管ＥＬに接続されている。排気管ＥＬには、バルブを介して圧力計ＰＭが接続される。また、排気管ＥＬには、ガス供給系ＧＰ１の排気管ＥＬの容積を模擬するためのＴａｎｋを介してドライポンプ及びターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）に接続されている。バルブＶ１と一次側バルブＦＶ１との間の配管は、図１４に示したガス供給系ＧＰ１における配管Ｌ２及び配管Ｌ３に相当する。実験では、図１６に示した実験系を用いて、バルブＶ４を開いた場合の排気管ＥＬの圧力及びＴＭＰの背圧を測定した。なお、実験では、各流量制御ユニットＦＵの一次側バルブＦＶ１及び流量制御器ＦＤ内の制御バルブ２０１は開かれており、二次側バルブＦＶ２は閉じられている。

［実験結果］
図１７は、実験結果の一例を示す図である。図１７において、横軸は時間を示し、縦軸は排気管ＥＬ内の圧力またはＴＭＰの背圧を示す。図１７において、Ｐ_e5は、ガスＩｎ（Ｇｒ１）〜ガスＩｎ（Ｇｒ５）の配管に接続された全てのバルブＶ４を開いた場合の排気管ＥＬ内の圧力の時間変化を示している。Ｐ_e3は、ガスＩｎ（Ｇｒ１）〜ガスＩｎ（Ｇｒ３）の配管に接続された３つのバルブＶ４を開いた場合の排気管ＥＬ内の圧力の時間変化を示している。Ｐ_e1は、ガスＩｎ（Ｇｒ１）の配管に接続された１つのバルブＶ４を開いた場合の排気管ＥＬ内の圧力の時間変化を示している。

また、図１７において、Ｐ_b5は、ガスＩｎ（Ｇｒ１）〜ガスＩｎ（Ｇｒ５）の配管に接続された全てのバルブＶ４を開いた場合のＴＭＰの背圧の時間変化を示している。Ｐ_b3は、ガスＩｎ（Ｇｒ１）〜ガスＩｎ（Ｇｒ３）の配管に接続された３つのバルブＶ４を開いた場合のＴＭＰの背圧の時間変化を示している。Ｐ_b1は、ガスＩｎ（Ｇｒ１）の配管に接続された１つのバルブＶ４を開いた場合のＴＭＰの背圧の時間変化を示している。

図１７に示した実験結果において、バルブＶ４を開くと、排気管ＥＬ内の圧力は一時的に４５００Ｔｏｒｒまで上昇し、その後１０Ｔｏｒｒ以下にまで下降する。バルブＶ４を開いてから排気管ＥＬ内の圧力が１０Ｔｏｒｒまで下がるのに要する時間は、Ｐ_e1では約０．５秒、Ｐ_e3では約０．８秒、Ｐ_e5では約０．９秒であった。図１７の実験結果によれば、排気対象の配管の数が多くなると、即ち、排気対象の配管の合計の容積が大きくなると、排気管ＥＬ内の圧力が所定の圧力以下になるまでに要する時間が長くなる傾向にあることが分かる。

また、図１７に示した実験結果において、ＴＭＰの背圧のピークは、Ｐ_b1では約３．０Ｔｏｒｒ、Ｐ_b3では約２．５Ｔｏｒｒ、Ｐ_b5では約１．１Ｔｏｒｒであった。図１７の実験結果によれば、排気対象の配管の合計の容積が大きくなると、ＴＭＰの背圧のピークが上昇する傾向にあることが分かる。

図１７に示した実験結果によれば、排気対象となる配管の容積を小さくすることにより、排気時間を短縮することができると共に、ＴＭＰの背圧のピークを抑えることができることが分かる。

そこで、本実施例のガス供給系ＧＰ１内の各流量制御ユニットＦＵでは、例えば図２を用いて説明したように、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２を、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面２１２ａの裏側の面２１２ｂに配置し、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１とを、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ１で接続し、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２とを、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ２で接続する。これにより、残留ガスの排気対象となる配管の一部を構成する配管ＧＬ１及び配管ＧＬ２の容積を小さくすることができる。従って、残留ガスの排気対象となる配管の容積を小さくすることが可能となり、排気時間の短縮及びＴＭＰの背圧のピークの抑制が可能となる。さらに、配管の容積を小さくすることができるため、ガスを切り換えて処理を行う場合に、無駄に捨てられるガスを減らすことができる。

なお、本実施例では、ガス供給系ＧＰ１を構成する複数の要素機器の一例である一次側バルブＦＶ１、流量制御器ＦＤ、及び二次側バルブＦＶ２について、一部の要素機器を、基台２１２の一方の面２１２ａに配置し、他の一部の要素機器を、一部の要素機器が配置された面２１２ａの裏面である他方の面２１２ｂに配置し、一部の要素機器と、他の一部の要素機器とを、基台２１２を貫通する直線状の配管で接続した。しかし、基台２１２のそれぞれの面に別々に配置される要素機器は、一次側バルブＦＶ１、流量制御器ＦＤ、及び二次側バルブＦＶ２に限られず、図１３に示したガス供給系ＧＰ１を構成する他の要素機器についても、基台２１２のそれぞれの面に別々に配置し、それぞれの面に配置された要素機器を、基台２１２を貫通する直線状の配管で接続するようにすることが好ましい。これにより、排気時間のさらなる短縮及びＴＭＰの背圧のピークのさらなる抑制が可能となる。また、ガスを切り換えて処理を行う場合に、無駄に捨てられるガスをさらに減らすことができる。

［配管の長さと処理装置１０１ｂ内の圧力との関係］
図１８は、配管の長さ毎の処理容器１２内の圧力変化の一例を示す図である。図１８（ａ）は、ガス供給系ＧＰ１から処理装置１０１ｂの処理容器１２内へガスの供給が開始されてからの処理容器１２内の圧力変化の実験結果を示す。図１８（ｂ）は、ガス供給系ＧＰ１から処理装置１０１ｂの処理容器１２内へのガス供給が停止して処理容器１２内が排気される場合の処理容器１２内の圧力変化の実験結果を示す。また、図１８において、Ｐ₁₁は、ガス供給系ＧＰ１内の流量制御器ＦＤから処理装置１０１ｂまでの配管長が０．５ｍの場合の処理容器１２内の圧力変化を示し、Ｐ₂₂は、ガス供給系ＧＰ１内の流量制御器ＦＤから処理装置１０１ｂまでの配管長が３．０ｍの場合の処理容器１２内の圧力変化を示す。

図１８（ａ）を参照すると、０．５ｍの配管を用いた場合の圧力Ｐ₁₁は、３．０ｍの配管を用いた場合の圧力Ｐ₂₂よりも、約０．１〜０．２秒早く上昇していることが分かる。また、１８（ｂ）を参照すると、０．５ｍの配管を用いた場合の圧力Ｐ₁₁は、３．０ｍの配管を用いた場合の圧力Ｐ₂₂よりも、約１秒早く下降していることが分かる。このように、ガス供給系ＧＰ１内の流量制御器ＦＤから処理装置１０１ｂまでの配管を短くすることにより、処理容器１２内の圧力の応答特性を向上させることができる。

ここで、本実施例のガス供給系ＧＰ１内の各流量制御ユニットＦＵでは、例えば図２を用いて説明したように、二次側バルブＦＶ２は、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面２１２ａの裏側の面２１２ｂに配置され、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１とは、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ１で接続される。これにより、流量制御器ＦＤから処理装置１０１ｂまでの配管に含まれる配管ＧＬ２を短くすることができる。従って、本実施例のガス供給系ＧＰ１は、処理容器１２内の圧力の応答特性を向上させることができる。

次に、実施例３について説明する。図１９は、実施例３における処理システム１０ｂの運用方法の一例を示すフローチャートである。図１９に示す処理システム１０ｂの運用方法ＭＴ２は、複数のバルブＶ１のリークを検出するための方法である。なお、本実施例の運用方法ＭＴ２は、後述する実施例４及び実施例５における処理システム１０ｃ、実施例６における処理システム１０ｄにおいても適用可能である。

本実施例における運用方法ＭＴ２では、リークの検出のために、まず、工程ＳＴ２１において、全ての流量制御ユニットＦＵが停止される。続く工程ＳＴ２２では、全てのバルブＶ１、バルブＶ２、及びバルブＶ３が閉じられる。続く工程ＳＴ２３では、全てのバルブＶ４が開かれる。そして、工程ＳＴ２４において圧力計ＰＭによって排気管ＥＬ内の流路の圧力が計測される。

工程ＳＴ２４の圧力計測時には、ガス供給源ＧＳに接続される全てのバルブＶ１、バルブＶ２、及びバルブＶ３が閉じられており、全ての流量制御ユニットＦＵが停止しているので、バルブＶ１がリークしていなければ、排気管ＥＬ内の圧力はほとんど変動しない。従って、工程ＳＴ２４において圧力計ＰＭの計測値に変動が生じているか否かを判定することにより、何れかのバルブＶ１にリークが生じていることを検出することができる。

次に、実施例４について説明する。図２０は、実施例４における処理システム１０ｃの一例を示す図である。本実施例の処理システム１０ｃは、ガス供給系ＧＰ２および処理装置１０１ｂを備える。処理装置１０１ｂは、実施例２において説明した処理装置１０１ｂと同様であるため、説明を省略する。

ガス供給系ＧＰ２は、第１機構ＧＭ２１、第２機構ＧＭ２２、及び第３機構ＧＭ２３を含む。第１機構ＧＭ２１は、第１機構ＧＭ２１内の統合部ＧＩの個数がガス供給系ＧＰ１の第１機構ＧＭ１内の統合部ＧＩの個数より多い点で第１機構ＧＭ１とは異なるが、それ以外の点は、第１機構ＧＭ１と同様である。このため、図２０に示すように、第１機構ＧＭ２１からは、第１機構ＧＭ１よりも多い数の配管Ｌ２が延びている。

第３機構ＧＭ２３は、第１機構ＧＭ２１内の配管Ｌ２の個数と同数の配管Ｌ４及びバルブＶ４を有する点でガス供給系ＧＰ１の第３機構ＧＭ３とは異なる。第３機構ＧＭ２３内の排気管ＥＬは、ガス供給系ＧＰ１の第３機構ＧＭ３内の排気管ＥＬと同様に、排気装置５０と排気装置５１との間の配管に接続されている。

第２機構ＧＭ２２は、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧを有する。図２０に示す例では、第２機構ＧＭ２２内の複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの個数は３個であるが、流量制御ユニット群ＦＵＧの個数はこれに限られない。複数の流量制御ユニット群ＦＵＧの各々は、複数の流量制御ユニットＦＵを有する。複数の流量制御ユニットＦＵの各々は、一次側バルブＦＶ１、流量制御器ＦＤ、及び二次側バルブＦＶ２を有する。なお、本実施例の各流量制御ユニットＦＵにおいても、実施例１〜３と同様に、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は、例えば図２を用いて説明したように、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面２１２ａの裏側の面２１２ｂに配置され、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１との間は、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ１で接続され、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２との間は、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ２で接続される。また、一次側バルブＦＶ１、流量制御器ＦＤ、及び二次側バルブＦＶ２の他、図２０に例示したガス供給系ＧＰ２を構成する他の要素機器についても、同様に、基台２１２のそれぞれの面に別々に配置され、それぞれの面に配置された要素機器同士が、基台２１２を貫通する直線状の配管で接続される。

第２機構ＧＭ２２において、各流量制御ユニット群ＦＵＧ内の流量制御ユニットＦＵの個数は、ガス供給系ＧＰ１の各流量制御ユニット群ＦＵＧ内の流量制御ユニットＦＵの個数よりも多い。第２機構ＧＭ２２は、複数の分岐管ＢＬ１（第１の分岐管ＢＬ１）、複数の分岐管ＢＬ２（第２の分岐管ＢＬ２）、複数のバルブＶ５（第５のバルブＶ５）、複数のバルブＶ６（第６のバルブＶ６）、複数の合流管ＭＬ１（第１の合流管ＭＬ１）、及び、複数の合流管ＭＬ２（第２の合流管ＭＬ２）を有する。

複数の分岐管ＢＬ１はそれぞれ、複数の流量制御ユニットＦＵに接続されている。複数の分岐管ＢＬ２もそれぞれ、複数の流量制御ユニットＦＵに接続されている。即ち、一対の分岐管ＢＬ１及び分岐管ＢＬ２が、各流量制御ユニットＦＵの出力から分岐している。各分岐管ＢＬ１にはバルブＶ５が設けられており、各分岐管ＢＬ２にはバルブＶ６が設けられている。

複数の合流管ＭＬ１は、流量制御ユニット群ＦＵＧ毎に、複数の分岐管ＢＬ１からのガスを合流させるように構成されている。即ち、一つの合流管ＭＬ１には、対応する一つの流量制御ユニット群ＦＵＧ内の複数の流量制御ユニットＦＵに接続される複数の分岐管ＢＬ１が接続されている。また、複数の合流管ＭＬ２は、流量制御ユニット群ＦＵＧ毎に、複数の分岐管ＢＬ２からのガスを合流させるように構成されている。即ち、一つの合流管ＭＬ２には、対応する一つの流量制御ユニット群ＦＵＧの複数の流量制御ユニットＦＵに接続する複数の分岐管ＢＬ２が接続されている。

また、図２０に示すガス供給系ＧＰ２の第２機構ＧＭ２２は、複数のバルブＶ７（第７のバルブＶ７）、複数のバルブＶ８（第８のバルブＶ８）、複数のバルブＶ９（第９のバルブＶ９）、及び複数のバルブＶ１０（第１０のバルブＶ１０）を更に備える。

各合流管ＭＬ１は、シャワーヘッドＳＨ内の複数のガス吐出部のうち対応するガス吐出部にバルブＶ７を介して接続されている。また、各合流管ＭＬ１は、バルブＶ８を介して、排気装置５０と排気装置５１との間の配管に接続されている。即ち、各合流管ＭＬ１は、バルブＶ７を有する配管ＬＡ及びバルブＶ８を有する配管ＬＢに分岐している。配管ＬＡは配管ＬＭに合流し、当該配管ＬＭはシャワーヘッドＳＨ内の複数のガス吐出部のうち対応するガス吐出部に接続されている。また、配管ＬＢは、排気装置５０と排気装置５１との間の配管に接続されている。

各合流管ＭＬ２は、シャワーヘッドＳＨ内の複数のガス吐出部のうち対応するガス吐出部にバルブＶ９を介して接続している。また、各合流管ＭＬ２は、バルブＶ１０を介して、排気装置５０と排気装置５１との間の配管に接続している。即ち、各合流管ＭＬ２は、バルブＶ９を有する配管ＬＣ及びバルブＶ１０を有する配管ＬＤに分岐している。配管ＬＣは、同一の流量制御ユニット群ＦＵＧからのガスを導く配管ＬＡと共に配管ＬＭに合流し、当該配管ＬＭはシャワーヘッドＳＨ内の複数のガス吐出部のうち対応するガス吐出部に接続されている。また、配管ＬＤは、排気装置５０と排気装置５１との間の配管に接続されている。

また、本実施例における処理システム１０ｃは、バルブＶ１１（第１１のバルブＶ１１）を更に備える。バルブＶ１１は、シャワーヘッドＳＨと、処理容器１２の下部に設けられた排気管５２（図２参照）とを接続する配管に設けられている。バルブＶ１１は、ガス供給系ＧＰ２内のガスを排気するときに開かれる。バルブＶ１１が開かれることにより、シャワーヘッドＳＨ内のガスは、排気装置５０へ排気される。従って、シャワーヘッドＳＨ内のガスを高速に排気することが可能となる。

図２１は、バルブＶ１１の配置に関する変形例を説明する図である。図２１に示すように、シャワーヘッドＳＨは、複数のガス吐出部、例えば、ガス吐出部Ｄ１、ガス吐出部Ｄ２、及びガス吐出部Ｄ３を有する。ガス吐出部Ｄ１はガス拡散室３６ａ（１）を含み、ガス吐出部Ｄ２はガス拡散室３６ａ（２）を含み、ガス吐出部Ｄ３はガス拡散室３６ａ（３）を含む。図２１に示した変形例において、ガス拡散室３６ａ（１）に接続されるガス吐出孔３４ａの個数は、ガス拡散室３６ａ（３）に接続されるガス吐出孔３４ａの個数よりも少ない。従って、ガス吐出部Ｄ３のコンダクタンスは、ガス吐出部Ｄ１のコンダクタンスよりも高い。そのため、シャワーヘッドＳＨ内のガスを高速に排気するために、ガス吐出部Ｄ１とガス吐出部Ｄ３とがバルブＶ１１を有する配管によって接続される。バルブＶ１１は、ガス供給系ＧＰ２内のガスを排気するときに開かれる。これにより、ガス供給系ＧＰ２内のガスの排気時に、ガス吐出部Ｄ１からのガスはガス吐出部Ｄ３へ流れ、処理容器１２内の空間を介して高速に排気される。

以上説明したガス供給系ＧＰ２においても、ガス供給系ＧＰ１と同様に、当該ガス供給系ＧＰ２内の流路内に残留するガスを高速に、即ち、短時間で置換することが可能である。また、ガス供給系ＧＰ２内に残留するガスの排気が完了したか否かを圧力計ＰＭの計測結果から判定することができる。また、ガス供給系ＧＰ２内のバルブＶ１のリークを圧力計ＰＭの計測結果から検出することができる。

また、ガス供給系ＧＰ２では、各流量制御ユニットＦＵに接続される一対の分岐管ＢＬ１及び分岐管ＢＬ２にそれぞれ設けられたバルブＶ５及びバルブＶ６のうち一方を開くことにより、各流量制御ユニット群ＦＵＧの複数の流量制御ユニットＦＵのうち一部の流量制御ユニットＦＵからのガスＡを合流管ＭＬ１に供給し、別の一部からのガスＢを合流管ＭＬ２に供給することができる。

本実施例のガス供給系ＧＰ２を有する処理システム１０ｃによれば、複数の合流管ＭＬ１からのガスＡ及び複数の合流管ＭＬ２からのガスＢを、交互に処理容器１２内に供給することができる。ガスＡとガスＢの種類が異なるガスである場合には、異なるプラズマ処理を半導体ウエハＷに対して交互に行うプロセスのスループットを高めることができる。

また、本実施例の処理システム１０ｃによれば、合流管ＭＬ１から処理容器１２内に連続的にガスＡを供給し、合流管ＭＬ２からのガスＢを断続的に、即ちパルス状に処理容器１２内に供給することもできる。この場合、合流管ＭＬ２を介して処理容器１２内に供給されるガスは、合流管ＭＬ１を介して処理容器１２内に供給されるガスと異なる種類のガスであってもよく、同じ種類のガスであってもよい。

以下、実施例４における処理システム１０ｃの運用方法について説明する。図２２は、実施例４における処理システム１０ｃの運用方法の一例を示すフローチャートである。図２２に示す運用方法ＭＴ３は、処理容器１２内に異なるガスを交互に供給することにより、処理容器１２内で異なるプラズマ処理を交互に行う方法である。図２３は、図２２に示す運用方法におけるガスの流量の変化の一例を示すタイミングチャートである。図２３の上段は、運用方法ＭＴ３の工程ＳＴ３３以後に合流管ＭＬ１を流れるガスＡの流量、及び、合流管ＭＬ２を流れるガスＢの流量のタイミングチャートである。また、図２３の中段は、工程ＳＴ３５及び工程ＳＴ３７において処理容器１２内に流れるガスＡの流量のタイミングチャートである。また、図２３の下段は、工程ＳＴ３５及び工程ＳＴ３７において処理容器１２内に流れるガスＢの流量のタイミングチャートである。以下、図２２及び図２３を参照しながら説明する。

本実施例の運用方法ＭＴ３では、まず、工程ＳＴ３１において、バルブＶ２、バルブＶ３、及び全てのバルブＶ４が閉じられる。続く工程ＳＴ３２において、複数のバルブＶ１のうち所定のバルブＶ１が開かれる。続く工程ＳＴ３３では、複数の流量制御ユニット群ＦＵＧ内の複数の流量制御ユニットＦＵにより、ガスの流量が調整される。続く工程ＳＴ３４では、各流量制御ユニットＦＵに接続している一対の分岐管ＢＬ１及び分岐管ＢＬ２にそれぞれ設けられたバルブＶ５及びバルブＶ６のうち一方が開かれる。即ち、各流量制御ユニット群ＦＵＧ内の複数の流量制御ユニットＦＵのうち一部の流量制御ユニットＦＵからは合流管ＭＬ１にガスＡが供給され、別の一部の流量制御ユニットＦＵからは合流管ＭＬ２にガスＢが供給される。例えば、図２３の上段のタイミングチャートに示す流量のガスＡが合流管ＭＬ１に流れ、当該タイミングチャートに示す流量のガスＢが合流管ＭＬ２に流れる。

続く工程ＳＴ３５では、複数のバルブＶ７が開かれ、複数のバルブＶ８が閉じられる。また、複数のバルブＶ９が閉じられ、複数のバルブＶ１０が開かれる。これにより、複数の合流管ＭＬ１からのガスＡが、配管ＬＭを介してシャワーヘッドＳＨに供給される。また、複数の合流管ＭＬ２からのガスＢは、配管ＬＤを介して排気される。これにより、図２３の中段及び下段のタイミングチャートに示すように、工程ＳＴ３５では、処理容器１２内にガスＡのみが供給される。そして、シャワーヘッドＳＨから供給されたガスＡが励起され、半導体ウエハＷに対するプラズマ処理が行われる。

続く工程ＳＴ３６では、複数のバルブＶ７、複数のバルブＶ８、及び複数のバルブＶ９が閉じられ、複数のバルブＶ１０が開かれる。これにより、複数の合流管ＭＬ１からシャワーヘッドＳＨへのガスＡの供給が停止される。また、複数の合流管ＭＬ２からのガスＢは、配管ＬＤを介して排気される。さらに、バルブＶ１１が開かれる。これにより、シャワーヘッドＳＨ内のガスが排気される。そして、バルブＶ１１が閉じられる。

続く工程ＳＴ３７では、複数のバルブＶ９が開かれ、複数のバルブＶ１０が閉じられる。また、複数のバルブＶ７が閉じられ、複数のバルブＶ８が開かれる。これにより、複数の合流管ＭＬ２からのガスＢが、配管ＬＭを介してシャワーヘッドＳＨに供給される。また、複数の合流管ＭＬ１からのガスＡは、配管ＬＢを介して排気される。これにより、図２３の中段及び下段のタイミングチャートに示すように、工程ＳＴ３７では、処理容器１２内にはガスＢのみが供給される。そして、シャワーヘッドＳＨから供給されたガスＢが励起され、半導体ウエハＷに対して工程ＳＴ３５とは異なるプラズマ処理が行われる。

続く工程ＳＴ３８では、工程ＳＴ３５と工程ＳＴ３７との交互の繰り返しを終了するか否かが判定される。工程ＳＴ３８では、例えば、工程ＳＴ３５と工程ＳＴ３７とが交互に所定回数繰り返されたか否かが判定される。工程ＳＴ３８において、工程ＳＴ３５と工程ＳＴ３７との交互の繰り返しを終了しないと判定された場合には、工程ＳＴ３９が実行される。

工程ＳＴ３９では、複数のバルブＶ７、複数のバルブＶ９、及び複数のバルブＶ１０が閉じられ、複数のバルブＶ８が開かれる。これにより、複数の合流管ＭＬ２からシャワーヘッドＳＨへのガスＢの供給が停止される。また、複数の合流管ＭＬ１からのガスＡは、配管ＬＢを介して排気される。さらに、バルブＶ１１が開かれる。これにより、シャワーヘッドＳＨ内のガスが排気される。そして、バルブＶ１１が閉じられ、工程ＳＴ３５からの処理が再び実行される。

一方、工程ＳＴ３８において、工程ＳＴ３５と工程ＳＴ３７との交互の繰り返しを終了すると判定された場合には、運用方法ＭＴ３は終了する。なお、工程ＳＴ３１から工程ＳＴ３９の処理は、処理装置１０１ｂの各部が制御部Ｃｎｔからの制御に基づいて動作することにより実現される。本実施例の運用方法ＭＴ３によれば、複数の合流管ＭＬ１からのガスＡ及び複数の合流管ＭＬ２からのガスＢを交互に処理容器１２内に供給し、処理容器１２内に供給されないガスを排気側に流すことができる。これにより、処理容器１２内に供給するガスの変更を高速に行うことができる。従って、異なるプラズマ処理を半導体ウエハＷに対して交互に行うプロセスのスループットを高めることが可能である。

ここで、運用方法ＭＴ３に用いられるガスＡとガスＢを例示する。図２４は、図２２のフローチャートに示された工程ＳＴ３５で用いられるガスＡと工程ＳＴ３７で用いられるガスＢを例示する表である。図２４に示す表において、ドットパターンが付されている欄のガスＡ及びガスＢは、その工程中に排気されるガスであり、ドットパターンが付されていない欄のガスＡ及びガスＢは、その工程中に処理容器１２内に供給されるガスである。

図２４に示すように、例えば、初回の工程ＳＴ３５で処理容器１２内に供給されるガスＡには、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、及びＣＦ₄ガスを含む混合ガスを用いることができる。また、初回の工程ＳＴ３５に排気されるガスＢには、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、及びＳｉＣｌ₄ガスを含む混合ガスを用いることができる。なお、初回の工程ＳＴ３５のガスＡはシリコン酸化膜等の被エッチング層をエッチングするためのガスであり、ガスＢは堆積性を有するガスである。即ち、初回の工程ＳＴ３５では、被エッチング層をエッチングし、且つ、後続の工程ＳＴ３７のために堆積性のガスＢを準備しておくことができる。

続く工程ＳＴ３７で排気されるガスＡは、Ｏ₂ガスとＡｒガスを含む混合ガスであり、当該工程ＳＴ３７で処理容器１２内に供給されるガスＢは、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、及びＳｉＣｌ₄ガスを含む混合ガスである。即ち、当該工程ＳＴ３７では、被エッチング層を含む被処理体上に堆積物を形成し、且つ、後続の工程ＳＴ３５用に別のガスＡを準備しておくことができる。

続く工程ＳＴ３５で処理容器１２内に供給されるガスＡは、Ｏ₂ガスとＡｒガスを含む堆積性の混合ガスであり、当該工程ＳＴ３５において排気されるガスＢは、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、及びＣＦ₄ガスを含む混合ガスである。即ち、当該工程ＳＴ３５では、被処理体上に堆積物を形成し、且つ、被エッチング層のエッチング用のガスＢを準備しておくことができる。

続く工程ＳＴ３７で処理容器１２内に供給されるガスＢは、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、及びＣＦ₄ガスを含むエッチング用の混合ガスであり、当該工程ＳＴ３７において排気されるガスＡは、Ｏ₂ガス、Ａｒガス、及びＳｉＣｌ₄ガスを含む堆積性の混合ガスである。即ち、当該工程ＳＴ３７では、被エッチング層をエッチングし、且つ、後続の工程ＳＴ３５のために堆積性のガスＡを準備しておくことができる。そして、後続の工程ＳＴ３５及び工程ＳＴ３７でも適宜のガスＡ及び適宜のガスＢのうち一方が処理容器１２内に供給され、他方が排気される。

このように、本実施例の処理システム１０ｃによれば、ガス供給系ＧＰ２を構成する要素機器が、例えば図２に示したように、基台２１２のそれぞれの面に別々に配置され、それぞれの面に配置された要素機器同士が、基台２１２を貫通する直線状の配管で接続される。これにより、ガス供給系ＧＰ２を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができ、配管内に残留するガスの排気時間を短くすることができる。そのため、エッチング用のガスＡと堆積性のガスＢのように異なる種類のガスを断続的にパルス状に切り換えて処理容器１２内に供給する本実施例のプロセスにおいて、それぞれのパルス幅を短くすることができる。従って、異なる種類のガスを切り換えながら半導体ウエハＷに対して異なるプラズマ処理を交互に行うプロセスにおいて、プロセスのスループットを向上させることが可能となる。

また、ガス供給系ＧＰ２を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができるため、ガスの流量の応答性が向上し、処理容器１２内でガスの流量が安定するまでの待ち時間を短縮することができる。これにより、異なる種類のガスを断続的にパルス状に切り換えて処理容器１２内に供給する本実施例のプロセスにおいて、それぞれのパルス幅を短くすることができる。従って、異なる種類のガスを切り換えながら半導体ウエハＷに対して異なるプラズマ処理を交互に行うプロセスにおいて、プロセスのスループットを向上させることが可能となる。

また、ガス供給系ＧＰ２を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができるため、ガスを置換する際に排気されるガスの量を少なくすることができる。これにより、無駄に消費されるガスを減らすことができる。

次に、実施例５について説明する。図２５は、実施例５における処理システム１０ｃの運用方法の一例を示すフローチャートである。図２５に示す運用方法ＭＴ４は、処理容器１２内にガスＡを連続的に供給し、ガスＢを断続的に、即ちパルス状に供給することによりプラズマ処理を行う方法である。なお、本実施例における処理システム１０ｃは、実施例４において説明した処理システム１０ｃと同様であるため、説明を省略する。

図２６は、図２５に示す運用方法ＭＴ４におけるガスの流量の変化の一例を示すタイミングチャートである。図２６の上段は、運用方法ＭＴ４の工程ＳＴ４６以後に合流管ＭＬ１を流れるガスＡの流量、及び、合流管ＭＬ２を流れるガスＢの流量のタイミングチャートである。また、図２６の中段は、工程ＳＴ４６及び工程ＳＴ４７において処理容器１２内を流れるガスＡの流量のタイミングチャートである。また、図２６の下段は、工程ＳＴ４６及び工程ＳＴ４７において処理容器１２内を流れるガスＢの流量のタイミングチャートである。以下、図２５及び図２６を参照しながら説明する。

本実施例の運用方法ＭＴ４では、まず、運用方法ＭＴ３の工程ＳＴ３１〜工程ＳＴ３４と同様の工程が行われる。続く工程ＳＴ４５において、複数のバルブＶ７が開かれ、複数のバルブＶ８が閉じられる。これにより、合流管ＭＬ１からのガスＡがシャワーヘッドＳＨに供給される。これとほぼ同時に、工程ＳＴ４６において、複数のバルブＶ９及び複数のバルブＶ１０が閉じられる。これにより、バルブＶ９及びバルブＶ１０の上流の流路にガスＢが溜められる。このとき、当該上流の流路、即ち、合流管ＭＬ２を含む流路内の圧力は、ガスＡが流れる合流管ＭＬ１内の流路内の圧力よりも高い圧力となる。工程ＳＴ４６の実行中に、処理容器１２内においてガスＡが励起され、半導体ウエハＷに対してガスＡのプラズマによる処理が行われる。

続く工程ＳＴ４７では、複数のバルブＶ９が開かれる。これにより、バルブＶ９及びバルブＶ１０の上流の流路に溜められていたガスＢがシャワーヘッドＳＨに供給され、ガスＢがシャワーヘッドＳＨから処理容器１２内に供給される。そして、処理容器１２内においてガスＡとガスＢの混合ガスが励起され、半導体ウエハＷに対して当該混合ガスのプラズマによる処理が行われる。なお、工程ＳＴ４６において、ガスＢが流れる合流管ＭＬ２を含む流路内の圧力が高い圧力に設定されているので、ガスＡの流量よりも少ない流量のガスＢを、配管ＬＭにて混合しつつシャワーヘッドＳＨに供給することが可能である。

続く工程ＳＴ４８では、工程ＳＴ４６と工程ＳＴ４７との交互の繰り返しを終了するか否かが判定される。工程ＳＴ４８では、例えば、工程ＳＴ４６と工程ＳＴ４７とが交互に所定回数繰り返されたか否かが判定される。工程ＳＴ４８において、工程ＳＴ４６と工程ＳＴ４７との交互の繰り返しを終了しないと判定された場合には、工程ＳＴ４６からの処理が再び実行される。一方、工程ＳＴ４８において、工程ＳＴ４６と工程ＳＴ４７との交互の繰り返しを終了すると判定された場合には、運用方法ＭＴ４は終了する。

本実施例の運用方法ＭＴ４によれば、処理容器１２内に連続的に供給されるガスＡに、断続的にガスＢを高速に添加することができる。なお、ガスＡとガスＢとは、異種のガスであってもよく同種のガスであってもよい。従って、ガスＡを用いたプラズマ処理と、ガスＡに異種のガスＢを添加したプラズマ処理とを交互に実行することができる。また、ガスＡを用いたプラズマ処理と、ガスＡに同種のガスＢを添加した、即ち、ガスＡの流量を増加させたプラズマ処理とを交互に実行することができる。

ここで、本実施例の処理システム１０ｃにおいても、ガス供給系ＧＰ２を構成する要素機器が、例えば図２に示したように、基台２１２のそれぞれの面に別々に配置され、それぞれの面に配置された要素機器同士が、基台２１２を貫通する直線状の配管で接続される。これにより、ガス供給系ＧＰ２を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができ、配管内に残留するガスの排気時間を短くすることができる。そのため、ガスＡを連続的に処理容器１２内に供給すると共に、ガスＢをパルス状に断続的に処理容器１２内に供給する本実施例のプロセスにおいて、ガスＢのそれぞれのパルス幅を短くすることができる。従って、ガスＡを用いて半導体ウエハＷに対して行われる所定のプラズマ処理と、ガスＡ及びガスＢを用いて半導体ウエハＷに対して行われる別なプラズマ処理とを交互に行うプロセスにおいて、プロセスのスループットを向上させることが可能となる。

また、ガス供給系ＧＰ２を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができるため、ガスの流量の応答性が向上し、処理容器１２内でガスの流量が安定するまでの待ち時間を短縮することができる。これにより、ガスＢをパルス状に断続的に処理容器１２内に供給する本実施例のプロセスにおいて、ガスＢのそれぞれのパルス幅を短くすることができる。従って、ガスＡを用いて半導体ウエハＷに対して行われる所定のプラズマ処理と、ガスＡ及びガスＢを用いて半導体ウエハＷに対して行われる別なプラズマ処理とを交互に行うプロセスにおいて、プロセスのスループットを向上させることが可能となる。

次に、実施例６について説明する。図２７は、実施例６における処理システム１０ｄの一例を示す図である。図２７に示す処理システム１０ｄは、ガス供給系ＧＰ３、リアクタ部ＲＡ、及びリアクタ部ＲＢを備える。リアクタ部ＲＡ及びリアクタ部ＲＢは、実施例１または実施例２において説明したリアクタ部（処理装置１０１ａまたは処理装置１０１ｂ）と同様である。

ガス供給系ＧＰ３は、図２０を用いて説明した実施例４のガス供給系ＧＰ２と同様に、第１機構ＧＭ２１及び第３機構ＧＭ２３を有する。本実施例におけるガス供給系ＧＰ３は、第２機構ＧＭ３２を更に有する。また、実施例４おける処理システム１０ｃでは、第２機構ＧＭ２２の合流管ＭＬ１及び合流管ＭＬ２が単一のリアクタ部のシャワーヘッドＳＨに接続されていたが、本実施例の処理システム１０ｄでは、第２機構ＧＭ３２の複数の合流管ＭＬ１はそれぞれ、リアクタ部ＲＡのシャワーヘッドＳＨの複数のガス吐出部に接続されており、複数の合流管ＭＬ２はそれぞれ、リアクタ部ＲＢのシャワーヘッドＳＨの複数のガス吐出部に接続されている。

また、本実施例の処理システム１０ｄでは、第３機構ＧＭ２３の排気管ＥＬは、リアクタ部ＲＡの排気装置５０と排気装置５１との間の配管、又は、リアクタ部ＲＢの排気装置５０と排気装置５１との間の配管に接続され得る。なお、本実施例の各流量制御ユニットＦＵにおいても、実施例１〜５と同様に、一次側バルブＦＶ１及び二次側バルブＦＶ２は、例えば図２を用いて説明したように、流量制御器ＦＤが配置された基台２１２の面２１２ａの裏側の面２１２ｂに配置され、流量制御器ＦＤと一次側バルブＦＶ１との間は、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ１で接続され、流量制御器ＦＤと二次側バルブＦＶ２との間は、基台２１２を貫通する直線状の配管ＧＬ２で接続される。

本実施例の処理システム１０ｄによれば、単一のガス供給系ＧＰ３から、リアクタ部ＲＡの処理容器１２内にガスＡを供給し、リアクタ部ＲＢの処理容器１２内にガスＢを供給することができる。ガスＡ及びガスＢは、異種のガスであってもよく同種のガスであってもよい。ガスＡ及びガスＢが異種のガスである場合には、リアクタ部ＲＡとリアクタ部ＲＢとで異なるプラズマ処理を行うことができる。一方、ガスＡ及びガスＢが同種のガスである場合には、リアクタ部ＲＡとリアクタ部ＲＢとで同様のプラズマ処理を行うことができる。

ここで、本実施例の処理システム１０ｄにおいても、ガス供給系ＧＰ３を構成する要素機器が、例えば図２に示したように、基台２１２のそれぞれの面に別々に配置され、それぞれの面に配置された要素機器同士が、基台２１２を貫通する直線状の配管で接続される。これにより、ガス供給系ＧＰ３を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができ、配管内に残留するガスの排気時間を短くすることができる。そのため、異なる種類のガスを切り換えてそれぞれのリアクタ部の処理容器１２内に供給するプロセスにおいて、ガスが置換されるまでの待ち時間を短くすることができる。従って、複数のリアクタ部を用いて、異なる種類のガスを切り換えながら半導体ウエハＷに対して異なるプラズマ処理を交互に行うプロセスにおいて、それぞれのリアクタ部で実行されるプロセスのスループットを向上させることが可能となる。

また、ガス供給系ＧＰ３を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができるため、ガスの流量の応答性が向上し、それぞれのリアクタ部の処理容器１２内においてガスの流量が安定するまでの待ち時間を短縮することができる。これにより、異なる種類のガスを切り換えてそれぞれのリアクタ部の処理容器１２内に供給するプロセスにおいて、それぞれの種類のガスの供給時間を短くすることができる。従って、複数のリアクタ部を用いて、異なる種類のガスを切り換えながら半導体ウエハＷに対して異なるプラズマ処理を交互に行うプロセスにおいて、それぞれのリアクタ部で実行されるプロセスのスループットを向上させることが可能となる。

また、ガス供給系ＧＰ３を構成する各要素機器間を接続する配管の容量を小さくすることができるため、ガスを置換する際に排気されるガスの量を少なくすることができる。これにより、複数のリアクタ部を用いるプロセスにおいて、無駄に消費されるガスを減らすことができる。

以上、ガス供給系及びガス供給制御方法について各実施例を用いて説明したが、ガス供給系及びガス供給制御方法は上記した各実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。また、上記複数の実施例に記載された事項は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせることができる。

例えば、上記した各実施例では、処理装置として容量結合型のプラズマ処理装置を例に説明したが、本発明の思想は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置等の任意のタイプのプラズマ処理装置に適用することが可能である。また、上述した各実施例の処理システムに含まれる処理装置では、シャワーヘッドによって複数のガス吐出部が提供されるが、処理容器内の異なる複数のゾーン、即ち、被処理体の複数の領域に向けてガスを供給することができる限り、複数のガス吐出部は任意の形態で提供され得る。

また、上記した各実施例において、処理装置によって処理される被処理体は、半導体ウエハＷに限られず、例えば、フラットパネルディスプレイ用の大型基板、ＥＬ（EctroLuminescence）素子、又は太陽電池用の基板等であってもよい。

ＥＬ 排気管
ＦＤ 流量制御器
ＦＵ 流量制御ユニット
ＦＵＧ 流量制御ユニット群
ＦＶ１ 一次側バルブ
ＦＶ２ 二次側バルブ
ＧＬ１ 配管
ＧＬ２ 配管
ＧＰ１ ガス供給系
ＧＰ２ ガス供給系
ＧＰ３ ガス供給系
ＧＳ ガス供給源
Ｗ 半導体ウエハ
１０ａ 処理システム
１０ｂ 処理システム
１０ｃ 処理システム
１０ｄ 処理システム
１２ 処理容器
５０ 排気装置
５１ 排気装置
５２ 排気管
１００ ガス供給系
１０１ａ 処理装置
１０１ｂ 処理装置
１５０ ガス供給管
２０１ 制御バルブ
２０２ 制御回路
２０３ 圧力計
２０４ 圧力計
２０５ オリフィス
２０６ 配管
２０７ 配管
２０８ 配管
２１０ ネジ孔
２１２ 基台
２１２ａ 面
２１２ｂ 面

Claims (5)

1. 処理装置にガスを供給するガス供給系であって、
   前記ガスの流量を制御する流量制御器と、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記ガスの供給源に接続され、下流側が前記流量制御器に接続される上流バルブと、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記流量制御器に接続され、下流側が前記処理装置に接続される下流バルブと、
   前記上流バルブと前記流量制御器とを接続し、前記ガスが流れる第１の配管と、
   前記流量制御器と前記下流バルブとを接続し、前記ガスが流れる第２の配管と、
   基台と
   を備え、
   前記流量制御器は、前記基台の一方の面に配置され、
   前記上流バルブ及び前記下流バルブは、前記基台の他方の面に配置され、
   前記第１の配管及び前記第２の配管は、前記基台を貫通して前記基台の内部に直線状に形成され、
   前記流量制御器は、制御バルブとオリフィスとを有する圧力制御式流量計であり、
   前記制御バルブと前記オリフィスとの間の前記ガスの流路の容積Ｖ１と、前記オリフィスと前記下流バルブとの間の前記ガスの流路の容積Ｖ２とは、Ｖ１／Ｖ２≧９の関係を有することを特徴とするガス供給系。
2. 前記制御バルブと前記オリフィスとの間の前記ガスの流路の容積Ｖ１と、前記オリフィスと前記下流バルブとの間の前記ガスの流路の容積Ｖ２とは、Ｖ１／Ｖ２≦２００の関係を有することを特徴とする請求項１に記載のガス供給系。
3. 処理装置にガスを供給するガス供給系であって、
   前記ガスの流量を制御する流量制御器と、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記ガスの供給源に接続され、下流側が前記流量制御器に接続される上流バルブと、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記流量制御器に接続され、下流側が前記処理装置に接続される下流バルブと、
   前記上流バルブと前記流量制御器とを接続し、前記ガスが流れる第１の配管と、
   前記流量制御器と前記下流バルブとを接続し、前記ガスが流れる第２の配管と、
   基台と
   を備え、
   前記流量制御器は、前記基台の一方の面に配置され、
   前記上流バルブ及び前記下流バルブは、前記基台の他方の面に配置され、
   前記第１の配管及び前記第２の配管は、前記基台を貫通して前記基台の内部に直線状に形成され、
   前記上流バルブは、排気バルブを介して排気装置に接続されることを特徴とするガス供給系。
4. 処理装置にガスを供給するガス供給系において、前記処理装置への前記ガスの供給を制御するガス供給制御方法であって、
   前記ガス供給系は、
   前記ガスの流量を制御する流量制御器と、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記ガスの供給源に接続され、下流側が前記流量制御器に接続される上流バルブと、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記流量制御器に接続され、下流側が前記処理装置に接続される下流バルブと、
   前記流量制御器、前記上流バルブ、及び前記下流バルブが配置される基台と、
   前記上流バルブと前記流量制御器とを接続し、前記ガスが流れる第１の配管と、
   前記流量制御器と前記下流バルブとを接続し、前記ガスが流れる第２の配管と
   を備え、
   前記流量制御器は、前記基台の一方の面に配置され、
   前記上流バルブ及び前記下流バルブは、前記基台の前記一方の面の裏面である他方の面に配置され、
   前記第１の配管及び前記第２の配管は、
   前記基台を貫通して前記基台の内部に直線状に形成され、
   前記流量制御器は、制御バルブとオリフィスとを有する圧力制御式の流量制御器であり、
   前記制御バルブと前記オリフィスとの間の前記ガスの流路の容積Ｖ１と、前記オリフィスと前記下流バルブとの間の前記ガスの流路の容積Ｖ２とは、Ｖ１／Ｖ２≧９の関係を有し、
   前記ガス供給制御方法は
   前記上流バルブを開く工程と、
   前記制御バルブと前記オリフィスとの間の前記ガスの流路の圧力Ｐ１と、前記オリフィスと前記下流バルブとの間の前記ガスの流路の圧力Ｐ２とを、Ｐ１＞２×Ｐ２に維持しながら、前記下流バルブの開閉により、前記処理装置への前記ガスの供給を制御する工程と
   を含むことを特徴とするガス供給制御方法。
5. 処理装置にガスを供給するガス供給系内の前記ガスを置換するガス置換方法であって、
   前記ガス供給系は、
   前記ガスの流量を制御する流量制御器と、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記ガスの供給源に接続され、下流側が前記流量制御器に接続される上流バルブと、
   前記ガスが流れる方向において上流側が前記流量制御器に接続され、下流側が前記処理装置に接続される下流バルブと、
   前記流量制御器、前記上流バルブ、及び前記下流バルブが配置される基台と、
   前記上流バルブと前記流量制御器とを接続し、前記ガスが流れる第１の配管と、
   前記流量制御器と前記下流バルブとを接続し、前記ガスが流れる第２の配管と
   を備え、
   前記流量制御器は、前記基台の一方の面に配置され、
   前記上流バルブ及び前記下流バルブは、前記基台の前記一方の面の裏面である他方の面に配置され、
   前記第１の配管及び前記第２の配管は、
   前記基台を貫通して前記基台の内部に直線状に形成され、
   前記上流バルブは、排気バルブを介して排気装置に接続され、
   前記ガス置換方法は、
   前記上流バルブ及び前記排気バルブを開く工程と、
   前記排気装置によって前記流量制御器の上流側の前記ガスの流路内の前記ガスを排気する工程と
   を含むことを特徴とするガス置換方法。

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