JP2018014479A - ガス供給システム、基板処理システム及びガス供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のガスを制御してプロセスを実行するために改善されたガス供給システムを提供する。【解決手段】基板処理装置のチャンバへガスを供給するガス供給システムであって、第１ガスの第１ガスソースとチャンバとを接続する第１流路と、第２ガスの第２ガスソースと第１流路とを接続する第２流路と、第２流路に設けられ、第２ガスの流量を所定量に制御するコントロールバルブと、コントロールバルブの下流であって第２流路の終端に設けられたオリフィスと、第１流路と第２流路の終端との接続箇所に設けられ、オリフィスの出口から第１流路へ供給される第２ガスの供給タイミングを制御する開閉バルブと、第２流路のうちコントロールバルブとオリフィスとの間の流路に接続され、第２ガスを排気する排気機構と、コントロールバルブ、開閉バルブ及び排気機構を動作させるコントローラと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス供給システム、基板処理システム及びガス供給方法に関する。

特許文献１には、圧力式流量制御装置が開示されている。圧力式流量制御装置は、ガスの流量を所定量に制御するコントロールバルブと、コントロールバルブの下流に設けられたオリフィスと、コントロールバルブとオリフィスとの間に配置された温度センサ及び圧力センサと、センサ検出値及び目標値に基づいてコントロールバルブの開閉量を制御する制御回路とを備えている。圧力式流量制御装置においては、制御回路により、センサ検出値に基づいて温度補正された流量が演算される。そして、制御回路により、演算された流量と目標値とが比較され、差分が小さくなるようにコントロールバルブが制御される。

国際公開第２０１５／０６４０３５号

ところで、基板処理プロセスにおいては、複数のガスを用いて処理することがある。例えば、複数のガス源のガスを合流させてチャンバへ供給したり、ステップごとに利用するガスを切り替えたりすることがある。

このようなプロセスを実現するために、例えば、図２８に示されるように、ガス供給源１００のガス流量を制御する圧力式流量制御装置ＦＣ３の下流側に開閉バルブ１０２を配置し、混合されるガスの選択、又は、チャンバへ供給されるガスの切り替えに開閉バルブ１０２を利用することが考えられる。また、例えば、図２９に示されるように、第１ガスの流路１０３に対して，第２ガスの流路１０４を接続箇所１０５で合流させて、混合ガスとしてチャンバへ供給することが考えられる。

しかしながら、図２８に示される構成では、開閉バルブ１０２を閉としたときに流路１０３のうちオリフィス１０１と開閉バルブ１０２との間の流路にガスが留まる。このような残留ガスは、圧力及び流量を制御することができないため、開閉バルブ１０２を開としたときに、流量が制御されていない状態でガスがチャンバへ供給されることになる。また、図２９に示される構成では、流路１０３を流れる第１ガスの圧力が、流路１０４を流れる第２ガスの圧力よりも大きい場合、第２ガスが開閉バルブ１０２Ａと接続箇所１０５との間の流路を満たすまでに時間がかかるおそれがある。このように、複数のガスを制御してプロセスを実行するために、ガス供給システムは改善の余地がある。

本発明の一側面に係るガス供給システムは、基板処理装置のチャンバへガスを供給するガス供給システムであって、第１ガスの第１ガスソースとチャンバとを接続する第１流路と、第２ガスの第２ガスソースと第１流路とを接続する第２流路と、第２流路に設けられ、第２ガスの流量を所定量に制御するコントロールバルブと、コントロールバルブの下流であって第２流路の終端に設けられたオリフィスと、第１流路と第２流路の終端との接続箇所に設けられ、オリフィスの出口から第１流路へ供給される第２ガスの供給タイミングを制御する開閉バルブと、第２流路のうちコントロールバルブとオリフィスとの間の流路に接続され、第２ガスを排気する排気機構と、コントロールバルブ、開閉バルブ及び排気機構を動作させるコントローラと、を備える。

このガス供給システムにおいては、オリフィスがコントロールバルブの下流であって第２流路の終端に設けられ、開閉バルブが第１流路と第２流路の終端との接続箇所に設けられる。つまり、第１流路と第２流路の終端との接続箇所にオリフィス及び開閉バルブが配置されているため、オリフィスから開閉バルブまでの流路を極小化することができる。これにより、開閉バルブを開としたときに、オリフィスから開閉バルブまでの流路に留まったガスが流量制御されていない状態でチャンバへ供給されることを回避することができる。さらに、開閉バルブが第１流路と第２流路の終端との接続箇所に設けられているため、開閉バルブから接続箇所までの流路を極小化することができる。これにより、第１流路を流れるガスの圧力が、第２流路を流れるガスの圧力よりも大きい場合であっても、第２ガスが開閉バルブと接続箇所との間の流路を満たすまでに時間がかかることを回避することができる。さらに、第２ガスを排気する排気機構が第２流路のうちコントロールバルブとオリフィスとの間の流路に接続されているため、例えば、開閉バルブを閉とし、排気機構を作動させることにより、チャンバへの供給を停止した状態でコントロールバルブとオリフィスとの間の流路を所定の目標圧力のガスで満たすことができる。このため、開閉バルブを開としてからコントロールバルブとオリフィスとの間の流路を所定の目標圧力のガスで満たすまでの時間を省略することができるので、応答性に優れている。

一実施形態において、開閉バルブは、閉制御のときにオリフィスの出口を封止するようにオリフィスに押し当てられ、開制御のときにオリフィスから離間させられる封止部材を有してもよい。このように構成することで、オリフィスの出口を開閉することができる。

一実施形態において、開閉バルブは、封止部材を固定支持するシリンダと、オリフィスに封止部材が押し当てられる方向にシリンダを弾性的に付勢する付勢部材と、押し当てられる方向と逆方向にシリンダを移動させる駆動部と、を有してもよい。このように構成した場合、駆動部は、付勢部材によってシリンダを介してオリフィスに押し当てられた封止部材を、押し当てられる方向と逆方向に移動させ、オリフィスの出口を開とすることができる。

一実施形態において、オリフィス及び開閉バルブは、チャンバに設けられたインレットブロックよりも下流側に配置されてもよい。インレットブロックより下流側、つまりインレットブロックよりチャンバ側にオリフィス及び開閉バルブが位置することで、インレットブロックより上流側に位置する場合と比べて、チャンバにより近い位置でガスの制御を行うことができる。よって、チャンバへ供給するガスの応答性を向上させることができる。

一実施形態において、オリフィス及び開閉バルブは、チャンバに設けられたインレットブロックよりも上流側に配置されていてもよい。このように構成した場合、コントロールバルブから開閉バルブまでに位置する構成要素をユニット化することができるので、各構成要素の取り扱いが容易となる。

一実施形態において、排気機構は、第２流路に接続され、第１排気量となる小排気流路と、第２流路に接続され、第１排気量よりも大きい第２排気量となる大排気流路と、大排気流路に設けられ、排気タイミングを制御する第１排気バルブと、を有してもよい。このように構成した場合、排気流路ごとに排気タイミングを制御することができるので、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路において、きめ細やかに圧力調整することができる。

一実施形態において、排気機構は、小排気流路に設けられ、排気タイミングを制御する第２排気バルブをさらに有してもよい。このように構成した場合、排気流路ごとに排気タイミングを制御することができるので、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路において、よりきめ細やかに圧力調整することができる。

一実施形態において、排気機構は、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてオリフィス側に接続されてもよい。このように構成した場合、排気機構がコントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてコントロールバルブ側に接続される場合と比べて、圧力調整の誤差を低減することができる。

一実施形態において、ガス供給システムは、第２流路のうちコントロールバルブとオリフィスとの間の流路における第２ガスの圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、圧力検出器は、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてオリフィス側に位置し、コントロールバルブは、圧力検出器の検出結果に基づいて第２ガスの流量を制御してもよい。このように構成した場合、圧力検出器がコントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてコントロールバルブ側に位置する場合と比べて、流量調整の誤差を低減することができる。

一実施形態において、ガス供給システムは、第２流路のうちコントロールバルブとオリフィスとの間の流路における第２ガスの温度を検出する温度検出器をさらに備え、温度検出器は、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてオリフィス側に位置し、コントロールバルブは、温度検出器の検出結果に基づいて第２ガスの流量を制御してもよい。このように構成した場合、温度検出器がコントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてコントロールバルブ側に位置する場合と比べて、流量調整の誤差を低減することができる。

一実施形態において、コントローラは、第１流路に目標流量の第２ガスを目標供給タイミングで供給する場合、目標供給タイミングとなるまでの所定期間において、開閉バルブを閉としつつ排気機構を動作させた状態で、コントロールバルブを制御して目標流量の第２ガスを流通させ、目標供給タイミングとなったときに開閉バルブを開としてもよい。このように構成することで、開閉バルブを開としてからコントロールバルブとオリフィスとの間の流路を所定の目標圧力のガスで満たすまでの時間を省略することができるので、応答性に優れている。

一実施形態において、ガス供給システムは、コントロールバルブの制御値を取得する制御部を更に備え、コントロールバルブは、弁体と、弁座と、制御電圧に応じて伸張し、弁体と弁座とを接近又は離間させることでコントロールバルブの開閉を行う圧電素子と、を有し、制御部は、圧電素子の制御電圧に基づいて開閉バルブの開閉を判定してもよい。ガスの供給動作は、制御圧力値で確認することができるが、常時一定の流量出力をした場合にはガス供給の正常動作判断が困難である。開閉バルブのアクチュエータに磁気近接センサなどを設けて開閉バルブの開閉を判定する手法も考えられるが部品点数が増加し、構成が複雑化する。このガス供給システムにおいては、コントロールバルブの圧電素子が開閉バルブの開閉に追従するように動作する。このため、コントロールバルブの圧電素子の制御電圧を用いることで、バルブの開閉を簡易に判定することができる。

一実施形態において、制御部は、取得された制御電圧と、予め定められた制御電圧の基準値とを比較し、比較結果に応じて警報を出力してもよい。このように構成することで、開閉バルブが予め定められた動作をしていないときに警報を出力することができる。

本発明の他の側面に係る基板処理システムは、上述したガス供給システムを備え、上述したガス供給システムを用いて基板を処理することができる。

本発明の他の側面に係るガス供給方法は、第１ガスの第１ガスソースとチャンバとを接続する第１流路と、第２ガスの第２ガスソースと第１流路とを接続する第２流路と、第２流路に設けられ、第２ガスの流量を所定量に制御するコントロールバルブと、コントロールバルブの下流であって第２流路の終端に設けられたオリフィスと、第１流路と第２流路の終端との接続箇所に設けられ、オリフィスの出口から第１流路へ供給される第２ガスの供給タイミングを制御する開閉バルブと、第２流路のうちコントロールバルブとオリフィスとの間の流路に接続され、第２ガスを排気する排気機構と、コントロールバルブ、開閉バルブ及び排気機構を動作させるコントローラと、を備えたガス供給システムを用いて基板処理装置のチャンバへガスを供給するガス供給方法であって、開閉バルブを閉としつつ排気機構を動作させた状態で、コントロールバルブを制御して目標流量の第２ガスを流通させる準備ステップと、準備ステップを継続中において目標供給タイミングとなったときに、開閉バルブを開とし、目標流量の第２ガスを第１流路へ供給する供給ステップとを備える。

本発明の他の側面に係るガス供給方法によれば、上述したガス供給システムと同一の効果を奏する。

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

第１実施形態に係るガス供給システムの概要図である。 開閉バルブを概略的に示す断面図である。 開閉バルブの下部構造を概略的に示す図である。 第１実施形態に係る基板処理システムを概略的に示す断面図である。 第１ガス用の二次バルブ及び第２ガス用の開閉バルブの開閉タイミングを示す図である。 第２ガス用のコントロールバルブ、開閉バルブ及び排気バルブを通過する第２ガスの流量を示す図である。 第２実施形態に係るガス供給システムの概要図である。 第２ガス用のコントロールバルブ、開閉バルブ及び排気バルブを通過する第２ガスの流量を示す図である。 第３実施形態に係るガス供給システムの概要図である。 複数の開閉バルブの開閉タイミングの一例を示す図である。 複数の開閉バルブの開閉タイミングの他の例を示す図である。 レシピとレシピに対応する制御回路への入力を説明する図である。 入力に対するバルブの開閉制御の一例を説明する図である。 入力に対するバルブの開閉制御の他の例を説明する図である。 入力に対するバルブの開閉制御の他の例を説明する図である。 第４実施形態に係るガス供給システムの概要図である。 コントロールバルブの構成の一例を示す図である。 開閉バルブの開閉確認を説明する図である。 圧力検出器の検出位置が流量制御に与える影響を評価したときのシステム概要図である。 図１９のシステム構成において評価した評価結果である。 圧力検出器の検出位置が流量制御に与える影響を評価したときのシステム概要図である。 図２１のシステム構成において評価した評価結果である。 温度検出器の検出位置が流量制御に与える影響を評価したときのシステム概要図である。 図２３のシステム構成において評価した評価結果である。 図２４の２５℃のデータを基準として図２４のグラフを変換した結果である。 流量制御に与える影響を評価した構成要素を示す概要図である。 図２６に示す各構成要素の評価結果である。 従来のガス供給システムの概要図である。 従来のガス供給システムの概要図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附す。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るガス供給システム１の概要図である。図１に示されるガス供給システム１は、基板処理装置のチャンバ１２へガスを供給するシステムである。ガス供給システム１は、第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２を備える。第１流路Ｌ１は、第１ガスの第１ガスソースＧＳ１とチャンバ１２とを接続する。第２流路は、第２ガスの第２ガスソースＧＳ２と第１流路Ｌ１とを接続する。第２流路Ｌ２は、接続箇所ＰＰ１で第１流路Ｌ１に合流する。第１流路Ｌ１及び第２流路Ｌ２は、例えば配管で形成される。第１ガスは第２ガスより大流量でチャンバ１２へ供給され得る。第１ガス及び第２ガスは任意である。第１ガスは、一例として、キャリアガスであってもよい。キャリアガスは、例えばＡｒガス、Ｎ_２ガス等である。

第１流路Ｌ１における第１ガスソースＧＳ１の下流側であって、第２流路Ｌ２との接続箇所の上流側には、圧力式流量制御装置ＦＣ１が配置されてもよい。圧力式流量制御装置ＦＣ１の上流側には、図示しない一次バルブが設けられ、圧力式流量制御装置ＦＣ１の下流側には、図示しない二次バルブが設けられる。圧力式流量制御装置ＦＣ１は、コントロールバルブ、圧力検出器、温度検出器、及び、オリフィス等を有している。コントロールバルブは、一次バルブの下流に設けられる。オリフィスはコントロールバルブの下流且つ二次バルブの上流に設けられる。また、圧力検出器及び温度検出器は、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路における圧力及び温度を計測するように構成される。圧力式流量制御装置ＦＣ１は、圧力検出器及び温度検出器によって計測された圧力及び温度に応じてコントロールバルブを制御することにより、オリフィスの上流の流路の圧力を調整する。オリフィスの上流側圧力Ｐ_１と下流側圧力Ｐ_２との間にＰ_１／Ｐ_２≧約２の所謂臨界膨張条件が保持されている場合には、オリフィスを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（但しＫは定数）となり、また、臨界膨張条件が満たされていない場合には、オリフィスを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_２ ^ｍ（Ｐ_１−Ｐ_２）^ｎ（但しＫ、ｍ、ｎは定数）となる。従って、上流側圧力Ｐ_１を制御することによりガス流量Ｑを高精度で制御することができ、しかも、コントロールバルブの上流側ガスの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないという優れた特性を発揮することができる。第１ガスソースＧＳ１の第１ガスは、圧力式流量制御装置ＦＣ１により流量が調整され、第２流路Ｌ２との接続箇所ＰＰ１を通過してチャンバ１２へ供給される。

第２流路Ｌ２における第２ガスソースＧＳ２の下流側には、コントロールバルブＶＬ１と、オリフィスＯＬ１と、開閉バルブＶＬ２とが順に配置されている。

コントロールバルブＶＬ１は、第２流路Ｌ２に設けられ、第２ガスの流量を所定量に制御する。コントロールバルブＶＬ１は、圧力式流量制御装置ＦＣ１に備わるコントロールバルブと同一の機能を有する。コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路の圧力及び温度は、圧力検出器ＰＭ及び温度検出器ＴＭによって検出され得る。

圧力検出器ＰＭは、第２流路Ｌ２のうちコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路における第２ガスの圧力を検出する。圧力検出器ＰＭは、コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路においてオリフィスＯＬ１側に位置してもよい。つまり、コントロールバルブＶＬ１と圧力検出器ＰＭとの間の流路の長さよりも、圧力検出器ＰＭとオリフィスＯＬ１との間の流路の長さの方が短くてもよい。コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路において、圧力検出器ＰＭがオリフィスＯＬ１側に位置することにより、コントロールバルブ側に位置する場合と比べて、流量調整の誤差を低減することができる。

温度検出器ＴＭは、第２流路Ｌ２のうちコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路における第２ガスの温度を検出する。温度検出器ＴＭは、コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路においてオリフィスＯＬ１側に位置してもよい。つまり、コントロールバルブＶＬ１と温度検出器ＴＭとの間の流路の長さよりも、温度検出器ＴＭとオリフィスＯＬ１との間の流路の長さの方が短くてもよい。コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路において、温度検出器ＴＭがオリフィスＯＬ１側に位置することにより、コントロールバルブ側に位置する場合と比べて、流量調整の誤差を低減することができる。

コントロールバルブＶＬ１は、圧力検出器ＰＭ及び温度検出器ＴＭの検出結果に基づいて第２ガスの流量を制御する。より具体的な一例としては、制御回路Ｃ２がコントロールバルブＶＬ１の動作を決定する。制御回路Ｃ２は、圧力検出器ＰＭ及び温度検出器ＴＭによって検出された圧力及び温度を入力し、検出された圧力の温度補正と流量演算とを行う。そして、制御回路Ｃ２は、設定された目標流量と算出した流量とを比較し、差分が小さくなるようにコントロールバルブＶＬ１の動作を決定する。なお、第２ガスソースＧＳ２とコントロールバルブＶＬ１との間に一次バルブが設けられていてもよい。

オリフィスＯＬ１は、コントロールバルブＶＬ１の下流であって第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１に設けられる。オリフィスＯＬ１は、圧力式流量制御装置ＦＣ１に備わるオリフィスと同一の機能を有する。開閉バルブＶＬ２は、第１流路Ｌ１と第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１との接続箇所ＰＰ１に設けられ、オリフィスＯＬ１の出口から第１流路Ｌ１へ供給される第２ガスの供給タイミングを制御する。開閉バルブＶＬ２は、第１ガスを通過させつつ、第２ガスの供給タイミングを制御する機能を有する。開閉バルブＶＬ２の構成の詳細については後述する。第２ガスソースＧＳ２の第２ガスは、コントロールバルブＶＬ１及びオリフィスＯＬ１により流量が調整され、第１流路Ｌ１との接続箇所ＰＰ１で開閉バルブＶＬ２の開動作により第１流路Ｌ１に供給され、第１流路Ｌ１を通過してチャンバ１２へ供給される。

ガス供給システム１は、第２流路Ｌ２のうちコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路に接続された、第２ガスを排気する排気機構Ｅを備えている。排気機構Ｅは、排気流路ＥＬを介して第２流路Ｌ２と接続する。排気流路ＥＬは、第２流路Ｌ２のうちコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の接続箇所ＰＰ２に接続される。排気機構Ｅは、コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路においてオリフィスＯＬ１側に接続されてもよい。つまり、コントロールバルブＶＬ１と接続箇所ＰＰ２との間の流路の長さよりも、接続箇所ＰＰ２とオリフィスＯＬ１との間の流路の長さの方が短くてもよい。コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路において、排気機構ＥがオリフィスＯＬ１側に接続されることにより、コントロールバルブＶＬ１側に接続される場合と比べて、圧力調整の誤差を低減することができる。

排気機構Ｅは、オリフィスＯＬ２及び排気バルブＶＬ３（第２排気バルブの一例）を備え得る。オリフィスＯＬ２は、圧力式流量制御装置ＦＣ１に備わるオリフィスと同一の機能を有する。なお、オリフィスＯＬ２を備えた排気流路ＥＬを小排気流路ともいう。排気流路ＥＬは、チャンバ１２を排気する排気装置５１に接続されている。なお、排気流路ＥＬは、他の排気装置に接続されてもよい。排気バルブＶＬ３は、排気流路ＥＬに設けられ、排気タイミングを制御し得る。排気バルブＶＬ３が開とされた場合、コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路に存在する第２ガスのうちオリフィスＯＬ２で流量制御された第２ガスが排気流路ＥＬから排気される。

ガス供給システム１は、コントロールバルブＶＬ１、開閉バルブＶＬ２及び排気機構Ｅを動作させるコントローラＣ１を備えている。コントローラＣ１は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータである。コントローラＣ１は、記憶部に記憶されたレシピを入力し、コントロールバルブＶＬ１を動作させる制御回路Ｃ２へ信号を出力する。また、コントローラＣ１は、記憶部に記憶されたレシピを入力し、開閉バルブＶＬ２の開閉動作を制御する。また、コントローラＣ１は、記憶部に記憶されたレシピを入力し、排気機構Ｅを制御する。例えば、コントローラＣ１は、制御回路Ｃ２を介して排気バルブＶＬ３を動作し得る。

オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２は、チャンバ１２に設けられたインレットブロック５５よりも下流側に配置され得る。例えば、インレットブロック５５は、第１流路Ｌ１における圧力式流量制御装置ＦＣ１の下流側であって、第２流路Ｌ２との接続箇所ＰＰ１の上流側に配置される。同様に、インレットブロック５５は、コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間に配置される。インレットブロック５５は、その内部に流路が形成されており、インレットブロック５５の上流側の配管とインレットブロック５５の下流側の配管又はチャンバ１２とを接続する。インレットブロック５５は、チャンバ１２を大気開放する際に切り離され、接続された配管を分割したりチャンバ１２と配管とを分離したりする。なお、インレットブロック５５より下流側（チャンバ１２側）は、大気以下に排気されていてもよい。また、第１流路のインレットブロック５５は、第２流路のインレットブロック５５と同一部材であってもよいし、異なる部材でもよい。インレットブロック５５より下流側、つまりインレットブロック５５よりチャンバ１２側にオリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２が位置することで、インレットブロック５５より上流側に位置する場合と比べて、チャンバ１２により近い位置でガスの制御を行うことができる。よって、チャンバ１２へ供給するガスの応答性を向上させることができる。

インレットブロック５５を基準として第２ガスソースＧＳ２側に設けられたコントロールバルブＶＬ１及び制御回路Ｃ２は、ユニット化されてもよい（図中のユニットＵ１）。インレットブロック５５を基準としてチャンバ１２側に設けられたオリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２は、ユニット化されてもよい（図中のユニットＵ２）。ユニット化とは１つの構成要素として一体化されることである。なお、ユニットＵ２は、圧力検出器ＰＭ及び温度検出器ＴＭを含んでもよい。また、ユニットＵ２は、後述する排気流路の一部を含んでもよい。

次に、開閉バルブＶＬ２の構成の詳細を説明する。図２は、開閉バルブＶＬ２を概略的に示す断面図である。開閉バルブＶＬ２は、第１流路Ｌ１上に配置される。図２に示されるように、開閉バルブＶＬ２は、下部本体部７１及び上部本体部７２を備える。下部本体部７１と上部本体部７２との間には、弁機能を発揮する封止部材７４が配置される。下部本体部７１は、その内部に気体を流通させる流路を画成する。上部本体部７２は、封止部材７４を動作させる構成要素を備える。封止部材７４は、可撓性を有する部材で構成され得る。封止部材７４は、例えば、弾性部材、ダイヤフラム、ベローズ等であってもよい。

下部本体部７１は、その内部に第１流路Ｌ１の一部となる流路を画成している。具体的な一例として、下部本体部７１は、入口７１ａ及び出口７１ｂを有し、入口７１ａから出口７１ｂまで延びる内部流路７１ｃを有している。下部本体部７１は、その内部に第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１を有している。つまり、終端Ｌ２１に設けられたオリフィスＯＬ１は、下部本体部７１の内部に収容されている。下部本体部７１の内部において、第１流路Ｌ１と第２流路Ｌ２とが合流する。開閉バルブＶＬ２は、第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１を封止部材７４で開閉することにより、第２ガスが第１流路へ合流するタイミングを制御する。

具体的な一例として、内部流路７１ｃ内には、オリフィスＯＬ１を支持するためのオリフィス支持部７１ｄが形成されている。オリフィス支持部７１ｄは、内部流路７１ｃの内壁から内部流路７１ｃの上部本体部７２側（封止部材７４側）に向けて突出している。オリフィス支持部７１ｄは、入口７１ｅ及び出口７１ｆを有し、入口７１ｅから出口７１ｆまで延びる内部流路７１ｇを有している。内部流路７１ｇは、第２流路Ｌ２の一部を構成する。第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１であるオリフィス支持部７１ｄの出口７１ｆには、オリフィスＯＬ１が設けられている。オリフィスＯＬ１の周囲には、オリフィスＯＬ１よりも上部本体部７２側（封止部材７４側）に突出したシール部７５が設けられている。

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

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

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

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

下部本体部７１の内部流路７１ｃは、封止部材７４の動作によっては閉塞されない構造を有する。つまり、第１流路Ｌ１は、封止部材７４の動作によっては閉塞されず、常に連通した状態となる。図３は、開閉バルブＶＬ２の下部構造を概略的に示す図である。図３に示されるように、内部流路７１ｃは、オリフィス支持部７１ｄの周囲を囲むように画成されている。第１ガスは、封止部材７４がオリフィスＯＬ１に押し当てられているときには、オリフィス支持部７１ｄの側方を通過し、封止部材７４がオリフィスＯＬ１から離間しているときには、オリフィス支持部７１ｄの側方及び上方を通過する。このように、封止部材７４は、第１流路Ｌ１の流通に影響を与えること無く、第２流路Ｌ２の開閉を実現する。

以上、ガス供給システム１においては、オリフィスＯＬ１がコントロールバルブＶＬ１の下流であって第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１に設けられ、開閉バルブＶＬ２が第１流路Ｌ１と第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１との接続箇所ＰＰ１に設けられる。つまり、第１流路Ｌ１と第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１との接続箇所ＰＰ１にオリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２が配置されているため、オリフィスＯＬ１から開閉バルブＶＬ２までの流路を極小化することができる。これにより、開閉バルブＶＬ２を開としたときに、オリフィスＯＬ１から開閉バルブＶＬ２までの流路に留まったガスが流量制御されていない状態でチャンバへ供給されることを回避することができる。

また、ガス供給システム１においては、開閉バルブＶＬ２が第１流路Ｌ１と第２流路Ｌ２の終端Ｌ２１との接続箇所ＰＰ１に設けられているため、開閉バルブＶＬ２から接続箇所ＰＰ１までの流路を極小化することができる。これにより、第１流路Ｌ１を流れるガスの圧力が、第２流路Ｌ２を流れるガスの圧力よりも大きい場合であっても、第２ガスが開閉バルブＶＬ２と接続箇所ＰＰ１との間の流路を満たすまでに時間がかかることを回避することができる。

さらに、ガス供給システム１においては、第２ガスを排気する排気機構Ｅが第２流路Ｌ２のうちコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路に接続されているため、例えば、開閉バルブＶＬ２を閉とし、排気機構Ｅを作動させることにより、チャンバ１２への供給を停止した状態でコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路を所定の目標圧力のガスで満たすことができる。このため、開閉バルブＶＬ２を開としてからコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路を所定の目標圧力のガスで満たすまでの時間を省略することができるので、応答性に優れている。

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

プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２を備えている。チャンバ１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１２は、例えば、アルミニウムから構成されており、その内壁面には陽極酸化処理が施されている。このチャンバ１２は保安接地されている。また、チャンバ１２の側壁上端には、当該側壁から上方に延びるように、接地導体１２ａが搭載されている。接地導体１２ａは、略円筒形状を有している。また、チャンバ１２の側壁には基板（以下、「ウエハＷ」という）の搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

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

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

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

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、プラズマ処理の均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、例えば、シリコン、石英、又はＳｉＣといった材料から構成され得る。

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

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

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

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

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

支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この支持体３６は、水冷構造を有し得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａには、ガス供給システム１の合流管（第１流路Ｌ１）が接続している。

支持体３６には、ガス拡散室３６ａと当該ガス拡散室３６ａの下方で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。かかる構成の上部電極３０は、シャワーヘッドＳＨを構成している。

また、プラズマ処理装置１０では、チャンバ１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、チャンバ１２にプラズマ処理の副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

チャンバ１２の底部側、且つ、支持部１４とチャンバ１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。排気プレート４８には、多数の貫通孔が形成されている。この排気プレート４８の下方、且つ、チャンバ１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０及び排気装置５１が接続されている。一実施形態では、排気装置５０は、ターボ分子ポンプであり、排気装置５１はドライポンプである。排気装置５０は、チャンバ１２に対して、排気装置５１よりも上流側に設けられている。これら排気装置５０と排気装置５１との間の配管には、ガス供給システム１の排気流路ＥＬが接続している。排気装置５０と排気装置５１との間に排気流路ＥＬが接続されることにより、排気流路ＥＬからチャンバ１２内へのガスの逆流が抑制される。

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

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

また、一実施形態においては、図１に示されたコントローラＣ１は、プラズマ処理装置１０にて実行されるプラズマ処理のために、当該プラズマ処理装置１０の各部を制御する。

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

次に、ガス供給システム１によるガス供給方法を説明する。ガス供給方法は、コントローラＣ１によって構成要素が動作されることで実現し得る。図５は、第１ガス用の二次バルブ及び第２ガス用の開閉バルブＶＬ２の開閉タイミングを示す図である。図５に示されるように、コントローラＣ１は、第１ガス用の二次バルブを開とする。次に、コントローラＣ１は、第１ガス用の二次バルブが開とされている状態で、開閉バルブＶＬ２が開閉を繰り返す。このようなプロセスの一例として、第１ガスはキャリアガスであり、第２ガスはプラズマ処理に必要な処理ガスである。

ガス供給システム１は、開閉バルブＶＬ２の開閉制御に合わせて、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３を開閉制御する。具体的には、コントローラＣ１は、第１流路Ｌ１に目標流量の第２ガスを目標供給タイミングで供給する場合、目標供給タイミングとなるまでの所定期間において、開閉バルブＶＬ２を閉としつつ排気機構Ｅを動作させた状態で、コントロールバルブＶＬ１を制御して目標流量の第２ガスを流通させ、目標供給タイミングとなったときに開閉バルブを開とする。

図６は、第２ガス用のコントロールバルブＶＬ１、開閉バルブＶＬ２及び排気バルブＶＬ３を通過する第２ガスの流量を示す図である。図６においては、処理プロセスのステップを、破線を用いて表現しており、処理プロセス全体のステップは合計１５である場合を示している。開閉バルブＶＬ２が図５を用いて説明した開閉動作を行うことにより、図６に示されるように、第２ガスは開閉バルブＶＬ２を間欠的に流通する。図６では、コントローラＣ１は、ステップ３，５，８及び１２（目標供給タイミングの一例）において開閉バルブＶＬ２を開とする。コントローラＣ１は、ステップ３の直前ステップであるステップ２（目標供給タイミングとなるまでの所定期間の一例）において、開閉バルブＶＬ２を閉とした状態で、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３を開とし、排気機構Ｅを動作させる（準備ステップ）。つまり、ステップ２では、コントロールバルブＶＬ１を通過した第２ガスは、第１流路Ｌ１に供給されず、排気流路ＥＬを通過して排気される。このとき、第２流路内のガスの圧力及び流量は、コントロールバルブＶＬ１により、設定された目標値に制御される。コントローラＣ１は、コントロールバルブＶＬ１と排気バルブＶＬ３とを任意の手法で同期させることができる。例えば、コントローラＣ１は、コントロールバルブＶＬ１への入力流量が０より大きい場合、小排気流路ＥＬ１の排気バルブＶＬ３を開とするように制御してもよい。コントローラＣ１は、コントロールバルブＶＬ１への入力流量が０である場合、小排気流路ＥＬ１の排気バルブＶＬ３を閉としてもよい。

コントローラＣ１は、準備ステップ継続中において、目標供給タイミングであるステップ３になったときに、開閉バルブＶＬ２を開とし、目標流量の第２ガスを第１流路へ供給する（供給ステップ）。このように、開閉バルブＶＬ２を閉とし、排気機構Ｅを作動させることにより、チャンバ１２への供給を停止した状態でコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路を所定の目標圧力のガスで満たすことができる。このため、開閉バルブＶＬ２を開としてからコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路を所定の目標圧力のガスで満たすまでの時間を省略することができるので、応答性に優れている。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るガス供給システム１Ａは第１実施形態に係るガス供給システム１と比較して、排気機構Ｅに替えて排気機構ＥＡを備える点、及び、コントローラＣ１によるガス供給方法が相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

図７は、第２実施形態に係るガス供給システム１Ａの概要図である。排気機構ＥＡは、排気流路ＥＬとして、小排気流路ＥＬ１及び大排気流路ＥＬ２を有する。小排気流路ＥＬ１及び大排気流路ＥＬ２は、第２流路のうちコントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路に接続される。小排気流路ＥＬ１は、大排気流路ＥＬ２よりも排気量が小さい。具体的には、小排気流路ＥＬ１には、オリフィスＯＬ２が設けられており、排気量を第１排気量に制御する。小排気流路ＥＬ１には、排気タイミングを制御する排気バルブＶＬ３（第２排気バルブの一例）が設けられてもよい。大排気流路ＥＬ２は、第１排気量よりも大きい第２排気量で排気する。大排気流路ＥＬ２には、流量制御する機器が設けられていない。大排気流路ＥＬ２には、排気タイミングを制御する排気バルブＶＬ４（第１排気バルブの一例）が設けられてもよい。排気機構ＥＡは、第１実施形態に係る排気機構Ｅと同様に、コントローラＣ１によって制御回路Ｃ２を介して制御され得る。ガス供給システム１Ａのその他の構成は、ガス供給システム１と同一である。ガス供給システム１Ａは、プラズマ処理装置１０に適用することができる。

次に、ガス供給システム１Ａによるガス供給方法を説明する。ガス供給方法は、コントローラＣ１によって構成要素が動作されることで実現し得る。第１ガス用の二次バルブ及び第２ガス用の開閉バルブＶＬ２の開閉タイミングは、図５と同一である。ガス供給システム１Ａは、開閉バルブＶＬ２の開閉制御に合わせて、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３，ＶＬ４を開閉制御する。具体的には、コントローラＣ１は、第１流路Ｌ１に目標流量の第２ガスを目標供給タイミングで供給する場合、目標供給タイミングとなるまでの所定期間において、開閉バルブＶＬ２を閉としつつ排気機構Ｅを動作させた状態で、コントロールバルブＶＬ１を制御して目標流量の第２ガスを流通させ、目標供給タイミングとなったときに開閉バルブを開とする。

図８は、第２ガス用のコントロールバルブＶＬ１、開閉バルブＶＬ２及び排気バルブＶＬ３，ＶＬ４を通過する第２ガスの流量を示す図である。なお、コントロールバルブＶＬ１に関する流量のみ、コントロールバルブＶＬ１への入力流量（ＩＮ）と出力流量（ＯＵＴ）とを図示している。図８においては、処理プロセスのステップを、破線を用いて表現しており、処理プロセス全体のステップは合計１５である場合を示している。開閉バルブＶＬ２が図５を用いて説明した開閉動作を行うことにより、図８に示されるように、第２ガスは開閉バルブＶＬ２を間欠的に流通する。図８では、コントローラＣ１は、ステップ３，５，８及び１２（目標供給タイミングの一例）において開閉バルブＶＬ２を開とする。コントローラＣ１は、第１実施形態のガス供給方法で説明された準備ステップ及び供給ステップを行う。

ここで、コントローラＣ１は、排気機構Ｅを以下のように制御する。コントローラＣ１は、コントロールバルブＶＬ１への入力流量が０より大きい場合、小排気流路ＥＬ１の排気バルブＶＬ３を開とする。コントローラＣ１は、コントロールバルブＶＬ１への入力流量が０である場合、小排気流路ＥＬ１の排気バルブＶＬ３を閉とする。コントローラＣ１は、コントロールバルブＶＬ１への入力流量と出力流量との関係性を用いて、大排気流路ＥＬ２の排気バルブＶＬ４の開閉制御を行う。具体的な一例として、コントローラＣ１は、入力流量が出力流量より所定量以下となった場合に大排気流路ＥＬ２の排気バルブＶＬ４を開とし、それ以外の場合に閉とする。図８において、ステップ２及びステップ７では、入力流量が出力流量より所定量以下ではなく、ステップ１０及びステップ１４では、入力流量が出力流量より所定量以下である場合を示している。図８に示されるように、コントローラＣ１は、ステップ１０及びステップ１４において大排気流路ＥＬ２の排気バルブＶＬ４を開とし、排気量を増大させる。このように、排気流路ごとに排気タイミングを制御することができるので、コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路において、きめ細やかに圧力調整することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係るガス供給システム１Ｂは第１実施形態に係るガス供給システム１と比較して、第３ガスを第１流路Ｌ１に合流させる構成をさらに備える点、及び、コントローラＣ１によるガス供給方法が相違する。第３実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

図９は、第３実施形態に係るガス供給システム１Ｂの概要図である。ガス供給システム１Ｂは、第３ガスの第３ガスソースＧＳ３と第１流路Ｌ１とを接続する第３流路Ｌ３を備える。

第３流路Ｌ３における第３ガスソースＧＳ３の下流側には、コントロールバルブＶＬ４１と、オリフィスＯＬ３と、開閉バルブＶＬ５とが順に配置されている。コントロールバルブＶＬ４１は、コントロールバルブＶＬ１と同一の構成であり、制御回路Ｃ２と同一の構成の制御回路（不図示）によって制御される。オリフィスＯＬ３は、オリフィスＯＬ１と同一の構成である。開閉バルブＶＬ５は、第１流路Ｌ１と第３流路Ｌ３との接続箇所ＰＰ３に設けられ、開閉バルブＶＬ２と同一の構成である。第３ガスソースＧＳ３の第３ガスは、コントロールバルブＶＬ４１及びオリフィスＯＬ３により流量が調整され、第１流路Ｌ１との接続箇所ＰＰ３で開閉バルブＶＬ５の開動作により第１流路Ｌ１に供給され、第１流路Ｌ１を通過してチャンバ１２へ供給される。

ガス供給システム１Ｂは、第３流路Ｌ３のうちコントロールバルブＶＬ４１とオリフィスＯＬ３との間の流路に接続された、第３ガスを排気する排気機構ＥＢを備えている。排気機構ＥＢは、排気流路ＥＬ３を介して第３流路Ｌ３と接続する。排気流路ＥＬ３は、第３流路Ｌ３のうちコントロールバルブＶＬ４１とオリフィスＯＬ３との間の接続箇所ＰＰ４に接続される。排気機構ＥＢは、排気機構Ｅと同一の構成である。排気流路ＥＬ３は、排気流路ＥＬと接続箇所ＰＰ５で接続される。なお、排気流路ＥＬ３は、他の排気装置に接続されてもよい。

上述した第３ガスを第１流路Ｌ１に合流させる構成要素は、第１実施形態で説明したコントローラＣ１によって制御され得る。オリフィスＯＬ３及び開閉バルブＶＬ５は、チャンバ１２に設けられたインレットブロック５５よりも下流側に配置され得る。インレットブロック５５を基準としてチャンバ１２側に設けられたオリフィスＯＬ３及び開閉バルブＶＬ５は、ユニット化されてもよい（図中のユニットＵ３）。なお、ユニットＵ３は、圧力検出器ＰＭ及び温度検出器ＴＭを含んでもよい。また、ユニットＵ３は、排気流路ＥＬ３の一部を含んでもよい。ガス供給システム１Ｂのその他の構成は、ガス供給システム１と同一である。ガス供給システム１Ｂは、プラズマ処理装置１０に適用することができる。

次に、ガス供給システム１Ｂによるガス供給方法を説明する。ガス供給方法は、コントローラＣ１によって構成要素が動作されることで実現し得る。第１ガス用の二次バルブの開閉タイミングは、任意である。つまり、第１ガスについては導入してもよいし、しなくてもよい。図１０は、開閉バルブＶＬ２，ＶＬ５の開閉タイミングの一例を示す図である。図１０に示されるように、コントローラＣ１は、第２ガス用の開閉バルブＶＬ２と、第３ガス用の開閉バルブＶＬ５と、を交互に開閉させる。つまり、コントローラＣ１は、開閉バルブＶＬ２，ＶＬ５を周期的に開閉するとともに、開閉の周期をシフトさせる。このようなプロセスの一例として、第１ガスはキャリアガスであり、第２ガス及び第３ガスはプラズマ処理に必要な処理ガスである。別の例では、第１ガスは導入されず、第２ガス及び第３ガスはプラズマ処理に必要な処理ガスである。図１１は、開閉バルブＶＬ２，ＶＬ５の開閉タイミングの他の例を示す図である。図１１に示されるように、コントローラＣ１は、第２ガス用の開閉バルブＶＬ２と、第３ガス用の開閉バルブＶＬ５と、を同期させて開閉させてもよい。

次に、コントローラＣ１が処理プロセスのレシピを読み込んで実行する具体的な一例を説明する。レシピは、コントローラＣ１の記憶部に予め格納されている。図１２は、レシピとレシピに対応する制御回路への入力を説明する図である。図１２の（Ａ）に示されるように、レシピには、ステップ１〜ステップ８の処理プロセスにおけるＡｒガス（第１ガスの一例）、Ｏ_２ガス（第２ガスの一例）及びＣ_４Ｆ_６ガス（第３ガスの一例）の流量が予め設定されている。このレシピでは、Ａｒガスをキャリアガスとしてステップ１〜ステップ８で供給し、添加ガスとしてＯ_２ガス及びＣ_４Ｆ_６ガスをステップ３及びステップ５で供給し、添加ガスとしてＣ_４Ｆ_６ガスをステップ８で供給する。コントローラＣ１は、図１２の（Ａ）に示されるレシピを記憶部から読み込むと、図１２の（Ｂ）に示される処理プロセスが実行されるように、圧力式流量制御装置ＦＣ１の制御回路、及び、コントロールバルブＶＬ１の制御回路へ信号を出力する。

図１２の（Ｂ）に示される制御プロセスは、レシピに基づいて、添加ガスの供給ステップの直前のステップにおいて、当該供給ステップと同一流量の添加ガスを供給するように変更されている（図中の網掛け部分）。具体的には、コントローラＣ１は、第２ステップのＯ_２ガスの流量を０［ｓｃｃｍ］から６［ｓｃｃｍ］へ変更し、第２ステップのＣ_４Ｆ_６ガスの流量を０［ｓｃｃｍ］から７．５［ｓｃｃｍ］へ変更する。また、コントローラＣ１は、第３ステップのＯ_２ガスの流量を０［ｓｃｃｍ］から６［ｓｃｃｍ］へ変更し、第３ステップのＣ_４Ｆ_６ガスの流量を０［ｓｃｃｍ］から７．５［ｓｃｃｍ］へ変更する。さらに、コントローラＣ１は、第７ステップのＣ_４Ｆ_６ガスの流量を０［ｓｃｃｍ］から５．５［ｓｃｃｍ］へ変更する。

コントローラＣ１及び制御回路は、図１２の（Ｂ）に示されたレシピに対応する制御回路への入力に基づいて、各バルブを制御する。第２ガス及び第３ガスに対するバルブの制御方法は共通であるため、以下では、第２ガスの制御方法を説明し、第３ガスの制御方法については省略する。また、第２ガスの制御方法は、代表的なステップのみを説明する。図１３は、入力に対するバルブの開閉制御の一例を説明する図である。図１３の（Ａ）は、コントローラＣ１の処理を示している。図１３の（Ａ）に示されるように、ステップＮにおいて第２ガスが流量α［ｓｃｃｍ］で供給されるというレシピをコントローラＣ１が入力する。コントローラＣ１は、レシピに対応する制御回路への入力（目標設定）として、ステップＮ−１において第２ガスが流量α［ｓｃｃｍ］で供給されると変更する。そして、コントローラＣ１は、各ステップのバルブの開閉状態を決定する。なお、コントローラＣ１は、開閉バルブＶＬ２を直接的に制御し、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３については、コントロールバルブＶＬ１の制御回路を介して間接的に制御する。

コントローラＣ１は、ステップＮ−２において、コントロールバルブＶＬ１を閉、開閉バルブＶＬ２を閉、開閉バルブＶＬ２を閉と設定する。コントローラＣ１は、ステップＮ−１において、コントロールバルブＶＬ１を開、開閉バルブＶＬ２を閉、排気バルブＶＬ３を開と設定する。コントローラＣ１は、ステップＮにおいて、コントロールバルブＶＬ１を開、開閉バルブＶＬ２を開、排気バルブＶＬ３を開と設定する。コントローラＣ１は、ステップＮ＋１において、コントロールバルブＶＬ１を閉、開閉バルブＶＬ２を閉、排気バルブＶＬ３を閉と設定する。

そして、コントローラＣ１は、各ステップにおいて、設定どおりの動作となるように、開閉バルブＶＬ２を開閉させるとともに、制御回路へ信号を出力する。制御回路への信号は、目標設定した流量（入力）、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３の開閉状態が含まれる。制御回路は、コントローラＣ１から入力した信号に従い、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３の開閉を制御する。

図１３の（Ｂ）は、信号を入力した制御回路の処理を示している。図１３の（Ｂ）に示されるように、ステップＮ−２において、制御回路は、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３を閉とする。コントローラＣ１は、開閉バルブＶＬ２を閉とする。ステップＮ−１において、制御回路は、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３を開とする。また、制御回路は、出力流量が流量α［ｓｃｃｍ］となるようにコントロールバルブＶＬ１を制御する（自己制御）。また、排気バルブＶＬ３を開とすることにより、排気流量はオリフィスによって自動制御される（自己制御）。コントローラＣ１は、開閉バルブＶＬ２を閉とする。このように、ステップＮ−１において、コントロールバルブＶＬ１とオリフィスＯＬ１との間の流路において、流量α［ｓｃｃｍ］で第２ガスが流通する。

続いて、ステップＮにおいて、制御回路は、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３を開とする。また、制御回路は、出力流量が流量α［ｓｃｃｍ］となるようにコントロールバルブＶＬ１を制御する（自己制御）。また、排気バルブＶＬ３を開とすることにより、排気流量はオリフィスによって自動制御される（自己制御）。コントローラＣ１は、開閉バルブＶＬ２を開とする。このように、ステップＮにおいて、ステップＮ−１にて流量α［ｓｃｃｍ］に調整された第２ガスが第１流路Ｌ１へ供給される。ステップＮ＋１において、制御回路は、コントロールバルブＶＬ１及び排気バルブＶＬ３を閉とする。コントローラＣ１は、開閉バルブＶＬ２を閉とする。これにより、第２ガスの第１流路Ｌ１への供給が停止される。このように、コントローラＣ１は、第１実施形態のガス供給方法で説明された準備ステップ及び供給ステップを行う。

図１４は、入力に対するバルブの開閉制御の他の例を説明する図である。図１４の（Ａ）は、コントローラＣ１の処理を示している。図１４の（Ａ）に示されるように、ステップＮにおいて第２ガスが流量α［ｓｃｃｍ］で供給され、ステップＮ＋１において第２ガスが流量βで供給されるというレシピをコントローラＣ１が入力する。コントローラＣ１は、レシピに対応する制御回路への入力（目標設定）として、ステップＮ−１において第２ガスが流量α［ｓｃｃｍ］で供給されると変更する。なお、供給ステップであるステップＮ＋１の直前のステップは、供給ステップであるステップＮであるため、ステップＮにおいて設定された流量を変更しない。つまり、供給ステップが連続する場合には、最初の供給ステップのみに準備ステップを設定し、以降の処理は準備ステップ無しで制御する。その他の処理は、図１３で説明した内容と同一であり、図１４の（Ａ）に示された設定内容に従い、図１４の（Ｂ）に示されるように処理が実行される。

図１５は、入力に対するバルブの開閉制御の他の例を説明する図である。図１５の（Ａ）は、コントローラＣ１の処理を示している。図１５の（Ａ）に示されるように、ステップＮにおいて第２ガスが流量α［ｓｃｃｍ］で供給され、ステップＮ＋２において第２ガスが流量βで供給されるというレシピをコントローラＣ１が入力する。コントローラＣ１は、レシピに対応する制御回路への入力（目標設定）として、ステップＮ−１において第２ガスが流量α［ｓｃｃｍ］で供給され、ステップＮ＋１において第２ガスが流量βで供給されると変更する。その他の処理は、図１３で説明した内容と同一であり、図１４の（Ａ）に示された設定内容に従い、図１４の（Ｂ）に示されるように処理が実行される。

以上、ガス供給システム１Ｂは、第１流路Ｌ１に複数のガスを合流させることができる。また、ガス供給システム１Ｂは、第２流路Ｌ２及び第３流路Ｌ３それぞれにおいて第１実施形態のガス供給方法で説明された準備ステップ及び供給ステップを行うことにより、応答性に優れたガス供給を行うことができる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係るガス供給システム１Ｃは第１実施形態に係るガス供給システム１と比較して、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２がインレットブロック５５よりも上流側に位置する点が相違する。第４実施形態では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

図１６は、第４実施形態に係るガス供給システム１Ｃの概要図である。図１６に示されるように、ガス供給システム１Ｃにおいては、第１流路Ｌ１と第２流路Ｌ２との接続箇所ＰＰ１がインレットブロック５５よりも上流側に位置している。ガス供給システム１Ｃのその他の構成は、ガス供給システム１と同一である。

インレットブロック５５を基準として第２ガスソースＧＳ２側に設けられたコントロールバルブＶＬ１、制御回路Ｃ２、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２は、ユニット化されてもよい（図中のユニットＵ４）。なお、ユニットＵ４は、圧力検出器ＰＭ及び温度検出器ＴＭを含んでもよい。また、ユニットＵ４は、排気流路ＥＬの一部を含んでもよい。以上、ガス供給システム１Ｃは、コントロールバルブＶＬ１から開閉バルブＶＬ２までに位置する構成要素をユニット化することができるので、各構成要素の取り扱いが容易となる。

以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、各実施形態を組み合わせてもよい。また、上述した基板処理装置は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、基板処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波を利用するプラズマ処理装置といった任意のプラズマ処理装置であってもよい。

また、ガス供給システム１Ａ，１Ｂにおいて、オリフィス及び開閉バルブからなるユニットがインレットブロック５５よりも上流側に位置してもよい。

また、上述したコントロールバルブＶＬ１は、開閉バルブＶＬ２の上流側に配置された圧力検出器ＰＭの検出結果に基づいて動作していたが、これに限定されるものではない。例えば、さらに追加された圧力検出器の検出結果を用いてもよい。追加の圧力検出器は、例えば、開閉バルブＶＬ２の下流側に配置され、第１流路Ｌ１の圧力を検出する。制御回路Ｃ２は、第２流路Ｌ２の圧力が第１流路Ｌ１の圧力の２倍以上である条件下では、圧力検出器ＰＭの測定圧力値から求められる算出流量と設定流量との差を減少させるよう、コントロールバルブＶＬ１を制御する。また、制御回路Ｃ２は、第２流路Ｌ２の圧力が第１流路Ｌ１の圧力の２倍よりも小さい条件下では、圧力検出器ＰＭの測定圧力値と追加の圧力検出器の測定圧力値との間の差圧から求められる算出流量と設定流量との差を減少させるよう、コントロールバルブＶＬ１を制御する。このように、上述したコントロールバルブＶＬ１は、差圧制御によって動作してもよい。また、追加の圧力検出器は、図１のユニットＵ２に組み込まれてもよい。つまり、追加の圧力検出器は、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２とともにユニット化されてもよい。あるいは、追加の圧力検出器は、図１６のユニットＵ４に組み込まれてもよい。つまり、追加の圧力検出器は、コントロールバルブＶＬ１、制御回路Ｃ２、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２とともにユニット化されてもよい。

また、上述した実施形態において、上述したコントロールバルブＶＬ１は、開閉バルブＶＬ２の開閉確認に利用することができる。図１７は、コントロールバルブＶＬ１の構成の一例を示す図である。図１７に示されるように、コントロールバルブＶＬ１は、駆動部１２２を有している。この駆動部１２２は、制御回路１２４を有している。制御回路１２４には、上述した制御回路Ｃ２から出力流量と設定流量との流量差ΔＦが入力されるようになっている。

また、駆動部１２２は、圧電素子１２６（ピエゾ素子）を含んでいる。圧電素子１２６は、コントロールバルブＶＬ１の開閉動作において後述の弁体１３０を移動させるよう構成されている。圧電素子１２６は、印加電圧（制御電圧の一例）に応じて伸張し、後述の弁体１３０と弁座１２８ｄとを接近又は離間させることでコントロールバルブＶＬ１の開閉を行う。例えば、制御回路１２４は、流量差ΔＦが０になるように、圧電素子１２６に印加する電圧である印加電圧Ｖｐを制御するようになっている。なお、制御回路１２４は、圧電素子に対する印加電圧Ｖｐを特定する信号を制御回路Ｃ２へ入力するようになっている。つまり、制御回路Ｃ２は、圧電素子に対する印加電圧Ｖｐを特定する信号（コントロールバルブＶＬ１の制御値）を取得する制御部として機能する。

コントロールバルブＶＬ１は、本体１２８、弁体１３０（ダイヤフラム）、皿バネ１３２、押さえ部材１３４、ベース部材１３６、球体１３８、及び支持部材１４０を更に有している。本体１２８は、流路１２８ａ、流路１２８ｂ、及び弁室１２８ｃを提供している。流路１２８ａ及び流路１２８ｂは、上述した第２流路Ｌ２の一部を構成する。また、本体１２８は、弁座１２８ｄを更に提供している。

弁体１３０は、皿バネ１３２によって押さえ部材１３４を介して弁座１２８ｄに対して付勢されている。圧電素子１２６に対する印加電圧がゼロである場合には、弁体１３０は弁座１２８ｄに当接しており、コントロールバルブＶＬ１は閉じられた状態となる。

圧電素子１２６の一端（図中では下端）は、ベース部材１３６によって支持されている。圧電素子１２６は、支持部材１４０に連結されている。支持部材１４０は、その一端（図中では下端）において、押さえ部材１３４と結合されている。この圧電素子１２６に電圧が印加されると、当該圧電素子１２６は伸張する。圧電素子１２６が伸張すると、支持部材１４０は弁座１２８ｄから離れる方向に移動し、これに伴い、押さえ部材１３４も弁座１２８ｄから離れる方向に移動する。これにより、弁体１３０が弁座１２８ｄから離間し、コントロールバルブＶＬ１が開かれた状態となる。コントロールバルブＶＬ１の開度、即ち、弁体１３０と弁座１２８ｄとの間の距離は、圧電素子１２６に印加される電圧によって制御される。

ここで、制御回路Ｃ２は、圧電素子１２６の印加電圧に基づいて開閉バルブＶＬ２の開閉を判定することができる。図１８は、開閉バルブの開閉確認を説明する図である。図１８の（Ａ）はガス供給のレシピであり、図１８の（Ｂ）は開閉バルブＶＬ２の開閉タイミングであり、図１８の（Ｃ）は圧力検出器ＰＭの検出値であり、図１８の（Ｄ）コントロールバルブＶＬ１の圧電素子の制御電圧である。図１８の（Ａ）に示されるようなレシピの場合、図１８の（Ｂ）に示されるように、開閉バルブＶＬ２の「開タイミング」がレシピの「ガスＯＮ」のタイミングと同一となる。そして、図１８の（Ｃ）に示されるように、開閉バルブＶＬ２の開閉に拘わらず圧力検出器ＰＭの検出値は一定値となる。このような圧力一定の状況は、コントロールバルブＶＬ１の開閉、つまり、圧電素子１２６の動作で実現されている。圧電素子１２６の制御電圧は、開閉バルブＶＬ２が開となる時刻Ｔ_Ｐ１で電圧値Ｖ_Ｐ１から電圧値Ｖ_Ｐ２へ変化し、開閉バルブＶＬ２が閉となる時刻Ｔ_Ｐ２で電圧値Ｖ_Ｐ２から電圧値Ｖ_Ｐ１へ変化する。同様に、圧電素子１２６の制御電圧は、開閉バルブＶＬ２が開となる時刻Ｔ_Ｐ３で電圧値Ｖ_Ｐ１から電圧値Ｖ_Ｐ２へ変化し、開閉バルブＶＬ２が閉となる時刻Ｔ_Ｐ４で電圧値Ｖ_Ｐ２から電圧値Ｖ_Ｐ１へ変化する。制御回路Ｃ２は、圧電素子１２６の制御電圧の変化を判定することで、開閉バルブＶＬ２の開閉を判定することができる。よって、センサなどを追加することなく、開閉バルブＶＬ２の開閉を簡易に判定することができる。

制御回路Ｃ２は、取得された制御電圧と、予め定められた制御電圧の基準値とを比較し、比較結果に応じて警報を出力してもよい。予め定められた制御電圧の基準値とは、例えば、レシピどおりに作成したときに動作した圧電素子１２６の制御電圧である。計測された制御電圧の基準値は、制御回路Ｃ２により参照可能な記憶部に予め記憶される。制御回路Ｃ２は、記憶部を参照することにより基準値を取得し、取得された制御電圧と比較する。比較結果とは、例えば、取得された制御電圧と予め定められた制御電圧の基準値との差分である。制御回路Ｃ２は、例えば、差分が予め定められた閾値以上である場合には、警報を出力する。制御回路Ｃ２は、例えば、ディスプレイやスピーカに警報信号を出力する。これにより、開閉バルブが予め定められた動作をしていないときに警報を出力することができる。

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

（圧力検出器ＰＭの検出位置の検証）
コントロールバルブとオリフィスとの間の流路における圧力を検出する圧力検出器ＰＭの検出位置が流量制御に影響を与えるか否かを検証した。最初に、圧力検出器ＰＭとオリフィスとの位置関係が流量制御に影響を与えるか否かを確認した。図１９は、圧力検出器ＰＭの検出位置が流量制御に与える影響を評価したときのシステム概要図である。図１９の（Ａ）に示されるように、評価システムは、流量基準器ＦＣ２、コントロールバルブＶＬ７、圧力検出器ＰＭ、オリフィスＯＬ５及び開閉バルブＶＬ８を備えている。流量基準器ＦＣ２は、圧力式流量制御装置ＦＣ１と同一構成である。評価手法として、図１９の（Ｂ）に示されるように、オリフィスＯＬ５から圧力検出器ＰＭまでの距離を離間距離ＬＬ１とし、離間距離ＬＬ１を０［ｍ］〜３［ｍ］の範囲で変更し、オリフィスＯＬ５の出口側の流量と設定値との誤差を評価した。結果を図２０に示す。

図２０は、図１９のシステム構成において評価した評価結果である。横軸が流量設定値［％］、縦軸が流量誤差［％］である。流量設定値は、オリフィスＯＬ５が流すことができる流量の最大値に対する割合である。離間距離ＬＬ１が０［ｍ］の場合、離間距離ＬＬ１が１［ｍ］の場合、離間距離ＬＬ１が２［ｍ］の場合、離間距離ＬＬ１が３ｍの場合について流量誤差を計測し、結果をプロットした。図中の破線は、オリフィスの標準スペック値である。図２０に示されるように、離間距離ＬＬ１が長くなるにつれて、流量誤差の絶対値が大きくなることが確認された。これは、オリフィスＯＬ５と圧力検出器ＰＭとの間の配管の長さの差圧分だけ精度が落ちていると考えられる。

次に、圧力検出器ＰＭとコントロールバルブとの位置関係が流量制御に影響を与えるか否かを確認した。図２１は、圧力検出器ＰＭの検出位置が流量制御に与える影響を評価したときのシステム概要図である。図２１の（Ａ）に示されるように、評価システムは、流量基準器ＦＣ２、コントロールバルブＶＬ７、圧力検出器ＰＭ、オリフィスＯＬ５及び開閉バルブＶＬ８を備えている。流量基準器ＦＣ２は、圧力式流量制御装置ＦＣ１と同一構成である。評価手法として、図２１の（Ｂ）に示されるように、圧力検出器ＰＭからコントロールバルブＶＬ７までの距離を離間距離ＬＬ２とし、離間距離ＬＬ２を０［ｍ］〜３［ｍ］の範囲で変更し、オリフィスＯＬ５の出口側の流量と設定値との誤差を評価した。結果を図２２に示す。

図２２は、図２１のシステム構成において評価した評価結果である。横軸が流量設定値［％］、縦軸が流量誤差［％］である。流量設定値は、オリフィスＯＬ５が流すことができる流量の最大値に対する割合である。離間距離ＬＬ２が０［ｍ］の場合、離間距離ＬＬ２が１［ｍ］の場合、離間距離ＬＬ２２［ｍ］の場合、圧力検出器ＰＭとコントロールバルブＶＬ７との間が３［ｍ］の場合について計測し、結果をプロットした。図中の破線は、流量基準器ＦＣ２の標準スペック値である。図２２に示されるように、流量誤差は圧力検出器ＰＭとコントロールバルブＶＬ７との間の配管長さに依存しないことが確認された。図２０及び図２２の結果から、圧力検出器ＰＭは、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてオリフィス側に位置した方が流量制御を正確に行うことができることが確認された。また、流路誤差を０．１［％］以下にするためには、オリフィスＯＬ５と圧力検出器ＰＭとの間の配管の長さを１［ｍ］以下にする必要があることが確認された。

（温度検出器ＴＭの検出位置の検証）
コントロールバルブとオリフィスとの間の流路における温度を検出する温度検出器ＴＭの検出位置が流量制御に影響を与えるか否かを検証した。図２３は、圧力検出器ＰＭの検出位置が流量制御に与える影響を評価したときのシステム概要図である。図１９の（Ａ）に示されるように、評価システムは、室温（２５℃）の測定室ＲＯ１内に配置され、流量基準器ＦＣ２、コントロールバルブＶＬ７、圧力検出器ＰＭ、温度検出器ＴＭ、オリフィスＯＬ５及び開閉バルブＶＬ８を備えている。流量基準器ＦＣ２は、圧力式流量制御装置ＦＣ１と同一構成である。温度検出器ＴＭは、コントロールバルブＶＬ１の側に配置し、コントロールバルブＶＬ１の流量制御に用いた。オリフィスＯＬ５及び開閉バルブＶＬ８は、２５℃〜５０℃までの範囲で温度を制御可能な恒温槽ＲＯ２に配置した。恒温槽ＲＯ２で温度を変化させて、オリフィスＯＬ５の出口側の流量と設定値との関係を評価した。圧力検出器ＰＭとオリフィスＯＬ５との離間距離ＬＬ３は、２［ｍ］とした。結果を図２４及び図２５に示す。

図２４は、図２３のシステム構成において評価した評価結果である。横軸が流量設定値［％］、縦軸がオリフィスＯＬ５の出口側の測定流量［ｓｃｃｍ］である。流量設定値は、オリフィスＯＬ５が流すことができる流量の最大値に対する割合である。恒温槽ＲＯ２の設定温度が２５℃，３０℃，４０℃，５０℃の場合それぞれについて、オリフィスＯＬ５の出口側の流量と設定値とをプロットした。図２５は、図２４の２５℃のデータを基準として図２４のグラフを変換した結果である。横軸が流量設定値［％］、縦軸が２５％の流量を基準とした値である。図２５に示されるように、オリフィスＯＬ５の温度と温度検出器ＴＭの検出温度（２５℃）との差が大きくなるほど、流量誤差の絶対値が大きくなることが確認された。このように、オリフィスの温度を正確に測定することが重要であることが確認された。図２４及び図２５の結果から、温度検出器ＴＭは、コントロールバルブとオリフィスとの間の流路においてオリフィス側に位置した方が流量制御を正確に行うことができることが確認された。

（半導体製造システムの各構成要素が流量制御に与える影響の検証）
ガス供給システムを含む半導体製造システムの構成要素が流量制御に与える影響を評価した。図２６は、流量制御に与える影響を評価した構成要素を示す概要図である。流量制御機器については省略している。図２６に示されるシステムは、第１ガスソースＧＳ１、第２ガスソースＧＳ２及びチャンバ１２を備えている。第１ガスソースＧＳ１は第１流路Ｌ１を介してチャンバ１２に接続されている。第２ガスソースＧＳ２は、第２流路Ｌ２に接続されている。第２流路Ｌ２は、接続箇所ＰＰ１で第１流路Ｌ１に合流する。

評価手法は以下の通りとした。第１ガスをＡｒガスとし、７５０［ｓｃｃｍ］で連続的にチャンバ１２へ供給した。また、第２ガスをＯ_２ガスとし、５［ｓｃｃｍ］で間欠的にチャンバ１２へ供給した。そして、チャンバ１２内でプラズマを生成し、プラズマの発光強度を測定した。測定発光強度は、最大発光強度を基準に規格化した。ガスを供給して測定発光強度が０％から９０％となるまでの時間（立ち上がり時の評価）と、ガスの供給を停止して測定発光強度が１００％から２０％となるまでの時間（立ち下がり時の評価）とを計測し、応答性を確認した。

評価部位は、以下のとおりとした。部位Ａは、流量制御機器である。流量制御機器は、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２を有する実施例と、図２９に示すガス供給システム１の圧力式流量制御装置ＦＣ３とを評価対象とした。部位Ｂは、流量制御機器から接続箇所ＰＰ１までの長さ（Ａｄｄ Ｌｉｎｅ長さ）である。Ａｄｄ Ｌｉｎｅ長さは、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２を有する実施例（Ａｄｄ Ｌｉｎｅ長さが０［ｍ］）と、Ａｄｄ Ｌｉｎｅ長さ０．１５［ｍ］，１．００［ｍ］，３．００［ｍ］の比較例とを評価対象とした。部位Ｃは、第１ガスソースＧＳ１からチャンバ１２までの長さ（Ｍａｉｎ Ｌｉｎｅ長さ）であり、０．１５［ｍ］，１．００［ｍ］，３．００［ｍ］の場合を評価した。部位Ｄは、上部電極容量であり、１００［ｃｃ］，１６０［ｃｃ］，３４０［ｃｃ］の場合を評価した。部位Ｅは、ＧＡＳ穴数であり、５３個，１０５個の場合を評価した。結果を図２７に示す。

図２７は、図２６に示す各構成要素の評価結果である。破線で囲んだ部位Ａ〜Ｃが、実施形態に係るガス供給システムが有する部位に相当する部分である。部位Ａについては、立ち上がり時の評価において、実施例は比較例に比べて応答性に優れていることが確認された。つまり、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２を有する実施例は、図２９に示すガス供給システム１の圧力式流量制御装置ＦＣ３よりも応答性に優れていることが確認された。また、部位Ｂについては、立ち上がり時の評価及び立ち下がり時の評価の両方において、Ａｄｄ Ｌｉｎｅ長さが０［ｍ］の場合が最も応答性に優れていた。つまり、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２を有する実施例の応答性が優れていることが確認された。また、部位Ｃ及び部位Ｅについては、応答性の部位依存性が小さいことが確認された。また、部位Ｄについては、上部電極容積が小さいほど応答性が優れていることが確認された。

そして、各部位の影響度合いを算出した。影響度合いは、全影響の大きさに対する各部位の影響の大きさの割合を示している。図２７に示すように、部位Ａ〜Ｅのうち部位Ｂが最も影響を与える部位であることが確認された。つまり、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２を有する実施例の構成は、最も影響を与える部位のパラメータを制御することができるため、応答性の改善に非常に有効であることが確認された。

なお、上記測定は、Ａｒガス供給時、つまり、キャリアガスが存在する場合の結果であり、例えば、図９に示すガス供給システム１Ｂのように、キャリアガスを供給しなくてもよい場合がある。このような場合、応答性のＭａｉｎ Ｌｉｎｅ長さ依存性が大きくなる傾向にある。このため、レシピにキャリアガスを用いるステップがある場合、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２を、インレットブロック５５よりも上流側に配置させ、レシピにキャリアガスを用いるステップがない場合、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２を、インレットブロック５５よりも下流側に配置してもよい。つまり、オリフィスＯＬ１及び開閉バルブＶＬ２のインレットブロック５５に対する位置をレシピに応じて決定してもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ガス供給システム、１０…プラズマ処理装置（基板処理装置）、１２…チャンバ、５１…排気装置、Ｃ１…コントローラ、５５…インレットブロック、Ｕ１…ユニット、Ｕ２…ユニット、７４…封止部材、７６…シリンダ、７８…付勢部材、８１…駆動部、１２６…圧電素子、１２８ｄ…弁座、１３０…弁体、Ｃ２…制御回路（制御部）、Ｅ，ＥＡ，ＥＢ…排気機構、ＥＬ…排気流路、ＥＬ１…小排気流路、ＥＬ２…大排気流路、ＧＳ１…第１ガスソース、ＧＳ２…第２ガスソース、ＧＳ３…第３ガスソース、Ｌ１…第１流路、Ｌ２…第２流路、Ｌ３…第３流路、ＰＰ１，ＰＰ２，ＰＰ３，ＰＰ４，ＰＰ５…接続箇所、ＦＣ１，ＦＣ３…圧力式流量制御装置、ＯＬ１，ＯＬ２，ＯＬ３，ＯＬ５…オリフィス、ＶＬ２，ＶＬ５…開閉バルブ、ＰＭ…圧力検出器、ＴＭ…温度検出器、Ｌ２１…終端、ＰＰ２…接続箇所、ＶＬ１，ＶＬ４１，ＶＬ７…コントロールバルブ、ＶＬ３，ＶＬ４…排気バルブ。

Claims (15)

1. 基板処理装置のチャンバへガスを供給するガス供給システムであって、
   第１ガスの第１ガスソースと前記チャンバとを接続する第１流路と、
   第２ガスの第２ガスソースと前記第１流路とを接続する第２流路と、
   前記第２流路に設けられ、前記第２ガスの流量を所定量に制御するコントロールバルブと、
   前記コントロールバルブの下流であって前記第２流路の終端に設けられたオリフィスと、
   前記第１流路と前記第２流路の終端との接続箇所に設けられ、前記オリフィスの出口から前記第１流路へ供給される前記第２ガスの供給タイミングを制御する開閉バルブと、
   前記第２流路のうち前記コントロールバルブと前記オリフィスとの間の流路に接続され、前記第２ガスを排気する排気機構と、
   前記コントロールバルブ、前記開閉バルブ及び前記排気機構を動作させるコントローラと、
   を備えたガス供給システム。
2. 前記開閉バルブは、閉制御のときに前記オリフィスの出口を封止するように前記オリフィスに押し当てられ、開制御のときに前記オリフィスから離間させられる封止部材を有する請求項１に記載のガス供給システム。
3. 前記開閉バルブは、前記封止部材を固定支持するシリンダと、前記オリフィスに前記封止部材が押し当てられる方向に前記シリンダを弾性的に付勢する付勢部材と、前記押し当てられる方向と逆方向にシリンダを移動させる駆動部と、を有する請求項２に記載のガス供給システム。
4. 前記オリフィス及び前記開閉バルブは、前記チャンバに設けられたインレットブロックよりも下流側に配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス供給システム。
5. 前記オリフィス及び前記開閉バルブは、前記チャンバに設けられたインレットブロックよりも上流側に配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス供給システム。
6. 前記排気機構は、
   前記第２流路に接続され、第１排気量となる小排気流路と、
   前記第２流路に接続され、前記第１排気量よりも大きい第２排気量となる大排気流路と、
   前記大排気流路に設けられ、排気タイミングを制御する第１排気バルブと、
   を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス供給システム。
7. 前記排気機構は、前記小排気流路に設けられ、排気タイミングを制御する第２排気バルブをさらに有する請求項６に記載のガス供給システム。
8. 前記排気機構は、前記コントロールバルブと前記オリフィスとの間の流路において前記オリフィス側に接続される請求項１〜７のいずれか一項に記載のガス供給システム。
9. 前記第２流路のうち前記コントロールバルブと前記オリフィスとの間の流路における前記第２ガスの圧力を検出する圧力検出器をさらに備え、
   前記圧力検出器は、前記コントロールバルブと前記オリフィスとの間の流路において前記オリフィス側に位置し、
   前記コントロールバルブは、前記圧力検出器の検出結果に基づいて前記第２ガスの流量を制御する請求項１〜８のいずれか一項に記載のガス供給システム。
10. 前記第２流路のうち前記コントロールバルブと前記オリフィスとの間の流路における前記第２ガスの温度を検出する温度検出器をさらに備え、
    前記温度検出器は、前記コントロールバルブと前記オリフィスとの間の流路において前記オリフィス側に位置し、
    前記コントロールバルブは、前記温度検出器の検出結果に基づいて前記第２ガスの流量を制御する請求項１〜９のいずれか一項に記載のガス供給システム。
11. 前記コントローラは、前記第１流路に目標流量の前記第２ガスを目標供給タイミングで供給する場合、前記目標供給タイミングとなるまでの所定期間において、前記開閉バルブを閉としつつ前記排気機構を動作させた状態で、前記コントロールバルブを制御して前記目標流量の前記第２ガスを流通させ、前記目標供給タイミングとなったときに前記開閉バルブを開とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガス供給システム。
12. 前記コントロールバルブの制御値を取得する制御部を更に備え、
    前記コントロールバルブは、弁体と、弁座と、制御電圧に応じて伸張し、前記弁体と前記弁座とを接近又は離間させることで前記コントロールバルブの開閉を行う圧電素子と、を有し、
    前記制御部は、前記圧電素子の制御電圧に基づいて前記開閉バルブの開閉を判定する、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガス供給システム。
13. 前記制御部は、取得された前記制御電圧と、予め定められた前記制御電圧の基準値とを比較し、比較結果に応じて警報を出力する、請求項１２に記載のガス供給システム。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のガス供給システムを備える基板処理システム。
15. 第１ガスの第１ガスソースとチャンバとを接続する第１流路と、
    第２ガスの第２ガスソースと前記第１流路とを接続する第２流路と、
    前記第２流路に設けられ、前記第２ガスの流量を所定量に制御するコントロールバルブと、
    前記コントロールバルブの下流であって前記第２流路の終端に設けられたオリフィスと、
    前記第１流路と前記第２流路の終端との接続箇所に設けられ、前記オリフィスの出口から前記第１流路へ供給される前記第２ガスの供給タイミングを制御する開閉バルブと、
    前記第２流路のうち前記コントロールバルブと前記オリフィスとの間の流路に接続され、前記第２ガスを排気する排気機構と、
    前記コントロールバルブ、前記開閉バルブ及び前記排気機構を動作させるコントローラと、
    を備えたガス供給システムを用いて基板処理装置のチャンバへガスを供給するガス供給方法であって、
    前記開閉バルブを閉としつつ前記排気機構を動作させた状態で、前記コントロールバルブを制御して目標流量の前記第２ガスを流通させる準備ステップと、
    前記準備ステップを継続中において目標供給タイミングとなったときに、前記開閉バルブを開とし、前記目標流量の前記第２ガスを前記第１流路へ供給する供給ステップと、
    を備えるガス供給方法。

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