JP2001110728A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板を汚染することなく、基板に対して面内
均一な処理を行うことができると共に、各処理に汎用的
に用いることが可能な基板処理装置及び基板処理方法を
提供する。 【解決手段】 内部が所定雰囲気に保たれる処理室１１
を有する基板処理装置において、処理室１１の中央に収
納固定される基板Ｗを中心にした１２０°の角度におい
て処置室１１に接続されたガス導入管１２ａ，１２ｂ，
１２ｃと、処理室１１内の中央部を挟んで各ガス導入管
１２ａ，１２ｂ，１２ｃと対向する位置に接続された排
気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、これらの管からのガス
導入量及び排気量を制御する制御部とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置及び
基板処理方法に関し、特には基板を収納した処理室内に
反応ガスを導入することによって基板表面の成膜処理や
エッチング処理を行うための基板処理装置及び基板処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板表面の成膜処理やエッチング処理等
を行う場合に用いられる基板処装置は、例えば図１５に
示すように、処理室１と、この処理室１内に反応ガスを
供給するためのガス導入管２と、この処理室１内のガス
を排気するための排気管３と、処理室１内において処理
対象となる基板（図示省略）を保持するためのステージ
４とを備えている。このような基板処理装置を用いた基
板処理においては、被処理面積（すなわち基板の表面
積）が大きくなると、基板表面に対する反応ガスの供給
状態を均一に保ことが難しくなり、処理状態の面内均一
性が低下するといった問題がある。例えば、半導体装置
の製造工程においては、ウエハの大口径化が進んでお
り、このような基板処理装置を用いた基板処理において
は、ウエハ面内の処理状態の均一性を確保することが難
しくなってきている。

【０００３】そこで、ステージ４に回転機構５を設ける
ことによって、ガス導入管２や排気管３に対する基板の
表面位置を変化させながら基板処理を行い、基板表面に
対して均等に反応ガスが供給されるようにすることで、
基板表面における処理状態の均一性を確保するようにし
ている。

【０００４】また、図１６（１）及び図１６（２）に示
すように、処理室１に、複数のガス導入管２ａ，２ｂ及
び排気管３ａ，３ｂを接続させ、基板処理中にガス導入
管２ａ，２ｂ及び排気管３ａ，３ｂを切り換えるように
した基板処理装置もある。この基板処理装置において
は、処理室１内における反応ガス６の供給方向及び排気
ガス７の排気方向を切り換えることで、処理室１内に収
納した基板８表面における処理状態の均一性を確保する
ようにしている。

【０００５】さらに、図１７に示すように、ステージ
（図示省略）上に保持させた基板８の表面と対向させた
状態で、ガス導入管２の先端に接続させたシャワーヘッ
ド状のガス導入口９を設けた基板処理装置もある。この
基板処理装置においては、基板８の表面に対して均一に
反応ガス６が供給されるようにし、これによって基板８
表面における処理状態の均一性を確保するようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の各基板
処理装置及び基板処理方法には、それぞれ次のような課
題があった。

【０００７】すなわち、図１５を用いて説明したステー
ジ４の回転機構５を有する基板処理装置及びこれを用い
た基板処理方法では、回転機構５を設けたことで装置構
成が複雑になると共に、回転機構５の作動によって処理
室１内にダストが発生し、この処理室１内に収納された
基板（図示省略）が汚染され易くなる。

【０００８】また、図１６（１）及び図１６（２）を用
いて説明した反応ガス６の供給方向及び排気ガス７の排
気方向を切り換える基板処理装置及びこれを用いた基板
処理方法では、反応ガス６の供給方向及び排気ガス７の
排気方向を切り換えることによって処理室１内に脈流が
生じ、処理室１内のダストを巻き上げて基板８を汚染す
る要因になる。さらに、ガス条件（例えば処理室内の反
応ガス圧力）が、基板処理の途中で変化するため、この
基板処理が成膜処理である場合には、成膜膜厚の均一性
が低下するといった問題もある。

【０００９】そして、図１７を用いて説明したシャワー
ヘッド状のガス導入口９を設けた基板処理装置及びこれ
を用いた基板処理方法では、ガス導入口９における穴の
分布やその大きさを最適化するために、プロセス毎に多
数の実験を行う必要があり手間がかかる。さらに、シャ
ワーヘッド状のガス導入口９の加工が複雑であると共
に、基板８の上方にヒータのような温度調節機能を設け
るとができなくなるため、高温反応を伴う基板処理には
用いることができない。

【００１０】そこで本発明は、被処理基板を汚染するこ
となく、被処理基板に対して面内均一な処理を行うこと
ができると共に、各処理に汎用的に用いることが可能な
基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、内部で基板の処理を行なう処理室を
有する基板処理装置において、少なくとも３本のガス導
入管及び排気管を処理室に接続させると共に、各ガス導
入管からのガス導入量と各排気管からの排気量を変化さ
せる制御部を備えている。各ガス導入管は、処理室の外
周に沿った位置に略等間隔を保って接続されている。ま
た、各排気管は、処理室の中央部を挟んで前記各ガス導
入管の接続部とほぼ対向する位置で当該処理室に接続さ
れている。そして、制御部は、各ガス導入管からのガス
導入量を当該ガス導入管の本数分の１の位相差を設けた
同一周期でその配置順に変化させる共に、各排気管から
の排気量をこれらと対向して設けられた前記各ガス導入
管からのガス導入量と同様に変化させる。

【００１２】このような基板処理装置及びこの基板処理
装置を用いた基板処理方法では、処理室に接続された少
なくとも３本のガス導入管からのガス導入量と少なくと
も３本の排気管からの排気量が、位相をずらした同一周
期で変化するため、処理室内におけるガス流の方向が一
定周期で変化することになる。ここで、各ガス導入管は
処理室の外周に沿った位置に略等間隔を保って接続され
ており、またこれらにほぼ対向させた位置に各排気管が
接続されていると共に、ガス導入量及び排気量は各ガス
導入管及び排気管の配置順に変化するため、処理室内に
おけるガス流の方向は、一定の周回方向に変化すること
になる。したがって、処理室の中央に配置された基板に
対して、一定の周回方向にガス流の方向を変化させなが
ら反応ガスが供給されることになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の基板処理装置及び
基板処理方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００１４】（第１実施形態）先ず、図１の要部鳥瞰図
及び図２の平面図に基づいて、基板処理装置の一構成例
を説明する。

【００１５】この基板処理装置は、処理対象となる基板
Ｗ（図１のみに図示）が収納される処理室１１と、この
処理室１１内に反応ガスを供給するための第１ガス導入
管１２ａ、第２ガス導入管１２ｂ及び第３ガス導入管１
２ｃと、この処理室１１内のガスを排気するための第１
排気管１３ａ、第２排気管１３ｂ及び第３排気管１３ｃ
と、処理室１１内において基板Ｗを保持するためのステ
ージ（図示省略）と、第１ガス導入管１２ａ、第２ガス
導入管１２ｂ及び第３ガス導入管１２ｃからの各ガス導
入量と第１排気管１３ａ、第２排気管１３ｂ及び第３排
気管１３ｃからの各排気量とを制御する制御部（図示省
略）とを備えている。

【００１６】処理室１１は、例えば両側の底面が閉じた
円筒形であり、その底面が上下方向になるように設置さ
れる。また、基板Ｗは、ここでは図示を省略したステー
ジによって、この処理室１１の中央に、処理室１１の底
面と平行を成す状態で収納保持されることになる。

【００１７】第１ガス導入管１２ａ、第２ガス導入管１
２ｂ及び第３ガス導入管１２ｃは、円柱形の処理室１１
の曲面を成す側壁においてこの処理室１１と接続されて
おり、第１排気管１３ａ、第２排気管１３ｂ及び第３排
気管１３ｃの各接続部分と処理室１１の底面の中心とを
結ぶ各線の成す角度θが１２０°になるように構成され
ている。すなわち、処理室１１内に収納される基板Ｗを
中心にして、この処理室１１が１２０°ずつに均等に分
割される各位置に、第１ガス導入管１２ａ、第２ガス導
入管１２ｂ及び第３ガス導入管１２ｃが接続され、各接
続部間は等間隔に保たれることになる。また、各ガス導
入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、処理室１１の側壁に対
して略垂直を成して設けられ、処理室１１の中央に向か
ってガスが導入されるように構成されている。

【００１８】そして、第１排気管１３ａ、第２排気管１
３ｂ及び第３排気管１３ｃは、処理室１１の側壁におい
て処理室１１の中央部を挟んで第１ガス導入管１２ａ、
第２ガス導入管１２ｂ及び第３ガス導入管１２ｃと対向
する位置で、この処理室１１と接続されている。すなわ
ち、ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び排気管１３
ａ，１３ｂ，１３ｃは、それぞれ対向して配置された第
１ガス導入管１２ａと第１排気管１３ａ、第２ガス導入
管１２ｂと第２排気管１３ｂ、第３ガス導入管１２ｃと
第３排気管１３ｃをそれぞれ１組とし、これら３組が１
２０°づつずれた状態で処理室１１の側壁に接続されて
いるのである。また、各排気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
は、処理室１１の側壁に対して略垂直を成して設けら
れ、処理室１１の中央からこれらの接続部に向かってガ
スが排気されるように構成されている。

【００１９】さらに、制御部は、これら３組のガス導入
管１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの各ガス導入量ｑ1 ，ｑ
2 ，ｑ3 及び排気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃからの排気
量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 を、以下のように制御する。

【００２０】先ず、図３に示すように、第１ガス導入管
１２ａからのガス導入量ｑ1 、第２ガス導入管１２ｂか
らのガス導入量ｑ2 、第３ガス導入管１２ｃからのガス
導入量ｑ3 を、振幅ｑ0 及び周期ｆを同一にしてそれぞ
れ振動させるように制御する。この際、第１ガス導入管
１２ａからのガス導入量ｑ1 、第２ガス導入管１２ｂか
らのガス導入量ｑ2 、第３ガス導入管１２ｃからのガス
導入量ｑ3 を、ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃの本
数分の１ずつ位相をずらし（すなわち、ｆ／３ずつ位相
をずらし）て振動させる。

【００２１】つまり、各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3
は、振動の中心のガス導入量ｑave に対して、下記式
（１）〜式（３）で表されるように制御される。 ｑ1 ＝ｑ0 × cosωｔ＋ｑave …（１） ｑ2 ＝ｑ0 × cos〔ωｔ− (2/3)π〕＋ｑave …（２） ｑ3 ＝ｑ0 × cos〔ωｔ− (4/3)π〕＋ｑave …（３） ただし、ｔは経過時間であり、ωは２π／ｆで求められ
る便宜上の角速度であることとする。また、振幅ｑ0
は、最大導入量ｑmax と最小導入量ｑmin とから、ｑ0
＝（ｑmax −ｑmin ）／２であり、振動の中心の導入量
ｑave は、最大流量ｑmax と最小流量ｑmin とから、ｑ
ave ＝（ｑmax ＋ｑmin ）／２であることする。

【００２２】また、基板処理装置の制御部は、図４に示
すように、第１排気管１３ａからの排気量Ｑ1 、第２排
気管１３ｂからの排気量Ｑ2 及び第３排気管１３ｃから
の排気量Ｑ3 を、これらと対を成す各ガス導入管１２
ａ，１２ｂ，１２ｃからのガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3
の振動に合わせて同一の周期ｆで制御する。

【００２３】つまり、各排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は、振
動の中心の排気量Ｑave に対して、下記式（４）〜式
（６）で表されるように制御される。 Ｑ1 ＝Ｑ0 × cosωｔ＋Ｑave …（４） Ｑ2 ＝Ｑ0 × cos〔ωｔ− (2/3)π〕＋Ｑave …（５） Ｑ3 ＝Ｑ0 × cos〔ωｔ− (4/3)π〕＋Ｑave …（６）

【００２４】これらの式（４）〜式（６）において、ｔ
は経過時間であり、ωは２π／ｆで求められる便宜上の
角速度であることとする。また、振幅Ｑ0 は、最大排気
量Ｑmax と最小排気量Ｑmin とから、Ｑ0 ＝（Ｑmax −
Ｑmin ）／２であり、振動の中心の排気量Ｑave は、最
大排気量Ｑmax と最小排気量Ｑmin とから、Ｑave ＝
（Ｑmax ＋Ｑmin ）／２であることする。

【００２５】ここで、通常、ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ
3 は、基準状態流量〔ｓｃｃｍ〕で設定され、排気量Ｑ
1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は、容積流量〔ｌ／ｍｉｎ〕で設定され
る。こそでここでは、排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は、各ガ
ス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 に対して、処理室内を所定の
圧力ｐに維持する量であることとし、例えば処理室内に
おいて反応がない場合には、下記式（７）及び式（８）
のような関係になるように設定される。 ｑmin ＝ｐ×（２９３＋Ｔ）／２９３×Ｑmin …（７） ｑmax ＝ｐ×（２９３＋Ｔ）／２９３×Ｑmax …（８） ただし、Ｔは常温（２９３Ｋ）に対して処理室内を加熱
した場合の加熱温度であることとする。

【００２６】また、各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 及び
各排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 の変化（振動）の周期ｆは、
この処理装置における基板処理時間を整数分の１にした
時間であることとする。

【００２７】そして、以上のような制御を行う制御部を
有する基板処理装置を用いた基板処理は、次のように行
う。

【００２８】先ず、処理室１１内に基板Ｗを収納する。
この際、第１ガス導入管１２ａ、第２ガス導入管１２ｂ
及び第３ガス導入管１２ｃ、第１排気管１３ａ、第２排
気管１３ｂ及び第３排気管１３ｃの接続部分よりも低い
位置において基板Ｗを水平に保ち、かつ処理室１１の中
心と基板Ｗの中心とを略一致させる。これによって、各
ガス導入間１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び各排気管１３
ａ，１３ｂ，１３ｃの各接続部と基板Ｗとの距離を等し
くする。

【００２９】その後、第１排気管１３ａ、第２排気管１
３ｂ及び第３排気管１３ｃのうちの少なくとも１つから
処理室１１内のガスを排気する。そして、処理室１１内
が所定の圧力に達した後、制御部によって上述のような
制御を行いながら、第１ガス導入管１２ａ、第２ガス導
入管１２ｂ及び第３ガス導入管１２ｃから処理室１１内
に同一の反応ガスを導入すると共に、第１排気管１３
ａ、第２排気管１３ｂ及び第３排気管１３ｃから処理室
１１内のガスを排気する。これによって、基板Ｗに所定
の圧力雰囲気で反応ガスを供給し、基板Ｗの処理を行
う。

【００３０】このような基板処理においては、処理室１
１の中心（すなわち処理室１１の中央に収納保持された
基板Ｗ中心）においては、次のようにガスが流れること
になる。

【００３１】先ず、図５（１）に示すように、経過時間
ｔ0 においては、第１ガス導入管１２ａからのガス導入
量ｑ1 が最も多く、第２ガス導入管１２ｂからのガス導
入量ｑ2 及び第３ガス導入管１２ｃからのガス導入量ｑ
3 はそれよりも少ない同量である。また、第１排気管１
３ａからの排気量Ｑ1 が最も多く、第２排気管１３ｂか
らの排気量Ｑ2 及び第３排気管１３ｃからの排気量Ｑ3
はそれよりも少ない同量である。このため、処理室１１
の中心におけるガス流Ｖの方向は、第１排気管１３ａに
向かうことになる。

【００３２】その後、図５（２）に示すように、経過時
間ｔ1 においては、第３ガス導入管１２ｃからのガス導
入量ｑ3 が最も少なくなると共に、第３排気管１３ｃか
らの排気量Ｑ３が最も少なくなる。このため、処理室１
１の中心におけるガス流Ｖの方向は、第１排気管１３ａ
と第２排気管１３ｂとの中間方向に向かうことになる。

【００３３】さらに、図５（３）に示すように、経過時
間ｔ2 においては、第２ガス導入管１２ｂからのガス導
入量が最も多くなると共に、第２排気管１３ｃからの排
気量が最も多くなる。このため、処理室１１の中心にお
けるガス流Ｖの方向は、第２排気管１３ｂに向かうこと
になる。

【００３４】以上のように、経過時間ｔ0 〜経過時間ｔ
2 に掛けて、処理室１１の中心におけるガス流の方向Ｖ
は、第１排気管１３ａ方向から、第２排気管１３ｂ方向
に徐々に移動するようになる。

【００３５】図６には、処理室１１の中心から第１排気
管１３ａに向かう方向を０°とした場合の、処理室１１
の中心におけるガス流Ｖの方向の変化を示した。この図
に示すように、処理室１１の中心におけるガス流Ｖの方
向は、一定速度で周回するのである。

【００３６】また、このような基板処理においては、処
理室１１の中心におけるガス流Ｖは、各ガス導入管１２
ａ，１２ｂ，１２ｃと排気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃと
のペア間でのガス流のベクトル合成になる。このため、
処理室１１の中心におけるガス流速の成分（Ｖｘ，Ｖ
ｙ）は、下記式（９）及び式（１０）で表されることに
なる。ただし、ここでは、第１ガス導入管１２ａから処
理室１１の中心を通って第１排気管１３ａに向かう方向
を０°とし、第１ガス導入管１２ａから第１排気管１３
ａに向かうガス流速をＶ1 、第２ガス導入管１２ｂから
第２排気管１３ｂに向かうガス流速をＶ2 ，第３ガス導
入管１２ｃから第３排気管１３ｃに向かうガス流速をＶ
3 とした。

【００３７】 Ｖｘ＝Ｖ1 ＋Ｖ2 ×cos(2/3)π＋Ｖ3 ×cos(4/3)π ＝Ｖ1 − (1/2)Ｖ2 − (1/2)Ｖ3 ＝（Ｖ0 × cosωｔ＋Ｖave ） − (1/2)×〔Ｖ0 × cos｛ωｔ− (2/3)π｝＋Ｖave ｝ − (1/2)×〔Ｖ0 × cos｛ωｔ− (4/3)π｝＋Ｖave ｝ ＝Ｖ0 〔 cosωｔ−(1/2)cos｛ωｔ− (2/3)π｝ −(1/2)cos｛ωｔ− (4/3)π｝〕 ＝ (3/2)Ｖ0 × cosωｔ…（９）

【００３８】 Ｖｙ＝Ｖ2 ×sin(2/3)π＋Ｖ3 ×sin(4/3)π ＝｛( √3)/2｝Ｖ2 −｛( √3)/2｝Ｖ3 ＝｛( √3)/2｝×〔Ｖ0 × cos｛ωｔ− (2/3)π｝＋Ｖave ） −｛( √3)/2｝×〔Ｖ0 × cos｛ωｔ− (4/3)π｝＋Ｖave ） ＝ (3/2)Ｖ0 ×sin ωｔ…（１０）

【００３９】ただし、式（９）及び式（１０）中、Ｖ0
は一組のガス導入管と排気管だけで所定流量のガスを流
したときの処理室１１の中心におけるガス流の速度変化
分の１／２であり、ｑ0 ，Ｑ0 に比例した値となる。ま
た、Ｖave は、一組のガス導入管と排気管だけで所定流
量のガスを流したときの処理室の中心におけるガス流の
速度変化分の平均値であり、ｑave ，Ｑave に比例した
値となる。ここで、所定流量とは、例えば一組のガス導
入管と排気管だけを用いて基板処理を行なう場合に目的
の処理を行なうための最適な流量であることとする。

【００４０】これらの式（９）及び式（１０）から、処
理室１１の中心でのガスの流れは、各ガス導入管１２
ａ，１２ｂ，１２ｃからのガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3
と、各排気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃからの排気量Ｑ1
，Ｑ2 ，Ｑ3 のみによって決定されることが分かる。
また、ガス流速は (3/2)Ｖ0 の一定で、ガス流の方向
は、角速度ωの一定速度で周回することが分かる。

【００４１】以上説明したようにこのような基板処理装
置及びこれを用いた基板処理方法によれば、処理室１１
の中心におけるガス流を、一定の流速を保って一定の速
度で周回させることができるため、処理室１１の中央に
配置された基板Ｗに対して、面内均一に反応ガスを供給
することが可能になる。したがって、基板１１表面にお
ける処理状態の均一性を確保することが可能になる。し
かも、処理室１１内における反応ガス圧力も一定に保た
れるため、安定した基板処理を行なうことが可能にな
る。また、各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 及び各排気量
Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3の変化の周期ｆが、この処理装置にお
ける基板処理時間の整数分の１に設定されているため、
特に基板処理時間が短く、周期ｆの繰り返し数が少ない
場合であっても、基板Ｗの各部に対して均等に反応ガス
を流動させた状態で処理を終了させることができる。
尚、基板処理時間が長く、周期ｆの繰り返し数が十分に
多い場合には、必ずしもこのように周期ｆを設定するこ
となく十部な均一性を得ることができる。

【００４２】さらに、処理室１１の中心におけるガス流
が一定の速度で連続的に周回するため、処理室１１内に
脈流を生じることがなく、ダストの巻き上げも防止され
る。しかも、基板を回転させるような機械的な駆動装置
を用いていないため、処理室１１内におけるダストの発
生がない。これらのことから、基板Ｗの清浄度を維持し
ながら基板処理を行なうことが可能になる。

【００４３】また、各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ及び各排気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、処理室１１
内に収納保持される基板Ｗの周囲に設けられるため、基
板Ｗに対向する位置にヒータのような温度調節機能を設
けることができる。このため、高温反応を伴う基板処理
をも行なうことが可能になる等、様々な基板処理に汎用
的に適用することができる。

【００４４】（第２実施形態）本実施形態の基板処理装
置と、第１実施形態の基板処理装置との異なることろ
は、制御部による第１ガス導入管１２ａ、第２ガス導入
管１２ｂ及び第３ガス導入管１２ｃからのガス導入量の
制御、及び第１排気管１３ａ、第２排気管１３ｂ及び第
３排気管１３ｃからの排気量の制御にあり、その他の構
成は第１実施形態と同様であることとする。

【００４５】すなわち、この基板処理装置における制御
部は、第１ガス導入管１２ａ、第２ガス導入管１２ｂ、
第３ガス導入管１２ｃからのガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ
3 と、第１排気管１３ａ、第２排気管１３ｂ、第３排気
管１３ｃからの排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 とを、以下のよ
うに制御する。

【００４６】先ず、図７に示すように、第１ガス導入管
１２ａからのガス導入量ｑ1 を、経過時間ｔ0 から経過
時間ｔ2 に掛けて最大導入量ｑmax から最小導入量ｑmi
n ＝０にまで余弦関数的に減少させた後、経過時間ｔ2
から経過時間ｔ4 に掛けて最小導入量ｑmin ＝０に保
ち、経過時間ｔ4 から経過時間ｔ6 に掛けて最小導入量
ｑmin ＝０から最大導入量ｑmax にまで正弦関数的に増
加させる。ここで、ｔ2−ｔ0 ＝ｔ4 −ｔ2 ＝ｔ6 −ｔ4
であることとし、余弦関数の振幅ｑ0 ＝正弦関数の振
幅ｑ0 ＝ｑmax −ｑmin であることとする。また、経過
時間ｔ6 以降は、ｔ6 −ｔ0 期間を周期ｆとして、同様
にガス導入量ｑ1 を変化させる。

【００４７】そして、第２ガス導入管１２ｂからのガス
導入量ｑ2 、第３ガス導入管１２ｃからのガス導入量ｑ
3 は、第１ガス導入管１２ａからのガス導入量ｑ1 と同
様の振幅ｑ0 及び周期ｆで変化を繰り返すように制御さ
れる。この際、第１ガス導入管１２ａからのガス導入量
ｑ1 、第２ガス導入管１２ｂからのガス導入量ｑ2 、第
３ガス導入管１２ｃからのガス導入量ｑ3 を、ガス導入
管１２ａ，１２ｂ，１２ｃの本数分の１ずつ位相をずら
し（すなわち、ｆ／３ずつ位相をずらし）て変化させ
る。

【００４８】つまり、経過時間ｔ0 から経過時間ｔ2 に
掛けては、第１ガス導入管１２ａからのガス導入量ｑ1
を、最大導入量ｑmax から最小導入量ｑmin ＝０に掛け
て余弦関数的に減少させるのに対して、第２ガス導入管
１２ｂからのガス導入量ｑ2を、最小導入量ｑmin ＝０
から最大導入量ｑmax に掛けて正弦関数的に増加させ、
第３ガス導入管１２ｃからのガス導入量ｑ3 を０に保つ
のである。

【００４９】このような各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3
の制御のうち、経過時間ｔ0 から経過時間ｔ2 に掛けて
の各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 は、次式（１１）〜
（１３）で表される。 ｑ1 ＝ｑ1(t0) ／｛√（１− sinωｔ× cosωｔ) ｝× cosωｔ…（１１） ｑ2 ＝ｑ1(t0) ／｛√（１− sinωｔ× cosωｔ) ｝× sinωｔ…（１２） ｑ3 ＝ｑmin ＝０…（１３） ただし、ｑ1(t0) は、例えば経過時間ｔ0 におけるガス
導入量ｑ1 であり、ここではｑ1(t0) ＝ｑmax である。
また、ｔはｔ0 からの経過時間であり、ωは２π／｛
(4/3)ｆ｝で求める便宜上の角速度であることとする。

【００５０】以降、経過時間ｔ2 から経過時間ｔ4 に掛
けての各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 、経過時間ｔ4 か
ら経過時間ｔ6 に掛けての各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ
3 は、式（１１）〜式（１３）間において、左辺に対し
て右辺を順次入れ換えることで、各式によって表わされ
る。

【００５１】また、図８に示すように、第１排気管１３
ａからの排気量Ｑ1 、第２排気管１３ｂからの排気量Ｑ
2 及び第３排気管１３ｃからの排気量Ｑ3 は、これらと
対をなす各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃからのガ
ス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 の変化に合わせて、最大排気
量Ｑmax と最小排気量Ｑmin ＝０との間で三角関数的に
制御される。ただし、余弦関数の振幅Ｑ0 ＝正弦関数の
振幅Ｑ0 ＝Ｑmax −Ｑmin であり、周期ｆは、ガス導入
量１２ａ，１２ｂ，１２ｃの変化の周期と同一であるこ
ととする。

【００５２】すなわち、経過時間ｔ0 から経過時間ｔ2
に掛けての各排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は、次式（１４）
〜式（１６）で表される。 Ｑ1 ＝Ｑ1(t0) √（１− sinωｔ× cosωｔ) ｝× cosωｔ…（１４） Ｑ2 ＝Ｑ1(t0) √（１− sinωｔ× cosωｔ) ｝× sinωｔ…（１５） Ｑ3 ＝Ｑmin ＝０…（１６） ただし、Ｑ1(t0) は、例えば経過時間ｔ0 における排気
量Ｑ1 であり、ここではＱ1(t0) ＝Ｑmax である。ま
た、ｔはｔ0 からの経過時間であり、ωは２π／｛ (4/
3)ｆ｝で求める便宜上の角速度であることとする。

【００５３】以降、経過時間ｔ2 から経過時間ｔ4 に掛
けての各排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 、経過時間ｔ4 から経
過時間ｔ6 に掛けての各排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は、式
（１４）〜式（１６）間において、左辺に対して右辺を
順次入れ換えることで、各式によって表わされる。

【００５４】ここで、第１実施形態と同様に、各排気量
Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3 は、各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 に
対して、処理室１１内を所定の圧力ｐに維持する量であ
ることとする。また、各ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 及
び各排気量Ｑ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3の変化の周期ｆは、この処
理装置における基板処理時間を整数分の１にした時間で
あることとする。

【００５５】そして、以上のような制御を行う制御部を
有する基板処理装置を用いた基板処理は、第１実施形態
と同様に行う。

【００５６】このような基板処理においては、処理室１
１の中心（すなわち処理室１１の中央に収納保持された
基板Ｗ中心）においては、次のようにガスが流れること
になる。

【００５７】先ず、図９（１）に示すように、経過時間
ｔ0 においては、第１ガス導入管１２ａからのガス導入
と第１排気管１３ａからの排気のみであるため、処理室
１１の中心におけるガス流Ｖの方向は、第１排気管１３
ａに向かっている。

【００５８】その後、図９（２）に示すように、経過時
間ｔ1 においては、第１ガス導入管１２ａと第２ガス導
入管１２ｂからのガス導入量ｑ1 ，ｑ2 が等しく、第１
排気管１３ａと第２排気管１３ｂからの排気量Ｑ1 ，Ｑ
2 が等しく、第３ガス導入管１２ｃのガス導入と第３排
気管１３ｃからの排気はない。このため、処理室１１の
中心におけるガス流Ｖの方向は、第１排気管１３ａと第
２排気管１３ｂにとの中間方向に向かうことになる。

【００５９】さらに、図９（３）に示すように、経過時
間ｔ2 においては、第２ガス導入管１２ｂからのガス導
入と第２排気管１３ｂからの排気のみであるため、処理
室の中心におけるガス流Ｖの方向は、第２排気管１３ｂ
に向かうことになる。

【００６０】以上のように、経過時間ｔ0 〜経過時間ｔ
2 に掛けて、処理室１１の中心におけるガス流Ｖの方向
は、第１排気管１３ａ方向から、第２排気管１３ｂ方向
に徐々に移動するようになる。

【００６１】図１０には、処理室１１の中心から第１排
気管１３ａに向かう方向を０°とした場合の、処理室１
１の中心におけるガス流Ｖの方向の変化を示した。この
図に示すように、処理室１１の中心におけるガス流速Ｖ
の方向は、ほぼ一定速度で周回するようになる。

【００６２】また、このような基板処理においては、処
理室１１の中心におけるガス流は、各ガス導入管１２
ａ，１２ｂ，１２ｃと排気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃと
のペア間でのガス流のベクトル合成になる。このため、
例えば経過時間ｔ0 〜経過時間ｔ2 に掛けての処理室１
１の中心におけるガス流速の成分（Ｖｘ，Ｖｙ）は、下
記式（１７）及び式（１８）で表されることになる。た
だし、ここでは、第１ガス導入管１２ａから処理室１１
の中心を通って第１排気管１３ａに向かう方向を０°と
し、第１ガス導入管１２ａから第１排気管１３ａに向か
うガス流速をＶ1、第２ガス導入管１２ｂから第２排気
管１３ｂに向かうガス流速をＶ2 ，第３ガス導入管１２
ｃから第３排気管１３ｃに向かうガス流速をＶ3 とし
た。

【００６３】 ただし、Ｖ0 は、経過時間ｔ0 での処理室１１の中心で
のガス流速であることとする。

【００６４】そして、これらの式（１７）及び式（１
８）から、処理室１１の中心でのガス流速を計算する
と、Ｖｘ² ＋Ｖｙ² ＝Ｖ0 となり、ガス流速は一定にな
ることが分かる。

【００６５】また、処理室１１の中心におけるガス流の
方向は、下記式（１９）に示すようになり、ほぼ一定速
度で周回することがわかる。 tan θ＝Ｖｙ／Ｖｘ ＝｛( √3)/2× sinωｔ｝／｛ cosωｔ−(1/2)sinωｔ｝…（１９）

【００６６】詳しくは、この式（１９）から、処理室１
１の中心でのガス流の方向の周回速度は、図１１に示す
ようにほぼ一定速度になる。

【００６７】以上説明したようにこのような基板処理装
置及びこれを用いた基板処理方法によれば、処理室１１
の中心におけるガス流を、一定の流速を保ってほぼ一定
の速度で周回させることができるため、処理室１１の中
央に配置された基板Ｗに対して、面内均一に反応ガスを
供給することが可能になる。第１実施形態と同様の効果
を得ることができる。

【００６８】さらに、制御部以外の装置構成は、第１実
施形態と同様であるため、第１実施形態と同様に、基板
の清浄度を維持しながら基板処理を行なうことが可能で
あり、様々な基板処理に汎用的に適用することができ
る。

【００６９】尚、第２実施形態においては、基板処理装
置の制御部による各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
からのガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 の制御において、各
ガス導入量ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 の最小導入量ｑmin ＝０と
した。しかし、図１２に示すように、各ガス導入量ｑ1
，ｑ2 ，ｑ3 の最小導入量ｑmin ＞０であっても良
い。この場合、図１３に示すように、各排気管１３ａ，
１３ｂ，１３ｃからの最小排気量Ｑmin ＞０とし、処理
室１１内が一定の圧力に保たれるようにする。

【００７０】また、第１実施形態及び第２実施形態にお
いて図１及び図２を用いて説明した基板処理装置は、ガ
ス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び排気管１３ａ，１
３ｂ，１３ｃの数を３本ずつとした。しかし、本発明の
基板処理装置は、これらはそれぞれ３本に限定されるこ
とはなく、３本以上であってもよい。また、ガス導入管
と排気管の数は、処理室の中央部を挟んでほぼ対向する
位置に配置されていれば、同一である必要はない。

【００７１】尚、制御部による各ガス導入量と各排気量
との制御は、ガス導入管と排気管との配置状態によっ
て、適宜設定されることとする。この際、処理室１１の
中心におけるガス流を、ほぼ一定の流速を保ってほぼ一
定の速度で周回させることができるように、各ガス導入
量と各排気量とを周期的に制御することとする。

【００７２】さらに、図１及び図２を用いて説明した基
板処理装置では、処理室１１の側壁にガス導入管１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ及び排気管１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
を接続させた場合を説明した。しかし、本発明の基板処
理装置においては、処理室１１に対するガス導入管１２
ａ，１２ｂ，１２ｃの接続箇所は、処理室１１の外周に
沿った位置において、各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１
２ｃが略等間隔に配置されていれば良く、また排気管１
３ａ，１３ｂ，１３ｃの接続箇所は、処理室１１の中央
部を挟んで各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃの接続
部とほぼ対向する位置であれば良い。

【００７３】このため、図１４に示すように、処理室１
１に対するガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び排気
管１３ａ，１３ｂ，１３ｃの接続箇所は、処理室１１の
上面や底面であっても良い。この図に示した例において
は、基板Ｗの中心と各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２
ｃの接続部とを結ぶ各線がそれぞれ１２０°を成してお
り、処理室１１が３当分に分割される位置に各ガス導入
管１２ａ，１２ｂ，１２ｃが接続されることになる。

【００７４】また、各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２
ｃは、複数のガス管２１を１束にしたものあっても良
い。各ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃをこのような
構成にすることで、混合ガスを用いた処理を行う際に処
理室１１導入前にガスを混合できない場合、各種のガス
を各ガス管２１から処理室に導入することが可能にな
る。

【００７５】尚、この場合、各ガス導入管１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを構成する複数のガス管２１からのガス導入
量の合計が、制御部によって上述のように制御されるこ
ととする。

【００７６】さらに、複数のガス管２１で構成された各
ガス導入管１２ａ，１２ｂ，１２ｃに、シャワーヘッド
のような直前混合室２２を設け、複数のガス管２１から
供給された異なる種類の反応ガスを直前混合室２２内で
混合した後、処理室１１内に供給するようにしても良
い。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、処
理室に接続された３本以上のガス導入管からのガス導入
量と３本以上の排気管からの排気量を、位相をずらした
同一周期でその配置順に変化させることで、処理室の中
央に配置された基板に対して一定の周回方向にガス流の
方向を変化させながら反応ガスを供給することが可能に
なる。したがって、脈流によるダストの巻き上げや、処
理室内における機械的駆動によるダストの弾き飛ばしや
ダスト発生を起こすことなく、基板を清浄に保った状態
で、基板表面において面内均一な処理を行うことが可能
になる。しかも、処理室内に収納される基板と対向して
シャワーヘッドを設ける必要がないので、基板と対向す
る位置にヒータ等の温調手段を配置することができるた
め、高温での基板処理にも適用可能になり、汎用性を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の基板処理装置の要部鳥瞰図である。

【図２】実施形態の基板処理装置の要部平面図である。

【図３】第１実施形態におけるガス導入量の制御を示す
図である。

【図４】第１実施形態における排気量の制御を示す図で
ある。

【図５】第１実施形態の基板処理による処理室内のガス
の流れを説明するための図である。

【図６】第１実施形態の基板処理による処理室内のガス
流の経時変化を示す図である。

【図７】第２実施形態におけるガス導入量の制御を示す
図である。

【図８】第２実施形態における排気量の制御を示す図で
ある。

【図９】第２実施形態の基板処理による処理室内のガス
の流れを説明するための図である。

【図１０】第２実施形態の基板処理による処理室内のガ
ス流の経時変化を示す図である。

【図１１】第２実施形態の基板処理による処理室内のガ
ス流の経時変化の詳細を示す図である。

【図１２】第２実施形態におけるガス導入量の制御の変
化例を示す図である。

【図１３】第２実施形態における排気量の制御の変化例
を示す図である。

【図１４】本発明における基板処理装置の他の構成例を
示す要部鳥瞰図である。

【図１５】従来の基板処理装置の一例を示す構成図であ
る。

【図１６】従来の基板処理装置の他の一例を示す構成図
である。

【図１７】従来の基板処理装置のさらに他の一例を示す
構成図である。

【符号の説明】

１１…処理室、１２ａ…第１ガス導入管、１２ｂ…第２
ガス導入管、１２ｃ…第３ガス導入管、１３ａ…第１排
気管、１３ｂ…第２排気管、１３ｃ…第３排気管、Ｗ…
基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G075 AA24 BC06 BD05 BD14 BD24 BD26 DA02 DA05 EA02 4K029 DA02 DA06 DA09 EA04 4K030 EA06 EA08 EA11 JA05 5F004 AA01 AA16 BC02 BC03 CA02 5F045 BB02 BB14 DP03 DP04 EB02 EE17 EE20 EF09 EF20 EG06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部で基板の処理を行なう処理室を有す
   る基板処理装置において、 前記処理室の外周に沿った位置に略等間隔を保って接続
   された３本以上のガス導入管と、 前記処理室の中央部を挟んで前記各ガス導入管の接続部
   とほぼ対向する位置で当該処理室に接続された少なくと
   も３本の排気管と、 前記各ガス導入管からのガス導入量を当該ガス導入管の
   本数分の１の位相差を設けた同一周期でその配置順に変
   化させる共に、前記各排気管からの排気量をこれらと対
   向して設けられた前記各ガス導入管からのガス導入量と
   同様に変化させる制御部とを備えたことを特徴とする基
   板処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の基板処理装置において、 前記処理室には、前記ガス導入管と前記排気管とが３本
   ずつ接続されたことを特徴とする基板処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の基板処理装置において、 前記制御部は、前記ガス導入量及び前記排気量を三角関
   数的に変化させることを特徴とする基板処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の基板処理装置において、 前記制御部は、前記ガス導入量及び前記排気量の変化の
   周期が、前記処理室内における基板の処理時間の整数分
   の１になるように、前記ガス導入量及び前記排気量を制
   御することを特徴とする基板処理装置。
5. 【請求項５】 処理室の外周に沿った位置に略等間隔を
   保って接続された３本以上のガス導入管と、前記処理室
   の中央部を挟んで前記各ガス導入管の接続部とほぼ対向
   する位置で当該処理室に接続された少なくとも３本の排
   気管とを備えた基板処理装置を用いた基板処理方法であ
   って、 前記各ガス導入管からのガス導入量を当該ガス導入管の
   本数分の１の位相差を設けた同一周期でその配置順に変
   化させる共に、前記各排気管からの排気量をこれらと対
   向して設けられた前記各ガス導入管からのガス導入量と
   同様に変化させることを特徴とする基板処理方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の基板処理方法において、 前記ガス導入量及び前記排気量を三角関数的に変化させ
   ることを特徴とする基板処理方法。
7. 【請求項７】 請求項５記載の基板処理方法において、 前記ガス導入量及び前記排気量の変化の周期が、前記処
   理室内における基板の処理時間の整数分の１になるよう
   に、前記ガス導入量及び前記排気量を変化させることを
   特徴とする基板処理方法。