JP6170340B2 - ガス供給ヘッド、ガス供給機構及び基板処理装置 - Google Patents

ガス供給ヘッド、ガス供給機構及び基板処理装置 Download PDF

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Description

この発明は、被処理基板にガスを供給して成膜処理等を行うために用いられるガス供給ヘッド、ガス供給機構及び基板処理装置に関する。
液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイ（Organic Electro-Luminescence Display）等のＦＰＤ（Flat Panel Display）の製造プロセスの１つである成膜プロセスに、原子層レベルでの高い精度で成膜制御が可能なＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法が用いられている。ＡＬＤ法では、例えば、前駆体ガス（ソースガス）と酸化剤ガスとを別々に且つ交互に処理空間に導入し、被処理基板であるガラス基板上で反応させて成膜を進める。ＦＰＤ分野でＡＬＤ法による成膜を行う場合には、被処理基板の１辺の長さが１ｍを超える矩形ガラス基板が用いられることが多く、被処理基板へのガス供給方法としては、被処理基板に対して水平方向よりガスを導入し、基板面に対して平行なガス流れを形成するサイドフロー方式が採用されている。サイドフロー方式では、均一厚さの膜を形成するために被処理基板上に基板面に対して平行な層流を形成する必要があり、層流が保たれない場合は、膜質や膜厚の不均一、パーティクル要因となる不要な生成物の堆積等の問題が生じる場合がある。
被処理基板上に基板面に対して平行なガスの層流を形成するためにはガスを被処理基板に対して水平方向より均一に処理空間に導入する必要があり、その方法として、例えば、ガス供給管の二叉分岐を繰り返すことで形成される複数のガス吐出口から処理空間へガスを供給する方法や、長尺状のガス供給ヘッドにおいて、複数のガス供給口とガス吐出口とを長手方向に形成されたガス溜めを挟んで対向するように長辺側の側壁に設け、ガス吐出口の数をガス供給口の数よりも多くする方法が提案されている（特許文献１，２参照）。
特開２００４−１０９９０号公報 特開昭６２−０７４０７８号公報
しかしながら、近年のＦＰＤの大型化、即ち、被処理基板の大型化に伴い、上記従来技術では、ガスの処理空間へ均一に導入する際の精度を確保することが難しく、被処理基板全体に均一に成膜を行うことは難しい。
例えば、特許文献１に記載された技術では、ガス供給管を複数に分岐させて層流を保ったまま、基板面へガスを供給しているが、基板面に対して垂直方向よりガスを供給しているため、基板面に対して平行な層流を形成することができない。
また、特許文献２に記載された技術のように、ガス溜め（バッファ室）を用いて処理空間への均一なガス吐出を図る技術は周知であるが、長手方向が１ｍを超えるガス供給ヘッドにおいて、その長手方向全体にわたって極めて高い精度で均一にガスを処理空間へ導入するためには、バッファ室の容積を十分大きなものとする必要があり、それに伴い原料ガスの導入量を必要以上に多くする必要があり、無駄が多い。また、バッファ室は、通常、処理空間と連通されているため、バッファ室の容積が増えることは、処理空間が増えることと同じであり、これにより原料ガスもしくは反応ガスをパージする時間を長くする必要があるため、生産性が低下する。
更に、ＡＬＤ法のように化学反応が生じる複数種のガスを個別に処理空間に導入する場合には、ガス吐出口の近傍においてガスの反応物が生成し、堆積することがある。このような反応物の被処理基板への付着は、ＦＰＤの品質低下を招くため、反応物の生成、堆積を抑制する必要がある。しかしながら、このような反応物の生成、堆積を抑制しつつ、ガス供給の均一性を高めることについて、上記従来技術では何ら考慮されていない。
更に、長手方向が１ｍを超えるガス供給ヘッドを、容易に製造可能とする技術が求められている。例えば、上記特許文献２に記載されているバッファ室は、ガス供給ヘッドの本体となる長尺状部材に対してその長手方向にガンドリル等で穴加工を行って形成する必要がある。しかし、ガンドリルで精度良く加工することができる深さはせいぜい１ｍであるため、１辺の長さが１ｍを超える被処理基板を処理するためには、２つ以上のガス供給ヘッドを直列に並べて配置する必要がある。また、処理空間に対して複数のガス供給ヘッドを並べて配置する場合には、その接続面に微小な隙間が生じ、その隙間に不要な生成物が堆積するおそれがある。
また、ガンドリルの加工精度はエンドミル等に比べてよいものではなく、加工コストも高い。このため、ガンドリルにより加工された各ガス供給ヘッドのバッファ室の容積や形状にはばらつきが生じてしまうため、複数のガス供給ヘッドを並べて配置する場合は、ガス供給量に個体差が生じてしまい、処理空間へ均一にガスを導入することは困難となる。また、ガンドリルによる穴加工で形成されたバッファ室は、製造後には長手方向端が溶接等により密閉されるため、洗浄処理等のメンテナンス性がよいものではなく、そのため、使用寿命が短いという問題もある。
本発明の目的は、被処理基板の大型化に対応して処理室内へのガス供給の均一性の改善することができ、また、精度よく容易に製造が可能でメンテナンス性も良好なガス供給ヘッド、ガス供給機構及び基板処理装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項１記載のガス供給機構は、基板処理装置に取り付けられるガス供給機構であって、１つのガス供給源から下流側へ向かって２ｎ（ｎ；自然数）本に等長分岐し、末端の２ｎ本の分岐管のガス吐出口が一直線上に並ぶガス供給管であって、異なる２種類のガスを独立して供給するように２系統設けられたガス供給管と、前記２系統のガス供給管における２系統の前記２ｎ本の分岐管のガス吐出口とそれぞれ連通する長溝状の独立した２つのガス拡散室、及び、長手方向に形成され、前記２つのガス拡散室に導入されたガスをそれぞれ吐出する複数のガス吐出孔を有する１つの長尺状のガス供給ヘッドと、を備え、前記ガス供給ヘッドは、前記長手方向に沿った互いに平行な第１の鉛直壁及び第２の鉛直壁と、前記第１の鉛直壁及び第２の鉛直壁とを連結する水平壁を含むヘッド本体と、前記ヘッド本体の前記水平壁の両表面にそれぞれ取り付けられる蓋体と、前記長手方向と直交する方向において前記２系統のガス供給管における前記２系統の２ｎ本の分岐管とそれぞれ連通すると共に前記２つのガス拡散室にそれぞれ連通する２系統の２ｎ個のヘッド内ガス供給孔を有し、前記２つのガス拡散室は、前記水平壁の両表面と接する長溝状の空間が前記蓋体によって密閉されることにより形成され、前記ガス吐出孔は、前記２つのガス拡散室をそれぞれ挟んで前記２系統の２ｎ個のヘッド内ガス供給孔とそれぞれ対向すると共に一直線上に並ぶように前記２系統の２ｎ本の分岐管のそれぞれに対応して複数設けられていることを特徴とする。
請求項２記載のガス供給機構は、請求項１記載のガス供給機構において、前記ガス吐出孔と前記ヘッド内ガス供給孔とは、前記ガス供給ヘッドの長手方向と直交する方向から見たときに重複しない位置に設けられることを特徴とする。
請求項３記載のガス供給機構は、請求項１又は２記載のガス供給機構において、前記ガス拡散室は、前記ヘッド本体の前記水平壁の両表面にエンドミルによる加工を施すことにより形成されることを特徴とする。
請求項４記載のガス供給機構は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス供給機構において、前記ガス吐出孔は、前記２つのガス拡散室のそれぞれに連通するように、前記ガス供給ヘッドの長手方向に２列で千鳥配置されていることを特徴とする。
請求項５記載のガス供給機構は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス供給機構において、前記ガス供給管の前記２ｎ本の分岐管は水平方向から前記ガス拡散室へ接続され、前記ガス拡散室に導入されたガスは前記ガス吐出孔から水平方向に吐出されることを特徴とする。
上記課題を解決するため、請求項６記載の基板処理装置は、上記請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス供給機構を備えることを特徴とする。
請求項７記載の基板処理装置は、請求項６記載の基板処理装において、基板を載置する載置面を有するステージと、前記ステージを覆う上蓋とを有し、前記ステージに前記上蓋を被せることで前記載置面に載置された基板を収容する処理空間が形成される処理容器を備え、前記ガス供給ヘッドは、その長手方向と平行な１つ側面が前記ステージの１辺の側壁と密着するように前記処理空間に配置され、前記処理容器の前記１辺の側壁には、前記ガス供給管の下流側の前記２系統の２ｎ本の分岐管のガス吐出口と連通すると共に前記ガス供給ヘッドの前記ガス拡散室と連通する２系統の２ｎ個のステージ内ガス供給孔が前記載置面と平行に設けられていることを特徴とする。
上記課題を解決するため、請求項８記載のガス供給ヘッドは、略水平に載置された基板に対して少なくとも２種類のガスにより所定の処理を施すために前記基板に対して水平方向に前記２種類のガスを吐出するガス供給ヘッドであって、長尺状の形状を有し、長手方向と直交する断面の形状が略Ｈ形状であるヘッド本体と、前記ヘッド本体の２カ所の凹部のそれぞれに取り付けられる蓋体と、を備え、前記ヘッド本体は、前記２カ所の凹部の底壁面のそれぞれで開口するように長手方向と平行に形成され、前記蓋体により閉塞される長溝状の独立した２つのガス拡散室と、前記２つのガス拡散室のそれぞれと連通するように、長手方向において一直線上に設けられる２ｎ個（ｎ；自然数）のヘッド内ガス供給孔と、前記ガス拡散室を挟んで前記２ｎ個のヘッド内ガス供給孔と対向すると共に一直線上に並ぶように前記２ｎ本の分岐管のそれぞれに対応して複数設けられ、前記ガス拡散室に導入されたガスを吐出するガス吐出孔とを有することを特徴とする。
請求項９記載のガス供給ヘッドは、請求項８記載のガス供給ヘッドにおいて、前記ガス吐出孔と前記ヘッド内ガス供給孔とは、前記ガス供給ヘッドの長手方向と直交する方向から見たときに重複しない位置に設けられることを特徴とする。
本発明によれば、１つのガス供給源から下流側へ向かって２ｎ（ｎ；自然数）本に等長分岐した末端の２ｎ本の分岐管からガス供給ヘッドに形成された長溝状のガス拡散室にガスが供給され、ガス拡散室に供給されたガスが等間隔に設けられた複数のガス吐出孔を通して吐出される。このように等長配管を通してガス拡散室に均一にガスを供給した後に複数のガス吐出孔からガスを吐出する構成とすることにより、複数のガス吐出孔から均一にガスを吐出して層流を形成することができ、ひいては、基板に対して均一な処理を行うことが可能となる。
また、ガス供給ヘッドは、長手方向と直交する断面の形状が略Ｈ形状のヘッド本体と、ヘッド本体に取り付けられる蓋体とにより構成され、ヘッド本体に対してガス拡散室をエンドミル等により簡単且つ高精度に形成することができる。そのため、ガス拡散室の長手方向での形状精度が高いために、長手方向でのガス吐出にばらつきが生じ難く、しかも、長尺状のガス供給ヘッドの製造が容易であり、分解によるメンテナンスも容易である。
本発明の実施の形態に係る基板処理装置の概略構造を示す平面図及び断面図である。 図１の基板処理装置が備えるガス供給系の構成を示す平面図である。 図１の基板処理装置が備えるステージの側壁に設けられたステージ内ガス供給孔近傍の構造を示す断面図である。 図１の基板処理装置が備えるガス供給ヘッドの斜視断面図及び分解斜視図である。 図４のガス供給ヘッドの一部の平面図、一部の正面図、平面図中の矢視Ｂ−Ｂ断面図及び矢視Ｃ−Ｃ断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置１の概略構造を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）中の矢視Ａ−Ａ断面図である。
ここでは、基板処理装置１は、有機ＥＬパネル等のＦＰＤの製造に用いられるガラス基板（以下「基板Ｇ」と記す）に対してＡＬＤ法による成膜処理を施す成膜装置であるとする。基板Ｇは、以下の説明では、短辺×長辺の長さが、約１５００ｍｍ×約１８５０ｍｍであるとする。また、基板処理装置１に対して、基板Ｇの短辺と平行にｘ軸を、長辺と平行にｙ軸を、基板Ｇの厚み方向にｚ軸を取り、適宜、以下の説明において、これらの座標軸を用いる。なお、ｘ軸及びｙ軸は水平面内にあり、ｚ軸は鉛直面内にある。
基板処理装置１は、基板Ｇを処理する処理空間２を形成する処理容器３を備える。処理容器３は、基板Ｇを載置するステージ４と、ステージ４上に載置された基板Ｇを覆う上蓋５とによって構成される。なお、図１（ａ）では、上蓋５が取り外された状態が示されている。
ステージ４は、基板Ｇを載置する載置面４ａと、載置面４ａよりも上方（ｚ方向）に起立した側壁４ｂを有する断面略凹形状を有する。ステージ４と上蓋５とは、高さ方向（ｚ方向）において相対的に移動可能に構成されている。例えば、上蓋５を上昇させて上蓋５をステージ４から離すと、載置面４ａが外部に露呈する。これにより、基板搬送装置（不図示）により載置面４ａ上への基板Ｇの搬入／搬出が可能となる。一方、載置面４ａ上に基板Ｇが載置された状態で上蓋５を下降させ、上蓋５を側壁４ｂに密着させると、外部から隔離された処理空間２が形成される。このとき、側壁４ｂ上に設けられたシールリング（Ｏリング）により、上蓋５と側壁４ｂとの当接面がシールされる。こうして、処理空間２における基板Ｇへの成膜処理が可能となる。なお、固定された上蓋５に対してステージ４が昇降する構成としてもよいし、ステージ４及び上蓋５の双方が昇降する構成としてもよい。
処理空間２には、基板Ｇに対する成膜処理に使用される処理ガスを供給するガス供給機構の一部を構成する直線状のガス供給ヘッド６が、ステージ４の長辺側の一方の側壁４ｂ１に沿って配置されている。また、ステージ４の長辺側の他方の側壁４ｂ２に沿って、直線状の排気溝７がステージ４に設けられている。排気溝７は排気装置７ａに接続されており、排気装置７ａは処理空間２の内部を排気することにより、処理空間２内の圧力の調節や雰囲気の置換（パージ）が行われる。
ガス供給ヘッド６の構造の詳細については後述するが、ガス供給ヘッド６は、長手方向に沿って所定の間隔で二列に形成された複数の第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス吐出孔４５ｂ（図４及び図５参照）から処理空間２へ処理ガスを吐出する。これにより、載置面４ａ上に載置された基板Ｇの被処理面の上方に、ガス供給ヘッド６から排気溝７に向けて一方向に層流となるガス流れＦを形成することができ、基板Ｇの表面に均一な成膜処理を行うことができる。
ガス供給ヘッド６は、ステージ４の側壁４ｂ１に形成されたステージ内ガス供給孔８を介して、ガス供給管であるガス供給系９に接続されている。なお、ステージ内ガス供給孔８は、後述する第１のステージ内ガス供給孔８ａと第２のステージ内ガス供給孔８ｂを総称する。ガス供給ヘッド６、ステージ内ガス供給孔８及びガス供給系９が、ガス供給機構を構成する。
ガス供給系９の詳細について後述するが、概略、ガス供給系９は、成膜処理に必要な２種類のガス（第１のガス＝ソースガス、第２のガス＝酸化ガス）を、ステージ内ガス供給孔８を介して独立してガス供給ヘッド６へ供給するための２系統のガス配管で構成される。ガス供給ヘッド６は、供給された２種類のガスを独立して処理空間２へ吐出する。
例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成膜を行う場合には、第１のガスとして、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ３）３Ａｌ：ＴＭＡ）ガスが、第２のガスとして、水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガスを用いることができる。但し、第１のガス及び第２のガスは、これらに限られるものではなく、膜を構成する材料に応じて変更することができる。
基板処理装置１の動作制御は、制御部１２により行われる。制御部１２は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１２ａを有する。プロセスコントローラ１２ａには、オペレータが基板処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザインタフェース１２ｂが接続されている。
プロセスコントローラ１２ａには記憶部１２ｃが接続されている。記憶部１２ｃは、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。記憶部１２ｃには、基板処理装置１で実行される各種処理を、プロセスコントローラ１２ａの制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１の各部に処理を実行させるためのレシピが格納されている。レシピは、専用回線を介して、他の装置から適宜伝送されてもよい。レシピは、必要に応じて、ユーザインタフェース１２ｂからの指示等にて記憶部１２ｃから読み出され、読み出されたレシピに従った処理をプロセスコントローラ１２ａが実行することにより、基板処理装置１は所定の動作を行い、基板Ｇを処理する。
図２は、ガス供給系９の構成を示す平面図である。ガス供給系９は、処理空間２に第１のガスを供給するための第１のガス供給ライン９ａと、処理空間２に第２のガスを供給するための第２のガス供給ライン９ｂとを含む。
第１のガス供給ライン９ａは、所謂、トーナメント型の等長配管構造となっている。即ち、上流側の元配管３１ａが下流側の第１の分岐部３２ａにおいて長さの等しい２本の第１の分岐管３１ｂへ分岐し、第１の分岐管３１ｂはその下流側の第２の分岐部３２ｂにおいて長さの等しい２本の第３の分岐管３１ｃへ分岐し、第３の分岐管３１ｃはその下流側の第３の分岐部３２ｃにおいて長さの等しい２本の第４の分岐管３１ｄへ分岐している。合計８本の第４の分岐管３１ｄはそれぞれ、ｙ方向と平行な一直線上にガス吐出口（末端）が等間隔で並ぶようにステージ４の側壁４ｂ１に形成された８カ所の第１のステージ内ガス供給孔８ａに対して、フランジ３６により気密に接続される。
第２のガス供給ライン９ｂも、第１のガス供給ライン９ａと同様のトーナメント型の等長配管構造を有する。即ち、上流側の元配管３３ａが下流側の第１の分岐部３４ａにおいて長さの等しい２本の第１の分岐管３３ｂへ分岐し、第１の分岐管３３ｂはその下流側の第２の分岐部３４ｂにおいて長さの等しい２本の第３の分岐管３３ｃへ分岐し、第３の分岐管３３ｃはその下流側の第３の分岐部３４ｃにおいて長さの等しい２本の第４の分岐管３３ｄへ分岐している。合計８本の第４の分岐管３３ｄはそれぞれ、ｙ方向と平行な一直線上にガス吐出口（末端）が等間隔で並ぶようにステージ４の側壁４ｂ１に形成された第２のステージ内ガス供給孔８ｂに対して、フランジ３６により気密に接続される。
第１のガス供給ライン９ａの元配管３１ａの上流側には、第１のガスを供給する第１のガス供給源（不図示）及びキャリアガス供給源（不図示）が接続されており、第２のガス供給ライン９ｂの元配管３３ａの上流側には、第２のガスを供給する第２のガス供給源（不図示）及びキャリアガス供給源（不図示）が接続されている。キャリアガスとしては、例えば、窒素（Ｎ２）ガス等の不活性ガスが用いられるが、これに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いてもよい。
基板Ｇに対する成膜処理中は、キャリアガス供給源からのキャリアガスの供給／停止を制御するバルブＶ３，Ｖ４は常にオープンの状態に維持される。一方、第１のガスと第２のガスとが同時に処理空間２へ供給されることのないように、バルブＶ１，Ｖ２のオープン／クローズのタイミングが制御される。先ず、バルブＶ１を一定時間（例えば、０．２秒）オープンにして第１のガスを処理空間２へ導入し、基板Ｇ上に第１のガスの分子を付着させる。バルブＶ１をクローズすると、バルブＶ３，Ｖ４はオープンの状態となっているため、処理空間２内の不要な第１のガスがキャリアガスによって処理空間２から排出され、処理空間２内はキャリアガスでパージされる。この状態を一定時間（例えば、５秒）保持し、処理空間２内の不要な第１のガスを排出した後に、バルブＶ２を一定時間（例えば、０．２秒）オープンにして第２のガスを処理空間２へ導入し、基板Ｇ上に付着した第１のガスの分子と第２のガスの分子とを反応させる。バルブＶ２をクローズして、この状態を一定時間（例えば、５秒）保持すると、バルブＶ３，Ｖ４はオープンの状態となっているため、処理空間２内の第２のガスと、第１のガスと第２のガスとの反応によって生成されるガスはキャリアガスによって処理空間２から排出される。このような第１のガスと第２のガスの処理空間２への供給／排出を繰り返すことにより、基板Ｇの表面で第１のガスと第２のガスとを原子層レベルで反応させて、成膜を進行させる。
なお、バルブＶ１，Ｖ２のオープン／クローズのタイミングは、目的とする成膜が達成できるように、適時調整されるものとする。
第１のガスの供給／停止を制御するバルブＶ１から第１のステージ内ガス供給孔８ａまでの８系統の配管長及び配管径は全てが等しい。また、第２のガスの供給／停止を制御するバルブＶ２から第２のステージ内ガス供給孔８ｂまでの８系統の配管長及び配管径は全てが等しい。このような等長配管構造とすることにより、ガス供給ヘッド６が有する後述の第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂ（図３乃至図５参照）に対してそれぞれ、第１のガス及び第２のガスを均一に供給することができ、ひいては、ガス供給ヘッド６から第１のガス及び第２のガスを処理空間２へ均一に吐出することが可能になる。また、ガス供給系９では、具備するバルブ数を少なく抑えることができるため、装置コストを低く抑えることができる。
なお、バルブＶ３，Ｖ４を１つのバルブに置換した構成とすることができることは、図１及び図２から明らかである。
図３は、ステージ内ガス供給孔８近傍の構造を示す断面図である。第１のステージ内ガス供給孔８ａ及び第２のステージ内ガス供給孔８ｂはそれぞれ、ガス供給ヘッド６に設けられている第１のヘッド内ガス供給孔４４ａ及び第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂの位置に対応するように、ステージ４の側壁４ｂ１にドリル等の機械加工により形成されている。ステージ内ガス供給孔８ａ，８ｂの壁面には、必要に応じて、電界研磨等の鏡面加工や、アルマイト或いはフッ素樹脂コーティング等の表面処理が施される。
ガス供給ヘッド６に設けられている第１のヘッド内ガス供給孔４４ａと第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂとの間隔が狭いこと（詳しくは、図４及び図５を参照して後述する）に対応するために、第４の分岐管３１ｄ，３３ｄの末端は、１本ずつが一対となって、ステージ４の側壁４ｂ１に取り付けられる１つのフランジ３６に集約されている。フランジ３６を側壁４ｂ１に取り付けることにより、第４の分岐管３１ｄ，３３ｄはそれぞれ、ステージ内ガス供給孔８ａ，８ｂと連通して、第１のガスと第２のガスのガス流路が形成される。
なお、フランジ３６と側壁４ｂ１との連結面には、第１のガスと第２のガスのガス流路とを隔離するために不図示のシールリングが配置されており、これにより、フランジ３６と側壁４ｂ１との連結面における第１のガスと第２のガスとの反応を防止している。
本実施の形態では、図３に示すように、第４の分岐管３１ｄ，３３ｄをフランジ３６に集約した際に、第４の分岐管３１ｄ，３３ｄが近接するために双方を水平に配置することができず、そのため、下側に位置する第１のガスを供給する第４の分岐管３１ｄを、フランジ３６を基準として下方へ僅かに曲げている。勿論、第４の分岐管３１ｄ，３３ｄの水平配置が可能な場合には、図３のように配管を曲げる必要はない。
ガス供給ヘッド６は、ステージ４において、載置面４ａと側壁４ｂ１との間に設けられた溝に嵌合するように配置され、第１のステージ内ガス供給孔８ａ及び第２のステージ内ガス供給孔８ｂはそれぞれ、ガス供給ヘッド６に設けられた第１のヘッド内ガス供給孔４４ａ及び第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂと連通する。ガス供給ヘッド６と側壁４ｂ１との連結面には、第１のガスと第２のガスのガス流路とを隔離するための、不図示のシールリングが配置されており、これにより、ガス供給ヘッド６と側壁４ｂ１との連結面における第１のガスと第２のガスとの反応を防止している。
図４（ａ）は、ガス供給ヘッド６の斜視断面図である。図４（ｂ）は、ガス供給ヘッド６の分解斜視図である。ガス供給ヘッド６は、互いに平行な第１の鉛直壁４０ａ及び第２の鉛直壁４０ｂと、第１の鉛直壁４０ａ及び第２の鉛直壁４０ｂと直交するように第１の鉛直壁４０ａと第２の鉛直壁４０ｂとを連結する水平壁４０ｃとによって構成され、長手方向と直交する断面の形状が略Ｈ形状であるヘッド本体４０を有する。ガス供給ヘッド６が図１乃至図３に示すように配置されたときに、第１の鉛直壁４０ａはステージ４の側壁４ｂ１と当接し、第２の鉛直壁４０ｂはステージ４の載置面４ａに載置された基板Ｇと対面し、第１の鉛直壁４０ａ、第２の鉛直壁４０ｂ及び水平壁４０ｃは一体形成された構造を有する。水平壁４０ｃの両表面（ヘッド本体４０の２カ所の凹部の底面）には、長手方向に延在する長溝状の第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂが隔壁４０ｃ１を挟んで対向するように形成されている。
ガス供給ヘッド６は、ヘッド本体４０の２カ所の凹部にそれぞれネジ止め等により取り付けられる蓋体４１ａ，４１ｂと、ヘッド本体４０と蓋体４１ａ，４１ｂとの間に配置されるシールリング４３ａ，４３ｂとを有する。ヘッド本体４０に蓋体４１ａが取り付けられることによって第１のガス拡散室４２ａの開口面が閉塞され、ヘッド本体４０に蓋体４１ｂが取り付けられることによって第２のガス拡散室４２ｂの開口面が閉塞される。
ガス供給ヘッド６における第１のガス及び第２のガスの流れを説明するために、更に、図５を参照する。図５（ａ）は、ガス供給ヘッド６の一部の平面図である。図５（ｂ）は、ガス供給ヘッド６の一部の正面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）中の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。図５（ｄ）は、図５（ａ）中の矢視Ｃ−Ｃ断面図である。
ヘッド本体４０には、第１の鉛直壁４０ａと水平壁４０ｃとをｘ方向に貫通して第１のガス拡散室４２ａに連通し、ガス供給ヘッド６がステージ４にセットされた状態で第１のステージ内ガス供給孔８ａと連通する第１のヘッド内ガス供給孔４４ａが形成されている。また、ヘッド本体４０には、第１の鉛直壁４０ａと水平壁４０ｃとをｘ方向に貫通して第２のガス拡散室４２ｂに連通し、ガス供給ヘッド６がステージ４にセットされた状態で第２のステージ内ガス供給孔８ｂと連通する第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂが形成されている。
更に、ヘッド本体４０には、第２の鉛直壁４０ａと水平壁４０ｃとをｘ方向に貫通して第１のガス拡散室４２ａに連通し、ガス供給ヘッド６がステージ４にセットされた状態で処理空間２と連通する第１のガス吐出孔４５ａが形成されている。また、第２の鉛直壁４０ａと水平壁４０ｃとをｘ方向に貫通して第２のガス拡散室４２ｂに連通し、ガス供給ヘッド６がステージ４にセットされた状態で処理空間２と連通する第２のガス吐出孔４５ｂが形成されている。
第１のガス供給ライン９ａから供給される第１のガスは、第１のステージ内ガス供給孔８ａ、第１のヘッド内ガス供給孔４４ａを通して第１のガス拡散室４２ａへ導入され、第１のガス拡散室４２ａを拡散した後に、第１のガス吐出孔４５ａから処理空間２に吐出される。同様に、第２のガス供給ライン９ｂから供給される第２のガスは、第２のステージ内ガス供給孔８ｂ、第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂを通して第２のガス拡散室４２ｂへ導入され、第２のガス拡散室４２ｂを拡散した後に、第２のガス吐出孔４５ｂを通して処理空間２に吐出される。
こうしてステージ内ガス供給孔８からガス供給ヘッド６に至るガス流路を水平方向（ｘ方向）のみに沿うように構成することにより、処理空間２のキャリアガスによるパージ性を向上させ、パージ時間の短縮による生産性の向上を図ることができる。
ヘッド本体４０は、アルミニウム等からなる長尺状の角柱材を切削・研削加工することによって容易に断面略Ｈ形状に加工することができる。また、第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂは、エンドミル等による機械加工によって容易に寸法精度よく形成することができ、第１のヘッド内ガス供給孔４４ａ、第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂ、第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス吐出孔４５ｂも、孔長さが短いために、ドリル加工等により寸法精度よく形成することができる。よって、ガス供給ヘッド６は、１ｍを超える長さが必要な場合であっても、基板Ｇの形状に応じて高い寸法精度で製造することができ、よって、第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス吐出孔４５ｂからの第１のガス及び第２のガスの均一な吐出が可能となる。
このように、ガス供給ヘッド６は、製造容易なヘッド本体４０に対してシールリング４３ａ，４３ｂ及び蓋体４１ａ，４１ｂを組み付けることにより容易に製造することができるため、分解も容易であるために洗浄処理等のメンテナンスも容易である。また、ガス供給ヘッド６は、基板Ｇの形状に応じたガス供給ヘッド６全体の大きさの変更や各部の形状変更も容易であり、処理空間２の高さに応じた薄型化も容易である。
なお、ヘッド本体４０は、アルミニウム等の鋳造可能な材料からなる場合には、例えば、鋳型成形によって大まかに外形を形成した後に、切削・研削加工で各部の形状精度を高めることによって製造することもできる。第１のヘッド内ガス供給孔４４ａ、第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂ、第１のガス吐出孔４５ａ、第２のガス吐出孔４５ｂ、第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂの内面には、必要に応じて、電界研磨等の鏡面加工処理や、アルマイト或いはフッ素樹脂コーティング処理等の表面処理が施されるが、このような加工も容易である。
図５（ａ）に示す、ガス供給ヘッド６においてｙ方向で隣接する第１のヘッド内ガス供給孔４４ａ同士の間隔Ｌ１は、例えば、基板Ｇのｙ方向長さが１８５０ｍｍのときに処理空間２のｙ方向長さが約２１００ｍｍであるとすると、図１に基づいて約３００ｍｍとなる。ｙ方向で隣接する第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂ同士の間隔もＬ１である。図５（ｂ）に示す、ｙ方向での第１のガス吐出孔４５ａ間の間隔Ｌ２は、例えば、約１５ｍｍとすることができる。ｙ方向における第２のガス吐出孔４５ｂ間の間隔もＬ２であるが、第１のガス吐出孔４５ａと第２のガス吐出孔４５ｂとは、ｙ方向において１／２ピッチずらして設けられている。ｚ方向におけるガス吐出孔４５ａとガス吐出孔４５ｂとの間隔Ｌ３は、例えば約６ｍｍとすることができる。
なお、処理空間２の高さ（ｚ方向長さ）が高いと、高価な第１のガスの消費量が多くなり、基板Ｇに対する成膜コストが高くなってしまう。よって、処理空間２の高さは可能な限り低い方がよいため、設定された処理空間２の高さに応じてヘッド本体４０の高さが定められる。これにより、第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂを設ける位置が定められ、第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス吐出孔４５ｂのｚ方向での間隔Ｌ３に制限が加わる。また、処理空間２において、第１のガスと第２のガスを層流にして流すためには、ステージ４の載置面４ａからできるだけ高くない位置に第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス吐出孔４５ｂを設けることが好ましい。一方で、第１のガス吐出孔４５ａと第２のガス吐出孔４５ｂとを近付け過ぎると、第１のガスの吐出後に第１のガス拡散室４２ａに残留し得る微量の第１のガスと第２のガスの吐出後に第２のガス拡散室４２ｂに残留し得る微量の第２のガスとが処理空間２へ漏れることによって、第１のガス吐出孔４５ａ或いは第２のガス吐出孔４５ｂの近傍で第１のガスと第２のガスの反応物が生成してしまい、この反応物がヘッド本体４０に付着し或いはパーティクルとなって基板Ｇに付着してしまうという問題が生じる。よって、このような反応物の生成を防止する必要がある。
これらの問題を考慮して、本実施の形態では、第１のガス吐出孔４５ａと第２のガス吐出孔４５ｂのｚ方向での間隔Ｌ３を短く設定しつつ、第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス吐出孔４５ｂを、所謂、千鳥配置とすることで、隣接する第１のガス吐出孔４５ａと第２のガス吐出孔４５ｂとの距離を長く取って、第１のガスと第２のガスの反応による不要な反応物の生成を抑制している。なお、第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂを、処理空間２において層流を形成することができる限りにおいて、狭く形成することにより、第１のガスと第２のガスの第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂでの滞留を抑制し、不要な反応物の生成を抑制することができる。
図５（ｂ）に示されるように、ｘ方向視において、第１のヘッド内ガス供給孔４４ａは第１のガス吐出孔４５ａと重複しないように、且つ、第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂは第２のガス吐出孔４５ｂと重複しないように形成されている。例えば、ｘ方向視において１つのヘッド内ガス供給孔と重複する位置にガス吐出孔を設けてしまうと、そのガス吐出孔からのガス吐出が優位となって、他のガス吐出孔からのガス吐出量が低下してしまい、処理空間２での層流の形成が困難となる。そこで、本実施の形態では、ｘ方向視においてヘッド内ガス供給孔とガス吐出孔とを重複させない構成として、ヘッド内ガス供給孔からガス拡散室に導入されたガスをガス拡散室の壁面に衝突、拡散させて、ガス吐出孔からのガス吐出の均一化を図っている。
以上、本発明の実施の形態によれば、等長配管構造を有する第１のガス供給ライン９ａ及び第２のガス供給ライン９ｂを通して、ガス供給ヘッド６に形成された第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂに第１のガス及び第２のガスが独立して供給される。これにより、等長配管を通して第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂに均一に第１のガス及び第２のガスをそれぞれ供給することができる。
そして、第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂにおいて更に供給された第１のガス及び第２のガスが均一化される。このとき、第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂは、長手方向（ｙ方向）と直交する断面の形状が略Ｈ形状のヘッド本体４０に対してエンドミル等により高い形状精度で形成されているため、長手方向での第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス吐出孔４５ｂからの第１のガス及び第２のガスの吐出にばらつきが生じ難く、基板Ｇ上に均一に第１のガス及び第２のガスを吐出して基板Ｇ上に層流を形成することができ、これにより、基板Ｇに対して均一な処理を行うことが可能となる。
また、ガス供給ヘッド６の製造について、簡単且つ高精度に長溝状の第１のガス拡散室４２ａ及び第２のガス拡散室４２ｂをヘッド本体４０に形成することができ、また、第１のヘッド内ガス供給孔４４ａ、第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂ、第１のガス吐出孔４５ａ及び第２のガス供給孔４５ｂも孔長さが短いために、ドリル加工により簡単且つ高精度な形成が可能である。そして、ヘッド本体４０に対して蓋体４１ａ，４１ｂを取り付けるだけでガス供給ヘッド６を完成させることができるため、分解も容易である。よって、ガス供給ヘッド６、基板Ｇに対して更に均一な処理を行うことが可能となる。更に、ガス供給ヘッド６は、基板Ｇのサイズに応じた長さのものを容易且つ高精度に製造することができ、分解によるメンテナンスも容易であるという利点を有する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記説明では、基板Ｇは有機ＥＬディスプレイ用のガラス基板であるとしたが、これに限定されるものではなく、基板Ｇは、ＬＣＤ製造用のガラス基板や太陽電池製造用のガラス基板等であってもよい。
また、上記説明では、基板Ｇの短辺×長辺の長さは約１５００ｍｍ×約１８５０ｍｍであるとし、この基板サイズに合わせて、ガス供給系９におけるガス供給管の分岐数を定めた。これに対して、近年では、基板サイズが、約２２００ｍｍ×約２５００ｍｍのサイズへ、更に約２８００ｍｍ×約３１００ｍｍのサイズへとその大型化が著しい。このような基板サイズの大型化に対して、本発明は容易に対応が可能である。即ち、基板サイズの変更に対して、ガス供給系におけるガス供給管の分岐数やステージ内ガス供給孔８の数を調整することにより、容易に対応することができる。また、必要とされるガス供給量は、ガス供給系の配管径やガス供給ヘッドにおけるガス拡散室の容積、ガス吐出孔の孔径等の形状調整により、容易に対応することができる。
但し、ガス供給系９を等長配管構造とするために、ガス供給系９における第１のガス供給ライン９ａ及び第２のガス供給ライン９ｂの末端（最下流）の配管数（つまり、第１のステージ内ガス供給孔８ａの数及び第２のステージ内ガス供給孔８ｂの数）は、２ｎ（ｎ；自然数）に制限される。上記実施の形態は、ｎ＝３の場合に相当する。
処理空間２へ導入されるガスは、上記実施の形態で取り上げた２種類に限られるものではなく、成膜される膜の種類に応じて３種類以上に変更することができる。この場合には、例えば、ガス供給ヘッド６を積層することにより対応することができる。
上記実施の形態では、ステージ４の側壁４ｂ１にステージ内ガス供給孔８を形成することにより、ガス供給ヘッド６に対して水平方向で第１のガス及び第２のガスを供給する構成としたが、これに限定されず、ステージ４を鉛直方向（ｚ方向）に貫通した後に水平方向へ曲げられたガス導入管を配置し、このガス導入管をガス供給ヘッド６の第１のヘッド内ガス供給孔４４ａ及び第２のヘッド内ガス供給孔４４ｂに接続する構成とすることもできる。
１ 基板処理装置
２ 処理空間
３ 処理容器
４ ステージ
５ 上蓋
６ ガス供給ヘッド
４０ ヘッド本体
４２ａ，４２ｂ 第１のガス拡散室，第２のガス拡散室
４４ａ，４４ｂ 第１のヘッド内ガス供給孔，第２のヘッド内ガス供給孔
４５ａ，４５ｂ 第１のガス吐出孔，第２のガス吐出孔

Claims (9)

  1. 基板処理装置に取り付けられるガス供給機構であって、
    １つのガス供給源から下流側へ向かって２ｎ（ｎ；自然数）本に等長分岐し、末端の２ｎ本の分岐管のガス吐出口が一直線上に並ぶガス供給管であって、異なる２種類のガスを独立して供給するように２系統設けられたガス供給管と、
    前記２系統のガス供給管における２系統の前記２ｎ本の分岐管のガス吐出口とそれぞれ連通する長溝状の独立した２つのガス拡散室、及び、長手方向に形成され、前記２つのガス拡散室に導入されたガスをそれぞれ吐出する複数のガス吐出孔を有する１つの長尺状のガス供給ヘッドと、を備え、
    前記ガス供給ヘッドは、前記長手方向に沿った互いに平行な第１の鉛直壁及び第２の鉛直壁と、前記第１の鉛直壁及び第２の鉛直壁とを連結する水平壁を含むヘッド本体と、前記ヘッド本体の前記水平壁の両表面にそれぞれ取り付けられる蓋体と、前記長手方向と直交する方向において前記２系統のガス供給管における前記２系統の２ｎ本の分岐管とそれぞれ連通すると共に前記２つのガス拡散室にそれぞれ連通する２系統の２ｎ個のヘッド内ガス供給孔を有し、
    前記２つのガス拡散室は、前記水平壁の両表面と接する長溝状の空間が前記蓋体によって密閉されることにより形成され、
    前記ガス吐出孔は、前記２つのガス拡散室をそれぞれ挟んで前記２系統の２ｎ個のヘッド内ガス供給孔とそれぞれ対向すると共に一直線上に並ぶように前記２系統の２ｎ本の分岐管のそれぞれに対応して複数設けられている
    ことを特徴とするガス供給機構。
  2. 前記ガス吐出孔と前記ヘッド内ガス供給孔とは、前記ガス供給ヘッドの長手方向と直交する方向から見たときに重複しない位置に設けられることを特徴とする請求項１記載のガス供給機構。
  3. 前記ガス拡散室は、前記ヘッド本体の前記水平壁の両表面にエンドミルによる加工を施すことにより形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のガス供給機構。
  4. 前記ガス吐出孔は、前記２つのガス拡散室のそれぞれに連通するように、前記ガス供給ヘッドの長手方向に２列で千鳥配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス供給機構。
  5. 前記ガス供給管の前記２ｎ本の分岐管は水平方向から前記ガス拡散室へ接続され、前記ガス拡散室に導入されたガスは前記ガス吐出孔から水平方向に吐出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス供給機構。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス供給機構を備えることを特徴とする基板処理装置。
  7. 基板を載置する載置面を有するステージと、前記ステージを覆う上蓋とを有し、前記ステージに前記上蓋を被せることで前記載置面に載置された基板を収容する処理空間が形成される処理容器を備え、
    前記ガス供給ヘッドは、その長手方向と平行な１つ側面が前記ステージの１辺の側壁と密着するように前記処理空間に配置され、
    前記処理容器の前記１辺の側壁には、前記ガス供給管の下流側の前記２系統の２ｎ本の分岐管のガス吐出口と連通すると共に前記ガス供給ヘッドの前記ガス拡散室と連通する２系統の２ｎ個のステージ内ガス供給孔が前記載置面と平行に設けられていることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
  8. 略水平に載置された基板に対して少なくとも２種類のガスにより所定の処理を施すために前記基板に対して水平方向に前記２種類のガスを吐出するガス供給ヘッドであって、
    長尺状の形状を有し、長手方向と直交する断面の形状が略Ｈ形状であるヘッド本体と、
    前記ヘッド本体の２カ所の凹部のそれぞれに取り付けられる蓋体と、を備え、
    前記ヘッド本体は、
    前記２カ所の凹部の底壁面のそれぞれで開口するように長手方向と平行に形成され、前記蓋体により閉塞される長溝状の独立した２つのガス拡散室と、
    前記２つのガス拡散室のそれぞれと連通するように、長手方向において一直線上に設けられる２ｎ個（ｎ；自然数）のヘッド内ガス供給孔と、
    前記ガス拡散室を挟んで前記２ｎ個のヘッド内ガス供給孔と対向すると共に一直線上に並ぶように前記２ｎ本の分岐管のそれぞれに対応して複数設けられ、前記ガス拡散室に導入されたガスを吐出するガス吐出孔とを有することを特徴とするガス供給ヘッド。
  9. 前記ガス吐出孔と前記ヘッド内ガス供給孔とは、前記ガス供給ヘッドの長手方向と直交する方向から見たときに重複しない位置に設けられることを特徴とする請求項８記載のガス供給ヘッド。
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