WO2004030064A1 - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

本発明の基板処理装置は、被処理基板Ｗの成膜処理を安定且つ効率良く行うことを目的しており、基板処理装置は、ヒータ部に対向する位置に被処理基板Ｗを支持すると共に、被処理基板Ｗを保持する保持部材を回転させる。また、ヒータ部は、透明石英製の石英ベルジャの内部にＳｉＣヒータ及び熱反射部材を収納し、処理容器の内部を減圧すると共に、石英ベルジャの内部も減圧することで、石英ベルジャの肉厚を薄くすることが可能になり、その分ＳｉＣヒータからの熱伝導効率が高まり、且つＳｉＣヒータによるコンタミネーションも防止する。

Description

明細

技術分野

本発明は基板処理装置に係り、 特に基板に対し成膜などの処理を施す基板処理 装置に関する。 背景技術

今日の超高速半導体装置では、 微細化プロセスの進歩とともに、 0 . 1 μ m以 下のゲート長が可能になりつつある。 一般に微細化とともに半導体装置の動作速 度は向上するが、 このように非常に微細化された半導体装置では、 ゲート絶縁膜 の膜厚を、 微細化によるゲート長の短縮に伴って、 スケーリング則に従って減少 させる必要がある。

しかしゲート長が 0 . 1 μ πι以下になると、 ゲート絶縁膜の厚さも、 従来の熱 酸化膜を使った場合、 l〜2 n m、 あるいはそれ以下に設定する必要があるが、 このように非常に薄いグート絶縁膜ではトンネル電流が増大し、 その結果ゲート リーク電流が増大する問題を回避することができない。

このような事情で従来より、比誘電率が熱酸化膜のものよりもはるかに大きく、 このため実際の Hi¥が大きくても S i 02膜に換算した場合の膜厚が小さい T a 2O5や A 1 2〇3， Z r O2, H f 0₂、 さらには Z r S i 0₄あるいは H f S i 0₄ のような高誘電体材料をゲート絶縁膜に対して適用することが提案されている。 このような高誘電 #¾"料を使うことにより、 ゲート長が 0 . l /z m以下と、 非常 に短い超高速半導体装置においても 1 0 n m程度の物理的膜厚のゲート絶縁膜を 使うことができ、トンネル効果によるゲートリーク電流を抑制することができる。 例えば、 従来より T a₂Os膜は T a (O C2H5) 5および O2を気相原料とした C VD法により形成できることが知られている。 典型的な場合、 C VDプロセス は減圧環境下、 約 4 8 0 ° C、 あるいはそれ以上の で実行される。 このよう にして形成された T a₂〇₅膜は、 さらに酸素雰囲気中において熱処理され、 その 2 結果、 膜中の酸素欠損が解消され、 また膜自体が結晶化する。 このようにして結 晶化された T a₂〇₅膜は大きな比誘電率を示す。

チャネル領域中のキャリアモビリティーを向上させる観点からは、 高誘電体ゲ ート酸化膜とシリコン基板との間に、 1 n m以下、 好ましくは 0 . 8 n m以下の 厚さのきわめて薄いベース酸化膜を介在させるのが好ましい。 ベース酸化膜は、 非常に薄い必要があり、 厚さが厚いと高誘電体膜をゲート絶縁膜に使った効果が 相殺される。 一方、 力かる非常に薄いベース酸化膜は、 シリコン基板表面を一様 に覆う必要があり、 また界面準位等の欠陥を形成しないことが要求される。 従来より、 薄いゲート酸化膜はシリコン基板の急速熱酸化 （R T O) 処理 （例 えば、 特許文献 1参照） により形成されるのが一般的であるが、 熱酸化膜を所望 の 1 n m以下の厚さに形成しようとすると、 膜形成時の処理温度を低下させる必 要がある。 しかし、 このように低温で形成された熱酸化膜は界面 立等の欠陥を 含みやすく、 高誘電体グート酸化膜のベース酸ィ匕膜としては不適当である。 図 1は高誘電体ゲート絶縁膜を有する高速半導体装置 1 0の概略的な構成を、 示す。

図 1を参照するに、 半導体装置 1 0はシリコン基板 1 1上に形成されており、 シリコン基板 1 1上には薄レ、ベース酸化膜 1 2を介して、 T a₂〇₅， A 1 2O3, Z r O2, H f O2, Z r S i O4, H f S i 0₄等の高誘電体ゲート絶縁膜 1 3が形 成され、 さらに前記高誘電体ゲート絶縁膜 1 3上にはゲート電極 1 4が形成され ている。

図 1の半導体装置 1 0では、 前記ベース酸化膜層 1 2の表面部分に、 シリコン 基板 1 1とベース酸化膜 1 2との間の界面の平坦性が保たれるような範囲で窒素 (N) がドープされ、 酸窒化膜 1 2 Aが形成されている。 シリコン酸化膜よりも 比誘電率の大きレ、酸窒ィヒ膜 1 2 Aをベース酸化膜 1 2中に形成することにより、 ベース酸化膜 1 2の熱酸化膜換算膜厚をさらに減少させることが可能になる。 先にも説明したように、 かかる高速半導体装置 1◦では、 前記ベース酸化膜 1 2の厚さは可能な限り薄いのが好ましい。

しかし、 ベース酸化膜 1 2を 1 n m以下、 例えば 0 . 8 n m以下、 さらには 2 〜 3原子層に対応する 0 . 4 n m前後の厚さで一様に、かつ安定に形成するのは、 3 従来より非常に困難であった。

また、 ベース酸化膜 1 2上に形成される高誘電体ゲート絶縁膜 1 3の機能を発 現させるためには、 堆積した高誘電体膜 1 3を熱処理により結晶化し、 また酸素 欠損補償を行う必要があるが、 このような熱処理を高誘電体膜 1 3に対して行つ た場合、 ベース酸化膜 1 2の^?:が増大してしまレ、、 高誘電体ゲート絶縁膜 1 3 を使うことによるグート絶縁膜の実効的な膜厚の減少が、 実質的に相殺されてし まっていた。

このような熱処理に伴うベース酸化膜 1 2の膜厚の増大は、 シリコン基板 1 1 とベース酸化膜 1 2の界面における、 酸素原子およびシリコン原子の相互拡散、 およびこれに伴うシリケート遷移層の形成、 あるいはシリコン基板中への酸素の 侵入によるベース酸化膜 1 2の成長の可能性を示唆している。 このようなベース 酸化膜 1 2の熱処理に伴う膜厚増大の問題は、 特にベース酸化膜 1 2の膜厚が、 ベース酸化膜として望ましい数原子層以下の膜厚まで低減された場合、 非常に深 刻な問題になる。 特許文献 1 特開平 5— 4 7 6 8 7号公報 発明の開示

本発明は、 上記課題を解決した新規で有用な基板処理装置を提供することを目 的とする。

本発明のより詳細な目的は、 シリコン基板表面に非常に薄い、 典型的には 2〜 3原子層分の厚さの酸化膜を安定に形成し、 さらにこれを窒ィ匕して酸窒ィ匕膜を形 成することのできる基板処理装置を提供することにある。

さらに、 本発明のより詳細な目的は、 シリコン基板表面に非常に薄い、 典型的 には 2〜 3原子層分の厚さの酸化膜を安定に形成し、 さらにこれを安定に窒ィ匕で きる基板処理装置を含んだ、 クラスタ型の基板処理システムを提供することにあ る。

さらに、 本発明の他の目的は、 上記のような課題を解決すると共に、 酸化膜の 均一性やスループットの改善、 及びコンタミネーションの防止を図るように構成 3 012084

4 された基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、 上記目的を達成するため、 以下のような特徴を有する。

本発明によれば、 処理空間に挿入された被処理基板を所定温度に加熱するヒー タ部が、 石英により形成された透明ケースの内部に発熱体を収納させた構成であ るので、 発熱体によるコンタミネーションを防止すると共に、 被処理基板の温度 分布を均一に保ち、 被処理基板の反りを抑制することができ、 被処理基板の成膜 処理を安定、 且つ効率良く行えるので、 生産性を高めることができる。

また、本発明によれば、処理容器の内部を減圧すると共に、透明ケースの内部空 間を減圧することにより、 透明ケースの内外圧力差を抑制でき、 透明ケースに作 用する力を軽減した^ ¾明ケースの肉厚を薄くして発熱体からの熱伝導効率を高 めることができる。

また、本発明によれば、透明ケースの上面に発熱体により加熱される S i C製の 加熱板を設け、 加熱板の上面が保持部材に保持された被処理基板の下面に近接対 向することにより、 熱伝導が向上し、 被処理基板を 7 0 0° Cの温度に加熱でき ると共に、 発熱体に温度差が生じにくくなって発熱体の割れを防止できる。 また、本発明によれば、発熱体が第 1の S i C発熱部または第 2、 3の S i C発 熱部を有し、 第 1の S i C発熱部または第 2、 3の S i C発熱部の何れか一方、 あるいは両方への電源供給を選択的に切り替えることにより、 被処理基板の周縁 部が反らないように安定的に加熱することができる。

また、本発明によれば、発熱体の下方に熱反射部材を設けることにより、被処理 基板の全面を効率良く均一に加熱することができる。 図面の簡単な説明

図 1は、高誘電体ゲート絶縁膜を有する半導体装置装置の構成を示す図である。 図 2は、 本発明になる基板処理装置の一実施例の構成を示す正面図である。 図 3は、 本発明になる基板処理装置の一実施例の構成を示す側面図である。 図 4は、 図 2中 A— A線に沿う横断面図である。

図 5は、 処理容器 2 2の下方に配置された機器の構成を示す正面図である。 図 6は、 処理容器 2 2の下方に配置された機器の構成を示す平面図である。 図 7は、 処理容器 2 2の下方に配置された機器の構成を示す側面図である。 図 8 Aは排気経路 3 2の構成を示す平面図である。

図 8 Bは排気経路 3 2の構成を示す正面図である。

図 8 Cは B— B線に沿う縦断面図である。

図 9は、 処理容器 2 2及びその周辺機器を拡大して示す側面縦断面図である。 図 1 0は、 蓋部材 8 2を外した処理容器 2 2の内部を上方からみた平面図であ る。

図 1 1は、 処理容器 2 2の平面図である。

図 1 2は、 処理容器 2 2の正面図である。

図 1 3は、 処理容器 2 2の底面図である。

図 1 4は、 図 1 2中 C一 C線に沿う縦断面図である。

図 1 5は、 処理容器 2 2の右側面図である。

図 1 6は、 処理容器 2 2の左側面図である。

図 1 7は、 紫外線光源 8 6， 8 7の取付構造を拡大して示す縦断面図である。 図 1 8は、 ガス噴射ノズル部 9 3の構成を拡大して示す縦断面図である。 図 1 9は、 ガス噴射ノズル部 9 3の構成を拡大して示す横断面図である。 図 2 0は、 ガス噴射ノズル部 9 3の構成を拡大して示す正面図である。

図 2 1は、 ヒータ部 2 4の構成を拡大して示す縦断面図である。

図 2 2は、 ヒータ部 2 4を拡大して示す底面図である。

図 2 3は、 第 2の流入口 1 7 0及び第 2の流出口 1 7 4の取付構造を拡大して 示す縦断面図である。

図 2 4は、 フランジ 1 4 0の取付構造を拡大して示す縦断面図である。

図 2 5は、 クランプ機構 1 9 0の上端部の取付構造を拡大して示す縦断面図で ある。

図 2 6は、 S i Cヒータ 1 1 4及び S i Cヒータ 1 1 4の制御系の構成を示す 図である。

図 2 7 Aは、 石英ペルジャ 1 1 2の構成を示す平面図である。

図 2 7 Bは、 石英ペルジャ 1 1 2の構成を示す縦断面図である。

図 2 8 Aは、 石英ペルジャ 1 1 2の構成を上方からみた斜視図である。 図 2 8 Bは、 石英ペルジャ 1 1 2の構成を下方からみた斜視図である。

図 2 9は、 減圧システムの排気系統の構成を示す系統図である。

図 3 0 Aは、 保持部材 1 2 0の構成を示す平面図である。

図 3 0 Bは、 保持部材 1 2 0の構成を示す平面図である。

図 3 1は、 ヒータ部 2 4の下方に配置された回転駆動部 2 8の構成を示す縦断 面図である。

図 3 2は、 回転駆動部 2 8を拡大して示す縦断面図である。

図 3 3 Aは、 ホルダ冷却機構 2 3 4の構成を示す横断面図である。

図 3 3 Bは、 ホルダ冷却機構 2 3 4の構成を示す側面図である。

図 3 4は、 回転位置検出機構 2 3 2の構成を示す横断面図である。

図 3 5 Aは、 回転位置検出機構 2 3 2の非検出状態を示す図である。

図 3 5 Bは、 回転位置検出機構 2 3 2の検出状態を示す図である。

図 3 6 Aは、 回転位置検出機構 2 3 2の受光素子 2 6 8の出力信号 Sを示す波 形図である。

図 3 6 Bは、 回転位置判定回路 2 7 0から出力されるパルス信号 Pの波形図で ある。

図 3 7は、 制御回路が実行する回転位置制御処理を説明するためのフ口一チヤ 一トである。

図 3 8は、 窓 7 5， 7 6の取付箇所を上方からみた横断面図である。

図 3 9は、 窓 7 5を拡大して示す横断面図である。

図 4 0は、 窓 7 6を拡大して示す横断面図である。

図 4 1 Aは、 下部ケース 1 0 2の構成を示す平面図である。

図 4 1 Bは、 下部ケース 1 0 2の構成を示す側面図である。

図 4 2 Aは、 側面ケース 1 0 4の構成を示す平面図である。

図 4 2 Bは、 側面ケース 1 0 4の構成を示す正面図である。

図 4 2 Cは、 側面ケース 1 0 4の構成を示す背面図である。

図 4 2 Dは、 側面ケース 1 0 4の構成を示す左側面図である。

図 4 2 Eは、 側面ケース 1◦ 4の構成を示す右側面図である。

図 4 3 Aは、 上部ケース 1 0 6の構成を示す底面図である。 図 4 3 Bは、 上部ケース 1 0 6の構成を示す側面図である。

図 4 4 Aは、 円筒状ケース 1 0 8の構成を示す平面図である。

図 4 4 Bは、 円筒状ケース 1 0 8の構成を示す側面縦断面図である。

図 4 4 Cは、 円筒状ケース 1 0 8の構成を示す側面図である。

図 4 5は、 リフタ機構 3 0を拡大して示す縦断面図である。

図 4 6は、 リフタ機構 3 0のシール構造拡大して示す縦断面図である。

図 4 7 Aは、 図 2の基板処3¾置 2 0を使つて被処理基板 Wのラジカル酸化を 行う場合を示す側面図および平面図である。

図 4 7 Bは図 4 7 Aの構成を示す平面図である。

図 4 8は、 基板処理装置 2 0を使つて行なわれる基板の酸ィヒ処理工程を示す図 である。

図 4 9は、 本発明で使われる X P Sによる膜厚測定方法を示す図である。 図 5 0は、 本発明で使われる X P Sによる,測定方法を示す別の図である。 図 5 1は、 基板処理装置 2 0により酸化膜を形成する際に観測される酸化醇 成長の停留現象を概略的に示す図である。

図 5 2 Aは、 シリコン基板表面における酸化膜形成過程 1を示す図である。 図 5 2 Bは、 シリコン基板表面における酸化膜形成過程 2を示す図である。 図 5 3は、 本発明の第 1実施例において得られた酸化膜のリーク電流特性を示 す図である。

図 5 4 Aは、 図 5 3のリーク電流特性の原因を説明する図である。

図 5 4 Bは、 図 5 3のリーク電流特性の原因を説明する図である。

図 5 5 Aは、 基板処理装置 2 0のおいて生じる酸化膜形成工程 1を示す図であ る。

図 5 5 Bは、 基板処理装置 2 0のおいて生じる酸化膜形成工程 2を示す図であ る。

図 5 5 Cは、 基板処理装置 2 0のおレ、て生じる酸化膜形成工程 3を示す図であ る。

図 5 6は、 基板処理装置 2 0において使われるリモートプラズマ源の構成を示 す図である。 図 5 7は、 R Fリモートプラズマとマイクロ波プラズマの特性を比較する図で ある。

図 5 8は、 R Fリモートプラズマとマイク口波プラズマの特性を比較する別の 図である。

図 5 9 Aは、 基板処理装置 2 0を使つて行われる酸化膜の窒ィヒ処理を示す側面 図である。

図 5 9 Bは、 基板処理装置 2 0を使って行われる酸化膜の窒化処理を示す平面 図である。

図 6◦ Aは、 基板処理装置 2 0により S i基板上に熱酸化処理により 2 . O n mの厚さに形成された酸ィ匕膜を、 リモートプラズマ部 2 7を使って、 表 2に示す 条件で窒化した場合の前記酸化膜中における窒素濃度分布を示し図である。 図 6 O Bは、 同じ酸化膜中における窒素濃度分布と酸素濃度分布との関係を示 す図である。

図 6 1は、 本発明で使われる X P Sの概略を示す図である。

図 6 2は、 酸化膜のリモートプラズマによる窒化時間と膜中窒素濃度との関係 を示す図である。

図 6 3は、 酸化膜の窒ィ匕時間と、 窒素の膜内分布との関係を示す図である。 図 6 4は、 酸化膜の窒ィ匕処理により形成された酸窒化膜のウェハごとの 変 動を示す図である。

図 6 5は、 本実施例による酸化膜の窒ィ匕処理に伴う膜厚增を示す図である。 発明の実施をするための最良の形態

以下図面と共に本発明の実施の形態について説明する。

図 2は本発明になる基板処理装置の一実施例の構成を示す正面図である。 図 3 は本発明になる基板処理装置の一実施例の構成を示す側面図である。 図 4は図 2 中 A— A線に沿う横断面図である。

図 2乃至図 4に示されるように、 基板処理装置 2 0は、 後述するように、 シリ コン基板の紫外光ラジカル酸ィ匕処理と、 力かる紫外光ラジカル酸化処理により形 成された酸化膜の高周波リモートプラズマを使ったラジカル窒ィ匕処理とを、 連続 して行うことができるように構成されている。

基板処理装置 2 0の主要構成は、内部に処理空間が画成された処理容器 2 2と、 処理容器 2 2の内部に挿入された被処理基板 （シリコン基板） を所定温度に加熱 するヒータ部 2 4と、 処理容器 2 2の上部に搭載された紫外線照射部 2 6と、 窒 素ラジカルを供給するリモートブラズマ部 2 7と、 被処理基板を回転させる回転 駆動部 2 8と、処理空間に挿入された被処理基板を昇降させるリフタ機構 3 0と、 処理容器 2 2の內部を減圧するための排気経路 3 2と、 処理容器 2 2の内部にガ ス （窒素ガス、 酸素ガス等のプロセスガス） を供給するためのガス供給部 3 4と 力 らなる。

また、 基板処理装置 2 0は、 上記各主要構成部を支持するためのフレーム 3 6 を有する。 フレーム 3 6は、 鉄骨を立体的に組み合わせたものであり、 床面に載 置される台形状の底部フレーム 3 8と、 底部フレーム 3 8の後部より垂直方向に 起立された垂直フレーム 4 0， 4 1と、 垂直フレーム 4 0の中間部より水平方向 に延在するように横架された中間フレーム 4 2と、 垂直フレーム 4 0， 4 1の上 端部より水平方向に横架された上部フレーム 4 4とから構成されている。

底部フレーム 3 8には、 冷却水供給部 4 6、 電磁弁からなる排気用バルブ 4 8 a， 4 8 b , ターボ分子ポンプ 5 0、 真空管路 5 1、 紫外線照射部 2 6の電源ュ ニット 5 2、 リフタ機構 3 0の駆動部 1 3 6、 ガス供給部 3 4などが搭載されて いる。

垂直フレーム 4 0の内部には、 各種ケーブルが揷通されるケーブルダクト 4 0 aが形成されている。 また、 垂直フレーム 4 1の内部には、 排気ダクト 4 1 a力 S 形成されている。 さらに、 垂直フレーム 4 0の中間部に固定されたブラケット 5 8には、 緊急停止スィッチ 6 0が取り付けられ、 垂直フレーム 4 1の中間部に固 定されたブラケット 6 2には、 冷却水による温度調整を行う温度調整器 6 4が取 り付けられている。

中間フレーム 4 2には、 上記処理容器 2 2、 紫外,镍照射部 2 6、 リモートブラ ズマ部 2 7、 回転駆動部 2 8、 リフタ機構 3 0、 UVランプコントローラ 5 7が 支持されている。 また、 上部フレーム 4 4には、 ガス供給部 3 4から引き出され た複数のガス管路 5 8が連通されたガスボックス 6 6、 イオンゲージコントロー 4

10 ラ 6 8、 圧力制御を行う AP Cコントローラ 7 0、 ターボ分子ポンプ 5 0を制御 する TMPコントローラ 7 2などが搭載されている。

図 5は処理容器 2 2の下方に配置された βの構成を示す正面図である。 図 6 は処理容器 2 2の下方に配置された«の構成を示す平面図である。 図 7は処理 容器 2 2の下方に配置された «の構成を示す側面図である。 図 8 Αは排気経路 3 2の構成を示す平面図、 図 8 Bは 気経路 3 2の構成を示す正面図、 図 8 Cは B - B線に沿う縦断面図である。

図 5乃至図 7に示されるように、 処理容器 2 2の後部下方には、 処理容器 2 2 内部のガスを排気する排気経路 3 2が設けられている。 この排気経路 3 2は、 横 幅寸法が処理容器 2 2の內部に形成された処理空間の横幅と略同一寸法に形成さ れた長方形状の排気口 7 4と連通するように取り付けられている。

このように、 排気口 7 4が処理容器 2 2内部の横幅寸法に応じた長さに延在形 成されているため、 処理容器 2 2の前部 2 2 a側から内部に供給されたガスは、 後述するように処理容器 2 2の内部を通過して後方へ向かう流れとなり、 一定流 速 （層流） のまま排気経路 3 2へ効率良く排気される。

図 8 A〜図 8 Cに示されるように、 排気経路 3 2は、 排気口 7 4に連通される 長方形状の開口部 3 2 aと、 開口部 3 2 aの左右側面が下方に向けてテ一パ状に 傾斜したテーパ部 3 2 bと、 テーパ部 3 2 bの下端で通路面積が絞られた底部 3 2 cと、 底部 3 2 cから前方に突出する L字状の主排気管 3 2 dと、 主排気管 3 2 dの下端に開口する排出口 3 2 eと、 テーパ部 3 2 bの下部 3 2 ίに開口する バイパス用排出口 3 2 gとを有する。 排出口 3 2 eは、 ターボ分子ポンプ 5 0の 吸気口に連通される。 また、 バイパス用 出口 3 2 gは、 バイパス管路 5 1 aに 連通される。

図 5乃至図 7に示されるように、 処理容器 2 2の排気口 7 4から排出されたガ スは、 ターボ分子ポンプ 5 0の吸引力により長方形状に形成された開口部 3 2 a 力 ら流入してテーパ部 3 2 bを通過して底部 3 2 cに至り、 主排気管 3 2 d及び 排出口 3 2 eを介してターボ分子ポンプ 5 0に導かれる。

ターボ分子ポンプ 5 0の吐出管 5 0 aは、 バルブ 4 8 aを介して真空管路 5 1 に連通されている。 そのため、 処理容器 2 2の内部に充填されたガスは、 バルブ 4 8 aが開弁されると、 ターボ分子ポンプ 5 0を介して真空管路 5 1へ排出され る。 また、 排気経路 3 2のバイパス用排出口 3 2 gには、 バイパス管路 5 1 aが 接続されており、 このバイパス管路 5 1 aは、 パルプ 4 8 bの開弁により真空管 路 5 1と連通される。

ここで、 本発明の要部を構成する処理容器 2 2及ぴその周辺 βの構成にっ ヽ て説明する。

〔処理容器 2 2の構成〕

図 9は処理容器 2 2及びその周辺機器を拡大して示す側面縦断面図である。 図 1 0は蓋部材 8 2を外した処理容器 2 2の内部を上方からみた平面図である。 図 9及ぴ図 1 0に示されるように、 処理容器 2 2は、 チヤンバ 8 0の上部開口 を蓋部材 8 2により閉塞する構成であり、 内部がプロセス空間 （処理空間） 8 4 になっている。

処理容器 2 2は、 前部 2 2 aにガスが供給される供給口 2 2 gが形成され、 後 部 2 2 bに搬送口 9 4が形成されている。 供給口 2 2 gには、 後述するガス噴射 ノズル部 9 3が設けられ、 搬送口 9 4には後述するゲートバルブ 9 6が連通され る。

図 1 1は処理容器 2 2の平面図である。図 1 2は処理容器 2 2の正面図である。 図 1 3は処理容器 2 2の底面図である。 図 1 4は図 1 2中 C一 C線に沿う縦断面 図である。 図 1 5は処理容器 2 2の右側面図である。 図 1 6は処理容器 2 2の左 側面図である。

図 1 1乃至図 1 6に示されるように、 処理容器 2 2の底部 2 2 cには、 ヒータ 部 2 4が揷入される開口 7 3と、 前述した長方形状に開口した排気口 7 4とが設 けられている。 排気口 7 4には、 前述した排気経路 3 2が連通される。 尚、 チヤ ンバ 8 0及ぴ蓋部材 8 2は、 例えば、 アルミ合金を切削加工して上記のような形 状に加工したものである。

また、処理容器 2 2の右側面 2 2 eには、プロセス空間 8 4を靦くための第 1、 第 2の窓 7 5， 7 6と、 プロセス空間 8 4の温度を測定するためのセンサュニッ ト 7 7が取り付けられている。

本実施例では、右側面 2 2 eの中央より左側に楕円形に形成された第 1の窓 7 P2003/012084

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5が配置され、 右側面 2 2 eの中央より右側に円形に形成された第 2の窓 7 6が 配置されているので、 両方向からプロセス空間 8 4に保持された被処理基ネ^ Wの 状態を直接目視することができるので、 被処理基板 Wの成膜状況などを観測する のに有利である。

尚、 窓 7 5， 7 6は、 熱電対などの 測定器具を挿入する場合に処理容器 2 2から外すことが可能な構成になっている。

また、 処理容器 2 2の左側面 2 2 dには、 プロセス空間 8 4の圧力を測定する ためのセンサュニット 8 5が取り付けられている。このセンサュニット 8 5には、 測定レンジの異なる 3個の圧力計 8 5 a〜8 5 cが設けられており、 プロセス空 間 8 4の圧力変化を高精度に測定することが可能である。

また、 プロセス空間 8 4を形成する処理容器 2 2の内壁の四隅には、 R形状に 形成された湾曲部 2 2 hが設けられており、 この湾曲部 2 2 hにより応力集中を 回避すると共に、 ガス噴射ノズル部 9 3から噴射されたガス流が安定化するよう に作用する。

〔紫外線照射部 2 6の構成〕

図 8乃至図 1 1に示されるように、 紫外線照射部 2 6は、 蓋部材 8 2の上面に 取り付けられてレ、る。 この紫外線照射部 2 6の筐体 2 6 aの内部には、 円筒状に 形成された 2本の紫外線光源 （UVランプ） 8 6， 8 7が所定間隔で 亍に配置 されている。

この紫外線光源 8 6 , 8 7は、 波長が 1 7 2 n mの紫外線を発光する特性を有 しており、 蓋部材 8 2に形成された横方向に延在形成された長方形状の開口 8 2 a , 8 2 bを介してプロセス空間 8 4に保持された被処理基板 Wの上面に対向す るようにプロセス空間 8 4の前側半分 （図 8では左半分） の領域に紫外線を照射 する位置に設けられている。

また、 直線状に延在する紫外線光源 8 6， 8 7から被処理基板 W上に照射され る紫外線の強度分布は、 一様ではなく、 被処理基板 Wの半径方向の位置によって 変化しており、 一方が被処理基板 Wの外周側ほど減少し、 他方が内周側ほど減少 する。 このように紫外線光源 8 6， 8 7は、 単独では単調に変化する紫外線強度 分布を被処理基板 W上に形成するが、 被処理基板 Wに対する紫外線強度分布の変 化方向が逆になつている。

そのため、 紫外線光源 8 6， 8 7の駆動パワーを UVランプコントローラ 5 7 の制御により最適化することにより、 被処理基 ¾W上に非常に一様な紫外線強度 分布を実現することが可能になる。

尚、 力かる駆動パワーの最適値は、 紫外線光源 8 6， 8 7への駆動出力を変化 させて成膜結果を評価することで最適値を求めることができる。

また、 被処理基板 Wと紫外線光源 8 6， 8 7の円筒形状の円筒芯の中心との距 離は、 例えば、 5 0〜 3 0 0 mmに設定されており、 望ましくは 1 0 0〜 2 0 0 mm禾呈度が良い。

図 1 7は紫外線光源 8 6 , 8 7の取付構造を拡大して示す縦断面図である。 図 1 7に示されるように、 紫外線光源 8 6， 8 7は、 紫外線照射部 2 6の筐体 2 6 aの底部開口 2 6 bに対向する位置に保持されている。 そして、 底部開口 2 6 bは、 プロセス空間 8 4に保持された被処理基板 Wの上面に対向する位置に開 口すると共に、 紫外線光源 8 6， 8 7の全長よりも長い横幅寸法の長方形状に形 成されている。

底部開口 2 6 bの周縁部 2 6 cには、 透明な石英により形成された透明窓 8 8 が取り付けられている。 透明窓 8 8は、 紫外線光源 8 6， 8 7から照射された紫 外線をプロセス空間 8 4に透過する共に、 プロセス空間 8 4が減圧されたときの 圧力差にも耐える強度を有している。

また、 透明窓 8 8の下面周縁部には、 底部開口 2 6 bの周縁部 2 6 cの溝內に 装着されたシール部材 （Oリング） 8 9が当接するシール面 8 8 aが形成されて いる。 このシール面 8 8 aは、 シール部材 8 9を保護するためのコーティングま たは黒石英により形成されている。 これにより、 シール部材 8 9の材質が^?せ ず、 劣ィ匕を防止してシール性能を確保すると共に、 シール部材 8 9の材質がプロ セス空間 8 4に侵入することを防止する。

また、 透明窓 8 8の上面周縁部には、 ステンレス製のカバー 8 8 bが当接して おり、 透明窓 8 8を締結部材 9 1により挟持する際の強度を高めることで、 締結 時の押圧力により透明窓 8 8力 S破損することを防止する。

また、 本実施例では、 紫外線光源 8 6， 8 7及び透明窓 8 8がガス噴射ノズル 部 9 3から噴射されたガス流の流れ方向に対して直交する方向に延在するように 設けたが、 これに限らず、 例えば、 紫外線光源 8 6， 8 7及び透明窓 8 8をガス 流の流れ方向に延在する方向に設けるようにしても良い。

〔ガス嘖射ノズル部 9 3の構成〕

図 9及ぴ図 1 0に示されるように、 処理容器 2 2は、 前部 2 2 aに開口する供 給口 2 2 gに窒素ガスまたは酸素ガスをプロセス空間 8 4内部に噴射するガス嘖 射ノズル部 9 3が設けられている。 このガス噴射ノズル部 9 3は、 後述するよう にプロセス空間 8 4の横幅方向に複数の噴射口 9 3 aが一列に配置されており、 複数の噴射口 9 3 aから噴射されたガスが層流状態で被処理基板 Wの表面を通過 するようにプロセス空間 8 4の内部に安定した流れを発生させる。

尚、プロセス空間 8 4を閉塞する蓋部材 8 2の下面と被処理基板 Wとの距離は、 例えば、 5〜 1 0 0 mmに設定されており、 望ましくは 2 5〜 8 5 mm程度が良 レ、。

〔ヒータき 2 4の構成〕

図 9及び図 1 0に示されるように、 ヒータ部 2 4は、 アルミ合金製のベース 1 1 0と、 ベース 1 1 0上に固定された透明な石英ペルジャ 1 1 2と、 石英べルジ ャ 1 1 2の内部空間 1 1 3に収納された S i Cヒータ 1 1 4と、 不透明石英によ り形成された熱反射部材 （リフレクタ） 1 1 6と、 石英ペルジャ 1 1 2の上面に 載置され S i Cヒータ 1 1 4によりカロ熱される S i Cサセプタ （加熱部材） 1 1 8と、 を備えた構成である。

そのため、 S i Cヒータ 1 1 4及び熱反射部材 1 1 6は、 石英ペルジャ 1 1 2 の内部空間 1 1 3に隔離されており、 プロセス空間 8 4でのコンタミネーシヨン が防止される。 また、 洗浄工程においては、 プロセス空間 8 4内に露出された S i Cサセプタ 1 1 8のみを洗浄すれば良いので、 S i Cヒータ 1 1 4及び熱反射 部材 1 1 6を洗浄する手間を省略することが可能になる。

被処理基板 Wは、 保持部材 1 2 0により S i Cサセプタ 1 1 8の上方に対向す るように保持される。 一方、 S i Cヒータ 1 1 4は、 熱反射部材 1 1 6の上面に 載置されており、 S i Cヒータ 1 1 4の発熱は、 S i Cサセプタ 1 1 8に さ れると共に、 熱反射部材 1 1 6で反射された熱も S i Cサセプタ 1 1 8に さ れる。 尚、 本実施例の S i Cヒータ 114は、 S i Cサセプタ 118から僅かに 離間した状態で約 700 ° Cの温度に加熱される。

S i Cサセプタ 118は、 熱伝導率が良いので、 S i Cヒータ 114からの熱 を被処理 ¾¾wに効率良く伝達して被処理基板 wが周縁部分と中心部分との温度 差を無くして、 被処理基板 Wが温度差で反ることを防止する。

〔回転駆動部 28の構成〕

図 9及ぴ図 10に示されるように、 回転駆動部 28は、 310サセプタ118 の上方で被処理基板 Wを保持する保持部材 120と、 上記ベース 110の下面に 固定されたケーシング 122と、 ケーシング 122により画成された内部空間 1 24内で保持部材 120の軸 120 dに結合されたセラミック軸 126を回転駆 動させるモータ 128と、 モータ 128の回転を伝達するためのマグネットカツ プリング 130とから構成されている。

回転駆動部 28においては、 保持部材 120の軸 120 dが石英ペルジャ 11 2を貫通してセラミック軸 126に結合され、 セラミック軸 126とモータ 12 8の回転軸との間がマグネットカツプリング 130を介して非接触で駆動力を伝 達する構成であるので、 回転駆動系の構成がコンパクトになっており、 装置全体 の小型化にも寄与している。

保持部材 120は、 軸 120 dの上端より水平方向に放射状 （周方向に 120 度間隔） に延在する腕部 120 a〜： 120 cを有する。 被処理基 «Wは、 保持部 材 120の腕部 120 a〜 120 cに載置された状態で保持される。 このように 保持された被処理 ¾¾Wは、 保持部材 120と共にモータ 128により一定の回 転速度で回転されており、 これにより S i Cヒータ 114の発熱による温度分布 が平均化されると共に、 紫外線光源 86， 87から照射される紫外線の強度分布 が均一になり、 表面に均一な成膜が施される。

〔リフタ機構 30の構成〕

図 9及ぴ図 10に示されるように、 リフタ機構 30は、 チャンバ 80の下方、 且つ石英ペルジャ 112の側方に設けられ、 チャンパ 80内に挿入された昇降ァ ーム 132と、 昇降アーム 132に連結された昇降軸 134と、 昇降軸 134を 昇降させる駆動部 136とから構成されている。 昇降アーム 132は、 例えば、 セラミックまたは石英により形成されており、 図 10に示されるように、 昇降軸 1 34の上端が結合された結合部 1 32 aと、 S i Cサセプタ 1 18の外周を囲 む環状部 132 bとを有する。 そして、 昇降アーム 132には、 環状部 1 32 b の内周より中心に延在する 3本の当接ピン 138 a〜l 38 cが周方向に 1 20 度間隔で設けられている。

当接ピン 138 a〜 1 38 cは、 S i Cサセプタ 1 1 8の外周から中心に向か つて延在形成された溝 1 18 a〜l 18 cに嵌合する位置に降下しており、 昇降 アーム 1 32が上昇することにより S i Cサセプタ 1 1 8の上方に移動する。 ま た、 当接ピン 138 a〜l 38 cは、 S i Cサセプタ 1 18の中心より外周側に 延在するように形成された保持部材 1 20の腕部 1 20 a〜 1 20 cと干渉しな いように配置されている。

昇降アーム 132は、 搬送ロボット 98のロボットハンドが被処理基板 Wを取 り出す直前に上記当接ピン 1 38 a〜 138 cを被処理基板 Wの下面に当接させ て被処理基 ¾Wを保持部材 1 20の腕部 120 a〜 1 20 cより持ち上げる。 こ れにより、 搬送口ボット 98のロボットハンドは、 被処理基； の下方に移動す ることが可能になり、 昇降アーム 132が降下することで被処理基板 Wを保持し て搬送することが可能になる。

〔石英ライナ 100の構成〕

図 9及び図 10に示されるように、 処理容器 22の内部には、 紫外線を遮断す るため、 例えば白色などの不透明石英により形成された石英ライナ 100が装着 されている。 また、 石英ライナ 100は、 後述するように下部ケース 102と、 側面ケース 104と、 上部ケース 106と、 石英ペルジャ 1 1 2の外周を覆う円 筒状ケース 108とを組み合わせた構成になっている。

この石英ライナ 100は、 プロセス空間 84を形成する処理容器 22及ぴ蓋部 材 82の内壁を覆うことにより、 処理容器 22及び蓋部材 82の熱膨張を防止す る断熱効果が得られると共に、 処理容器 22及び蓋部材 82の内壁が紫外線によ つて酸化することを防止し、 且つ金属のコンタミネーションを防止する役目を有 している。

〔リモートブラズマ部 27の構成〕 図 9及ぴ図 1 0に示されるように、 プロセス空間 8 4に窒素ラジカルを供給す るリモートプラズマ部 2 7は、処理容器 2 2の前部 2 2 aに取り付けられており、 供給管路 9 0を介して処理容器 2 2の供給口 9 2に連通されている。

このリモートプラズマ部 2 7では、 A rなどの不活性ガスと共に窒素ガスが供 給され、 これをプラズマにより活性ィ匕することにより、 窒素ラジカルを形成する ことが可能である。 このようにして形成された窒素ラジカノレは、 被処理基板 Wの 表面に沿って流れ、 基板表面を窒化する。

また、窒素ガスの他に、 0₂， NO, N₂0， N0₂， NH₃ガス等を用いた酸化、 酸窒化ラジカルプロセスも実施可能である。

〔ゲートバルブ 9 6の構成〕

図 9及ぴ図 1 0に示されるように、 処理容器 2 2の後部には、 被処理基 を 搬送するための搬送口 9 4が設けられている。 この搬送口 9 4は、 ゲートバルブ 9 6により閉塞されており、 被処理基ネ を搬送するときのみゲートバルブ 9 6 の開動作により開放される。

ゲートバルブ 9 6の後方には、 搬送口ポット 9 8が設けられている。 そして、 ゲートバルブ 9 6の開動作に合わせて搬送ロボット 9 8のロボットハンドが搬送 口 9 4よりプロセス空間 8 4内部に進入して被処理基板 Wの交換作業を行う。 〔上記各構成部の詳細〕

( 1 ) ここで、 上記ガス噴射ノズル部 9 3の構成について詳細に説明する。 図 1 8はガス噴射ノズル部 9 3の構成を拡大して示す縦断面図である。 図 1 9 はガス噴射ノズル部 9 3の構成を拡大して示す横断面図である。 図 2 0はガス嘖 射ノズル部 9 3の構成を拡大して示す正面図である。

図 1 8乃至図 2 0に示されるように、 ガス噴射ノズル部 9 3は、 前面中央に上 記リモートブラズマ部 2 7の供給管路 9 0が連通される連通孔 9 2を有し、 連通 孔 9 2の上方に複数の噴射孔 9 3 a 〜 9 3 a_nが横方向に一列に配設されたノ ズル板 9 3 b丄〜 9 3 b 3が取り付けられている。噴射孔 9 3 a 〜 9 3 a_nは、例 えば、 直径 l mmの小孔であり、 1 O mm間隔で設けられている。

また、 本実施例では、 小孔からなる噴射孔 9 3 aュ〜9 3 a_nを設けたが、 これ に限らず、 例えば、 細いスリットを噴射孔として設ける構成としても良い。 4

18 また、 ノズル板 9 3 b 〜 9 3 b₃は、 ガス嘖射ノズル部 9 3の壁面に締結され ている。 そのため、 噴射孔 9 3_{a i}〜 9 3 a_nから噴射されたガスは、 ガス嘖射ノ ズル部 9 3の壁面より前方に流れる。

例えば、噴射孔 9 3 a i〜 9 3 a_nがパイプ状のノズル管路に設けられている場 合には、噴射孔 9 3 a 丄〜 9 3 a_nから噴射されたガスの一部がノズル管路の後方 に回り込むような流れが生じてしまい、 プロセス空間 8 4内にガス溜まりが発生 して被処理基板 W周辺のガス流が安定しないという問題が生じる。

し力 しながら、 本実施例では、 噴射孔 9 3 a i〜 9 3 a_nがガス噴射ノズル部 9 3の壁面に形成される構成であるので、 このようなガスがノズル後方に戻るとい う現象が発生せず、 被処理基ネ W周辺のガス流を安定した層流状態に保つことが 可能になる。 これにより、 被処理基板 W上の成膜が均一に形成される。

また、 各ノズル板 9 3 b 3 b₃に対向する內壁には、 ガス溜まりとして機 能する凹部 9 3_{C l}〜 9 3 c₃が形成されている。 この凹部 9 3_{C l}〜 9 3 c₃が嘖 射孔 9 3 a 〜 9 3 a_nの上流に設けられているので、各嘖射孔 9 3 a 3 a_n 力 ら噴射されるガスの夫々の流速を平均ィ匕にすることができる。 これにより、 プ ロセス空間 8 4の全域における流速を平均化することが可能になる。

さらに、 各凹部 9 3 c i〜 9 3 c₃は、 ガス噴射ノズル部 9 3を貫通するガス供 給孔 9 3 〜 9 3 d₃が連通されている。 尚、 中央のガス供給孔 9 3 d₂は、 連 通孔 9 2と交差しないように横方向にずらした位置に形成されており、 クランク 形状に曲げられている。

そして、 中央のガス供給孔 9 3 d₂には、 第 1のマスフローコントローラ^{9 7} aによって流量制御されたガスがガス供給管路 9 9₂を介して供給される。 また、 ガス供給孔 9 3 d₂の左右に配置されたガス供給孔 9 3 d 9 3 d₃には、 第 2 のマスフローコントローラ 9 7 bによって流量制御されたガスがガス供給管路 9 9 9 9₃を介して供給される。

また、 第 1のマスフローコントローラ 9 7 a及ぴ第 2のマスフローコントロー ラ 9 7 bは、 ガス供給管路 9 9₄， 9 9₅を介してガス供給部 3 4と接続されてお り、ガス供給部 3 4から供給されるガスの流量を予め設定された流量に制御する。 第 1のマスフローコントローラ 9 7 a及び第 2のマスフ口—コントローラ 9 7 bから供給されたガスは、 ガス供給管路 9 〜9 9₃を介してガス供給孔 9 3 d 3 d₃に至り、 各凹部 9 3 c丄〜9 3 c₃に充填された後、 噴射孔 9 3 a 〜 9 3 a_nからプロセス空間 8 4に向けて噴射される。

プロセス空間 8 4内のガスは、 処理容器 2 2の前部 2 2 aの横幅方向に延在す る各ノズル板 9 3 b 3 b₃の噴射孔 9 3 a i〜9 3 a_nからプロセス空間 8 4の全幅に向かって噴射されるため、プロセス空間 8 4の全域で一定流速（層流） で処理容器 2 2の後部 2 2 b側へ流れる。

さらに、 処理容器 2 2の後部 2 2 b側には、 後部 2 2 bの横幅方向に延在する 長方形状の 気口 7 4が開口しているため、 プロセス空間 8 4内のガスは、 後方 へ向かう流れとなり、 一定流速 （層流） のまま排気経路 3 2へ排気される。 また、 本実施例においては、 2系統の流量制御が可能であるので、 例えば、 第 1のマスフローコントローラ 9 7 aと第 2のマスフローコントローラ 9 7 bとで 異なる流量制御することも可能である。

これにより、 プロセス空間 8 4内に供給されるガスの流量 （流速） を異なるよ うに設定してプロセス空間 8 4内におけるガスの濃度分布を変化させることも可 能である。 さらには、 第 1のマスフローコントローラ 9 7 aと第 2のマスフロー コントローラ 9 7 bとで異なる種類のガスを供給することもでき、 例えば、 第 1 のマスフローコントローラ 9 7 aにより窒素ガスの流量制御を行い、 第 2のマス フローコントローラ 9 7 bにより酸素ガスの流 御を行うことも可能である。 使用ガスとしては、 例えば、 酸素含有ガス、 窒素含有ガス、 並びに希ガス等が 挙げられる。

( 2 ) ここで、 ヒータ部 2 4の構成について詳細に説明する。

図 2 1はヒータ部 2 4の構成を拡大して示す縦断面図である。 図 2 2はヒータ 部 2 4を拡大して示す底面図である。

図 2 1及び図 2 2に示されるように、 ヒータ部 2 4は、 アルミ合金製のベース 1 1 0に石英ペルジャ 1 1 2を載置し、 処理容器 2 2の底部 2 2 cにフランジ 1

4 0を介して固定される。 そして、 石英べルジャ 1 1 2の內部空間 1 1 3には、

5 i Cヒータ 1 1 4及び熱反射部材 1 1 6が収納される。 そのため、 S i Cヒー タ 1 1 4及び熱反射部材 1 1 6は、 処理容器 2 2のプロセス空間 8 4から隔離さ れており、 プロセス空間 8 4のガスと接触せず、 コンタミネーシヨンが生じない 構成になっている。

S i Cサセプタ 1 1 8は、 S i Cヒータ 1 1 4と対向するように石英べルジャ 1 1 2上に載置されており、 パイロメ"タ 1 1 9によって温度が測定される。 こ のパイ口メータ 1 1 9は、 S i Cサセプタ 1 1 8が加熱されるのに伴って生じる 焦電効果 （パイ口電気効果） により S i Cサセプタ 1 1 8の温度を測定するもの であり、 制御回路では、 パイ口メータ 1 1 9により検出された温度信号から被処 理基板 Wの温度を推測し、 この推測温度に基づいて S i Cヒータ 1 1 4の発熱量 を制御する。

また、 石英べルジャ 1 1 2の内部空間 1 1 3は、 後述するように処理容器 2 2 のプロセス空間 8 4を減圧するとき、 プロセス空間 8 4との圧力差が小さくなる ように減圧システムが作動して同時に減圧される。 そのため、 石英ペルジャ 1 1 2は、 減圧工程時の圧力差を考慮して肉厚 （例えば 3 O mm程度） にする必要が なく、 熱容量が小さくて済み、 その分加熱時の応答性を高められる。

ベース 1 1 0は、 円盤状に形成されており、 中央に保持部材 1 2 0の軸 1 2 0 dが揷通される中央孔 1 4 2を有し、 内部には周方向に延在形成された冷却水用 の第 1の水路 1 4 4が設けられている。 ベース 1 1 0は、 アルミ合金製であるの で、 熱膨張率が大きいが、 第 1の水路 1 4 4に冷却水を流すことにより、 冷却さ れる。

また、 フランジ 1 4 0は、 ベース 1 1 0と処理容器 2 2の底部 2 2 cとの間に 介在する第 1のフランジ 1 4 6と、 第 1のフランジ 1 4 6の内周に嵌合する第 2 のフランジ 1 4 8とを組み合わせた構成である。 第 1のフランジ 1 4 6の内周面 には、 周方向に延在形成された冷却水用の第 2の水路 1 5 0が設けられている。 上冷却水供給部 4 6から供給された冷却水は、 上記水路 1 4 4及び 1 5 0を流 れることにより、 S i Cヒータ 1 1 4の努熱により加熱されたベース 1 1 0及ぴ フランジ 1 4 0を冷却してベース 1 1 0及ぴフランジ 1 4 0の熱膨張を抑える。 また、 ベース 1 1 0の下面には、 水路 1 4 4に冷却水を流入させる第 1の流入 管路 1 5 2が連通される第 1の流入口 1 5 4と、 水路 1 4 4を通過した冷却水を 排出する流出管路 1 5 6が連通される第 1の流出口 1 5 8とが設けられている。 さらに、 ベース 1 1 0の下面の外周近傍には、 第 1のフランジ 1 4 6に締結され るポルト 1 6 0を揷通するための取付孔 1 6 2が周方向に複数 （例えば、 8〜 1 2箇所程度） 設けられている。

また、 ベース 1 1 0下面の半径方向上の中間位置付近には、 S i Cヒータ 1 1 4の温度を測定するための熱電対からなる温度センサ 1 6 4と、 S i Cヒータ 1 1 4に電源を供給するための電源ケーブル接続用端子 （ソルトン端子） 1 6 6 a 〜1 6 6 f が設けられている。 尚、 S i Cヒータ 1 1 4には、 3つの領域が形成 されており、 電源ケーブル接続用端子 1 6 6 a〜l 6 6 f は各領域に電源を供給 する +側端子、 一側端子として設けられている。

また、 フランジ 1 4 0の下面には、 水路 1 5 0に冷却水を流入させる第 2の流 入管路 1 6 8が連通される第 2の流入口 1 7 0と、 水路 1 5 0を通過した冷却水 を排出する流出管路 1 7 2が連通される第 2の流出口 1 7 4とが設けられている。 図 2 3は第 2の流入口 1 7 0及び第 2の流出口 1 7 4の取付構造を拡大して示 す縦断面図である。 図 2 4はフランジ 1 4 0の取付構造を拡大して示す縦断面図 である。

図 2 3に示されるように、 第 1のフランジ 1 4 6には、 第 2の流入口 1 7 0が 連通された L字状の連通孔 1 4 6 aが設けられている。 この連通孔 1 4 6 aの端 部は、 水路 1 5 0に連通されている。 また、 第 2の流出口 1 7 4も上記第 2の流 入口 1 7 0と同様な構成で水路 1 5 0に連通されている。

水路 1 5 0は、 フランジ 1 4 0の内部に周方向に延在形成されているため、 フ ランジ 1 4 0を冷却することにより、 第 1のフランジ 1 4 6の段部 1 4 6 bとべ ース 1 1 0との間で挟持された石英ペルジャ 1 1 2の鍔部 1 1 2 aの温度も間接 的に冷却している。 これにより、 石英ペルジャ 1 1 2の鍔部 1 1 2 aが半径方向 に熱膨張することを抑制することができる。

図 2 3及び図 2 4に示されるように、 石英ペルジャ 1 1 2の鍔部 1 1 2 aの下 面には、 複数の位置決め孔 1 7 8が周方向に所定間隔毎に設けられている。 この 位置決め孔 1 7 8は、 ベース 1 1 0の上面に螺入されたピン 1 7 6が嵌合する孔 であるが、 熱膨張率の大きいベース 1 1 0が半径方向に熱膨張したときに鍔部 1 1 2 aに負荷がかからないようにピン 1 7 6の よりも大径に形成されている。 すなわち、 ピン 1 7 6と位置決め孔 1 7 8とのタリァランス分だけ石英ペルジャ 1 1 2の鍔部 1 1 2 aに対するベース 1 1 0の熱膨張が許容される。

また、 石英ペルジャ丄 1 2の鍔部 1 1 2 aは、 第 1のフランジ 1 4 6の段部 1 4 6 bに対して半径方向のクリアランスが設けられているので、 この点からもこ のクリアランス分だけベース 1 1 0の熱膨張が許容される。

石英ペルジャ 1 1 2の鍔部 1 1 2 aの下面は、 ベース 1 1 0の上面に装着され たシール部材 （Oリング） 1 8 0によってシールされ、 石英ペルジャ 1 1 2の鍔 部 1 1 2 aの上面は、第 1のフランジ 1 4 6に装着されたシール部材 (Oリング） 1 8 2によってシールされる。

さらに、 第 1のフランジ 1 4 6及ぴ第 2のフランジ 1 4 8の上面は、 処理容器 2 2の底部 2 2 cに装着されたシール部材 (Oリング） 1 8 4， 1 8 6によって シールされる。 また、 第 2のフランジ 1 4 8の下面は、 ベース 1 1 0の上面に装 着されたシール部材 （Oリング） 1 8 8によってシールされる。

このように、 ベース 1 1 0とフランジ 1 4 0との間、 及ぴフランジ 1 4 0と処 理容器 2 2の底部 2 2 cとの間は、 夫々 2重シール構造になっており、 どれか一 つのシール部材が破損しても他のシール部材によつてシールすることができるの で、 処理容器 2 2とヒータ部 2 4との間のシール構造に対する信頼性がより高め られている。

例えば、 石英ペルジャ 1 1 2が割れた場合、 あるいは鍔部 1 1 2 aにひび割れ が生じた場合、 鍔部 1 1 2 aよりも外側に配置されたシール部材 1 8 0によって 石英ペルジャ 1 1 2内部の気密性力 S確保され、 処理容器 2 2内のガスが外部に流 出することが阻止される。

あるいは、 ヒータ部 2 4に近い方のシール部材 1 8 0 , 1 8 2が劣ィ匕した^ でも、 ヒータ部 2 4よりも離れた位置に装着された外側のシール部材 1 8 6， 1 8 8によって処理容器 2 2とベース 1 1 0との間のシール性能が維持されるため、 経年変化によるガス漏れも防止できる。

図 2 1に示されるように、 S i Cヒータ 1 1 4は、 石英ペルジャ 1 1 2の内部 空間 1 1 3において、 熱反射部材 1 1 6の上面に載置されており、 且つベース 1 1 0の上面に起立する複数のクランプ機構 1 9 0によって所定高さに保持されて いる。

このクランプ機構 190は、 熱反射部材 116の下面に当接する外筒 190 a と、外筒 190 aを貫通して S i Cヒータ 114の上面に当接する軸 190 bと、 軸 190 bに対して外筒 190 aを押圧するコイルバネ 192とを有する。

そして、 クランプ機構 190は、 コイルパネ 192のパネ力で S i Cヒータ 1 14及び熱反射部材 116を挟持する構成になっているため、 例えば、 運搬時の 振動が入力された場合でも S i Cヒータ 1 14及び熱反射部材 116が石英ベル ジャ 112に接触しないように保持することが可能になる。 また、 上記コイルパ ネ 192のパネ力が常に作用することで、 熱膨張によるネジのゆるみも防止され ており、 S i Cヒータ 114及び熱反射部材 116はがたつきの無 V、安定状態に 保持される。

また、 各クランプ機構 190は、 ベース 110に対して S i Cヒータ 114及 び熱反射部材 116の高さ位置を任意の位置に調整できるように構成されており、 複数のクランプ機構 190の高さ位置調整によって S i Cヒータ 114及び熱反 射部材 116の水平に保持することが可能になる。

さらに、 石英ペルジャ 112の内部空間 113には、 S i Cヒータ 114の各 端子とベース 110に揷通された電源ケーブル接続用端子 166 a〜166 f と を電気的に接続するための接続部材 194 a〜194 f (但し、 図 21には接続 部材 194 a， 194 cが図示してある） 取り付けられている。

図 25はクランプ機構 190の上端部の取付構造を拡大して示す縦断面図であ る。

図 25に示されるように、 クランプ機構 190は、 熱反射部材 116の揷通孔 116 a及ぴ S i Cヒータ 114の揷通孔 114 eに揷通された軸 190 bの上 端に螺入されたナツト 193を締め付けることで、 ヮッシャ 195を介して L字 状ヮッシャ 197， 199を軸方向に押圧して S i Cヒータ 114を挟持する。

S i Cヒータ 114は、 揷通孔 114 eに L字状ヮッシャ 197， 199の円 筒部 197 a、 199 aが揷入され、 円筒部 197 a， 199 a内にクランプ機構 190の軸 190 bが揷通される。 そして、 L字状ヮッシャ 197， 199の鍔 部 197 b, 199bが S i Cヒータ 114の上面，下面に当接する。 クランプ機構 190の軸 190 bは、 上記コイルパネ 192のバネ力により下 方に付勢され、 且つクランプ機構 190の外筒 190 aは、 上記コイルバネ 19 2のパネ力により上方に付勢されている。 このように、 コイノレバネ 192のバネ 力がクランプ力として作用するため、 熱反射部材 116及び S i Cヒータ 114 は、 安定的に保持され、 運搬時の振動による破損が防止される。

S i Cヒータ 114の挿通孔 114 eは、 L字状ヮッシャ 197 a, 197b の円筒部 197 c、197 dよりも大径であり、クリアランスが設けられている。 そのため、 S i Cヒータ 114の発熱によって生じる熱膨張により揷通孔 114 eと軸 190 bとの位置が相対変位した場合、 挿通孔 114 eは L字状ヮッシャ 197, 199の鍔部 197 b,l 99 bに当接したまま水平方向にずれることが 可能になり、 熱膨張に伴う応力の発生が防止される。

(3) ここで、 S i Cヒータ 114について説明する。

図 26に示されるように、 S i Cヒータ 114は、 中心部に円形状に形成され た第 1の発熱部 114 aと、 第 1の発熱部 114 aの外周を囲むように円弧状に 形成された第 2、第 3の発熱部 114 b， 114 cとから構成されている。また、 S i Cヒータ 114の中心には、 保持部材 120の軸 120 dが揷通される揷通 孔 114 dが設けられている。

発熱部 114 a〜 114 cは、 夫々ヒータ制御回路 196に並列に接続されて おり、 温度調整器 198によつて設定された任意の に制御される。 ヒータ制 御回路 196では、 電源 200から発熱部 114 a〜 114 cに供給される ®£ を制御することにより S i Cヒータ 114から »fされる発熱量を制御する。 また、 発熱部 114 a〜 114 cによって容量が異なると、 電源 200の負担 が増大するため、 本実施例では、 各発熱部 114 a〜l 14 cの容量 (2KW) が同一になるように抵抗が設定されている。

ヒータ制御回路 196は、 発熱部 114 a〜l 14 cを同時に通電して発熱さ せる制御方法 Iと、 被処理基 «Wの温度分布状況に応じて中心の第 1の発熱部 1 14 aあるいは外側の第 2、 第 3の発熱部 114b， 114 cの何れか一方を発 熱させる制御方法 IIと、被処理 ¾Wの温度変化に応じて発熱部 114 a〜l 1 4 cを同時に発熱させたり、 第 1の発熱部 114 aあるいは第 2、 第 3の努熱部 P2003/012084

25

114b, 114 cの何れかを発熱させたりする制御方法 IIIを選択することが できる。

被処理基¾\¥は、 上記保持部材 120により保持された状態で回転しながら各 発熱部 114 a〜 114 cの発熱により加熱される際、 外周側と中心部分との温 度差によって周縁部分が上方に反ることがある。 し力しながら、 本実施例では、 S i Cヒータ 114は、 熱伝導率が良い S i Cサセプタ 118を介して被処理基 板 Wを加熱するため、 被処理基板 Wの全体が S i Cヒータ 114からの熱で加熱 され、 被処理基 «Wの周縁部分と中心部分との温度差を小さく抑えられて、 被処 理基 ¾Wが反ることを防止する。

(4) ここで、 石英ペルジャ 112の構成について詳細に説明する。

図 27 Aは石英ペルジャ 112の構成を示す平面図であり、 図 27 Bは石英べ ルジャ 112の構成を示す縦断面図である。 図 28 Aは石英ペルジャ 112の構 成を上方からみた斜視図であり、 図 28 Bは石英ペルジャ 112の構成を下方か らみた斜視図である。

図 27A、 図 27B及ぴ図 28A、 図 28 Bに示されるように、 石英ペルジャ 112は、 透明な石英により形成されており、 前述した鍔部 112 aの上方に形 成された円筒部 112bと、 円筒部 112 bの上方を覆う天板 112 cと、 天板 112 cの中央よ .り下方に延在する中空部 112 dと、 鍔部 112 aの内側に形 成される開口に横架された補強のための梁部 1 12 eとを有する。

鍔部 112 a及び天板 112 cは、 荷重を受けるので、 円筒部 112 bよりも 厚く形成されている。 また、 石英ペルジャ 112は、 縦方向に延在する中空部 1 12 dと横方向に延在する梁部 112 eとが内部で交差しているため、 上下方向 及び半径方向の強度が高められている。

また、 梁部 112 eの中間位置には、 中空部 112 dの下端部分が結合されて おり、 中空部 112 d内の挿通孔 112 f は梁部 112 eも貫通している。 この 揷通孔 112 f には、 保持部材 120の軸 120 dが揷通される。

そして、 石英ペルジャ 112の内部空間 113には、 前述した S i Cヒータ 1 14及び熱反射部材 116が挿入される。 また、 S i。ヒータ 114及ぴ熱反射 部材 116は、 円盤状に形成されているが、 円弧状に分割可能な構成であり、 梁 部 112 eを避けて内部空間 113に挿入された後に組み立てられる。

さらに、 石英ペルジャ 112の天板 112 cには、 S i Cサセプタ 118を支 持するためのボス 112 g〜112 iが 3箇所（120度間隔）に突出している。 そのため、 ボス 1 12 g〜l 12 iに支持された S i Cサセプタ 118は、 天板 112 cから僅かに浮いた状態に載置される。 そのため、 処理容器 22の内部圧 力が変化したり、 あるいは温度変化が生じることのより S i Cサセプタ 118が 下方に変動した場合でも、 天板 112 cに接触することが防止される。

また、 石英ペルジャ 112の内部圧力は、 後述するように処理容器 22のプロ セス空間 84の圧力と差が 5 OTo r r以下になるように減圧システムによる排 気流量の制御を行うため、 石英ペルジャ 112の肉厚を比較的薄く製作すること が可能になる。 これにより、 天板 112 cの厚さを 6〜1 Omm程度に薄くする ことができるので、 石英ペルジャ 112の熱容量が小さくなって加熱時の熱伝導 効率を高めることにより応答性を向上させることが可能になる。 尚、 本実施例の 石英ペルジャ 112は、 l O OTo r rの圧力に耐える強度を有するように設計 されている。

図 29は減圧システムの排気系統の構成を示す系統図である。

図 29に示されるように、 処理容器 22のプロセス空間 84は、 前述したよう にバルブ 48 aの開弁により排気口 74に連通された排気経路 32を介してター ポ分子ポンプ 50の吸引力により減圧される。 さらに、 ターボ分子ポンプ 50の 排気口に接続された真空管路 51の下流は、排気されたガスを吸引するポンプ (M BP) 201に連通されている。

石英ペルジャ 1 i 2の内部空間 113は、 排気管路 202を介してバイパス管 路 51 aに接続され、 回転駆動部 28のケーシング 122により画成された内部 空間 124は、 気管路 204を介してバイパス管路 51 aに接続されている。 排気管路 202には、 内部空間 113の圧力を測定する圧力計 205と、 石英 ペルジャ 112の内部空間 113を減圧する際に開弁されるパルプ 206とが設 けられている。 また、 バイパス管路 51 aには、 前述したようにバルブ 48 bが 設けられ、 且つバルブ 48 bをバイパスする分岐管路 208が設けられている。 この分岐管路 208には、 減圧工程の初期段階に開弁されるノルブ 210と、 パ ルブ 48 bよりも流量を絞るための可変絞り 211とが設けられている。

また、 ターボ分子ポンプ 50の排気側には、 開閉用のパルプ 212と、 排気側 の圧力を測定する圧力計 214とが設けられている。 そして、 'ターボ軸パージ用 の N 2ラインがターボ分子ポンプ 50に連通されたターポ管路 216には、 逆止 弁 218、絞り 220、パルプ 222が設けられている。

尚、 上記パルプ 206， 210、212、222は、 電磁弁からなり、 制御回路 力らの制御信号により開弁する。

上記のように構成された減圧システムでは、 処理容器 22、 石英べルジャ 11 2、 回転駆動部 28の減圧工程を行う場合、 一気に減圧するのではなく、 段階的 に減圧して徐々に真空に近づけるように減圧させる。

まず、 石英べルジャ 1 12の排気管路 202に設けられたパルプ 206を開弁 することで石英ペルジャ 112の内部空間 113とプロセス空間 84との間が排 気経路 32を介して連通状態となり、 圧力の均一化が行われる。 これにより、 減 圧工程の開始段階での石英ペルジャ 112の内部空間 113とプロセス空間 84 との間の圧力差が小さくなる。

次に上記分岐管路 208に設けられたバルブ 210を開弁させて可変絞り 21 1により絞られた小流量による減圧を行う。 その後、 バイパス管路 5 l aに設け られたバルブ 48 bを開弁させて排気流量を段階的に増大させる。

また、 圧力計 205により測定された石英ペルジャ 112の圧力と、 センサュ ニット 85の圧力計 85 a〜85 cにより測定されたプロセス空間 84の圧力と を比較し、 両圧力の差が 50 T o r r以下であるとき、 バルブ 48 bを開弁させ る。 これにより、 減圧工程において、 石英ペルジャ 112にかかる内外の圧力差 を緩和して石英ペルジャ 112に不要な応力が作用しないように減圧工程を行う。 そして、 所定時間経過後にパルプ 48 aを開弁させてターボ分子ポンプ 50の 吸引力による排気流量を增大させて処理容器 22、 石英べルジャ 112、 回転駆 動部 28の内部を真空になるまで減圧する。

(5) ここで、 上記保持部材 120の構成について説明する。

図 30 Aは保持部材 120の構成を示す平面図であり、 図 30 Bは保持部材 1 20め構成を示す側面図である。 図 30 A、 図 30 Bに示されるように、 保持部材 120は、 被処理基板 Wを支 持する腕部 120 a〜 120 cと、 腕部 120 a〜 120 cが結合された軸 12 0 dとから構成されている。 腕部 120 a〜l 20 cは、 プロセス空間 84にお けるコンタミネーシヨンを防止し、 且つ S i Cサセプタ 118からの熱を遮蔽し ないようにするため、 透明石英により形成されており、 軸 120 dの上端を中心 軸として 120度間隔で水平方向に放射状に延在している。

さらに、 腕部 120 a〜 120 cの長手方向の中間位置には、 被処理基; IgWの 下面に当接するボス 120 e〜120 gが突出している。 そのため、 被処理基板 Wは、 ボス 120 e〜120 gが当接する 3点で支持される。

このように、 保持部材 120は、 点接触で被処理基板 Wを支持する構成である ので、 S i Cサセプタ 118に対して僅かな距離で離間した位置に被処理基板 W を保持することができる。 尚、 S i Cサセプタ 118と被処理 »KWとの離間距 離は、 例えば、 1〜 20 mmであり、 望ましくは 3〜 10 mm程度が良い。 すなわち、 被処理基板 Wは、 S i Cサセプタ 118の上方に浮いた状態で回転 することになり、 直接 S i Cサセプタ 118に載置される場合よりも S i Cサセ プタ 118からの熱が均一に »fされ、 周縁部分と中心部分の温度差が生じにく く、 温度差による被処理基板 Wの反りも防止される。

被処理基 ¾Wは、 S i Cサセプタ 118から離間した位置に保持されているの で、 温度差によって反りが生じても S i Cサセプタ 118に接触せず、 定常時の 温度均一化に伴って元の水平状態に復帰することが可能になる。

また、 保持部材 120の軸 120 dは、 不透明石英により棒状に形成されてお り、 上記 S i Cサセプタ 118及び石英べルジャ 112の揷通孔 112 f に揷通 されて下方に延在する。 このように、 保持部材 120は、 プロセス空間 84内で 被処理基板 Wを保持するものであるが、 石英により形成されているので、 金属製 のものよりもコンタミネーシヨンのおそれがない。

(6) ここで、 上記回転駆動部 28の構成について詳細に説明する。

図 31はヒータ部 24の下方に配置された回転駆動部 28の構成を示す縦断面 図である。 図 32は回転駆動部 28を拡大して示す縦断面図である。

図 31及ぴ図 32に示されるように、 ヒータ部 24のベース 110の下面に回 転駆動部 2 8を支持するためのホルダ 2 3 0が締結されている。 このホルダ 2 3 0には、回転位置検出機構 2 3 2と、ホルダ冷却機構 2 3 4とが設けられている。 さらに、 ホルダ 2 3 0の下方には、 保持部材 1 2 0の軸 1 2 0 dが揷通固定さ れたセラミック軸 1 2 6が挿入されており、 セラミック軸 1 2 6を回転可能に支 持するセラミック軸受 2 3 6， 2 3 7を保持する固定側のケーシング 1 2 2がポ ルト 2 4 0により固定されている。

ケーシング 1 2 2内においては、 回転部分がセラミック軸 1 2 6とセラミック 軸受 2 3 6， 2 3 7とから構成されているので、 金属のコンタミネーシヨンが防 止されている。

ケーシング 1 2 2は、 ボルト 2 4 0が揷通されるフランジ 2 4 2と、 フランジ 2 3 8より下方に延在形成された有底筒状の隔壁 2 4 4とを有する。 隔壁 2 4 4 の外周面には、 前述した減圧システムの排気管路 2 0 4が連通される排気ポート 2 4 6が設けられており、 ケーシング 1 2 2の内部空間 1 2 4の気体は、 前述し た減圧システムによる減圧工程において、 排気されて減圧される。 そのため、 プ ロセス空間 8 4内のガスが保持部材 1 2 0の軸 1 2 0 dに沿って外部に流出する ことが防止される。

さらに、 内部空間 1 2 4には、 マグネットカップリング 1 3 0の従動側マグネ ット 2 4 8が収納されている。 この従動側マグネット 2 4 8は、 コンタミネーシ ョンを防止するため、 セラミック軸 1 2 6の外周に嵌合されたマグネットカバー 2 5 0に覆われており、 内部空間 1 2 4内の気体と接触しないように取り付けら れている。

マグネットカバー 2 5 0は、アルミ合金により環状に形成されたカバーであり、 内部に収納する環状の空間が形成されている。 内にがたつきの無い状態に収納さ れている。 また、 マグネット力パー 2 5 0の継ぎ目部分は、 電子ビーム溶接によ り隙間無く結合されており、 ロウ付け等のように銀が流出してコンタミネーショ ンが生じることがないように加工されている。

さらに、 ケーシング 1 2 2の外周には、 筒状に形成された大気側回 «5 2 5 2 が嵌合するように設けられており、 軸受 2 5 4， 2 5 5を介して回転可能に支持 されている。 そして、 大気側回転部 2 5 2の内周には、 マグネットカップリング 1 3 0の駆動側マグネット 2 5 6が取り付けられている。

大気側回転部 2 5 2は、 下端部 2 5 2 aが伝達部材 2 5 7を介してモータ 1 2 8の駆動軸 1 2 8 aが結合されている。そのため、モータ 1 2 8の回転駆動力は、 大気側回転部 2 5 2に設けられた駆動側マグネット 2 5 6とケーシング 1 2 2の 内部に設けられた従動側マグネット 2 4 8との間の磁力を介してセラミック軸 1 2 6に伝達され、 保持部材 1 2 0及ぴ被処理基板 Wに伝達される。

また、 大気側回転部 2 5 2の外側には、 大気側回転部 2 5 2の回転を検出する 回転検出ュニット 2 5 8が設けられている。 この回転検出ュニット 2 5 8は、 大 気側回転部 2 5 2の下端部外周に取り付けられた円盤状のスリット板 2 6 0， 2 6 1と、 スリット板 2 6 0， 2 6 1の回転量を光学的に検出するフォトインタラ プタ 2 6 2， 2 6 3とから構成されている。

フォトインタラプタ 2 6 2， 2 6 3は、 ブラケット 2 6 4により固定ィ則のケー シング 1 2 2に固定されている。 そして、 回転検出ュニット 2 5 8では、 一対の フォトインタラプタ 2 6 2， 2 6 3から回 度に応じたパルスが同時に検出さ れるので、 両パルスを比較することにより回転検出精度を高めることが可能にな る。

図 3 3 Aはホルダ冷却機構 2 3 4の構成を示す横断面図であり、 図 3 3 Bはホ ルダ冷却機構 2 3 4の構成を示す側面図である。

図 3 3 A、 図 3 3 Bに示されるように、 ホルダ冷却機構 2 3 4は、 ホルダ 2 3 0の内部に周方向に延在する冷却水用の水路 2 3 0 aが形成されている。そして、 水路 2 3 0 aの一端に冷却水供給ポート 2 3 0 bが連通され、 水路 2 3 0 aの他 端に冷却水排出ポート 2 3 0 cが連通されている。

冷却水供給部 4 6から供給された冷却水は、 冷却水供給ポート 2 3 0 bから水 路 2 3 0 aを通過した後、 冷却水排出ポート 2 3 0 cから排出されるため、 ホル ダ 2 3 0全体を冷却することができる。

図 '3 4は回転位置検出機構 2 3 2の構成を示す横断面図である。

図 3 4に示されるように、 ホルダ 2 3 0の一方の側面には、 発光素子 2 6 6が 取り付けられ、 ホルダ 2 3 0の他方の側面には、 発光素子 2 6 6からの光を受光 する受光素子 2 6 8が取り付けられている。 また、 ホルダ 2 3 0の中央には、 保持部材 1 2 0の軸 1 2 0 dが揷通される中 央孔 2 3 0 dが上下方向に貫通しており、 この中央孔 2 3 0 dに交差するように 横方向に貫通する貫通孔 2 3 0 e， 2 3 0 f が設けられている。

発光素子 2 6 6は、 一方の貫通孔 2 3 0 eの端部に挿入され、 受光素子 2 6 8 は、 他方の貫通孔 2 3 0 f の端部に挿入されている。 貫通孔 2 3 0 eと 2 3 0 f との間には、 軸 1 2 0 dが揷通されているため、 軸 1 2 0 dの回転位置を受光素 子 2 6 8の出力変化から検出することが可能になる。

( 7 ) ここで、 回転位置検出機構 2 3 2の構成及び作用について詳細に説明す る。

図 3 5 Aは回転位置検出機構 2 3 2の非検出状態を示す図であり、 図 3 5 Bは 回転位置検出機構 2 3 2の検出状態を示す図である。

図 3 5 Aに示されるように、 保持部材 1 2 0の軸 1 2 0 dは、 外周に接線方向 の面取り加工が施されている。 この面取り部 1 2 0 iは、 発光素子 2 6 6と受光 素子 2 6 8との中間位置に回動したとき、 発光素子 2 6 6から発光された光と平 行になる。

このとき、 発光素子 2 6 6からの光は、 面取り部 1 2 0 iの横を通過して受光 素子 2 6 8に照射される。 これにより、 受光素子 2 6 8の出力信号 Sはオンにな り、 回転位置判定回路 2 7 0に供給される。

図 3 5 Bに示されるように、 保持部材 1 2 0の軸 1 2 0 dが回動して面取り部 1 2 0 iの位置が中間位置からずれると、 発光素子 2 6 6からの光は、 軸 1 2 0 dに遮断され、 回転位置判定回路 2 7 0への出力信号 Sはオフになる。

図 3 6 Aは、 回転位置検出機構 2 3 2の受光素子 2 6 8の出力信号 Sを示す波 形図であり、 図 3 6 Bは回転位置判定回路 2 7 0力 ら出力されるパルス信号 P.の 波形図である。

図 3 6 Aに示されるように、 受光素子 2 6 8は、 軸 1 2 0 dの回動位置によつ て発光素子 2 6 6からの光の受光量 （出力信号 S ) が放物線状に変ィ匕する。 回転 位置判定回路 2 7 0では、 この出力信号 Sに対する閾値 Hを設定することで、 出 力信号 Sが閾値 H以上になったときにパルス Pを出力する。

このパルス Pが保持部材 1 2 0の回動位置を検出した検出信号として出力され る。 すなわち、 回転位置判定回路 270は、 図 10に示されるように、 保持部材 120の腕部 120 a〜 120 cが昇降アーム 132の当接ピン 138 a〜 13 8 cに干渉せず、 且つ搬送ロボット 98のロボットハンドと干渉しない位置にあ ることを判定し、 その検出信号 （パルス P) を出力する。

(8) ここで、 上記回転位置判定回路 270から出力された検出信号 （パルス

P) に基づいて制御回路が実行する回転位置制御処理について説明する。

図 37は制御回路が実行する回転位置制御処理を説明するためのフローチヤ一 トである。

図 37に示されるように、 制御回路は、 S 11において、 被処理基 ¾KWの回転 を指示する制御信号があると、 S 12に進み、 モータ 128を起動させる。 続い て、 S 13に進み、 受光素子 268の信号がオンかどうかをチェックする。 S 1 3で受光素子 268の信号がオンであるときは、 S 14に進み、 検出信号 （パル ス P) の周期から保持部材 120及び被処理基板 Wの回転数を演算する。

続いて、 S 15に進み、 保持部材 120及び被処理基板 Wの回転数 nが予め設 定された目標回転 n aかどうかをチェックする。 S 15において、 保持部材 12 0及ぴ被処理基»の回 nが目標回転 n aに達していないときは、 上記 S 1 3に戻り、 モータ 128の回転数が上昇したかどうかを再度チェックする。 また、 上記 S 15において、 n = n aのときは、 保持部材 120及び被処理基 板 Wの回転数 nが目標回転 n aに達しているので、 S 17に進み、 モータ停止の 制御信号があるかどうかをチェックする。 S 17において、 モータ停止の制御信 号が無レ、ときは、 上記 S 13に戻り、 モータ停止の制御信号があるときは、 S 1 8に進み、 モータ 128を停止させる。 続いて、 S 19で受光素子 268の信号 がオンかどうかをチェックし、受光素子 268の信号がオンになるまで繰り返す。 このようにして、 保持部材 120の腕部 120 a~l 20 cが昇降アーム 13 2の当接ピン 138 a〜 138 cに干渉せず、 且つ搬送ロボット 98のロボット ハンドと干渉しない位置に停止させることができる。

尚、 上記回転位置制御処理では、 受光素子 268からの出力信号の周期から回 転数を求める方法を用いた場合について説明したが、 例えば前述したフォトイン タラプタ 262， 263から出力された信号を積算して回転数を求めることも可 能である。

( 9 ) ここで、 処理容器 1 2 2の側面に形成された窓 7 5， 7 6の構成につ！/ヽ て詳細に説明する。

図 3 8は窓 7 5， 7 6の取付箇所を上方からみた横断面図である。 図 3 9は窓 7 5を拡大して示す横断面図である。 図 4 0は窓 7 6を拡大して示す横断面図で める。

図 3 8及び図 3 9に示されるように、 第 1の窓 7 5は、 処理容器 1 2 2の内部 に形成されたプロセス空間 8 4にガスが供給されたり、 真空に減圧されるため、 気密性がより高められた構成になっている。

窓 7 5は、 透明石英 2 7 2と、 紫外線を遮断する UVガラス 2 7 4とを有する 2重構造になつ Tいる。 透明石英 2 7 2は、 窓取り付け部 2 7 6に当接させた状 態で第 1の窓枠 2 7 8が窓取り付け部 2 7 6にビス 2 7 7でネジ止めされて固定 される。 窓取り付け部 2 7 6の外面には、 透明石英 2 7 2との間を気密にシール するシール部材 （Oリング） 2 8 0が装着されている。 さらに、 第 1の窓枠 2 7 8の外面には、 UVガラス 2 7 4を当接させた状態で第 2の窓枠 2 8 2がビス 2 8 4でネジ止めされて固定される。

このように、 窓 7 5は、 紫外線光源 （UVランプ） 8 6， 8 7から照射された 紫外線が UVガラス 2 7 4によって遮断されてプロセス空間 8 4の外部に漏れる ことを防止していると共に、 シール部材 2 8 0のシール効果によってプロセス空 間 8 4に供給されたガスが外部に流出することを防止している。

また、 処理容器 2 2の側面を貫通する開口 2 8 6は、 処理容器 2 2の中央、 す なわち保持部材 1 2 0に保持された被処理基板 Wの中心に向かうように斜めに貫 通している。 そのため、 窓 7 5は、 処理容器 2 2の側面中心から外れた位置に設 けられているが、 横方向に広く見えるように楕円形状に形成されており、 被処理 基板 Wの状態を外部から視認することができる。

また、第 2の窣 7 6は、上記窓 7 5と同様な構成になっており、透明石英 2 9 2 と、 紫外線を遮断する UVガラス 2 9 4とを有する 2重構造になっている。 透明 石英 2 9 2は、 窓取り付け部 2 9 6に当接させた状態で第 1の窓枠 2 9 8が窓取 り付け部 2 9 6にビス 2 9 7でネジ止めされて固定される。 窓取り付け部 2 9 6 の外面には、 透明石英 292との間を気密にシールするシール部材 （Oリング） 300が装着されている。 さらに、 第 1の窓枠 298の外面には、 UVガラス 2

94を当接させた状態で第 2の窓枠 302がビス 304でネジ止めされて固定さ れる。

このように、 窓 76は、 紫外線光源 （UVランプ） 86， 87から照射された 紫外線が UVガラス 294によって遮断されてプロセス空間 84の外部に漏れる ことを防止していると共に、 シール部材 300のシール効果によってプロセス空 間 84に供給されたガスが外部に流出することを防止している。

尚、 本実施例では、 処理容器 22の側面に一対の窓 75， 76を配置した構成 を一例として説明したが、 これに限らず、 3個以上の窓を設けるようにしても良 いし、 あるいは側面以外の場所に設けるようにしても良いのは勿論である。

(10) ここで、 石英ライナ 100を構成する各ケース 102,104,106，

108について説明する。

図 9及び図 10に示されるように、 石英ライナ 100は、 下部ケース 102、 側面ケース 104、 上部ケース 106、 円筒状ケース 108とを組み合わせた構 成になっており、 夫々が不透明石英により形成されており、 アルミ合金製の処理 容器 22をガスや紫外線から保護すると共に、 処理容器 22による金属のコンク ミネーションを防止することを目的として設けられている。

図 41 Aは下部ケース 102の構成を示す平面図であり、 図 41 Bは下部ケー ス 102の構成を示す側面図である。

図 41 A、 図 41 Bに示されるように、 下部ケース 102は、 輪郭形状が処理 容器 22の内壁形状に対応した板状に形成されており、 その中央には S i Cサセ プタ 118及び被処理基板 Wに対向する円形開口 310が形成されている。 この 円形開口 310は、 円筒状ケース 108が挿入可能な寸法に形成されており、 内 周には保持部材 120の腕部 120 a〜 120 cの先端部を挿入するための凹部 310 a〜 310 cが 120度間隔で設けられている。

尚、 凹部 310 a〜 310 cの位置は、 保持部材 120の腕部 120 a〜 12 0 cが昇降アーム 132の当接ピン 138 a〜 138 cに干渉せず、 且つ搬送口 ボット 98のロボットハンドと干渉しない位置である。 また、 下部ケース 1 0 2には、 処理容器 2 2の底部に形成された排気口 7 4に 対向する長方形状の開口 3 1 2が設けられている。さらに、下部ケース 1 0 2は、 下面に位置決め用の突起 3 1 4 a , 3 1 4 bが非対称位置に設けられている。 また、 上記円形開口 3 1 0の内周には、 後述する円筒状ケース 1 0 8の突起が 嵌合するための凹部 3 1 0 dが形成されている。 さらに、 下部ケース 1 0 2の周 縁部には、 側面ケース 1 0 4に嵌合する段部 3 1 5が設けられている。

図 4 2 Aは側面ケース 1 0 4の構成を示す平面図であり、 図 4 2 Bは側面ケー ス 1 0 4の正面図であり、 図 4 2 Cは側面ケース 1 0 4の背面図であり、 図 4 2 Dは側面ケース 1 0 4の左側面図であり、 図 4 2 Eは側面ケース 1 0 4の右側面 図である。

図 4 2 A〜図 4 2 Eに示されるように、 側面ケース 1 0 4は、 外形状が処理容 器 2 2の内壁形状に対応レた四隅が R形状とされた略四角形の枠形状に形成され ており、 内側にプロセス空間 8 4が形成される。

また、 側面ケース 1◦ 4は、 正面 1 0 4 aに前述したガス噴射ノズル部 9 3の 複数の噴射口 9 3 aに対向するように横方向に延在された細長形状のスリット 3 1 6と、 リモートプラズマ部 2 7に連通される連通孔 9 2に対向する位置に設け られた U字状の開口 3 1 7とが設けられている。 尚、 本実施例では、 スリット 3 1 6と開口 3 1 7とが連通した構成になっているが、 夫々独立した開口として形 成することも可能である。

また、 側面ケース 1 0 4は、 背面 1 0 4 bに前述した搬送ロボット 9 8のロボ ットハンドが通過するための凹部 3 1 8が搬送口 9 4に対向する位置に形成され ている。

また、 側面ケース 1 0 4は、 左側面 1 0 4 cに前述したセンサュニット 8 5に 対向する円形の孔 3 1 9が形成され、右側面 1 0 4 dに前述した窓 7 5， 7 6と、 センサュニット 7 7に対向する孔 3 2 0〜3 2 2が形成されている。

図 4 3 Aは上部ケース 1 0 6の構成を示す底面図であり、 図 4 3 Bは上部ケー ス 1 0 6の側面図である。

図 4 3 A、 図 4 3 Bに示されるように、 上部ケース 1 0 6は、 輪郭形状が処理 容器 2 2の内壁形状に対応した板状に形成されており、紫外線光源（UVランプ） 8 6， 8 7に対向する位置に長方形状の開口 3 2 4， 3 2 5が形成されている。 さらに、 上部ケース 1 0 6の周縁部には、 側面ケース 1 0 4に嵌合する段部 3 2 6が設けられている。

また、 上部ケース 1 0 6は、 蓋部材 8 2の形状に対応する円形孔 3 2 7〜3 2 9、 及び長方形の四角孔 3 3 0が設けられている。

図 4 4 Aは円筒状ケース 1 0 8の構成を示す平面図であり、 図 4 4 Bは円筒状 ケース 1 0 8の側面縦断面図であり、 図 4 4 Cは円筒状ケース 1 0 8の側面図で ある。

図 4 4 A〜図 4 4 Cに示されるように、 円筒状ケース 1 0 8は、 石英ペルジャ 1 1 2の外周を覆うように筒状に形成されており、 上端縁部には昇降アーム 1 3 2の当接ピン 1 3 8 a〜l 3 8 cが挿入される凹部 1 0 8 a〜l 0 8 cが設けら れている。 さらに、 円筒状ケース 1 0 8は、 上端部の外周に下部ケース 1 0 2の 凹部 3 1 0 dが嵌合する位置合わせ用の突起 1 0 8 dが形成されている。

( 1 1 ) ここで、 リフタ機構 3 0のシール構造について説明する。

図 4 5はリフタ機構 3 0を拡大して示す縦断面図である。 図 4 6はリフタ機構 3 0のシール構造拡大して示す縦断面図である。

図 4 5及び図 4 6に示されるように、 リフタ機構 3 0は、 駆動部 1 3 6により 昇降軸 1 3 4を昇降させてチャンパ 8 0内に挿入された昇降アーム 1 3 2を昇降 させる際、 チャンパ 8 0の貫通孔 8 0 a内に挿入された昇降軸 1 3 4の外周が蛇 腹形状のベローズ 3 3 2により覆われており、 チャンバ 8 0内でのコンタミネー シヨンを防止するように構成されている。

ベローズ 3 3 2は、 蛇腹部分が伸縮可能な形状になっており、 例えばインコネ ルゃハステロイなどにより形成されている。 また、 貫通孔 8 0 aは、 昇降軸 1 3 4が揷通された蓋部材 3 4 0により閉塞されている。

さらに、 昇降軸 1 3 4の上端がボルト 3 3 4により締結される昇降アーム 1 3 2の連結部材 3 3 6には、 円筒形状のセラミックカバー 3 3 8が嵌合固定されて いる。 このセラミックカバー 3 3 8は、 連結部材 3 3 6より下方に延在形成され るため、 ベローズ 3 3 2の周囲を覆うことによりチャンバ 8 0内で直接露出され ないように設けられている。 そのため、 ベローズ 3 3 2は、 プロセス空間 8 4において、 昇降アーム 1 3 2 を上昇させる際に上方に伸びてしまい、 セラミックにより形成された円筒状カパ 一 3 3 8により覆われている。 よって、 ベローズ 3 3 2は、 貫通孔 8 0 aに昇降 可能に揷入された円筒状カバー 3 3 8によりプロセス空間 8 4のガスや熱に直接 晒されることがなく、 ガスや熱による劣化を防止されている。

( 1 2) 以下に、 基板処理装置 2 0を使って行う被処理基板 W表面の紫外光ラ ジカル酸化処理、 およびその後に行われるリモートプラズマラジカル窒化処理に ついて説明する。

〔紫外光ラジカル酸化処理〕

図 4 7 Aは、 図 2の基板処理装置 2 0を使つて被処理基板 Wのラジカル酸化を 行う場合を示す側面図および平面図であり、 図 4 7 Bは図 4 7 Aの構成を示す平 面図である。

図 4 7 Aに示されるように、 前記プロセス空間 8 4中にはガス噴射ノズル部 9 3から酸素ガスが供給され、被処理基板 Wの表面に沿って流れた後、排気口 7 4、 ターボ分子ポンプ 5 0およびポンプ 2 0 1を通って排 される。 ターボ分子ポン プ 5 0を使うことにより、 前記プロセス空間 8 4のプロセス圧が、 ¾¾Wの酸素 ラジカルによる酸化に必要な 1 0 -3〜1 0-6T o r rの範囲に設定される。 これと同時に、 好ましくは 1 7 2 n mの波長の紫外光を発生する紫外線光源 8 6 , 8 7を駆動することにより、 このようにして形成された酸素ガス流中に酸素 ラジカルが形成される。 形成された酸素ラジカルは tfilB被処理基 SWの表面に沿 つて流れる際に、 回動している基板表面を酸化する。 このような被処理基板 の 酸素ラジカルによる酸化により、 シリコン基板表面に 1 n m以下の膜厚の非常に 薄い酸化膜、 特に 2〜3原子層に相当する約 0. 4 n mの膜厚の酸化膜を、 安定 に再現性良く形成することが可能になる。

図 4 7 Bに示されるように、 紫外線光源 8 6， 8 7は酸素ガス流の方向に交差 する方向に延在する管状の光源であり、 ターボ分子ポンプ 5 0が排気口 7 4を介 してプロセス空間 8 4を排気するのがわかる。 一方、 前記排気口 7 4力 ら直接に ポンプ 5 0に至る、 図 4 7 B中に点線で示した排気経路は、 バルブ 4 8 bを閉鎖 することにより遮断されている。 図 48は、 図 2の基板処理装置 20において図 47 A、 図 47 Bの工程により シリコン基板表面にシリコン酸化膜を、 基板温度を 450°Cに設定し、 紫外光照 射強度および酸素ガス流量あるいは酸素分圧を様々に変化させながら形成した場 合の、 SU¥と酸ィ匕時間との関係を示す。 ただし図 48の実験ではラジカル酸化に 先立ってシリコン基板表面の自然酸化膜を除去し、 また場合によっては基板表面 に残留する炭素を紫外光励起窒素ラジカル中において除去し、 さらに A r雰囲気 中、 約 950°Cにおける高温熱処理を行うことにより、 基板表面を平坦化してい る。 また前記紫外線光原 86， 87としては、 波長が 172 nmのエキシマラン プを使った。

図 48を参照するに、 系列 1のデータは、 紫外光照射強度を紫外光源 24 Bの 窓面における基準強度 （50mWZcm2) の 5%に設定し、 プロセス圧を 66 5mP a (5mTo r r ),酸素ガス流量を 30 S C CMに設定した場合の酸化時 間と酸化膜厚との関係を、 系列 2のデータは紫外光強度をゼロに設定し、 プロセ ス圧を 133Pa (lTo r r)，酸素ガス流量を 3 S LMに設定した場合の酸化 時間と酸化 SIffとの関係を示す。 また系列 3のデータは紫外光強度をゼロに設定 し、 プロセス圧を 2. 66 P a (2 OmTo r r), 酸素ガス流量を 150 SCC Mに設定した場合の酸化時間と酸化膜厚との関係を示し、 系列 4のデータは紫外 光照射強度を 100%、 すなわち前記基準強度に設定し、 プロセス圧を 2. 66 Pa (2 OmTo r r),酸素ガス流量を 150 S C CMに設定した場合の酸化時 間と酸化膜厚との関係を示す。 さらに系列 5のデータは紫外光照射強度を基準強 度の 20%に設定し、プロセス圧を 2. 66 P a ( 20 mT o r r )， 酸素ガス流 量を 150 SCCMに設定した場合の酸化時間と酸化膜圧との関係を示し、 系列 6のデータは、 紫外光照射強度を基準照射強度の 20%に設定し、 プロセス圧を 約 67Pa (0. 5To r r)、酸素ガス流量を 0. 5 S LMに設定した場合の酸 化時間と酸ィ匕^?との関係を示す。 さらに系列 7のデータは、 紫外光照射強度を 基準強度の 20%に設定し、 プロセス圧を 665P a (5To r r) に、 酸素ガ ス流量を 2 S LMに設定した場合の酸化時間と酸化鮮との関係を、 系列 8のデ ータは、 紫外光照射強度を基準強度の 5%に設定し、 プロセス圧を 2· 66 P a (2 OmTo r r )，酸素ガス流量を 150 S C C1V [に設定した場合の酸化時間と 酸化膜厚との関係を示す。

図 48の実験において、 酸化膜の膜厚は XP S法により求めているが、 このよ うに 1 nmを下回る非常に薄い酸化膜の膜厚を求める統一された方法は、 現時点 では存在しない。

そこで本発 の発明者は、 図 49に示す観測された S i 2p軌道の X P Sスぺク トルに対してパックグラウンド補正おょぴ 3Z2と 1/2スピン状態の分離補正 を行い、 その結果得られた図 50に示す S i 2p³²X P Sスぺクトルをもとに、 L u他 （Z. H. Lu, et al.， Appl. Phys，： Lett.71 (1997)， pp.2764) の教示に従って、 式 （1) に示す式および係数を使って酸ィ匕膜の膜厚 dを求めた。

d-Asina · In [1^ (/3 I⁰⁺) + 1] (1) λ = 2. 96

β = 0. 75

ただし式 （ 1 ) において αは図 55に示す X P Sスぺクトルの検出角であり、 図示の例では 30° に設定されている。 また数 1中、 Ι^χ+は酸ィ匕膜に対応するス ぺクトルピークの積分強度（1 +1ぉ+1ぉ+1 ） であり、図 50中、 102〜： L 0 4 eVのエネルギ領域において見られるピークに対応している。 一方、 1⁰⁺は 1 00 eV近傍のエネルギ領域に対応した、 シリコン基板に起因するスぺクトルピ ークの積分強度に対応する。

再ぴ図 48を参照するに、 紫外光照射パワー、 従って形成される酸素ラジカル 密度が小さい場合 （系列 1， 2， 3， 8) には、 最初は酸化膜の酸化膜厚が O n mであったものが、 酸化時間と共に酸ィ匕膜厚が徐々に増加し続けるのに対し、 紫 外光照射パワーを基準強度の 20%以上に設定した系列 4， 5, 6, 7では、 図 5 1に概略的に示すように酸化膜成長が成長開始後、 おおよそ 0. 4 n mの膜厚 に到達した時点で停留し、 ある程度の停留時間が経過した後、 急激に成長が再開 されるのが認められる。

図 48あるいは図 51の関係は、 シリコン基板表面の酸化処理において、 0. 4 nm前後の膜厚の非常に薄い酸化膜を、 安定して形成できることを意味してい る。 また、 図 48に見られるように、 力かる停留時間がある程度継続することか ら、 形成される酸化膜は、 一様な厚さを有することがわかる。 すなわち、 本発明 によれば、 約 0 . 4 n mの厚さの酸ィ匕膜をシリコン基板上に、 一様な厚さに形成 することが可能になる。

図 5 2 A、 図 5 2 Bは、 かかるシリコン基板上への薄い酸化膜の形成過程を概 略的に示す。 これらの図では、 シリコン （1 0 0 ) 基板上の構造を極めて単純ィ匕 していることに注意すべきである。

図 5 2 Aを参照するに、 シリコン基板表面には、 シリコン原子 1個あたり 2個 の酸素原子が結合し、 1原子層の酸素層が形成されて！/ヽる。 この代表的な状態で は、 基板表面のシリコン原子は基板内部の 2つのシリコン原子と基板表面の二つ の酸素原子により配位され、 サブォキサイドを形成している。

これに対し、 図 5 2 Bの状態ではシリコン基板最上部のシリコン原子は 4つの 酸素原子により配位されており、 安定な S i⁴⁺の状態をとる。 これが理由で、 図 5 2 Aの状態では速やかに酸ィ匕が進み、 図 5 2 Bの状態になって酸化が停留する ものと考えられる。図 5 2 Bの状態における酸化膜の厚さは約◦. 4 n mであり、 これは図 4 8において観測される停留状態における酸化膜厚と良く一致する。 図 5 0の X P Sスペクトルにおいて、 酸化膜厚が 0. l n mあるいは 0 . 2 n mの場合に 1 0 1〜1 0 4 e Vのエネルギ範囲において見られる低いピークが図 5 2 Aのサブオキサイドに対応し、 酸化膜厚が 0. 3 n mを超えた場合にこのェ ネルギ領域に表れるピークが S i⁴⁺に起因するもので、 1原子層を超える酸ィ匕膜 の形成を表しているものと考えられる。

このような 0. 4 nmの膜厚における酸化膜厚の停留現象は、 図 4 7 A、 図 4 7 8の11¥〇2ラジカル酸化プロセスに限定されるものではなく、 同様に薄い酸 化膜が精度よく形成できる酸化膜形成方法であれば、 同じように見られるもので あると考えられる。

図 5 2 Bの状態からさらに酸化を継続すると、 酸化膜の厚さは再び増大する。 図 5 3は、 このように基板処理装置 2 0を使った図 4 7 A、 図 4 7 Bの紫外光 ラジカル酸化プロセスにより形成された酸ィ匕膜上に厚さが 0 . 4 n mの Z r S i Ox膜と電極膜とを形成し （後で説明する図 5 4 Bを参照)、 得られた積層構造に 対して求めた熱酸化膜換算膜厚 T e qとリーク電流 I gとの関係を示す。ただし、 図 5 3のリーク電流特性は、 前記電極膜とシリコン基板との間にフラットパンド 電圧 V f bを基準に、 V f b _ 0 . 8 Vの電圧を印加した状態で測定している。 比較のため、 図 5 3中には熱酸化膜のリーク電流特性をも示してある。 また図示 している換算膜厚は、 酸化膜と Z r S i Ox膜を合わせた構造についてのもので ある。

図 5 3を参照するに、 酸化膜を省略した場合、 すなわち酸化膜の膜厚が O n m の場合にはリーク電流密度が熱酸化膜のリーク電流密度を超えており、 また熱酸 化膜換算膜厚 T e qも約 1 . 7 n m程度の比較的大きな値になることがわかる。 これに対し、 酸化膜の膨を O n mから 0 . 4 n mまで増大させると、 熱酸化 膜換算膜厚 T e qの値が減少をはじめるのがわかる。 このような状態では酸化膜 がシリコン基板と Z r S i Ox膜との間に介在することになり、 物理膜厚は実際 には増大するはずなのに換算膜厚 T e qは減少しているが、 これはシリコン基板 上に Z r 0₂膜を直接に形成した場合、 図 5 4 Aに示すように Z rのシリコン基 板中への拡散あるいは S iの Z r S i Ox膜中への拡散が大規模に生じ、 シリコ ン基板と Z r S i O_x膜との間に厚い界面層が形成されていることを示唆してい る。 これに対し、 図 5 4 Bに示すように厚さが 0 . 4 n mの酸化膜を介在させる ことにより、 このような界面層の形成が抑制され、 結果として換算膜厚が減少す るものと考えられる。 これに伴って、 リーク電流の値も酸化膜の厚さと共に減少 するのがわかる。 ただし図 5 4 A、 図 5 4 Bは、 このようにして形成された試料 の概略的な断面を示しており、シリコン基板 4 4 1上に酸化膜 4 4 2が形成され、 酸化膜 4 4 2上に Z r S i O_x膜 4 4 3が形成されている構造を示している。 一方、 前記酸化膜の膜厚が 0 . 4 n mを超えると、 熱酸化膜換算膜厚の値は再 び増大をはじめる。酸化膜の膜厚が 0 . 4 n mを超えた範囲においては、膜厚の増 大と共にリーク電流の値も減少しており、 換算 Hffの増大は酸化膜の物理 の 増大に起因するものであると考えられる。

このように、 図 4 8で観測された酸化膜の成長が停留する 0 . 4 n m付近の膜 厚は、 酸化膜と高誘電体膜とよりなる系の換算膜厚の最小値に対応しており、 図 5 2 (B) に示す安定な酸化膜により、 Z r等の金属元素のシリコン基板中への 拡散が効果的にllhされること、 またこれ以上酸化膜の厚さを増大させても、 金 属元素の拡散阻止効果はそれほど高まらないことがわかる。 さらに 0 . 4 n mの厚さの酸化膜を使った場合のリーク電流の値は、 対応する 厚さの熱酸化膜のリーク電流の値よりも二桁ほど小さく、 このような構造の絶縁 膜を MO Sトランジスタのゲート絶縁膜に使うことにより、 ゲートリーク電流を 最小化できることがわかる。

また、 図 4 8あるいは図 5 1で説明した酸化膜成長の 0 . 4 n mにおける停留 現象の結果、 図 5 5 Aに示すようにシリコン基板 4 4 1上に形成された酸化膜 4 4 2に当初膜厚の変化ないし凹凸が存在していても、 酸化膜成長の際に膜厚の増 大が図 5 5 Bに示すように 0 . 4 n mの近傍において停留するため、 停留期間内 で酸ィヒ膜成長を継続することにより、 図 5 5 Cに示す非常に平坦な、 一様な の酸化膜 4 4 2を得ることができる。

先にも説明したように、 非常に薄い酸化膜に対しては、 現状では統一された膜 厚測定方法が存在しない。 このため、 図 5 5 Cの酸化膜 4 4 2の膜厚値自体は、 測定方法で異なる可能性がある。 しかし、 先に説明した理由から、 酸化膜成長に 停留が生じる厚さは、 2原子層分の厚さであることがわかっており、 従って、 好 ましい酸化膜 4 4 2の膜厚は、 約 2原子層分の厚さであると考えられる。 この好 ましい厚さには、 2原子層分の厚さが酸化膜 4 4 2全体にわたり確保されるよう に、 部分的に 3原子層分の厚さの領域が形成されている場合も含まれる。 すなわ ち、 好ましい酸化膜 4 4 2の厚さは、 実際には 2〜 3原子層の範囲であると考え られる。

〔リモートプラズマラジカ /レ窒化処理〕

図 5 6は、 基板処理装置 2 0において使われるリモートプラズマ部 2 7の構成 を示す。

図 5 6に示されるように、 リモートプラズマ部 2 7は、 内部にガス循環通路 2 7 aとこれに連通したガス入り口 2 7 bおよびガス出口 7 6 cを形成された、 典 型的にはァ ミニゥムよりなるブロック 2 7 Aを含み、 前記ブロック 2 7 Aの一 部にはフェライトコア 2 7 Bが形成されている。

前記ガス循環通路 2 7 aおよびガス入り口 2 7 b、 ガス出口 2 7 cの内面には フッ素樹脂コーティング 2 7 d力 S施され、 前記フェライトコア 2 7 Bに卷回され たコイルに周波数が 4 0 0 k H zの高周波を供給することにより、 前記ガス循環 通路 27 a内にプラズマ 27 Cが形成される。

プラズマ 27 Cの励起に伴って、 前記ガス循環通路 27 a中には窒素ラジカル および窒素イオンが形成されるが、 窒素イオンは前記循環通路 27 aを循環する 際に消滅し、 前記ガス出口 27 cからは主に窒素ラジカル N2*が放出される。 さ らに図 56の構成では前記ガス出口 27 cに接地されたイオンフィルタ 27 eを 設けることにより、 窒素イオンをはじめとする荷電粒子が除去され、 前記プロセ ス空間 84には窒素ラジカルのみが供給される。 また、 前記イオンフィルタ 27 eを接地させない場合においても、 前記イオンフィルタ 27 eの構造は拡散板と して作用し、 十分に窒素ィオンをはじめとする荷電粒子を除去することが可能に なる。

図 57は、 リモートプラズマ部 27により形成されるイオンの数と電子エネル ギの関係を、 マイク口波プラズマ源の場合と比較して示す。

図 57に示されるように、 マイクロ波によりプラズマを励起した場合には窒素 分子のイオンィ匕が促進され、 多量の窒素イオンが形成されることになる。 これに 対し 500 kHz以下の高周波によりプラズマを励起した場合には、 形成される 窒素イオンの数が大幅に減少する。 マイク口波によりプラズマ処理を行う場合に は、 図 58に示すように 1. 33 X 10^_3〜： 1.33 X 10—⁶P a (10―¹〜 10 一⁴ To r r)の高真空が必要になるが、高周波プラズマ処理は、 13. 3〜13. 3 k P a (0. l〜100To r r) の比較的高い圧力で実行可能である。 以下の表 1は、 マイクロ波によりプラズマを励起する場合と、 高周波によりプ ラズマを励起する場合との間での、 イオン化エネルギ変換効率、 放電可能圧力範 囲、 プラズマ消費電力、 プロセスガス流量の比較を示す。

表 1

ィオン化工 放電可能圧力 プラズマ プロセスガ ネルギ変換 範囲 消費電力 ス流量

効率

マイクロ波 1.00X10-2 0.1m〜0.1Torr 1〜500W 0〜 100SCCM 高周波 1.00 X 10-7 0.1〜： LOOTorr 1〜： LOkW 0.1〜： LOSLM 表 1を参照するに、 ィオン化工ネルギ変換効率は、 マイク口波励起の場合に約 1 X 10—2程度であるのに対し、 RF励起の場合、約 1 X 10—7まで減少してお り、 また放電可能圧力はマイクロ波励起の場合 0. lmTo r i：〜 0. lTo r r (133mPa〜13. 3 P a ) 程度であるのに対し、 R F励起の場合には、 0. l〜100To r r (13. 3Pa〜13. 3 k P a ) 程度であることがわ カる。 これに伴い、 プラズマ消費電力は RF励起の場合の方がマイクロ波励起の 場合よりも大きく、 プロセスガス流量は、 RF励起の場合の方がマイクロ波励起 の場合よりもはるかに大きくなっている。

基板処理装置 20では、 酸化膜の窒化処理を窒素イオンではなく窒素ラジカル N2*で行っており、 このため励起される窒素ィォンの数は少なレ、方が好ましい。 また被処理基板に加えられるダメージを最小化する観点からも、 励起される窒素 イオンの数は少ないのが好ましい。 さらに基板処理装置 20では、 励起される窒 素ラジカルの数も少なく、 高誘電体ゲート絶縁膜下の非常に薄い、 せいぜい 2〜 3原子層程度の厚さしかないベース酸化膜を窒ィヒするのに好適である。

図 59A、図 59Bは、それぞれ基板処理装置 20を使つて被処理基板 Wのラ ジカル窒化を行う場合を示す側面図および平面図である。

図 59A、 図 59 Bに示されるように、 リモートプラズマ部 27には A rガス と窒素ガスが供給され、 プラズマを数 100 kH zの周波数で高周波励起するこ とにより窒素ラジカルが形成される。 形成された窒素ラジカルは前記被処理基板 Wの表面に沿って流れ、前記排気口 74およびポンプ 201を介して排気される。 その結果前記プロセス空間 84は、 基板 Wのラジカル窒化に適当な、 1. 33P a〜13. 3 k P a (0. 01〜： L OOTo r r) の範囲のプロセス圧に設定さ れる。 このようにして形成された窒素ラジカルは、 前記被処理基 ¾Wの表面に沿 つて流れる際に、 被処理基板 Wの表面を窒化する。

図 59A、 図 59Bの窒ィ匕工程では、 窒ィヒ工程に先立つパージ工程では前記バ ルブ 4 8 aおよび 2 1 2が開放され、 バルブ 4 8 aが閉鎖されることで前記プロ セス空間 8 4の圧力が 1 . 3 3 X 1 0―¹〜 1 . 3 3 X 1 0—⁴P aの圧力まで減圧 され、 プロセス空間 8 4中に残留している酸素や水分がパージされるが、 その後 の窒化処理ではバルブ 4 8 aおよび 2 1 2は閉鎖され、 ターボ分子ポンプ 5 0は プロセス空間 8 4の排気経路には含まれない。

このように、 基板処理装置 2 0を使うことにより、 被処理基板 Wの表面に非常 に薄い酸ィ匕膜を形成し、 その酸化膜表面をさらに窒ィ匕することが可能になる。 図 6 0 Aは、 基板処理装置 2 0により S i基板上に熱酸化処理により 2. 0 n mの厚さに形成された酸化膜を、 リモートプラズマ部 2 7を使って、 表 2に示す 条件で窒ィ匕した場合の前記酸化膜中における窒素濃度分布を示し、 囡 6 0 Bは、 同じ酸化膜中における窒素濃度分布と酸素濃度分布との関係を示す。 表 2

表 2を参照するに、 基板処理装置 2 0を使った R F窒ィ匕処理の際には、 前記プ ロセス空間 8 4中に窒素を 5 0 S C CMの流量で、 また A rを 2 S LMの流量で 供給し、 窒化処理は 1 T o r r ( 1 3 3 P a ) の圧力下で行われるが、 窒ィ匕処理 開始前にー且プロセス空間 8 4の内圧を 1 0—⁶T o r r ( 1 .3 3 X 1 0⁴P a ) 程度まで減圧し、内部に残留している酸素あるいは水分を十分にパージしている。 このため、 前記 l T o r r程度の圧力で行われる窒ィ匕処理の際には、 プロセス空 間 8 4中において残留酸素は A rおよび窒素により希釈されており、 残留酸素濃 度、 従って残留酸素の熱力学的な活動度は非常に小さくなっている。

これに対し、 マイクロ波プラズマを使った窒化処理では、 窒化処理の際の処理 圧力がパージ圧と同程度であり、 従ってプラズマ雰囲気中において残留酸素は高 い熱力学的な活動度を有するものと考えられる。

図 6 O Aを参照するに、 マイクロ波励起プラズマにより窒ィ匕した場合には酸ィ匕 膜中に導入される窒素の濃度は限られており、 酸化膜の窒ィ匕は実質的に進行して いないことがわかる。 これに対し本実施例のように R F励起プラズマにより窒化 した場合には、 酸化膜中において窒素濃度が深さと共に ¾泉的に変化し、 表面近 傍では 2 0 %近い濃度に達していることがわかる。

図 6 1は、 X P S (X線分光スぺクトル） を使つて行う図 6 0 Aの測定の原理 を示す。

図 6 1を参照するに、 シリコン基板 4 1 1上に酸化膜 4 1 2を形成された試料 には所定の角度で斜めに X線が照射され、 励起された X線スぺクトルを検出器 D E T 1 , D E T 2により、 様々な角度で検出する。 その際、 例えば 9 0 ° の深い 検出角に設定された検出器 D E T 1では励起 X線の酸化膜 4 1 2内における行路 が短く、 従って前記検出器 D E T 1で検出される X線スぺクトルには酸化膜 4 1 2の下部の情報を多く含まれるに対し、 浅い検出角に設定された検出器 D E T 2 では、 励起 X線の酸化膜 1 2中における行路が長く、 従って、 検出器 D E T 2は 主に酸化膜 4 1 2の表面近傍の情報を検出する。

図 6 0 Bは、 前記酸化膜中における窒素濃度と酸素濃度との関係を示す。 ただ し図 6 O B中、 酸素濃度は Ols軌道に対応する X線強度により表されている。 図 6 0 Bを参照するに、 酸化膜の窒ィ匕を本発明のように R Fリモートプラズマ で行った場合には、 窒素濃度の増大に伴って酸素濃度が減少しており、 酸化膜中 において窒素原子が酸素原子を置き換えていることがわかる。 これに対し、 酸化 膜の窒ィ匕をマイク口波プラズマで行った場合には、 このような置換関係は見られ ず、 窒素濃度と共に酸素濃度が低下する関係は見られない。 また特に図 6 0 Bに おいては、 マイクロ波窒化により 5〜 6 %の窒素を導入した例においては酸素濃 度の増加が見られており、 これは窒ィヒと共に酸ィ匕膜の増膜が起こることを示唆し ている。 このようなマイクロ波窒化に伴う酸素濃度の増加は、 マイクロ波窒化が 高真空中において行われ、 従つて処理空間中に残留する酸素あるいは水分が高周 波リモートプラズマ窒ィ匕の場合のように A rガスや窒素ガスにより希釈されるこ とがなく、 雰囲気中において高い活動度を有することによるものと考えられる。 図 62は、 基板処理装置 20において酸化膜を 4 A (0. 4nm) および 7 A (0. 7nm) の厚さに形成し、 これを前記リモートプラズマ部 27を使った図 59 A、 図 59 Bの窒化工程により窒ィ匕した場合の窒ィ匕時間と膜中の窒素濃度と の関係を示す。 また図 63は、 図 62の窒ィ匕処理に伴う窒素の酸化膜膜表面への 偏析の様子を示す。 なお、 図 62及び図 63には、 酸ィ匕膜を急速熱酸ィ匕処理によ り 5A (0. 5 nm) および 7A (0. 7 nm) の厚さに形成した場合をも示し ている。

図 62を参照するに、 膜中の窒素濃度は、 いずれの酸化膜であっても窒ィ匕処理 時間と共に上昇するが、 特に紫外光ラジカル酸化により形成された 2原子層分に 対応する 0. 4 nmの膜厚を有する酸化膜の場合に、 あるいはこれに近い 0. 5_nmの膜厚を有する熱酸化膜の場合には、 酸化膜が薄いため、 同一成膜条件にお いて膜中の窒素濃度が高くなっている。

図 63は図 61において検出器 DET 1および DET 2をそれぞれ 30° お よび 90° の検出角に設定して窒素濃度を検出した結果を示す。

図 63よりわかるように、 図 63の縦軸は 30。 の検出角で得られる膜表面に 偏析している窒素原子からの X線スペクトル強度を、 90° の検出角で得られる 膜全体に分散して 、る窒素原子からの X線スぺクトル強度の値で割ったものにな つており、 これを窒素偏析率と定義する。 この値が 1以上の場合には、 表面への 窒素の偏析が生じている。

図 63を参照するに、 酸化膜が紫外光励起酸素ラジカル処理により 7 Aの, に形成されたものの場合， 窒素偏析率が 1以上となり、 窒素原子は当初表面に偏 析し、 図 1中の酸窒化膜 12 Aのような状態になっているものと考えられる。 ま た 90秒間の窒化処理を行つた後では、 膜中にほぼ一様に分布していることがわ 力る。 また他の膜でも、 90秒間の窒化処理で、 窒素原子の膜中の分布はほぼ一 様になることがわかる。

図 64の実験では、 基板処理装置 20において、 前記紫外光ラジカル酸化処理 およびリモートプラズマ窒ィ匕処理を、 10枚のウェハ （ウェハ #1〜ウェハ #1 0) について繰り返し実行した。 図 64は、 このようにして得られた酸窒ィ匕膜の ウェハ毎の膜厚変動を示す。 ただし図 64の結果は、 基板処理装置 20において 紫外線光源 86, 87を駆動して行う紫外光ラジカル酸ィ匕処理の際、 X P S測定 により求めた酸化膜の膜厚が 0. 4 nmになるように酸化膜を形成し、 次いでこ のようにして形成された酸化膜を、 前記リモートプラズマ部 27を駆動して行う 窒化処理により、 窒素原子を約 4 %含む酸窒ィ匕膜に変換した場合についてのもの である。

図 64を参照するに、 縦軸は、 このようにして得られた酸窒化膜にっレヽてェリ プソメトリにより求めた膜厚を示すが、 図 64よりわかるように得られた は ほぼ 8 A (0. 8 nm) で、 一定していることがわかる。

図 65は、 基板処理装置 20により膜厚が 0. 4n mの酸化膜をシリコン基板 上に紫外線光源 86， 87を使つたラジカル酸化処理により形成した後、 これを リモートプラズマ部 27により窒ィ匕した場合の、 窒化による 增を調べた結果 を示す。

図 65を参照するに、 当初 （窒化処理を行う前） Hi?が約 0. 38nmであつ た酸化膜は、窒化処理により 4〜 7 %の窒素原子を導入された時点で膜厚が約 0. 5 nmまで増大しているのがわかる。 一方、 窒化処理により窒素原子を約 15 % 導入した場合には膜厚は約 1. 3 nmまで増大しており、 この場合には導入され た窒素原子が酸化膜を通過してシリコン基板中に侵入し、 窒化膜を形成している ものと考えられる。

図 65中には、 厚さが 0. 4 n mの酸化膜中に窒素を一層分だけ導入した理想 的なモデル構造についての窒素濃度と膜厚との関係を血で示している。

図 65を参照するに、 この理想的なモデル構造では、 窒素原子導入後の膜厚が 約 0. 5nmとなり、その場合の膜厚の增加は約 0. 1 n m，窒素濃度は約 12 % となる。 このモデルを基準とすると、 基板処理装置 20により酸化膜の窒化を行 う場合、 膜厚增は同程度の 0. 1〜0. 2 nmに抑制するのが好ましいことが結 論される。 またその際に膜中に取り込まれる窒素原子の量は、 最大で 12%程度 になると見積もられる。

なお、 以上の説明では、 基板処理装置 20を使って非常に薄いベース酸化膜を 形成する例を説明したが、 本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではな く、 シリコン基板あるいはシリコン層上に高品質の酸化膜、 窒ィヒ膜あるいは酸窒 化膜を、 所望の膜厚に形成するのに適用することが可能である。

以上、 本発明を好ましい実施例について説明したが、 本発明は上記の特定の実 施例に限定されるものではなく、 特許請求の範囲に記載した要旨内において様々 な変形 ·変更が可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 内部に処理空間が画成された処理容器と、

前記処理空間に揷入された被処理基板を所定温度に加熱するヒータ部と、 前記ヒータ部の上方に前記被処理基板を保持する保持部材と、

を備えており、

前記ヒータ部は、 石英により形成された透明ケースの内部に発熱体を収納させ たことを特徴とする基板処理装置。

2 . クレーム 1記載の基板処理装置において、

前記処理容器の内部を減圧すると共に、 前記透明ケースの内部空間を減圧する 減圧手段を備えたことを特徴とする基板処理装置。

3 · クレーム 1記載の基板処理装置において、

前記透明ケースの上面に前記発熱体により加熱される S i C製の加熱板を設け、 該加熱板の上面が前記保持部材に保持された前記被処理基板の下面に近接対向す ることを特徴とする基板処理装置。

4 . クレーム 1記載の基板処理装置において、

前記発熱体は、 被処理基板に

前記保持部材の軸を中心とする円形状に形成された第 1の S i C発熱部と、 前記第 1の発熱部の外周を囲むように形成された第 2、 3の S i C発熱部と、 を有し、

前記第 1の S i C発熱部または前記第 2、 3の S i C発熱部の何れか一方、 あ るいは両方への電源供給を選択的に切り替えることを特徴とする基板処理装置。

5 . クレーム 1記載の基板処理装置において、

前記透明ケースは、 ベース上に設けられ、

前記ベース上に当接する円筒部と、

該円筒部の上面を覆う天板とを有し、

前記ベースとともに内部空間を覆うように形成されたことを特徴とする基板処

6 . クレーム 1記載の基板処理装置において、 前記保持部材は、 透明石英により形成された複数の腕部を有し、

該複数の腕部により前記被処理基板の下面を支持することを特徴とする基板処

7 . クレーム³記載の基板処理装置において、

前記加熱板は、 前記保持部材の複数の腕部に支持された前記被処理基板の下面 に対向するように前記透明ケースの天板に載置されたことを特徴とする基板処理

8 . クレーム 1記載の基板処理装置において、

前記発熱体の下方に前記発熱体からの熱を上方に反射する熱反射部材を設けた ことを特徴とする基板処理装置。

9 . クレーム 8記載の基板処理装置において、

前記熱反射部材は、 前記発熱体の下方に対向した状態でクランプされたことを 特徴とする基板処理装置。

1 0 . クレーム 5記載の基板処理装置において、

前記透明ケースは、 前記円筒部の周方向に沿うように冷却水が供給される水路 を有することを特徴とする基板処理装置。