JP2004119520A - Substrate processing equipment - Google Patents

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堀口　貴弘
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide substrate processing equipment which is capable of depositing a film stably and efficiently on a substrate W. <P>SOLUTION: The substrate processing equipment 20 supports the substrate W as a processing object at a position so as to make it confront a heater unit 24 and keeps the temperature distribution uniform throughout the substrate W by rotating a holding member 120 that holds the substrate W, whereby the substrate W can be restrained from warping. The shaft 120d of the holding member 120 is inserted into the ceramic shaft 126 of a rotary drive unit 28 as it penetrates through the heater unit 24, and the ceramic shaft 126 is supported by a ceramic bearing, whereby the substrate W can be protected against metal contamination. The rotational driving force of a motor 128 is transmitted to the ceramic shaft 126 through the intermediary of a magnet coupling 130. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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、０．１μｍ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。
【０００３】
しかしゲート長が０．１μｍ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、１〜２ｎｍ、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ゲ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。
【０００４】
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、このため実際の膜厚が大きくてもＳｉＯ２膜に換算した場合の膜厚が小さいＴａ２Ｏ５やＡｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２、さらにはＺｒＳｉＯ４あるいはＨｆＳｉＯ４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。このような高誘電体材料を使うことにより、ゲート長が０．１μｍ以下と、非常に短い超高速半導体装置においても１０ｎｍ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。
【０００５】
例えば、従来よりＴａ２Ｏ５膜はＴａ（ＯＣ２Ｈ５）５およびＯ２を気相原料としたＣＶＤ法により形成できることが知られている。典型的な場合、ＣＶＤプロセスは減圧環境下、約４８０°Ｃ、あるいはそれ以上の温度で実行される。このようにして形成されたＴａ２Ｏ５膜は、さらに酸素雰囲気中において熱処理され、その結果、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Ｔａ２Ｏ５膜は大きな比誘電率を示す。
【０００６】
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、１ｎｍ以下、好ましくは０．８ｎｍ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、か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。
【０００７】
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（ＲＴＯ）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１ｎｍ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準位等の欠陥を含みやすく、高誘電体ゲート酸化膜のベース酸化膜としては不適当である。
【０００８】
図１は高誘電体ゲート絶縁膜を有する高速半導体装置１０の概略的な構成を、示す。
【０００９】
図１を参照するに、半導体装置１０はシリコン基板１１上に形成されており、シリコン基板１１上には薄いベース酸化膜１２を介して、Ｔａ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，ＺｒＳｉＯ４，ＨｆＳｉＯ４等の高誘電体ゲート絶縁膜１３が形成され、さらに前記高誘電体ゲート絶縁膜１３上にはゲート電極１４が形成されている。
【００１０】
図１の半導体装置１０では、前記ベース酸化膜層１２の表面部分に、シリコン基板１１とベース酸化膜１２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１２Ａ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い酸窒化膜１２Ａをベース酸化膜１２中に形成することにより、ベース酸化膜１２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。
【００１１】
先にも説明したように、かかる高速半導体装置１０では、前記ベース酸化膜１２の厚さは可能な限り薄いのが好ましい。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−４７６８７号公報（第３頁、図１）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ベース酸化膜１２を１ｎｍ以下、例えば０．８ｎｍ以下、さらには２〜３原子層に対応する０．４ｎｍ前後の厚さで一様に、かつ安定に形成するのは、従来より非常に困難であった。
【００１４】
また、ベース酸化膜１２上に形成される高誘電体ゲート絶縁膜１３の機能を発現させるためには、堆積した高誘電体膜１３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１３に対して行った場合、ベース酸化膜１２の膜厚が増大してしまい、高誘電体ゲート絶縁膜１３を使うことによるゲ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。
【００１５】
このような熱処理に伴うベース酸化膜１２の膜厚の増大は、シリコン基板１１とベース酸化膜１２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１２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１２の熱処理に伴う膜厚増大の問題は、特にベース酸化膜１２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。
【００１６】
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な基板処理装置を提供することを概括的課題とする。
【００１７】
本発明のより具体的な課題は、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、さらにこれを窒化して酸窒化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。
【００１８】
さらに、本発明の他の課題は、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された基板処理装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
【００２０】
上記請求項１記載の発明は、
内部に処理空間が画成された処理容器と、
前記処理空間に挿入された被処理基板を所定温度に加熱するヒータ部と、
前記被処理基板を前記ヒータ部に対向する位置に保持する保持部材と、
前記保持部材の軸の周囲を覆うように形成された隔壁と、
前記隔壁の外側に設けられた駆動側マグネットと前記隔壁の内側に設けられた従動側マグネットとを対向配置させ、前記ヒータ部を貫通する前記保持部材の軸に回転駆動力を伝達するマグネットカップリングと、
前記マグネットカップリングを介して前記保持部材の軸を回転駆動する回転駆動手段と、を備えたことを特徴とする基板処理装置である。
【００２１】
また、請求項２記載の発明は、前記隔壁の内部で前記保持部材の軸をセラミックにより形成された回転軸に挿入し、前記回転軸の外周に従動側マグネットを固定したことを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項３記載の発明は、前記隔壁は、上端が前記ヒータ部の底部に固定された有底筒状に形成され、前記内部に前記回転軸を回転自在に軸承するセラミック製の軸受を保持することを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項４記載の発明は、前記従動側マグネットが密閉されたケースに収納されたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、請求項５記載の発明は、前記処理容器及び前記ヒータ部の内部を減圧にすると共に、前記隔壁に画成された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ものである。
【００２５】
本発明によれば、保持部材の軸を囲む隔壁の外側に設けられた駆動側マグネットと隔壁の内側に設けられた従動側マグネットとを対向配置させたマグネットカップリングを介して保持部材の軸を回転駆動することにより、隔壁によって従動側マグネットによるコンタミネーションを防止すると共に、回転駆動部をコンパクト化して装置の小型化が図れる。さらに、被処理基板を安定に回転させて被処理基板の成膜処理の効率化を図り、生産性を高めることが可能になる。
【００２６】
また、本発明によれば、隔壁の内部で保持部材の軸をセラミックにより形成された回転軸に挿入し、回転軸の外周に従動側マグネットを固定することにより、回転駆動領域における潤滑剤の使用を止めて潤滑剤によるコンタミネーションを防止すると共に、回転部分の耐久性を高めることが可能になる。
【００２７】
また、本発明によれば、隔壁がヒータ部の底部に固定された有底筒状に形成され、隔壁の内部に回転軸を回転自在に軸承するセラミック製の軸受を保持することにより、回転駆動領域における金属によるコンタミネーションを防止すると共に、潤滑剤を使用せずに済み、且つ回転部分の耐久性を高めることができる。
【００２８】
また、本発明によれば、従動側マグネットが密閉されたケースに収納されているので、従動側マグネットから放出されるガスによるコンタミネーションを防止することが可能になる。
【００２９】
また、本発明によれば、処理容器及びヒータ部の内部を減圧にすると共に、隔壁に画成された内部空間を減圧する減圧手段を備えているので、回転駆動領域における潤滑剤によるコンタミネーションを防止することが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
【００３１】
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。
【００３２】
図２乃至図４に示されるように、基板処理装置２０は、後述するように、シリコン基板の紫外光ラジカル酸化処理と、か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化処理とを、連続して行うことができるように構成されている。
【００３３】
基板処理装置２０の主要構成は、内部に処理空間が画成された処理容器２２と、処理容器２２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２４と、処理容器２２の上部に搭載された紫外線照射部２６と、窒素ラジカルを供給するリモートプラズマ部２７と、被処理基板を回転させる回転駆動部２８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３０と、処理容器２２の内部を減圧するための排気経路３２と、処理容器２２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３４とからなる。
【００３４】
また、基板処理装置２０は、上記各主要構成部を支持するためのフレーム３６を有する。フレーム３６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３８と、底部フレーム３８の後部より垂直方向に起立された垂直フレーム４０，４１と、垂直フレーム４０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４２と、垂直フレーム４０，４１の上端部より水平方向に横架された上部フレーム４４とから構成されている。
【００３５】
底部フレーム３８には、冷却水供給部４６、電磁弁からなる排気用バルブ４８ａ，４８ｂ、ターボ分子ポンプ５０、真空管路５１、紫外線照射部２６の電源ユニット５２、リフタ機構３０の駆動部１３６、ガス供給部３４などが搭載されている。
【００３６】
垂直フレーム４０の内部には、各種ケーブルが挿通されるケーブルダクト４０ａが形成されている。また、垂直フレーム４１の内部には、排気ダクト４１ａが形成されている。さらに、垂直フレーム４０の中間部に固定されたブラケット５８には、緊急停止スイッチ６０が取り付けられ、垂直フレーム４１の中間部に固定されたブラケット６２には、冷却水による温度調整を行う温度調整器６４が取り付けられている。
【００３７】
中間フレーム４２には、上記処理容器２２、紫外線照射部２６、リモートプラズマ部２７、回転駆動部２８、リフタ機構３０、ＵＶランプコントローラ５７が支持されている。また、上部フレーム４４には、ガス供給部３４から引き出された複数のガス管路５８が連通されたガスボックス６６、イオンゲージコントローラ６８、圧力制御を行うＡＰＣコントローラ７０、ターボ分子ポンプ５０を制御するＴＭＰコントローラ７２などが搭載されている。
【００３８】
図５は処理容器２２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２２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２２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は排気経路３２の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【００３９】
図５乃至図７に示されるように、処理容器２２の後部下方には、処理容器２２内部のガスを排気する排気経路３２が設けられている。この排気経路３２は、横幅寸法が処理容器２２の内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７４と連通するように取り付けられている。
【００４０】
このように、排気口７４が処理容器２２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２２の前部２２ａ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２２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３２へ効率良く排気される。
【００４１】
図８（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、排気経路３２は、排気口７４に連通される長方形状の開口部３２ａと、開口部３２ａの左右側面が下方に向けてテーパ状に傾斜したテーパ部３２ｂと、テーパ部３２ｂの下端で通路面積が絞られた底部３２ｃと、底部３２ｃから前方に突出するＬ字状の主排気管３２ｄと、主排気管３２ｄの下端に開口する排出口３２ｅと、テーパ部３２ｂの下部３２ｆに開口するバイパス用排出口３２ｇとを有する。排出口３２ｅは、ターボ分子ポンプ５０の吸気口に連通される。また、バイパス用排出口３２ｇは、バイパス管路５１ａに連通される。
【００４２】
図５乃至図７に示されるように、処理容器２２の排気口７４から排出されたガスは、ターボ分子ポンプ５０の吸引力により長方形状に形成された開口部３２ａから流入してテーパ部３２ｂを通過して底部３２ｃに至り、主排気管３２ｄ及び排出口３２ｅを介してターボ分子ポンプ５０に導かれる。
【００４３】
ターボ分子ポンプ５０の吐出管５０ａは、バルブ４８ａを介して真空管路５１に連通されている。そのため、処理容器２２の内部に充填されたガスは、バルブ４８ａが開弁されると、ターボ分子ポンプ５０を介して真空管路５１へ排出される。また、排気経路３２のバイパス用排出口３２ｇには、バイパス管路５１ａが接続されており、このバイパス管路５１ａは、バルブ４８ｂの開弁により真空管路５１と連通される。
【００４４】
ここで、本発明の要部を構成する処理容器２２及びその周辺機器の構成について説明する。
【００４５】
〔処理容器２２の構成〕
図９は処理容器２２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１０は蓋部材８２を外した処理容器２２の内部を上方からみた平面図である。
図９及び図１０に示されるように、処理容器２２は、チャンバ８０の上部開口を蓋部材８２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）８４になっている。
【００４６】
処理容器２２は、前部２２ａにガスが供給される供給口２２ｇが形成され、後部２２ｂに搬送口９４が形成されている。供給口２２ｇには、後述するガス噴射ノズル部９３が設けられ、搬送口９４には後述するゲートバルブ９６が連通される。
【００４７】
図１１は処理容器２２の平面図である。図１２は処理容器２２の正面図である。図１３は処理容器２２の底面図である。図１４は図１２中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。図１５は処理容器２２の右側面図である。図１６は処理容器２２の左側面図である。
【００４８】
図１１乃至図１６に示されるように、処理容器２２の底部２２ｃには、ヒータ部２４が挿入される開口７３と、前述した長方形状に開口した排気口７４とが設けられている。排気口７４には、前述した排気経路３２が連通される。尚、チャンバ８０及び蓋部材８２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。
【００４９】
また、処理容器２２の右側面２２ｅには、プロセス空間８４を覗くための第１、第２の窓７５，７６と、プロセス空間８４の温度を測定するためのセンサユニット７７が取り付けられている。
【００５０】
本実施例では、右側面２２ｅの中央より左側に楕円形に形成された第１の窓７５が配置され、右側面２２ｅの中央より右側に円形に形成された第２の窓７６が配置されているので、両方向からプロセス空間８４に保持された被処理基板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。
【００５１】
尚、窓７５，７６は、熱電対などの温度測定器具を挿入する場合に処理容器２２から外すことが可能な構成になっている。
【００５２】
また、処理容器２２の左側面２２ｄには、プロセス空間８４の圧力を測定するためのセンサユニット８５が取り付けられている。このセンサユニット８５には、測定レンジの異なる３個の圧力計８５ａ〜８５ｃが設けられており、プロセス空間８４の圧力変化を高精度に測定することが可能である。
【００５３】
また、プロセス空間８４を形成する処理容器２２の内壁の四隅には、Ｒ形状に形成された湾曲部２２ｈが設けられており、この湾曲部２２ｈにより応力集中を回避すると共に、ガス噴射ノズル部９３から噴射されたガス流が安定化するように作用する。
【００５４】
〔紫外線照射部２６の構成〕
図８乃至図１１に示されるように、紫外線照射部２６は、蓋部材８２の上面に取り付けられている。この紫外線照射部２６の筐体２６ａ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）８６，８７が所定間隔で平行に配置されている。
【００５５】
この紫外線光源８６，８７は、波長が１７２ｎｍの紫外線を発光する特性を有しており、蓋部材８２に形成された横方向に延在形成された長方形状の開口８２ａ，８２ｂを介してプロセス空間８４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８４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。
【００５６】
また、直線状に延在する紫外線光源８６，８７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８６，８７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っている。
【００５７】
そのため、紫外線光源８６，８７の駆動パワーをＵＶランプコントローラ５７の制御により最適化することにより、被処理基板Ｗ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。
【００５８】
尚、かかる駆動パワーの最適値は、紫外線光源８６，８７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。
【００５９】
また、被処理基板Ｗと紫外線光源８６，８７の円筒形状の円筒芯の中心との距離は、例えば、５０〜３００ｍｍに設定されており、望ましくは１００〜２００ｍｍ程度が良い。
【００６０】
図１７は紫外線光源８６，８７の取付構造を拡大して示す縦断面図である。
図１７に示されるように、紫外線光源８６，８７は、紫外線照射部２６の筐体２６ａの底部開口２６ｂに対向する位置に保持されている。そして、底部開口２６ｂは、プロセス空間８４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８６，８７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。
【００６１】
底部開口２６ｂの周縁部２６ｃには、透明な石英により形成された透明窓８８が取り付けられている。透明窓８８は、紫外線光源８６，８７から照射された紫外線をプロセス空間８４に透過する共に、プロセス空間８４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。
【００６２】
また、透明窓８８の下面周縁部には、底部開口２６ｂの周縁部２６ｃの溝内に装着されたシール部材（Ｏリング）８９が当接するシール面８８ａが形成されている。このシール面８８ａは、シール部材８９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８９の材質が分解せず、劣化を防止してシール性能を確保すると共に、シール部材８９の材質がプロセス空間８４に侵入することを防止する。
【００６３】
また、透明窓８８の上面周縁部には、ステンレス製のカバー８８ｂが当接しており、透明窓８８を締結部材９１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８８が破損することを防止する。
【００６４】
また、本実施例では、紫外線光源８６，８７及び透明窓８８がガス噴射ノズル部９３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８６，８７及び透明窓８８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。
【００６５】
〔ガス噴射ノズル部９３の構成〕
図９及び図１０に示されるように、処理容器２２は、前部２２ａに開口する供給口２２ｇに窒素ガスまたは酸素ガスをプロセス空間８４内部に噴射するガス噴射ノズル部９３が設けられている。このガス噴射ノズル部９３は、後述するようにプロセス空間８４の横幅方向に複数の噴射口９３ａが一列に配置されており、複数の噴射口９３ａ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８４の内部に安定した流れを発生させる。
【００６６】
尚、プロセス空間８４を閉塞する蓋部材８２の下面と被処理基板Ｗとの距離は、例えば、５〜１００ｍｍに設定されており、望ましくは２５〜８５ｍｍ程度が良い。
【００６７】
〔ヒータ部２４の構成〕
図９及び図１０に示されるように、ヒータ部２４は、アルミ合金製のベース１１０と、ベース１１０上に固定された透明な石英ベルジャ１１２と、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３に収納されたＳｉＣヒータ１１４と、不透明石英により形成された熱反射部材（リフレクタ）１１６と、石英ベルジャ１１２の上面に載置されＳｉＣヒータ１１４により加熱されるＳｉＣサセプタ（加熱部材）１１８と、を備えた構成である。
【００６８】
そのため、ＳｉＣヒータ１１４及び熱反射部材１１６は、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３に隔離されており、プロセス空間８４でのコンタミネーションが防止される。また、洗浄工程においては、プロセス空間８４内に露出されたＳｉＣサセプタ１１８のみを洗浄すれば良いので、ＳｉＣヒータ１１４及び熱反射部材１１６を洗浄する手間を省略することが可能になる。
【００６９】
被処理基板Ｗは、保持部材１２０によりＳｉＣサセプタ１１８の上方に対向するように保持される。一方、ＳｉＣヒータ１１４は、熱反射部材１１６の上面に載置されており、ＳｉＣヒータ１１４の発熱は、ＳｉＣサセプタ１１８に放射されると共に、熱反射部材１１６で反射された熱もＳｉＣサセプタ１１８に放射される。尚、本実施例のＳｉＣヒータ１１４は、ＳｉＣ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。
【００７０】
ＳｉＣサセプタ１１８は、熱伝導率が良いので、ＳｉＣヒータ１１４からの熱を被処理基板Ｗ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。
【００７１】
〔回転駆動部２８の構成〕
図９及び図１０に示されるように、回転駆動部２８は、ＳｉＣ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１２４内で保持部材１２０の軸１２０ｄ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ップリング１３０とから構成されている。
【００７２】
回転駆動部２８においては、保持部材１２０の軸１２０ｄが石英ベルジャ１１２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１２８の回転軸との間がマグネットカップリング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。
【００７３】
保持部材１２０は、軸１２０ｄ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１２０ａ〜１２０ｃを有する。被処理基板Ｗは、保持部材１２０の腕部１２０ａ〜１２０ｃ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基板Ｗ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ＳｉＣ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。
【００７４】
〔リフタ機構３０の構成〕
図９及び図１０に示されるように、リフタ機構３０は、チャンバ８０の下方、且つ石英ベルジャ１１２の側方に設けられ、チャンバ８０内に挿入された昇降アーム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１３４の上端が結合された結合部１３２ａと、ＳｉＣサセプタ１１８の外周を囲む環状部１３２ｂとを有する。そして、昇降アーム１３２には、環状部１３２ｂの内周より中心に延在する３本の当接ピン１３８ａ〜１３８ｃが周方向に１２０度間隔で設けられている。
【００７５】
当接ピン１３８ａ〜１３８ｃは、ＳｉＣサセプタ１１８の外周から中心に向かって延在形成された溝１１８ａ〜１１８ｃに嵌合する位置に降下しており、昇降アーム１３２が上昇することによりＳｉＣサセプタ１１８の上方に移動する。また、当接ピン１３８ａ〜１３８ｃは、ＳｉＣサセプタ１１８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１２０の腕部１２０ａ〜１２０ｃと干渉しないように配置されている。
【００７６】
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１３８ａ〜１３８ｃを被処理基板Ｗの下面に当接させて被処理基板Ｗを保持部材１２０の腕部１２０ａ〜１２０ｃより持ち上げる。これにより、搬送ロボット９８のロボットハンドは、被処理基板Ｗ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。
【００７７】
〔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、石英ベルジャ１１２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。
【００７８】
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及び蓋部材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っ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。
【００７９】
〔リモートプラズマ部２７の構成〕
図９及び図１０に示されるように、プロセス空間８４に窒素ラジカルを供給するリモートプラズマ部２７は、処理容器２２の前部２２ａに取り付けられており、供給管路９０を介して処理容器２２の供給口９２に連通されている。
【００８０】
このリモートプラズマ部２７では、Ａｒ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化することにより、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ルは、被処理基板Ｗの表面に沿って流れ、基板表面を窒化する。
【００８１】
また、窒素ガスの他に、Ｏ２，ＮＯ，Ｎ２Ｏ，ＮＯ２，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。
【００８２】
〔ゲートバルブ９６の構成〕
図９及び図１０に示されるように、処理容器２２の後部には、被処理基板Ｗを搬送するための搬送口９４が設けられている。この搬送口９４は、ゲートバルブ９６により閉塞されており、被処理基板Ｗを搬送するときのみゲートバルブ９６の開動作により開放される。
【００８３】
ゲートバルブ９６の後方には、搬送ロボット９８が設けられている。そして、ゲートバルブ９６の開動作に合わせて搬送ロボット９８のロボットハンドが搬送口９４よりプロセス空間８４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９３の構成について詳細に説明する。
図１８はガス噴射ノズル部９３の構成を拡大して示す縦断面図である。図１９はガス噴射ノズル部９３の構成を拡大して示す横断面図である。図２０はガス噴射ノズル部９３の構成を拡大して示す正面図である。
【００８４】
図１８乃至図２０に示されるように、ガス噴射ノズル部９３は、前面中央に上記リモートプラズマ部２７の供給管路９０が連通される連通孔９２を有し、連通孔９２の上方に複数の噴射孔９３ａ１〜９３ａｎが横方向に一列に配設されたノズル板９３ｂ１〜９３ｂ３が取り付けられている。噴射孔９３ａ１〜９３ａｎは、例えば、直径１ｍｍの小孔であり、１０ｍｍ間隔で設けられている。
【００８５】
また、本実施例では、小孔からなる噴射孔９３ａ１〜９３ａｎ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。
【００８６】
また、ノズル板９３ｂ１〜９３ｂ３は、ガス噴射ノズル部９３の壁面に締結されている。そのため、噴射孔９３ａ１〜９３ａｎから噴射されたガスは、ガス噴射ノズル部９３の壁面より前方に流れる。
【００８７】
例えば、噴射孔９３ａ１〜９３ａｎ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９３ａ１〜９３ａｎ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８４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。
【００８８】
しかしながら、本実施例では、噴射孔９３ａ１〜９３ａｎがガス噴射ノズル部９３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、被処理基板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。
【００８９】
また、各ノズル板９３ｂ１〜９３ｂ３に対向する内壁には、ガス溜まりとして機能する凹部９３ｃ１〜９３ｃ３が形成されている。この凹部９３ｃ１〜９３ｃ３が噴射孔９３ａ１〜９３ａｎの上流に設けられているので、各噴射孔９３ａ１〜９３ａｎから噴射されるガスの夫々の流速を平均化にすることができる。これにより、プロセス空間８４の全域における流速を平均化することが可能になる。
【００９０】
さらに、各凹部９３ｃ１〜９３ｃ３は、ガス噴射ノズル部９３を貫通するガス供給孔９３ｄ１〜９３ｄ３が連通されている。尚、中央のガス供給孔９３ｄ２は、連通孔９２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。
【００９１】
そして、中央のガス供給孔９３ｄ２には、第１のマスフローコントローラ９７ａによって流量制御されたガスがガス供給管路９９２を介して供給される。また、ガス供給孔９３ｄ２の左右に配置されたガス供給孔９３ｄ１，９３ｄ３には、第２のマスフローコントローラ９７ｂによって流量制御されたガスがガス供給管路９９１，９９３を介して供給される。
【００９２】
また、第１のマスフローコントローラ９７ａ及び第２のマスフローコントローラ９７ｂは、ガス供給管路９９４，９９５を介してガス供給部３４と接続されており、ガス供給部３４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。
【００９３】
第１のマスフローコントローラ９７ａ及び第２のマスフローコントローラ９７ｂから供給されたガスは、ガス供給管路９９１〜９９３を介してガス供給孔９３ｄ１〜９３ｄ３に至り、各凹部９３ｃ１〜９３ｃ３に充填された後、噴射孔９３ａ１〜９３ａｎからプロセス空間８４に向けて噴射される。
【００９４】
プロセス空間８４内のガスは、処理容器２２の前部２２ａの横幅方向に延在する各ノズル板９３ｂ１〜９３ｂ３の噴射孔９３ａ１〜９３ａｎからプロセス空間８４の全幅に向かって噴射されるため、プロセス空間８４の全域で一定流速（層流）で処理容器２２の後部２２ｂ側へ流れる。
【００９５】
さらに、処理容器２２の後部２２ｂ側には、後部２２ｂの横幅方向に延在する長方形状の排気口７４が開口しているため、プロセス空間８４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３２へ排気される。
【００９６】
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９７ａと第２のマスフローコントローラ９７ｂとで異なる流量制御することも可能である。
【００９７】
これにより、プロセス空間８４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８４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９７ａと第２のマスフローコントローラ９７ｂ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９７ａ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９７ｂにより酸素ガスの流量制御を行うことも可能である。
【００９８】
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。
【００９９】
（２）ここで、ヒータ部２４の構成について詳細に説明する。
図２１はヒータ部２４の構成を拡大して示す縦断面図である。図２２はヒータ部２４を拡大して示す底面図である。
【０１００】
図２１及び図２２に示されるように、ヒータ部２４は、アルミ合金製のベース１１０に石英ベルジャ１１２を載置し、処理容器２２の底部２２ｃにフランジ１４０を介して固定される。そして、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３には、ＳｉＣヒータ１１４及び熱反射部材１１６が収納される。そのため、ＳｉＣヒータ１１４及び熱反射部材１１６は、処理容器２２のプロセス空間８４から隔離されており、プロセス空間８４のガスと接触せず、コンタミネーションが生じない構成になっている。
【０１０１】
ＳｉＣサセプタ１１８は、ＳｉＣヒータ１１４と対向するように石英ベルジャ１１２上に載置されており、パイロメータ１１９によって温度が測定される。このパイロメータ１１９は、ＳｉＣサセプタ１１８が加熱されるのに伴って生じる焦電効果（パイロ電気効果）によりＳｉＣサセプタ１１８の温度を測定するものであり、制御回路では、パイロメータ１１９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ＳｉＣヒータ１１４の発熱量を制御する。
【０１０２】
また、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３は、後述するように処理容器２２のプロセス空間８４を減圧するとき、プロセス空間８４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、石英ベルジャ１１２は、減圧工程時の圧力差を考慮して肉厚（例えば３０ｍｍ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。
【０１０３】
ベース１１０は、円盤状に形成されており、中央に保持部材１２０の軸１２０ｄが挿通される中央孔１４２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１４４が設けられている。ベース１１０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１４４に冷却水を流すことにより、冷却される。
【０１０４】
また、フランジ１４０は、ベース１１０と処理容器２２の底部２２ｃとの間に介在する第１のフランジ１４６と、第１のフランジ１４６の内周に嵌合する第２のフランジ１４８とを組み合わせた構成である。第１のフランジ１４６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１５０が設けられている。
【０１０５】
上冷却水供給部４６から供給された冷却水は、上記水路１４４及び１５０を流れることにより、ＳｉＣヒータ１１４の発熱により加熱されたベース１１０及びフランジ１４０を冷却してベース１１０及びフランジ１４０の熱膨張を抑える。
【０１０６】
また、ベース１１０の下面には、水路１４４に冷却水を流入させる第１の流入管路１５２が連通される第１の流入口１５４と、水路１４４を通過した冷却水を排出する流出管路１５６が連通される第１の流出口１５８とが設けられている。さらに、ベース１１０の下面の外周近傍には、第１のフランジ１４６に締結されるボルト１６０を挿通するための取付孔１６２が周方向に複数（例えば、８〜１２箇所程度）設けられている。
【０１０７】
また、ベース１１０下面の半径方向上の中間位置付近には、ＳｉＣヒータ１１４の温度を測定するための熱電対からなる温度センサ１６４と、ＳｉＣヒータ１１４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）１６６ａ〜１６６ｆが設けられている。尚、ＳｉＣヒータ１１４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１６６ａ〜１６６ｆは各領域に電源を供給する＋側端子、−側端子として設けられている。
【０１０８】
また、フランジ１４０の下面には、水路１５０に冷却水を流入させる第２の流入管路１６８が連通される第２の流入口１７０と、水路１５０を通過した冷却水を排出する流出管路１７２が連通される第２の流出口１７４とが設けられている。
【０１０９】
図２３は第２の流入口１７０及び第２の流出口１７４の取付構造を拡大して示す縦断面図である。図２４はフランジ１４０の取付構造を拡大して示す縦断面図である。
【０１１０】
図２３に示されるように、第１のフランジ１４６には、第２の流入口１７０が連通されたＬ字状の連通孔１４６ａが設けられている。この連通孔１４６ａの端部は、水路１５０に連通されている。また、第２の流出口１７４も上記第２の流入口１７０と同様な構成で水路１５０に連通されている。
【０１１１】
水路１５０は、フランジ１４０の内部に周方向に延在形成されているため、フランジ１４０を冷却することにより、第１のフランジ１４６の段部１４６ｂとベース１１０との間で挟持された石英ベルジャ１１２の鍔部１１２ａの温度も間接的に冷却している。これにより、石英ベルジャ１１２の鍔部１１２ａが半径方向に熱膨張することを抑制することができる。
【０１１２】
図２３及び図２４に示されるように、石英ベルジャ１１２の鍔部１１２ａの下面には、複数の位置決め孔１７８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１７８は、ベース１１０の上面に螺入されたピン１７６が嵌合する孔であるが、熱膨張率の大きいベース１１０が半径方向に熱膨張したときに鍔部１１２ａに負荷がかからないようにピン１７６の外径よりも大径に形成されている。すなわち、ピン１７６と位置決め孔１７８とのクリアランス分だけ石英ベルジャ１１２の鍔部１１２ａに対するベース１１０の熱膨張が許容される。
【０１１３】
また、石英ベルジャ１１２の鍔部１１２ａは、第１のフランジ１４６の段部１４６ｂ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１１０の熱膨張が許容される。
【０１１４】
石英ベルジャ１１２の鍔部１１２ａの下面は、ベース１１０の上面に装着されたシール部材（Ｏリング）１８０によってシールされ、石英ベルジャ１１２の鍔部１１２ａの上面は、第１のフランジ１４６に装着されたシール部材（Ｏリング）１８２によってシールされる。
【０１１５】
さらに、第１のフランジ１４６及び第２のフランジ１４８の上面は、処理容器２２の底部２２ｃに装着されたシール部材（Ｏリング）１８４，１８６によってシールされる。また、第２のフランジ１４８の下面は、ベース１１０の上面に装着されたシール部材（Ｏリング）１８８によってシールされる。
【０１１６】
このように、ベース１１０とフランジ１４０との間、及びフランジ１４０と処理容器２２の底部２２ｃ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ってシールすることができるので、処理容器２２とヒータ部２４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。
【０１１７】
例えば、石英ベルジャ１１２が割れた場合、あるいは鍔部１１２ａにひび割れが生じた場合、鍔部１１２ａよりも外側に配置されたシール部材１８０によって石英ベルジャ１１２内部の気密性が確保され、処理容器２２内のガスが外部に流出することが阻止される。
【０１１８】
あるいは、ヒータ部２４に近い方のシール部材１８０，１８２が劣化した場合でも、ヒータ部２４よりも離れた位置に装着された外側のシール部材１８６，１８８によって処理容器２２とベース１１０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。
【０１１９】
図２１に示されるように、ＳｉＣヒータ１１４は、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３において、熱反射部材１１６の上面に載置されており、且つベース１１０の上面に起立する複数のクランプ機構１９０によって所定高さに保持されている。
【０１２０】
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１９０ａと、外筒１９０ａを貫通してＳｉＣヒータ１１４の上面に当接する軸１９０ｂと、軸１９０ｂに対して外筒１９０ａを押圧するコイルバネ１９２とを有する。
【０１２１】
そして、クランプ機構１９０は、コイルバネ１９２のバネ力でＳｉＣヒータ１１４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ＳｉＣヒータ１１４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、上記コイルバネ１９２のバ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、ＳｉＣヒータ１１４及び熱反射部材１１６はがたつきの無い安定状態に保持される。
【０１２２】
また、各クランプ機構１９０は、ベース１１０に対してＳｉＣ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ＳｉＣ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。
【０１２３】
さらに、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３には、ＳｉＣヒータ１１４の各端子とベース１１０に挿通された電源ケーブル接続用端子１６６ａ〜１６６ｆとを電気的に接続するための接続部材１９４ａ〜１９４ｆ（但し、図２１には接続部材１９４ａ，１９４ｃが図示してある）取り付けられている。
【０１２４】
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の挿通孔１１６ａ及びＳｉＣヒータ１１４の挿通孔１１４ｅに挿通された軸１９０ｂの上端に螺入されたナット１９３を締め付けることで、ワッシャ１９５を介してＬ字状ワッシャ１９７，１９９を軸方向に押圧してＳｉＣヒータ１１４を挟持する。
【０１２５】
ＳｉＣヒータ１１４は、挿通孔１１４ｅにＬ字状ワッシャ１９７，１９９の円筒部１９７ａ、１９９ａが挿入され、円筒部１９７ａ，１９９ａ内にクランプ機構１９０の軸１９０ｂが挿通される。そして、Ｌ字状ワッシャ１９７，１９９の鍔部１９７ｂ，１９９ｂがＳｉＣヒータ１１４の上面，下面に当接する。
【０１２６】
クランプ機構１９０の軸１９０ｂは、上記コイルバネ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１９０ａは、上記コイルバネ１９２のバネ力により上方に付勢されている。このように、コイルバネ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ＳｉＣ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。
【０１２７】
ＳｉＣヒータ１１４の挿通孔１１４ｅは、Ｌ字状ワッシャ１９７ａ，１９７ｂの円筒部１９７ｃ、１９７ｄ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、ＳｉＣヒータ１１４の発熱によって生じる熱膨張により挿通孔１１４ｅと軸１９０ｂとの位置が相対変位した場合、挿通孔１１４ｅはＬ字状ワッシャ１９７，１９９の鍔部１９７ｂ，１９９ｂ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。
【０１２８】
（３）ここで、ＳｉＣヒータ１１４について説明する。
図２６に示されるように、ＳｉＣヒータ１１４は、中心部に円形状に形成された第１の発熱部１１４ａと、第１の発熱部１１４ａ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１１４ｂ，１１４ｃとから構成されている。また、ＳｉＣヒータ１１４の中心には、保持部材１２０の軸１２０ｄが挿通される挿通孔１１４ｄが設けられている。
【０１２９】
発熱部１１４ａ〜１１４ｃ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によって設定された任意の温度に制御される。ヒータ制御回路１９６では、電源２００から発熱部１１４ａ〜１１４ｃに供給される電圧を制御することによりＳｉＣヒータ１１４から放射される発熱量を制御する。
【０１３０】
また、発熱部１１４ａ〜１１４ｃ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１１４ａ〜１１４ｃの容量（２ＫＷ）が同一になるように抵抗が設定されている。
【０１３１】
ヒータ制御回路１９６は、発熱部１１４ａ〜１１４ｃを同時に通電して発熱させる制御方法Ｉと、被処理基板Ｗの温度分布状況に応じて中心の第１の発熱部１１４ａあるいは外側の第２、第３の発熱部１１４ｂ，１１４ｃの何れか一方を発熱させる制御方法ＩＩと、被処理基板Ｗの温度変化に応じて発熱部１１４ａ〜１１４ｃを同時に発熱させたり、第１の発熱部１１４ａあるいは第２、第３の発熱部１１４ｂ，１１４ｃ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。
【０１３２】
被処理基板Ｗ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１１４ａ〜１１４ｃ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。しかしながら、本実施例では、ＳｉＣヒータ１１４は、熱伝導率が良いＳｉＣ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ＳｉＣヒータ１１４からの熱で加熱され、被処理基板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、被処理基板Ｗが反ることを防止する。
【０１３３】
（４）ここで、石英ベルジャ１１２の構成について詳細に説明する。
図２７は石英ベルジャ１１２の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。図２８は石英ベルジャ１１２の構成を示す図であり、（Ａ）は上方からみた斜視図、（Ｂ）は下方からみた斜視図である。
【０１３４】
図２７（ａ）（ｂ）及び図２８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、石英ベルジャ１１２は、透明な石英により形成されており、前述した鍔部１１２ａの上方に形成された円筒部１１２ｂと、円筒部１１２ｂの上方を覆う天板１１２ｃと、天板１１２ｃの中央より下方に延在する中空部１１２ｄと、鍔部１１２ａ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１１２ｅとを有する。
【０１３５】
鍔部１１２ａ及び天板１１２ｃは、荷重を受けるので、円筒部１１２ｂよりも厚く形成されている。また、石英ベルジャ１１２は、縦方向に延在する中空部１１２ｄと横方向に延在する梁部１１２ｅ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。
【０１３６】
また、梁部１１２ｅの中間位置には、中空部１１２ｄの下端部分が結合されており、中空部１１２ｄ内の挿通孔１１２ｆは梁部１１２ｅも貫通している。この挿通孔１１２ｆには、保持部材１２０の軸１２０ｄが挿通される。
【０１３７】
そして、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３には、前述したＳｉＣヒータ１１４及び熱反射部材１１６が挿入される。また、ＳｉＣヒータ１１４及び熱反射部材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１１２ｅを避けて内部空間１１３に挿入された後に組み立てられる。
【０１３８】
さらに、石英ベルジャ１１２の天板１１２ｃには、ＳｉＣサセプタ１１８を支持するためのボス１１２ｇ〜１１２ｉが３箇所（１２０度間隔）に突出している。そのため、ボス１１２ｇ〜１１２ｉに支持されたＳｉＣサセプタ１１８は、天板１１２ｃ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ＳｉＣサセプタ１１８が下方に変動した場合でも、天板１１２ｃに接触することが防止される。
【０１３９】
また、石英ベルジャ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５０Ｔｏｒｒ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、石英ベルジャ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１１２ｃの厚さを６〜１０ｍｍ程度に薄くすることができるので、石英ベルジャ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、本実施例の石英ベルジャ１１２は、１００Ｔｏｒｒの圧力に耐える強度を有するように設計されている。
【０１４０】
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４８ａの開弁により排気口７４に連通された排気経路３２を介してターボ分子ポンプ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（ＭＢＰ）２０１に連通されている。
【０１４１】
石英ベルジャ１１２の内部空間１１３は、排気管路２０２を介してバイパス管路５１ａ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、排気管路２０４を介してバイパス管路５１ａに接続されている。
【０１４２】
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、石英ベルジャ１１２の内部空間１１３を減圧する際に開弁されるバルブ２０６とが設けられている。また、バイパス管路５１ａには、前述したようにバルブ４８ｂが設けられ、且つバルブ４８ｂ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バルブ２１０と、バルブ４８ｂ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。
【０１４３】
また、ターボ分子ポンプ５０の排気側には、開閉用のバルブ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Ｎ２ラインがターボ分子ポンプ５０に連通されたターボ管路２１６には、逆止弁２１８、絞り２２０、バルブ２２２が設けられている。
【０１４４】
尚、上記バルブ２０６，２１０、２１２、２２２は、電磁弁からなり、制御回路からの制御信号により開弁する。
【０１４５】
上記のように構成された減圧システムでは、処理容器２２、石英ベルジャ１１２、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。
【０１４６】
まず、石英ベルジャ１１２の排気管路２０２に設けられたバルブ２０６を開弁することで石英ベルジャ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ベルジャ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。
【０１４７】
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２１１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５１ａに設けられたバルブ４８ｂを開弁させて排気流量を段階的に増大させる。
【０１４８】
また、圧力計２０５により測定された石英ベルジャ１１２の圧力と、センサユニット８５の圧力計８５ａ〜８５ｃ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５０Ｔｏｒｒ以下であるとき、バルブ４８ｂを開弁させる。これにより、減圧工程において、石英ベルジャ１１２にかかる内外の圧力差を緩和して石英ベルジャ１１２に不要な応力が作用しないように減圧工程を行う。
【０１４９】
そして、所定時間経過後にバルブ４８ａ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増大させて処理容器２２、石英ベルジャ１１２、回転駆動部２８の内部を真空になるまで減圧する。
【０１５０】
（５）ここで、上記保持部材１２０の構成について説明する。
図３０は保持部材１２０の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【０１５１】
図３０（Ａ）（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１２０ａ〜１２０ｃと、腕部１２０ａ〜１２０ｃが結合された軸１２０ｄとから構成されている。腕部１２０ａ〜１２０ｃは、プロセス空間８４におけるコンタミネーションを防止し、且つＳｉＣ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１２０ｄ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。
【０１５２】
さらに、腕部１２０ａ〜１２０ｃの長手方向の中間位置には、被処理基板Ｗの下面に当接するボス１２０ｅ〜１２０ｇが突出している。そのため、被処理基板Ｗは、ボス１２０ｅ〜１２０ｇが当接する３点で支持される。
【０１５３】
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、ＳｉＣ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。尚、ＳｉＣサセプタ１１８と被処理基板Ｗとの離間距離は、例えば、１〜２０ｍｍであり、望ましくは３〜１０ｍｍ程度が良い。
【０１５４】
すなわち、被処理基板Ｗは、ＳｉＣ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ＳｉＣサセプタ１１８に載置される場合よりもＳｉＣサセプタ１１８からの熱が均一に放射され、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。
【０１５５】
被処理基板Ｗは、ＳｉＣ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ＳｉＣ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。
【０１５６】
また、保持部材１２０の軸１２０ｄは、不透明石英により棒状に形成されており、上記ＳｉＣサセプタ１１８及び石英ベルジャ１１２の挿通孔１１２ｆに挿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ョンのおそれがない。
【０１５７】
（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。
【０１５８】
図３１及び図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２８を支持するためのホルダ２３０が締結されている。このホルダ２３０には、回転位置検出機構２３２と、ホルダ冷却機構２３４とが設けられている。
【０１５９】
さらに、ホルダ２３０の下方には、保持部材１２０の軸１２０ｄが挿通固定されたセラミック軸１２６が挿入されており、セラミック軸１２６を回転可能に支持するセラミック軸受２３６，２３７を保持する固定側のケーシング１２２がボルト２４０により固定されている。
【０１６０】
ケーシング１２２内においては、回転部分がセラミック軸１２６とセラミック軸受２３６，２３７とから構成されているので、金属のコンタミネーションが防止されている。
【０１６１】
ケーシング１２２は、ボルト２４０が挿通されるフランジ２４２と、フランジ２３８より下方に延在形成された有底筒状の隔壁２４４とを有する。隔壁２４４の外周面には、前述した減圧システムの排気管路２０４が連通される排気ポート２４６が設けられており、ケーシング１２２の内部空間１２４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８４内のガスが保持部材１２０の軸１２０ｄに沿って外部に流出することが防止される。
【０１６２】
さらに、内部空間１２４には、マグネットカップリング１３０の従動側マグネット２４８が収納されている。この従動側マグネット２４８は、コンタミネーションを防止するため、セラミック軸１２６の外周に嵌合されたマグネットカバー２５０に覆われており、内部空間１２４内の気体と接触しないように取り付けられている。
【０１６３】
マグネットカバー２５０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、マグネットカバー２５０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。
【０１６４】
さらに、ケーシング１２２の外周には、筒状に形成された大気側回転部２５２が嵌合するように設けられており、軸受２５４，２５５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２５２の内周には、マグネットカップリング１３０の駆動側マグネット２５６が取り付けられている。
【０１６５】
大気側回転部２５２は、下端部２５２ａが伝達部材２５７を介してモータ１２８の駆動軸１２８ａが結合されている。そのため、モータ１２８の回転駆動力は、大気側回転部２５２に設けられた駆動側マグネット２５６とケーシング１２２の内部に設けられた従動側マグネット２４８との間の磁力を介してセラミック軸１２６に伝達され、保持部材１２０及び被処理基板Ｗに伝達される。
【０１６６】
また、大気側回転部２５２の外側には、大気側回転部２５２の回転を検出する回転検出ユニット２５８が設けられている。この回転検出ユニット２５８は、大気側回転部２５２の下端部外周に取り付けられた円盤状のスリット板２６０，２６１と、スリット板２６０，２６１の回転量を光学的に検出するフォトインタラプタ２６２，２６３とから構成されている。
【０１６７】
フォトインタラプタ２６２，２６３は、ブラケット２６４により固定側のケーシング１２２に固定されている。そして、回転検出ユニット２５８では、一対のフォトインタラプタ２６２，２６３から回転速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。
【０１６８】
図３３はホルダ冷却機構２３４の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は側面図である。
図３３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、ホルダ冷却機構２３４は、ホルダ２３０の内部に周方向に延在する冷却水用の水路２３０ａが形成されている。そして、水路２３０ａの一端に冷却水供給ポート２３０ｂが連通され、水路２３０ａの他端に冷却水排出ポート２３０ｃが連通されている。
【０１６９】
冷却水供給部４６から供給された冷却水は、冷却水供給ポート２３０ｂから水路２３０ａを通過した後、冷却水排出ポート２３０ｃから排出されるため、ホルダ２３０全体を冷却することができる。
【０１７０】
図３４は回転位置検出機構２３２の構成を示す横断面図である。
図３４に示されるように、ホルダ２３０の一方の側面には、発光素子２６６が取り付けられ、ホルダ２３０の他方の側面には、発光素子２６６からの光を受光する受光素子２６８が取り付けられている。
【０１７１】
また、ホルダ２３０の中央には、保持部材１２０の軸１２０ｄが挿通される中央孔２３０ｄが上下方向に貫通しており、この中央孔２３０ｄに交差するように横方向に貫通する貫通孔２３０ｅ，２３０ｆが設けられている。
【０１７２】
発光素子２６６は、一方の貫通孔２３０ｅの端部に挿入され、受光素子２６８は、他方の貫通孔２３０ｆの端部に挿入されている。貫通孔２３０ｅと２３０ｆとの間には、軸１２０ｄが挿通されているため、軸１２０ｄの回転位置を受光素子２６８の出力変化から検出することが可能になる。
【０１７３】
（７）ここで、回転位置検出機構２３２の構成及び作用について詳細に説明する。
図３５は回転位置検出機構２３２の構成及び作用を説明するための図であり、（Ａ）は非検出状態を示す図、（Ｂ）は検出状態を示す図である。
【０１７４】
図３５（Ａ）に示されるように、保持部材１２０の軸１２０ｄ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１２０ｉは、発光素子２６６と受光素子２６８との中間位置に回動したとき、発光素子２６６から発光された光と平行になる。
【０１７５】
このとき、発光素子２６６からの光は、面取り部１２０ｉの横を通過して受光素子２６８に照射される。これにより、受光素子２６８の出力信号Ｓはオンになり、回転位置判定回路２７０に供給される。
【０１７６】
図３５（Ｂ）に示されるように、保持部材１２０の軸１２０ｄが回動して面取り部１２０ｉの位置が中間位置からずれると、発光素子２６６からの光は、軸１２０ｄに遮断され、回転位置判定回路２７０への出力信号Ｓはオフになる。
【０１７７】
図３６回転位置検出機構２３２の信号波形図であり、（Ａ）は受光素子２６８の出力信号Ｓの波形図、（Ｂ）は回転位置判定回路２７０から出力されるパルス信号Ｐの波形図である。
【０１７８】
図３６（Ａ）に示されるように、受光素子２６８は、軸１２０ｄの回動位置によって発光素子２６６からの光の受光量（出力信号Ｓ）が放物線状に変化する。回転位置判定回路２７０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。
【０１７９】
このパルスＰが保持部材１２０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１２０ａ〜１２０ｃが昇降アーム１３２の当接ピン１３８ａ〜１３８ｃ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。
【０１８０】
（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ャートである。
【０１８１】
図３７に示されるように、制御回路は、Ｓ１１において、被処理基板Ｗの回転を指示する制御信号があると、Ｓ１２に進み、モータ１２８を起動させる。続いて、Ｓ１３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。Ｓ１３で受光素子２６８の信号がオンであるときは、Ｓ１４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。
【０１８２】
続いて、Ｓ１５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ｎａかどうかをチェックする。Ｓ１５において、保持部材１２０及び被処理基板Ｗの回転数ｎが目標回転ｎａに達していないときは、上記Ｓ１３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。
【０１８３】
また、上記Ｓ１５において、ｎ＝ｎａ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ｎａに達しているので、Ｓ１７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。Ｓ１７において、モータ停止の制御信号が無いときは、上記Ｓ１３に戻り、モータ停止の制御信号があるときは、Ｓ１８に進み、モータ１２８を停止させる。続いて、Ｓ１９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。
【０１８４】
このようにして、保持部材１２０の腕部１２０ａ〜１２０ｃが昇降アーム１３２の当接ピン１３８ａ〜１３８ｃ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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
（９）ここで、処理容器１２２の側面に形成された窓７５，７６の構成について詳細に説明する。
図３８は窓７５，７６の取付箇所を上方からみた横断面図である。図３９は窓７５を拡大して示す横断面図である。図４０は窓７６を拡大して示す横断面図である。
【０１８７】
図３８及び図３９に示されるように、第１の窓７５は、処理容器１２２の内部に形成されたプロセス空間８４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。
【０１８８】
窓７５は、透明石英２７２と、紫外線を遮断するＵＶガラス２７４とを有する２重構造になっている。透明石英２７２は、窓取り付け部２７６に当接させた状態で第１の窓枠２７８が窓取り付け部２７６にビス２７７でネジ止めされて固定される。窓取り付け部２７６の外面には、透明石英２７２との間を気密にシールするシール部材（Ｏリング）２８０が装着されている。さらに、第１の窓枠２７８の外面には、ＵＶガラス２７４を当接させた状態で第２の窓枠２８２がビス２８４でネジ止めされて固定される。
【０１８９】
このように、窓７５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２７４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２８０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。
【０１９０】
また、処理容器２２の側面を貫通する開口２８６は、処理容器２２の中央、すなわち保持部材１２０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７５は、処理容器２２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。
【０１９１】
また、第２の窓７６は、上記窓７５と同様な構成になっており、透明石英２９２と、紫外線を遮断するＵＶガラス２９４とを有する２重構造になっている。透明石英２９２は、窓取り付け部２９６に当接させた状態で第１の窓枠２９８が窓取り付け部２９６にビス２９７でネジ止めされて固定される。窓取り付け部２９６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２９４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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
（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による金属のコンタ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。
【０１９５】
図４１（Ａ）（Ｂ）は下部ケース１０２の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
図４１（Ａ）（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ＳｉＣ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１２０ａ〜１２０ｃの先端部を挿入するための凹部３１０ａ〜３１０ｃが１２０度間隔で設けられている。
【０１９６】
尚、凹部３１０ａ〜３１０ｃの位置は、保持部材１２０の腕部１２０ａ〜１２０ｃが昇降アーム１３２の当接ピン１３８ａ〜１３８ｃ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である。
【０１９７】
また、下部ケース１０２には、処理容器２２の底部に形成された排気口７４に対向する長方形状の開口３１２が設けられている。さらに、下部ケース１０２は、下面に位置決め用の突起３１４ａ，３１４ｂが非対称位置に設けられている。
【０１９８】
また、上記円形開口３１０の内周には、後述する円筒状ケース１０８の突起が嵌合するための凹部３１０ｄが形成されている。さらに、下部ケース１０２の周縁部には、側面ケース１０４に嵌合する段部３１５が設けられている。
【０１９９】
図４２は側面ケース１０４の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図である。
図４２（Ａ）〜（Ｅ）に示されるように、側面ケース１０４は、外形状が処理容器２２の内壁形状に対応した四隅が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８４が形成される。
【０２００】
また、側面ケース１０４は、正面１０４ａに前述したガス噴射ノズル部９３の複数の噴射口９３ａ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３１６と、リモートプラズマ部２７に連通される連通孔９２に対向する位置に設けられたＵ字状の開口３１７とが設けられている。尚、本実施例では、スリット３１６と開口３１７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。
【０２０１】
また、側面ケース１０４は、背面１０４ｂに前述した搬送ロボット９８のロボットハンドが通過するための凹部３１８が搬送口９４に対向する位置に形成されている。
【０２０２】
また、側面ケース１０４は、左側面１０４ｃに前述したセンサユニット８５に対向する円形の孔３１９が形成され、右側面１０４ｄに前述した窓７５，７６と、センサユニット７７に対向する孔３２０〜３２２が形成されている。
【０２０３】
図４３は上部ケース１０６の構成を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は側面図である。
図４３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、上部ケース１０６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、紫外線光源（ＵＶランプ）８６，８７に対向する位置に長方形状の開口３２４，３２５が形成されている。さらに、上部ケース１０６の周縁部には、側面ケース１０４に嵌合する段部３２６が設けられている。
【０２０４】
また、上部ケース１０６は、蓋部材８２の形状に対応する円形孔３２７〜３２９、及び長方形の四角孔３３０が設けられている。
【０２０５】
図４４は円筒状ケース１０８の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面縦断面図、（Ｃ）は側面図である。
図４４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、円筒状ケース１０８は、石英ベルジャ１１２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１３２の当接ピン１３８ａ〜１３８ｃが挿入される凹部１０８ａ〜１０８ｃが設けられている。さらに、円筒状ケース１０８は、上端部の外周に下部ケース１０２の凹部３１０ｄが嵌合する位置合わせ用の突起１０８ｄが形成されている。
【０２０６】
（１１）ここで、リフタ機構３０のシール構造について説明する。
図４５はリフタ機構３０を拡大して示す縦断面図である。図４６はリフタ機構３０のシール構造拡大して示す縦断面図である。
【０２０７】
図４５及び図４６に示されるように、リフタ機構３０は、駆動部１３６により昇降軸１３４を昇降させてチャンバ８０内に挿入された昇降アーム１３２を昇降させる際、チャンバ８０の貫通孔８０ａ内に挿入された昇降軸１３４の外周が蛇腹形状のベローズ３３２により覆われており、チャンバ８０内でのコンタミネーションを防止するように構成されている。
【０２０８】
ベローズ３３２は、蛇腹部分が伸縮可能な形状になっており、例えばインコネルやハステロイなどにより形成されている。また、貫通孔８０ａは、昇降軸１３４が挿通された蓋部材３４０により閉塞されている。
【０２０９】
さらに、昇降軸１３４の上端がボルト３３４により締結される昇降アーム１３２の連結部材３３６には、円筒形状のセラミックカバー３３８が嵌合固定されている。このセラミックカバー３３８は、連結部材３３６より下方に延在形成されるため、ベローズ３３２の周囲を覆うことによりチャンバ８０内で直接露出されないように設けられている。
【０２１０】
そのため、ベローズ３３２は、プロセス空間８４において、昇降アーム１３２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バー３３８により覆われている。よって、ベローズ３３２は、貫通孔８０ａに昇降可能に挿入された円筒状カバー３３８によりプロセス空間８４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。
【０２１１】
（１２）以下に、基板処理装置２０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４７（Ａ）は、それぞれ図２の基板処理装置２０を使って被処理基板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、図４７（Ｂ）は図４７（Ａ）の構成を示す平面図である。
図４７（Ａ）に示されるように、前記プロセス空間８４中にはガス噴射ノズル部９３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７４、ターボ分子ポンプ５０およびポンプ２０１を通って排気される。ターボ分子ポンプ５０を使うことにより、前記プロセス空間８４のプロセス圧が、基板Ｗの酸素ラジカルによる酸化に必要な１０−３〜１０−６Ｔｏｒｒの範囲に設定される。
【０２１２】
これと同時に、好ましくは１７２ｎｍの波長の紫外光を発生する紫外線光源８６，８７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前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、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Ｗの酸素ラジカルによる酸化により、シリコン基板表面に１ｎｍ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０．４ｎｍ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。
【０２１３】
図４７（Ｂ）に示されるように、紫外線光源８６，８７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５０が排気口７４を介してプロセス空間８４を排気するのがわかる。一方、前記排気口７４から直接にポンプ５０に至る、図４７（Ｂ）中に点線で示した排気経路は、バルブ４８ｂを閉鎖することにより遮断されている。
【０２１４】
図４８は、図２の基板処理装置２０において図４７（Ａ），（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℃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、膜厚と酸化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Ａｒ雰囲気中、約９５０℃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。また前記紫外線光源８６，８７としては、波長が１７２ｎｍのエキシマランプを使った。
【０２１５】
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２４Ｂの窓面における基準強度（５０ｍＷ／ｃｍ２）の５％に設定し、プロセス圧を６６５ｍＰａ（５ｍＴｏｒｒ），酸素ガス流量を３０ＳＣＣＭ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（１Ｔｏｒｒ），酸素ガス流量を３ＳＬＭに設定した場合の酸化時間と酸化膜厚との関係を示す。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２．６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ），酸素ガス流量を１５０ＳＣＣＭ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２．６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ），酸素ガス流量を１５０ＳＣＣＭ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２．６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ），酸素ガス流量を１５０ＳＣＣＭ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（０．５Ｔｏｒｒ）、酸素ガス流量を０．５ＳＬＭ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６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）に、酸素ガス流量を２ＳＬＭに設定した場合の酸化時間と酸化膜厚との関係を、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２．６６Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ），酸素ガス流量を１５０ＳＣＣＭに設定した場合の酸化時間と酸化膜厚との関係を示す。
【０２１６】
図４８の実験において、酸化膜の膜厚はＸＰＳ法により求めているが、このように１ｎｍ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。
【０２１７】
そこで本発明の発明者は、図４９に示す観測されたＳｉ２ｐ軌道のＸＰＳスペクトルに対してバックグラウンド補正および３／２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Ｓｉ２ｐ ３／２ＸＰＳスペクトルをもとに、Ｌｕ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化膜の膜厚ｄを求めた。
ｄ＝λｓｉｎα・ｌｎ［ＩＸ＋／（βＩ０＋）＋１］　　　　　　　　（１）
λ＝２．９６
β＝０．７５
ただし式（１）においてαは図５５に示すＸＰＳスペ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、ＩＸ＋は酸化膜に対応するスペクトルピークの積分強度（Ｉ１ｘ＋Ｉ２ｘ＋Ｉ３ｘ＋Ｉ４ｘ）であり、図５０中、１０２〜１０４ｅＶ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、Ｉ０＋は１００ｅＶ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ペクトルピークの積分強度に対応する。
【０２１８】
再び図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０ｎｍであったものが、酸化時間と共に酸化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５１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０．４ｎｍ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。
【０２１９】
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、０．４ｎｍ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、か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０．４ｎｍの厚さの酸化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。
【０２２０】
図５２（Ａ），（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（１００）基板上の構造を極めて単純化していることに注意すべきである。
【０２２１】
図５２（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いる。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、サブオキサイドを形成している。
【０２２２】
これに対し、図５２（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Ｓｉ４＋の状態をとる。これが理由で、図５２（Ａ）の状態では速やかに酸化が進み、図５２（Ｂ）の状態になって酸化が停留するものと考えられる。図５２（Ｂ）の状態における酸化膜の厚さは約０．４ｎｍであり、これは図４８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。
【０２２３】
図５０のＸＰＳスペクトルにおいて、酸化膜厚が０．１ｎｍあるいは０．２ｎｍの場合に１０１〜１０４ｅＶのエネルギ範囲において見られる低いピークが図５２（Ａ）のサブオキサイドに対応し、酸化膜厚が０．３ｎｍを超えた場合にこのエネルギ領域に表れるピークがＳｉ４＋に起因するもので、１原子層を超える酸化膜の形成を表しているものと考えられる。
【０２２４】
このような０．４ｎｍの膜厚における酸化膜厚の停留現象は、図４７（Ａ），（Ｂ）のＵＶＯ２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。
【０２２５】
図５２（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。
【０２２６】
図５３は、このように基板処理装置２０を使った図４７（Ａ），（Ｂ）の紫外光ラジカル酸化プロセスにより形成された酸化膜上に厚さが０．４ｎｍのＺｒＳｉＯｘ膜と電極膜とを形成し（後で説明する図５４（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Ｔｅｑとリーク電流Ｉｇとの関係を示す。ただし、図５３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バンド電圧Ｖｆｂを基準に、Ｖｆｂ−０．８Ｖの電圧を印加した状態で測定している。比較のため、図５３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ＺｒＳｉＯｘ膜を合わせた構造についてのものである。
【０２２７】
図５３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０ｎｍ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Ｔｅｑも約１．７ｎｍ程度の比較的大きな値になることがわかる。
【０２２８】
これに対し、酸化膜の膜厚を０ｎｍから０．４ｎｍまで増大させると、熱酸化膜換算膜厚Ｔｅｑ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ＺｒＳｉＯｘ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Ｔｅｑは減少しているが、これはシリコン基板上にＺｒＯ２膜を直接に形成した場合、図５４（Ａ）に示すようにＺｒのシリコン基板中への拡散あるいはＳｉのＺｒＳｉＯｘ膜中への拡散が大規模に生じ、シリコン基板とＺｒＳｉＯｘ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５４（Ｂ）に示すように厚さが０．４ｎｍ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５４（Ａ），（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４４１上に酸化膜４４２が形成され、酸化膜４４２上にＺｒＳｉＯｘ膜４４３が形成されている構造を示している。
【０２２９】
一方、前記酸化膜の膜厚が０．４ｎｍ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０．４ｎｍ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、換算膜厚の増大は酸化膜の物理膜厚の増大に起因するものであると考えられる。
【０２３０】
このように、図４８で観測された酸化膜の成長が停留する０．４ｎｍ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５２（Ｂ）に示す安定な酸化膜により、Ｚｒ等の金属元素のシリコン基板中への拡散が効果的に阻止されること、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。
【０２３１】
さらに０．４ｎｍ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ＭＯＳ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。
【０２３２】
また、図４８あるいは図５１で説明した酸化膜成長の０．４ｎｍにおける停留現象の結果、図５５（Ａ）に示すようにシリコン基板４４１上に形成された酸化膜４４２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５５（Ｂ）に示すように０．４ｎｍの近傍において停留するため、停留期間内で酸化膜成長を継続することにより、図５５（Ｃ）に示す非常に平坦な、一様な膜厚の酸化膜４４２を得ることができる。
【０２３３】
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５５（Ｃ）の酸化膜４４２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４４２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４４２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４４２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ル窒化処理〕
図５６は、基板処理装置２０において使われるリモートプラズマ部２７の構成を示す。
図５６に示されるように、リモートプラズマ部２７は、内部にガス循環通路２７ａとこれに連通したガス入り口２７ｂおよびガス出口７６ｃを形成された、典型的にはアルミニウムよりなるブロック２７Ａを含み、前記ブロック２７Ａの一部にはフェライトコア２７Ｂが形成されている。
【０２３４】
前記ガス循環通路２７ａおよびガス入り口２７ｂ、ガス出口２７ｃの内面にはフッ素樹脂コーティング２７ｄが施され、前記フェライトコア２７Ｂに巻回されたコイルに周波数が４００ｋＨｚの高周波を供給することにより、前記ガス循環通路２７ａ内にプラズマ２７Ｃが形成される。
【０２３５】
プラズマ２７Ｃの励起に伴って、前記ガス循環通路２７ａ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２７ａを循環する際に消滅し、前記ガス出口２７ｃ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２７ｃに接地されたイオンフィルタ２７ｅ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２７ｅを接地させない場合においても、前記イオンフィルタ２７ｅの構造は拡散板として作用し、十分に窒素イ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。
【０２３６】
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、マイクロ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化が促進され、多量の窒素イオンが形成されることになる。これに対し５００ｋＨｚ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。マイクロ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１．３３×１０−３〜１．３３×１０−６Ｐａ（１０−１〜１０−４Ｔｏｒｒ）の高真空が必要になるが、高周波プラズマ処理は、１３．３〜１３．３ｋＰａ（０．１〜１００Ｔｏｒｒ）の比較的高い圧力で実行可能である。
【０２３７】
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。
【０２３８】
【表１】

Figure 2004119520
表１を参照するに、イオン化エネルギ変換効率は、マイクロ波励起の場合に約１×１０−２程度であるのに対し、ＲＦ励起の場合、約１×１０−７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０．１ｍＴｏｒｒ〜０．１Ｔｏｒｒ（１３３ｍＰａ〜１３．３Ｐａ）程度であるのに対し、ＲＦ励起の場合には、０．１〜１００Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ〜１３．３ｋＰａ）程度であることがわかる。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。
【０２３９】
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イオンの数は少ない方が好ましい。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化するのに好適である。
【０２４０】
図５９（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ基板処理装置２０を使って被処理基板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５９（Ａ），（Ｂ）に示されるように、リモートプラズマ部２７にはＡｒガスと窒素ガスが供給され、プラズマを数１００ｋＨｚ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、１．３３Ｐａ〜１３．３ｋＰａ（０．０１〜１００Ｔｏｒｒ）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、前記被処理基板Ｗの表面に沿って流れる際に、被処理基板Ｗの表面を窒化する。
【０２４１】
図５９（Ａ），（Ｂ）の窒化工程では、窒化工程に先立つパージ工程では前記バルブ４８ａおよび２１２が開放され、バルブ４８ａが閉鎖されることで前記プロセス空間８４の圧力が１．３３×１０−１〜１．３３×１０−４Ｐａの圧力まで減圧され、プロセス空間８４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４８ａおよび２１２は閉鎖され、ターボ分子ポンプ５０はプロセス空間８４の排気経路には含まれない。
【０２４２】
このように、基板処理装置２０を使うことにより、被処理基板Ｗの表面に非常に薄い酸化膜を形成し、その酸化膜表面をさらに窒化することが可能になる。
【０２４３】
図６０（Ａ）は、基板処理装置２０によりＳｉ基板上に熱酸化処理により２．０ｎｍの厚さに形成された酸化膜を、リモートプラズマ部２７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６０（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。
【０２４４】
【表２】
Figure 2004119520
表２を参照するに、基板処理装置２０を使ったＲＦ窒化処理の際には、前記プロセス空間８４中に窒素を５０ＳＣＣＭの流量で、またＡｒを２ＳＬＭの流量で供給し、窒化処理は１Ｔｏｒｒ（１３３Ｐａ）の圧力下で行われるが、窒化処理開始前に一旦プロセス空間８４の内圧を１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）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１Ｔｏｒｒ程度の圧力で行われる窒化処理の際には、プロセス空間８４中において残留酸素はＡｒ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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
図６０（Ａ）を参照するに、マイクロ波励起プラズマにより窒化した場合には酸化膜中に導入される窒素の濃度は限られており、酸化膜の窒化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ＲＦ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直線的に変化し、表面近傍では２０％近い濃度に達していることがわかる。
【０２４７】
図６１は、ＸＰＳ（Ｘ線分光スペクトル）を使って行う図６０（Ａ）の測定の原理を示す。
図６１を参照するに、シリコン基板４１１上に酸化膜４１２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線スペクトルを検出器ＤＥＴ１，ＤＥＴ２により、様々な角度で検出する。その際、例えば９０°の深い検出角に設定された検出器ＤＥＴ１では励起Ｘ線の酸化膜４１２内における行路が短く、従って前記検出器ＤＥＴ１で検出されるＸ線スペクトルには酸化膜４１２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ＤＥＴ２では、励起Ｘ線の酸化膜１２中における行路が長く、従って、検出器ＤＥＴ２は主に酸化膜４１２の表面近傍の情報を検出する。
【０２４８】
図６０（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６０（Ｂ）中、酸素濃度はＯ１ｓ軌道に対応するＸ線強度により表されている。
【０２４９】
図６０（Ｂ）を参照するに、酸化膜の窒化を本発明のようにＲＦ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、酸化膜の窒化をマイクロ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６０（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、これは窒化と共に酸化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、従っ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化の場合のようにＡｒ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。
【０２５０】
図６２は、基板処理装置２０において酸化膜を４Å（０．４ｎｍ）および７Å（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），（Ｂ）の窒化工程により窒化した場合の窒化時間と膜中の窒素濃度との関係を示す。また図６３は、図６２の窒化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、酸化膜を急速熱酸化処理により５Å（０．５ｎｍ）および７Å（０．７ｎｍ）の厚さに形成した場合をも示している。
【０２５１】
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化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０．４ｎｍの膜厚を有する酸化膜の場合に、あるいはこれに近い０．５ｎｍ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。
【０２５２】
図６３は図６１において検出器ＤＥＴ１およびＤＥＴ２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いる窒素原子からのＸ線スペクトル強度の値で割ったものになっており、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。
【０２５３】
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７Åの膜厚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１２Ａ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った後では、膜中にほぼ一様に分布していることがわかる。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。
【０２５４】
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化処理を、１０枚のウェハ（ウェハ＃１〜ウェハ＃１０）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化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化処理の際、ＸＰＳ測定により求めた酸化膜の膜厚が０．４ｎｍ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％含む酸窒化膜に変換した場合についてのものである。
【０２５５】
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ついてエ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膜厚はほぼ８Å（０．８ｎｍ）で、一定していることがわかる。
【０２５６】
図６５は、基板処理装置２０により膜厚が０．４ｎｍの酸化膜をシリコン基板上に紫外線光源８６，８７を使っ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により窒化した場合の、窒化による膜厚増を調べた結果を示す。
【０２５７】
図６５を参照するに、当初（窒化処理を行う前）膜厚が約０．３８ｎｍであった酸化膜は、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０．５ｎｍ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１．３ｎｍ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。
【０２５８】
図６５中には、厚さが０．４ｎｍ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▲で示している。
【０２５９】
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、その場合の膜厚の増加は約０．１ｎｍ，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、膜厚増は同程度の０．１〜０．２ｎｍ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。
【０２６０】
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、窒化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。
【０２６１】
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。
【０２６２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、保持部材の軸を囲む隔壁の外側に設けられた駆動側マグネットと隔壁の内側に設けられた従動側マグネットとを対向配置させたマグネットカップリングを介して保持部材の軸を回転駆動することにより、隔壁によって従動側マグネットによるコンタミネーションを防止すると共に、回転駆動部をコンパクト化して装置の小型化が図れる。さらに、被処理基板を安定に回転させて被処理基板の成膜処理の効率化を図り、生産性を高めることができる。
【０２６３】
また、本発明によれば、隔壁の内部で保持部材の軸をセラミックにより形成された回転軸に挿入し、回転軸の外周に従動側マグネットを固定することにより、回転駆動領域における潤滑剤の使用を止めて潤滑剤によるコンタミネーションを防止すると共に、回転部分の耐久性を高めることができる。
【０２６４】
また、本発明によれば、隔壁がヒータ部の底部に固定された有底筒状に形成され、隔壁の内部に回転軸を回転自在に軸承するセラミック製の軸受を保持することにより、回転駆動領域における金属によるコンタミネーションを防止すると共に、潤滑剤を使用せずに済み、且つ回転部分の耐久性を高めることができる。
【０２６５】
また、本発明によれば、従動側マグネットが密閉されたケースに収納されているので、従動側マグネットから放出されるガスによるコンタミネーションを防止することができる。
【０２６６】
また、本発明によれば、処理容器及びヒータ部の内部を減圧にすると共に、隔壁に画成された内部空間を減圧する減圧手段を備えているので、回転駆動領域における潤滑剤によるコンタミネーションを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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】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】図２中Ａ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図５】処理容器２２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】処理容器２２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】処理容器２２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】排気経路３２の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図９】処理容器２２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１０】蓋部材８２を外した処理容器２２の内部を上方からみた平面図である。
【図１１】処理容器２２の平面図である。
【図１２】処理容器２２の正面図である。
【図１３】処理容器２２の底面図である。
【図１４】図１２中Ｃ−Ｃ線に沿う縦断面図である。
【図１５】処理容器２２の右側面図である。
【図１６】処理容器２２の左側面図である。
【図１７】紫外線光源８６，８７の取付構造を拡大して示す縦断面図である。
【図１８】ガス噴射ノズル部９３の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図１９】ガス噴射ノズル部９３の構成を拡大して示す横断面図である。
【図２０】ガス噴射ノズル部９３の構成を拡大して示す正面図である。
【図２１】ヒータ部２４の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図２２】ヒータ部２４を拡大して示す底面図である。
【図２３】第２の流入口１７０及び第２の流出口１７４の取付構造を拡大して示す縦断面図である。
【図２４】フランジ１４０の取付構造を拡大して示す縦断面図である。
【図２５】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２６】ＳｉＣヒータ１１４及びＳｉＣヒータ１１４の制御系の構成を示す図である。
【図２７】石英ベルジャ１１２の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図２８】石英ベルジャ１１２の構成を示す図であり、（Ａ）は上方からみた斜視図、（Ｂ）は下方からみた斜視図である。
【図２９】減圧システムの排気系統の構成を示す系統図である。
【図３０】保持部材１２０の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３１】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】回転駆動部２８を拡大して示す縦断面図である。
【図３３】ホルダ冷却機構２３４の構成を示す図であり、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３４】回転位置検出機構２３２の構成を示す横断面図である。
【図３５】回転位置検出機構２３２の構成及び作用を説明するための図であり、（Ａ）は非検出状態を示す図、（Ｂ）は検出状態を示す図である。
【図３６】回転位置検出機構２３２の信号波形図であり、（Ａ）は受光素子２６８の出力信号Ｓの波形図、（Ｂ）は回転位置判定回路２７０から出力されるパルス信号Ｐの波形図である。
【図３７】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ャートである。
【図３８】窓７５，７６の取付箇所を上方からみた横断面図である。
【図３９】窓７５を拡大して示す横断面図である。
【図４０】窓７６を拡大して示す横断面図である。
【図４１】下部ケース１０２の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４２】側面ケース１０４の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図である。
【図４３】上部ケース１０６の構成を示す図であり、（Ａ）は底面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４４】円筒状ケース１０８の構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面縦断面図、（Ｃ）は側面図である。
【図４５】リフタ機構３０を拡大して示す縦断面図である。
【図４６】リフタ機構３０のシール構造拡大して示す縦断面図である。
【図４７】（Ａ），（Ｂ）は、基板処理装置２０を使って行われる基板の酸化処理を示すそれぞれ側面図および平面図である。
【図４８】基板処理装置２０を使って行なわれる基板の酸化処理工程を示す図である。
【図４９】本発明で使われるＸＰＳによる膜厚測定方法を示す図である。
【図５０】本発明で使われるＸＰＳによる膜厚測定方法を示す別の図である。
【図５１】基板処理装置２０により酸化膜を形成する際に観測される酸化膜厚成長の停留現象を概略的に示す図である。
【図５２】（Ａ），（Ｂ）は、シリコン基板表面における酸化膜形成過程を示す図である。
【図５３】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５４】（Ａ），（Ｂ）は、図５３のリーク電流特性の原因を説明する図である。
【図５５】（Ａ）〜（Ｃ）は、基板処理装置２０のおいて生じる酸化膜形成工程を示す図である。
【図５６】基板処理装置２０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５７】ＲＦ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５８】ＲＦ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別の図である。
【図５９】（Ａ），（Ｂ）は、基板処理装置２０を使って行われる酸化膜の窒化処理を示すそれぞれ側面図および平面図である。
【図６０】（Ａ），（Ｂ）は、ＲＦリモートプラズマで窒化された酸化膜中の窒素濃度と膜厚の関係を、窒化をマイクロ波プラズマで行なった場合と比較して示す図である。
【図６１】本発明で使われるＸＰＳの概略を示す図である。
【図６２】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６３】酸化膜の窒化時間と、窒素の膜内分布との関係を示す図である。
【図６４】酸化膜の窒化処理により形成された酸窒化膜のウェハごとの膜厚変動を示す図である。
【図６５】本実施例による酸化膜の窒化処理に伴う膜厚増を示す図である。
【符号の説明】
１０　半導体装置
１１　シリコン基板
１２　ベース酸化膜
１２Ａ　酸窒化膜
１３，４３　高誘電体膜
１４　ゲート電極
２０　基板処理装置
２２　処理容器
２４　ヒータ部
２６　紫外線照射部
２７　リモートプラズマ部
２８　回転駆動部
３０リフタ機構
３２　排気経路
３４　ガス供給部
３６　フレーム
４６　冷却水供給部
４８ａ，４８ｂ　排気用バルブ
５０　ターボ分子ポンプ
５１　真空管路
５２　電源ユニット
５７　ＵＶランプコントローラ
６６　ガスボックス
６８　イオンゲージコントローラ
７０　ＡＰＣコントローラ
７２　ＴＭＰコントローラ
７３　開口
７４　排気口
７５　第１の窓
７６　第２の窓
７７，８５　センサユニット
８０　チャンバ
８２　蓋部材
８４　プロセス空間
８６，８７　紫外線光源（ＵＶランプ）
８５ａ〜８５ｃ　圧力計
８８　透明窓
９０　供給管路
９２　供給口
９３　ガス噴射ノズル部
９３ｂ１〜９３ｂ３　ノズル板
９３ａ１〜９３ａｎ　噴射孔
９４　搬送口
９６　ゲートバルブ
９７ａ　第１のマスフローコントローラ
９７ｂ　第２のマスフローコントローラ
９８　搬送ロボット
９９１〜９９３　ガス供給管路
１００　石英ライナ
１０２　下部ケース
１０４　側面ケース
１０６　上部ケース
１０８　円筒状ケース
１１０　ベース
１１２　石英ベルジャ
１１３　内部空間
１１４　ＳｉＣヒータ
１１６　熱反射部材（リフレクタ）
１１８　ＳｉＣサセプタ（加熱部材）
１１９　パイロメータ
１２０　保持部材
１２０ａ〜１２０ｃ　腕部
１２０ｄ　軸
１２２　ケーシング
１２４　内部空間
１２６　セラミック軸
１２８　モータ
１３０　マグネットカップリング
１３２　昇降アーム
１３４　昇降軸
１３６　駆動部
１３８ａ〜１３８ｃ　当接ピン
１４２　中央孔
１４４　第１の水路
１４６　第１のフランジ
１４８　第２のフランジ
１５０　第２の水路
１５２　第１の流入管路
１５４　第１の流入口
１５６　流出管路
１５８　第１の流出口
１６４　温度センサ
１６６ａ〜１６６ｆ　電源ケーブル接続用端子
１６８　第２の流入管路
１７０　第２の流入口
１７２　流出管路
１７４　第２の流出口
１９０　クランプ機構
１９２　コイルバネ
１９４ａ〜１９４ｆ　接続部材
１９６　ヒータ制御回路
１９７，１９９　Ｌ字状ワッシャ
１９８　温度調整器
２００　電源
２０１　ポンプ（ＭＢＰ）
２０２　排気管路
２０４　排気管路
２０６，２１０，２１２　バルブ
２０８　分岐管路
２１１　可変絞り
２１４　圧力計
２３０　ホルダ
２３２　回転位置検出機構
２３４　ホルダ冷却機構
２３６，２３７　セラミック軸受
２４２　フランジ
２４４　隔壁
２４６　排気ポート
２４８　従動側マグネット
２５０　マグネットカバー
２５２　大気側回転部
２５４，２５５　軸受
２５６　駆動側マグネット
２５８　回転検出ユニット
２６０，２６１　スリット板
２６２，２６３　フォトインタラプタ
２６６　発光素子
２６８　受光素子
２７０　回転位置判定回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus that performs processing such as film formation on a substrate.
[0002]
[Prior art]
In today's ultrahigh-speed semiconductor devices, a gate length of 0.1 μm or less is becoming possible with the progress of the miniaturization process. In general, the operating speed of a semiconductor device increases with miniaturization, but in such a very miniaturized semiconductor device, the thickness of the gate insulating film is reduced according to a scaling rule as the gate length is reduced by miniaturization. Need to be done.
[0003]
However, when the gate length is 0.1 μm or less, the thickness of the gate insulating film must be set to 1 to 2 nm or less when a conventional thermal oxide film is used. In the insulating film, a problem that a tunnel current increases and a gate leakage current increases as a result cannot be avoided.
[0004]
Under such circumstances, the relative dielectric constant is much higher than that of the thermal oxide film, and therefore, even if the actual film thickness is large,2Ta with small film thickness when converted to film2O5And Al2O3, ZrO2, HfO2And ZrSiO4Or HfSiO4It has been proposed to apply such a high dielectric material to a gate insulating film. By using such a high-dielectric material, a gate insulating film having a physical thickness of about 10 nm can be used even in an ultra-high-speed semiconductor device having a gate length of 0.1 μm or less, which is extremely short. Gate leak current can be suppressed.
[0005]
For example, Ta2O5The film is Ta (OC2H5)5And O2It is known that it can be formed by a CVD method using as a gaseous material. Typically, the CVD process is performed in a vacuum environment at a temperature of about 480 ° C. or higher. Ta formed in this manner2O5The film is further heat-treated in an oxygen atmosphere, so that oxygen deficiency in the film is eliminated and the film itself is crystallized. Ta crystallized in this manner2O5The film shows a large relative permittivity.
[0006]
From the viewpoint of improving carrier mobility in the channel region, an extremely thin base oxide film having a thickness of 1 nm or less, preferably 0.8 nm or less is interposed between the high dielectric gate oxide film and the silicon substrate. preferable. The base oxide film needs to be very thin, and if the thickness is large, the effect of using the high dielectric film as the gate insulating film is offset. On the other hand, such a very thin base oxide film needs to uniformly cover the surface of the silicon substrate, and is required not to form defects such as interface states.
[0007]
Conventionally, a thin gate oxide film is generally formed by a rapid thermal oxidation (RTO) treatment of a silicon substrate (for example, see Patent Document 1). However, the thermal oxide film is formed to a desired thickness of 1 nm or less. To form a film, it is necessary to lower the processing temperature during film formation. However, such a thermal oxide film formed at a low temperature tends to include defects such as interface states, and is not suitable as a base oxide film of a high dielectric gate oxide film.
[0008]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a high-speed semiconductor device 10 having a high dielectric gate insulating film.
[0009]
Referring to FIG. 1, a semiconductor device 10 is formed on a silicon substrate 11, and a Ta base is formed on the silicon substrate 11 with a thin base oxide film 12 interposed therebetween.2O5, Al2O3, ZrO2, HfO2, ZrSiO4, HfSiO4A high dielectric gate insulating film 13 is formed, and a gate electrode 14 is formed on the high dielectric gate insulating film 13.
[0010]
In the semiconductor device 10 of FIG. 1, nitrogen (N) is doped into the surface portion of the base oxide film layer 12 within a range where the flatness of the interface between the silicon substrate 11 and the base oxide film 12 is maintained. , An oxynitride film 12A is formed. By forming the oxynitride film 12A having a larger relative dielectric constant than the silicon oxide film in the base oxide film 12, the equivalent oxide thickness of the base oxide film 12 can be further reduced.
[0011]
As described above, in the high-speed semiconductor device 10, the thickness of the base oxide film 12 is preferably as small as possible.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-5-47687 (page 3, FIG. 1).
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is much more difficult to form the base oxide film 12 uniformly and stably with a thickness of 1 nm or less, for example, 0.8 nm or less, and further with a thickness of about 0.4 nm corresponding to a few atomic layers. It was difficult.
[0014]
Further, in order to exhibit the function of the high dielectric gate insulating film 13 formed on the base oxide film 12, it is necessary to crystallize the deposited high dielectric film 13 by heat treatment and perform oxygen deficiency compensation. When such a heat treatment is performed on the high dielectric film 13, the thickness of the base oxide film 12 increases, and the effective gate insulating film is formed by using the high dielectric gate insulating film 13. The reduction in thickness was essentially offset.
[0015]
Such an increase in the thickness of the base oxide film 12 due to the heat treatment may be caused by the interdiffusion of oxygen atoms and silicon atoms at the interface between the silicon substrate 11 and the base oxide film 12 and the formation of a silicate transition layer due to this, or This suggests the possibility of growth of the base oxide film 12 due to intrusion of oxygen into the substrate. Such a problem of an increase in the film thickness due to the heat treatment of the base oxide film 12 is very serious particularly when the film thickness of the base oxide film 12 is reduced to a thickness of several atomic layers or less, which is desirable as the base oxide film. It becomes a problem.
[0016]
Accordingly, it is a general object of the present invention to provide a new and useful substrate processing apparatus which solves the above-mentioned problems.
[0017]
A more specific object of the present invention is to stably form an extremely thin oxide film having a thickness of typically 2 to 3 atomic layers on the surface of a silicon substrate, and further nitride the oxide film to form an oxynitride film. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus that can be formed.
[0018]
Still another object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus configured to solve the above-described problems, improve the uniformity and throughput of an oxide film, and prevent contamination. is there.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following features to solve the above problems.
[0020]
The invention described in claim 1 is
A processing vessel in which a processing space is defined,
A heater unit for heating the substrate to be processed inserted into the processing space to a predetermined temperature;
A holding member for holding the substrate to be processed at a position facing the heater section;
A partition wall formed so as to cover the periphery of the axis of the holding member,
A magnet coupling for disposing a driving-side magnet provided outside the partition and a driven-side magnet provided inside the partition to face each other, and transmitting a rotational driving force to a shaft of the holding member passing through the heater. When,
A substrate processing apparatus comprising: a rotation driving unit configured to rotationally drive a shaft of the holding member via the magnet coupling.
[0021]
The invention according to claim 2 is characterized in that the shaft of the holding member is inserted into a rotating shaft made of ceramic inside the partition, and a driven magnet is fixed to the outer periphery of the rotating shaft. It is.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a ceramic bearing in which the partition wall is formed in a bottomed cylindrical shape whose upper end is fixed to a bottom portion of the heater portion, and in which the rotating shaft is rotatably supported. It is characterized by holding.
[0023]
The invention according to claim 4 is characterized in that the driven magnet is housed in a sealed case.
[0024]
Further, the invention according to claim 5 is characterized in that the inside of the processing container and the heater section is decompressed, and decompression means for decompressing the internal space defined by the partition is provided. .
[0025]
According to the present invention, the shaft of the holding member is connected to the shaft of the holding member via a magnet coupling in which a driving magnet provided outside the partition surrounding the shaft of the holding member and a driven magnet provided inside the partition are opposed to each other. Due to the rotational drive, the partition prevents contamination by the driven magnet, and the rotary drive unit can be made compact to reduce the size of the apparatus. Further, it is possible to stably rotate the substrate to be processed, to improve the efficiency of the film forming process on the substrate to be processed, and to increase the productivity.
[0026]
Further, according to the present invention, the use of the lubricant in the rotation drive region is achieved by inserting the shaft of the holding member inside the partition into the rotating shaft formed of ceramic and fixing the driven magnet on the outer periphery of the rotating shaft. To prevent contamination due to the lubricant, and to increase the durability of the rotating part.
[0027]
Further, according to the present invention, the partition wall is formed in a bottomed cylindrical shape fixed to the bottom of the heater portion, and the ceramic drive that rotatably supports the rotating shaft is held inside the partition wall, thereby rotating the partition. It is possible to prevent contamination by metal in the region, to use no lubricant, and to increase the durability of the rotating part.
[0028]
Further, according to the present invention, since the driven magnet is housed in the sealed case, it is possible to prevent contamination due to gas released from the driven magnet.
[0029]
In addition, according to the present invention, since the inside of the processing container and the heater section is decompressed and the decompression means for depressurizing the internal space defined by the partition wall is provided, contamination by the lubricant in the rotation drive region is reduced. Can be prevented.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 2 is a front view showing the configuration of one embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention. FIG. 3 is a side view showing the configuration of one embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view along the line AA in FIG.
[0032]
As shown in FIGS. 2 to 4, the substrate processing apparatus 20 uses an ultraviolet radical oxidation process of a silicon substrate and a high-frequency remote plasma of an oxide film formed by the ultraviolet radical oxidation process, as described later. And the radical nitriding treatment can be performed continuously.
[0033]
The main components of the substrate processing apparatus 20 include: a processing container 22 having a processing space defined therein; a heater unit 24 for heating a substrate to be processed (silicon substrate) inserted into the processing container 22 to a predetermined temperature; An ultraviolet irradiation unit 26 mounted on the upper portion of the processing container 22, a remote plasma unit 27 for supplying nitrogen radicals, a rotation drive unit 28 for rotating the substrate to be processed, and a substrate to be processed inserted into the processing space are raised and lowered. The lifter mechanism 30 includes an exhaust path 32 for reducing the pressure inside the processing container 22, and a gas supply unit 34 for supplying a gas (a process gas such as a nitrogen gas or an oxygen gas) into the processing container 22. .
[0034]
Further, the substrate processing apparatus 20 has a frame 36 for supporting each of the above main components. The frame 36 is a three-dimensional combination of steel frames, and includes a trapezoidal bottom frame 38 placed on the floor surface, vertical frames 40 and 41 standing upright from the rear of the bottom frame 38, and a vertical frame 40. An intermediate frame 42 extends horizontally from an intermediate portion of the frame 40 and an upper frame 44 extends horizontally from upper ends of the vertical frames 40 and 41.
[0035]
In the bottom frame 38, a cooling water supply unit 46, exhaust valves 48a and 48b including electromagnetic valves, a turbo molecular pump 50, a vacuum conduit 51, a power supply unit 52 of the ultraviolet irradiation unit 26, a driving unit 136 of the lifter mechanism 30, a gas The supply unit 34 and the like are mounted.
[0036]
Inside the vertical frame 40, a cable duct 40a through which various cables are inserted is formed. An exhaust duct 41a is formed inside the vertical frame 41. Further, an emergency stop switch 60 is attached to a bracket 58 fixed to an intermediate portion of the vertical frame 40, and a temperature controller for adjusting the temperature using cooling water is attached to a bracket 62 fixed to the intermediate portion of the vertical frame 41. 64 are attached.
[0037]
On the intermediate frame 42, the processing container 22, the ultraviolet irradiation unit 26, the remote plasma unit 27, the rotation driving unit 28, the lifter mechanism 30, and the UV lamp controller 57 are supported. The upper frame 44 controls a gas box 66 to which a plurality of gas pipes 58 drawn from the gas supply unit 34 are connected, an ion gauge controller 68, an APC controller 70 for performing pressure control, and a turbo molecular pump 50. A TMP controller 72 and the like are mounted.
[0038]
FIG. 5 is a front view showing the configuration of the equipment disposed below the processing container 22. FIG. 6 is a plan view showing the configuration of the device disposed below the processing container 22. FIG. 7 is a side view showing the configuration of the device disposed below the processing container 22. 8A and 8B are diagrams showing the configuration of the exhaust path 32, where FIG. 8A is a plan view, FIG. 8B is a front view, and FIG. 8C is a longitudinal sectional view along line BB.
[0039]
As shown in FIGS. 5 to 7, an exhaust path 32 for exhausting gas inside the processing container 22 is provided below the rear part of the processing container 22. The exhaust passage 32 is attached so as to communicate with a rectangular exhaust port 74 having a lateral width substantially equal to the lateral width of the processing space formed inside the processing container 22.
[0040]
As described above, since the exhaust port 74 is formed so as to extend to a length corresponding to the width of the inside of the processing container 22, the gas supplied from the front portion 22 a side of the processing container 22 to the inside thereof will be described later. The flow passes through the inside of the processing vessel 22 and flows backward, and is efficiently exhausted to the exhaust path 32 at a constant flow rate (laminar flow).
[0041]
As shown in FIGS. 8A to 8C, the exhaust path 32 has a rectangular opening 32a communicating with the exhaust port 74, and the left and right side surfaces of the opening 32a are tapered downward. Tapered portion 32b, a bottom portion 32c having a reduced passage area at a lower end of the tapered portion 32b, an L-shaped main exhaust pipe 32d protruding forward from the bottom portion 32c, and an outlet opening at a lower end of the main exhaust pipe 32d. 32e, and a bypass outlet 32g opening to the lower portion 32f of the tapered portion 32b. The outlet 32 e communicates with the inlet of the turbo-molecular pump 50. The bypass outlet 32g communicates with the bypass pipe 51a.
[0042]
As shown in FIGS. 5 to 7, the gas discharged from the exhaust port 74 of the processing container 22 flows into the rectangular opening 32 a by the suction force of the turbo-molecular pump 50 and flows through the tapered portion 32 b. It passes through to the bottom 32c and is led to the turbo-molecular pump 50 via the main exhaust pipe 32d and the outlet 32e.
[0043]
The discharge pipe 50a of the turbo molecular pump 50 is connected to a vacuum pipe 51 via a valve 48a. Therefore, the gas filled in the processing container 22 is discharged to the vacuum pipe 51 via the turbo molecular pump 50 when the valve 48a is opened. A bypass pipe 51a is connected to the bypass outlet 32g of the exhaust path 32. The bypass pipe 51a is connected to the vacuum pipe 51 by opening a valve 48b.
[0044]
Here, a configuration of the processing container 22 and a peripheral device thereof that constitute a main part of the present invention will be described.
[0045]
[Configuration of Processing Container 22]
FIG. 9 is a side longitudinal sectional view showing the processing container 22 and its peripheral devices in an enlarged manner. FIG. 10 is a plan view of the inside of the processing container 22 from which the lid member 82 has been removed, as viewed from above.
As shown in FIGS. 9 and 10, the processing container 22 has a configuration in which the upper opening of the chamber 80 is closed by a lid member 82, and the inside is a process space (processing space) 84.
[0046]
The processing container 22 has a supply port 22g through which gas is supplied to a front portion 22a, and a transfer port 94 at a rear portion 22b. The supply port 22g is provided with a gas injection nozzle 93 described later, and the transfer port 94 is connected to a gate valve 96 described later.
[0047]
FIG. 11 is a plan view of the processing container 22. FIG. 12 is a front view of the processing container 22. FIG. 13 is a bottom view of the processing container 22. FIG. 14 is a longitudinal sectional view taken along line CC in FIG. FIG. 15 is a right side view of the processing container 22. FIG. 16 is a left side view of the processing container 22.
[0048]
As shown in FIGS. 11 to 16, the bottom portion 22 c of the processing container 22 is provided with an opening 73 into which the heater unit 24 is inserted, and the above-described rectangular-shaped exhaust port 74. The aforementioned exhaust path 32 communicates with the exhaust port 74. The chamber 80 and the lid member 82 are, for example, formed by cutting an aluminum alloy into a shape as described above.
[0049]
Further, on the right side surface 22 e of the processing container 22, first and second windows 75 and 76 for looking into the process space 84 and a sensor unit 77 for measuring the temperature of the process space 84 are attached.
[0050]
In the present embodiment, an elliptical first window 75 is disposed on the left side of the center of the right side 22e, and a circular second window 76 is disposed on the right side of the center of the right side 22e. Therefore, the state of the target substrate W held in the process space 84 can be directly viewed from both directions, which is advantageous for observing the film formation state of the target substrate W and the like.
[0051]
The windows 75 and 76 can be removed from the processing container 22 when a temperature measuring instrument such as a thermocouple is inserted.
[0052]
A sensor unit 85 for measuring the pressure in the process space 84 is attached to the left side surface 22d of the processing container 22. The sensor unit 85 is provided with three pressure gauges 85a to 85c having different measurement ranges, so that a pressure change in the process space 84 can be measured with high accuracy.
[0053]
At the four corners of the inner wall of the processing container 22 forming the process space 84, curved portions 22h formed in an R shape are provided. Acts to stabilize the gas flow injected from the.
[0054]
[Configuration of UV Irradiation Unit 26]
As shown in FIGS. 8 to 11, the ultraviolet irradiation section 26 is attached to the upper surface of the lid member 82. Inside the housing 26a of the ultraviolet irradiation section 26, two cylindrical ultraviolet light sources (UV lamps) 86 and 87 are arranged in parallel at a predetermined interval.
[0055]
The ultraviolet light sources 86 and 87 have a characteristic of emitting ultraviolet light having a wavelength of 172 nm, and have a process space through rectangular openings 82 a and 82 b formed in the cover member 82 and extending in the horizontal direction. The front half (left half in FIG. 8) of the process space 84 is provided at a position where the ultraviolet light is irradiated so as to face the upper surface of the processing target substrate W held by the substrate 84.
[0056]
Further, the intensity distribution of the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet light sources 86 and 87 extending linearly onto the substrate W to be processed is not uniform, and varies depending on the radial position of the substrate W to be processed. Decreases toward the outer peripheral side of the substrate W to be processed, and the other decreases toward the inner peripheral side. As described above, the ultraviolet light sources 86 and 87 alone form a monotonically changing ultraviolet intensity distribution on the substrate W to be processed, but the direction of change in the ultraviolet intensity distribution with respect to the substrate W is reversed.
[0057]
Therefore, by optimizing the driving power of the ultraviolet light sources 86 and 87 under the control of the UV lamp controller 57, it is possible to realize a very uniform ultraviolet intensity distribution on the substrate W to be processed.
[0058]
The optimum value of the driving power can be obtained by changing the driving output to the ultraviolet light sources 86 and 87 and evaluating the film formation result.
[0059]
The distance between the substrate W to be processed and the center of the cylindrical core of the ultraviolet light sources 86 and 87 is set, for example, to 50 to 300 mm, and preferably about 100 to 200 mm.
[0060]
FIG. 17 is an enlarged longitudinal sectional view showing the mounting structure of the ultraviolet light sources 86 and 87.
As shown in FIG. 17, the ultraviolet light sources 86 and 87 are held at positions facing the bottom opening 26b of the housing 26a of the ultraviolet irradiation unit 26. The bottom opening 26b is opened at a position facing the upper surface of the substrate W to be processed held in the process space 84, and is formed in a rectangular shape having a lateral width longer than the entire length of the ultraviolet light sources 86 and 87.
[0061]
A transparent window 88 made of transparent quartz is attached to the peripheral portion 26c of the bottom opening 26b. The transparent window 88 transmits ultraviolet light emitted from the ultraviolet light sources 86 and 87 to the process space 84 and has a strength to withstand a pressure difference when the process space 84 is depressurized.
[0062]
Further, a sealing surface 88a with which a sealing member (O-ring) 89 mounted in a groove of the peripheral portion 26c of the bottom opening 26b abuts is formed on a lower peripheral portion of the transparent window 88. The sealing surface 88a is formed of coating or black quartz for protecting the sealing member 89. Accordingly, the material of the seal member 89 is not decomposed, the deterioration is prevented, the sealing performance is secured, and the material of the seal member 89 is prevented from entering the process space 84.
[0063]
A cover 88b made of stainless steel is in contact with the peripheral edge of the upper surface of the transparent window 88. By increasing the strength when the transparent window 88 is clamped by the fastening member 91, the transparent window 88 is pressed by the pressing force at the time of fastening. To prevent damage.
[0064]
Further, in the present embodiment, the ultraviolet light sources 86 and 87 and the transparent window 88 are provided so as to extend in a direction orthogonal to the flow direction of the gas flow injected from the gas injection nozzle 93, but this is not restrictive. Instead, for example, the ultraviolet light sources 86 and 87 and the transparent window 88 may be provided in a direction extending in the gas flow direction.
[0065]
[Configuration of gas injection nozzle unit 93]
As shown in FIGS. 9 and 10, the processing container 22 is provided with a gas injection nozzle unit 93 that injects a nitrogen gas or an oxygen gas into the process space 84 at a supply port 22 g that opens to the front part 22 a. The gas injection nozzle section 93 has a plurality of injection ports 93a arranged in a line in the width direction of the process space 84 as described later, and the gas injected from the plurality of injection ports 93a flows in a laminar state to the substrate to be processed. A stable flow is generated inside the process space 84 so as to pass through the surface of W.
[0066]
The distance between the lower surface of the lid member 82 for closing the process space 84 and the substrate W to be processed is set, for example, to 5 to 100 mm, and preferably about 25 to 85 mm.
[0067]
[Configuration of heater unit 24]
As shown in FIGS. 9 and 10, the heater unit 24 includes a base 110 made of an aluminum alloy, a transparent quartz bell jar 112 fixed on the base 110, and SiC housed in an internal space 113 of the quartz bell jar 112. The configuration includes a heater 114, a heat reflection member (reflector) 116 formed of opaque quartz, and a SiC susceptor (heating member) 118 mounted on the upper surface of the quartz bell jar 112 and heated by the SiC heater 114. .
[0068]
Therefore, the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 are isolated in the internal space 113 of the quartz bell jar 112, so that contamination in the process space 84 is prevented. In the cleaning step, only the SiC susceptor 118 exposed in the process space 84 needs to be cleaned, so that the labor for cleaning the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 can be omitted.
[0069]
The substrate to be processed W is held by the holding member 120 so as to face above the SiC susceptor 118. On the other hand, the SiC heater 114 is mounted on the upper surface of the heat reflecting member 116, and the heat generated by the SiC heater 114 is radiated to the SiC susceptor 118, and the heat reflected by the heat reflecting member 116 is also transmitted to the SiC susceptor 118. Radiated. The SiC heater 114 of this embodiment is heated to a temperature of about 700 ° C. while being slightly separated from the SiC susceptor 118.
[0070]
Since the SiC susceptor 118 has a good thermal conductivity, the heat from the SiC heater 114 is efficiently transmitted to the substrate to be processed W so that the substrate to be processed W eliminates the temperature difference between the peripheral portion and the central portion, and Prevents W from warping due to temperature difference.
[0071]
[Configuration of the rotation drive unit 28]
As shown in FIGS. 9 and 10, the rotation driving unit 28 includes a holding member 120 that holds the substrate W to be processed above the SiC susceptor 118, a casing 122 fixed to the lower surface of the base 110, and a casing 122. A motor 128 for rotating a ceramic shaft 126 coupled to the shaft 120d of the holding member 120 in an internal space 124 defined by the above, and a magnet coupling 130 for transmitting the rotation of the motor 128. .
[0072]
In the rotation drive unit 28, the shaft 120 d of the holding member 120 penetrates the quartz bell jar 112 and is connected to the ceramic shaft 126, and the ceramic shaft 126 and the rotation shaft of the motor 128 are in non-contact with each other via the magnet coupling 130. As a result, the configuration of the rotary drive system is compact, which contributes to downsizing of the entire apparatus.
[0073]
The holding member 120 has arms 120a to 120c extending radially (at intervals of 120 degrees in the circumferential direction) in the horizontal direction from the upper end of the shaft 120d. The substrate W to be processed is held while being placed on the arm portions 120a to 120c of the holding member 120. The substrate W to be processed thus held is rotated at a constant rotation speed by the motor 128 together with the holding member 120, whereby the temperature distribution due to the heat generated by the SiC heater 114 is averaged, and the ultraviolet light source 86, The intensity distribution of the ultraviolet light emitted from the light source 87 becomes uniform, and a uniform film is formed on the surface.
[0074]
[Configuration of Lifter Mechanism 30]
As shown in FIGS. 9 and 10, the lifter mechanism 30 is provided below the chamber 80 and beside the quartz bell jar 112, and is connected to the lifting arm 132 inserted into the chamber 80 and the lifting arm 132. And a drive unit 136 that moves the elevating shaft 134 up and down. The elevating arm 132 is made of, for example, ceramic or quartz. As shown in FIG. 10, the elevating arm 132 includes a coupling part 132 a to which an upper end of an elevating shaft 134 is coupled and an annular part 132 b surrounding the outer periphery of the SiC susceptor 118. Have. The lifting arm 132 is provided with three contact pins 138a to 138c extending from the inner periphery of the annular portion 132b to the center at intervals of 120 degrees in the circumferential direction.
[0075]
The contact pins 138a to 138c are lowered to positions where they are fitted into grooves 118a to 118c extending from the outer periphery of the SiC susceptor 118 toward the center. Move up. The contact pins 138a to 138c are arranged so as not to interfere with the arms 120a to 120c of the holding member 120 formed to extend from the center of the SiC susceptor 118 to the outer peripheral side.
[0076]
The elevating arm 132 causes the contact pins 138 a to 138 c to abut on the lower surface of the processing target substrate W immediately before the robot hand of the transfer robot 98 takes out the processing target substrate W, thereby holding the processing target substrate W to the arm of the holding member 120. Lift from 120a to 120c. Thereby, the robot hand of the transfer robot 98 can move below the substrate W to be processed, and the lifting arm 132 descends to hold and transport the substrate W to be processed.
[0077]
[Configuration of quartz liner 100]
As shown in FIGS. 9 and 10, a quartz liner 100 made of, for example, white opaque quartz is mounted inside the processing container 22 to block ultraviolet rays. Further, the quartz liner 100 has a configuration in which a lower case 102, a side case 104, an upper case 106, and a cylindrical case 108 that covers the outer periphery of the quartz bell jar 112 are combined as described later.
[0078]
The quartz liner 100 covers the inner walls of the processing container 22 and the lid member 82 that form the process space 84, thereby providing a heat insulating effect of preventing the thermal expansion of the processing container 22 and the lid member 82. It has a function of preventing the inner wall of the lid member 82 from being oxidized by ultraviolet rays and preventing metal contamination.
[0079]
[Configuration of Remote Plasma Unit 27]
As shown in FIGS. 9 and 10, the remote plasma unit 27 that supplies nitrogen radicals to the process space 84 is attached to the front part 22 a of the processing container 22. It is communicated with the supply port 92.
[0080]
In the remote plasma unit 27, a nitrogen gas is supplied together with an inert gas such as Ar, and the nitrogen gas is activated by plasma to form nitrogen radicals. The nitrogen radicals formed in this way flow along the surface of the substrate W to be processed, and nitride the substrate surface.
[0081]
In addition to nitrogen gas, O2, NO, N2O, NO2, NH3Oxidation and oxynitride radical processes using a gas or the like can also be performed.
[0082]
[Configuration of Gate Valve 96]
As shown in FIGS. 9 and 10, a transfer port 94 for transferring the substrate to be processed W is provided at a rear portion of the processing container 22. The transfer port 94 is closed by a gate valve 96 and is opened by the opening operation of the gate valve 96 only when the substrate W to be processed is transferred.
[0083]
A transfer robot 98 is provided behind the gate valve 96. Then, in accordance with the opening operation of the gate valve 96, the robot hand of the transfer robot 98 enters the inside of the process space 84 through the transfer port 94 to perform the work of replacing the substrate W to be processed.
[Details of each component above]
(1) Here, the configuration of the gas injection nozzle section 93 will be described in detail.
FIG. 18 is an enlarged longitudinal sectional view showing the configuration of the gas injection nozzle section 93. FIG. 19 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas injection nozzle unit 93 in an enlarged manner. FIG. 20 is an enlarged front view showing the configuration of the gas injection nozzle unit 93.
[0084]
As shown in FIGS. 18 to 20, the gas injection nozzle unit 93 has a communication hole 92 in the center of the front surface, through which the supply pipe 90 of the remote plasma unit 27 communicates. Injection hole 93a1~ 93anAre arranged in a row in the horizontal direction.1~ 93b3Is attached. Injection hole 93a1~ 93anAre small holes having a diameter of 1 mm, for example, and are provided at intervals of 10 mm.
[0085]
In the present embodiment, the injection holes 93a formed of small holes are used.1~ 93anHowever, the present invention is not limited to this. For example, a thin slit may be provided as an injection hole.
[0086]
Also, the nozzle plate 93b1~ 93b3Are fastened to the wall surface of the gas injection nozzle portion 93. Therefore, the injection holes 93a1~ 93anThe gas injected from the nozzle flows forward from the wall surface of the gas injection nozzle unit 93.
[0087]
For example, the injection hole 93a1~ 93anIs provided in the pipe-shaped nozzle conduit, the injection holes 93a1~ 93anIs generated such that a part of the gas injected from the substrate wraps around the back of the nozzle conduit, and a gas pool is generated in the process space 84, so that the gas flow around the substrate W to be processed becomes unstable. .
[0088]
However, in the present embodiment, the injection holes 93a1~ 93anIs formed on the wall surface of the gas injection nozzle portion 93, so that such a phenomenon that the gas returns to the rear of the nozzle does not occur, and the gas flow around the substrate W to be processed is maintained in a stable laminar flow state. Becomes possible. Thereby, a film is uniformly formed on the substrate W to be processed.
[0089]
In addition, each nozzle plate 93b1~ 93b3A concave portion 93c functioning as a gas reservoir1~ 93c3Is formed. This recess 93c1~ 93c3Is the injection hole 93a1~ 93anOf each injection hole 93a1~ 93anThe flow velocity of each of the gas injected from the nozzles can be averaged. This makes it possible to average the flow velocity in the entire process space 84.
[0090]
Further, each recess 93c1~ 93c3Is a gas supply hole 93d penetrating the gas injection nozzle 93.1~ 93d3Is communicated. In addition, the central gas supply hole 93d2Are formed at positions shifted in the lateral direction so as not to intersect with the communication hole 92, and are bent into a crank shape.
[0091]
And the central gas supply hole 93d2The gas whose flow rate is controlled by the first mass flow controller 97a is supplied to the gas supply line 99.2Is supplied via Also, gas supply holes 93d2Gas supply holes 93d arranged on the left and right of1, 93d3The gas whose flow rate is controlled by the second mass flow controller 97b is supplied to the gas supply line 99.1, 993Is supplied via
[0092]
Further, the first mass flow controller 97a and the second mass flow controller 97b are connected to the gas supply line 99.4, 995And is connected to the gas supply unit 34 via the control unit, and controls the flow rate of the gas supplied from the gas supply unit 34 to a preset flow rate.
[0093]
The gas supplied from the first mass flow controller 97a and the second mass flow controller 97b is supplied to a gas supply line 99.1~ 993Through the gas supply hole 93d1~ 93d3And each recess 93c1~ 93c3After filling, the injection holes 93a1~ 93anIs injected toward the process space 84.
[0094]
The gas in the process space 84 is supplied to each nozzle plate 93 b extending in the width direction of the front portion 22 a of the processing container 22.1~ 93b3Injection hole 93a1~ 93anIs injected toward the entire width of the process space 84, and flows toward the rear part 22 b of the processing container 22 at a constant flow velocity (laminar flow) throughout the process space 84.
[0095]
Further, since a rectangular exhaust port 74 extending in the width direction of the rear portion 22b is opened on the rear portion 22b side of the processing container 22, the gas in the process space 84 flows backward and has a constant flow rate. The air is exhausted to the exhaust passage 32 as (laminar flow).
[0096]
In this embodiment, since two systems of flow control are possible, for example, different flow control can be performed by the first mass flow controller 97a and the second mass flow controller 97b.
[0097]
Thereby, it is also possible to change the flow rate (flow rate) of the gas supplied into the process space 84 so as to change the gas concentration distribution in the process space 84. Furthermore, different types of gases can be supplied to the first mass flow controller 97a and the second mass flow controller 97b. For example, the first mass flow controller 97a controls the flow rate of nitrogen gas, It is also possible to control the flow rate of oxygen gas by the controller 97b.
[0098]
Examples of the used gas include an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, and a rare gas.
[0099]
(2) Here, the configuration of the heater section 24 will be described in detail.
FIG. 21 is an enlarged longitudinal sectional view showing the configuration of the heater section 24. FIG. 22 is a bottom view showing the heater section 24 in an enlarged manner.
[0100]
As shown in FIGS. 21 and 22, the heater unit 24 has a quartz bell jar 112 mounted on an aluminum alloy base 110 and is fixed to a bottom 22 c of the processing container 22 via a flange 140. The SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 are housed in the internal space 113 of the quartz bell jar 112. Therefore, the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 are isolated from the process space 84 of the processing container 22, do not contact the gas in the process space 84, and have a configuration in which contamination does not occur.
[0101]
The SiC susceptor 118 is mounted on the quartz bell jar 112 so as to face the SiC heater 114, and the temperature is measured by a pyrometer 119. The pyrometer 119 measures the temperature of the SiC susceptor 118 by a pyroelectric effect (pyroelectric effect) generated as the SiC susceptor 118 is heated. In the control circuit, a temperature signal detected by the pyrometer 119 is used. , The temperature of the substrate W to be processed is estimated, and the amount of heat generated by the SiC heater 114 is controlled based on the estimated temperature.
[0102]
Further, when the process space 84 of the processing vessel 22 is depressurized as described later, the internal space 113 of the quartz bell jar 112 is simultaneously depressurized by operating the depressurization system so that the pressure difference with the process space 84 is reduced. Therefore, the quartz bell jar 112 does not need to be made thick (for example, about 30 mm) in consideration of the pressure difference during the depressurizing step, has a small heat capacity, and can increase the responsiveness during heating.
[0103]
The base 110 is formed in a disk shape, has a central hole 142 in the center through which the shaft 120d of the holding member 120 is inserted, and a first water passage for cooling water formed in the inside thereof and extending in the circumferential direction. 144 are provided. Since the base 110 is made of an aluminum alloy, it has a large coefficient of thermal expansion, but is cooled by flowing cooling water through the first water channel 144.
[0104]
Further, the flange 140 is configured by combining a first flange 146 interposed between the base 110 and the bottom portion 22 c of the processing container 22 and a second flange 148 fitted on the inner periphery of the first flange 146. It is. On the inner peripheral surface of the first flange 146, a second water passage 150 for cooling water is formed extending in the circumferential direction.
[0105]
The cooling water supplied from the upper cooling water supply unit 46 flows through the water passages 144 and 150, thereby cooling the base 110 and the flange 140 heated by the heat generated by the SiC heater 114, and thermally expanding the base 110 and the flange 140. Suppress.
[0106]
In addition, on the lower surface of the base 110, a first inflow port 154 through which a first inflow pipe 152 for flowing the cooling water into the water path 144 is communicated, and an outflow pipe 156 for discharging the cooling water passing through the water path 144. And a first outlet 158 through which is communicated. Further, in the vicinity of the outer periphery of the lower surface of the base 110, a plurality of (for example, about 8 to 12) mounting holes 162 for inserting the bolts 160 fastened to the first flange 146 are provided in the circumferential direction.
[0107]
A temperature sensor 164 composed of a thermocouple for measuring the temperature of the SiC heater 114 and a power cable connecting terminal for supplying power to the SiC heater 114 are provided near a radially intermediate position on the lower surface of the base 110. (Salton terminals) 166a to 166f are provided. The SiC heater 114 has three regions formed therein, and the power cable connection terminals 166a to 166f are provided as a positive terminal and a negative terminal for supplying power to each region.
[0108]
In addition, a second inflow port 170 through which a second inflow pipe 168 that allows cooling water to flow into the water passage 150 is communicated with a lower surface of the flange 140, and an outflow pipe 172 that discharges cooling water that has passed through the water passage 150. And a second outlet 174 through which the fluid flows.
[0109]
FIG. 23 is an enlarged longitudinal sectional view showing a mounting structure of the second inlet 170 and the second outlet 174. FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing the mounting structure of the flange 140 in an enlarged manner.
[0110]
As shown in FIG. 23, the first flange 146 is provided with an L-shaped communication hole 146a to which the second inlet 170 is connected. The end of the communication hole 146a communicates with the water channel 150. In addition, the second outlet 174 has the same configuration as the second inlet 170 and communicates with the water channel 150.
[0111]
Since the water channel 150 is formed to extend in the circumferential direction inside the flange 140, by cooling the flange 140, the quartz bell jar 112 sandwiched between the step portion 146 b of the first flange 146 and the base 110 is cooled. The temperature of the flange 112a is also indirectly cooled. Thereby, the thermal expansion of the flange portion 112a of the quartz bell jar 112 in the radial direction can be suppressed.
[0112]
As shown in FIGS. 23 and 24, a plurality of positioning holes 178 are provided at predetermined intervals in the circumferential direction on the lower surface of the flange 112a of the quartz bell jar 112. The positioning hole 178 is a hole into which a pin 176 screwed into the upper surface of the base 110 fits, so that a load is not applied to the flange 112a when the base 110 having a large thermal expansion coefficient thermally expands in the radial direction. The diameter of the pin 176 is larger than the outer diameter of the pin 176. That is, the thermal expansion of the base 110 with respect to the flange 112 a of the quartz bell jar 112 is allowed by the clearance between the pin 176 and the positioning hole 178.
[0113]
Further, since the flange portion 112a of the quartz bell jar 112 is provided with a radial clearance with respect to the step portion 146b of the first flange 146, the thermal expansion of the base 110 is allowed by this clearance from this point. You.
[0114]
The lower surface of the flange 112a of the quartz bell jar 112 is sealed by a seal member (O-ring) 180 mounted on the upper surface of the base 110, and the upper surface of the flange 112a of the quartz bell jar 112 is mounted on the first flange 146. Sealed by a seal member (O-ring) 182.
[0115]
Further, the upper surfaces of the first flange 146 and the second flange 148 are sealed by seal members (O-rings) 184 and 186 attached to the bottom 22 c of the processing container 22. The lower surface of the second flange 148 is sealed by a seal member (O-ring) 188 mounted on the upper surface of the base 110.
[0116]
As described above, the space between the base 110 and the flange 140 and the space between the flange 140 and the bottom portion 22c of the processing container 22 have a double seal structure, respectively. , The reliability of the sealing structure between the processing container 22 and the heater section 24 is further improved.
[0117]
For example, when the quartz bell jar 112 is cracked or when the flange 112a is cracked, the airtightness inside the quartz bell jar 112 is ensured by the seal member 180 disposed outside the flange 112a, and the inside of the processing vessel 22 is prevented. Is prevented from flowing out.
[0118]
Alternatively, even when the seal members 180 and 182 closer to the heater unit 24 are deteriorated, the outer seal members 186 and 188 mounted at positions more distant from the heater unit 24 cause a gap between the processing container 22 and the base 110. Since the sealing performance is maintained, gas leakage due to aging can be prevented.
[0119]
As shown in FIG. 21, SiC heater 114 is mounted on the upper surface of heat reflecting member 116 in internal space 113 of quartz bell jar 112, and is fixed by a plurality of clamp mechanisms 190 standing on the upper surface of base 110. Held at height.
[0120]
The clamp mechanism 190 presses the outer cylinder 190a against the shaft 190b, the outer cylinder 190a contacting the lower surface of the heat reflecting member 116, the shaft 190b penetrating the outer cylinder 190a and contacting the upper surface of the SiC heater 114, and the shaft 190b. And a coil spring 192.
[0121]
Since the clamp mechanism 190 is configured to sandwich the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 by the spring force of the coil spring 192, for example, even when vibration during transportation is input, the SiC heater 114 and the heat reflecting member It is possible to keep the 116 from contacting the quartz bell jar 112. Further, since the spring force of the coil spring 192 always acts, the loosening of the screw due to thermal expansion is prevented, and the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 are maintained in a stable state without rattling.
[0122]
In addition, each clamp mechanism 190 is configured so that the height position of the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 can be adjusted to an arbitrary position with respect to the base 110, and by adjusting the height position of the plurality of clamp mechanisms 190. It is possible to hold the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 horizontally.
[0123]
Further, in the internal space 113 of the quartz bell jar 112, connection members 194a to 194f for electrically connecting the respective terminals of the SiC heater 114 and the power cable connection terminals 166a to 166f inserted into the base 110 are provided. FIG. 21 shows connection members 194a and 194c).
[0124]
FIG. 25 is an enlarged longitudinal sectional view showing the mounting structure at the upper end of the clamp mechanism 190.
As shown in FIG. 25, the clamp mechanism 190 tightens a nut 193 screwed into an upper end of a shaft 190 b inserted into the insertion hole 116 a of the heat reflection member 116 and the insertion hole 114 e of the SiC heater 114, thereby obtaining a washer. The L-shaped washers 197 and 199 are pressed in the axial direction via 195 to clamp the SiC heater 114.
[0125]
In the SiC heater 114, the cylindrical portions 197a and 199a of the L-shaped washers 197 and 199 are inserted into the insertion holes 114e, and the shaft 190b of the clamp mechanism 190 is inserted into the cylindrical portions 197a and 199a. Then, the flange portions 197b and 199b of the L-shaped washers 197 and 199 come into contact with the upper and lower surfaces of the SiC heater 114.
[0126]
The shaft 190b of the clamp mechanism 190 is urged downward by the spring force of the coil spring 192, and the outer cylinder 190a of the clamp mechanism 190 is urged upward by the spring force of the coil spring 192. Thus, since the spring force of the coil spring 192 acts as a clamping force, the heat reflecting member 116 and the SiC heater 114 are stably held, and damage due to vibration during transportation is prevented.
[0127]
The insertion hole 114e of the SiC heater 114 has a larger diameter than the cylindrical portions 197c and 197d of the L-shaped washers 197a and 197b, and is provided with a clearance. Therefore, when the positions of the insertion hole 114e and the shaft 190b are relatively displaced due to thermal expansion caused by the heat generated by the SiC heater 114, the insertion hole 114e is horizontally kept in contact with the flange portions 197b and 199b of the L-shaped washers 197 and 199. It is possible to shift in the direction, and the generation of stress due to thermal expansion is prevented.
[0128]
(3) Here, the SiC heater 114 will be described.
As shown in FIG. 26, SiC heater 114 has a first heat generating portion 114a formed in a circular shape at the center portion, and a second arc shape formed to surround the outer periphery of first heat generating portion 114a. , And the third heat generating portions 114b and 114c. At the center of the SiC heater 114, an insertion hole 114d through which the shaft 120d of the holding member 120 is inserted is provided.
[0129]
The heat generating units 114a to 114c are connected in parallel to the heater control circuit 196, respectively, and are controlled to an arbitrary temperature set by the temperature controller 198. The heater control circuit 196 controls the amount of heat emitted from the SiC heater 114 by controlling the voltage supplied from the power supply 200 to the heat generating units 114a to 114c.
[0130]
Further, if the capacities differ among the heat generating units 114a to 114c, the load on the power supply 200 increases, and therefore, in this embodiment, the resistance is set so that the capacities (2 KW) of the heat generating units 114a to 114c are the same. .
[0131]
The heater control circuit 196 controls the first heating unit 114a at the center or the second and third outside units according to the control method I for simultaneously energizing the heating units 114a to 114c to generate heat and the temperature distribution of the substrate W to be processed. The control method II for causing one of the heat generating units 114b and 114c to generate heat, the heat generating units 114a to 114c to generate heat simultaneously according to the temperature change of the substrate W to be processed, or the first heat generating unit 114a or the second or The control method III for causing one of the three heat generating units 114b and 114c to generate heat can be selected.
[0132]
When the substrate to be processed W is heated by the heat generated by the heat generating portions 114a to 114c while being rotated while being held by the holding member 120, the peripheral edge portion is warped upward due to a temperature difference between the outer peripheral side and the central portion. Sometimes. However, in the present embodiment, since the SiC heater 114 heats the substrate W through the SiC susceptor 118 having good thermal conductivity, the entire substrate W is heated by the heat from the SiC heater 114, The temperature difference between the peripheral portion and the central portion of the processing substrate W is suppressed to be small, and the processing target substrate W is prevented from warping.
[0133]
(4) Here, the configuration of the quartz bell jar 112 will be described in detail.
27A and 27B are diagrams showing the configuration of the quartz bell jar 112, wherein FIG. 27A is a plan view and FIG. 27B is a longitudinal sectional view. 28A and 28B are views showing the configuration of the quartz bell jar 112, wherein FIG. 28A is a perspective view seen from above, and FIG. 28B is a perspective view seen from below.
[0134]
As shown in FIGS. 27 (a) and 27 (b) and FIGS. 28 (A) and 28 (B), the quartz bell jar 112 is made of transparent quartz, and has a cylindrical portion formed above the above-mentioned flange 112a. 112b, a top plate 112c that covers the upper side of the cylindrical portion 112b, a hollow portion 112d extending below the center of the top plate 112c, and a reinforcing member laid horizontally on an opening formed inside the flange portion 112a. And a beam portion 112e.
[0135]
Since the flange 112a and the top plate 112c receive a load, they are formed thicker than the cylindrical portion 112b. Further, in the quartz bell jar 112, since the hollow portion 112d extending in the vertical direction and the beam portion 112e extending in the horizontal direction intersect inside, the strength in the vertical direction and the radial direction is increased.
[0136]
A lower end portion of the hollow portion 112d is connected to an intermediate position of the beam portion 112e, and the insertion hole 112f in the hollow portion 112d also penetrates the beam portion 112e. The shaft 120d of the holding member 120 is inserted into the insertion hole 112f.
[0137]
The SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 described above are inserted into the internal space 113 of the quartz bell jar 112. Although the SiC heater 114 and the heat reflecting member 116 are formed in a disk shape, they can be divided into arc shapes, and are assembled after being inserted into the internal space 113 avoiding the beam 112e.
[0138]
Further, bosses 112g to 112i for supporting the SiC susceptor 118 protrude from the top plate 112c of the quartz bell jar 112 at three places (at 120 degree intervals). Therefore, the SiC susceptor 118 supported by the bosses 112g to 112i is placed so as to slightly float from the top plate 112c. Therefore, even when the internal pressure of the processing container 22 changes or the temperature changes, the SiC susceptor 118 is prevented from contacting the top plate 112c even when the SiC susceptor 118 changes downward.
[0139]
In addition, since the internal pressure of the quartz bell jar 112 is controlled by the decompression system so that the difference between the internal pressure of the quartz bell jar 112 and the pressure of the process space 84 of the processing chamber 22 is 50 Torr or less, the thickness of the quartz bell jar 112 is reduced. It becomes possible to manufacture it relatively thin. As a result, the thickness of the top plate 112c can be reduced to about 6 to 10 mm, so that the heat capacity of the quartz bell jar 112 is reduced and the responsiveness can be improved by increasing the heat conduction efficiency during heating. Become. The quartz bell jar 112 of this embodiment is designed to have a strength to withstand a pressure of 100 Torr.
[0140]
FIG. 29 is a system diagram showing a configuration of an exhaust system of the pressure reducing system.
As shown in FIG. 29, the process space 84 of the processing container 22 is depressurized by the suction force of the turbo-molecular pump 50 via the exhaust path 32 connected to the exhaust port 74 by opening the valve 48a as described above. You. Further, the downstream of the vacuum pipe 51 connected to the exhaust port of the turbo-molecular pump 50 is connected to a pump (MBP) 201 for sucking the exhausted gas.
[0141]
The internal space 113 of the quartz bell jar 112 is connected to the bypass pipe 51 a via the exhaust pipe 202, and the internal space 124 defined by the casing 122 of the rotary drive unit 28 is connected to the bypass pipe 51 via the exhaust pipe 204. It is connected to the road 51a.
[0142]
The exhaust pipe 202 is provided with a pressure gauge 205 for measuring the pressure of the internal space 113 and a valve 206 that is opened when the internal space 113 of the quartz bell jar 112 is depressurized. As described above, the bypass pipe 51a is provided with the valve 48b and the branch pipe 208 for bypassing the valve 48b. The branch pipe 208 is provided with a valve 210 which is opened at an initial stage of the pressure reduction step, and a variable throttle 211 for narrowing the flow rate more than the valve 48b.
[0143]
On the exhaust side of the turbo-molecular pump 50, a valve 212 for opening and closing and a pressure gauge 214 for measuring the pressure on the exhaust side are provided. And N for turbo shaft purging2A check valve 218, a throttle 220, and a valve 222 are provided in a turbo conduit 216 whose line communicates with the turbo molecular pump 50.
[0144]
The valves 206, 210, 212, and 222 are composed of solenoid valves and are opened by a control signal from a control circuit.
[0145]
In the decompression system configured as described above, when performing the decompression process of the processing container 22, the quartz bell jar 112, and the rotation driving unit 28, the pressure is not reduced at once, but is reduced stepwise so as to gradually approach the vacuum. Reduce pressure.
[0146]
First, by opening the valve 206 provided in the exhaust pipe 202 of the quartz bell jar 112, the internal space 113 of the quartz bell jar 112 and the process space 84 communicate with each other via the exhaust path 32, and the pressure becomes uniform. Is performed. Thereby, the pressure difference between the internal space 113 of the quartz bell jar 112 and the process space 84 at the start stage of the decompression step is reduced.
[0147]
Next, the valve 210 provided in the branch conduit 208 is opened to reduce the pressure by the small flow rate restricted by the variable restrictor 211. Thereafter, the valve 48b provided in the bypass pipe 51a is opened to increase the exhaust flow rate stepwise.
[0148]
Further, the pressure of the quartz bell jar 112 measured by the pressure gauge 205 is compared with the pressure of the process space 84 measured by the pressure gauges 85a to 85c of the sensor unit 85, and when the difference between the two pressures is 50 Torr or less, The valve 48b is opened. Thereby, in the depressurizing step, the depressurizing step is performed so that the pressure difference between the inside and the outside applied to the quartz bell jar 112 is reduced so that unnecessary stress does not act on the quartz bell jar 112.
[0149]
Then, after a lapse of a predetermined time, the valve 48a is opened to increase the exhaust flow rate by the suction force of the turbo-molecular pump 50, and the pressure inside the processing container 22, the quartz bell jar 112, and the rotation drive unit 28 is reduced to a vacuum.
[0150]
(5) Here, the configuration of the holding member 120 will be described.
30A and 30B are diagrams showing the configuration of the holding member 120, where FIG. 30A is a plan view and FIG. 30B is a side view.
[0151]
As shown in FIGS. 30A and 30B, the holding member 120 includes arms 120a to 120c that support the substrate W to be processed, and a shaft 120d to which the arms 120a to 120c are connected. . The arms 120a to 120c are formed of transparent quartz in order to prevent contamination in the process space 84 and not to shield heat from the SiC susceptor 118, and are formed at 120 degrees with the upper end of the shaft 120d as a central axis. It extends radially in the horizontal direction at intervals.
[0152]
Further, bosses 120e to 120g that come into contact with the lower surface of the substrate to be processed W protrude at intermediate positions in the longitudinal direction of the arms 120a to 120c. Therefore, the substrate to be processed W is supported at three points where the bosses 120e to 120g abut.
[0153]
As described above, since the holding member 120 is configured to support the target substrate W by point contact, the target substrate W can be held at a position separated from the SiC susceptor 118 by a small distance. The distance between the SiC susceptor 118 and the substrate W to be processed is, for example, 1 to 20 mm, and preferably about 3 to 10 mm.
[0154]
That is, the processing target substrate W rotates while floating above the SiC susceptor 118, and the heat from the SiC susceptor 118 is more uniformly radiated than when the substrate W is directly mounted on the SiC susceptor 118. The temperature difference between the substrate and the central portion is less likely to occur, and the substrate W to be processed due to the temperature difference is also prevented.
[0155]
Since the substrate to be processed W is held at a position separated from the SiC susceptor 118, it does not come into contact with the SiC susceptor 118 even if warpage occurs due to a temperature difference, and returns to the original horizontal state with the temperature uniformity during steady state. It is possible to return.
[0156]
Further, the shaft 120d of the holding member 120 is formed in a rod shape by opaque quartz, and is inserted into the through hole 112f of the SiC susceptor 118 and the quartz bell jar 112 and extends downward. As described above, the holding member 120 holds the substrate W to be processed in the process space 84. However, since the holding member 120 is formed of quartz, there is less possibility of contamination than a metal member.
[0157]
(6) Here, the configuration of the rotation drive unit 28 will be described in detail.
FIG. 31 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the rotation drive unit 28 arranged below the heater unit 24. FIG. 32 is an enlarged longitudinal sectional view showing the rotation drive unit 28.
[0158]
As shown in FIGS. 31 and 32, a holder 230 for supporting the rotation drive unit 28 is fastened to the lower surface of the base 110 of the heater unit 24. The holder 230 is provided with a rotation position detection mechanism 232 and a holder cooling mechanism 234.
[0159]
Further, a ceramic shaft 126 into which the shaft 120d of the holding member 120 is inserted and fixed is inserted below the holder 230, and a fixed-side casing that holds ceramic bearings 236 and 237 that rotatably supports the ceramic shaft 126. 122 is fixed by bolts 240.
[0160]
In the casing 122, since the rotating part is constituted by the ceramic shaft 126 and the ceramic bearings 236 and 237, metal contamination is prevented.
[0161]
The casing 122 has a flange 242 through which the bolt 240 is inserted, and a bottomed cylindrical partition 244 extending below the flange 238. An exhaust port 246 is provided on the outer peripheral surface of the partition 244 to communicate with the exhaust pipe 204 of the pressure reducing system described above. The gas in the internal space 124 of the casing 122 is exhausted in the pressure reducing step by the pressure reducing system described above. The pressure is reduced. Therefore, the gas in the process space 84 is prevented from flowing outside along the axis 120d of the holding member 120.
[0162]
Further, a driven magnet 248 of the magnet coupling 130 is housed in the internal space 124. The driven magnet 248 is covered by a magnet cover 250 fitted on the outer periphery of the ceramic shaft 126 to prevent contamination, and is attached so as not to come into contact with the gas in the internal space 124.
[0163]
The magnet cover 250 is a ring-shaped cover made of an aluminum alloy, and has a ring-shaped space housed therein. It is housed in a state without rattling. Further, the joint portion of the magnet cover 250 is joined without gaps by electron beam welding, and is processed so that contamination does not occur due to the outflow of silver as in the case of brazing or the like.
[0164]
Further, an atmosphere-side rotating portion 252 formed in a cylindrical shape is provided on the outer periphery of the casing 122 so as to fit therein, and is rotatably supported via bearings 254 and 255. A drive-side magnet 256 of the magnet coupling 130 is attached to the inner periphery of the atmosphere-side rotation unit 252.
[0165]
A lower end portion 252a of the atmosphere-side rotating portion 252 is coupled to a drive shaft 128a of the motor 128 via a transmission member 257. Therefore, the rotational driving force of the motor 128 is transmitted to the ceramic shaft 126 via the magnetic force between the driving-side magnet 256 provided on the atmosphere-side rotating unit 252 and the driven-side magnet 248 provided inside the casing 122. Is transmitted to the holding member 120 and the substrate to be processed W.
[0166]
A rotation detection unit 258 that detects the rotation of the atmosphere-side rotation unit 252 is provided outside the atmosphere-side rotation unit 252. The rotation detecting unit 258 includes disk-shaped slit plates 260 and 261 attached to the outer periphery of the lower end portion of the atmosphere-side rotating unit 252, and photo interrupters 262 and 263 for optically detecting the rotation amounts of the slit plates 260 and 261. It is composed of
[0167]
The photo interrupters 262 and 263 are fixed to the fixed casing 122 by a bracket 264. Then, in the rotation detection unit 258, pulses corresponding to the rotation speed are simultaneously detected from the pair of photointerrupters 262 and 263, so that it is possible to improve the rotation detection accuracy by comparing the two pulses.
[0168]
FIGS. 33A and 33B are diagrams showing the configuration of the holder cooling mechanism 234, wherein FIG. 33A is a cross-sectional view and FIG. 33B is a side view.
As shown in FIGS. 33 (A) and 33 (B), the holder cooling mechanism 234 has a water channel 230 a for cooling water extending in the circumferential direction inside the holder 230. The cooling water supply port 230b is connected to one end of the water channel 230a, and the cooling water discharge port 230c is connected to the other end of the water channel 230a.
[0169]
The cooling water supplied from the cooling water supply unit 46 passes through the water passage 230a from the cooling water supply port 230b, and is then discharged from the cooling water discharge port 230c, so that the entire holder 230 can be cooled.
[0170]
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the configuration of the rotation position detection mechanism 232.
As shown in FIG. 34, a light emitting element 266 is attached to one side surface of holder 230, and a light receiving element 268 that receives light from light emitting element 266 is attached to the other side surface of holder 230. .
[0171]
In the center of the holder 230, a central hole 230d through which the shaft 120d of the holding member 120 is inserted is vertically penetrated, and through holes 230e, 230f penetrating in the lateral direction so as to cross the central hole 230d. Is provided.
[0172]
The light emitting element 266 is inserted into the end of one through hole 230e, and the light receiving element 268 is inserted into the end of the other through hole 230f. Since the shaft 120d is inserted between the through holes 230e and 230f, the rotational position of the shaft 120d can be detected from the output change of the light receiving element 268.
[0173]
(7) Here, the configuration and operation of the rotation position detection mechanism 232 will be described in detail.
35A and 35B are diagrams for explaining the configuration and operation of the rotation position detection mechanism 232, where FIG. 35A is a diagram illustrating a non-detection state, and FIG. 35B is a diagram illustrating a detection state.
[0174]
As shown in FIG. 35A, the shaft 120d of the holding member 120 has a tangential chamfering process applied to the outer periphery. When the chamfered portion 120i is rotated to an intermediate position between the light emitting element 266 and the light receiving element 268, the light becomes parallel to the light emitted from the light emitting element 266.
[0175]
At this time, light from the light emitting element 266 passes through the side of the chamfered portion 120i and is irradiated on the light receiving element 268. As a result, the output signal S of the light receiving element 268 turns on and is supplied to the rotational position determination circuit 270.
[0176]
As shown in FIG. 35B, when the shaft 120d of the holding member 120 rotates and the position of the chamfered portion 120i shifts from the intermediate position, the light from the light emitting element 266 is blocked by the shaft 120d, and the rotation position is changed. The output signal S to the determination circuit 270 turns off.
[0177]
36 is a signal waveform diagram of the rotation position detection mechanism 232, (A) is a waveform diagram of an output signal S of the light receiving element 268, and (B) is a waveform diagram of a pulse signal P output from the rotation position determination circuit 270. .
[0178]
As shown in FIG. 36A, in the light receiving element 268, the amount of light received from the light emitting element 266 (output signal S) changes in a parabolic manner depending on the rotational position of the shaft 120d. The rotation position determination circuit 270 sets a threshold value H for the output signal S, and outputs a pulse P when the output signal S becomes equal to or larger than the threshold value H.
[0179]
This pulse P is output as a detection signal for detecting the rotation position of the holding member 120. That is, as shown in FIG. 10, the rotation position determination circuit 270 determines that the arm portions 120 a to 120 c of the holding member 120 do not interfere with the contact pins 138 a to 138 c of the elevating arm 132, and It is determined that it is at a position where no interference occurs, and the detection signal (pulse P) is output.
[0180]
(8) Here, the rotation position control processing executed by the control circuit based on the detection signal (pulse P) output from the rotation position determination circuit 270 will be described.
FIG. 37 is a flowchart for describing a rotational position control process executed by the control circuit.
[0181]
As shown in FIG. 37, when there is a control signal instructing rotation of the processing target substrate W in S11, the control circuit proceeds to S12 and starts the motor 128. Then, the process proceeds to S13, where it is checked whether the signal of the light receiving element 268 is on. If the signal of the light receiving element 268 is ON in S13, the process proceeds to S14, and the rotation speed of the holding member 120 and the substrate to be processed W is calculated from the cycle of the detection signal (pulse P).
[0182]
Subsequently, the process proceeds to S15, where it is checked whether or not the rotation speed n of the holding member 120 and the substrate to be processed W is a preset target rotation na. In S15, when the rotation speed n of the holding member 120 and the substrate to be processed W has not reached the target rotation na, the flow returns to S13 to check again whether the rotation speed of the motor 128 has increased.
[0183]
If n = na in S15, the rotation speed n of the holding member 120 and the substrate to be processed W has reached the target rotation na, and the process proceeds to S17 to check whether there is a control signal for stopping the motor. I do. In S17, when there is no motor stop control signal, the process returns to S13. When there is a motor stop control signal, the process proceeds to S18 to stop the motor 128. Subsequently, in S19, it is checked whether or not the signal of the light receiving element 268 is on, and the process is repeated until the signal of the light receiving element 268 is turned on.
[0184]
In this way, the arm portions 120a to 120c of the holding member 120 can be stopped at a position where they do not interfere with the contact pins 138a to 138c of the lifting arm 132 and do not interfere with the robot hand of the transfer robot 98.
[0185]
In the above-described rotation position control processing, a case has been described in which a method of calculating the number of rotations from the cycle of the output signal from the light receiving element 268 is used. For example, the signals output from the photointerrupters 262 and 263 described above are integrated. It is also possible to determine the number of revolutions.
[0186]
(9) Here, the configuration of the windows 75 and 76 formed on the side surface of the processing container 122 will be described in detail.
FIG. 38 is a cross-sectional view of the mounting location of the windows 75 and 76 as viewed from above. FIG. 39 is a cross-sectional view showing the window 75 in an enlarged manner. FIG. 40 is a cross-sectional view showing the window 76 in an enlarged manner.
[0187]
As shown in FIG. 38 and FIG. 39, the first window 75 is more airtight because gas is supplied to the process space 84 formed inside the processing container 122 or the pressure is reduced to a vacuum. Configuration.
[0188]
The window 75 has a double structure including transparent quartz 272 and UV glass 274 that blocks ultraviolet rays. In a state where the transparent quartz 272 is in contact with the window mounting portion 276, the first window frame 278 is fixed to the window mounting portion 276 by screws with screws 277. A seal member (O-ring) 280 for hermetically sealing the space between the window mount 276 and the transparent quartz 272 is mounted. Further, the second window frame 282 is fixed to the outer surface of the first window frame 278 by screws with screws 284 in a state where the UV glass 274 is in contact therewith.
[0189]
As described above, the window 75 prevents the ultraviolet rays emitted from the ultraviolet light sources (UV lamps) 86 and 87 from being blocked by the UV glass 274 and leaking out of the process space 84, and the sealing of the sealing member 280. The effect prevents the gas supplied to the process space 84 from flowing out.
[0190]
The opening 286 penetrating the side surface of the processing container 22 obliquely penetrates toward the center of the processing container 22, that is, toward the center of the processing target substrate W held by the holding member 120. Therefore, although the window 75 is provided at a position deviated from the center of the side surface of the processing container 22, the window 75 is formed in an elliptical shape so as to be seen wide in the lateral direction, so that the state of the substrate W to be processed can be visually recognized from the outside. Can be.
[0191]
The second window 76 has the same configuration as the above-described window 75, and has a double structure including transparent quartz 292 and UV glass 294 that blocks ultraviolet rays. In a state where the transparent quartz 292 is in contact with the window attachment portion 296, the first window frame 298 is fixed to the window attachment portion 296 by screws with screws 297. A sealing member (O-ring) 300 for hermetically sealing the space between the window mounting portion 296 and the transparent quartz 292 is mounted. Further, the second window frame 302 is fixed to the outer surface of the first window frame 298 by screws with screws 304 in a state where the UV glass 294 is in contact therewith.
[0192]
As described above, the window 76 prevents ultraviolet rays emitted from the ultraviolet light sources (UV lamps) 86 and 87 from being blocked by the UV glass 294 and leaking out of the process space 84, and the sealing of the sealing member 300. The effect prevents the gas supplied to the process space 84 from flowing out.
[0193]
In the present embodiment, the configuration in which the pair of windows 75 and 76 are disposed on the side surface of the processing container 22 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and three or more windows may be provided. Of course, it may be provided at a place other than the side.
[0194]
(10) Here, each of the cases 102, 104, 106, and 108 constituting the quartz liner 100 will be described.
As shown in FIGS. 9 and 10, the quartz liner 100 has a configuration in which a lower case 102, a side case 104, an upper case 106, and a cylindrical case 108 are combined, and each is formed of opaque quartz. The processing container 22 is provided for the purpose of protecting the processing container 22 made of an aluminum alloy from gas and ultraviolet rays and preventing metal contamination by the processing container 22.
[0195]
FIGS. 41A and 41B are diagrams showing the configuration of the lower case 102, where FIG. 41A is a plan view and FIG. 41B is a side view.
As shown in FIGS. 41A and 41B, the lower case 102 is formed in a plate shape having an outline shape corresponding to the inner wall shape of the processing container 22, and has a SiC susceptor 118 and a substrate to be processed in the center. A circular opening 310 facing W is formed. The circular opening 310 is formed to have a size into which the cylindrical case 108 can be inserted, and recesses 310 a to 310 c for inserting the distal ends of the arms 120 a to 120 c of the holding member 120 are provided at 120 ° intervals on the inner periphery. It is provided in.
[0196]
The positions of the concave portions 310a to 310c are positions where the arm portions 120a to 120c of the holding member 120 do not interfere with the contact pins 138a to 138c of the lifting arm 132 and do not interfere with the robot hand of the transfer robot 98.
[0197]
Further, the lower case 102 is provided with a rectangular opening 312 facing the exhaust port 74 formed at the bottom of the processing container 22. Further, positioning protrusions 314a and 314b are provided on the lower surface of the lower case 102 at asymmetric positions.
[0198]
Further, a concave portion 310d is formed on the inner periphery of the circular opening 310 for fitting a projection of a cylindrical case 108 described later. Further, a step portion 315 that fits into the side surface case 104 is provided at a peripheral portion of the lower case 102.
[0199]
42A and 42B are diagrams showing the configuration of the side case 104, where FIG. 42A is a plan view, FIG. 42B is a front view, FIG. 42C is a rear view, FIG. 42D is a left side view, and FIG. It is.
As shown in FIGS. 42 (A) to (E), the side case 104 is formed in a substantially rectangular frame shape whose outer shape corresponds to the inner wall shape of the processing container 22 and whose four corners are R-shaped. A process space 84 is formed inside.
[0200]
The side case 104 communicates with the remote plasma unit 27 and an elongated slit 316 extending in the lateral direction so as to face the plurality of injection ports 93a of the gas injection nozzle unit 93 on the front surface 104a. A U-shaped opening 317 is provided at a position facing the communication hole 92. In the present embodiment, the slit 316 and the opening 317 are connected to each other, but they may be formed as independent openings.
[0201]
The side case 104 has a concave portion 318 on the back surface 104b through which the above-described robot hand of the transfer robot 98 passes, facing the transfer port 94.
[0202]
In the side case 104, a circular hole 319 facing the sensor unit 85 described above is formed on the left side surface 104c, and the windows 75 and 76 described above and holes 320 to 322 facing the sensor unit 77 are formed on the right side surface 104d. Is formed.
[0203]
FIGS. 43A and 43B show the configuration of the upper case 106, wherein FIG. 43A is a bottom view and FIG. 43B is a side view.
As shown in FIGS. 43 (A) and 43 (B), the upper case 106 is formed in a plate shape whose contour corresponds to the inner wall shape of the processing container 22 and faces the ultraviolet light sources (UV lamps) 86 and 87. The rectangular openings 324 and 325 are formed at the positions where they are to be. Further, a step portion 326 that fits into the side case 104 is provided at a peripheral portion of the upper case 106.
[0204]
The upper case 106 is provided with circular holes 327 to 329 corresponding to the shape of the lid member 82 and a rectangular square hole 330.
[0205]
44A and 44B are diagrams showing the configuration of the cylindrical case 108, wherein FIG. 44A is a plan view, FIG. 44B is a side longitudinal sectional view, and FIG. 44C is a side view.
As shown in FIGS. 44 (A) to (C), the cylindrical case 108 is formed in a cylindrical shape so as to cover the outer periphery of the quartz bell jar 112, and a contact pin of the lifting arm 132 is provided at the upper end edge. Depressions 108a to 108c into which 138a to 138c are inserted are provided. Further, the cylindrical case 108 has a positioning projection 108d formed on the outer periphery of the upper end portion so that the concave portion 310d of the lower case 102 fits.
[0206]
(11) Here, the seal structure of the lifter mechanism 30 will be described.
FIG. 45 is a longitudinal sectional view showing the lifter mechanism 30 in an enlarged manner. FIG. 46 is an enlarged longitudinal sectional view showing the seal structure of the lifter mechanism 30.
[0207]
As shown in FIGS. 45 and 46, when the lifter mechanism 30 raises and lowers the lift shaft 134 by the drive unit 136 to raise and lower the lift arm 132 inserted into the chamber 80, the lifter mechanism 30 is inserted into the through hole 80 a of the chamber 80. The outer periphery of the inserted elevating shaft 134 is covered with a bellows-shaped bellows 332, and is configured to prevent contamination in the chamber 80.
[0208]
The bellows 332 has a shape in which the bellows portion can expand and contract, and is formed of, for example, Inconel or Hastelloy. Further, the through hole 80a is closed by a lid member 340 into which the elevating shaft 134 is inserted.
[0209]
Further, a cylindrical ceramic cover 338 is fitted and fixed to a connecting member 336 of the elevating arm 132 to which an upper end of the elevating shaft 134 is fastened by a bolt 334. Since the ceramic cover 338 extends below the connecting member 336, the ceramic cover 338 covers the bellows 332 so as not to be directly exposed in the chamber 80.
[0210]
Therefore, the bellows 332 extends upward in the process space 84 when the lifting arm 132 is raised, and is covered by the cylindrical cover 338 made of ceramic. Therefore, the bellows 332 is not directly exposed to the gas or heat in the process space 84 by the cylindrical cover 338 inserted into the through hole 80a so as to be able to move up and down, so that the deterioration due to the gas and heat is prevented.
[0211]
(12) Hereinafter, the ultraviolet radical oxidation process on the surface of the substrate W to be processed using the substrate processing apparatus 20 and the remote plasma radical nitriding process performed thereafter will be described.
(Ultraviolet light radical oxidation treatment)
FIG. 47A is a side view and a plan view showing a case where radical oxidation of a substrate W to be processed is performed using the substrate processing apparatus 20 of FIG. 2, respectively. FIG. 47B shows the configuration of FIG. FIG.
As shown in FIG. 47A, an oxygen gas is supplied into the process space 84 from the gas injection nozzle unit 93 and flows along the surface of the substrate W to be processed. Exhausted through 50 and pump 201. By using the turbo-molecular pump 50, the process pressure in the process space 84 is reduced to a value required for oxidation of the substrate W by oxygen radicals.-3-10-6It is set in the range of Torr.
[0212]
At the same time, oxygen radicals are formed in the oxygen gas stream thus formed by driving the ultraviolet light sources 86 and 87 which preferably generate ultraviolet light having a wavelength of 172 nm. The formed oxygen radicals oxidize the rotating substrate surface when flowing along the surface of the substrate W to be processed. Oxidation of the substrate to be processed W by oxygen radicals causes an extremely thin oxide film having a thickness of 1 nm or less, particularly an oxide film having a thickness of about 0.4 nm corresponding to a few atomic layers on the silicon substrate surface. , And can be formed stably with good reproducibility.
[0213]
As shown in FIG. 47B, the ultraviolet light sources 86 and 87 are tubular light sources extending in a direction crossing the direction of the oxygen gas flow, and the turbo molecular pump 50 is connected to the process space 84 through the exhaust port 74. You can see the exhaust. On the other hand, the exhaust path indicated by a dotted line in FIG. 47 (B) from the exhaust port 74 directly to the pump 50 is shut off by closing the valve 48b.
[0214]
FIG. 48 shows a state in which a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate by the steps of FIGS. 47A and 47B in the substrate processing apparatus 20 of FIG. Alternatively, it shows the relationship between the film thickness and the oxidation time when formed while changing the oxygen partial pressure in various ways. However, in the experiment of FIG. 48, the natural oxide film on the surface of the silicon substrate was removed prior to radical oxidation, and in some cases, carbon remaining on the surface of the substrate was removed in ultraviolet-excited nitrogen radicals. The substrate surface is flattened by performing the high-temperature heat treatment in. As the ultraviolet light sources 86 and 87, excimer lamps having a wavelength of 172 nm were used.
[0215]
Referring to FIG. 48, the data of series 1 indicates that the ultraviolet light irradiation intensity is the reference intensity (50 mW / cm) at the window surface of the ultraviolet light source 24B.2) Is set to 5%, the process pressure is set to 665 mPa (5 mTorr), and the oxygen gas flow rate is set to 30 SCCM. The relationship between the oxidation time and the oxide film thickness is shown. 4 shows the relationship between the oxidation time and the oxide film thickness when the process pressure is set to 133 Pa (1 Torr) and the oxygen gas flow rate is set to 3 SLM. The data of series 3 shows the relationship between the oxidation time and the oxide film thickness when the ultraviolet light intensity was set to zero, the process pressure was set to 2.66 Pa (20 mTorr), and the oxygen gas flow rate was set to 150 SCCM. The data shows the relationship between the oxidation time and the oxide film thickness when the ultraviolet light irradiation intensity is set to 100%, that is, the reference intensity, the process pressure is set to 2.66 Pa (20 mTorr), and the oxygen gas flow rate is set to 150 SCCM. Further, the data of series 5 shows the relationship between the oxidation time and the oxide film pressure when the ultraviolet light irradiation intensity is set to 20% of the reference intensity, the process pressure is set to 2.66 Pa (20 mTorr), and the oxygen gas flow rate is set to 150 SCCM. The data of series 6 shows the oxidation time and oxidation when the ultraviolet light irradiation intensity was set to 20% of the reference irradiation intensity, the process pressure was set to about 67 Pa (0.5 Torr), and the oxygen gas flow rate was set to 0.5 SLM. The relationship with the film thickness is shown. Further, the data of series 7 shows the relationship between the oxidation time and the oxide film thickness when the ultraviolet light irradiation intensity is set to 20% of the reference intensity, the process pressure is set to 665 Pa (5 Torr), and the oxygen gas flow rate is set to 2 SLM. The data in series 8 shows the relationship between the oxidation time and the oxide film thickness when the ultraviolet light irradiation intensity is set to 5% of the reference intensity, the process pressure is set to 2.66 Pa (20 mTorr), and the oxygen gas flow rate is set to 150 SCCM. Is shown.
[0216]
In the experiment shown in FIG. 48, the thickness of the oxide film is obtained by the XPS method. However, there is no unified method for obtaining the thickness of the oxide film which is extremely thin below 1 nm.
[0219]
Therefore, the inventor of the present invention has observed the observed Si shown in FIG.2pThe background correction and the separation correction of the 3/2 and 1/2 spin states were performed on the orbital XPS spectrum, and the resulting Si shown in FIG. 50 was obtained.2p 3/2Based on the XPS spectrum, using the equation and coefficients shown in Equation (1) according to the teachings of Lu et al. (Z. H. Lu, et al., Appl. Phys, Let. Thus, the thickness d of the oxide film was obtained.
d = λ sin α · ln [IX +/ (ΒI0+) +1] (1)
λ = 2.96
β = 0.75
However, in Expression (1), α is the detection angle of the XPS spectrum shown in FIG. 55, and is set to 30 ° in the illustrated example. Also, in Equation 1, IX +Is the integrated intensity of the spectral peak corresponding to the oxide film (I1x+ I2x+ I3x+ I4x), Which corresponds to the peak seen in the energy region of 102 to 104 eV in FIG. On the other hand, I0+Corresponds to the integrated intensity of the spectrum peak due to the silicon substrate corresponding to the energy region near 100 eV.
[0218]
Referring again to FIG. 48, when the ultraviolet light irradiation power, that is, the density of oxygen radicals formed is small (series 1, 2, 3, 8), the oxide film thickness of the oxide film was initially 0 nm. However, while the oxide film thickness gradually increases with the oxidation time, in the series 4, 5, 6, and 7 in which the ultraviolet light irradiation power is set to 20% or more of the reference intensity, as schematically shown in FIG. It is recognized that the oxide film growth stops after reaching the film thickness of about 0.4 nm after the start of the growth, and the growth is rapidly restarted after a certain stop time has elapsed.
[0219]
The relationship shown in FIG. 48 or FIG. 51 means that an extremely thin oxide film having a thickness of about 0.4 nm can be formed stably in the oxidation treatment of the silicon substrate surface. In addition, as shown in FIG. 48, since the stop time continues to some extent, it can be seen that the formed oxide film has a uniform thickness. That is, according to the present invention, an oxide film having a thickness of about 0.4 nm can be formed on a silicon substrate to a uniform thickness.
[0220]
FIGS. 52A and 52B schematically show a process of forming a thin oxide film on such a silicon substrate. It should be noted that in these figures, the structure on the silicon (100) substrate is greatly simplified.
[0221]
Referring to FIG. 52A, two oxygen atoms are bonded to one silicon atom on the surface of the silicon substrate to form an oxygen layer of one atomic layer. In this typical state, the silicon atoms on the substrate surface are coordinated by two silicon atoms inside the substrate and two oxygen atoms on the substrate surface to form a suboxide.
[0222]
On the other hand, in the state of FIG. 52 (B), the silicon atom at the top of the silicon substrate is coordinated by four oxygen atoms, and stable silicon4+Take the state of. For this reason, it is considered that oxidation progresses quickly in the state of FIG. 52A, and the oxidation stops in the state of FIG. 52B. The thickness of the oxide film in the state of FIG. 52B is about 0.4 nm, which is in good agreement with the oxide film thickness in the stationary state observed in FIG.
[0223]
In the XPS spectrum of FIG. 50, when the oxide film thickness is 0.1 nm or 0.2 nm, a low peak observed in the energy range of 101 to 104 eV corresponds to the suboxide in FIG. 0.3 nm, the peak appearing in this energy region is Si4+This is considered to indicate the formation of an oxide film exceeding one atomic layer.
[0224]
Such a stationary phenomenon of the oxide film thickness at the film thickness of 0.4 nm is caused by the UVO in FIGS. 47A and 47B.2The present invention is not limited to the radical oxidation process, and it is considered that a similar method can be used if an oxide film forming method capable of forming a thin oxide film with high accuracy.
[0225]
When the oxidation is further continued from the state of FIG. 52 (B), the thickness of the oxide film increases again.
[0226]
FIG. 53 shows a ZrSiO layer having a thickness of 0.4 nm on an oxide film formed by the ultraviolet radical oxidation process of FIGS. 47A and 47B using the substrate processing apparatus 20 in this manner.xA film and an electrode film are formed (see FIG. 54B described later), and the relationship between the equivalent thermal oxide film thickness Teq and the leak current Ig obtained for the obtained laminated structure is shown. However, the leakage current characteristics in FIG. 53 are measured in a state where a voltage of Vfb-0.8 V is applied between the electrode film and the silicon substrate with reference to the flat band voltage Vfb. For comparison, FIG. 53 also shows the leakage current characteristics of the thermal oxide film. The converted film thicknesses shown in the figure are the oxide film and the ZrSiOxIt is about the structure which combined the film.
[0227]
Referring to FIG. 53, when the oxide film is omitted, that is, when the thickness of the oxide film is 0 nm, the leak current density exceeds the leak current density of the thermal oxide film. Is also a relatively large value of about 1.7 nm.
[0228]
On the other hand, when the thickness of the oxide film is increased from 0 nm to 0.4 nm, the value of the thermal oxide film equivalent thickness Teq starts to decrease. In such a state, the oxide film is made of a silicon substrate and ZrSiO.xAlthough the physical film thickness is supposed to actually increase, the converted film thickness Teq decreases, but this is because ZrO2When the film is formed directly, as shown in FIG. 54 (A), diffusion of Zr into a silicon substrate or ZrSiOxDiffusion into the film occurs on a large scale, and the silicon substrate and ZrSiOxThis suggests that a thick interface layer is formed between the film and the film. On the other hand, by interposing an oxide film having a thickness of 0.4 nm as shown in FIG. 54B, the formation of such an interface layer is suppressed, and as a result, the reduced film thickness is considered to be reduced. Can be With this, it can be seen that the value of the leak current decreases with the thickness of the oxide film. 54A and 54B show schematic cross sections of the sample thus formed. An oxide film 442 is formed on a silicon substrate 441, and a ZrSiO 2 film is formed on the oxide film 442.xThe structure in which the film 443 is formed is shown.
[0229]
On the other hand, when the thickness of the oxide film exceeds 0.4 nm, the value of the thermal oxide film equivalent thickness starts to increase again. In the range where the thickness of the oxide film exceeds 0.4 nm, the value of the leak current decreases as the thickness increases, and the increase in the converted thickness is due to the increase in the physical thickness of the oxide film. It is believed that there is.
[0230]
As described above, the film thickness in the vicinity of 0.4 nm where the growth of the oxide film stops observed in FIG. 48 corresponds to the minimum value of the reduced film thickness of the system including the oxide film and the high dielectric film, The diffusion of the metal element such as Zr into the silicon substrate is effectively prevented by the stable oxide film shown in FIG. 52B, and even if the thickness of the oxide film is further increased, It can be seen that the diffusion inhibiting effect of is not so high.
[0231]
Furthermore, the value of the leak current when using an oxide film having a thickness of 0.4 nm is about two orders of magnitude smaller than the value of the leak current of a thermal oxide film having a corresponding thickness. It can be seen that the gate leakage current can be minimized by using it for the gate insulating film of the transistor.
[0232]
Further, as a result of the stopping phenomenon at 0.4 nm of the oxide film growth described with reference to FIG. 48 or FIG. 51, the oxide film 442 formed on the silicon substrate 441 has the initial film thickness change or Even if there are irregularities, the increase in the film thickness during the oxide film growth stops at around 0.4 nm as shown in FIG. 55 (B), so that the oxide film growth is continued during the stop period. 55 (C), an oxide film 442 having a very flat and uniform thickness can be obtained.
[0233]
As described above, there is no unified thickness measurement method at present for an extremely thin oxide film. Therefore, the thickness of the oxide film 442 in FIG. 55C may be different depending on the measurement method. However, for the reasons explained above, it has been found that the thickness at which oxide film growth stops is the thickness of two atomic layers, and therefore, the preferred thickness of the oxide film 442 is approximately two atomic layers. Is considered to be a minute thick. This preferable thickness includes a case where a region having a thickness of three atomic layers is formed partially so that a thickness of two atomic layers is secured over the entire oxide film 442. That is, it is considered that the preferable thickness of the oxide film 442 is actually in the range of 2 to 3 atomic layers.
[Remote plasma radical nitriding]
FIG. 56 shows a configuration of the remote plasma unit 27 used in the substrate processing apparatus 20.
As shown in FIG. 56, the remote plasma unit 27 includes a block 27A, typically made of aluminum, in which a gas circulation passage 27a and a gas inlet 27b and a gas outlet 76c communicating therewith are formed. A ferrite core 27B is formed in a part of the block 27A.
[0234]
The inner surface of the gas circulation passage 27a, the gas inlet 27b, and the gas outlet 27c is coated with a fluororesin coating 27d, and the coil wound around the ferrite core 27B is supplied with a high frequency having a frequency of 400 kHz. Plasma 27C is formed in passage 27a.
[0235]
With the excitation of the plasma 27C, nitrogen radicals and nitrogen ions are formed in the gas circulation passage 27a, but the nitrogen ions disappear when circulating in the circulation passage 27a, and mainly from the gas outlet 27c. Nitrogen radical N2* Is released. Further, in the configuration of FIG. 56, by providing an ion filter 27e grounded at the gas outlet 27c, charged particles including nitrogen ions are removed, and only nitrogen radicals are supplied to the process space 84. Further, even when the ion filter 27e is not grounded, the structure of the ion filter 27e functions as a diffusion plate, and it is possible to sufficiently remove charged particles including nitrogen ions.
[0236]
FIG. 57 shows the relationship between the number of ions formed by the remote plasma unit 27 and the electron energy in comparison with the case of the microwave plasma source.
As shown in FIG. 57, when plasma is excited by microwaves, ionization of nitrogen molecules is promoted and a large amount of nitrogen ions are formed. On the other hand, when the plasma is excited by a high frequency of 500 kHz or less, the number of formed nitrogen ions is greatly reduced. In the case of performing the plasma processing by microwave, 1.33 × 10 3-3~ 1.33 × 10-6Pa (10-1-10-4Although a high vacuum of Torr is required, high frequency plasma processing can be performed at a relatively high pressure of 13.3 to 13.3 kPa (0.1 to 100 Torr).
[0237]
Table 1 below shows a comparison of ionization energy conversion efficiency, dischargeable pressure range, plasma power consumption, and process gas flow rate between the case where plasma is excited by microwaves and the case where plasma is excited by high frequencies. .
[0238]
[Table 1]
Figure 2004119520
Referring to Table 1, the ionization energy conversion efficiency was about 1 × 10 for microwave excitation.-2In the case of RF excitation, about 1 × 10-7In the case of microwave excitation, the dischargeable pressure is about 0.1 mTorr to 0.1 Torr (133 mPa to 13.3 Pa), whereas in the case of RF excitation, the dischargeable pressure is 0.1 to 100 Torr ( It can be seen that the pressure is about 13.3 Pa to 13.3 kPa). Accordingly, the plasma power consumption is larger in the case of RF excitation than in the case of microwave excitation, and the process gas flow rate is much larger in the case of RF excitation than in the case of microwave excitation.
[0239]
In the substrate processing apparatus 20, the nitridation of the oxide film is performed not by nitrogen ions but by nitrogen radicals N.2*, And it is therefore preferable that the number of nitrogen ions to be excited is small. Also, from the viewpoint of minimizing damage to the substrate to be processed, it is preferable that the number of excited nitrogen ions is small. Further, in the substrate processing apparatus 20, the number of excited nitrogen radicals is small, and it is suitable for nitriding a very thin base oxide film having a thickness of only about 2 to 3 atomic layers under the high dielectric gate insulating film. It is.
[0240]
59A and 59B are a side view and a plan view, respectively, showing a case where the substrate to be processed W is subjected to radical nitridation using the substrate processing apparatus 20.
As shown in FIGS. 59A and 59B, an Ar gas and a nitrogen gas are supplied to the remote plasma unit 27, and nitrogen radicals are formed by exciting the plasma at a high frequency of several hundred kHz. The formed nitrogen radicals flow along the surface of the substrate to be processed W and are exhausted through the exhaust port 74 and the pump 201. As a result, the process space 84 is set to a process pressure in a range of 1.33 Pa to 13.3 kPa (0.01 to 100 Torr) suitable for radical nitridation of the substrate W. The nitrogen radicals thus formed, when flowing along the surface of the target substrate W, nitridate the surface of the target substrate W.
[0241]
In the nitriding step of FIGS. 59A and 59B, in the purge step prior to the nitriding step, the valves 48a and 212 are opened and the valve 48a is closed, so that the pressure in the process space 84 is 1.33 × 10 3.-1~ 1.33 × 10-4The pressure is reduced to Pa and the oxygen and moisture remaining in the process space 84 are purged. However, in the subsequent nitriding process, the valves 48 a and 212 are closed, and the turbo molecular pump 50 is connected to the exhaust path of the process space 84. Is not included.
[0242]
As described above, by using the substrate processing apparatus 20, it is possible to form an extremely thin oxide film on the surface of the substrate W to be processed, and to further nitride the oxide film surface.
[0243]
In FIG. 60A, an oxide film formed to a thickness of 2.0 nm on a Si substrate by a thermal oxidation process by the substrate processing apparatus 20 was nitrided using the remote plasma unit 27 under the conditions shown in Table 2. FIG. 60B shows the relationship between the nitrogen concentration distribution and the oxygen concentration distribution in the same oxide film.
[0244]
[Table 2]
Figure 2004119520
Referring to Table 2, during the RF nitriding using the substrate processing apparatus 20, nitrogen is supplied into the process space 84 at a flow rate of 50 SCCM and Ar is supplied at a flow rate of 2 SLM, and the nitriding processing is performed at 1 Torr ( This is performed under a pressure of 133 Pa).-6Torr (1.33 × 10-4The pressure is reduced to about Pa), and oxygen or moisture remaining inside is sufficiently purged. For this reason, at the time of the nitriding treatment performed at a pressure of about 1 Torr, the residual oxygen is diluted with Ar and nitrogen in the process space 84, and the residual oxygen concentration, that is, the thermodynamic activity of the residual oxygen is reduced. Very small.
[0245]
On the other hand, in the nitriding treatment using microwave plasma, the treatment pressure during the nitridation treatment is almost the same as the purge pressure, and therefore, it is considered that the residual oxygen has high thermodynamic activity in the plasma atmosphere. Can be
[0246]
Referring to FIG. 60A, when nitriding by microwave excitation plasma, the concentration of nitrogen introduced into the oxide film is limited, and nitriding of the oxide film does not substantially proceed. Understand. On the other hand, when nitriding by RF excitation plasma as in the present embodiment, it can be seen that the nitrogen concentration in the oxide film changes linearly with the depth, reaching nearly 20% near the surface.
[0247]
FIG. 61 shows the principle of the measurement in FIG. 60A performed using XPS (X-ray spectroscopy).
Referring to FIG. 61, a sample having an oxide film 412 formed on a silicon substrate 411 is irradiated with X-rays at an oblique angle at a predetermined angle, and the excited X-ray spectra are subjected to various detections by detectors DET1 and DET2. Detect by angle. At this time, the path of the excited X-rays in the oxide film 412 is short in the detector DET1 set at a deep detection angle of, for example, 90 °. In the detector DET2 set at a shallow detection angle, the path of the excited X-rays in the oxide film 12 is long, so that the detector DET2 mainly includes information near the surface of the oxide film 412. Is detected.
[0248]
FIG. 60B shows the relationship between the nitrogen concentration and the oxygen concentration in the oxide film. However, in FIG. 60B, the oxygen concentration is represented by the X-ray intensity corresponding to the O1s orbit.
[0249]
Referring to FIG. 60B, when the oxide film is nitrided by RF remote plasma as in the present invention, the oxygen concentration decreases as the nitrogen concentration increases. It can be seen that the atoms have replaced the oxygen atoms. On the other hand, when the nitriding of the oxide film is performed by microwave plasma, such a substitution relationship is not seen, and a relationship in which the oxygen concentration decreases with the nitrogen concentration is not seen. In particular, in FIG. 60 (B), an increase in the oxygen concentration is observed in the case where 5 to 6% of nitrogen is introduced by microwave nitridation, which suggests that the oxide film increases with nitridation. are doing. Such an increase in oxygen concentration due to microwave nitridation is caused by the fact that microwave nitridation is performed in a high vacuum, so that oxygen or moisture remaining in the processing space is reduced by Ar gas or nitrogen gas as in high-frequency remote plasma nitridation. This is considered to be due to having high activity in the atmosphere without being diluted.
[0250]
FIG. 62 shows that an oxide film is formed to a thickness of 4 ° (0.4 nm) and 7 ° (0.7 nm) in the substrate processing apparatus 20, and this is shown in FIGS. 2) shows the relationship between the nitriding time and the nitrogen concentration in the film when nitriding is performed in the nitriding step of FIG. FIG. 63 shows a state of segregation of nitrogen on the oxide film surface due to the nitriding treatment of FIG. FIGS. 62 and 63 also show cases where the oxide film is formed to a thickness of 5 ° (0.5 nm) and 7 ° (0.7 nm) by rapid thermal oxidation treatment.
[0251]
Referring to FIG. 62, the nitrogen concentration in the film increases with the nitridation treatment time for any oxide film. In particular, the nitrogen concentration of 0.4 nm corresponding to two atomic layers formed by ultraviolet radical oxidation is increased. In the case of an oxide film having a thickness or a thermal oxide film having a thickness of 0.5 nm close to the thickness, the oxide film is thin, so that the nitrogen concentration in the film increases under the same deposition conditions. I have.
[0252]
FIG. 63 shows the result of detecting the nitrogen concentration by setting the detectors DET1 and DET2 to the detection angles of 30 ° and 90 ° in FIG. 61, respectively.
As can be seen from FIG. 63, the vertical axis in FIG. 63 shows that the X-ray spectrum intensity from the nitrogen atoms segregated on the film surface obtained at the detection angle of 30 ° is dispersed throughout the film obtained at the detection angle of 90 °. It is obtained by dividing by the value of the X-ray spectrum intensity from the nitrogen atom, which is defined as the nitrogen segregation rate. When this value is 1 or more, segregation of nitrogen on the surface occurs.
[0253]
Referring to FIG. 63, in the case where the oxide film was formed to a thickness of 7 ° by the ultraviolet light excited oxygen radical treatment, the nitrogen segregation rate became 1 or more, and nitrogen atoms were initially segregated on the surface. It is considered that it is in a state like the film 12A. Also, it can be seen that after the nitriding treatment for 90 seconds, the film is almost uniformly distributed in the film. It can also be seen that the distribution of nitrogen atoms in the other films becomes substantially uniform after nitriding for 90 seconds.
[0254]
In the experiment of FIG. 64, in the substrate processing apparatus 20, the ultraviolet light radical oxidation treatment and the remote plasma nitridation treatment were repeatedly performed on ten wafers (wafer # 1 to wafer # 10). FIG. 64 shows a variation in the thickness of the oxynitride film obtained in this manner for each wafer. However, the results in FIG. 64 show that the oxide film was formed such that the thickness of the oxide film obtained by XPS measurement was 0.4 nm during the ultraviolet radical oxidation treatment performed by driving the ultraviolet light sources 86 and 87 in the substrate processing apparatus 20. Then, the oxide film thus formed is converted into an oxynitride film containing about 4% of nitrogen atoms by a nitriding process performed by driving the remote plasma unit 27.
[0255]
Referring to FIG. 64, the ordinate indicates the film thickness obtained by ellipsometry for the oxynitride film thus obtained, and as can be seen from FIG. 64, the obtained film thickness is approximately 8 ° (0. 8 nm).
[0256]
FIG. 65 shows a case where an oxide film having a thickness of 0.4 nm is formed on a silicon substrate by a radical oxidation process using ultraviolet light sources 86 and 87 by the substrate processing apparatus 20 and then nitrided by the remote plasma unit 27. And the results of examining the increase in film thickness due to nitriding are shown.
[0257]
Referring to FIG. 65, the oxide film having an initial thickness of about 0.38 nm (before performing the nitriding treatment) has a thickness of about 0% when 4 to 7% of nitrogen atoms are introduced by the nitriding treatment. It can be seen that it has increased to 0.5 nm. On the other hand, when about 15% of nitrogen atoms are introduced by the nitriding treatment, the film thickness increases to about 1.3 nm. In this case, the introduced nitrogen atoms pass through the oxide film and enter the silicon substrate. It is considered that a nitride film is formed.
[0258]
In FIG. 65, the relationship between the nitrogen concentration and the film thickness in an ideal model structure in which nitrogen is introduced into the oxide film having a thickness of 0.4 nm by one layer is shown by ▲.
[0259]
Referring to FIG. 65, in this ideal model structure, the film thickness after introducing nitrogen atoms is about 0.5 nm, in which case the film thickness increases by about 0.1 nm and the nitrogen concentration becomes about 12%. . Based on this model, it can be concluded that when nitriding the oxide film by the substrate processing apparatus 20, it is preferable to suppress the increase in film thickness to about 0.1 to 0.2 nm. At that time, the amount of nitrogen atoms taken into the film is estimated to be about 12% at the maximum.
[0260]
In the above description, an example in which a very thin base oxide film is formed using the substrate processing apparatus 20 has been described. However, the present invention is not limited to such a specific embodiment, and a silicon substrate or a silicon layer may be used. It is possible to apply a high-quality oxide film, nitride film, or oxynitride film thereon to a desired thickness.
[0261]
As described above, the present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
[0262]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the drive-side magnet provided outside the partition surrounding the shaft of the holding member and the driven-side magnet provided inside the partition are held via the magnet coupling in which the magnet is opposed to each other. By rotating the shaft of the member, contamination by the driven magnet can be prevented by the partition, and the rotation drive unit can be downsized to reduce the size of the apparatus. Further, the substrate to be processed can be stably rotated to improve the efficiency of the film forming process on the substrate to be processed, thereby increasing the productivity.
[0263]
Further, according to the present invention, the use of the lubricant in the rotation drive region is achieved by inserting the shaft of the holding member inside the partition into the rotating shaft formed of ceramic and fixing the driven magnet on the outer periphery of the rotating shaft. To prevent contamination due to the lubricant, and increase the durability of the rotating part.
[0264]
Further, according to the present invention, the partition wall is formed in a bottomed cylindrical shape fixed to the bottom of the heater portion, and the ceramic drive that rotatably supports the rotating shaft is held inside the partition wall, thereby rotating the partition. It is possible to prevent contamination by metal in the region, to use no lubricant, and to increase the durability of the rotating part.
[0265]
Further, according to the present invention, since the driven magnet is housed in the sealed case, it is possible to prevent contamination due to gas released from the driven magnet.
[0266]
In addition, according to the present invention, since the inside of the processing container and the heater section is decompressed and the decompression means for depressurizing the internal space defined by the partition wall is provided, contamination by the lubricant in the rotation drive region is reduced. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device having a high dielectric gate insulating film.
FIG. 2 is a front view showing the configuration of an embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a side view showing a configuration of an embodiment of the substrate processing apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is a front view showing a configuration of a device disposed below a processing container 22.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a device disposed below a processing container 22.
FIG. 7 is a side view illustrating a configuration of a device disposed below a processing container 22.
8A and 8B are diagrams showing a configuration of an exhaust path 32, where FIG. 8A is a plan view, FIG. 8B is a front view, and FIG. 8C is a longitudinal sectional view along line BB.
FIG. 9 is a side longitudinal sectional view showing the processing container 22 and its peripheral devices in an enlarged manner.
FIG. 10 is a plan view of the inside of the processing container 22 from which the cover member 82 has been removed, as viewed from above.
11 is a plan view of the processing container 22. FIG.
FIG. 12 is a front view of a processing container 22.
FIG. 13 is a bottom view of the processing container 22.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view taken along the line CC in FIG.
FIG. 15 is a right side view of the processing container 22.
FIG. 16 is a left side view of the processing container 22.
FIG. 17 is an enlarged longitudinal sectional view showing an attachment structure of the ultraviolet light sources 86 and 87.
FIG. 18 is an enlarged longitudinal sectional view showing a configuration of a gas injection nozzle unit 93.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the configuration of the gas injection nozzle section 93 in an enlarged manner.
20 is an enlarged front view showing a configuration of a gas injection nozzle unit 93. FIG.
FIG. 21 is an enlarged longitudinal sectional view showing a configuration of a heater unit 24.
FIG. 22 is an enlarged bottom view showing the heater unit 24.
FIG. 23 is an enlarged longitudinal sectional view showing a mounting structure of a second inflow port 170 and a second outflow port 174.
24 is an enlarged longitudinal sectional view showing a mounting structure of a flange 140. FIG.
FIG. 25 is an enlarged longitudinal sectional view showing a mounting structure of an upper end portion of the clamp mechanism 190.
FIG. 26 is a diagram showing a configuration of a SiC heater 114 and a control system of the SiC heater 114.
27A and 27B are diagrams showing a configuration of a quartz bell jar 112, wherein FIG. 27A is a plan view and FIG. 27B is a longitudinal sectional view.
28A and 28B are diagrams showing a configuration of a quartz bell jar 112, wherein FIG. 28A is a perspective view seen from above, and FIG. 28B is a perspective view seen from below.
FIG. 29 is a system diagram showing a configuration of an exhaust system of the pressure reducing system.
30A and 30B are diagrams showing a configuration of a holding member 120, wherein FIG. 30A is a plan view and FIG. 30B is a side view.
FIG. 31 is a longitudinal sectional view illustrating a configuration of a rotation drive unit disposed below a heater unit.
FIG. 32 is an enlarged longitudinal sectional view showing the rotation driving unit 28.
33A and 33B are diagrams showing a configuration of a holder cooling mechanism 234, wherein FIG. 33A is a cross-sectional view and FIG. 33B is a side view.
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the configuration of the rotation position detection mechanism 232.
35A and 35B are diagrams for describing the configuration and operation of the rotation position detection mechanism 232, where FIG. 35A is a diagram illustrating a non-detection state, and FIG. 35B is a diagram illustrating a detection state.
36A is a signal waveform diagram of the rotation position detection mechanism 232, FIG. 36A is a waveform diagram of an output signal S of the light receiving element 268, and FIG. 36B is a waveform diagram of a pulse signal P output from the rotation position determination circuit 270. It is.
FIG. 37 is a flowchart illustrating a rotational position control process performed by the control circuit.
FIG. 38 is a cross-sectional view of the mounting location of the windows 75 and 76 as viewed from above.
39 is a cross-sectional view showing the window 75 in an enlarged manner. FIG.
FIG. 40 is a cross-sectional view showing the window 76 in an enlarged manner.
41A and 41B are diagrams showing a configuration of a lower case 102, wherein FIG. 41A is a plan view and FIG. 41B is a side view.
42 (A) is a plan view, FIG. 42 (B) is a front view, FIG. 42 (C) is a rear view, FIG. 42 (D) is a left side view, and FIG. 42 (E) is a right side view. FIG.
43A and 43B are diagrams showing a configuration of the upper case 106, wherein FIG. 43A is a bottom view and FIG. 43B is a side view.
44A and 44B are diagrams showing a configuration of a cylindrical case 108, wherein FIG. 44A is a plan view, FIG. 44B is a side longitudinal sectional view, and FIG.
FIG. 45 is an enlarged longitudinal sectional view showing the lifter mechanism 30.
FIG. 46 is an enlarged longitudinal sectional view showing the seal structure of the lifter mechanism 30.
FIGS. 47A and 47B are a side view and a plan view, respectively, showing a substrate oxidation treatment performed using the substrate processing apparatus 20. FIGS.
FIG. 48 is a view showing a substrate oxidation treatment step performed using the substrate processing apparatus 20.
FIG. 49 is a view showing a method of measuring a film thickness by XPS used in the present invention.
FIG. 50 is another diagram showing a film thickness measuring method by XPS used in the present invention.
FIG. 51 is a diagram schematically showing a stop phenomenon of oxide film thickness growth observed when an oxide film is formed by the substrate processing apparatus 20.
FIGS. 52A and 52B are diagrams showing a process of forming an oxide film on the surface of a silicon substrate.
FIG. 53 is a view showing a leakage current characteristic of an oxide film obtained in the first example of the present invention.
FIGS. 54A and 54B are diagrams for explaining the cause of the leakage current characteristics of FIG. 53;
FIGS. 55A to 55C are diagrams showing an oxide film forming step occurring in the substrate processing apparatus 20. FIGS.
FIG. 56 is a diagram showing a configuration of a remote plasma source used in the substrate processing apparatus 20.
FIG. 57 is a diagram comparing characteristics of RF remote plasma and microwave plasma.
FIG. 58 is another diagram comparing characteristics of the RF remote plasma and the microwave plasma.
59 (A) and (B) are a side view and a plan view, respectively, showing an oxide film nitriding process performed using the substrate processing apparatus 20.
FIGS. 60A and 60B are diagrams showing a relationship between a nitrogen concentration and a film thickness in an oxide film nitrided by RF remote plasma in comparison with a case where nitriding is performed by microwave plasma; .
FIG. 61 is a diagram schematically showing XPS used in the present invention.
FIG. 62 is a diagram showing the relationship between the nitriding time of an oxide film by remote plasma and the nitrogen concentration in the film.
FIG. 63 is a diagram showing the relationship between the nitriding time of an oxide film and the distribution of nitrogen in the film.
FIG. 64 is a diagram showing a change in film thickness of each oxynitride film formed by nitriding the oxide film for each wafer.
FIG. 65 is a diagram showing an increase in film thickness due to nitriding of an oxide film according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10mm semiconductor device
11 silicon substrate
12 base oxide film
12A oxynitride film
13,43 high dielectric film
14 gate electrode
20mm substrate processing equipment
22 processing container
24 heater section
26 UV irradiation unit
27 remote plasma unit
28 ° rotation drive
30 lifter mechanism
32mm exhaust path
34 gas supply unit
36mm frame
46 cooling water supply section
48a, 48b exhaust valve
50 turbo molecular pump
51 vacuum line
52 power supply unit
57 UV lamp controller
66 gas box
68 ion gauge controller
70 APC controller
72 ° TMP controller
73 ° opening
74 ° exhaust port
75 first window
76 The second window
77, 85 sensor unit
80 chamber
82 lid member
84 process space
86,87 UV light source (UV lamp)
85a ~ 85c pressure gauge
88 mm transparent window
90 supply line
92 supply port
93 gas injection nozzle
93b1~ 93b3Nozzle plate
93a1~ 93anInjection hole
94mm transfer port
96mm gate valve
97a @ First mass flow controller
97b @ 2nd mass flow controller
98 transfer robot
991~ 993Gas supply line
100 mm quartz liner
102 lower case
104 side case
106 upper case
108 cylindrical case
110 base
112 quartz bell jar
113 interior space
114 SiC heater
116 heat reflection member (reflector)
118 SiC susceptor (heating member)
119 pyrometer
120 ° holding member
120a-120c @ arm
120d axis
122 casing
124 interior space
126 ceramic shaft
128 motor
130 magnetic coupling
132 lifting arm
134 ° vertical shaft
136 drive unit
138a-138c Contact pin
142 central hole
144 The first waterway
146 first flange
148 ° second flange
150 Second waterway
152 first inflow line
154 first inlet
156 Outflow line
158 First outlet
164 temperature sensor
166a to 166f Power cable connection terminal
168 second inflow line
170 ° second inlet
172 Outflow line
174 @ second outlet
190 ° clamp mechanism
192 coil spring
194a to 194f connection member
196 heater control circuit
197,199 L-shaped washer
198 temperature controller
200 power supply
201 pump (MBP)
202 exhaust line
204 exhaust pipe
206, 210, 212 valve
208 branch pipe
211 variable aperture
214 pressure gauge
230 holder
232 ° rotation position detection mechanism
234 ° holder cooling mechanism
236,237mm ceramic bearing
242 flange
244 partition
246mm exhaust port
248 ° driven magnet
250mm magnet cover
252 atmosphere side rotating part
254, 255 bearing
256 drive side magnet
258 ° rotation detection unit
260,261 slit plate
262,263 Photo interrupter
266 light emitting element
268 light receiving element
270 ° rotation position judgment circuit

Claims (5)

内部に処理空間が画成された処理容器と、
前記処理空間に挿入された被処理基板を所定温度に加熱するヒータ部と、
前記被処理基板を前記ヒータ部に対向する位置に保持する保持部材と、
前記保持部材の軸の周囲を覆うように形成された隔壁と、
前記隔壁の外側に設けられた駆動側マグネットと前記隔壁の内側に設けられた従動側マグネットとを対向配置させ、前記ヒータ部を貫通する前記保持部材の軸に回転駆動力を伝達するマグネットカップリングと、
該マグネットカップリングを介して前記保持部材の軸を回転駆動する回転駆動手段と、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。A processing vessel in which a processing space is defined,
A heater unit for heating the substrate to be processed inserted into the processing space to a predetermined temperature;
A holding member for holding the substrate to be processed at a position facing the heater section;
A partition wall formed so as to cover the periphery of the axis of the holding member,
A magnet coupling for disposing a driving-side magnet provided outside the partition and a driven-side magnet provided inside the partition to face each other, and transmitting a rotational driving force to a shaft of the holding member passing through the heater. When,
Rotation driving means for rotating and driving the shaft of the holding member via the magnet coupling,
A substrate processing apparatus comprising: 前記隔壁の内部で前記保持部材の軸をセラミックにより形成された回転軸に挿入し、前記回転軸の外周に従動側マグネットを固定したことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。2. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein a shaft of the holding member is inserted into a rotating shaft made of ceramic inside the partition, and a driven magnet is fixed to an outer periphery of the rotating shaft. 前記隔壁は、上端が前記ヒータ部の底部に固定された有底筒状に形成され、前記内部に前記回転軸を回転自在に軸承するセラミック製の軸受を保持することを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。2. The partition wall is formed in a bottomed cylindrical shape whose upper end is fixed to the bottom of the heater section, and holds a ceramic bearing that rotatably supports the rotating shaft in the interior. Or the substrate processing apparatus according to 2. 前記従動側マグネットは、密閉されたケースに収納されたことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the driven magnet is housed in a sealed case. 前記処理容器及び前記ヒータ部の内部を減圧にすると共に、前記隔壁に画成された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請求項１記載の基板処理装置。The substrate processing apparatus according to claim 1, further comprising a decompression unit that decompresses the inside of the processing container and the heater unit and decompresses an internal space defined by the partition.
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