JP3877157B2 - 基板処理装置 - Google Patents
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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）
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
【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。
【００１９】
上記請求項１記載の発明は、内部の処理空間が画成された処理容器と、
紫外線ラジカル酸化処理を行う際に前記処理空間に紫外線を照射する紫外線光源と、
前記処理容器の側面に接続され、前記処理空間に酸素含有ガスを噴射するガス供給ノズル部と、
前記処理容器の内壁を覆うように形成され、前記紫外線光源に対向する位置に紫外線が通過する開口を有し、紫外線を遮断する石英製の不透明な保護ケースと、
前記ガス供給ノズル部が設けられた前記処理容器の前記側面に接続され、ラジカル窒化処理を行う際に前記処理空間に窒素ラジカルを供給するリモートプラズマ部と、
該保護ケースの内部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の上方に保持する保持部材と、
前記ヒータ部を貫通した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。
【００２０】
また、請求項２記載の発明は、前記保護ケースが、
前記保持部材に保持された前記被処理基板の周囲を囲むように形成され、前記被処理基板が通過する第１の開口部を有する側面ケース部と、
前記側面ケース部の上部を覆うように取り付けられ、前記紫外線光源に対向する第２の開口部を有する上部ケース部と、
前記側面ケース部の下部を覆うように取り付けられ、前記被処理基板を昇降させる昇降部材が通過する第３の開口部を有する下部ケース部と、
を組み合わせたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、前記保護ケースが、前記ヒータ部を収納する透明石英ケースの外周を覆う筒状ケース部を有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項４記載の発明は、前記ガス供給ノズル部が、前記処理容器の前記側面に形成された開口に嵌合し、前記処理空間の横幅方向に複数の噴射孔を所定間隔毎に一列に配置されたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項５記載の発明は、処理容器が、前記ガス供給ノズル部及び前記リモートプラズマ部と対向する下流側に前記処理空間の横幅方向に延在する長方形状に形成された排気口を有することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明によれば、ヒータ部に対向する位置に被処理基板を支持すると共に、被処理基板を保持する保持部材を回転させることにより、被処理基板の温度分布を均一に保ち、被処理基板の反りを抑制することができ、被処理基板の成膜処理を安定、且つ効率良く行える。さらに、処理容器の内壁を紫外線を遮断する石英製の不透明な保護ケースで覆うことにより、紫外線ラジカル酸化処理を行う際に処理容器の内壁が紫外線により酸化することを防止できると共に、保護ケースの断熱効果により処理容器が高温になることを防止して処理容器の寿命を延ばすことが可能になる。また、ガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部が処理容器の同一側面から処理空間に酸素含有ガス、窒素ラジカルを供給することができるので、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を行う際のガスの流れ方向を一致させて酸化及び窒化処理に拘わらず下流側の排気口を共用することができる。
【００２５】
また、本発明によれば、保護ケースが、保持部材に保持された被処理基板の周囲を囲むように形成された側面ケース部と、側面ケース部の上部を覆うように取り付けられた上部ケース部と、側面ケース部の下部を覆うように取り付けられた下部ケース部とを組み合わせたものであり、処理空間の内部構成に応じた任意の形状に製作することが可能になる。
【００２６】
また、本発明によれば、保護ケースがヒータ部を収納する透明石英ケースの外周を覆う筒状ケース部を有することにより、ヒータ部からの熱が外周側に放射されることを防止して被処理基板に対する加熱をより効率良く行うことが可能になる。
【００２７】
また、本発明によれば、ガス供給ノズル部が、処理容器の側面に形成された開口に嵌合し、処理空間の横幅方向に複数の噴射孔を所定間隔毎に一列に配置されているので、処理空間におけるガスの流れを層流状態に保つことができ、処理空間内のガスが一定流速で流れことになり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行える。
【００２８】
また、本発明によれば、排気口がガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部と対向する下流側に前記処理空間の横幅方向に延在する長方形状に形成された排気口を有することにより、処理空間内のガスが一定流速で下流側へ流れて処理空間に供給されたガスの流れを乱すことなく排気することが可能になり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行える。
【００２９】
【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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
〔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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
〔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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
〔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。
【００６５】
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。
【００６６】
〔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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
〔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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
〔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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
〔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（保護ケース）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部１０２と、側面ケース部１０４と、上部ケース部１０６と、石英ベルジャ（透明石英ケース）１１２の外周を覆う円筒状ケース部１０８とを組み合わせた構成になっている。
この石英ライナ１００は、プロセス空間８４を形成する処理容器２２及び蓋部材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。
【００７７】
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。
【００７８】
〔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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
〔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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
（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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
（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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
（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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
（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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
（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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
（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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
（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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
（１０）ここで、石英ライナ１００を構成する各ケース部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、下部ケース部１０２、側面ケース部１０４、上部ケース部１０６、円筒状ケース部１０８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。
【０１９４】
図４１（Ａ）（Ｂ）は下部ケース部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、下部ケース部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、円筒状ケース部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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
また、下部ケース部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、下部ケース部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。
【０１９７】
また、上記円形開口３１０の内周には、後述する円筒状ケース部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、下部ケース部１０２の周縁部には、側面ケース部１０４に嵌合する段部３１５が設けられている。
【０１９８】
図４２は側面ケース部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、側面ケース部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。
【０１９９】
また、側面ケース部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。
【０２００】
また、側面ケース部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。
【０２０１】
また、側面ケース部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。
【０２０２】
図４３は上部ケース部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、上部ケース部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、上部ケース部１０６の周縁部には、側面ケース部１０４に嵌合する段部３２６が設けられている。
【０２０３】
また、上部ケース部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。
【０２０４】
図４４は円筒状ケース部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、円筒状ケース部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、円筒状ケース部１０８は、上端部の外周に下部ケース部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。
【０２０５】
（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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
（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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
【表１】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
【表２】
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。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、ヒータ部に対向する位置に被処理基板を支持すると共に、被処理基板を保持する保持部材を回転させることにより、被処理基板の温度分布を均一に保ち、被処理基板の反りを抑制することができ、被処理基板の成膜処理を安定、且つ効率良く行える。さらに、処理容器の内壁を紫外線を遮断する石英製の不透明な保護ケースで覆うことにより、紫外線ラジカル酸化処理を行う際に処理容器の内壁が紫外線により酸化することを防止できると共に、保護ケースの断熱効果により処理容器が高温になることを防止して処理容器の寿命を延ばすことができる。また、ガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部が処理容器の同一側面から処理空間に酸素含有ガス、窒素ラジカルを供給することができるので、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を行う際のガスの流れ方向を一致させて酸化及び窒化処理に拘わらず下流側の排気口を共用することができる。
【０２６２】
また、本発明によれば、保護ケースが、保持部材に保持された被処理基板の周囲を囲むように形成された側面ケース部と、側面ケース部の上部を覆うように取り付けられた上部ケース部と、側面ケース部の下部を覆うように取り付けられた下部ケース部とを組み合わせたものであり、処理空間の内部構成に応じた任意の形状に製作することができる。
【０２６３】
また、本発明によれば、保護ケースがヒータ部を収納する透明石英ケースの外周を覆う筒状ケース部を有することにより、ヒータ部からの熱が外周側に放射されることを防止して被処理基板に対する加熱をより効率良く行うことができる。
【０２６４】
また、本発明によれば、ガス供給ノズル部が、処理容器の側面に形成された開口に嵌合し、処理空間の横幅方向に複数の噴射孔を所定間隔毎に一列に配置されているので、処理空間におけるガスの流れを層流状態に保つことができ、処理空間内のガスが一定流速で流れことになり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行うことができる。
【０２６５】
また、本発明によれば、排気口がガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部と対向する下流側に前記処理空間の横幅方向に延在する長方形状に形成された排気口を有することにより、処理空間内のガスが一定流速で下流側へ流れて処理空間に供給されたガスの流れを乱すことなく排気することが可能になり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行うことができる。
【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】 下部ケース部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】 側面ケース部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】 上部ケース部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】 円筒状ケース部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 下部ケース部
１０４ 側面ケース部
１０６ 上部ケース部
１０８ 円筒状ケース部
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
【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）
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
【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。
【００１９】
上記請求項１記載の発明は、内部の処理空間が画成された処理容器と、
紫外線ラジカル酸化処理を行う際に前記処理空間に紫外線を照射する紫外線光源と、
前記処理容器の側面に接続され、前記処理空間に酸素含有ガスを噴射するガス供給ノズル部と、
前記処理容器の内壁を覆うように形成され、前記紫外線光源に対向する位置に紫外線が通過する開口を有し、紫外線を遮断する石英製の不透明な保護ケースと、
前記ガス供給ノズル部が設けられた前記処理容器の前記側面に接続され、ラジカル窒化処理を行う際に前記処理空間に窒素ラジカルを供給するリモートプラズマ部と、
該保護ケースの内部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の上方に保持する保持部材と、
前記ヒータ部を貫通した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。
【００２０】
また、請求項２記載の発明は、前記保護ケースが、
前記保持部材に保持された前記被処理基板の周囲を囲むように形成され、前記被処理基板が通過する第１の開口部を有する側面ケース部と、
前記側面ケース部の上部を覆うように取り付けられ、前記紫外線光源に対向する第２の開口部を有する上部ケース部と、
前記側面ケース部の下部を覆うように取り付けられ、前記被処理基板を昇降させる昇降部材が通過する第３の開口部を有する下部ケース部と、
を組み合わせたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、前記保護ケースが、前記ヒータ部を収納する透明石英ケースの外周を覆う筒状ケース部を有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、請求項４記載の発明は、前記ガス供給ノズル部が、前記処理容器の前記側面に形成された開口に嵌合し、前記処理空間の横幅方向に複数の噴射孔を所定間隔毎に一列に配置されたことを特徴とするものである。
【００２３】
また、請求項５記載の発明は、処理容器が、前記ガス供給ノズル部及び前記リモートプラズマ部と対向する下流側に前記処理空間の横幅方向に延在する長方形状に形成された排気口を有することを特徴とするものである。
【００２４】
本発明によれば、ヒータ部に対向する位置に被処理基板を支持すると共に、被処理基板を保持する保持部材を回転させることにより、被処理基板の温度分布を均一に保ち、被処理基板の反りを抑制することができ、被処理基板の成膜処理を安定、且つ効率良く行える。さらに、処理容器の内壁を紫外線を遮断する石英製の不透明な保護ケースで覆うことにより、紫外線ラジカル酸化処理を行う際に処理容器の内壁が紫外線により酸化することを防止できると共に、保護ケースの断熱効果により処理容器が高温になることを防止して処理容器の寿命を延ばすことが可能になる。また、ガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部が処理容器の同一側面から処理空間に酸素含有ガス、窒素ラジカルを供給することができるので、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を行う際のガスの流れ方向を一致させて酸化及び窒化処理に拘わらず下流側の排気口を共用することができる。
【００２５】
また、本発明によれば、保護ケースが、保持部材に保持された被処理基板の周囲を囲むように形成された側面ケース部と、側面ケース部の上部を覆うように取り付けられた上部ケース部と、側面ケース部の下部を覆うように取り付けられた下部ケース部とを組み合わせたものであり、処理空間の内部構成に応じた任意の形状に製作することが可能になる。
【００２６】
また、本発明によれば、保護ケースがヒータ部を収納する透明石英ケースの外周を覆う筒状ケース部を有することにより、ヒータ部からの熱が外周側に放射されることを防止して被処理基板に対する加熱をより効率良く行うことが可能になる。
【００２７】
また、本発明によれば、ガス供給ノズル部が、処理容器の側面に形成された開口に嵌合し、処理空間の横幅方向に複数の噴射孔を所定間隔毎に一列に配置されているので、処理空間におけるガスの流れを層流状態に保つことができ、処理空間内のガスが一定流速で流れことになり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行える。
【００２８】
また、本発明によれば、排気口がガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部と対向する下流側に前記処理空間の横幅方向に延在する長方形状に形成された排気口を有することにより、処理空間内のガスが一定流速で下流側へ流れて処理空間に供給されたガスの流れを乱すことなく排気することが可能になり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行える。
【００２９】
【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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
〔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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
〔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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
〔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。
【００６５】
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。
【００６６】
〔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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
〔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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
〔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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
〔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（保護ケース）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部１０２と、側面ケース部１０４と、上部ケース部１０６と、石英ベルジャ（透明石英ケース）１１２の外周を覆う円筒状ケース部１０８とを組み合わせた構成になっている。
この石英ライナ１００は、プロセス空間８４を形成する処理容器２２及び蓋部材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。
【００７７】
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。
【００７８】
〔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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
〔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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
（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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
（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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
（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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
（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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
（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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
（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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
（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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
（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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
（１０）ここで、石英ライナ１００を構成する各ケース部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、下部ケース部１０２、側面ケース部１０４、上部ケース部１０６、円筒状ケース部１０８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。
【０１９４】
図４１（Ａ）（Ｂ）は下部ケース部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、下部ケース部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、円筒状ケース部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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
また、下部ケース部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、下部ケース部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。
【０１９７】
また、上記円形開口３１０の内周には、後述する円筒状ケース部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、下部ケース部１０２の周縁部には、側面ケース部１０４に嵌合する段部３１５が設けられている。
【０１９８】
図４２は側面ケース部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、側面ケース部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。
【０１９９】
また、側面ケース部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。
【０２００】
また、側面ケース部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。
【０２０１】
また、側面ケース部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。
【０２０２】
図４３は上部ケース部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、上部ケース部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、上部ケース部１０６の周縁部には、側面ケース部１０４に嵌合する段部３２６が設けられている。
【０２０３】
また、上部ケース部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。
【０２０４】
図４４は円筒状ケース部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、円筒状ケース部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、円筒状ケース部１０８は、上端部の外周に下部ケース部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。
【０２０５】
（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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
（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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
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。
【０２２８】
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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
【表１】
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
【表２】
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
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。
【０２４９】
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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
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。
【０２５６】
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。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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。
【０２６１】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、ヒータ部に対向する位置に被処理基板を支持すると共に、被処理基板を保持する保持部材を回転させることにより、被処理基板の温度分布を均一に保ち、被処理基板の反りを抑制することができ、被処理基板の成膜処理を安定、且つ効率良く行える。さらに、処理容器の内壁を紫外線を遮断する石英製の不透明な保護ケースで覆うことにより、紫外線ラジカル酸化処理を行う際に処理容器の内壁が紫外線により酸化することを防止できると共に、保護ケースの断熱効果により処理容器が高温になることを防止して処理容器の寿命を延ばすことができる。また、ガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部が処理容器の同一側面から処理空間に酸素含有ガス、窒素ラジカルを供給することができるので、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を行う際のガスの流れ方向を一致させて酸化及び窒化処理に拘わらず下流側の排気口を共用することができる。
【０２６２】
また、本発明によれば、保護ケースが、保持部材に保持された被処理基板の周囲を囲むように形成された側面ケース部と、側面ケース部の上部を覆うように取り付けられた上部ケース部と、側面ケース部の下部を覆うように取り付けられた下部ケース部とを組み合わせたものであり、処理空間の内部構成に応じた任意の形状に製作することができる。
【０２６３】
また、本発明によれば、保護ケースがヒータ部を収納する透明石英ケースの外周を覆う筒状ケース部を有することにより、ヒータ部からの熱が外周側に放射されることを防止して被処理基板に対する加熱をより効率良く行うことができる。
【０２６４】
また、本発明によれば、ガス供給ノズル部が、処理容器の側面に形成された開口に嵌合し、処理空間の横幅方向に複数の噴射孔を所定間隔毎に一列に配置されているので、処理空間におけるガスの流れを層流状態に保つことができ、処理空間内のガスが一定流速で流れことになり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行うことができる。
【０２６５】
また、本発明によれば、排気口がガス供給ノズル部及びリモートプラズマ部と対向する下流側に前記処理空間の横幅方向に延在する長方形状に形成された排気口を有することにより、処理空間内のガスが一定流速で下流側へ流れて処理空間に供給されたガスの流れを乱すことなく排気することが可能になり、紫外線ラジカル酸化処理及びラジカル窒化処理を安定的に行うことができる。
【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】 下部ケース部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】 側面ケース部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】 上部ケース部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】 円筒状ケース部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 下部ケース部
１０４ 側面ケース部
１０６ 上部ケース部
１０８ 円筒状ケース部
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
Claims (5)
- 内部の処理空間が画成された処理容器と、
紫外線ラジカル酸化処理を行う際に前記処理空間に紫外線を照射する紫外線光源と、
前記処理容器の側面に接続され、前記処理空間に酸素含有ガスを噴射するガス供給ノズル部と、
前記処理容器の内壁を覆うように形成され、前記紫外線光源に対向する位置に紫外線が通過する開口を有し、紫外線を遮断する石英製の不透明な保護ケースと、
前記ガス供給ノズル部が設けられた前記処理容器の前記側面に接続され、ラジカル窒化処理を行う際に前記処理空間に窒素ラジカルを供給するリモートプラズマ部と、
該保護ケースの内部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の上方に保持する保持部材と、
前記ヒータ部を貫通した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。 - 前記保護ケースは、
前記保持部材に保持された前記被処理基板の周囲を囲むように形成され、前記被処理基板が通過する第１の開口部を有する側面ケース部と、
前記側面ケース部の上部を覆うように取り付けられ、前記紫外線光源に対向する第２の開口部を有する上部ケース部と、
前記側面ケース部の下部を覆うように取り付けられ、前記被処理基板を昇降させる昇降部材が通過する第３の開口部を有する下部ケース部と、
を組み合わせたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。 - 前記保護ケースは、前記ヒータ部を収納する透明石英ケースの外周を覆う筒状ケース部を有することを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
- 前記ガス供給ノズル部は、前記処理容器の前記側面に形成された開口に嵌合し、前記処理空間の横幅方向に複数の噴射孔を所定間隔毎に一列に配置されたことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
- 前記処理容器は、前記ガス供給ノズル部及び前記リモートプラズマ部と対向する下流側に前記処理空間の横幅方向に延在する長方形状に形成された排気口を有することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
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