JP2020150238A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】膜質の面内均一性を保ちながら酸化膜の形成速度を高くする基板処理装置及び基板処理方法を提供する。【解決手段】基板Ｗを処理する基板処理装置１において、基板を収容する処理容器１０と、処理容器内に配設され、基板が載置され、回転軸を中心に回転する載置部１３と、処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、を有する。さらに、処理容器内の処理ガスに紫外線を照射する紫外線光源５１を、載置部の基板の載置面と対向する領域に３以上有する。いずれも、平面視において、載置部の回転軸からオフセットされており、平面視において、載置部の載置面と平行な所定の方向である光源配列方向に沿って配設されると共に、載置部の回転軸までの距離が互いに異なり、第１〜第３紫外線光源それぞれの平面視における載置部の回転軸までの距離をＬ１〜Ｌ３としたときに、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２となるように配置されている。【選択図】図２

Description

本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。
特許文献１には、シリコン基板に対する紫外光ラジカル酸化処理により酸化膜を形成し、当該酸化膜に対し高周波リモートプラズマを用いてラジカル窒化処理を行う基板処理装置が開示されている。この基板処理装置は、内部の処理空間が画成された処理容器と、処理空間の内部に挿入された処理基板を保持する保持部材と、保持部材の軸を回転駆動する回転駆動手段と、処理空間に紫外線を照射する２本の紫外線光源とを有する。
２００４−１１９５２２号公報
本開示にかかる技術は、膜質の面内均一性を保ちながら酸化膜の形成速度を高くする。
本開示の一態様は、基板を処理する基板処理装置において、前記基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に配設され、前記基板が載置され、回転軸を中心に回転する載置部と、前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、さらに、前記処理容器内の前記処理ガスに紫外線を照射する紫外線光源を前記載置部の前記基板の載置面と対向する領域に３以上有し、前記３以上の前記紫外線光源は、前記紫外線の照射強度が互いに等しく、いずれも、平面視において、前記載置部の前記回転軸からオフセットされており、平面視において、前記載置部の載置面と平行な所定の方向である光源配列方向に沿って配設されると共に、前記載置部の前記回転軸までの距離が互いに異なり、平面視において最も前記載置部の前記回転軸寄りに配置された第１紫外線光源と、平面視において最も外側に位置し前記載置部の周縁部寄りに配置された第２紫外線光源と、これら以外の前記紫外線光源である第３紫外線光源とを含み、前記第３紫外線光源は、前記第１〜第３紫外線光源それぞれの平面視における前記載置部の前記回転軸までの距離をＬ１〜Ｌ３としたときに、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２となるように配置されている。
本開示によれば、膜質の面内均一性を保ちながら酸化膜の形成速度を高くすることができる。
本実施形態にかかる基板処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 本実施形態にかかる基板処理装置の構成の概略を模式的に示す横断面図である。 基板処理装置が有するガス冷却機構の概略の説明図である。 基板処理装置が有する液冷却機構の概略の説明図である。 実施例１〜３及び比較例１〜３における基板の上面での紫外線強度の面内分布を示す図である。
半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に酸化膜を生成するための酸化膜生成装置として、ウェハを処理する処理空間が内部に形成された処理容器内に、酸素ガスを含む処理ガスを導入しつつ、当該処理容器内に紫外線を照射する装置が知られている（特許文献１参照）。紫外線を処理ガス中の酸素ガスが吸収することで、ウェハ表面上において酸素ラジカルが発生し、この酸素ラジカルによりウェハ表面が酸化されて酸化膜が形成される。なお、特許文献１に開示の基板処理装置は、処理容器内の処理空間に紫外線を照射する紫外線光源を２本有する。
また、上述のような酸化膜生成装置では、ウェハ表面に均一な成膜が施されるように、ウェハを保持する保持部を回転させる回転駆動機構が設けられている。
上述のような２本の紫外線光源と回転駆動機構が設けられた酸化膜生成装置では、平面視において、２本の紫外線光源のうち１本は、保持部の中央すなわちウェハの中央からややオフセットされた位置に配設され、他の１本は保持部の周縁部すなわちウェハの周縁部に配設されている。紫外線の照射量をウェハの面内で均一にし、形成する酸化膜の膜厚等の膜質をウェハの面内で均一にするためである。
また、上述のような位置に２本の紫外線光源を配設する場合、酸化膜の膜質をウェハの面内でより均一とするためには、ウェハ中央付近の紫外線光源については、ウェハ周縁部の紫外線光源より紫外線の出力を抑える必要がある。例えば、ウェハ周縁部の紫外線光源の出力を当該光源の最大出力の８０％としつつ、ウェハ中央付近の紫外線光源の出力を上記最大出力の４０％にする必要がある。
ところで、酸化膜を形成する際、その形成速度を高くすること、すなわち膜形成のスループットの向上も求められる。そして、酸化膜の形成速度を高くする方法として、紫外線光源の出力を大きくする方法が考えられる。しかし、上述ように２本の紫外線光源を配設する場合、ウェハ周縁部の紫外線光源だけでなくウェハ中央付近の紫外線光源についても、その出力を当該光源の最大出力近くまで上げると、ウェハの面内での膜質の均一性が損なわれてしまう。
そこで、本開示にかかる技術は、膜質の面内均一性を保ちながら酸化膜の形成速度を高くする。
以下、本実施形態にかかる基板処理装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図１及び図２は、本実施形態にかかる基板処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図及び横断面図である。本例の基板処理装置は、直径３００ｍｍのシリコン基板Ｗの表面に紫外光ラジカル酸化処理によりシリコン酸化膜を形成し、続いてリモートプラズマラジカル窒化処理を行い上記シリコン酸化膜の表面を窒化するものである。
図１に示すように、基板処理装置１は、減圧可能に構成され、シリコン基板Ｗ（以下、「基板Ｗ」と省略することがある。）を収容する処理容器１０を有する。
処理容器１０は、処理空間Ｓを内部に有し、例えば、金属材料を用いて直方体形状に構成されている。
処理容器１０の側壁１０ａには、基板Ｗの搬入出口１１が設けられており、この搬入出口１１には、当該搬入出口１１を開閉するゲートバルブ１２が設けられている。
また、処理容器１０内には、載置部としてのステージ１３が配設されている。ステージ１３は、例えば、平面視円形状に構成されており、その上面１３ａに基板Ｗが水平にされる。以下では、ステージ１３の上面１３ａを「載置面１３ａ」ということがある。また、ステージ１３に対しては、基板Ｗを加熱するためのヒータ（図示せず）が設けられている。さらに、ステージ１３は、その中心軸を回転軸１３ｂとして、回転駆動部（図示せず）による駆動によって回転可能に構成されている。
処理容器１０内には、当該処理容器１０内に処理ガスとしての酸素ガスを導入するガス導入部１４が設けられている。ガス導入部１４は、例えば、平面視における、ステージ１３の外側の位置であり搬入出口１１と対向する位置に配設されている。ガス導入部１４には、図２に示すように、複数の噴射口１４ａが幅方向（図のＹ方向）に並ぶように形成されている。噴射口１４ａから処理空間Ｓへの酸素ガスの噴射を可能とするため、ガス導入部１４には、ガス供給機構２０が接続されている。具体的には、ガス導入部１４には、ガス供給機構２０の酸素ガスを貯留する供給源２１が一端に接続された供給管２２の他端部が接続されている。
また、処理容器１０の底壁１０ｂには、排気孔１５が設けられている。排気孔１５は、例えば、平面視における、ステージ１３の外側の位置であってガス導入部１４と対向する位置に配設されており、その上端が処理空間Ｓに露出している。排気孔１５には、当該排気孔１５から処理空間Ｓの排気を可能とするため、排気機構３０が接続されている。具体的には、排気孔１５には、排気機構３０の真空ポンプ等により構成される排気装置３１が一端に接続された排気管３２の他端が接続されている。なお、排気孔１５は、横幅方向（図のＹ方向）に延在するように形成されている。
ステージ１３とガス導入部１４と排気孔１５とが上述のような位置関係にあるため、ガス導入部１４から導入された酸素ガスはステージ１３上を通過し排気孔１５に向かうように流れる。なお、以下では、酸素ガスの流れ方向における上流側を前側、下流側を後側とすることがある。
処理容器１０の前側の側壁１０ａには、供給孔１６が形成されている。供給孔１６には、当該供給孔１６を介した処理空間Ｓへの窒素ラジカルの供給を可能とするため、リモートプラズマ供給機構４０が接続されている。具体的には、リモートプラズマ供給機構４０のリモートプラズマ供給源４１が一端に接続された供給管４２の他端が接続されている。リモートプラズマ供給源４１は、当該リモートプラズマ供給源４１に供給されたアルゴンガス等の不活性ガスと窒素ガス（Ｎ２ガス）等の窒素含有ガスをプラズマにより活性化して窒素ラジカルを形成することができる。
処理容器１０の外側上部には、処理容器内１０に紫外線を照射する紫外線光源５１がステージ１３の載置面１３ａと対向する領域に位置するように、当該紫外線光源５１を有する紫外線照射機構５０が取り付けられている。紫外線照射機構５０は、処理容器１０の天井壁１０ｃに設けられた開口部１７を介して、当該処理容器１０内に、紫外線光源５１からの紫外線を照射する。紫外線光源５１は、線状に形成され、処理容器１０の天井壁１０ｃの開口部１７に設けられた光学窓１８を介して、処理容器１０内の処理空間Ｓに波長が１７２ｎｍの紫外線を照射する。光学窓１８の材料には、紫外線を透過する材料、例えば石英が用いられる。
また、紫外線光源５１は、３本設けられており、それぞれ、横幅方向（図のＹ方向）に延在するように配設されている。なお、本実施形態では、３本の紫外線光源５１それぞれに対して個別に光学窓１８が設けられている。
これら３本の紫外線光源５１は、それぞれのステージ１３上の基板Ｗまでの距離（具体的には紫外線光源５１の中心から基板Ｗの上面までの距離）は互いに等しく例えば１２０ｍｍ〜１５０ｍｍである。なお、光学窓１８からステージ上の基板Ｗまでの距離（具体的には光学窓１８の下面から基板Ｗの上面までの距離）は、例えば７０ｍｍ〜１２０ｍｍである。
また、３本の紫外線光源５１は、互いに同種の光源であり、最大出力や（図のＹ方向の）長さは、互いに等しい。さらに、３本の紫外線光源５１は、酸化膜の形成時には、各紫外線光源５１からの出力が互い等しくなるよう制御される。
また、３本の紫外線光源５１は、平面視において、ステージ１３の載置面１３ａと平行な所定の方向である光源配列方向（図のＸ方向すなわち前後方向）に沿って配設されている。なお、本実施形態では、光源配列方向と酸素ガスの流れ方向は一致し、紫外線光源５１の延在方向と酸素ガスの流れ方向は直交している。
さらに、３本の紫外線光源５１は、平面視において、いずれもステージ１３の回転軸１３ｂすなわち当該ステージ１３に載置された基板Ｗの中心上に位置せず、回転軸１３ｂすなわち上記中心からオフセットされている。
さらにまた、３本の紫外線光源５１は、平面視において、ステージ１３の回転軸１３ｂすなわち当該ステージ１３に載置された基板Ｗの中心（以下、「基板Ｗの中心」と省略することがある。）までの距離が互いに異なる。具体的には以下の通りである。
ここで、３本の紫外線光源５１のうち、平面視において基板Ｗの中心に最も近い位置に配設されたものを第１紫外線光源５１１とする。また、平面視において基板Ｗの中心から最も遠く、当該基板Ｗの周縁部に対応する領域に配設されたものを第２紫外線光源５１２とする。第２紫外線光源５１２は、具体的には、当該紫外線光源５１２の中心が上記基板Ｗの周縁部の外側の領域に位置するように配設されている。そして、３本の紫外線光源５１のうち、上記以外のものを第３紫外線光源５１３とする。このとき、第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３それぞれの平面視における基板Ｗの中心までの距離をＬ１〜Ｌ３とすると、第３紫外線光源５１３は、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２となるように配置されている。
より具体的には、第１紫外線光源５１１は、基板Ｗの中心までの距離Ｌ１（以下、「オフセット量Ｌ１」ということがある。）が２５ｍｍ〜５０ｍｍとなるように配設され、第２紫外線光源５１２は、基板Ｗの中心までの距離Ｌ２（以下、「オフセット量Ｌ２」ということがある。）が１６０ｍｍ〜１９０ｍｍとなるように配設され、第３紫外線光源５１３は、基板Ｗの中心までの距離Ｌ３（以下、「オフセット量Ｌ３」ということがある。）が９０ｍｍ〜１２０ｍｍとなるように配設されている。
さらに具体的には、第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３は、光源配列方向（図のＸ方向）に沿って等間隔に配設されている。
言い換えれば、第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３は、以下の式（１）を満たすように配置されている。
Ｌ３＋Ｌ１＝Ｌ２−Ｌ１ … （１）
例えば、第１紫外線光源５１１は、オフセット量Ｌ１が３５ｍｍとなるように配設され、第２紫外線光源５１２は、オフセット量Ｌ２が１７５ｍｍとなるように配設され、第３紫外線光源５１３は、オフセット量Ｌ３が１０５ｍｍとなるように配設されている。
また、本実施形態では、光源配列方向（図のＸ方向すなわち前後方向：酸素ガスの流れ方向における上流側を前側、下流側を後側とする）の原点（基準点）を、ステージ１３の回転軸１３ｂすなわちステージ１３に載置された基板Ｗの中心としたときに、第１紫外線光源５１１及び第２紫外線光源５１２は光源配列方向の正側（図のＸ方向正側すなわち前側）に位置する。第３紫外線光源５１３は光源配列方向の負側（図のＸ方向負側すなわち後側）に位置する。
続いて、基板処理装置１を用いて行われるウェハ処理について、説明する。
まず、ゲートバルブ１２が開かれ、搬入出口１１を介して、基板Ｗを保持した搬送機構（図示せず）が処理容器１０内に挿入される。そして、基板Ｗが、支持ピン（図示せず）を介して、搬送機構とステージ１３との間で受け渡される。その後、搬送機構が処理容器１０から抜き出され、ゲートバルブ１２が閉じられる。次いで、ガス供給機構２０から処理容器１０内の処理空間Ｓへの、ガス導入部１４を介した酸素ガスの供給と、処理空間Ｓの排気機構３０による排気が開始される。酸化膜の形成中、１００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍの酸素ガスが導入され、処理容器１０内が、０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲で設定される所定の圧力に調整される。また、酸化膜の形成中、ステージ１３に対して設けられたヒータ（図示せず）により基板Ｗが５００℃〜１０００℃の範囲で設定される所定の温度に調整される。なお、酸化膜の形成中、基板Ｗが載置されたステージ１３は回転駆動部（図示せず）により回転軸１３ｂを中心に回転する。
その後、所定時間、３本の紫外線光源５１が駆動され、処理空間Ｓへ光学窓１８を介して紫外線が照射される。処理空間Ｓ内の酸素ガス中の酸素に上記紫外線が吸収され、酸素ラジカルが形成され、当該酸素ラジカルにより、基板Ｗの表面が酸化される。紫外線が上記所定時間称されることにより、基板Ｗの表面には０．２ｎｍ〜２ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜が形成される。
続いて、紫外線光源５１の駆動及び処理空間Ｓへの酸素ガスの導入が停止され、処理容器１０内の酸素ガスが排出される。次いで、リモートプラズマ供給源４１で生成された窒素ラジカルの処理空間Ｓへの供給が、所定時間行われる。なお、リモートプラズマ供給源４１において、アルゴンガスと窒素ガスが供給され、高周波によってプラズマが励起されることで、窒素ラジカルは形成される。窒化処理中、リモートプラズマ供給源４１には、１ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの窒素ガスと１００ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍのアルゴンガスが供給され、処理容器１０内の圧力が、０．０１〜５０Ｔｏｒｒとなるように調整され、基板Ｗの温度が、５００℃〜１０００℃となるように調整される。また、窒化処理中も、基板Ｗが載置されたステージ１３は回転駆動部（図示せず）により回転軸１３ｂを中心に回転する。
窒化処理後、基板Ｗの搬入時と逆の手順で基板Ｗが処理容器１０から搬出される。
以上のように、本実施形態では、３本の紫外線光源５１を有し、これら３本の紫外線光源５１はいずれも、平面視において、ステージ１３の回転軸１３ｂから、すなわち基板Ｗの中心からオフセットされている。そして、３本の紫外線光源５１は、平面視において、光源配列方向に沿って配列され、基板Ｗの中心までの距離が互いに異なっている。さらに、３本の紫外線光源５１に含まれる第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３は、オフセット量Ｌ１〜Ｌ３がＬ１＜Ｌ３＜Ｌ２となる位置関係になるように配置されている。したがって、以下の効果がある。
すなわち、本実施形態と異なり、第１紫外線光源５１１と第２紫外線光源５１２のみが設けられ各紫外線光源５１からの紫外線の出力が等しい場合、平面視における、ステージ１３の外側寄りの部分すなわち基板Ｗの外側寄りの部分は、照射量が少なくなる。本実施形態では、第１紫外線光源５１１及び第２紫外線光源５１２と紫外線の出力が等しく且つ第１紫外線光源５１１及び第２紫外線光源５１２に対して上述の位置関係にある第３紫外線光源５１３から、上述の照射量が少なる部分に紫外線を照射する。したがって、紫外線の出力が互いに等しい第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３を用いた紫外線照射により、平面視において、基板Ｗの面内で紫外線照射量を均一にすることができる。
また、第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３の紫外線の出力が互いに等しいため、基板中央寄りの第１紫外線光源５１１の出力を含め第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３それぞれの出力を当該光源５１の最大出力まで上げることができる。
よって、本実施形態によれば、膜厚等の膜質の面内均一性を保ちながらシリコン酸化膜の形成速度を高くすることができる。
さらに、本実施形態では、第１紫外線光源５１１及び第２紫外線光源５１２は光源配列方向の正側に位置し、第３紫外線光源５１３は光源配列方向負側に位置している。したがって、各紫外線光源５１が太い場合でも、オフセット量Ｌ１〜Ｌ３がＬ１＜Ｌ３＜Ｌ２となる位置関係で、第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３を配設することができる。
なお、以上の例では、第３紫外線光源５１３の本数は１本であったが、複数本であってもよい。
上述のように基板処理装置１は、光学窓１８や紫外線光源５１を有しているが、光学窓１８は、ステージ１３に対して設けられたヒータ（図示せず）からの輻射熱等により高温となることがあり、高温になるとその光透過率が低下してしまう。また、紫外線光源５１は、自身の発熱等により、高温となることがあり、高温のままの状態で使用されるとその寿命が短くなってしまう。そこで、基板処理装置１は、以下に説明するように、これら光学窓１８や紫外線光源５１を冷却する機構を有している。
図３は、基板処理装置１が有するガス冷却機構６０の概略の説明図であり、処理容器１０の天井壁１０ｃの光学窓１８近傍を示し、天井壁１０ｃについては断面で示している。
ガス冷却機構６０は、図示するように、光学窓１８及び紫外線光源５１を冷却用ガスである窒素ガスにより冷却する機構であり、処理容器１０の天井壁１０ｃに形成された噴出口６１及び環状路６２を有する。
噴出口６１は、光学窓１８が下方に設けられた天井壁１０ｃの開口部１７に一端が露出し、当該噴出口６１から噴出された窒素ガスが、光学窓１８に向かうように、すなわち下方に向かうように形成されている。なお、図の例では、開口部１７を間に挟んで互いに対向する噴出口６１の組が形成されている。この噴出口６１の組が複数設けられていてもよい。
環状路６２は、噴出口６１の他端が接続され開口部１７を囲繞するように形成されている。この環状路６２には、窒素ガスの供給源（図示せず）が一端に接続された窒素ガス供給管（図示せず）の他端が接続されている。
以上のような構成により、上記供給源からの窒素ガスを上記窒素ガス供給管、環状路６２、及び噴出口６１を介して、光学窓１８に吹きつけることができる。したがって、光学窓１８を冷却することができ、光学窓１８の透過率低下を防ぐことができる。また、光学窓１８に吹きつけた窒素ガスにより当該光学窓１８に対向する位置に配設された紫外線光源５１も冷却することができ、当該紫外線光源の寿命を長くすることができる。
さらに、光学窓１８に噴きつけた窒素ガスにより、紫外線光源５１からの紫外線で処理容器１０の外側に発生したオゾンを排出することができる。言い換えれば、光学窓１８に噴きつけた冷却用窒素ガスは、上記オゾンを排出するパージガスを兼ねることもできる。なお、オゾンは、３本の紫外線光源５１を覆うカバー５２（図１参照）に設けられた排出口（図示せず）を介して排出される。
冷却用ガスは窒素ガスに限られず、例えば他の不活性ガスであってもよい。
図４は、基板処理装置１が有する液冷却機構７０の概略の説明図であり、処理容器１０の天井壁１０ｃの上面を部分的に拡大して示している。
前述のように、光学窓１８は、３本の紫外線光源５１それぞれに対し個別に設けられており、言い換えると、３つ設けられている。
液冷却機構７０は、冷却用液である水が流れる単一の液流路７１を有し、この単一の液流路７１で３つの光学窓１８全てを冷却する。単一の液流路７１は、単一の供給ポート７２と単一の排出ポート７３とを接続するものであり、平面視において、方形状の光学窓１８それぞれの少なくとも３辺を覆うように形成されている。より具体的には、単一の液流路７１は、一筆書きの要領で形成されたような形状を有している。
液冷却機構７０は、供給ポート７２及び排出ポート７３がそれぞれ単一であるため、水の供給管の取付／取外しが容易である。つまり、本実施形態によれば、水の供給管と取り付け及び取外しが容易な構造で、光学窓全てについて透過率が低下するのを防止することができる。
なお、液冷却機構７０で用いる冷却用液は水に限られず他の液体であってもよい。
以上の例において、シリコン酸化膜の形成は、シリコン酸窒化膜の形成が同一の処理容器１０内で続けて行われるものであったが、本開示にかかる技術は、他のシリコン酸化膜の形成にも適用することができる。また、本開示にかかる技術は、シリコン酸化膜以外の酸化膜の形成にも適用することができる。
また、以上の説明では、酸化用の処理ガスとして酸素（Ｏ２）ガスを用いていたが、他の酸素含有ガスを用いてもよい。
以上の説明では、平面視におけるステージ１３の外側にガス導入部１４が設けられており、処理ガスとしての酸素ガスが、基板Ｗの表面に沿って流れるように、基板Ｗの側方から供給されていた。ただし、本開示にかかる技術は、処理ガスが基板表面に対して衝突するように上方から供給される場合にも適用することができる。つまり、本開示にかかる技術は、サイドフロー方式だけでなくダウンフロー方式で処理ガスが供給される場合にも適用することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
実施例１〜３では、本実施形態にかかる基板処理装置１を用いてシミュレーション上で紫外線照射を行った。実施例１〜実施例３における各紫外線光源５１のオフセット量Ｌ１〜Ｌ３は以下の通りであり、各紫外線光源５１の出力はその最大出力の８０％とした。
実施例１：Ｌ１＝３５ｍｍ、Ｌ２＝１７５ｍｍ、Ｌ３＝１０５ｍｍ
実施例２：Ｌ１＝４５ｍｍ、Ｌ２＝１７５ｍｍ、Ｌ３＝１１０ｍｍ
実施例３：Ｌ１＝２８．５ｍｍ、Ｌ２＝１７４．５ｍｍ、Ｌ３＝１０１．５ｍｍ
比較例１では、本実施形態にかかる基板処理装置１と同様に第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３を有するが第１紫外線光源５１１のオフセットされていない基板処理装置を用いて、シミュレーション上で紫外線照射を行った。比較例１における、各紫外線光源５１のオフセット量Ｌ１〜Ｌ３は以下の通りであり、各紫外線光源５１の出力はその最大出力の８０％とした。
比較例１：Ｌ１＝０ｍｍ、Ｌ２＝１３０ｍｍ、Ｌ３＝１７５ｍｍ
比較例２では、本実施形態にかかる基板処理装置１と同様に第１〜第３紫外線光源５１１〜５１３を有するが第３紫外線光源５１３のオフセット量Ｌ３が第２紫外線光源５１２のオフセット量Ｌ２と等しい基板処理装置を用いて、シミュレーション上で紫外線照射を行った。比較例１における、各紫外線光源５１のオフセット量Ｌ１〜Ｌ３は以下の通りであり、各紫外線光源５１の出力はその最大出力の８０％とした。
比較例２：Ｌ１＝４５ｍｍ、Ｌ２＝１７５ｍｍ、Ｌ３＝１７５ｍｍ
また、比較例３では、本実施形態にかかる基板処理装置１とは異なり、第１紫外線光源５１１及び第２紫外線光源５１２のみを有する基板処理装置を用いてシミュレーション上で紫外線照射を行った。比較例１における、各紫外線光源５１のオフセット量Ｌ１、Ｌ２と、各紫外線光源５１の出力は以下の通りである。
比較例３：Ｌ１＝４５、Ｌ２＝１７５
第１紫外線光源５１１の出力＝最大出力の４０％
第２紫外線光源５１２の出力＝最大出力の８０％
なお、実施例１〜３、比較例１〜３において、各紫外線光源５１から基板Ｗの上面までの距離は１３６ｍｍ、基板Ｗの上面から光学窓１８の下面までの距離は９３ｍｍとした。
図５は、実施例１〜３及び比較例１〜３における基板Ｗの上面での紫外線強度の面内分布を示す図である。図５において、横軸は、基板Ｗ上の各領域の基板中心からの距離、縦軸は、基板Ｗ上の各領域での紫外線強度を示す。
図５に示すように、比較例１では、基板Ｗの上面での紫外線強度は、比較例３に比べて高いものの、面内ばらつきが大きかった。具体的には、紫外線強度の面内ばらつきΔを、紫外線強度の平均値Ｉａｖｅに対する紫外線強度の最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎとの差分の割合（Δ＝１００×（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／Ｉａｖｅ）とすると、比較例１での面内ばらつきΔは２３％を超えていた。また、比較例２では、比較例１よりは紫外線強度の面内ばらつきΔは小さいものの、基板Ｗの上面での紫外線強度は比較例１より小さかった。
それに対し、実施例１〜３では、基板Ｗの上面での紫外線強度が、比較例２や比較例３より高く、比較例１と同程度であった。また、実施例１〜３では、紫外線強度の面内ばらつきΔが、比較例１や比較例２より小さく、比較例３と同程度であった。具体的には、紫外線強度の面内ばらつきΔは、比較例２では１３．７％、比較例３では、１４．５％であるところ、実施例１では６．９％、実施例２では１０．０％、実施例３では１１．３％であった。
また、実施例１と比較例３と同じ条件で、且つ、紫外線照射時の処理容器１０内の圧力を０．５Ｔｏｒｒ、酸素ガスの流量を４５０ｓｃｃｍ、照射時間を１２０秒、基板Ｗの温度を８００℃として、実際にシリコン酸化膜の形成処理を行った。このとき、紫外線光源５１が２本である比較例３と同じ条件では、平均厚さが１．１１ｎｍ、面内ばらつきを示す１σ％値（標準偏差σを平均値で割って百分率表示した値）が０．８０％であった。それに対し、実施例１と同じ条件では、平均厚さが１．２６ｎｍ、１σ％値が０．８５％であった。つまり、実施例１によれば、膜厚の面内ばらつき比較例３と同等に抑えながら、酸化膜の形成速度を比較例３より高くすることができる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）基板を処理する基板処理装置において、
前記基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に配設され、前記基板が載置され、回転軸を中心に回転する載置部と、
前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、
さらに、前記処理容器内の前記処理ガスに紫外線を照射する紫外線光源を前記載置部の前記基板の載置面と対向する領域に３以上有し、
前記３以上の前記紫外線光源は、
前記紫外線の照射強度が互いに等しく、
いずれも、平面視において、前記載置部の前記回転軸からオフセットされており、
平面視において、前記載置部の載置面と平行な所定の方向である光源配列方向に沿って配設されると共に、前記載置部の前記回転軸までの距離が互いに異なり、
平面視において最も前記載置部の前記回転軸寄りに配置された第１紫外線光源と、平面視において最も外側に位置し前記載置部の周縁部寄りに配置された第２紫外線光源と、これら以外の前記紫外線光源である第３紫外線光源とを含み、
前記第３紫外線光源は、前記第１〜第３紫外線光源それぞれの平面視における前記載置部の前記回転軸までの距離をＬ１〜Ｌ３としたときに、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２となるように配置されている、基板処理装置。
前記（１）によれば、膜質の面内均一性を保ちながら酸化膜の形成速度を高くすることができる。
（２）前記３以上の前記紫外線光源それぞれの前記載置部の前記載置面までの距離は互いに等しい、前記（１）に記載の基板処理装置。
（３）前記３以上の前記紫外線光源は前記光源配列方向に沿って等間隔に配設されている。前記（１）または（２）に記載の基板処理装置。
（４）前記第１〜第３紫外線光源はそれぞれ１つずつである、前記（１）〜（３）のいずれか１に記載の基板処理装置。
（５）前記光源配列方向の原点を前記載置部の前記回転軸としたときに、
前記第１紫外線光源及び前記第２紫外線光源は前記光源配列方向の正側に位置し、前記第３紫外線光源は前記光源配列方向の負側に位置する、前記（４）に記載の基板処理装置。
前記（５）によれば、各紫外線光源が太い場合でも、上記Ｌ１〜Ｌ３がＬ１＜Ｌ３＜Ｌ２となる位置関係で、第１〜第３紫外線光源を配設することができる。
（６）以下の式（１）を満たすように、前記第１〜第３紫外線光源は配置されている、前記（４）または（５）に記載の基板処理装置。
Ｌ３＋Ｌ１＝Ｌ２−Ｌ１ … （１）
（７）前記基板の直径が３００ｍｍであり、
Ｌ１＝３５ｍｍ、Ｌ２＝１７５ｍｍ、Ｌ３＝１０５ｍｍである、前記（６）に記載の基板処理装置。
（８）前記紫外線光源は、前記処理容器の外側に設けられ、
前記処理容器は、前記紫外線光源からの前記紫外線を透過する光学窓を有する、前記（１）〜（７）のいずれか１に記載の基板処理装置。
（９）前記紫外線光源及び前記光学窓の少なくともいずれか一方を冷却用ガスにより冷却するガス冷却機構を有する、前記（８）に記載の基板処理装置。
前記（９）によれば、光学窓の透過率低下の防止や、紫外線光源の長寿命化を図ることができる。
（１０）前記冷却用ガスにより、前記紫外線光源からの紫外線により前記処理容器の外側で発生するオゾンの排出を行う、前記（９）に記載の基板処理装置。
（１１）前記第１〜第３紫外線光源それぞれに対し個別に設けられた前記光学窓を冷却用液体により冷却する液冷却機構を有し、
前記液冷却機構は、
前記冷却用液が流れる１つの流路で前記個別に設けられた前記光学窓全てを冷却する、前記（８）〜（１０）のいずれか１に記載の基板処理装置。
前記（１１）によれば、冷却用の供給管と取り付け及び取外しが容易な構造で、光学窓全てについて透過率が低下するのを防止することができる。
（１２）前記処理容器内に供給された前記処理ガスが前記紫外線光源からの紫外線を吸収することで発生したラジカルによって形成された所定の酸化膜に対し、ラジカルを供給するラジカル供給機構を有する、前記（１）〜（１１）のいずれか１に記載の基板処理装置。
（１３）基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、
前記基板処理装置は
前記基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に配設され、前記基板が載置され、回転軸を中心に回転する載置部と、を有し、
さらに、前記処理容器内の前記処理ガスに紫外線を照射する紫外線光源を前記載置部の前記基板の載置面と対向する領域に３以上有し、
前記３以上の前記紫外線光源は
いずれも、平面視において、前記載置部の前記回転軸からオフセットされており、
平面視において、前記載置部の載置面と平行な所定の方向である光源配列方向に沿って配設されると共に、前記載置部の前記回転軸までの距離が互いに異なり、
平面視において最も前記載置部の前記回転軸寄りに配置された第１紫外線光源と、平面視において最も外側に位置し前記載置部の周縁部寄りに配置された第２紫外線光源と、これら以外の前記紫外線光源である第３紫外線光源とを含み、
前記第３紫外線光源は、前記第１〜第３紫外線光源それぞれの平面視における前記載置部の前記回転軸までの距離をＬ１〜Ｌ３としたときに、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２となるように配置されており、
前記基板処理方法は、
前記処理容器内に処理ガスを供給し、当該処理ガスに、前記３以上の前記紫外線光源から前記紫外線を照射する工程を有し、
当該工程において、前記３以上の前記紫外線光源からの紫外線の照射強度は互いに等しい、基板処理方法。
１ 基板処理装置
１０ 処理容器
１０ａ 側壁
１０ｂ 底壁
１０ｃ 天井壁
１３ ステージ
１３ｂ 回転軸
２０ ガス供給機構
５１ 紫外線光源
Ｌ１ 第１紫外線光源の基板中心からの距離（オフセット量）
Ｌ２ 第２紫外線光源の基板中心からの距離（オフセット量）
Ｌ３ 第３紫外線光源の基板中心からの距離（オフセット量）
Ｓ 処理空間
Ｗ 基板

Claims (13)

  1. 基板を処理する基板処理装置において、
    前記基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配設され、前記基板が載置され、回転軸を中心に回転する載置部と、
    前記処理容器内に処理ガスを供給するガス供給機構と、を有し、
    さらに、前記処理容器内の前記処理ガスに紫外線を照射する紫外線光源を前記載置部の前記基板の載置面と対向する領域に３以上有し、
    前記３以上の前記紫外線光源は、
    前記紫外線の照射強度が互いに等しく、
    いずれも、平面視において、前記載置部の前記回転軸からオフセットされており、
    平面視において、前記載置部の載置面と平行な所定の方向である光源配列方向に沿って配設されると共に、前記載置部の前記回転軸までの距離が互いに異なり、
    平面視において最も前記載置部の前記回転軸寄りに配置された第１紫外線光源と、平面視において最も外側に位置し前記載置部の周縁部寄りに配置された第２紫外線光源と、これら以外の前記紫外線光源である第３紫外線光源とを含み、
    前記第３紫外線光源は、前記第１〜第３紫外線光源それぞれの平面視における前記載置部の前記回転軸までの距離をＬ１〜Ｌ３としたときに、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２となるように配置されている、基板処理装置。
  2. 前記３以上の前記紫外線光源それぞれの前記載置部の前記載置面までの距離は互いに等しい、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 前記３以上の前記紫外線光源は前記光源配列方向に沿って等間隔に配設されている。請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 前記第１〜第３紫外線光源はそれぞれ１つずつである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  5. 前記光源配列方向の原点を前記載置部の前記回転軸としたときに、
    前記第１紫外線光源及び前記第２紫外線光源は前記光源配列方向の正側に位置し、前記第３紫外線光源は前記光源配列方向の負側に位置する、請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 以下の式（１）を満たすように、前記第１〜第３紫外線光源は配置されている、請求項４または５に記載の基板処理装置。
    Ｌ３＋Ｌ１＝Ｌ２−Ｌ１ … （１）
  7. 前記基板の直径が３００ｍｍであり、
    Ｌ１＝３５ｍｍ、Ｌ２＝１７５ｍｍ、Ｌ３＝１０５ｍｍである、請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 前記紫外線光源は、前記処理容器の外側に設けられ、
    前記処理容器は、前記紫外線光源からの前記紫外線を透過する光学窓を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  9. 前記紫外線光源及び前記光学窓の少なくともいずれか一方を冷却用ガスにより冷却するガス冷却機構を有する、請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 前記冷却用ガスにより、前記紫外線光源からの紫外線により前記処理容器の外側で発生するオゾンの排出を行う、請求項９に記載の基板処理装置。
  11. 前記第１〜第３紫外線光源それぞれに対し個別に設けられた前記光学窓を冷却用液により冷却する液冷却機構を有し、
    前記液冷却機構は、
    前記冷却用液が流れる１つの流路で前記個別に設けられた前記光学窓全てを冷却する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の基板処理装置。」
  12. 前記処理容器内に供給された前記処理ガスが前記紫外線光源からの紫外線を吸収することで発生したラジカルによって形成された所定の酸化膜に対し、ラジカルを供給するラジカル供給機構を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  13. 基板処理装置を用いて基板を処理する基板処理方法において、
    前記基板処理装置は
    前記基板を収容する処理容器と、
    前記処理容器内に配設され、前記基板が載置され、回転軸を中心に回転する載置部と、を有し、
    さらに、前記処理容器内に紫外線を照射する紫外線光源を前記載置部の前記基板の載置面と対向する領域に３以上有し、
    前記３以上の前記紫外線光源は
    いずれも、平面視において、前記載置部の前記回転軸からオフセットされており、
    平面視において、前記載置部の載置面と平行な所定の方向である光源配列方向に沿って配設されると共に、前記載置部の前記回転軸までの距離が互いに異なり、
    平面視において最も前記載置部の前記回転軸寄りに配置された第１紫外線光源と、平面視において最も外側に位置し前記載置部の周縁部寄りに配置された第２紫外線光源と、これら以外の前記紫外線光源である第３紫外線光源とを含み、
    前記第３紫外線光源は、前記第１〜第３紫外線光源それぞれの平面視における前記載置部の前記回転軸までの距離をＬ１〜Ｌ３としたときに、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２となるように配置されており、
    前記基板処理方法は、
    前記処理容器内に処理ガスを供給し、当該処理ガスに、前記３以上の前記紫外線光源から前記紫外線を照射する工程を有し、
    当該工程において、前記３以上の前記紫外線光源からの紫外線の照射強度は互いに等しい、基板処理方法。
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