基板処理装置
【課題】 ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を、ＳｉＣ部材の破損を抑制しつつ、短時間かつ低コストで除去する。
【解決手段】 炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、反応容器内を加熱する加熱部と、反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、反応容器内を排気する排気部と、反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ反応容器内を排気すると共に、反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、ガス供給部、排気部、及び加熱部を制御する制御部と、を備える。
【解決手段】 炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、反応容器内を加熱する加熱部と、反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、反応容器内を排気する排気部と、反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ反応容器内を排気すると共に、反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、ガス供給部、排気部、及び加熱部を制御する制御部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板を熱処理する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、例えば１０００℃以上の温度に加熱した基板に酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）ガス等の処理ガスを供給して、酸化、窒化、還元、拡散等の所定の熱処理（アニール処理）を行う基板処理工程が実施されることがある。係る工程は、基板を収容する反応容器と、反応容器内で基板を保持する基板保持具と、反応容器内を加熱する加熱部と、反応容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、反応容器内を排気する排気部と、を備えた基板処理装置により実施される。耐熱性の観点から、反応容器の内壁や基板保持具を炭化珪素（ＳｉＣ）により構成する場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳｉＣからなる部材（以下、ＳｉＣ部材と呼ぶ）は、純度を上げることが困難であり、最表面から例えば深さ２μｍ程度の表面近傍に金属元素が残留し易い特性を有している。そのため、ＳｉＣ部材が内部に露出した反応容器を用いて上述の熱処理を行うと、ＳｉＣ部材に含まれる金属元素がその表面から離脱し、処理対象の基板の表面に吸着し、拡散により基板中に取り込まれて金属汚染を生じさせ、半導体装置の特性を劣化させてしまう場合がある。
【０００５】
ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を取り除く方法として、ＳｉＣ部材表面へのＳｉＯ２膜の形成及び除去を繰り返し行うことがある。具体的には、基板処理装置内（反応容器内）で１００％の酸素（Ｏ２）ガス雰囲気中にて加熱（アニール）し、ＳｉＣ部材の表面にＳｉＯ２膜を形成する。ＳｉＯ２膜中には、ＳｉＣ部材の表面近傍から拡散した金属元素が取り込まれる。そして、熱処理後のＳｉＣ部材を基板処理装置から取り出し、ＳｉＣ部材の表面にフッ化水素（ＨＦ）水溶液を供給してＳｉＯ２膜を除去する。そして、ＳｉＣ部材を基板処理装置に再度取り付けて基板に対する熱処理を試行し、基板に金属汚染が生じるか否かを確認する。そして、金属汚染の低減が確認できるまで、上述の工程を繰り返し実施する。しかしながら、係る方法では、ＳｉＣ部材の取り付け、取り外し作業を人手によって繰り返し行う必要があり、多くの作業時間を要するほか、ＳｉＣ部材等の破損や汚染等を招いてしまう恐れがある。また、ＨＦ水溶液によるＳｉＯ２膜の除去作業も必要となり、作業時間の増大を招いてしまう恐れがある。
【０００６】
ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を取り除く他の方法として、ダミーの基板に対する熱処理を繰り返し行うこともある。基板に対する熱処理を行うと、ＳｉＣ部材から金属元素が離脱して基板中に取り込まれることから、金属汚染が低減できたことが確認できるまで、ダミーの基板を用いた熱処理を繰り返し行うのである。しかしながら、拡散によりダミー基板中に取り込まれる金属元素は微量であるため、ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を充分に取り除くには長い作業時間を要すると共に、ダミーの基板を浪費することでコストの増大を招いてしまう恐れがある。
【０００７】
本発明は、ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を、ＳｉＣ部材の破損を抑制しつつ、短時間かつ低コストで除去することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、前記反応容器内を加熱する加熱部と、前記反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、前記反応容器内を排気する排気部と、前記反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ前記反応容器内を排気すると共に、前記反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、前記ガス供給部、前記排気部、及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を、ＳｉＣ部材の破損を抑制しつつ、短時間かつ低コストで除去することが可能な基板処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の縦型処理炉の縦断面である。
【図３】（ａ）は、維持時間を１時間として金属元素除去工程を実施した場合のウエハ表面のＳＰＶ測定結果を、（ｂ）は、維持時間を２０時間として金属元素除去工程を実施した場合のウエハ表面のＳＰＶ測定結果をそれぞれ例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１２】
（１）基板処理装置の構成
図１に、本実施形態に係る基板処理装置としての熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置として構成されている。熱処理装置１０は、内部に反応炉４０などの主要部が設けられる筺体１２を備えている。筺体１２の正面側には、ポッドステージ１４が設けられている。ポッドステージ１４上には、基板搬送容器としてのポッド１６が搬送されて載置される。ポッド１６内には、例えば２５枚の処理対象の基板としてのウエハ５４（図２参照）が収納されるように構成されている。ポッド１６は、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４上に載置されるよう構成されている。
【００１３】
筺体１２内の正面側（図１の右側）であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。ポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２、及び基板枚数検知器２４がそれぞれ設けられている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に設けられ、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して設けられている。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送するように構成されている。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるように構成されている。基板枚数検知器２４は、蓋が開けられたポッド１６内のウエハ５４の枚数を検知するように構成されている。
【００１４】
筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８、及び基板支持具としてのボート３０がそれぞれ設けられている。基板移載機２６は、例えば５枚のウエハ５４を取り出すことができるアーム（ツイーザ）３２を有している。アーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に載置されたポッド１６、ノッチアライナ２８及びボート３０
間でウエハ５４を搬送するように構成されている。ノッチアライナ２８は、ウエハ５４に予め形成されているノッチまたはオリフラを検出して、ウエハ５４のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるように構成されている。
【００１５】
筺体１２内の背面側上部には、反応炉４０が配置されている。反応炉４０内には、後述するように、複数枚のウエハ５４を装填したボート３０が、下方から搬入されるように構成されている。
【００１６】
図２に、反応炉４０の一例を示す。反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる反応管４２を備えている。反応管４２は、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状に形成されている。開放された反応管４２の下端部は、フランジ状に形成されている。反応管４２の下方には、反応管４２を支持する石英（ＳｉＯ２）からなる円筒状のアダプタ４４が設けられている。アダプタ４４の上端部及び下端部は、それぞれ開放されてフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部に形成されたフランジの上面と、反応管４２の下端部に形成されたフランジの下面とは、気密に当接するように構成されている。主に、反応管４２とアダプタ４４とにより本実施形態に係る反応容器４３が構成されている。反応容器４３内は、ウエハ５４を収容して処理する反応室として構成されている。反応容器４３の下部は、反応室内へのボート３０の搬入が可能なように開放され、炉口部を構成している。蓋体としての炉口シールキャップ４８が、Ｏリングを介して反応容器４３の開放部分（アダプタ４４の下端部に形成されたフランジの下面）に下方から当接されることで、反応容器４３内が気密に封止されるように構成されている。
【００１７】
炉口シールキャップ４８は、基板保持具としてのボート３０を下方から支持し、図示しないボートエレベータによってボート３０と共に昇降可能なように構成されている。ボート３０は、ＳｉＣからなり、多数枚、例えば２５〜１００枚のウエハ５４を略水平状態で隙間をもって多段に保持するように構成されている。炉口シールキャップ４８とボート３０との間には、石英（ＳｉＯ２）からなる第１の断熱部材５２と、この第１の断熱部材５２の上部に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）からなる第２の断熱部材５０と、が積層されるようにそれぞれ複数枚設けられている。
【００１８】
反応容器４３のうち、アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、加熱部としてのヒータ４６が円筒状に配置されている。ヒータ４６は、反応容器４３内を例えば１２００℃以上の温度に加熱することが可能なように構成されている。反応管４２内には、図示しない温度センサが設けられている。ヒータ４６及び温度センサは、後述するコントローラ７０にそれぞれ接続されている。コントローラ７０は、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度が所定のタイミングで所定の温度になるよう制御する。
【００１９】
１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は上述したようにＳｉＣにより形成されている。ここで、石英からなるアダプタ４４を設けずに、ＳｉＣからなる反応管４２を炉口部まで延ばし、反応管４２の下端部を、Ｏリングを介して炉口シールキャップ４８で封止する構造とすると、反応管４２を介して伝達された熱により、Ｏリングが高温となって溶けてしまう恐れがある。また、Ｏリングを溶かさないよう反応管４２の下端部を冷却するようにすると、温度差による熱膨張差により反応管４２が破損してしまう恐れがある。そこで、本実施形態では、反応容器４３のうちヒータ４６による加熱領域をＳｉＣからなる反応管４２で構成し、ヒータ４６による加熱領域から外れた部分を石英（ＳｉＯ２）からなるアダプタ４４で構成するようにしている。これにより、反応管４２からの炉口部に対する熱の伝達が和らぎ、Ｏリングの劣化や反応管４２の破損等を抑制できる。
【００２０】
また、上述したように、反応管４２とアダプタ４４との間は、Ｏリングを介することなく、反応管４２をアダプタ４４に載せることで気密性を確保するように構成されている。ＳｉＣからなる反応管４２は、ヒータ４６の加熱領域に配置されているため、温度差が発生せずに等方的に熱膨張する。従って、反応管４２の下端部のフランジ部分、及びアダプタ４４の上端部のフランジ部分の平面精度をそれぞれ確保しておけば、昇温加熱された際にも隙間を生じさせることなく気密性を維持することができる。
【００２１】
アダプタ４４の側壁には、ガス供給口５６がアダプタ４４と一体に設けられている。ガス供給口５６の上流端には、ガス導入管６０が接続されている。ガス導入管６０の上流側には、処理ガス供給管７１の下流端及び非酸化性ガス供給管７２の下流端がそれぞれ接続されている。処理ガス供給管７１には、上流側から順に、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）等の処理ガスを供給する処理ガス供給源７１ａ、マスフローコントローラ７１ｂ、バルブ７１ｃが設けられている。非酸化性ガス供給管７２には、上流側から順に、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）ガス等の非酸化性ガスを供給する非酸化性ガス供給源７２ａ、マスフローコントローラ７２ｂ、バルブ７２ｃが設けられている。
【００２２】
アダプタ４４の内壁は、反応管４２の内壁よりも内側に突出している。アダプタ４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられている。ガス導入経路６４の下流端（上部）には、ノズル取り付け孔が上方に開口するように設けられている。ノズル取り付け孔は、反応管４２内部におけるアダプタ４４の上端部に形成されたフランジ上面に開口し、ガス供給口５６とガス導入経路６４とを連通している。ノズル取り付け孔には、ＳｉＣからなるノズル６６が挿入されて固定されている。ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上端よりも上方、すなわちボート３０の上端よりも上方まで延びるように構成される。ノズル６６の下流端（上部）には、ガス噴出口が形成されている。このように、アダプタ４４の内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続され、アダプタ４４の上面によりノズル６６が支持されることで、ノズル接続部が熱で変形しにくくなり、破損しにくくなる。また、ノズル６６の取り外しや取り付けが容易になる。
【００２３】
バルブ７１ｃ，７２ｃを開けることで、処理ガス供給管７１、非酸化性ガス供給管７２を介してガス導入管６０内に流れた処理ガス、非酸化性ガスは、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂにより流量制御されつつガス供給口５６に導入され、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。主に、処理ガス供給管７１、非酸化性ガス供給管７２、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂ、バルブ７１ｃ，７２ｃ、ガス導入管６０、ガス供給口５６、ガス導入経路６４、ノズル６６により、本実施形態に係るガス供給部が構成される。なお、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂ、バルブ７１ｃ，７２ｃは、後述するコントローラ７０にそれぞれ接続されている。コントローラ７０は、所定のタイミングで所定の流量の処理ガス或いは非酸化性ガスを反応容器４３内に供給するよう制御する。
【００２４】
（排気部）
アダプタ４４の他の側壁には、ガス排気口５９がアダプタ４４と一体に設けられている。ガス排気口５９の下流端には、排気管６２の上流端が接続されている。排気管６２には、上流側から順に、図示しない圧力センサ、圧力調整装置としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ６２ｂ、排気装置としての真空ポンプ６２ａが設けられている。主に、ガス排気口５９、排気管６２、圧力センサ、ＡＰＣバルブ６２ｂ、真空ポンプ６２ａにより、反応容器４３内を排気する排気部が構成されている。なお、圧力センサ、ＡＰＣバルブ６２ｂ、真空ポンプ６２ａは、後述するコントローラ７０にそれぞれ接続されている。コントローラ７０は、真空ポンプ６２ａを作動させつつ、
圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が所定のタイミングで所定の圧力になるよう制御する。
【００２５】
（コントローラ）
熱処理装置１０は、制御部としてのコントローラ７０を備えている。コントローラ７０は、ポッド搬送装置１８、ポッドオープナ２２、基板枚数検知器２４、基板移載機２６、ボートエレベータ（図示せず）、温度センサ（図示せず）、ヒータ４６、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂ、バルブ７１ｃ，７２ｃ、圧力センサ（図示せず）、ＡＰＣバルブ６２ｂ、真空ポンプ６２ａにそれぞれ接続され、これらの動作を制御するように構成されている。
【００２６】
（２）ウエハの熱処理工程
次に上述の熱処理装置１０によって実施されるウエハ５４の熱処理工程について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ７０により制御される。
【００２７】
（ウエハ搬入）
まず、複数枚のウエハ５４を収容したポッド１６をポッドステージ１４上に載置する。ポッド搬送装置１８により、ポッド１６をポッドステージ１４上からポッド棚２０上へ搬送して載置する。ポッド搬送装置１８により、ポッド棚２０上に載置されたポッド１６をポッドオープナ２２上に搬送して載置する。ポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されているウエハ５４の枚数を検知する。
【００２８】
そして、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２上に載置されたポッド１６からウエハ５４を取り出し、ノッチアライナ２８上に移載する。ノッチアライナ２８は、ウエハ５４を回転させながらノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚のウエハ５４のノッチを同じ位置に整列させる。そして、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８からボート３０にウエハ５４を装填（ウエハチャージ）する。
【００２９】
その後、上述の工程を繰り返し、１バッチ分（例えば２００枚）のウエハ５４をボート３０に装填する。
【００３０】
そして、例えば６００℃程度の温度に予め加熱された反応炉４０（反応容器４３）内に、複数枚のウエハ５４を装填したボート３０を下方から搬入（ボートロード）する。ボート３０の搬入が完了すると、炉口シールキャップ４８により反応容器４３内が気密に封止される。
【００３１】
（温度及び圧力調整）
そして、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度が所定の熱処理温度（例えば１２００℃以上の温度）になるように制御する。また、真空ポンプ６３ｃを作動させ、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が所定の熱処理圧力となるよう制御する。
【００３２】
（ガス供給工程）
そして、バルブ７１ｃを開き、マスフローコントローラ７１ｂにより流量調整された処理ガスを、処理ガス供給管７１、ガス導入管６０、ガス供給口５６、ガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応容器４３内に供給する。反応容器４３内に供給された処理ガスは、ウエハ５４の表面に供給された後、ガス排気口５９を介して排気管６２から排気される。熱処理温度に加熱されたウエハ５４の表面に処理ガス（酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、
水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）ガス等）が供給されることで、処理ガスの種類に応じた所定の熱処理（酸化、窒化、還元、拡散等）が行われる。
【００３３】
（降温、大気圧復帰工程）
反応容器４３内への処理ガスの供給及び反応容器４３内の排気を所定時間継続し、ウエハ５４の熱処理が終了したら、バルブ７１ｃを閉じ、反応容器４３内への処理ガスの供給を停止する。また、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度を６００℃程度の温度に降温させる。そして、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力を大気圧とする。
【００３４】
（ウエハ搬出）
そして、熱処理後のウエハ５４を支持したボート３０を降下させ、反応容器４３内から搬出（ボートアンロード）する。そして、ボート３０に支持されている全てのウエハ５４が所定温度に冷却されるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。ウエハ５４が所定温度まで冷却されたら、基板移載機２６により、ウエハ５４をボート３０から取り出し（ウエハディスチャージ）、ポッドオープナ２２上に載置されている空のポッド１６内に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、ウエハ５４が収容されたポッド１６を、ポッド棚２０上またはポッドステージ１４上に搬送して、熱処理工程を終了する。
【００３５】
（３）ＳｉＣ部材から金属元素を除去する工程
上述したように、本実施形態に係る熱処理装置１０では、耐熱性を確保するため、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等を炭化珪素（ＳｉＣ）によりなるＳｉＣ部材として構成している。しかしながら、ＳｉＣ部材は純度を上げることが困難であり、表面近傍に金属元素が残留し易い特性を有している。従って、ＳｉＣ部材が内部に露出した反応容器４３を用いて上述の熱処理工程を行うと、ＳｉＣ部材に含まれる金属元素がその表面から離脱し、処理対象のウエハ５４の表面に吸着し、拡散によりウエハ５４中に取り込まれ、ウエハ５４に金属汚染を生じさせて半導体装置の特性を劣化させてしまう場合がある。
【００３６】
そのため、本実施形態では、上述の熱処理工程を行う前に、ＳｉＣ部材から金属元素を除去する工程（以下、単に金属元素除去工程とも呼ぶ）を実施する。以下に、係る工程について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ７０により制御される。
【００３７】
（ボート搬入）
まず、反応炉４０（反応容器４３）内に、ウエハ５４を装填していない空のボート３０を下方から搬入（ボートロード）する。空のボート３０の搬入が完了すると、炉口シールキャップ４８により反応容器４３内が密閉される。なお、ボート３０は空の場合に限らず、ダミーのウエハ等を保持していてもよい。
【００３８】
（ガス供給工程）
そして、バルブ７２ｃを開き、マスフローコントローラ７２ｂにより流量調整された非酸化性ガスを、非酸化性ガス供給管７２、ガス導入管６０、ガス供給口５６、ガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応容器４３内に供給する。反応容器４３内に供給された非酸化性ガスは、ガス排気口５９を介して排気管６２から排気される。真空ポンプ６３ｃを作動させつつ、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が所定の処理圧力となるよう制御する。
【００３９】
（昇温及び維持工程）
そして、反応容器４３内への非酸化性ガスの供給及び反応容器４３内の排気を継続しつつ、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度が所定の処理温度（例えば１０００℃以上、好ましくは１２００℃程度）になるように制御する（昇温工程）。そして、昇温が完了したら、この処理温度に応じた時間だけ反応容器４３内の加熱状態を維持する（維持工程）。これにより、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等のＳｉＣ部材の表面から金属元素が離脱（外部拡散）する。ＳｉＣ部材から離脱した金属元素は、非酸化性ガスと共にガス排気口５９を介して排気管６２から排出される。
【００４０】
なお、維持時間は、一般的な拡散方程式等を応用することで算出できるが、例えば反応容器４３内を１２００℃程度に加熱する場合には、２０時間程度とすればよい。処理温度に応じた時間だけ反応容器４３内の加熱状態を維持することで、ＳｉＣ部材から金属元素を確実に除去することが可能となる。
【００４１】
（降温、大気圧復帰工程）
ＳｉＣ部材からの金属元素が充分に離脱されたら、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度を例えば６００℃程度の温度に降温させる。そして、バルブ７２ｃを閉じ、反応容器４３内への処理ガスの供給を停止する。そして、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が大気圧となるよう制御する。
【００４２】
（ボート搬出）
そして、処理後のボート３０を降下させ、反応容器４３内から搬出（ボートアンロード）する。そして、ボート３０が所定温度に冷却されるまで、ボート３０を所定位置で待機させ、本実施形態にかかる金属元素除去工程を終了する。その後は、上述したウエハ５４の熱処理工程を実施することができる。
【００４３】
（４）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００４４】
（ａ）本実施形態によれば、金属元素除去工程を行うことで、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等のＳｉＣ部材の表面から、金属元素を離脱（外部拡散）させ、反応容器４３外へ排出させることができる。金属元素除去工程の後にウエハ５４の熱処理工程を実施することで、ウエハ５４の金属汚染を抑制でき、半導体装置の特性の劣化を防ぐことが出来る。
【００４５】
なお、本実施形態によれば、処理温度に応じた時間だけ反応容器４３内の加熱状態を維持することで、ＳｉＣ部材から金属元素を確実に除去することが可能である。図３の（ａ）は、処理温度を１２００℃、維持時間を１時間として金属元素除去工程を実施した後、熱処理工程を施したウエハ５４表面のＳＰＶ測定結果を例示する図である。また、図３の（ｂ）は、処理温度を１２００℃、維持時間を２０時間として金属元素除去工程を実施した後、熱処理工程を施したウエハ５４表面のＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ）測定結果を例示する図である。
【００４６】
図３の（ａ）に示すように、加熱状態の維持時間を１時間とした場合には、熱処理工程を施したウエハ５４の表面に金属元素濃度の高い領域が存在していることが分かる。すなわち、維持時間が短い場合には、ＳｉＣ部材からの金属元素の除去が不充分となり、ウエハ５４に金属汚染が発生してしまっていることが分かる。なお、ウエハ５４の中心付近の２箇所の汚染は、ボート３０等のＳｉＣ部材とウエハ５４とが直接接触したことにより生じたものであると考えられる。また、ウエハ５４の周辺を囲う汚染域は、ウエハ５４を囲
うように設けられた反応管４２から離脱した金属元素がウエハ５４に吸着したことにより生じたものであると考えられる。
【００４７】
これに対し、図３の（ｂ）に示すように、加熱状態の維持時間を２０時間とした場合には、熱処理工程を施したウエハ５４の表面に金属元素濃度の高い領域が存在しないことが分かる。このように、処理温度に応じた時間（この場合には２０時間）だけ反応容器４３内の加熱状態を維持することで、ＳｉＣ部材から金属元素を確実に除去でき、ウエハ５４の金属汚染を確実に抑制できることが分かる。なお、ウエハ５４の中心領域に点在する特に色の薄い領域は、金属元素の濃度がＳＰＶの検出下限以下であることを示している。
【００４８】
（ｂ）本実施形態によれば、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等のＳｉＣ部材の取り外しや取り付け作業を繰り返し行う必要がない。また、ＨＦ水溶液を用いたＳｉＯ２膜の除去作業を繰り返し行う必要もない。そのため、金属元素の除去作業に要する時間を大幅に短縮でき、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。
【００４９】
（ｃ）本実施形態によれば、人手を介したＳｉＣ部材の取り付けや取り外し作業を繰り返し行う必要がない。そのため、部材の破損や汚染等の発生を抑制できる。
【００５０】
（ｄ）本実施形態によれば、ダミーの基板を用いた熱処理を繰り返し行う必要がない。そのため、金属元素の除去に関するコストを低減できる。
【００５１】
（ｅ）本実施形態によれば、金属元素除去工程及びウエハ５４の熱処理工程を、コントローラ７０により連続的かつ自動的に行うことが可能となる。
【００５２】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では維持工程を連続して行うこととしたが、維持工程は複数の工程に分割してもよい。すなわち、ボート３０の搬入、反応容器４３内の昇温、加熱状態の維持、降温、ボート３０の搬出を繰り返し、その合計の維持時間が上述の時間となるようにしてもよい。例えば、２０時間程度の加熱状態の維持が必要な場合には、１０時間の維持を２回実施してもよく、５時間の維持を４回実施してもよい。なお、維持工程を分割する際には、それぞれの維持工程で処理温度を変更させてもよい。
【００５４】
また、例えば、上記実施の形態の説明においては、一度に複数枚の基板を熱処理するバッチ式の熱処理装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、枚葉式のものであってもよい。
【００５５】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００５６】
本発明の一態様によれば、
炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、
前記反応容器内を加熱する加熱部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、
前記反応容器内を排気する排気部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ前記反応容器内を排気すると共に、前記反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、前記ガス供給部、前記排気部、及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【００５７】
好ましくは、
前記反応容器内で前記基板を保持する基板保持具を備え、
前記基板保持具は炭化珪素からなる部材を備える。
【００５８】
また好ましくは、
前記ガス供給部は前記反応容器内にガスを供給するガス供給ノズルを備え、
前記ガス供給ノズルは炭化珪素からなる。
【００５９】
また好ましくは、
非酸化性ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスのいずれかのガスを含む。
【００６０】
また好ましくは、
前記処理温度は１０００℃以上である。
【００６１】
本発明の他の態様によれば、
炭化珪素からなる部材が内部に設けられた反応容器内にガス供給部により非酸化性ガスを供給しつつ、前記反応容器内を排気部により排気すると共に、前記反応容器内を加熱部により処理温度に加熱して所定時間保持する半導体装置の製造方法が提供される。
【００６２】
本発明の更に他の態様によれば、
炭化珪素からなる部材が内部に設けられた反応容器内にガス供給部により非酸化性ガスを供給しつつ、前記反応容器内を排気部により排気すると共に、前記反応容器内を加熱部により処理温度に加熱して所定時間保持する基板の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 熱処理装置（基板処理装置）
３０ ボート（基板保持具）
４３ 反応容器
４６ ヒータ（加熱部）
５４ ウエハ（基板）
７０ コントローラ（制御部）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板を熱処理する基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ等の半導体装置の製造工程の一工程として、例えば１０００℃以上の温度に加熱した基板に酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）ガス等の処理ガスを供給して、酸化、窒化、還元、拡散等の所定の熱処理（アニール処理）を行う基板処理工程が実施されることがある。係る工程は、基板を収容する反応容器と、反応容器内で基板を保持する基板保持具と、反応容器内を加熱する加熱部と、反応容器内に処理ガスを供給するガス供給部と、反応容器内を排気する排気部と、を備えた基板処理装置により実施される。耐熱性の観点から、反応容器の内壁や基板保持具を炭化珪素（ＳｉＣ）により構成する場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳｉＣからなる部材（以下、ＳｉＣ部材と呼ぶ）は、純度を上げることが困難であり、最表面から例えば深さ２μｍ程度の表面近傍に金属元素が残留し易い特性を有している。そのため、ＳｉＣ部材が内部に露出した反応容器を用いて上述の熱処理を行うと、ＳｉＣ部材に含まれる金属元素がその表面から離脱し、処理対象の基板の表面に吸着し、拡散により基板中に取り込まれて金属汚染を生じさせ、半導体装置の特性を劣化させてしまう場合がある。
【０００５】
ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を取り除く方法として、ＳｉＣ部材表面へのＳｉＯ２膜の形成及び除去を繰り返し行うことがある。具体的には、基板処理装置内（反応容器内）で１００％の酸素（Ｏ２）ガス雰囲気中にて加熱（アニール）し、ＳｉＣ部材の表面にＳｉＯ２膜を形成する。ＳｉＯ２膜中には、ＳｉＣ部材の表面近傍から拡散した金属元素が取り込まれる。そして、熱処理後のＳｉＣ部材を基板処理装置から取り出し、ＳｉＣ部材の表面にフッ化水素（ＨＦ）水溶液を供給してＳｉＯ２膜を除去する。そして、ＳｉＣ部材を基板処理装置に再度取り付けて基板に対する熱処理を試行し、基板に金属汚染が生じるか否かを確認する。そして、金属汚染の低減が確認できるまで、上述の工程を繰り返し実施する。しかしながら、係る方法では、ＳｉＣ部材の取り付け、取り外し作業を人手によって繰り返し行う必要があり、多くの作業時間を要するほか、ＳｉＣ部材等の破損や汚染等を招いてしまう恐れがある。また、ＨＦ水溶液によるＳｉＯ２膜の除去作業も必要となり、作業時間の増大を招いてしまう恐れがある。
【０００６】
ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を取り除く他の方法として、ダミーの基板に対する熱処理を繰り返し行うこともある。基板に対する熱処理を行うと、ＳｉＣ部材から金属元素が離脱して基板中に取り込まれることから、金属汚染が低減できたことが確認できるまで、ダミーの基板を用いた熱処理を繰り返し行うのである。しかしながら、拡散によりダミー基板中に取り込まれる金属元素は微量であるため、ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を充分に取り除くには長い作業時間を要すると共に、ダミーの基板を浪費することでコストの増大を招いてしまう恐れがある。
【０００７】
本発明は、ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を、ＳｉＣ部材の破損を抑制しつつ、短時間かつ低コストで除去することが可能な基板処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、前記反応容器内を加熱する加熱部と、前記反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、前記反応容器内を排気する排気部と、前記反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ前記反応容器内を排気すると共に、前記反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、前記ガス供給部、前記排気部、及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＳｉＣ部材の表面近傍に残留している金属元素を、ＳｉＣ部材の破損を抑制しつつ、短時間かつ低コストで除去することが可能な基板処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る基板処理装置の縦型処理炉の縦断面である。
【図３】（ａ）は、維持時間を１時間として金属元素除去工程を実施した場合のウエハ表面のＳＰＶ測定結果を、（ｂ）は、維持時間を２０時間として金属元素除去工程を実施した場合のウエハ表面のＳＰＶ測定結果をそれぞれ例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１２】
（１）基板処理装置の構成
図１に、本実施形態に係る基板処理装置としての熱処理装置１０の一例を示す。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置として構成されている。熱処理装置１０は、内部に反応炉４０などの主要部が設けられる筺体１２を備えている。筺体１２の正面側には、ポッドステージ１４が設けられている。ポッドステージ１４上には、基板搬送容器としてのポッド１６が搬送されて載置される。ポッド１６内には、例えば２５枚の処理対象の基板としてのウエハ５４（図２参照）が収納されるように構成されている。ポッド１６は、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４上に載置されるよう構成されている。
【００１３】
筺体１２内の正面側（図１の右側）であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。ポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２、及び基板枚数検知器２４がそれぞれ設けられている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に設けられ、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して設けられている。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送するように構成されている。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるように構成されている。基板枚数検知器２４は、蓋が開けられたポッド１６内のウエハ５４の枚数を検知するように構成されている。
【００１４】
筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８、及び基板支持具としてのボート３０がそれぞれ設けられている。基板移載機２６は、例えば５枚のウエハ５４を取り出すことができるアーム（ツイーザ）３２を有している。アーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に載置されたポッド１６、ノッチアライナ２８及びボート３０
間でウエハ５４を搬送するように構成されている。ノッチアライナ２８は、ウエハ５４に予め形成されているノッチまたはオリフラを検出して、ウエハ５４のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるように構成されている。
【００１５】
筺体１２内の背面側上部には、反応炉４０が配置されている。反応炉４０内には、後述するように、複数枚のウエハ５４を装填したボート３０が、下方から搬入されるように構成されている。
【００１６】
図２に、反応炉４０の一例を示す。反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）からなる反応管４２を備えている。反応管４２は、上端部が閉塞され、下端部が開放された円筒形状に形成されている。開放された反応管４２の下端部は、フランジ状に形成されている。反応管４２の下方には、反応管４２を支持する石英（ＳｉＯ２）からなる円筒状のアダプタ４４が設けられている。アダプタ４４の上端部及び下端部は、それぞれ開放されてフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部に形成されたフランジの上面と、反応管４２の下端部に形成されたフランジの下面とは、気密に当接するように構成されている。主に、反応管４２とアダプタ４４とにより本実施形態に係る反応容器４３が構成されている。反応容器４３内は、ウエハ５４を収容して処理する反応室として構成されている。反応容器４３の下部は、反応室内へのボート３０の搬入が可能なように開放され、炉口部を構成している。蓋体としての炉口シールキャップ４８が、Ｏリングを介して反応容器４３の開放部分（アダプタ４４の下端部に形成されたフランジの下面）に下方から当接されることで、反応容器４３内が気密に封止されるように構成されている。
【００１７】
炉口シールキャップ４８は、基板保持具としてのボート３０を下方から支持し、図示しないボートエレベータによってボート３０と共に昇降可能なように構成されている。ボート３０は、ＳｉＣからなり、多数枚、例えば２５〜１００枚のウエハ５４を略水平状態で隙間をもって多段に保持するように構成されている。炉口シールキャップ４８とボート３０との間には、石英（ＳｉＯ２）からなる第１の断熱部材５２と、この第１の断熱部材５２の上部に配置された炭化珪素（ＳｉＣ）からなる第２の断熱部材５０と、が積層されるようにそれぞれ複数枚設けられている。
【００１８】
反応容器４３のうち、アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、加熱部としてのヒータ４６が円筒状に配置されている。ヒータ４６は、反応容器４３内を例えば１２００℃以上の温度に加熱することが可能なように構成されている。反応管４２内には、図示しない温度センサが設けられている。ヒータ４６及び温度センサは、後述するコントローラ７０にそれぞれ接続されている。コントローラ７０は、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度が所定のタイミングで所定の温度になるよう制御する。
【００１９】
１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２は上述したようにＳｉＣにより形成されている。ここで、石英からなるアダプタ４４を設けずに、ＳｉＣからなる反応管４２を炉口部まで延ばし、反応管４２の下端部を、Ｏリングを介して炉口シールキャップ４８で封止する構造とすると、反応管４２を介して伝達された熱により、Ｏリングが高温となって溶けてしまう恐れがある。また、Ｏリングを溶かさないよう反応管４２の下端部を冷却するようにすると、温度差による熱膨張差により反応管４２が破損してしまう恐れがある。そこで、本実施形態では、反応容器４３のうちヒータ４６による加熱領域をＳｉＣからなる反応管４２で構成し、ヒータ４６による加熱領域から外れた部分を石英（ＳｉＯ２）からなるアダプタ４４で構成するようにしている。これにより、反応管４２からの炉口部に対する熱の伝達が和らぎ、Ｏリングの劣化や反応管４２の破損等を抑制できる。
【００２０】
また、上述したように、反応管４２とアダプタ４４との間は、Ｏリングを介することなく、反応管４２をアダプタ４４に載せることで気密性を確保するように構成されている。ＳｉＣからなる反応管４２は、ヒータ４６の加熱領域に配置されているため、温度差が発生せずに等方的に熱膨張する。従って、反応管４２の下端部のフランジ部分、及びアダプタ４４の上端部のフランジ部分の平面精度をそれぞれ確保しておけば、昇温加熱された際にも隙間を生じさせることなく気密性を維持することができる。
【００２１】
アダプタ４４の側壁には、ガス供給口５６がアダプタ４４と一体に設けられている。ガス供給口５６の上流端には、ガス導入管６０が接続されている。ガス導入管６０の上流側には、処理ガス供給管７１の下流端及び非酸化性ガス供給管７２の下流端がそれぞれ接続されている。処理ガス供給管７１には、上流側から順に、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）等の処理ガスを供給する処理ガス供給源７１ａ、マスフローコントローラ７１ｂ、バルブ７１ｃが設けられている。非酸化性ガス供給管７２には、上流側から順に、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ２）ガス等の非酸化性ガスを供給する非酸化性ガス供給源７２ａ、マスフローコントローラ７２ｂ、バルブ７２ｃが設けられている。
【００２２】
アダプタ４４の内壁は、反応管４２の内壁よりも内側に突出している。アダプタ４４の側壁部（肉厚部）には、ガス供給口５６と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路６４が設けられている。ガス導入経路６４の下流端（上部）には、ノズル取り付け孔が上方に開口するように設けられている。ノズル取り付け孔は、反応管４２内部におけるアダプタ４４の上端部に形成されたフランジ上面に開口し、ガス供給口５６とガス導入経路６４とを連通している。ノズル取り付け孔には、ＳｉＣからなるノズル６６が挿入されて固定されている。ノズル６６は、反応管４２の内壁に沿って基板配列領域の上端よりも上方、すなわちボート３０の上端よりも上方まで延びるように構成される。ノズル６６の下流端（上部）には、ガス噴出口が形成されている。このように、アダプタ４４の内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続され、アダプタ４４の上面によりノズル６６が支持されることで、ノズル接続部が熱で変形しにくくなり、破損しにくくなる。また、ノズル６６の取り外しや取り付けが容易になる。
【００２３】
バルブ７１ｃ，７２ｃを開けることで、処理ガス供給管７１、非酸化性ガス供給管７２を介してガス導入管６０内に流れた処理ガス、非酸化性ガスは、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂにより流量制御されつつガス供給口５６に導入され、アダプタ４４の側壁部に設けられたガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応管４２内に供給される。主に、処理ガス供給管７１、非酸化性ガス供給管７２、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂ、バルブ７１ｃ，７２ｃ、ガス導入管６０、ガス供給口５６、ガス導入経路６４、ノズル６６により、本実施形態に係るガス供給部が構成される。なお、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂ、バルブ７１ｃ，７２ｃは、後述するコントローラ７０にそれぞれ接続されている。コントローラ７０は、所定のタイミングで所定の流量の処理ガス或いは非酸化性ガスを反応容器４３内に供給するよう制御する。
【００２４】
（排気部）
アダプタ４４の他の側壁には、ガス排気口５９がアダプタ４４と一体に設けられている。ガス排気口５９の下流端には、排気管６２の上流端が接続されている。排気管６２には、上流側から順に、図示しない圧力センサ、圧力調整装置としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ６２ｂ、排気装置としての真空ポンプ６２ａが設けられている。主に、ガス排気口５９、排気管６２、圧力センサ、ＡＰＣバルブ６２ｂ、真空ポンプ６２ａにより、反応容器４３内を排気する排気部が構成されている。なお、圧力センサ、ＡＰＣバルブ６２ｂ、真空ポンプ６２ａは、後述するコントローラ７０にそれぞれ接続されている。コントローラ７０は、真空ポンプ６２ａを作動させつつ、
圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が所定のタイミングで所定の圧力になるよう制御する。
【００２５】
（コントローラ）
熱処理装置１０は、制御部としてのコントローラ７０を備えている。コントローラ７０は、ポッド搬送装置１８、ポッドオープナ２２、基板枚数検知器２４、基板移載機２６、ボートエレベータ（図示せず）、温度センサ（図示せず）、ヒータ４６、マスフローコントローラ７１ｂ，７２ｂ、バルブ７１ｃ，７２ｃ、圧力センサ（図示せず）、ＡＰＣバルブ６２ｂ、真空ポンプ６２ａにそれぞれ接続され、これらの動作を制御するように構成されている。
【００２６】
（２）ウエハの熱処理工程
次に上述の熱処理装置１０によって実施されるウエハ５４の熱処理工程について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ７０により制御される。
【００２７】
（ウエハ搬入）
まず、複数枚のウエハ５４を収容したポッド１６をポッドステージ１４上に載置する。ポッド搬送装置１８により、ポッド１６をポッドステージ１４上からポッド棚２０上へ搬送して載置する。ポッド搬送装置１８により、ポッド棚２０上に載置されたポッド１６をポッドオープナ２２上に搬送して載置する。ポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されているウエハ５４の枚数を検知する。
【００２８】
そして、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２上に載置されたポッド１６からウエハ５４を取り出し、ノッチアライナ２８上に移載する。ノッチアライナ２８は、ウエハ５４を回転させながらノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚のウエハ５４のノッチを同じ位置に整列させる。そして、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８からボート３０にウエハ５４を装填（ウエハチャージ）する。
【００２９】
その後、上述の工程を繰り返し、１バッチ分（例えば２００枚）のウエハ５４をボート３０に装填する。
【００３０】
そして、例えば６００℃程度の温度に予め加熱された反応炉４０（反応容器４３）内に、複数枚のウエハ５４を装填したボート３０を下方から搬入（ボートロード）する。ボート３０の搬入が完了すると、炉口シールキャップ４８により反応容器４３内が気密に封止される。
【００３１】
（温度及び圧力調整）
そして、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度が所定の熱処理温度（例えば１２００℃以上の温度）になるように制御する。また、真空ポンプ６３ｃを作動させ、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が所定の熱処理圧力となるよう制御する。
【００３２】
（ガス供給工程）
そして、バルブ７１ｃを開き、マスフローコントローラ７１ｂにより流量調整された処理ガスを、処理ガス供給管７１、ガス導入管６０、ガス供給口５６、ガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応容器４３内に供給する。反応容器４３内に供給された処理ガスは、ウエハ５４の表面に供給された後、ガス排気口５９を介して排気管６２から排気される。熱処理温度に加熱されたウエハ５４の表面に処理ガス（酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、
水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）ガス等）が供給されることで、処理ガスの種類に応じた所定の熱処理（酸化、窒化、還元、拡散等）が行われる。
【００３３】
（降温、大気圧復帰工程）
反応容器４３内への処理ガスの供給及び反応容器４３内の排気を所定時間継続し、ウエハ５４の熱処理が終了したら、バルブ７１ｃを閉じ、反応容器４３内への処理ガスの供給を停止する。また、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度を６００℃程度の温度に降温させる。そして、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力を大気圧とする。
【００３４】
（ウエハ搬出）
そして、熱処理後のウエハ５４を支持したボート３０を降下させ、反応容器４３内から搬出（ボートアンロード）する。そして、ボート３０に支持されている全てのウエハ５４が所定温度に冷却されるまで、ボート３０を所定位置で待機させる。ウエハ５４が所定温度まで冷却されたら、基板移載機２６により、ウエハ５４をボート３０から取り出し（ウエハディスチャージ）、ポッドオープナ２２上に載置されている空のポッド１６内に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、ウエハ５４が収容されたポッド１６を、ポッド棚２０上またはポッドステージ１４上に搬送して、熱処理工程を終了する。
【００３５】
（３）ＳｉＣ部材から金属元素を除去する工程
上述したように、本実施形態に係る熱処理装置１０では、耐熱性を確保するため、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等を炭化珪素（ＳｉＣ）によりなるＳｉＣ部材として構成している。しかしながら、ＳｉＣ部材は純度を上げることが困難であり、表面近傍に金属元素が残留し易い特性を有している。従って、ＳｉＣ部材が内部に露出した反応容器４３を用いて上述の熱処理工程を行うと、ＳｉＣ部材に含まれる金属元素がその表面から離脱し、処理対象のウエハ５４の表面に吸着し、拡散によりウエハ５４中に取り込まれ、ウエハ５４に金属汚染を生じさせて半導体装置の特性を劣化させてしまう場合がある。
【００３６】
そのため、本実施形態では、上述の熱処理工程を行う前に、ＳｉＣ部材から金属元素を除去する工程（以下、単に金属元素除去工程とも呼ぶ）を実施する。以下に、係る工程について説明する。なお、以下の説明において、熱処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ７０により制御される。
【００３７】
（ボート搬入）
まず、反応炉４０（反応容器４３）内に、ウエハ５４を装填していない空のボート３０を下方から搬入（ボートロード）する。空のボート３０の搬入が完了すると、炉口シールキャップ４８により反応容器４３内が密閉される。なお、ボート３０は空の場合に限らず、ダミーのウエハ等を保持していてもよい。
【００３８】
（ガス供給工程）
そして、バルブ７２ｃを開き、マスフローコントローラ７２ｂにより流量調整された非酸化性ガスを、非酸化性ガス供給管７２、ガス導入管６０、ガス供給口５６、ガス導入経路６４、ノズル６６を介して反応容器４３内に供給する。反応容器４３内に供給された非酸化性ガスは、ガス排気口５９を介して排気管６２から排気される。真空ポンプ６３ｃを作動させつつ、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が所定の処理圧力となるよう制御する。
【００３９】
（昇温及び維持工程）
そして、反応容器４３内への非酸化性ガスの供給及び反応容器４３内の排気を継続しつつ、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度が所定の処理温度（例えば１０００℃以上、好ましくは１２００℃程度）になるように制御する（昇温工程）。そして、昇温が完了したら、この処理温度に応じた時間だけ反応容器４３内の加熱状態を維持する（維持工程）。これにより、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等のＳｉＣ部材の表面から金属元素が離脱（外部拡散）する。ＳｉＣ部材から離脱した金属元素は、非酸化性ガスと共にガス排気口５９を介して排気管６２から排出される。
【００４０】
なお、維持時間は、一般的な拡散方程式等を応用することで算出できるが、例えば反応容器４３内を１２００℃程度に加熱する場合には、２０時間程度とすればよい。処理温度に応じた時間だけ反応容器４３内の加熱状態を維持することで、ＳｉＣ部材から金属元素を確実に除去することが可能となる。
【００４１】
（降温、大気圧復帰工程）
ＳｉＣ部材からの金属元素が充分に離脱されたら、温度センサが検出した温度に基づいてヒータ４６の温度を制御し、反応容器４３内の温度を例えば６００℃程度の温度に降温させる。そして、バルブ７２ｃを閉じ、反応容器４３内への処理ガスの供給を停止する。そして、圧力センサが検出した圧力に基づいてＡＰＣバルブ６２ｂの開度を制御し、反応容器４３内の圧力が大気圧となるよう制御する。
【００４２】
（ボート搬出）
そして、処理後のボート３０を降下させ、反応容器４３内から搬出（ボートアンロード）する。そして、ボート３０が所定温度に冷却されるまで、ボート３０を所定位置で待機させ、本実施形態にかかる金属元素除去工程を終了する。その後は、上述したウエハ５４の熱処理工程を実施することができる。
【００４３】
（４）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００４４】
（ａ）本実施形態によれば、金属元素除去工程を行うことで、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等のＳｉＣ部材の表面から、金属元素を離脱（外部拡散）させ、反応容器４３外へ排出させることができる。金属元素除去工程の後にウエハ５４の熱処理工程を実施することで、ウエハ５４の金属汚染を抑制でき、半導体装置の特性の劣化を防ぐことが出来る。
【００４５】
なお、本実施形態によれば、処理温度に応じた時間だけ反応容器４３内の加熱状態を維持することで、ＳｉＣ部材から金属元素を確実に除去することが可能である。図３の（ａ）は、処理温度を１２００℃、維持時間を１時間として金属元素除去工程を実施した後、熱処理工程を施したウエハ５４表面のＳＰＶ測定結果を例示する図である。また、図３の（ｂ）は、処理温度を１２００℃、維持時間を２０時間として金属元素除去工程を実施した後、熱処理工程を施したウエハ５４表面のＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｇｅ）測定結果を例示する図である。
【００４６】
図３の（ａ）に示すように、加熱状態の維持時間を１時間とした場合には、熱処理工程を施したウエハ５４の表面に金属元素濃度の高い領域が存在していることが分かる。すなわち、維持時間が短い場合には、ＳｉＣ部材からの金属元素の除去が不充分となり、ウエハ５４に金属汚染が発生してしまっていることが分かる。なお、ウエハ５４の中心付近の２箇所の汚染は、ボート３０等のＳｉＣ部材とウエハ５４とが直接接触したことにより生じたものであると考えられる。また、ウエハ５４の周辺を囲う汚染域は、ウエハ５４を囲
うように設けられた反応管４２から離脱した金属元素がウエハ５４に吸着したことにより生じたものであると考えられる。
【００４７】
これに対し、図３の（ｂ）に示すように、加熱状態の維持時間を２０時間とした場合には、熱処理工程を施したウエハ５４の表面に金属元素濃度の高い領域が存在しないことが分かる。このように、処理温度に応じた時間（この場合には２０時間）だけ反応容器４３内の加熱状態を維持することで、ＳｉＣ部材から金属元素を確実に除去でき、ウエハ５４の金属汚染を確実に抑制できることが分かる。なお、ウエハ５４の中心領域に点在する特に色の薄い領域は、金属元素の濃度がＳＰＶの検出下限以下であることを示している。
【００４８】
（ｂ）本実施形態によれば、反応管４２、ボート３０、第２の断熱部材５０、ノズル６６等のＳｉＣ部材の取り外しや取り付け作業を繰り返し行う必要がない。また、ＨＦ水溶液を用いたＳｉＯ２膜の除去作業を繰り返し行う必要もない。そのため、金属元素の除去作業に要する時間を大幅に短縮でき、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。
【００４９】
（ｃ）本実施形態によれば、人手を介したＳｉＣ部材の取り付けや取り外し作業を繰り返し行う必要がない。そのため、部材の破損や汚染等の発生を抑制できる。
【００５０】
（ｄ）本実施形態によれば、ダミーの基板を用いた熱処理を繰り返し行う必要がない。そのため、金属元素の除去に関するコストを低減できる。
【００５１】
（ｅ）本実施形態によれば、金属元素除去工程及びウエハ５４の熱処理工程を、コントローラ７０により連続的かつ自動的に行うことが可能となる。
【００５２】
＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００５３】
例えば、上述の実施形態では維持工程を連続して行うこととしたが、維持工程は複数の工程に分割してもよい。すなわち、ボート３０の搬入、反応容器４３内の昇温、加熱状態の維持、降温、ボート３０の搬出を繰り返し、その合計の維持時間が上述の時間となるようにしてもよい。例えば、２０時間程度の加熱状態の維持が必要な場合には、１０時間の維持を２回実施してもよく、５時間の維持を４回実施してもよい。なお、維持工程を分割する際には、それぞれの維持工程で処理温度を変更させてもよい。
【００５４】
また、例えば、上記実施の形態の説明においては、一度に複数枚の基板を熱処理するバッチ式の熱処理装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、枚葉式のものであってもよい。
【００５５】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００５６】
本発明の一態様によれば、
炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、
前記反応容器内を加熱する加熱部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、
前記反応容器内を排気する排気部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ前記反応容器内を排気すると共に、前記反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、前記ガス供給部、前記排気部、及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える基板処理装置が提供される。
【００５７】
好ましくは、
前記反応容器内で前記基板を保持する基板保持具を備え、
前記基板保持具は炭化珪素からなる部材を備える。
【００５８】
また好ましくは、
前記ガス供給部は前記反応容器内にガスを供給するガス供給ノズルを備え、
前記ガス供給ノズルは炭化珪素からなる。
【００５９】
また好ましくは、
非酸化性ガスは、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスのいずれかのガスを含む。
【００６０】
また好ましくは、
前記処理温度は１０００℃以上である。
【００６１】
本発明の他の態様によれば、
炭化珪素からなる部材が内部に設けられた反応容器内にガス供給部により非酸化性ガスを供給しつつ、前記反応容器内を排気部により排気すると共に、前記反応容器内を加熱部により処理温度に加熱して所定時間保持する半導体装置の製造方法が提供される。
【００６２】
本発明の更に他の態様によれば、
炭化珪素からなる部材が内部に設けられた反応容器内にガス供給部により非酸化性ガスを供給しつつ、前記反応容器内を排気部により排気すると共に、前記反応容器内を加熱部により処理温度に加熱して所定時間保持する基板の製造方法が提供される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 熱処理装置（基板処理装置）
３０ ボート（基板保持具）
４３ 反応容器
４６ ヒータ（加熱部）
５４ ウエハ（基板）
７０ コントローラ（制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、
前記反応容器内を加熱する加熱部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、
前記反応容器内を排気する排気部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ前記反応容器内を排気すると共に、前記反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、前記ガス供給部、前記排気部、及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項１】
炭化珪素からなる部材が内部に露出した反応容器と、
前記反応容器内を加熱する加熱部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給するガス供給部と、
前記反応容器内を排気する排気部と、
前記反応容器内に非酸化性ガスを供給しつつ前記反応容器内を排気すると共に、前記反応容器内を処理温度に加熱して所定時間保持するように、前記ガス供給部、前記排気部、及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする基板処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１９９１３４（Ｐ２０１１−１９９１３４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６２１１（Ｐ２０１０−６６２１１）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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