JP2009176861A - 基板処理装置、熱処理用部材、及び熱処理用部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を処理する領域内にある炭化珪素製の部材の表面から外部拡散する金属元素による基板の汚染を生じにくくすることができる基板処理装置、熱処理用部材、及び熱処理用部材の製造方法を提供する。
【解決手段】熱処理装置１０は、基板５４を処理する領域内に、炭化珪素製の部材である支持具３０を有する。支持具３０は、表面が酸化によりシリコン酸化膜３０ｄに変化された後に、シリコン酸化膜３０ｄが除去されてなり、酸化は、支持具３０の酸化速度が、支持具３０内に含まれる金属元素の、支持具３０内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われる。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の熱処理に用いられる基板処理装置、熱処理用部材、及び熱処理用部材の製造方法に関する。

シリコンウエハ等の基板を酸化処理又はアニール処理するために用いられる例えば縦型の熱処理装置であって、処理炉内での使用温度が１０００℃程度以上、例えば１２００℃以上であり、ＳｉＣ（炭化珪素）製のボートや、ＳｉＣ製の反応管や、ＳｉＣ製のガス導入ノズルを用いる技術が知られている。そして、これらの技術であって、ＳｉＣ製のボート、ＳｉＣ製の反応管、及びＳｉＣ製のガス導入ノズル等のＳｉＣ製の部材の表面に、予めＣＶＤ法によりＳｉＣ膜をコートする技術が知られている。ＣＶＤ−ＳｉＣ膜は、ＳｉＣからなる基材と比較して、ＳｉＣの純度が高いため、基板処理に適している（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２３５１６３号公報

しかしながら、ＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass Spectrometer）を用いてＳｉＣ製の部材の表面に形成されたＣＶＤ−ＳｉＣ膜の純度、すなわち、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜に残留する金属元素の量を分析すると、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜の表面から１μｍ程度よりも深い領域では、金属元素の量はＳＩＭＳ分析感度以下で良好であるが、表面から１μｍ程度までの深さの領域からは、例えば、鉄元素（Ｆｅ）、ニッケル元素（Ｎｉ）等の金属元素が検出される。図１１は、その一例を示している。これは、例えば、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜をコートする際、ガス排気系や処理室内にステンレス系の材料からなる部材があったり、副生成物としてＨＣｌ系のガスが発生する処理を行ったりすることと関係があると推定される。
そして、本発明者らは、酸化処理、又はアニール処理等の熱処理中に、部材の表面から１μｍ程度までの深さの領域に残留する金属元素が徐々に外向拡散することがあり、拡散した金属元素によって処理中の基板が汚染されてしまい、基板を処理することで製造されるデバイスの電気的特性が劣化してしまうことがあるとの問題点を見出した。

ここで、ＳｉＣ製の部材の表面から１μｍ程度のＳｉＣを除去することで問題を解決することができるようにも思われる。しかしながら、ＳｉＣは化学的にも熱的にも安定であるため、表面から１μｍ程度を除去する有効な方法は見出し難い。
また、基板を投入せずに熱処理を行い、ＳｉＣ製の部材の表面から金属元素を外部拡散させ、同時に処理炉内にハロゲン系ガスを導入し、金属元素をハロゲン化させて炉外に排出する方法も考えられる。さらに、基板を処理しながら、徐々にＳｉＣ製の部材の表面から金属元素が外部拡散することを待つ方法も考えられる。
しかしながら、これらの２つの方法は、いずれもＳｉＣ製の部材の表面から外部拡散させることができる金属元素の量は少なく、基板を処理することで製造されるデバイスの電気的特性の劣化が問題とならない程度まで金属元素を低減させるには、長時間、多回数の処理が必要になってしまう。

本発明の目的は、基板を処理する領域内にあるＳｉＣ製の部材の表面から外部拡散する金属元素による基板の汚染を生じにくくすることができる基板処理装置、熱処理用部材、及び熱処理用部材の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、基板を処理する領域内に炭化珪素製の部材を有し、前記部材は、表面が酸化によりシリコン酸化膜に変化された後に該シリコン酸化膜が除去されてなり、前記酸化は前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、炭化珪素製であって、表面が酸化によりシリコン酸化膜に変化された後に該シリコン酸化膜が除去されてなり、前記酸化は前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする熱処理用部材が提供される。

本発明のさらに他の態様によれば、炭化珪素製の部材の表面を酸化によりシリコン酸化膜に変化させる工程と、前記シリコン酸化膜を除去する工程と、を有し、前記酸化は、前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする熱処理用部材の製造方法が提供される。

本発明によれば、基板を処理する領域内にある炭化珪素製の部材の表面から外部拡散する金属元素による基板の汚染を生じにくくすることができる基板処理装置、熱処理用部材、及び熱処理用部材の製造方法を提供することができる。

次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置１０の一例を示す。熱処理装置１０は、基板処理装置として用いられ、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体１２を有する。この筺体１２の正面側には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚の基板（ウエハ）５４（図２参照）が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。

筺体１２内の正面側であって、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。また、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が配置されている。ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され、基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。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。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板５４の枚数が基板枚数検知器２４により検知される。

さらに、筺体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８、及び支持具（ボート）３０が配置されている。基板移載機２６は、例えば５枚の基板５４を取り出すことができるアーム（ツイーザ）３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ２８及び支持具３０間で基板５４を搬送する。ノッチアライナ２８は、基板５４に形成されたノッチ又はオリフラを検出して基板５４のノッチ又はオリフラを一定の位置に揃えるものである。

さらに、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、複数枚の基板５４を装填した支持具３０が搬入され熱処理が行われる。

図２に反応炉４０の一例を示す。反応炉４０は、炭化珪素（ＳｉＣ）製の反応管４２を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２の下方には反応管４２を支持するよう石英製のアダプタ４４が配置される。このアダプタ４４は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部フランジの上面に反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。この反応管４２とアダプタ４４により反応容器４３が形成されている。反応容器４３の内部に処理室４１が形成される。また、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、ヒータ４６が配置されている。

反応管４２とアダプタ４４により形成される反応容器４３の下部は、支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は、炉口シールキャップ４８がＯリングを挟んでアダプタ４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ４８は、支持具受け部材としての支持具受け５３を介して支持具３０を支持し、支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８と支持具３０との間には、石英製の第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ＳｉＣ製の第２の断熱部材５０とが設けられている。支持具３０は、ＳｉＣ製であり、多数枚、例えば２５〜１００枚の基板５４を略水平状態で隙間をもって多段に支持し、反応管４２内に装填される。

１２００℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管４２はＳｉＣ製としてある。このＳｉＣ製の反応管４２を炉口部まで延ばし、この炉口部をＯリングを介して炉口シールキャップでシールする構造とすると、ＳｉＣ製の反応管を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるＯリングを溶かしてしまうおそれがある。Ｏリングを溶かさないようＳｉＣ製の反応管４２のシール部を冷却すると、ＳｉＣ製の反応管４２が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、反応容器４３のうちヒータ４６による加熱領域をＳｉＣ製の反応管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製のアダプタ４４で構成することで、ＳｉＣ製の反応管４２からの熱の伝達を和らげ、Ｏリングを溶かすことなく、また反応管４２を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。また、ＳｉＣ製の反応管４２と石英製のアダプタ４４とのシールは、双方の面精度を良くすれば、ＳｉＣ製の反応管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、等方的に熱膨張する。よって、ＳｉＣ製の反応管４２下端部のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ４４との間に隙間ができないので、ＳｉＣ製の反応管４２を石英製のアダプタ４４に載せるだけでシール性を確保することができる。

アダプタ４４には、アダプタ４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５９とが設けられている。ガス供給口５６にはガス導入管６０が、ガス排気口５９には排気管６２がそれぞれ接続されている。

アダプタ４４の内壁は反応管４２の内壁よりも内側にあり（突出しており）、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、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔は、反応管４２の内部におけるアダプタ４４の上端部フランジ側の上面に開口しており、ガス供給口５６及びガス導入経路６４と連通している。このノズル取付孔には、ＳｉＣ製のノズル６６が挿入され固定されている。すなわち、反応管４２内部におけるアダプタ４４の反応管４２の内壁よりも内側に突出した部分の上面にノズル６６が接続され、このアダプタ４４の上面によりノズル６６が支持されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル６６とアダプタ４４の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管６０からガス供給口５６に導入された処理ガスは、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。尚、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、すなわち支持具３０の上端よりも上方まで延びるように構成される。

このように、熱処理装置１０の反応炉４０内の基板５４が熱処理される領域内では、ＳｉＣ製の部材７２（例えば反応管４２、支持具３０、支持具受け５３、第２の断熱部材５０及びノズル６６等）が用いられている。

次に、上述したように構成された熱処理装置１０を用いて半導体装置の製造工程の一工程として基板を熱処理する方法について説明する。
尚、以下の説明において、熱処理装置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。

まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板５４を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８により、このポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ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に収容されている基板５４の枚数を検知する。

次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板５４を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板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基板５４のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板５４を取り出し、支持具３０に移載する。

このようにして、１バッチ分の基板５４を支持具３０に移載すると、例えば６００℃程度の温度に設定された反応炉４０（反応容器４３）内に複数枚の基板５４を装填した支持具３０を装入し、炉口シールキャップ４８により反応炉４０内を密閉する。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス導入管６０からガス導入口５６、アダプタ４４側壁部に設けられたガス導入経路６４、及びノズル６６を介して反応管４２内に処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）等が含まれる。基板５４を熱処理する際、基板５４は例えば１２００℃程度以上の温度に加熱される。

基板５４の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を６００℃程度の温度に降温した後、熱処理後の基板５４を支持した支持具３０を反応炉４０からアンロードし、支持具３０に支持された全ての基板５４が冷えるまで、支持具３０を所定位置で待機させる。次に、待機させた支持具３０の基板５４が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、支持具３０から基板５４を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置１８により、基板５４が収容されたポッド１６をポッド棚２０、又はポッドステージ１４に搬送して一連の処理が完了する。

図３には、後述する表面処理を行った支持具３０の表面付近の断面が示されている。
支持具３０は、炭化珪素製の部材として用いられ、Ｓｉ（シリコン）を含浸したＳｉＣ（炭化珪素）からなる基材３０ａ上に、炭化珪素層（炭化珪素膜）として用いられ、厚さが約１２０μｍ程度のＣＶＤコート膜であるＳｉＣ層３０ｂが形成されてなる。ＳｉＣ層３０ｂは、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）等の金属元素を実質的に含まず、ＳＩＭＳで分析しても、分析感度以下でありＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属元素は検出されない。

図４には、支持具３０の表面処理の工程が示されている。
図４（ａ）に示すように、まず、表面処理がなされていないＳｉ含浸ＳｉＣからなる基材３０ａを用意する。そして、この基材３０ａの表面に、図４（ｂ）に示すように厚さが約１２０μｍのＳｉＣ層３０ｂを形成し、ＳｉＣ層３０ｂの表面に、図４（ｃ）に示すように約１μｍのＳｉ膜３０ｃを形成する。具体的には、基材３０ａを、ＣＶＤ処理用の処理室（成膜室）内に収容し、この処理室内に、成膜ガスとして、例えば、シリコン含有ガスとして用いられるＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスと、炭素含有ガスとして用いられるＣ_２Ｈ_２ガスを供給して、ＣＶＤ法により、基材３０ａ上にＳｉＣ層３０ｂを成長させ、その後、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を継続した状態で、Ｃ_２Ｈ_２ガスの供給を停止することで、成膜ガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスのみ供給した状態とすることで、ＳｉＣ層３０ｂ上にＳｉ膜３０ｃを連続的に成長させる。シリコン含有ガスとしては、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスに替えてＳｉＣｌ_４ガス等のシリコン塩化物を用いることもできる。また、炭素含有ガスとしては、Ｃ_２Ｈ_２ガスに替えて、ＣＨ_４ガス等の炭化水素化物を用いることもできる。

ここで、基材３０ａに対するＳｉＣ層３０ｂの成膜とＳｉ膜３０ｃの成膜とは、同一の処理室内で連続的に行われる。このため、ＣＶＤ処理用の処理室内で行う最終処理を、ＳｉＣ層３０ｂの形成ではなく、Ｓｉ膜３０ｃの形成とすることができ、このＳｉ膜３０ｃにＦｅ、Ｎｉ等の金属元素を取り込ませ、ＳｉＣ層３０ｂには、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属元素を取り込ませないようにすることができる。また、処理ごとに基材３０ａを異なる処理室間で移動させる必要がなく、支持具３０に対し効率的に成膜処理をすることができる。また、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスの供給を停止することなく継続して行うことにより、ＳｉＣ層３０ｂの成膜とＳｉ膜３０ｃの成膜とが連続してなされるため、両処理の間に時間が空く処理と比較して、支持具３０に効率的に成膜処理をすることができる。

以上のようにして成膜されたＳｉＣ層３０ｂは、先述のように、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属元素を実質的に含まない。これに対して、Ｓｉ膜３０ｃには、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属元素が含まれている。Ｓｉ膜３０ｃに金属元素が含まれている原因としては、支持具３０に成膜処理をする成膜室や、この成膜室からＣＶＤガスを排気する配管等にステンレス系の材料を用いていることが関係しているものと推定される。

次に、図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ膜３０ｃを酸化させて、Ｓｉ膜３０ｃをＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）３０ｄに変化させる。具体的には、Ｓｉ膜３０ｃが成膜された支持具３０を、酸化処理用の反応炉内に収容し、この反応炉内で、熱酸化法により約１２００℃の温度で、約９時間、水蒸気雰囲気中でＳｉ膜３０ｃを酸化させる。尚、酸化処理は、基板５４を処理する反応炉４０を用いて行っても良いし、それとは別の反応炉を用いて行っても良い。

次に、図４（ｅ）に示すように、ＳｉＯ_２膜３０ｄを除去する。具体的には、薬液として、例えば、約１０％のＨＦ（フッ酸）を含有する希釈フッ酸液を用いてウエットエッチングによりＳｉＯ_２膜３０ｄの除去がなされる。ＳｉＯ_２膜３０ｄの除去がなされることで、ＳｉＯ_２膜３０ｄに含まれるＦｅ、Ｎｉ等の金属元素の除去も併せてなされる。
そして、以上のように表面処理が施された支持具３０が熱処理装置１０の所定の位置に取り付けられ、基板５４の熱処理に用いられる。

以上のように表面処理された支持具３０の表面部にあたるＳｉＣ層３０ｂは、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属元素を実質的に含んでいない。このため、この支持具３０によって保持される基板５４は、酸化処理やアニール処理される際に、支持具３０から外向拡散する金属元素によって、汚染されることがなく、基板５４上に作製されるデバイスの電気的特性が劣化することもない。

上述の本発明の第１の実施の形態では、支持具３０に対して表面処理がなされる形態について説明したが、これと併せて、基板５４を熱処理する領域内にあり、ＳｉＣからなる部材である反応管４２、ノズル６６、支持具受け５３、及び第２の断熱部材５０のうち少なくとも一つの部材に、支持具３０に対して行った表面処理と同様の表面処理を行っても良い。この場合においても、上記と同様な効果が得られる。

図５（ａ）には、従来の支持具、すなわち、Ｓｉ含浸ＳｉＣ基材表面にＣＶＤ−SｉＣ膜がコートされた支持具を用いて熱処理を行った場合における基板５４の金属元素（Ｆｅ）による汚染状況が模式的に示されている。図５（ｂ）には、先述の図４（本発明の第１の実施の形態）に示される表面処理がなされた支持具３０、すなわち、基材３０ａ表面にＳｉＣ層３０ｂが形成され、ＳｉＣ層３０ｂの表面にＳｉ膜３０ｃが形成され、Ｓｉ膜３０ｃを酸化させてＳｉＯ_２膜３０ｄに変え、ＳｉＯ_２膜３０ｄが除去されて、ＳｉＣ層３０ｂが露出した状態の支持具３０を用いて熱処理を行った場合における基板５４の金属元素（Ｆｅ）による汚染状況が模式的に示されている。
尚、図中、ハッチング部は金属汚染量の多い領域を示している。また、ハッチングのない部分は、金属汚染量の少ない領域、もしくは金属汚染が検出されなかった領域、具体的には、検出下限付近、もしくは検出限度以下の領域を示している。尚、金属汚染の検出、分析は、ＳＰＶ（Surface Photo Voltage）法を用いて行った。

図５（ａ）に示される従来の支持具３０で支持され、熱処理された基板５４には、外周部分にＦｅ等の金属元素による汚染量が多い領域があることがわかる。ここで、金属元素による汚染量が多いとは、基板５４を半導体装置等に加工した場合に、性能に悪影響を与える程度に汚染されていることをいう。一方、図５（ｂ）に示される本発明の第１の実施の形態における表面処理がなされた支持具３０で支持され熱処理された基板５４には、汚染量が多い領域はみられず、全体的に汚染量は少ない。ここで、汚染量が少ないとは、基板５４から金属元素が検出さないか、僅かに検出されるものの、基板５４を半導体装置等に加工した場合に、半導体装置等の性能に悪影響を与えることがない状態をいう。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。
図６には、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理装置１０が有する支持具３０の表面処理の工程が示されている。

先述の本発明の第１の実施の形態では、支持具３０に対して、基材３０ａ表面にＳｉＣ層３０ｂを形成し（図４（ｂ）参照）、ＳｉＣ層３０ｂの表面にＳｉ膜３０ｃを形成し（図４（ｃ）参照）、Ｓｉ膜３０ｃを酸化させてＳｉＯ_２膜３０ｄに変え（図４（ｄ））、ＳｉＯ_２膜３０ｄを除去する（図４（ｅ）参照）との表面処理がなされた。
これに対して、本発明の第２の実施の形態においては、図６（ａ）、図６（ｂ）に示されるように、支持具３０に対する表面処理は、Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる基材３０ａ表面にＳｉＣ層３０ｂを形成する工程までは第１の実施の形態と同様である。
しかしながら、次の工程においては、ＳｉＣ層３０ｂの表面にＳｉ膜３０ｃを形成するのではなく、図６（ｃ）に示されるように、基材３０ａの表面にＳｉＣ層３０ｂが形成された支持具３０を、例えば、長時間、酸化性雰囲気に置くことにより、ＳｉＣ層３０ｂの表面の一部を酸化させＳｉＯ_２膜３０ｄに変化させる（以下、酸化工程とする）。そして、次に、図６（ｄ）に示すようにＳｉＯ_２膜３０ｄを除去する。

より具体的には、本発明の第２の実施形態においては、一旦、基板５４を処理する熱処理装置１０に基材３０ａの表面にＳｉＣ層３０ｂが形成された支持具３０を組み込み、熱処理装置１０の反応炉４０内で、酸化性雰囲気にて支持具３０を長時間酸化処理する。これにより、ＳｉＣ層３０ｂの表面の一部をＳｉＯ_２膜３０ｄに改質させる。そして、酸化処理の後、熱処理装置１０から支持具３０を取り外し、取り外した支持具３０のＳｉＯ_２膜３０ｄをウエットエッチングにより除去し、ＳｉＯ_２膜３０ｄが除去された支持具３０を、再び熱処理装置１０に組み込む。そして、再び支持具３０が組み込まれた熱処理装置１０で、基板５４の処理がなされる。

ここで、酸化工程は、ドライ酸化であれは、例えば、Ｏ_２ガス（酸素ガス）を用いることができる。また、ウエット酸化であれば、例えば、Ｈ_２ＯガスとＯ_２ガスとの混合ガスを用いることができる。Ｈ_２ＯガスとＯ_２ガスとの混合ガスを用いる場合、Ｈ_２ガス（水素ガス）とＯ_２ガスとを燃焼させることで発生させたＨ_２Ｏガスで酸化がなされるとともに、Ｈ_２と反応しなかったＯ_２ガスの供給もなされるため、この反応しなかったＯ_２ガスも酸化に寄与することになる。

また、本発明の実施形態では、ＳｉＣ膜３０ｂの表面の一部を酸化させてＳｉＯ_２膜３０ｄに変化させる工程において、酸化条件を、金属元素がＳｉＣ層３０ｂ内に残留しにくくなるような条件に設定している。すなわち、酸化工程において、ＳｉＣ層３０ｂの酸化速度が、金属元素のＳｉＣ層３０ｂ中での拡散速度よりも大きくなるように、例えば温度、時間等の酸化条件を設定している。以下、図７を参照してより具体的に説明する。

図７には、ＳｉＣ膜３０ｂの表面の一部をＳｉＯ_２膜３０ｄに変化させる酸化工程における金属元素Ａ１と酸素元素Ａ２の挙動が模式的に示されている。図７（ａ）は未処理時の、図７（ｂ）は、ＳｉＣ層３０ｂの酸化速度が金属元素Ａ１のＳｉＣ層３０ｂ中での拡散速度よりも小さい場合の、図７（ｃ）は、ＳｉＣ層３０ｂの酸化速度が金属元素Ａ１のＳｉＣ層３０ｂ中での拡散速度よりも大きい場合のＡ１とＡ２の挙動を示している。

酸化工程においては、ＳｉＣ層３０ｂ最表面では金属元素Ａ１が外部に拡散すると同時に、ＳｉＣ層３０ｂ内部へも拡散する。このため、図７（ｂ）に示すように、ＳｉＣ層３０ｂの酸化速度が、金属元素Ａ１のＳｉＣ層３０ｂ中での拡散速度よりも小さいと、金属元素Ａ１が、酸化がなされる領域であるＳｉＯ_２膜３０ｄよりも内側へと拡散してしまい、たとえＳｉＯ_２膜３０ｄを除去しても、金属元素Ａ１がＳｉＣ層３０ｂ中に残留した状態となってしまう。

これに対して、図７（ｃ）に示すように、ＳｉＣ層３０ｂの酸化速度が、金属元素Ａ１のＳｉＣ層３０ｂ中での拡散速度よりも大きいと、金属元素Ａ１が拡散する領域は、酸化がなされる領域であるＳｉＯ_２膜３０ｄの内側に留まるため、金属元素Ａ１をＳｉＯ_２膜３０ｄ中に閉じ込め、捕獲することができ、ＳｉＯ_２膜３０ｄを除去すれば、金属元素Ａ１の除去がなされ、金属元素Ａ１のＳｉＣ層３０ｂ中への残留を防止できるようになる。

図８には、ＳｉＣを酸化した際のＳｉＯ_２の膜厚（ＳｉＣの酸化膜厚）と、Ｓｉを酸化した際のＳｉＯ_２の膜厚（Ｓｉの酸化膜厚）と、Ｆｅ元素の拡散長の温度依存性の計算値が示されている。ここで、酸化はＨ_２Ｏを用いたウエット酸化でなされるものとし、酸化処理の時間は２５時間とした。酸化膜厚とＦｅ元素の拡散長とは、ともに２５時間と共通した時間が経過した後の値であるため、酸化膜厚はＳｉＣの酸化速度を、Ｆｅ元素の拡散長は、金属元素であるＦｅ元素の拡散速度を示す値として用いることが可能である。

図８から、処理時間が２５時間である場合、約１２２５℃でＦｅ元素の拡散長とＳｉＣの酸化膜厚とが等しくなり、１２５０℃以上であれば、ＳｉＣの酸化膜厚がＦｅ元素の拡散長よりも大きくなることわかる。すなわち、Ｈ_２Ｏガスを用いたウエット酸化を２５時間行う場合、温度を１２５０℃以上に設定すれば、図７（ｃ）のように酸化することができ、酸化後、支持具３０の表面からＳｉＯ_２膜３０ｄを除去することでＦｅ元素を除去できることがわかる。

図９には、ＳｉＣを酸化した際のＳｉＯ_２の膜厚（ＳｉＣの酸化膜厚）と、Ｓｉを酸化した際のＳｉＯ_２の膜厚（Ｓｉの酸化膜厚）とＦｅ元素の拡散長の時間依存性の計算値が示されている。ここで、酸化はＨ_２Ｏを用いたウエット酸化でなされるものとし、酸化温度は１３００℃とした。

図９から、処理温度が１３００℃である場合、１時間以上の処理をすれば、ＳｉＣの酸化膜厚がＦｅ元素の拡散長よりも大きくなることがわかる。すなわち、Ｈ_２Ｏガスを用いたウエット酸化を１３００℃で行う場合、処理時間を１時間以上に設定すれば、図７（ｃ）のように酸化することができ、酸化後、支持具３０の表面からＳｉＯ_２膜３０ｄを除去することでＦｅ元素を除去できることがわかる。

図９においては、酸化温度が１３００℃である場合の計算値を示したが、図９に示す計算値を求めるのと同様の計算をした結果、酸化温度が１２５０℃であれば５時間以上、酸化温度が１２４０℃であれば１０時間以上、酸化温度が１２３０℃であれば２０時間以上、酸化速度が１２２５℃であれば２５時間以上、酸化温度が１２２０℃であれば５０時間以上、酸化温度が１２１５℃であれば１００時間以上の酸化時間で、ＳｉＣの酸化膜厚がＦｅ元素の拡散長よりも大きくなることがわかった。

図１０には、ＳｉＣ製の支持具３０に本発明の第２の実施形態に係る表面処理をした場合（処理済）と、本発明の表面処理をしていない場合（未処理）との、支持具３０表面（ＳｉＣ層３０ｂ表面）に残留したＦｅ元素の量のＳＩＭＳ（Secondary Ionization Mass Spectrometer）を用いた分析の結果が示されている。ここで、支持具３０への表面処理における酸化の条件は、図８及び図９に示す計算の結果を考慮して、処理温度を１３００℃、処理時間を２５時間とした。

図１０に示されるように、未処理の場合、支持具３０（ＳｉＣ層３０ｂ）表面から２μｍ程度までの領域に高濃度にＦｅが存在しているのに対して、第２の実施形態に係る表面処理をした場合、Ｆｅ元素が良好に除去されていることがわかる。

また、本発明者らは、本発明の第２の実施形態に係る表面処理をしたＳｉＣ製の支持具３０が取り付けられた熱処理装置１０と、本発明の表面処理を行っていないＳｉＣ製の支持具３０が取り付けられた熱処理装置１０とで、それぞれ熱処理した基板５４の表面のＩＣＰ−ＭＳ（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer、誘導結合プラズマ質量分析計）による汚染分析を行った。その結果、本発明の表面処理を施していない支持具３０を取り付けた熱処理装置１０を用いた場合、３．４×１０^１１／ｃｍ^２のＦｅが検出されたのに対して、本発明の第２の実施形態に係る表面処理を施した支持具３０を取り付けた場合、検出されるＦｅは大幅に低減され、３．８×１０^９／ｃｍ^２であった。

また、ＳｉＣ製の支持具３０を装着していない熱処理装置１０、すなわち、ＳｉＣ以外の材質の支持具３０を装着した熱処理装置１０で熱処理した基板５４を分析したところ、検出されたＦｅは、２．９×１０^９／ｃｍ^２であり、本発明の第２の実施形態に係る表面処理を施した支持具３０を用いた場合のＦｅの検出値（３．８×１０^９／ｃｍ^２）は、ＳｉＣ製の支持具３０を装着しない場合の値に近いことがわかった。

なお、本発明は、次の実施の態様も含む。

（１）基板を熱処理する領域内に炭化珪素製の部材を有し、
前記部材は、表面が酸化によりシリコン酸化膜に変化された後に該シリコン酸化膜が除去されてなり、前記酸化は前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする熱処理装置。

（２）前記部材は、基板を熱処理する際に、基板を収容する反応管、前記反応管内で基板を支持する支持具、前記反応管内で前記支持具を支持する支持具受け、前記反応管内にガスを導入するノズル、又は、前記反応管内の前記支持具の下方に設けられる断熱板の少なくともいずれか一つであることを特徴とする（１）記載の熱処理装置。

（３）前記部材は、炭化珪素基材上に炭化珪素膜が形成されてなることを特徴とする（２）記載の熱処理装置。

（４）前記炭化珪素基材は、シリコン含浸炭化珪素からなることを特徴とする（３）記載の熱処理装置。

（５）前記シリコン酸化膜は、熱酸化法により形成されることを特徴とする（１）記載の熱処理装置。

（６）前記シリコン酸化膜は、基板を熱処理する熱処理装置により形成される（１）記載の熱処理装置。

（７）前記シリコン酸化膜は、１２５０℃以上の温度で形成されることを特徴とする（１）記載の熱処理装置。

（８）前記シリコン酸化膜は、薬液を用いて除去されることを特徴とする（１）記載の熱処理装置。

（９）前記シリコン酸化膜は、ＨＦを含む薬液を用いて除去されることを特徴とする（１）記載の熱処理装置。

（１０）前記シリコン酸化膜は、ウエットエッチングにより除去されることを特徴とする（１）記載の熱処理装置。

（１１）炭化珪素製の部材であって、表面が酸化によりシリコン酸化膜に変化された後に該シリコン酸化膜が除去されてなり、前記酸化は前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする熱処理用部材。

（１２）炭化珪素製の部材の表面を酸化によりシリコン酸化膜に変化させる工程と、`
前記シリコン酸化膜を除去する工程と、
を有し、
前記酸化は、前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする熱処理用部材の製造方法。

（１３）一旦、基板を熱処理する熱処理装置に、ＳｉＣ部材を組み込む工程と、
前記熱処理装置により、酸化性雰囲気下で前記ＳｉＣ部材を酸化処理する工程と、
前記酸化処理後、前記熱処理装置から前記ＳｉＣ部材を取り外す工程と、
取り外された前記ＳｉＣ部材に形成された酸化膜をウエットエッチングにて除去する工程と、
酸化膜が除去された前記ＳｉＣ部材を、再び前記熱処理装置に組み込む工程と、
再び前記ＳｉＣ部材が組み込まれた前記熱処理装置で、基板を熱処理する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（１４）高温処理炉内に存在するSｉＣ部材の表面付近に残留している金属元素に対して、その金属元素のＳｉＣ中での拡散速度よりもＳｉＣの酸化速度が速い条件を用いて酸化することで、酸化膜中に金属元素を捕獲する酸化方法。

（１５）（１４）記載の酸化方法で、ウエハの処理を行う前にＳｉＣ部材だけを酸化して酸化膜を形成し、該酸化膜をウエットエッチングにより除去することで、ＳｉＣ部材表面付近の残留金属元素量を低減する方法。

（１６）（１５）記載の酸化方法で処理し、表面付近の残留金属元素量を低減させたＳｉＣ部材を炉内構成部材として用い、ウエハを処理することで、装置立上初期に処理するウエハ中に捕集される金属汚染量を低減し、半導体素子のデバイス特性が目的の値となるまでの期間を短縮する方法。

以上のように、本発明は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等の熱処理に用いられる基板処理装置、熱処理用部材、及び熱処理用部材の製造方法に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置全体を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置に用いられる反応炉を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置に用いられる支持具の表面付近の断面を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱処理装置に用いられる支持具の表面処理の工程を示す説明図である。 図５（ａ）は、従来の支持具を用いて熱処理を行った場合における基板の金属元素による汚染状況を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る表面処理をした支持具を用いて熱処理を行った場合における基板の金属元素による汚染状況を模式的に示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱処理装置に用いられる支持具の表面処理の工程を示す説明図である。 ＳｉＣ膜を酸化する際の金属元素と酸素元素の挙動を模式的に説明し、図７（ａ）は酸化処理が行われる前の状態を説明する説明図であり、図７（ｂ）は、ＳｉＣ膜の酸化速度が、金属元素Ａ１のＳｉＣ膜中での速度よりも小さい場合の金属元素と酸素元素の挙動を説明する説明図であり、図７（ｃ）は、ＳｉＣ膜の酸化速度が、金属元素Ａ１のＳｉＣ膜３０ｃ膜中での速度よりも大きい場合の金属元素と酸素元素の挙動を説明する説明図である。 ＳｉＣ、Ｓｉを酸化した際のＳｉＯ_２の膜厚とＦｅ元素の拡散長の温度依存性の計算値を示すグラフである。 ＳｉＣ、Ｓｉを酸化した際のＳｉＯ_２の膜厚とＦｅ元素の拡散長の時間依存性の計算値を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る表面処理をした場合と、本発明の表面処理をしていない場合の支持具表面に残留した鉄元素の量のＳＩＭＳを用いた測定結果を示すグラフである。 Ｓｉ含浸ＳｉＣからなる基材に、ＣＶＤ−ＳｉＣ膜が形成された従来の支持具の、表面からの深さとＳＩＭＳで測定された鉄（Ｆｅ）元素、ニッケル元素（Ｎｉ）、及び銅（Ｃｕ）元素の濃度との関係を示すグラフである。

１０ 熱処理装置
３０ 支持具
３０ａ 基材
３０ｂ ＳｉＣ層
３０ｄ ＳｉＯ_２膜
５４ 基板
７２ ＳｉＣ製の部材
Ａ１ 金属元素
Ａ２ 酸素元素

Claims (3)

1. 基板を処理する領域内に炭化珪素製の部材を有し、
   前記部材は、表面が酸化によりシリコン酸化膜に変化された後に該シリコン酸化膜が除去されてなり、前記酸化は前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする基板処理装置。
2. 炭化珪素製であって、表面が酸化によりシリコン酸化膜に変化された後に該シリコン酸化膜が除去されてなり、前記酸化は前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする熱処理用部材。
3. 炭化珪素製の部材の表面を酸化によりシリコン酸化膜に変化させる工程と、`
   前記シリコン酸化膜を除去する工程と、
   を有し、
   前記酸化は、前記部材の酸化速度が前記部材内に含まれる金属元素の前記部材内での拡散速度よりも大きくなるような条件で行われることを特徴とする熱処理用部材の製造方法。

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