(57)【要約】【課題】  各種反応性ガスに反応せず、金属の外方拡散の遮断が可能な膜を金属部品の表面に形成する。【解決手段】  処理室２０１内に少なくとも一部の金属表面が露出される金属部品を具備する基板処理装置であって、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１内に露出される金属表面には大気圧未満の圧力下でベーキング処理がされてなるものである。【選択図】  図１
2008118103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に少なくとも一部の金属表面が露出される金属部品を具備する基板処理装置であって、前記金属部品の少なくとも前記処理室内に露出される金属表面には大気圧未満の圧力下でベーキング処理されてなる基板処理装置。
【請求項２】
処理室に一部の金属表面が露出される金属部品の少なくとも前記処理室に露出される金属表面に、大気圧未満の圧力下でのベーキング処理がなされている基板処理装置を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理室内に基板を搬入する工程と、前記処理室内で前記基板を熱処理する工程と、前記処理室から基板を搬出する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置及び基板処理装置による半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、金属汚染を抑制するための膜を設けた基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基板処理装置には基板を処理するために処理室は、耐熱性、耐食性、耐反応性のために石英又は炭化シリコン等の耐熱性ガラスで形成されており、処理室との間で基板を搬入し、搬出するための炉口部は、耐熱性、耐食性のためステンレス、ハステロイ又はインコネルで形成されている。
しかし、炉口部品を構成する金属部品の一部は、処理室に露出しているので、成膜等、基板処理の際に、炉口部品の露出面から金属の外方拡散（アウトディフージョン）が発生すると、金属が基板の膜中に吸着される金属汚染が発生することがある。
例えば、炉口部のマニホールドがステンレス又はハステロイで形成されていて、反応室内に露出しているので、基板処理の際に、マニホールドを構成する金属中に含まれている金属、特に、Ｆｅのアウトディフージョンが発生し、基板が、Ｆｅ（鉄）により汚染されるという問題がある。
このため、予め、大気雰囲気中又は大気圧下、酸化を含む雰囲気中で金属部品を４００℃以上で、４時間加熱して金属部品の表面に酸化膜を形成し、酸化膜によりＦｅのアウトディフージョンを抑制することが試みられている（特許文献１）。また、本発明者は、特許文献１の処理条件でステンレス又はハステロイからなる金属部品を加熱すると、金属部品の表面に酸化膜としてＮｉＯ膜が形成されることを確認している。
【特許文献１】特開２００３−２８２５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、測定技術の進歩とデバイス管理値の高純度化にともない、Ｆｅから銅（Ｃｕ）による金属汚染の問題が指摘されており、ステンレス、ハステロイ又はインコネル等、鉄を含有するＣｒリッチの金属材で構成された金属部品の表面にＮｉＯ膜を形成し、その上にＳｉ３Ｎ４膜をコーティングしても基板処理の際に金属部品の内部に微量に含まれていたＣｕのアウトディフージョンが発生し、該拡散したＣｕが基板に吸着される金属汚染が発生してしまう。これにより、基板から形成された半導体装置の動作特性に不良が発生することがある。
【０００４】
特に、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロルシラン）とＮＨ３（アンモニア）を用いたＬＰ−ＣＶＤ法によるＳｉＮ膜の成膜もしくは、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロルシラン）とＮ２Ｏ（二酸化窒素）を用いたＬＰ−ＣＶＤ法によるＳｉＯ２膜の成膜では、装置を組立て後、最初に立ち上げる場合、Ｃｕを中心とした金属の汚染レベルが管理値以下にすぐには低下せず、生産性の低下、品質不良等の要因として指摘されている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、各種の反応性ガスに反応せず、Ｃｕを中心とした金属のアウトディフージョンの遮断が可能な膜を金属部品の表面に形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、処理室内に少なくとも一部の金属表面が露出される金属部品を具備する基板処理装置であって、前記金属部品の少なくとも前記処理室内に露出される金属表面には大気圧未満の圧力下でベー
キング処理されてなるものである。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、処理室に一部の金属表面が露出される金属部品の少なくとも前記処理室に露出される金属表面に、大気圧未満の圧力下でのベーキング処理がなされている基板処理装置を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理室内に基板を搬入する工程と、前記処理室内で前記基板を熱処理する工程と、前記処理室から基板を搬出する工程とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、処理室に対する金属部品の露出面に反応性ガスとの反応性が低く、Ｃｕのアウトディフージョンを遮断する膜を形成できる。また、Ｃｕのアウトディフージョンに起因する半導体装置の動作不良を防止に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成を示す縦断面図、図２は基板処理装置の構成を示す分解斜視図である。
図１及び図２に示すように、処理炉２０２には加熱手段としてヒータ２０６が設けられている。
前記ヒータ２０６は上部と下部とに開口する筒状に形成され、保持板としてのヒータベース２５１にブラケット２０６ａを介して垂直に据え付けられている。
ヒータベース２５１にはヒータ２０６の開口部２０６ｂと同心に挿入口２５１ａが設けられ、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５とから構成されるプロセスチューブ２０３を挿入口２５１ａからヒータ２０６内に挿入されるようになっている。
アウターチューブ２０５は、上端が閉鎖され下端が開口されるドーム状に形成されており、インナーチューブ２０４は両端に開口する筒状に形成されている。
そして、アウターチューブ２０５は、前記ヒータベース２５１の下面に取り付けられた金属製のマニホールド２０９に固定され、インナーチューブ２０４はマニホールド２０９に受座１６を介して支持されている。
【００１０】
図１及び図２を参照して前記基板処理装置について詳述すると、アウターチューブ２０５の下端部には真空フランジとして外フランジ２０５ａが設けられており、インナーチューブ２０４の下端部には据え付けのための外フランジ２０４ａが設けられている。そして、アウターチューブ２０５の内径はインナーチューブ２０４の外径よりも大きくなっている。インナーチューブ２０４がアウターチューブ２０５により取り囲まれると、インナーチューブ２０４内は基板としてのウエハ２００を処理するための処理室２０１となり、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との間が処理室２０１に基板処理ガス、パージガス、クリーニングガス等を排気するための筒状空間２５０となる。
【００１１】
マニホールド２０９の本体は円筒状の筒体８によって構成されている。筒体８の外周面には、マニホールド２０９をヒータベース２５１に取り付けるためのアーム部９が複数設けられ、筒体８の内周面にはリング状の受座１６を介して前記インナーチューブ２０４を支持するための内フランジ１０が設けられている。また、筒体８の外周面上部には、アウターチューブ２０５を支持するための外フランジ１１が設けられている。
前記アーム部９は円周方向に間隔を隔てて設けられる。各アーム部９は筒体８の外側且つ水平に延びており、ヒータベース２５１に締結するためのボルト３０が各アーム部９の先端部には設けられている。
【００１２】
マニホールド２０９の外フランジ１１にシール材としてのＯリング２２０ａを介してアウターチューブ２０５の外フランジ２０５ａを着座させ、アウターチューブ２０５の外周
面に金属製の固定リング２５２を嵌めこんでこの固定リング２５２のボルト締結部２５２ａと外フランジ１１のボルト締結部（図示せず）とをボルト（図示せず）により締結すると、アウターチューブ２０５の外フランジ１１は、固定リング２５２とマニホールド２０９の外フランジ２０５ａとに挟み込まれた状態で、マニホールド２０９に一体化する。
アウターチューブ２０５がヒータ２０６内に挿入された状態でヒータベース下面に設けられるブロック２５１ｂにマニホールド２０９のアーム部９をボルト３０によって締結すると、アウターチューブ２０５がヒータ２０６と同心にヒータ２０６内に配置される。
【００１３】
図３はマニホールド２０９にインナーチューブ２０４を支持するための構造を示す平面図である。図２、図３に示すように受座１６はリング状に形成されている。受座１６は、インナーチューブ２０４を載置した状態で前記マニホールド２０９の筒体８に挿入される。筒体８の内フランジ１０には、円周方向に間隔を隔てて円弧状に切欠部１０ａが設けられ、受座１６の外周面部には、切欠部１０ａと同じピッチで切欠部１０ａよりも小さい相似形の駒部２０が設けられている。
各駒部２０をそれぞれ内フランジ１０の切欠部１０ａに下方側から臨ませた状態で受座１６を上方に押し上げると各駒部２０は各切欠部１０ａを通過し、受座１６は内フランジ１０の挿入孔１０ｂを通過する。
駒部２０が各切欠部１０ａを通過し、受座１６が挿入孔１０ｂを通過した時点で受座１６を筒体８の軸心線回りに切欠部１０ａ間の１／２ピッチ分、回転させると、各駒部２０がそれぞれ隣接する切欠部１０ａ，１０ａ間の内フランジ１０上に配置される。その後、受座１６を下方に下げると、各駒部２０がそれぞれ内フランジ１０に載置される。これにより、内フランジ１０に受座１６を支持でき、受座１６を介してインナーチューブ２０４を内フランジ１０に支持させることができる。
【００１４】
図２に示すように、受座１６をマニホールド２０９に固定するための金属製のシールリング２２は、受座１６と略同径のリング状に形成されており、マニホールド２０９の内フランジ１０を厚み方向に貫通する貫通孔（図示せず）を通じてボルト（図示せず）により受座１６に締結することが可能である。
従って、受座１６にインナーチューブ２０４を支持した状態で受座１６をマニホールド２０９の内フランジ１０に支持した後に、シールリング２２を受座１６にボルトにより締結すると、インナーチューブ２０４の脱落が防止される。
また、この逆の手順とすると、ヒータ２０６内からインナーチューブ２０４を取り出すことができる。
【００１５】
ヒータ２０６内に、インナーチューブ２０４及びアウターチューブ２０５からなるプロセスチューブ２０３を組み込んだ後は、図１に示すように、マニホールド２０９の下部開口を気密に閉塞する炉口蓋体としてのシールキャップ２１９がマニホールド２０９の下方に配置される。
このシールキャップ２１９は耐熱性、耐腐食性の高い金属で構成されており、プロセスチューブ２０３の下方に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５により支持される。
回転機構２５４の回転軸２５５は金属製であり、シールキャップ２１９の軸芯線に沿ってシールキャップ２１９を貫通してボート２１７にフランジ２５５ａを介して連結される。
回転機構２５４の回転駆動力により回転軸２５５が回転すると、ボート２１７がインナーチューブ２０４の軸芯線回りに回転する。すなわち、回転軸２５５は、ボート２１７を回転させることで基板としてのウエハ２００を回転させる。
また、ボートエレベータ１１５によるボート２１７の昇降により、ボート２１７が処理室２０１に搬入又は搬出される。
【００１６】
前記シールキャップ２１９の上面には、シールキャップ２１９とマニホールド２０９下部の外フランジ（真空フランジ）との間をシールするシール材としてＯリング２２０ｂが設けられており、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ｂを介してマニホールド２０９下部の外フランジ１２に垂直方向下側から密着される。
回転機構２５４及びボートエレベータ１１５には、駆動制御部２３７が電気的に接続されており、所望の回転、昇降動作をするように所望のタイミングにて制御される。
【００１７】
前記筒体８の内フランジ１０より下方側にはノズル２３０が取り付けられ、ノズル２３０にはガス供給管２３２が接続される。
ガス供給管２３２のノズル２３０との接続側と反対側である上流側には、ガス流量制御器としてのＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４１を介して図示しない処理ガス供給源や不活性ガス供給源が接続される。
ＭＦＣ２４１には、ガス流量制御部２３５が電気的に接続されており、供給するガスの流量が所望の量となるよう所望のタイミングにて制御するように構成される。
【００１８】
また、前記筒体８の内フランジ１０より上方側には、処理室２０１内の雰囲気を排気する排気管２３１が設けられる。排気管２３１は、インナーチューブ２０４とアウターチューブ２０５との隙間によって形成される筒状空間２５０の下端部に位置するように配置されており、前記筒状空間２５０に連通している。
排気管２３１のマニホールド２０９との接続側と反対側である下流側には、圧力検出器としての圧力センサ２４５および圧力調整装置２４２を介して真空ポンプ等の真空排気装置２４６が接続されており、処理室２０１内の圧力が所定の圧力（真空度）となるよう真空排気し得るように構成される。
圧力調整装置２４２および圧力センサ２４５には、圧力制御部２３６が電気的に接続されており、圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５により検出された圧力に基づいて圧力調整装置２４２により処理室２０１内の圧力が所望の圧力となるよう所望のタイミングにて制御する。
【００１９】
基板保持具としてのボート２１７は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなり、複数枚のウエハ２００を水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて多段に保持させるように構成されている。
なお、ボート２１７の下部には、断熱のため、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料からなる円板形状をした断熱部材としての断熱板２１６が水平姿勢で多段に複数枚配置される。
このため、ヒータ２０６からの熱を断熱板２１６により遮断し、ヒータ２０６によるマニホールド２０９側の加熱を防止することができる。
【００２０】
プロセスチューブ２０３内には、温度検出器として温度センサ２６３が設置される。ヒータ２０６と温度センサ２６３とに温度を電気的に制御するための温度制御部２３８が接続される。
温度制御部２３８は、温度センサ２６３により検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を調整することにより処理室２０１内の温度が所望の温度分布となるよう所望のタイミングにて制御するように構成される。
【００２１】
ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８は、操作部、入出力部を構成しており、基板処理装置全体を制御する主制御部２３９に電気的に接続される。これら、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、駆動制御部２３７、温度制御部２３８、主制御部２３９はコントローラ２４０として構成される。
【００２２】
前記マニホールド２０９、受座１６、シールリング２２、シールキャップ２１９、回転
軸２５５、フランジ２５５ａ等の処理室２０１に露出する金属部品（以下、総称して金属部品という）は、耐熱性、耐食性が必要とされるため、それぞれニッケルクロム系合金（鉄・ニッケル・クロム合金）、例えば、Ｆｅリッチなステンレス又はＦｅよりもＮｉリッチなハステロイ、好ましくは、ハステロイＣ−２２材（Ｎｉ５６％，Ｃｒ２２％，Ｆｅ３％等）又はＦｅよりもＮｉリッチなインコネル（Ｎｉ６１％，Ｃｒ２１．５％，Ｆｅ２．５％等）等の合金で形成されている。
そして、前記金属部品の少なくとも処理室２０１に対する露出面にはＣｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜、もしくはＳｉＯＣｒ膜とＣｒ２Ｏ３膜とを積層した膜（図示せず）が減圧下のベーキング処理により形成されている。
Ｃｒ２Ｏ３膜及びＳｉＯＣｒ膜は、ＮｉＯ膜と比べて拡散速度が遅く、また、前記金属部品に微量に含まれているＣｕのブロック効果が大きくＣｕを中心とした金属のアウトディフージョンを防止する。また、Ｃｒ２Ｏ３膜及びＳｉＯＣｒ膜は、ＮｉＯ膜と比べて反応しにくいので、反応性ガスと反応による剥離又は亀裂の虞がない。そのため、金属のアウトディフージョンが防止され、金属汚染のない状態でのＬＰ−ＣＶＤ法による成膜が可能となる。なお、Ｃｒ２Ｏ３膜とＳｉＯＣｒ膜との積層膜は、Ｃｒ２Ｏ３膜の上にＳｉＯＣｒ膜が積層されていてもよいし、ＳｉＯＣｒ膜の上にＣｒ２Ｏ３膜が積層されていてもよい。
【００２３】
次に、前記Ｃｒ２Ｏ３膜やＳｉＯＣｒ膜の形成方法について説明する。なお、Ｃｒ２Ｏ３膜やＳｉＯＣｒ膜は、部品段階でのベーキング処理により形成してもよいが、搬送や取り扱いの段階での汚染を考慮すると、基板処理装置として完成した段階で実施するのが好ましい。
しかしながら、部品へのベーキング温度帯を３００℃以上とする場合は、基板処理装置に、組立て後にベーキング処理するとＯリング等が劣化してしまう虞があるため、その場合には、基板処理装置に、組立て前の部品段階で減圧下のベーキング処理をするようにするとよい。特に、インレットアダプタ２０９、回転軸２２５、シールキャップ２１９は、Ｏリング２２０ａ、２２０ｂに隣接しているため、あらかじめ、部品段階で減圧下でのベーキング処理をするようにするとよい。金属部品にＣｒ２Ｏ３膜及びＳｉＯＣｒ膜を減圧下でのベーキング処理により形成する処理方法としては次の第１〜第４の方法がある。
［第１の方法］
この方法では、まず、ボート２１７は取り除かれた状態で清浄化された大気（空気）が充填された前記処理室２０１を閉鎖し、前記真空ポンプ等の真空排気装置２４６による処理室２０１内雰囲気の排気により処理室２０１内の圧力を大気圧未満、好ましくは、１ｔｏｒｒ以下に減圧する。このとき、空気は処理室２０１内に若干残された状態となっている。
次に、前記ヒータ２０６を加熱し、処理室２０１内の雰囲気温度を少なくとも金属部品の露出面が２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃になるように６０分以上加熱して、前記金属部品（前記マニホールド２０９、固定リング２５２、シールリング２２、シールキャップ２１９、回転軸２５５とそのフランジ２５５ａ等の処理室２０１に露出する金属部品）の表面にＣｒ２Ｏ３膜を形成する。なお、好ましくは、前記金属部品の表面が２００℃以上、好ましくは、３００〜６００℃になるようにヒータ２０６により６０分以上、加熱するとよい。処理室２０１内で金属部品の露出面を２００℃以上で加熱する場合、例えば、ヒータ２０６の温度を６００℃以上に加熱する。
【００２４】
この方法において、Ｃｒ２Ｏ３膜は、次のようにして形成されるものと考えられる。
まず、高温真空雰囲気下でＦｅＯ膜がない綺麗な前記金属表面では金属原子のマイグレーション（移動）が活発になる。
そして、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等のそれぞれの原子が自身の拡散速度の違いから移動・凝集し、金属部品の表面にＣｒが集まって来る。
その後、金属部品の表面に析出したＣｒ表面と大気中の酸素（Ｏ２）や水分（Ｈ２Ｏ）
とが反応して最終的にＣｒ２Ｏ３膜が形成される。
比較のため大気圧下でベーキング処理を実施すると、ベーキング処理の温度をどのようにしても前記金属部品の露出面にはＮｉＯ膜が薄く形成されるだけである。また、表面にＮｉＯ膜が固定された金属部品にベーキング処理を施してもＮｉＯ膜が邪魔となってＣｒ２Ｏ３膜を形成することはできない。
このため、前記金属部品の露出面にＣｒ２Ｏ３膜を形成するには、ベーキング処理の際の処理室２０１内の圧力を大気圧未満とする必要がある。
また、処理室２０１内の圧力が大気圧未満でもベーキング処理の温度が２００℃未満では、Ｃｒ２Ｏ３膜を形成することは困難である。
従って、前記金属部品の表面にＣｒ２Ｏ３膜を形成するためには、処理室２０１内の圧力を大気圧未満とし、処理室２０１の雰囲気の温度を金属表面が少なくとも２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃とする必要がある。
【００２５】
［第２の方法］
この方法では、まず、第１の方法によりＣｒ２Ｏ３膜を形成し、次に、Ｃｒ２Ｏ３膜にＳｉＯＣｒ膜を積層する。
第１の方法の次に、ボート２１７は取り除かれた状態で前記処理室２０１に、成膜ガスとしてＳｉを含むＳｉ含有水素化合物ガス、例えば、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２、以下、ＤＣＳという）ガス、シラン（ＳｉＨ４）ガス又はジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）ガスとＮＨ３ガスとを供給し、処理室２０１内をＳｉ含有水素化合物ガスとＮＨ３ガス雰囲気にする。
次に、真空排気装置２４６による処理室２０１内の雰囲気の排気により処理室２０１の圧力を大気圧未満、好ましくは１ｔｏｒｒ以下の状態に保持し、ヒータ２０６の加熱により処理室２０１内の温度を少なくとも金属部品の表面が２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃になるように加熱する加熱処理（ベーキング処理）を連続して２４０分以上行い、前記金属部品のＣｒ２Ｏ３膜にＳｉＯＣｒ膜を積層する。
なお、処理室２０１内で金属部品の露出面を２００℃以上で加熱する場合、例えば、ヒータ２０６の温度を６００℃以上に加熱する。
【００２６】
この方法において、前記ＳｉＯＣｒ膜は、次のようにして形成されるものと推定される。
まず、前記金属部品の表面側、すなわち、Ｃｒ２Ｏ３膜側で金属原子のマイグレーション（移動）が活発になり、Ｃｒ２Ｏ３膜の一部とＤＣＳ等の水素化合物中に含まれるシリコン（Ｓｉ）とが反応して最終的にＣｒ２Ｏ３膜の上にＳｉＯＣｒ膜が形成される。
大気圧でのベーキングのみとすると、第１のベーキング処理方法で述べたように、所望のＣｒ２Ｏ３膜が形成されず、その上にＳｉＯＣｒ膜を形成することもできない。
【００２７】
［第３の方法］
第３の方法では、ボート２１７は取り除かれた状態で処理室２０１を閉鎖し、真空排気装置２４６による処理室２０１内の排気と不活性ガスの供給により、処理室２０１内を大気圧未満、好ましくは、１ｔｏｒｒ以下の不活性ガス、例えば、Ｎ２（窒素）雰囲気とする。
次に、ヒータ２０６の加熱により処理室２０１内の雰囲気の温度を少なくとも金属部品の表面が２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃になるように加熱するベーキングを連続して６０分以上実施する。
なお、処理室２０１内で金属部品の露出面を２００℃以上で加熱する場合、例えば、ヒータ２０６の温度を６００℃以上に加熱する。
次に、ヒータ２０６により、処理室２０１内の温度を２００℃以上に保持しながら処理室２０１に清浄化された大気を導入し、処理室２０１を大気圧に復帰させて少なくとも６０分以上、好ましくは１〜４０時間、大気中の酸素と前記金属部品の露出面とを反応させ
る。これにより、前記金属部品の表面にＣｒ２Ｏ３膜が形成される。なお、処理室２０１内で金属部品の露出面を２００℃以上で加熱する場合、例えば、ヒータ２０６の温度を６００℃以上に加熱する。
【００２８】
この方法において、前記Ｃｒ２Ｏ３膜は、次のようにして形成されるものと推定される。
まず、Ｎ２ガス（窒素）の高温真空雰囲気下で前記金属部品の露出面で金属原子のマイグレーション（移動）が活発になり、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等のそれぞれの原子が自身の拡散速度の違いから移動・凝集し、表面にＣｒが集まって来る。
次に、表面に析出したＣｒ表面と大気中の酸素（Ｏ２）や水分（Ｈ２Ｏ）が反応して最終的にＣｒ２Ｏ３膜が形成される。
比較のため、大気圧でのベーキングのみとすると、前記したように、表面に形成されるＮｉＯ膜が邪魔になり、所望のＣｒ２Ｏ３膜の形成は困難である。
【００２９】
［第４の方法］
第４の方法では、ボート２１７は取り除かれた状態で処理室２０１を閉鎖し、真空排気装置２４６による排気と、Ｓｉを含むＳｉ含有水素化合物ガス、例えば、ＤＣＳガスとＮＨ３ガスとを供給し、処理室２０１内を大気圧未満、好ましくは、１ｔｏｒｒ以下の圧力のＳｉ含有水素化合物ガスとしてのＤＣＳガスとＮＨ３ガス雰囲気とする。
次に、ヒータ２０６の加熱により処理室２０１内の雰囲気の温度を少なくとも２００℃以上、好ましくは３００〜６００℃として、連続して２４０分以上加熱する。
なお、処理室２０１内で金属部品の露出面を２００℃以上で加熱する場合は、例えば、ヒータ２０６の温度を６００℃以上に加熱する。
加熱の終了後は、ヒータ２０６によって処理室２０１の雰囲気温度を２００℃以上に保持しながら処理室２０１内の雰囲気、すなわち、ＤＣＳガスとＮＨ３ガスとを処理室２０１から排気する。
排気が終った後は、処理室２０１の雰囲気温度を２００℃以上に保持した状態で処理室２０１内に清浄化された大気を導入して大気圧に戻し、少なくとも６０分以上、好ましくは、１〜４０時間、前記金属部品の表面を大気中の酸素と反応させる。
金属部品の表面が大気中の酸素と反応すると前記金属部品の表面にＳｉＯＣｒ膜（Ｓｉ−Ｏ−Ｃｒ膜）が形成される。
【００３０】
この方法において、前記ＳｉＯＣｒ膜は、次のようにして形成されるものと推定される。
まず、高温真空雰囲気下で前記金属部品の表面で金属原子のマイグレーション（移動）が活発になり、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等のそれぞれの原子が自身の拡散速度の違いから移動・凝集し、表面にＣｒが集まってくる。
次に、表面に析出したＣｒ表面とＤＣＳガス等の水素化合物中に含まれるシリコン（Ｓｉ）とが反応する。その後、大気中の酸素や水分と反応して最終的にＳｉＯＣｒ膜が形成される。
【００３１】
図４は真空下で第１の方法でベーキング処理を施したときのハステロイ製の前記金属部品（マニホールド等）の表面組成を示し、図５はＤＣＳガスとアンモニアガス雰囲気でハステロイから構成された前記金属部品の表面に第４の方法でベーキング処理を施したときの組成を示す。なお、図４、図５中、縦軸はＣｕの原子量（Ａｔｏｍｉｃ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）を示し、横軸が表面からの深さ（Ｄｅｐｔｈ）を示している。
この図４、図５の表面組成により、金属表面側にはＣｒが集まってくるのが分かる。
なお、図４において、Ｃｒ２Ｏ３膜は、金属部品の表面から酸素Ｏ１とニッケルＮｉ１との交点までの厚さに形成されており、図５において、ＳｉＯＣｒ膜は、金属部品の表面
から酸素Ｏ１とニッケルＮｉ１との交点までの厚さに形成されると考えられる。
【００３２】
図６は基板処理装置で成膜を実施した場合の基板処理の回数と基板処理毎の基板の膜中のＣｕの吸着量との関係を示し、横軸をそれぞれの種類の基板処理の回数（ＲＵＮ  Ｎｏ）とし、縦軸を基板処理毎の基板の膜中のＣｕの吸着量として表している。
図中、■はベーキング処理が施されていないハステロイ製のマニホールド（以下、未処理マニホールドという）を組み込んだ基板処理の回数と基板処理毎の基板の膜中のＣｕの吸着量との関係を示し、●はベーキング処理が施されたハステロイ製のマニホールド（以下、ハステロイベークマニホールドという）を組み込んだ基板処理装置の基板処理の回数と基板処理毎の基板の膜中のＣｕの吸着量との関係を示している。
図６に示すように、基板処理装置の立ち上げ当初は、基板処理室を含めた基板処理系内にはＣｕが残留している。
基板処理系内のＣｕは処理回数を追う毎に徐々に枯れていくので、基板の膜中に一定量ずつ吸着されていくので、基板処理を繰り返すうちに、基板処理系内のＣｕは、減少していく。しかし、未処理マニホールドを取り付けた基板処理装置では、基板処理の回数が増加しても基板の膜中のＣｕの吸着量が低下しない。これに対してハステロイベークマニホールドを取り付けた基板処理装置では基板処理を繰り返すと立ち上げ当初の基板の膜中のＣｕの吸着量が同じでもきわめて少ない基板処理の回数で基板の膜中のＣｕの吸着量が低下する結果となった。
前者の基板処理装置と後者の基板処理装置との構成上の相違点は、未処理マニホールドとハステロイベークマニホールドとの違いだけである。
従って、未処理マニホールドが組み込まれた基板処理装置では、金属の汚染源が処理室に対するマニホールド２０９であり、マニホールド２０９からのＣｕのアウトディフージョンによって基板処理系のＣｕの絶対量の低下が妨げてられていることが明白となり、Ｃｒ２Ｏ３膜及びＳｉＯＣｒ膜が金属部品のＣｕのアウトディフージョンを防止する膜として機能することが分かる。
【００３３】
なお、前記金属部品の部品段階で、減圧加熱炉（図示せず）に前記金属部品を配置し、前記第１〜第４の方法により、前記金属部品の表面にＣｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜、もしくはＣｒ２Ｏ３膜とＳｉＯＣｒ膜とを積層した膜（図示せず）を形成するようにしてもよい。この場合、処理室２０１に対する露出面のみにＣｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜、もしくはＣｒ２Ｏ３膜とＳｉＯＣｒ膜との積層膜を形成する場合はマスキングを用い、ベーキング処理後にマスキングを除去するものとする。
また、第１〜第４の方法において、ベーキング前の前処理として、前記金属部品の表面に電解研磨又は機械研磨処理等による研磨を行うことが好ましい。
前処理として金属部品の表面に研磨を施すと、材料鋳造時の表面に形成されるＦｅＯ膜やＮｉＯ膜が除去されるので、Ｃｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜の形成が良好になる。
【００３４】
次に処理炉２０２を用いた半導体デバイスの製造工程の一工程としてウエハ２００上に薄膜を形成する方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は前記コントローラ２４０によって制御されるものとする。
【００３５】
複数枚のウエハ（基板）２００がボート２１７に装填（ウエハチャージ）されると、図１に示されるように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７は、ボートエレベータ１１５によって持ち上げられて処理室２０１に搬入（ボートローディング）される。この状態で、シールキャップ２１９はＯリング２２０ｂを介してマニホールド２０９の下端をシールした状態となる（基板搬入工程）。
【００３６】
処理室２０１内が所望の圧力（真空度）となるように真空排気装置２４６によって真空排気される。この際、処理室２０１内の圧力は、圧力センサ２４５で測定され、この測定
された圧力に基づき圧力調整装置２４２が、フィードバック制御される。また、処理室２０１内が所望の温度となるようにヒータ２０６によって加熱される。
この際、処理室２０１内が所望の温度分布となるように温度センサ２６３が検出した温度情報に基づきヒータ２０６への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構２５４により、ボート２１７が回転されることで、ウエハ２００が回転される。
なお、処理炉２０２に対するマニホールド２０９、固定リング２５２、シールリング２２、シールキャップ、回転軸と及びそのフランジの処理室２０１に対する露出面は、前記したように、Ｃｒ２Ｏ３膜、ＳｉＯＣｒ膜又はＣｒ２Ｏ３膜とＳｉＯＣｒ膜との積層膜によって覆われており、Ｃｕを中心とする金属のアウトディフージョンは発生しない。このため、ウエハ（ダミー）２００を用いた基板処理を数回乃至数十回繰り返すだけで、立ち上げ当初の基板処理系内のＣｕの値が所定の管理値以下に低下させることができる。
【００３７】
処理室２０１の温度、圧力が基板処理に適した温度、圧力に調節され、この状態が保持された状態で処理ガス供給源から基板処理ガスが供給される。基板処理ガスは、ＭＦＣ２４１にて所望の流量となるように制御され、ガス供給管２３２を流通してノズル２３０から処理室２０１内に導入される。処理室２０１に導入する基板処理ガスは、マニホールド２０９、固定リング２５２、シールリング２２、シールキャップ２１９、回転軸２５５と及びそのフランジ２５５ａ等の処理室２０１に対する露出面を覆っているＣｒ２Ｏ３膜、ＳｉＯＣｒ膜又はＣｒ２Ｏ３膜とＳｉＯＣｒ膜との積層膜に接触するが、Ｃｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜は、反応性ガスとは非反応であるので、反応によって剥離せず、また、亀裂も発生しない。
基板処理ガスが処理室２０１内を上昇し、インナーチューブ２０４の上端開口から筒状空間２５０に基板処理済みガスとして流出して排気管２３１から排気される。基板処理ガスは処理室２０１内を通過する際にウエハ２００の表面と接触する。この際、熱ＣＶＤ反応によってウエハ２００の表面上ｉに薄膜が堆積（デポジション）する（基板の熱処理工程）。
【００３８】
予め設定された処理時間が経過すると、不活性ガス供給源から不活性ガスが供給され、処理室２０１内が不活性ガスに置換されるとともに、処理室２０１内の圧力が常圧に復帰される。
【００３９】
その後、ボートエレベータ１１５によりシールキャップ２１９が下降されて、マニホールド２０９の下端が開口されるとともに、処理済みのウエハ２００がボート２１７に保持された状態でマニホールド２０９の下端からプロセスチューブ２０３の外部に搬出（ボートアンローディング）される（基板搬出工程）。その後、処理済みのウエハ２００はボート２１７より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００４０】
なお、一例まで、本実施の形態の処理炉にてウエハを処理する際の処理条件としては、例えば、ＳｉＮ膜の成膜においては、処理温度６００〜８００℃、処理圧力３０〜５００Ｐａ、ガス種、ガス供給流量（ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス：２０〜５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス：１８０〜２００ｓｃｃｍ）が例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハ２００に処理がなされる。
［実施形態の効果］
本実施の形態にかかる基板処理装置によれば、次の如き優れた効果が発揮される。基板処理装置の装置立ち上げから量産に至るまで、従来は、２週間〜３週間かかっていたが、本実施形態に係る基板処理装置によれば、立ち上げから量産に至るまでの期間を大幅に短縮することができる。また、従来の基板処理装置と比較して金属汚染のレベルの低い装置として運用することができる。さらに、メンテナンスなどの非定常作業後の金属汚染レベルも低減することができる。
【００４１】
［付記］
以下、本実施形態に係る基板処理装置及び半導体装置製造の態様を付記する。
第１の態様は、処理室２０１内に少なくとも一部の金属表面が露出される金属部品を具備する基板処理装置であって、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１内に露出される金属表面には、大気圧未満の圧力下でベーキング処理されてなるものである。
ここで、金属部品には、例えば、マニホールド２０９、固定リング２５２、シールリング２２、シールキャップ２１９、回転軸２５５と及びそのフランジ２５５ａが該当する。前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１内に露出される金属表面に大気圧未満の圧力下でベーキング処理を施すと、金属表面にはＮｉＯ膜は形成されず、Ｃｒ２Ｏ３膜が形成される。Ｃｒ２Ｏ３膜は、反応性ガスと反応しないので、剥離、亀裂の発生がない。そして、このＣｒ２Ｏ３膜は、金属部品に含まれているＣｕを中心とする金属のアウトディフージョンをブロックし、金属汚染を防止する。
【００４２】
第２の態様は、第１の態様において、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面への大気圧未満の圧力下でのベーキング処理は、周囲を不活性ガスが充満された状態でベーキング処理されてなるものである。
不活性ガス雰囲気は、処理室２０１に露出される金属表面の清浄化に役立つ。
【００４３】
第３の態様は、第１の態様において、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面への大気圧未満の圧力下でのベーキング処理は、周囲を成膜ガスが充満された状態でベーキング処理されてなるものである。
このようにすると、前記金属部品の、金属表面にはＮｉＯは形成されず、ＳｉＯＣｒ膜が形成される。ＳｉＯＣｒ膜は、反応性ガスと反応しないので、剥離、亀裂の発生がない。また、ＳｉＯＣｒ膜は、金属部品に含まれているＣｕを中心とする金属のアウトディフージョンをブロックし、基板の汚染を防止する。
【００４４】
第４の態様は、第１の態様において、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面への大気圧未満の圧力下でのベーキング処理は、周囲を不活性ガスが充満された状態でベーキング処理した後、さらに、周囲を成膜ガスが充満された状態でベーキング処理されてなるものである。
このようにしても前記金属部品の金属表面にＳｉＯＣｒ膜が形成される。ＳｉＯＣｒ膜は、反応性ガスと反応しないので、剥離、亀裂の発生がない。また、ＳｉＯＣｒ膜は、金属部品に含まれているＣｕを中心とする金属のアウトディフージョンをブロックし、基板の汚染を防止する。
【００４５】
第５の態様は、第２の態様又は第４の態様において、前記不活性ガスは窒素ガスである。
【００４６】
第６の態様は、第３の態様又は第４の態様において、前記成膜ガスはアンモニアガスと、少なくともＳｉ含有水素化合物ガスとの混合ガスである。
【００４７】
第７の態様は、第６の態様において、前記Ｓｉを含む水素化合物ガスは、ジクロルシランガス又はジシランガスである。
【００４８】
第８の態様は、第１の態様、第２の態様、第３の態様又は第４の態様において、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１内に露出される金属表面は、前記大気圧未満の圧力下でのベーキング処理後に、少なくとも周囲に酸素ガスを有するものである。
大気圧未満の圧力下でのベーキング処理後に、少なくとも周囲に酸素ガスを有すると、前記処理室２０１内に露出される金属表面にＣｒ２Ｏ３膜が形成される。
【００４９】
第９の態様は、第１の態様、第２の態様、第３の態様又は第４の態様において、前記金属部品の少なくとも処理室２０１内に露出される金属表面は、前記大気圧未満の圧力下でのベーキング処理後に、周囲に大気を有する状態で大気圧下でのベーキング処理がされてなるものである。
このようにすると、前記金属部品の、金属表面にはＮｉＯ膜が形成されず、Ｃｒ２Ｏ３膜が形成される。
【００５０】
第１０の態様は、第１の態様、第２の態様、第３の態様又は第４の態様において、前記金属部品は、ニッケルクロム系合金からなるものである。ニッケルクロム系合金には、微量のＣｕが含まれており、Ｃｕを中心とする金属のアウトディフージョンが発生するが、Ｃｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜が金属部品に含まれているＣｕを中心とする金属のアウトディフージョンをブロックするので金属による基板の汚染が防止される。
【００５１】
第１１の態様は、第１の態様、第２の態様、第３の態様、又は第４の態様において、前記金属部品は、鉄成分よりもクロム成分が多い合金から成るものである。
鉄成分よりもクロム成分が多い合金インコネルが挙げられる。インコネルには、微量のＣｕが含まれており、Ｃｕを中心とする金属のアウトディフージョンが発生するが、Ｃｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜が金属部品に含まれているＣｕを中心とする金属のアウトディフージョンをブロックするので金属による基板の汚染が防止される。
【００５２】
第１２の態様は、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面は、前記ベーキング処理前に研磨処理されて成るものである。前記金属部品の金属表面に前処理として金属部品の表面に研磨を施すと、Ｃｒ２Ｏ３膜又はＳｉＯＣｒ膜形成の妨げとなるＦｅＯ膜やＮｉＯ膜が存在を除去できる。なお、ＦｅＯ膜やＮｉＯ膜は、鋳造によって金属表面に形成されることが知られている。
【００５３】
第１３の態様は、第１２の態様において、前記研磨処理は、電解研磨処理又は機械研磨処理である。
【００５４】
第１４の態様は、第１の態様又は第２の態様において、前記大気圧未満の圧力下でのベーキング処理後には、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面には、酸化クロム膜（Ｃｒ２Ｏ３膜）が形成されて成るものである。
【００５５】
第１５の態様は、第１４の態様において、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面には、さらにＳｉＯＣｒ膜が形成されてなるものである。
Ｃｒ２Ｏ３膜にＳｉＯＣｒ膜が形成されていると、Ｃｕを中心とする金属のアウトディフージョンのブロック効果が向上する。
【００５６】
第１６の態様は、第１の態様又は第３の態様において、前記大気圧未満の圧力下でのベーキング処理後には、前記金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面には、ＳｉＯＣｒ膜が形成されてなるものである。
【００５７】
第１７の態様は、処理室２０１に一部の金属表面が露出される金属部品の少なくとも前記処理室２０１に露出される金属表面に、大気圧未満の圧力下でのベーキング処理がなされている基板処理装置を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、前記処理室２０１内に基板を搬入する工程と、前記処理室２０１内で前記基板を熱処理する工程と、前記処理室２０１から基板を搬出する工程とを有するものである。
このようにすると、Ｃｕを中心とした金属の汚染が防止され、半導体装置の動作不良が防止される。
【００５８】
第１８の態様は、第１７の態様において、前記処理室２０１内に露出される金属表面には、酸化クロム膜が形成されてなる基板処理装置を用いて処理するものである。
【００５９】
第１９の態様は、第１７の態様において、前記処理室２０１内に露出される金属表面には、さらに、ＳｉＯＣｒ膜が形成されてなる基板処理装置を用いて処理するものである。
【００６０】
第２０の態様は、第１７の態様において、前記処理室２０１内に露出される金属表面には、ＳｉＯＣｒ膜が形成されてなる基板処理装置を用いて処理するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の処理炉の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】基板処理装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】マニホールドにインナーチューブを支持するための構造を示す平面図である。
【図４】真空下で第１の方法でベーキング処理を施したときのハステロイ製の前記金属部品（マニホールド等）の表面組成を示す図である。
【図５】ＤＣＳとアンモニアガスとの混合ガス雰囲気でハステロイから構成された前記金属部品の表面に第４の方法でベーキング処理を施したときの組成を示す図である。
【図６】基板処理装置で成膜を実施した場合の基板処理の回数と基板処理毎の基板の膜中のＣｕの吸着量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
２２      シールリング
１１５    ボートエレベータ
２０１    処理室
２０９    マニホールド
２１９    シールキャップ
２５２    固定リング
２５４    回転機構
２５５    回転軸
２５５ａ  フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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