特許 7394115 基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板支持具、およびその処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-29

(45)【発行日】2023-12-07

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板支持具、およびその処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20231130BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20231130BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 E

H01L21/324 Q

H01L21/68 N

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021509089

(86)(22)【出願日】2020-03-16

(86)【国際出願番号】 JP2020011443

(87)【国際公開番号】W WO2020196025

(87)【国際公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-08-10

【審判番号】

【審判請求日】2023-01-10

(31)【優先権主張番号】P 2019055551

(32)【優先日】2019-03-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】市村 圭太

(72)【発明者】

【氏名】油谷 幸則

【合議体】

【審判長】恩田 春香

【審判官】中野 浩昌

【審判官】松永 稔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１５３２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８６４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１４２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７３４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01L21/31

H01L21/324

H01L21/683

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室と、前記基板を加熱するよう構成されたヒータを内側に設け、前記処理室内で前記基板を支持する基板支持具と、を備え、
前記基板支持具は、マグネシウムを含有するアルミニウムの合金で表面が構成され、大気雰囲気下において、前記表面が所定の第１温度となるように加熱する処理と、前記表面が前記第１温度となる状態を所定の時間維持することにより、前記表面に酸化アルミニウムの被膜を形成する処理と、が施され、
前記第１温度は４５０℃以上であり、前記酸化アルミニウムの被膜の厚さは１μｍ以上である、
基板処理装置。

【請求項2】

前記ヒータを制御して、前記基板支持具に前記基板が支持された状態で前記基板支持具の前記表面が所定の第２温度となるように、前記表面および前記基板を加熱するよう構成された制御部を備える、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記第１温度は、前記第２温度以上である、請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記第２温度は、４００℃より高い、請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記酸化アルミニウムの被膜は酸化マグネシウムを含み、単体のマグネシウムを実質的に含まない、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記大気雰囲気には水蒸気が含まれている、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記酸化アルミニウムの被膜を形成する処理は、大気圧下でおこなわれる、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記所定の時間は３時間以上である、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記酸化アルミニウムの被膜は、少なくとも前記処理室に露出する前記基板支持具の表面全体に形成される、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記アルミニウムの合金におけるマグネシウムの含有率は２ｗｔ％以上である、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記酸化アルミニウムの被膜を形成する処理は、前記処理室とは異なる第２の処理室内で行われる、請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項12】

マグネシウムを含有するアルミニウムの合金で表面が構成され、大気雰囲気下において、前記表面が所定の第１温度となるように加熱する処理と、前記表面が前記第１温度となる状態を所定の時間維持することにより、前記表面に酸化アルミニウムの被膜を形成する処理と、が施され、内側にヒータが設けられた基板支持具に基板を支持させる工程と、
前記基板支持具に前記基板が支持された状態で前記基板支持具の前記表面が所定の第２温度となるように、前記表面および前記基板を加熱する工程と、
を有し、
前記第１温度は４５０℃以上であり、前記酸化アルミニウムの被膜の厚さは１μｍ以上である、
半導体装置の製造方法。

【請求項13】

マグネシウムを含有するアルミニウムの合金で表面が構成され、
大気雰囲気下において、前記表面が所定の第１温度である４５０℃以上で加熱する処理と、前記表面が前記第１温度となる状態を所定の時間維持することにより、前記表面に酸化アルミニウムの被膜を１μｍ以上の厚さで形成する処理と、が施され、内側にヒータが設けられた、基板処理装置の処理室内において基板を支持する基板支持具。

【請求項14】

内側にヒータが設けられた基板支持具の表面が、マグネシウムを含有するアルミニウムの合金で構成され、大気雰囲気下において、前記表面が所定の第１温度となるように加熱する工程と、
前記表面が前記第１温度となる状態を所定の時間維持することにより、前記表面に酸化アルミニウムの被膜を形成する工程と、
を有し、
前記第１温度は４５０℃以上であり、前記酸化アルミニウムの被膜の厚さは１μｍ以上である、
基板支持具の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法、基板支持具、およびその処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程の一工程として、例えば、所望の温度に加熱された基板上にガスを供給することで、基板上への薄膜の形成、アッシング等の様々な処理を行う基板処理工程が行われることがある（例えば特許文献１参照）。基板処理装置における処理容器内においては、アルミニウム（Ａｌ）の合金により形成される部材を使用することがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－８９４９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、高温となった処理容器内でＡｌ合金を使用すると、Ａｌ合金に含まれる成分が蒸発・飛散し、処理容器内や処理基板を汚染してしまうことがある。処理容器内や処理基板が汚染された場合、基板処理装置が正常な処理を行えなくなったり、基板のロットアウトを引き起こしたりする可能性がある。

【0005】

本開示は、高温処理容器内においてＡｌ合金を使用した際に、Ａｌ合金に含まれる成分の蒸発・飛散を防止することが可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、本開示の一実施形態によれば、基板を処理する処理室と、処理室内で基板を支持する基板支持具と、基板支持具で支持された基板を加熱するよう構成されたヒータと、を備え、基板支持具は、マグネシウム（Ｍｇ）を含有するＡｌの合金で表面が構成され、大気雰囲気下において、表面が所定の第１温度となるように加熱する処理と、表面が第１温度となる状態を所定の時間維持することにより、表面に酸化アルミニウム（ＡｌＯ）の被膜を形成する処理と、が施されている技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、高温処理容器内においてＡｌ合金を使用した際に、Ａｌ合金中に含まれる成分の蒸発・飛散を防止することが可能な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の横断面概略図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の縦断面概略図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る処理室の縦断面概略図である。

【図4】本開示の一実施形態に係る基板保持台の概略図である。

【図5】本開示の一実施形態に係る基板処理装置のコントローラの構成例を示すブロック図である。

【図6】本開示の一実施形態に係る基板処理装置により処理実験結果の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜本開示の一実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
図１に示すように、基板処理装置１０は、例えば搬送室１２を中心として、２つのロードロック室１４ａ，１４ｂ及び２つの処理室１６ａ，１６ｂが配置されており、ロードロック室１４ａ，１４ｂの上流側にカセットなどのキャリアとの間で基板を搬送するための大気搬送室（ＥＦＥＭ： Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）２０が配置されている。大気搬送室２０は、例えば２５枚の基板を縦方向に一定間隔を隔てて収容可能なフープ（図示せず）が３台配置されている。また、大気搬送室２０には、大気搬送室２０とロードロック室１４ａ，１４ｂとの間で基板を例えば５枚ずつ搬送する図示しない大気ロボットが配置されている。例えば、搬送室１２、ロードロック室１４ａ，１４ｂ及び処理室１６ａ，１６ｂは、Ａｌにて形成されている。

【0010】

まず、ロードロック室１４ａ，１４ｂの構成について、説明する。なお、ロードロック室１４ｂの説明については、ロードロック室１４ａと左右対称構造となっているが構成は同一であるため、省略する。

【0011】

図２に示すように、ロードロック室１４ａには、例えば２５枚のウェハなどの基板２２を縦方向に一定間隔を隔てて収容する基板支持体（ボート）２４が設けられている。基板支持体２４は、例えば炭化珪素等により構成され、３つの支柱３０の長手方向内側には、例えば２５個の基板２２を載置する載置部３２が平行に形成されている。また、基板支持体２４は、ロードロック室１４ａ内において、鉛直方向に移動（上下方向に移動）するようにされているとともに、鉛直方向に延びる回転軸を軸として回転するようにされている。基板支持体２４が鉛直方向に移動することにより、基板支持体２４の３つの支柱３０それぞれに設けられた載置部３２の上面に、後述するフィンガ対４０から基板２２が同時に２枚ずつ移載される。また、基板支持体２４が鉛直方向に移動することにより、基板支持体２４からフィンガ対４０へも基板２２が同時に２枚ずつ移載されるように構成されている。

【0012】

搬送室１２には、ロードロック室１４ａと処理室１６ａとの間で基板２２を搬送する真空ロボット３６が設けられている。真空ロボット３６は、上フィンガ３８ａ及び下フィンガ３８ｂから構成されるフィンガ対４０が設けられたアーム４２を有する。上フィンガ３８ａ及び下フィンガ３８ｂは、例えば同一の形状をしており、上下方向に所定の間隔で離間され、アーム４２からそれぞれ略水平に同じ方向に延びて、それぞれ基板２２を同時に支持することができるように構成されている。アーム４２は、鉛直方向に延びる回転軸を軸として回転するように構成されているとともに、水平方向に移動するように構成され、同時に２枚の基板２２を搬送可能に構成されている。

【0013】

（２）処理室の構成
次に、図３等を用いて処理室１６ａ，１６ｂの構成について説明する。図３は、本実施形態に係る基板処理装置１０が備える処理室１６ａの縦断面概略図である。なお、処理室１６ｂの説明については、処理室１６ａと左右対称構造となっているが、構成は同一であるため、省略する。

【0014】

図３に示すように、処理室１６ａは、ゲートバルブ７８を介して搬送室１２と連通している。処理室１６ａは、処理容器４７を備えている。処理容器４７は、キャップ状の蓋体４３と、下側容器４８と、を備えている。蓋体４３が下側容器４８の上に気密に設けられることにより、処理容器４７が構成される。蓋体４３は、例えばＡｌＯ又は石英等の非金属材料等により構成されており、下側容器４８は、例えばＡｌ等により構成されている。処理容器４７内には、基板２２を収容する反応室５０が構成されている。

【0015】

反応室５０内には、基板支持具である２つの基板保持台４４ａ，４４ｂが配置されている。すなわち、基板保持台４４ａ，４４ｂはそれぞれ、反応室５０の同一空間内に設けられている。基板保持台４４ａ，４４ｂの上面、すなわち基板保持台４４ａ，４４ｂの蓋体４３と対向する面には、基板２２を保持する基板保持面４１ａ，４１ｂが設けられている。基板保持台４４ｂは、搬送室１２から見て、基板保持台４４ａを挟んで遠方に配置されている。そして、反応室５０は、第１の基板保持台４４ａを備える第１の処理部５９と、第２の基板保持台４４ｂを備える第２の処理部６１と、から構成されている。第１の処理部５９と第２の処理部６１との間の空間には、水平方向の一部を仕切る仕切部材４６が設けられている。第１の処理部５９と第２の処理部６１は、それぞれ独立した構造となっている。第１の処理部５９と、第２の処理部６１とは連通している。

【0016】

そして、処理室１６ａは、真空ロボット３６を介して基板保持台４４ａ，４４ｂに基板２２がそれぞれ載置されることにより、反応室５０の同一空間内で２枚の基板２２を同時に熱処理することができるようにされている。

【0017】

（基板支持具）
図４は、本実施形態に係る基板支持具としての基板保持台４４ａの縦断面図である。上述したように、反応室５０の底側には、基板支持具として、基板２２を基板保持面４１ａ，４１ｂでそれぞれ保持する２つの基板保持台４４ａ，４４ｂが配置されている。第１の基板保持台４４ａ及び第２の基板保持台４４ｂは、処理室１６ａ内において、固定部材５２により、処理容器４７にそれぞれ固定されている。 基板保持台４４ａ，４４ｂはそれぞれ、下方から支持する複数の支柱４９が設けられることで支持されている。

【0018】

基板保持台４４a,４４ｂは、Ａｌを主成分とする部材によって形成されている。基板処理装置における真空容器内においてＡｌを主成分とする部材を使用する利点としては、熱伝導率が高いこと、加工が容易であること、耐食性に優れること、安価であることなどが上げられる。特に、熱伝導率の高い材料で構成することで、後述する加熱部としてのヒータ４５ａ，４５ｂからの熱を基板２２に効率よく、均一に伝達させることができる。従って、基板処理時において、基板２２の温度が面内均一となるように加熱することができ、基板処理の面内均一性を向上させることができる。しかしながら、純Ａｌの部材は熱によって強度の低下による変形を起こし易いという理由から、４００℃を超える高温度帯で実用的に使用することは難しい。

【0019】

そのため本実施形態では、基板保持台４４ａ，４４ｂは、高温度帯での機械的強度を高める目的で、マグネシウム（Ｍｇ）やクロムなどを少量添加したＡｌ合金によって形成されている。このようなＡｌ合金としては、例えば、Ａ５０５２やＡ５０５６等を用いることができる。本実施形態では特にＡ５０５２を用いる。Ａ５０５２はＭｇを２．２～２．８％、クロムを０．１５～０．３５％、他にシリコン、鉄、銅、マンガン、亜鉛などを含有したＡｌ合金である。このＡ５０５２を用いることで４００℃を超える高温度帯においても、強度の低下による熱変形のリスクを抑えることが可能である。なお、本明細書における「２．２～２．８％」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「２．２～２．８％」とは「２．２％以上２．８％以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

【0020】

しかし一方で、処理容器４７内でＡ５０５２等のＡｌ合金で構成された部材（Ａｌ合金部材）が加熱されると、Ａｌ合金に含まれるＭｇが蒸発・飛散し、処理容器４７内や被処理基板を汚染してしまうことがある。これは、Ｍｇの蒸気圧が比較的高いため、高温下においてＡｌ合金内部からＭｇが蒸発・飛散しやすくなることが原因である。また、処理容器４７内の圧力が低いほどその傾向はより顕著となる。処理容器４７内や被処理基板がＭｇで汚染された場合、基板処理装置が正常な処理を行えなくなったり、被処理基板のロットアウトを引き起こしたりする。そこで本実施形態では、後述するように、Ａｌ合金で構成された基板保持台４４ａ，４４ｂに対して事前にＭｇの揮発・析出を防止する被膜形成処理を施している。

【0021】

なお、基板保持台４４ａ，４４ｂをステンレス（ＳＵＳ）で構成した場合、Ａｌ合金で構成した場合と比べて、耐熱性を向上させることができる場合はあるが、熱伝導率は低くなる。また、基板保持台４４ａ，４４ｂを窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成した場合、Ａｌ合金で構成した場合と比べて、熱伝導率を高くできる場合はあるが、耐熱性は低くなる。したがって本実施形態では、基板保持台４４ａ，４４ｂをＡｌ合金により構成している。なお、本実施形態では、内蔵されたヒータ４５ａ，４５ｂなどの一部を除く基板保持台４４ａ，４４ｂ全体をＡ５０５２により構成する例について説明するが、例えば、基板保持台４４ａ，４４ｂの内部をＳＵＳで形成された部材し、基板保持台４４ａ，４４ｂの表面を含むその周りをＡｌ合金で覆うように構成してもよい。これにより、基板保持台４４ａ，４４ｂの耐熱性をより向上させることができる。

【0022】

基板保持台４４ａ，４４ｂには、基板保持面４１ａ，４１ｂの下方に、加熱部としてのヒータ４５ａ，４５ｂがそれぞれ内包されており、基板２２を加熱できるように構成されている。ヒータ４５ａ，４５ｂに電力が供給されると、基板２２表面が所定温度まで加熱されるようになっている。なお、基板保持台４４ａ，４４ｂには、温度センサ（図中省略）が設けられている。ヒータ４５ａ，４５ｂ及び温度センサには、図３のコントローラ７７に対応するコントローラ１２１が電気的に接続されている。コントローラ１２１は、温度センサにより検出された温度情報に基づいてヒータ４５ａ，４５ｂへの供給電力などを制御するように構成されている。

【0023】

基板保持台４４ａの基板保持面４１ａ及び基板保持台４４ｂの基板保持面４１ｂの外周にはそれぞれ、例えば３つの基板保持ピン（図中省略）が鉛直方向に貫通して設けられている。基板保持ピンは上下方向に昇降するように構成されている。これにより、搬送室１２から真空ロボット３６等を介して処理室１６ａ内に搬送された基板２２が、基板保持ピンに載置された後、基板保持ピンが上下に昇降されることで、第１の基板保持台４４ａ（すなわち第１の基板保持面４１ａ）及び第２の基板保持台４４ｂ（すなわち第２の基板保持面４１ｂ）上に、基板２２がそれぞれ載置されるように構成されている。

【0024】

（支持部）
図４に示すように、基板保持台４４と支柱４９との間には、基板保持台４４ａ，４４ｂを支持する支持部５５が設けられている。すなわち、基板保持台４４ａ，４４ｂのフランジ５３ａ，５３ｂのそれぞれの底面には、支持部５５が設けられている。支持部５５の部分５５ａ等において支柱４９が挿入されている。

【0025】

基板保持台４４ａ，４４ｂの外側には、それぞれの周囲を囲むように排気孔が形成されている排気バッフルリング５４ａ，５４ｂが配置されている。

【0026】

処理容器４７の天井部には、第２の加熱部としてのランプハウス６７ａ，６７ｂが設けられている。ランプハウス６７ａ，６７ｂは、第１の加熱部としてのヒータ４５ａ，４５ｂとは実質的に反対側から、基板２２を加熱するように構成されている。ランプハウス６７ａ，６７ｂにはそれぞれ、加熱源としてのランプ群５７ａ，５７ｂが設けられている。

【0027】

（基板搬送装置）
処理室１６ａ内の第１処理部５９と第２処理部６１との間、すなわち仕切部材４６には、基板搬送装置としてのロボットアーム６４が設けられている。ロボットアーム６４は、基板２２を処理室１６ａ内で搬送し、基板処理が行われている間、処理室１６ａ内で待機するように構成されている。

【0028】

（ガス供給部）
図３に示すように、処理室１６ａの上部には、処理室１６ａ内へ処理ガスを供給するガス供給部が設けられている。すなわち第１の処理部５９へ処理ガスを供給する第１のガス供給部５１ａと、第２の処理部６１へ処理ガスを供給する第２のガス供給部５１ｂとが設けられている。処理容器４７を構成する蓋体４３には、ガス供給口６３ａ，６３ｂが設けられている。蓋体４３のガス供給口６３ａ，６３ｂにはそれぞれ、第１のガス供給管６５ａ，第２のガス供給管６５ｂの下流端が気密に接続されている。

【0029】

ガス供給管６５ａ，６５ｂにはそれぞれ、上流側から順に、処理ガスとしての窒素含有ガスであるＮ_２ガスを供給する窒素ガス供給源（図示せず）、流量制御装置としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）（図示せず）及び開閉弁であるバルブ（図示せず）が設けられている。

【0030】

ＭＦＣ及びバルブには、後述するコントローラ７７が電気的に接続されている。コントローラ７７は、処理室１６ａ内に供給するガスの流量が所定の流量となるように、ＭＦＣ及びバルブの開閉を制御するように構成されている。このように、ＭＦＣにより流量制御しながら、ガス供給管６５ａ，６５ｂ及びガス供給口６３ａ，６３ｂを介して、処理室１６ａ内に処理ガスであるＮ_２ガスを自在に供給できるように構成されている。なお、窒素ガス供給源、ＭＦＣ及びバルブは、ガス供給部５１ａ，５１ｂでそれぞれ独立したものであってもよく、共有のものであってもよい。

【0031】

主に、ガス供給管６５ａ，６５ｂ、窒素ガス供給源、ＭＦＣ及びバルブにより、本実施形態に係るガス供給部５１ａ，５１ｂがそれぞれ構成されている。

【0032】

（排気部）
排気バッフルリング５４ａ，５４ｂの下方にはそれぞれ、処理容器４７（下側容器４８）と基板保持台４４ａ，４４ｂとによりそれぞれ形成される第１の排気口５８が設けられている。処理容器４７（下側容器４８）の基板支持台４４ａ，４４ｂより下方には、中板が設けられている。中板には、処理室１６ａから処理ガス等を排気する第２の排気口６０が設けられている。また、下側容器４８の底面には、第２の排気口６０から排気された処理ガス等を排気する第３の排気口６２が設けられている。ガス排気口６２には、ガスを排気するガス排気管（図示せず）の上流端が接続されている。ガス排気管には、圧力調整器であるＡＰＣバルブ（図示せず）、開閉弁であるバルブ（図示せず）、排気装置であるポンプ（図示せず）が設けられている。また、ガス排気管には、圧力センサ（図示せず）が設けられている。

【0033】

ＡＰＣバルブ、バルブ、ポンプ及び圧力センサには、後述するコントローラ１２１が電気的に接続されている。ポンプを作動させ、バルブを開けることにより、処理室１６ａ内を排気可能なように構成されている。すなわち、ガス供給部５１ａ，５１ｂから供給された処理ガスは、排気バッフルリング５４ａ，５４ｂの排気孔、第１の排気口５８、第２の排気口６０及び第３の排気口６２を介して処理室１６ａから排出される。

【0034】

また、圧力センサにより検出された圧力情報に基づいて、ＡＰＣバルブの開度を調整することにより、処理室１６ａ内の圧力値を、例えば０．１Ｐａ程度までの減圧できるよう構成されている。

【0035】

主に、第１～第３のガス排気口、ガス排気管、ＡＰＣバルブ、バルブ、ポンプにより、本実施形態に係る排気部が構成されている。

【0036】

（制御部）
図５に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１２１は、)ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0037】

記憶装置１２１ｃは、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等で構成されている。記憶装置１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単に、レシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａよって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域として構成されている。

【0038】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、真空ロボット３６、ゲートバルブ３５１ａ，３５１ｂ，３６１ａ，３６１ｂ、ロボットアーム６４、ヒータ４５ａ，４５ｂ等に接続されている。

【0039】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、真空ロボット３６による基板搬送動作、ゲートバルブ３５１ａ，３５１ｂ，３６１ａ，３６１ｂの開閉動作、ヒータ４５ａ，４５ｂの温度調整動作、真空ポンプの起動および停止、大気ロボットによる基板搬送動作、等を制御するように構成されている。

【0040】

（３）Ａｌ合金部材の被膜形成処理（Ｍｇ揮発・析出防止処理）
続いて、基板処理装置の基板保持台４４ａに対して、Ｍｇを含有するＡｌ合金の表面の熱酸化処理、すなわち、大気雰囲気下において、表面が所定の第１温度となるように加熱する処理と、表面が第１温度となる状態を所定の時間維持することにより、表面にＡｌＯの被膜を形成する処理を実施する一実施形態について説明する。

【0041】

本実施形態においては、ヒータ４５ａを備えた基板保持台４４ａを基板処理装置の処理容器４７に搭載する前に、処理容器４７外において、基板保持台４４ａに対する以下の被膜形成処理を実施する。当該被膜形成処理は、密閉された容器内で実行される必要は必ずしもないが、以下の処理雰囲気を維持可能な熱処理室（処理容器）内で実行されることが好ましい。本実施形態では、内部を所定の湿度に維持可能に構成された、基板処理装置の処理容器４７とは異なる熱処理室において当該被膜形成処理をおこなう。基板処理を行う処理容器４７外で当該被膜形成処理を行うことにより、Ａｌ合金から揮発するＭｇが処理容器４７内に付着し汚染が発生するのを防ぐことができる。

【0042】

まず、基板保持台４４ａを熱処理室内に搬入し、熱処理室内の雰囲気を大気雰囲気で絶対湿度を１１．０～１２．５（ｇ／ｍ^３）となるように調整する。その後、内蔵されたヒータ４５ａに通電を行い、第１温度としての基板保持台４４ａの表面温度を４５０℃となるまで加熱し、この状態を３時間維持する。これにより、Ａｌ合金で構成された基板保持台４４ａの表面にＡｌＯで構成される酸化被膜を形成させる。

【0043】

本実施形態において、酸化被膜を形成する箇所は、基板保持台４４ａの表面全体である。すなわち、図４の太線で表示したフランジ５３ａを含めた基板保持台４４ａの表面である。但し、酸化被膜を形成する箇所は、基板保持台４４ａの表面全体の内、少なくとも処理容器４７内に搭載された際に、処理室１６ａに対して露出する部分のみとしてもよい。少なくとも処理室１６ａに露出する表面部分の全てに酸化被膜を形成することによって、Ａｌ合金から析出するＭｇが処理室１６ａ内に放出されて汚染が発生するのを防止することができる。

【0044】

なお、本実施形態では、内蔵されたヒータ４５ａに通電することで基板保持台４４ａの表面の昇温を行ったが、ヒータ４５ａを用いずに、又は併用して、基板保持台４４ａの外側（表面側）に設けられたヒータから熱を照射して、基板保持台４４ａの表面を加熱するようにしてもよい。

【0045】

（４）Ａｌ合金サンプルに対する被膜形成処理の効果の評価
続いて、サンプルを用いて本実施形態に係る被膜形成処理の効果を検証した実験の結果を図６に示す。本実験では、Ａｌ合金であるＡ５０５２のブロックをサンプル（ａ）～（ｄ）として用意し、熱酸化温度（第１温度）の違いによるＭｇの揮発・析出防止効果の違いについて評価した。サンプル（ａ）は、被膜形成処理を行っていないもの、サンプル（ｂ）～（ｄ）に対して被膜形成処理を行った。サンプル（ｂ）～（ｄ）に対する被膜形成処理は、絶対湿度が１１．０～１２．５（ｇ／ｍ^３）の範囲内に調整された大気圧雰囲気でそれらをヒータ上に載置して、その表面が各々の所定の温度となる状態を３時間維持させることにより行った。サンプル（ｂ）～（ｄ）の表面温度、すなわち第１温度としての酸化処理温度はそれぞれ、３５０℃、４００℃、４５０℃とした。

【0046】

同図の下段には、被膜形成処理を施していないサンプル（ａ）と、被膜形成処理後のサンプル（ｂ）～（ｄ）の外観を示している。被膜形成処理を行っていないサンプル（ａ）と酸化処理温度が３５０℃であるサンプル（ｂ）には酸化被膜が形成されていないことがその外観から分かる。また、酸化処理温度が４００℃であるサンプル（ｃ）には酸化被膜が形成されているが、同温度が４５０℃であるサンプル（ｄ）に比べて酸化被膜が薄いことが、その外観から推測される。ここで、サンプル（ｄ）の表面に形成された酸化被膜の厚さを測定した結果、その厚さは約１．０μｍであった。

【0047】

同図の下段に示された結果から、Ａ５０５２等のＡｌ合金の表面に酸化被膜を形成するためには、その表面温度を４００℃以上まで昇温させる必要があることが分かる。また、１．０μｍ以上の酸化被膜を形成するためには、その表面温度を４５０℃以上まで昇温させる必要があることが分かる。

【0048】

同図の中段には、基板処理装置を用いて基板処理が行われる際に基板保持台４４ａが置かれるのと同じ条件を再現し、その条件下に被膜形成処理後のサンプル（ｂ）～（ｄ）を置いた際の、シリコン基板へのＭｇの転写の様子を示している。これらのサンプリング条件は、被膜形成処理後のサンプル（ｂ）～（ｄ）をそれぞれ表面温度が４５０℃となるまで加熱するとともに、雰囲気をＮ_２ガス１００％、圧力を６Ｔｏｒｒとした条件下で、加熱された状態の各サンプル上にシリコン基板を載せ、２４時間経過させたものである。このシリコン基板への各サンプルからのＭｇの転写の様子によって、基板処理時と同様の条件において、各サンプルからＭｇが揮発・析出するかどうかを判定することができる。

【0049】

同図の中段に示されるように、サンプル（ｂ）及び（ｃ）の場合、白く示されたＭｇの転写が発生している。従って、酸化処理温度が４００℃であるサンプル（ｃ）では、酸化被膜は形成されているものの、Ｍｇの析出を抑制する効果が不十分であることが分かる。一方、サンプル（ｄ）の場合、そのようなＭｇの転写は発生していない。従って、酸化処理温度が４５０℃であるサンプル（ｄ）では、表面に形成された酸化被膜によって、明確なＭｇ析出の抑制効果が得られていることが分かる。

【0050】

この結果から、酸化処理温度が４００～４５０℃の温度帯に、Ｍｇ析出の抑制効果が得られる境界となる温度が存在すると推定できる。また、酸化処理温度を４５０℃以上として、表面に形成される酸化被膜の厚さを１．０μｍ以上とすることで、Ｍｇ析出の抑制効果を明確に得ることができることが分かる。

【0051】

すなわち、以上の実験結果によれば、サンプル（ｄ）への被膜形成処理のように、絶対湿度を１１．０～１２．５（ｇ／ｍ^３）の範囲に調整された大気雰囲気下（大気圧下）において、Ａｌ合金で形成された部材をその表面が４５０℃以上である所定の第１温度となるように加熱する処理と、その表面が第１温度となる状態を少なくとも２時間以上、望ましくは３時間以上である所定の時間維持する処理とを行うことにより、その表面にＭｇ析出の抑制効果が得られるのに十分な１．０μｍ以上である所定の厚さの酸化被膜（ＡｌＯ膜）を形成することができることが明らかとなった。また、被膜中のＭｇが十分に酸化され単体Ｍｇを実質的に含まない被膜を形成することができる。

【0052】

従って、同じＡｌ合金で構成された基板保持台４４ａに対して、同様の熱酸化条件で酸化被膜の形成処理を施すことによって、基板保持台４４ａに対しても同様のＭｇ析出の抑制効果を得ることができる。酸化被膜は、少なくとも処理室に露出する基板保持台４４ａの表面全体に形成される。これにより、Ａｌ合金から析出するＭｇが処理室に放出されて汚染が発生するのを防止することができる。なお、上述した通り、基板保持台４４ａ全体に対して被膜形成処理を施す際、フランジ５３ａの表面にも被膜が形成される。

【0053】

なお、本実施形態における被膜形成処理においては、Ａｌ合金で形成された部材の表面近傍に含まれたＭｇが揮発又は酸化され、単体Ｍｇを実質的に含まない、酸化されたＭｇ（ＭｇＯ）を含むＡｌＯの被膜が形成される。これにより、被膜中から単体Ｍｇが蒸発・揮発しないようにすることができる。被膜形成処理の時間や酸化処理温度が不十分な場合、酸化被膜中に単体Ｍｇが酸化されずに残留することや、Ｍｇ析出を防止するのに不十分な厚さの酸化被膜しか形成されないことがあり、Ｍｇ析出抑止効果を得ることができない。

【0054】

（５）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置１０の処理室１６ａを用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、ウェハ等の基板２２に窒化処理を行う工程例について説明する。本実施形態では、上述したサンプル（ｄ）の場合と同様の被膜形成処理が施された基板保持台４４ａ，４４ｂを用いて当該工程が実行される。なお、以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

【0055】

（基板搬入工程）
まず、ゲートバルブ７８を開き、真空ロボット３６を、フィンガ対４０に載置された２枚の基板２２を同時搬送しながら、処理室１６ａ内に移動させる。これにより、それぞれの基板２２が、搬送室１２からゲートバルブ７８を介して処理室１６ａ内に搬入される。

【0056】

（基板保持工程）
そして、処理室１６ａ内に搬入された２枚の基板２２は、基板保持台４４ａ，４４ｂにそれぞれもうけられた基板保持ピン（図示せず）およびロボットアーム６４により、第１の基板保持面４１ａ，第２の基板保持面４１ｂ上にそれぞれ移載されて保持される。

【0057】

（昇温・圧力調整工程）
続いて、基板保持台４４ａ，４４ｂ内蔵のヒータ４５ａ，４５ｂにそれぞれ電力を供給し、基板保持台４４ａ，４４ｂの各基板保持面４１ａ，４１ｂに保持された基板２２表面が所望の温度（例えば４２５℃）となるように加熱する。なお、この時の基板保持台４４ａ，４４ｂの表面温度を便宜上、基板処理時表面温度（第２温度）と呼ぶ。この際、ヒータ４５ａ，４５ｂの温度は、温度センサ（図示せず）により検出された温度情報に基づいてヒータ４５ａ，４５ｂへの供給電力を制御することによって調整される。なお、本実施形態では、ランプハウス６７ａ，６７ｂを用いて基板２２の加熱を行わない。しかし、ランプハウス６７ａ，６７ｂをさらに用いることにより、基板２２の表面温度を更に高めることもできる。

【0058】

また、処理室１６ａ内が所望の圧力、ここでは６Ｔｏｒｒとなるように、処理室１６ａ内をポンプ（図示せず）によって真空排気する。この際、処理室１６ａ内の圧力は圧力センサ（図示せず）で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ（図示せず）の開度をフィードバック制御する。

【0059】

（基板処理工程）
基板２２の加熱処理と並行して、処理室１６ａ内に処理ガスであるＮ_２ガスを供給する。具体的には、ガス供給部５１ａ，５１ｂのバルブ（図示せず）を開け、処理ガスをガス供給管６５ａ，６５ｂから、第１の処理部５９及び第２の処理部６１へそれぞれ供給する。本実施形態では、処理ガスとして窒素（Ｎ_２）ガスを例として説明したが、それに限るものではなく、アッシング処理であれば酸素含有ガス、加熱処理であれば不活性ガス等を用いれば良い。このように、供給された処理ガスの雰囲気にて、基板２２が加熱されることで、所定の処理がなされる。

【0060】

所定時間が経過して、所望の処理が終了したら、ガス供給部５１ａ，５１ｂのバルブを閉じ、処理室１６ａ内へのＮ_２ガスの供給を停止する。

【0061】

（大気圧復帰・基板搬出工程）
所定の処理が終了したら、ヒータ４５ａ，４５ｂへの電力供給を停止して処理室１６ａ内を降温させると共に、排気部のＡＰＣバルブ（図示せず）の開度を調整して処理室１６ａ内の圧力を大気圧に復帰させる。そして、上述した基板搬入工程及び基板保持工程に示した手順とは逆の手順により、処理済みの２枚の基板２２を処理室１６ａ内から搬送室１２へ搬送する。すなわち、ロボットアーム６４及び真空ロボット３６のフィンガ対４０が、所定動作を逆の順序で行うことで、処理済みの２枚の基板２２を処理室１６ａ内から搬出する。そして、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。

【0062】

このように、サンプル（ｄ）と同様の被膜形成処理が施された基板保持台４４ａ，４４ｂを用いることにより、処理室１６ａ内の圧力を６Ｔｏｒｒ、基板保持台４４ａ，４４ｂの表面温度を４２５℃まで加熱した状態にしても、基板保持台４４ａ，４４ｂを構成するＡｌ合金からのＭｇの揮発・析出を抑制することができる。

【0063】

すなわち、以上の実施形態によれば、少なくともその表面がＭｇを含むＡｌ合金で構成された基板支持具に対して、その表面に、Ａｌ合金中に含まれるＭｇの揮発・析出を防止する酸化被膜を形成することにより、基板処理時表面温度（第２温度）が高温、特に純Ａｌの熱変形が生じる温度、例えば、純Ａｌの実耐用温度である４００℃を超えるような条件で使用してもＭｇ析出が発生せず、また熱変形等を起こさない基板支持具を得ることが可能となる。ただし、基板処理時表面温度が６００℃超とすると、Ａｌ合金が軟化もしくは溶融を起こすことがあるため、基板処理時表面温度はそのような現象が起こりにくい６００℃以下とすることが望ましい。

【0064】

また、以上の実施形態によれば、基板支持具を構成するＡｌ合金からＭｇが蒸発・飛散して、基板処理装置の処理容器内部や基板にＭｇが付着することより、基板処理装置が正常な処理を行えなくなることや、基板のロットアウトを引き起こしたりすることを防止することが可能となる。

【0065】

ここで、Ａｌ合金により構成される部材に対する好適な酸化処理温度（第１温度）は、４５０℃以上とする。上述の処理実験結果の通り、少なくとも４５０℃以上で被膜形成処理を行うことにより十分なＭｇ析出抑止機能を有する酸化被膜を形成できる。すなわち、被膜で覆われたＡｌ合金に含まれる単体Ｍｇが析出するのを抑止するのに十分な厚さを有し、且つ、被膜中のＭｇが十分に酸化され単体Ｍｇを実質的に含まない被膜を形成することができる。４５０℃未満の場合、Ｍｇ析出を抑止するのに十分な酸化層の厚さが得られないか、膜中のＭｇの酸化が不十分となる可能性があり、析出抑止効果を得ることができないことがある。特に酸化処理温度が４００℃以下の場合、上述の処理実験結果の通り、Ｍｇの析出が発生する可能性が高くなる。ただし、酸化処理温度を６００℃超とすると、Ａｌ合金が軟化もしくは溶融を起こすことがあるため、酸化処理温度はそのような現象が起こりにくい６００℃以下とすることが望ましい。

【0066】

更に、酸化処理温度（第１温度）は、基板処理時表面温度（第２温度）以上とすることが望ましい。基板加熱処理時のＡｌ合金の表面温度以上の温度条件下で被膜形成処理を行うことにより、基板処理時における合金中のＭｇの析出をより確実に抑制することができる。

【0067】

また、Ａｌ合金の部材の表面に形成される酸化被膜の厚さを１μｍ以上とすることにより、上述の処理実験結果の通り、基板処理時表面温度（第２温度）が４５０℃まで上昇したとしても、Ａｌ合金に含まれる単体Ｍｇが被膜を透過して処理室内に放出されるのを抑止することができる。この酸化被膜の厚さが１μｍ未満の場合、第２温度が４５０℃まで上昇した際にＡｌ合金に含まれる単体Ｍｇが被膜を透過して処理室内に放出される可能性がある。また、望ましくは当該酸化被膜の厚さを３μｍ以上とすることにより、第２温度が４５０℃まで上昇したとしても、Ａｌ合金に含まれる単体Ｍｇが被膜を透過して処理室内に放出されるのをより確実に抑止することができる。なお、酸化被膜の厚さが１０μｍ超となると、基板支持具表面における熱伝導に実質的な影響を与える可能性があるため、酸化被膜の厚さは１０μｍ以下であることが望ましい。

【0068】

また、酸化被膜形成処理が実施される大気雰囲気は水蒸気を含むことが望ましい。水蒸気含有雰囲気中で酸化被膜形成処理を行うことにより、被膜形成速度を高めることができる。また、酸化被膜形成処理を大気圧下で行うことにより、Ｍｇ析出を抑止可能な酸化被膜を簡易な設備でも比較的容易に形成することができる。ただし、酸化被膜形成処理における圧力は大気圧に限定されず、微減圧（例えば６００Ｔｏｒｒ以上７６０Ｔｏｒｒ未満）下又は微加圧（例えば７６０Ｔｏｒｒ超９００Ｔｏｒｒ以下）下で行ってもよい。

【0069】

酸化被膜形成処理において、Ａｌ合金部材の表面が第１温度となる状態を維持する時間は３時間以上であることが望ましい。少なくとも３時間以上、被膜形成処理としての熱酸化処理を行うことにより、Ａｌ合金に含まれる単体Ｍｇが析出するのを抑止するのに必要な厚さを有し、且つ、被膜中のＭｇが十分に酸化され単体Ｍｇを実質的に含まない被膜を形成することができる。３時間未満の場合、Ａｌ合金に含まれる単体Ｍｇが析出するのを抑止するのに必要な厚さ（例えば１μｍ以上）の酸化被膜を形成することが困難である。なお、当該時間は１００時間以下において十分な厚さの酸化被膜を形成することが可能であるため、生産性を考慮した場合、当該時間は１００時間以下であることが望ましい。

【0070】

酸化被膜を形成することによりＭｇの析出抑制を行うＡｌ合金の組成は、Ｍｇの含有率が２～５ｗｔ％であることが望ましく、例えば、２．２ｗｔ％以上とする。本開示に係る酸化被膜形成処理を行うことによって、Ｍｇ含有率が２ｗｔ％以上のＡｌ合金においても、実質的にＭｇによる汚染が発生しない程度にまでＭｇ析出を抑制する効果が期待できる。但し、Ｍｇ含有率が５ｗｔ％を超えると、本開示に係る酸化被膜が実用的な厚さの範囲では、実質的にＭｇによる汚染が発生しない程度にまでＭｇ析出を抑制することが困難な場合があるため、Ｍｇ含有率は５ｗｔ％以下であることが望ましい。

【0071】

本開示に係る技術は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本開示に係る技術のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0072】

１０ 基板処理装置
４１ａ、４１ｂ 基板保持面
４４ａ、４４ｂ 基板保持台
４５ａ、４５ｂ ヒータ
４７ 処理容器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】