JP4774367B2 - 石英半導体製造基板の表面を処理する方法 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は、珪酸塩基板表面、特に、テクスチャー処理された石英基板を処理する方法及び装置に関する。

関連技術の説明

誘電体エッチングや化学気相堆積のようなほとんどの半導体製造プロセスの間には、処理チャンバーの内面及び製造プロセスに使用されるチャンバー部品に望ましからぬ材料が時々形成される。内面及びチャンバー部品に堆積した材料が、薄片化したり、落下したり、又は打ち落とされて、チャンバー内で処理されているウェハ上に堆積したりするような汚染物源とならないことが重要である。このような汚染物は、ウェハにダメージを及ぼし、使用可能なデバイスの「収率」を低下させることになる。

例えば、誘電体エッチングでは、長い連鎖の炭素ポリマーが処理チャンバーの内壁に蓄積することがある。これらポリマーの遊離した粒子が製造プロセス中に離脱してウェハを汚染することがある。汚染物は、高い抵抗、後続層に対する付着の問題、絶縁性の低下、並びに他の性能上及び信頼性の問題を引き起こすことになる。

従来、処理チャンバー及び部品は、手動スクラビングによってクリーニングされている。この従来の方法では、製造プロセスを停止し、処理チャンバーを開いて、内壁をスクラビングできるようにする。時々、手動スクラビングでは完全に充分でないときに、その後に処理される半導体の収率が著しい影響を受ける。更に、スクラビングは、特に、表面積の大きいテクスチャー処理された表面では、全く完全とは成り難い。

従来の手動スクラビング方法に伴う問題を克服するために他の方法が提案されている。このような１つの方法は、蓄積した酸化物及び誘電体汚染物の除去に適用できるもので、プラズマエンハンストエッチングプロセスを使用して「乾式クリーニング」することを含む。この従来の方法では、ＣＦ_４及びＣＨＦ_３のようなフッ素系ガス及び酸素を高度に付勢してプラズマを形成し、これが汚染物と反応して、ＣＯ_２、ＳｉＦ_２及び他のガス状化合物を生成し、次いで、これらが処理チャンバーの排気システムを通して真空除去される。

チャンバー部品及び表面に使用される多くの普通の珪酸塩の１つは、石英（ＳｉＯ_２）である。例えば、ある半導体チャンバーの頂部を画成するために石英ドームが使用され、また、半導体チャンバーへガスを注入するために石英ノズルが使用される。しかしながら、この従来の方法は、一般に、石英基板を含む処理チャンバーをクリーニングするのに充分適していない。石英部品及びドームは、相当のコストをかけて、特殊なクリーニングハウスへ搬出されるか、又は交換される場合が多い。

石英は、通常、例えば、粗面度が約１６Ｒａの滑らかな面で製造される。しかしながら、半導体製造プロセス中にこのような滑らかな石英に堆積することのある汚染物は、石英表面に充分に接着せず、石英表面から分離されて、処理中の半導体ウェハ上に沈殿する傾向となる。このため、石英は、例えば、粗面化によりその表面積を増加させて、石英に対する汚染物層の接着性即ち「静止摩擦」を高めることによりしばしば「テクスチャー処理」される。

図１Ａ−１Ｄは、従来の粗面化プロセス１００を示すもので、粗粒１１０が基板１３０の表面１２０に対して６０−９０°の角度１４０で投射される。この角度が６０°より急峻でない場合には、テクスチャー処理プロセスは、ほとんどの目的に対して低速過ぎると考えられる。しかしながら、高い角度での粒吹き付けは、粗面にクラック１５０を形成する傾向があることが分かった。これらのクラックは、粗面の断片を、図１Ｃに示すように、基板１３０から追放させることにより粒子汚染物１６０の発生源にならしめる。このような粒子汚染物は、処理中のウェハに不純物を導入して、収率に悪影響を及ぼすことがある。更に、図１Ｄに示すように、汚染物が時間と共に基板表面に接着して、最終的に、薄片として剥がれるか、さもなければ、基板１３０から追放されて、断片１７０でウェハ上に落下することがある。

それ故、テクスチャー処理された石英基板表面を形成する方法であって、クラックや他の欠陥をあまり発生せず、且つ大きな表面積を維持しながら、表面に累積されたダストや他の汚染物のような粒状物体の薄片化または脱落を減少する方法が要望される。更に、表面の形状及び粗面性は、半導体処理の工程中にこのような粒状物体を保持する改良された接着特性を与えねばならない。また、このような基板表面を形成できるシステムと、石英のような表面に蓄積したポリマー及びホトレジスト汚染物を除去するのに特に適用できる方法及び装置も要望される。更に、テクスチャー処理された石英表面の表面積を更に増加することも望まれる。

発明の概要

本発明は、シリコン含有材料、特に、テクスチャー処理された石英を処理するための方法及び装置を提供する。本発明は、テクスチャー処理された石英作用面に対する汚染物層の静止摩擦を高める大きな表面積（好ましくは、粗面度で測定される）を提供する。更に、本発明は、テクスチャー処理された石英表面におけるクラック、破砕及び他の欠陥を減少し、これにより、薄片として剥がれるか、さもなければ、石英表面から追放されることのある汚染物粒子を減少する。

本発明の１つの態様において、石英基板の表面を処理するための方法は、初期作用面粗面度を有する作用面を与えるように石英基板を準備するステップと、上記作用面を超音波で酸性エッチングして、上記作用面の粗面度を少なくとも約１０％高めるステップとを備えている。一実施形態において、初期表面粗面度は、約１０Ｒａより大きく、また、別の実施形態において、初期表面粗面度は、約２００Ｒａより大きい。更に別の実施形態において、初期表面積は、約２００Ｒａ未満である場合に、約２００Ｒａより大きく増加される。本発明の他の実施形態において、作用面粗面度は、少なくとも約２５％又は少なくとも約５０％増加される。

別の実施形態において、作用面は、該作用面を超音波で酸性エッチングした後に、メッシュサイズが約１００より大きい微粒で粒吹き付けされる。別の実施形態では、微粒は、メッシュサイズが約２００より大きい。更に別の実施形態では、微粒吹き付けの後に第２の酸性エッチングが実行される。

本発明の別の態様において、石英基板の表面を処理するための方法は、基板を超音波で酸性エッチングして、基板の作用面における１つ以上のクラックを実質的に除去するステップと、上記基板の表面に、基板を使用準備する最終的なクリーニングプロセスを受けさせるステップとを備えている。一実施形態において、上記方法は、超音波で酸性エッチングする前に上記作用面に粗粒吹き付けを行って、平均粗面度（Ｒａ）が約１００から約４００Ｒａの粗面化された表面を形成するステップを備えている。

別の実施形態において、上記最終的なクリーニングプロセスは、ＨＦ：ＨＮＯ_３：Ｈ_２Ｏ及びＨＦ：Ｈ_２Ｏ_２：ＨＮＯ_３より成るグループから選択された酸性溶液を上記基板に接触させる段階と、上記基板を脱イオン水ですすぐ段階と、超音波脱イオン水バスにおいて上記基板を超音波処理する段階と、上記基板を窒素で乾燥して余分な水分を除去する段階と、上記基板を加熱ランプの下またはオーブン内で加熱して上記基板を完全に乾燥する段階とを含む。

別の実施形態において、上記方法は、上記最終的なクリーニングプロセスの前に上記基板の表面をマイクロ粗面化するステップを備え、これは、（ａ）基板表面から所定の距離に且つ基板表面に対して約６０°未満の角度で加圧粒排出ノズルを位置させる段階と、（ｂ）上記ノズルから、マイクロ粗面化された表面を形成するに充分な速度で上記表面に対して粒を放出させる段階と、により行う。

本発明の別の態様において、シリコン含有基板の表面を処理するための方法は、上記基板を化学溶液に浸漬して非有機汚染物を実質的に除去するステップと、上記基板を脱イオン水ですすぐステップと、上記基板の表面に、上記基板を使用準備する最終的なクリーニングプロセスを受けさせるステップと、を備えている。一実施形態において、上記方法は、上記基板を上記第１の化学的溶液に浸漬する前に、上記基板を第２の化学溶液に浸漬して、有機汚染物を実質的に除去するステップを更に備えている。別の実施形態において、上記方法は、更に、上記基板を上記第２の化学的溶液に浸漬した後であって、上記基板を上記第１の化学的溶液に浸漬する前に、化学的結合にダメージを及ぼすような高い温度の炉で上記基板を加熱するステップを備えている。

別の態様において、本発明は、基板の表面を粗面化する装置において、粗面化操作中に基板を支持するように適応されるベースと、基板の表面から所定の距離において且つ基板の表面に対して約６０°未満の角度で基板の表面に対して粒を投射するように適応されるノズルを有する加圧粒排出ノズルと、粗面化操作中に上記ノズルとベースとの間に相対的な移動を与えるように上記ベース及び粒源の１つ以上を回転するための駆動メカニズムとを備えた装置を包含する。

それ故、本発明の方法及び装置は、シリコン含有基板、１つの好ましい実施形態では、テクスチャー処理された石英表面、の処理を行うことが明らかであろう。本発明のこれら及び他の効果、並びに特徴は、添付図面を参照した本発明の以下の詳細な説明から完全に明らかとなろう。

好ましい実施形態の詳細な説明

特に指示のない限り、ここに使用する全ての技術的及び科学的用語は、本発明の当業者に対するものと同じ意味をもつ。本発明は、ここに述べる特定の方法、プロトコル及び試薬に限定されないことを理解されたい。というのは、それらは変化し得るからである。ここに引用する全ての出版物及び特許は、本発明のクリーニング及びマイクロ粗面化プロセス及び装置に関連して使用できる方法及び装置を説明し開示する目的で、参考としてここに援用するものである。

Ｉ．定義
「マイクロ粗面化」又は「マイクロ粗面度」とは、表面の平均位置の上下の短距離偏差の二乗平均を意味するもので、当該表面の構造体の異なる空間的周波数または異なるサイズでマイクロ粗面度が分布される仕方を含む。これは、分離された表面欠陥及びダスト粒子のような汚染物から区別されるべきものである。

ここで使用する「基板」という語は、クリーニング又はマイクロ粗面化動作を受ける部分、基板上の膜、均質なウェハ又は多層ウェハの形態の半導体材料を含むが、これらに限定されないことを理解されたい。

ここで使用する「半導体材料」という語は、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及びIII-V族半導体材料を含むが、これらに限定されない。

「基板表面」という語は、半導体デバイス基板、並びに半導体デバイス基板に製造された全ての層を含む。それ故、基板表面とは、全ての構造体が形成されている基板の現在の最上面を指す。

ここで使用する「加圧」という語は、大気圧より高い圧力を指す。

ここで使用する「粒」とは、超硬質の結晶または多結晶物質または物質の混合物のような磨き粒子を指し、ダイアモンド、多結晶ダイアモンド、立方体窒化ホウ素及び多結晶立方体窒化ホウ素を含むが、これらに限定されない。

ここで使用する「エッチング」という語は、材料の選択的除去を指す。これは、クリーニング、研磨及びテクスチャー処理を含むが、これらに限定されない。

ここで使用する「超音波」という語は、一般に、約１８ＫＨｚより高く且つ２ＭＨｚ以上まで上方に延びる周波数レンジにおける音響擾乱を指す。

本発明は、以下の好ましい実施形態により更に説明する。添付図面において、同じ特徴が同じ番号で示され、２つ以上の図面に現われる同じ番号は、同じ特徴を指している。

II．本発明の方法及び装置
本発明は、１つの態様において、基板の表面をクリーニングし、マイクロ粗面化し、またはその他処理する方法を提供する。以下に詳細に述べる方法は、従来技術に勝る多数の効果を有するマイクロ粗面化された基板表面を形成できることが分かった。基板は、表面の下にあまりクラックをもたず、これは、表面に累積したダストや他の汚染物のような粒状物体の薄片化または脱落を減少する。更に、表面の形状及び粗面度は、半導体処理の工程中にこのような粒状物体を収集するための改良された接着特性を与える。更に、表面積が増加され、これは、基板への汚染物層の静止摩擦を高める。

この方法は、ロッド、管、るつぼ、ドーム、チャンバー及びベルジャーにおいて通常見られる高純度石英から汚染物をクリーニングするのに特に効果的であることが示されている。また、この方法は、チャンバールーフ、ソースリング、カラー及びウェハにおいて見ることのできるポリシリコン及び単結晶シリコンを含むもののような他の半導体ワークピースから汚染物をクリーニングするのにも有用である。以下で考慮するのは、この方法のステップ、及びこの方法を実施するのに有用な装置である。

図２は、本発明の一実施形態により、基板、例えば、高純度石英をクリーニングするための一般的方法２００を示すフローチャートである。好ましい基板は、上述したような半導体製造装置部品を含む。方法２００は、オペレーション２０５でスタートして、オペレーション２１０へ進み、ここで、基板が新しいものであるかどうかの判断がなされる。基板が新しいものでなければ、この方法は、オペレーション２１５へ進み、基板をクリーニングして堆積物を除去する。図７を参照して、１つのこのようなクリーニング方法を詳細に説明する。

半導体製造基板から堆積物をクリーニングするのに種々の方法を使用できる。有機溶媒を使用して基板をクリーニングするための多数の好ましい方法が、参考としてここにその全体を援用する２００１年８月２１日に出願された共有の米国特許出願第０９／９４５，２５９号に説明されている。半導体製造基板をクリーニングするための別の方法が、参考としてここにその全体を援用する２００１年８月１０日に出願された共有の米国特許出願第０９／９２７，２６３号に説明されている。

図２のオペレーション２１５から、この方法は、オペレーション２２０へ進み、基板表面を粗面度及び／又はダメージについて検査する。検査オペレーションは、図８を参照して詳細に説明する。

次いで、オペレーション２２５において、基板表面が粗面度について必要なパラメータを満足するかどうかの判断がなされる。方法２００のオペレーション２２５において、基板が仕様を満足しないと判断された場合には、この方法は、判断２６５へ進み、ここで、基板表面の粗面度が受け容れられるかどうかの判断がなされる。粗面度が受け容れられない場合には、方法２００は、オペレーション２５５へ進み、ここで、基板表面が、以下に述べるように、粗く粒吹き付けされる。オペレーション２６５において基板表面が受け容れられると決定された場合には、方法２００は、オペレーション２６０へ進み、ここで、基板表面をエッチングして、クラックを除去する。

基板が粗面度について必要な仕様を満足する場合には、表面をマイクロ粗面化する必要があるかどうかの判断２３０がなされる。表面をマイクロ粗面化する必要がある場合には、方法２００は、オペレーション２３５へ進み、ここで、基板表面は、マイクロ粗面化プロセスを受ける。マイクロ粗面化プロセスは、図３Ａ−３Ｄを参照して詳細に説明する。

表面をマイクロ粗面化する必要がない場合には、方法２００は、オペレーション２４０へ進み、ここで、基板表面は、最終的なクリーニングオペレーション２４０を受ける。最終的なクリーニングオペレーションは、図６を参照して詳細に説明する。最終的なクリーニングオペレーションに続いて、方法２００は、オペレーション２７０で終了となる。

図２のオペレーション２１０を参照すれば、基板表面がオペレーション２１０において新たなものであると決定された場合には、基板表面がテクスチャー処理されているかどうかの判断２５０がなされる。基板表面がテクスチャー処理されていない場合には、オペレーション２５５において、表面を粗く粒吹き付けして、テクスチャー処理された表面を形成することができる。

粗い粒吹き付けは、当業者に知られた種々の方法で行うことができる。図３Ａ−３Ｄを参照してここに述べるマイクロ粗面化方法、及びその装置を、必要に応じて、例えば、より大きな粒サイズ及び／又は種々の角度変化で使用して、基板表面を、それが適切にテクスチャー処理されるレベルへ粗面化することができる。

図２のオペレーション２５０において、基板表面が適切にテクスチャー処理されたと判断された場合、又は基板表面がオペレーション２５５において粗く粒吹き付けされた場合には、方法２００は、オペレーション２６０へ進み、ここで、基板の表面の下に存在するかもしれないクラックを除去するために基板をエッチングする。エッチングオペレーション２６０は、図４を参照して詳細に説明する。

図２において、エッチングオペレーション２６０に続いて、方法２００は、オペレーション２３０へ進み、ここで、上述したように、表面をマイクロ粗面化する必要があるかどうかの判断がなされる。

半導体製造プロセス中には、材料がウェハに堆積されるだけでなく、半導体製造装置の一部分である基板にも堆積される。ある材料に対し、これら基板の表面が充分に粗面でない場合には、材料が製造部品に付着せず、薄片化して部品からウェハへ剥がれ落ち、ウェハを汚染することがある。現在、ほとんどの場合に、これら製造部品の製造者は、製造部品に充分な粗面度を与えていない。これは、主として、現在の粗面化プロセスが基板部品にダメージを及ぼすか、又は表面を滑らかにし過ぎ、いずれにせよ、全製造プロセスに悪影響を及ぼすことになる。

基板表面を著しく粗面化し過ぎた場合には、吹き付け材料が薄い製造コンポーネントを貫通することがある。他方、シールドが長期間にわたって吹き付けられた場合には、クリーニングプロセスが比較的滑らかな表面を形成し、材料が容易に薄片化してウェハへ剥がれ落ちるのを許すことがある。これらの危険性とは別に、又はそれに加えて、これらの著しく粗面化された基板、特に、石英の表面の下にクラックが生じて、半導体製造中に基板の大きな断片を落下させることがある。図３Ａ−３Ｄを参照して述べる方法は、上記問題を改善する。

図３Ａ−３Ｄは、本発明の原理により、図２のオペレーション２３０及び２３５に示されたマイクロ粗面化プロセス２００を受ける表面３１０を有する基板３０５の実施形態を示す。基板表面のマイクロ粗面化プロセスは、ノズル３２０を伴う従来の加圧粒源３１５を含み、そこから複数の粒（３２５で一般的に示す）が基板３０５の区分の基板表面３１０へスプレーされる。単に説明上、基板３０５は、凹面を有するように示されているが、基板表面は、例えば、平坦、円形等の多数の形状をとり得ることを理解されたい。ベース（図示せず）を設けて、粗面化オペレーション中に基板を支持するように適応させてもよい。

一実施形態では、基板３０５は、高純度の石英材料で作られる。真空型ビード吹き付けツールのような加圧粒源３１５は、基板表面３１０から約３乃至９インチ、好ましくは、６インチの距離に、約６０°未満、好ましくは、約４５±５°、更に好ましくは、４５°の角度で位置される。加圧粒源３１５が上記角度範囲から実質的にずれた角度に位置された場合には、粗面化プロセスにより生じる基板表面３１０は、上述した優れた特性を得られないことがある。この方向依存性のマイクロ粗面度は、基板３０５が半導体製造プロセスに使用されるときに基板表面３１０に向かって進行する例えば金属の汚染物原子または分子の接着を容易にするという望ましい作用を有する。

粒の角度は、粒源移動ユニット３８０により一定に保持されるのが好ましい。或いは又、移動ユニット３８０は、マイクロ粗面化オペレーションの前またはその間に粒放出角度を変更できるように粒源ノズル３２０を調整する手段を含む。

一実施形態において、加圧粒源３１５は、複数の粒３２５を基板表面３１０へ投射するときに、例えば、ホイール３８５、３８６、３８７上の移動ユニット３８０により、図３Ｄに示す複数の方向矢印３３５、３４０で示された方向に、基板表面３１０を横切って、スイープ運動と同様に並進移動される。或いは又、加圧粒源は、図３Ｂに示すように、単一の方向３７０に並進移動される。加圧粒源及び／又は基板表面は、互いに回転されるのが好ましい。

上述した相対的な回転とは別に又はそれに加えて、加圧粒源は、例えば、半径方向アーム３６０上を基板回転軸３５０に向かって移動されてもよい。相対的回転速度と合成されると、加圧粒源と基板表面との間の並進移動は、基板またはアーム３６０の回転軸３５０を中心とする螺旋軌跡３５５を画成する。

放出された粒は、粒衝撃エリア（図示せず）を形成する。上述した相対的回転及び並進移動速度は、粒衝撃エリアを画成し、これら速度の調整により粒衝撃エリアを調整または制御することができる。本発明の一実施形態において、粒衝撃エリアは、基板の中心から半径方向に延びる方向に、ある距離に及ぶ。この実施形態では、マイクロ粗面化方法は、表面３１０及び加圧粒源３１５の１つ以上を互いに回転し、且つ実質的に同時に、加圧粒源を基板の回転軸に向かって移動して、加圧粒源３１５と基板表面３１０との間に相対的な回転及び並進移動を与え、上述した螺旋軌跡３５５を画成することを含む。

本発明の一実施形態では、相対的移動を与えることは、回転軸３５０を中心とした加圧粒源及び／又は基板の各完全な回転３６５に対して粒衝撃エリアが及ぶ距離に等しい距離だけ加圧粒源が移動される割合で加圧粒源を半径方向に移動することを含む。この実施形態では、粒衝撃エリアは、螺旋軌跡が定義されるときに基板の表面を完全に且つ均一にカバーする。これを繰り返して、希望のマイクロ粗面化された表面を得ることができる。

或いは又、相対的移動を与えることは、回転軸３５０を中心とした加圧粒源の各完全な回転３６５に対して粒衝撃エリアが及ぶ距離より小さい距離だけ加圧粒源が半径方向に移動される割合で加圧粒源を半径方向に移動することを含む。

粗面化プロセスに使用される複数の粒３２５は、参考としてここに援用する米国特許第５，１７０，２４５号に開示されたように、酸化アルミニウム、炭化シリコン及び／又は炭化タングステンのような適当な磨き材料で形成することができる。粒サイズは、通常、１６から１００であり、このプロセスの効果的な実施形態では、１６及び１００の中間の粒サイズが使用される。粒３３０は、基板表面３１０を粗面化するに充分な速度で基板表面３１０に投射される。吹き付け時間と、得られる表面の粗面度との関係は、使用する基板の形式に依存し、当業者により決定することができる。

粒衝撃エリアのサイズは、オペレーションパラメータに基づいて変化することを理解されたい。例えば、ノズル３２０の開口は、衝撃エリアのサイズを変化させ、或いは移動が行われる速度も、衝撃エリアのサイズを変化させ、又は圧力を変化させ得る。以上のことから、本発明は、粗面化プロセスにより基板の表面を処理する方法を提供することが明らかである。この方法は、粗面化されるべき物体の表面から所定の距離に且つそれに対して実質的に希望の角度で加圧粒源を位置させるステップと、粗面化された表面を形成するに充分な速度で基板表面に対して加圧粒源から粒を投射するステップとを備えている。粗面化された表面は、表面積を増加させ、ひいては、基板の作用面に対する汚染物層の静止摩擦を増加させる。

図４は、本発明の一実施形態によるエッチングプロセス４００を示す。このエッチングプロセス４００は、オペレーション４１０で開始して、オペレーション４２０へ進み、ここで、エッチング及びマイクロ粗面化パラメータを決定する。オペレーション４２０は、図５を参照して詳細に説明する。

次いで、エッチングプロセス４００は、オペレーション４３０へ進み、ここで、基板表面は、参考としてここに援用する「Ultrasonic Assisted Etch Using Corrosive Liquids」と題する共有の米国特許出願（代理人参照番号５９０８１−８００７．ＵＳ０１）に説明された酸援助エッチングを受ける。この酸援助エッチングオペレーション４３０に続いて、方法４００は、オペレーション４４０で終了となる。

図５は、一実施形態によりエッチング及びマイクロ粗面化パラメータを決定するプロセスを示すフローチャートである。図５において、方法４２０は、５１０で開始して、サンプル（「クーポン」）を得るオペレーション５１２へ進む。次いで、オペレーション５１４において、サンプルがテクスチャー処理されたものであるかどうかの判断がなされる。サンプルがテクスチャー処理されたものでないと判断された場合には、この方法は、オペレーション５１６へ進み、サンプルをテクスチャー処理する。しかしながら、サンプルがテクスチャー処理されたものであると判断された場合には、この方法は、オペレーション５１８へ進み、ここで、表面粗面度テストを実行する。次いで、この方法は、エッチングパラメータ及びマイクロ粗面化パラメータを発見的に決定するオペレーション５２０へ進む。例えば、このような発見的決定は、表面の粗面度に基づくテーブルルックアップを含んでもよい。この方法４２０は、オペレーション５２２で終了となる。

図６は、最終的なクリーニングプロセス６００を示す。図６において、オペレーションは、６１０で開始して、判断オペレーション６２０へ進み、ここで、クリーニングの形式を決定する。オペレーション６２０から、オペレーション６３０において基板表面にＨＦ：Ｈ_２Ｏ_２：ＨＮＯ_３のような酸性溶液をスプレーするか、又はオペレーション６４０においてＨＦ：ＨＮＯ_３：Ｈ_２Ｏのようなクリーニング溶液に基板表面を１０−３０分間浸漬する。

最終的なクリーニング方法６００は、次いで、オペレーション６５０へ進み、ここで、基板表面を２０℃−５０℃の脱イオン水で５−１５分間すすぐ。オペレーション６５０の後にオペレーション６６０が続き、ここでは、基板表面を３８−４６℃の脱イオン水中で約３０分間音波処理する。次いで、オペレーション６７０において、基板表面を、目で見て乾燥するまで、約３−５分間、Ｎ_２で吹き付け乾燥する。クリーニング方法６００は、次いで、オペレーション６８０へ進み、ここで、基板表面を加熱ランプの下またはオーブン内で２−４時間乾燥する。最終的なクリーニング方法６００は、オペレーション６９０で終了となる。

図７は、ウェハ処理中に半導体装置の基板表面に堆積したポリマーを除去することのできる本発明の一実施形態による図２のオペレーション２１５に対応する一般的なクリーニングプロセス７００を示す図である。このプロセス７００は、オペレーション７０５で開始して、オペレーション７１０へ進み、ここで、前検査ステップを実行して、基板表面に堆積したポリマーの形式を決定する。前検査オペレーションは、基板表面を準備してテストすること及び当業者に明らかな他の前検査オペレーションを含むことができる。有機物に対して部品を特徴付けるときに、脱イオン水及び溶媒を使用して抽出を行い、次いで、それらを、全有機炭素分析器（ＴＯＣ）、及びガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、又は質量分光測定を伴うガスクロマトグラフィー（ＧＣＭＳ）により分析する。それとは別に又はそれに加えて、基板全体を高温度でガス抜きし、それにより生じたガスを、ダイナミックヘッドスペースＧＣＭＳ又はＡＴＤ ＧＣＭＳにより分析することもできる。

次いで、オペレーション７１０で決定されたポリマーの形式に基づいて判断７１５を実行する。堆積したポリマーの形式が有機物である場合には、方法７００は、オペレーション７２０へ進み、ここで、基板を有機溶媒に浸漬し、濡らし、ディップし及び／又は蒸気接触させる。有機プロセスポリマーを軟化し、分解して、基板表面から除去するのに、多数の有機溶媒を使用できる。特に好ましい有機溶媒の３つの形式は、ピロール系溶媒、例えば、ｎ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、アルファ−ピロリジノン、ベータ−ピロリジノン、ピロリジン及びピロールと、アミン系溶媒、例えば、ヒドロキシルアミン、エチルアミン、メチルアミン、ジエチルアミン及びトリエチルアミンと、フルオロ／エーテル系溶媒、例えば、エチルパーフルオロイソブチルエーテル、エチルパーフルオロブチルエーテル、ノナフルオロブチルメチルエーテル、ノナフルオロイソブチルメチルエーテル及びデカフルオロペンタンとを含む。

本発明のある実施形態では、有機プロセスポリマーの軟化及び分解率を改善するために、有機溶媒は、例えば、約２３℃から約６０℃に加熱される。

有機溶媒に基板を浸漬するのに続いて、方法７００は、次いで、オペレーション７２５へ進み、ここで、基板表面を残留有機ポリマーの存在について検査する。受け容れられない量の１つ以上の有機ポリマーが表面に残留することがオペレーション７３０で決定された場合には、方法７００は、次いで、オペレーション７３５へ進み、ここで、基板を、大気圧のもとで、例えば、約６００℃から約８００℃の範囲の温度の高温の炉に約２時間入れて、有機ポリマーを破壊する。受け容れられるレベルの有機ポリマーが表面から解放されたことがオペレーション７４０において決定されるまで、オペレーション７３５が繰り返される。

判断オペレーション７１５、７３０及び／又は７４０のいずれかにおいて、基板表面に有機ポリマー残留物が本質的にないことが分かると、方法７００は、オペレーション７４５へ進み、ここで、基板表面が検査、例えば、目視検査によりきれいであると思われるまで、基板を酸性溶液に浸漬する。酸浸漬に使用される酸性溶液は、通常、フッ化水素酸及び／又は硝酸を含む。フッ化水素酸は、基板の表面上のシリコン及びアルミニウム酸化物を分解することによりシリコン及びアルミニウム結合を破壊することができる。これは、関連金属不純物を解放し、それらを表面からすすぎ落とすのを許す。硝酸は、ある金属不純物の可溶性を安定化させ且つ高めて、カルシウムやマグネシウムの非溶解フッ化物を基板の表面から離して溶液中に保持するのに使用できる。ＨＦ：ＨＮＯ_３：Ｈ_２Ｏの好ましい濃度は、１０％：３０％：６０％、１０−２０％：２０−４０％：１００％に至るまで、及び５−３０％：１０−５０％：１００％に至るまで、を含む。

基板表面が、きれいになるまで、酸性溶液に浸漬された後に、方法７００は、オペレーション７５０へ進み、ここで、基板表面を、約２０℃から約５０℃の脱イオン水で５−１５分間すすぐ。脱イオン水でのすすぎに続いて、方法７００は、オペレーション７５５で終了となる。

図８において、プロセス２２０は、８００で始まり、オペレーション８０２において、表面を粗面度について検査する。これは、通常、日本のミトトヨや、米国のフェデラルコーポレーション又はテイラーホブソンのような種々の売主から購入できるプロフィロメーターとして知られた表面粗面度（Ｒａ）ゲージで行われる。

このプロセスは、次いで、オペレーション８０４へ続き、これは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で約２０００の倍率において実行されるのが好ましい。この倍率のＳＥＭ写真ではクラックや他の欠陥を明確に見ることができる。プロセス２２０は、次いで、８０６で完了となる。

ラボラトリースループットを高めると共に、ラボラトリー作業者がここに述べる危険な試薬に曝されるのを減少するために、装置及び／又は方法ステップの１つ以上のコンポーネントを組み込んだロボットシステムを使用することができる。例えば、ロボットによる容器への溶液（酸性または水性）の導入、基板及び／又は加圧粒排出ノズルの回転、及び／又は温度制御を実行して、処理プロセスのスループットを向上させることができる。従って、本発明の一実施形態では、処理プロセスは、このようなタスクを実行するために開発されたロボット又は自動化システムにより行われる。

図９Ａは、本発明のある実施形態により石英表面を処理する方法を示すフローチャートである。図９Ｂは、図９Ａの方法の間の種々の段階における石英表面を示す。図９Ａ及び９Ｂを互いに参照して説明する。

図９Ａにおいて、方法９００は、オペレーション９１０で始まって、オペレーション２５５’へ進み、約Ｒａ１６の初期粗面度から約Ｒａ４００の粗面度へ石英表面を粗く粗面化する。その結果、石英表面の表面積が増加される。図９Ｂの表面９５０は、約Ｒａ１６の表面粗面度を示す。表面９５２は、約Ｒａ４００の粗面度の表面を示す。ある実施形態によれば、粒サイズが３６から１００の範囲の酸化アルミニウム又は炭化シリコンを使用して石英表面に粒吹き付けすることにより、石英表面を粗く粗面化することができる。

オペレーション２５５’から、方法９００は、オペレーション２６０’へ進み、強いエッチングを行って、石英表面の粗面度（及び表面積）を約Ｒａ６００へと更に高めると共に、マイクロクラックを除去する。図９Ｂの表面９５４は、約Ｒａ６００の粗面度の表面を示している。ある実施形態によれば、強いエッチングは、フッ化水素酸、硝酸及び水を１：１：１の比で含むエッチング溶液を使用して石英表面を約３０分から６０分間エッチングすることにより実行できる。他の実施形態によれば、強いエッチングは、フッ化水素酸、硝酸及び水を１：２：２の比で含むエッチング溶液を使用して石英表面を約１２０分間エッチングすることにより実行できる。

オペレーション２６０’から、方法９００は、オペレーション２３５’へ進み、石英表面を微細に粗面化して、粗面度（及び表面積）を約Ｒａ６００＋へと更に高めると共に、石英表面に対する汚染物層の接着性即ち「静止摩擦」を高める。ある実施形態によれば、石英表面は、粒サイズが約２２０の酸化アルミニウム又は炭化シリコンを使用して石英表面を粒吹き付けすることにより微細に粗面化することができる。図９Ｂの表面９５６は、粗面度が約Ｒａ６００＋の表面を示す。

オペレーション２３５’から、方法９００は、オペレーション２４０’へ任意に進み、弱いエッチングを行って、石英表面の粗面度（及び表面積）を更に高める。図９Ｂの表面９５８は、粗面度が約Ｒａ６００＋の表面を示す。ある実施形態によれば、弱いエッチングは、フッ化水素酸、硝酸及び水を１：３：３の比で含むエッチング溶液を使用して石英表面を約２分から３分間エッチングすることにより実行できる。他の実施形態によれば、弱いエッチングは、フッ化水素酸、硝酸及び水を１：１：１の比で含むエッチング溶液を使用して石英表面を約５分から１０分間エッチングすることにより実行できる。方法９００は、オペレーション９６０で終了となる。

以上、特定の実施形態について本発明を説明したが、当業者であれば、本発明から逸脱せずに種々の変更や修正がなされ得ることが明らかであろう。例えば、上述した技術及び装置は、種々の組み合せで使用することもできるし、また、本発明に対する他の用途も意図される。また、ここに述べた特定の実施形態に対する等効物も本発明に使用できることにも注意されたい。

従来の方法により準備される表面を示す図である。 従来の方法により準備される表面を示す図である。 従来の方法により準備される表面を示す図である。 従来の方法により準備される表面を示す図である。 本発明により基板の表面をクリーニングするプロセスを示すフローチャートである。 本発明により基板の表面を処理する装置及び基板を示す図である。 本発明により基板の表面を処理する装置及び基板を示す図である。 本発明により基板の表面を処理する装置及び基板を示す図である。 本発明により基板の表面を処理する装置及び基板を示す図である。 本発明の一実施形態により基板をエッチングするプロセスを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によりエッチング及びマイクロ粗面化パラメータを決定するプロセスを示すフローチャートである。 本発明によるクリーニングプロセスの一実施形態を示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態によるクリーニングプロセスを示すフローチャートである。 粗面度及び／又はダメージについて基板表面を検査する方法を示すフローチャートである。 本発明のある実施形態により石英表面を処理する方法を示すフローチャートである。 図９Ａの方法の種々の段階における石英表面を示す図である。

符号の説明

１００・・・従来の粗面化プロセス、１１０・・・粗粒、１２０・・・表面、１３０・・・基板、１５０・・・クラック、１６０・・・粒子汚染物、１７０・・・断片、２００・・・マイクロ粗面化プロセス、３０５・・・基板、３１０・・・表面、３１５・・・加圧粒源、３２０・・・ノズル、３５０・・・回転軸、３５５・・・螺旋軌跡、３６０・・・アーム、３８０・・・粒源移動ユニット、３８５、３８６、３８７・・・ホイール

Claims (14)

1. 石英半導体製造基板の表面を処理する方法において、
   初期作用面粗面度を有する作用面を与えるように石英半導体製造基板を準備するステップと、
   前記作用面を超音波で酸性エッチングして、前記作用面の粗面度を少なくとも１０％高めるステップと、
   前記作用面を超音波で酸性エッチングした後に、メッシュサイズが１００より大きい微粒で前記作用面を粒吹き付けするステップと、
   を備えた方法。
2. 石英半導体製造基板を準備する上記ステップは、前記初期作用面粗面度が１０Ｒａより大きい石英半導体製造基板を得ることを含む、請求項１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
3. 石英半導体製造基板を準備する上記ステップは、前記初期作用面粗面度が１６Ｒａの石英半導体製造基板を得ることを含む、請求項２に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
4. 石英半導体製造基板を準備する上記ステップは、メッシュサイズが１００以下の粒を前記作用面に粗く粒吹き付けすることにより、前記初期作用面を１００Ｒａより大きな粗面度へ粗面化することを含む、請求項２に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
5. 前記粗面化は、前記初期作用面を、３００Ｒａより大きい粗面度へ粗面化する、請求項４に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
6. 上記超音波での酸性エッチングは、上記作用面の粗面度を少なくとも２５％高める、請求項１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
7. 上記超音波での酸性エッチングは、上記作用面の粗面度を少なくとも５０％高める、請求項１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
8. 前記微粒のメッシュサイズは２００より大きい、請求項１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
9. 前記酸性エッチングは第１の酸性エッチングであり、更に、前記作用面に微粒子吹き付けをした後に前記作用面に第２の酸性エッチングを行うステップを備えた、請求項１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
10. 前記第１の酸性エッチングは、前記第２の酸性エッチングよりも前記作用面から実質的に多くの材料を除去する、請求項９に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
11. 石英半導体製造基板の表面を処理する方法において、
    基板を超音波で酸性エッチングして、前記基板の作用面における１つ以上のクラックを実質的に除去するステップと、
    前記作用面を超音波で酸性エッチングした後に、メッシュサイズが１００より大きい微粒で前記作用面を粒吹き付けするステップと、
    前記基板の表面に、前記基板を使用準備する最終的なクリーニングプロセスを受けさせるステップと、
    を備えた方法。
12. 前記超音波での酸性エッチングの前に前記作用面に粗粒吹き付けを行って、平均的な表面粗面度（Ｒａ）が１００から４００Ｒａの粗面化された表面を形成するステップを更に備えた、請求項１１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
13. 前記最終的なクリーニングプロセスは、
    ＨＦ：ＨＮＯ₃：Ｈ₂Ｏ及びＨＦ：Ｈ₂Ｏ₂：ＨＮＯ₃より成る前記グループから選択された酸性溶液を前記基板に接触させる段階と、
    前記基板を脱イオン水ですすぐ段階と、
    超音波脱イオン水バスにおいて前記基板を超音波処理する段階と、
    前記基板を窒素で乾燥して余分な水分を除去する段階と、
    前記基板を加熱ランプの下またはオーブン内で加熱する段階と、
    を含む請求項１１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。
14. 前記最終的なクリーニングプロセスの前に前記基板の前記表面をマイクロ粗面化するステップを備え、これは、
    （ａ）前記基板表面から所定の距離に且つ前記基板表面に対して６０°未満の角度で加圧粒排出ノズルを位置させる段階と、
    （ｂ）前記ノズルから、マイクロ粗面化された表面を形成するに充分な速度で前記表面に対して粒を放出させる段階と、
    により行う請求項１１に記載の石英半導体製造基板の表面を処理する方法。

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