JP5065660B2 - 半導体処理 - Google Patents

Description

本発明は、粒子汚染が低減された半導体ウェハを提供するための半導体ウェハ処理を対象とする。より詳細には、本発明は、粒子発生を低減した炭化ケイ素を用いて、粒子汚染が低減された半導体ウェハを提供する半導体ウェハ処理、および炭化ケイ素を製造する方法を対象とする。

半導体ウェハの製造には多くの製造工程が含まれる。処理工程のうちの１つは、プラズマエッチングチャンバにおいてシリコンウェハを処理することであって、プラズマエッチングチャンバでは、ＮＦ_３をはじめとするフッ素系化合物が用いられている。かかる化合物は、反応性が高く、腐食性がある。プラズマエッチングチャンバでは、炭化ケイ素構成部品をはじめとするセラミック材料が用いられる。この理由は、炭化ケイ素が、理論上、高密度、高純度、シリコンウェハに熱的に対応し得る高温の材料であり、エッチング化学薬品に対する耐性が高い材料であるためである。

しかし、エッチングチャンバ内でガス拡散プレートをはじめとする炭化ケイ素構成部品を使用すると、半導体ウェハを汚染する多数の望ましくない粒子を発生する。炭化ケイ素はダイヤモンド工具で機械加工されて、特定の形状と大きさの構成部品を形成する。この機械加工は、表層の傷、例えば構成部品上の亀裂や空洞などをもたらす。遊離した炭化ケイ素粒子がその亀裂や空洞に閉じ込められる。エッチング中に、当該粒子が構成部品から解放され、ウェハを汚染する。ウェハ処理か進行するに伴い、当該粒子の密度は低くなる。２００〜２５０のウェハが処理された後には、構成部品から発生される粒子が著しく低減し、この炭化ケイ素構成部品は、商業用ウェハ処理に対して許容できるものになる。新しい炭化ケイ素構成部品をよい状態へと調節する度に２００〜２５０のウェハを浪費することは、スピードとコストと性能とが重要視される産業界にとっては、不経済で非効率である。

Ｎｕｍａｔａらによる米国特許第５，１７９，０４９号は、半導体の熱処理装置のための炭化ケイ素部品を開示している。この炭化ケイ素は、主に、４４ミクロン以下の結晶と少量の鉄不純物を含んだα型炭化ケイ素である。α型炭化ケイ素部品は汚染を低減し、熱処理中の半導体ウェハの出来高を増加させるとされている。
米国特許第５，１７９，０４９号明細書

ウェハの汚染を低減することができるα型炭化ケイ素が存在するが、ウェハの汚染を低減し、種々のタイプの半導体処理チャンバで使用することができる炭化ケイ素および、炭化ケイ素の製造方法が依然として必要である。

一態様においては、方法は、ａ）炭化ケイ素物品を提供すること；およびｂ）炭化ケイ素物品が、半導体ウェハの処理中に１以上の半導体ウェハ上に１ｄｍ^２あたり１６０個以下の粒子を生じさせるように、炭化ケイ素物品の１以上の表面を改変することを含む。

別の態様においては、方法は、ａ）炭化ケイ素物品を提供すること；およびｂ）炭化ケイ素物品が、半導体ウェハの処理中に１以上の半導体ウェハ上に１ｄｍ^２あたり１６０個以下の粒子を生じさせるように、炭化ケイ素物品の１以上の表面を酸化することを含む。

別の態様においては、方法は、ａ）炭化ケイ素物品を提供すること；ｂ）炭化ケイ素物品の１以上の表面を酸化すること；およびｃ）炭化ケイ素物品が、半導体ウェハの処理中に１以上の半導体ウェハ上に１ｄｍ^２あたり１６０個以下の粒子を生じさせるように、炭化ケイ素物品の１以上の表面の被膜を剥離することを含む。

これらの方法によって作製された炭化ケイ素物品は、半導体処理チャンバの構成部品として用いることができる。当該炭化ケイ素物品は、多くの従来の炭化ケイ素構成部品と対比して、処理中の半導体ウェハの汚染を低減し、より効率の高い半導体ウェハ製造工程を提供する。

本明細書の全体を通して、用いられる場合、以下の省略形は、文脈が他を示していない限り、以下の意味を有するものとする。℃＝摂氏温度、μｍ＝ミクロン＝マイクロメートル、ｍ＝メートル、ｃｍ＝センチメートル、ｍｍ＝ミリメートル、ｎｍ＝ナノメートル、ｄｍ^２＝平方デシメートル、Ａ＝アンペア、ｍＡ＝ミリアンペア、ＣＶＤ＝化学気相堆積、ＰＶＤ＝物理的気相成長、ｍｌ＝ミリリットル、ｍｉｎ＝分、ｓｅｃ＝秒、ｍｓｅｃ＝ミリ秒、ｈｒ＝時間、Ｈｚ＝ヘルツ、ｋＨｚ＝キロヘルツ、Ｗ＝ワット＝１ジュール／秒、ｅｒｇ＝１ダインｃｍ＝１０^−７ジュール、ｍＶ＝ミリボルト、１気圧＝７６０トール、１気圧＝１．０１３２５×１０^６ダイン／ｃｍ^２、ｐｓｉ＝ポンド／平方インチ、１気圧＝１４．７ｐｓｉ、ｓｌｐｍ＝大気圧中の２０℃で測定された標準リットル／分、ｒｐｍ＝毎分回転数、Å＝オングストローム＝１×１０^−４ミクロン、ＲＭＳ＝二乗平均平方根、ＳＥＭ＝走査型電子顕微鏡法。

全てのパーセントは、特に他に記さない限り、重量パーセントである。全ての数値範囲は、境界値を含み、および理論上かかる数値範囲の合計が１００％までに制限されている場合を除き、任意の順序で組み合わせ可能である。

方法は、炭化ケイ素物品が、半導体ウェハの処理中に半導体ウェハ上に１ｄｍ^２あたり１６０個以下の粒子を生じさせるように、炭化ケイ素物品の１以上の表面を改変することを含む。典型的には、炭化ケイ素物品は、半導体ウェハの処理中に半導体ウェハ上で６５粒子／ｄｍ^２以下、または例えば、半導体処理中に半導体ウェハ上に３０粒子／ｄｍ^２以下を生じさせる。

炭化ケイ素は、多種多様な方法によって形成することができ、熱伝導性、電気抵抗、密度および結晶構造をはじめとする異なった別々の性質を有する炭化ケイ素を得ることができる。炭化ケイ素は単結晶または多結晶であってもよい。炭化ケイ素には、これに限定されないが、化学蒸着した炭化ケイ素、物理蒸着した炭化ケイ素、反応結合した炭化ケイ素、焼結炭化ケイ素、ホットプレス炭化ケイ素、発泡炭化ケイ素が含まれる。典型的には、炭化ケイ素は、ＣＶＤ炭化ケイ素、ＰＶＤ炭化ケイ素、焼結炭化ケイ素およびホットプレス炭化ケイ素から選択される。より典型的には、炭化ケイ素は、ＣＶＤ炭化ケイ素およびＰＶＤ炭化ケイ素から選ばれる。より典型的には、炭化ケイ素はＣＶＤ炭化ケイ素である。ＣＶＤ炭化ケイ素は、典型的には、β−立方晶系炭化ケイ素である。

典型的には、炭化ケイ素物品は、まず巨視的に機械加工される。一般的に、巨視的な機械加工は、炭化ケイ素物品の望ましくない表面形状が、例えばＣＶＤまたはＰＶＤなどによってそれらが形成された後に除去され、そして、それらの所望の機能に適した物品を形成する。通常の機械加工工程を用いることができる。かかる工程には、これに限定されないが、研削、ラップ仕上げ、ホーニング仕上げ、超音波加工、ウォータージェットまたは研磨加工、レーザ加工、放電加工、イオンビーム加工、電子ビーム加工、化学成形、および電解加工が含まれる。典型的には、表面はダイヤモンド工具で機械加工される。

炭化ケイ素物品が巨視的に機械加工された後、それらの表面の１以上がさらに改変されて、半導体の処理中に半導体ウェハ上に１ｄｍ^２あたり１６０個以下の粒子を生じさせる炭化ケイ素物品を提供する。この方法によって、巨視的加工後に炭化ケイ素物品の表面に残留する亀裂や空洞が低減される。粒子が通常閉じ込められる亀裂や空洞が低減されると、遊離粒子の数が減少する。この方法によって、巨視的機械加工の後に物品上に残留する遊離粒子の多くが除去される。巨視的機械加工後の方法には、これに限定されないが、エッチング、レーザーアブレーション、コーティング、並びに例えば粒子ブラスト、ラップ仕上げ、研磨および超音波加工等におけるような研磨剤またはグリット材を使用することが含まれる。望ましい炭化ケイ素を得るために種々の方法の組み合わせを用いることができる。

一般に、これらの方法は、炭化ケイ素物品の１以上の表面を改変して、Ｒａが０．５ミクロン以下、Ｒｚ（ｄｉｎ）が５ミクロン以下の１以上の表面を実現する。表面粗さは、表面テクスチャのより細かい凹凸からなり、ＲａおよびＲｚ（ｄｉｎ）を含有する。「Ｒａ」とは、ある一定の評価長さ以内に記録された、平均ライン（平均粗さ）からの外形（ピーク）高さのずれの絶対値の算術平均を指す。Ｒａは、０．５ミクロン以下から、もしくは例えば０．１ミクロンから、０．００１ミクロンまで、または例えば、０．０１ミクロン〜０．００５ミクロンまでの範囲である。Ｒｚ（ｄｉｎ）の値は、測定長さ以内の任意の５つの連続したサンプル長さの平均最大ピーク−谷間高さである。ピーク−谷間の距離は、表面形状体の高さと、表面内の凹所または谷との間の距離である。「ピーク」とは、中心線より上にある外形の所与部分上の最大高さの点である。「谷」とは、中心線より下にある所与部分または外形上の最大深さの点である。Ｒｚ（ｄｉｎ）は、５ミクロン以下から、もしくは例えば１ミクロンから、０．００５ミクロンまで、または例えば、０．５ミクロン〜０．０５ミクロンまでの範囲である。

種々の方法を、表面粗の測定に用いることができる。好適な１つの方法は自己共分散関数である。２次元の自己共分散関数は、方向と距離の関数であり、ある方向にある一定の長さで分離している全ての２点の対の高さ形成物の期待値を表す。言い換えると、自己共分散関数とは、特徴的形状体の長さ、すなわちある一定の高さを有する２つのピーク間の長さを表す。自己共分散関数を利用して表面トポグラフィを決定する詳細については、Ｋｉｅｌｙらによる、「走査型プローブ顕微鏡によるトポグラフィ構造の定量化」（ Ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ）、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ、第１５巻、Ｎｏ．４、１９９７年７月／８月、１４８３〜１４９３ページを参照のこと。さらに、粗さのパラメータおよびこれらのパラメータの値を決定する方法の詳細については、ＡＳＭＥ規格Ｂ４６．１−２００２の「表面テクスチャ（表面粗さ、うねりおよびねじれ）」（米国機械学会）２００３年に規定されている。典型的には、表面形状体の方向性表面トポグラフィは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）または光学プロフィロメータを用いて決定される。

結果として得られる炭化ケイ素が所望の粒子発生を有する限り、任意の好適な表面エッチング方法を用いることができる。典型的には、エッチングは、融解塩基または無機酸で行われる。融解塩基でのエッチングは、５００℃〜１２００℃、または例えば８００℃〜１０００℃の温度で実施することができる。酸でのエッチングは、３０℃〜１５０℃、または例えば７０℃〜１００℃の温度で実施できる。

好適な塩基には、これに限定されないが、アルカリ金属塩基、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウムまたはその混合物が含まれる。水酸化カリウムと水酸化ナトリウムが混合物として使用される場合、水酸化カリウムと水酸化ナトリウムの重量比は２：１〜１：２である。典型的には、エッチングは融解水酸化カリウムを用いて行われる。融解塩基のｐＨは、８〜１４、または例えば１０〜１３の範囲にある。

炭化ケイ素表面は、５分〜１２０分、または例えば１５分〜６０分、または例えば２０分〜３０分間、融解塩基に暴露し得る。炭化ケイ素を融解塩基に１２０分を超えて暴露すると、その塩基が表面を腐食し、粒子濃度と表層の損傷を低減するかわりに、表層をより傷つける結果になり得る。

融解塩基処理は大気圧下でなされる。エッチングは、プラズマチャンバまたは任意の好適な装置内で行われ得る。融解塩基処理がなされる環境は不活性雰囲気であってもよい。好適な不活性ガスとしては、これに限定されないが、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、窒素およびそれらの混合物が包含される。ガス流量は５０ｓｌｐｍ〜１５０ｓｌｐｍの範囲である。水素、または水素に１つの不活性ガスを加えてたものを、チャンバ内に発生させてもよい。水素流量は２０ｓｌｐｍ〜１５０ｓｌｐｍの範囲である。融解塩基でエッチングを行うのに典型的な不活性雰囲気は、流量が７０ｓｌｐｍ〜１２０ｓｌｐｍのときはアルゴンガスで、流量が３０ｓｌｐｍ〜７５ｓｌｐｍのときは水素である。

また、酸エッチングは、塩基について記載したような不活性雰囲気においてまたは非不活性雰囲気において実施し得る。酸には、これに限定されないが、フッ化水素酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ_３）、リン酸（Ｈ_３ＰＯ_４）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）またはそれらの混合物が含まれる。酸の濃度は２０〜９０重量％、または例えば５０〜約８０重量％の範囲であり得る。かかる酸濃度は、供給者から商業的に入手することができ、または作業者によって容易に調製することができる。２つ以上の無機酸が一緒に混合される場合、それぞれ重量で等しい量の酸が用いられる。典型的には、フッ化水素酸と硝酸をリン酸と、重量比で２：１：１、または例えば１：２：１、または例えば１：１：２、または例えば１：１：１の重量比で混合した混合物が用いられる。

無機酸は、１５分〜１００分間、または例えば３０分〜約９０分間、または例えば５０分〜７０分間、炭化ケイ素の表面に適用される。

より典型的な、無機酸を用いたエッチング方法では、５０〜８０重量％の濃度の硝酸と、２０〜４０重量％の濃度のフッ化水素酸とを、６０〜９０分間、８５℃〜１００℃の温度範囲で炭化ケイ素の１以上の表面に適用する。

エネルギーアブレーションは、放射エネルギーもしくは電磁波ビームまたは粒子ビームを用いて、炭化ケイ素の表面を改変する。放射エネルギーアブレーションまたは熱処理は、典型的に、従来の真空チャンバ内で行われる。真空は、物品の回りで徐々に形成される。圧力は、１０^−４〜１０^−１０トールまたは例えば１０^−６〜１０^−８トールの範囲であり得る。物品が１０００℃から２０００℃、または例えば１２００℃から１５００℃の温度に上昇される間に、圧力は一定に保たれる。物品は、一定の温度と圧力で２〜１０時間、または例えば４〜８時間保持される。その後、物品は徐々に冷却され、且つ大気圧にされ、チャンバから取り出される。冷却および減圧は５分〜６０分間、または例えば１０分〜３０分間に渡って行われ、チャンバ内にセラミックを残して６時間〜４８時間、または例えば１２時間〜２４時間に渡って室温まで冷却される。

電磁波または粒子には、これに限定されないが、陽子、中性子、電子、Ｘ線、レーザ（高強度光放射）、電気アークとしても知られる放電加工（ＥＤＭ）、およびマイクロ波が含まれる。表面の改変に用いられる装置には、一般的には、セラミック表面上に特定ビームのエネルギーを制御および集中する手段が含まれる。ビームを制御および集中するのに使用される個々の手段は、用いられる電磁放射の個々の種類によってかわる。このような装置は当技術分野ではよく知られている。

一般に、電磁ビームが電子ビーム、イオンビームまたは電気アークによって生成される場合、電流が物品に流れる。電流は、５ｍＡ〜１００ｍＡ、または例えば１０ｍＡ〜８０ｍＡの範囲であり得る。電磁ビームによって送出されるエネルギーは、セラミックの面の平均パワーであるパワー密度の用語によって定義することができる。平均パワー密度は、ビームが向けられる物品の表面上の個所において１０００Ｗ／ｃｍ^２〜５０００Ｗ／ｃｍ^２、または例えば２０００Ｗ／ｃｍ^２〜４０００Ｗ／ｃｍ^２の範囲であり得る。電磁ビームのピークパワー密度は、セラミックの表面上の個所で５０００Ｗ／ｃｍ^２〜１０，０００Ｗ／ｃｍ^２、または例えば５５００Ｗ／ｃｍ^２〜８０００Ｗ／ｃｍ^２であり得る。ピークパワー密度は、ビームが所与のパワー設定において最大集束（すなわち最小スポットサイズ）である場合の、プロセス設定値と定義することができる。電磁ビームの停止時間は、０．１ミリ秒〜５ミリ秒、または例えば０．５ミリ秒〜２ミリ秒の範囲であり得る。

任意の適切なレーザを用いて、炭化ケイ素の表面を所望の形状に改変することができる。例えば、二酸化炭素連続波レーザ、パルスビーム二酸化炭素レーザ、イットリウムガーネット（ＹＡＧ）レーザ、キセノンクロライド（ＸｅＣｌ）エキシマレーザを用いることができる。レーザパワー密度は、８００Ｗ／ｃｍ^２〜２０００Ｗ／ｃｍ^２、または例えば１０００Ｗ／ｃｍ^２〜１５００Ｗ／ｃｍ^２の範囲にある。典型的には、レーザアブレーションは、表面から０．０１〜５ミクロン、または例えば０．１ミクロン〜３ミクロン、または表面から炭化ケイ素の例えば１〜２ミクロンを除去する。

表面酸化としては、８００℃〜２０００℃、または例えば１０００℃〜１５００℃の温度で、通常の開放型空気加熱炉（ｏｐｅｎ ａｉｒ ｆｕｒｎａｃｅ）内に炭化ケイ素の物品を置くことが挙げられる。加熱は５０時間〜４００時間、または例えば１００時間〜２５０時間続く。この工程を促進するために、追加の酸素を加熱炉に圧送してもよい。場合によっては、酸化の過程中に蒸気を空気に混合させて、酸化工程を促進することもできる。蒸気が空気に含まれる場合、典型的には、蒸気は混合物の５体積％〜２０体積％の範囲であり、酸素は９５体積％〜８０体積％の範囲である。

あるいは、この方法は、加熱炉内に酸素が圧送されるている密閉型加熱炉において行われてもよい。典型的には、密閉型加熱炉内の圧力は、５０トール〜１気圧の範囲である。密閉型加熱炉内の酸化は、典型的には、５時間〜３０時間、または例えば１０時間〜２０時間を要する。

酸化物層の厚さは、０．１ミクロン〜１０ミクロン、または例えば０．２ミクロン〜５ミクロン、または例えば０．３ミクロン〜２ミクロンの範囲であり得る。酸化物層を構成する酸化物は、典型的には、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、または酸化ケイ素と二酸化ケイ素との混合物である。次に、酸化物層は、１以上の無機酸を用いて剥離される。好適な酸には、これに限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、リン酸およびその混合物が含まれる。典型的には、フッ化水素酸が用いられる。剥離は２０℃〜９０℃の温度で行われる。

酸化物が除去されると、酸化物が被膜している粗い表面形状と鋭いピークも除去される。炭化ケイ素の粒子を閉じ込め得る亀裂および空洞が低減される。酸化物層を除去することによって、所望の表面形状を有する滑らかな表面が提供される。

ラップ仕上げおよび研磨は、通常の装置、例えば種々のラップ仕上げ装置および研磨パッドなどを用いて行うことができる。ラップ板が用いられる場合、ラップ板は、３００ｍ／分〜３０００ｍ／分、または例えば６００ｍ／分〜２５００ｍ／分の表面速度で回転する。ラップ仕上げおよび研磨は、１ｐｓｉ〜１５ｐｓｉの圧力で、または例えば１時間〜１０時間で行われる。

ラップ仕上げおよび研磨は、スラリー、ペーストおよび乾燥粒子を用いても行うことができる。様々な種類の粒子並びに様々な粒子サイズを用いることができる。ラップ仕上げおよび研磨は、粒子サイズを変更して複数の工程で行われ、所望の表面粗さを得ることができる。

化学的機械的研磨は、式ＡＯ・ｘＺ_２Ｏ_３（式中、Ａは少なくとも１つの二価カチオンであり、Ｚは少なくとも１つの三価カチオンであり、０．０１≦ｘ≦１００である）を有する粒子を用いて行うことができる。カチオンには、これに限定されないが、マグネシウム、鉄（ＩＩ）、亜鉛、マンガン、ニッケル、カルシウムおよびそれらの混合物が含まれる。Ｚカチオンには、これに限定されないが、アルミニウム、鉄（ＩＩＩ）、クロム、チタンおよびそれらの混合物が含まれる。かかる粒子は、５ｍ^２／ｇ〜２００ｍ^２／ｇ、の表面積、および５ｎｍ〜５００ｎｍの平均結晶直径、および１０ｎｍ〜５０００ｎｍの平均凝集粒子直径を有する。ゼータ電位は正、ゼロまたは負であり得る。典型的には、スラリーのゼータ電位は＋１０ｍＶよりも大きいかまたは等しく、または−１０ｍＶよりも小さいかまたは等しい。水性スラリーは０．１重量％〜１０重量％の量で粒子を含む。粒子に加えて、スラリーは、酸化剤または還元剤、例えばヒドロキシルアミン化合物過硫酸アンモニウム、過酸化水素、高分子電解質および有機酸などを含んでもよい。界面活性剤、安定剤、懸濁剤、緩衝材および潤滑剤、並びにキレート剤が含まれてもよい。これに限定されないが、例えばジルコニウム、銅、コバルト、リチウムおよび希土類元素のカチオンをはじめとする追加のカチオンが含まれてもよい。

使用することができる他の研磨粒子には、これに限定されないが、ダイヤモンド、炭化ホウ素、窒化ホウ素、窒化炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素およびそれらの混合物が含まれる。粒子のサイズは０．００５ミクロン〜３０ミクロン、または例えば０．０５ミクロン〜２０ミクロン、または例えば０．５ミクロン〜１０ミクロンの範囲であり得る。ダイヤモンドペーストが使用される場合、粒子のサイズは２ミクロン以下、典型的には１ミクロン以下の範囲であり得る。かかる研磨粒子はスラリーの１重量％から３０重量％含まれ得る。通常の添加剤、例えばキレート剤、緩衝材および界面活性剤などが、通常の量でスラリーに含まれてもよい。

研磨処理の他の形態には、これに限定されないが、固定研磨研削および、グリットブラスト、例えばサンドブラストが含まれる。固定研磨研削は、典型的には、ダイヤモンド、炭化ケイ素および９以上のモース硬度を有する他の研磨剤を用いることが含まれる。また、このような材料の組み合わせも用いることもできる。研磨剤は、粒子形体または砥石車、例えばダイヤモンド砥石の形体であってもよい。砥石車の表面速度は、少なくとも１０００ｍ／分、または例えば２０００ｍ／分〜１０，０００ｍ／分である。粒子は、１０ｐｓｉ〜１００ｐｓｉ、または例えば２０ｐｓｉ〜８０ｐｓｉの圧力で適用される。通常の研磨装置を利用することも可能である。

グリットブラストが用いられる場合、通常のサンドブラスト装置、粒子ブラスト装置およびブラストキャビネットを用いてもよい。研磨剤としては、これに限定されないが、ダイヤモンド、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、炭化ホウ素およびそれらの混合物が挙げられる。研磨剤は、１０ｐｓｉ〜５００ｐｓｉ、または例えば２５ｐｓｉ〜１５０ｐｓｉの圧力で物品の表面に適用される。かかる圧力は、所望の表面が得られるまで適用される。

研磨粒子に加えて超音波を利用することもできる。超音波ツールは、超音波ドライバを含むとツールホルダーと加工中の製品の保持に適したフレームを有する。超音波ドライバは、例えば１５ＫＨｚ〜４０ＫＨｚ、または例えば２０ＫＨｚ〜３５ＫＨｚの周波数でツールを振動させる。超音波エッチングは３０分〜１２０分間、または例えば６０分〜９０分間の範囲である。

材料の被膜が、所望の表面を実現するために用いられ得る。かかる被膜には、これに限定されないが、炭化ケイ素、ケイ素、窒化ケイ素、二酸化ケイ素および炭素が包含される。かかる被膜は、ＣＶＤまたはＰＶＤによってセラミック物品の表面上に堆積させてもよい。被膜を形成するために通常の反応物質を利用することができる。堆積温度および圧力は、被膜の種類に応じて変化する。典型的には、加熱炉の温度は、１０００℃〜１５００℃、または例えば１２００℃〜１４００℃の範囲であり得る。加熱炉の圧力は、２０トール〜７６０トール、または例えば８０トール〜１２５トールの範囲であり得る。被膜の堆積速度は、０．０１ミクロン／分〜５ミクロン／分、または例えば０．５ミクロン／分〜３ミクロン／分の範囲でああり得る。通常、被膜の厚さは、０．０１ミクロン〜１０ミクロン、または例えば０．１ミクロン〜５ミクロンの範囲にであり得る。

炭化ケイ素物品の表面を改変した後、場合によっては、炭化ケイ素の表面をさらに処理して表面上に残っている任意の残渣を除去することもできる。このような任意の処理には、これに限定されないが、希釈無機もしくは有機酸、または超臨界二酸化炭素を用いた処理が含まれる。

好適な酸としては、これに限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸、フッ化水素酸、リン酸、酢酸の希釈水溶液およびそれらの混合物が挙げられる。かかる酸は、典型的には、０．５重量％〜１０重量％の濃度で用いられる。

炭化ケイ素物品を、高圧の反応器内で超臨界二酸化炭素を用いて処理してもよい。超臨界二酸化炭素は、炭化ケイ素物品の亀裂または空洞に容易に浸透し、亀裂および空洞内に蓄積している遊離粒子を除去する。物品は、７０気圧〜２５０気圧、または例えば１００気圧〜２００気圧の圧力で加圧される。

炭化ケイ素の表面は、典型的には、タリステップ（Ｔａｌｙｓｔｅｐ）機械接触型プロフィルメータを用いると、１０Å〜１００Å、または例えば２０Å〜６０ÅのＲＭＳを有する。炭化ケイ素の表面は、ＳＥＭを用いて、所望の粒子濃度と表層仕上げの検査をすることができる。

典型的には、半導体ウェハは、これに限定されないが、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素または炭化ケイ素を含む材料からなる。より典型的には、半導体ウェハはシリコンからなる。１以上のウェハを同時に処理してもよい。

炭化ケイ素物品は、種々のウェハ処理装置で使用することができる。かかる物品には、これに限定されないが、プラズマスクリーン、ガス拡散プレート、焦点リング、サセプタリングおよびウェハ保持装置が一般的に包含される。処理装置には、これに限定されないが、例えばウェハの高温アニーリングなどのためのバッチ処理チャンバ、例えば高速熱アニーリング（ＲＴＡ）加熱炉、高温拡散、窒化物堆積、エピタキシャルシリコン成長、化学蒸着膜成長、ウェハアニーリング、高温拡散などのための単一ウェハ処理チャンバ、およびプラズマエッチングチャンバが含まれる。

以下の実施は本発明を詳細に説明するものであり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

実施例１
通常の研削装置を用いてＣＶＤ炭化ケイ素サセプタリングを機械加工し、表面粗さＲａ＝０．８ミクロンを得る。表面粗さは、接触型プロフィルメータを用いて測定される。機械加工は、最初に、１５０粒度（ｇｒｉｔ）を有するダイヤモンド砥石で、続いて３２０粒度を有するダイヤモンド砥石で行われる。研削は１７５０ｒｐｍの速度で９時間行われる。

サセプタリングは、その後、粒子サイズが４ミクロン〜８ミクロンのダイヤモンドペーストを用いたＰｅｌｌｏｎ Ｐａｄ（商標）のラップパッドを使って、ラップ仕上げされる。ラップ仕上げは、６００ｍ／分の表面速度で２時間行われる。

表面粗さは接触型プロフィルメータを用いて測定される。Ｒａ値は０．１ミクロンであると決定され、Ｒｚ（ｄｉｎ）は１ミクロンであると決定される。

サセプタリングは、その後、ウェハボート内に置かれ、半導体ウェハがサセプタリング内に置かれる。ウェハボートは、その後、通常のＣＶＤ加熱炉内に置かれる。加熱炉は１１００℃の温度まで加熱され、エピタキシャル膜形成のために不活性アルゴンおよび水素雰囲気が生成される。ウェハを備えたウェハボートが加熱炉の中で６時間加熱される。その後、加熱炉は室温に冷却され、サセプタリングと、ウェハを備えたウェハボートは、加熱炉から取り出される。ウェハ上の炭化ケイ素粒子の数は、１６０粒子／ｄｍ^２未満と予測される。

実施例２
実施例１に記載したように、通常の研削装置と方法を用いて、ＣＶＤ炭化ケイ素サセプタリングを機械加工し、表面粗さＲａ＝０．８ミクロンを得る。表面粗さは、接触型プロフィルメータを用いて測定される。

サセプタリングは、その後、粒子サイズが４ミクロン〜８ミクロンのダイヤモンドペーストを用いたＰｅｌｌｏｎ Ｐａｄ（商標）のラップパッドを使って、ラップ仕上げされる。ラップ仕上げは、１２００ｍ／分の表面速度で２時間行われた。サセプタは、その後、粒子サイズが２ミクロン〜４ミクロンのダイヤモンドペーストを用いて３時間研磨される。接触型プロフィルメータを用いて測定すると、Ｒａは０．０５ミクロン未満になると予測され、Ｒｚ（ｄｉｎ）は０．５ミクロン未満になると予測される。

サセプタリングは、その後、ウェハ保持装置内に置かれ、半導体ウェハはサセプタリング内に置かれる。当該装置は、その後、不活性アルゴン雰囲気のＣＶＤ加熱炉内に置かれる。加熱炉の温度は室温から１１００℃に上げられる。当該装置は加熱炉の中で１０時間加熱される。加熱炉は、その後、室温へ冷却される。ウェハ保持装置が室温に達したときに、加熱炉から取り出される。シリコンウェハが当該装置から取り出される。ウェハ上の炭化ケイ素粒子の数は、１６０粒子／ｄｍ^２未満と予測される。

実施例３
実施例１に記載したように、通常の研削装置を用いて、ＣＶＤ炭化ケイ素サセプタリングを機械加工し、表面粗さＲａ＝０．８ミクロンを得る。表面粗さは、接触型プロフィルメータを用いて測定される。

サセプタリングは、その後、粒子サイズが０．２５ミクロン〜１ミクロンのダイヤモンドペーストを用いたＰｅｌｌｏｎ Ｐａｄ（商標）のラップパッドを使って、ラップ仕上げされる。ラップ仕上げは、１５００ｍ／分の表面速度で３時間行われる。サセプタは、その後、０．２５ミクロンから１ミクロンのサイズを有する粒子によるダイヤモンドペーストを用いて４時間研磨される。Ｒａは０．００５ミクロンであると予測され、Ｒｚ（ｄｉｎ）は０．０５ミクロンであると予測される。

サセプタリングは、その後、１１００℃で１００時間、標準的な熱による開放型空気加熱炉内に置かれ、リングの表面上に０．４ミクロン厚さの二酸化ケイ素の層を生成する。その後、温度は周囲温度に冷却される。サセプタリングが冷却されたときに、１Ｎのフッ化水素酸溶液に３０分間３０℃で浸漬して、サセプタから二酸化ケイ素の層を剥離する。

サセプタは、その後、ウェハボート内に置かれる。シリコン半導体ウェハがサセプタボート内に置かれ、ボートはその後、加熱炉の中に置かれる。加熱炉には、不活性ガスのアルゴンと水素が供給される。加熱炉は１２００℃へ加熱され、ボートは加熱炉の中で１０時間放置される。加熱炉の温度を室温まで冷却させる。ウェハ上の炭化ケイ素粒子の数は、３０粒子／ｄｍ^２未満と予測される。

実施例４
実施例１と同じ手順に従って、ＣＶＤ炭化ケイ素サセプタリングを機械加工し、Ｒａ＝０．８を達成する。サセプタは、その後、２０％の酸素を含む標準的な熱による開放型空気加熱炉内に置かれる。加熱炉の温度は１０００℃まで上げられ、圧力は１気圧に維持される。サセプタは加熱炉の中で１２時間加熱され、サセプタの表面上に０．１ミクロンの厚さの二酸化ケイ素の層を生成する。

サセプタは、その後、ウェハボート内に置かれる。半導体ウェハがサセプタ内に置かれ、ボートは、その後、不活性なアルゴンと水素雰囲気の加熱炉の中に置かれる。加熱炉は１２００℃まで加熱される。ボートは、加熱炉の中で１０時間加熱される。加熱炉の温度は、その後、室温まで冷却される。ウェハ上の粒子の数は、６５粒子／ｄｍ^２未満と予測される。

実施例５
実施例１で記載したとおり、ＣＶＤ炭化ケイ素サセプタリングを機械加工して、Ｒａ＝０．８を得る。サセプタリングは、その後、標準的な熱による開放型空気加熱炉内に置かれ、リングの表面上に０．８ミクロンの厚さの二酸化ケイ素の層を生成する。

開放型空気加熱炉の温度は、１１００℃で２００時間維持され、サセプタリングの面上に二酸化ケイ素の層を生成する。加熱炉は、その後、周囲温度に冷却される。サセプタリングが冷却されたときに、サセプタを１Ｎのフッ化水素酸溶液に３０分間３０℃で浸漬して、サセプタから二酸化ケイ素の層を剥離する。

サセプタの表面粗さが接触型プロフィルメータを用いて測定される。Ｒａは０．１ミクロンであると測定され、Ｒｚは１ミクロンであると測定される。

サセプタリングはウェハボート内に置かれ、シリコン半導体ウェハがリング内に置かれる。ボートは、その後、加熱炉の中に置かれ、１０５０℃の温度まで加熱される。ボートは加熱炉の中で５．５時間、アルゴンと水素雰囲気中に放置される。５．５時間後、加熱炉は室温まで冷却される。ボートが室温に達したときに、加熱炉から取り出される。ウェハは、１６０粒子／ｄｍ^２未満を有すると予測される。

実施例６
実施例１に記載するとおり、化学蒸着した炭化ケイ素サセプタリングを機械加工して、Ｒａ＝０．８を得る。サセプタリングは、その後、標準的な熱による開放型空気加熱炉内に置かれ、リングの表面上に１ミクロンの厚さの二酸化ケイ素の層を生成する。

開放型空気加熱炉の温度は、１１００℃で３００時間維持され、サセプタリングの面上に二酸化ケイ素の層を生成する。加熱炉は、その後、周囲温度に冷却される。二酸化ケイ素被膜されたリングは、その後、１Ｎのフッ化水素酸溶液に３０分間３０℃で浸漬し、リングから二酸化ケイ素の層を剥離する。

サセプタは、その後、ウェハボート内に置かれる。シリコン半導体ウェハがボート内に置かれ、ボートは加熱炉の中に置かれる。加熱炉は１２００℃まで加熱され、ボートは加熱炉の中に１０時間留められる。加熱炉が冷却されたときに、ボートはウェハと共に取り出される。ウェハ上の粒子の数は６５粒子／ｄｍ^２未満と予測される。

実施例７
０．２５ミクロン〜１ミクロンのダイヤモンド粒子を使用して、化学蒸着した炭化ケイ素ガス拡散プレートを機械的に研磨し、２０ÅのＲＭＳを得る。表面はタリステップ機械接触型プロフィルメータで測定される。研磨したガス拡散プレートは、次に、融解水酸化カリウムを用いて、９００℃で１０分間、その表面上をエッチングされる。エッチングは不活性のアルゴンガス雰囲気中で行われる。

ガス拡散プレートは、次に、高圧の反応加熱炉内に置かれ、超臨界二酸化炭素を用いて２００気圧まで加圧される。ガス拡散プレートは反応器内に５時間維持される。ガス拡散プレートをＳＥＭで検査すると、プレート上には、あったとしてもわずかな粒子しか見られないと予測される。

実施例８
化学蒸着した炭化ケイ素ガス拡散プレートが、５０重量％の硝酸と２０重量％のフッ化水素酸を用いて２０℃で６０分間エッチングされる。ガス拡散プレートは、蒸留水で洗浄され、余分な硝酸が除去される。ガス拡散プレートは、その後、実施例７におけるのと同様に、高圧の反応器内に置かれ、超臨界二酸化炭素で処理される。ＳＥＭ分析によると、ガス拡散プレートの表面上には、あったとしてもわずかな粒子が見られるにすぎないと予測される。

実施例９
炭化ケイ素ガス拡散プレートは、アルミナ研磨粒子を用いてウエットサンドブラスト加工される。アルミナ研磨粒子は、１０ミクロン〜２０ミクロンのサイズである。ガス拡散プレートの表面は、３０分間、１０ｍｌ／分のスラリー流量で吹き付けられる。

サンドブラストが完了した後、ガス拡散プレートはブラストチャンバから取り除かれ、実施例７におけるのと同様に高圧の反応器内に置かれ、超臨界二酸化炭素で処理される。ガス拡散プレートをＳＥＭで検査すると、あったとしてもわずかな粒子が見られるだけであると予測される。

実施例１０
実施例１に記載したように、化学蒸着した炭化ケイ素ガス拡散プレートを機械加工して、Ｒａ＝０．８を得る。ガス拡散プレートは、その後、標準的な熱による開放型空気加熱炉内に置かれ、蒸気が加えられ、プレートの表面上に厚さが１ミクロンの二酸化ケイ素の層が形成される。

開放型空気加熱炉の温度は１１００℃で５０時間維持される。空気が混合物の９０体積％を構成し、蒸気が混合物の１０体積％を構成するように、蒸気を空気と混合させる。加熱炉は、その後、周囲温度に冷却される。二酸化ケイ素が被膜されたプレートは、その後、１Ｎのフッ化水素酸溶液に３０分間３０℃で浸漬して、プレートから二酸化ケイ素の層を剥離する。ガス拡散プレートをＳＥＭで検査すると、プレート上には、あったとしてもわずかな粒子が見られるだけであると予測される。

Claims (5)

1. （ａ）炭化ケイ素物品を提供すること；及び、
   （ｂ）該炭化ケイ素物品の１以上の表面を酸化して該１以上の表面上に被膜を形成し、続いて該物品の１以上の表面が０．５ミクロン以下のＲａ及び５ミクロン以下のＲｚ（ｄｉｎ）を有し、かつ該物品が、ウェハ処理中に半導体ウェハ上に１６０個／ｄｍ^２以下の粒子を生じさせるように、前記１以上の表面から前記被膜を剥離することによって、前記炭化ケイ素物品の１以上の表面を改変すること、
   を含む方法であって、
   前記炭化ケイ素物品の１以上の表面が、開放型空気加熱炉内で８００℃〜２０００℃で５０時間〜４００時間酸化されるか又は、前記炭化ケイ素物品の１以上の表面が、密閉型加熱炉内で８００℃〜２０００℃で５０トール〜１気圧において５時間〜３０時間酸化される、方法。
2. 前記炭化ケイ素が、ＣＶＤ炭化ケイ素、ＰＶＤ炭化ケイ素、反応結合した炭化ケイ素、焼結炭化ケイ素、ホットプレス炭化ケイ素または発泡炭化ケイ素から選択される、請求項１記載の方法。
3. 前記酸化物被膜が、１以上の無機酸で剥離される、請求項１記載の方法。
4. 前記酸化物被膜が、０．１ミクロン〜１０ミクロンの厚さである、請求項１記載の方法。
5. 前記炭化ケイ素物品が、プラズマスクリーン、ガス拡散プレート、焦点リング、サセプタリング又はウェハ保持装置である、請求項１記載の方法。