(57)【要約】【課題】プリクリーンに代表される酸化膜除去工程における石英ガラス製治具自体からの発塵、あるいは、前記治具に付着した酸化物が半導体ウェーハに再付着することによるパーティクルを抑制し半導体製品の歩留まりを維持向上するための石英ガラス製治具および石英ガラス製治具の再生方法を提供する。【解決手段】本発明による石英ガラス製絶縁体では、その全部を耐薬液特性に優れた非発泡材料を使用すること、また絶縁治具の外周部を曲面状に構成し、その上部に５度以上６０度以下の傾斜を設け、かつ前記絶縁治具の外周部の再上部に曲面状に加工する。【選択図】　図１
2004146437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの処理に用いられる石英ガラス製絶縁体に、炭酸カルシウム等の発泡成分やアルゴン等の不活性ガスに起因する数十マイクロメートルの気泡を含有せず、微量の金属酸化物に起因する数マイクロメートル程度の微細な微粒子を含む不透明石英母材、もしくは、気泡を一切含まない透明石英母材で構成された非発泡性石英ガラスを使用することを特徴とした石英ガラス製絶縁体。
【請求項２】
石英ガラス製絶縁体の上面の外周部分が凸面なる曲面もしくは平面なる傾斜面で構成され、前記治具上面の外周部分のうち、最も内側に位置する点における曲面の接線の傾斜角度が５度以上かつ６０度以下であることを特徴とした請求項１記載の石英ガラス製絶縁体。
【請求項３】
半導体ウェーハの処理に用いられる石英ガラス製絶縁体の外周部分に薬液等の化学的方法で前記治具の表面に密着した異物を除去した後、熱による表面溶融処理を行い、前記治具表面の外周部分の粗度がＲＡ５マイクロメートル以上の時は石英ガラス等の低切削性ビーズを用いたグリッドブラスティングを、ＲＡ５を超える場合はアルミナ等の高切削性ビーズと水媒体とを用いたウェットブラスティングを行った後に、半導体ウェーハの処理に用いられることを特徴とする石英ガラス製絶縁体の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの製造過程における導電膜形成前の酸化膜除去処理工程であるプリクリーン処理チャンバ、気相成長膜生成処理チャンバ、あるいは酸化膜のエッチング処理チャンバ等に使用する石英ガラス製絶縁体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェーハの配線間を繋ぐ導電膜形成工程として、ＰＶＤあるいはメタルＣＶＤの成膜処理の前に、プリクリーンと呼ばれる酸化膜除去工程を行うことがある（例えば、特許文献１参照）。以下、従来の技術ならびに本発明に共通する部分について、例示した図２を参照しながら説明する。
【０００３】
図２は、プリクリーン処理を行うプリクリーンチャンバを構成する図である。図２において、２００はプリクリーンチャンバの断面構成図である。１は半導体ウェーハ、２０１は石英ガラス製絶縁体、２０２は石英ガラス製ドーム、２０３はＯリング、２０４はシールド、２０５は金属製ペディスタル、２０６はアンテナピン、２０７はウェーハ保持用ピン、２０８はウェーハ位置昇降用リフター、２０９はスリットバルブである。なお、従来のプリクリーンチャンバ２００においては、治具２０１および２０２に対して、耐熱性その他の利点から、石英ガラス製の材料が多用される。
【０００４】
Ｏリング２０３は、プリクリーンチャンバ２００内、つまり石英ガラス製ドームの内部を真空に保つために用いているものである。また、スリットバルブ２０９は、図２には例示していないが、隣接する搬送チャンバとの分離を目的としたものである。
【０００５】
次にプリクリーンチャンバ２００で行われる処理について、引き続き図２を用いて説明する。
【０００６】
半導体ウェーハ１は、まずスリットバルブ２０９が開いた後、プリクリーンチャンバ２００に入った後、ウェーハ保持用ピン２０７が上昇し、ウェーハを保持する。その後、スリットバルブ２０９が閉じ、再びウェーハ保持用ピン２０７が下がり、ウェーハ１が金属製ペディスタル２０５に載置され、金属製ペディスタル２０５ごとプロセス位置となるシールド上部まで持ち上げられる。その後、プリクリーンチャンバ２００の内部にアルゴン等の不活性ガスが導入され、プラズマ放電を発生させることにより、不活性ガスの原子が、陰極である金属製ペディスタル２０５に導かれることにより、金属製ペディスタル２０５の上部にあるウェーハ１の表面に衝突し、その表面にある酸化膜の分子が放出され、酸化膜が非選択的に除去される。
【０００７】
除去された酸化物は、その一部が石英ガラス製絶縁体２０１、石英ガラス製ドーム２０２を含む、プリクリーンチャンバ２００内の各治具に付着する。半導体ウェーハ１の処理数量に伴い、各治具に付着する酸化物が増加し、チャンバ２００内に酸化物が蓄積される。特に、石英ガラス製絶縁体２０１に付着した酸化物系の異物はウェーハ１の近傍に位置するためパーティクルの発生源となることから、適度な交換およびクリーニングが必要となる。
【０００８】
交換の周期は、ウェーハ１表面の酸化膜のエッチング速度、前記ウェーハ１面内および前記ウェーハ１間でのエッチング均一性等のプロセス特性の変動、あるいは、前記ウェーハ１のパーティクルにおいて安定した領域が保たれる範囲内で決定されるが、前記の条件の範囲内においては、可能な限り長期間使用できることが望ましい。交換に際しては、コストの問題があるため、薬液洗浄により酸化物を除去する、再生処理を施すのが一般的である。
【０００９】
次に、従来の技術におけるプリクリーンチャンバの構成治具である石英ガラス製絶縁体について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図３は従来の技術における第１番目の石英ガラス製絶縁体およびその周辺の断面図である。３００は石英ガラス製絶縁体、３０１は金属製ペディスタルである。また３０２は石英ガラス製絶縁体３００の最上面、３０３は石英ガラス製絶縁体３００の傾斜面である。
【００１１】
石英ガラス製絶縁体３００の最上面３０２とウェーハの裏面との高さ方向の差は１ミリメートル以下であり、隙間がある。最上面３０２の位置は半導体ウェーハ１よりも径方向で内側に位置し、ウェーハ１が外に出た構造になっている。この場合、アルゴン等の不活性ガスを導入した後、プラズマを発生させると、陰極である金属ペディスタル３０１に不活性ガス粒子が引き寄せられ、表面の酸化物が除去され、それに伴い発生した酸化物の一部が傾斜面３０３に到達する。
【００１２】
傾斜面３０３にある酸化物は、ウェーハ１の表面からは十分距離があるため、再度不活性ガス粒子がその位置に到達しても、再離脱しウェーハ１の表面に再付着する可能性は小さい。しかしながら、ウェーハ１が石英ガラス製絶縁体３００の上部よりも外側に出るため、特にウェーハ１の端部および裏面で端部に近い一部分が、不活性ガス粒子の衝突による影響を受けやすく、パーティクルの発生源となる。そこで、前記の不具合を避けるための改良がなされている。
【００１３】
図４は従来の技術における第１番目の課題に対する改良を加えた石英ガラス製絶縁体を含む図面であり、従来の技術における第２番目の石英ガラス製絶縁体治具およびその周辺治具の断面図である。
【００１４】
図４において４００は石英ガラス製絶縁体、４０１は金属製ペディスタルである。また４０２は石英ガラス製絶縁体４００の最上面、４０３は石英ガラス製絶縁体４００の傾斜面である。この場合も、図３と同様、石英ガラス製絶縁体４００の最上面４０２とウェーハの裏面との高さ方向の差は１ミリメートル以下であり、隙間がある。
【００１５】
石英ガラス製絶縁体４００の最上面４０２の径方向は、ウェーハ１の両端よりも５ミリメートル以上の位置まで達している。つまり、石英ガラス製絶縁体４００の最上面４０２の位置は半導体ウェーハ１よりも径方向で外側に位置し、ウェーハ１が内側に引っ込んだ構造になっている。この場合、不活性ガスの導入の後、プラズマを発生させると、陰極である金属ペディスタルに不活性ガス粒子が引き寄せられ、表面の酸化物が除去され、それに伴い発生した酸化物の一部が傾斜面４０３に到達するのは前記と同じであるが、石英ガラス製絶縁体４００の最上面４０２に、ウェーハ１の直下でマスキングされた領域Ａとそれ以外の領域Ｂの領域が発生する。前者および後者を、それぞれ、マスキング領域、非マスキング領域と呼ぶことにする。
【００１６】
マスキング領域は、石英母材の表面がウェーハ１により遮られているため、プラズマによる衝撃を直接には受けない。一方、非マスキング領域は、直接プラズマによる衝撃を受け、エッチングされる領域である一方、ウェーハ１の表面がエッチングされる際に生じた酸化物系の異物が、極近傍である前記表面の外周部に付着するため、マスキング領域、非マスキング領域の両者には一見した差異は認められず、非マスキング領域が酸化物系の異物が極薄く堆積しているのが見える程度である。しかしながら、プリクリーン処理の使用後の再生処理としてフッ酸等の薬液洗浄を行うことにより、非マスキング領域に堆積していた酸化物系の異物がエッチングされるのに伴い、非マスキング領域に対して、マスキング領域が最大で０．１ミリメートル程度の寸法減少が発生する。この現象は、特に、１回のメンテナンスサイクルで４０時間以上の放電時間があったときに顕著に現れるが、放電を発生させない状態では現れない。
【００１７】
複数回の使用と再生処理により、プラズマの衝撃と薬液洗浄によるエッチングにより、石英ガラス製絶縁体の頂点部分の寸法減少が加速される。石英の極表面は気泡の無い透明層で覆われているが、寸法減少により無数の気泡がある気泡層に到達すると、マイクロクラックが発生し、石英母材の一部が剥離し、付着した酸化物の密着性が悪くなり、再離脱しやすくなることから、パーティクルが発生しやすい。また、マスキング領域と非マスキング領域との境界部分では段差が生じ、不連続な面ができることから、チャンバ内の熱により応力集中を誘発し、石英の剥離や欠損が起こりやすくなり、絶縁体治具自体の寿命を低下させる原因となる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平８−１０７１３９号公報（第３−４頁）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明では、プリクリーンに代表される酸化膜除去工程に用いられる石英ガラス製治具自体からの発塵、あるいは、前記治具に付着した酸化物が半導体ウェーハに再付着することによるパーティクルを抑制し半導体製品の歩留まりを維持向上するための、および、前記治具への衝撃を緩和し寿命を長期化するための石英ガラス製治具および石英ガラス製治具の再生方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による石英ガラス製絶縁体では、その全部を耐薬液特性に優れた非発泡材料を使用すること、また絶縁治具の外周部を曲面状に構成し、その上部に５度以上６０度以下の傾斜を設け、かつ前記絶縁治具の外周部の再上部に曲面状に加工することにより、石英ガラス製絶縁体からの発塵、あるいは、前記絶縁治具の外周曲面部に付着した酸化物が半導体ウェーハに再付着することを避けつつ、絶縁治具の欠損や寸法減少を抑制し、治具の寿命を長期化することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、例示した図１を参照しながら説明する。
【００２２】
ここで、１は半導体ウェーハ、１００は石英ガラス製絶縁体、１０１は石英ガラス製絶縁体１００の頂点、１０２は石英ガラス製絶縁体１００の外周面、１０３は外周面１０２の一部で、上部外周面、１０４は外周面１０２の一部で下部外周面、１０５は上部外周面１０３と下部外周面１０４の変曲点、１０６は座ぐり面、１０７は底面、１０８は金属製ペディスタルである。なお、前記の場合は、一体の石英母材から石英ガラス製絶縁体を作製することを想定しているが、上部外周面１０３を含むリング状の石英ガラスと下部外周面１０４を含む台座状の石英ガラスとを個別に作製し、溶融接着することも可能である。この場合、変曲点１０５はそれぞれの石英ガラスとの接着面の外周部となる。
【００２３】
ここで本発明における第１の実施の形態について説明する。
【００２４】
石英ガラス製絶縁体１００を構成する材料には、その全部もしくは一部に、従来の気泡を有する石英ではなく、非発泡性の石英母材を用いる。ここで、非発泡性の石英母材とは、高融点の金属酸化物を添加した石英で製造された高純度の非発泡性不透明石英で数マイクロメートル程度の極めて微細な微粒子を含む石英母材で、石英母材中に炭酸カルシウム等の発泡成分や、アルゴン等の不活性ガスに起因する数十マイクロメートルの気泡が存在しない石英材料のことを指す。
【００２５】
また、石英ガラス製絶縁体１００には非発泡性の石英母材の代わりに気泡を一切含まない透明石英母材を用いても良い。また、石英ガラス製絶縁体１００の一部に非発泡性石英材料を使用する場合は、上部外周面１０３を有するリング部分に非発泡石英を用いることを必須とし、下部外周面の台座部分に通常の発泡性石英を用いて、バーナー等の熱により上下を溶融接着してもよい。
【００２６】
非発泡石英材料は、通常の発泡性不透明石英に比べて、薬液洗浄時にフッ酸等の薬液によるエッチング速度の増大による寸法減少が起こりにくく、また、表面に露出する気泡が少ないため、熱応力や機械的な応力の集中により石英ガラス製絶縁体の表面が剥離や欠損が起こりにくく、治具の寿命をより長期化させることが可能である。
【００２７】
次に、本発明における第２の実施の形態について説明する。本実施の形態についても、図１と何等変わらないため、図１を参照しながら説明する。
【００２８】
ここで、１は半導体ウェーハ、１００は石英ガラス製絶縁体、１０１は石英ガラス製絶縁体の頂点、１０２は石英ガラス製絶縁体の外周面、１０３は上部外周面、１０４は下部外周面、１０５は上部外周面と下部外周面の変曲点、１０６は座ぐり面、１０７は底面、１０８は金属製ペディスタルである。なお、前記の場合は、一体の石英母材から石英ガラス製絶縁体を作製することを想定しているが、上部外周面１０３を含むリング状の石英ガラスと下部外周面１０４を含む台座状の石英ガラスとを個別に作製し、バーナー等の熱により溶融接着することも可能である。この場合、変曲点１０５はそれぞれの石英ガラスとの接着面の外周部と同じである。なお、石英ガラス製絶縁体の上部外周面１０３の内側と、金属製ペディスタル１０８との間隔は片側で０ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることを必須とするが、なるべく０．３ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２９】
金属製ペディスタル１０８の直径と半導体ウェーハ１との直径との関係は特に規定しないが、なるべく両者は同じ大きさであることが望ましい。この場合、ウェーハ１の位置が平行にずれることにより、金属製ペディスタル１０８のすぐ外側にある石英ガラス製絶縁体の上部外周面１０３をウェーハがマスキングしないように、金属製ペディスタルの表面に軽微なブラスト処理をすると良い。
【００３０】
石英ガラス製１００の外周面の一部、上部外周面１０３については、表面粗度がＲＡで５マイクロメートルから２０マイクロメートルの範囲内になるようブラスト処理を行う。また、上部外周面１０３の曲率半径は、底面１０７の中心点Ｏを基準とし、正の値、つまり凸面、あるいは無限大、つまり平面のいずれかをとるものとするが、下部外周面１０４の曲率半径は、特に規定しない。ここで底面１０７の中心点をＯ、ウェーハの先端をＥ、底面１０６の方向に引いた線と、底面１０６の延長線との交点をＣとしたとき、角ＥＣＯの角度が５度以上６０度以下になるように上部外周面１０３を構成することが必要である。なお、上部外周面１０３、下部外周面１０４の曲率半径がいずれも無限大になるとき、外周面１０２は完全に平面なる斜面となる。
【００３１】
次に、石英ガラス製絶縁体の頂点１０１は完全な鋭角ではなく、曲面で構成する。なお、頂点１０１の曲面の半径は１ミリメートル以上３ミリメートル以下にする。この半径が１ミリメートル未満となったとき、再生による薬液洗浄で欠損が起こる可能性が高くなり、３ミリメートルを超えたとき、仮にウェーハ１の直径が金属製ペディスタル１０８の直径よりも大きい場合は、従来の技術と同様、上部外周面１０３にウェーハでマスキングされる領域とそれ以外の非マスキング領域に分かれるため、段差による石英製ガラス絶縁体１００の欠損が発生しやすい。また、上部外周面１０３の頂点１０１からウェーハの裏面の高さ、または、金属製ペディスタル１０８の最上面の高さまでの間隔は０ミリメートル以上１ミリメートル未満が必須であり、なるべく０．５ミリメートル以下であることが望ましい。この幅が１ミリメートルを超えると、プラズマによる不活性ガス粒子の廻り込みがウェーハ１の裏面に到達し、パーティクルが発生するし、０ミリメートル未満、つまり、金属製ペディスタル１０８の高さよりも石英ガラス製絶縁体１００の頂点１０１が高い場合、仮にウェーハ１の直径が金属製ペディスタル１０８の直径よりも大きい場合は、ウェーハ１の裏面が金属製ペディスタルの最上面に完全には密着しないため、ウェーハ１の全面を均一的にエッチング処理できずに、ウェーハ１の面内の除去膜厚の均一性が保てなくなる、プロセス上の不具合が発生する。
【００３２】
次に、第３の実施の形態として、第１の実施の形態および第２の実施の形態における石英ガラス製絶縁体の再生方法を例示する。
【００３３】
本実施の形態についても、図は第１の実施の形態と何等変わらないため、図１を参照することにする。１回のメンテナンスサイクルで使用した絶縁治具をフッ酸等の薬液で酸化物の付着物を除去し、純水にて洗浄した後、さらにブラスト面である上部外周面１０３にバーナー等による溶融と呼ばれる焼き仕上げ加工を行う。これにより、表面に露出した気泡によるマイクロクラックの表面積を小さくし、表面に滑らかな凹凸を形成する。表面粗度ＲＡが５マイクロメートル以下の時は、切削力の高いアルミナセラミックのブラストビーズと水媒体とで行う、ウェットブラスティングを、５マイクロメートルを超える場合は、切削力の小さいガラスビーズを用いたグリッドブラスティング処理を施すが、このブラスティング処理においても、媒体に水を用いるウェットブラストで行うと母材へのダメージが低減できるためなお良い。
【００３４】
前記の一連の処理を行った後、再度プリクリーンチャンバに使用することで、プラズマ発生による不活性ガス分子衝突による石英母材への衝撃をより小さくし、薬液に対するエッチング耐性を向上させることが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明による第１の実施の形態においては、少なくともウェーハ近傍にある上部外周面で非発泡性の石英材料を用いることで、使用後の再生洗浄の際、特に、ブラスト面である上部外周面におけるエッチング速度を抑制することができ、石英ガラス製絶縁体の粗度が安定するため、外周面における付着酸化物の密着性が良くなり、再離脱によるウェーハ表面へのパーティクルの再付着を防止でき、同一メンテナンスサイクル内でのパーティクルの低位安定化、製品の歩留まり向上の効果が得られ、かつ、石英母材へのダメージも軽減できることから、治具の長寿命化が期待できる。
【００３６】
また、第２の実施の形態において、図１における上部外周面にブラスト処理を施し、かつ、その部分の斜度を５度以上にすることで、プリクリーン処理により除去された酸化物に、再度、プリクリーン処理時に発生するプラズマに伴って不活性ガス分子が衝突したとしても、前記酸化物が半導体ウェーハの表面上に再付着することを回避できる。また、前記外周面の斜度を６０度以下にすることにより、さらには、上部外周面１０３が正の曲率半径をもたせることで、薬液洗浄による石英母材のエッチングで０．１ミリメートル程度の寸法減少が発生した場合においても、上部外周面の先端部における厚みの減少による機械的強度の低下に伴う欠損がなく、治具の寿命低下を防止することができる。また、石英ガラス製絶縁体の上部に半導体ウェーハが重ならないことにより，前記治具の外周面全体がウェーハによるマスキングが及ばない非マスキング領域となるため、同一斜面内で段差が生じないことで特定箇所での不連続な面ができないために、チャンバ内の熱や機械的な応力の集中が発生しにくく、石英母材の剥離や欠損が起こりにくくなり、前記治具の長寿命化が可能となる。また、外周面全体に段差が生じないため、表面粗度に局地的な差が生じず、外周面における付着酸化物の密着性が良くなり、再離脱によるウェーハ表面へのパーティクルの再付着を防止でき、結果的に同一メンテナンスサイクル内でのパーティクルの低位安定化を実現、ひいては、製品の歩留まり向上の効果が期待できる。
【００３７】
さらには、第３の実施の形態による石英ガラス製治具の再生方法として、薬液洗浄および流水洗浄の後でバーナー等の熱加工による溶融処理を施し、表面の粗度を一旦小さくした後、さらに、石英ガラス表面の粗度が一定以上に達している場合には、切削力が弱く母材表面への負担が小さいガラスビーズ等によるブラスティング処理、あるいは、水媒体を用いたウェットブラスティングによる処理を外周面に施すことにより、特に、第１の実施の形態に記載の非マスキング領域における石英母材の劣化を抑制することができ、第２の実施の形態と同様、表面の粗度を安定化し、パーティクル発生の抑制、歩留まり向上の効果が得られ、さらには、石英ガラス治具の長寿命化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による石英ガラス製絶縁体の断面図
【図２】従来の技術および本発明のプリクリーンチャンバ全体の構成断面図
【図３】従来の技術における第１の石英ガラス製絶縁体の断面図
【図４】従来の技術における第２の石英ガラス製絶縁体の断面図
【符号の説明】
１　半導体ウェーハ
１００、２０１、３００、４００　石英ガラス製絶縁体
１０１　頂点
１０２　外周面
１０３　上部外周面
１０４　下部外周面
１０５　変曲点
１０６　座ぐり面
１０７　底面
２００　プリクリーンチャンバ
２０２　石英ガラス製ドーム
２０３　Ｏリング
２０４　シールド
２０５、３０１、４０１　金属製ペディスタル
２０６　アンテナピン
２０７　ウェーハ保持用ピン
２０８　ウェーハ位置昇降用リフター
２０９　スリットバルブ
３０２、４０２　最上面
３０３、４０３　傾斜面
【図１】
2004146437.tif 000003
【図２】
2004146437.tif 000004
【図３】
2004146437.tif 000005
【図４】
2004146437.tif 000006