用于半导体应用的高纯度堇青石材料制造技术

本发明专利技术公开了一种堇青石烧结体，该堇青石烧结体包含：90体积％至98体积％的堇青石晶相，如使用x射线衍射、SEM和图像处理方法所测量的，其中该堇青石烧结体具有至少一个表面，该至少一个表面包含直径为0.1um至5um的孔，如使用SEM和图像处理方法所测量的。该堇青石烧结体的杨氏模量为约125GPa或更大，并且体积孔隙率小于约4％。还公开了制备堇青石烧结体的方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于半导体应用的高纯度堇青石材料


[0001]本公开涉及具有低热膨胀的陶瓷，其包含基本上纯相的堇青石烧结体。更具体地，本公开涉及具有低热膨胀的堇青石烧结体，其适用于半导体加工装置诸如卡盘、曝光设备的工作台、用于光刻设备的光学元件的支撑构件，以及用于半导体制造的具有包含堇青石烧结体的层的光刻图案化掩模版。

技术介绍

[0002]随着半导体制造越来越小型化，在用于此目的的微光刻工艺中需要具有极低热膨胀的材料以获得令人满意的定位精度。因此，在定位晶圆时需要0.1nm范围内的精度，因此需要<0.5ppm/K(即，<0.5
×
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‑6/K)、优选<0.05ppm/K、优选<0.005ppm/K的热膨胀系数，以避免由于小的温度波动而导致的不正确定位。微光刻工艺中使用的材料应同时具有高杨氏模量，以防止振动并确保部件的机械稳定性和高热导率，以在加工期间散发热量和温度变化。
[0003]对于此处使用的部件，例如，衬底支架(称为晶圆载物台)、掩模版和光学支撑构件，目前使用基于Li2O
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Al2O3‑‑
SiO2(LAS)玻璃陶瓷的低膨胀玻璃陶瓷(例如，)或通常基于堇青石的烧结陶瓷。可以制造具有小于0.02ppm/K(在0℃
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50℃的温度范围内)的特别低的热膨胀系数的来自LAS体系的玻璃陶瓷，其中锂高石英固溶体形成主晶相。另一个优点是，由于制造方法的原因，它们没有可测量的孔隙率。然而，它们的杨氏模量通常仅在90至95GPa的范围内，这对于许多应用来说太低了。此外，这些低膨胀玻璃陶瓷具有低热导率。
[0004]如例如在美国专利申请US 2013/0225392中所描述的，含堇青石的陶瓷在20℃
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25℃的窄温度范围内同样具有<0.1ppm/K范围内的热膨胀系数。然而，这种陶瓷由于制造方法的原因是多孔的，并且其特征在于杨氏模量低至70GPa。这种孔隙率导致在抛光时形成缺陷或孔，这使得表面不适合于沉积反射材料以形成用于光刻应用的反射掩模版，其具有非常低的表面粗糙度，以及降低的热导率，在半导体加工期间产生热变化和对于一些应用来说太低的强度。这种陶瓷通常还含有添加剂，诸如掺杂剂和/或烧结助剂以及堇青石结晶相以外的其他相。这些添加剂和堇青石以外的其他相的存在可能导致热膨胀系数(CTE)随温度的变化更大并降低热导率，当用作光刻应用中的反射掩模版时降低曝光精度，以及当用于半导体等离子体处理室中时降低耐腐蚀性和抗腐蚀性。
[0005]电子工业认识到堇青石材料在用作衬底时的有益热性能，并补偿了其有害的孔隙率。例如，美国专利号8,736,810提供了一种反射掩模版，该反射掩模版基本上减少或消除了由于吸收EUV能量而导致的图案变形，其中掩模版包括位于堇青石衬底上方的超低膨胀玻璃层，以补偿多孔表面。然而，这增加了反射掩模版及其制造的材料和工艺成本。此外，玻璃层还降低了掩模版的热导率，从而增加了热梯度，这可能导致图案变形。
[0006]因此，本领域需要一种堇青石材料，该堇青石材料的热膨胀系数(CTE)在整个操作温度范围内基本上为零，杨氏模量基本上大于130GPa，并且基本上不含孔，从而提供高热导率和抛光至低表面粗糙度的能力，可用作例如晶圆支撑件诸如真空或静电卡盘、用于支撑
和定位光学元件的构件以及适于用作半导体制造设备的反射掩模版的一部分的衬底。

技术实现思路

[0007]这些和其他需要通过如本文所公开的各种实施方案、方面和配置来解决：
[0008]在一个方面，提供了一种堇青石烧结体，该堇青石烧结体包含堇青石(Mg2Al4Si5O
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)并具有至少一个表面，其中该堇青石烧结体的密度为2.55g/cc至2.63g/cc。
[0009]在另一方面，提供了一种制备堇青石烧结体的方法，该方法包括以下步骤：a)将包含二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)的粉末合并以形成粉末混合物；b)通过施加热以将粉末混合物的温度升高至煅烧温度并保持煅烧温度以进行煅烧来煅烧粉末混合物，从而产生经煅烧的粉末混合物；c)将经煅烧的粉末混合物置于由烧结设备的工具组限定的体积内并在该体积内产生真空条件；d)对经煅烧的粉末混合物施加压力，同时加热至烧结温度并进行烧结，以形成堇青石烧结体，其中该堇青石烧结体包含Mg2Al4Si5O
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；以及e)降低堇青石烧结体的温度。
[0010]在另一方面，提供了一种光刻掩模版，该光刻掩模版包含至少一层堇青石烧结体，该堇青石烧结体包含Mg2Al4Si5O
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并具有至少一个表面，其中堇青石烧结体的密度介于2.55g/cc和2.63g/cc之间。
[0011]在另一方面，提供了一种支撑卡盘，该支撑卡盘包含至少一层堇青石烧结体，该堇青石烧结体包含Mg2Al4Si5O
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并具有至少一个表面，其中堇青石烧结体的密度介于2.55g/cc和2.63g/cc之间。
[0012]在又一方面，提供了一种支撑结构，该支撑结构包含至少一层堇青石烧结体，该堇青石烧结体包含Mg2Al4Si5O
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并具有至少一个表面，其中堇青石烧结体的密度介于2.55g/cc和2.63g/cc之间。
[0013]在又一方面，提供了一种堇青石烧结体，该堇青石烧结体通过包括以下步骤的方法制备：a)将包含二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)和氧化铝(Al2O3)的粉末合并以形成粉末混合物；b)通过施加热以将粉末混合物的温度升高至煅烧温度并保持煅烧温度以进行煅烧来煅烧粉末混合物，从而产生经煅烧的粉末混合物；c)将经煅烧的粉末混合物置于由烧结设备的工具组限定的体积内并在该体积内产生真空条件；d)对经煅烧的粉末混合物施加压力，同时加热至烧结温度并进行烧结，以形成堇青石烧结体，其中该堇青石烧结体包含Mg2Al4Si5O
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；以及e)降低堇青石烧结体的温度。
[0014]实施方案1.一种堇青石烧结体，所述堇青石烧结体包含：90体积％至98体积％的堇青石晶相，如使用x射线衍射、SEM和图像处理方法所测量的，其中所述堇青石烧结体具有至少一个表面，所述至少一个表面包含直径为0.1um至5um的孔，如使用SEM和图像处理方法所测量的。
[0015]实施方案2.根据权利要求1所述的堇青石烧结体，其中所述堇青石烧结体包含按体积计90％和更多、优选95％和更多、优选90％至97％、优选93％至98％、优选95％至98％、优选90％至95％、优选93％至97％的量的所述堇青石晶相。
[0016]实施方案3.根据实施方案1或2中任一项所述的堇青石烧结体，其中所述至少一个表面包含直径为0.1um至4um、优选0.1um至3um、优选0.1um至2um、优选0.1um至1um的孔。
[0017]实施方案4.根据前述实施方案1至3中任一项所述的堇青石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种堇青石烧结体，所述堇青石烧结体包含：90体积％至98体积％的堇青石晶相，如使用x射线衍射、SEM和图像处理方法所测量的，其中所述堇青石烧结体具有至少一个表面，所述至少一个表面包含直径为0.1um至5um的孔，如使用SEM和图像处理方法所测量的。2.根据权利要求1所述的堇青石烧结体，其中所述堇青石烧结体包含按体积计90％和更多、优选95％和更多、优选90％至97％、优选93％至98％、优选95％至98％、优选90％至95％、优选93％至97％的量的所述堇青石晶相。3.根据权利要求1或2中任一项所述的堇青石烧结体，其中所述至少一个表面包含直径为0.1um至4um、优选0.1um至3um、优选0.1um至2um、优选0.1um至1um的孔。4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的堇青石烧结体，所述堇青石烧结体的密度为2.55g/cc至2.63g/cc，优选2.58g/cc至2.63g/cc，优选2.61g/cc至2.63g/cc，优选2.62g/cc至2.63g/cc，如根据ASTM B962
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17所测量的。5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的堇青石烧结体，所述堇青石烧结体的体积孔隙率为0.1％至4％，优选0.1％至3％，优选0.1％至2％，优选0.1％至1％，优选0.1％至0.5％，优选0.5％至4％，优选0.5％至3％，优选1％至4％，优选1％至3％，优选1％至2％，优选1.5％至3.5％，如根据ASTM B962
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17进行的密度测量所计算的。6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的堇青石烧结体，所述堇青石烧结体的杨氏模量为125GPa至180GPa，优选125GPa至160GPa，优选125GPa至140GPa，优选130GPa至180GPa，优选130GPa至160GPa，优选130GPa至150GPa，如根据ASTM E1876
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15所测量的。7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的堇青石烧结体，其中所述堇青石烧结体是基本上结晶的，如通过x射线衍射所测定的。8.根据前述权利要求1至7中任一项所述的堇青石烧结体，所述堇青石烧结体的表面的算术平均高度(Sa)为75nm和更小，优选50nm和...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：贺利氏科纳米北美有限责任公司，
类型：发明
国别省市：