高纯度合成二氧化硅及由其制造的诸如半导体夹具的物品制造技术

本文揭示了透明的合成玻璃质二氧化硅玻璃的空心锭，该空心锭的外径大于400毫米且内径大于300毫米。所述锭基本不含直径大于100微米的气泡和内含物，其任何单独的金属杂质的含量不超过100ppB，并且其含有的氯浓度小于5ppM。本文还揭示了制造此类锭的方法，在该方法中将密度大于0.4克/厘米3的多孔烟炱体沉积在耐氧化的心轴上。在真空条件下或在存在还原性气体的条件下在包含以下物质的心轴上使所述烟炱体脱水，所述物质包括石墨、碳纤维增强的碳、碳化硅、硅浸渍的碳化硅、碳化硅涂覆的石墨或玻璃质二氧化硅，然后在真空条件下或在氦气的气氛中烧结成透明的无孔玻璃。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高纯度合成二氧化硅及由其制造的诸如半导体夹具的物品
本专利技术涉及高纯度合成二氧化硅玻璃，具体而言（尽管不限于此），本专利技术涉及由该玻璃制造的半导体夹具在半导体晶片的加工中的用途。
技术介绍
目前硅单晶片制造中的一个关键过程是等离子体或反应性离子蚀刻的过程，在该过程中（例如）在未受抗蚀剂保护的区域中将二氧化硅层从晶片的表面除去。蚀刻过程在存在含氟气态物质的条件下进行，并且涉及将二氧化硅以挥发性SiF4的形式除去。在该过程中，晶片必须保持在夹具中严格受控的位置，该夹具必须不会给晶片引入杂质。此类夹具通常由石英玻璃制造。毛坯的尺寸（石英制造设备由该毛坯来制造最终部件）通常为420x353毫米、418x334毫米和442x365毫米。从大直径空心锭上方便地切割此类毛坯，并且出于经济原因，石英玻璃通常由天然石英晶粒的熔融制得。然而，使用天然石英的潜在缺点是其通常包含金属杂质，该杂质可转移至晶片，并且玻璃可能包含某些缺陷，例如微气泡和内含物。从晶片上除去氧化物层的条件会使得石英玻璃夹具也发生一定的蚀刻，使得其尺寸逐渐改变，因而此类夹具的寿命是有限的。另外，此类蚀刻可暴露任何微气泡和内含物，并且这导致了颗粒的释放，该颗粒可为产品中严重引起缺陷的原因。此类微气泡和内含物的浓度取决于石英的制造方法。相比于焰熔的石英，衍生自电熔晶锭（boule）的石英玻璃中两种缺陷更多；事实上，生产商通常忽略尺寸小于80或100微米的气泡和内含物。因此高品质的半导体夹具通常由焰熔的石英制造，该石英衍生自天然石英晶体。然而，由天然石英制造的即使最好品质的玻璃也包含杂质。常规金属杂质均大于100ppB（以重量计），并且一些可达到几百ppB的水平，这可导致在蚀刻过程中颗粒的释放。在该说明书中，对杂质（例如金属污染物）和掺杂剂进行了区分，所述杂质可对玻璃的性质或对待使用该玻璃的过程造成不利影响，所述掺杂剂可为金属或非金属，其可对产品或对过程产生有益影响。小的气泡和内含物是石英玻璃产品的特征，在过去对于半导体工业中夹具的制造而言这已被接受。当玻璃是由天然原料制造时，包含的气泡和内含物的数量较大，并且熔凝石英玻璃的工业规格可依据给定体积的玻璃中缺陷的总体截面积（CSA），和/或依据数量（大于某一最小缺陷尺寸）（可在代表性体积的玻璃中计算该数量）对该类缺陷进行定量。当气泡和内含物非常小时，此类气泡和内含物难以检测和定量，并且通常当它们的尺寸已小于例如80微米或100微米时，它们在规格中已不计数。另外，可能难以区分小气泡和小内含物，因此经常将两种缺陷类型在规格中合并，并在一些情况中描述为“气泡”，在其它情况中描述为“内含物”。出售用于制造半导体夹具的常规电熔的石英玻璃具有以下规格，该规格注解了在代表性体积的玻璃中所有气泡的总CSA，以及在该代表性体积中气泡的实际数量，并且还注解了包括在计数中的气泡的最小尺寸，因此：另一方面，出售用于类似应用的常规焰熔的石英玻璃具有以下规格：在过去合成二氧化硅玻璃通常出售用于光学应用，因此该合成二氧化硅玻璃已具有较高的视觉品质。如今，规格通常依据代表性体积（例如100厘米3）中存在的所有气泡和内含物的CSA（如规格DIN58927中所述）。因此，常规合成二氧化硅产品的可得级别可如下说明：本专利技术主要涉及半导体工业的高品质部件，该部件含有品质通常与等级0相当的气泡和内含物含量。力图使用由合成玻璃质二氧化硅制造的夹具来代替天然熔凝石英夹具是显而易见的，所述合成玻璃质二氧化硅可具有较高的纯度，并且基本不含微气泡和内含物。然而，通常没有按照该解决方案进行，这部分是由于由可得的合成二氧化硅锭制造这些大直径产品的复杂性，这会导致不可接受的成本，另外部分是由于可得的合成玻璃质二氧化硅玻璃的较高蚀刻速率。因此，至今最大的合成玻璃质二氧化硅锭是通过“直接法”（即，由来自一个或多个燃烧器的二氧化硅合成火焰直接沉积玻璃）来制造的。在该方式中，可制造直径高达2米的晶锭，但由该晶锭制造大的环形部件仅可在显著浪费未利用材料的条件下实现。所需环具有相当低的比例（即外径/内径）将使得情况更加恶化。例如，上述毛坯的比例分别为1.19、1.25和1.21。由实心体制造此类低比例的环导致材料的重大损失，所述损失的材料可能无法用于其它应用。另外，所述直接法获得的玻璃的OH含量通常为600-1200ppM（百万分之一份），这具有降低粘度并且在常规等离子体蚀刻条件下增加蚀刻速率的作用。这是为何不将这些方法用于制造这些应用中的半导体夹具的另一个原因。低OH合成二氧化硅环将看起来更适合于这些应用，但此类低OH玻璃通过两步法实现。通常，从合成火焰沉积二氧化硅烟炱，以形成多孔烟炱体，随后对该多孔烟炱体进行脱水（通常通过在氯气氛中进行加热），然后在氦气气氛中或在真空条件下烧结成无孔玻璃。用于制造此类玻璃的主要沉积方法是VAD（气相轴向沉积）以形成实心圆柱形烟炱体，随后进行烧结以形成实心圆柱体，以及OVD（外部气相沉积），所述OVD包括在心轴上沉积二氧化硅烟炱，该心轴随后被除去，并随后将烟炱体烧结成管状体。对于在半导体夹具中的应用来说，VAD烧结体通常具有相当小的尺寸，并且将需要大量且昂贵的再处理，以实现所需的空心圆柱形产品。玻璃的此类再成形也将导致与任意石墨工具等接触的玻璃体表面受到污染的严重风险，并且这可能需要随后通过机械加工和/或通过用酸蚀刻来除去外表面。迄今，OVD技术已被用于制造光学纤维材料，并且以这种方式制造的最大直径锭通常具有直径为200-250毫米的尺寸，通常具有重的比例，并且被氯污染，已知这会提高石英玻璃的蚀刻速率。即使纯度已是可接受的，再处理此类锭以得到所需的大直径低比例的环将是不经济的，并将再次增加了污染的风险，需要除去产品的表面层。作为使用合成二氧化硅用于半导体夹具的替代方法，人们努力增加由天然石英晶体制造的石英玻璃的耐蚀刻性。通过用一种或多种金属氧化物掺杂石英玻璃实现了有限的成功，该金属的氟化物的挥发性小于硅的挥发性。因此，使用铝氧化物（任选地与一种或多种稀土金属氧化物混合）进行掺杂已被提出作为一种降低石英玻璃蚀刻速率的方式。参见，例如US6,887,576、US7,365,037、US7,661,277和US7,084,084。该方法可获得改进的耐蚀刻性；然而，其存在潜在的缺点，当掺杂的石英玻璃的表面发生一些蚀刻时，会暴露出掺杂剂氧化物的岛状物（islands）。这会导致不希望的表面粗糙化，并且最终导致掺杂剂氧化物的微颗粒的释放，这可能在晶片中造成缺陷。因此，人们开发了另一种替代技术，在该技术中人们努力在玻璃中结合氮（参见US2008/0066497），任选地在存在额外掺杂剂金属的情况下进行（参见US2008/0053151和US2009/0163344）。通过在气态氨中对产品或中间体进行加热，在石英玻璃制品的表面内或者本体中实现了氮的有限浓度。然而，当存在显著量的氮时，在玻璃的任何进一步热加工中存在脱气或气泡形成的危险。如果玻璃可以近终形（nearnetshape）形式制造将显然是较好的，该近终形形式不需要进一步热加工以实现最终产品的尺寸。人们还报道了使用碳掺杂，或联合使用碳和氮掺杂之后增加了合成玻璃质二氧化硅的粘度。这可通过以下方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.09 GB 1011582.21.一种制造适合用于等离子体蚀刻环境的透明的合成玻璃质二氧化硅玻璃的环形半导体夹具的方法，该环形半导体夹具的外径大于400毫米且内径大于300毫米，该环形半导体夹具基本不含直径大于100微米的气泡或内含物，任何单独的金属杂质含量不超过100ppB以及氯含量小于380ppB，所述方法包括以下步骤：将密度大于0.4克/厘米3的多孔二氧化硅烟炱体沉积在外径大于300毫米的耐氧化的心轴上，所述的二氧化硅烟炱是在沉积步骤中通过燃烧至少一种不含氯的二氧化硅前体材料产生的；在真空条件下，在包含以下物质的心轴上使所述烟炱体脱水，所述物质包括：石墨、碳纤维增强的碳、碳化硅、硅浸渍的碳化硅、碳化硅涂覆的石墨或玻璃质二氧化硅；在真空条件下，使经脱水的烟炱体烧结成透明的无孔玻璃，以产生空心锭；以及将所得的空心锭切片产生所述的环形半导体夹具，其中通过所述的沉积、脱水和烧结步骤将所述的空心锭制成相对于环形半导体夹具最终形状的近终形，而不需要第二重熔或改变尺寸处理步骤，且所述环形半导体夹具的透明合成玻璃质二氧化硅在粘度1013泊时的退火点高于1200℃。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不含氯的二氧化硅前体材料是六甲基二硅氧烷、八甲基环四硅氧烷或十甲基环五硅氧烷。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述耐氧化的心轴和所述脱水步骤中使用的心轴是独立的，并且所述方法还...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·B·寇派斯，A·芒迪，I·G·塞斯，
申请(专利权)人：贺利氏石英英国有限公司，
类型：
国别省市：