專利名稱：高純度合成二氧化硅及由其制造的諸如半導(dǎo)體夾具的物品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高純度合成二氧化硅玻璃，具體而言(盡管不限于此)，本發(fā)明涉及由該玻璃制造的半導(dǎo)體夾具在半導(dǎo)體晶片的加工中的用途。
背景技術(shù)：
目前硅單晶片制造中的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程是等離子體或反應(yīng)性離子蝕刻的過(guò)程，在該過(guò)程中(例如)在未受抗蝕劑保護(hù)的區(qū)域中將二氧化硅層從晶片的表面除去。蝕刻過(guò)程在存在含氟氣態(tài)物質(zhì)的條件下進(jìn)行，并且涉及將二氧化硅以揮發(fā)性SiF4的形式除去。在該過(guò)程中，晶片必須保持在夾具中嚴(yán)格受控的位置，該夾具必須不會(huì)給晶片引入雜質(zhì)。此類夾具通常由石英玻璃制造。毛坯的尺寸(石英制造設(shè)備由該毛坯來(lái)制造最終部件)通常為420x353 毫米、418x334毫米和442x365毫米。從大直徑空心錠上方便地切割此類毛坯，并且出于經(jīng)濟(jì)原因，石英玻璃通常由天然石英晶粒的熔融制得。然而，使用天然石英的潛在缺點(diǎn)是其通常包含金屬雜質(zhì)，該雜質(zhì)可轉(zhuǎn)移至晶片，并且玻璃可能包含某些缺陷，例如微氣泡和內(nèi)含物。
從晶片上除去氧化物層的條件會(huì)使得石英玻璃夾具也發(fā)生一定的蝕刻，使得其尺寸逐漸改變，因而此類夾具的壽命是有限的。另外，此類蝕刻可暴露任何微氣泡和內(nèi)含物， 并且這導(dǎo)致了顆粒的釋放，該顆?？蔀楫a(chǎn)品中嚴(yán)重引起缺陷的原因。此類微氣泡和內(nèi)含物的濃度取決于石英的制造方法。相比于焰熔的石英，衍生自電熔晶錠(boule)的石英玻璃中兩種缺陷更多；事實(shí)上，生產(chǎn)商通常忽略尺寸小于80或100微米的氣泡和內(nèi)含物。因此高品質(zhì)的半導(dǎo)體夾具通常由焰熔的石英制造，該石英衍生自天然石英晶體。然而，由天然石英制造的即使最好品質(zhì)的玻璃也包含雜質(zhì)。常規(guī)金屬雜質(zhì)均大于IOOppB (以重量計(jì))，并且一些可達(dá)到幾百ppB的水平，這可導(dǎo)致在蝕刻過(guò)程中顆粒的釋放。在該說(shuō)明書(shū)中，對(duì)雜質(zhì) (例如金屬污染物)和摻雜劑進(jìn)行了區(qū)分，所述雜質(zhì)可對(duì)玻璃的性質(zhì)或?qū)Υ褂迷摬ＡУ倪^(guò)程造成不利影響，所述摻雜劑可為金屬或非金屬，其可對(duì)產(chǎn)品或?qū)^(guò)程產(chǎn)生有益影響。
小的氣泡和內(nèi)含物是石英玻璃產(chǎn)品的特征，在過(guò)去對(duì)于半導(dǎo)體工業(yè)中夾具的制造而言這已被接受。當(dāng)玻璃是由天然原料制造時(shí)，包含的氣泡和內(nèi)含物的數(shù)量較大，并且熔凝石英玻璃的工業(yè)規(guī)格可依據(jù)給定體積的玻璃中缺陷的總體截面積(CSA)，和/或依據(jù)數(shù)量 (大于某一最小缺陷尺寸)(可在代表性體積的玻璃中計(jì)算該數(shù)量)對(duì)該類缺陷進(jìn)行定量。
當(dāng)氣泡和內(nèi)含物非常小時(shí)，此類氣泡和內(nèi)含物難以檢測(cè)和定量，并且通常當(dāng)它們的尺寸已小于例如80微米或100微米時(shí)，它們?cè)谝?guī)格中已不計(jì)數(shù)。另外，可能難以區(qū)分小氣泡和小內(nèi)含物，因此經(jīng)常將兩種缺陷類型在規(guī)格中合并，并在一些情況中描述為“氣泡”， 在其它情況中描述為“內(nèi)含物”。
出售用于制造半導(dǎo)體夾具的常規(guī)電熔的石英玻璃具有以下規(guī)格，該規(guī)格注解了在代表性體積的玻璃中所有氣泡的總CSA，以及在該代表性體積中氣泡的實(shí)際數(shù)量，并且還注解了包括在計(jì)數(shù)中的氣泡的最小尺寸，因此
權(quán)利要求
1.一種透明的合成玻璃質(zhì)二氧化硅玻璃的空心錠，該空心錠的外徑大于400毫米且內(nèi)徑大于300毫米，所述錠具有以下特征 基本不含直徑大于100微米的氣泡或內(nèi)含物； 任意單獨(dú)的金屬雜質(zhì)的含量不超過(guò)IOOppB ;以及 氯含量小于5ppM。
2.如權(quán)利要求I所述的空心錠，該空心錠基本不含直徑大于10微米的氣泡或內(nèi)含物。
3.如權(quán)利要求I所述的空心錠，該空心錠中任意單獨(dú)的金屬雜質(zhì)的含量不超過(guò)lOppB。
4.如權(quán)利要求I所述的空心錠，該空心錠基本不含直徑大于10微米的氣泡或內(nèi)含物，并且其中任意單獨(dú)的金屬雜質(zhì)的含量不超過(guò)lOppB。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，其特征在于，外徑與內(nèi)徑的比例小于或等于 I. 33。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，該空心錠的OH含量小于50ppM。
7.如權(quán)利要求6所述的空心錠，該空心錠的OH含量小于20ppM。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠,該空心錠的氯含量小于IppM。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，該空心錠基本不含氟。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，該空心錠的退火點(diǎn)(粘度IO13泊)高于1200。。。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，該空心錠的假想溫度低于1100°C。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，其特征在于，所述玻璃使用鋁和/或一種或多種稀土金屬摻雜。
13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，其特征在于，所述玻璃使用碳和/或氮摻雜。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，該空心錠通過(guò)以下方式制造由不含氯的二氧化硅前體通過(guò)化學(xué)氣相沉積以形成多孔煙炱體，選擇該多孔煙炱體尺寸以在脫水和燒結(jié)后得到具有以下特征的錠，該錠的內(nèi)徑大于300毫米且外徑大于400毫米，以在浪費(fèi)最小化的情況下獲得內(nèi)徑大于300毫米且外徑大于400毫米的最終產(chǎn)品。
15.如權(quán)利要求14所述的空心錠，其特征在于，以蒸氣的形式將所述不含氯的二氧化硅前體輸送至合成火焰中。
16.如權(quán)利要求14所述的空心錠，其特征在于，以霧化液滴的噴霧形式將所述不含氯的二氧化硅前體輸送至合成火焰中。
17.如權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的空心錠，其特征在于，所述不含氯的前體是硅氧烷或兩種或更多種硅氧烷的混合物。
18.如權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述的空心錠，其特征在于，所述不含氯的前體是烷氧基娃燒。
19.如權(quán)利要求17所述的空心錠，其特征在于，所述硅氧烷是六甲基二硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷或它們的任意兩種或更多種的混合物。
20.一種透明的合成玻璃質(zhì)二氧化硅玻璃的環(huán)形錠或環(huán)，該環(huán)形錠或環(huán)衍生自前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的錠，其適合用于半導(dǎo)體夾具。
21.一種制造空心錠的方法，該空心錠是如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的空心錠，所述方法包括以下步驟 將密度大于0. 4克/厘米3的多孔煙炱體沉積在耐氧化的心軸上； 在真空條件下或在存在還原性氣體的條件下，在包含以下物質(zhì)的心軸上使所述煙炱體脫水，所述物質(zhì)包括石墨、碳纖維增強(qiáng)的碳、碳化硅、硅浸潰的碳化硅、碳化硅涂覆的石墨或玻璃質(zhì)二氧化硅；以及 在真空條件下或在氦氣的氣氛中，使經(jīng)脫水的煙炱體燒結(jié)成透明的無(wú)孔玻璃。
22.—種制造透明的合成玻璃質(zhì)二氧化硅玻璃的空心錠的方法，該空心錠的外徑大于400毫米且內(nèi)徑大于300毫米，所述方法包括以下步驟 將二氧化硅前體進(jìn)料至一個(gè)或多個(gè)合成燃燒器的火焰中； 將密度大于0. 4克/厘米3的多孔煙炱體沉積在直徑至少為300毫米的耐氧化的心軸上； 在真空條件下或在存在還原性氣體的條件下，在包含以下物質(zhì)的心軸上使所述煙炱體脫水，所述物質(zhì)包括石墨、碳纖維增強(qiáng)的碳、碳化硅、硅浸潰的碳化硅、碳化硅涂覆的石墨或玻璃質(zhì)二氧化硅； 以及在真空條件下或在氦氣的氣氛中，使經(jīng)脫水的煙炱體燒結(jié)成透明的無(wú)孔玻璃。
23.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述耐氧化的心軸和所述脫水步驟中使用的心軸是獨(dú)立的，并且所述方法還包括以下步驟在沉積之后且在脫水之前，將所述耐氧化的心軸除去，并使用在其上進(jìn)行脫水和燒結(jié)步驟的所述心軸代替所述耐氧化的心軸。
24.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述耐氧化的心軸和所述脫水步驟中使用的心軸是相同的，并且其中在煙炱沉積后不除去所述耐氧化的心軸，而是將其保留并用于在隨后的脫水和燒結(jié)過(guò)程中支撐所述煙炱體。
25.如權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在不需要第二重熔處理的條件下實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述的尺寸。
26.如權(quán)利要求21-25中任一項(xiàng)所述的方法，在燒結(jié)之前，該方法包括在還原性氣氛中對(duì)所述煙炱體進(jìn)行熱處理的步驟。
27.如權(quán)利要求26所述的方法,其特征在于,所述還原性氣氛包括氫氣、一氧化碳、氨氣、氮?dú)?、烴類氣體或有機(jī)或有機(jī)硅蒸氣、或它們的兩種或更多種的混合物。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)硅蒸氣包括硅氧烷或硅氮烷。
29.如權(quán)利要求21-28中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括對(duì)所述經(jīng)燒結(jié)的體進(jìn)行退火的步驟以實(shí)現(xiàn)假想溫度低于1100°C。
30.如權(quán)利要求21-29中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括使用鋁和/或一種或多種稀土金屬摻雜所述合成二氧化硅玻璃的步驟。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，以液滴的噴霧形式將所述二氧化硅前體和摻雜劑鹽的水溶液進(jìn)料至合適的合成燃燒器的火焰中，所述液滴包含水相的微滴分散在二氧化硅前體的液滴中形成的乳液。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，在燒結(jié)之前，通過(guò)浸入鋁和/或一種或多種稀土金屬的一種或多種鹽溶液中來(lái)對(duì)所述煙炱體進(jìn)行摻雜。
33.如權(quán)利要求21-32中任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括將所述空心錠機(jī)械加工成環(huán)形錠或環(huán)的步驟，以用于半導(dǎo)體夾具或者其它用途，同時(shí)使得合成玻璃質(zhì)二氧化硅材料的浪費(fèi)最小化。
34.如權(quán)利要求21-33中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)用于燒結(jié)的心軸的直徑以及沉積過(guò)程的持續(xù)時(shí)間都進(jìn)行選擇，使得在燒結(jié)后所述空心錠產(chǎn)品將具有如權(quán)利要求I和5所述的合適的內(nèi)徑和外徑，并且在不需要第二重熔處理且在由機(jī)械加工損失的合成玻璃質(zhì)二氧化硅材料的浪費(fèi)最小的情況下將獲得所需產(chǎn)品。
全文摘要
本文揭示了透明的合成玻璃質(zhì)二氧化硅玻璃的空心錠，該空心錠的外徑大于400毫米且內(nèi)徑大于300毫米。所述錠基本不含直徑大于100微米的氣泡和內(nèi)含物，其任何單獨(dú)的金屬雜質(zhì)的含量不超過(guò)100ppB，并且其含有的氯濃度小于5ppM。本文還揭示了制造此類錠的方法，在該方法中將密度大于0.4克/厘米3的多孔煙炱體沉積在耐氧化的心軸上。在真空條件下或在存在還原性氣體的條件下在包含以下物質(zhì)的心軸上使所述煙炱體脫水，所述物質(zhì)包括石墨、碳纖維增強(qiáng)的碳、碳化硅、硅浸漬的碳化硅、碳化硅涂覆的石墨或玻璃質(zhì)二氧化硅，然后在真空條件下或在氦氣的氣氛中燒結(jié)成透明的無(wú)孔玻璃。
文檔編號(hào)C03B19/14GK102985378SQ201180033912
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者R·B·寇派斯, A·芒迪, I·G·塞斯 申請(qǐng)人:賀利氏石英英國(guó)有限公司