TWI228107B - Plasma resistant quartz glass jig - Google Patents

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TWI228107B
TWI228107B TW090121039A TW90121039A TWI228107B TW I228107 B TWI228107 B TW I228107B TW 090121039 A TW090121039 A TW 090121039A TW 90121039 A TW90121039 A TW 90121039A TW I228107 B TWI228107 B TW I228107B
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plasma
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fixture
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Kyoichi Inagi
Naoki Hayashi
Toru Segawa
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Shinetsu Quartz Products Co Lt
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1228107 A7 B7 五、發明説明（1 ) 〔技術領域〕 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發生’係關於被使用在發生電漿的裝置內之耐電漿 特性優異的石英玻璃夾具。 〔習知技藝〕 經濟部智慧財產^員工消費合作社印製 近年來’在矽晶片等半導體元件的表面處理，逐漸多 被使用利用電漿之蝕刻處理等。在該電漿鈾刻處理，有一 方面將氟系’氯系等鹵素系腐蝕性氣體導入電漿發生室， ，經由石英玻璃製的微波導入窗，將微波經由石英玻璃製 之微波導入窗導入，而將內在的鹵素系腐蝕氣體電漿化， 將半導元件處理之方法，或將鹵素系腐蝕性氣體及微波導 入釣鐘狀的石英玻璃製鐘罎內，將前述鹵素系腐鈾性氣體 電漿化而處理半導體元件之方法，或將鹵素系腐蝕性氣體 及微波導入釣鐘狀的石英玻璃製鐘罎內，將前述鹵素系腐 蝕性氣體電漿化而處理半導體元件之方法，或者使絕緣薄 膜析出在半導體元件表面的方法等。做爲如此之發生電漿 的裝置主窗材，鐘罎，爲了將裝置密封用的環等之夾具， 由於電特性良好和高純度，多被使用以石英玻璃製作的夾 具。然後，此等夾具之接觸電漿的面，係被粗面化而設法 使蝕刻速度安定化與防止附著物剝離。在前述粗面化，被 使用以陶瓷磨刀石粒，鑽石磨刀石粒，二氧化矽磨刀石粒 等的硏削加工法，使用綠碳粉，二氧化矽粉，陶瓷粉等之 磨刀石的噴砂加工等之削取石英玻璃表面的機械性加工法 ，或使用化學藥品之化學性加工法等。可是，在前述硏削 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 1228107 A7 B7 五、發明説明（2 ) 加工法和機械性加工法，當石英玻璃表面被粗面化的同時 將發生微裂痕，在電漿內發生的自由基將對該微裂痕攻擊 ’只將微裂痕部蝕刻成異常之孔，具有最嚴重時石英玻璃 夾具將從其部份破壞的缺點。更且，以硏削加工法和機械 性加工法所形成之微裂痕，有時將被取入雜質面在半導體 元件的處理時揮發，將半導體污染之問題。 一方面，在化學性加工法，雖然能夠得到無上述硏削 加工法與機械性加工法的問題點之石英玻璃夾具，可是近 年來，已被確認在電漿內，氣體與離子或自由基的發生， 同時也放出異常強之紫外線及電子線，即使以化學性加工 法粗面化，石英玻璃夾具也在石英玻璃爲天然石英玻璃時 ，由於含有很多氣泡，將開放氣泡使之露出在表面，使氣 泡部份劣化，更使粒子發生，增加對半導體元件表面之附 著，有使其電特性，特別係絕緣破壞特性劣化之缺點。 鑑於如此的現狀，本發明人等，經重覆專心硏究結果 ，發現將夾具的石英玻璃表面之表面粗糙度R a做爲5 //m〜〇 . 〇5//m，石英玻璃中的氣泡之含有量，做爲 依D I N的泡等級爲0或1，且表面之微裂痕的個數爲 5〇0個/ c m2以下時，能夠得到無異常之蝕刻和發生粒 子，能良好地製造半導體製品的石英玻璃夾具，更且，由 於氫分子濃度爲5 XI 〇16分子/ cm2以上，前述異常之 由紫外線與電子線的夾具表面之劣化將減少，由粒子對半 導體元件的附著之電特性的降低將減少。而且’發現除了 前述外，由於將石英玻璃之雙折射量設定爲7 〇 n m / 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) w in· _11-"， —fl·— an·—·* mammmet§ i^i·— •-" 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 A7 1228107 _ B7 五、發明説明（3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) cm以下，虛擬溫度8 0 0〜1 2 0 0°C之範圍，由異常 的紫外線與電子線之夾具表面的劣化將更少，由此等之不 良影將消失而完成本發明者。亦即， 本發明之目的，係提供在電漿發生裝置使用，異常的 刻與石英玻璃表面之劣化少，且無由取入雜質的半導體元 件之污染的耐電漿蝕刻特性優異之石英玻璃夾具者。 〔發明之槪要〕 達成上述目的之本發明，係被使用在發生電漿的裝置 之石英玻璃夾具，其特徵爲，關於石英玻璃表面之表面粗 糙度Ra爲5//m〜0 · 05//m，玻璃中的氣泡之含有 量爲根據D I N的泡等級係0或1 ，且表面之微裂痕的個 數爲5 0 0個/ c m2以下耐電漿性石英玻璃夾具。 〔圖面之簡單說明〕 第1圖，係將實施例2的被起霜處理之石英玻璃，以 5 % H F飩刻2小時後的表面之1 0 0倍的顯微鏡照片。 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 第2圖，係將噴砂處理的石英玻璃，以5 % H F蝕刻 2小時後的表面之1 〇 〇倍的顯微鏡照片。 〔發明之詳細說明〕 本發明之石英玻璃夾具，係以天然或合成石英玻璃所 製作的夾具，其將與電漿接觸之內表面，係爲了使蝕刻速 度安定化及防止附著物剝離，表面粗糙度R a在5 μ m〜 ϋ張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " ' 1228107 A7 B7 五、發明説明（4) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇· 〇 5 //m的範圍被粗糙化。前述表面粗糙度R a超過 5 //m時，在電漿內發生的自由基在凹部局部地攻擊，將 進行異常之鈾刻。並且，表面粗糙度Ra未滿〇 · 〇5// m時，由電槳生成的2次生成物（例如粒子等）將成爲容 易從表面剝離，有損害半導體元件的特性之危險性。 並且，本發明的石英玻璃夾具，係氣泡之含有量根據 D I N的泡等級爲0或1 ，雙折射量爲7 0 n m / c m以 下地均質爲理想。含有超過前述範圍之氣泡時，氣泡將由 電槳所發生的自由基與離子被侵蝕而開放，成爲異常孔之 前驅體，由接著的異常強之放射線與電子線使劣化進行， 形成大的孔同時將發生粒子。所謂根據D I N之泡等級爲 0 或 1，係依據 D I N (Deutsher Industrie Norm) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 8 9 2 7，在1 0 0 c m 3存在的泡之總斷面積（c m2 ) 爲等級時爲0〜0 · 0 3，1之時爲0 · 0 3〜0 . 1 0 。並且，石英玻璃的雙折射量超過前述範圍時，在其失真 部份將由異常強之紫外線與電子線，使石英玻璃進行高密 度化，而引起微裂痕之粗大化。爲了有效防止如此由異常 強的紫外線與電子線之石英玻璃的高密度化，以將石英玻 璃之虛擬溫度設定爲8 0 0〜1 2 0 0 t的範圍爲理想。 由設定爲前述範圍之虛擬溫度，石英玻璃之密度將降低而 構造被緩和，即使由異常強的紫外線或電子線之照射也將 不易發生缺陷，能夠防止高密度化。做爲前述根據D I N 的泡等級有0或1及雙折射量之石英玻璃，有將矽化合物 在氣相加水分解所得之合成石英玻璃爲合適之例子。並且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' 1228107 A7 B7 五、發明説明（5 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ’石英玻璃的虛擬溫度之設定，係由將石英玻璃以8 0 0 〜1 2 0 0 °C加熱所定時間而被進行。虛擬溫度之測定， 係根據雷射拉曼法。 更且，本發明的石英玻璃夾具，係夾具表面之微裂痕 的個數在5 0 0個/ c m2以下爲重要。夾具表面之微裂痕 個數超過前述範圍時，由在電漿內發生的自由基之攻擊， 蝕刻的進行更快，微裂痕將變大，最嚴重之情況石英玻璃 將從其部份破裂。前述微裂痕的個數爲5 0 0個/c m2以 下之石英玻璃夾具，係如在特開平1 0 - 2 7 3 3 3 9號 公報所記載，將石英玻璃夾具浸漬在氟化氫與氟化銨及醋 酸的溶液，把矽氟化銨之微結晶析出的方法，或如特開平 1 1 一 1 0 6 2 2 5號公報所記載，在石英玻璃夾具之表 面形成矽等的薄膜，以氟化氫水溶液蝕刻處理之方法等化 學性處理製成。在根據此化學處理的粗面化時，控制蝕刻 藥液與石英玻璃之反應很重要，特別係合成石英玻璃時， 藥液的溫度管理很重要，以將藥液之溫度控制在2 0 °C 土 2 °C的範圍爲理想。不在前述溫度範圍時，無法使石英玻 經濟部智慧財產苟員工消費合作社印製 璃表面之表面粗糙度Ra成爲5 〜〇 · 〇 5 //m。石 英玻璃表面之微裂痕的個數，係以觀察顯微鏡照片測定。 除了上述外，本發明之石英玻璃夾具，係以氫分子濃 度5 XI 0 16分子/c m3以上爲理想。由具有此氫分子濃 度，將抑制生成E /中心吸收帶，並且將去除石英玻璃網 目構造內之內部失真，減少由電漿內異常強的紫外線與電 子線之切斷S i - 0結合，將抑制石英玻璃的高密度化， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） " -8 - 1228107 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 減少發生大的微裂痕與粒子。前述氫分子濃度，將由製造 石英玻璃時調整火焰中之氫分子量，或將石英玻璃在 1 0 0〜9 0 Ot，常壓或加壓下的氫氣體環境下處理1 〜1 0 0小時而得到’其測定將根據雷射拉曼法。 本發明之石英玻璃夾具，係如上述在其表面被形成微 細的凹凸，而對紫外線之透過率有的作用。透過率小時， 石英玻璃表面將由紫外線而省化。特別係，由與電漿內的 自由基和離子同時發生之異常強的紫外線與電子線，使石 英玻璃之S i - 0結合斷裂而生成缺陷，進行高密度化， 微裂痕變大，更加快蝕刻速度，將形成大的孔。要防止前 述石英玻璃由紫外線之劣化，以使石英玻璃的內部透過率 ，成爲以2 0 0 nm之紫外線透過率爲8 0%以上，表現 透過率爲3 0〜8 5%爲理想。表現透過率超過8 5%， 由表面成爲粗糙而不可能，並且表現透過率未滿3 〇%時 ’將無法防止在石英玻璃表面之緻密化。前述所謂內部透 過率’係指不包含在玻璃外表面的反射損失之透過率，包 含反射損失者稱爲表現透過率。 本發明之石英玻璃夾具，雖然係如上述將以天然或合 成石英玻璃被製作，可是特別係以氣泡的含量少，且能容 易得到均質性高之石英玻璃的合成石英玻璃爲理想。由於 氣泡少且均質性高，將使鈾刻均勻地被進行，而不會引起 異常之蝕刻。 以下，將以具體例詳細說明本發明，可是此等實施例 ’係例示性地顯示者，本發明並不限定於此等。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --訂----- 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -9- 1228107 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 實施例 〔實施例1〕 將根據D I N的氣泡等級爲〇之合成石英玻璃，浸漬 在5 〇 %的氟化氫水溶液約2 4質量％，氟化銨約1 7質 量％，1 0 0%之醋酸水溶液約3 5質量％及水約2 4質 量％的起霧處理液，以析出矽氟化銨之微結晶的化學性處 理’製成表面粗糙度Ra爲〇 · 5//m，Rma X爲2// m之石英玻璃。在該石英玻璃，未存在微裂痕。將此石英 玻璃加工，做爲以輸出1 kw被導入C F4/〇2氣體的電 漿裝置之微波導入窗材。將矽晶片載置在該電漿裝置內， 使之發生電漿，進行矽晶片的蝕刻處理，雖然處理 5 0 〇 〇張的矽晶片，可是並未能確認粒子之異常增加。 〔比較例1〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 除了在實施例1使用的化學性處理液，將在D I N之 氣泡等級爲2的天然石英玻璃浸漬以外，以與實施例1相 同之方法進行化學性處理，製成窗材，與實施例1同樣地 進行矽晶片的蝕刻處理，結果在2 0 0 0張；處理被確認 發生異常之粒子。 〔比較例2〕 將根據D I N的氣泡等級爲2之天然石英玻璃的表面 ，以# 1 8 0之S i C粒子噴砂。在所得的石英玻璃之表 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 1228107 δ7 Α7 Β7 五、發明説明（8 ) 面，存在有如照片2的微裂痕10 ’ 000〜 100，0 0 0個/cm3。使用此石英玻璃製作石英玻璃 窗材，與實施例1同樣地進行矽晶片之蝕刻處理，結果從 一開始就發生粒子，而無法進行飩刻處理。 〔實施例2〕 將四氯化矽以氣相加水分解’得到氫分子濃度爲1 5 XI 016分子/cm3，在D IN的氣泡等級爲〇之合成石 英玻璃。接著，用此石英玻璃製成電漿裝置之窗材’浸漬 在5 0 %砂氟化氫水溶液約2 4質量％ ’氟化銨約1 7質 量％，1 0 0 %之醋酸水溶液約3 5質量％及水約2 4質 量％的化學性處理液，使之析出矽氟化銨的微結晶，得到 表面粗糙度Ra爲0 · 5//m，Rma X爲2#m之石英 玻璃製窗材。將前述化學性處理的石英玻璃，以5 %之氟 酸蝕刻2小時的照片示如圖1。在前述石英玻璃係如圖1 所示，未存在微裂痕。將所得矽窗材做爲以輸出1 kw被 導入C F 4 /〇2氣體的電漿裝置之微波導入窗材，進行矽 晶片之蝕刻處理。雖然處理1 0 0 0 0張的矽晶片，可是 未能確認粒子的異常增加。 〔比較例3〕 在實施例2除了用氫分子濃度爲3 XI 0 16分子/c m 3的合成石英玻璃以外，與實施例2同樣地製成石英玻璃 製窗材，進行矽晶片之蝕刻處理，結果在5 0 0 0張的矽 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 丨_ ··1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) « m· mjft In* —an ml n.^— In m ml i. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11- 1228107 A7 B7 五、發明説明（9 ) 晶片之處理，被確認粒子的異常增加。 〔實施例3〕 將與實施例2同樣地將四氯化矽以氣相加水分解得到 的合成石英玻璃，以1 〇 〇 〇 t進行均質化處理，得到雙 折射量爲2 0 nm/cm之合成石英玻璃。對該石英玻璃 進行氫塗佈漆處理。接著進行與實施例同樣的化學性處理 ’得到表面粗糙度Ra爲〇 . 5 //m，Rma X爲2 //m 之合成石英玻璃。以此合成石英玻璃製成窗材，以 1 1 0 0 °C加熱2 0小時後徐冷。所得到的石英玻璃製窗 材之虛擬溫度爲1 1 0 〇°C。在使用該石英玻璃製窗材的 ，以輸出1 kw被導入C F4/〇2之氣體的電漿裝置內， 進行矽晶片之蝕刻處理。雖然處理7 0 0 0張之矽晶片， 可是未能確認粒子之增加。 〔比較例4〕 在實施例3，關於未設定均質化及虛擬溫度的石英玻 璃，測定其雙折射量及虛擬溫度，結果雙折射量爲1 2 0 nm/cm，虛擬溫度爲1 3 0 0°C。使用該石英玻璃製 成石英玻璃製窗材，與實施例2同樣地裝備在以輸出1 kw被導入C F4/〇2的氣體之電漿裝置，進行矽晶片的 蝕刻處理。將1 0 0 0張之矽晶片處理，被確認粒子之異 常增加。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 0Φ — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂'· 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 -12- 1228107 A7 ___B7__一 五、發明説明（1〇) 〔發明之效果〕 本發明之石英玻璃夾具，係表面粗糙度R a爲5 〜〇 · 05//m，氣泡的含量爲根據D IN之泡等級爲〇 或1 ，且表面的微裂痕之個數爲5 0 0個/cm2以下，做 爲電漿將發生的裝置用之夾具使用，也不會使之發生蝕刻 與粒子，能夠良好地製造半導體元件。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -13-

Claims (1)

1228107 公 口 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 第90121039號專利申請案 附件2. 中文申請專利範圍修正本 民國91年11月13曰修正 1 . 一種耐電漿性石英玻璃夾具，係使用在發生電漿 的裝置之石英玻璃夾具，其特徵爲：該石英玻璃表面的表 .面粗糙度R a爲5 // m〜〇 . 0 5 // m ’玻璃中的氣泡之 含有量是以根據D I N的泡等級爲0或1 ’且表面之微裂 痕 '的個數爲5 0 〇個/ c m2以下。 2 .如申請專利範圍第1項之耐電漿性石英玻璃夾具 ，其中，石英玻璃之氫分子濃度爲5x 1 〇16分子/ cm2 以上。 3 .如申請專利範圍第1或2項之耐電漿性石英玻璃 夾具，其中，石英玻璃之雙折射量爲7 Ο n m / c m以下 ，虛擬溫度被設定爲8 Ο 〇〜1 2 Ο 0 °C之範圍。 4 .如申請專利範圍第1項之耐電漿性石英玻璃夾具 ,其中，2 0 〇 n m的紫外線之內部透過率爲8 0 %以上 ，且表現透過率爲3 0%〜8 5%。 5 _如申請專利範圍第1 、2、4項中任一項的耐電 漿性石英玻璃夾具，其中，前述石英玻璃爲將矽化合物在 氣相加水分解而獲得之合成石英玻璃。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2ΐ〇χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂
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