TWI700742B - 用於塗敷石英表面的石英表面處理方法 - Google Patents

用於塗敷石英表面的石英表面處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，在噴塗其他物質之前對半導體製造設備中所使用的石英的表面進行表面處理的方法。根據本發明的一實施例，本發明包括：準備步驟，準備上述石英；化學處理步驟，通過向上述石英的表面供給藥液來進行化學處理，以便在上述石英的表面形成壓紋；清洗步驟，在上述化學處理步驟之後清洗上述石英的表面；以及乾燥步驟，對上述石英的表面進行乾燥，在半導體製造工藝中，向利用等離子體的蝕刻工藝或半導體擴散工藝中所使用的半導體製造設備供給上述石英，上述藥液包括有機酸(organic acid)及酸性氟化氫銨(NH4HF2)，在上述化學處理步驟中，上述酸性氟化氫銨與上述石英的表面反應以在上述石英的表面的部分區域生成掩膜物質，並且未生成上述掩膜物質的上述石英的表面區域與上述有機酸反應，從而蝕刻上述石英的表面。

Description

用於塗敷石英表面的石英表面處理方法
本發明涉及一種在塗敷半導體用製造設備中所使用的石英的表面之前對表面進行處理的方法，更具體地涉及在噴塗石英的表面之前對石英的表面進行化學處理的方法。
石英(quartz)產品具有高純度(99.999%)，化學穩定性、耐酸性、耐熱性(軟化點溫度為1683℃)、透光性優秀，熱膨脹小，電絕緣性優秀，從而可廣泛適用於半導體、光通信、電氣、電子等整個產業。
例如，在通常的矽晶片的處理工藝中，利用如化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)、蝕刻、灰化(ashing)等工藝對矽晶片進行處理，在這些工藝中，石英產品用於支撐或配置晶片。
由於在上述工藝施加了1000℃以上的高溫，所以在晶片與石英表面接觸的部分引起因石英和矽晶片之間的熱膨脹係數差異而產生的應力，並且可在晶片的接觸部分產生接觸標記(mark)。
在矽晶片的處理過程中所生成的物質附著於石英材料產品的表面以形成薄膜(film)的情況下，當在處理過程之後冷卻石英材料產品時，因薄膜和玻璃之間的熱膨脹係數的差異而可在石英材料產品產生龜裂或破裂(breaking)。
並且，當石英材料產品被冷卻時，若石英表面上的物質的附著狀態弱，則物質將從石英表面掉落，但是若石英表面的粗糙度(roughness)低，則其附著狀態會變強，從而上述薄膜仍在矽晶片的後續處理過程中存在，並且即使石英材料產品不產生龜裂或破裂，在上述膜從表面掉落之前也會產生顆粒。
為了防止接觸標記的產生並減少晶片上的接觸區域，在石英 材料產品的表面進行噴砂(sand blast)處理，使石英材料產品的表面變得粗糙，並且可形成不平整的噴砂處理面。
並且，當形成噴砂處理面時，在被噴砂的石英表面上對矽晶片進行處理之後的冷卻步驟中所產生的應力分散在各個方向上，從而可防止附著在石英表面上的物質在被冷卻時從上述表面掉落。
然而，當噴砂處理面與晶片接觸時，從上述晶片刮下二氧化矽粒子，或者將二氧化矽粒子限制在噴砂處理面的內部的同時在石英材料產品的成型步驟中，通過噴砂處理，使二氧化矽粒子在表面區域內部膨脹，在晶片處理過程中，使粒子從上述表面漂浮並使粒子掉落到形成圖案的晶片表面上，從而經噴砂處理的石英表面可引起圖案缺陷。
所生成的粒子的大小在0.2μm至5μm的範圍內，即使粒子大小為0.3μm或者為小於0.3μm的微小的大小，也可成為嚴重的問題，尤其，近年來，在微細半導體工藝中，需要0.18μm以下的佈線圖案(wiring pattern)，在這種微細半導體工藝中，防止生成上述微小粒子為重要的問題，否則可導致半導體晶片製造中的成品率(yield)下降。
也就是說，由於石英材料的特性，通過現有的噴砂工藝的石英的表面處理的脆性高，所以因噴砂處理時產生的應力而可發生裂縫，表面上可產生火花，從而難以操作微細區間及形狀複雜的石英材料。並且，一次操作只能處理一個產品，因此，操作性及生產率下降，並且難以適用於大尺寸的物體。
為了解決上述問題，本發明供給一種通過化學處理工藝而不是噴砂工藝來對石英的表面進行處理的石英表面處理方法。
本發明不限於此，並且本領域技術人員可根據以下記載清楚地理解未提及的其他目的。
本發明供給一種在噴塗其他物質之前對半導體製造設備中所使用的石英的表面進行表面處理的方法。
根據本發明的一實施例，用於塗敷石英表面的石英表面處理方法可包括：準備步驟，準備上述石英；化學處理步驟，通過向上述石英 的表面供給藥液來進行化學處理，以便在上述石英的表面形成壓紋；清洗步驟，在上述化學處理步驟之後清洗上述石英的表面；以及乾燥步驟，對上述石英的表面進行乾燥，在半導體製造工藝中，向利用等離子體的蝕刻工藝或半導體擴散工藝中所使用的半導體製造設備供給上述石英，上述藥液包含有機酸及酸性氟化氫銨，在上述化學處理步驟中，上述酸性氟化氫銨與上述石英的表面產生反應，以在上述石英的表面的部分區域生成掩膜物質，未生成上述掩膜物質的上述石英的表面區域與上述有機酸反應，從而蝕刻上述石英的表面。
根據一實施例，在上述藥液中，上述有機酸的組成比率可以為40%至70%，上述酸性氟化氫銨的組成比率可以為5%至40%。
根據一實施例，上述藥液可以由氫氟酸(HF)、上述酸性氟化氫銨、上述有機酸及去離子水組成，上述有機酸可包括甲酸及檸檬酸。
根據一實施例，在上述藥液的組成比率中，上述氫氟酸可以為4%，上述酸性氟化氫銨可以為31%，上述甲酸可以為44%，上述檸檬酸可以為4%，上述去離子水可以為17%。
根據一實施例，上述化學處理步驟可包括：第一次表面處理步驟，通過在上述石英供給上述藥液來對上述石英的表面進行第一次處理；中間清洗步驟，在上述第一次表面處理步驟之後清洗上述石英的表面；以及第二次表面處理步驟，在上述中間清洗步驟之後，通過在上述石英供給上述藥液來對上述石英的表面進行第二次處理。
根據一實施例，在上述化學處理步驟之前還可包括清洗上述石英的表面的準備清洗步驟。
根據一實施例，上述清洗步驟及上述中間清洗步驟可以為去除在上述石英的表面所生成的上述掩膜物質的步驟。
根據一實施例，上述掩膜物質可以為六氟矽酸銨(Ammonium hexafluorosilicate，(NH4)2SiF6)。
根據本發明的一實施例，在石英的表面通過藥液形成預先設定的範圍的表面粗糙度，從而在噴塗之後也可防止在表面形成碎屑或裂縫。並且，通過其可防止在半導體製造工藝中產生異物。
本發明的效果不限定於上述效果，本領域技術人員可從本說明書及附圖中清楚地理解未提及的效果。
11‧‧‧石英
13‧‧‧掩膜物質
15‧‧‧區域
S10‧‧‧準備步驟
S20‧‧‧準備清洗步驟
S30‧‧‧化學處理步驟
S31‧‧‧第一次表面處理步驟
S32‧‧‧中間清洗步驟
S33‧‧‧第二次表面處理步驟
S40‧‧‧清洗步驟
S50‧‧‧乾燥步驟
圖1為依次示出噴塗製造石英的表面的工序的圖。
圖2為依次示出本發明的一實施例的通過包含對石英表面進行化學處理的工序來噴塗製造石英的表面的方法的圖。
圖3為依次示出本發明的一實施例的用於塗敷石英表面的石英表面處理方法的流程圖。
圖4至圖7為簡要地示出在石英的表面形成壓紋的過程的圖。
圖8為示出比較當對石英的表面未進行處理時、當利用噴砂工藝進行表面處理時、當利用化學處理工藝時的石英的表面狀態的圖。
下面，參照附圖進一步詳細說明本發明的實施例。本發明的實施例能夠以各種形態進行變形，並且本發明的範圍不應被解釋為限於以下多個實施例。為了向本領域技術人員更完整地描述本發明而供給本實施例。因此，附圖中的元件的形狀可能被誇大以強調更清楚的描述。並且，在本說明書和發明要求保護範圍中所使用的術語或詞語不應被解釋為限於普通或字典含義，並且發明人可適當地定義術語的概念以最好的方法描述其發明，而且應被解釋為符合本發明的技術思想的含義和概念。
本發明供給一種用於塗敷石英表面的石英表面處理方法。本發明涉及在半導體製造工藝中，向利用等離子體的蝕刻工藝或半導體擴散工藝中所使用的半導體製造設備供給的石英11。
通常通過噴塗來供給向上述半導體製造設備供給的石英。
圖1為依次示出噴塗製造石英的表面的工序的圖。
參照其，以往在噴塗石英的表面之前，利用噴砂工藝進行了表面處理。噴砂工藝為通過機械工藝在石英的表面形成壓紋的工藝。然而，當使用噴砂工藝時，可在石英的表面生成碎屑(Chipping)或裂縫(Crack)。
當在石英的表面形成碎屑或裂縫時，即使噴塗石英的表面， 也可在等離子體蝕刻工藝或擴散工藝時產生異物，從而導致問題。
圖2為依次示出本發明的一實施例的通過包含對石英表面進行化學處理的工序來噴塗製造石英的表面的方法的圖。
參照圖2，在本發明中，可對石英的表面進行化學處理後進行噴塗。之後，通過清洗及檢查來向半導體用製造設備供給。作為一例，石英可設置於支撐半導體用製造設備中的晶片的夾頭的一部分，或者可設置於窗口等。
圖3為依次示出本發明的一實施例的用於塗敷石英表面的石英表面處理方法的流程圖，圖4至圖7為簡要地示出在石英的表面形成壓紋的過程的圖。
下面，參照圖3至圖7說明對半導體製造設備用石英11的表面進行處理的方法。石英表面處理方法包括準備步驟S10、準備清洗步驟S20、化學處理步驟S30、清洗步驟S40以及乾燥步驟S50。
準備步驟S10為準備石英11的步驟。
準備清洗步驟S20為清洗準備步驟S10中所準備的石英11的表面的步驟。作為一例，在準備清洗步驟S20中，可利用去離子水(DI-WATER)清洗石英11表面。作為一例，在石英11的表面清洗中，可通過由噴嘴噴射的去離子水來清洗表面。與此相反，可將石英11浸漬於盛滿去離子水的清洗腔中並進行清洗。
在化學處理步驟S30中，可通過向石英11的表面供給藥液來在石英11的表面形成壓紋。
其中，通過在石英11的表面形成壓紋，使得石英11的表面具有預先設定的範圍的表面粗糙度(Ra)。
在本發明中，石英11的表面粗糙度可以在1~5μm的範圍內。優選地，石英11的表面粗糙度值可以在2~4μm的範圍內。
在石英11的表面形成壓紋的情況下，在之後進行的塗敷工序中可易於確保塗敷物和石英11的表面的密著力。
藥液包括氫氟酸、酸性氟化氫銨、有機酸及去離子水。其中，有機酸包括甲酸及檸檬酸。
藥液中的有機酸的組成比率可以為40%至70%。藥液中的酸性氟化氫銨的組成比率可以為5%至40%。
優選地，在藥液的組成比率中，氫氟酸可以為4%，酸性氟化氫銨可以為31%，甲酸可以為44%，檸檬酸可以為4%，去離子水可以為17%。
在化學處理步驟S30中，當向石英11的表面供給藥液時，可通過如下反應式形成壓紋。
SiO2+4HFSiF4+2H2O 反應式(1)
SiO2+4NH4HF2SiF4+2NH4F+2H2O 反應式(2)
3NH4HF2+SiO2(NH4)2SiF6+NH4OH+H2O 反應式(3)
NH4HF2+SiO2(NH4)2SiF6+NH3+2H2O 反應式(4)
在化學處理步驟S30中，可通過上述化學反應在石英11的表面形成壓紋。具體地，當供給藥液時，通過反應式(3)及反應式(4)在石英11的表面形成掩膜物質13。如圖4所示，可在石英11的表面的部分區域生成掩膜物質13。即，酸性氟化氫銨與石英11的表面反應以生成掩膜物質13。
其中，所生成的掩膜物質13可以為六氟矽酸銨。
如圖4所示，在石英11的表面存在未生成掩膜物質13的區域15。在石英11的表面未生成掩膜物質13的石英11的表面區域15與有機酸及剩餘物質反應，如圖5所示，可蝕刻石英11的表面。
即，在石英11的表面形成壓紋，從而可獲得預先設定的範圍的表面粗糙度。
化學處理步驟S30包括第一次表面處理步驟S31、中間清洗步驟S32、第二次表面處理步驟S33。
在第一次表面處理步驟S31中，可通過在石英11的表面供給藥液來對石英11的表面進行第一次處理。與上述過程類似地進行第一次表面處理過程。
可在第一次表面處理步驟S31之後執行中間清洗步驟S32。在中間清洗步驟S32中，清洗石英11的表面。作為一例，可利用去離子水清 洗石英11的表面。在中間清洗步驟S32和後述的清洗步驟S40中，可清洗掩膜物質13及被蝕刻的石英11。
可在中間清洗步驟S32之後執行第二次表面處理步驟S33。第二次表面處理步驟S33為通過向石英11供給藥液來對石英11的表面進行第二次處理的步驟。可與上述第一次表面處理過程類似地進行第二次表面處理步驟S33。
如圖7所示，在化學處理步驟S30中，重複上述過程，從而可使在被蝕刻的石英1的表面區域形成的壓紋區域具有平緩的剖面。
可在化學處理步驟S30之後執行清洗步驟S40。作為一例，在清洗步驟S40中，可利用去離子水清洗石英11的表面。作為一例，在清洗步驟S40中，可去除在石英11的表面形成的掩膜物質13或被蝕刻的石英11。
可在清洗步驟S40之後執行乾燥步驟S50。在乾燥步驟S50中，可對石英11的表面附著的清洗液進行乾燥。作為一例，可通過在石英11的表面供給惰性氣體來執行乾燥步驟S50。作為一例，惰性氣體能夠以氬氣或氮氣的形式供給。
圖8為示出比較當對石英的表面未進行處理時、當利用噴砂工藝進行表面處理時、當利用化學處理工藝時的石英的表面狀態的圖。
參照圖8，說明本發明的效果。
當不進行石英11的表面處理而進行陶瓷塗敷時，塗敷膜可發生剝離。與此不同，當對石英11的表面進行噴砂後進行塗敷時，可在表面確認碎屑或裂縫。
與此不同，當利用藥液對石英11的表面進行化學處理時，在石英11表面未發現碎屑或裂縫。
在石英11的表面產生的碎屑或裂縫因表面的陶瓷或石英11可在工藝期間附著於基板，從而可在半導體製造工藝中引起問題，與此不同，當執行本發明的石英11表面處理方法時，即使塗敷石英11，也不會在表面形成碎屑或裂縫，從而在半導體製造工藝中產生異物的可能性較低。
如上所述，在本發明的一實施例中，石英的表面通過藥液形 成預先設定的範圍的表面粗糙度，從而即使在噴塗之後也可防止在表面形成碎屑或裂縫。並且，通過其可防止在半導體製造工藝中產生異物。
前面的詳細說明例示了本發明。並且，前述內容旨在說明本發明的優選實施例，可在各種其他組合、變更及環境中使用本發明。即，可在本說明書中公開的發明的概念的範圍、與前述的公開內容等同的範圍和/或本領域的技術或知識的範圍內進行變更或修改。前述實施例說明了最優選的實施方式，並且可對本發明的具體實用領域及用途進行各種變更。因此，以上發明的詳細說明並非旨在將本發明限定於所公開的實施例。應理解，所附發明要求保護範圍旨在包括其他實施例。
S10‧‧‧準備步驟
S20‧‧‧準備清洗步驟
S30‧‧‧化學處理步驟
S31‧‧‧第一次表面處理步驟
S32‧‧‧中間清洗步驟
S33‧‧‧第二次表面處理步驟
S40‧‧‧清洗步驟
S50‧‧‧乾燥步驟

Claims (7)

  1. 一種用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，針對半導體製造設備中所使用的石英的表面在用其他物質噴塗之前進行表面處理的方法，其中，包括：準備步驟，準備上述石英；化學處理步驟，通過向上述石英的表面供給藥液來進行化學處理，以便在上述石英的表面形成壓紋，上述化學處理步驟包括；第一次表面處理步驟，通過向上述石英供給上述藥液來對上述石英的表面進行第一次處理；中間清洗步驟，在上述第一次表面處理步驟之後清洗上述石英的表面；及第二次表面處理步驟，在上述中間清洗步驟之後，通過向上述石英供給上述藥液來對上述石英的表面進行第二次處理；清洗步驟，在上述化學處理步驟之後清洗上述石英的表面；以及乾燥步驟，對上述石英的表面進行乾燥，在半導體製造工藝中，向利用等離子體的蝕刻工藝或半導體擴散工藝中所使用的半導體製造設備供給上述石英，上述藥液包含有機酸及酸性氟化氫銨，上述有機酸的組成比率為40%至70%，上述酸性氟化氫銨的組成比率為5%至40%，在上述化學處理步驟中，上述酸性氟化氫銨與上述石英的表面產生反應，以在上述石英的表面的部分區域生成掩膜物質，未生成上述掩膜物質的上述石英的表面區域與上述有機酸反應，從而蝕刻上述石英的表面。
  2. 根據申請專利範圍第1項之用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，其中，上述藥液由氫氟酸、上述酸性氟化氫銨、上述有機酸及去離子水組成，上述有機酸包括甲酸及檸檬酸。
  3. 根據申請專利範圍第2項之用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，其中，在上述藥液的組成比率中，上述氫氟酸為4%，上述酸性氟化氫銨為31%，上述甲酸為44%，上述檸檬酸為4%，上述去離子水為17%。
  4. 根據申請專利範圍第1項之用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，其中，在上述化學處理步驟之前還包括清洗上述石英的表面的準備清洗步驟。
  5. 根據申請專利範圍第1項之用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，其中，上述清洗步驟及上述中間清洗步驟為去除在上述石英的表面所生成的上述掩膜物質的步驟。
  6. 根據申請專利範圍第5項之用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，其中，上述掩膜物質為六氟矽酸銨。
  7. 根據申請專利範圍第1項至第6項中任一項之用於塗敷石英表面的石英表面處理方法，其中，在上述化學處理步驟之後，上述石英的表面粗糙度為1~5μm。
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