等离子体辅助制造工艺中使用的掺杂石英玻璃组件和制造所述组件的方法技术

等离子体辅助制造工艺中、尤其是半导体制造中使用的已知掺杂石英玻璃组件含有至少一种能够与氟反应而形成氟化合物的掺杂剂，其中所述氟化合物具有高于SiF4沸点的沸点。为由此起点出发提供以高干式蚀刻抗性和低粒子形成为特征且尤其是当用于等离子体辅助制造工艺中时以均一蚀刻去除为特征的掺杂石英玻璃组件，提出所述掺杂石英玻璃具有根据以下定义的微观结构均匀性：(a)在表面已经受如本说明书中所说明的干式蚀刻程序之后，R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体辅助制造工艺中使用的掺杂石英玻璃组件和制造所述组件的方法


[0001]本专利技术涉及等离子体辅助制造工艺中、尤其是半导体制造中使用的掺杂石英玻璃组件，所述掺杂石英玻璃组件含有至少一种能够与氟反应而形成氟化合物的掺杂剂，其中所述氟化合物具有高于SiF4沸点的沸点。
[0002]另外，本专利技术涉及一种制造供等离子体辅助制造工艺中使用的掺杂石英玻璃组件的方法，所述方法包含以下方法步骤：
[0003](a)提供含有SiO2粒子于水性液体中的料浆，
[0004](b)提供掺杂溶液，其含有溶剂和呈溶解形式的至少一种掺杂剂或至少一种掺杂剂的起始物质，
[0005](c)将掺杂溶液和料浆合并在一起以形成分散液，在分散液中，含有掺杂剂或掺杂剂前体物质的粒子发生沉淀，
[0006](d)将分散液干燥以形成含有SiO2和掺杂剂或掺杂剂前体物质的颗粒状粒子，以及
[0007](e)烧结或熔化颗粒状粒子以形成掺杂石英玻璃组件。
[0008]等离子体辅助干式蚀刻，又简称为“等离子体蚀刻”，是制造半导体组件、高分辨率显示器的超细结构和制造太阳能电池的基本技术。
[0009]等离子体蚀刻是在真空反应器中、在相对高的温度下且在高度腐蚀性气氛中进行。真空反应器通常用低压力的蚀刻气体吹扫。通过电极之间的高频率放电或通过无电极微波放电，产生高反应性蚀刻等离子体。
[0010]含有卤素的蚀刻气体，尤其是例如全氟烃类，例如CF4、CHF3、C2F6、C3F8、NF3或SF6，用于蚀刻硅基结构。元素氟、氟离子和氟自由基不仅显示所需的蚀刻作用，而且与暴露于等离子体的其它组件反应。由此造成的腐蚀性磨损会导致粒子产生和组件的明显变化，因而需要更换此组件。这特别影响靠近所处理的对象(为了简单起见，下文还简称为“晶圆”)的反应器壁和反应器插件(例如晶圆保持器、加热装置、底座和支撑或夹持元件)壁。

技术介绍

[0011]由于石英玻璃对制造工艺中所用的许多物质的耐化学性很高以及其耐热性相对较高，因此石英玻璃通常用于经受特定应力的组件。然而，在含氟蚀刻气体的情况下，石英玻璃中的SiO2与反应性氟经历反应而形成SiF4。SiF4沸点是
‑
86℃，因此，这种化合物容易传送到气相中，与此同时，石英玻璃表面受到明显腐蚀。
[0012]已知通过掺杂其它物质能够达成石英玻璃的干式蚀刻抗性的改善。因此，举例而言，US 6,887,576B2公开了石英玻璃的高的干式蚀刻抗性能够通过掺杂金属元素实现，如果所述金属元素能够与氟反应而形成沸点高于SiF4沸点的氟化合物的话。作为这些金属元素的实例提及以下：Al、Sm、Eu、Yb、Pm、Pr、Nd、Ce、Tb、Gd、Ba、Mg、Y、Tm、Dy、Ho、Er、Cd、Co、Cr、Cs、Zr、In、Cu、Fe、Bi、Ga和Ti。
[0013]为了制造等离子体蚀刻抗性石英玻璃，提及多种方法。在其中的一种方法中，制备由以下构成的水性料浆：750g包含粒径为100至500μm的粒子的石英粉末、200g由热解产生的二氧化硅构成的SiO2粉末，和700g硝酸铝。缓慢干燥料浆而形成固体且接着在真空下、在1800℃下进行热处理。结果，获得掺杂有2.0wt.％Al2O3的透明石英玻璃。
[0014]然而，就一些已知的掺杂剂而言，干式蚀刻抗性的显著改善需要高掺杂剂浓度，而高掺杂剂浓度会引起沉淀、相分离和结晶。
[0015]为了避免此问题，US 2005/0272588 A1提出将稀土金属与氧化铝共掺杂，其中对于总掺杂剂浓度指定的范围为0.1至20wt.％。为了产生相应掺杂的石英玻璃坯料，将SiO2粉末与掺杂剂的粉末状氧化物混合，并且将混合物在减压下、在石英玻璃管中烧结。
[0016]US 2008/0066497 A1描述了干式刻蚀工艺中使用的晶圆保持器，所述晶圆保持器由掺杂有1.5wt.％Al2O3和氮的石英玻璃构成。Al2O3掺杂是利用弗诺依方法(Verneuil method)、通过将SiO2粉末与Al2O3粉末的混合物熔化来产生。
[0017]DE 10 2012 012 524 B3描述了经由料浆路线制造Yb2O3和Al2O3掺杂的石英玻璃。料浆含有采取由平均粒度约10μm的纳米粒子构成的SiO2聚集体形式的SiO2粒子，并且被调节到14的pH值。溶解有AlCl3和YbCl3的水性掺杂溶液通过喷雾供应到料浆。悬浮液的高pH值使得呈Al(OH)3和Yb(OH)3形式的氢氧化物立即发生共沉淀。掺杂剂浓度被设定成1摩尔％Al2O3和0.25摩尔％Yb2O3(基于悬浮液的SiO2含量)。将掺杂的SiO2料浆进一步处理成颗粒状材料，由所述颗粒状材料制造掺杂石英玻璃组件。
[0018]US 2018/0282196 A1描述了以水性料浆为起始物来制造掺杂有稀土金属或过渡金属的激光作用式石英玻璃。造粒之后，将仍旧多孔的掺杂SiO2颗粒状材料放入石墨模具中并且通过气体加压烧结进行玻璃化。
[0019]技术问题
[0020]就此前已知的用于反应性等离子体干式蚀刻技术的工艺环境中的掺杂石英玻璃材料而言，等离子体抗性证实具有低再现性。
[0021]另外，在半导体制造工艺(例如溅射或气相沉积工艺)中，问题常常在于，材料层沉积于反应器的内表面上。材料层随着时间推移会剥离，然后还会产生粒子问题。材料层更好地粘附于粗糙的组件表面，因此，特定组件的表面粗糙度起重要作用。然而，如果在组件的寿命期内，“表面粗糙度”由于蚀刻去除而不断地变化，那么“表面粗糙度”参数难以适当考虑。
[0022]因此，本专利技术是基于以下目标：提供以高干式蚀刻抗性和低粒子形成为特征的掺杂石英玻璃组件，并且当用于等离子体辅助制造工艺中时，尤其通过均一蚀刻去除来提供掺杂石英玻璃组件。
[0023]本专利技术另外涉及提供一种制造此类组件的方法。

技术实现思路

[0024]就所述方法而言，以上述类型的方法开始，此目标根据本专利技术以如下事实实现：料浆中的SiO2粒子是SiO2初级粒子的聚集体或团聚物并且具有小于30μm的平均粒度。
[0025]这些SiO2粒子优选以热解方式，借助于烟灰沉积工艺产生。在此，液态或气态起始物质经历化学反应(水解或热解)并且从气相沉积到沉积表面上成为固体SiO2。反应区是例
如燃烧器火焰或电弧(等离子体)。合成石英玻璃是以工业规模、通过这些等离子体沉积或CVD工艺制成，所述工艺被称为例如OVD、VAD、MCVD、PCVD或FCVD工艺。起始物质是例如四氯化硅(SiCl4)或不含氯的硅化合物，例如聚烷基硅氧烷。
[0026]反应区中形成的SiO2初级粒子呈球形并且具有平均小于200nm、典型地甚至小于100nm的粒度。在反应区中，这些球形纳米粒子接合在一起而形成大体上呈球形的聚集体或团聚物形式的次级粒子，其在沉积表面上沉积为多孔“碳黑”(常常又称为“烟灰”)，从而自然生长为所谓的“烟灰体”或“烟灰粉尘”。根据其在反应区内产生的位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于等离子体辅助制造工艺中、尤其用于半导体制造中的掺杂石英玻璃组件，其含有至少一种能够与氟反应而形成氟化合物的掺杂剂，其中所述氟化合物具有高于SiF4沸点的沸点，所述掺杂石英玻璃组件的特征在于所述掺杂石英玻璃具有根据以下定义的微观结构均匀性：(a)在表面已经受如本说明书中所说明的干式蚀刻程序之后，R
a
值小于20nm的表面粗糙度；和/或(b)具有如下横向浓度廓线的掺杂剂分布，在所述横向浓度廓线中，所述掺杂剂浓度的极大值的平均间距小于30μm。2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于所述表面具有小于15nm的R
a
值和/或所述掺杂剂浓度的极大值的平均间距小于20μm。3.根据权利要求1或2所述的组件，其特征在于所述一或多种掺杂剂是以0.1wt.％至5wt.％范围内的总掺杂剂浓度存在，优选以0.5wt.％至3wt.％范围内的总掺杂剂浓度存在。4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的组件，其特征在于所述掺杂石英玻璃含有至少一种掺杂剂化合物，所述掺杂剂化合物具有选自由以下组成的群组的掺杂剂：Al、Sm、Eu、Yb、Pm、Pr、Nd、Ce、Tb、Gd、Ba、Mg、Y、Tm、Dy、Ho、Er、Cd、Co、Cr、Cs、Zr、In、Cu、Fe、Bi、Ga和Ti。5.根据权利要求2和权利要求4所述的组件，其特征在于铝是所述掺杂剂并且Al2O3是所述掺杂剂化合物，并且所述总掺杂剂浓度在0.5wt.％至3wt.％范围内。6.根据前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：贺利氏石英玻璃有限两合公司，
类型：发明
国别省市：