[实用新型]自由形成的石英玻璃锭

说明书

相关申请的交叉参考

该申请要求2005年6月10日提交的US 60/689507的优先权，该专利 申请在此被完全引入作为参考。

技术领域

本发明涉及在半导体加工应用中使用的具有低杂质含量且低缺陷 密度的石英玻璃锭。该石英玻璃锭通过使用直接拉制的石英制品作为 原料而制成。

背景技术

用于微芯片制作的半导体晶片加工过程需要包括顺序的且重复的 步骤，如掩模、沉积和蚀刻。在蚀刻步骤中，晶片和发生蚀刻的腔室 暴露在侵蚀性环境中，如活性离子蚀刻和等离子体蚀刻。由于蚀刻工 艺的侵蚀特性，从而，为了进行可靠的晶片加工，必须小心选择蚀刻 腔室的材料。因而，最内侧的蚀刻腔室部件通常是由石英玻璃制得。 理论上，蚀刻纯的石英玻璃只会出释放硅和氧。相比于过渡金属元素 和其他元素会改变晶片的组成、并且因而改变晶片的半导体性质，硅 和氧对晶片的危害较小。

腔室部件的一个例子是石英玻璃窗。在一种构造中，石英玻璃窗 用作腔室气氛和能源之间的隔板。因为该窗通常设置于要被蚀刻的半 导体晶片的上方，所以要求石英玻璃窗应当尽可能的是化学纯，即含 有低于50ppm的杂质。还要求该窗具有非常低的体缺陷密度，这些体缺 陷例如是外来杂质夹杂物和气泡。当这种体缺陷暴露在石英玻璃窗表 面处的蚀刻气氛中时，会引起对该窗的不均匀蚀刻，因而产生石英玻 璃颗粒。蚀刻腔室中的自由颗粒物质会对晶片造成严重损害。相对于 晶片表面上的蚀刻特征(大约50纳米)来说，这种颗粒的尺寸(1～10 微米)使得该颗粒具有相当大的潜在破坏性。这些颗粒会堵塞晶片上 的栅极(gate)并且破坏晶片上的导电通道，或者使晶片被杂质元素污 染。因而，晶片蚀刻腔室需要能缓慢且均匀地蚀刻而不会产生颗粒的 石英玻璃窗。

现有技术中已知使用基于砂子(sand-based)的焰熔法来制造石英 锭。一般地，该方法涉及供给颗粒状石英物质通过或接近氧燃料火焰， 从而通过具有相对低沉积速率的生长过程来逐渐形成块状玻璃锭，该 沉积速率例如为5磅/小时或更低。焰熔法的优点在于使单个颗粒暴露于 热源的全部能量下。然而，这种定向沉积方法的缺点在于使各个颗粒 暴露于供料系统中和熔炉气氛中的污物，各个砂粒都有可能在锭中形 成缺陷。单个砂粒暴露于氧燃料火焰的热辐射以及燃烧反应的产物 (水)的影响下。这种影响产生了羟基浓度大于150ppm的石英制品， 这改变了熔融玻璃的与温度相关的粘度，因而限制了其最终用途。

已公开的申请JP-61122131A公开了一种玻璃锭制造装置及其制造 的玻璃锭。美国专利No.4612023公开了一种制造无条纹、无气泡且均匀 的石英玻璃板的方法。美国专利No.6415630公开了一种制造没有条纹的 均匀石英玻璃板的设备，其中坩埚和石英玻璃棒垂直于棒的纵向轴线 作相对移动。

在现有技术中，可以将石英玻璃棒用作原料以形成更大的玻璃形 状。然而，仍然会存在与材料堆积和重叠相关的界面缺陷。在一种现 有方法中，使用了一种层叠型构造(将软化玻璃层逐层叠加起来)来 累积材料，这种方法会因多种原因导致界面缺陷。这些缺陷包括所夹 带的气泡、所夹带的离散杂质颗粒、所夹带的化学杂质和折叠线。需 要额外的工序步骤来降低或去除该熔融物中的这种缺陷。此外，该工 序需要使用耐火模具或容器来形成玻璃锭的最终形状。与熔融玻璃锭 接触的耐火材料是能够在该锭中造成缺陷的污物源。此外，熔融石英 玻璃和耐火材料之间热膨胀的失配会在该锭中引起层裂或裂缝。

仍然需要有能用来制造半导体加工装置中的部件的超低缺陷石英 制品，即羟基浓度低于150ppm且总缺陷密度(直径大于10微米的气泡 和夹杂物)低于150/cm³的锭。

发明内容

本发明涉及一种通过烧制作为原料的高纯度石英制品而形成超低 缺陷和杂质的石英玻璃锭的方法，其中石英玻璃锭在与原料石英制品 同轴旋转的台板上自由地形成。

在一个实施方案中，本发明涉及一种通过烧制作为原料的高纯度 石英制品而形成总缺陷密度低于50个缺陷/cm³且羟基浓度低于50ppm 的石英玻璃锭的方法，其中石英玻璃锭在与原料石英制品同轴旋转的 台板上自由地形成。