CN111217532B - 一种半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法 - Google Patents

一种半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，包括A有机溶剂浸泡：将待修复石英屏蔽板放置于温度为20～30℃有机溶剂中浸泡，去除表面有机物；B氢氟酸处理：将经A处理后的石英屏蔽板放置于温度为20～30℃的HF溶液中浸泡，去除金属离子；C裂纹融熔闭合：B处理后的石英屏蔽板预热后进行氢氧焰融熔闭合，将氢气流量调节至0.5～1.5m3/h，氧气流量调节至0.5～1.5m3/h，闭合温度调节至1500～2000℃，对裂纹处进行融熔闭合1～3min；D退火：经氢氧焰融熔闭合后的石英屏蔽板放入退火炉中，迅速升温至800～1000℃，恒温2～3h后，再经120～240min自然降温到常温；E蚀刻：退火处理后的石英屏蔽板放置于蚀刻槽中，采用酸性蚀刻液进行表面蚀刻，去离子水冲洗、干燥，完成石英表面裂纹修复。

Description

一种半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法
技术领域
本发明属于半导体设备零件修复再生领域，特别涉及一种半导体设备用石英屏蔽板表 面修复方法。
背景技术
半导体集成电路制造技术持续快速发展，带动了对设备零件的巨大需求，其中一种 基于12半导体晶圆蚀刻工艺中应用到的石英屏蔽板，其在蚀刻设备中长时间承受等离子 轰击以及温度变化，表面会出现肉眼不可见的微裂纹，目前尚无可靠的修复方法，只能将 石英屏蔽板更换后进行报废处理。但由于石英屏蔽板的高昂的采购价格与高频率的采购需 求，使得这种石英屏蔽板的再生和重复利用，逐渐引发关注。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，提供了一种半导体设备用石英屏蔽板表面修复方 法，包括有机溶液浸泡、氢氟酸处理、氢氧焰熔融闭合修复裂纹、退火以及蚀刻物道再生 工序，通过该再生方法，将石英屏蔽板表面的微裂纹进行修复，实现重复利用。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实施：
本发明提供的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，包括如下工序：
A、有机溶剂浸泡
将待修复石英屏蔽板放置于温度为20～30℃的有机溶剂中浸泡，去除附着在表面的有 机物；
B、氢氟酸处理
将经步骤A处理后的石英屏蔽板放置于温度为20～30℃的氢氟酸溶液中浸泡，去除 金属离子；
C、微裂纹融熔闭合
步骤B处理后的石英屏蔽板在保温炉中预热后进行氢氧焰融熔闭合，将氢气流量调 节至0.5～1.5m3/h，氧气流量调节至0.5～1.5m3/h，闭合温度调节至1500～2000℃，对微裂 纹处进行融熔闭合1～3min；
D、退火
经氢氧焰融熔闭合后的石英屏蔽板放入退火炉中，迅速升温至800～1000℃，恒温2～3h 后，再通过120～240min自然降温到常温；
E、蚀刻
退火处理后的石英屏蔽板被放置于蚀刻槽中，采用酸性蚀刻液进行表面蚀刻，而后去 离子水冲洗、干燥，完成石英表面裂纹修复。
所采用的酸性蚀刻液包括如下体积份组分：5～15份氢氟酸、10～40份乙酸、0.02～2 份无盐型两性咪唑啉、0.02～2份吐温80以及30～80份纯水。
优选的，步骤A中，有机溶剂为丙酮和异丙醇中的一种或两种混合，石英屏蔽板在该有机溶剂中的浸泡时间为10～30min。
步骤B中，氢氟酸溶液的体积浓度为5～15％，石英屏蔽板在该氢氟酸溶液中的浸泡 时间为15～30min。
步骤C中，石英屏蔽板的预热条件为，预热温度400～800℃，预热时间120～240min。 在进行氢氧焰融熔闭合时，火焰头部与石英屏蔽板表面之间的间隔为2～3cm。
步骤E中，在进行蚀刻时，蚀刻温度为20～25℃，蚀刻时间为30～60min；蚀刻完毕后，采用18M超纯水冲洗5～10min；冲淋完毕后，石英屏蔽板在100～120℃的无尘烘箱 内干燥120～180min，完成石英表面微裂纹修复，还原理想晶格表面状态。
本发明的有益效果如下：
在本发明提供的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法中，通过特定有机溶剂浸泡， 能够对吸附在石英屏蔽板表面的有机附着物、氧化物进行溶解；通过氢氟酸处理工序，对 残余吸附的金属离子进行去除；通过微裂纹融熔闭合、退火及蚀刻工序消除了石英表面微 裂缝，恢复表面理想的晶格状态，实现了对半导体石英屏蔽板的表面修复，进而减少该类 零件的采购频率，极大降低了集成电路制造企业在半导体石英屏蔽板上的采购成本。
附图说明
图1为石英屏蔽板表面状态对比图，(a)为使用前石英屏蔽板表面状态图，(b)为存在微裂纹的石英屏蔽板表面状态图；(c)为修复后石英屏蔽板表面状态图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图和实施例对本发明的实施作详细说明，以下实施例是在以本发 明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护 范围不限于下述的实施例。
本发明所用试剂和原料均市售可得或可按文献方法制备。下列实施例中未注明具体条 件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例一
本实施例中的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，包括如下工序：
A、有机溶剂浸泡
将待修复石英屏蔽板完全浸泡于温度为20℃的丙酮溶液中30min，温度设置为常温， 彻底去除附着在表面上的有机物；
B、氢氟酸处理
将经步骤A处理后的石英屏蔽板取出，去离子水冲洗30min后，完全浸入温度为20℃、 体积分数为5％的氢氟酸溶液内30min，之后取出屏蔽板，纯水冲洗5min，吹干，完全去除石英表面沾污的金属离子；
C、微裂纹融熔闭合
步骤B处理后的石英屏蔽板在保温炉中预热，预热温度400℃，预热时间240min，而后转送装置将预热后的石英屏蔽板从保温炉中送出，使用喷枪对微裂纹处进行氢氧焰融熔闭合，火焰头部距离石英表面2cm，将氢气流量调节至0.5m3/h，氧气流量调节至0.5m3/h，闭合温度调节至1500℃，对微裂纹处进行融熔闭合3min，使缺陷处于保温炉中。
D、退火
经氢氧焰融熔闭合后的石英屏蔽板放入退火炉中，设定升温时间为120min，迅速升 温至800℃，恒温2h后，再通过120min自然降温到常温，完成退火处理；
E、蚀刻
退火处理后的石英屏蔽板被放置于蚀刻槽中，采用酸性蚀刻液进行表面蚀刻，蚀刻温 度为20℃，蚀刻时间为60min；完成蚀刻后的石英屏蔽板从酸液中取出，使用18M去离子水进行冲洗10min，氮气吹干后，放入无尘烘箱内100℃干燥180min，后取出冷却，通 过显微镜观察石英表面，检验石英表面微裂纹修复情况，符合理想石英晶格表面标准包装 入库。
所采用的酸性蚀刻液包括如下体积份组分：5份氢氟酸、10份乙酸、0.02份无盐型两 性咪唑啉、0.02份吐温80以及30份纯水。
实施例二
本实施例中的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，包括如下工序：
A、有机溶剂浸泡
将待修复石英屏蔽板完全浸泡于温度为25℃的异丙醇溶液中20min，温度设置为常 温，彻底去除附着在表面上的有机物；
B、氢氟酸处理
将经步骤A处理后的石英屏蔽板取出，去离子水冲洗30min后，完全浸入温度为25℃、 体积分数为10％的氢氟酸溶液内25min，之后取出屏蔽板，纯水冲洗5min，吹干，完全去除石英表面沾污的金属离子；
C、微裂纹融熔闭合
步骤B处理后的石英屏蔽板在保温炉中预热，预热温度600℃，预热时间180min，而后转送装置将预热后的石英屏蔽板从保温炉中送出，使用喷枪对微裂纹处进行氢氧焰融熔闭合，火焰头部距离石英表面2cm，将氢气流量调节至1m3/h，氧气流量调节至1m3/h， 闭合温度调节至1700℃，对微裂纹处进行融熔闭合2min，使缺陷闭合。
D、退火
经氢氧焰融熔闭合后的石英屏蔽板放入退火炉中，设定升温时间为120min，迅速升 温至1000℃，恒温2h后，再通过180min自然降温到常温，完成退火处理；
E、蚀刻
退火处理后的石英屏蔽板被放置于蚀刻槽中，采用酸性蚀刻液进行表面蚀刻，蚀刻温 度为25℃，蚀刻时间为30min；完成蚀刻后的石英屏蔽板从酸液中取出，使用18M去离子水进行冲洗10min，氮气吹干后，放入无尘烘箱内120℃干燥120min，后取出冷却，通 过显微镜观察石英表面，检验石英表面微裂纹修复情况，符合理想石英晶格表面标准包装 入库。
所采用的酸性蚀刻液包括如下体积份组分：10份氢氟酸、25份乙酸、1份无盐型两性咪唑啉、1份吐温80以及50份纯水。
实施例三
本实施例中的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，包括如下工序：
A、有机溶剂浸泡
将待修复石英屏蔽板完全浸泡于温度为30℃的丙酮和异丙醇混合溶液中10min，温 度设置为常温，彻底去除附着在表面上的有机物；
B、氢氟酸处理
将经步骤A处理后的石英屏蔽板取出，去离子水冲洗30min后，完全浸入温度为30℃、 体积分数为15％的氢氟酸溶液内15min，之后取出屏蔽板，纯水冲洗5min，吹干，完全去除石英表面沾污的金属离子；
C、微裂纹融熔闭合
步骤B处理后的石英屏蔽板在保温炉中预热，预热温度800℃，预热时间120min，而后转送装置将预热后的石英屏蔽板从保温炉中送出，使用喷枪对微裂纹处进行氢氧焰融熔闭合，火焰头部距离石英表面3cm，将氢气流量调节至1.5m3/h，氧气流量调节至1.5m3/h，闭合温度调节至2000℃，对微裂纹处进行融熔闭合1min，使缺陷闭合。
D、退火
经氢氧焰融熔闭合后的石英屏蔽板放入退火炉中，设定升温时间为120min，迅速升 温至1000℃，恒温2h后，再通过240min自然降温到常温，完成退火处理；
E、蚀刻
退火处理后的石英屏蔽板被放置于蚀刻槽中，采用酸性蚀刻液进行表面蚀刻，蚀刻温 度为25℃，蚀刻时间为30min；完成蚀刻后的石英屏蔽板从酸液中取出，使用18M去离子水进行冲洗10min，氮气吹干后，放入无尘烘箱内120℃干燥180min，后取出冷却，通 过显微镜观察石英表面，检验石英表面微裂纹修复情况，符合理想石英晶格表面标准包装 入库。
所采用的酸性蚀刻液包括如下体积份组分：15份氢氟酸、40份乙酸、2份无盐型两性咪唑啉、2份吐温80以及80份纯水。
修复前后石英屏蔽板的表面状态对比效果如图1中的(a)～(c)所示，根据显微镜表面检测结果可知，经过上述三个实施例的表面修复后，图1(b)中的裂纹完全闭合， 呈现出图1(c)中的状态，与使用前石英屏蔽板(图1(a))的微观状态很接近，能够再 次使用。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施 例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型 或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，其特征在于，包括如下工序：
A、有机溶剂浸泡
将待修复石英屏蔽板放置于温度为20～30℃的有机溶剂中浸泡，去除附着在表面的有机物；
B、氢氟酸处理
将经步骤A处理后的石英屏蔽板放置于温度为20～30℃的氢氟酸溶液中浸泡，去除金属离子；
C、裂纹融熔闭合
步骤B处理后的石英屏蔽板在保温炉中预热后进行氢氧焰融熔闭合，将氢气流量调节至0.5～1.5m3/h，氧气流量调节至0.5～1.5m3/h，闭合温度调节至1500～2000℃，对裂纹处进行融熔闭合1～3min，
其中，石英屏蔽板的预热条件为，预热温度400～800℃，预热时间120～240min；在进行氢氧焰融熔闭合时，火焰头部与所述石英屏蔽板表面之间的间隔为2～3cm；
D、退火
经氢氧焰融熔闭合后的石英屏蔽板放入退火炉中，迅速升温至800～1000℃，恒温2～3h后，再通过120～240min自然降温到常温；
E、蚀刻
退火处理后的石英屏蔽板被放置于蚀刻槽中，采用酸性蚀刻液进行表面蚀刻，而后去离子水冲洗、干燥，完成石英表面裂纹修复，
所述酸性蚀刻液包括如下体积份组分：5～15份氢氟酸、10～40份乙酸、0.02～2份无盐型两性咪唑啉、0.02～2份吐温80以及30～80份纯水。
2.根据权利要求1所述的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，其特征在于：
其中，步骤A中，有机溶剂为丙酮和异丙醇中的一种或两种混合，石英屏蔽板在该有机溶剂中的浸泡时间为10～30min。
3.根据权利要求1所述的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，其特征在于：
其中，步骤B中，氢氟酸溶液的体积浓度为5～15％，石英屏蔽板在该氢氟酸溶液中的浸泡时间为15～30min。
4.权利要求1所述的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，其特征在于：
其中，步骤E中，在进行蚀刻时，蚀刻温度为20～25℃，蚀刻时间为30～60min；蚀刻完毕后，采用18M超纯水冲洗5～10min。
5.权利要求1所述的半导体设备用石英屏蔽板表面修复方法，其特征在于：
其中，步骤E中，石英屏蔽板在100～120℃的无尘烘箱内干燥120～180min。
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