DE69935576T2

DE69935576T2 - Quarzglas-Haltevorrichtung mit großen Oberflächenunregelmäßigkeiten

Info

Publication number: DE69935576T2
Application number: DE69935576T
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Tokorozawa-shi Inaki
Original assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG; Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: EP1051363B1; EP1051363A1; JP3985243B2; WO2000032529A1; DE99958136T1; JP2000169165A; DE69935576D1; US6458445B1

Description

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Gewerbliches Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Quarzglas-Haltevorrichtung, die frei von Mikrorissen ist und große Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise finden Quarzglas-Haltevorrichtungen von hoher Reinheit mit einem relativ hohen Wärmewiderstand und großer chemischer Beständigkeit bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen breite Anwendung. Des Weiteren kommt es häufig vor, dass die Oberfläche der Haltevorrichtungen absichtlich mit Unregelmäßigkeiten versehen wird, die im Allgemeinen mittels Frostbehandlung erzeugt werden. Allerdings beinhaltet eine herkömmliche Frostbehandlung ein Abschaben der Oberfläche der Quarzglas-Haltevorrichtungen durch Aufsprühen eines kristallinen Siliziumdioxidpulvers. Dadurch bilden sich Mikrorisse zur gleichen Zeit aus, während der Unregelmäßigkeiten entstehen, und dies bedingte ein selektives Abätzen der Mikrorisse in der darauf folgenden Spülbehandlung unter Verwendung einer wässrigen Fluorasserstofflösung. Dies verursachte Probleme wie z.B. das Anhaften von Ätzlösung oder die Bildung von Teilchen, welche die Halbleitererzeugnisse verunreinigen.
Als Mittel zur Lösung der oben genannten Probleme wird in der JP-A-Hei10-273339 („JP-A" bedeutet hier im vorliegenden Zusammenhang „ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung") eine Quarzglas-Haltevorrichtung mit einer rauen Oberfläche vorgeschlagen, gebildet aus einer Struktur mit unregelmäßigen Erhebungen, die sich zwischen der ersten oberen Ebene und der zweiten unteren Ebene erstrecken, deren Oberfläche eine Durchschnittshöhe im Bereich von 0,1 bis 10 μm aufweist, sowie mit vorstehenden Bereichen mit einer Durchschnittsbreite im Bereich von 30 bis 180 μm. In der japanischen Patentanmeldung JP-Hei-9-282757 wird eine Quarzglas-Haltevorrichtung mit kugel- oder ellipsenförmigen Oberflächenunregelmäßigkeiten vorgeschlagen.
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Beim Durchführen eines CVD-Verfahrens (chemical vapor deposition = chemische Dampfphasenabscheidung) unter Verwendung der oben genannten früheren Art von Quarzglas-Haltevorrichtung gehen jedoch die Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Haltevorrichtung bei wiederholtem Spülen verloren, obwohl in der Anfangsphase Dünnschichten erhalten werden, die frei von erzeugten Mikrorissen sind und bei denen die Teilchenbildung unterdrückt wird, und dies wurde als Ursache für das Problem der sich bildenden Mikrorisse auf dem so aufgedampften Dünnschichtfilm angesehen, was zur Bildung von die Halbleiterprodukte verunreinigenden Teilchen führte. Folglich sollten also Quarzglas-Haltevorrichtungen geschaffen werden, die Dünnfilmschichten auszubilden vermögen, die mit Hilfe eines CVD-Verfahrens abgeschieden werden und die selbst nach wiederholtem Spülen frei von der Entwicklung und Erzeugung von Mikrorissen sind, wodurch man Halbleiterprodukte erhalten kann, die frei von Verunreinigungen sind. Die Erfindung wurde auf der Grundlage dieser Erkenntnisse gemacht.
Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Quarzglas-Haltevorrichtung mit großen Oberflächenunregelmäßigkeiten.
Außerdem besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Quarzglas-Haltevorrichtung, die eine mittels eines CVD-Verfahrens o.ä. gebildete Oxidationsschicht vorsieht, die selbst nach wiederholtem Spülen frei von der Ausbildung von Mikrorissen ist und auch keinerlei Verunreinigungen der Halbleiteprodukte verursacht, welche auf die Bildung von Teilchen zurückzuführen sind.
Mittel zur Lösung der Probleme
Dementsprechend betrieben die Erfinder umfangreiche Studien zur Lösung der oben genannten Probleme. Als Ergebnis schafft die die oben genannte Aufgabe lösende Erfindung eine Quarzglas-Haltevorrichtung mit großen Oberflächenunregelmäßigkeiten, die dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Unregelmäßigkeiten eine Mittellinien-Rauhigkeit Ra im Bereich von 10 bis 30 μm, eine maximale Höhe Rmax im Bereich von 50 bis 150 μm sowie eine Breite im Bereich von 10 bis 500 μm auf der Oberfläche der Quarzglas-Haltevorrichtung aufweisen und dass die Haltevorrichtung frei von Mikrorissen ist.
Die erfindungsgemäße Quarzglas-Haltevorrichtung ist als Haltevorrichtung zur Verwendung in der Halbleiterindustrie geeignet, zum Beispiel als Ofenkernrohr, als Boot zur Befestigung von Wafern an demselben usw. Dies bedeutet eine Quarzglas-Haltevorrichtung, die frei von Mikrorissen ist und eine Oberfläche hat, auf der teilweise oder gänzlich Unregelmäßigkeiten mit einer Mittellinien-Rauhigkeit Ra im Bereich von 10 bis 30 μm, einer maximalen Höhe Rmax im Bereich von 50 bis 150 μm sowie einer Breite im Bereich von 10 bis 500 μm ausgebildet sind. Da die Quarzglas-Haltevorrichtung derart große Unregelmäßigkeiten aufweist und frei von Mikrorissen ist, gibt es selbst nach einer Ätzbehandlung unter Verwendung einer 5%igen Flusssäure keinerlei Veränderungen in der Oberflächenrauheit, und die Unregelmäßigkeiten werden unverändert bei der Mittellinien-Rauhigkeit und der maximalen Höhe beibehalten. Demgemäß bleiben selbst bei einer Verwendung der Quarzglas-Haltevorrichtungen in CVD-Verfahren und bei wiederholter Spülbehandlung dieser Haltevorrichtungen die darauf ausgebildeten Oxidschichten frei von Mikrorissen und verursachen keine Verunreinigung der Halbleiterprodukte, für welche die Erzeugung von Teilchen verantwortlich gemacht wird. Wie in der 1 erkennbar, ist besonders bevorzugt, dass die Unregelmäßigkeiten aus einer Vielzahl von Flanken gebildet werden und der Scheitelpunkt, an dem sich die Flanken kreuzen, eine Kantenlinie bildet; beispielsweise haben die Unregelmäßigkeiten eine Form, die einem Dach ähnelt, z.B. einem Gabel- oder Walmdach. Die oben genannten Flanken können eben sein oder gekrümmte Ebenen darstellen. Der Ausdruck „Spülen", wie er hier gebraucht wird, bedeutet ein Spülen unter Verwendung einer wässrigen Flusssäurelösung oder auch einer Lösungsmischung aus einer Flusssäure mit einer anorganischen Säure wie zum Beispiel Salpetersäure oder Schwefelsäure. Bei Unregelmäßigkeiten mit einer Mittellinien-Rauhigkeit Ra von weniger als 2 μm wird die Dünnschicht einer Mikrorisserzeugung unterworfen, und bei Unregelmäßigkeiten mit einer Mittellinien-Rauhigkeit Ra von mehr als 30 μm wird die Ausbildung großer Unregelmäßigkeiten schwierig. In ähnlicher Weise wie bei der Mittelinien-Rauhigkeit Ra können Unregelmäßigkeiten mit einer maximalen Höhe Rmax oder einer Breite außerhalb der oben genannten Bereiche nicht zur Ausbildung einer vorteilhaften Quarzglas-Haltevorrichtung beitragen.
Des Weiteren wurde festgestellt, dass sich die Quarzglas-Haltevorrichtungen mit großen Oberflächenunregelmäßigkeiten einfach durch Wiederholung jener Schritte herstellen lassen, bei denen eine anorganische Dünnschicht auf der Oberfläche einer Quarzglas-Haltevorrichtung gebildet wird, die frei von Mikrorissen ist, aber feine Unregelmäßigkeiten aufweist, gefolgt von einem Spülvorgang.
Eine Herstellung der Quarzglas-Haltevorrichtung mit großen Oberflächenunregelmäßigkeiten ist möglich, indem zunächst eine Dünnschicht aus Silizium o.ä. gemäß der zum Beispiel in der japanischen Patentanmeldung JP-Hei-9282757 gegebenen Beschreibung hergestellt wird und dann das sich ergebende Produkt einer Ätzbehandlung unter Verwendung einer wässrigen Flusssäurelösung unterzogen wird oder die Quarzglas-Haltevorrichtung in eine Lösung bestehend aus einer Mischung aus Flusssäure, Ammoniumfluorid und Essigsäure gemäß der in der JP-A-Hei10-273339 beschriebenen Frostbehandlung eingetaucht wird, wodurch feine Unregelmäßigkeiten frei von Mikrorissen auf der Oberfläche gebildet werden, indem die Niederschläge aus Ammonium-Silicofluorid verwendet werden, und dann mindestens zweimal der Schritt wiederholt wird, bei dem die Oberfläche der Haltevorrichtung mit einer anorganischen Dünnschicht beschichtet wird, gefolgt von einem Spülen bis sich Unregelmäßigkeiten mit einer Mittellinien-Rauhigkeit Ra im Bereich von 10 bis 30 μm, einer maximalen Höhe Rmax im Bereich von 50 bis 150 μm sowie einer Breite im Bereich von 10 bis 500 μm ergeben. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Sandstrahlmethode, bei der sich Mikrorisse bilden und wässrige Flusssäure in die Mikrorisse eindringt, um spitze Vorderenden aufgrund von deren Freisetzung in ovale Formen zu bringen, umfasst das oben genannte Verfahren zur Ausbildung von Unregelmäßigkeiten ein Beschichten mit einem anorganischen Dünnfilm sowie einen Spülvorgang, wobei die Scheitelpunkte der Unregelmäßigkeiten in Form sanfter Flanken ausgebildet sind. Als anorganische Dünnfilme, wie sie oben genannt sind, lassen sich Dünnfilme aufzählen, die zumindest aus einer Materialart bestehen, die aus Siliziumverbindungen, Siliziumnitridverbindungen, Siliziumoxidverbindungen und Quarzglas ausgewählt ist. Der Grund, warum große Unregelmäßigkeiten durch ein derartiges Spülen nach der Ausbildung eines anorganischen Dünnfilms auf der Oberfläche eines Quarzglases mit feinen Unregelmäßigkeiten und ohne Mikrorisse entstehen, liegt darin begründet, dass vermutlich visuell nicht erkennbare feine Mikrorisse zu dem Zeitpunkt ausgebildet werden, wenn der Dünnfilm auf den Einbeulungen der feinen Unregelmäßigkeiten entsteht und die Spüllösung entlang der feinen Mikrorisse eindringt, um so selektiv die Unregelmäßigkeiten zu ätzen und zu vergrößern. Der anorganische Dünnfilm liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 100 μm vor. Wird der Dünnfilm mit einer Stärke von weniger als 0,1 μm ausgebildet, dann kommt es weder zu einer Erhöhung der Rauheit noch zur Ausbildung großer Unregelmäßigkeiten beim Spülen. Hat der Dünnfilm eine Dicke von mehr als 100 μm, dann entstehen visuell sichtbare lineare Mikrorisse, und diese Mikrorisse erstrecken sich bis zur Quarzglas-Haltevorrichtung und entwickeln sich so, dass sie die Quarzglas-Haltevorrichtung umgeben. Dies ist nicht bevorzugt, weil Quarzglas leicht ausfällt.
Kurze Erläuterung der Zeichnungen
1 ist eine Sekundärelektronen-Bildaufnahme der Oberfläche einer Quarzglas-Haltevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop mit 50facher Vergrößerung,
2 ist eine Sekundärelektronen-Bildaufnahme der Oberfläche einer Quarzglas-Haltevorrichtung, auf der eine poly-Si-Schicht ausgebildet und die viermal gespült wurde, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop mit 50facher Vergrößerung,
3 zeigt einen Verlauf, den man durch Ausmessen der Oberfläche einer Quarzglas-Haltevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines Oberflächenrauheit-Messgeräts erhält, und
4 zeigt einen Verlauf, den man mit Hilfe eines Oberflächenrauheit-Messgerätes auf der Oberfläche eines Quarzglas-Haltevorrichtung erhält, auf der ein poly-Si-Film ausgebildet und die viermal gespült wurde.
Beispiel 1
Ein Quarzglasrohr wurde in eine Lösung eingetaucht, die man durch Mischen von etwa 24 Gew. % einer wässrigen Lösung aus 50%iger Flusssäure, etwa 17 Gew.-% eines Ammoniumfluorids, etwa 35 Gew. % einer wässrigen Lösung aus 100%iger Essigsäure sowie etwa 24 Gew. % Wasser erhielt, um so Feinkristalle aus Ammonium-Siliziumfluorid als Niederschläge zu bekommen. Das so erhaltene Quarzglasrohr ergab eine Mittellinien-Rauhigkeit Ra von 0,5 μm sowie eine maximale Höhe der Unregelmäßigkeiten Rmax von 2 μm, aber visuell wurden keine Mikrorisse beobachtet. Ein poly-Si-Film wurde auf die Oberfläche des so erhaltenen Quarzglasrohrs mit einer Stärke von 10 μm aufgedampft, und der Spülvorgang wurde unter Verwendung einer Mischlösung aus Flusssäure und Salpetersäure viermal wiederholt. Unter Bezugnahme auf die 1 bildeten sich auf der Oberfläche des entstandenen Quarzglasrohrs Unregelmäßigkeiten bestehend aus einer Vielzahl von Flanken, und es kam zur Bildung einer Kantenlinie an dem Scheitelpunkt, an dem sich die Flanken kreuzen. Die oben genannte 1 ist eine Sekundärelektronen-Bildaufnahme, die man mit einem Rasterelektronenmikroskop mit 50facher Vergrößerung erhält. Die Oberfläche der so erhaltenen Quarzglas-Haltevorrichtung wurde mit einem Oberflächenrauheit-Messgerät vermessen (Modell Surfcom 300B, hergestellt von Tokyo Seimitsu Co., Ltd.), und die Ergebnisse sind in der 3 zu sehen, in der die Längsrichtung (x-Achse) 500fach vergrößert ist und die Horizontalrichtung (y-Achse) 300fach, wobei letztere die Rauheit R kennzeichnet. Unter Bezugnahme auf die 3 ergibt die Oberfläche der Quarzglas-Haltevorrichtung eine Mittellinien-Rauhigkeit Ra von 13 μm, eine maximale Höhe der Unregelmäßigkeiten Rmax von 80 μm sowie eine Durchschnittsbreite der Unregelmäßigkeiten von 100 μm. Das so erhaltene Quarzglasrohr wurde in einem CVD-Verfahren für Siliziumwafer verwendet, und es wurde keine Ausbildung von Teilchen festgestellt – nicht einmal nach viermaligem Spülen.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Quarzglasrohr wurde in eine Lösung eingetaucht, die man durch Mischen von etwa 24 Gew. % einer wässrigen Lösung aus 50%iger Flusssäure, etwa 17 Gew. % eines Ammoniumfluorids, etwa 35 Gew. % einer wässrigen Lösung aus 100%iger Essigsäure sowie etwa 24 Gew. % Wasser erhielt, um so Feinkristalle aus Ammonium- Siliziumfluorid als Niederschläge zu bekommen. Das so erhaltene Quarzglasrohr ergab eine Mittellinien-Rauhigkeit Ra von 0,5 μm sowie eine maximale Höhe der Unregelmäßigkeiten Rmax von 2 μm. Das so erhaltene Quarzglasrohr wurde direkt in einem CVD-Verfahren für Siliziumwafer verwendet, aber es wurden nach viermaligen Spülen Teilchen erzeugt, und es wurde bestätigt, dass es zu Verunreinigungen auf dem Siliziumwafer gekommen war.
Vergleichsbeispiel 2
Ein poly-Si-Film wurde auf die Oberfläche eines durchsichtigen Quarzglasrohrs mit einer Stärke von 10 μm aufgedampft, und das sich ergebende Produkt wurde einer viermaligen Spülung unter Verwendung einer Mischlösung aus Flusssäure und Salpetersäure unterzogen. Wie in der 2 zu erkennen ist, wurde die Ausbildung zahlreicher linearer, das Glas erfassender Mikrorisse auf der Oberfläche des so erhaltenen Quarzglasrohrs beobachtet. Die 2 ist eine Sekundärelektronen-Mikroaufnahme, die man mit einem Rasterelektronenmikroskop bei 50facher Vergrößerung erhält. Des Weiteren wurde die Oberfläche des sich ergebenden Quarzglasrohrs mit Hilfe eines Oberflächenrauheit-Messgerätes auf ähnliche Art gemessen wie im Beispiel 1 beschrieben, und eine 500fach in Vertikalrichtung und 300fach in Horizontalrichtung vergrößerte Aufnahme ist in der 4 zu erkennen. Unter Bezugnahme auf die 4 betrug die Mittellinien-Rauhigkeit Ra 6 μm und die maximale Höhe der Unregelmäßigkeiten Rmax 40 μm. Das so erhaltene Quarzglasrohr wurde in einem CVD-Verfahren für Siliziumwafer verwendet, aber der Test wurde aufgrund der Erzeugung anormaler Teilchen unterbrochen.
Auswirkung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Quarzglas-Haltevorrichtung weist große Oberflächenunregelmäßigkeiten auf und ist dennoch frei von Mikrorissen. Wird die Quarzglas-Haltevorrichtung in CVD-Verfahren zur Herstellung von Halbleiterprodukten verwendet, dann kann sie in CVD-Verfahren selbst nach mehrmaligem Spülen wieder verwendet werden, ohne dass sich irgendwelche Mikrorisse u.ä. auf Oxidschichten bilden und ohne dass es zu einer Verunreinigung der Halbleiterprodukte kommt, die für die Bildung von Teilchen verantwortlich gemacht wird.
Feine Unregelmäßigkeiten ohne Mikrorisse können sich auf der Quarzglasoberfläche der Quarzglas-Haltevorrichtungen ausbilden, eine einfache Herstellung durch – mehrmaliges – Spülen ist möglich als auch die Ausbildung einer Beschichtung aus einem anorganischen Dünnfilm auf deren Oberfläche und nachfolgendes Spülen derselben. Somit ist die Erfindung von großem Wert für die Industrie.

Claims

Quarzglas-Haltevorrichtung mit großen Oberflächenunregelmäßigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass diese Unregelmäßigkeiten eine Mittellinien-Rauhigkeit Ra im Bereich von 10 bis 30 μm, eine maximale Höhe Rmax im Bereich von 50 bis 150 μm sowie eine Breite im Bereich von 10 bis 500 μm aufweisen und dass die Haltevorrichtung frei von Mikrorissen ist.
Quarzglas-Haltevorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese Unregelmäßigkeiten aus einer Vielzahl von Flanken gebildet werden und der Scheitelpunkt, an dem sich die Flanken kreuzen, eine Kantenlinie bildet.
Quarzglas-Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der Quarzglas-Haltevorrichtung mit großen Oberflächenunregelmäßigkeiten um eine Haltevorrichtung für den Einsatz in einer Atmosphäre zur Bildung eines Dünnschichtfilms durch Reaktion von gasförmigen Ausgangsmaterialien handelt.