TWI640827B - 一種用於晶圓／光罩載具之透光視窗 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於晶圓/光罩載具之透光視窗，包含：一晶圓/光罩載具，具有一上殼體以及一下殼體；以及一透光視窗，設置於該上殼體上，該透光視窗由一石英玻璃材質組成，該石英玻璃材質中摻雜至少一金屬。藉此不僅提高了晶圓/光罩載具視窗的透光性，以及解決摩擦或碰撞產生塵粒附著於光罩的問題，還可減少原有塑膠材質所產生之污染物如釋氣(outgassing)的產生。
Description
本發明係關於一種用於晶圓/光罩載具之透光視窗，特別係指一種由石英玻璃材質並摻雜至少一金屬製成的透光視窗，解決晶圓/光罩載具的透光性以及摩擦或碰撞出現塵粒附著於光罩或因有害的氣體釋出於晶圓或光罩表面出現霧霾。
在半導體技術不斷創新以及積體電路細微化的影響，使得晶圓的尺寸也越來越大，晶圓價值也不斷的提升，因此，製程中晶圓上任何問題都可能造成極大的損失。在晶圓製程中，任何附著於光罩表面的缺陷都有可能被投射到晶圓的光阻層上，導致積體電路元件成品不良率，然而在製程中又會因製程材料、或製程氣體、或因零件微粒與油污之剝落，又或因環境中存在的微粒或氣體游離分子等污染物經積聚或化學變化後，在晶圓/光罩儲存及運輸期間產生微粒或霧霾等缺陷，因此，晶圓在運送過程以及保存期間，都必須放置於一高潔淨度、氣密性佳、低氣體逸出與抗靜電防護性高的載具內，防止晶圓或光罩受到污染，確保晶圓或光罩的潔淨度與提高製程良率。
習知之光罩載具上具有一塑膠材質有顏色之半透明視窗，從光罩載具外面直接透過掃描、紅外線、雷射等方式，確認光罩載具內部的
光罩有無損壞或讀取光罩上之資訊，但塑膠材質透光性不足無法精準讀取資訊，因此，需將光罩從光罩載具內取出確認，則提高損壞的風險。另外，由於習知之晶圓與光罩載具以及視窗主要採用塑膠材質所製成，容易因有害的氣體釋出(Outgassing)於晶圓或光罩表面出現霧霾，甚至因摩擦或碰撞出現塵粒附著光罩等問題。
因此，為解決透光性、摩擦或碰撞出現塵粒附著或因有害的氣體釋出(Outgassing)於晶圓或光罩表面出現霧霾，本發明提供一種光罩載具之透光視窗，採以高透光性之石英玻璃材質取代塑膠材質，藉以改善透光性不足無法精準讀取資訊之問題，還可減少原有塑膠材質所產生之污染物如：釋氣(Outgassing)的產生，由於石英玻璃其硬度及耐磨性較塑膠優異，還可減少摩擦或碰撞出現塵粒附著於光罩的情形，另外具有抗靜電性，還可減少塵粒產生。
本發明之光罩載具之透光視窗，包含：一晶圓/光罩載具，具有一上殼體以及一下殼體；以及一透光視窗，設置於該上殼體上，該透光視窗由一石英玻璃材質組成，該石英玻璃材質中摻雜至少一金屬。
其中該石英玻璃材質之二氧化矽(SiO2)濃度含量為大於或等於99.995%(99.995%)。該至少一金屬為鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銅(Cu)、鈷(Co)或鎳(Ni)。
其中該晶圓/光罩載具可為晶圓傳送盒、晶圓輸送盒、光罩儲存盒或光罩傳送盒其中之一。該晶圓/光罩載具之材質也可為該石英玻璃材質中摻雜至少一金屬，該至少一金屬為鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、
錳(Mn)、鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銅(Cu)、鈷(Co)或鎳(Ni)。
本發明採以高透光性之石英玻璃材質取代塑膠材質，藉以改善透光性不足無法精準讀取資訊之問題，不需將光罩從光罩載具內取出確認，減少損壞的風險，其良好的抗腐蝕性和抗熱性，還可減少原有塑膠材質所產生之污染物如：釋氣(Outgassing)的產生，由於石英玻璃其硬度及耐磨性較塑膠優異，還可減少摩擦或碰撞出現塵粒附著於光罩的情形，另外電絕緣性能佳具有抗靜電性，還可減少塵粒產生。
10‧‧‧晶圓/光罩載具
11‧‧‧上殼體
12‧‧‧下殼體
20‧‧‧透光視窗
30‧‧‧氣密圈
圖1為本發明之光罩載具之透光視窗示意圖；圖2為本發明之透光視窗之透光率曲線圖。
請參考圖1，圖1為本發明之光罩載具之透光視窗示意圖。如圖1所示，本發明包含一晶圓/光罩載具10，具有一上殼體11以及一下殼體12；以及一透光視窗20，設置於該上殼體上11，該透光視窗20由一石英玻璃(Quartz Glass)材質組成，該石英玻璃材質中摻雜至少一金屬。本實施例中，上殼體11以及下殼體12可為一體成型，亦可為分開或結合的結構。此外，透光視窗20與上殼體11連接之間更可以設有一氣密圈30，增加一晶圓/光罩載具10之氣密性及防水性。
其中該石英玻璃材質為二氧化矽單一成分的非石英舟晶態材料，其微觀結構是一種由二氧化矽四面結構體結構單元組成的單純網絡，由於Si-O化学鍵能很大，結構很緊密，所以石英玻璃具有獨特的性能，
尤其透明石英玻璃的光學性能非常優異，從紫外線到紅外線輻射的連續波長範圍都有優良的透射比。而且石英玻璃採用高純度的矽砂作為原料，製作的方法是熔融-淬滅方法(加熱材料到熔化温度，然後快速冷却到玻璃的固態相)，製作超高純度和紫外線透射比的透明玻璃需矽的汽化、氧化成二氧化矽並加石英熱溶解等過程。
然而該石英玻璃材質的性能主要取決於所含的二氧化矽純度，其次是工藝過程或熱工制度，微量雜質給石英玻璃的使用性能帶來重大的影響，如下表一所示，表一為本發明之石英玻璃材質摻雜的金屬含量分析表，該石英玻璃材質中的二氧化矽(SiO2)濃度含量為大於或等於99.995%(亦即99.995%)，其中摻雜的金屬含量最多為鋁(AL)16ppm，還有含量少的鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銅(Cu)、鈷(Co)、鎳(Ni)等金屬和類金屬硼(B)。為使本發明之透光視窗20具有最佳的光透過率，可降低該石英玻璃材質中的摻雜的金屬含量。
該晶圓/光罩載具10可為晶圓傳送盒、晶圓輸送盒、光罩儲存盒或光罩傳送盒其中之一，上述該晶圓/光罩載具10之材質也可與該透光視窗20相同，採用該石英玻璃材質中摻雜至少一金屬，該石英玻璃材質之
二氧化矽(SiO2)濃度含量為大於或等於99.995%(99.995%)，摻雜的金屬可為鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銅(Cu)、鈷(Co)或鎳(Ni)。
再分別對本發明之該石英玻璃材質進行熱試驗、光學試驗、機械試驗、電學試驗、溫度變化試驗以及材料與氧化物反應關係試驗。其實驗結果分別如下：
(1)進行熱試驗：得到熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion,CTE)、熱傳導係數(Thermal conductivity coefficient,TCC)以及熱能率的實驗結果，如下表二所示。
(2)進行溫度變化試驗，其實驗結果如下表三所示。該石英玻璃材質的軟化點温度為1600~1710℃，應變點為1100~1125℃，可在1100℃下長時間使用，短時間最高使用温度可達1450℃，耐高温。
由表二和表三得知，該石英玻璃材質的熱膨脹係數小，相當於陶瓷的1/6，相當於普通玻璃的1/20，在溫度升高情況下，幾乎不發生幾何特性變化，能承受劇烈的温度變化而不炸裂，具有極佳的熱稳定性。
(3)進行機械試驗，其實驗結果如下表四所示。可知該石英玻璃材質的密度為2.21g/m3，莫氏硬度為5.5~6.5，耐壓強度為6000N/mm2，抗拉強度為50N/mm2，彎曲強度(亦即材料被彎曲斷裂之前能承受的最大應力)為67N/mm2，，聲速為5720m/s，因此，該石英玻璃材質的機械性能比塑膠、硬質玻璃和陶瓷都好。由於該石英玻璃材質的硬度較塑膠優異，使得該石英玻璃材質具有較佳的耐磨性，因此可減少摩擦或碰撞出現塵粒附著於光罩的情形。
(4)電學試驗，其實驗結果如下表五所示。本發明該石英玻璃材質具有很高的介電強度和極低的導電率，即是在高溫、高壓和高頻下，
仍能保持很高的介電強度和電阻，在所應用的頻帶內幾乎沒有介電損耗，使得電絕緣性能良好，為極佳的高溫介電絕緣材料。
(5)進行材料與氧化物反應關係試驗，其實驗結果如下表六所示。從表六可看出本發明該石英玻璃材質與下列金屬氧化物有反應時的溫度，而且該石英玻璃材質本身耐酸能力優於塑膠，還是陶瓷的30倍，不鏽鋼的150倍，可知其抗腐蝕性和抗熱性的優異性，可減少原有塑膠材質所產生之污染物如：釋氣(Outgassing)的產生。因此，在高温下具有優異的化學穩定性。
請參考圖1與圖2，圖2為本發明之透光視窗之透光率曲線圖。從圖2中可看出光波長在200~1000nm時，本發明透光視窗20的透光情形。在波長200nm、300nm、360nm、400nm時，透光率分別為80.184%、92.278%、93.130%及93.237%，在波長400nm以上~1000nm，透光率也都在93%以上。所以，本發明使用石英玻璃並摻雜至少一金屬的材料製成用於晶圓/光罩載具10之透光視窗20，其在可見光波段360~750nm(亦即紫外線到紅外線的整个光譜波段)，透光率都在93%以上，特别是在紫外線光譜波段，其透光率可達80%以上，及近紅外光譜波段，其透光率也達93%以上，表示透光性良好。
由上述實驗及圖2可知，本發明該石英玻璃材質具有極低的熱膨脹係數，高的耐溫性，極好的化學穩定性，以及優良的電絕緣性，低而穩定的超聲延遲性能，最佳的透紫外光譜性能以及透可見光及近紅外光譜性能，並有著高於普通玻璃的機械性能。
可知本發明之透明視窗採以高透光性之石英玻璃材質取代塑膠材質，藉以改善透光性不足無法精準讀取資訊之問題，不需將光罩從光罩載具內取出確認，可避免昂貴之光罩由光罩載具內取出或置入等因素，所造成的損壞風險。其良好的抗腐蝕性和抗熱性，還可減少原有塑膠材質所產生之污染物如：釋氣(Outgassing)的產生，而且由於石英玻璃其硬度及耐磨性較塑膠優異，還可減少摩擦或碰撞出現塵粒附著於光罩的情形，另外電絕緣性能佳具有抗靜電性，還可減少塵粒產生。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本發明之專利範圍中。
Claims (5)
- 一種用於晶圓/光罩載具之透光視窗，包含：一透光視窗，設置於一晶圓/光罩載具之上殼體，該透光視窗由一石英玻璃材質組成，該石英玻璃材質中摻雜至少一金屬；其中該至少一金屬為鋁(Al)、鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銅(Cu)、鈷(Co)或鎳(Ni)；其中該鋁的含量為16ppm、該鐵的含量為1.2ppm、該鈣的含量為0.8ppm、該鎂的含量為0.4ppm、該鈦的含量為0.1ppm、該錳的含量為0.1ppm、該鉀的含量為2.0ppm、該鈉的含量為2.3ppm、該鋰的含量為0.5ppm、該銅的含量為0.57ppm、該鈷的含量為小於0.02ppm、該鎳的含量為0.03ppm。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於晶圓/光罩載具之透光視窗，其中該石英玻璃材質之一二氧化矽濃度含量為大於或等於99.995%。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於晶圓/光罩載具之透光視窗，其中該晶圓/光罩載具為晶圓傳送盒、晶圓輸送盒、光罩儲存盒或光罩傳送盒其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之用於晶圓/光罩載具之透光視窗，其中該晶圓/光罩載具之材質為一石英玻璃材質中摻雜至少一金屬。
- 如申請專利範圍第4項所述之用於晶圓/光罩載具之透光視窗，其中該至少一金屬為鐵(Fe)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、錳(Mn)、鉀(K)、鈉(Na)、鋰(Li)、銅(Cu)、鈷(Co)或鎳(Ni)。
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