DE602004000276T2

DE602004000276T2 - Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas

Info

Publication number: DE602004000276T2
Application number: DE602004000276T
Authority: DE
Inventors: Tatsuhiro Koriyama-shi Sato
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: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: EP1471039B1; US20040237589A1; JP2004323246A; EP1471039A1; JP4204374B2; US7497095B2; DE602004000276D1

Description

Technisches Gebiet, zu der die Erfindung gehört
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer in der Halbleiterindustrie verwendeten Haltevorrichtung aus Quarzglas.
Stand der Technik
Bei einer in der Halbleiterindustrie verwendeten Haltevorrichtung aus Quarzglas wird ein natürlicher Quarzglasrohstoff mittels eines Flammverfahrens o.ä. in eine gewünschte Form gebracht, einem Spannungsabbauglühen o.ä. unterworfen und dann gewaschen, um ein Produkt zu erhalten.
Bei der als solcher hergestellten Haltevorrichtung aus Quarzglas diffundieren Metallverunreinigungen in Tiefenrichtung bis zu 100 μm (Oberflächenschicht) von der Oberfläche aus während eines Wärmebehandlungsschrittes unter hohen Temperaturen in den Bearbeitungsschritten, und es kommt zu einer Verunreinigung in der Waschbehandlung der Oberflächenschicht, welche den letzten Schritt darstellt, bis in eine Tiefe hinein, die sich nicht entfernen lässt. Solche Metallverunreinigungen werden bei der Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen in den Herstellungsschritten für Halbleiter freigesetzt und haften an Siliziumwafern an, was zu fehlerhaften Produkten führt. Insbesondere ist die Freisetzung von Metallverunreinigungen wie Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Fe, Ni und Cu nicht bevorzugt, was ein Problem bei der Verwendung in der Halbleiterindustrie darstellt.
Als Gegenmaßnahme wurde der Versuch unternommen, eine Atmosphäre in einem Raum im Herstellungsschritt der Quarzglashaltevorrichtung zu säubern, einen Brenner für eine Flammbearbeitung durch ein Quarzglas vorzubereiten, einen Glühofen zu benutzen, bei dem die Ofenwand mit einem speziellen reinen Material hergestellt wird, usw.
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Zwar wird die Verunreinigung des Oberflächenschichtteils bei der mit den vorgenannten Verfahren hergestellten Haltevorrichtung aus Quarzglas verringert und bei Verwendung in der Halbleiterindustrie sind die Fehler in Siliziumwafern gering und Vorteile werden erzielt, jedoch werden diese Gegenmaßnahmen entweder insgesamt oder getrennt durchgeführt, die Kosten und Anstrengungen dafür stellen eine sehr beachtliche Belastung bei Verkauf und Herstellung dar.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, wobei der Reinheitsgrad der Oberflächenschicht einer in der Halbleiterindustrie verwendeten Haltevorrichtung aus Quarzglas bei geringen Kosten einfach und sicher verbessert werden kann.
Mittel zur Lösung der Probleme
Zur Lösung der vorgenannten Probleme ist das erste Merkmal des Verfahrens zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, bei dem ein Quarzglasrohstoff in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung gebracht, einem Glühen zum Spannungsabbau unterworfen und dann gewaschen wird, um ein Produkt zu erhalten, eine Gasphasenätzstufe sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf der Oberflächenschicht der Haltevorrichtung aus Quarzglas nach der oben genannten Glühbehandlung zum Spannungsabbau und vor der oben genannten Waschbehandlung durchgeführt werden, wobei nach dem oben genannten Gasphasenätzschritt der oben genannte Gasphasenreinigungsschritt kontinuierlich durchgeführt wird.
Das zweite Merkmal des Verfahrens zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, bei dem ein Quarzglasrohstoff in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung gebracht, einem Glühen zum Spannungsabbau unterworfen und dann gewaschen wird, um ein Produkt zu erhalten, eine Gasphasenätzstufe sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf der Oberflächenschicht der Haltevorrichtung aus Quarzglas nach der oben genannten Glühbehandlung zum Spannungsabbau und vor der Waschbehandlung durchgeführt werden, wobei der oben genannte Gasphasenätzschritt und der oben genannte Gasphasenreinigungsschritt gleichzeitig durchgeführt werden.
Das dritte Merkmal des Verfahrens zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, bei dem ein Quarzglasrohstoff in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung gebracht, einem Glühen zum Spannungsabbau unterworfen und dann gewaschen wird, um ein Produkt zu erhalten, eine Gasphasenätzstufe sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf der Oberflächenschicht der oben genannten Haltevorrichtung aus Quarzglas zusammen mit der oben genannten Glühbehandlung zum Spannungsabbau durchgeführt werden, wobei der oben genannte Gasphasenreinigungsschritt kontinuierlich nach dem oben genannten Gasphasenätzschritt durchgeführt wird.
Das vierte Merkmal des Verfahrens zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, bei dem ein natürlicher Quarzglasrohstoff in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung gebracht wird, einem Glühen zum Spannungsabbau unterworfen und dann gewaschen wird, um ein Produkt zu erhalten, eine Gasphasenätzstufe sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf der Oberflächenschicht der oben genannten Haltevorrichtung aus Quarzglas zusammen mit der oben genannten Glühbehandlung zum Spannungsabbau durchgeführt werden, wobei der oben genannte Gasphasenätzschritt und der oben genannte Gasphasenreinigungsschritt gleichzeitig durchgeführt werden.
Bei dem oben genannten Gasphasenätzschritt ist es vorteilhaft, dass die Behandlung in einem Temperaturbereich von 0°C bis 1300°C, mehr bevorzugt von 200°C bis 1300°C oder noch bevorzugter von 800°C bis 1300°C in einem Ätzgas wie z.B. einer F enthaltenden Gasatmosphäre durchgeführt wird. Wünschenswerterweise wird der oben genannte Gasphasenätzschritt 15 Minuten lang oder auch länger durchgeführt.
Hinsichtlich des oben genannten, F enthaltenden Gases wird vorteilhafterweise zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe aus C_xF_y, Cl_xF_y, N_xF_y, Si_xF_y, S_xF_y, (wobei hier für x und y in jeder Formel gilt: 10 ≥ x ≥ 1 und 10 ≥ y ≥ 1), CHF₃, HF und F₂ verwendet. Bezüglich des F enthaltenden Gases ist dieses nicht auf das oben Gesagte eingeschränkt, solange es sich in einem Gaszustand bei 0°C bis 1300°C befindet und mit Quarzglas reagiert, und eine Verbindung mit einem Metallelement wie z.B. BF₃ und PF₃ kann ebenfalls verwendet werden. Ist die Temperatur für die Gasphasenätzbehandlung niedriger als die Siedepunkttemperatur des oben genannten Gases, dann kann das Gas manchmal als Gas in einem Zustand zugeführt werden, bei dem Flüssigkeitsfeinpartikel darin verstreut sind, aber selbst in einem solchen Fall ist es möglich, die gleiche Wirkung zu erzielen. Dementsprechend ist es bei Verwendung eines Ätzgases im Gasphasenätzschritt der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung selbstverständlich, dass ein Ätzgas in einer Gasphase oder mit anderen Worten in einem Gaszustand verwendet wird, aber daneben ist auch das oben genannte Ätzgas, bei dem Flüssigkeitsfeinpartikel darin verstreut sind, mit eingeschlossen. Zusätzlich ist mehr bevorzugt, dass die oben genannte, F enthaltende Gasatmosphäre des Weiteren H enthält. Zum Beispiel kann ein H₂- oder H₂O-Gas darin enthalten sein.
Bei dem oben genannten Gasphasenreinigungsschritt wird vorteilhafterweise eine Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen im Temperaturbereich von 800 bis 1300°C in einer Cl enthaltenden Gasatmosphäre durchgeführt. Bevorzugt wird der oben genannte Gasphasenreinigungsschritt 15 Minuten lang oder länger durchgeführt. Bevorzugt ist das oben genannte, Cl enthaltende Gas HCl und/oder Cl₂.
Werden der Gasphasenätzschritt und der Gasphasenreinigungsschritt gleichzeitig durchgeführt, dann wird vorteilhafterweise eine Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen 30 Minuten lang oder länger im Temperaturbereich von 800 bis 1300°C in einer Atmosphäre durchgeführt, bei der das oben genannte, F enthaltende Gas und das oben genannte, Cl enthaltende Gas gemischt sind.
Art und Weise der Durchführung der Erfindung
Nachstehend wird die Art und Weise der Durchführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die befugten Zeichnungen erläutert, und es versteht sich von selbst, dass eine solche Durchführungsweise der Erfindung beispielhaft gezeigt ist und dass verschiedene Abwandlungen davon möglich sind, soweit sie nicht außerhalb des technischen Gedankens der Erfindung liegen.
Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung der Haltevorrichtung aus Quarzglas gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 dargestellt.
1 ist ein Flussdiagramm, das schematisch die Verfahrensschritte nach einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Haltevorrichtung aus Quarzglas zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das schematisch die Verfahrensschritte nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Haltevorrichtung aus Quarzglas zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das schematisch die Verfahrensschritte nach einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Quarzglases zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das schematisch die Verfahrensschritte nach einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Quarzglases zeigt.
Wie in der 1 dargestellt, wird zunächst ein Quarzglasrohstoff vorbereitet (Schritt 100), der Quarzglasrohstoff wird in eine gewünschte Form durch Flammbearbeitung gebracht oder wird einer Abriebbehandlung unterworfen (Schritt 102), dann einem Glühen zum Spannungsabbau (Schritt 104), einer Behandlung in einer sauberen Atmosphäre oder mit anderen Worten in einer Atmosphäre, die keine Metallverunreinigung aufweist, wobei gleichzeitig ein Ätzgas (Gasphasenätzschritt; Schritt 106) fließt, dann einer Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen, wobei gleichzeitig ein Gas zur Reinigung (Reinigungsgas) (Gasphasenreinigungsschritt; Schritt 108) fließt, auf Umgebungstemperatur abgekühlt und dann einer Waschbehandlung unterworfen (Schritt 110), um ein Produkt zu erhalten, woraufhin eine Haltevorrichtung aus Quarzglas hergestellt ist, wobei der Reinheitsgrad der Oberflächenschicht verbessert ist.
Bezüglich des Quarzglasrohstoffes in dem oben genannten Schritt 100 kann jeder natürliche Quarzglasrohstoff oder synthetische Quarzglasrohstoff verwendet werden. Bei Verwendung eines synthetischen Quarzglasrohstoffes ist die Konzentration einer jeden Metallverunreinigung wie z.B. Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Fe, N und Cu geringer als 5 ppb.
Bezüglich des oben genannten Schritts 102, des Schritts 104 und des Schritts 110 gibt es keine besondere Beschränkung, sondern die in der Öffentlichkeit bekannten Verfahren für jeden dieser Schritte können in geeigneter Weise ausgewählt werden.
Bevorzugt wird der oben genannte Gasphasenätzschritt (Schritt 106) 15 Minuten lang oder länger innerhalb eines Temperaturbereichs von 0°C bis 1300°C durchgeführt. In diesem Schritt wird die äußerste Oberflächenschicht, bei der die Verunreinigung in den Herstellungsschritten für das Quarzglas am höchsten ist, einer Abtragung mittels Ätzen unterworfen. Die Ätztiefe sollte notwendigerweise mehrere μm oder darüber betragen und vorzugsweise bis etwa 30 μm durchgeführt werden.
Bezüglich des oben genannten Ätzgases ist ein F enthaltendes Gas am gebräuchlichsten, und Beispiele dafür sind CF₄, C₂F₆, C₃F₈, C₄F₈, ClF₃, NF₃, SiF₄, CHF₃, SF₆, HF, F₂ und ein Mischgas daraus. Beim Ätzen ist der Ätzvorgang effizienter, wenn er nach dem Mischen mit H₂-Gas oder einem H enthaltenden Gas wie H₂O durchgeführt wird.
Bezüglich des oben genannten Gasphasenreinigungsschrittes (Schritt 108) wird bevorzugt eine Quarzglashaltevorrichtung, die ein Gegenstand ist, 15 Minuten lang oder länger in eine saubere Atmosphäre im Temperaturbereich von 800 bis 1300°C gebracht und dann einer Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen unterworfen. Was die Temperatur betrifft, so wird eine Wirkung ab 600°C festgestellt, da aber eine längere Einbringung im niedrigen Temperaturbereich erforderlich ist, werden 800°C und darüber bevorzugt. Ist die Temperatur höher als 1300°C, dann kann es zu einer Verformung in einer Quarzglashaltevorrichtung kommen, die einen komplizierten Aufbau hat, und bei einer Temperatur von mehr als 1400°C tritt das Problem auf, dass die Kristallisation rasch voranschreitet.
Bezüglich des oben genannten Reinigungsgases ist ein Cl enthaltendes Gas üblich und Beispiele dafür sind HCl, Cl₂ und ein Mischgas daraus. Ein Inertgas wie z.B. Stickstoff, Argon oder Helium oder eine Vakuumatmosphäre ist wirksam, wenn es sich um eine saubere Atmosphäre handelt. CO-Gas kann auch als Gas verwendet werden, das besonders effektiv bei der Entfernung von Eisen ist. Infolge des o.g. Gasphasenreinigungsschrittes werden zumindest 100 μm von der Oberfläche aus nach dem Ätzen gereinigt.
Besonders dargestellt werden soll der Fall, bei dem beispielsweise CF₄ als Ätzgas und HCl als Reinigungsgas verwendet werden. Zunächst wird ein Quarzglasrohstoff vorbereitet, der Quarzglasrohstoff wird in eine gewünschte Form durch Flammbearbeitung gebracht oder einem Abtragungsprozess unterworfen, einem Glühen zum Spannungsabbau in einem Luftofen bei 1200°C ausgesetzt, dann 15 Minuten lang bei 1200°C stehen gelassen, wobei gleichzeitig CF₄-Gas zugeführt wird, weitere 15 Minuten stehen gelassen, wobei gleichzeitig HCl-Gas zugeführt wird, dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt und einer Waschbehandlung unterworfen, um ein Produkt zu erhalten.
Bei dem obigen Verfahren entfernt das CF₄-Gas die gesamte Oberfläche der Quarzglashaltevorrichtung bis zu 5 μm mittels Ätzen, und danach wird das HCl-Gas aus der Oberflächenschicht der Quarzglashaltevorrichtung bis zu 100 μm diffundiert und freigesetzt und reagiert mit dem Metallelement, das von einem Siliziumoxidnetzwerk umgeben ist, um Chlorid zu bilden. Der größte Teil des Chlorids wird in Gasphasenmoleküle mit einem hohen Diffusionskoeffizienten bei 600°C oder höher umgewandelt und rasch diffundiert und nach außen von der Oberfläche der Quarzglashaltevorrichtung entfernt. Selbst die einzelne Substanz des Metallelements, die kein Chlorid bildet, wird ähnlich diffundiert und entfernt, wenn sie einen hohen Diffusionskoeffizienten hat, wodurch die Oberflächenschicht der Quarzglashaltevorrichtung gesäubert werden kann.
Wie weiter in der 2 zu sehen ist, kann bei der Durchführung der Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen und in einer Atmosphäre, bei der das oben genannte Ätzgas und das oben genannte Reinigungsgas gemischt sind, gleichzeitig eine Gasphasenätzbehandlung und eine Gasphasenreinigungsbehandlung durchgeführt werden (Schritt 107).
Vorteilhafterweise wird in dem oben genannten Schritt 107 eine Erwärmungsbehandlung 30 Minuten oder länger im Temperaturbereich von 800°C bis 1300°C durchgeführt. Was das Mischungsverhältnis des Mischgases betrifft, so ist jedes Gas vorzugsweise in einem Anteil von mindestens 5 Volumenprozent zur Gesamtgasfließrate enthalten.
Wie weiter in der 3 zu sehen ist, kann, wenn ein Quarzglasrohstoff vorbereitet (Schritt 100) und in eine gewünschte Form durch Flammbearbeitung o.ä. gebracht wird (Schritt 102) und eine Glühbehandlung zum Spannungsabbau zusammen mit der o.g. Gasphasenätzbehandlung und der o.g. Gasphasenreinigungsbehandlung (Schritt 105) durchgeführt wird, der Reinheitsgrad der Oberflächenschicht der Quarzglashaltevorrichtung verbessert werden. Im Schritt 105 wird der Gasphasenreinigungsschritt nach dem Gasphasenätzschritt wie im Schritt 106 und im Schritt 108 der 1 durchgeführt.
Des Weiteren kann, wie in der 4 gezeigt, der Reinheitsgrad der Oberflächenschicht der Quarzglashaltevorrichtung verbessert werden, wenn ein Quarzglasrohstoff vorbereitet (Schritt 100), in eine gewünschte Form durch Flammbearbeitung o.ä. gebracht (Schritt 102) und dann einer Glühbehandlung zum Spannungsabbau unterworfen wird, wobei eine Gasphasenätzbehandlung sowie eine Gasphasenreinigungsbehandlung gleichzeitig stattfinden (Schritt 105a). Im Schritt 105a wird eine Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen in einer Atmosphäre durchgeführt, bei der das o.g. Ätzgas sowie das o.g. Reinigungsgas wie im Schritt 107 der 2 gemischt sind.
Das o.g. Verfahren, in dem eine Gasphasenätzbehandlung und eine Gasphasenreinigungsbehandlung zusammen mit einer Glühbehandlung zum Spannungsabbau durchgeführt werden (3 und 4), führt zu einer Verkürzung der Herstellungsschritte sowie zu einer Reinigung, wodurch es zu einer hohen Effizienz kommt.
Hinsichtlich der o.g. Schritte 105 und 105a werden diese bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 800°C bis 1300°C mindestens 30 Minuten lang durchgeführt, mehr bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 1000°C bis 1300°C und noch bevorzugter innerhalb eines Bereichs von 1200°C bis 1300°C, und eine Durchführung bei 1200°C ist am meisten bevorzugt, was der allgemeinen Glühtemperatur entspricht.
Gemäß den o.g. ersten bis vierten Merkmalen des Verfahrens zum Herstellen einer Haltevorrichtung aus Quarzglas gemäß der Erfindung kann nun der Großteil der Verunreinigung der Oberflächenschicht während der Herstellungsschritte der Haltevorrichtung aus Quarzglas entfernt werden und eine Reinigung bis zu 100 μm in Tiefenrichtung bei einem so hohen Reinheitsgrad durchgeführt werden, wie von der Halbleiterindustrie gefordert.
Es wurde eindeutig bestätigt, dass im Fall einer Haltevorrichtung aus natürlichem Quarzglas, bei der die Konzentration eines jeden der Elemente Na, K, Li, Mg, Cr, Fe, Ni und Cu bis zu einer Tiefe von 100 μm von der Oberfläche aus gering ist oder mit anderen Worten bei der jede Konzentration geringer als 50 ppb ist, die Haltevorrichtung als Quarzhaltevorrichtung für die Halbleiterindustrie dienen kann. Somit kommt es, auch wenn sie selbst bei hoher Temperatur für die Halbleiterindustrie verwendet wird, zu keiner Freigabe von Metallverunreinigungen von der Oberflächenschicht aus und somit zu keiner Beeinträchtigung der Siliziumwafer.
Es wurde deutlich bestätigt, dass im Fall einer Haltevorrichtung aus synthetischem Quarzglas, wenn jedes der Elemente Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, Cr, Fe, Ni und Cu weniger als 50 ppb ausmacht, die Haltevorrichtung als Quarzhaltevorrichtung für die Halbleiterindustrie dienen kann. In diesem Fall beträgt jedes der o.g. Elemente weniger als 5 ppb bezüglich der Reinheit des Ausgangsquarzglasrohstoffes.
Beispiele
Nachfolgend werden die Beispiele der Erfindung besonders gezeigt, und es versteht sich von selbst, dass diese Beispiele Illustrationszwecken dienen und nicht als einschränkend zu verstehen sind.
Beispiel 1
Ein viereckiger Stab mit 20 mm × 20 mm × 1300 mm wurde mittels eines Schneiders aus einem Quarzglasrohstoff herausgeschnitten, der aus natürlichem Bergkristallglaspulver hergestellt wurde, und 130 Rillen mit einer Breite von 2 mm und einer Tiefe von 5 mm wurden senkrecht zu einer Längsachse im Abstand von 10 mm gefräst. Danach wurden die besagten Rillen einer Feuerpolitur mittels eines Metallbrenners unter Verwendung einer Knallgasflamme unterzogen, um einen glatten und ebenen Oberflächenzustand zu erzielen.
Wie in der Tabelle 1 zu erkennen ist, wurden die Rillen des o.g. Quarzglasstabes mit einer glatten Oberfläche versehen, dieser wurde in einem Luftofen bei 1200°C 30 Minuten lang stehen gelassen, innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt und herausgenom men. Der herausgenommene Quarzstab wurde in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von 300 mm × 2000 mm gebracht, CF₄-Gas wurde mit 1 Liter/Minute zugeführt, wonach er bei 1200°C 15 Minuten lang gehalten wurde, dann wurde HCl-Gas mit 1 Liter/Minute zugeführt, wonach er bei 1200°C 15 Minuten lang gehalten wurde, und der Stab wurde innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt, ausgetauscht und herausgenommen.
Tabelle 1
Aus dem herausgenommenen Quarzglasstab wurden 100 mm herausgeschnitten, und dessen Oberflächenschicht wurde bis 100 μm von der Oberfläche aus in einer HF-Lösung gelöst, gefolgt von einer anschließenden chemischen Analyse. Ebenfalls durchgeführt wurde die chemische Analyse des Quarzglasstabes selbst, von dem die Oberflächenschicht entfernt wurde. Was die Mittel der chemischen Analyse betrifft, so wurden eine Flammenatomabsorption sowie eine Plasmaatomemission durchgeführt. Das Ergebnis ist in der Tabelle 2 aufgeführt. Bei jedem Element wurde dieselbe Reinheit wie bei natürlichem Quarzglasstoff erzielt, der ein Rohmaterial ist.
Tabelle 2
Die Konzentrationseinheit des in der Tabelle 2 gezeigten Elements ist ppb.
Beispiel 2
Aus einem synthetischen, durch Ruß hergestellten Quarzglasrohstoff wurde ein viereckiger Stab mit 20 mm × 20 mm × 1300 mm mittels eines Schneiders herausgeschnitten, und 130 Rillen mit einer Breite von 2 mm und einer Tiefe von 5 mm wurden senkrecht zu einer Längsachse im Abstand von 10 mm gefräst. Danach wurden die besagten Rillen einer Feuerpolitur mittels eines Metallbrenners unter Verwendung einer Knallgasflamme unterzogen, um einen glatten und ebenen Oberflächenzustand zu erzeugen.
Wie in der Tabelle 1 zu erkennen ist, wurden die Rillen des o.g. Quarzglasstabes mit einer glatten Oberfläche versehen und in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von 300 mm × 2000 mm gebracht, CF₄-Gas wurde diesem mit 1 Liter/Minute zugeführt, wonach er bei 1200°C 15 Minuten lang gehalten wurde, dann wurde HCl-Gas mit 1 Liter/Minute zugeführt, wonach er bei 1200°C 15 Minuten lang gehalten wurde, und der Stab wurde innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt, ausgetauscht und herausgenommen.
Aus dem herausgenommenen Quarzglasstab wurden 100 mm herausgeschnitten, und dessen Oberflächenschicht bis zu 100 μm von der Oberfläche aus sowie der Quarzglasstab selbst, von dem die Oberflächenschicht entfernt wurde, wurde in einer HF-Lösung gelöst, gefolgt von einer anschließenden chemischen Analyse wie im Beispiel 1. Das Ergebnis ist in der Tabelle 2 zu sehen. Bei jedem Element wurde dieselbe Reinheit wie bei synthetischem Quarzstoff erzielt, der ein Rohmaterial ist.
Beispiel 3
Wie in der Tabelle 1 gezeigt, wurde dieselbe Behandlung wie im Beispiel 2 durchgeführt, so dass die Rillen des Quarzglasstabes mit einer glatten Oberfläche versehen und in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von 300 mm × 2000 mm gebracht wurden, CF₄-Gas sowie HCl-Gas wurde mit jeweils 1 Liter/Minute zugeführt, wonach er bei 1200°C 30 Minuten lang gehalten wurde, und der Stab wurde dann innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt, ausgetauscht und herausgenommen. Wie in der Tabelle 2 gezeigt, war das Ergebnis ebenfalls dasselbe wie im Beispiel 2.
Beispiel 4
Wie in der Tabelle 1 gezeigt, wurde dieselbe Behandlung wie im Beispiel 2 durchgeführt, so dass die Rillen des Quarzglasstabes mit einer glatten Oberfläche versehen und in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von 300 mm × 2000 mm gebracht wurden, CF₄-Gas sowie HCl-Gas wurden mit einer Geschwindigkeit von 1 Liter/Minute zugeführt, wonach er bei 1200°C 15 Minuten lang gehalten wurde, dann wurde HCl-Gas mit einer Geschwindigkeit von 1 Liter/Minute zugeführt, wonach er bei 1200°C 15 Minuten lang gehalten wurde, und der Stab wurde dann innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt, ausgetauscht und herausgenommen. Wie in der Tabelle 2 gezeigt, war das Ergebnis ebenfalls dasselbe wie im Beispiel 2.
Veraleichbeispiel 1
Ein durch Ruß hergestellter synthetischer Quarzglasrohstoff wurde verwendet und mit dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 2 wurden Rillen des herausgeschnittenen Quarzglasstabes mit einer glatten Oberfläche versehen und der Stab wurde in einem Luftofen bei 1200°C 30 Minuten lang stehen gelassen, innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt und dann herausgenommen.
Aus dem herausgenommenen Quarzglasstab wurden 100 mm herausgeschnitten und dessen Oberflächenschicht bis 100 μm von der Oberfläche aus sowie der Quarzglasstab selbst, aus dem die Oberflächenschicht entfernt wurde, wurde in einer HF-Lösung gelöst, gefolgt von einer anschließenden chemischen Analyse wie im Beispiel 1. Das Ergebnis ist in der Tabelle 2 zu sehen. Wie in der Tabelle 2 gezeigt, war die Konzentration eines jeden Elements in der Oberflächenschicht höher als im Ausgangsmaterial.
Vergleichsbeispiel 2
Ein durch Ruß hergestellter synthetischer Quarzglasrohstoff wurde verwendet und mit dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 2 wurden Rillen des herausgeschnittenen Quarzglasstabes mit einer glatten Oberfläche versehen und der Stab wurde in einem Luftofen bei 1200°C 30 Minuten lang stehen gelassen, innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt und dann herausgenommen. Danach wurde er in ein Quarzrohr mit einem Durchmesser von 300 mm × 2000 mm gebracht, HCl-Gas wurde mit einer Geschwindigkeit von 1 Liter/Minute zugeführt, gefolgt von einem 15-minütigen Halten bei 1200°C, und der Stab wurde innerhalb eines Tages auf Raumtemperatur abgekühlt, ausgetauscht und herausgenommen.
Aus dem herausgenommenen Quarzglasstab wurden 100 mm herausgeschnitten und dessen Oberflächenschicht bis auf 100 μm von der Oberfläche aus sowie der Quarzglasstab selbst, aus dem die Oberflächenschicht entfernt wurde, wurde in einer HF-Lösung gelöst, gefolgt von einer anschließenden chemischen Analyse wie im Beispiel 1. Das Ergebnis ist in der Tabelle 2 zu sehen. Wie in der Tabelle 2 gezeigt, war die Konzentration eines jeden Elements in der Oberflächenschicht geringer als im Vergleichsbeispiel 1, aber höher als im Ausgangsmaterial.
Vorteil der Erfindung
Wie oben erwähnt, ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas möglich, dass im Hinblick auf eine in der Halbleiterindustrie verwendete Haltevorrichtung aus Quarzglas der Großteil der Verunreinigung in der Oberflächenschicht in den Schritten bei niedrigen Kosten sowie einfach und sicher entfernt wird, wodurch der Reinheitsgrad der Oberflächenschicht verbessert wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, umfassend: Verarbeiten eines Quarzglasrohstoffes in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung, Glühen zum Spannungsabbau sowie eine Reinigungsbehandlung, um das Endprodukt zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass es die Durchführung einer Gasphasenätzstufe umfasst sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf einer Oberflächenschicht der Haltevorrichtung aus Quarzglas nach Anwendung des Spannungsabbauglühens, aber vor der Reinigungsbehandlung, wobei der Gasphasenreinigungsschritt kontinuierlich nach dem Gasphasenätzschritt durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, umfassend: Verarbeiten eines Quarzglasrohstoffes in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung, Glühen zum Spannungsabbau sowie eine Reinigungsbehandlung, um das Endprodukt zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass es die Durchführung einer Gasphasenätzstufe umfasst sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf einer Oberflächenschicht der Haltevorrichtung aus Quarzglas nach Anwendung des Spannungsabbauglühens, aber vor der Reinigungsbehandlung, wobei der Gasphasenreinigungsschritt gleichzeitig mit dem Gasphasenätzschritt durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, umfassend: Verarbeiten eines Quarzglasrohstoffes in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung, Glühen zum Spannungsabbau sowie eine Reinigungsbehandlung, um das Endprodukt zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass es die Durchführung einer Gasphasenätzstufe umfasst sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf der Oberflächenschicht der Haltevorrichtung aus Quarzglas gleichzeitig mit dem Spannungsabbauglühen, wobei der Gasphasenreinigungsschritt kontinuierlich nach dem Gasphasenätzschritt durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas, umfassend: Verarbeiten eines Quarzglasrohstoffes in eine gewünschte Form durch Behandlung einschließlich Flammbearbeitung, Glühen zum Spannungsabbau sowie eine Reinigungsbehandlung, um das Endprodukt zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass es die Durchführung einer Gasphasenätzstufe umfasst sowie eine Gasphasenreinigungsstufe auf der Oberflächenschicht der Haltevorrichtung aus Quarzglas gleichzeitig mit der Glühbehandlung zum Spannungsabbau, wobei der Gasphasenreinigungsschritt gleichzeitig mit dem Gasphasenätzschritt durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gasphasenätzschritt im Temperaturbereich von 0°C bis 1300°C in einer Fluor (F) enthaltenden Gasatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas nach Anspruch 5, wobei die F enthaltende Gasatmosphäre zumindest ein Gas ausgewählt aus der Gruppe aus C_xF_y, Cl_xF_y, N_xF_y, Si_xF_y, S_xF_y, (wobei 10 ≥ x ≥ 1 und 10 ≥ y ≥ 1 ist), CHF₃, HF und F₂ enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gasphasenreinigungsschritt die Durchführung einer Wärmebehandlung unter hohen Temperaturen im Temperaturbereich von 800°C bis 1300°C in einer Cl enthaltenden Gasatmosphäre umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas nach Anspruch 7, wobei das Cl enthaltende Gas HCl und/oder Cl₂ ist.
Verfahren zur Herstellung einer Haltevorrichtung aus Quarzglas nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die F enthaltende Gasatmosphäre des Weiteren ein H enthaltendes Gas umfasst.