(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の上方レベルと第２の下方レベルとの間に延在する不規則な隆起した構造要素によって形成される粗い表面を有する、半導体の製造中に使用するための石英ガラス部材であって、このような構造要素の多数が、前記第１のレベル上に走るほぼ平坦な覆い面を有し、該覆い面が、前記第１および前記第２のレベルの間に走るほぼ平坦な側面（５）によって、すべての側面に小平面を刻むことで限定される石英ガラス部材において、
前記側面（５）の少なくとも１つの部分が、階段状要素（７）を形成することによって配設され、前記表面の平均粗さ高さＲａが０．１μｍ〜１０μｍの範囲にあり、前記第１のレベル（２）上の構造要素（１）の突出部の寸法が３０μｍ〜１８０μｍの範囲の平均値を有し、隣接した構造要素（１）の間に、少なくとも１μｍの幅を有するギャップ（８）が形成されることを特徴とする石英ガラス部材。
【請求項２】
前記表面の平均粗さ高さＲａが１μｍ〜５μｍの間にあり、また前記第１のレベル（２）上の構造要素（１）の突出部の平均寸法が５０μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の石英ガラス部材。
【請求項３】
前記階段状要素（７）が０．５μｍ〜５μｍの範囲の階段状深さを与えることを特徴とする、請求項１または２に記載の石英ガラス部材。
【請求項４】
前記ギャップ（８）が、一列に配設された種々のくぼみによって形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の石英ガラス部材。
【請求項５】
前記構造要素（１）が鋭角的な隅部または縁部を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の石英ガラス部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の上方レベルと第２の下方レベルとの間に延在する不規則な隆起した構造要素によって形成される粗い表面を有する、半導体の製造中に使用するための石英ガラス部材に関し、このような構造要素の多数は、第１のレベル上に走るほぼ平坦な覆い面を有し、この覆い面は、第１および第２のレベルの間に走るほぼ平坦な側面によって、すべての側面に小平面を刻むことで限定される。
【０００２】
半導体素子製造のために、いわゆるＣＶＤ法を応用した基板被覆が通常使用される。このように、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素またはシリコン層がシリコンウェハ上に堆積される。被覆材料は基板の上に堆積するだけでなく、反応室とその中に配設された装置の壁部上に堆積する。これらの層はある一定の層厚からはがれ、その結果粒子問題を引き起こす。これらの問題を防止するために、それぞれの表面は時々清浄にされる。
【０００３】
表面を清浄にすることは時間がかかり、また高価である。この時間とコストを低減するために、連続した清浄工程の間の時間的間隔を可能な限り長くすることが必要である。特により高温のＣＶＤ法の場合、石英ガラスと被覆材料との熱膨張係数差は、相対的に小さな層厚においてさえも層のはがれ落ちを生じさせる。
【０００４】
表面を粗くすることによって、より厚いＣＶＤ層の保持が可能になることが周知である。通常サンドブラスト法または化学エッチング法が石英ガラス部材を粗くするために利用される。サンドブラスト法によって、ＣＶＤ層のより強固な保持に貢献する構造が石英ガラス表面上に造られる。しかしサンドブラスト法も、結果としてＣＶＤ層のはがれ落ちを招く裂け目を部材表面上に誘発することになる。さらに部材表面全体の同質処理と正確な寸法の遵守は、サンドブラスト法を実施する時に問題が多いことが明らかになっている。
【０００５】
代替方法として、石英ガラス部材の表面は化学エッチング溶液によって粗くされる。表面エッチングによって、頻繁に丸い表面構造、例えば丸いまたは楕円形のくぼみが生じる。サンドブラストした表面に比較して、これらの表面構造のＣＶＤ層に対する結合力は減少する。
【０００６】
【従来の技術】
提示した分野による部材が特願平６−３３２９５６号公報に開示されている。この特許出願から、石英ガラス表面を粗くするためのエッチング溶液が既知であり、これを応用することによって、石英ガラス部材の表面上に不規則な、隆起したほぼ鋭角縁部の構造要素を造ることができる。既知のエッチング溶液で処理される表面の水平突出部に、メサまたは切頭ピラミッド形態の構造要素の配列から構成される粒状の微細構造を見ることができる。構造要素は、上方レベル、例えば元の部材表面と、例えば最大エッチング深さによって規定される下方レベルとの間に延在する。構造要素の平均寸法は５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲にある。石英ガラス表面上には微細な裂け目が目に見えないけれども、このように設計された表面は厚いＣＶＤ層の強固な結び付きに適切でないことが証明されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、特にＣＶＤ層の結合に適切な粗い表面を有する石英ガラス部材を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の上方レベルと第２の下方レベルとの間に延在する不規則な隆起した構造要素によって形成される粗い表面を有する、半導体の製造中に使用するための石英ガラス部材であって、このような構造要素の多数が、前記第１のレベル上に走るほぼ平坦な覆い面を有し、該覆い面が、前記第１および前記第２のレベルの間に走るほぼ平坦な側面によって、すべての側面に小平面を刻むことで限定される石英ガラス部材において、前記側面の少なくとも１つの部分が、階段状要素を形成することによって配設され、前記表面の平均粗さ高さＲａが０．１μｍ〜１０μｍの範囲にあり、前記第１のレベル上の構造要素の突出部の寸法が３０μｍ〜１８０μｍの範囲の平均値を有し、隣接した構造要素の間に、少なくとも１μｍの幅を有するギャップが形成されことを特徴とする石英ガラス部材である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
表面の粗さ平均高さ、また特に構造要素の平均寸法はＣＶＤ層の結合にとって決定的な要素である。最適な結果は、０．１μｍ〜１０μｍの範囲の平均粗さ高さＲａによって達成することができる。粗さ高さＲａの値はＤＩＮ４７６８に従って決定される。
【００１０】
上述の範囲の表面の粗さ平均高さに加えて、第１のレベル（２）上の構造要素（１）の突出部の寸法（Ｌ）が、３０μｍ〜１８０μｍの範囲の平均値を有することが重要である。構造要素の寸法は水平突出部によって決定される。水平突出部から、構造要素が互いに直接隣接し、また境界線のみによって分離されることが理解できる。構造要素が隆起するにつれ、境界線を容易に認識することができる。本発明では、構造要素の寸法は対向する２つの境界線の間の最長の距離を意味する。評価のために、１０ｍｍ２の部材表面の部分が考慮される。測定された寸法の算術平均が平均寸法とされる。５μｍ未満の寸法の構造要素は平均寸法の決定のために考慮されない。
【００１１】
このような表面微細構造を備えた石英ガラス部材は、ＣＶＤ層、特により高温の方法によって堆積されたＣＶＤ層では優れた結合を示す。この反応は、石英ガラスとＣＶＤ層材料との間の良好な応力分布に貢献する表面粗さの特殊形態によって説明することができる。表面の微細構造によって三次元応力分布が得られる。このため、構造要素は、１８０μｍを越えない平均寸法を有するほぼ平面の領域要素から小平面を刻むことで構成する必要がある。この結果、構造要素の密度および分布が得られ、また覆い面および側面は、適切な応力分布を可能にする密度および分布を形成する。この結果は、３０μｍ未満の構造要素の平均寸法によってはもはや観察することはできない。
【００１２】
本発明は、例えば、石英ガラス部材の円筒状外被のエッチングされていない領域上にエッチングすることによってアーチ状の覆い面を除去した後に、その覆い面が管または棒のような形状に発達するので、平坦な覆い面がアーチ状の覆い面であり得ることを意味する。エッチングによって構造要素を造る場合、上方のレベルはエッチングされていない領域表面によって、またはエッチングによって除去された材料が最も少ない領域表面によって規定することができる。
【００１３】
表面の粗さ平均高さＲａが１μｍ〜５μｍの間にあり、また第１のレベル上の構造要素の突出部の寸法が５０μｍ〜１００μｍの範囲の平均値を有することが好適である。
【００１４】
少なくとも側面の一部が階段状要素の形成によって構成されるような部材が、特に適していることが証明されている。階段状要素は側面の対を一列に配列することによって形成され、１つの側面は覆い面に対して平行にまたは小さな角度で延在し、また隣接した側面は覆い面に対して大きな角度で延在する。隣接した側面の間の直角を維持する必要はない。構造要素の側面境界領域の階段状形状は、非常に多くの階段状要素を一列に配列することによって達成される。側面境界面のこのような階段状形状は、三次元の応力分布によって応力低減にさらに貢献する。この効果は、側面のこのような階段状形状および配列が構造要素の中に部分的に存在するならば、容易に認識することができる。この点で、１つの側面境界壁のすべての階段状要素が同一の幾何学的寸法を備える必要はない。０．５μｍ〜５μｍの範囲の階段状深さを有する階段状要素は、ＣＶＤ層の結合力に関して特に明確な効果を示す。
【００１５】
本発明の石英ガラス部材は、隣接した構造要素の間の第２のレベル上に少なくとも１μｍの幅を有するギャップが形成されている。隣接した構造要素の隆起領域の間に形成されたこのようなギャップは、ＣＶＤ層の強固な結合に関して特に良好であることが証明されている。この場合、その幅は、隣接したすべての構造要素を互いに分離するので、縦断面に沿ったギャップの平均幅を意味する。ギャップの基部領域は、平面であるかまたはアーチ状の形状であることが可能である。
【００１６】
ギャップ内のくぼみの一列配列は、ＣＶＤ層の結合に関して好適であることが証明されている。ギャップ内のこのようなくぼみは、例えば本発明に基づき構成される石英ガラス部材の引き続くエッチングによって、フッ化水素酸を含むエッチング溶液によって造ることができる。
【００１７】
石英ガラス部材の構造要素が鋭角縁部または隅部を有するような石英ガラス部材は、特に良好であることが証明されている。このような縁部および隅部は、例えば、部材とＣＶＤ層とを結合するための留め金として役立つアンダカットを有する。
【００１８】
【実施例】
実施例と図面によって本発明について以下に詳細に説明する。
【００１９】
図１に本発明の意味における構造要素が、隆起領域１として概略的に示されている。隆起領域１は、第１の上方レベル２と第２の下方レベル３との間に延在する。断面では、隆起領域１は切頭円錐の形状を有する。隆起領域は上方レベル２と共に走る平坦な覆い面４を有する。覆い面４は側面によって画定され、側面のすべては図１の参照番号５によって示される。側面５は部分的に滑らかな境界領域６として形成されるか、または個別階段状要素７の階段部によって構成される。個別階段状要素７の形状は多様である。隣接した隆起領域１の側面壁部５は共通の境界を分かち合わず、２つの壁部のすべての間にはレベル基部領域を有するギャップ８がある。ギャップ８は隣接する隆起領域１を分離する。
【００２０】
隆起領域１の大きさを決定するための寸法は、図１の「Ｌ」によって示されている。ギャップの平均幅は寸法「Ｄ」から得られる。表面粗さを決定するために、上方レベル２と下方レベル３との間の距離「Ｒ」は数カ所で測定され、したがって平均値ＲａはＤＩＮ４７６８に従って計算される。
【００２１】
図２の走査型電子顕微鏡写真から、本発明に基づく石英ガラス部材の表面は多数の不規則な隆起領域１によって決定され、これら領域は鋭角隅部と縁部を特徴とし、またギャップ８によって互いに分離される。写真では、隆起領域１は暗い表面として見ることができ、ギャップ８は明るい境界線として見ることができる。実例によって示した本実施例では、隆起領域１の平均寸法は約１００μｍである。図２に示した表面の中には、値Ｒａは約２μｍである。
【００２２】
図３は、写真の切抜き「Ａ」の拡大写真である。この拡大写真から、本発明に基づく石英ガラス部材の表面微細構造の詳細を見ることができる。これについて以下に詳細に説明する。
【００２３】
写真では、参照番号１ａから１ｅによって印された切頭ピラミッド形状のほぼ５つの不規則な隆起領域が示されている。例えば隆起領域１ａは、下方傾斜を有する側面壁部５ａ、５ｂ、５ｃによって画定される多角形形状の明確な覆い面４ａを有する。側面壁部５ａ、５ｂ、５ｃは階段形状である。階段状形状は、印５ｂの側面壁部内に容易に識別できる。個別階段の深さは側面壁部５ｄでは一様ではない；平均の深さは約１μｍである。個別階段の高さも同様に多様である。
【００２４】
個別隆起領域１ａから１ｅはギャップ８によって分離される。ギャップ８は約２μｍの平均幅「Ｄ」を有する。実例によって示した実施例では、ギャップの基部領域は平坦でなく、１μｍ以下の寸法を有する多数の隣接する小さなくぼみのため不規則な形状である。
【００２５】
部材表面の説明した微細構造によって、部材表面上に堆積されたＣＶＤ層との多数の結合箇所が提供される。一方でこれは、それぞれの隆起領域の高さ「Ｒ」によりほぼ決定される上述の平均表面粗さによって達成され、他方で隆起領域の側面の寸法「Ｌ」によって達成される。隆起領域のタイトネスと分布は同様に平均表面粗さＲａの値に反映されている。
【００２６】
本発明に基づく石英ガラス部材上には、例えば従来技術に基づく部材上の窒化ケイ素の層の５倍から１０倍の厚さの窒化ケイ素の層が、ＣＶＤ法によって、約６００℃の温度で層のはがれ落ちなしに堆積できるであろう。本発明に基づく部材の有効寿命はそれに従って長くなる。
【００２７】
以下に、本発明に基づく部材の製造方法について説明する：
シリコン半導体プレートを支持するための事前にファイヤーポリッシュした石英ガラスボートは、アルコール溶液の中で洗浄され、その後にフッ化水素酸を含むエッチング溶液内で洗浄される。清浄な同質の表面は同一高さの粗さを造るのに貢献し、また部材の全表面にわたって上述の小粒微細構造に貢献する。
【００２８】
次の組成のエッチング溶液が用意される：
２３．６重量％のＨＦ（５０％ＨＦ溶液として計量）
１７．４重量％のアンモニウムフッ化物（固体として計量）
３５．４重量％の酢酸（１００％酢酸として計量；結晶化可能な酢酸）
２３．６重量％の水
【００２９】
エッチング溶液は安定化のために１時間放置される。エッチング溶液の安定化も同一高さの粗さを造るのに貢献し、また部材の全表面にわたる上述の小粒微細構造に貢献する。
【００３０】
ボートは約１５℃に焼戻しされる。その後、石英ガラスボートはエッチング溶液内に浸漬される。均等なエッチング効果を達成するために、またボート表面上の付着を防止するために、浸漬が可能な限り速く行われる。
【００３１】
１５℃のエッチング溶液温度によって、処理期間は６０分である。この後、ボートは１０分間５％のフッ化水素酸内で洗浄される。このエッチングと洗浄工程に続き、表面は、図２と図３に示した２μｍの平均粗さ高さＲａの微細構造を有する。
【００３２】
ボートとエッチング溶液もまた他の温度で、例えば２０℃に調節することができる。エッチング溶液の組成には調整が必要かもしれない。より高い温度と共に、より高い希釈度のエッチング溶液が有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づく石英ガラス部材の表面を垂直に見た概略断面図である。
【図２】  本発明に基づく部材表面の倍率１００倍の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】  図２に示した部分の倍率５００倍の写真である。
【符号の説明】
１  隆起領域
１ａから１ｅ  個別隆起領域
２  第１の上方レベル
３  第２の下方レベル
４  平坦な覆い面
４ａ  明確な覆い面
５  側面
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  側面壁部
６  境界領域
７  階段状要素
８  ギャップ
Ｌ  隆起領域の側面寸法
Ｒ  隆起領域の高さ
Ｒａ  平均表面粗さ高さ
【図１】
0003786240.tif 000002
【図２】
0003786240.tif 000003
【図３】
0003786240.tif 000004