用于加工和檢測合成石英玻璃襯底的方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 該非臨時申請要求2014年3月17日在日本提交的專利申請號在 35U.S.C§ 119(a)下的優先權，通過引用將其全部內容并入本文。
技術領域
[0003] 本發明涉及用于將合成石英玻璃襯底的前表面加工成鏡面狀表面的方法，以及用 于檢測該襯底的方法。
【背景技術】
[0004] 由于半導體制作設備包括用于引入、處理和運送半導體襯底的一系列工作臺，在 該設備中設立了多個傳感器。示例性的傳感器包括用于探測襯底的存在或不存在的傳感 器、用于確認襯底的位置或姿態的傳感器、以及用于探測邊緣、凹口、取向平面、厚度、位移、 傾斜和其它參數的傳感器。在這種應用中，主要使用能夠通過利用光來探測物體的存在或 不存在或者表面狀態的任何變化的光電傳感器。
[0005] 光電傳感器由用于發射輸入光的發射器部分和用于接收輸出光的接收器部分組 成。如果發射的光被待探測的物體阻擋或反射，那么到達接收器部分的光的數量改變。接 收器部分探測這種改變，將其轉化成電信號，并且傳送該輸出。用于傳感器的光源主要是用 于辨色能力的可見光（典型地紅光、或綠光和藍光）以及紅外線光源。
[0006] 許多半導體器件使用單晶硅襯底，同時還使用鍺、砷化鎵（GaAs)、磷砷化鎵 (GaAsP)、氮化鎵（GaN)、碳化硅（SiC)等。由于所有這些襯底都是不透明的，因而對于不透 明襯底設計了半導體設備中的傳感器。
[0007] 對于半導體設備中的襯底探測，給予襯底的前表面和后表面合適的手段以增強探 測的確定性。例如，在硅襯底的制備中，如果晶片的前表面和后表面均為鏡面狀表面，則兩 個表面是不可辨別的。那么，該處理設備中的傳感器表現不好，或者隨著向前運送鏡面表面 晶片，它們滑走。如果分別處理襯底的前表面和后表面，那么由于前表面和后表面之間的品 質差異，該半導體設備中的傳感器表現良好。參見專利文件1。
[0008] 近來，產生了在透明襯底而非不透明襯底上制作器件的需求。尤其是合成石英玻 璃基本上不含雜質并且具有優異的性質，包括光透射性、耐熱性、熱膨脹系數、和絕緣性。 預期該玻璃在許多領域中找到用途，例如作為半導體器件，典型地高溫多晶硅薄膜晶體管 (TFT)和微電子機械系統（MEMS)。
[0009] 引用列表
[0010] 專利文件 1 :JP-AH09-199465

【發明內容】

[0011] 然而，如果將透明襯底引入通常的半導體制作生產線或原本設計來處理不透明襯 底的設備中，那么設備中的光電傳感器不能探測該襯底。必須向該設備增加新的探測器。另 外，當將合成石英玻璃襯底引入該半導體生產線或設備中時，使該生產線或設備中灰塵或 顆粒的產生最小化是必要的。
[0012] 本發明的一個目的是提供用于加工合成石英玻璃襯底的方法，該方法用于將前表 面精加工成鏡面狀表面，使得當將透明合成石英玻璃襯底引入半導體設備中時，該襯底可 具有阻礙光的能力，類似于不透明襯底被檢測，并且使來自后表面的灰塵（或顆粒）產生最 小化。另一個目的是提供用于檢測這樣的合成石英玻璃襯底的方法。
[0013] 在一方面，本發明提供了用于加工合成石英玻璃襯底的方法，包括至少以下步驟： 研磨、蝕刻、鏡面拋光、和清潔具有前表面和后表面的合成石英玻璃襯底，由此將前表面拋 光成鏡面狀表面，其特征在于：蝕刻步驟使用pH為4一7的氫氟酸或緩沖氫氟酸。
[0014] 在一個優選的實施方案中，該方法還可包括在蝕刻步驟與鏡面拋光步驟之間的熱 處理步驟。
[0015] 在一個優選的實施方案中，在研磨步驟結束時該襯底的后表面或非鏡面狀表面具 有0? 1 - 0? 2ym的表面粗糙度（Ra)。
[0016] 在一個優選的實施方案中，在蝕刻步驟結束時該襯底的后表面或非鏡面狀表面具 有0? 15 - 0? 25ym的表面粗糙度（Ra)。
[0017] 在一個優選的實施方案中，在鏡面拋光步驟結束時該襯底的后表面或非鏡面狀表 面具有〇. 15 - 0. 25ym的表面粗糙度（Ra)。
[0018] 在一個優選的實施方案中，在鏡面拋光步驟結束時該合成石英玻璃襯底的前表面 具有0. 1 - 0. 8nm的表面粗糙度（Ra)，這小于后表面的表面粗糙度（Ra)。
[0019] 在一個優選的實施方案中，清潔步驟包括用0. 1 - 2重量％的氫氟酸和/或純水 清潔，同時向該襯底的前表面和后表面施加處于中頻帶或高頻帶的超聲波。
[0020] 在一個優選的實施方案中，在清潔步驟后，通過氣相沉積在該襯底的后表面上形 成薄膜。
[0021] 在另一方面，本發明提供了用于在半導體設備中檢測合成石英玻璃襯底的方法， 該半導體設備裝備有具有發射器部分和接收器部分的光電傳感器，該方法包括以下步驟： 將具有一個鏡面狀表面的合成石英玻璃襯底引入該半導體設備中，已通過上述的方法加工 了該合成石英玻璃襯底，以及操作傳感器使得發射器部分可向該襯底的一個表面發射輸入 光并且接收器部分可接收來自另一個表面的輸出光，由此檢測該襯底。
[0022] 本發明的有益效果
[0023] 通過本發明的方法，將合成石英玻璃襯底加工成具有為鏡面狀的前表面和為非鏡 面狀或粗糙的后表面的襯底。即使當使用了針對不透明襯底設計的光電傳感器，該襯底仍 具有阻礙光的能力并且可類似不透明襯底得到檢測。抑制了來自后表面的灰塵產生。
【具體實施方式】
[0024] 根據本發明用于加工或處理具有前表面和后表面的合成石英玻璃襯底的方法包 括至少研磨、蝕刻、鏡面拋光、和清潔步驟，由此將該襯底的前表面拋光成鏡面狀表面。本發 明的特征在于：在蝕刻步驟中使用pH為4 一 7的氫氟酸或緩沖氫氟酸。
[0025] 起始襯底為合成石英玻璃襯底。從抑制該襯底破碎和開裂的角度來說，優選將合 成石英玻璃襯底在邊緣處倒角和鏡面精加工。
[0026] 在研磨步驟中，優選使用基于氧化鋁粒、特別是具有#800至#1500、更特別是具有 #1000至#1200的磨料粒度的氧化鋁粒的研磨漿料，在雙側研磨機上研磨該襯底的前表面 和后表面，直到達到用于蝕刻所必需的表面粗糙度。從能夠檢測如硅晶片的襯底和抑制顆 粒產生的角度來說，如根據JISD-1601測量的，在研磨步驟結束時該襯底的后表面應優選 具有0? 1 - 0? 2ym、更優選0? 13 - 0? 16ym的表面粗糙度（Ra)。
[0027] 在襯底的前表面和后表面上進行隨后的蝕刻步驟以便于檢測和顆粒移除。蝕刻步 驟中使用的蝕刻劑是pH為4 一 7、優選pH為4. 5 - 7. 0的氫氟酸或緩沖氫氟酸。低于pH4,顆粒和合成石英玻璃襯底表面上的動電勢具有相反的符號，這表明顆粒難以移除。高于 pH7,蝕刻速率受到極度的阻礙。具體地，可在處于上述范圍內的pH水平下使用5 - 25wt% 氫氟酸水溶液或含有5 - 40wt%氟化按和5 - 25wt%氟化氫的緩沖氫氟酸。從傳感器光 的阻礙和清楚檢測的角度來說，如根據JISD-1601測量的，在蝕刻步驟結束時該襯底的后 (或粗糙）表面應優選具有〇? 15 - 25ym、更優選0? 19 - 24ym的表面粗糙度（Ra)。
[0028] 如果需要，在蝕刻步驟與鏡面拋光步驟之間進行熱處理。由于隨后的沉積和退火 步驟通常包括提高的溫度，這種熱可導致發展玻璃碎片，其將從粗糙的表面側脫落。之前熱 處理對于使在隨后的沉積和退火步驟期間玻璃碎片的發展最小化并且因此減少最終產品 上產生的灰塵顆粒的數目是有效的。從由熱處理導致的充分的玻璃碎片發展的角度來說， 熱處理的最終溫度優選為600 - 1200°C，更優選900 - 1200°C。加熱速率沒有特別限制。 從充分的玻璃碎片發展的角度來說，加熱速率優選為100 - 300°C/小時，更優選為200 - 300°C/小時。在最終溫度下的保持時間沒有特別限制。從充分的玻璃碎片發展的角度來 說，保持時間優選為5 - 30分鐘，更優選為10 - 30分鐘。
[0029] 接著，保持合成石英玻璃襯底的后表面未改變，在單側拋光機上將前表面進行鏡 面拋光。如果磨粒移動到粗糙表面側附近并且錨定于粗糙表面側，那么在隨后的清潔步驟 期間移除該錨定的磨粒有困難，并且該磨粒可為灰塵來源。出于這個原因，使用膠體氧化硅 作為磨料。
[0030] 從傳感器光的阻礙和清楚檢測的角度來說，如根據JISD- 1601測量的，在單側 拋光步驟結束時該襯底的后（或粗糙）表面應優選具有0. 15 - 0. 25ym、更優選0. 19 - 0. 24ym的表面粗糙度（Ra)。在單側拋光步驟結束時該襯底的前表面應優選具有0. 1 - 0. 8nm、更優選0. 1 - 0. 4nm的表面粗糙度（Ra)，其小于后表面的表面粗糙度（Ra)。
[0031] 在襯底的前表面和后表面上進行最后的清潔步驟并且其可為浸漬型清潔或單個 晶片旋轉清潔。從防止（從粗糙表面側移除的）顆粒移動到鏡面狀表面側附近的角度來 說，優選單個晶片旋轉清潔。具體地，用〇. 1 - 2重量％的氫氟酸和/或純水清潔、特別是 旋轉清潔該合成石英玻璃襯底，同時向該襯底的前表面和后表面施加處于中頻帶（78 - 430kHz)或高頻帶即兆聲波帶（500kHz- 5MHz)的超聲波。接著旋轉干燥。
[0032] 如果對于增加百分比光阻礙和實現清楚的檢測是所需的，那么可通過氣相沉積技 術例如蒸發或CVD在該襯底