KR100366263B1 - 열충격에 대한 인성이 향상된 웨이퍼 보호링의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 웨이퍼 보호링 제조방법은, SiC와 Si₃N₄의 혼합물이나 SiC 자체만으로 이루어지는 세라믹 링을 성형하는 단계와, 성형된 상기 세라믹 링의 표면을 원주방향으로 경면 연마하는 단계와, 상기 세라믹 링의 표면에 실리콘 산화막이 형성되도록 산소분위기에서 상기 세라믹 링을 1350℃∼1450℃ 의 온도범위에서 소결하는 단계와, 상기 세라믹 링을 500℃까지 냉각시킨 후 상온까지 노냉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 그 표면에 열충격에 대한 인성이 강한 실리콘 산화막(SiO₂)이 형성되어 설치되기 때문에, 급속열처리 과정에서의 급격한 온도 변화에 의해 웨이퍼 보호링이 변형되거나 열 피로(thermal fatigue)에 의해 파괴되는 현상이 방지된다. 따라서, 상기 웨이퍼 보호링이 그 역할을 제대로 수행할 수 있기 때문에 웨이퍼의 가장자리에 격자결함이 생기는 것이 방지되어 생산수율이 향상된다.

Description

열충격에 대한 인성이 향상된 웨이퍼 보호링의 제조방법 {Fabrication method of wafer guard ring with enhanced toughness for a thermal shock}

본 발명은 웨이퍼 보호링 제조방법에 관한 것으로서, 특히 열충격에 대한 인성이 향상된 웨이퍼 보호링을 제조하는 방법에 관한 것이다.

반도체소자의 제조공정에 적용되는 급속열처리는 순간적인 열에너지를 웨이퍼에 전달시킴으로써 이루어진다. 이 때, 웨이퍼 표면을 빠른 시간내에 일정한 온도에 다다르도록 하는 것등은 전기적인 제어기술로 극복할 수 있으나, 열처리과정 중에 웨이퍼의 가장자리를 따라 방출되는 열 손실은 전기적인 제어기술로 제어하기가 곤란하다.

이렇게 열이 웨이퍼의 가장자리에서 방출되게 되면, 순간적인 열에너지의 공급에 의해 웨이퍼의 열평형이 파괴되고, 그로 인해 열응력에 의한 격자결함들이 그 가장자리에 발생하게 된다. 이러한 현상은 생산수율을 저하시키는 직접적 원인이 되므로 바람직하지 못한 것이다.

따라서, 이렇게 웨이퍼의 가장자리를 통한 열손실을 방지하기 위해 그 웨이퍼와 유사한 열전도도를 가지는 물질로 보호링을 제작하여 웨이퍼 보호용으로 사용하고 있는 실정이다. 이를 부연설명하면, 웨이퍼의 가장자리를 둘러싸도록 보호링을 설치할 경우에는 웨이퍼에 존재하는 열이 웨이퍼의 측면을 통하여 보호링으로 전달되기 때문에, 웨이퍼의 가장자리에서 열이 방출되는 것이 아니라 보호링의 외주부에서 열이 실질적으로 방출되게 된다. 따라서, 웨이퍼의 가장자리에 열응력이 덜 생기게 되어 격자결함이 감소하게 된다.

그러나, 급속열처리 과정에서 온도를 상승시키거나 하강시킬 때 그 급격한 온도 변화에 의해 보호링이 변형되거나 열 피로(thermal fatigue)를 받게 되고, 심한 경우에는 파괴되는 현상이 발생하여 문제이다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 급격한 온도변화에 의한 변형 내지 파괴가 방지되도록 열충격에 대한 인성이 향상된 웨이퍼 보호링을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 보호링을 설명하기 위한 도면들;

도 3은 도 2의 웨이퍼 보호링을 제조하는 방법을 설명하기 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

11: 웨이퍼 21: 웨이퍼 보호링

31: 석영링 41: 챔버

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 보호링 제조방법은, SiC와 Si₃N₄의 혼합물이나 SiC 자체만으로 이루어지는 세라믹 링을 성형하는 단계와, 성형된 상기 세라믹 링의 표면을 원주방향으로 경면 연마하는 단계와, 상기 세라믹 링의 표면에 실리콘 산화막이 형성되도록 산소분위기에서 상기 세라믹 링을 1350℃∼1450℃ 의 온도범위에서 소결하는 단계와, 상기 세라믹 링을 500℃까지 냉각시킨 후 상온까지 노냉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.여기서, 소결단계는 1시간 동안 진행하는 것이 바람직하며, 상기 1350℃∼1450℃ 의 온도범위까지의 승온속도 및 상기 500℃까지의 냉각속도는 10℃/분인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 웨이퍼 보호링 제조방법에 의하면, 그 표면에 열충격에 대한 인성이 강한 실리콘 산화막(SiO₂)이 형성되어 설치되기 때문에, 급속열처리 과정에서의 급격한 온도 변화에 의해 웨이퍼 보호링이 변형되거나 열 피로(thermal fatigue)에 의해 파괴되는 현상이 방지된다. 따라서, 상기 웨이퍼 보호링이 그 역할을 제대로 수행할 수 있기 때문에 웨이퍼의 가장자리에 격자결함이 생기는 것이 방지되어 생산수율이 향상된다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 보호링을 설명하기 위한 도면들로서, 도 1은 급속열처리 챔버내에 웨이퍼 보호링이 설치된 상태를 설명하기 위한 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 보호링의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼 보호링(21)은 그 가운데 부분에 웨이퍼(11)가 안착될 수 있도록 그 내경이 웨이퍼(11)의 직경보다 작다. 또한, 안착되어진 웨이퍼(11)가 좌우로 움직일 수 없도록 하는 동시에 열처리를 받은 후 웨이퍼(11)에 존재하는 열이 웨이퍼 보호링(21)으로 전도될 수 있도록 하기 위해, 그 내주부가 외주부의 하측에 위치하도록 상면에 환형의 단차가 형성되어 설치된다. 여기서, 단차부위는 참조부호 A로 도시된 바와 같이 웨이퍼(11)의 측면과 밀착되도록 설치된다.

이렇게 웨이퍼(11)의 측면과 웨이퍼 보호링(21)의 단차부위가 밀착되도록 설치되면 웨이퍼(11)에 존재하는 열이 웨이퍼(11)의 측면을 통하여 웨이퍼 보호링(21)으로 쉽게 전달된다. 따라서, 열이 웨이퍼(11)의 가장자리에서 방출되는 것이 아니라 웨이퍼 보호링(21)의 외주부에서 외부로 방출된다. 결국, 실질적으로는 웨이퍼 보호링(21)의 외주부가 웨이퍼(11)의 가장자리 역할을 하는 결과가 되므로 웨이퍼의 가장자리에는 열응력이 덜 생기게 되어 격자결함이 감소하게 된다.

한편, 급속열처리장치의 챔버(41)는 통상 금속재질로 이루어지므로 웨이퍼 보호링(21)을 직접 챔버(41)의 벽에 설치하게 되면 웨이퍼(11)에 존재하는 열이 급격히 챔버(41)의 벽으로 빠져나가게 되어 열평형 측면에서 바람직하지 않다. 따라서, 열전도도가 나쁜 석영 링(31)을 그 사이에 개재하여 설치한다.

이를 구체적으로 설명하면, 웨이퍼 보호링(21)은 석영링(31)의 내주부에 걸쳐지도록 놓여지고, 석영링(31)은 급속열처리 챔버(41)의 내측벽에 형성된 소정의 돌출부위에 걸쳐지도록 설치된다. 석영링(31)은 그 가운데 부분에 웨이퍼 보호링(21)이 안착될 수 있도록 그 내경이 웨이퍼 보호링(21)의 외경보다 작다. 그리고, 그 상면에는 내주부가 외주부의 하측에 위치하도록 환형의 단차가 형성되어 설치되며, 참조부호 B로 도시한 바와 같이 그 단차부위가 웨이퍼 보호링(21)의 측면과 밀착된다.

도 2를 참조하면, 웨이퍼 보호링(21)은 웨이퍼(11)와 유사한 열전도도를 가지는 물질 예컨대, SiC와 Si₃N₄의 혼합물이나 SiC 자체로 이루어지고, 그 표면에는 열충격에 대한 인성이 향상되도록 실리콘 산화막(SiO₂)이 본 발명의 특징부로써 형성되어 설치된다. 이렇게 웨이퍼 보호링(21)의 표면에 열충격에 강한 실리콘 산화막을 형성하게 되면, 급속열처리 과정에서의 급격한 온도 변화에 의해 웨이퍼 보호링(21)이 변형되거나 열 피로(thermal fatigue)에 의해 파괴되는 현상이 방지된다.

도 3은 도 2의 웨이퍼 보호링(21)을 제조하는 방법을 설명하기 흐름도이다. 먼저, SiC와 Si₃N₄의 혼합물이나 SiC 자체만으로 이루어지는 세라믹 링을 성형한다(S12). 여기서, 세라믹 링은 그 상면에 내주부가 외주부의 하측에 위치하도록 환형의 단차를 가진다. 다음에, 성형된 세라믹 링의 표면에 존재하는 결함들을 제거하기 위하여 0.1㎛ 이하의 다이아몬드 슬러시를 이용하여 그 표면을 원주방향으로 경면 연마한다(S22)

이어서, 경면 연마된 세라믹 링의 표면에 실리콘 산화막이 형성되도록 산소분위기에서 세라믹 링을 1350℃∼1450℃의 온도범위에서 1시간 동안 소결한다(S32). 이 때, 승온속도는 10℃/분이다. 계속해서, 소결된 결과물을 500℃까지 10℃/분의 속도로 냉각시킨 후 상온까지 노냉시킴으로써 도 2의 웨이퍼 보호링(21)을 완성한다(S42).

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 보호링 제조방법에 의하면, 웨이퍼 보호링(21)의 표면에 열충격에 대한 인성이 강한 실리콘 산화막(SiO₂)이 형성되어 설치되기 때문에, 급속열처리 과정에서의 급격한 온도 변화에 의해 웨이퍼 보호링(21)이 변형되거나 열 피로(thermal fatigue)에 의해 파괴되는 현상이 방지된다. 따라서, 웨이퍼 보호링(21)이 그 역할을 제대로 수행할 수 있기 때문에 웨이퍼의 가장자리에 격자결함이 생기는 것이 방지되어 생산수율이 향상된다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. SiC와 Si3N4의 혼합물이나 SiC 자체만으로 이루어지는 세라믹 링을 성형하는 단계;

   성형된 상기 세라믹 링의 표면을 원주방향으로 경면 연마하는 단계;

   상기 세라믹 링의 표면에 실리콘 산화막이 형성되도록 산소분위기에서 상기 세라믹 링을 1350℃∼1450℃ 의 온도범위에서 소결하는 단계;

   상기 세라믹 링을 500℃까지 냉각시킨 후 상온까지 노냉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 보호링 제조방법.
4. 제3 항에 있어서, 상기 소결하는 단계는 1시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 보호링 제조방법.
5. 제3 항에 있어서, 상기 1350℃∼1450℃ 의 온도범위까지의 승온속도 및 상기 500℃까지의 냉각속도가 10℃/분인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 보호링 제조방법.
6. 제3 항에 있어서, 상기 세라믹 링은 그 상면에 내주부가 외주부 하측에 위치하도록 환형의 단차를 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 보호링 제조방법.