KR100462732B1 - 더미 웨이퍼 및 더미 웨이퍼를 사용한 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 기판의 열처리 공정에서 사용되는 더미 웨이퍼에 관한 것으로, 직경이 300 ㎜ 이상이 되는 경우라도 충분한 기계적 강도를 확보하는 것을 목적으로 한다.

반도체 웨이퍼의 열처리 장치에 있어서 이용되는 웨이퍼 보우트에 반도체 웨이퍼와 함께 탑재되는 더미 웨이퍼(12)를 석영 등의 재질로 형성한다. 더미 웨이퍼(12)의 한쪽 면에 보강부(14)를 설치한다. 보강부(14)의 단부에 절삭부(16)를 형성한다. 웨이퍼 보우트에는 웨이퍼 보우트의 지지부와 절삭부(16)가 결합하도록 더미 웨이퍼(12)를 탑재한다.

Description

더미 웨이퍼 및 더미 웨이퍼를 사용한 열처리 방법{DUMMY WAFER AND HEAT TREATMENT METHOD USING THEREOF}

본 발명은, 더미 웨이퍼 및 더미 웨이퍼를 사용한 열처리 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 기판의 열처리 공정에서 사용되는 더미 웨이퍼, 및 그 더미 웨이퍼를 사용한 반도체 웨이퍼의 열처리 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 공정에서는 반도체 웨이퍼의 표면에 산화막을 형성하기 위한 열처리가 행해지는 경우가 있다. 이러한 열처리의 방법으로서는 복수의 반도체 웨이퍼를, 석영이나 실리콘 카바이드(SiC)로 구성된 웨이퍼 보우트에 탑재하여 확산로에 반입하는 방법이 알려져 있다.

상기 종래의 방법에 있어서, 복수의 반도체 웨이퍼는 소정 간격을 두고 상하로 적층된 상태로 웨이퍼 보우트 내에 보유 지지된다. 반도체 웨이퍼는 그 상태에서 확산로 속에 반입되어 열처리된다. 이 때, 웨이퍼 보우트의 상단부 부근이나 하단부 부근에 있어서의 산화 조건은 그 중앙 부근에 있어서의 산화 조건과 상이하기 쉽다. 이로 인해, 웨이퍼 보우트의 상단부 또는 하단부 부근에 보유 지지되는 반도체 웨이퍼에 형성되는 산화막의 막 두께를, 웨이퍼 보우트의 중앙 부근에 보유 지지되는 반도체 웨이퍼에 형성되는 산화막의 막 두께에 일치시키는 것은 반드시 용이하지는 않다.

이러한 문제를 해결하는 방법의 하나로서, 웨이퍼 보우트의 상단부 부근 및 하단부 부근에, 제품화를 목적으로 하지 않는 더미 웨이퍼를 탑재하는 방법이 알려져 있다. 더미 웨이퍼를 이용하는 방법에 따르면, 제품화를 목적으로 하여 웨이퍼 보우트에 탑재되는 모든 반도체 웨이퍼에 대해, 거의 균일하게 산화막을 형성하는것이 가능하다. 따라서, 이러한 방법에 따르면 산화 처리에 관한 수율을 높일 수 있다.

도5의 (a)는 종래의 더미 웨이퍼(10)의 평면도를, 또한 도5의 (b)는 그 A-A' 단면도를 도시한다. 제품화를 목적으로 하지 않는 종래의 더미 웨이퍼(10)는 실리콘 웨이퍼로 구성할 필요가 없다. 이로 인해, 더미 웨이퍼(10)는 경제적인 관점으로부터, 실리콘 웨이퍼 이외의 재질, 예를 들어 석영 등으로 제조되는 경우가 있다.

더미 웨이퍼(10)는 제품화를 목적으로 하는 반도체 웨이퍼와 함께 웨이퍼 보우트에 탑재되고, 그 반도체 웨이퍼와 동등하게 공간을 점유할 필요가 있다. 이로 인해, 종래의 더미 웨이퍼(10)는 웨이퍼 보우트에 탑재되는 다른 반도체 웨이퍼와 동일한 직경을 갖고, 또한 동등한 두께를 갖도록 형성되어 있었다.

그러나, 최근에는 반도체 제조 기술의 진보에 수반하여 반도체 웨이퍼의 대경화가 진행되어, 직경 300 mm의 반도체 웨이퍼가 실용화되고 있으며, 직경 400 mm의 반도체 웨이퍼도 연구 대상이 되고 있다. 더미 웨이퍼의 직경을 이와 같이 대경화한 경우, 상대적으로 그 기계적 강도가 저하하여 더미 웨이퍼의 내구성이 열화한다고 하는 문제가 발생한다. 특히, 그와 같이 직경이 큰 더미 웨이퍼를 석영으로 제조한 경우, 열처리 과정에서 더미 웨이퍼에 자중에 의한 변형이 발생한다고 하는 문제도 야기된다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 직경이 300mm 이상이 되는 경우라도 충분한 기계적 강도를 확보할 수 있는 구조를 갖는 더미 웨이퍼의 제공을 제1 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 더미 웨이퍼를 사용한 반도체 웨이퍼의 열처리 방법의 제공을 제2 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태의 더미 웨이퍼의 평면도 및 단면도.

도2는 도1에 도시한 더미 웨이퍼를 반도체 웨이퍼와 함께 보유 지지하는 웨이퍼 보우트의 사시도.

도3은 본 발명의 제2 실시 형태의 더미 웨이퍼의 평면도 및 단면도.

도4는 본 발명의 제3 실시 형태의 더미 웨이퍼의 평면도 및 단면도.

도5는 종래의 더미 웨이퍼의 평면도 및 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 12, 24, 26 : 더미 웨이퍼

14, 28 : 보강부

16 : 절삭부

18 : 웨이퍼 보우트

20 : 지지부

22 : 반도체 웨이퍼

상기 제1 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명은 반도체 웨이퍼의 열처리 장치에 있어서 이용되는 웨이퍼 보우트에 반도체 웨이퍼와 함께 탑재되는 더미 웨이퍼로서,

반도체 웨이퍼와 같은 형상을 갖는 본체와,

상기 본체의 적어도 한쪽 면에 형성된 보강부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명은 청구항 1에 기재된 더미 웨이퍼로서,

상기 보강부는 상기 본체와 같은 재질이고, 상기 본체와 일체 성형된 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명은 청구항 1 또는 2에 기재된 더미 웨이퍼로서,

상기 보강부는 상기 본체의 중앙부로부터 등각도마다 직경 방향으로 연장되는 방사형 부분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명은 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 더미 웨이퍼로서,

상기 보강부는 상기 본체의 주위 모서리측의 단부에 절삭부를 구비하는 동시에,

상기 절삭부가 형성되어 있는 부분의 판 두께는 상기 본체의 판 두께와 동일한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위해, 청구항 5에 기재된 발명은 더미 웨이퍼를 사용한 반도체 웨이퍼의 열처리 방법으로서,

반도체 웨이퍼의 열처리 장치에 있어서 이용되는 웨이퍼 보우트에, 반도체 웨이퍼와 함께 더미 웨이퍼를 탑재하는 단계와,

반도체 웨이퍼 및 더미 웨이퍼를 탑재한 웨이퍼 보우트를 확산로에 반입하는 단계와,

상기 확산로 내에서 상기 반도체 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하고,

상기 더미 웨이퍼는 적어도 한쪽 면에 그 중앙부로부터 방사형으로 연장되는 보강부를 구비하고, 상기 보강부의 위치에서 지지되도록 상기 웨이퍼 보우트에 탑재되는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 6에 기재된 발명은 청구항 5에 기재된 열처리 방법으로서, 상기 보강부는 상기 더미 웨이퍼의 주위 모서리측의 단부에 절삭부를 구비하고,

상기 더미 웨이퍼는 상기 웨이퍼 보우트의 지지부가 상기 절삭부와 결합하도록 상기 웨이퍼 보우트에 탑재되는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 공통되는 요소에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.

<제1 실시 형태>

도1의 (a)는 본 발명의 제1 실시 형태의 더미 웨이퍼(12)의 평면도를, 또한 도1의 (b)는 그 A-A' 단면도를 도시한다. 본 실시 형태의 더미 웨이퍼(12)는 예를 들어 석영 등의 재질로 제조되어 있으며, 300 mm의 직경을 갖고 있다. 더미 웨이퍼(12)에는 그 한쪽 면에 보강부(14)가 형성되어 있다. 보강부(14)는 더미 웨이퍼(12)의 중심으로부터 직경 방향으로 연장되도록 등각도(120 °)마다 3개 형성되어 있다.

더미 웨이퍼(12)의 판 두께는 제품화를 목적으로 하는 반도체 웨이퍼의 판 두께와 동등(예를 들어 0.775 mm)하게 설정되어 있다. 보강부(14)에는 그 판 두께에 비해 큰 판 두께, 예를 들어 1 mm 정도의 판 두께가 주어져 있다. 보강부(14)의 단부에는 그 부분의 판 두께를 더미 웨이퍼(12)의 통상의 판 두께(0.775 mm)로 하기 위한 절삭부(16)가 형성되어 있다.

도2는 더미 웨이퍼(12)를 보유 지지하는 웨이퍼 보우트(18)의 사시도를 도시한다. 웨이퍼 보우트(18)는 석영 혹은 SiC로 제조되어 있으며, 복수의 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 지지 기둥(19) 및 지지부(20)를 구비하고 있다. 웨이퍼 보우트(18)에는 제품화를 목적으로 하는 복수의 반도체 웨이퍼(22)와 함께 더미 웨이퍼(12)가 탑재된다. 더미 웨이퍼(12)는 반도체 웨이퍼(22)를 상하로부터 끼워 넣도록 웨이퍼 보우트(18)의 상부 및 하부에 소정 매수만큼 탑재된다.

반도체 웨이퍼(22)의 산화 공정에서는, 우선 웨이퍼 보우트(18)에 탑재된 반도체 웨이퍼(22)가 도시하지 않은 확산로에 반입된다. 확산로의 내부에서 반도체 웨이퍼(22)는 소정의 산화 온도로 승온된 상태에서 산화 가스 분위기에 노출되어진다. 소망의 막 두께를 갖는 산화막이 형성된 후, 반도체 웨이퍼(22)는 웨이퍼 보우트(18)에 탑재된 상태로 확산로로부터 반출된다.

웨이퍼 보우트(18)가 확산로 내에 반입될 때, 그 상단부는 그 중앙부에 선행하여 확산로에 진입한다. 또한, 웨이퍼 보우트(18)의 하단부는 그 중앙부에 지연되어 확산로 내로 진입한다. 이와 같은 진입 시간의 차에 기인하여 웨이퍼 보우트(18)의 상단부 부근 또는 하단부 부근과 그 중앙부 부근에서는 산화 조건에 차이가 발생한다.

반도체 웨이퍼(22)는 웨이퍼 보우트(18)의 전체 영역 중, 실질적으로 산화 조건이 균일해지는 영역에, 즉 상술한 산화 공정을 행함으로써 균일한 막 두께의 산화막을 형성할 수 있는 영역(중앙부 부근의 영역)에 탑재된다. 한편, 더미 웨이퍼(12)는 그 중앙부 부근의 영역과는 산화 조건이 상이한 영역(상단부 부근 또는 하단부 부근의 영역)에 탑재된다. 반도체 웨이퍼(22) 및 더미 웨이퍼(12)를 이와 같이 웨이퍼 보우트(18)에 탑재하는 것에 따르면, 웨이퍼 보우트(18)에 탑재되는 모든 반도체 웨이퍼(22)에 균일한 막 두께의 산화막을 형성할 수 있어 높은 수율을 얻을 수 있다.

본 실시 형태의 더미 웨이퍼(12)는 도2에 도시한 바와 같이 보강부(16)를 갖는 면이 하측이 되도록, 또한 절삭부(16)가 지지부(20)와 겹치도록 웨이퍼 보우트(18)에 탑재된다. 절삭부(16)의 막 두께는 더미 웨이퍼(12)의 통상의 막 두께, 즉 반도체 웨이퍼(22)의 막 두께와 동일하므로, 보강부(16)의 면을 하측으로 해도 더미 웨이퍼(12)와 다른 웨이퍼와의 간격은 반도체 웨이퍼(22) 끼리의 간격과 같게 할 수 있다. 또한, 절삭부(16)를 지지부(20)에 중첩하는 것에 따르면, 보강부(14)의 위치와 지지부(20)의 위치를 항상 일치시킬 수 있어 더미 웨이퍼(12)에 작용하는 응력의 피크를 확실하게 보강부(14)에 담당하게 할 수 있다.

이로 인해, 본 실시 형태의 더미 웨이퍼(12)에 따르면, 반도체 웨이퍼(22)의 대경화에 관계없이 충분한 기계적 강도를 확보할 수 있는 동시에, 열처리시에 자중에 의해 발생하는 변형량을 충분히 작게 억제할 수 있다. 본 실시 형태의 더미 웨이퍼(12)(재질 : 석영)를 최고 온도 1150℃, 상용 온도 950℃의 열처리로 실제로 사용한 바(확산로 : 고요린드버그사 제조 VF-5700) 4개월의 사용 후에 눈으로 확인되는 변형 등은 발생하지 않았다.

<제2 실시 형태>

도3은 본 발명의 제2 실시 형태의 더미 웨이퍼(24)의 평면도 및 단면도를 도시한다. 본 실시 형태의 더미 웨이퍼(24)는 보강부(14)의 단부에 절삭부를 구비하고 있지 않은 점을 제외한 제1 실시 형태의 더미 웨이퍼(12)와 같은 구조를 갖고 있다. 더미 웨이퍼(24)는 보강부(14)가 상측이 되도록, 또한 보강부(14)의 위치가 웨이퍼 보우트(18)(도2 참조)의 지지부(20)와 겹치도록 탑재된다.

보강부(14)의 면이 상측이 되는 경우, 보강부와 지지부(20)와의 간섭은 발생하지 않는다. 이로 인해, 본 실시 형태의 더미 웨이퍼(24)에 따르면, 절삭부(16)의 형성을 생략하면서 제1 실시 형태의 더미 웨이퍼(12)와 동등한 효과를 얻을 수있다.

<제3 실시 형태>

도4는 본 발명의 제3 실시 형태의 더미 웨이퍼(26)의 평면도 및 단면도를 도시한다. 본 실시 형태의 더미 웨이퍼(26)는 제1 또는 제2 실시 형태의 더미 웨이퍼(12, 24)의 직경에 비해 큰 400 ㎜의 직경을 갖고 있다. 더미 웨이퍼(26)의 한쪽 면에는 큰 보강 강도를 얻기 위해 열십자형으로 형성된 보강부(28)가 설치되어 있다.

더미 웨이퍼(26)는 4개의 지지 기둥을 갖는 웨이퍼 보우트에, 즉 개개의 웨이퍼에 대해 4개의 지지부를 갖는 웨이퍼 보우트(도시 생략)에, 보강부(28)가 상측이 되도록, 또한 보강부(28)의 위치가 웨이퍼 보우트의 지지부와 겹치도록 탑재된다.

본 실시 형태의 더미 웨이퍼(26)는 보강부(28)가 큰 보강 강도를 갖기 때문에, 400 ㎜의 직경에 관계 없이 상온시 및 고온시의 쌍방에 있어서 충분한 기계적 강도를 가지고 있다. 이로 인해, 더미 웨이퍼(26)에 따르면 반도체 웨이퍼의 직경이 400 ㎜인 경우에도 제1 또는 제2 실시 형태의 더미 웨이퍼(12, 24)와 동등한 효과를 얻을 수 있다.

그런데, 제3 실시 형태에서는 보강부(28)에 절삭부를 형성하고 있지 않는 것으로 하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 보강부(28)에 절삭부를 형성하여 보강부(28)의 면이 하측이 되도록 더미 웨이퍼(26)를 웨이퍼 보우트에 탑재하는 것으로 해도 좋다.

또한, 제1 내지 제3 실시 형태에서는 더미 웨이퍼의 한쪽 면에만 보강부를 형성하는 것으로 하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 더미 웨이퍼의 양면에 보강부를 설치하는 것으로 해도 좋다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로, 이하에 도시한 바와 같은 효과를 발휘한다.

청구항 1에 기재된 발명에 따르면, 본체에 보강부가 설치되어 있으므로, 높은 기계적 강도를 확보할 수 있는 동시에 가열 하에 있어서의 자중에 의한 변형을 충분히 작게 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 더미 웨이퍼에 따르면, 반도체 웨이퍼의 직경이 큰 경우라도 안정된 열처리를 실현할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 보강부가 본체와 일체이므로, 더미 웨이퍼를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 본체와 보강부의 열 변형량이 동일하므로, 가열시에 있어서의 더미 웨이퍼의 변형을 방지할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 보강부의 방사형 부분을 웨이퍼 보우트에 의해 지지하는 것으로, 더미 웨이퍼에 작용하는 응력을 보강부에 담당하게 하는 동시에, 그 응력을 더미 웨이퍼의 전체면에 균등하게 분산시킬 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 따르면, 보강부가 구비하는 절삭부에 웨이퍼 보우트의 지지부를 결합시킴으로써, 웨이퍼 보우트의 지지부와 보강부의 위치를 용이하게 일치시킬 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 따르면, 웨이퍼 보우트 내에 반도체 웨이퍼와 함께 보강부를 구비한 더미 웨이퍼를 장착하여 열처리를 행할 수 있다. 더미 웨이퍼는 충분한 기계적 강도를 갖고 있으며, 가열시에 있어서의 자중에 의한 변형도 억제할 수 있으므로, 안정된 열처리의 실행이 가능해진다.

청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 보강부의 절삭부에 웨이퍼 보우트의 지지부를 맞춤으로써 웨이퍼 보우트의 지지부와 보강부의 위치를 용이하게 일치시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 웨이퍼의 열처리 장치에 있어서 이용되는 웨이퍼 보우트에 반도체 웨이퍼와 함께 탑재되는 더미 웨이퍼이며,

   반도체 웨이퍼와 동일한 형상을 갖는 본체와,

   상기 본체의 적어도 한쪽 면에 형성된 보강부를 구비하고,

   상기 보강부는 상기 본체와 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
2. 제1항에 있어서, 상기 보강부는, 상기 본체와 일체 성형된 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보강부는 상기 본체의 중앙부로부터 등각도마다 직경 방향으로 연장되는 방사형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보강부는 상기 본체의 주위 모서리측의 단부에 절삭부를 구비하는 동시에,

   상기 절삭부가 형성되어 있는 부분의 판 두께는 상기 본체의 판 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 더미 웨이퍼.
5. 더미 웨이퍼를 이용한 반도체 웨이퍼의 열처리 방법이며,

   반도체 웨이퍼의 열처리 장치에 있어서 이용되는 웨이퍼 보우트에, 반도체 웨이퍼와 함께 더미 웨이퍼를 탑재하는 단계와,

   반도체 웨이퍼 및 더미 웨이퍼를 탑재한 웨이퍼 보우트를 확산로에 반입하는 단계와,

   상기 확산로 속에서 상기 반도체 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하고,

   상기 더미 웨이퍼는 적어도 한쪽 면에 그 중앙부로부터 방사형으로 연장되는 보강부를 구비하고, 상기 보강부의 위치에서 지지되도록 상기 웨이퍼 보우트에 탑재되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 보강부는 상기 더미 웨이퍼의 주위 모서리측의 단부에 절삭부를 구비하고,

   상기 더미 웨이퍼는 상기 웨이퍼 보우트의 지지부가 상기 절삭부와 결합하도록 상기 웨이퍼 보우트에 탑재되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.