KR100951005B1 - 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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시니치 오코시
쿠니히로 야마사키
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Abstract

[목적] 미소한 요철이나 마이크로 크랙의 개방에 기한 예각인 요철의 붕괴에 기인하는 글라스 티끌이나 다이아몬드 블레이드 등에 기인하는 천이금속 원소 이물의 파티클의 부착이 없고, 또, 불산 세정에 의해서도 치수 변화가 작고, 장기간의 사용에 의해서도 클린도가 높게 유지될 수 있는 투명한 홈 절삭면을 갖는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치 및 그 제조방법을 제공함.
[해결수단] 절삭가공에 의한 홈 절삭면을 갖는 웨이퍼 재치용 부재를 구비한 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭면 전체가 투명하고, 그 표면 거칠기가 중심선 평균 거칠기(Ra)로 0.03~0.3㎛, 최대 거칠기(Rmax)로 0.2~3.0㎛이고, 또, 5% 불화수소 수용액에서 24시간 에칭 처리한 후의 중심선 평균 거칠기 및 최대 거칠기의 변화율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치, 및 웨이퍼 재치용 부재를 입도가 거친 다이아몬드 블레이드로 조절삭을 한 후, 상기 다이아몬드 블레이드에 의해 입도가 가는 다이아몬드 블레이드로 재절삭하고, 이어서, 홈 내부를 굽기 마무리하는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치의 제조방법.
석영 글라스, 다이아몬드 블레이드, 홈, 절삭, 거칠기, 실리콘 웨이퍼

Description

실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치 및 그 제조방법{Quartz Glass Tool For Heat Treatment Of Silicon Wafer And Process For Producing The Same}
본 발명은 홈 절삭 면(溝切面; grooving face)이 투명한 실리콘 웨이퍼 열처리용 장치 및 그 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치를 구비하는 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭 면에 파티클 등의 실리콘 웨이퍼를 오염시키는 물질이 적은 투명한 홈 절삭 면을 갖는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래부터 실리콘 웨이퍼의 반송, 가열 로에서의 유지에 비교적 내열성이 있고, 또 고순도인 석영 글라스 장치가 사용되었다. 이 석영 글라스 장치로서는 도 1에 나타낸 홈 부 3을 구비한 웨이퍼 재치용 부재 2(4매)를 천판(天坂) 4, 대판(台板) 5에 용접한 종형(縱型) 로용 장치 등을 들 수 있다. 상기 웨이퍼 재치용 부재의 홈은 일정한 피치로, 나아가, 고정밀도로 형성할 필요가 있어, 통상 다이아몬드 블레이드로 홈 절삭이 행해지고 있다. 그러나, 석영 글라스는 취성(脆性)재료이기 때문에 다이아몬드 블레이드를 사용한 가공에서는, 그 가공면에 작은 요철이나 마이크로 크랙이 발생하고, 그리하여 실리콘 웨이퍼가 손상하거나, 혹은 다이아몬드 블레이드의 결합제에서 유래하는 각종 천이(遷移)금속원소 이물이 그 미소한 요철 이나 마이크로 크랙에 부착 잔류하고, 실리콘 웨이퍼의 열 처리시에 용융, 확산하여 실리콘 웨이퍼를 오염시키는 문제가 있었다. 이 때문에, 다이아몬드 블레이드에 의한 절삭 후, 불산 용액으로 가벼운 에칭 세정하는 것이 행해지고 있으나, 홈 절삭 면은 완전히 세정되지 않고, 각종 천이금속원소 이물이 잔류하여 실리콘 웨이퍼를 오염시키는 일이 발생하였다. 그래서, 더욱 불산으로 에칭 세정하였는바, 홈 절삭면의 미세한 요철이나, 마이크로 크랙의 개방에 기한 요철이 예각으로 되어, 실리콘 웨이퍼를 손상시키는 문제가 발생하였다.
특히, 최근, 제조하는 반도체 소자의 집적도가 증가함과 함께, 플래쉬 메모리와 같은 극도로 불순물을 거부하는 소자도 개발되어, 상술한 석영 글라스 장치로는 실리콘 웨이퍼의 순도가 유지되지 않게 되었다. 이 때문에, 홈 면에 버너를 5-45도의 각도로 홈 상방으로부터 가열처리하여 마무리하는 방법(특허문헌 1)이나, 홈면을 연마 브러쉬로 연마하는 방법(특허문헌 2) 등이 제안되고 있다. 그러나, 상기 특허문헌 1의 방법에서는 홈 절삭면에 지석 흔적(砥石跡)이 잔존하고, 여기에 이물이나 글라스 티끌(塵) 등의 파티클이 부착하거나, 또는 홈 부의 치수가 변화하는, 소위 홈 처짐 등이 발생하는 일이 생겼다. 또, 특허문헌 2의 방법에서도, 홈 부에 지석 흔적이 잔존하고, 그에 이물이나 글라스 티끌 등의 파티클이 부착하여 실리콘 웨이퍼를 오염시키는 등의 문제가 있었다.
특허문헌 1: 특개평 11-349338호 공보
특허문헌 2: 특개2000-127020호 공보
발명이 해결하고자 하는 과제
이러한 현상을 감안하여, 본 발명자 등은 예의 연구를 거듭한 결과, 다이아몬드 블레이드로 연삭 가공한 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭면을 투명하게 하면서, 홈 절삭면 전체의 표면 거칠기를 중심선 평균 거칠기(Ra)로 0.03~0.3㎛, 최대 거칠기(Rmax)로 0.2~3.0㎛, 또, 5%의 불화수소 수용액에서 24시간 에칭 처리한 후의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대 거칠기(Rmax)의 변화율을 50% 이하로 함으로써, 미소한 요철이나, 마이크로 크랙의 개방에 기한 예각의 요철의 붕괴에 기인하는 글라스 티끌이나, 다이아몬드 블레이드 등으로부터 발생하는 각종 천이금속원소 이물 등의 파티클의 부착이 없고, 장시간의 사용에도 클린도를 높게 유지할 수 있고, 나아가, 홈 절삭면의 요철이 미세하고, 불산 세정에 의해서도 치수 변화가 작은 석영 글라스 장치가 얻어지는 것을 발견하였다. 그리하여, 상기 석영 글라스 장치는 구비하는 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭부를 입도가 거친 다이아몬드 블레이드로 절삭 가공한 경우, 입도가 작은 다이아몬드 블레이드로 재차 절삭가공을 행하고, 이어서 산수소화염에 의한 굽기 마무리로 투명화함으로써 용이하게 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성한 것이다.
즉, 본 발명은, 미소한 요철이나, 마이크로 크랙의 개방으로 인한 예각인 요철의 붕괴에 기인하는 글라스 티끌이나 다이아몬드 블레이드 등에 기인하는 천이금속원소 이물인 파티클의 부착이 없고, 또 불산 세정에서도 치수 변화가 적고, 장시간의 사용에 의해서도 클린도를 높게 유지할 수 있는 투명한 홈 절삭면을 갖는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 상기 석영 글라스 장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하는 본 발명은, 절삭가공에 의한 홈 절삭면을 갖는 웨이퍼 재치용 부재를 구비한 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치에서, 상기 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭면 전체가 투명하고, 그 표면 거칠기가 중심선 평균 거칠기(Ra)로서 0.03~0.3㎛, 최대 거칠기(Rmax)로 0.2~3.0㎛이고, 또, 5%의 불화수소 수용액에서 24시간 에칭처리한 후의 중심선 평균 거칠기 및 최대 거칠기의 변화율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치임을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치가 구비된 웨이퍼 재치용 부재는, 절삭가공에 의해 홈 절삭되고, 그 면 전체의 표면 거칠기가 중심선 평균 거칠기(Ra)로 0.03~3.0㎛, 최대 거칠기(Rmax)로 0.2~3.0㎛로, 또, 5%의 불화수소 수용액에서 24시간 에칭 처리한 후의 중심 평균 거칠기 및 최대 거칠기의 변화율이 50% 이하이고, 홈 절삭 면이 투명한 부재이다. 이 홈 절삭면을 가짐으로써, 본 발명의 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치는 미소한 요철이나 마이크로 크랙의 개방에 기한 예각인 요철의 붕괴에 기인하는 글라스 티끌이나 다이아몬드 블레이드 등에 기인하는 천이금속원소 이물의 파티클의 부착이 없다. 나아가, 홈 절삭면의 요철이 미세하고, 불산 세정에서도 치수 변화가 적고 장시간의 사용이 가능하다. 상기 중심선 평균 거칠기가 0.03㎛ 미만으로 절삭할 경우는 생산성, 코스트 상, 실용적이지 않고, 또, 0.3㎛를 초과하면 굽기 마무리를 하더라도 절삭면에 미소한 예각 상의 요철이나 마이크로 크랙이 잔존하여 실리콘 웨이퍼를 손상시키거나, 파티클이 발생하여 실리콘 웨이퍼를 오염시키는 경우가 생긴다. 나아가, 5%의 불화수소 수용액에서 24시간 에칭 처리한 후의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대 거칠기(Rmax)의 변화율이 50%를 초과하면 홈 절삭면의 요철이 불산 세정으로 변화하여 장시간 안정하게 사용할 수 없다. 상기 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대 거칠기(Rmax)의 변화율은 웨이퍼 재치용 부재를 5% 불화수소 수용액에 0~24시간 침지하였을 때, 각각의 침지 시간에 대한 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대 거칠기(Rmax)가 최초의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 최대 거칠기(Rmax)에 대하여 변화한 비율이다.
상기 웨이퍼 재치용 부재는, 도 2, 3에 나타내는 바와 같이, 원주상 또는 각주상의 석영 글라스 소재를 입도가 거친 다이아몬드 블레이드, 바람직하게는 입도가 #250~350인 다이아몬드 블레이드로 홈 폭(d) 3~5㎜, 피치(p) 3~6㎜, 홈 깊이 4.5~10㎜로 조절삭(組切削)하고, 다음으로, 입도가 작은 다이아몬드 블레이드, 바람직하게는 입도 #600~2000의 블레이드로 여분 0.06~0.1㎜로 재절삭한 후, 불산으로 세정하고, 나아가 홈 절삭면을 수소 가스와 산소가스로부터 얻어지는 산수소 화염으로 굽기 마무리하고 투명화하여 제조된다. 이 웨이퍼 재치용 부재는 천판이나 대좌에 용접되어 석영 글라스 장치로 조립되고, 어닐 처리, 불산 세정처리가 행해진다.
상기 조절삭가공에 사용되는 다이아몬드 블레이드로서는 메탈 본드형 다이아몬드 블레이드, 레진 본드형 다이아몬드 블레이드 또는 비트리파이드(vitrified) 본드형 다이아몬드 블레이드를 들 수 있고, 재절삭에 사용되는 다이아몬드로서는 상술한 다이아몬드 블레이드로 입도가 #600~2000의 미세한 입도의 블레이드가 사용된다. 보다 바람직하게는 메탈본드 다이아몬드를 분쇄하고, 레진 본드로 소결한 다이아몬드 블레이드가 좋다.
발명의 효과
본 발명의 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치는 홈 절삭면에 미소한 요철이나 마이크로 크랙의 개방에 기한 예각인 요철의 붕괴에 기인하는 글라스 티끌이나, 다이아몬드 블레이드 등에 기인하는 천이금속 원소 이물의 파티클의 부착이 없고, 게다가 사용 후의 불산 세정에서도 치수 변화가 적고, 장시간 사용이 가능하다. 이 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치는 입도가 거친 다이아몬드 블레이드에 의한 절삭가공 후, 입도가 미세한 다이아몬드 블레이드에 의해 재절삭하고, 나아가 홈 절삭면을 굽기 마무리함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최적의 형태
이어서, 구체예에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
또, 이하의 실시예 등에서의 표면 거칠기는 표면 거칠기 계(동경정밀㈜제 HANDY SURF E-35A)에 의해 측정한 값이다. 또, 파티클은 「순수 중에 증가한 파티클을 액 중 파티클 카운터로 측정하는 방법」에 의한 값이다.
도 1은 종형 로용 석영 글라스 장치의 사시도이다.
도 2는 웨이퍼 재치용 부재의 부분 확대도이다.
도 3은 웨이퍼 재치용 홈 형성의 설명도이다.
도 4는 웨이퍼 재치용 부재의 홈 저면의 불산 세정액에 장기간 침지한 경우의 Ra의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 웨이퍼 재치용 부재의 홈 저면의 불산 세정액에 장기간 침지한 경우의 Rmax의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 웨이퍼 재치용 부재의 홈 벽면의 불산 세정액에 장기간 침지한 경우의 Ra의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 웨이퍼 재치용 부재의 홈 벽면의 불산 세정액에 장기간 침지한 경우의 Rmax의 변화를 나타내는 그래프이다.
<부호의 설명>
1: 종형 로용 석영 글라스 장치
2: 웨이퍼 재치용 부재
3: 홈
4: 천판
5: 대판
실시예 1
직경 12㎜의 푸조나무 봉을 #325의 다이아몬드 블레이드를 사용하여 회전속도 800m/min, 반송속도 100mm/min로, 홈 깊이 6mm, 홈 폭 3.4mm 홈 피치 3.5mm로 절삭가공하였다. 얻어진 홈 부착 푸조나무 봉을 추가로 #1000의 블레이드를 사용하여, 도 3에 나타내는 바와 같이 홈의 측면의 여분 0.075mm, 저면의 여분 0.07mm로 재절삭하고, 가스버너를 사용하여 굽기 마무리하고, 투명화하여 홈 폭 3.55mm, 피치 폭 3.6mm의 홈 부착 웨이퍼 재치용 부재를 4개 제조하였다. 이들을 5%의 불산 수용액으로 10분간 세정한 후, 석영 글라스 천판 4와 대판 5에 용접하여 도 1에 나타내는 웨이퍼 보트 1로 조립하였다. 이 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭면의 표면 거칠기를 표 1에 나타낸다. 상기 표 1에서 홈 저면의 중심선 평균 거칠기(Ra) 및 중심선 최대 거칠기(Rmax)는, 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭 저면의 임의의 3점에서 측정한 값이다. 또, 홈 벽면의 Ra 및 Rmax는 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭 측벽면의 단부, 중앙부 및 저부에서 측정한 값이다. 이 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭면은 표면 거칠기가 작고, 투명하여 미소한 요철이나 마이크로 크랙의 붕괴에 의한 글라스 티끌 등의 파티클의 발생은 거의 보이지 않았다. 나아가, 상기 웨이퍼 재치용 부재를 순수 중에서 5분간 정치한 때(이하, 정치 처리라 한다.)와 순수에서의 침지 중에 초음파를 5분간 인가한 때(이하, 인가 처리라 한다.)의 파티클을 측정하였는바, 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 인가 처리한 경우에 파티클의 발생이 적었다. 나아가, 홈 절삭면을 육안으로 관찰하였는바, 절삭부에 의한 하얀 부분이 없고, 주위의 석영 글라스와 동일하게 투명하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 직경 12mm의 푸조나무 봉을 #325의 다이아몬드 블레이드를 사용하여 회전속도 800m/min, 반송속도 100mm/min에서 홈 깊이 6mm, 홈 폭 3.4mm, 홈 피치 3.5mm로 절삭가공하고, 나아가 #1000의 블레이드를 사용하여 홈의 측면 여분 0.075mm, 저면 여분 0.07mm로 재절삭하고, 가스 버너를 사용하여 홈 폭 3.55mm, 피치 폭 3.6mm의 홈 부착 웨이퍼 재치용 부재를 제조하였다. 홈 부착 웨이퍼 재치용 부재의 불산 세정에 대한 치수 안정성을 보기 위해 5%의 불산 세정액에 1~24시간 침지했을 때의 홈 저면 및 홈 벽면의 Ra 및 Rmax를 조사하였다. 그 결과를 표 3에 나타내고, 또 도 4-7의 ◇인으로 표시한다. 표 3은 실시예 1과 동일하게 측정한 홈 저면 및 홈 벽면의 3점의 평균치이고, 도 4-7은 이를 그래프로 나타낸 것이다. 표 3 및 도 4~7로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 홈 부착 웨이퍼 재치용 부재는 24시간의 불산 세정액에서의 침지에서도 Ra의 변화율은 약 10%, Rmax의 변화율은 약 12%로 작고, 안정하게 실리콘 웨이퍼의 열처리가 가능하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일하게 석영 글라스 푸조나무 봉을 #325의 다이아몬드 블레이드를 사용하여 회전속도 800m/min, 반송속도 100mm/min으로, 홈 깊이 6mm, 홈 폭 3.4mm, 홈 피치 3.5mm로 절삭가공하고, 불산 세정하고, 홈 절삭면을 실시예 1과 동일하게 가스 버너를 사용하여 투명화하였다. 얻어진 웨이퍼 재치용 부재의 홈 절삭면의 Ra 및 Rmax를 표 1에 표시한다. 또, 파티클을 측정한 값을 표 2에 표시한다. 상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 정치 처리, 인가 처리 모두 파티클의 부착이 많았다. 나아가, 홈 절삭면을 육안으로 관찰하였는바, 지석 흔적이 남아 하얗게 관찰되었다.이 웨이퍼 재치용 부재를 실시예 2와 동일하게 5%의 불산 세정액으로 1~24시간의 장시간 침지하고, 그 때의 홈 저면 및 홈 벽면의 Ra 및 Rmax를 조사하였다. 그 결과를 표 3에 표시하고, 동시에 도 4~7의 □인으로 표시한다. 상기 표 3 및 표 4~7로부터 알 수 있는 바와 같이, 장시간의 불산 세정액에서의 침지로 웨이퍼 재치용 부재의 Ra 및 Rmax는 크게 변화하고, 그 변화율은 50%를 초과하고, 실리콘 웨이퍼의 열처리에 지장이 생겼다.
처리 위치 실시예 1 실시예 2
Ra(㎛) Rmax(㎛) Ra(㎛) Rmax(㎛)
다이아몬드 연삭 #325 지석 연삭 홈 저면 1 0.26 2.12 0.26 2.12
2 0.18 1.70 0.18 1.70
3 0.30 2.42 0.30 2.42
평균 0.25 2.08 0.25 2.08
홈 벽면 단부 0.32 3.36 0.32 3.36
중앙부 0.30 3.54 0.30 3.54
저부 0.32 3.86 0.32 3.86
평균 0.31 3.59 0.31 3.59
상기 연삭 후 #1000 지석 연삭 홈 저면 1 0.16 1.18
2 0.12 1.06
3 0.12 1.26
평균 0.13 1.17
홈 벽면 단부 0.12 1.04
중앙부 0.10 0.80
저부 0.14 1.12
평균 0.12 0.99
굽기 마무리 홈 저면 1 0.04 0.22 0.14 1.48
2 0.04 0.94 0.18 1.70
3 0.08 1.24 0.14 0.90
평균 0.05 0.80 0.15 1.36
홈 벽면 단부 0.06 0.34 0.46 3.88
중앙부 0.06 0.46 0.40 2.98
저부 0.10 1.00 0.38 3.70
평균 0.07 0.60 0.41 3.52
5% HF 처리 홈 저면 1 0.04 0.20 0.10 1.46
2 0.04 0.36 0.26 2.76
3 0.06 0.96 0.18 1.44
평균 0.05 0.51 0.18 1.89
홈 벽면 단부 0.06 0.56 0.24 2.32
중앙부 0.08 0.66 0.22 2.10
저부 0.12 0.80 0.20 1.54
평균 0.09 0.67 0.22 1.99
상기 표 1에서, 다이아몬드 연삭에 의한 Ra와 Rmax는 5% 불산 처리 8분 후의 값이고, 굽기 마무리에 의한 Ra와 Rmax는 5% 불산 처리 10분 후의 값이다.
입경 ≥0.2㎛ ≥0.3㎛ ≥0.5㎛ ≥1.0㎛ ≥2.0㎛
정치 처리 실시예 1 1.1×103 5.1×102 8.7×10 2.0×10 0
비교예 1 2.1×104 7.8×103 1.3×103 2.7×102 5.3×10
인가 처리 실시예 1 6.2×105 2.0×105 3.2×104 5.3×103 1.3×103
비교예 1 2.2×107 1.1×107 2.3×105 4.0×105 8.7×104
처리시간(h) 위치 실시예 2 비교예 1
Ra(㎛) Rmax(㎛) Ra(㎛) Rmax(㎛)
0 홈 저면 0.05 1.05 0.49 2.59
홈 측면 0.09 2.51 0.19 7.59
1 홈 저면 0.05 0.81 0.15 1.91
홈 측면 0.15 3.68 0.31 5.00
3 홈 저면 0.05 1.99 0.21 2.36
홈 측면 0.11 1.37 0.42 5.87
6 홈 저면 0.08 0.98 0.14 2.21
홈 측면 0.05 1.39 0.43 5.97
12 홈 저면 0.07 1.14 0.16 2.62
홈 측면 0.08 2.31 0.69 11.60
24 홈 저면 0.05 0.87 0.20 2.46
홈 측면 0.10 2.25 2.30 24.06
본 발명의 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치는, 파티클에 의한 실리콘 웨이퍼의 오염이 없고, 또 장시간 클린도를 높게 유지할 수 있는 고집적화한 반도체 소자의 열처리, 특히 확산 공정에서 유용하다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 웨이퍼 재치용 부재를 입도 #250~350의 거친 다이아몬드 블레이드로 조절삭(粗切削)한 후에, 입도 #600~2000의 미세한 다이아몬드 블레이드로 여분을 0.06-0.1mm의 범위로 재절삭하고, 이어서 홈 내부를 굽기 마무리하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 열처리용 석영 글라스 장치의 제조방법.
  3. 삭제
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