KR101376489B1 - 웨이퍼 지지 지그, 및 이를 구비한 종형 열처리용 보트 그리고 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법 - Google Patents

웨이퍼 지지 지그, 및 이를 구비한 종형 열처리용 보트 그리고 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도, 열처리할 때에 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 지지면을 가지는 웨이퍼 지지 지그로서, 상기 피처리 웨이퍼를 지지하는 지지면에서의 스큐니스(Rsk)가 0<Rsk<10임과 함께, 상기 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그이다. 이에 따라, 종형 열처리로에 의해 반도체 웨이퍼 등의 피처리 웨이퍼를 열처리할 때, 웨이퍼 지지 지그의 지지면/웨이퍼의 마찰이나 고착을 저감시킬 수 있음과 함께, 지지면에서의 돌기 형상물의 사이즈 분포가 적절하고, 슬립 전위의 발생을 억제할 수 있는 웨이퍼 지지 지그, 이것을 구비한 종형 열처리용 보트, 또한 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법이 제공된다.

Description

웨이퍼 지지 지그, 및 이를 구비한 종형 열처리용 보트 그리고 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법{WAFER SUPPORTING JIG, VERTICAL HEAT TREATMENT BOAT INCLUDING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD OF WAFER SUPPORTING JIG}
본 발명은, 주로 반도체 웨이퍼 등의 피처리 웨이퍼를 열처리할 때에 사용하는 웨이퍼 지지 지그 및 이를 구비한 종형 열처리용 보트에 관한 것으로서, 특히, 열처리 시에 슬립 전위가 피처리 웨이퍼에 발생하는 것을 억제할 수 있는 웨이퍼 지지 지그 및 종형 열처리용 보트에 관한 것이다.
반도체 단결정 웨이퍼, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼를 이용하여 디바이스를 제작하는 경우, 웨이퍼 가공 프로세스부터 소자 형성 프로세스까지 많은 공정이 존재하는데, 그 중 하나로 열처리 공정이 있다. 열처리 공정은, 웨이퍼 표층에서의 무결함층의 형성, 게터링, 결정화, 산화막 형성, 불순물 확산 등을 목적으로 하여 행해지는 중요한 프로세스이다.
이러한 열처리 공정, 예를 들면 산화나 불순물 확산에 이용되는 확산로(산화 ·확산장치)로는, 웨이퍼의 대구경화에 수반하여, 다수의 웨이퍼를 소정 간격을 두고 수평하게 지지한 상태로 열처리를 행하는 종형의 열처리로가 주로 이용되고 있다. 그리고, 종형 열처리로를 이용하여 웨이퍼를 열처리하는 경우에는, 다수의 웨이퍼를 세트하기 위한 종형 열처리용 보트(이하, 간단히 '보트'라고도 함)가 이용된다.
도 4는 종래의 일반적인 종형 열처리용 보트(210)의 개략을 나타내고 있다. 4개의 지주(로드)(214)의 양단부에 한 쌍의 판형상 부재[연결 부재, 혹은 천판(天板)과 저판(底板)이라고도 함](216)가 연결되어 있다. 각 지주(214)에는 다수의 슬릿(211)이 형성되어 있고, 각 슬릿(211) 사이의 볼록부가 웨이퍼의 지지부(212)로서 작용한다. 피처리 웨이퍼(이하, 간단히 '웨이퍼'라고도 함)를 열처리하는 경우에는, 도 5(A)의 평면도, 도 5(B)의 정면도에 나타낸 바와 같이, 각 지주(214)의 동일한 높이로 형성되어 있는 지지부(212)에 웨이퍼(W)의 외주부를 재치함으로써 웨이퍼(W)가 수평하게 지지된다.
도 6은 종형 열처리로의 일례를 나타내는 개략도이다. 종형 열처리로(220)의 반응실(222)의 내부에 반입된 열처리용 보트(210)에는 다수의 웨이퍼(W)가 수평하게 지지되어 있다. 열처리 시에는, 웨이퍼(W)는 반응실(222)의 주위에 마련된 히터(224)에 의해 가열되게 된다. 열처리 중, 반응실(222)에는 가스 도입관(226)을 통해 가스가 도입되고, 상방에서 하방을 향해 흘러 가스 배기관(228)으로부터 외부로 배출된다. 사용하는 가스는 열처리의 목적에 따라 다르지만, 주로 H2, N2, O2, Ar 등이 이용된다. 불순물 확산의 경우에는, 이들 가스를 불순물 화합물 가스의 캐리어 가스로서도 사용한다.
종형 열처리용 보트(210)에서의 웨이퍼 지지부(212)는 다양한 형상이 채용되고 있으며, 도 7(A) 및 (B)는 각각 일례를 나타내고 있다. (A)는 반원기둥 형상의 지주(214)에 오목한 형상의 슬릿(홈)(211)을 마련하여 반원형의 지지부(212)를 형성한 것이다. 한편, (B)는 (A)보다 웨이퍼(W)의 중심에 가까운 개소를 지지하기 위해 폭이 넓은 각주(角柱) 형상의 지주(215)에 오목한 형상의 슬릿(211)을 마련하여 직사각형의 지지부(213)를 형성한 것이다. 그 밖에도, 슬릿 형상을 부채꼴 형상이나 갈고리 형상 등으로 한 것도 있다.
또한 이들 지지부(212, 213)로 웨이퍼(W)를 직접 지지하는 것이 아니라, 각 지지부(212, 213)에 웨이퍼 지지 지그를 착탈 가능하게 장착하고, 이 웨이퍼 지지 지그에 웨이퍼(W)를 재치하여 지지하는 형태의 것도 들 수 있다.
다음에, 이러한 피처리 웨이퍼와 직접 접촉하여 지지하는 웨이퍼 지지 지그(혹은 지지부)의 웨이퍼와의 접촉면(지지면)에 대해 설명한다.
일본공개특허공보 평09-283455호에는, 슬립을 억제하기 위해 이 지지면의 표 면 거칠기(Ra)를 0.5μm 이하로 하여, 웨이퍼의 자중(自重)에 의해 응력이 집중되는 요인을 제거하는 방법이 기재되어 있다.
한편, 일본공개특허공보 2000-269150호에는, 지지면을 너무 평활하게 하면, 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그가 부분적으로 고착되므로, 지지면의 표면 거칠기(Ra)를 0.3μm 이상으로 하는 것이 기재되어 있다.
이와 같이, 자중 응력의 집중 방지나 웨이퍼/웨이퍼 지지 지그의 고착 방지를 양립시키기 위해서는 표면 거칠기를 최적 영역으로 조정할 필요가 있으며, 연삭 가공이나 샌드 블래스트 가공 등의 방법으로 표면 거칠기의 조정이 행해지고 있다.
그러나, 이러한 방법으로 조정된 웨이퍼 지지면을 이용하더라도, 열처리 시의 승강온 속도를 가속하거나 보트 피치를 축소하여 열응력 요인을 증대시키면 슬립을 억제할 수 없었다. 이는 웨이퍼 및 웨이퍼 지지 지그의 열변형의 영향에 의한 것으로 보인다. 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그 간에 마찰이나 고착이 있는 경우, 승강온시에 열변형을 방해하는 응력이 발생한다. 승강온 속도를 가속하거나 보트 홈 피치를 축소하면, 열변형의 속도가 빨라져서 웨이퍼가 웨이퍼 지지 지그 위를 미끄러지거나 하는 것에 의한 변형 완화가 못 따라오게 되므로, 응력이 증대하여 슬립이 발생하는 것으로 보인다.
이 응력을 저감시키기 위해, 특허 3328763호 공보에는 웨이퍼 지지 지그에 굴림대를 이용하여, 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그 간의 마찰을 저감시키는 방법이 기 재되어 있다. 그러나, 굴림대를 재치하는 오목부를 정밀도 높게 가공하는 것이 어려웠고, 보트의 제조 비용이 비싸지는 등의 문제가 있었다.
이에, 본 발명자는 웨이퍼 지지 지그의 지지면/웨이퍼의 마찰이나 고착에 대해 예의 연구한 결과, 이 마찰·고착을 저감시키려면, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에서의 스큐니스(skewness)(Rsk)가 중요한 요소 중 하나라는 사실을 발견했다.
여기서, 이 Rsk에 대해 설명한다.
예를 들면, 연삭 등에 의해 형성된 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 있어서는, 실제로는 미소한 요철이 존재하고, 그 단면은 진폭 곡선을 그리고 있다. Rsk란, 이 진폭 곡선이 평균선의 상하 중 어느 쪽에 치우쳐 있는지를 나타내는 파라미터이다.
연삭이나 샌드 블래스트로 웨이퍼 지지 지그의 표면을 가공하여 지지면으로 한 경우, 지지면에는 줄무늬(striation)나 패임이 발생하므로, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 진폭 곡선이 평균선보다 위에 편향되는 경우가 많으므로, Rsk가 마이너스 값이 된다.
이에 반해, 도 3과 같이, 지지면이 침봉 같은 형상인 경우, 진폭 곡선이 평균선보다 아래로 편향되므로, Rsk는 플러스 값이 된다.
그리고, 본 발명자는, 종래의 샌드 블래스트 등에 의해 형성되어, Rsk가 마이너스가 되는 지지면인 경우에 대해, 지지면의 Rsk를 플러스로 하는 것에 의해, 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그의 마찰·고착이 저감되고, 슬립 전위를 억제하는데 높은 효과를 발휘할 수 있다는 것을 발견했다.
반대로, 본 발명자는, Rsk가 너무 크면 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그의 접촉이 너무 적어져 자중 응력 집중이 생겨, 슬립이 발생해 버리는 것을 발견했다. 즉, Rsk에는 최적 영역이 존재한다.
또한, Rsk의 조정에 대해 본 발명자는 이하의 점을 발견했다.
Rsk는 지지면에 고의로 돌기 형상물을 형성하여, 이 돌기 형상물의 밀도와 높이를 컨트롤 함으로써 조정이 가능하다. 돌기 형상물의 밀도를 줄임에 따라, 또한, 돌기 형상물을 높게 함에 따라 Rsk값이 증대하므로, 최적의 Rsk값이 얻어지도록 돌기 형상물의 밀도, 높이를 조정한다.
그리고, 이 돌기 형상물의 사이즈 분포의 조정도 필요하다. 다른 돌기 형상물보다 극단적으로 큰 돌기 형상물이 존재하면, 이것을 요인으로 자중 응력 집중이 발생하므로, 극단적으로 큰 돌기 형상물이 없이, 큰 돌기 형상물의 높이를 맞추어 적당한 밀도로 배치할 필요가 있다.
본 발명은, 상기 본 발명자가 발견한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 종형 열처리로에 의해 반도체 웨이퍼 등의 피처리 웨이퍼를 열처리할 때, 웨이퍼 지지 지그의 지지면/웨이퍼의 마찰이나 고착을 저감시킬 수 있음과 함께, 지지면에서의 돌기 형상물의 사이즈 분포가 적절하여, 슬립 전위의 발생을 억제할 수 있는 웨이퍼 지지 지그, 이를 구비한 종형 열처리용 보트, 나아가, 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 적어도, 열처리할 때에 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 지지면을 가지는 웨이퍼 지지 지그로서, 상기 피처리 웨이퍼를 지지하는 지지면에서의 스큐니스(Rsk)가 0<Rsk<10임과 함께, 상기 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그를 제공한다.
이와 같이, 적어도, 열처리할 때에 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 지지면을 가지는 웨이퍼 지지 지그로서, 상기 피처리 웨이퍼를 지지하는 지지면에서의 스큐니스(Rsk)가 0<Rsk<10이면, 지지면에 있어서, 웨이퍼 지지 지그와 피처리 웨이퍼의 마찰·고착을 저감시킬 수 있으므로, 이에 기인하는 슬립 전위의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 것이므로, 다른 돌기 형상물보다 극단적으로 큰 돌기 형상물이 존재하지도 않고, 적당한 높이 및 밀도의 돌기 형상물을 가지므로, 그 결과 재치하는 피처리 웨이퍼의 자중에 의한 응력 집중, 나아가, 이 응력 집중에 기인하는 슬립 전위의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 이와 같이 적당한 높이 및 밀도의 돌기 형상물을 가지고 있으므로, Rsk가 상기 범위로 조정된 것이 된다.
이 경우, 상기 지지면에 돌기 형상물을 가지는 웨이퍼 지지 지그는, 에칭액으로 에칭 가능한 모재 중에, 상기 돌기 형상물이 되는 입자가 분산 첨가된 것이며, 상기 돌기 형상물은, 상기 에칭액으로 상기 모재가 에칭되어, 상기 분산 첨가된 입자에 의해 지지면에 형성된 것으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 웨이퍼 지지 지그이면, 에칭액으로 모재가 에칭되어, 모재 중에 분산 첨가된 입자에 의해, 지지면에 돌기 형상물이 균일하면서 용이하게 형성된 것으로 할 수 있다.
이때, 상기 에칭액으로 에칭 가능한 모재가 석영이며, 상기 분산 첨가된 입자가 탄화규소 또는 실리콘인 것으로 할 수 있다.
그리고, 상기 모재를 에칭할 수 있는 에칭액이, 불화수소산을 포함하는 용액인 것으로 할 수 있다.
또한, 상기 에칭액으로 에칭 가능한 모재가 실리콘이며, 상기 분산 첨가된 입자가 탄화규소인 것으로 할 수 있고, 상기 모재를 에칭할 수 있는 에칭액이 불화수소산 및 질산을 포함하는 용액인 것으로 할 수 있다.
모재나 모재 중에 분산 첨가된 입자, 에칭액이 상기와 같은 것이라면, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 원하는 돌기 형상물을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 상기 지지면에 돌기 형상물을 가지는 웨이퍼 지지 지그는 다결정체가 열처리되어, 상기 돌기 형상물이 지지면에 형성된 것으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 다결정체가 열처리되어, 상기 돌기 형상물이 지지면에 형성된 것이면, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 돌기 형상물이 균일하면서 용이하게 형성된 것으로 할 수 있다.
이때, 상기 다결정체의 열처리가 감압 분위기 하에서 행해진 것으로 할 수 있으며, 또한, 상기 다결정체의 열처리가, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행해진 것으로 할 수 있다.
이와 같이, 다결정체의 열처리가, 감압 분위기 하에서 행해진 것, 또한 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행해진 것이면, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 원하는 돌기 형상물이 효율적으로 형성된 것으로 할 수 있다.
그리고, 상기 열처리되는 다결정체가 실리콘 또는 탄화규소의 다결정체인 것으로 할 수 있다.
이와 같이, 열처리되는 다결정체가 실리콘 또는 탄화규소의 다결정체인 것이면, 지지면에 용이하게 돌기 형상물이 형성된 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 웨이퍼 지지 지그를 갖춘 종형 열처리용 보트로서, 적어도, 복수의 지주와, 각 지주의 양단부에 연결된 한 쌍의 판형상 부재를 가지고, 상기 각 지주에, 상기 피처리 웨이퍼를 수평하게 지지하기 위한 복수의 지지부가 형성되어 있으며, 그 복수의 지지부에, 상기 피처리 웨이퍼가 각각 한 장씩 재치되어 지지되는 상기 웨이퍼 지지 지그가 착탈 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리용 보트를 제공한다.
이러한 종형 열처리용 보트이면, 피처리 웨이퍼를 수평하게 지지하기 위한 복수의 지지부에, 상기 피처리 웨이퍼가 각각 한 장씩 재치되어 지지되는 상기 웨이퍼 지지 지그가 착탈 가능하게 장착되어 있는 것이므로, 웨이퍼 지지 지그와 피처리 웨이퍼의 마찰·고착을 저감시킬 수 있으므로, 슬립 전위의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 지지면에 있어서, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 극단적으로 큰 돌기 형상물이 존재하지도 않고, 적당한 높이 및 밀도의 돌기 형상물을 가지고 있으므로, 피처리 웨이퍼의 자중에 의한 응력 집중, 나아가, 슬립 전위의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 열처리할 때에 지지면에서 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 방법으로서, 상기 웨이퍼 지지 지그의 모재 중에 돌기 형상물이 되는 입자를 분산하여 첨가하고, 상기 모재를 에칭액으로 에칭하여, 상기 지지면에 상기 분산 첨가된 입자로 돌기 형상물을 형성하고, 상기 지지면에서의 스큐니스(Rsk)를 0<Rsk<10으로 함과 함께, 상기 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법을 제공한다.
이러한 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법이면, 웨이퍼 지지 지그의 모재 중에 돌기 형상물이 되는 입자를 분산하여 첨가하고, 모재를 에칭액으로 에칭하여, 지지면에 분산 첨가된 입자로 돌기 형상물을 형성하므로, 균일하면서 용이하게 지지면에 돌기 형상물을 형성할 수 있다.
그리고, 지지면에서의 스큐니스(Rsk)를 0<Rsk<10으로 함과 함께, 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것이므로, 웨이퍼 지지 지그와 피처리 웨이퍼의 마찰·고착을 저감시킬 수 있어, 슬립 전위의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한 재치하는 피처리 웨이퍼의 자중에 의한 응력 집중, 나아가 이 응력 집중에 기인하는 슬립 전위의 발생을 방지할 수 있는 웨이퍼 지지 지그를 얻을 수 있다.
또한, 이 제조 방법이면, 제조 후에 돌기 형상물이 이탈하는 경우도 극히 적으므로, 파티클 오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 에칭액으로 에칭하는 모재를 석영으로 하고, 상기 분산 첨가하는 입자를 탄화규소 또는 실리콘으로 할 수 있으며, 또한, 상기 모재를 에칭하는 에칭액을, 불화수소산을 포함하는 용액으로 할 수 있다.
또한, 상기 에칭액으로 에칭하는 모재를 실리콘으로 하고, 상기 분산 첨가하는 입자를 탄화규소로 할 수 있으며, 또한, 상기 모재를 에칭하는 에칭액을, 불화수소산 및 질산을 포함하는 용액으로 할 수 있다.
모재나 모재 중에 분산 첨가하는 입자, 에칭액을 상기와 같은 것으로 함으로써, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 원하는 돌기 형상물을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은, 열처리할 때에 지지면에서 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 방법으로서, 상기 웨이퍼 지지 지그의 모재가 되는 다결정체를 열처리하여, 상기 지지면에 돌기 형상물을 형성하고, 상기 지지면에서의 스큐니스(Rsk)를 0<Rsk<10으로 함과 함께, 상기 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법을 제공한다.
이러한 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법이면, 상기 웨이퍼 지지 지그의 모재가 되는 다결정체를 열처리하여, 상기 지지면에 돌기 형상물을 형성하므로, 균일하면서 용이하게 지지면에 돌기 형상물을 형성할 수 있다.
그리고, 지지면에서의 스큐니스(Rsk)를 0<Rsk<10으로 함과 함께, 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것이므로, 웨이퍼 지지 지그와 피처리 웨이퍼의 마찰·고착을 저감시킬 수 있어, 슬립 전위의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 또한, 재치하는 피처리 웨이퍼의 자중에 의한 응력 집중, 나아가, 이 응력 집중에 기인하는 슬립 전위의 발생을 방지할 수 있는 웨이퍼 지지 지그를 얻을 수 있다.
또한, 돌기 형상물이 이탈하는 것에 의한 파티클 오염을 방지할 수 있다.
이때, 상기 다결정체의 열처리를 감압 분위기 하에서 행할 수 있으며, 또한 상기 다결정체의 열처리를, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행할 수 있다.
이와 같이, 다결정체의 열처리를, 감압 분위기 하에서, 또한, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행하면, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 원하는 돌기 형상물을 효율적으로 형성할 수 있다.
그리고, 상기 열처리하는 다결정체를 실리콘 또는 탄화규소의 다결정체로 할 수 있다.
이와 같이, 열처리하는 다결정체를 실리콘 또는 탄화규소의 다결정체로 하면, 지지면에 용이하게 돌기 형상물을 형성할 수 있다.
또한 본 발명은, 열처리할 때에 지지면에서 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 방법으로서, 상기 웨이퍼 지지 지그의 모재 중에 돌기 형상물이 되는 입자를 분산하여 첨가하고, 상기 모재를 에칭액으로 에칭하여, 상기 지지면에 상기 분산 첨가된 입자로 돌기 형상물을 형성하거나, 상기 웨이퍼 지지 지그의 모재가 되는 다결정체를 열처리하여 상기 지지면에 돌기 형상물을 형성하여, 상기 지지면에 돌기 형상물을 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법을 제공한다.
이러한 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법이면, 웨이퍼 지지 지그의 모재 중에 돌기 형상물이 되는 입자를 분산하여 첨가하고, 모재를 에칭액으로 에칭하여, 지지면에 분산 첨가된 입자로 돌기 형상물을 형성하던지, 웨이퍼 지지 지그의 모재가 되는 다결정체를 열처리하여 지지면에 돌기 형상물을 형성하므로, 균일하면서 용이하게 지지면에 원하는 돌기 형상물이 형성된 웨이퍼 지지 지그를 제조할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 지지 지그, 종형 열처리용 보트이면, 지지면에 재치되는 피처리 웨이퍼와의 마찰이나 고착을 저감시킬 수 있고, 또한, 피처리 웨이퍼의 자중에 의한 응력 집중이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 나아가, 피처리 웨이퍼에 슬립 전위가 생기는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법이면, 지지면에 돌기 형상물을 균일하면서 용이하게 형성할 수 있어, 상기와 같은 슬립 전위의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 웨이퍼 지지 지그를 얻을 수 있고, 지지면에 형성된 돌기 형상물이 이탈되기 어려워서, 파티클 오염의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 웨이퍼 지지 지그 및 종형 열처리용 보트의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 Rsk가 마이너스 값이 되는 경우의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 3은 Rsk가 플러스 값이 되는 경우의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 4는 종래의 종형 열처리용 보트의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 5는 종래의 종형 열처리용 보트에 웨이퍼를 세트한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 6은 종형 열처리로의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 7은 종래의 종형 열처리용 보트에서의 웨이퍼 지지부를 나타내는 개략도이다.
도 8은 촉침식 표면 거칠기 측정기를 이용한 표면 형상의 측정 방법을 설명하는 설명도로서, (A)는 측면도, (B)는 상면도이다.
이하에서는, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그 및 이를 구비한 종형 열처리용 보트, 또한 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그 및 이것을 구비한 종형 열처리용 보트의 일례의 개략을 나타낸다.
이 종형 열처리용 보트(1)는 4개의 지주(4)와, 각 지주(4)의 양단부에 연결된 한 쌍의 판형상 부재(6)를 가지고 있다. 각 지주(4)에는, 각각 동일한 높이의 위치에 복수의 슬릿(홈)(7)이 등간격으로 형성되어 있으며, 슬릿(7) 간의 볼록부가 반도체 웨이퍼의 지지부(2)로서 작용한다. 그리고, 이 본 발명의 종형 열처리용 보트(1)에서는, 각 지주(4)의 지지부(2)에 본 발명인 웨이퍼 지지 지그(3)가 착탈 가능하게 장착된다. 웨이퍼를 열처리할 때에는, 각 지주(4)의 동일한 높이의 지지부(2)에 장착된 웨이퍼 지지 지그(3) 상에 각각 1장씩 웨이퍼가 재치된다.
또한, 웨이퍼 지지 지그(3)를 제외하고는, 예를 들면, 종래와 동일한 것으로 할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
여기서, 웨이퍼 지지 지그(3)에 대해 더욱 상세히 설명한다.
본 발명자는, 웨이퍼 지지 지그의 지지면에 대해 예의 연구한 결과, 우선, 지지면의 표면 거칠기에 관해 이하와 같은 점을 발견했다.
우선, 종래의 웨이퍼 지지 지그에 대해 설명하자면, 상기 서술한 바와 같이, 그 지지면은 연삭이나 샌드 블래스트로 가공된 것으로, 줄무늬나 패임이 형성되어 있다. 따라서, 이러한 종래의 지지면에 있어서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 스큐니스(Rsk)는 마이너스 값이 된다. 이때, 웨이퍼 지지 지그와 이에 재치하여 지지하는 피처리 웨이퍼 간에 있어서 마찰이나 고착은 비교적 커진다.
일반적으로, 피처리 웨이퍼를 열처리할 때, 예를 들면, 열처리 온도를 승강온하면 피처리 웨이퍼에 열변형이 발생하지만, 이때, 피처리 웨이퍼가 웨이퍼 지지 지그 위를 미끄러지거나 하는 것에 의한 변형 완화가 못 따라오게 되는 경우가 있다. 즉, 열변형을 방해하는 응력이 피처리 웨이퍼에 발생해 버려, 슬립 전위 등이 발생한다.
종래의 웨이퍼 지지 지그인 경우에는, 피처리 웨이퍼/웨이퍼 지지 지그 간의 마찰이나 고착이 커서, 미끄러짐(slip)이 좋지 않았으며, 그 결과 슬립 전위가 쉽게 발생했다.
이에, 본 발명자는 지지면에서의 Rsk에 대해 더욱 상세하게 연구한바, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그(3)와 같이, 지지면(11)에서의 Rsk가 0보다 큰 경우, 즉, 플러스 값이면, 피처리 웨이퍼/웨이퍼 지지 지그 간의 마찰이나 고착이 종래보다 현저하게 저감할 수 있음을 발견했다. 따라서, 이러한 본 발명의 웨이퍼 지지 지그(3)에 의해, 피처리 웨이퍼/웨이퍼 지지 지그 간의 마찰이나 고착에 기인하는 슬립 전위의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 지지면(11)에서의 Rsk가 너무 크면, 즉 10 이상인 경우에는, 피처리 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그의 접촉이 너무 적어지므로, 자중에 의한 응력 집중이 생겨 슬립 전위가 발생해 버린다. 그러므로, Rsk가 10 미만으로 할 필요가 있다.
이상으로부터, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그(3)의 지지면(11)에서의 Rsk 값의 범위는 0<Rsk<10이다.
이와 같이 지지면(11)의 Rsk가 적절한 범위에 속해 있으므로, 피처리 웨이퍼/웨이퍼 지지 지그 간의 마찰이나 고착, 혹은 피처리 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그의 접촉 범위의 작아서 슬립 전위가 발생하는 것을 현저하게 억제할 수 있다. 이에 따라, 열처리된 피처리 웨이퍼의 품질을 개선할 수 있어, 수율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, Rsk를 구하려면, 예를 들면, FORM TALYSURF INTRA(촉침식 표면 거칠기 측정기:TAYLOR HOBSON사 제)를 이용할 수 있다.
여기서, FORM TALYSURF INTRA에 의한 피측정 대상물(워크)의 표면 형상 측정 방법에 대해 도 8을 참조하여 개략적으로 설명한다.　 도 8(A)의 측면도 및 도 8(B)의 상면도에 나타내는 바와 같이, 측정부의 바늘을 스테이지 상의 워크 표면에 접촉시켜 계측하는 것으로, X축 방향으로 측정부를 이동시킴으로써 워크 표면의 단면 곡선을 얻을 수 있다(2차원 모드). 그리고, 다시 스테이지를 Y축 방향으로 이동시킴으로써 워크 표면 전영역의 3차원 곡면을 얻을 수도 있다(3차원 모드).
Rsk의 측정에 있어서는, 우선, 예를 들면, 분해능 1μm(X축 방향으로 연속적 으로 측정하며, 1μm 간격으로 데이터를 취입함)로 30mm(워크의 길이) 측정하여 단면 곡선을 얻는다. 얻어진 단면 곡선을 컷오프 파장 2.5mm로 필터링(2.5mm 이상의 파장 성분을 제거)하여 거칠기 곡선을 얻는다. 이 거칠기 곡선으로부터 Rsk를 구하지만, 계산 방법은 JIS B0601:2001로 규정되어 있다.
또한, 표면 거칠기(Ra)에 대해서도 동일한 방법으로 거칠기 곡선을 측정한 후, 상기 규정으로부터 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그(3)의 지지면(11)은 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 갖고 있다.
본 발명의 웨이퍼 지지 지그(3)에서는, 지지면(11)이 이러한 돌기 형상물을 가지고 있으므로, 각 영역에 있어서, 다른 돌기 형상물보다 극단적으로 큰 돌기 형상물이 존재하지도 않고, 비교적 큰 돌기 형상물의 높이가 맞춰져 있으므로, 그 영역에서 피처리 웨이퍼의 자중에 의한 응력이 분산하여 슬립 전위가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 이 돌기 형상물의 높이나 밀도를 구하려면, 예를 들면 상기 FORM TALYSURF INTRA를 이용할 수 있다.
여기에서는, 스테이지를 Y축 방향으로 이동시켜 3차원 모드로 측정을 행한 다. X-Y축 분해능 2μm(X방향으로 연속적으로 측정하며, 2μm 간격으로 데이터를 취입한다. Y방향은 Y스테이지를 2μm 스텝으로 이동시킴)로 워크 접촉면 전영역의 3차원 곡면을 얻는다. 얻어진 3차원 곡면을 컷오프 파장 2.5mm로 필터링하여 거칠기 곡면을 얻는다. 이 거칠기 곡면의 평균면으로부터 높이 2μm 이상인 돌기의 개수를 구하여 밀도를 산출한다.
그리고, 이 웨이퍼 지지 지그(3)의 재료 등은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 이하와 같은 것을 들 수 있다.
우선, 첫 번째 예로서, 에칭액(예를 들면, 불화수소산을 포함하는 용액)으로 에칭 가능한 모재(예를 들면, 석영) 중에, 돌기 형상물이 되는 입자(예를 들면, 탄화규소 또는 실리콘)가 분산 첨가된 것으로, 지지면(11)에서의 돌기 형상물은 에칭액으로 모재가 에칭되어, 분산 첨가된 입자에 의해 형성된 것을 들 수 있다.
또한, 모재가 실리콘이고, 모재 중에 분산 첨가된 입자가 탄화규소이고, 에칭액이 불화수소산 및 질산을 포함하는 용액인 것으로 할 수도 있다.
다음에, 두 번째 예로는, 실리콘이나 탄화규소 등의 다결정체가 열처리되어, 돌기 형상물이 지지면(11)에 형성된 것으로 할 수 있다. 이때, 상기 열처리가 감압 분위기 하에서 행해진 것, 또한, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행해진 것을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그(3)의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 상기 첫 번째 예(에칭액을 이용한 것인 경우)에 대해 설명한다.
웨이퍼 지지 지그(3)의 모재의 중심이 되는 실리카 유리분말을 준비하고, 이것을 물, 가열 겔화제인 셀룰로오스 유도체와 혼합하여 슬러리화 한다. 그리고, 나중에 돌기 형상물을 형성하게 되는 탄화규소 분말 또는 실리콘 분말을 혼합한다. 이와 같이 함으로써, 모재 중에 탄화규소 분말 또는 실리콘 분말을 균일하게 분산시켜 첨가할 수 있다.
또한, 이들 혼합 비율은 특별히 한정되지 않지만, 이 혼합 비율에 따라, 모재 안의 탄화규소 분말 또는 실리콘 분말의 비율이 변하여, 지지면(11)에 형성되는 돌기 형상물의 밀도 등에 영향을 준다. 따라서, 돌기 형상물의 밀도, 높이, 지지면(11)의 Rsk 등이 본 발명에서의 범위 내에 속하도록, 예를 들면 반복 실험을 통해 적절한 혼합 비율을 구하면 된다. 각 분말의 사이즈도 그때그때 결정할 수 있다.
다음에, 상기와 같이 하여 준비한 슬러리를, 예를 들면, 10℃ 이하, 1~120분의 범위에서 냉각한 후, 사출 실린더에 주입하거나, 사출 실린더 내에서 냉각하고, 그것을 가열 겔화제의 겔화 온도 이상, 150℃ 이하, 구체적으로 예를 들면, 70~120℃의 온도로 가열한 수지제 또는 금속제의 성형틀 내에 사출 성형한다. 그리고, 이렇게 하여 얻은 실리카 유리 성형체를 이형(離型)하여, 건조, 탈지 처리, 순화 처리하여 재차 소결시킨다. 이와 같은 처리는, 예를 들면, 일본공개특허공보 2006-315910호 등에 개시되어 있는 방법으로 할 수 있다.
즉, 상기 탈지 처리는, 예를 들면, 대기 분위기 하에서, 300~900℃의 온도로 3~6시간 유지하고, 탈지 처리 종료 후에 실온까지 방냉한다.
또한, 순화 처리는, 예를 들면, 염화수소를 포함하는 분위기 하에서, 500~1300℃로 0.5~5시간 처리한다. 이 순화 처리로 실리카 유리 성형체 중의 알루미늄 농도는 15ppm 이하, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨 및 리튬의 각 농도는 각각 1ppm 이하로 할 수 있으며, 반도체 공업에서도 충분히 사용할 수 있는 제품으로 제조할 수 있다. 특히, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속이 충분히 순화되어 있으므로, 소결에 의한 유리화 시에 실리카 유리의 크리스토발라이트로의 전이가 억제되고, 제품에 크랙에 의한 파손이나 결함, 혹은 표면의 미세한 크랙에 의한 요철의 발생을 억제할 수 있다.
유리화의 소결은, 예를 들면, 1200~1700℃의 온도로 5~30분간, 바람직하게는, 감압 하에서 행하는 것이 좋다.
그 다음, 연삭 등을 통해 웨이퍼 지지 지그(3)의 형태로 가공한다.
이렇게 하여, 석영을 주성분으로 하는 모재 중에 탄화규소 분말 또는 실리콘 분말이 분산 첨가된 것에 대해, 에칭액으로서 불화수소산을 포함하는 용액을 이용하여 에칭 처리를 실시한다.
이때, 불화수소산에 의해 석영을 주성분으로 하는 모재의 표면이 에칭되는 한편, 탄화규소 분말 또는 실리콘 분말은 거의 에칭되지 않는다. 따라서, 웨이퍼 지지 지그(3)의 지지면(11)에는, 탄화규소 분말 또는 실리콘 분말이 노출되어, 돌기 형상물로서 형성된다.
또한, 일본공개특허공보 2002-43239호에 개시되어 있는 바와 같이, 지지면에 분말을 용접시킨다고 하는, 종래의 돌기 형상물의 형성 방법으로는, 지지면에 분말을 균일하게 시키는 것이 어렵고, 또한, 열처리 중에 용접되었을 분말이 이탈하여 피처리 웨이퍼를 파티클 오염시켜 버리는 경우가 있었지만, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법이면, 이러한 일이 발생하기 어려워, 사이즈를 맞춘 돌기 형상물을 균일하게 분산시켜 형성할 수 있고, 돌기 형상물의 이탈이 극히 적은 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 첨가하는 탄화규소 분말　등의 입자 사이즈, 양　등을 조정하는 것에 의해, 간단히 돌기 형상물을 형성하여, 지지면에서의 스큐니스(Rsk)를 0<Rsk<10으로 함과 함께, 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조할 수 있다.
또한, 모재 및 분산 첨가하는 입자, 모재의 에칭처리에 이용하는 에칭액은 이것에 한정되지 않고, 그 밖에, 예를 들면 각각 순서대로, 실리콘, 탄화규소, 불화수소산 및 질산을 포함하는 용액으로 할 수 있다.
열처리의 목적이나 피처리 웨이퍼의 종류 등에 따라, 적당히 웨이퍼 지지 지그(3)의 재료 등을 결정할 수 있다.
또한, 두 번째 예(열처리에 의한 것인 경우)로서는, 실리콘 또는 탄화규소의 다결정체를 웨이퍼 지지 지그(3)의 형태로 가공한 후, 예를 들면, 감압 분위기 하에, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 열처리를 실시함으로써, 지지면(11)에 돌기 형상물을 효율 좋게 형성할 수 있다. 그리고, 상기와 동일한 범위의 Rsk, 또한, 동일 범위의 높이, 밀도의 돌기 형상물이 형성된 지지면(11)을 가지는 웨이퍼 지지 지그(3)를 제조할 수 있다.
이때의 열처리 조건은 특별히 한정되지 않으며, 실험을 반복함으로써, 상기 범위의 Rsk, 돌기 형상물의 높이 및 밀도를 얻을 수 있도록 적당히 결정할 수 있다. 예를 들면, 감압 하로 한정되지도 없으며, 상기 분위기인 경우 상압 하에서 충분히 돌기 형상물을 형성할 수 있다. 또한, 반대로, 감압 하인 경우라면 상기 분위기에 한정되지 않으며, 다른 분위기여도 돌기 형상물을 형성할 수 있다.
또한, 열처리하는 다결정체도, 실리콘 또는 탄화규소로 한정되지 않고, 적당히 적절한 다결정체를 선택할 수 있다.
이와 같이, 다결정체를 열처리하는 방법에 의하면 단일 부재로 웨이퍼 지지 지그를 제조할 수 있어, 2종류 이상의 부재로 제조하는 것보다 간편하며, 높은 청정도로 할 수 있다.
또한, 여기에서는 도 1에 나타내는 바와 같은 형태의 웨이퍼 지지 지그(3)에 대해 설명했지만, 열처리할 때에 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 지지면(11)을 갖는 것인 경우이어도 되며, 웨이퍼 지지 지그(3)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 제조 방법도 에칭처리나 열처리에 의해 돌기 형상물을 형성하여, 상기 범위의 Rsk, 돌기 형상물의 높이, 밀도를 얻을 수 있으면 되므로, 성형 방법 등은 웨이퍼 지지 지그(3)의 형상 등에 따라 그때그때 적절히 결정할 수 있다.
예를 들면, 웨이퍼 지지 지그(3)를 링 형상의 것으로 할 수 있다.
(실시예 1: 샘플 A~E)
실리카 유리분말/물/메틸 셀룰로오스를 혼합한 슬러리에 탄화규소 분말을 혼합한 것을 틀에 사출하여 성형하고, 이형, 건조, 탈지, 순화, 소결, 연삭함으로써, 도 1에 나타내는 바와 같은 웨이퍼 지지 지그(길이 30mm)를 제작했다.
탄화규소 분말로는, 사이즈 빈도 분포에서의 최대 빈도 사이즈가 8μm, 최대 사이즈가 24μm 이하, 최소 사이즈가 3μm 이상인 것을 이용하여 혼합 비율을 바꾼 5 종류의 재료를 준비했다.
연삭 후, 10%HF로 4시간 에칭하는 것에 의해 탄화규소 입자를 표면에 노출시켜, Rsk가 상이한 웨이퍼 지지 지그를 제작했다.
각 웨이퍼 지지 지그의 Ra값, Rsk값, 돌기 형상물의 밀도를, FORM TALYSURF INTRA로 측정한 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 어떤 웨이퍼 지지 지그로부터도 높이 30μm 이상인 돌기 형상물은 검출되지 않았다. 또한, 표 1의 돌기 형상물의 밀도는, 지지면 전영역을 FORM TALYSURF INTRA로 3차원 측정했을 때의 거칠기 곡면에서의 평균면과의 고도차가 2μm 이상 30μm 미만인 것에 대한 것이다.
이 석영제의 웨이퍼 지지 지그를, 도 1에 나타내는 바와 같은 홈 피치 7.5mm의 보트로 세트하고, 직경 300mm 실리콘 웨이퍼를 재치하여 1200℃, 1시간의 열처리를 행한 결과, X선 토포그래피(topography)로 평가한 슬립 레벨은 표 1과 같았다.
[표 1]
Ra
[μm]		 Rsk
[-]		 돌기형상물 밀도
[개/mm2]		 슬립
탄화규소혼합 샘플 A
(연삭가공→에칭)		 0.29 0.31 9.5Ｘ104 ○
탄화규소혼합 샘플 B
(연삭가공→에칭)		 0.27 1.26 3.9Ｘ103 ○
탄화규소혼합 샘플 C
(연삭가공→에칭)		 0.21 4.69 7.7Ｘ101 ○
탄화규소혼합 샘플 D
(연삭가공→에칭)		 0.17 7.75 5.8Ｘ100 ○
탄화규소혼합 샘플 E
(연삭가공→에칭)		 0.08 9.42 1.5Ｘ100 ○
종래에는, 고착 등에 의한 슬립 전위의 발생을 방지하기 위해 Ra를 0.3μm 이상으로 할 필요가 있다고 여겨지고 있었지만, 표 1에 나타내는 본 발명과 같이, 지지면에 있어서 0<Rsk<10이고, 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 것인 경우에는, Ra가 0.08~0.29μm로 비교적 작은 값이 되는 것이어도, 어떤 샘플 A~E든지 슬립 프리로 할 수 있음을 알 수 있다.
(비교예 1: 샘플 F~H)
탄화규소를 혼합하지 않는 석영제의 웨이퍼 지지 지그를 제작했다. 표면 거칠기가 상이한 2종류를 준비했는데, 하나는 연삭 가공 후에 에칭한 것, 다른 하나는 연삭 가공 후에 샌드 블래스트 가공을 행하고 나서 에칭한 것이다.
또한, 패턴을 이용한 샌드 블래스트 가공을 행하고 나서 에칭을 행한 것도 준비했다. 여기서, 패턴을 이용한 샌드 블래스트 가공이란, 300μm 간격으로 직경 200μm의 구멍을 낸 마스크를 준비하여, 그 위에서부터 샌드 블래스트 가공을 실시하는 것이다. 이 가공에 의해 완만한 돌기 형상물을 형성할 수 있다.
그리고, 실시예 1과 마찬가지로, 각 웨이퍼 지지 지그의 Ra값, Rsk값, 돌기 형상물 밀도, 슬립 전위의 유무를 측정한 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Ra
[μm]		 Rsk
[-]		 돌기형상물 밀도
[개/mm2]		 슬립
탄화규소 불혼합 샘플 F
(연삭가공→에칭)		 0.12 -0.25 0.0Ｘ100 ＸＸ
탄화규소 불혼합 샘플 G
(샌드 블래스트 가공→에칭)		 0.67 -0.43 0.0Ｘ100 Ｘ
탄화규소 불혼합 샘플 H
(샌드 블래스트 가공→에칭)		 0.80 -0.27 9.3Ｘ100 Ｘ
비교예 1의 탄화규소 불혼합 샘플 F는, 연삭 가공품이며, Ra가 작고, Rsk도 마이너스 값이었으며, 높이 2μm 이상인 돌기 형상물은 검출되지 않았다. 그리고, 슬립 레벨은 매우 나빴다.
탄화규소 불혼합 샘플 G는, 샌드 블래스트 가공으로 Ra를 크게 했다. 그때의 Rsk는 마이너스 값이었으며, 높이 2μm 이상인 돌기 형상물은 검출되지 않았다. 샌드 블래스트 처리로 표면 거칠기를 거칠게 해도, 슬립 전위를 완전히 억제할 수 없었다.
또한, 탄화규소 불혼합 샘플 H는, 패턴을 이용한 샌드 블래스트 가공에 의 해, 완만한 돌기 형상물이 형성된 것이며, 돌기 형상물의 밀도가 1개/mm2 이상이 되었지만, Rsk값은 마이너스가 되어 버려, 완전한 슬립 프리 웨이퍼를 제작할 수 없다.
한편, 샘플 F~H의 지지면에는 높이 30μm 이상인 돌기 형상물은 검출되지 않았다.
이와 같이, 단순히 연삭 가공만, 샌드 블래스트 처리를 실시한 종래의 방법만으로는, 웨이퍼 지지 지그의 지지면의 Rsk가 마이너스가 되어, 돌기 형상물의 높이도 낮고, 지지면의 곡률이 너무 커서 웨이퍼와의 고착이 발생해 버린다. 이것은 슬립 전위를 발생시키는 원인으로 보인다.
그리고, 특히 샘플 H를 통해 알 수 있는 바와 같이, 돌기 형상물의 높이, 밀도만을 규정해도 슬립 전위의 발생을 완전히 방지하지 못하며, Rsk 또한 적절한 값으로 했을 때 비로소 완전히 슬립 전위의 발생을 방지할 수 있다. 슬립 전위의 발생은 돌기 형상물의 높이, 밀도뿐만 아니라, 돌기 형상물의 형상이 영향을 주며, 또한 Rsk도 슬립 전위를 발생시키지 않는 돌기 형상물을 규정하는데 유효한 파라미터임을 알 수 있다.
(비교예 2: 샘플 I, J)
실리카 유리분말/물/메틸 셀룰로오스를 혼합한 슬러리에 탄화규소를 혼합하여, 돌기 형상물이 매우 많은 웨이퍼 지지 지그(탄화규소 혼합 샘플 I)와, 돌기 형상물이 매우 적은 웨이퍼 지지 지그(탄화규소 혼합 샘플 J)를 제작했다(표 3 참조). 이들 웨이퍼 지지 지그로부터, 높이 30μm 이상인 돌기 형상물은 검출되지 않았다.
[표 3]
Ra
[μm]		 Rsk
[-]		 돌기형상물 밀도
[개/mm2]		 슬립
탄화규소 혼합 샘플 I
(연삭가공→에칭)		 0.42 -0.45 6.5Ｘ105 Ｘ
탄화규소 혼합 샘플 J
(연삭가공→에칭)		 0.13 11.31 0.5Ｘ100 ＸＸ
탄화규소 혼합 샘플 I는, 돌기 형상물이 너무 많기 때문에 Rsk값은 마이너스였다. 웨이퍼와 웨이퍼 지지 지그의 마찰·고착은 그다지 저감되지 않아, 슬립 레벨은 나빴다.
탄화규소 혼합 샘플 J는, 탄화규소 입자가 너무 적어 Rsk값이 10 이상이었다. 이 경우는 자중 응력 집중이 일어나 슬립 레벨은 나빴다.
이와 같이, 지지면에서의 돌기 형상물의 밀도가 100~105개/mm2의 범위 밖에 있고, Rsk의 값 역시 0<Rsk<10의 범위 밖에 있으면 슬립 전위를 억제할 수 없다.
(비교예 3)
Si를 함침시킨 반응 소결 탄화규소를 이용하여 웨이퍼 지지 지그를 제작하고, 탄화규소 CVD 코트를 행했다.
또한, 실시예 1과 동일하게 측정한 결과, Ra는 0.92μm, Rsk는 4.7, 돌기 형상물의 밀도는 4.9×101개/mm2였다. 단, 탄화규소 CVD 코트의 표면에는, 이상 성장에 의해 수많은 돌기 형상물이 발생해 있으며, 그 중 극단적으로 큰 돌기 형상물이 소수 존재한다.
구체적으로는, 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 5개 검출되었다.
이 웨이퍼 지지 지그를 이용하여 실시예 1과 동일하게 열처리를 행한 결과, X선 토포그래피 평가에서 피처리 웨이퍼에 강한 슬립이 검출되었다. 이들 슬립은 높이 30μm 이상인 돌기 형상물 중 몇 개를 기점으로 하고 있었다.
이와 같이, 비록 지지면에서의 Rsk의 값이나 돌기 형상물의 밀도가 본 발명의 범위 내에 속해도, 주위에 비해 극단적으로 큰 돌기 형상물이 존재하면, 그곳을 기점으로 피처리 웨이퍼에 응력이 집중되어 버려, 슬립 전위가 발생해 버린다.
(실시예 2)
비교예 3에서 제작한 것과 동일한 웨이퍼 지지 지그에 있어서, 높이 30μm 이상인 돌기 형상물 5개 전부를 잘라 제거했다.
실시예 1과 마찬가지로 슬립 전위를 평가한 결과, 슬립 전위는 검출되지 않게 되었다.
(실시예 3)
다결정 실리콘제 웨이퍼 지지 지그를 연삭하여 제작했다.
이때, 높이 2μm 이상인 돌기는 없었으며, Ra는 0.16μm, Rsk는 -0.10이었다.
이것을 아르곤 가스 분위기 감압 하 1250℃에서 100h 어닐링한 결과, Ra는 0.24μm, Rsk는 0.95, 임의의 1mm2 내에서, 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물의 밀도는 1.5×103개/mm2였다. 또한, 지지면 전역에서 높이 30μm 이상인 돌기 형상물은 없었고, 이에 따라, 본 발명의 웨이퍼 지지 지그가 되었다.
이 웨이퍼 지지 지그를 이용하여 실시예 1과 동일하게 열처리한 결과, X선 토포그래피 평가에서 슬립 전위는 검출되지 않았다.
(비교예 4)
다결정 실리콘제 웨이퍼 지지 지그로서, 표면 거칠기가 상이한 2종류를 제작했다.
하나는 연삭 가공을 마친 것으로, Ra가 0.14μm, Rsk는 -0.16이었으며, 높이 2μm 이상인 돌기는 없었다. 다른 하나는 연삭 가공을 하고 나서 샌드 블래스트 가공을 한 것으로, Ra가 0.62μm, Rsk는 -0.41이었으며, 이쪽 역시 높이 2μm 이상인 돌기 형상물은 없었다.
이 웨이퍼 지지 지그를 이용하여 실시예 1과 동일하게 열처리한 결과, 양쪽 모두 웨이퍼 지지 지그의 슬립 레벨이 나빴다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시일 뿐으로, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술 목표 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술 목표 범위에 포함된다.

Claims (24)

  1. 적어도, 열처리할 때에 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 지지면을 가지는 웨이퍼 지지 지그에 있어서,
    상기 피처리 웨이퍼를 지지하는 지지면에서의 스큐니스(skewness)(Rsk)가 0<Rsk<10임과 함께,
    상기 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지면에 돌기 형상물을 가지는 웨이퍼 지지 지그는, 에칭액으로 에칭 가능한 모재 중에, 상기 돌기 형상물이 되는 입자가 분산 첨가된 것이며, 상기 돌기 형상물은, 상기 에칭액으로 상기 모재가 에칭되어, 상기 분산 첨가된 입자에 의해 지지면에 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에칭액으로 에칭 가능한 모재가 석영이며,
    상기 분산 첨가된 입자가 탄화규소 또는 실리콘인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모재를 에칭할 수 있는 에칭액이 불화수소산을 포함하는 용액인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에칭액으로 에칭 가능한 모재가 실리콘이며,
    상기 분산 첨가된 입자가 탄화규소인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모재를 에칭할 수 있는 에칭액이 불화수소산 및 질산을 포함하는 용액인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지면에 돌기 형상물을 가지는 웨이퍼 지지 지그는 다결정체가 열처리되어, 상기 돌기 형상물이 지지면에 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다결정체의 열처리가 감압 분위기 하에서 행해진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다결정체의 열처리가, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행해진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 다결정체의 열처리가, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행해진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리되는 다결정체가 실리콘 또는 탄화규소의 다결정체인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 웨이퍼 지지 지그를 갖춘 종형 열처리용 보트에 있어서,
    적어도, 복수의 지주와, 각 지주의 양단부에 연결된 한 쌍의 판형상 부재를 가지고, 상기 각 지주에, 상기 피처리 웨이퍼를 수평하게 지지하기 위한 복수의 지지부가 형성되어 있으며, 상기 복수의 지지부에, 상기 피처리 웨이퍼가 각각 한 장씩 재치되어 지지되는 상기 웨이퍼 지지 지그가 착탈 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리용 보트.
  13. 제11항에 기재된 웨이퍼 지지 지그를 갖춘 종형 열처리용 보트에 있어서,
    적어도, 복수의 지주와, 각 지주의 양단부에 연결된 한 쌍의 판형상 부재를 가지고, 상기 각 지주에, 상기 피처리 웨이퍼를 수평하게 지지하기 위한 복수의 지지부가 형성되어 있으며, 상기 복수의 지지부에, 상기 피처리 웨이퍼가 각각 한 장씩 재치되어 지지되는 상기 웨이퍼 지지 지그가 착탈 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 종형 열처리용 보트.
  14. 열처리할 때에 지지면에서 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 지그의 모재 중에 돌기 형상물이 되는 입자를 분산하여 첨가하고, 상기 모재를 에칭액으로 에칭하여, 상기 지지면에 상기 분산 첨가된 입자로 돌기 형상물을 형성하고,
    상기 지지면에서의 스큐니스(Rsk)를 0<Rsk<10으로 하는 함과 함께,
    상기 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 에칭액으로 에칭하는 모재를 석영으로 하고, 상기 분산 첨가하는 입자를 탄화규소 또는 실리콘으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 모재를 에칭하는 에칭액을, 불화수소산을 포함하는 용액으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 에칭액으로 에칭하는 모재를 실리콘으로 하고, 상기 분산 첨가하는 입자를 탄화규소로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 모재를 에칭하는 에칭액을, 불화수소산 및 질산을 포함하는 용액으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  19. 열처리할 때에 지지면에서 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 지그의 모재가 되는 다결정체를 열처리하여, 상기 지지면에 돌기 형상물을 형성하고,
    상기 지지면에서의 스큐니스(Rsk)를 0<Rsk<10으로 함과 함께,
    상기 지지면 전역에 높이 30μm 이상인 돌기 형상물이 없으면서, 임의의 1mm2 내에 높이 2μm 이상 30μm 미만인 돌기 형상물을 100개 이상 105개 이하 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 다결정체의 열처리를 감압 분위기 하에서 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 다결정체의 열처리를, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 다결정체의 열처리를, 비활성가스를 포함하는 분위기, 수소가스를 포함하는 분위기, 이들 혼합가스 분위기 중 어느 하나에서 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  23. 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리하는 다결정체를 실리콘 또는 탄화규소의 다결정체로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
  24. 열처리할 때에 지지면에서 피처리 웨이퍼를 재치하여 지지하는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 지그의 모재 중에 돌기 형상물이 되는 입자를 분산하여 첨가하고, 상기 모재를 에칭액으로 에칭하여, 상기 지지면에 상기 분산 첨가된 입자로 돌기 형상물을 형성하거나,
    상기 웨이퍼 지지 지그의 모재가 되는 다결정체를 열처리하여, 상기 지지면에 돌기 형상물을 형성하여,
    상기 지지면에 돌기 형상물을 가지는 웨이퍼 지지 지그를 제조하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 지그의 제조 방법.
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