KR101934872B1 - 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 그 지지 장치 - Google Patents

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Abstract

램프 가열에 의한 급속 승강 온열 처리 장치에 의해 열처리되는 반도체 웨이퍼를, 베이스 트레이에 고정되는 적어도 3개의 지지 핀에 의해 베이스 트레이의 상방에서 웨이퍼의 하면에 있어서, 수평으로 지지하는 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다. 이 지지 방법에서는, 지지 핀은, 반도체 웨이퍼의 하면과 접촉하는 접촉부를 갖는 선단부와, 베이스 트레이에 고정되는 기부와, 선단부로부터 기부에 이르기까지의 몸통부가 일체적으로 형성되고, 선단부가 몸통부보다 끝이 가늘게 형성되고, 몸통부 및 기부가 접촉부로부터 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 지지 핀이 경사지게 배치된다.

Description

반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 그 지지 장치{METHOD FOR SUPPORTING SEMICONDUCTOR WAFER, AND DEVICE FOR SUPPORTING SAME}
본 발명은, 램프 가열에 의한 급속 승강 온열 처리 장치를 이용하여 열처리되는 반도체 웨이퍼를 수평으로 지지하는 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 그 지지 장치에 관한 것이다.
또한, 본원은, 2014년 11월 12일에 일본에 출원된 일본특허출원 2014-229393에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본특허출원 2014-229393의 전 내용을 본원에 원용한다.
최근에 있어서의 전자·통신기기의 발전에는, 그 중심이 되는 반도체 집적 회로(LSI)의 기술의 진보가 크게 기여하고 있다. 일반적으로, LSI 등의 반도체 디바이스의 제조에는, 초크랄스키(CZ)법에 의해 인상된 반도체 단결정 잉곳을 슬라이스하여 얻어진 웨이퍼에, 연마, 모따기 가공 등을 실시하여 형성된 반도체 웨이퍼가 이용되고 있다.
이러한, 반도체 웨이퍼를 이용한 디바이스 제조 공정, 혹은 반도체 웨이퍼 자체의 가공 공정에 있어서, 예를 들면, 웨이퍼 표층에 있어서, 무결함층을 형성하기 위해, 및/또는 산소 석출물을 형성하여 제어하기 위해, 열처리가 실시되고 있다. 이 열처리법으로서, RTA(Rapid Thermal Annealing) 장치를 이용한 적외선의 램프 가열에 의한 급속 승강 온열 처리법이 알려져 있다. 이 열처리법에서는, 급속히 소정의 온도까지 상승시키고, 또한 그 온도로부터 급속히 냉각시킬 수 있기 때문에, 이에 의해 반도체 웨이퍼를 매우 단시간에 열처리할 수 있다.
디바이스 공정에서 반도체 웨이퍼를 1000℃ 이상의 고온에서 열처리하는 것이 요구되고 있는 것에 대하여, 종래부터의 반도체 웨이퍼의 열처리 공정에 있어서의 문제점은, 1000℃ 이상의 고온에서 열처리를 실시한 경우, 웨이퍼 표면에 슬립 전위라고 불리는 결함이 발생해 버리는 것이다. 이러한 슬립 전위가 발생하면, 웨이퍼의 기계적 강도가 저하할 뿐만 아니라, 디바이스 특성에까지 악영향을 미친다.
슬립 전위는, 반도체 웨이퍼를 지지 핀으로 지지하여 열처리할 때에, 반도체 웨이퍼의 지지 핀에 접촉하는 부분의 국소적인 온도 저하에 의해 발생한다. 이 웨이퍼의 국소적인 온도 저하는, 가열된 웨이퍼의 열이 지지 핀으로 달아난다는 지지 핀으로의 전열 현상과, 웨이퍼 하면의 지지 핀 접촉부를 향하는 적외선 램프의 빛을 지지 핀이 차폐한다는 지지 핀에 의한 차광 현상이 원인이고, 열처리 온도가 높아질수록, 발생하기 쉬운 경향이 있다.
지금까지, 열처리시의 슬립 전위에 의한 결함의 발생을 억제하는 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 지지 장치가 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 지지 장치에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 열처리되는 반도체 웨이퍼(W)를 하면(WB)에서 복수의 지지 핀(21)에 의해 수평으로 지지할 때에, 지지 핀(21)으로서 평면 형상의 상면(21a)를 갖는 것을 이용함과 함께, 지지 핀(21)의 상면(21a)을 반도체 웨이퍼(W)의 하면(WB)에 대하여 경사시킨 상태로 하여, 지지 핀(21)의 상면(21a)과 지지 핀(21)의 측면(21c)이 이루는 모서리부(21d)의 위에 반도체 웨이퍼(W)를 얹어 지지한다. 구체적으로는, 핀 선단부(先端部)(21u)의 상면(21a)은, 핀축(21b)에 대하여 직교한 평면 형상으로 형성되고, 베이스 트레이(20)의 상면(20a)에는, 핀(21)을 수직 방향에 대하여 경사 각도 α로 기울어진 상태로 보유지지하는 핀 홀더(12)가 고착된다. 핀 홀더(12)에는 핀(21)을 수직 방향에 대하여 경사 각도 α로 기울어진 상태로 보유지지하도록 보유지지공(12a)이 형성된다.
상기 특허문헌 1의 지지 방법에 의하면, 지지 핀(21)은, 그 상면(21a)과 측면(21c)이 이루는 모서리부(21d)(선 형상의 엣지의 최상부)에서 반도체 웨이퍼(W)의 하면(WB)에 접촉하게 되기 때문에, 지지 핀(21)과 반도체 웨이퍼 하면(WB)의 접촉 면적을 작게 할 수 있고, 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 하면(WB)으로부터 지지 핀(21)으로 달아나는 열량을 감소시킬 수 있고, 반도체 웨이퍼(W)의 면내의 온도차를 감소시켜 열응력에 의해 발생하는 슬립 전위에 의한 결함의 발생을 억제할 수 있다.
일본공개특허공보 2011-29225호(청구항 1, 단락［0014］, [0059]∼[0064], 도 9)
그러나, 도 7에 나타나는 특허문헌 1의 지지 방법에서는, 지지 핀(21)과 반도체 웨이퍼 하면(WB)의 접촉 면적을 작게 하여, 반도체 웨이퍼(W)의 하면(WB)으로부터 지지 핀(21)으로 달아나는 전열량을 감소시킬 수 있지만, 반도체 웨이퍼(W)의 하면(WB)과 접촉하는 지지 핀(21)의 선단부(21u)의 모서리부(21d)로부터 내린 수선(X) 상에 지지 핀(21)의 몸통부(21e)가 위치하기 때문에, 반도체 웨이퍼 하면(WB)의 모서리부(21d)를 향하는 적외선 램프의 빛이 지지 핀(21)의 몸통부(21e)에 의해 차폐된다. 이 때문에, 특허문헌 1의 지지 방법에서는, 지지 핀(21)에 의한 모서리부(21d)로의 차광 현상이 발생하고 있고, 반도체 웨이퍼를 열처리할 때의 웨이퍼의 국소적인 온도 저하가 여전히 일어나, 열처리 온도를 1300℃까지 높였을 때에 슬립 전위의 발생을 확실히 방지할 수 없다.
본 발명의 목적은, 반도체 웨이퍼를 열처리할 때에, 가열된 웨이퍼로부터 지지 핀으로의 전열을 감소하고, 또한 웨이퍼 하면의 지지 핀 접촉부를 향하는 적외선 램프의 지지 핀에 의한 차광을 없애, 1300℃의 고온의 열처리에서도 슬립 전위의 발생을 확실히 방지하는 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 그 지지 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1의 관점은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 램프 가열에 의한 급속 승강 온열 처리 장치에 의해 열처리되는 반도체 웨이퍼(W)를, 베이스 트레이(52)에 고정되는 적어도 3개의 지지 핀(51)에 의해 베이스 트레이(52)의 상방에서 웨이퍼(W)의 하면(WB)에 있어서, 수평으로 지지하는 반도체 웨이퍼의 지지 방법으로서, 지지 핀(51)은, 반도체 웨이퍼(W)의 하면(WB)과 접촉하는 접촉부(Y)를 갖는 선단부(51a)와, 베이스 트레이(52)에 고정되는 기부(51b)와, 선단부(51a)로부터 기부(51b)에 이르기까지의 몸통부(51c)가 일체적으로 형성되고, 선단부(51a)가 몸통부(51c)보다 끝이 가늘게 형성되고, 몸통부(51c) 및 기부(51b)가 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 지지 핀(51)이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2의 관점은, 제1의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 오목부(52b)가 형성되고, 오목부(52b)에 기부(51b)가 삽입되어 베이스 트레이(52)에 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다.
본 발명의 제3의 관점은, 제2의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 오목부(52b)에 기부(51b)가 삽입되어 용접에 의해 베이스 트레이(52)에 직접 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다.
발명의 제4의 관점은, 제1의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 기부(51b) 또는 기부(51b)와 몸통부(51c)를 보유지지하는 핀 홀더(54)가 고착되고, 또한 핀 홀더(54)가 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다.
본 발명의 제5의 관점은, 제1의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 베이스 트레이(52)에 기부(51b) 또는 기부(51b)와 몸통부(51c)가 관통 가능한 관통공(52c)이 형성되고, 베이스 트레이(52)의 하면(52d)에 관통공(52c)을 관통한 기부(51b) 또는 기부(51b)와 몸통부(51c)를 보유지지하는 핀 홀더(55)가 고착되고, 또한 핀 홀더(55)가 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다.
본 발명의 제6의 관점은, 제1 내지 제5의 관점 중 어느 하나의 관점에 기초하는 발명으로서, 지지 핀(51)의 재질이 석영 또는 SiC이고, 베이스 트레이(52)의 재질이 석영인 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다.
본 발명의 제7의 관점은, 제1 내지 제6의 관점 중 어느 하나의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(51)은 선단부(51a)가 기부(51b)보다 베이스 트레이(52)의 외측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다.
본 발명의 제8의 관점은, 제1 내지 제6의 관점 중 어느 하나의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(51)은 선단부(51a)가 기부(51b)보다 베이스 트레이(52)의 내측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법이다.
본 발명의 제9의 관점은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 램프 가열에 의한 급속 승강 온열 처리 장치에 의해 열처리되는 반도체 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하는 지지 장치(50)에 있어서, 적어도 3개의 지지 핀(51)과, 지지 핀(51)을 고정하기 위한 베이스 트레이(52)를 갖고, 지지 핀(51)은, 반도체 웨이퍼(W)의 하면(WB)과 접촉하는 접촉부(Y)를 갖는 선단부(51a)와, 베이스 트레이(52)에 고정되는 기부(51b)와, 선단부(51a)로부터 기부(51b)에 이르기까지의 몸통부(51c)가 일체적으로 형성되고, 선단부(51a)가 몸통부(51c)보다 끝이 가늘게 형성되고, 몸통부(51c) 및 기부(51b)가 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 지지 핀(51)이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제10의 관점은, 제9의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 오목부(52b)가 형성되고, 오목부(52b)에 기부(51b)가 삽입되어 베이스 트레이(52)에 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치이다.
본 발명의 제11의 관점은, 제10의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 오목부(52b)에 기부(51b)가 삽입되어 용접에 의해 베이스 트레이(52)에 직접 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치이다.
본 발명의 제12의 관점은, 제9의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 기부(51b) 또는 기부(51b)와 몸통부(51c)를 보유지지하는 핀 홀더(54)가 고착되고, 또한 핀 홀더(54)가 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치이다.
본 발명의 제13의 관점은, 제9의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 베이스 트레이(52)에 기부(51b) 또는 기부(51b)와 몸통부(51c)가 관통 가능한 관통공(52c)이 형성되고, 베이스 트레이(52)의 하면(52d)에 관통공(52c)을 관통한 기부(51b) 또는 기부(51b)와 몸통부(51c)를 보유지지하는 핀 홀더(55)가 고착되고, 또한 핀 홀더(55)가 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치이다.
본 발명의 제14의 관점은, 제9 내지 제13의 관점 중 어느 하나의 관점에 기초하는 발명으로서, 지지 핀(51)의 재질이 석영 또는 SiC이고, 베이스 트레이(52)의 재질이 석영인 반도체 웨이퍼의 지지 장치이다.
본 발명의 제15의 관점은, 제9 내지 제14의 관점 중 어느 하나의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(51)은 선단부(51a)가 기부(51b)보다 베이스 트레이(52)의 외측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치이다.
본 발명의 제16의 관점은, 제9 내지 제14의 관점 중 어느 하나의 관점에 기초하는 발명으로서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(51)은 선단부(51a)가 기부(51b)보다 베이스 트레이(52)의 내측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치이다.
본 발명의 제1의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제9의 관점의 지지 장치에 의하면, 선단부가 몸통부보다 끝이 가늘게 형성되고, 몸통부 및 기부가 지지 핀 접촉부로부터 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 지지 핀이 경사지게 배치되기 때문에, 반도체 웨이퍼를 1300℃의 고온에서 열처리했을 때에도, 가열된 웨이퍼로부터 지지 핀으로의 전열을 감소함과 함께, 지지 핀 접촉부의 하방에 적외선 램프의 빛을 차폐하는 것이 없어진다. 구체적으로는, 지지 핀을 경사지게함으로써, 적외선 램프의 빛이 지지 핀의 선단부에 직접 조사되기 때문에, 선단부의 온도 상승이 보다 높아진다. 또한 웨이퍼 하면에 있어서의 이 빛에 의해 발생하는 선단부의 그림자의 면적이 최소가 된다. 이에 의해, 지지 핀 접촉부에 있어서의 웨이퍼의 온도 저하가 매우 낮아져, 슬립 전위의 발생을 확실히 방지할 수 있다.
본 발명의 제2의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제10의 관점의 지지 장치에 의하면, 베이스 트레이의 상면에 형성된 오목부에 지지 핀의 기부를 삽입하는 것만으로 베이스 트레이에 고정되기 때문에, 지지 핀을 베이스 트레이에 간편하게 고정할 수 있음과 함께, 지지 핀을 베이스 트레이에 안정적으로 고정할 수 있다.
본 발명의 제3의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제11의 관점의 지지 장치에 의하면, 지지 핀의 기부를 오목부에 삽입하여 용접함으로써, 보다 안정적으로 지지 핀을 베이스 트레이에 고정할 수 있다.
본 발명의 제4의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제12의 관점의 지지 장치에 의하면, 베이스 트레이의 상면에 핀 홀더를 지지 핀 접촉부로부터 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 배치하여 고착하여, 이 핀 홀더에 의해 지지 핀의 기부 또는 기부와 몸통부를 보유지지하기 때문에, 지지 핀을 베이스 트레이에 한층 더 안정적으로 고정할 수 있음과 함께, 웨이퍼 하면의 지지 핀 접촉부를 향하는 적외선 램프의 빛이 핀 홀더에 의해 차광되는 일이 없다.
본 발명의 제5의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제13의 관점의 지지 장치에 의하면, 베이스 트레이의 하면에 핀 홀더를 지지 핀 접촉부로부터 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 배치하여 고착하여, 지지 핀의 기부 또는 기부와 몸통부를 베이스 트레이의 관통공을 관통하여 이 핀 홀더에 의해 보유지지하기 때문에, 지지 핀을 베이스 트레이에 의해 한층 안정적으로 고정할 수 있다. 또한 베이스 트레이의 상면에 핀 홀더를 고착한 제4의 관점의 지지 방법과 비교하여, 웨이퍼 하면을 향하는 적외선 램프의 빛이 핀 홀더에 의해 차광되지 않고, 핀 홀더에 기인하여 발생하는 적외선 램프의 빛이 웨이퍼 하면에 있어서의 그림자의 영향을 보다 작게 할 수 있다.
본 발명의 제6의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제14의 관점의 지지 장치에 의하면, 지지 핀의 재질을 석영으로 함으로써, 열전도율이 낮아져, 웨이퍼 하면으로부터 지지 핀으로의 열류를 억제할 수 있다. 또한 베이스 트레이의 재질을 석영으로 함으로써, 램프광을 차단하는 일 없이 지지부의 온도 저하를 억제할 수 있다. 또한 지지 핀의 재질을 SiC로 함으로써, 고온하에서 형상이 안정적이고 강도가 있는 지지 핀이 되어, 선단부(51a)의 형상이 안정되고, 예각인 형상으로 한 경우에도 그 파손을 방지할 수 있다.
본 발명의 제7의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제15의 관점의 지지 장치에 의하면, 지지 핀을 그 선단부가 기부보다 베이스 트레이의 외측이 되도록 경사지게 배치하면, 반도체 웨이퍼의 외주 온도의 저하를 보충하기 위해 외주측의 적외선 램프의 출력을 높였을 때에 핀에 의한 외주 경사 방향으로부터의 램프광의 차폐가 최소화됨으로써 웨이퍼면 내의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 제8의 관점의 반도체 웨이퍼의 지지 방법 및 제16의 관점의 지지 장치에 의하면, 지지 핀을 그 선단부가 기부보다 베이스 트레이의 내측이 되도록 경사지게 배치하면, 베이스 트레이의 회전에 수반하여 발생하는 원심력에 의해 지지 핀이 베이스 트레이로부터 빠져나가기 어려워진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼의 지지 장치의 평면도와 그 지지 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼를 지지한 상태의 지지 장치의 주요부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼를 지지한 상태의 지지 장치의 주요부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼를 지지한 상태의 지지 장치의 주요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼를 지지한 상태의 지지 장치의 주요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 지지 장치의 평면도와 그 지지 장치의 정면도이다.
도 7은 종래예의 반도체 웨이퍼를 지지한 상태의 지지 장치의 주요부 측면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
다음으로 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
<제1 실시 형태>
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 지지 대상이 되는, 실리콘 웨이퍼로 대표되는 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라고 함)(W)는, RTA 장치(급속 승강 온열 처리 장치) 내에 설치된 반도체 웨이퍼의 지지 장치(50)에 수평으로 지지되고, 적외선의 램프(도시하지 않음)에 의해 열처리되게 되어 있다. RTA 장치는 석영으로 이루어지는 챔버(도시하지 않음)를 갖는다. 적외선 램프는 복수개 구비되어 있고, 챔버를 상하로부터 둘러쌈과 함께, 적외선의 조사 방향을 챔버를 향하여 배치되어 있다. 또한, 적외선 램프의 파워는, 개별적으로 제어 가능하게 되어 있다.
이 실시 형태에서는, 지지 장치(50)는, 3개의 지지 핀(51)과 이 지지 핀(51)을 고정하기 위한 석영으로 이루어지는 원판 형상의 베이스 트레이(52)를 갖는다. 베이스 트레이(52)는 RTA 장치의 챔버 내에서 회전축(53)(도 1)을 중심으로 수평 상태로 회전 가능하게 구성된다. 3개의 지지 핀(51)은, 각각 웨이퍼(W)의 하면(WB)과 접촉하는 접촉부(Y)를 갖는 선단부(51a)와, 베이스 트레이(52)에 고정되는 기부(51b)와, 선단부(51a)로부터 기부(51b)에 이르기까지의 몸통부(51c)가 일체적으로 형성된다.
지지 핀(51)의 재질은 석영 또는 SiC가 바람직하다. 지지 핀(51)을 석영과 같은 열전도율이 낮은 재질로 함으로써 웨이퍼 하면으로부터 지지 핀으로의 열류를 억제할 수 있다. 또한 지지 핀(51)을 SiC와 같은 고온하에서 형상이 안정적이고 강도가 있는 재질로 함으로써 선단부(51a)의 형상이 안정되고, 예각인 형상으로 한 경우에도 그 파손을 방지할 수 있다. 베이스 트레이(52)의 재질은 램프광을 차단하지 않는 투명 석영이 바람직하다.
지지 핀(51)은, 예를 들면, 원기둥 형상의 봉체의 상단을 깎아낸 연필의 선단과 같이 하여 원추 형상의 선단부(51a)를 만들어 낸다. 그 몸통부(51c) 및 기부(51b)는 원기둥 형상인 것이 바람직하다. 즉, 선단부(51a)는 몸통부(51c)보다 끝이 가는 원추 형상으로 형성된다. 선단부(51a)의 접촉부(Y)는 점 형상 또는 구면(球面) 형상을 이룬다. 또한 이 실시 형태에서는, 몸통부(51c) 및 기부(51b)뿐만 아니라 선단부(51a)를 포함하여 모두가 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록, 즉, 접촉부(Y)의 하방에는 지지 핀(51)의 선단부, 몸통부 및 기부가 존재하지 않도록, 지지 핀(51)이 경사지게 배치된다. 또한, 선단부(51a)는 도시하지 않지만 원추대 형상으로 형성될 수도 있다. 선단부(51a)가 원추대 형상인 경우는 접촉부(Y)는 도 7에 나타내는 모서리부(21d)와 동일하게 선 형상의 엣지가 되고, 이 경우에는, 선단부를 제외한 몸통부 및 기부만이 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않게 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 3개의 오목부(52b)가 형성되고, 이 오목부(52b)에 지지 핀(51)의 기부(51b)가 삽입되어 베이스 트레이(52)에 고정된다. 오목부(52b)의 내경은 지지 핀(51)의 기부(51b)의 외경보다 근소하게 크고, 오목부(52b)에 기부(51b)를 삽입한 지지 핀(51)을 느슨함 없이 고정한다. 3개의 오목부(52b)는 기부(51b)를 고정했을 때에 지지 핀(51)을 웨이퍼 이면(WB)으로부터의 수선(X)에 대하여 그 핀축(51d)이 경사 각도 α로 경사진 상태가 되도록 형성된다. 이 경사 각도 α는 3개의 지지 핀(51)에 있어서 통일되어 있다.
이 지지 핀(51)의 원추 형상의 선단부(51a)가 이루는 각도를 β라고 하면, 이 실시 형태에서는, 다음의 관계식(1)이 성립된다.
β/2 < α < (90-β/2) (1)
경사 각도 α는 5도 이상 70도 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 하한값 미만에서는 지지 핀 선단부에 의한 램프광 차폐로부터 웨이퍼 지지부 온도가 저하하여 슬립 저감 효과를 얻기 어려워지고, 상한값을 초과하면 지지 핀의 길이가 길어져 핀의 파손이 발생하기 쉬워진다. 또한 선단부(51a)가 이루는 각도 β는 5도 이상 40도 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 하한값 미만에서는 핀 선단부에 파손이 발생하기 쉬워지고, 상한값을 초과하면 지지 핀 선단부에 의한 램프광 차폐로부터 웨이퍼 지지부 온도가 저하하여 슬립 저감 효과를 얻기 어려워진다.
또한 3개의 오목부(52b)는 베이스 트레이(52)를 상면에서 보았을 때에 120도 간격으로 배치된다. 이에 의해, 3개의 지지 핀(51)도, 원형의 웨이퍼(W)를 지지하기 위하여, 상면에서 보았을 때 120도 간격으로 배치된다. 즉, 웨이퍼(W)는, 챔버 내에 있어서, 챔버의 내벽면으로부터 이간한 상태로, 도 1에 나타내는 바와 같이, 그 하면(WB)측으로부터 3점에서 지지되도록 되어 있다.
이 실시 형태의 지지 방법으로는, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 형성된 오목부(52b)에 지지 핀(51)의 기부(51b)를 삽입하는 것만으로 베이스 트레이(52)에 고정되기 때문에, 지지 핀(51)을 베이스 트레이(52)에 간편하게 고정할 수 있음과 함께, 지지 핀(51)을 베이스 트레이(52)에 안정적으로 고정할 수 있다. 웨이퍼(W)는 베이스 트레이(52)에 고정된 3개의 지지 핀(51)에 의해 수평으로 3점 지지된다. 또한 지지 핀(51)을 경사지게 함으로써, 적외선 램프의 빛이 지지 핀(51)의 선단부(51a)에 직접 조사되기 때문에, 선단부(51a)의 온도 상승이 보다 높아짐과 함께, 웨이퍼 하면(WB)에 있어서의 이 빛에 의해 발생하는 선단부(51a)의 그림자의 면적이 최소가 된다. 구체적으로는, 지지 핀(51)은 점 형상의 접촉부(Y)에서 웨이퍼 이면(WB)에 접촉하게 되기 때문에, 지지 핀(51)과 웨이퍼(W)의 접촉 면적을 극소로 할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼 이면(WB)으로부터 지지 핀(51)으로 달아나는 열량을 감소시킬 수 있다. 또한 지지 핀 접촉부(Y)의 하방에는 지지 핀(51)의 선단부(51a), 몸통부(51c), 기부(51b)가 존재하지 않기 때문에, 베이스 트레이(52)를 통과한 적외선 램프의 빛은 선단부(51a), 몸통부(51c), 기부(51b)에 의해서 차단되는 일 없이 지지 핀 접촉부(Y)에 도달한다. 이러한 접촉부(Y)로부터의 지지 핀으로의 전열 현상과 접촉부(Y)에 있어서의 지지 핀(51)에 의한 차광 현상이 해소되기 때문에, 웨이퍼면 내의 온도차가 특허문헌 1보다도 감소하여, 열응력에 의해 발생하는 슬립 결함의 발생을 확실히 억제할 수 있다.
<제2 실시 형태>
본 발명의 제2 실시 형태를 도 3에 나타낸다. 도 3에 있어서, 도 2와 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 참조 부호를 교부하고, 그 설명을 생략한다. 도 3에 나타내는 지지 장치(50)에서는, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 3개의 핀 홀더(54)가 용접되고, 상면에서 보았을 때 120도 간격으로 고착된다. 이 핀 홀더(54)에는, 제1 실시 형태에서 서술한 오목부(52b)에 상당하는 오목부(54a)가 형성된다. 이 오목부(54a)의 내경은, 오목부(52b)와 동일하게, 지지 핀(51)의 기부(51b) 및 몸통부(51c)의 각 외경보다 근소하게 크고, 오목부(54a)에 기부(51b) 및 몸통부(51c)를 삽입한 지지 핀(51)을 풀림 없이 고정한다. 3개의 오목부(54a)는 기부(51b) 및 몸통부(51c)를 고정했을 때에 지지 핀(51)을 웨이퍼 이면(WB)으로부터의 수선(X)에 대하여 그 핀축(51d)이 경사 각도 α로 경사진 상태가 되도록 형성된다. 또한 도시하지 않지만, 핀 홀더(54)의 높이를 작게 하고, 오목부(54a)에는 지지 핀(51)의 기부(51b)만이 삽입되는 핀 홀더라도 좋다. 제2의 실시 형태의 그 외의 구성은, 제1 실시 형태와 동일하다.
제2 실시 형태의 지지 방법으로는, 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 핀 홀더(54)를 지지 핀 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 배치하여 고착하고, 이 핀 홀더(54)에 의해 지지 핀(51)의 기부(51b)와 몸통부(51c) 또는 기부(51b)를 보유지지하기 때문에, 지지 핀(51)을 베이스 트레이(52)에 한층 더 안정적으로 고정할 수 있음과 함께, 웨이퍼 하면(WB)의 지지 핀 접촉부(Y)를 향하는 적외선 램프의 빛이 핀 홀더(54)에 의해 차광되는 일이 없다. 이러한 접촉부(Y)로부터의 지지 핀으로의 전열 현상과 접촉부(Y)에 있어서의 지지 핀(51)에 의한 차광 현상이 해소되기 때문에, 웨이퍼면 내의 온도차가 특허문헌 1보다 감소하여, 열응력에 의해 발생하는 슬립 결함의 발생을 확실히 억제할 수 있다.
<제3 실시 형태>
본 발명의 제3 실시 형태를 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서, 도 3과 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 참조 부호를 교부하고, 그 설명을 생략한다. 도 4에 나타내는 지지 장치(50)의 특징 있는 구성은, 지지 핀(51)의 원추 형상의 선단부(51a)를 제1 및 제2 실시 형태의 선단부보다 가늘게 하고, 그 이루는 각도 β를 제1 및 제2 실시 형태의 선단부가 이루는 각도보다 작게 한 것에 있다. 제3 실시 형태의 그 외의 구성은, 제2 실시 형태와 동일하다.
제3의 실시 형태의 지지 방법으로는, 지지 핀(51)의 선단부(51a)를 제2 실시 형태의 선단부보다 가늘게 했기 때문에, 전술한 접촉부(Y)로부터의 지지 핀으로의 전열 현상과 접촉부(Y)에 있어서의 지지 핀(51)에 의한 차광 현상을 보다 한층 해소할 수 있다.
<제4 실시 형태>
본 발명의 제4 실시 형태를 도 5에 나타낸다. 도 5에 있어서, 도 3과 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 참조 부호를 교부하고, 그 설명을 생략한다. 도 5에 나타내는 지지 장치(50)의 특징 있는 구성은, 베이스 트레이(52)에 지지 핀(51)의 기부(51b) 및 몸통부(51c)가 관통 가능한 관통공(52c)이 형성되고, 베이스 트레이(52)의 하면(52d)에 관통공(52c)을 관통한 기부(51b) 및 몸통부(51c)를 보유지지하는 핀 홀더(55)가 용접에 의해 고착되어, 이 핀 홀더(55)가 지지 핀 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 배치되는 것에 있다. 또한 도시하지 않지만, 핀 홀더(55)의 높이를 작게 하고, 오목부(55a)에는 지지 핀(51)의 기부(51b)만이 삽입되는 핀 홀더라도 좋다. 제4의 실시 형태의 그 외의 구성은, 제3의 실시 형태와 동일하다.
제4의 실시 형태의 지지 방법으로는, 베이스 트레이(52)의 하면(52d)에 핀 홀더(55)를 지지 핀 접촉부(Y)로부터 베이스 트레이(52)측으로 내린 수선(X)에 접촉하지 않도록 배치하고 고착하여, 지지 핀(51)의 기부(51b)와 몸통부(51c) 또는 기부(51b)를 베이스 트레이(52)의 관통공(52c)을 관통하여 이 핀 홀더(55)에 의해 보유지지하기 때문에, 지지 핀(51)을 베이스 트레이(52)에 한층 더 안정적으로 고정할 수 있다. 또한 베이스 트레이(52)의 상면(52a)에 핀 홀더(54)를 고착한 제3 실시 형태의 지지 방법과 비교하여, 웨이퍼 하면(WB)을 향하는 적외선 램프의 빛이 핀 홀더(54)에 의해 차광되지 않고, 핀 홀더(54)에 기인하여 발생하는 적외선 램프광의 웨이퍼 하면(WB)에 있어서의 그림자의 영향이 보다 작아진다. 이에 의해, 제3 실시 형태의 지지 방법보다도, 지지 핀 접촉부에 있어서의 웨이퍼의 온도 저하를 보다 낮게 할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(51)의 선단부(51a)가 기부(51b)보다 베이스 트레이(52)의 외측이 되도록 지지 핀(51)을 경사지게 배치하는 예를 나타냈지만, 본 발명은, 도 6에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(51)의 선단부(51a)가 기부(51b)보다 베이스 트레이(52)의 내측이 되도록 지지 핀(51)을 경사지게 배치하여도 좋다. 도 1에 나타내는 바와 같이 선단부(51a)를 베이스 트레이(52)의 외측이 되도록 지지 핀(51)을 배치하면, 반도체 웨이퍼의 외주 온도의 저하를 보충하기 때문에 외주측의 적외선 램프의 출력을 높였을 때에 핀에 의한 외주 경사 방향으로부터의 램프광의 차폐가 최소화됨으로써 웨이퍼면 내의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한 도 6에 나타내는 바와 같이, 선단부(51a)를 베이스 트레이(52)의 내측이 되도록 지지 핀(51)을 배치하면, 베이스 트레이(52)의 회전에 수반하여 발생하는 원심력에 의해 지지 핀(51)이 베이스 트레이(52)의 오목부(52b)로부터 빠져나가기 어려워진다.
(실시예)
다음으로 본 발명의 실시예와 비교예를 설명한다.
<실시예 1>
도 3에 나타내는 지지 장치를 갖는 RTA 장치를 이용하여, 직경 300㎜, 두께 775㎛의 3장의 실리콘 웨이퍼를 열처리했다. 지지 핀(51)은, 원추 형상의 선단부(51a)와, 원기둥 형상의 몸통부(51c)와 기부(51b)를 갖고 있고, 지지 핀 전체의 길이가 19.5㎜, 선단부(51a)의 길이가 9㎜, 몸통부(51c)와 기부(51b)의 직경이 1.5㎜로 형성된 것을 이용했다. 지지 핀(51)의 재질은 석영으로 했다. 지지 핀(51)의 경사 각도 α는 30도이고, 지지 핀(51)의 선단부(51a)가 이루는 각도 β는 9도로 했다. 핀 홀더(54)는 높이 5㎜의 것을 이용했다.
<실시예 2>
도 4에 나타내는 지지 장치를 갖는 RTA 장치를 이용하여, 실시예 1과 동일한 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 직경 300㎜, 두께 775㎛의 3장의 실리콘 웨이퍼를 열처리했다. 지지 핀(51)은, 원추 형상의 선단부(51a)와, 원기둥 형상의 몸통부(51c)와 기부(51b)를 갖고 있고, 지지 핀 전체의 길이가 24㎜, 선단부(51a)의 길이가 5㎜, 몸통부(51c)와 기부(51b)의 직경이 1㎜로 형성된 것을 이용했다. 지지 핀(51)의 재질은 SiC로 했다. 지지 핀(51)의 경사 각도 α는 45도이고, 지지 핀(51)의 선단부(51a)가 이루는 각도 β는 6도로 했다. 핀 홀더(54)는 높이 4㎜의 것을 이용했다.
<비교예 1>
도 7에 나타내는 지지 장치를 갖는 RTA 장치를 이용하여, 실시예 1과 동일한 실리콘 단결정 잉곳으로부터 잘라낸 직경 300㎜, 두께 775㎛의 3장의 실리콘 웨이퍼를 열처리했다. 지지 핀(21)은, 원추 형상의 선단부(21c)와, 원기둥 형상의 본체부(몸통부와 기부에 상당)(21e)를 갖고 있고, 지지 핀 전체의 길이가 17㎜, 선단부(21c)의 길이가 6.5㎜, 본체부(21e)의 직경이 1.5㎜로 형성된 것을 이용했다. 지지 핀(21)의 재질은 석영이었다. 지지 핀(21)의 경사 각도 α는 3도이고, 지지 핀(21)의 선단부(21c)가 이루는 각도 β는 9도였다. 핀 홀더(12)는 높이 8㎜의 것을 이용했다.
<비교 시험>
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 지지 장치를 갖는 RTA 장치를 이용하여, 그 최고의 열처리 온도를 1200℃, 1250℃, 1300℃로 개별적으로 설정하여, 승은 속도 50℃／초, 처리 시간 10초, 강온속도 50℃／초로, 각각 3장의 실리콘 웨이퍼를 열처리했다. 열처리 한 실리콘 웨이퍼에 대해서 웨이퍼 이면으로부터 웨이퍼 표면까지 신전되고 있는 슬립을 레이저 산란 방식의 이물 검사 장치(KLA-Tencor사 제조 SP1)로 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112017019595393-pct00001
<평가>
표 1로부터 분명한 바와 같이, 비교예 1의 지지 장치를 갖는 RTA 장치에서는, 최고 열처리 온도가 1200℃에서는 슬립 전위는 발생하지 않았지만, 1250℃, 1300℃에서 슬립 전위가 발생했다. 이에 대하여 실시예 1 및 2의 지지 장치를 갖는 RTA 장치에서는, 최고 열처리 온도가 1200℃는 물론, 1250℃, 1300℃에서도 슬립 전위는 발생하지 않았다. 이상의 결과로부터, 본 발명의 지지 방법 및 지지 장치에 의하면, 1300℃의 고온의 열처리에서도 슬립 전위의 발생을 확실히 방지할 수 있는 것이 판명되었다.
본 발명은, 반도체 웨이퍼 및 반도체 디바이스의 제조에 있어서 널리 이용 가능하다.
W : 반도체 웨이퍼
X : 수선
Y : 지지 핀 접촉부
50 : 반도체 웨이퍼의 지지 장치
51 : 지지 핀
51a : 지지 핀의 선단부
51b : 지지 핀의 기부
51c : 지지 핀의 몸통부
51d : 지지 핀의 핀축
52 : 베이스 트레이
52a : 베이스 트레이의 상면
52b : 베이스 트레이의 오목부
52c : 베이스 트레이의 관통공
52d : 베이스 트레이의 하면
53 : 회전축
54 : 핀 홀더
54a : 핀 홀더의 오목부
55 : 핀 홀더
55a : 핀 홀더의 오목부

Claims (16)

  1. 램프 가열에 의한 급속 승강 온열 처리 장치에 의해 열처리되는 반도체 웨이퍼를, 베이스 트레이에 고정되는 적어도 3개의 지지 핀에 의해 상기 베이스 트레이의 상방에서 상기 웨이퍼의 하면에 있어서, 수평으로 지지하는 반도체 웨이퍼의 지지 방법으로서,
    상기 지지 핀은, 상기 반도체 웨이퍼의 하면과 접촉하는 접촉부를 갖는 선단부와, 상기 베이스 트레이에 고정되는 기부와, 상기 선단부로부터 상기 기부에 이르기까지의 몸통부가 일체적으로 형성되고,
    상기 선단부가 상기 몸통부보다 끝이 가늘게 형성되고,
    상기 몸통부 및 상기 기부가 상기 접촉부로부터 상기 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 상기 지지 핀이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 트레이의 상면에 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 상기 기부가 삽입되어 상기 베이스 트레이에 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오목부에 상기 기부가 삽입되어 용접에 의해 상기 베이스 트레이에 직접 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 트레이의 상면에 상기 기부 또는 상기 기부와 상기 몸통부를 보유지지하는 핀 홀더가 고착되고, 또한 상기 핀 홀더가 상기 접촉부로부터 상기 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 트레이에 상기 기부 또는 상기 기부와 상기 몸통부가 관통 가능한 관통공이 형성되고, 상기 베이스 트레이의 하면에 상기 관통공을 관통한 상기 기부 또는 상기 기부와 상기 몸통부를 보유지지하는 핀 홀더가 고착되고, 또한 상기 핀 홀더가 상기 접촉부로부터 상기 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 핀의 재질이 석영 또는 SiC이고, 상기 베이스 트레이의 재질이 석영인 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 핀은 상기 선단부가 상기 기부보다 상기 베이스 트레이의 외측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 핀은 상기 선단부가 상기 기부보다 상기 베이스 트레이의 내측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 방법.
  9. 램프 가열에 의한 급속 승강 온열 처리 장치에 의해 열처리되는 반도체 웨이퍼를 수평으로 지지하는 지지 장치에 있어서, 적어도 3개의 지지 핀과 상기 지지 핀을 고정하기 위한 베이스 트레이를 갖고, 상기 지지 핀은, 상기 반도체 웨이퍼의 하면과 접촉하는 접촉부를 갖는 선단부와, 상기 베이스 트레이에 고정되는 기부와, 상기 선단부로부터 상기 기부에 이르기까지의 몸통부가 일체적으로 형성되고, 상기 선단부가 상기 몸통부보다 끝이 가늘게 형성되고, 상기 몸통부 및 상기 기부가 상기 접촉부로부터 상기 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 상기 지지 핀이 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 트레이의 상면에 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 상기 기부가 삽입되어 상기 베이스 트레이에 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오목부에 상기 기부가 삽입되어 용접에 의해 상기 베이스 트레이에 직접 고정되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 트레이의 상면에 상기 기부 또는 상기 기부와 상기 몸통부를 보유지지하는 핀 홀더가 고착되고, 또한 상기 핀 홀더가 상기 접촉부로부터 상기 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 트레이에 상기 기부 또는 상기 기부와 몸통부가 관통 가능한 관통공이 형성되고, 상기 베이스 트레이의 하면에 상기 관통공을 관통한 상기 기부 또는 상기 기부와 상기 몸통부를 보유지지하는 핀 홀더가 고착되고, 또한 상기 핀 홀더가 상기 접촉부로부터 상기 베이스 트레이측으로 내린 수선에 접촉하지 않도록 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 핀의 재질이 석영 또는 SiC이고, 상기 베이스 트레이의 재질이 석영인 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 핀은 상기 선단부가 상기 기부보다 상기 베이스 트레이의 외측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
  16. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 핀은 상기 선단부가 상기 기부보다 상기 베이스 트레이의 내측이 되도록 경사지게 배치되는 반도체 웨이퍼의 지지 장치.
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