KR20000034062A - Cvd 실리콘 카바이드 필름 코팅을 갖는 반도체 웨이퍼 홀더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부착되는 부착물체와 접촉하는 반도체 웨이퍼 홀더에 관한 것이다. 접촉부분은 소결된 실리콘 카바이드 기판으로 구성되어 Miller 인덱스의 (111), (110), (220) 및 (200) 결정면으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 결정면 배향을 갖는 응축 CVD 실리콘 카바이드 필름으로 코팅되어 부식성 피복을 지탱할 수 있는 고강도이면서 우수한 연마성을 제공하기 위해서, 극히 부드럽고 먼지와 핀홀이 없는 편평한 표면이 되도록 접촉부분의 표면 연마를 촉진한다. 이러한 구성물질은 큰 탄성률, 작은 비중 및 작은 열확산 계수를 가져, 회로 인쇄에 있어서 강도가 높고, 노출열에도 불구하고 치수의 안정성을 유지하여 변화가 거의 없도록 한다. β구조의 결정화된 CVD 실리콘카바이드 필름과 함께 소결된 물질은 높은 전도도를 제공하기 위해서 10¹⁰Ω·㎝ 이하의 전기저항을 제공하여, 정전기를 방지하고 세척을 쉽게한다.

Description

ＣＶＤ 실리콘 카바이드 필름 코팅을 갖는 반도체 웨이퍼 홀더

본 발명은 반도체 기판(substrates), 알루미나 및 석영과 같은 두꺼운 필름 기판을 흡착함으로써 고정하기 위한 홀더(holder)에 관한 것이다.

여러 가지 형태의 종래 홀더(holder)들을 부착하는 물체의 매끄러운 표면에 접촉하여 상기 물체를 부착하도록 디자인되었다. 예를 들면, 반도체 IC회로 제조공정에서 사용되는 장치들은 미리 설치된 위치에 웨이퍼를 운반하여 고정한다. 부식공정에서 중요한 역할을 수행하는 노출 시스템에서, 진공 척(chuck) 장치들은 평판(plane) 내에 박막 웨이퍼를 고정시키기 위해서 사용된다.

양극화된 알루미늄 합금 및 알루미나 세라믹은 이러한 형태의 홀더에 의해서 부착물체가 부착되는 접촉부분에 사용되는 물질로 알려져 있다. 홀더의 접촉부분에서 장시간에 걸친 마모 등으로 인한 흡착표면의 정확성을 유지하기 위해서는 알루미늄 합금으로 만들어진 홀더는 부적합하고, 알루미나-세라믹으로 만들어진 접촉부분을 갖는 홀더 또한 사용될 때, 부착부분이 전기적으로 대전되어 먼지입자를 부착하여 웨이퍼에 전달되어 오염시키며, 부착되는 부착물체의 흡착 정확성을 감소시킨다.

반도체 IC회로에 있어서 최근의 초소형화의 결과와 같이, 웨이퍼 노출 표면이 완전한 이차원적인 평판과 극히 매끄러운 평판을 갖도록 하는 것이 필요하다. 따라서 극도로 매끄러운 마무리를 위해서 부착되는 부착물체를 부착하는 진공 척 홀더의 흡착표면의 표면정확성이 요구된다.

홀더의 접촉표면이 기계로 가공되어 형성될 경우, 알루미늄 합금은 부드럽고 쉽게 가공할 수 있으나 쉽게 질이 저하된다. 알루미나 세라믹은 핀홀(pin holes)이 존재하고 전기적으로 대전되기 때문에 입자를 흡착하는 경향이 있음과 동시에 열 확산 계수가 큰 단점이 있다.

상술한 선행기술에 의하면, 홀더의 매끄러운 표면과 접촉하는 부착물체를 고정하도록 디자인된 홀더 물질에 대해 요구되는 특성으로는 뛰어난 부식저항 예를 들면, 높은 경도(Hardness); 핀홀의 존재 및 전기적 대전에 따른 먼지 입자의 삽입이 없음; 작은 열 확산 계수; 낮은 비중과 높은 강도; 및 뛰어난 가공성이 있다.

상술한 특성들은 하기에 상세히 설명한다.

홀더와 부착물체 사이의 접촉표면은 닳아지고 부착작업의 반복을 통해 손상을 입는다. 특히 박막 웨이퍼처럼 얇은 물체가 진공 척 홀더 및 그 부착물에 흡착될 때, 흡착된 웨이퍼의 표면은 빛(light)을 생성하기 위한 노출 시스템을 위해 적절한 위치에 먼저 수정되어야만 한다. 즉, 가능한 한 완벽한 2차원적 평면이어야 한다. 결과적으로, 고부식 저항성 및 고경도는 홀더와 부착물질 사이의 접촉면의 부식에 의한 손상으로 인하여 물체가 변형되는 것 뿐 아니라 그 사이의 접촉면으로부터의 부식된 피복(wear)에 의해 생성되는 미세입자로 인한 물체의 변형을 막기 위한 접촉면의 바람직한 특성이다. 웨이퍼의 경우에 있어서, 표면에 미세 입자가 침적되어 선(wire)이 끊어지고 회로 인쇄가 단락 되기도 한다. 보다 구체적으로, 상술한 부식성 피복은 전기적으로 대전된 홀더에 먼지가 부착된다. 예를 들어, 세라믹 표면의 핀홀에 침투하여 상기에서 언급한 것과 동일한 손상의 원인이 된다.

노출 시스템의 진공 척 홀더인 경우에, 열이 노출되는 시간에 빛의 흡수에 의해 축적된다. 결과적으로, 홀더의 높은 열 확산 계수는 흡입하여 끌어당기는 상태로 미리 설치된 홀더에 고정되는 웨이퍼를 유지하는 것은 불가능하도록 홀더의 치수의 변화를 초래한다. 그리고 열확산 계수가 가능한 한 작게 하는 것이 회로 인쇄에서의 치수의 오차를 줄이기 위해 바람직하다.

크기가 큰 부착물질이 부착되었을 때, 홀더의 부착부분에 부하가 무거워져서, 고기계적 강도 물질이 홀더에 필요하다. 반면에 경도의 증가가 홀더를 경량으로 제작하려는 노력에 반하여 작용함으로써 물질의 두께가 증가하는 결과를 초래한다.

물질을 가공하는 공정의 대부분의 시간 및 노동 소모 단계는 연마단계이다. 특히, 웨이퍼를 부착하기 위한 진공 척 홀더의 경우에는, 웨이퍼와 접촉하는 면이 진공 흡입을 통해 편평함을 얻기 위한 수정 때문에 극히 매끄러워야 한다. 그러므로, 홀더 물질의 분쇄성은 결정적인 요소가 된다.

세라믹 물질은 상기에서 언급한 선행조건을 만족하는 물질로서 최근에 개발되었다. 그러나 세라믹 물질의 존재로 상기에서 설명한 극히 매끄러운 단계로 표면을 연마하기 위해서 많은 가공뿐만 아니라 연마 에너지가 요구된다. 연마작업의 강화는 광택표면을 손상시키고, 나아가 고정확도의 매끄럽고 편평한 표면을 얻는 것을 어렵게 만든다.

본 발명의 목적은 부착되는 부착물체의 접촉 부분으로써 역할을 하는 소결된 실리콘 카바이드를 CVD에 의하여 형성된 실리콘 카바이드 필름인 세라믹 합성물질로 이루어지는 반도체 웨이퍼 홀더를 제공하기 위한 것이다.

도1은 본 발명의 반도체 웨이퍼 홀더의 구체예에서 진공 척(chuck) 홀더의 개략적인 평면도이다.

도2는 상기 제1도의 진공 척(chuck) 홀더의 개략적인 단면도이다.

도3은 상기 제2도의 진공 척(chuck) 홀더의 개략적인 단면도를 부분적으로 확대한 단면도이다.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞

1: 고리모양 돌출부 2: 고리모양 오목부분

3: 입구 4: 슬리브 모양 부분

5: 실리콘 카바이드 필름 6: 실리콘 카바이드 기판

본 발명에서 사용되는 소결된 실리콘 카바이드 합성물질의 전기적 저항은 10⁶Ω·㎝ 이하가 바람직하다. 이러한 특성이 전도도를 갖는 합성물(composite)이라 한다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 홀더는 소결된 세라믹의 고강도, 경량, 및 고경도에다, 지금까지의 Al₂O₃세라믹의 존재 하에서는 얻을 수 없었던 특성인 전도도를 갖는다. 결론적으로, 상기 물질의 부식저항은 증가하였고, 부착물질과의 접촉부분에서 정전기가 발생하는 것을 막아 먼지의 증착을 감소시킨다.

본 발명의 CVD 필름은 일반적인 세라믹의 표면에 존재하는 핀홀이 없는 응축된 구조의 필름이다. 나아가, 반도체 웨이퍼 홀더와 부착물질 사이의 접촉부분은 핀홀에 어떤 외부 물질의 침적이 없이 깨끗해야 하고, 침적물이 있더라도, 침적물이 쉽게 제거될 수 있어야 한다.

본 발명의 CVD 실리콘 카바이드 필름은 상기에서 언급한 바와 같이 증기 증착의 조건에 따라 각 결정성 배향 평판을 갖는 여러종류의 필름구조를 갖도록 생산될 수 있다.

또한 특히 상기의 기능을 갖는 필름의 형성이 가능하도록 함에 있어서, 본 발명에 따른 CVD 실리콘 카바이드 필름의 형성방법이 명시된 것이 없다. 일반적인 방법이 사용되어 진다면, 비산성 대기 하에서 감압 CVD 수단에 의한 형성이 바람직하다.

본 발명의 세라믹 웨이퍼 홀더는 매끄럽고 편평한 표면에 접촉함으로써(abutting) 부착물체를 부착하는 방법을 갖는데, 예를 들면, 홀더(석판화 공정에서의 노출 시스템 내의 평판에 있는 웨이퍼를 고정하는 진공 척(chuck) 홀더 등)는 반도체 기판을 운반하고 웨이퍼를 부착하기 위해 사용된다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼(wafer) 홀더는 첨부한 도면을 참고로 하여 하기에 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 홀더의 구체예인 웨이퍼 고정을 위한 진공 척(chuck) 홀더 구조의 개략적인 설명을 나타내는 투시도이다. 제2도는 제1도의 A-A'선의 단면도이다. 제3도는 제2도의 부분적 확대도이다.

본 발명에 따른 진공 척(chuck) 홀더 WH의 웨이퍼 흡착 표면은 웨이퍼 W의 지름보다 약간 적은 원형 모양이다. 홀더 WH 중심에 동심형인 복수의 고리모양 돌출부(1)(웨이퍼W지지부분) 및 고리모양의 오목한 부분(2)(진공 흡입 홈)이 웨이퍼 흡착 표면 위에 일정한 간격으로 고리모양으로 형성된다. 각각의 고리모양의 오목한 부분(20)은 진공 흡착을 위해 입구(3)가 방사상으로 형성되고, 슬리브(sleeve)모양 부분(4)(진공 흡입부)과 교통하는 상기 각 입구(3)는 안쪽 홀더 WH에 대하여 방사상으로 확장한다. 진공 원천에 연결된 부분(4)의 연속 감압은 웨이퍼W의 반대쪽과 각 고리모양 오목한 부분(2)에 의해 둘러싸인 공간에 음압의 원인이 되므로, 웨이퍼W의 반대쪽 그 뒤에 오는 복수의 고리모양 돌출부(1)의 상단 표면은 레벨(level) 조절을 위해 수정된다.

본 구체예에서, 홀더 WH 프로퍼(propor)는 소결된 실리콘 카바이드 기판을 CVD에 의해 제조된 실리콘 카바이드 필름으로 피복하여 제조되었다.

첫째로, 제1도와 제2도에 나타낸 것과 같이 만들어진 α-실리콘 카바이드 기판(6)은 소결되었다.

소결시키는 불꽃은 고리 모양 돌출부(1) 및 오목한 부분(2)(0.2∼0.5 ㎜ 깊이)을 만들기 위하여 이미 사용되었기 때문에, 제조되어 소결된 홀더 기판이 돌출부와 오목한 부분을 프린트하였다. 고리모양 돌출부(1)의 융기 폭을 정확하게 0.2 ㎜로 만들기 위하여 가공을 다시 실행하였다. 그리고 표면 거친(coarseness) 정도가 0.01 ㎜가 되도록 만들기 위하여 연마(grinding)를 실행하였다.

웨이퍼를 받치는 표면 및 기판의 홈 표면이 필름을 형성함과 동시에 처리되었다. 즉, 고리모양 돌출부(1)와 고리모양 오목부분(2)의 표면은 실리콘 카바이드 필름(5)의 각각 형성물을 얻도록 진공 증착의 두 가지 다른 조건하에서 고순도 실리콘 카바이드의 화학 진공 증착을 하도록 하였다. 하나의 조건은 10 내지 수십 ㎛/h의 증기 증착률로 1300 ℃의 증기 증착온도에서 비산성 대기 하에서 감압 증기 증착이었다. 반면에 다른 하나는 상기와 같은 증기 증착률로 상기와 같은 증기 증착 온도에서 비산성 대기 하에서 표준 압력 증기 증착 시켰다.

그리고 나서 얻어진 진공 척(chuck) 홀더의 두 표면은 5시간 동안 다이아몬드 분말로 가공되었고, 상기에 의해서 이미 언급한 감압 대기 하에서 증기 증착에 의해서 얻어진 필름 표면은 8 Å rms로 연마(grinding) 함으로써 만들어 졌고, 상기 표준 압력 환경 하에서 증기 증착에 의하여 얻어진 다른 필름 표면은 500 Å rms로 만들어졌다.

상기 설명에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 반도체 웨이퍼 홀더 제조는 CVD 실리콘 카바이드 필름의 연속 피복을 갖는 소결된 실리콘 카바이드 기판의 형성물로 구성되기 때문에 상기 제조는 쉽다. 또한, 소결된 실리콘 카바이드는 지탱물과의 접촉부분에 대하여 직접적으로 사용되는 것이 아니라 연마(grinding)를 쉽게 하는 CVD 실리콘 카바이드가 표면에 사용되며, 그에 의하여 최대 임계 요소인 매끄럽고 편평한 표면에 있어서 지탱물과의 접촉표면의 훌륭한 가동성을 제공한다. 더군다나, 본 발명은 CVD 실리콘 카바이드 필름의 표면을 결정 정도를 배향 함으로써 그리고 균열정도를 조정함으로써 가능한 만큼 손실 발생을 방지하는 반면에 보다 적은 연마(grinding) 에너지 소비로 매끄럽고 편평하게 연마되도록 할 수 있다. 특히, 환산압력에서 비산성 환경 하에서 CVD 실리콘 카바이드 필름을 피복 함으로써, 생성된 필름은 특이한 결정구조를 형성하고, 그에 의하여 연마 방법에 의해서 최고로 매끄럽고 편평한 표면의 형성을 쉽게 한다.

본 발명에 따른 핀홀로부터의 실리콘 카바이드 필름의 자유도 및 반도체 웨이퍼 홀더의 전도도 특성은 먼지가 정전기 발생 때문에 흡착되는 것을 방지한다. 그러므로 홀더는 청소하기 간편하게 만들어진다. 기판이 소결된 실리콘 카바이드를 사용함으로써 발생하는 또 다른 이점은 세라믹의 특징인 고강성 및 경량 특성에 의한 고점착성은 지탱물을 지탱하도록 가능하게 만들어지며, 오랜 시간 동안 안정하게 균일 표면을 얻도록 조정하게 만든다는 것이다. 열축적 문제로 인해 치수가 변할 때 이점인 열팽창의 작은 상수의 결과로서 고차원의 안정성의 특성이 있다. 본 발명의 바람직한 구성물질로는, 소결된 α-실리콘카바이드 또는 소결된 β-실리콘카바이드가 기판으로 사용 될 수 있고 β구조의 결정화된 실리콘 카바이드가 CVD 실리콘 카바이드 필름으로 사용될 수 있다.

상기에서 언급한 CVD 실리콘 카바이드 필름은 Miller 인덱스의 결정면 (111), (110), (220) 및 (200) 중 적어도 하나의 결정 평판 배향(orientation)을 갖는 증기 증착 필름으로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 CVD 실리콘 카바이드 필름이 다른 결정 평판 배향들에 비해 50배의 X-선 회절강도를 갖는 Miller 인덱스의 결정면 (220) 배향의 구성성분을 포함하는 것이 가장 바람직하다.

전기적 방전 가공 방법은 일반적으로 의례적인 세라믹 물질의 가공상의 문제점을 극복하기 위해 사용된다. 그럼에도 불구하고, 전기적 방전 가공을 하는 부분은 움푹패인곳 및 핀홀을 구성하는데, 대개 부착물질과 접촉면을 매끄럽게 하기 위해서 세라믹 물질 작업의 가장 어려운 단계인 단계별 연마 공정에 의존한다. 본 발명의 반도체 웨이퍼 홀더에 있어서, 소결된 실리콘 카바이드 기판이 처음 형성되고, 그 표면은 계속해서 CVD 실리콘 카바이드 필름으로 피복 되어 그 제조를 쉽게 한다.

나아가, 본 발명의 반도체 웨이퍼 홀더에서 소결된 실리콘 카바이드가 부착물체와 접촉하는 부분에 직접 사용되는 것이 아니고, CVD 실리콘 카바이드 필름이 연마를 쉽게 하도록 표면에 사용되어, 홀더의 가장 주요한 특성, 즉, 부착물체와의 접촉면이 극히 매끄럽고 편평하게 하는 가공성을 향상시킨다.

더 나아가, 본 발명은 일반적인 실리콘 카바이드 물질 표면의 결정성(crystal) 정도의 비배향성에 의한 표면연마의 어려움을 개선하고, 갈라진 정도를 조정함에 의해 특성 지어지며, 비교적 적은 연마에너지를 사용하여 최대한 손상의 발생을 줄이면서 극히 매끄럽고 편평한 표면으로 연마할 수 있다.

실시예 1

하기 표 1에서 보여지는 진공 척(chuck) 홀더의 물리적 특성에서 실리콘 카바이드 필름은 구체예의 비산성 대기 하의 감압 화학침전에서의 일반적인 홀더에 사용되는 각 물질로 형성되었다. 각각의 물질을 대표하는 금속, 세라믹 및 스테인레스 스틸의 물리적 특성, 비교물질로는 알루미나를 표 1에 나타내었다.

	탄성률(kg/mm2)	비중	표면공극상태	전기저항(Ω·㎝)	강도 (Hv)	열확산계수(×10-6/℃)
스테인레스스틸	20,000	8.1	보통	7×10-5	200	17.3
Al2O3	35,000	3.8	나쁨	≥1014	1,800	7.1
소결된SiC+화학적증착 SiC필름	40,000	3.1	양호	106	2,500	4.1

하기 내용은 표 1로부터 얻었다. 편평함을 요구하는 홀더의 평가에 사용하기 위해 적용 가능한 특성치 및 작은 크기와 높은 실행도를 요하는 운반장치를 위한 물질, 양쪽 경우에서 나타내는 비중에 대한 탄성률의 비교에서, 본 발명에 따른 CVD 실리콘 카바이드 합성물질이 큰 탄성률과 작은 비중의 값이 가장 적당함을 보여준다. 세 물질들 중에서 CVD 실리콘 카바이드 구성물질이 가장 작은 열 확산 계수를 가지므로, 긴 노출시간 때문에 열이 축적되었을 때에도 치수의 변화가 거의 없다. 다시 말해서, 진공 척(chuck) 홀더를 구성하기 위해 이러한 물질을 사용하는 것은 흡입에 의해 고정되는 웨이퍼의 회로인쇄에 있어서 치수의 오차가 거의 없이 생산되도록 한다.

증기로부터 화학적으로 증착된 표면 또는 부착물질과의 접촉표면에는 핀홀이 거의 없다. 나아가, 흡입 면에 먼지가 증착 되는 경우는 아주 작아, 접촉면과 부착물질 사이에 먼지가 존재함에 의해서 부착물질의 편평함이 저하될 가능성이 거의 없다. 또한 경도가 높아 부식성 피복 및 부착물질에의 증착으로 발생하는 작은 입자의 생성도 불가능하게 한다.

기판으로 사용되는 소결된 α-실리콘카바이드는 약 10⁶Ω·㎝의 전기 저항성을 보인다. 그러나 상기 카바이드가 본 발명에 따른 β구조의 결정화된 CVD 실리콘 카바이드 필름의 구성구조를 갖기 때문에, 상기 카바이드는 세라믹에 우수한 전도성을 제공하는 10⁶Ω·㎝ 이하의 열저항을 나타내고, 나아가 정전기에 의해 생겨나는 홀더의 먼지 증착이 없게된다. 만약 약간의 먼지 증착이 있더라도, 그런 증착물은 쉽게 제거될 수 있다. 그러므로 홀더의 세척이 간편해진다.

나아가, 작은 열 확산 계수는 노출시간에 열 축적을 통하여 홀더의 아주 적은 치수의 변화에 반응한다. 결과적으로, 웨이퍼가 부착되었을 때 고감도의 감광제는 낮은 조도의 빛에 장시간 노출될 때 사용되고, 홀더의 치수의 오차가 허용되는 범위에서 부착된다.

실시예2

Miller 인덱스에서 (220) 및 (111) 면에 결정면 배향을 위한 배열로 얻어지는 증기 증착 필름과 비배향 증기 증착 필름의 비교는 연마에 필요한 연마에너지와 시간에 있어서 배향성(oriented) 필름이 비배향성(non-oriented) 필름에 비해 에너지 소모가 훨씬 적을 뿐 아니라 표면의 광택상태의 분명한 차이가 있는 점에 있어서 훨씬 뛰어나다.

실시예3

감압상태에서 증기증착 필름과 일반 대기압 하에서의 증기 증착 필름의 결정구조를 X-선 회절로 비교해보면, 그 결과는 감압 하에서 형성된 필름의 결정 구조는 Miller 인덱스에서 (111)면보다 대략 52배인 (220)면을 갖는 반면, 일반 대기압 하에서는 약 32배의 값을 갖는다. 연마는 배향된 결정구조의 물질보다 비배향성 결정구조 물질이 더 어려워지기 때문에, (220)면의 배향으로 보다 많은 배향성(orientations)을 갖는 감압 하에서 형성된 필름이 우수한 분쇄성을 제공한다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부되는 특허첨부범위에 의해서 명확해질 것이다.

본 발명의 CVD 실리콘 카바이드 필름 코팅을 갖는 반도체 웨이퍼 홀더는 구성물질이 큰 탄성률, 작은 비중 및 작은 열확산 계수를 가져, 회로 인쇄에 있어서 강도가 높고, 노출열에도 불구하고 치수의 안정성을 유지하여 변화가 거의 없으며, β구조의 결정화된 CVD 실리콘카바이드 필름과 함께 소결된 물질은 높은 전도도를 제공하기 위해서 10¹⁰Ω·㎝ 이하의 전기저항을 제공하여, 정전기를 방지하고 세척을 쉽게 한다.

Claims (1)

1. 반도체 웨이퍼홀더의 접촉부분이 CVD 실리콘 카바이드 필름이 코팅된 소결된 실리콘 카바이드 기판으로 구성되고, 상기 CVD 실리콘 카바이드 필름이 Miller 인덱스의 (220) 결정면 배향의 구조적 성분을 포함하고, 상기 구조적 성분은 결정면 배향의 다른 구조적 성분과 비교해서 32배 이상의 X-선 회절 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 홀더.