KR20110087450A - 웨이퍼의 열처리시 전위 결함을 저감할 수 있는 웨이퍼 지지 핀 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 열처리에 적합하게 사용할 수 있는 웨이퍼 지지 핀 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 웨이퍼 지지 핀은, 웨이퍼의 열처리시 웨이퍼와 접촉하는 선단부가 편평하거나 라운드 처리되어 있고, 적어도 선단부의 표면에 미세 요철들이 형성되어 있다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 중력에 따른 스트레스를 감소시킴과 동시에 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적을 종래에 비해 현저하게 줄일 수 있어 전위 결함의 전파를 효과적으로 억제함으로써 고품질의 열처리 웨이퍼를 제공할 수 있다.

Description

웨이퍼의 열처리시 전위 결함을 저감할 수 있는 웨이퍼 지지 핀 및 그 제조 방법{Wafer Support Pin in Capable of Reducing Dislocation Defects during Thermal Treatment to Wafer and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 웨이퍼의 열처리에 사용되는 웨이퍼 지지 핀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
통상 실리콘 웨이퍼의 표면 근방에 제조되는 반도체 소자는 그 제조 공정에서 다양한 열처리가 행해진다. 이러한 열처리 과정에서 웨이퍼 내에 존재하는 산소들은 산소 석출물(oxygen precipitation)로 형성되고, 일정 수준 이상의 산소 석출물은 소자 제조 과정 중에 오염원이 될 수 있는 금속 불순물에 대해 내부 게터링(Internal Gettering) 사이트로 작용하기 때문에 없어서는 안 되는 필수적인 요소이다. 그러나, 한편으로 반도체 소자가 제조되는 웨이퍼의 표면 영역에는 일정한 깊이까지 산소 석출물이 발생해서는 아니되는 이른바 디누드 영역(Denuded Zone)이 확보되어야 한다. 따라서, 웨이퍼 제조 업체에서는 웨이퍼에 결함이 없는 일정한 디누드 영역과, 벌크 영역에 일정 수준 이상의 산소 석출물을 포함한 BMD(Bulk Micro-Defect)를 형성하기 위한 방법으로 웨이퍼에 대하여 장시간의 열처리 또는 고온 급속 열처리를 사용하고 있다. 특히, 고온 급속 열처리는 아직까지 해결해야 할 과제가 있지만 공정 시간이 짧기 때문에 생산성이 높아 최근에 그 사용이 늘어나고 있다.
고온 급속 열처리는 1150℃~1300℃의 고온에서 수 내지 수십 초간 웨이퍼를 열처리하는 기술로서, 이 고온 급속 열처리의 결과 웨이퍼 내에는 전위(dislocation) 결함이 필연적으로 발생하게 된다. 고온 열처리 시 발생한 전위 결함이 웨이퍼 표면에 존재하면 반도체 소자의 제조 공정에서 누설 전류에 의한 수율 저하의 원인이 되므로, 이를 제어하기 위해 급속 열처리 공정에서는 통상 웨이퍼를 무게 중심을 잡아 3점 지지하는 방식을 사용하고 있다.
무게 중심 3점 지지 방식은 3개의 지지 핀으로 열처리 대상인 웨이퍼의 밑면에서 무게 중심을 잡아 3점을 지지해주는 방식이다. 이 방식에서는 웨이퍼와 핀이 최소 면적으로 접촉하므로 열 손실에 의한 열적 스트레스(thermal stress)를 최소화시켜 전위를 최소화할 수 있어, 현재 웨이퍼에 대한 급속 열처리 시에 많이 사용되고 있다.
본 출원인은 특허문헌 1(특허 제818842호)에서, 특히 대구경 웨이퍼의 고온 급속 열처리에 적합한 웨이퍼 지지 핀으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 밑면과 접촉하는 선단부가 편평하게 또는 라운드 처리된 웨이퍼 지지 핀을 제안한 바 있다. 이 특허에 개시된 지지 핀은 종래의 선단부가 뾰족한 지지 핀에 비해 웨이퍼의 무게에 따른 중력 스트레스를 감소시킬 수 있어 슬립 전위(slip dislocation)를 줄일 수 있지만, 여전히 개선할 점이 있다.
한편, 웨이퍼 지지 핀은 통상 석영 재질로 이루어지는데, 먼저 도 1에 도시된 바와 같은 형상으로 가공한 다음, 표면 특히 웨이퍼와 접촉하는 선단부 표면을 매끄럽게 가공하여 제조한다. 이러한 표면 가공에는, 거칠기가 점차 감소하는 연마 패드와 슬러리를 이용하여 여러 단계에 걸쳐 연삭 또는 연마하는 가공과, 열처리 가공이 포함된다.
특허문헌1:특허제818842호공보
본 발명은 상기와 같은 사정하에 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 열처리 시 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적을 더욱 줄여 지지 핀에 의한 열손실을 최소화하면서도 웨이퍼에 가해지는 중력에 의한 스트레스를 최소화하여 전위 결함의 발생 및 전파를 억제할 수 있는 웨이퍼 지지 핀 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 웨이퍼 지지 핀의 선단부를 편평하게 하거나 라운드 처리하되, 선단부의 표면에 미세 요철들을 형성한다.
즉, 본 발명의 일측면에 따른 웨이퍼 지지 핀은, 웨이퍼의 열처리시 웨이퍼를 밑면에서 지지하는 웨이퍼 지지 핀으로서, 상기 웨이퍼와 접촉하는 선단부가 편평하거나 라운드 처리되어 있고, 적어도 상기 선단부의 표면에 미세 요철들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 선단부의 직경이 0.2~1.5 mm이고, 상기 미세 요철들의 볼록부의 상기 선단부 표면 방향에서의 장경이 2~50 um인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 핀은, 적어도 상기 선단부가 석영 재질 또는 단결정 또는 다결정 실리콘 재질로 이루어진 것이 바람직하다. 웨이퍼 지지 핀의 적어도 선단부가 실리콘 재질로 이루어진 경우, 기계적 강도를 높이기 위해, 상기 단결정 또는 다결정 실리콘에 N 또는 C를 도핑할 수 있다. 또한, 웨이퍼 지지 핀의 내마모성을 높이기 위해, 적어도 상기 선단부를 SiC 또는 Si3N4로 표면 코팅할 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 웨이퍼 지지 핀의 제조 방법은, 웨이퍼의 열처리시 웨이퍼를 밑면에서 지지하는 웨이퍼 지지 핀을 제조하는 방법으로서, (a) 상기 웨이퍼 지지 핀을 구성하는 재료를 가공하여, 일단부가 테이퍼진(tapered) 봉 형상으로서 상기 테이퍼진 일단부의 선단부가 편평하거나 라운드진 형상이 되도록 가공하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 가공을 마친 웨이퍼 지지 핀의 적어도 상기 선단부 표면을 연마하여, 상기 표면이 상기 (a) 단계의 가공을 마친 상태의 표면보다는 매끄럽지만 상기 표면에 미세 요철들이 남도록 연마하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계의 연마를 마친 웨이퍼 지지 핀을 식각 세정액으로 세정하여, 상기 미세 요철들의 뾰족한 돌출부를 제거하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 열처리시 사용하는 웨이퍼 지지 핀의 웨이퍼와 접촉하는 선단부를 라운드 처리하거나 편평하게 함과 동시에 선단부 표면에 미세 요철들을 형성함으로써, 웨이퍼의 중력에 따른 스트레스를 감소시킴과 동시에 웨이퍼와 지지 핀의 선단부가 미세한 점들로 접촉하게 하여 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적을 종래에 비해 현저하게 줄일 수 있다. 따라서, 지지 핀과의 접촉 부위에서의 열 손실과 열적 스트레스를 최소화하여 전위 결함을 효과적으로 억제함으로써 고품질의 열처리 웨이퍼를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 지지 핀 제조 방법에 의하면, 선단부 표면을 매끄럽게 하기 위해 종래에 요구되던 과도한 연마 공정과 열처리 공정이 필요 없어 저렴한 가공 비용으로 웨이퍼의 열처리에 적합한 웨이퍼 지지 핀을 제조할 수 있다.
도 1은 웨이퍼의 열처리에 사용하는 웨이퍼 지지 핀을 도시한 종단면도이다.
도 2는 비교예에 따른 웨이퍼 지지 핀의 측면 사진(a) 및 선단부 표면의 확대 사진(b)이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 지지 핀의 측면 사진(a) 및 선단부 표면의 확대 사진(b)이다.
도 4는 도 2에 도시된 웨이퍼 지지 핀을 사용하여 웨이퍼를 지지하면서 열처리했을 때, 웨이퍼와 지지 핀의 접촉에 의하여 생긴 핀 마크(pin mark)의 확대 사진(a) 및 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 부위에서 발생하여 전파된 전위 결함을 나타낸 웨이퍼의 단면 확대 사진(b)이다.
도 5는 도 3에 도시된 웨이퍼 지지 핀을 사용하여 웨이퍼를 지지하면서 열처리했을 때, 웨이퍼와 지지 핀의 접촉에 의하여 생긴 핀 마크의 확대 사진(a) 및 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 부위에서 발생하여 전파된 전위 결함을 나타낸 웨이퍼의 단면 확대 사진(b)이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 지지 핀 및 그 제조 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 지지 핀의 기본적인 형상은, 도 1에 도시된 특허문헌 1(특허 제818842호)에서의 웨이퍼 지지 핀과 유사하지만, 그 선단부 표면에 미세 요철들이 형성되어 있다는 점에서 다르다. 이러한 미세 요철은 그 크기가 극히 작기 때문에 육안으로는 관찰할 수 없고 현미경에 의해 식별할 수 있을 정도이다. 따라서, 도 1에 도시된 웨이퍼 지지 핀은 특허문헌 1에 의한 웨이퍼 지지 핀을 도시한 도면이지만 동시에 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 핀의 기본 형상을 도시하는 도면이기도 하다.
즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 핀은 도 1에 도시된 바와 같이, 선단부가 라운드 처리되어 있거나 편평하다. 이는 선단부가 뾰족한 종래의 지지 핀에 비해, 웨이퍼의 중력에 의한 스트레스를 줄이기 위해 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적을 증가시켜 하중을 분산시키기 위해서이다.
구체적으로, 도 1의 (a)에 도시된 웨이퍼 지지 핀은, 그 선단부가 라운드 처리되어 있고, 테이퍼진 부분을 가진다. 또한, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니지만, 테이퍼진 부분의 길이(H2)가 2~17 mm이고, 선단부의 라운드 처리된 부분의 직경(φ2)이 0.5~1.5 mm인 것이 바람직하다. 또한, 라운드 처리된 부분의 곡률반경(R1)은 0.7 mm 이상인 것이 바람직하다.
도 1의 (b)에 도시된 웨이퍼 지지 핀은, 그 선단부가 편평하다는 점을 제외하면 도 1의 (a)에 도시된 지지 핀과 유사하다. 즉, 도 1의 (b)에 도시된 지지 핀은 도 1의 (a)에 도시된 지지 핀에서 그 라운드 처리된 부분의 곡률반경(R1)이 무한대인 경우에 해당한다. 한편, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니지만, 도 1의 (b)에 도시된 지지 핀의 선단부의 편평한 부분의 직경(φ3)이 0.2~1.5 mm이고, 테이퍼진 부분의 길이(H3)가 2~17 mm 정도 되는 것이 바람직하다.
한편, 특허문헌 1에 의한 웨이퍼 지지 핀의 선단부 표면은 매우 매끄러운(도 2의 (b) 참조) 반면, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 핀은 선단부 표면이 매끄럽지 않고 미세한 요철들이 형성되어 있다(도 3의 (b) 참조). 이 미세 요철들은 웨이퍼 열처리시 웨이퍼의 밑면과 웨이퍼 지지 핀이 접촉할 때 미세한 점 접촉이 되도록 한다.
즉, 특허문헌 1에 의한 웨이퍼 지지 핀의 경우는 웨이퍼의 밑면과 접촉하는 선단부 표면이 매우 매끄럽게 처리되어 있으므로 웨이퍼의 밑면과 지지 핀의 선단부 표면이 서로 면 접촉하게 된다. 이러한 웨이퍼와 지지 핀의 면 접촉은 웨이퍼의 대구경화에 따라 증가되는 중력 스트레스를 분산시켜 슬립 전위를 억제하는 데에는 효과적이다. 그렇지만, 웨이퍼를 열처리할 때 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 부위에서 발생하는 열 손실에 따른 열적 스트레스는 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적이 넓을수록 크게 되고, 이렇게 증가된 열적 스트레스는 웨이퍼의 슬립 전위를 증가시키게 된다. 또한, 웨이퍼를 특히 고온(예컨대 1200℃ 이상)에서 열처리할 때 웨이퍼는 열 탄성변형이 발생하여 미소하지만 웨이퍼가 휘게 되고, 그에 따라 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적이 일정하지 못하고 불규칙한 산포를 보이게 된다. 이러한 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적의 불규칙한 산포는 슬립 전위를 억제하는 데에 악영향을 끼칠 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적을 줄이고, 웨이퍼가 열 탄성변형을 하더라도 접촉 면적의 변화를 줄여 전위 결함이 억제될 수 있도록 지지 핀의 선단부 표면 형상을 변경하였다. 즉, 웨이퍼와 접촉하는 지지 핀 선단부 표면에 미세 요철들을 형성함으로써 웨이퍼와 지지 핀이 면 접촉이 아닌 미세한 점 접촉들의 합으로서 접촉하게 하는 것이다. 따라서, 면 접촉을 하는 특허문헌 1의 경우에 비해 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적을 현저하게 줄일 수 있고, 웨이퍼가 열 탄성변형하더라도 접촉 면적이 일정하게 할 수 있다. 한편, 웨이퍼와 지지 핀의 접촉 면적을 단순히 줄이는 경우(예컨대 종래의 선단부가 뾰족한 지지 핀의 경우) 웨이퍼의 무게에 따른 중력 스트레스가 증가될 우려가 있다. 그러나, 본 발명의 경우에는 접촉 면적은 줄었지만 다수의 미세 점 접촉들이 이루어지므로 중력에 의한 스트레스가 잘 분산되어 이러한 우려는 해소된다.
구체적으로, 본 발명에 따라 미세 점 접촉들을 실현하는 웨이퍼 지지 핀의 선단부 표면에 형성되는 미세 요철들의 크기, 즉 웨이퍼와 접촉하는 미세 요철들의 볼록부의 표면 방향에서의 장경(도 3의 (b)에서 L)은 수~수십 um, 보다 구체적으로 2~50 um 정도가 적절하다. 이 장경(L)이 2 um 미만이 되면 다음과 같은 이유에서 바람직하지 않다. 먼저, 장경이 2 um 미만인 볼록부가 듬성듬성하게 형성되어 있는 경우에는 볼록부가 매우 뾰족한 것이 되어 웨이퍼의 무게에 따른 중력 스트레스의 분산이 충분하지 못하거나 웨이퍼를 지지할 때 볼록부가 파손되어 오염원이나 또 다른 결함원이 될 수 있고, 장경이 2 um 미만인 볼록부가 빽빽하게 형성되어 있는 경우에는 선단부 표면이 사실상 매끄러운 것과 큰 차이가 없어 다수의 점 접촉이라기보다는 면 접촉에 가까운 상태가 되어 본 발명의 의의가 감소된다. 또한, 장경(L)이 50 um를 넘게 되면 선단부의 직경(도 1의 (b)의 경우 φ3 = 0.2~1.5 mm)을 감안했을 때 사실상 면 접촉에 가깝게 되어 역시 본 발명의 의의가 감소된다.
한편, 미세 요철들의 크기는 균일하게 형성할 수도 있지만, 요철들의 크기가 위와 같은 범위 내에 있다면 반드시 균일할 필요는 없다. 따라서, 균일한 요철들을 형성하기 위하여 고비용의 사진 식각 공정 등을 이용할 필요 없이 연삭이나 연마와 같은 가공에 의해 저렴한 비용으로 웨이퍼 지지 핀을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼 지지 핀은 석영으로 이루어질 수 있고, 단결정 또는 다결정 실리콘 재질로 이루어질 수도 있다. 다만, 웨이퍼 지지 핀의 재질에서 중요한 부분은 웨이퍼와 접촉하는 부분인 선단부이므로, 적어도 선단부(또는 테이퍼진 부분까지)가 상기와 같은 재질로 이루어지면 된다. 또한, 지지 핀을 실리콘으로 제조하는 경우, 기계적 강도를 높이기 위하여 단결정 또는 다결정 실리콘에 N 또는 C를 도핑할 수 있다. 나아가, 지지 핀의 내마모성을 높이기 위해 적어도 선단부를 SiC 또는 Si3N4로 코팅할 수도 있다.
이어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지 핀의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 웨이퍼 지지 핀을 구성하는 재료를 가공하여, 도 1과 같이, 일단부가 테이퍼진 봉 형상으로서 테이퍼진 일단부의 선단부가 편평하거나 라운드진 형상이 되도록 한다. 여기서, 웨이퍼 지지 핀을 구성하는 재료는 석영이나 단결정 또는 다결정 실리콘을 사용할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 실리콘 재질을 사용할 때에는 N 또는 C가 도핑된 단결정 또는 다결정 실리콘을 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 형상과 같이 가공된 웨이퍼 지지 핀의 표면은 상당히 거친 상태로서, 이것을 바로 열처리 공정에 사용하게 되면 이 거친 지지 핀에 접촉하는 웨이퍼에 물리적 결함을 일으키거나 지지 핀 표면에서 부서진 입자들이 웨이퍼에 대하여 오염원이나 또 다른 결함원이 될 수 있다. 따라서, 기본 형상 가공을 마친 웨이퍼 지지 핀의 표면, 적어도 웨이퍼와 접촉하는 선단부 표면을 연삭 또는 연마 가공한다. 이 표면 가공은 거칠기가 점차 감소하는 연삭 숫돌이나 연마 패드를 사용하여(또한, 필요에 따라 연마 슬러리를 공급하면서), 단계적으로 수 차례에 걸쳐 연삭 또는 연마 가공함으로써 이루어진다. 이때, 특허문헌 1에서는 매끄러운 표면 상태를 얻기 위하여 거칠기가 매우 작은 연마 패드를 사용하는 연마 공정을 수 차례에 걸쳐 장시간 수행하게 되지만, 본 발명에서는 연마 공정의 횟수를 특허문헌 1에 비해 줄이고 연마 패드의 거칠기도 특허문헌 1에 비해 큰 연마 패드를 사용함으로써, 선단부 표면에 볼록부의 장경(L)이 2~50 um인 미세 요철들을 남긴다.
이어서, 상술한 연삭이나 연마 가공에 따른 찌꺼기를 제거하고 기계적 표면 결함을 제거하기 위해 웨이퍼 지지 핀을 식각 세정액으로 세정한다. 즉, 상술한 연삭이나 연마 가공 결과 미세 요철들의 크기가 전술한 바와 같은 범위 내로 제어되었지만, 미세 요철들의 일부는 지나치게 뾰족한 돌출부나 모서리를 가질 수 있다. 이렇게 뾰족한 돌출부나 모서리는 웨이퍼와 접촉하여 부서지거나 웨이퍼 표면에 결함을 발생시킬 수 있으므로 뾰족한 돌출부나 모서리는 제거하거나 완만하게 하여야 한다. 이를 위해 식각 세정액을 연마 가공된 웨이퍼 지지 핀에 소정 시간 동안(예컨대 1~5분간) 분사하거나 웨이퍼 지지 핀을 식각 세정액에 소정 시간 동안(예컨대 1~5분간) 담근다. 여기서 식각 세정액이란 식각 기능을 가지는 세정액의 의미로서, 예를 들어, 희석 불산, 희석 질산, 희석 불산에 불화암모늄(NH4F)을 첨가한 BOE(Buffered Oxide Etchant), 암모니아수, 과산화수소 및 초순수를 혼합한 SC1(Standard Cleaning 1) 용액, 염산, 과산화수소 및 초순수를 혼합한 SC2(Standard Cleaning 2) 용액 등을 들 수 있다. 구체적인 식각 세정액의 종류나 그 조성 및 세정 시간은, 웨이퍼 지지 핀의 구성 재료나 거칠기에 따라 적절히 선택하면 된다.
이로써 본 발명에 따른 웨이퍼를 제조할 수 있는데, 웨이퍼 지지 핀의 내마모성을 높이기 위해 적어도 선단부를 SiC 또는 Si3N4로 코팅하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이 SiC 또는 Si3N4 코팅은 예컨대 화학기상증착법에 의해 수행될 수 있다. 이 코팅 공정은 상술한 연삭 및 연마 공정이 끝난 후 식각 세정 공정 전 또는 후에 수행하면 된다.
한편, 종래에는 연삭 및 연마 가공에 의한 기계적 응력을 해소하고 지지 핀 표면을 더욱 매끄럽게 하기 위하여 지지 핀을 열처리하는 공정이 필요하였다. 그러나, 본 발명에서는 지지 핀의 표면을 매끄럽게 하지 않고 상술한 식각 세정 공정에 의해 기계적 결함들이 완화 해소되었기 때문에 웨이퍼 지지 핀에 대한 열처리가 필요 없다.
이어서, 본 발명에 따른 효과를 확인하기 위하여 다음과 같이 웨이퍼 지지 핀을 제조하고, 각 제조된 웨이퍼 지지 핀을 사용하여 웨이퍼 열처리 공정을 진행한 후, 웨이퍼 지지 핀과 웨이퍼의 접촉 면적인 핀 마크(pin mark)를 관찰하고 전위 결함이 전파된 정도를 확인하였다.
먼저, 비교예로서 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 형상의 석영 재질의 웨이퍼 지지 핀을 제조하였다. 구체적으로, 비교예의 웨이퍼 지지 핀은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 선단부 표면이 라운드 처리된 지지 핀으로서 웨이퍼와 접촉하는 선단부 표면의 직경(φ2)을 0.5mm, 곡률 반경(R1)을 1.5mm로 설정하였다. 또한, 웨이퍼와 접촉하는 선단부 표면을 매우 매끄럽게 하기 위하여 통상적인 방법에 따라 연삭 및 연마 공정을 반복적으로 수행하고, 1200℃ 이상의 온도에서 1분간 열처리하였다. 그 결과 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 지지 핀의 선단부 표면은 요철이 없는 매우 매끄러운 상태임을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 지지 핀으로서 도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 형상의 석영 재질의 웨이퍼 지지 핀을 제조하였다. 구체적으로, 실시예의 웨이퍼 지지 핀은 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 선단부 표면이 편평한 지지 핀으로서 웨이퍼와 접촉하는 선단부 표면의 직경(φ3)을 0.5mm로 설정하였다. 또한, 웨이퍼와 접촉하는 선단부 표면에 미세 요철들을 남기기 위해 통상적인 방법에 따라 연삭 및 연마 공정을 반복적으로 수행하되 비교예에 비해 연마 공정의 횟수를 줄였다. 그리고, 불산과 질산을 혼합하여 희석한 용액에 1~5분간 담가 식각 세정하였다. 그 결과 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 지지 핀의 선단부 표면에 미세 요철들이 형성된 웨이퍼 지지 핀을 얻을 수 있었다.
이렇게 제조된 비교예와 실시예의 웨이퍼 지지 핀을 이용하여 각각 3점 지지 방식으로, 동일한 조건에서 실리콘 웨이퍼에 대하여 1100℃ 이상에서 5초 이상 고온 급속 열처리하였다.
웨이퍼의 열처리를 마친 후, 지지 핀과 접촉했던 웨이퍼 밑면에 대해 라이트 에칭(Wright Etching)액으로 5분간 에칭하여 지지 핀에 의한 핀 마크를 관찰하였다. 그 결과, 비교예의 지지 핀을 이용한 경우, 도 4의 (a)에 도시된 것처럼 웨이퍼와 지지 핀이 실질적으로 면 접촉하고 그 접촉 면적도 상당히 넓은 반면, 실시예의 지지 핀을 이용한 경우, 도 5의 (a)에 도시된 것처럼 웨이퍼와 지지 핀의 접촉이 미세한 점 접촉들의 합으로서 나타나고 접촉 면적도 비교예에 비해 현저하게 감소되었음을 확인할 수 있었다.
또한, 지지 핀의 접촉 부위에서 웨이퍼를 수직으로 잘라 그 단면을 라이트 에칭액으로 5분간 에칭하여 전위 결함의 전파 정도(도 4 및 도 5에서 Ha, Hb)를 관찰하였다. 그 결과, 비교예의 지지 핀을 이용한 경우, 도 4의 (b)에 도시된 것처럼 전위 결함이 웨이퍼의 거의 전체 두께(약 750 um)에 걸쳐 전파된 반면(Ha 참조), 실시예의 지지 핀을 이용한 경우, 도 5의 (b)에 도시된 것처럼 전위 결함의 전파 정도(Hb)가 약 300 um 미만으로 현저하게 감소함을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예의 경우는 반도체 소자가 형성되는 웨이퍼 표면 근방까지 전위 결함이 전파되었지만, 본 발명의 실시예에 따르면 웨이퍼 표면으로부터 약 450 um 깊이까지 전위 결함이 없는 웨이퍼를 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼의 열처리시 웨이퍼를 밑면에서 지지하는 웨이퍼 지지 핀에 있어서,
    상기 웨이퍼와 접촉하는 선단부가 편평하거나 라운드 처리되어 있고,
    적어도 상기 선단부의 표면에 미세 요철들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선단부의 직경이 0.2~1.5 mm이고,
    상기 미세 요철들의 볼록부의 상기 선단부 표면 방향에서의 장경이 2~50 um인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 선단부 아래쪽은 그 직경이 점점 커지는 테이퍼진(tapered) 형상을 가지며, 상기 테이퍼진 부분의 길이가 2~17 mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선단부 표면의 곡률반경이 0.7 mm 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 선단부가 석영 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 선단부가 단결정 또는 다결정 실리콘 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단결정 또는 다결정 실리콘에는 N 또는 C가 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 선단부가 SiC 또는 Si3N4로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀.
  9. 웨이퍼의 열처리시 웨이퍼를 밑면에서 지지하는 웨이퍼 지지 핀을 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 웨이퍼 지지 핀을 구성하는 재료를 가공하여, 일단부가 테이퍼진 봉 형상으로서 상기 테이퍼진 일단부의 선단부가 편평하거나 라운드진 형상이 되도록 가공하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계의 가공을 마친 웨이퍼 지지 핀의 적어도 상기 선단부 표면을 연마하여, 상기 표면이 상기 (a) 단계의 가공을 마친 상태의 표면보다는 매끄럽지만 상기 표면에 미세 요철들이 남도록 연마하는 단계; 및
    (c) 상기 (b) 단계의 연마를 마친 웨이퍼 지지 핀을 식각 세정액으로 세정하여, 상기 미세 요철들의 뾰족한 돌출부를 제거하는 단계;를 포함하는 웨이퍼 지지 핀 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서는 상기 선단부의 직경이 0.2~1.5 mm가 되도록 가공하고,
    상기 (b) 단계에서는, 미세 요철들의 볼록부의 상기 선단부 표면 방향에서의 장경이 2~50 um가 되도록 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 핀을 구성하는 재료가 석영인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀 제조 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 핀을 구성하는 재료가 단결정 또는 다결정 실리콘인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 핀을 구성하는 재료에 N 또는 C가 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀 제조 방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    적어도 상기 선단부를 SiC 또는 Si3N4로 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 지지 핀 제조 방법.
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