KR100816180B1

KR100816180B1 - 반도체 기판용 열처리 치구 및 반도체 기판의 열처리 방법

Info

Publication number: KR100816180B1
Application number: KR1020067008736A
Authority: KR
Inventors: 나오시 아다치; 가즈시 요시다; 요시로 아오키
Original assignee: 가부시키가이샤 섬코
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2008-03-21
Anticipated expiration: 2024-02-02
Also published as: WO2005045917A1; JPWO2005045917A1; EP1681716A1; EP1681716A4; TW200516673A; JP4622859B2; EP1681716B1; US20050098877A1; KR20060086372A; US7329947B2; TWI242248B

Abstract

본 발명의 반도체 기판용 열처리 치구에 따르면, 반도체 기판과 직접 접촉하여 지지하는 실리콘 재료로 구성되는 제1 치구와, 이 제1 치구를 유지함과 동시에 열처리 보트에 재치하기 위한 제2 치구(홀더)로 이루어지는 2분할 구조로 구성하고, 또한 치구 재료의 최적화를 도모함과 동시에, 표면 조도와 표면 평탄도를 규정함으로써, 열처리 시에 반도체 기판의 특정 개소로의 응력 집중을 억제하여, 치구의 변형을 저감할 수 있다. 이에 따라, 자중 응력이 큰 반도체 웨이퍼를 열처리하는 경우, 또 열응력이 큰 조건에서 열처리하는 경우라도, 슬립의 발생을 유효하게 방지할 수 있어, 안정된 반도체 기판용 열처리로서 널리 적용할 수 있다.

Description

반도체 기판용 열처리 치구 및 반도체 기판의 열처리 방법{JIG FOR HEAT TREATING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND METHOD FOR HEAT TREATING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}

본 발명은, 종형(從型) 열처리로(爐)의 열처리 보트에 이용되는 열처리 치구 및 열처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체 기판을 고온에서 열처리할 때에, 결정 결함으로서 발생하는 슬립(slip)을 억제할 수 있는 반도체 기판용 열처리 치구, 및 이를 이용한 열처리 방법에 관한 것이다.

LSI 디바이스 제조 프로세스로 처리되는 반도체 기판은, 산화, 확산 및 성막 등의 공정에서, 고온의 열처리를 반복하여 제조된다. 이 열처리 시에, 반도체 기판의 면내에 불균일한 온도 분포가 발생하면, 그에 수반하여 반도체 기판에 열응력이 발생한다.

한편, 반도체 기판의 지지 방법에 따라서는, 웨이퍼(기판) 중량에 기인하여 발생하는 응력(이하, 간단히「자중 응력」이라 한다)이 발생한다. 종래의 열처리용 보트에서는, 실리콘 기판의 외측 둘레부만을 지지하는 방식인 경우에는, 직경 300mm의 반도체 기판을 열처리하면 자중 응력의 발생이 현저하여, 사용하는 것이 곤란하게 된다.

상기한 열응력이나 자중 응력은, 열처리에 있어서 반도체 기판 중에 슬립이라고 불리는 결정 결함을 일으킨다는 것을 알고 있다. 슬립은 LSI 디바이스의 리크 전류의 증가나 반도체 기판 평탄성의 열화의 원인이 된다. 반도체 기판의 품질 특성을 확보하는 데에는, 슬립의 발생을 억제하기 위해, 이들 열응력이나 자중 응력을 저감시키는 것이 중요하다.

반도체 기판의 열처리 시에, 종형 열처리로는 설치 스페이스를 작게 할 수 있어, 대직경의 반도체 기판을 다량으로 열처리하는 데에 적합하기 때문에, 반도체 기판의 각종 열처리에 이용되는 장치로서 채용되고 있다.

도 1은 종형 열처리로에 이용되는 반도체 기판용 열처리 보트의 구성예를 도시하는 도면이다. 열처리 보트(1)는, 3개 이상의 지주(支柱)(3)와 이 지주(3)를 상하 위치에서 고정하는 상부 천판(5), 및 하부 천판(6)으로 구성되어 있으며, 개구부(2)가 설치되어 있다. 상기 지주(3)에는 기판 지지부(4)가 배열 설치되고, 개구부(2) 측으로부터 반도체 기판을 기판 지지부(4)에 재치한 후, 종형 열처리로에 삽입되어 소정의 열처리가 이루어진다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 열처리 보트(1)는, 이간 배치된 상하 한 쌍의 천판(5, 6)과, 이들을 연결하는 복수 라인의 지주(3)로 구성되기 때문에, 반도체 기판을 기판 지지부(4)에 재치하거나, 또는 취출하기 위한 개구부(2)를 설치하는 것이 필요하다. 따라서, 통상, 개구부(2) 측에 설치되는 2개의 지주(3)는, 반도체 기판의 재치 또는 취출을 용이하게 할 수 있으므로, 반도체 기판의 직경에 상당하는 정도로 이간되게 배치된다.

소구경(小口徑)의 반도체 기판의 열처리 시에는, 상기 도 1에 도시한 열처리 보트(1)를 이용하여, 기판 이면의 외측 둘레부를 3점 또는 4점 정도의 복수 점에서 지지하는 방식이 널리 사용되어 왔다. 그러나, 최근의 반도체 기판의 대(大)구경화에 수반하여, 발생하는 자중 응력이 대폭 증대하게 되면, 상기 도 1에 도시한 열처리 보트(1)를 이용하여 기판 이면의 외측 둘레부를 3점 또는 4점 정도에서 지지하는 방식에서는,지지 위치에서의 자중 응력의 증대에 맞추어, 자중 응력의 불균일 분포가 촉진되어, 슬립의 발생이 현저하게 된다.

이 때문에, 최근에는, 반도체 기판의 대구경화에 수반하는 슬립의 발생을 저감하기 위해, 반도체 기판의 이면 내부를 복수 점에서 지지하는 치구, 또는 반도체 기판과 링 형상으로 선접촉 혹은 면접촉으로 지지하는 치구가 개발되어 실용화되고 있다.

실용화된 반도체 기판의 이면 내부를 지지하는 치구를 이용함으로써, 반도체 기판을 열처리할 때에 발생하는 슬립을 저감시킬 수 있다. 그러나, 이들 접촉 방식을 변경시킨 구조를 갖는 열처리 치구를 사용함으로써, 정밀도 있게 슬립을 저감시키기 때문에, 새로운 문제가 발생한다.

예를 들면, 반도체 기판의 이면과 지지 치구가 접착함으로써, 반도체 기판 및 지지 치구 각각의 변형이 구속되기 때문에, 열응력 또는 자중 응력을 상회하는 정도의 큰 응력이 새롭게 반도체 기판에 부가되는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 새롭게 부가되는 응력이 슬립 발생의 원인이 된다.

새로운 슬립 발생의 원인으로서, 열처리 치구 자체의 가공 정밀도에 기인하 는 것이 있으며, 특히, 반도체 기판의 이면과 지지 치구가 접촉하는 영역에서의 표면의 평탄도와 표면 조도에 크게 의존하고 있다.

통상, 고온 열처리에 사용되는 열처리 치구는, 실리콘 카바이드로 제작되어 있다. 이 때문에, 반도체 기판과 지지 치구가 접촉하는 영역에서의 평탄도는 200㎛ 이하이고, 치구 표면은 국부적으로 표면 요철부가 집합한 구조로 되어 있다.

그래서, 본 발명자들은, 두께 1mm 미만의 실리콘 카바이드제의 홀더를 설치하여, 그 위에 반도체 기판보다 소직경인 실리콘 또는 실리콘 카바이드로 이루어진 링 또는 원판 치구를 적재하고, 또한 그 위에 반도체 기판을 재치하여 열처리를 행하는 방법을 제안하고 있다(일본국 특개 2001-358086호 공보, 참조).

마찬가지로, 본 발명자들은, 기상 성장법에 이용되는 실리콘 카바이드제의 열처리 치구 상에, 반도체 기판 이면의 중심부를 지지하기 위한 중앙 돌기부와 이 기판 이면을 지지하기 위한 적어도 1개의 원호부를 배치하고, 반도체 기판과 접촉하는 중앙 돌기부와 원호부 접촉면의 전체 또는 일부에 캡핑 부재를 배치한 열처리 치구를 개시하고 있다(일본국 특개2003-037112호 공보, 참조).

한편, 본 발명자들이 이루어낸 것은 아니지만, 일본국 특개평9-199438호 공보나 일본국 특개평10-270369호 공보에서는, 원판 형상 또는 링 형상을 구비한 지지 치구를 이용하여, 이들 지지 치구에 실리콘 기판을 재치하여 열처리하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이들 공보에는, 원판 형상 또는 링 형상의 지지 치구의 평탄도나 요철부의 집합체에 관한 기재가 없다.

상술한 일본국 특개2001-358086호 공보에서 제안된 열처리 방법에서는, SIMOX 기판의 열처리와 같은 처리 온도가 1300℃를 넘고, 유지 시간이 10시간보다 길어지는 초고온의 열처리 조건이 되면, 홀더를 구성하는 실리콘 카바이드 자체의 강도가 약해진다. 이 때문에, 홀더의 두께는 1mm 미만으로, 휨을 억제할 수 없어, 홀더가 지지하는 링 또는 원판 치구에도, 마찬가지로 휨이 발생한다. 그리고, 최종적으로, 반도체 기판에도 슬립이 발생한다.

상술한 바와 같이, 반도체 기판에 슬립이 발생하는 것은, 초고온의 열처리 조건 하에서의 실리콘 카바이드제의 홀더의 강도 부족, 또한 홀더가 유지하는 링 또는 원판 치구의 강도 부족에 기인한 것이다. 또, 반도체 기판과의 접촉 조건에 따라서는, 소직경 원판 또는 링 치구와 반도체 기판과의 접촉면에서의 접착도 견고하게 되어, 국소적인 접착에 기인한 슬립도 발생한다.

일본국 특개2003-037112호 공보에서 개시하는 치구를 이용하여, 홀더 상의 원호 높이와 중앙 돌기부의 높이를 정밀도 있게 제작하더라도, 고온 열처리 시에 발생하는 홀더의 휨에 의하여, 홀더 상의 원호 높이와 중앙 돌기부의 높이에 오차가 발생하여, 슬립을 저감시키는 것은 곤란하게 된다.

고온 열처리 시에 발생하는 오차를 저감하기 위해, 소결 실리콘 카바이드로부터 두꺼운 홀더를 깎아내어, 휨이 쉽게 발생하지 않는 중앙 돌기부와 원호부를 제작하는 것도 검토할 수 있지만, 제조 비용이 증가하여, 공업적 양산에 적용할 수 있는 것은 아니다.

또, 일본국 특개평9-199438호 공보나 일본국 특개평10-270369호 공보 등에 기재되는 원판 형상 또는 링 형상의 지지 치구를 이용하더라도, 초고온의 열처리 조건이 되면, 반도체 기판에 슬립이 발생해 있다.

이와 같이, 단순히 원판 형상 또는 링 형상의 지지 치구를 이용함으로써는, 열처리에 수반하여 발생하는 슬립을 억제하지는 못한다.

본 발명은, 상술한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 종형 열처리로의 열처리 보트를 이용하여 반도체 기판을 열처리하는 경우에, 반도체 기판에 부가되는 응력을 저감하여, 슬립의 발생을 억제할 수 있는, 반도체 기판용 열처리 치구 및 이를 이용한 반도체 기판의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 여러 가지 검토한 결과, 종형 열처리로의 열처리 보트에 이용하여 열처리를 행하는 경우에, 열처리 보트에 재치되는 열처리 치구를, 반도체 기판과 직접 접촉하여 지지하는 제1 치구와, 이 제1 치구를 유지함과 동시에 열처리 보트에 재치하는 제2 치구(이하, 간단히「홀더」라고 한다)로 구성하는 것이 유효하다는 것에 착안하였다.

또한, 검토를 추진하여, 치구 재료의 최적화로서, 제1 치구는 실리콘 재료로 구성하고, 홀더는 고온 강도에 강한 재료, 예를 들면, 실리콘 카바이드를 이용하는 것을 필수로 하고, 또한, 이들 제1 치구 및 홀더의 표면 조도와 표면 평탄도를 규정하는 것이 바람직하다는 것을 지견하였다.

실리콘 재료로 이루어진 제1 치구는, 반도체 기판과 직접 접촉하여 지지하는 영역 표면의 평탄도를 100㎛ 이하, 바람직하게는 50㎛ 이하로 함으로써, 안정되게 반도체 기판을 지지할 수 있다. 표면 평탄도가 100㎛을 초과하게 되면, 반도체 기판과의 접촉이 점접촉이 되기 쉬워, 슬립이 발생하기 쉽게 된다.

본 발명에서 규정하는 평탄도는, JIS B 0621에 규정하는 평탄도를 이용하기로 한다.

제1 치구의 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역에서의 두께는, 0.5mm∼10mm로 하고, 바람직하게는 0.7mm∼5.0mm로 한다. 두께가 0.5mm 미만에서는 치구의 가공 시에 파손이 빈발하여, 치구 제작 시의 수율 저하가 커지게 됨과 동시에, 홀더의 평탄도에 크게 영향을 받는다. 한편, 두께가 10mm를 초과하면, 열처리 보트당 재치할 수 있는 반도체 기판의 매수가 감소하여, 열처리의 생산성을 저하시키게 된다.

제1 치구에서의 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역에서의 표면 조도는, 0.02㎛∼10㎛로 하고, 바람직하게는 5.0㎛ 이하로 한다. 표면 조도가 0.02㎛ 미만이면, 반도체 기판과 접착하기 쉽고, 10㎛보다 큰 경우에는, 표면 조도를 확보하기 위한 블래스트 처리 시에 치구가 파손될 우려가 있다.

제1 치구에서는, 홀더와 접촉하는 영역에서도, 표면 조도를 0.02㎛∼10㎛로 하고, 바람직하게는 5.0㎛ 이하로 하는 것이 좋다. 상기 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역에서의 표면 조도의 경우와 동일한 이유에 기인한다.

본 발명에서 규정하는 표면 조도는, JIS B 0601에 규정하는 중심선 평균 조도(Ra)로 표시하고 있다.

제1 치구의 구조는, 원판 형상 또는 링 형상 등으로 이루어지고, 반도체 기판을 안정되게 지지할 수 있는 구조이면, 어떠한 구조라도 적용할 수 있다. 링 형상 또는 말발굽 형상으로 이루어진 치구 구조의 경우에는, 반도체 기판과 접촉하는 치구의 폭, 즉, 링 폭 또는 말발굽 폭은 0.5mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또, 제1 치구에서는, 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역 표면에 실리콘 카바이드막, 산화막, 또는 다결정 실리콘막 중 어느 하나를 형성함으로써, 슬립 저감을 도모할 수 있다.

홀더와 제1 치구가 직접 접촉하는 영역 표면의 평탄도는, 200㎛ 이하, 바람직하게는 1OO㎛ 이하로 함으로써, 안정되게 제1 치구를 유지할 수 있다. 즉, 홀더의 평탄도를 200㎛ 이하로 함으로써, 고온 열처리 중에 제1 치구가 홀더의 평탄도에 따라 소성 변형되는 것을 방지할 수 있다.

홀더에서의 제1 치구와 직접 접촉하는 영역에서의 두께는, 0.5mm∼10mm로 한다. 두께가 0.5mm 미만이면, 홀더의 평탄도를 정밀도 있게 가공할 수 없으며, 한편, 두께가 1Omm를 초과하면, 열처리 보트 내의 열용량이 증가하여, 가열 효율의 열화나 열처리 보트에 재치할 수 있는 반도체 기판의 매수가 감소한다.

홀더에서의 제1 치구와 직접 접촉하는 영역에서의 표면 조도는, 실리콘 재료로 이루어진 제1 치구와의 접착을 방지하기 위해, 0.02㎛∼10㎛로 하는 것이 바람직하다.

홀더가 채용하는 재료는, 사용하는 열처리 온도에 따라서 선택할 수 있다. 예를 들면, 1000℃ 이상에서 반복해서 열처리를 행하는 경우에는, 실리콘 카바이드 등을 채용하면 되고, 1000℃ 이하에서 열처리를 행하는 경우에는, 석영, 실리콘 재료 등을 채용하면 된다.

홀더의 구조는, 열처리 치구가 안정된 구조이면, 어떠한 구조도 적용할 수 있다. 예를 들면, 홀더의 열용량을 저감하기 위해, 링 구조로 하는 것도, 스폿 페이싱(spot facing) 구조로 하는 것도 가능하다.

또한, 열처리 치구를 장기적으로 안정되게 사용하기 위해서는, 홀더의 두께가 0.5mm∼1.0mm로 얇은 경우에는, 홀더가 지지하는 제1 치구의 두께를 1.Omm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 홀더의 두께가 1.Omm를 초과하는 경우에는, 홀더가 지지하는 제1 치구의 두께를 0.5mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상술한 구성을 채용함으로써, 본 발명의 반도체 기판용 열처리 치구는, 반도체 기판과 직접 접촉하여 지지하는 실리콘 재료로 구성되는 제1 치구와, 이 제1 치구를 유지함과 동시에 열처리 보트에 재치하기 위한 제2 치구(홀더)로 이루어진 2분할 구조로 구성된다. 이 구성에 의해, 이하에 설명하는 바와 같이, 반도체 기판에 발생하는 슬립을 효율적으로 억제할 수 있다.

예를 들면, 직경 300mm의 반도체 실리콘 기판을 종형 열처리로에 복수매 투입하여, 열처리하는 경우에, 직경 320mm의 실리콘 카바이드제의 홀더 상에, 직경 200mm의 단결정 실리콘 재료로 이루어진 원판 형상의 제1 치구를 재치하고, 그 위에 반도체 실리콘 기판을 탑재한 경우를 고찰한다.

열처리에 있어서, 홀더보다 소직경인 원판 형상의 제1 치구의 면내 온도차는, 홀더의 면내 온도차에 비해 작게 된다. 이 때문에, 반도체 실리콘 기판에 부가되는 열응력은, 원판 형상의 제1 치구를 설치함으로써 경감된다. 또한, 제1 치구는 단결정 실리콘 재료로 제작되어 있기 때문에, 반도체 실리콘 기판의 열팽창 계수도 동일하여, 열처리 중의 변형에 대해서도 유리하게 작용한다.

반도체 실리콘 기판의 이면과 제1 치구 사이에서 국소적인 접착이 발생한 경우, 상술한 바와 같이, 2분할 구조로 구성되어 있기 때문에, 홀더와 제1 치구 사이에서는 서로의 구속력이 작용하지 않아, 반도체 실리콘 기판은 팽창 계수가 다른 홀더의 영향을 받는 일이 없다.

바꾸어 말하면, 열처리에 있어서 반도체 실리콘 기판이 영향을 받는 것은, 열팽창 계수가 동일한 제1 치구뿐이며, 접착 영역에서 부가되는 응력을 저감할 수 있어, 슬립의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 반도체 실리콘 기판과 제1 치구에서는, 강도 면에서도 동등한 재료이기 때문에, 접촉 영역에서의 손상이나 피해가 쉽게 발생하지 않게 되며, 이러한 점에서 볼 때도, 슬립의 발생을 억제하는 효과를 발휘한다.

본 발명의 반도체 기판용 열처리 치구에서는, 반도체 실리콘 기판과 동일한 직경, 또는 큰 직경으로 구성된 제1 치구를 채용하더라도, 2분할 구조에 의한 효과를 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 열팽창 계수 및 강도가 동일한 것에 추가하여, 반도체 실리콘 기판을 재치하는 치구가 분할되어 있기 때문에, 열처리 치구에 있어서의 두께 방향에서의 온도차는, 일체 구조의 그것에 비해, 보다 저감해 있으며, 홀더 및 제1 치구의 변형을 저감할 수 있는 것에 기인한다.

본 발명의 반도체 기판용 열처리 치구에 따르면, 실리콘 재료를 이용한 제1 치구의 최적화를 행함과 동시에, 이를 지지하는 홀더 자체도 최적화함으로써, SIMOX 열처리와 같은 초고온의 열처리 조건 하에서도 안정되게 사용할 수 있으며, 또 반도체 실리콘 기판에 발생하는 슬립을 저감할 수 있다.

열처리로가 비산화성 분위기, 예를 들면, 수소 가스 분위기나 아르곤 가스 분위기이고, 1000℃ 이상에서 장시간의 열처리를 행하는 경우에는, 실리콘 재료끼리의 강력한 접착을 방지하기 위해, 제1 치구의 표면에 산화막, 질화막, 또는 실리콘 카바이드막을 형성하는 것이 유효하다. 또, 열처리로가 산화 분위기라 하더라도, 마찬가지로, 표면에 막을 형성해도 되고, 막을 형성하지 않고 그대로 사용해도 된다.

열처리 시에, 반도체 실리콘 기판의 특정 위치에 슬립이 발생하는 경우에는, 그 특정 위치에 대응하는 제1 치구의 표면을 실리콘 재료 및 실리콘 카바이드 재료 등을 이용하여, 국소적으로 연삭 또는 연마함으로써, 슬립의 발생을 억제할 수 있다.

반도체 실리콘 기판과 제1 치구에 접착이 발생하면, 반도체 실리콘 기판의 일부가 박리되고, 제1 치구 표면에 고착되어 슬립의 원인이 되지만, 국소적으로 연삭 또는 연마함으로써, 제1 치구 표면에 고착된 박리물을 제거되어, 슬립의 원인을 해소할 수 있다.

상기의 구성을 채용함으로써, 본 발명의 반도체 기판용 열처리 치구에 따르면, 자중 응력이 큰 직경 300mm의 반도체 웨이퍼를 고온에서 열처리하는 경우라 하더라도, 결정 결함으로서 발생하는 슬립을 효율적으로 방지할 수 있다.

도 1은 종형 열처리로에 이용되는 반도체 기판용 열처리 보트의 구성예를 도 시한 도면,

도 2는 본 발명의 제1예인 열처리 치구(10)의 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 제2예인 열처리 치구(20)의 구성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 제3예인 열처리 치구(30)의 구성을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 제4예인 열처리 치구(40)의 구성을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 제5예인 열처리 치구(50)의 구성을 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 제6예인 열처리 치구(60)의 구성을 도시한 도면,

도 8은 본 발명의 제7예인 열처리 치구(70)의 구성을 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 제8예인 열처리 치구(80)의 구성을 도시한 도면,

도 10은 본 발명의 제9예인 열처리 치구(90)의 구성을 도시한 도면,

도 11은 상기 도 2에 도시한 열처리 치구(10)의 홀더(11)를 사용하지만, 실리콘 단결정으로 이루어진 링(21)을 사용하지 않는 비교예 1의 구성을 도시한 도면,

도 12는, 상기 도 3에 도시한 열처리 치구(20)의 홀더(12)를 사용하지만, 실리콘 단결정으로 이루어진 링(22)을 사용하지 않는 비교예 2의 구성을 도시한 도면,

도 13은, 상기 도 4에 도시한 열처리 치구(30)의 홀더(13)를 사용하지만, 실리콘 단결정으로 이루어진 링(23)을 사용하지 않는 비교예 3의 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 종형 열처리로의 열처리 보트에 재치되는 반도체 기판용 열처리 치구의 실시 형태를, 도면을 이용하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은, 이들 구체예에 한정되는 것은 아니다.

이하의 본 발명예 및 비교예에서 공시한 기판은, 모두 직경 300mm의 반도체용 실리콘으로 하였다. 이때의 열처리 조건은, 산소 50% 분위기에서 실온에서부터 승온 개시, 1320℃에서 15시간 유지한 후, 실온까지 승온시켰다. 열처리 후의 반도체 실리콘 기판은, 표면 결함 평가 장치(마경(魔境) 및 X선)에 의해 슬립을 관찰하였다. 모든 조건에 대해, 재현성을 확인하기 위하여 2∼3회의 조사를 실시하였다.

(본 발명예)

본 발명예에서는, 도 2∼도 10을 이용하여, 9종류의 열처리 치구(10∼90)의 구성을 설명한다.

도 2는, 본 발명의 제1예인 열처리 치구(10)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(10)에 이용되는 홀더(11)는, 기상 성장법에 의해 제작한 실리콘 카바이드제이며, 링 구조부(11a)를 구비하고 있다.

홀더(11)는 직경(Hd) 320mm, 두께(Ht) 1.3mm이고, 링 구조부(11a)는 직경(Hrd) 220mm, 높이(Hrh) 3.5mm, 폭(Hrw) 1.2mm이다. 홀더(11)의 링 구조부(11a)는, 표면 조도가 1.6㎛, 평탄도가 185㎛ 및 20㎛가 되도록 표면 가공을 행하였다.

다음에, 링 구조부(11a)에 실리콘 단결정으로 이루어진 링(21)을 재치하였다. 링(21)은, 외경(Rd) 223mm 및 링 폭(Rw) 1.5mm으로 하고, 두께(Rt)를 0.5mm, 0.7mm, 1.0mm, 2.0mm, 5.0mm 및 10.0mm으로 변화시켰다.

또, 링(21)이 반도체 실리콘 기판(8) 및 링 구조부(11a)와 접하는 영역에서는, 평탄도 30㎛∼35㎛, 표면 조도 0.7㎛∼1.6㎛로 가공하였다.

도 2에 도시하는 바와 같이 홀더(11)에 링(21)을 재치한 2분할 구조로 이루어진 열처리 치구(10)에 실리콘 기판(8)을 재치하고, 그 홀더(11)를 열처리 보트에 탑재하여, 종형 열처리로(도시하지 않음)에 투입하여 열처리를 행하였다.

상기의 조건에서 열처리한 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 링 구조부의 평탄도가 185㎛인 홀더(11)에 재치한 반도체 실리콘 기판(8)은, 링(21)의 두께가 0.5mm인 것에서는 큰 슬립이 3개 발생해 있었다.

그러나, 링(21)의 두께가 0.7mm∼2.0mm인 경우에는, 두께에 의한 의존성이 없고, 재현 테스트의 결과, 슬립의 발생이 없거나, 또는 1∼3개 정도의 미세한 슬립의 발생이 있었다.

다음에, 링 구조부의 평탄도가 20㎛의 홀더(11)는, 평탄도 185㎛의 홀더(11)의 결과와 거의 동등한 결과였지만, 링(21)의 두께가 0.5mm인 경우에 발생하는 슬립은 저감하는 경향에 있었다.

따라서, 슬립은 홀더 평탄도에 영향을 받기 쉬워, 링(21)의 두께가 얇은 경우에는, 슬립 발생으로의 영향은 커진다는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2예인 열처리 치구(20)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(20)에 이용되는 홀더(12)는, 기상 성장법에 의해 제작한 실리콘 카바이드제이며, 링 구조부(12a)를 구비하고 있다.

홀더(12)는 직경(Hd) 320mm, 두께(Ht) 1.5mm이고, 링 구조부(12a)는 높이(Hrh) 2.0mm, 외경(Hrd) 285mm, 내경(Hid) 203mm이며, 폭(Hrw) 41mm를 갖고 있다. 홀더(12)의 링 구조부(12a)를 평탄도 40㎛, 표면 조도 1.6㎛가 되도록 표면 가공을 행하였다.

이 링 구조부(12a)에 실리콘 단결정으로 이루어진 외경(Rd) 223mm 및 두께(Rt) 2.0mm이고, 폭(Rw)을 0.5mm, 0.8mm 및 1.5mm로 변화시킨 링(22)을 재치하였다.

또, 링(22)이 반도체 실리콘 기판(8) 및 홀더(12)의 링 구조부(12a)와 접하는 부분의 평탄도가 20㎛∼35㎛, 표면 조도 1.6㎛로 표면 가공하였다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 이와 같이 홀더(12)에 링(22)을 재치한 2분할 구조로 이루어진 열처리 치구(20)에 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

마찬가지로, 열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 슬립의 발생은 홀더에 재치한 링의 폭에 의존하지 않고, 재현 테스트의 결과에서 볼 때도, 슬립의 발생이 없거나, 또는 미세한 슬립이 1∼2개 발생했을 뿐이었다.

이로부터, 적어도 반도체 실리콘 기판을 지지하는 링 폭은 0.5mm이면 된다는 것을 알 수 있다.

도 4는, 본 발명의 제3예인 열처리 치구(30)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(30)에 이용되는 홀더(13)는, 소결 실리콘 카바이드제이며, 원판 구조부 (13a)를 구비하고 있다.

홀더(13)는 직경(Hd) 320mm, 두께(Ht) 1.25mm이고, 원판 구조부(13a)는 직경(Hrd) 285mm, 높이(Hrh) 0.75mm이다. 홀더(13)의 원판 구조부(13a)는, 평탄도 20㎛, 표면 조도 1.5㎛가 되도록 표면 가공을 행하였다.

이 원판 구조부(13a)에 실리콘 단결정으로 이루어진 외경(Rd) 228mm이고 내경(Rid)이 152mm, 두께(Rt) 2.0mm의 링(23)을 재치하였다.

또, 링(23)이 반도체 실리콘 기판(8) 및 홀더(13)의 원판 구조부(13a)와 접하는 부분의 평탄도가 20㎛, 표면 조도 1.6㎛∼1.7㎛가 되도록 표면 가공하였다.

도 4에 도시하는 바와 같이 홀더(13)에 링(23)을 재치한 2중 구조로 이루어진 열처리 치구(30)에 300mm 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트(1)에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

열처리 후 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 열처리 치구(20)의 경우와 동일하게, 슬립은 홀더에 재치한 링의 폭에 의존하지 않고, 재현 테스트의 결과에서도, 슬립의 발생이 없거나, 또는 미세한 슬립이 1∼2개 발생해 있었을 뿐이었다.

도 5는, 본 발명의 제4예인 열처리 치구(40)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(40)에 이용되는 홀더(13)는, 소결 실리콘 카바이드제이며, 원판 구조부(13a)를 구비하고 있다.

홀더(13)는 직경(Hd) 320mm, 두께(Ht) 1.25mm이고, 원판 구조부(13a)는 직경(Hrd) 285mm, 높이(Hrh) 0.75mm이다. 홀더(13)의 원판 구조부(13a)는, 평탄도 20 ㎛, 표면 조도 1.5㎛가 되도록 표면 가공을 행하였다. 이 원판 구조부(13a)에, 실리콘 단결정으로 이루어진 직경(Rd) 223mm, 두께(Rt) 2mm의 원판(24)을 재치하였다. 이 원판(24)은, 반도체 실리콘 기판(8) 및 홀더(13)의 원판 구조부(13a)와 접하는 부분의 평탄도가 30㎛, 표면 조도 1.5㎛로 하였다.

이 원판(24)과 홀더(13)로 이루어진 열처리 치구(40)의 위에 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 원판 형상 구조인 열처리 치구(40)라 하더라도, 열처리 치구(20)의 경우와 동일하게, 슬립의 발생이 없거나, 또는 미세한 슬립이 1∼2개 발생해 있었을 뿐이었다.

도 6은, 본 발명의 제5예인 열처리 치구(50)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(50)에 이용되는 홀더(13)는, 소결 실리콘 카바이드제이며, 원판 구조부(13a)를 구비하고 있다.

이 원판 구조부(13a)에, 실리콘 단결정으로 이루어진 외경(Rd) 230mm, 내경(Ri) 220mm의 외측 둘레 링, 또한 내측에 외경(Rid) 90mm, 내경(Rii) 80mm의 내측 둘레 링을 구비하는 두께(Rt) 3mm의 2중 구조 링(25)을 재치하였다.

이 2중 구조 링(25)은, 반도체 실리콘 기판(8) 및 홀더(13)의 원판 구조부 (13a)와 접하는 부분의 평탄도 25㎛, 표면 조도 1.3㎛로 하였다.

이 2중 구조 링(25)과 홀더(13)로 이루어진 열처리 치구(50)에 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 일체형 2중 구조 링으로 이루어진 열처리 치구(50)라 하더라도, 열처리 치구(20)의 경우와 마찬가지로, 슬립의 발생이 없거나, 또는 미세한 슬립이 1∼2개 발생해 있었을 뿐이었다.

도 7은, 본 발명의 제6예인 열처리 치구(60)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(60)에서는, 상기 도 5에 도시한 열처리 치구(40)에서 사용한 단결정 실리콘으로 이루어진 원판(24)을 처리한 실리콘 카바이드막이 부착된 원판(26)을 이용하고 있다.

이 실리콘 카바이드막이 부착된 원판(26)은, 상기 도 5에 도시한 원판(24)의 표면에 기상 성장법에 의해 실리콘 카바이드막을 20㎛ 퇴적하고, 그 후 핸드 폴리쉬로 이상(異常) 돌기를 제거한 후, 또한 블래스트 처리로 표면 조도를 1.2㎛가 되도록 제작한 것이다.

실리콘 카바이드막이 부착된 원판(26)을, 상기 도 5와 마찬가지로, 소결 실리콘 카바이드제 홀더(13)의 원판 구조부(13a) 상에 재치하고, 이 실리콘 카바이드막이 부착된 원판(26)과 홀더(13)로 이루어진 열처리 치구(60) 위에 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 단결정 실리콘으로 이루어진 열처리 치구 표면에 얇은 실리콘 카바이드를 피복하더라도, 상기 열처리 치구(40)의 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있었다. 즉, 실리콘 카바이드 피막이 얇기 때문에 재료 특성(열팽창 계수 등)은, 실리콘 재료에 의존하고 있는 것으로 추찰된다.

도 8은, 본 발명의 제7예인 열처리 치구(70)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(70)에서는, 직경(Hd) 320mm, 두께(Ht) 3.0mm, 평탄도 40㎛, 표면 조도 1.2㎛로 이루어진 실리콘 카바이드제의 홀더(17)를 이용하고 있다.

이 홀더(17) 상에, 실리콘 단결정 재료로 이루어진 직경(Rd) 305mm, 두께(Rt) 2.0mm, 표면 조도 2.0㎛, 평탄도 20㎛의 원판(27)을 재치하였다. 이 2중 구조로 이루어진 열처리 치구(70)에, 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트(1)에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 반도체 실리콘 기판보다 큰 직경을 갖는 실리콘 재료로 이루어진 열처리 치구를 이용해도 슬립 발생 상황은 양호했다.

도 9는, 본 발명의 제8예인 열처리 치구(80)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(80)에서는, 직경(Hd) 320mm, 두께(Ht) 5.0mm, 평탄도 25㎛, 표면 조도 1.2㎛로 이루어진 소결 실리콘 카바이드제의 홀더(18)를 이용하고 있다.

이 홀더(18) 상에, 또한 동일하게 소결 실리콘 카바이드제로 이루어진 직경 (Hrd) 305mm, 두께(Hrh) 0.5mm, 평탄도 20㎛, 표면 조도 0.02㎛의 원판(19)을 포개고, 또한 상기 도 3에 도시한 열처리 치구(20)에서 사용한 외경(Rd) 223mm 및 두께(Rt) 2.0mm이고, 링 폭(Rw) 1.5mm의 실리콘 링(22)을 재치하였다.

홀더(18)와 원판(19)과 링(22)의 3중 구조로 이루어진 열처리 치구(80) 상에, 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 홀더 두께가 5mm의 위에 원판 5mm를 재치하여 10mm가 되어도 슬립 발생 상황은 양호했다.

도 10은, 본 발명의 제7예인 열처리 치구(90)의 구성을 도시한 도면이다. 열처리 치구(90)에 이용되는 홀더(12)는, 기상 성장법에 의해 제작한 실리콘 카바이드제이며, 링 구조부(12a)를 구비하고 있다.

이 링 구조부(12a)의 주변에는, 실리콘 단결정으로 이루어진 외경(Rd) 290mm, 내경(Ri) 286mm 및 두께(Rt) 2.0mm의 링(28)과, 실리콘 단결정으로 이루어진 외경(Rid) 202mm, 내경(Rii) 198mm 및 두께(Rt) 2.0mm의 링(29)을 재치하였다.

또, 링(28) 및 링(29)이 반도체 실리콘 기판(8) 및 홀더(12)와 접하는 부분의 평탄도가 20㎛∼35㎛, 표면 조도 1.4㎛로 표면 가공하였다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 이와 같이 링(28) 및 링(29)을 재치한 2분할 구조로 이루어진 열처리 치구(90)에 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 열처리 보트에 탑재하고, 종형 열처리로에 투입하여 열처리를 행하였다.

마찬가지로, 열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 실리콘 카바이드제의 링 구조부와 실리콘 단결정으로 이루어진 링 양자에서 지지하는 구조의 열처리 치구(90)라 하더라도, 열처리 치구(20)의 경우와 동일하게, 슬립의 발생이 없거나, 또는 미세한 슬립이 1∼2개 발생했을 뿐이었다.

이로부터, 링(28) 및 링(29)을 이용하는 경우라 하더라도, 슬립의 발생을 효율적으로 저감할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 도시하지 않지만, 직경 320mm, 두께 0.7mm, 평탄도 150㎛, 표면 조도 0.6㎛로 이루어진 소결 실리콘 카바이드제의 홀더 상에, 상기 도 4에 도시한 열처리 치구(30)에서 사용한 링 높이 0.5mm, 1.0mm, 5.0mm, 10mm로 이루어진 실리콘 링(23)을 설치하게 하고, 그 위에 반도체 실리콘 기판을 탑재하여 종형 열처리로에 투입하였다.

열처리 후, 반도체 실리콘 기판(8)을 취출하여 표면을 관찰하였다. 실리콘 링 높이가 0.5mm에서는 미세한 슬립이 4∼5개 발생하였다. 실리콘 링 높이가 1.0mm에서는 높이 0.5mm의 경우보다 슬립은 더욱 저감하고, 높이 5.0mm에서는, 열처리 치구(20, 30)의 경우와 동등한 레벨인 것을 알 수 있었다.

즉, 실리콘 카바이드가 얇은 경우라도, 그 위의 실리콘 재료로 이루어진 열처리 치구 두께가 증가하면 강도적으로 강하게 되어 슬립 저감 효과가 있다는 것을 알 수 있다.

(비교예)

도 11∼도 13은, 비교예인 열처리 치구의 구성을 도시한 도면이다. 도 11은, 상기 도 2에 도시한 열처리 치구(10)의 홀더(11)를 사용하지만, 실리콘 단결정으로 이루어진 링(21)을 사용하지 않은 비교예(1)의 구성을 도시한 도면이다.

도 12는, 상기 도 3에 도시하는 열처리 치구(20)의 홀더(12)를 사용하지만, 실리콘 단결정으로 이루어진 링(22)을 사용하지 않은 비교예 2의 구성을 도시한 도면이다.

도 13은, 상기 도 4에 도시한 열처리 치구(30)의 홀더(13)를 사용하지만, 실리콘 단결정으로 이루어진 링(23)을 사용하지 않은 비교예 3의 구성을 도시한 도면이다.

도 11∼도 13에 도시한 어느 경우도, 상기 도 2∼도 4에 도시한 링(21, 22, 23)을 사용하지 않고, 직접 반도체 실리콘 기판(8)을 재치하여 종형 열처리로에 투입하였다.

도 11에 도시한 비교예 1에서는, 평탄도 185㎛의 홀더에서는 원주 220mm의 링 지지 위치에 큰 슬립이 다발하고, 평탄도 20㎛ 홀더에서도 마찬가지로 슬립이 다발하지만 저감하는 경향을 보이고 있다.

도 12에 도시한 비교예 2에서는, 외경 285mm 원주 위치에 대응하는 영역에 큰 슬립이 10개 이상 발생하여, 내측 둘레 203mm 주변에도 미세한 슬립이 수개 발생해 있었다. 또, 반도체 실리콘 기판을 유지하고 있는 홀더면 내에도, 십자 형상 의 슬립이 발생하였다.

도 13에 도시한 비교예 3에서는, 비교예 2와 마찬가지로 외경 285mm 원주 위치에 대응하는 영역에 길고, 미세한 슬립이 수개 발생하였다.

비교예 1∼3의 결과에 따르면, 홀더(실리콘 카바이드제)만을 사용한 경우에는, 지지면 주변에서 슬립이 발생하고 있기 때문에, 지지부 주변에 접촉한 반도체 실리콘 기판 이면에 손상이 가고, 이를 기점으로 하여 슬립이 성장하고 있는 것으로 추찰된다.

비교예에서 도시하는 바와 같이 반도체 기판용 열처리 치구에서는, 실리콘 카바이드제의 홀더만의 구성으로는, 모든 조건에서 슬립의 발생을 억제할 수 없었다. 그러나, 본 발명예에서 도시하는 바와 같이 상기의 홀더에 단결정 실리콘으로 이루어진 제1 치구를 탑재하여, 2분할 구조로 함으로써, 슬립의 발생이 없거나, 또는 슬립의 발생을 대폭 억제할 수 있다.

본 발명의 반도체 기판용 열처리 치구에 따르면, 반도체 기판과 직접 접촉하여 지지하는 실리콘 재료로 구성되는 제1 치구와, 이 제1 치구를 유지함과 동시에 열처리 보트에 재치하기 위한 제2 치구(홀더)로 이루어진 2분할 구조로 구성하고, 또한 치구 재료의 최적화를 도모함과 동시에, 표면 조도와 표면 평탄도를 규정함으로써, 열처리 시에 반도체 기판의 특정 개소로의 응력 집중을 억제하여, 치구의 변형을 저감할 수 있다. 이에 따라, 자중 응력이 큰 외형이 300mm인 반도체 웨이퍼를 열처리하는 경우, 또한 SIMOX 열처리와 같은 열응력이 큰 조건에서 열처리하는 경우라도, 슬립의 발생을 효율적으로 방지할 수 있어, 안정된 반도체 기판용 열처리로서 널리 적용할 수 있다.

Claims

종형 열처리로의 열처리 보트에 재치되는 열처리 치구로서,

실리콘 재료로 구성되고, 반도체 기판과 직접 접촉하여 지지하는 제1 치구와,

상기 제1 치구를 유지함과 동시에 열처리 보트에 탑재하기 위한 제2 치구(홀더)를 설치하고,

상기 제1 치구는 상기 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역에서의 두께가 0.5mm∼10.0mm, 표면 조도가 0.02㎛∼10.0㎛, 및 평탄도가 100㎛ 이하이고,

상기 제2 치구는 상기 제1 치구와 직접 접촉하는 영역에서의 두께가 O.5mm∼10.0mm, 표면 조도가 0.02㎛∼10㎛, 및 평탄도가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 치구.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 치구는, 상기 반도체 기판과 직접 접촉하는 폭이 0.5mm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 치구.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 제1 치구는 상기 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역 표면에, 실리콘 카바이드막, 산화막, 또는 다결정 실리콘막 중 어느 하나를 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 치구.
종형 열처리로의 열처리 보트에 의한 열처리 방법으로서,

상기 열처리 보트에 재치되는 반도체 기판용 열처리 치구를, 반도체 기판과 직접 접촉하여 지지하는 실리콘 재료로 구성되는 제1 치구와, 상기 제1 치구를 유지하는 제2 치구(홀더)로 구성하고,

상기 제1 치구는 상기 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역에서의 두께가 0.5mm∼10.0mm, 표면 조도가 0.02㎛∼10.0㎛, 및 평탄도가 100㎛ 이하이고,

상기 제2 치구는 상기 제1 치구와 직접 접촉하는 영역에서의 두께가 O.5mm∼10.0mm, 표면 조도가 0.02㎛∼10㎛, 및 평탄도가 200㎛ 이하가 되도록 하여,

상기 제1 치구 상에서 유지된 반도체 기판을 열처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 방법.
청구항 4에 있어서,

열처리한 반도체 기판에 슬립이 발생한 경우에,

상기 제1 치구의 상기 반도체 기판과 직접 접촉하는 영역에서의 해당 슬립과 대응한 위치를 연삭 또는 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 열처리 방법.
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