KR19980080738A - 반도체 제조에 사용되는 석영유리성분 - Google Patents
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Abstract
제 1 상부레벨과 제 2 하부레벨사이에서 선정하는 불규칙한 융기된 구조요소로 형성된 거친 표면을 갖는 반도체제조에 사용되는 석영유리성분이 제공된다.
상기 표면의 평균거칠기 높이 Ra는 0.1-10㎛범위이고, 제 1 레벨에 대한 구조요소(1)의 돌기 평균은 30-180㎛이다.
본 발명의 석영유리성분 CVD층에 대하여 보다 개선된 결합력을 나타낸다.
Description
본 발명은 제 1 상부레벨과 제 2 하부레벨사이에서 신장하는 불규칙한 융기된 구조요소로 형성된 거친 표면을 갖고, 상기 구조요소는 상기 제 1 수준의 본질적으로 평탄한 커버면을 갖고 제 1과 제 2 수준사이를 신장하는 본질적으로 평편한 측면페이스에 의해 면을 내는 방식으로 모든 측면에 제한되어 있는, 반도체 제조동안 사용되는 석영유리 성분에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조에는 기판 코팅을 위한 소위 CVD법이 통상 사용된다. 예를들어 실리콘 웨이퍼상에 산화실리콘, 질화실리콘 혹은 실리콘층이 침착된다. 이 코팅물질은 기판상에 침착할 뿐만아니라 반응챔버의 벽 및 챔버내에 배열된 장치에도 침착된다. 어느 두께부터 이들 층들은 얇은 조각으로 벗겨져 입자문제를 야기한다.
이같은 문제점을 방지하기 위해 각 표면들을 가끔씩 세정하여 왔다.
그러나 이같이 표면을 세척함은 시간이 많이 소요될 뿐만아니라 비용도 많이든다. 이같은 문제점을 줄이기 위하여, 세정작업사이의 시간간격을 가능한 길게 잡아왔다.
특히 고온에서의 CVD법을 수행하는 경우, 석영유리와 코팅재간의 열팽창계수 차이로인해 비교적 작은 층두께에서도 층이 벗겨지는 문제점이 있는 것이다.
거칠은 면은 보다 두꺼운 CVD층을 결합시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 통상 석영유리성분을 거칠게 하는데는 샌드브라스트나 화학식각법을 사용한다. 샌드브라스트법을 사용하는 경우 석영유리표면에 CVD층을 견고하게 결합시키는 구조를 형성할 수 있으나 이 방법 역시 성분표면상에 균열을 형성하여 이로인해 CVD층이 벗겨지게 된다.
또한, 샌드브라스트법을 행할 때 정확한 칫수의 관찰뿐만아니라 전체성분 표면을 균질하게 처리하는 것이 문제시되어 왔다.
대체방안으로서, 석영유리 성분 표면을 화학적 식각액으로 처리할 수가 있다. 그 표면을 식각시킴으로써 예를들어 둥글거나 타원형 구멍과 같이 둥근표면구조가 형성되며, 샌드브라스트 표면과는 달리 이들 표면구조는 CVD층에 대한 접착력을 감소시킨다.
이같은 성분의 예가 일본 특허출원 JP6-332956에 기술되어있다.
이 특허출원에 의하면, 석영유리 표면을 거칠게하는 예 식각액이 개시되어 있는바, 이들은 적용함으로써 석영유리의 성분표면에 불규칙한, 상승된 본질적으로 가장자리가 날카로운 구조의 소자를 만들수가 있다.
공지의 식각액으로 처리된 표면의 수평돌기에서, 과립상구조가 보여지며 이들은 메이사(mesa) 또는 끝이잘린 피라미드 형태로된 구조적 요소의 배열로 구성되어 있다. 이 구조적 요소는 상부레벨, 예를들어 원래성분 표면과 하부요소, 즉 예를들어 최대식각 깊이로 정해진 것, 사이에서 신장한다.
이 구조적 요소의 평균크기는 5-15mm이다.
석영유리 표면에 아무런 미세균열이 보이지는 않으나 이같이 설계된 표면은 두꺼운 CVD층을 견고하게 결합하기에는 적합하지 않는 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 석영유리성분에 CVD층을 결합시키는데 특히 적합한 거친표면을 제공하기위한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 석영유리 성분의 수직단면도
도 2는 본 발명에 의한 석영유리 성분의 주사전자현미경사진(x100)
도 3은 도 2 사진의 확대도(x500)
* 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 *
1 : 돌기(상승부위)(raised area)
2 : 제 1 상부레벨(a first upper level)
3 : 제 2 하부레벨(second lower level)
4 : 평면커버면(plane cover surface)
5 : 측방향 페이스(lateral face)
7 : 단차요소(step elements)
상기 언급된 석영유리성분을 기초로, 상기 목적은 표면의 평균 거칠기 높이(roughness height)R이 0.1㎛-10㎛범위내에 있으며, 구조요소의 제 1 레벨로의 돌기가 평균값 30-180㎛를 갖는 본 발명에 따라 달성된다.
표면의 평균 거칠기 높이 그리고 특히 구조요소의 평균크기가 CVD 층을 결합하기 위한 결정적인 인자라는 것이 밝혀졌다.
최적결과는 평균 거칠기높이 Ra이 0.1-10㎛범위내에 있을 때 얻어질 수 있다. 거칠기 높이 Ra값은 DIN 4768에 따라 결정된다.
표면의 평균거칠기 높이를 상기 범위내에 두는 것이외에도, 구조요소의 제 1상부레벨로의 돌기크기의 평균값이 30-180㎛범위내에 있다.
상기 구조요소의 크기는 수평돌기에 의해 결정된다.
수평돌기로부터, 상기 구조요소가 서로 직접 접합되고 경계선에 의해서 만이 분리되는 것으로 보여진다. 구조요소가 융기됨에 따라, 경계선이 쉽게 인식될 수 있다. 본 특허출원에서는, 구조요소의 크기가 2개의 마주보는 경계선 사이에서 가장 긴 거리인 것으로 의미된다.
평가를 위해 10㎟의 성분표면 일부를 고려한다.
측정된 크기의 산술평균값은 평균크기이다.
5㎛미만크기의 구조요소는 평균크기의 특성을 위해 고려되지 않는다.
이같은 표면미세구조를 갖는 석영유리성분은 우수한 CVD층 접착, 특히 고온에서 침착된 CVD층의 접착력이 우수한 것으로 나타났다.
이 반응은 석영유리와 CVD층 재료사이의 바람직한 응력분포를 갖게하는 특정 형태의 표면거칠기에 의해 설명될 수 있다.
표면이 이 미세구조는 3차원 응력분포를 가져온다.
이를 위해, 구조요소는 본질적으로 평균크기가 180mm를 넘지않는 절단면 방식으로 평면부위 요소로 이루어져야 한다.
그 결과는 구조요소의 밀도와 분포이며 그리고 커버와 측면이 적절한 응력분포를 가능하게 한다. 이 결과는 구조요소의 평균크기가 30㎛미만의 경우에는 더 이상 관찰될 수 있다.
본 발명은 또한 평면 커버페이스가 현상됨에 따라, 예를들어 튜브나 봉과 같은 형상으로된 석영유리성분의 실린더 덮개의 비-식각부위에서 식각으로 제거후 아치형 커버페이스일 수 있다.
식각에 의해 구조요소를 제조할 때, 상기 상부레벨은 비-식각부위의 표면이나 또는 식각에 의해 최소물질이 제거된 부위의 표면에 의해 정해질 수 있다.
이익적으로, 표면의 평균 거칠기 높이 R은 1㎛-5㎛범위이며, 제 1 레벨에 대한 구조요소의 돌기크기는 50-100㎛범위내의 평균값을 갖는다.
측방향 페이스의 최소일부가 단차요소로 형성하여 배열되면 특히 적절한 것으로 밝혀졌다.
단차요소(step elements)는 측방향 페이스쌍을 열(列)로 배열함으로써 형성되며, 즉 하나의 측방향 페이스가 평행으로 신장하거나 혹은 커버페이스에 작은 각으로 신장하고, 인접한 측방향 페이스가 커버페이스에 보다 큰 각으로 신장한다.
인접한 측방향 페이스를 직각으로 유지할 필요는 없다.
단차형태로된 구조요소의 측방향 경계부위는 여러단차요소를 열로 배열하여 이루어진다.
이같은 단차형태(계단형)으로된 측방향 경계면은 부가적으로 3차원 응력분포에 의해 응력감소에 기여한다.
이 효과는 이같은 측방향 페이스의 단차형태 및 배열이 몇몇 구조요소에 존재하며 이미 인식될 수 있다.
이 점에 있어서, 하나의 경계벽의 모든 단차요소가 동일한 기하학적 횟수를 보여줄 필요는 없다.
0.5-5㎛범위의 단차깊이를 갖는 단차요소는 CVD층의 결합력에 대하여 특히 현저한 효과를 보여준다.
구조요소사이의 제 2 수준상에 폭이 최소 1㎛인 간격이 형성되는 석영유리성분이 바람직하다.
인접한 구조요소의 상승된 부위사이에 형성된 이같은 간격은 CVD층을 견고하게 결합하는데 특히 우수한 것으로 밝혀졌다.
여기서, 상기 폭은 어떠한 2개의 인접한 구조요소를 서로 분리하기 때문에 세로부위를 따른 간격의 평균폭인 것으로 의미된다. 상기 간격의 베이스영역은 평면 또는 아아치형 일 수 있다.
간격내에 열(列)로 구멍(pit)이 배열됨은 CVD 층의 결합에 관하여 이익적인 것으로 밝혀졌다.
간격내의 이같은 구멍은 예를들어 본 발명에 따른 석영유리성분의 연이은 식각에 의해 불산을 함유한 식각액에서 생성될 수 있다.
구조요소가 날카로운 가장자리나 코너를 갖는 석영유리성분이 특히 이익적인 것으로 밝혀졌다. 이같은 가장자리 및 코너는 예를들어 그 성분에 결합한 CVD층에 대한 고리(hook)로서의 역할을 하는 언더 컷(under cut)을 갖는다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 의한 구조요소가 상승부위 1로 도시되어 있다.
상승부위 1은 제 1 상부레벨과 제 2 하부레벨 3 사이에 신장되어 있다.
단면에서, 상기 상승부위 1은 끝이 잘린 원뿔모양을 갖는다.
이들은 상부레벨 2에 있는 평면 커버면 4를 갖는다. 상기 커버면 4는 도 1에서 부호 5로 나타낸 측방향 페이스에 의해 경계를 이룬다. 측방향 페이스 5는 부분적으로 평탄한 경계부위 6 형태로 되어있거나 혹은 각각의 단차요소 7로된 단차들로 이루어져있다. 각각의 단차요소 7의 형상은 변한다.
상승부위 1과 만나는 측벽 5는 공통경계를 이루지는 않으나 이들중 어느 2사이에 레벨베이스 부위를 갖는 간격 8이 있다. 이 간격 8은 서로 만나는 상승부위 1을 분리한다.
상승부위 1의 칫수를 결정하는 칫수를 도1에서는 'L'로 표시하였다. 간격의 평균 폭은 칫수 D로부터 산출된다.
표면거칠기를 측정하기 위하여, 상부레벨 2와 하부레벨 3사이의 거리 R을 여러 위치에서 측정하고, 이에따라 DIN 4768에 따라 평균값 Ra을 계산한다.
도 2의 주사전자 현미경 사진으로부터, 본 발명에 의한 석영유리성분의 표면이 많은 불규칙한 상승부위 1로 결정되며, 이는 날카로운 코너와 가장자리로 특징 지워지며, 또한 이들은 간격 8에 의해 서로 분리된다는 것은 명확한 것이다.
사진에서, 상승부위 1은 어두운 표면으로 보여질 수 있고, 간격은 밝은 경계선으로 나타난다.
실시예에 기술된 바에 의하면 상승부위의 평균 칫수가 약 100㎛이다. 도 2에 나타난 표면에서 값 Ra는 약 2㎛이다.
도 3은 상기 사진의 'A'를 확대한 것이다.
이를 이용하여 본 발명에 의한 석영유리성분의 표면미세구조에 대하여 설명한다.
사진에서는 본질적으로 끝이 잘린 피라미드 형태로된 5개의 불규칙하게 융기된 부위(상승부위)가 나타나 있으며 이들을 부호 1a-1e로 표시하였다. 예를들어 상승부위 1a는 하향경사를 갖는 측벽 5a, 5b, 5c에 의해 경계를 이룬 다면경 형태의 뚜렷한 커버표면 4a를 갖는다.
상기 측벽 5a, 5b, 5c는 단차(계단)형태로 되어있다. 상기 단차형상은 또한 측벽 5b에서 쉽게 식별가능하다.
각 단차의 깊이는 측벽 5d에서 균일하지 않으며; 평균길이는 약 1㎛이다. 각 단차의 높이 역시 변한다.
각각의 상승부위 1a-1e는 간격 8에 의해 분리된다. 간격 8은 약 2㎛의 평균 폭 D 를 갖는다. 실시예에서는, 그들의 베이스부위는 평탄하지 않으며, 약 1㎛이하의 직경을 갖는 여러개의 작은 요홈(구멍)이 인접하여 불규칙한 형상을 이룬다.
상기 성분표면의 미세구조는 CVD층에 대하여 여러개의 결합부위를 제공한다. 한편 이는 상기한 평균표면 거칠기에 의해 성취되며, 이는 본질적으로 각각의 상승부위의 높이 R에 의해 정해지며, 한편 그들의 측방향 칫수 L에 의해서도 정해진다. 상승부위의 조밀도와 분포는 평균 표면 거칠기 R값으로 나타내어진다.
본 발명에 의한 석영유리 성분에는, 종래기술에 의한 성분에 대한 것보다 5-10배 두께의 질화실리콘 층이 예를들어 약 600℃온도에서 CVD법에 의해 층벗겨짐이 없어 침착될 수 있다.
본 발명에 의한 성분의 사용주기는 이에 상응하여 보다 길이지게 된다.
이하, 본 발명에 의한 성분의 제조방법에 대하여 설명한다.
실리콘 반도체 플레이트의 지지체를 위하여 앞서 화염연마된 석영유리 허들을 알콜로 세정한 후 불산을 함유한 식각액으로 세정하였다. 깨끗하고 균질한 표면은 성분의 전표면에 걸쳐 상기한 균일한 거칠기 및 작은입경의 미세구조 발생에 기여한다.
다음 조성물로된 식각액을 제조하였다.
HF 23.6중량% (50% HF 용액상태로 평량)
불화암모늄 17.4중량% (고체 상태로 평량)
아세트산 35.4중량% (100% 아세트산; 결정화가능 아세트산 상태로 평량)
상기 식각액을 1시간동안 안정화를 위해 방치하였다.
식각용액의 안정화 역시 성분의 전표면에 걸친 균일한 거칠기 및 작은입경의 미세구조 발생에 기여한다.
허들을 약 15℃로 조절하고, 그후 석영유리 허들을 식각액에 침지시켰다.
균일한 식각효과를 얻고 허들표면에 어떠한 부착물 발생도 없애도록 상기 침지를 가능한 신속히 행하였다.
식각액온도 15℃에서, 처리시간은 60분이었다. 그후 상기 허들을 5% 불산내에 10분간 세정하고, 그후 표면의 미세구조를 도 2 및 3도에 나타내었으며 평균거칠기 높이 Ra는 2㎚였다.
허들과 식각액은 또한 다른 온도, 예를들어 약 20℃까지 조절될 수 있다. 상기 식각액 조성은 조절을 필요로 할 수 있다. 온도가 높을수록 희석된 식각액이 바람직한 것이다.
상기한 바와같이 본 발명에 의하면 CVD법, 특히 고온에서 기판상에 CVD층을 형성하는 경우 CVD층에 대한 결합력(접착력)이 개선되어 층들이 벗겨지지않는 것이다.
Claims (7)
- 제 1 상부레벨과 제 2 하부레벨 사이에서 신장하는 불규칙한, 융기된(상승된) 구조요소로 형성된 거친표면을 갖고, 이같은 다수의 구성요소는 본질적으로 제 1레벨상에 뻗은 평탄한 커버표면을 갖고 제 1과 제 2 레벨사이에서 뻗은 본질적으로 평탄한 측방향 페이스에 의해 면을 내는 방식으로 모든 측면상에 제한되어 있는, 반도체 제조동안 사용되는 석영유리 성분에 있어서,상기 표면의 평균거칠기 높이 Ra는 0.1-10㎛범위내에 있으며, 상기 제 1수준(2)에 대한 상기 주조요소(1)의 돌기 크기는 30-180㎛범위의 평균값을 가짐을 특징으로 하는 석영유리 성분.
- 1항에 있어서, 상기 표면의 평균거칠기 높이 Ra는 1-5㎛범위내에 있으며, 상기 제 1레벨(2)에 대한 상기 구성요소(1)의 돌기의 평균크기는 50-100㎛임을 특징으로 하는 석영유리성분.
- 1항 또는 2항중 어느 한항에 있어서,상기 측방향 페이스(5)의 최소일부는 단차요소(7)로 배열됨을 특징으로 하는 석영유리성분.
- 3항에 있어서, 상기 단차요소(7)은 0.5-5㎛범위의 단차깊이를 가짐을 특징으로 하는 석영유리성분.
- 1항 내지 4항중 어느 한항에 있어서,상기 인접한 구조요소(1) 사이에 폭이 최소 1㎛인 간격(8)이 형성되어 있음을 특징으로 하는 석영유리성분.
- 5항에 있어서, 상기 간격(8)은 열(列)로 배열된 여러 요홈(pits)으로 형성됨을 특징으로 하는 석영유리성분.
- 1항 내지 6항중 어느 한항에 있어서,상기 구조요소(1)은 날카로운 코너 또는 가장자리를 가짐을 특징으로 하는 석영유리성분.
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