KR20240050707A - 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요철의 균일성이 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 가능한 동시에, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 나타내는 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요철의 균일성이 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 가능한 동시에, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 나타내는 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
쿼츠(석영)제품은 고순도(99.999%)와 화학적 안정성, 내산성, 내열성(연화점 온도 1683℃), 빛 투과성이 우수하며, 열팽창이 적으며, 전기절연성이 우수하여 반도체, 광통신, 전기, 전자 등의 산업 전반에 광범위하게 적용된다.
예를 들어, 일반적으로 실리콘 웨이퍼의 처리공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼는 CVD, 에칭, 애싱(ashing) 등과 같은 공정으로 처리되며, 이러한 공정들에서는 웨이퍼를 지지하거나 배치시키기 위하여 석영 제품이 사용된다.
상술한 공정들은 1000℃ 이상의 고온이 가해지기 때문에, 웨이퍼와 쿼츠 표면이 접하는 부분에는 쿼츠와 실리콘 웨이퍼 사이의 열 팽창계수의 차이로 인한 응력이 야기되며, 웨이퍼의 접촉 부분에 접촉 마크(mark)를 만들 수 있다.
실리콘 웨이퍼의 처리공정에서 생성되는 물질이 쿼츠 소재 제품의 표면에 부착되어 얇은 막(film)을 형성하는 경우, 쿼츠 소재 제품이 처리공정 후 냉각될 때, 얇은 막과 유리 사이의 열 팽창계수의 차이로 인하여 쿼츠 소재 제품에 균열이나 부스러짐(breaking)이 발생할 수 있다.
또한, 쿼츠 소재 제품이 냉각될 경우 쿼츠 표면상의 물질의 부착상태가 약하다면 물질은 쿼츠 표면으로부터 떨어져 나갈 것이지만, 쿼츠 표면의 거칠기(roughness)가 작다면 그 부착상태는 보다 강해지게 되어 상기 얇은 막은 실리콘 웨이퍼의 후속 처리공정까지 남아있게 되고, 쿼츠 소재 제품에 균열이나 부스러짐이 발생하지 않더라도 상기 막이 표면으로부터 떨어지기 전에 입자들을 생성시키게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 접촉 마크의 발생을 피하고 웨이퍼 상에 접촉 영역을 감소시키기 위하여, 쿼츠 소재 제품의 표면을 거칠게 하고 평탄하지 않은 샌드 블라스트 처리면을 형성할 수 있도록 샌드 블라스트(sand blast) 처리가 쿼츠 소재 제품의 표면에 행하였다.
또한, 샌드 블라스트 처리면을 형성하면, 드 블라스트된 쿼츠 표면상에서 실리콘 웨이퍼를 처리한 후의 냉각단계에서 발생되는 응력이 여러 방향으로 흩어지게 되어, 쿼츠 표면에 부착된 물질이 냉각 시에 상기 표면으로부터 떨어지는 것을 막을 수 있다.
그러나 샌드 블라스트 처리된 쿼츠 표면은, 도리어 샌드 블라스트 처리면이 웨이퍼와 접촉할 때 상기 웨이퍼로부터 실리카 입자들이 긁혀져 나가게 하든가, 샌드 블라스트 처리면 내에 실리카 입자들을 붙잡아 둔 채, 쿼츠 소재 제품의 성형단계에서 샌드 블라스트 처리에 의하여 표면 영역 안에서 팽창되어, 웨이퍼 처리공정 동안 상기 표면으로부터 그 입자들을 떠오르게 하고 패턴이 형성된 웨이퍼 표면 위로 떨어지게 함으로써, 패턴 결함을 야기할 수 있다.
다시 말해서, 기존 샌드 블라스팅 공정을 통한 쿼츠의 표면 처리는 쿼츠 소재의 특성상 취성이 높아 샌드 블라스팅 처리시 발생된 응력으로 인하여 크랙이 발생할 수 있고, 표면에 스파크가 발생할 수 있으며, 미세 구간 및 형상이 복잡한 쿼츠 소재는 작업에 어려움이 따르는 문제점이 있다.
또한, 종래의 방법을 사용하는 경우, 요철들의 크기 차이에 의하여 표면 얼룩이 발생하고, 코팅 시 밀착력이 좋지 않아 박막의 박리가 발생할 수 있으며, 그레인(grain) 사이즈 조절이 어려운 문제가 있었다.
이에, 요철의 균일성이 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 가능한 동시에, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 나타내는 석영유리 기판에 대한 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 요철의 균일성이 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 가능한 동시에, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 나타내는 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 전처리제를 통해 석영유리 기판을 전처리하는 단계; 및 전처리한 석영유리 기판 표면에 요철을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 요철은 하기 계산식 1에 따라 측정한 표면 조도의 편차가 20% 이하인, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법을 제공한다.
[계산식 1]
임.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전처리하는 단계는 10 ~ 100분 동안 수행할 수 있다.
또한, 상기 전처리제는 암모늄계 화합물, 산성 물질 및 불소계 계면활성제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전처리제는 암모늄계 화합물 100 중량부에 대하여 산성 물질을 2 ~ 15 중량부 및 불소계 계면활성제를 0.02 ~ 2 중량부 포함할 수 있다.
또한, 상기 요철은 그레인(Grain) 크기가 45 ~ 150㎛일 수 있고, 표면 조도(Ra)가 1.3 ~ 2.2㎛일 수 있다.
또한, 상기 전처리하는 단계 전에, 석영유리 기판을 세척하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 요철을 형성하는 단계는, 표면 요철을 형성하는 제1화학처리 단계; 및 표면 요철의 균일성을 향상시키는 제2화학처리 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1화학처리 단계와 상기 제2화학처리 단계 사이에, 제1세정 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 제2화학처리 단계 뒤에, 제2세정 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1세정 단계 및 제2세정 단계는, 각각 독립적으로 저항 값 17 ~ 19㏁의 탈이온수를 통해 수행할 수 있다.
또한, 상기 제2세정 단계 뒤에, 세정한 석영유리 기판을 코팅하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 표면의 적어도 일부에 형성된 요철을 포함하고, 상기 요철은 하기 계산식 1에 따라 측정한 표면 조도의 편차가 20% 이하인, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판을 제공한다.
[계산식 1]
임.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 요철은 그레인(Grain) 크기가 45 ~ 150㎛일 수 있고, 표면 조도(Ra)가 1.3 ~ 2.2㎛일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판;을 포함하는 반도체 지그를 제공한다.
또한, 본 발명은 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판;을 포함하는 코팅 기판을 제공한다.
본 발명의 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법은 요철의 균일성이 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 가능한 동시에, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법의 공정순서도,
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법의 공정순서도,
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법의 공정순서도,
도 4는 본 발명의 비교예 1의 표면 확대 사진,
도 5는 본 발명의 실시예 1의 표면 확대 사진,
도 6은 본 발명의 비교예 1의 스크래치 및 얼룩 발생 사진,
도 7은 본 발명의 실시예 1의 표면 외관 사진, 그리고
도 8은 석영유리 기판의 표면 조도 편차 측정방법에 대한 사진이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법의 공정순서도,
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법의 공정순서도,
도 4는 본 발명의 비교예 1의 표면 확대 사진,
도 5는 본 발명의 실시예 1의 표면 확대 사진,
도 6은 본 발명의 비교예 1의 스크래치 및 얼룩 발생 사진,
도 7은 본 발명의 실시예 1의 표면 외관 사진, 그리고
도 8은 석영유리 기판의 표면 조도 편차 측정방법에 대한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일실시예에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판은 도 1에 도시된 바와 같이, 전처리제를 통해 석영유리 기판을 전처리하는 단계(S1) 및 전처리한 석영유리 기판 표면에 요철을 형성하는 단계(S2)를 포함하는 제조방법에 의해 제조된다.
먼저, 상기 전처리하는 단계(S1)에 대하여 설명한다.
상기 전처리하는 단계는 에칭 시드(seed)를 형성하고 표면 크리닝을 강화하는 기능을 수행하며, 이를 통해 요철의 균일성이 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 가능한 동시에, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 전처리하는 단계는 전처리제를 통해 수행되며, 바람직하게는 석영유리 기판의 적어도 일부 또는 전부를 전처리제에 침적함으로써 수행될 수 있다.
이때, 상기 전처리하는 단계는 10 ~ 100 분 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 15 ~ 60분 동안 수행할 수 있다. 만일 상기 전처리하는 단계가 10 분 미만이면 요철의 균일성이 저하될 수 있고, 표면 얼룩이 발생할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기가 작고, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 좋지 않을 수 있으며, 100분을 초과하면 오히려 요철의 균일성이 저하될 수 있고, 표면 얼룩이 발생할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기가 과도하게 커질 수 있다.
또한, 상기 전처리제는 암모늄계 화합물, 산성 물질 및 불소계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 암모늄계 화합물은 통상적으로 사용할 수 있는 암모늄계 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 암모늄 플루오리드 및 암모늄 비플루오리드 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이, 전처리 단계 수행에 따른 기능 발현에 더욱 유리할 수 있다.
또한, 상기 산성 물질은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 산성 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 불산을 포함하는 것이, 전처리 단계 수행에 따른 기능 발현에 더욱 유리할 수 있다.
그리고, 상기 불소계 계면활성제는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 계면활성제라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 암모늄 플루오로알킬 술폰아미드를 포함하는 것이, 전처리 단계 수행에 따른 기능 발현에 더욱 유리할 수 있다.
한편, 상기 전처리제는 암모늄계 화합물 100 중량부에 대하여 산성 물질을 2 ~ 15 중량부로, 바람직하게는 2.2 ~ 10 중량부로 포함할 수 있고, 불소계 계면활성제를 0.02 ~ 2 중량부, 바람직하게는 0.022 ~ 1.7 중량부로 포함할 수 있다. 만일 상기 암모늄계 화합물 100 중량부에 대하여 산성 물질이 2 중량부 미만이면 에칭 특성이 떨어져 표면 요철을 구현하는 공정 침적 시간이 많이 증가하며 부분적인 미에칭부가 발생함에 따라, 요철의 균일성이 저하될 수 있고 표면 얼룩이 발생할 수 있으며 그레인의 크기 및 개수 조절이 불가하고 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 저하될 수 있다. 또한, 산성 물질이 15 중량부를 초과하면 형성되는 과에칭부가 발생하여 골의 깊이가 깊어질 수 있고 요철 형성성이 저하될 수 있음에 따라, 요철의 균일성이 저하될 수 있고 표면 얼룩이 발생할 수 있으며 그레인의 크기 및 개수 조절이 불가하고 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 저하될 수 있다. 또한, 만일 상기 암모늄계 화합물 100 중량부에 대하여 불소계 계면활성제가 0.02 중량부 미만이면 약액 수명 및 세척력이 저하되어 사용 정도에 따라 에칭 시드(seed)를 형성하고 표면 크리닝을 강화하는 기능이 저하될 수 있으며, 이를 통해 요철의 균일성과 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 저하되고, 표면 얼룩 방지와 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 난이할 수 있으며, 2 중량부를 초과하면 약액 조성 비율 불균일에 따른 특성 저하 문제가 발생할 수 있고, 요철의 균일성이 저하될 수 있고 표면 얼룩이 발생할 수 있으며 그레인의 크기 및 개수 조절이 불가하고 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판의 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전처리하는 단계(S1) 전에, 석영유리 기판을 세척하는 단계(S0)를 더 포함할 수 있다.
상기 세척하는 단계(S0)는 석영유리 기판 표면의 이물 및 유기물을 제거하는 단계로, 당업계에서 이물 및 유기물을 제거하는데 통상적으로 사용할 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
한편, 상기 세척하는 단계(S0)를 수행하기 전에, 석영유리 기판의 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연마하는 단계는 석영유리 기판의 표면을 평탄화하기 위하여 수행하는 것으로, 상기 연마는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 연마 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 화염 연마 방법을 사용하는 것이 본 발명의 목적 달성에 더욱 유리할 수 있다.
이때, 상기 화염 연마 방법은 산수소화염을 통해 수행될 수 있다. 상기 화염 연마의 공정 온도는 1100 ~ 1600℃일 수 있고, 상기 산수소화염의 산소압력이 1.5 ~ 2 bar 및 수소압력이 0.2 ~ 1 bar일 수 있다. 또한, 상기 화염 연마의 산수소화염은 버너 토치에 의할 수 있으며, 상기 산수소화염 및 버너 토치는 30 ~ 40m/min의 속도로 이동할 수 있고, 상기 버너 토치과 피화염 연마 석영유리 기판 간의 거리는 250 ~ 350mm일 수 있다.
다음, 상기 요철을 형성하는 단계(S2)에 대하여 설명한다.
상기 요철을 형성하는 단계(S2)는 상기 전처리하는 단계(S1)를 수행한 이후에 수행되며, 상기 전처리하는 단계(S1)를 수행한 후 요철을 형성하는 단계(S2)를 수행함에 따라 표면 요철이 형성되면서도, 형성된 표면 요철이 우수한 균일성을 나타낼 수 있고, 이에 따라 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 균일한 밀착력을 발현할 수 있으며, 그레인의 크기 및 개수 조절이 가능할 수 있다.
한편, 상기 요철을 형성하는 단계(S2)는, 제1화학처리 단계(S2-1) 및 제2화학처리 단계(S2-3)를 포함할 수 있다.
상기 제1화학처리 단계(S2-1)는 표면 요철을 형성하는 단계로, 당업계에서 통상적으로 표면 요철을 형성하는데 사용할 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에칭을 통해 수행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2화학처리 단계(S2-3)는 표면 요철의 균일성을 향상시키는 단계로, 당업계에서 통상적으로 표면 요철을 형성하는데 사용할 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에칭을 통해 수행하는 것이, 본 발명의 목적 달성에 더욱 유리할 수 있다.
상기 제1화학처리 단계(S2-1) 및 상기 제2화학처리 단계(S2-3)는 각각 독립적으로, 20 ~ 80분 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 25 ~ 75분 동안 수행할 수 있다. 상기 제1화학처리 단계 및 제2화학처리 단계의 수행 시간 범위를 만족함에 따라, 본 발명의 목적 달성에 더욱 유리할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1화학처리 단계(S2-1)와 상기 제2화학처리 단계(S2-3) 사이에, 제1세정 단계(S2-2)를 더 포함할 수 있고, 상기 제2화학처리 단계(S2-3) 뒤에, 제2세정 단계(S2-4)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1세정 단계(S2-2) 및 제2세정 단계(S2-4)는 상술한 제1화학처리 단계 및 제2화학처리 단계를 수행하는 과정에서 발생하는 석영유리 기판의 슬러지를 제거하고, 제1화학처리 및 제2화학처리 단계 수행 후 잔존하는 에칭액이나 약액 등을 제거하는 단계이다.
상기 제1세정 단계 및 제2세정 단계는 탈이온수(DIW)를 통해 수행할 수 있으며, 바람직하게는 탈이온수에 침지 후 흔들어서 세정할 수 있다.
이때, 상기 제1세정 단계 및 제2세정 단계에서 사용되는 탈이온수는 각각 독립적으로 저항 값 17 ~ 19㏁의 탈이온수일 수 있고, 바람직하게는 각각 독립적으로 저항 값 17.5 ~ 18.5㏁의 탈이온수일 수 있다. 상기 탈이온수가 상기 저항 값을 만족함에 따라, 본 발명의 목적달성에 더욱 유리할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제2세정 단계 뒤에, 세정한 석영유리 기판을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조하는 단계는 상술한 제2세정 단계 수행에 따라 석영유리 기판 표면에 잔존하는 수분을 제거하는 단계로, 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 건조 방법이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 스프레이어로 건조할 수 있다.
한편, 본 발명의 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판은 표면 상에 코팅막을 더 포함하여 코팅 기판으로 구현될 수 있으며, 이에 따라 도 3에 도시한 바와 같이 상기 건조하는 단계 뒤에 세정한 석영유리 기판을 코팅하는 단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
상기 코팅하는 단계를 수행함에 따라 석영유리 기판의 표면 상에 코팅막을 형성할 수 있으며, 상기 코팅막은 상술한 전처리하는 단계와 요철을 형성하는 단계를 수행함에 따라 형성된 균일성이 우수한 요철에 의하여 밀착력이 현저히 우수한 효과를 발현할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법에서, 상기 요철은 하기 계산식 1에 따라 측정한 표면 조도의 편차가 20% 이하이고, 바람직하게는 17% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 16% 이하일 수 있고, 더욱 바람직하게는 15% 이하일 수 있다.
[계산식 1]
임.
만일 상기 계산식 1에 따라 측정한 표면 조도의 편차가 20%를 초과하면 석영유리 기판 표면에 얼룩이 발생할 수 있고, 그레인의 크기 및 개수 조절이 불가하며, 그레인의 크기가 과도하게 작을 수 있고, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 좋지 않을 수 있다.
또한, 상기 요철은 그레인(Grain)의 크기가 45 ~ 150㎛일 수 있고, 바람직하게는 그레인의 크기가 46 ~ 140㎛일 수 있으며, 상기 요철은 표면 조도(Ra)가 1.3 ~ 2.2㎛일 수 있고, 바람직하게는 표면 조도가 1.33 ~ 2.18㎛일 수 있다. 상기 요철이 상기 그레인 크기 범위 및 표면 조도 범위를 만족함에 따라 균일한 그레인 및 균일한 표면 조도를 가지면서도 표면 얼룩이나 스크래치가 발생하기 않고, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판은, 표면의 적어도 일부에 형성된 요철을 포함하여 구현된다.
이때, 상기 요철은 상기 계산식 1에 따라 측정한 표면 조도의 편차가 20% 이하이다. 이와 관련해서는 상술한 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법에서 설명한 바와 동일함에 따라, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 상기 요철은 그레인(Grain) 크기가 45 ~ 150㎛일 수 있고, 표면 조도(Ra)가 1.3 ~ 2.2㎛일 수 있다. 이와 관련해서는 상술한 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법에서 설명한 바와 동일함에 따라, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 발명은 상술한 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판을 포함하는 반도체 지그를 제공한다.
또한, 본 발명은 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판을 포함하는 코팅 기판을 제공한다.
이때, 상기 코팅 기판은 상기 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판의 표면 상 적어도 일부 영역에 코팅막을 포함할 수 있고, 상기 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판의 일면 상에 코팅막을 포함할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법은 요철의 균일성이 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인(Grain)의 크기 및 개수 조절이 가능한 동시에, 코팅막을 포함하는 경우 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 나타낸다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
먼저, 크기ø500, 두께10t의 석영유리 기판을 산소압력 1.7 bar 및 수소압력 0.6 bar의 산수소화염을 이용하여 버너 토치를 통해 석영유리 기판과 버너 토치 간의 거리 300mm, 온도 1400℃ 및 속도 35m/min의 조건으로 화염 연마를 수행하였다. 그리고 화염 연마를 수행한 석영유리 기판을 전체 침적을 통한 통해 기판 표면의 이물 및 유기물을 제거하는 세척하는 단계를 수행하였다. 상기 세척하는 단계를 수행한 석영유리 기판을, 암모늄계 화합물로 암모늄 비플루오리드(ABF) 100 중량부에 대하여 산성 물질로 불산(HF) 5.33 중량부 및 불소계 계면활성제로 암모늄 플루오로알킬 술폰아미드를 25 중량% 포함하는 수용액을 1.33 중량부 포함하는 전처리제에 전부(전면) 침적시키고, 25℃에서 60분 동안 전처리를 수행하였다.
이후 전처리한 석영유리 기판을 불산(HF 50% 수용액)을 5.5중량%, 산성불화암모늄(NH4HF2)을 30 중량%, 포름산을 50 중량%, 탈이온수(저항 값 19㏁)를 10 중량% 및 구연산을 4.5 중량% 포함하는 제1에칭액을 통하여 60 분 동안 에칭하여 제1화학처리를 수행하고, 저항 값 18㏁의 탈이온수에 침지 후 흔들어서 제1세정 단계를 수행한 후, 불산(HF 50% 수용액)을 4중량%, 산성불화암모늄(NH4HF2)을 30 중량%, 포름산을 45 중량%, 탈이온수(저항 값 19㏁)를 20 중량% 및 구연산을 1 중량% 포함하는 제2에칭액을 통하여 60 분 동안 에칭하여 제2화학처리를 수행한 뒤, 저항 값 18㏁의 탈이온수에 침지 후 흔들어서 제2세정 단계를 수행하였다.
그리고, 상기 제2세정 단계를 수행한 석영유리 기판을 에어건 타입의 스프레이어를 통해 표면의 수분을 제거함으로써 건조하는 단계를 수행하여 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판을 제조하였다.
<실시예 2 ~ 7 및 비교예 1 ~ 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 전저리하는 단계의 수행 시간 및 전처리제의 조성 등을 변경하여 하기 표 1 및 표 2와 같은 석영유리 기판을 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 및 비교예에 따라 제조한 각각의 석영유리 기판에 대하여, 하기의 물성을 평가하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
1. 표면 외관 평가(스크래치 및 얼룩 여부)
실시예 및 비교예에 따라 제조한 각각의 석영유리 기판에 대하여, 업계 경력 15년 이상의 전문요원 30인이 각각 육안으로 평가하도록 하여 표면 형상을 평가하였다. 이때, 석영유리 기판 표면에 아무 이상이 없는 경우 - ○, 스크래치 및/또는 얼룩이 있는 경우 - ×로 하여 표면 외관을 평가하였다. 이 중에서 비교예 1의 표면 외관은 도 6에, 실시예 1의 표면 외관은 도 7에 나타내었다.
2. 그레인(Grain) 크기, 표면 조도(Ra) 및 표면 조도의 편차 측정
실시예 및 비교예에 따라 제조한 각각의 석영유리 기판에 대하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 직경 ø510의 제1지점을 기준으로 제1방향으로 80mm의 거리씩 각각 이격된 직경 ø40의 제2지점 ~ 제5지점, 상기 제1지점 ~ 제2지점에서 상기 제1방향과 수직하는 방향으로 80mm의 거리씩 각각 이격된 직경 ø40의 제6지점 ~ 제10지점, 직경 ø40의 제11지점 ~ 제15지점, 직경 ø40의 제16지점 ~ 제20지점, 직경 ø40의 제21지점 ~ 제25지점에 대하여 각 지점의 그레인 크기 및 표면 조도를 측정하여 이들의 평균 값을 각각 측정하였다.
또한, 각 지점의 표면 조도의 최대 표면 조도 및 최소 표면 조도를 각각 측정한 후, 하기 계산식 1에 따라 표면 조도의 편차를 계산하였다.
[계산식 1]
임.
또한, 비교예 1의 표면 확대 사진의 경우 도 4에, 실시예 1의 표면 확대 사진의 경우 도 5에 나타내었다. 이때, 도 4a 및 도 5a는 좌측 100배 확대 사진, 도 4b 및 도 5b는 중앙 100배 확대 사진, 도 4c 및 도 5c는 우측 100배 확대 사진, 도 4d 및 도 5d는 좌측 500배 확대 사진, 도 4e 및 도 5e는 중앙 500배 확대 사진 및 도 4f 및 도 5f는 우측 500배 확대 사진이다.
<실험예 2>
실시예 및 비교예에 따라 제조한 각각의 석영유리 기판에 대하여, 표면에 평균 두께 40㎛로 Si 코팅막을 형성한 후, 온도 600℃로 3분간 열처리 후 온도 20℃로 10분간 냉각하는 것을 1사이클로 하여 3사이클 수행한 뒤, 사이클 종료 후 1일 경과 시점에 온도 1100℃로 3분간 열처리 후 온도 20℃로 10분간 냉각하는 것을 1사이클로 하여 2사이클 수행하고, 온도 1100℃로 3분간 열처리 후 20℃로 냉각하여 각각의 실험시편을 제조하였다.
이 후, 각각의 실험시편에 대하여 코팅막을 90°로 박리하여 이때의 박리강도를 측정함으로써 밀착력을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | ||
| 전처리 단계 | 수행시간(분) | 60 | 15 | 30 | 80 | 60 | |
| 전저리제 | 암모늄계 화합물 종류 | ABF | ABF | ABF | ABF | ABF | |
| 산성물질 (중량부) |
5.33 | 5.33 | 5.33 | 5.33 | 1.7 | ||
| 불소계 계면활성제 (중량부) |
1.33 | 1.33 | 1.33 | 1.33 | 1.33 | ||
| 그레인 크기(㎛) | 115 | 65 | 85 | 145 | 38 | ||
| 표면 조도(Ra, ㎛) | 1.95 | 1.595 | 1.595 | 2.19 | 1.35 | ||
| 표면 조도 편차 | 15 | 13 | 10 | 19 | 24 | ||
| 표면 외관 평가 | ○ | ○ | ○ | ○ | × | ||
| 코팅막 밀착력 평가(㎫) | 1.21 | 1.199 | 1.2 | 1.08 | 0.25 | ||
| 구분 | 실시예6 | 실시예7 | 실시예8 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | ||
| 전처리 단계 | 수행시간 | 60 | 60 | 60 | 0 | 5 | 120 | |
| 전저리제 | 암모늄계 화합물 종류 | ABF | ABF | ABF | - | ABF | ABF | |
| 산성물질 (중량부) |
20 | 5.33 | 5.33 | - | 5.33 | 5.33 | ||
| 불소계 계면활성제 (중량부) |
1.33 | 0.017 | 2.5 | - | 1.33 | 1.33 | ||
| 그레인 크기(㎛) | 190 | 185 | 55 | 32.5 | 45 | 200 | ||
| 표면 조도(Ra, ㎛) | 1.145 | 1.205 | 1.3 | 1.315 | 1.405 | 2.72 | ||
| 표면 조도 편차 | 23 | 22 | 23 | 29 | 22 | 24 | ||
| 표면 외관 평가 | × | × | × | × | × | × | ||
| 코팅막 밀착력 평가(㎫) | 0.4 | 0.4 | 0.6 | 0.08 | 0.2 | 0.6 | ||
상기 표 1 및 표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 전저리하는 단계의 수행 시간 및 전처리제의 조성 등을 모두 만족하는 실시예 1 내지 3이, 이 중에서 하나라도 만족하지 못하는 실시예 4 ~ 8 및 비교예 1 ~ 3에 비하여 표면 조도 편차가 작아서 요철의 균일성이 현저히 우수하고, 표면 얼룩을 방지할 수 있으며, 그레인의 크기 조절이 가능하고, 코팅막과의 밀착력이 우수한 효과를 모두 동시에 달성할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
S0: 세척하는 단계
S1: 전처리하는 단계
S2: 요철을 형성하는 단계
S2-1: 제1화학처리 단계
S2-2: 제1세정 단계
S2-3: 제2화학처리 단계
S2-4: 제2세정 단계
S3: 코팅하는 단계
S1: 전처리하는 단계
S2: 요철을 형성하는 단계
S2-1: 제1화학처리 단계
S2-2: 제1세정 단계
S2-3: 제2화학처리 단계
S2-4: 제2세정 단계
S3: 코팅하는 단계
Claims (14)
- 전처리제를 통해 석영유리 기판을 전처리하는 단계; 및
전처리한 석영유리 기판 표면에 요철을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 요철은 하기 계산식 1에 따라 측정한 표면 조도의 편차가 20% 이하인, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법:
[계산식 1]
임. - 제1항에 있어서,
상기 전처리하는 단계는 10 ~ 100분 동안 수행하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 전처리제는 암모늄계 화합물, 산성 물질 및 불소계 계면활성제를 포함하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 전처리제는 암모늄계 화합물 100 중량부에 대하여 산성 물질을 2 ~ 15 중량부 및 불소계 계면활성제를 0.02 ~ 2 중량부 포함하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 요철은 그레인(Grain) 크기가 45 ~ 150㎛이고, 표면 조도(Ra)가 1.3 ~ 2.2㎛인, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 전처리하는 단계 전에,
석영유리 기판을 세척하는 단계;를 더 포함하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 요철을 형성하는 단계는,
표면 요철을 형성하는 제1화학처리 단계; 및
표면 요철의 균일성을 향상시키는 제2화학처리 단계;를 포함하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1화학처리 단계와 상기 제2화학처리 단계 사이에, 제1세정 단계;를 더 포함하고,
상기 제2화학처리 단계 뒤에, 제2세정 단계;를 더 포함하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 제1세정 단계 및 제2세정 단계는, 각각 독립적으로 저항 값 17 ~ 19㏁의 탈이온수를 통해 수행하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 제9항에 있어서, 상기 제2세정 단계 뒤에,
세정한 석영유리 기판을 코팅하는 단계;를 더 포함하는, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 제조방법. - 표면의 적어도 일부에 형성된 요철을 포함하고,
상기 요철은 하기 계산식 1에 따라 측정한 표면 조도의 편차가 20% 이하인, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판:
[계산식 1]
임. - 제11항에 있어서,
상기 요철은 그레인(Grain) 크기가 45 ~ 150㎛이고, 표면 조도(Ra)가 1.3 ~ 2.2㎛인, 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판. - 제11항 또는 제12항에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판;을 포함하는 반도체 지그.
- 제11항 또는 제12항에 따른 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판;을 포함하는 코팅 기판.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220130417A KR20240050707A (ko) | 2022-10-12 | 2022-10-12 | 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220130417A KR20240050707A (ko) | 2022-10-12 | 2022-10-12 | 요철의 균일성이 우수한 석영유리 기판 및 이의 제조방법 |
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| KR101283405B1 (ko) | 2004-08-24 | 2013-07-08 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 석영 지그 및 반도체 제조장치 |
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2022
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