KR100424428B1 - 종형로 및 종형로용 웨이퍼보트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종형로 및 종형로용의 웨이퍼보트에 관한 것으로서, 원호형의 웨이퍼지지부재에 의해 웨이퍼주연부를 면접촉에 의해 지지하는 종래의 종형로용웨이퍼보트에 있어서 웨이퍼의 열처리시에 일어나는 슬립의 발생을 방지하기 위하여, 웨이퍼 지지부재의 웨이퍼를 지지하는 측의 면의 웨이퍼삽입방향과 원호의 중심으로 45°의 각도를 위한 위치에 상기 지지부재가 상기 웨이퍼와 접촉하지 않도록, 홈형의 요홈부를 설치하여 슬립에 의한 디바이스특성으로의 영향이 삭제되고, 디바이스의 수율향상을 위한 기술이 제시된다.

Description

종형로 및 종형로용 웨이퍼보트{VERTICAL FURNACE AND WAFER BOAT FOR VERTICAL FURNACE}

반도체웨이퍼의 산화 확산처리공정에서는, 다수의 반도체웨이퍼를 웨이퍼용 보트에 탑재하여 웨이퍼용 보트를 확산로내부에 반입하여 소정의 열처리를 실행한다.

확산로의 종류에 따라서 종형보트를 사용하거나 횡형보트를 사용하고 있다.

종래의 종형보트는 3점 혹은 4점으로 웨이퍼보트를 보지하는 구조로하고, 웨이퍼를 지지하는 지지부가 보트에서 봉형으로 돌출하고 또한, 웨이퍼주변단부 및 웨이퍼뒷면이 각각 보트지주와 지지부로 면접촉하도록 한 보트가 사용되고 있다.(특일본국특공소61-19191015호공보).

또한, 웨이퍼의 두께보다 약간 두꺼운 홈이 보트지주로 형성되고 그 홈에 웨이퍼주변단부 및 웨이퍼뒷면주변이 면접촉하여 지지되는 웨이퍼보트가 사용되고 있다.

최근에는 웨이퍼의 지름이 증대하는 경향이 있다. 특히 지름이 30cm(12인치)이상의 웨이퍼에 의하면 웨이퍼의 자중에 의해 웨이퍼가 변형하고 또한 슬립등의 결정결함이 발생하는 문제가 있었다. 상기 문제를 해결하기 위하여 웨이퍼의주변부에서 보다 중심에 가까운 위치로 웨이퍼를 지지하도록 한 보트가 사용되고 있다. (일본국특개평06-16901010호공보, 일본국특개평09-139352 공보).

혹은, 원호형 또는 링형의 지지부재를 보트지주에 설치하고 웨이퍼 뒷면 주연부가 면접촉하여 지지하는 웨이퍼보트가 사용되고 있다.(일본국 특개평6-260438호공보)

본 발명은 종형로 및 종형열처리장치에 구비되는 웨이퍼보트 특히 종형확산로 종형기상 성장로에 구비하는 종형용 웨이퍼보트에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 한 실시예에 관한 종형확산로(기상성장로)를 나타내는 종단면도이다.

도 2 는 본 발명의 한 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트를 나타내는 전체구성도이다.

도 3 은 본 발명의 한 실시예에 관한 종형용웨이퍼보트를 나타내는 제 1도의 선 A - A'를 따르는 횡단면도이다.

도 4 는 본 발명의 한 실시예에 관한 형태를 설명하기 위한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타나는 평면도이다.

도 5 는 본 발명의 한 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재의 홈형태를 나타내는 측면도이다.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타내는 평면도이다.

도 7 은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타내는 평면도이다.

도 8 은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타내는 평면도이다.

도 9 는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타내는 평면도이다.

도 10 은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타내는 평면도이다.

도 11 은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타내는 평면도이다.

도 12 는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재를 나타내는 평면도이다.

도 13 은 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 종형용 웨이퍼보트의 지지부재의 홈중심각과 웨이퍼에 발생하는 응력의 관계를 나타내는 도이다.

웨이퍼를 점 지지하는 종래의 기술에서는, 웨이퍼내부를 지지하여도 접촉면적이 한정되기 때문에 웨이퍼의 지름이 크면 자중에 의해 지지위치에 발생하는 응력이 증가하고 또한, 처리온도의 상승에 의해 하강형응력이 저하한다. 상기에 의해 용이하게 발생응력이 하강형응력을 넘어서 슬립이 발생한다.

또한, 웨이퍼내쪽을 지지하기 위하여 지지부재에 깊은 슬립과 지지봉을 설치할 필요가 있고 가공에 시간과 코스트가 걸리는 문제가 있었다.

이상에 의해 원호형 혹은 링형의 지지부재에 의해 웨이퍼주연부를 면접촉에 의해 지지하는 종래기술이 이용되고 있다. 그러나 상기 구성에 있어서도 웨이퍼의 열처리온도가 1000℃를 넘어서는 조건하에서도 슬립이 불가피하게 발생한다는 문제가 있었다.

원호형 혹은 링형의 지지부재의 상면에 있어서 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼를 지지하도록 이루어진 종형웨이퍼보트에 있어서 지지부재의 원호 혹은 링의 중심에서 보트의 웨이퍼삽입방향과 45°의 각도를 위하여 지지부재의 상면상의 위치에 상기 지지부재가 상기 웨이퍼와 접촉하지 않도록 홈형의 요홈부를 설치하는 것에 의해 상기 과제를 해결한다.

이상의 구성으로 한 근거를 이하에 설명한다. 웨이퍼하면과 원호 혹은 링형의 지지부재를 면접촉시켜서 지지하는 경우에서도 지지부재의 전면이 웨이퍼하면에 접촉하고 있는 것은 아니다. 자중 혹은 온도분포에 의한 웨이퍼 지지부재의 변형 표면밀도 가공정밀도에 의한 표면의 요철등에 의해 가시적으로는 지지부재의 일부분이 웨이퍼에 접촉하고 지지하고 있기 때문에 한형태로 접촉 한 경우보다 큰 응력이 접촉위치에 발생하고 있다.

	위치(중심각도)
	0 ~ 7.5	7.5 ~ 15	15 ~ 22.5	22.5 ~ 30	30 ~ 37.5	37.5 ~ 45
온도	1050℃	1	1	0	0	0	4
	1100℃	2	1	0	0	1	6
	1200℃	2	2	5	0	0	6
합계	5	5	5	0	1	16

표 1은 링형 지지부재를 이용하여 약30cm(12인치)사이즈의 {001}을 주면으로 하는 웨이퍼를 <110>방향을 삽입방향으로 맞추어 삽입하고 1050℃, 1100℃, 1200℃로 열처리한 경우의 슬립의 발생위치와 그 빈도의 관계를 나타내고 있다. 슬립발생위치는 1/8경면대칭을 가정하고 웨이퍼삽입방향을 위한 중심각도 0 ~ 45°로 나타내고 있다. 표 1에서 중심각45°근방이 다른위치에 비하여 처리온도에 관계없이 슬립의 발생빈도가 높은 것을 알수 있다. 즉 {001}을 주면으로 하고 <110>방향을 삽입방향으로 하는 웨이퍼로 삽입방향과 중심각 45°의 각도를 이루는 위치 즉<100>, <010>, <0100>, <0 - 10> 의 4방향으로 슬립이 발생하기 쉬운 경향이 있다. 상기에서 상기 4방향으로 웨이퍼와 지지부재가 접촉하지 않도록 하는 것에 의해 슬립의 발생을 억제하는 것이 가능하다.

본 발명의 실시예를 도면을 이용하여 설명한다. 제 1도는 본 발명의 한실시예를 나타내는 종단면도이다. 제 1도에 있어서 종형의 저항가열로(1)내에 설치된 반응관은 외부튜브(2) 및 내부튜브(3)으로 구성되는 이중구조를 갖고 가설대(4)에 보지되어 있다. 반응가스는 내부튜브(3)내에 공급되고 외부튜브(2)에서 회수된다. 보트(5)는 내부튜브(3)내에 설치되고 가설대(4)의 중앙부에 설치된 원호(6)에서 삽입, 인출을 실행한다. 보트(5)에는 웨이퍼(7)가 상하로 임의의 간격을 두고 보지되어 있다. 내부튜브(3)에서 인출된 보트(5)에서 웨이퍼(7)는 이재장치에 의해 입출된다.

제 2도는 보트(5)의 전체구성을 나타내는 도이고 보트(5)는 복수의 지주(8)와 상부판넬(51) 바닥판넬(52) 캡(53)을 가지고 있다.

제 3도는 보트(5)의 횡단면도이고 제 1도안의 A-A'단면을 연직방향에서 본것이다. 내부에 웨이퍼(7)을 거의 수평으로 보지하는 보트(5)는 복수개의 지주(8)와 복수의 지지부재(9)을 가지고 있다. 복수개의 지주(8)는 보트(5)내부에 보지한 웨이퍼(7)의 주변을 포위하여 거의 수직으로 직립하여 설치되어 있다. 웨이퍼(7)는 수평방향으로 보트(5)내에 삽입되어 있기 때문에 그 삽입스페이스를 확보하기 위하여 삽입부분에서 지주(8)의 간격이 떨어져 있다. 지지부재(9)는 원호형 혹은 링형의 형태를 갖고 지주(8)에 일체로 설치되어 있거나 혹은 지주(8)에 설치된 홈에 착탈이 자유롭게 적층재치되어 있다. 지지부재(9)는 웨이퍼(7)을 동일한 심으로 지지한다. 즉, 지지형태에서 웨이퍼(7)의 중심은 지지부재(9)의 원호 혹은 링의 중심과 거의 일치하고 있다. 또한, 웨이퍼(7)의 삽입방향은 지지부재(9)의 중심을 통하도록 설치된다.

제 4도는 본 실시예의 지지부재(9)의 일례를 나타낸다. 지지부재(9)는 링형이고 지시부재(9)의 상면에는 지지부재(9)의 링중심에서 웨이퍼삽입방향과 상호 45°의 각도를 위한 방향으로 4개의 홈(10)이 설치되고 상기 홈에 의해{001}웨이퍼(7)의 하면이 <100>, <010>, <-100> 및 <0 - 10>방향으로 지지부분(9)과 접촉하지 않도록 되어 있다.

홈(10)은 단면형태가 단형의 홈이다.

홈(10)은 웨이퍼(7)의 하면이 지지부재(9)의 상면에 접촉하는 것을 방지가능한 깊이라면 형태는 임의로 가능하고 凹한 파임이거나 구멍형이어도 관계없다. 제5도는 홈(10)의 일례를 나타내는 측면도이다. 상기 외에 제 5도(a)(단면형태가 단형의 홈의 각으로 곡률을 설치한것) 제 5도(b)(단면형태가 단형의 홈의 각을 깍은 것) 제 5도(c)(단면형태가 V형의 홈) 제 5도(d)(단면형태가 사각형의 홈) 제 5도(e)(단면형태가 V-형 혹은 사각형의 홈의 각으로 곡률을 설치한 것)등에서도 동일한 작용효과를 구할 수 있다.

홈 혹은 절단홈의 단부에서는 웨이퍼(7)와 지지부재(9)는 점, 선접촉 혹은 상기에 가까운 면접촉을 하기 때문에 홈 혹은 절단홈의 단부와의 웨이퍼(7)의 접촉부에서는 커다란 응력이 발생하는 경우가 있다. 그곳에서 홈 혹은 절단홈의 단부 혹은 능선으로 곡률을 설치하는 것은 홈 혹은 절단홈의 단부에서의 웨이퍼와의 접촉면적을 증가시켜 응력을 저감하는 효과가 있어 바람직하다.

홈 혹은 절단홈은 지지부재가 웨이퍼와 접촉하여 부적절한 응력을 발생하는 결과로서 슬립이 발생하는 것을 억제하는 효과를 가지고 있지만 당연히 홈 혹은 절단홈의 영역에서는 지지부재는 웨이퍼를 지지하는 것은 불가능하다. 이로 인하여 웨이퍼는 당해 영역에서 자중에 의한 변형을 일으키는 응력이 발생한다. 홈 혹은 절단홈의 주변방향의 폭이 크면 생기는 응력도 증가하기 때문에 홈 혹은 절단홈의 주변방향의 폭은 적절한 크기로 할 필요가 있다.

제 13도에 FEM해석에 의해 30cm(12인치)사이즈의 {001}을 주요면으로 하는 웨이퍼가 삽입방향에 대해서 45°을 이루는 위치로 홈을 갖는 링형의 지지부재에 의해 지지되는 경우에 홈폭이 한중심(홈폭을 원호로서 본 경우의 원호의 각도)을 갖는 것으로 하고 웨이퍼의 홈중심에 발생하는 주변방향 응력을 홈의 중심각을 파라메이터로 해석한 결과를 나타낸다. 응력은 홈의 중심각 0° 즉 홈이 없는 경우의 응력과의 비로 나타내었다.

상기에 의해 홈 혹은 절단홈의 중심각은 발생응력의 증가량이 홈이 없는 경우에 발생하는 응력의 1/10을 넘지않는 12°이하가 바람직하고 가능하면 응력의 증가가 1/100이하로 억제가능한 6°이하가 특히 바람직하다. 또한, 본 실시예에서는 중심각을 약 4°로 하였다.

제 6도는 지지부재(9)의 다른 일례이다. 본 실시예의 지지부재(9)는 웨이퍼(7)의 이재장치를 삽입가능하도록 웨이퍼삽입방향 전방의 부분을 개방한 원호형이다. 웨이퍼의 지지가 불균일해지고 응력이 발생하지만 적당한 폭이면 슬립발생의 요인이 되는 경우는 없다.

제 7도는 지지부재(9)의 또다른 일례로 홈(10)의 교체로 절단홈(11)을 설치한 것이다. 본 구조는 홈(10)을 설치한 것에 비하여 지지부재의 두께를 얇게 가능하고 결과로서 동일한 보트 높이로 다수의 웨이퍼를 적층배치 가능한 웨이퍼보트가 실현가능하다. 또한, 본 구조는 절단홈부의 가능부분에 고응력이 발생하지만 적당한 구조설계 및 재료선정에 의해 신뢰성을 확보가능하다.

제 8도는 지지부재(9)의 또다른 일례이다. 웨이퍼이재장치가 웨이퍼후방까지 삽입가능하도록 웨이퍼삽입방향 안측으로 공간을 설치하기 때문에 외주에 돌기(凸)형으로 되어 있다. 혹은 곡률을 크게하여도 좋다.

또한, 제 9도와 같이 홈(10)을 4방향 전체에 설치하지 않아도 일부에서도 설치하는 것에 의해 슬립이 발생하는 확률이 감소하고 또한 1매의 웨이퍼에 발생하는슬립의 수도 감소하는 것에 의해 디바이스의 수율향상에 유효하다.

제 10도도 또한, 지지부재(9)의 또 다른 일례이다. 판두께가 너무 얇으면 강도가 없어지고 웨이퍼를 지지불가능해지고 접촉에 의한 응력이 증대하고 슬립이 발생하는 요인이 된다. 그러나 판두께가 너무 커지면 지주에 설치된 지지부재 탈착용의 홈사이의 피치가 커지고 보트(5)에 한번에 재치가능한 웨이퍼의 수가 감소한다. 또한, 판두께의 증가는 중량이 증가되고 보트지주의 부하의 증가와 장치전체의 비대화를 일으키고 코스트의 증가에도 이어진다. 제 10도의 실시예에서는 지지부재(9)는 L자형의 단면형태를 가지고 있다. 지지부재 탈착용의 홈에 삽입되는 판두께는 얇고, 그 이외의 판두께를 두껍게하는 것에 의해 지지부재탈착용의 홈의 피치는 크게되지 않고 또한 중량도 증가도 억제하여 지지부재(9)의 강도를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 지지부재(9)의 강도를 저하시키지 않고 중량을 저감하는 방법으로서 판두께를 두껍게 하는 대신으로 지지부재 뒷면에 주변방향 및 반경방향으로 보강리브를 설치하는 것도 유효하다.

제 11도는 지지부재(9)의 또다른 일례이다. 지지부재(9)는 웨이퍼삽입방향 전방에서 웨이퍼의 삽입방향과 원호의 중심을 위한 각도가 적어도 -45°에서 +45°의 범위를 개방한 원호형이고 웨이퍼의 하강형 응력의 가장 작은 위치가 지지부재에 접촉하는 것을 회피하면서 웨이퍼이재장치의 삽입을 가능하게 하고 있다.

제 12도는 또다른 일례이고 지지부재(9)를 지주(8)와 일체로 형성한 것이다.

본 발명에 의하면 웨이퍼의 지름이 증대되어 처리온도가 상승할 때의 지지부재와의 접촉에 의한 응력발생을 억제가능하고 종형확산로 및 종형기상 성장로에 있어서의 열처리시에 웨이퍼와 보트의 접촉부분에서의 슬립발생을 방지하는 것이 가능하다. 그 결과 슬립에 의한 디바이스특성으로의 영향이 삭제되고 디바이스의 수율도 향상하는데 현저한 효과를 가져오는 것이 가능하다.

Claims (8)

1. 가열로와,

   가열로내에 배설된 반응관과,

   상기 반응관내에 반응가스를 공급하는 수단과,

   상기 반응관내에 웨이퍼를 보지하기 위한 링형 지지부재를 구비하고,

   상기 링형 지지부재가 형성되는 곳에 지지부재가 홈형의 요홈부에 위치했을 때 웨이퍼와 접촉하지 않도록 웨이퍼 삽입 방향과 45도의 각도로 홈형의 요홈부를 구비하고 것을 특징으로 하는 종형로.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 반응관은 외부튜브 및 내부튜브로 구성되는 이중구조를 갖고,

   상기 웨이퍼는 상기 내부튜브내에 배치되는 것을 특징으로 하는 종형로.
3. {001}을 주요면으로 하는 웨이퍼의 결정방위 <100>, <010>, <-100> 및

   <0-10>을 지지하지 않는 상태로 상기 웨이퍼를 가열처리하는 웨이퍼 열처리방법.
4. {001}을 주요면으로 하는 웨이퍼의 결정방위 <100> <010> <-100> 및

   <0-10>을 이외의 소망의 위치를 지지한 후 상기 웨이퍼를 가열처리하는 웨이퍼열처리방법.
5. 종방향으로 배열된 복수의 지주와,

   상기 지주의 상하방향으로 소정의 간격으로 배치된 웨이퍼의 지지부재로서 상기 웨이퍼의 주연부에 면접촉하여 상기 웨이퍼를 지지하도록 구성된 지지부재를 구비한 종형로용 웨이퍼보트에 있어서,

   상기 지지부재의 웨이퍼를 지지하는 측의 면의 웨이퍼 삽입방향과 45°의 각도를 위한 위치에 상기 지지부재가 상기 웨이퍼와 접촉하지 않도록 홈형의 요홈부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 종형로용웨이퍼보트.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 각 홈형 요홈부의 단부에 곡률이 형성되는 것을 특징으로 하는 종형로용 웨이퍼보트.
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