KR100578709B1 - 슬립 없는 웨이퍼 보트 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 보트를 제공한다. 상기 웨이퍼 보트는 실리콘 웨이퍼를 상부에서 지지하도록 치수화된 적어도 하나의 웨이퍼 지지 구조체를 갖는 세라믹 본체를 포함한다. 웨이퍼 슬롯의 표면은 세라믹으로 코팅된다. 상기 세라믹 코팅은 불순물 이동 방지 두께 및 웨이퍼 접촉면을 갖는다. 상기 웨이퍼 접촉면은 상기 실리콘 웨이퍼에서의 슬립을 실질적으로 방지하는 코팅후 표면 마감재를 갖는다.
실리콘 웨이퍼, 웨이퍼 보트, 웨이퍼 지지 구조체, 세라믹 본체, 웨이퍼 슬롯, 세라믹 코팅, 불순물 이동 방지 두께, 웨이퍼 접촉면, 코팅후 표면 마감재

Description

슬립 없는 웨이퍼 보트 제조 장치 및 방법{Apparatus and method of making a slip free wafer boat}
본 발명은 반도체 제조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 슬롯들과 같은 웨이퍼 지지 구조체들을 가지며, 보호용 세라믹 코팅으로 코팅되고, 각각의 슬롯을 위한 코팅후 표면 마감재(post coating surface finish)를 갖는 웨이퍼 접촉면을 규정하기 위해 코팅후 마감 처리되는 웨이퍼 보트(wafer boat)에 관한 것이다.
그 밖의 재료들 예를 들어, 실리콘-게르마늄(SiGe) 또는 갈륨 비화물(GaAs)이 사용될 수 있지만, 현재 실리콘(Si)이 전자제품 산업 분야에서 가장 중요한 반도체이다. 초대규모 집적(VLSI; Very Large Scale Integrated) 회로 기술(즉, 칩당 대략 100,000까지의 디바이스), 및 극초대규모 집적(ULSI; Ultra Large Scale Integrated) 회로 기술(즉, 칩당 100,000보다 많은 디바이스 및 몇몇 경우에는 10억를 초과하는 디바이스)은 거의 전부 실리콘을 기반으로 한다.
실리콘 기판들 상에서 실시되는 VLSI 회로 및 ULSI 회로의 제조는 대단히 높은 결정 완성도 또는 순도를 가져야만 한다. 즉, 결정성 고체에서, 이 고체를 구성하는 원자들은 주기적인 형태로 공간적으로 배치된다. 주기적인 배열이 이 고체 전체에 걸쳐 존재하면, 물질은 단일의 결정으로부터 형성되는 것으로 규정된다. 이 결정에 있어서 원자들의 주기적인 배열은 격자(lattice)라고 불린다. 대단히 높은 결정 완성도는, 실리콘 기판이 그 단일의 결정 실리콘 격자 전체에 최소한의 불순물들 및 구조적인 결함들을 갖는 것이 필요하다.
일반적으로, 석영과 같은 원료는 전자품 등급의 폴리실리콘(EGS; electronic grade polysilicon)에 정제되어 용융(melt)된다. 실리콘 종자 결정(silicon seed crystal)은 상기 용융된 EGS로부터 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 성장시키는데 사용된다. 이어서, 상기 잉곳은 실리콘 웨이퍼들로 정밀하게 슬라이스되어 연마된다. 실리콘 웨이퍼들은, 복잡한 순서의 웨이퍼 제조 공정들을 통해 VLSI 및 ULSI 회로들이 최종적으로 만들어지는 기판들을 제공한다.
실리콘 재료 기술에 있어서, 실리콘 웨이퍼 사이즈의 증가는 가장 두드러진 경향 중의 하나이다. 현재, 300㎜ 직경의 웨이퍼들은 궁극적으로 대부분의 150㎜ 및 200㎜의 웨이퍼 용도를 교체할 것으로 기대된다. 잠정적으로는 가까운 미래에 400㎜ 웨이퍼들이 또한 도입될 것으로 예견된다. 생산성을 유지하기 위해 대직경의 웨이퍼들을 사용하는 것은 반도체 제조업자들에게 몇개의 주된 과제를 제시한다. 예를 들어, 대형 웨이퍼들을 취급할 수 있는 장비를 구비한 설비, 예를 들어 수직형 화로(vertical furnace)(확산로)가 건설되어야만 한다. 보다 넓은 면적들에 걸쳐 보다 작은 사이즈의 특징(feature)을 인쇄하기 위해 새로운 패터닝 기술이 개발되어야만 한다. 대형 웨이퍼들은 비틀림(warping) 및 그 밖의 구조적인 변형들에 대한 내성을 향상시키기 위해 보다 두꺼워져야만 한다. 또한, 웨이퍼들이 대형화될 수록 무거워지기 때문에, 자동화된 웨이퍼 전송 시스템들을 사용하는 것이 필요하다.
실리콘 웨이퍼들이 보다 대형화되고 보다 무거워지기 때문에, 격자에 대한 불순물들 및 구조적인 결함들을 방지하는 문제, 즉 대단히 높은 결정 완성도를 유지하는 문제가 매우 중요해지고 있다. 특히, 300㎜ 및 그보다 대형의 실리콘 웨이퍼들에서 특히 문제가 되는 하나의 그러한 구조적인 결함은 격자 구조체에서의 슬립(미끄럼)이다.
실리콘 웨이퍼들에서의 슬립은 웨이퍼에 가해진 응력의 함수이다. 이 응력은 기계적(예를 들어, 마찰에 의해 도입되는) 응력 및/또는 열 응력일 수 있다. 웨이퍼들이 응력을 받으면, 결정 격자는 탄성 변형(elastic deformation)을 겪지만, 그러한 변형은 응력 해제시에 고체 결정이 원래의 위치로 복귀함에 따라 사라진다. 그러나, 심각한 응력은 결정 격자에서의 소성(plastic) 또는 영구 변형인 슬립을 야기하고, 그러한 슬립은 응력 해제시에도 잔류하게 된다. 슬립은 실리콘의 탄성 한계(또는 항복 강도)가 초과될 때와 격자가 영구적으로 오정렬될 때 발생한다.
슬립은 열처리 화로에서의 실리콘 웨이퍼들을 고온 처리하는 온도[화로 작업들(furnacing operations)]에서 일반적이데, 그 이유는 열 응력이 처리 온도에 비례하기 때문이다. 웨이퍼의 취성 거동에서 연성 거동까지의 전이 온도는 일반적으로 대략 720℃ 내지 1,000℃의 범위 내에 있다. 그러므로, 열 또는 기계적 응력에 의해 유발된 슬립은 720℃ 이상의 처리 온도에서 특히 문제가 된다.
웨이퍼 보트들은 반도체 웨이퍼 처리 중에 화로 작업들을 받게 되는 웨이퍼 지지 장치들이다. 수평형 웨이퍼 보트들은 통상 고온 처리를 위해 수평형 화로관에 삽입되는 수평하게 배열된 웨이퍼들을 지지하도록 설계된다. 수직형 웨이퍼 보트들은 통상 수직형 화로관에 삽입되는 수직하게 적층된 웨이퍼들을 지지하도록 설계된다. 일반적으로, 300㎜와 같은 대직경 실리콘 웨이퍼들의 경우, 수직형 웨이퍼 보트들이 보다 보편적으로 사용된다. 이는 수직형 화로들이 수평형 화로들보다 작은 설치면적(foot print)를 가지며, 따라서 고가의 제조 공간을 작게 할 수 있기 때문이다. 또한, 수직형 화로들은 일반적으로 수평형 화로들보다 양호한 온도 제어를 입증한다.
웨이퍼 보트들은 일반적으로 세라믹 재료들로 구성된다. 이온 결합 또는 공유 결합(covalent bond)에 의해 결합되는 세라믹 재료들은, 통상 금속 원소 및 비금속 원소 모두를 함유하는 복합 화합물로 구성된다. 통상적으로, 세라믹들은 낮은 전기적 및 열적 전도성, 양호한 화학적 및 열적 안정성, 및 높은 압축 강도들을 갖는 딱딱하고 취성이 있고 고융점인 재료들이다. 세라믹 재료들로는 석영, 실리콘 카바이드(SiC) 및 재결정화된 SiC를 예로 들 수 있다. 하나의 그러한 재결정화된 SiC는 미국 매사추세츠 워체스터 소재의 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc.에서 CRYSTAR
Figure 112005058593885-pct00001
의 상표명으로 시판중인 것이 있다. 이 재료는 고순도 실리콘 금속에 함침(impregnate)된 실리콘 카바이드 세라믹이다.
상기 실리콘 웨이퍼에 접촉하여 그 중량을 지지하게 되는 상기 웨이퍼 보트의 표면은, 통상적으로 웨이퍼 접촉면으로 불린다. 복수 종류의 실리콘 웨이퍼를 고정하도록 설계된 웨이퍼 보트에 있어서, 상기 웨이퍼 접촉면은, 통상적으로 각각의 실리콘 웨이퍼를 수용하도록 치수화된 웨이퍼 보트의 웨이퍼 슬롯 내에 배치된다. 단일의 웨이퍼(일반적으로는 대직경 웨이퍼)를 고정하도록 설계된 웨이퍼 보트에 있어서, 상기 웨이퍼 접촉면은 웨이퍼 보트의 다른 구조체, 예를 들어 돌출형 웨이퍼 지지 패드상에 위치될 수 있다. 가열 및 냉각 중에, 즉 열 처리 중에, 상기 웨이퍼 접촉면과 실리콘 웨이퍼 사이의 마찰력은 슬립을 유발할 수 있는 기계적 응력의 원인이다. 보트에 사용되는 일반적인 세라믹 재료는 단결정 실리콘과는 상이한 열팽창 계수를 갖기 때문에, 상기 웨이퍼는 열 사이클 중에 웨이퍼 접촉면상에서 슬라이드되고, 그에 따라 기계적 응력이 증가하며 잠재적으로 슬립을 유발하게 된다. 이는 특히, 720℃를 초과하는 화로 작업 중에 중량의 300㎜ 웨이퍼의 경우에 그러하다.
웨이퍼 보트들과 관련된 다른 문제점은, 보트의 본체 전부에 걸쳐 전자품 등급의 실리콘 처리를 위해 필요한 고순도 레벨을 유지하는 것이 대단히 어렵고 비용이 많이 든다는 것이다. 즉, 고온일 때, 보트들의 본체 내의 불순물, 예를 들어 철, 구리, 니켈, 알루미늄, 소듐, 칼슘 등은 웨이퍼에 이동하여 웨이퍼를 오염시킨다. 이를 방지하기 위해, 보트들은 보통보다 치수적으로 작게 제조되며, 화학 기상 증착(CVD) 공정을 통해 SiC와 같은 고순도 세라믹으로 이루어진 보호용 코팅으로 코팅된다. 전형적으로, SiC 코팅은 공칭적으로는 60 미크론의 두께이고, 그 코팅을 지나는 불순물들의 이동을 적절하게 방지하기 위해서는 최저 30 내지 40 미크론의 두께를 가져야만 한다. 코팅 그 자체에 필요한 순도 레벨은 일반적으로 백만분의 1부(1 ppm) 이하이다.
그러나, 문제가 되는 것은 CVD 코팅된 보트들이 일반적으로 1.0 미크론보다 큰 표면 마감재를 갖는다는 것이다. 이 용도를 위해, 모든 표면 마감재들은 미크론 단위로 설계되며, 공칭적으로 기호 "Ra"로 표시되는 표준 최대 조면 높이 색인(standard maximum roughness height index), 즉 산술 평균을 나타낼 것이다. 300㎜ 이상의 웨이퍼들의 경우, 이 비교적 거친 표면 마감재는 고온 처리에서 과도한 마찰력을 초래할 수 있고, 이로 인해 슬립을 유발할 수 있다.
대형의 웨이퍼 크기의 경우 슬립의 문제를 해결하려는 시도에서, 종래의 보트들은 CVD 코팅없이 만들어지고, 마찰을 감소시키기 위해 웨이퍼 접촉면들을 기계가공하여 매우 평활하게 표면 마감처리하고, 예를 들어 0.4 미크론 미만으로 하였다. 그러나, 그러한 보트들의 본체 전부에 걸친 순도 레벨들의 제어는 필요한 레벨들, 예를 들어 1 ppm 이하에서는 유지하기가 어려운 것으로 입증되었다. 결과로서, 종래의 보트들은 매우 많은 비용이 든다. 또한, 웨이퍼의 대단히 높은 결정 순도를 손상시키게 되는 실리콘 웨이퍼들에의 불순물들의 이동을 방지하는데 필요한 엄정한 표준을 종래의 보트들의 순도가 충족시킬 수 있는지가 의문이다.
따라서, 대직경의 실리콘 웨이퍼들에서 슬립을 야기하는 마찰력을 최소화할 수 있으며, 실리콘 웨이퍼 처리를 위해 필요한 순도 레벨들을 유지할 수 있는 개선된 웨이퍼 보트가 필요로 된다.
본 발명은 보호용 세라믹 코팅으로 코팅되고, 각각의 지지 구조체에 대해 코팅후 표면 마감재를 갖는 웨이퍼 접촉면을 규정하기 위해 코팅후 마감 처리되는 웨이퍼 지지 구조체들, 예를 들어 슬롯들을 갖는 웨이퍼 보트를 제공함으로써 종래 기술에 비해 이점들 및 대안들을 제공한다. 세라믹 코팅은 웨이퍼 보트로부터 피처리 실리콘 웨이퍼까지의 불순물의 이동을 실질적으로 방지하는 미리결정된 두께, 즉 불순물 이동 방지 두께(impurity migration preventing thickness)를 갖는다. 또한, 웨이퍼 접촉면들의 코팅후 표면 마감재는 슬립의 발생을 실질적으로 방지한다. 이 웨이퍼 보트는 코팅의 순도 레벨만을 보트의 본체 전체와는 대조적으로 대단히 높은 순도 레벨로 유지하기 때문에, 적당한 비용으로 제조될 수 있다.
이들 및 다른 장점들은 본 발명의 예시적인 실시예에서 실리콘 웨이퍼들을 지지하는 웨이퍼 보트를 제공함으로써 달성된다. 웨이퍼 보트는 실리콘 웨이퍼를 상부에서 지지하도록 치수화된 적어도 하나의 웨이퍼 지지 구조체를 갖는 세라믹 본체를 포함한다. 세라믹 코팅은 웨이퍼 지지 구조체의 표면 상에 배치된다. 세라믹 코팅은 불순물 이동 방지 두께 및 웨이퍼 접촉면을 갖는다. 웨이퍼 접촉면은 실리콘 웨이퍼들에서의 슬립을 실질적으로 방지하는 코팅후 표면 마감재를 구비한다.
웨이퍼 보트는 전형적으로 수직형 웨이퍼 보트이며, 상기 수직형 웨이퍼 보트는 300㎜ 또는 그 이상의 직경을 갖는 실리콘 웨이퍼들을 수용하도록 치수화된 슬롯들인 웨이퍼 지지 구조체들을 갖는다. 특히, 본 발명의 실시예들은 720℃ 또는 그 이상의 온도에 도달하는 열 처리 중에 대형 크기의 실리콘 웨이퍼들에서의 슬립을 방지하는데 특히 효과적이다.
본 발명의 제조 방법의 예시적인 실시예는, 실리콘 웨이퍼를 상부에서 지지하도록 치수화된 적어도 하나의 웨이퍼 지지 구조체를 갖는 세라믹 웨이퍼 보트 본체를 제공하는 공정을 포함한다. 그후, 보호용 세라믹 코팅으로 이 웨이퍼 지지 구조체의 표면을 코팅하는데 코팅 공정이 이용된다. 그후, 보호용 세라믹 코팅은 웨이퍼 접촉면을 규정하도록 마감 공정을 받게 된다. 세라믹 코팅은 불순물 이동 방지 두께를 갖는다. 또한, 세라믹 코팅의 웨이퍼 접촉면은 실리콘 웨이퍼들에서의 슬립을 실질적으로 방지하는 코팅후 표면 마감재를 갖는다.
코팅 공정의 실시예는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 공정을 포함한다. 마감처리 공정의 실시예는 기계가공 작업 및/또는 레이저 절단 작업을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 웨이퍼 보트의 예시적인 실시예의 사시도.
도 2는 도 1의 웨이퍼 보트의 측면도.
도 3은 도 2의 원형 섹션(E)의 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 보트의 대안적인 실시예의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 보트를 제조하기 위한 제작 순서도의 예시적인 실시예.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수직형 웨이퍼 보트는 일반적으로 참조부호 10으로 도시된다. 전체 웨이퍼 보트(10), 예를 들어 웨이퍼 보트의 본체는 캐스트 재결정화된(cast recrystalized) SiC로 구성되고, 3개의 지지 로드들(12), 베이스(14) 및 탑 플레이트(16)를 포함한다.
베이스(14)는 일반적으로 형상이 원형이며, 미리결정된 직경을 갖는 수평인 평판 베이스 플레이트(18)를 포함한다. 베이스(14)는 또한 베이스 플레이트(18)의 하부면으로부터 아래로 연장되는 수직 테두리(vertical rim; 20)를 포함한다. 상기 테두리(20)는 베이스 플레이트(18)와 동심을 이루며 그보다 작은 직경을 갖기 때문에, 수평의 베이스 플레이트(18)의 외주부는 수직 테두리(20) 너머로 연장되어 원형 립(circular lip; 21)을 규정한다. 확장 슬롯(22)은 중심 구멍(24)으로부터 방사 방향의 외측으로 절단된다. 확장 슬롯(22)은 베이스 플레이트(18)의 외주부 및 테두리(20)를 통해 연장된다. 슬롯(22)으로 인해, 열 처리, 예를 들어 화로 작업 중에 베이스(14)가 열 팽창 및 수축할 수 있다. 또한, 수직 테두리(20)는 웨이퍼 보트(10)가 화로 작업 중에 수직형 화로(도시되지 않음) 내에 위치될 때 웨이퍼 보트를 정확하게 배향시키는 한 쌍의 직사각형 위치결정 노치들(26)을 포함한다.
지지 로드들(12)은 일반적으로 직사각형 단면 형상을 갖는 세장형 구조체들이다. 지지 로드들(12)의 외부 에지들(27)은 베이스 플레이트(18)의 외주부와 동일한 높이로 위치되고, 지지 로드들(12)은 베이스 플레이트(18)상에 미리결정된 직경의 실리콘 웨이퍼, 예를 들어 300㎜ 실리콘 웨이퍼를 수용하도록 배향된다. 로드들(12)은 그들의 하부 말단부(28)에서 베이스 플레이트(18)의 상부면에 용접되며, 플레이트로부터 수직하게 상향으로 실질적으로 연장된다.
지지 로드들(12)의 상부 말단부(30)는 베이스 플레이트(18)에 실질적으로 평행하게 연장되는 U 형상의 편평한 플레이트인 탑 플레이트(16)의 하부면에 용접된다. 탑 플레이트(16)는 상기 U 형상으로 인해, 베이스(14)에서의 확장 슬롯(22)과 마찬가지로 고온의 열 처리 중에 팽창 및 수축할 수 있다. 지지 로드(12), 베이스(14) 및 탑 플레이트(16)가 함께 용접되는 것으로 기술되어 있기는 하지만, 본 발명의 범위 내에서 다른 조립 기술, 예를 들어 볼트결합, 억지끼워맞춤(press fitting) 또는 화학적 접착 등의 기술을 사용하여 구성요소들을 함께 결합할 수 있다.
도 3을 참조하면, 지지 로드(12)는 복수의 세라믹 아암들(32)을 포함한다. 세라믹 아암들(32)은 지지 로드(12)의 외부 에지(27)에 근접하는 고정 단부(35)를 포함한다. 세라믹 아암들(32)은 고정 단부(35)로부터 베이스 플레이트(18)의 중심부를 향하는 방향으로 일반적으로 베이스 플레이트(18)에 평행하게 연장된다. 각각 쌍을 이루는 아암들(32)은 미리결정된 직경, 예를 들어 300㎜ 및 관련 두께의 실리콘 웨이퍼를 수용하도록 치수화된 웨이퍼 슬롯(34)을 규정한다. 본 발명의 목적에 대해서, 아암은 실리콘 웨이퍼에 접촉하여 그 중량을 지지하는 표면(웨이퍼 접촉면)을 갖는 구조이면, 어떠한 구조라도 가능하다. 그러므로, 최하부 슬롯(34)을 규정하며 그 아래로 연장되는 지지 로드들(12)의 아암 부위(33)도 아암으로 고려된다. 웨이퍼 보트의 본체(10)는 고순도의, 예를 들어 1 ppm 미만의 SiC로 이루어진 CVD 보호용 코팅(36)을 위한 공간을 남기기 위해 치수적으로 적어도 그 임계 치수로, 예를 들어 슬롯들(34) 주위의 면적으로 작게 성형된다. 본 실시예가 복수의 웨이퍼들을 고정하도록 설계된 웨이퍼 접촉면을 갖는 슬롯들을 구비하는 웨이퍼 보트를 기술하고 있지만, 당업자라면 다른 구조의 웨이퍼 보트도 웨이퍼 접촉면을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 단일의 웨이퍼를 고정하도록 설계된 웨이퍼 보트는 링 상에 돌출 패드들을 포함하고, 패드들의 상부면들이 웨이퍼 접촉면들이 된다.
보호용 코팅(36)은, 일반적으로 웨이퍼 보트(10)의 본체에 걸쳐 1.0 미크론 이상의 표면 마감재를 포함한다. 그러나, 각각의 웨이퍼 슬롯(34)의 하부면에 배치되는 CVD 코팅(36)은 미리결정된 양의 세라믹 코팅을 제거하기 위해 코팅후 마감 공정, 예를 들어 기계가공 또는 레이저 절단을 받게 된다. 또한, 이러한 마감 공정은 대략 60 미크론의 공칭 두께를 갖는 각각의 세라믹 아암(32, 33)상에 보호용 코팅을 제공한다. 또한, 보호용 코팅은 코팅후 표면 마감재, 즉 코팅후 마감 공정에 의해 얻어지는 대략 0.4 미크론의 표면 마감재를 갖는 각각의 아암(32, 33)을 위한 웨이퍼 접촉면(38)을 포함한다. 유리하게는, SiC 보호용 코팅은 화로 작업 중에 코팅(36)을 통해 실리콘 웨이퍼(도시되지 않음) 내로 웨이퍼 보트(10)의 본체내 불순물이 이동하는 것을 방지하기에 충분한 두께로, 예를 들어 30 미크론으로 이루어진다. 또한, 각각의 웨이퍼 접촉면(38)의 코팅후 표면 마감재는 고온의 열 처리 중에, 즉 온도가 720℃에 도달하는 처리 중에 발생하는 슬립 가능성을 실질적으로 제거하기 위해, 웨이퍼 접촉면(38)과 실리콘 웨이퍼 사이의 마찰 계수를 감소시킨다. 본 실시예가 웨이퍼 보트(10)의 본체 전체에 적용되는 보호용 코팅(36)을 도시하지만, 본 발명의 범위 내에서, 웨이퍼 접촉면(38)이 위치되는 슬롯(34) 주변의 영역에만 보호용 코팅(36)을 적용할 수도 있다.
본 실시예에서는 SiC의 CVD 보호용 코팅이 도시되지만, 당업자라면 다른 세라믹 코팅, 예를 들어 실리콘 니트라이드(Si3N4)가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 보호용 코팅의 두께는 그 주된 기능인 실리콘 웨이퍼를 통한 불순물의 이동을 방지하는 기능을 수행할 수 있는 한계에서, 즉 불순물의 이동을 방지하는 두께 내에서 변화될 수 있다. 또한, 웨이퍼 접촉면의 코팅후 표면 마감재는 특히, 고온의 열 처리 중에 슬립을 실질적으로 방지하도록 마찰 계수가 감소되는 한, 상술된 바와 같이 0.4 미크론에서 변화될 수 있다.
웨이퍼 보트(10)가 수직형으로 이루어지는 것으로 상술되어 있지만, 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 수평형 웨이퍼 보트도 가능하다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 예시적인 실시예가 300㎜ 직경의 웨이퍼에 대해 치수화된 웨이퍼 보트를 기술하고 있지만, 본 발명에 따른 웨이퍼 보트는 다른 직경의 웨이퍼, 예를 들어 150㎜, 200㎜, 또는 400㎜의 웨이퍼에 대해 치수화될 수 있다. 부가적으로, 웨이퍼 보트는 재결정화된 SiC 이외의 세라믹, 예를 들어 석영, 소결된 SiC, 또는 폴리-실리콘으로 구성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수직형 웨이퍼 보트의 대안적인 실시예는 일반적으로 참조부호 40으로 도시된다. 이러한 경우에, 웨이퍼 보트 본체(40)는 베이스(42), 탑 플레이트(44) 및 4개의 지지 로드(46)를 포함한다. 또한, 탑 플레이트(44)는 일반적으로 링 형상으로 이루어지며, 고온의 열 처리 중에 팽창 및 수축을 허용하는 확장 슬롯(48)을 포함한다. 베이스(42)는 일반적으로 원형으로 이루어지며, 확장 슬롯(50)을 포함한다. 4개 한 세트의 장착 슬롯(52)은 베이스(42)의 외주면 내로 형성된다. 조립시에, 지지 로드들(46)은 각각의 장착 슬롯(52) 내로 억지끼워맞춤으로 끼워지고, 지지 로드들(46)의 하부 말단부들은 베이스(42)의 하부면과 동일한 높이로 된다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 통상적인 제조 공정의 공정도가 일반적으로 참조부호 60으로 도시된다. 원료 SiC 입자(62)는 탈이온수와 혼합되어 SiC 슬러리(64)를 형성한다. 슬러리(slurry)는 미리 준비된 플라스터 몰드(68)에 부어진 후 단계 70에서 캐스트 제품을 생성하도록 처리된다. 그후, 캐스트 제품, 즉 반제품(green)(미완성; unfinished)인 지지 로드(12), 베이스(14) 및 탑 플레이트(16)는 몰드로부터 제거되고, 부재들을 최종 네트(net) 형상에 가까워지도록 하는 반제품 마감 작업(72)을 받게 된다. 반제품 마감 작업 이후에, 개별 부재들은 재결정화 공정(74)에서 처리된다. 즉, 반제품 마감 작업을 받은 부재들은 고온으로 가열 처리되고, 여기서 세라믹 입자들은 소결에 의해 함께 결합되어 블랭크(blank)를 형성한다. 그후, 블랭크의 사전-기계 검사(76)가 수행되어 부품이 손상되었거나 공차를 벗어났는지를 검사한다. 필요에 따라, 블랭크는 보다 세부적인 구조를 제공하고 적당한 치수 공차를 충족하도록 기계가공(78)된다. 그후, 미완성 부재들은 불순물을 제거하기 위해 산 욕조(acid bath; 80)에서 세정된다. 그후, 보트(10)의 구성요소들에 대해서 구성요소의 사전-조립 검사(82)가 수행된다. 다음으로, 지지 로드(12), 베이스(14) 및 탑 플레이트(16)는 조립 공정(84), 예를 들어 용접, 볼트결합, 억지끼워맞춤 또는 화학 접착을 통해 조립되어 미완성 웨이퍼 보트(10)를 형성한다. 그후, 웨이퍼 보트(10)는 실리콘 함침 공정(86)을 받게 되며, 상기 공정에서 SiC 세라믹 웨이퍼 보트(10)는 임의의 기공들을 채워 웨이퍼 보트(10)가 그 진밀도(full density)에 이르도록 고순도의 실리콘 금속에 함침된다. 실리콘 함침 공정(86) 이후에, 웨이퍼 보트(10)의 표면은 불순물 및 과잉 실리콘을 제거하도록 샌드블라스트 처리(88)된다. 샌드블라스트 처리는 웨이퍼 보트(10)의 표면을 거칠게 만들기 때문에, 웨이퍼 보트의 돌출 부분들은 다른 기계가공 작업(90)을 받게 되고, 그에 따라 보트(10)의 임계 치수는 공차 범위 내로 된다.
여기에서는, 세라믹 보트(10)는 보트(10)의 임계 치수에서, 특히 실리콘 웨이퍼에 접촉하여 그것을 지지하는 보트(10)의 표면들, 즉 웨이퍼 접촉면(38)에서 미리결정된 양만큼 치수적으로 작게 형성되어야 한다는 점이 중요하다. 그 이유는 고순도 CVD 실리콘 카바이드 코팅의 경우에는 보호용 코팅을 적용하기 위한 공간이 있어야만 하기 때문이다. 그러므로, 보트의 기계가공된 부분들은 기계가공 공정의 정밀도를 확인하기 위해 검사 공정(92)을 통해 검사된다. 그후, CVD SiC 코팅(94)은 보트(10)의 본체내 불순물이 실리콘 웨이퍼로 이동하는 것을 방지하기 위해 적용된다. 통상적으로, SiC 코팅은 보트(10)의 본체 전체에 걸쳐 100 미크론까지의 공칭 두께로 적용된다.
유리하게는, 웨이퍼 접촉면(38)은 코팅후 마감 처리(96), 예를 들어 기계가공 또는 레이저 절단에 의해 가공되며, 마감 처리는 미리결정된 양의 코팅을 제거하며 웨이퍼 접촉면(38)을 대략 0.4 미크론 Ra(코팅후 표면 마감재)로 마감한다. 통상적으로, 단계 96에서는, 보호용 CVD SiC 코팅은 60 미크론의 공칭 두께로 감소된다. 어떤 경우에든 간에, 보호용 코팅은 불순물의 이동을 적절하게 방지하기 위해 미리결정된 최소 두께를 가져야만 한다. 이러한 최소 한계는 CVD SiC 코팅에 대해서는 일반적으로 30 내지 40 미크론이다. 코팅후 표면 마감재는 웨이퍼 접촉면(38)과 실리콘 웨이퍼 사이의 마찰 계수를 본질적으로 슬립을 방지하는 수준까지 감소시키기 위해 미리결정된 한계 이하로 이루어져야만 한다. 통상, 코팅후 표면 마감재는 적어도 0.4 미크론 이하이어야 한다.
코팅후 마감 처리(96) 이후에, 웨이퍼 보트(10)는 최종 검사(98)를 받는다. 그후, 완성된 웨이퍼 보트는 최종적으로 산 세정되고, 포장되며 선적 준비가 완료된다(100).
본 실시예의 제조 공정(60)이 주로 캐스팅 작업으로 설명되었지만, 당업자라면 다른 제조 공정이 웨이퍼 보트(10)의 제조에 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 웨이퍼 보트 제조 공정은 주로 기계가공, 프레스 가공 또는 압출 가공으로 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예들이 도시 및 설명되었지만, 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈함이 없이 다양한 변경 및 대안이 취해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 설명을 위해 기술된 것이지 그것을 제한하고자 하는 것이 아니라는 점을 이해해야 한다.

Claims (27)

  1. 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트에 있어서:
    실리콘 웨이퍼를 지지하도록 치수화된 적어도 하나의 웨이퍼 지지 구조체를 구비한 세라믹 본체로서, 실리콘에 함침(impregnate)된 실리콘 카바이드를 포함하는, 상기 세라믹 본체와;
    상기 웨이퍼 지지 구조체의 표면상에 배치되는 세라믹 코팅으로서, 실질적으로 30 미크론 이상인 불순물 이동 방지 두께, 및 코팅후 표면 마감재(post coating surface finish) Ra를 갖는 웨이퍼 접촉면을 갖는, 상기 세라믹 코팅을 포함하고,
    상기 웨이퍼 접촉면의 상기 코팅후 표면 마감재 Ra는 상기 실리콘 웨이퍼들에서의 마찰 슬립(frictional slip)을 실질적으로 방지하고, 실질적으로 1.0 미크론 이하인, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지 구조체는 실리콘 웨이퍼를 수용하도록 치수화된 적어도 하나의 웨이퍼 슬롯을 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 접촉면의 상기 코팅후 표면 마감재는 직경이 300㎜ 이상인 실리콘 웨이퍼들에서의 슬립을 실질적으로 방지하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 접촉면의 상기 코팅후 표면 마감재는 720℃ 이상의 온도에 도달하는 열 처리 동안 실리콘 웨이퍼들에서의 슬립을 실질적으로 방지하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅은 SiC를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹 코팅은 실질적으로 1 ppm 이하의 불순물 레벨을 갖는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 보트는 수직형 웨이퍼 보트인, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  12. 제 2 항에 있어서,
    일반적으로 수평한 베이스와;
    상기 베이스로부터 일반적으로 수직하게 연장되는 지지 로드로서, 상기 베이스에 대하여 일반적으로 평행하게 연장되는 적어도 한 쌍의 아암들을 가지며, 상기 아암들의 쌍은 상기 적어도 하나의 웨이퍼 슬롯을 규정하는, 상기 지지 로드를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 지지 로드는 실리콘 웨이퍼를 수용하도록 각각 치수화된 복수의 슬롯들을 규정하는 복수의 아암들을 포함하고, 각각의 슬롯상에는 복수의 웨이퍼 접촉면들을 규정하도록 세라믹 코팅이 배치되며, 각각의 웨이퍼 접촉면은 상기 코팅후 표면 마감재를 갖는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 지지 로드는 복수의 지지 로드들을 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 지지 로드의 상부 말단부에 부착된 탑 플레이트(top plate)를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 베이스는 응력 경감 슬롯 및 위치결정 노치(location notch)를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트.
  17. 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법에 있어서:
    실리콘 웨이퍼를 지지하도록 치수화된 적어도 하나의 웨이퍼 지지 구조체를 갖는 세라믹 웨이퍼 보트 본체를 제공하는 단계로서, 상기 세라믹 웨이퍼 보트 본체는 실리콘에 함침된 실리콘 카바이드를 포함하는, 상기 제공 단계와;,
    상기 웨이퍼 지지 구조체의 표면을 보호용 세라믹 코팅으로 코팅하는 단계와;
    웨이퍼 접촉면을 규정하도록 상기 보호용 세라믹 코팅을 마감처리하는 단계로서, 상기 보호용 세라믹 코팅은 실질적으로 30 미크론 이상인 불순물 이동 방지 두께, 및 코팅후 표면 마감재 Ra를 갖는 상기 웨이퍼 접촉면을 갖고, 상기 코팅후 표면 마감재 Ra는 상기 실리콘 웨이퍼들에서의 슬립을 실질적으로 방지하고, 실질적으로 1.0 미크론 이하인, 상기 마감처리 단계를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 코팅 단계는 화학 기상 증착(CVD) 공정을 포함하는 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 마감처리 단계는 기계가공 작업 및 레이저 절단 작업 중 하나를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
  20. 삭제
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 코팅 단계는 SiC로 코팅하는 단계를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 코팅 단계는 실질적으로 1 ppm 이하의 순도 레벨을 갖는 세라믹 코팅으로 코팅하는 단계를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 마감처리 단계는 실질적으로 0.4 미크론 이하의 코팅후 표면 마감재를 갖는 웨이퍼 접촉면을 규정하도록, 상기 세라믹 코팅을 마감처리하는 단계를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 세라믹 본체의 임계 치수들을 미리결정된 양만큼 치수적으로 작게 만드는 단계와;
    상기 작게 만들어진 임계 치수들을 상기 도포된 보호용 코팅의 상기 미리결정된 두께로 보상하는 단계를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    복수의 지지 로드들, 베이스 및 탑 플레이트를 포함하는 한 세트의 반제품 본체 부재들을 제조하기 위해 몰드들 내에서 SiC를 처리하는 단계와;
    상기 본체 부재들의 세트를 재결정화 공정에서 처리하는 단계와;
    미완성의 세라믹 본체를 형성하도록 상기 본체 부재들의 세트를 조립하는 단계와;
    상기 세라믹 본체를 고순도의 실리콘 금속에 함침하는 단계와;
    상기 세라믹 본체를 샌드블라스팅하는(sandblasting) 단계와;
    상기 세라믹 본체를 기계가공하는 단계와;
    상기 본체 전체를 고순도 SiC로 CVD 코팅하는 단계와;
    상기 웨이퍼 접촉면들을 규정하도록 상기 세라믹 본체를 CVD 후 마감처리하는 단계를 포함하는, 실리콘 웨이퍼 지지용 웨이퍼 보트 제조 방법.
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