KR101018850B1 - 고온 열처리를 위한 서셉터 플레이트 - Google Patents

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Abstract

실리콘 웨이퍼의 고온(예를 들어, 1000℃이상) 배치 공정을 위한 서셉터 플레이트(susceptor plate)가 제공된다. 서셉터 플레이트는 각각 하나의 웨이퍼를 수용할 수 있도록 설계되며, 웨이퍼를 장착한 복수개의 서셉터 플레이트는 배치공정 또는 퍼니스(furnace)공정중에 서셉터 플레이트 홀더내에서 수직방향으로 이격되어 있다. 서셉터 플레이트는 지지표면에 최대 20mm의 개구부를 가지면서, 웨이퍼 밑에서 전체적인(full) 지지를 제공한다. 돌출부(protrusion) 또한 최소한으로 유지된다. 서셉터 플레이트는 웨이퍼가 소성변형점이상으로 새깅(sagging)되는 것을 방지한다. 서셉터 플레이트는 또한 정해진 높이 이상의 돌출부를 제거하기 위하여 연삭(grinding) 또는 연마(polishing)된다. 주어진 처리온도에서 서셉터 플레이트는 웨이퍼 소성변형이나 서셉터 플레이트에의 접착없이 높은 램프 레이트(ramp rate)를 허용한다. 실시예에서, 서셉터 플레이트는 새깅방향의 반대로 미리 굽혀진다.

Description

고온 열처리를 위한 서셉터 플레이트{SUSCEPTOR PLATE FOR HIGH TEMPERATURE HEAT TREATMENT}
도 1은 반도체 웨이퍼의 측면과 같이 만곡의 반경을 따라 굽혀지거나 휜 물체를 나타내며,
도 2는 굽혀진 물체의 휘어짐(deflection)을 나타내며,
도 3은 평탄 표면위의 돌출부와 돌출부에 지지된 물체에 대한 영향을 나타내며,
도 4는 서셉터 플레이트 홀더내의 서셉터 플레이트의 3개 부분의 지지를 나타내며,
도 5A는 장착되지 않은 미리-굽혀진 서셉터 플레이트를 나타내는 도 4의 A-A선을 따른 개략적인 측면도를 나타내며,
도 5B는 도 4의 서셉터 플레이트 홀더내에 장착되었을 때, 자체 무게의 새깅에 의해 굽혀진 정도가 감소한 미리-굽혀진 서셉터 플레이트을 나타내는 도 4의 A-A선을 따른 개략적인 측면도를 나타내며,
도 6A는 장착되지 않은 미리-굽혀진 서셉터 플레이트를 나타내는, 도 4의 B-B선을 따른 개략적인 측면도를 나타내며,
도 6B는 도 7의 서셉터 플레이트 홀더내에 장착되었을 때, 자체의 무게의 새깅에 의해 굽혀진 정도가 감소한 미리-굽혀진 서셉터 플레이트를 나타내는 도 4의 B-B선을 따른 굽힘을 나타내며,
도 7은 본 발명의 제 1실시예에 따라 만들어진 서셉터 플레이트를 나타내는 평면도와 여러 국부적인 단면을 나타내는 측면도이고,
도 8은 도 7의 서셉터 플레이트의 개략적인 단면도(스케일은 맞지 않음)이고,
도 9는 본 발명의 제 2실시예에 따라 만들어진 서셉터 플레이트를 나타내는 평면도와 여러 국부적인 단면을 나타내는 측면도이고,
도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따라 만들어진 서셉터 플레이트를 나타내는 평면도와 여러 국부적인 단면을 나타내는 측면도이다.
본 발명은, 퍼니스 내에서 고온에서 반도체 웨이퍼를 배치 처리(batch treatment)하는 분야에 관한 것이다. 수직형 퍼니스 내에서 반도체 웨이퍼를 처리하는 동안에, 비교적 많은 수의 웨이퍼가 수직방향으로 이격된 관계를 가지면서, 수평으로 배향된 웨이퍼 보트 내에 수용된다. 표준 웨이퍼 보트 내에서, 웨이퍼는 3 개 이상의 주변부(웨이퍼의 가장자리)에서 지지된다. 그러나, 고온(예를 들면, > 1000℃)에서는 웨이퍼의 항복응력(yied stress)이 감소하고, 자체의 무게로 인해 처지거나, 열적으로 유도된 응력의 결과로 변형되거나, 두 가지 모두의 영향으로 인하여 변형될 수도 있다. 웨이퍼의 두께가 그 지름에 비례하여 증가하는 것이 아니기 때문에, 직경이 큰 웨이퍼는 직경이 작은 웨이퍼에 비하여 이러한 영향에 더 취약하다.
미국특허 제 5,219,079호에서는, 웨이퍼의 휘어짐(warp)을 방지하는 서셉터 플레이트를 포함하는 웨이퍼 보트가 개시되어 있다. 상기 플레이트는 로보트 엔드 이펙터(end effector)로 웨이퍼의 아래 표면과 접촉하여 상기 웨이퍼를 플레이트 상으로 로딩시킬 수 있는 큰 오목부(recess)를 가진다. 그러나, 상대적으로 큰 오목부로 인하여 상기 웨이퍼의 국부적인 변형이 초래됨이 발견되었다. 환형 지지보트와 같이 연장된 웨이퍼 지지 영역을 가진 다른 보트들이 제안되어 있다. 그러나, 300mm 웨이퍼를 고온에서 처리하는데는 위 제안된 지지체가 적당하지 아니하며 여전히 웨이퍼들의 소성변형을 야기한다.
다른 노력으로 일본특허 제 63102225호에서는 웨이퍼의 아래 전체 표면을 지지하는 서셉터 플레이트를 포함하는 웨이퍼보트가 개시되어 있다. 이 보트는 반응성 가스 난류를 웨이퍼로부터 멀리하게 하고 이로써 웨이퍼 위에 화학기상증착 (CVD)으로 증착된 막의 균일성을 개선한다. 웨이퍼는 수동으로 서셉터 플레이트에 장착될 필요가 있다. 이것은 오늘날의 공정에서는 허용될 수 없으며, 이 경우, 300mm 웨이퍼를 수동으로 취급하는 것은 작업이 용이한 선택이 아니다.
따라서, 본 발명의 목적은 300mm 웨이퍼를 1000℃이상의 온도에서, 웨이퍼가 자동으로 다루어지고 웨이퍼의 소성변형이 최소화되거나 제거되는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 공정 동안에 웨이퍼 보트내에서 웨이퍼는 수직방향으로 떨어져서 수용되며, 웨이퍼는 서셉터 플레이트에 의해 충분히 전체 아래 표면이 지지된다. 서셉터 플레이트가 웨이퍼 보트에 수용되고 300mm 웨이퍼를 장착하면, 서셉터 플레이트는 공정동안 웨이퍼의 슬립(slip)을 최소화하는 한계내의 전체 평탄도(overall flatness)를 가진다.
설명되는 실시예에서, 서셉터 플레이트위로 웨이퍼의 자동장착을 쉽게 하기 위하여, 플레이트는 20mm를 넘지 않는 직경의 3개 또는 그 이상의 홀을 갖는 것이 바람직하다. 서셉터 플레이트의 지지표면의 돌출부는 국부적인 슬립의 발생을 방지하기 위해 0.7㎛보다 작은 높이를 갖는 것이 바람직하다.
관계되는 미국출원 제 60/365,122호에 본 발명의 서셉터 플레이트위에 웨이퍼를 자동적으로 장착하는 방법과 장치가 개시되어 있다.
수직 퍼니스내에서 실리콘 웨이퍼의 고온 공정중에 결정학적 슬립(crystallographic slip)을 방지하기 위해서는, 웨이퍼의 전체면적이 충분히 지지되어야 하는 것이 발견되었다. 이 지지는 서셉터 플레이트 홀더에 분리가능하게 수용되는 서셉터 플레이트에 의해 제공된다. 서셉터 플레이트 홀더는 표준 개방 웨이퍼 보트와 유사하게 설계되며 최소한 3개의 수직 칼럼을 포함하는데, 칼럼의 위쪽 끝은 위쪽 플레이트에 부착되고 칼럼의 아래쪽 끝은 아래쪽 플레이트에 부착되는데, 각 칼럼은 서셉터 플레이트가 수직방향으로 이격되어 있고 홀더내에서 거 의 수평으로 위치할수 있게 하기 위하여 서셉터 플레이트의 모서리를 수용하기 위한 상호 이격된 오목부를 가진다. 여기서 서셉터라는 용어의 사용은 플레이트가 방사열 또는 유도열을 흡수하도록 만들어져야 하는 것을 의미하는 것은 아니다. 당업자는 이해하겠지만, 여기서 설명된 서셉터 플레이트가 지지된 기판에 열적 영향을 주지 않는다 하더라도, 여기서 설명된 바와 같이 형성될 수 있으며 여기서 설명된 이점을 얻을 수 있다.
서셉터 플레이트위로의 웨이퍼 장착과 서셉터 플레이트로부터의 웨이퍼 탈착을 용이하게 하기 위하여, 각 서셉터 플레이트는 리프팅 핀(lifting pin)이 서셉터 플레이트의 아래쪽 면으로부터 통과하도록 복수의 관통공을 가지는 것이 바람직하다. 관통공은 서로 이격되며 관통공을 향하는(pointing through) 3개의 리프팅 핀으로 지지되는 웨이퍼가 안정되게 지지되도록 위치하는 것이 바람직하다. 각 관통공의 직경은 슬립의 발생을 방지하기 위하여 20mm이하인 것이 바람직하며, 관통공의 직경은 10mm이하인 것이 더욱 바람직하다.
중력응력 또는 열적응력은 웨이퍼의 변형을 가져온다. 변형이 작으면 그 변형은 탄성적이다. 이것은 응력이 제거되면, 웨이퍼는 본래의 평탄한 형상을 되찾는 것을 의미한다. 그러나, 웨이퍼내의 응력이 항복응력을 초과하면, 웨이퍼는 소성적으로 변형한다. 이것은 변형의 일부분이 영구적이라는 것을 의미한다. 미세한 스케일에서는 결정학적 슬립이 발생한다. 웨이퍼의 항복응력은 온도에 의존하며 온도의 증가에 따라 감소한다. 이 이유 때문에 고온 처리는 매우 민감하다. 처리 온도가 높아질수록, 웨이퍼가 견딜수 있는 변형은 작아진다. 아래에 허용되는 변형이 나와 있다.
평탄한 플레이트가 원통형 형상을(도 1에 플레이트의 측면이 나와 있다) 가지도록 약간 변형되었다고 생각하자. 플레이트의 중앙 면(반경=R)은 도 1과 같이 플레이트가 휘어졌을 때 늘어나거나 줄어들지 않지만, 위쪽 표면(반경=R-d)은 다소 늘어났으며 아래쪽 표면(반경=R+d)은 다소 줄었다. 변형 εs는 다음으로 주어진다.
εs=σs×(1-ν)/E (1)
여기서,
σs 는 재료의 항복 응력;
E는 영의 모듈러스, 탄성변형의 경우에 응력과 변형의 관계를 정의한다;
ν는 푸와송의 비.
1300℃에서 1-0-0 또는 <100> 단일-결정 실리콘은, 다음 값이 적용될 수 있다.
σs = 0.45 MPa
E = 130 GPa
ν = 0.28
식 (1)에 이들 값을 대입하면:
εs = 0.45×106×(1-0.28)/(130×109) = 2.5×10-6 (2)
이 스트레인을 만곡(curvature)의 반경에 연관시키겠다. 아래쪽 표면의 수축 은 중앙 평면에서 아래쪽 평면으로 갈 때 반경의 감소에 비례한다. 비슷하게, 위쪽 평면의 신장은 중앙 평면에서 위쪽 평면으로 갈 때 반경의 증가에 비례한다. 플레이트의 두께를 2d라고 하자. 위쪽 표면과 아래쪽 표면에의 응력은 항복응력보다 작아야 한다. 응력을 항복응력과 같다고 하면 다음의 식이 나온다.
(R-d) = R = (R+d) (3)
(1-εs) 1 (1+εs)
(3)식의 결과로:
R = d/εs (4)
표준 실리콘 웨이퍼 두께의 절반을 나타내는 d = 380×10-6m를 대입하면, 결과는:
R = 152m
이것은 1300℃의 처리온도에서 소성변형이 발생하기 시작하는 만곡의 반경이다. 만곡의 반경을 웨이퍼의 휘어짐(deflection)과 관련시킬 수 있다(도 2 참조). 휘어짐 b는 만곡의 반경 R과 웨이퍼 직경 D에 다음과 같이 연관된다:
b = R-a = R-[R2-(0.5D)2]0.5 (5)
b = 152-[1522-(150×10-3)2]0.5 = 74×10-6 m (6)
같은 방법으로 다른 처리온도에 대한 웨이퍼의 만곡의 허용반경이 계산될 수 있으며 아래의 표 1에 나타나 있다.
<표 1>
온도 (℃) 항복 응력σs(MPa) 만곡의 반경 R(m) 휘어짐 b (㎛)
1300 0.45 152 74
1200 0.75 91 123
1100 1.2 57 197
1000 2.0 34 328
표 1은 다른 온도에서 실리콘의 응력과 300mm 실리콘 웨이퍼의 소성변형이 시작되는 만곡의 반경 또는 휘어짐을 제공한다. 표 1에서 분명히 나타나듯이, 새깅때문에 받아들여질 수 있는 허용되는 웨이퍼 휘어짐은(서셉터 플레이트 휘어짐의 설계에 의하여 조정된다) 처리온도에 의존한다. 온도가 약 1000℃와 같거나 낮으면 허용되는 휘어짐은 328㎛보다 작은 것이 바람직하다; 온도가 약 1100℃와 같거나 낮으면 허용되는 휘어짐은 200㎛보다 작은 것이 바람직하다; 온도가 약 1200℃와 같거나 낮으면 허용되는 휘어짐은 125㎛보다 작은 것이 바람직하다; 온도가 약 1300℃와 같거나 낮으면 허용되는 휘어짐은 75㎛보다 작은 것이 바람직하다;
처리온도에서 웨이퍼의 처리 도중에, 서셉터 플레이트 홀더내에 있는 서셉터 플레이트위에 지지되어 있는 웨이퍼의 휘어짐이 표 1에 정의된 값보다 작거나 또는 만곡의 반경이 표 1에 정의된 값보다 크면 어떠한 소성변형도 발생하지 않는다. 처리온도의 중간 값, 휘어짐의 중간 값, 그리고 만곡의 반경의 중간 값이 적용가능한 것은 분명하다. 첫번째 근사값으로, 당업자는 주어진 값들 사이의 선형 내삽법을 적용할 수 있다.
굽힘에 의한 웨이퍼내의 기계적 응력에 더하여, 웨이퍼의 온도 기울기에 의한 열적으로 유도된 응력도 발생할 수 있다. 표 1에 주어진 허용되는 휘어짐의 한계는 열적으로 유도된 응력을 0으로 가정하였는데, 실제로는 그렇지 않다. 따라서, 공정중에 서셉터 플레이트위에 지지된 웨이퍼가 표 1에 명시된 평탄도보다 좋은(즉, 낮은 만곡의 반경) 평탄도를 가지는 것이 유리한다. 웨이퍼의 평탄도가 좋을수록 슬립을 유도하지 않는 허용가능한 램프-업 또는 램프-다운 속도가 커진다. 예를 들어, 휘어짐이 25㎛보다 작은 서셉터 플레이트와 함께 사용된 램프속도에 대한 값이 표 2에 나와있는데 함께 사용한 결과 웨이퍼에 슬립이 없어졌다. 최대치를 나타내지 않고 예시적인 값만이 있지만, 본 발명의 개시로부터 주어진 온도범위에서 슬립없이 표 2내의 예시적인 속도보다 낮은 램프속도가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
<표 2>
온도 범위(℃) 램프 속도(℃/min)
1300-1250 0.28
1250-1200 0.35
1200-1150 0.46
1150-1100 0.62
1100-1050 0.85
1050-1000 1.2
웨이퍼의 소성변형을 피하기 위하여 요구되는 평탄도를 가진 서셉터 플레이트로 웨이퍼 아래를 전부 지지함으로써, 지지된 웨이퍼는 매우 높은 온도(1000℃이상)에서 처리될 때 같은 정도로 휘어짐이 방지된다.
서셉터 플레이트의 지지 표면이 일반적으로 그 위에서 지지되어 지는 실리콘 웨이퍼의 소성변형을 최소화하는 한계내의 전체 평탄도를 가지고 있지만, 또 다른 영향도 해로울 수 있다. 지지 표면에의 부수적인 돌출부의 발생은 국부적 슬립을 일으킬 수 있다. 서셉터 플레이트 표면의 돌출부와 그 영향이 도 3에 개략적으로 나와 있다. 웨이퍼는 돌출부에 의해 올려지는데, 이 때문에 일정한 원형영역이 지지되지 않는다. 직경 20mm인 서셉터 플레이트내의 홀이 받아들여질 수 있고 슬립을 발생시키지 않는다는 것이 밝혀졌다. 더 큰 직경에서는 슬립이 일어날 수 있다. 따라서 지지되지 않는 영역은 최대 20mm의 직경을 가질 수 있다. 선택적으로, 플레이트의 홀은 단순히 원형보다는 다른 형상을 가질 수 있다. 그런 경우에 실제 개구부내에 수용될 수 있는 원형 개구부의 최대 직경이 20mm이어야 한다. 예를 들어, 10×40mm의 사각형 개구부는 받아들일 수 있는데, 이는 직경 20mm인 원은 그 안에 맞지 않기 때문이다. 유사하게, 홈과 격자 패턴(도 9와 도 10)도 지지 표면(예를 들어, 골과 홈)으로부터의 오목부(depression)가 20mm의 원을 수용할 수 없다면 받아들여질 수 있다.
도 3에 나타난 웨이퍼에 대하여, 중앙의 볼록한 영역에서는 웨이퍼가 최대 허용가능한 만곡의 반경을 가지는 원형 형상이며, 오목한 바깥영역은 반대방향으로 같은 만곡의 반경을 갖는 원형 형상으로 굽혀져 있다 볼 수 있다. 중앙의 볼록한 영역은 전체 지지되지 않은 영역의 직경의 대략 절반인 반경 r을 가지는 영역을 차지하고 있다. 지지되지 않은 영역의 최대 직경을 20mm 또는 20×10-3m이라고 한다면, r = 5.0×10-3 m가 나온다. 최대의 허용가능한 돌출부 높이를 계산하기 위해 식(5)와 유사한 식을 사용할 수 있다.
0.5×h = R-[R2-r2]0.5 (7)
위의 r 값과 표 1로부터 R값을 대입한 결과는 표 3과 같다.
<표 3>
온도(℃) 만곡의 반경 R(m) 돌출부 높이(㎛)
1300 152 0.16
1200 106 0.27
1100 58 0.44
1000 28 0.73

표 3은 20mm의 범위내의 돌출부의 허용가능한 높이를 제공한다. 표 3에서 분명하듯이, 받아들일 수 있는 돌출부의 높이는 처리온도에 의존한다. 처리온도가 약 1000℃와 같거나 낮으면, 웨이퍼-지지 표면의 돌출부는 높이가 0.75㎛ 이하인 것이 바람직하다; 처리온도가 약 1100℃와 같거나 낮으면, 웨이퍼-지지 표면의 돌출부는 높이가 0.5㎛ 이하인 것이 바람직하다; 처리온도가 약 1200℃와 같거나 낮으면, 웨이퍼-지지 표면의 돌출부는 높이가 0.25㎛ 이하인 것이 바람직하다; 처리온도가 약 1300℃와 같거나 낮으면, 웨이퍼-지지 표면의 돌출부는 높이가 0.15㎛ 이하인 것이 바람직하다. 지지표면이 연삭(grounding) 또는 연마(polishing)되어 0.10㎛이상 높이의 모든 돌출부를 다 제거하는 것이 가장 바람직하다.
서셉터 플레이트의 표면위에 있는 고유의 돌출부를 제거하기 위하여는, 연삭 그리고/또는 연마 되어져야 한다. 바람직하게는, 연삭처리와 연마처리는 최소한 표 3에 나타나 값이 얻어질 때까지 계속되어야 한다.
돌출부는 받아들여질 수 없지만, 직경 20mm를 초과하지 않는 크기이거나, 다른 형상인 경우에는 웨이퍼 상에 지지되지 않는 직경이 20mm보다 큰 원형구간을 남기지 않는다면 구멍과 함몰부 심지어 관통공도 허용가능하다.
표 1에서 명시된 평탄도 요구는 웨이퍼가 처리온도에서 홀더내에 있는 서셉터 플레이트위에서 지지될 때도 유효하다. 그러나, 서셉터 플레이트 그 자체는, 서셉터 플레이트 홀더내에서 모서리만이 지지되기 때문에, 그 자체의 무게와 실리콘 웨이퍼의 추가적인 무게 때문에 새깅될 수 있다. 내열금속으로 만들어진 충분히 두꺼운 서셉터 플레이트가 사용되면 서셉터 플레이트의 새깅은 중요하지 않다. 예를 들어 300mm 실리콘 웨이퍼를 위한 CVD SiC 서셉터 플레이트는, 서셉터 플레이트의 두께가 2mm인데, 휘어짐 25㎛로 새깅하는 것으로 계산되는데, 이것은 허용가능한 한계내이다. 더 얇은 서셉터 플레이트에 대해서는, 서셉터 플레이트의 새깅이 고려될 필요가 있다. 서셉터 플레이트에 실리콘 웨이퍼를 장착한 후에 전체의 평탄도 요구를 만족해야 하는 점에 주의해야 한다.
도 4 내지 6에 서셉터 플레이트의 가능한 새깅을 나타내었다. 도 4에서, 서셉터 플레이트 홀더가 모서리를 따라서 3개 지점에서 서셉터 플레이트를 지지하는 것으로 가정하였다. A-A 방향으로의 새깅은 B-B방향으로의 새깅과 비교하여 다르다.
본 발명의 실시예에 따라서, 서셉터 플레이트는 서셉터 플레이트가 서셉터 플레이트 홀더내에 위치하고 웨이퍼가 서셉터 플레이트 위에 장착될 때 예상되는 굽힘의 반대 방향으로 어느 정도 미리 굽혀져 있다. 300mm 직경과 0.7mm의 두께의 CVD SiC 플레이트를 예로 들자. A-A 방향으로, 도 5A에서 보여진 바와 같이, 서셉터 플레이트는 bA-A = 150㎛ 휘어짐에 대응하게 만곡의 볼록하게 올라온(convex-up) 반경으로 미리 굽혀져 있다. 서셉터 플레이트를 서셉터 플레이트 홀더에 위치시킨 후에, 그림 5B와 같이 자체 무게로 인해 휘어짐이 bA-A = 50 ㎛로 감소한다. 서셉터 플레이트에 웨이퍼를 장착시킨 후에 휘어짐은 25㎛보다 작게 된다.
도 6A와 같이 B-B방향으로의 서셉터 플레이트의 휘어짐은 500㎛에 이른다. 서셉터 플레이트를 서셉터 플레이트 홀더에 위치시킨 후에, 도 6B와 같이 휘어짐이 150 ㎛가 된다. 또 다시 서셉터 플레이트에 웨이퍼를 장착시킨 후에 휘어짐은 크지 않다.
실리콘 웨이퍼와의 접촉물질로서, CVD SiC는 1300℃의 온도에서 실리콘 웨이퍼의 접착을 나타내지 않는 적당한 물질로 보인다. CVD SiC는 소결된(sintered) SiC 물질을 충분히 봉할 수(seal) 있을 정도로 충분한 두께로 소결된 SiC 물질위에 증착될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 서셉터 플레이트는 이른바 프리스탠딩(free-standing) CVD SiC로 만들어 질 수 있다. 이것은 SiC 코팅이 초기에 지지물질(예를 들어, 그래파이트)을 제거시킬 수 있는 정도의 두께로 지지물질에 증착되는 것이며, 몰드의 운반에서의 러스트 왁스(lost wax)방법과 유사하다. 1990년 12월 18일에 발행된 미국특허 제 4,978,567호의 내용은 참조로서 본 발명에 결합된다. 서셉터 플레이트의 설계된 형상이 머시닝(machining)을 필요로 하면, 머시닝은 역으로 행해질 수 있다. 즉 CVD SiC 코팅의 증착전에 지지물질위에 행해지는 것인데 이렇게 함으로써 단단한 CVD SiC물질을 머시닝하는 것이 생략되거나 최소한으로 줄어들 수 있다. 선택적으로, CVD SiC는 평탄한 지지 물질위에 증착될 수 있으며 CVD SiC는 필요에 따라 머시닝될 수도 있다. 어는 경우든지 서셉터 플레이트의 지지표면은 그 표면에 존재하는 돌출부를 제거하기 위하여 SiC물질의 증착후에 연삭처리되어야 한다.
서셉터 플레이트의 제 1실시예는 도 7에 나와 있다. 서셉터 플레이트(100)는 웨이퍼 직경보다 조금 큰 직경을 갖는다. 웨이퍼를 지지하기 위한 지지 표면(110)은 충분히 평탄하다. 서셉터 플레이트(100)의 주변에는 올라간 숄더(shoulder)나 모서리(120)가 제공되어 있다. 열을 가하는 동안에, 올라간 모서리는 웨이퍼 모서리의 과열을 피하게 하고 가열동안 웨이퍼 모서리가 과도한 열 방사를 못하도록 막아준다. 식히는 동안에, 올라간 모서리는 웨이퍼가 너무 빨리 냉각되는 것을 막아준다. 또한, 올라간 모서리는 웨이퍼를 장착한 서셉터 플레이트(100)의 운반중에 웨이퍼가 수평방향으로 움직이는 것을 방지한다. 서셉터 플레이트(100)에는 자동 장착을 용이하게 하기 위하여 3개의 관통공(130)이 제공되어 있다. 관통공은 첫번째 방향의 최소크기는 약 5mm이고 첫번째 방향과 수직인 두번째 방향의 최대크기는 약 6mm인 타원형이다. 서셉터 플레이트(100)의 개략적 단면도는, 스케일에 맞지는 않지만, 도 8에 나와 있으며 지지표면에 수직의 크기는 명확히 하기 위하여 확대되어 있다. 본 발명의 목적을 위하여는, 서셉터 플레이트의 아래쪽 표면의 형상은 중요하지 않다. 중앙의 함몰부(140)의 기능은 2002년 5월 2일자 미국 가출원 제 60/377,904호 "2단계 엔드 이펙터(TWO-LEVEL END EFFECTOR)"에 자세히 설명되어 있다.
서셉터 플레이트의 제 2실시예가 도 9에 나와 있다. 비슷한 부분은 도 7과 유사한 참조번호로 표시되어 있다. 이 실시예에서, 지지표면(110)은 홈(150)이 제 공되어 있다. 홈은 5mm폭에 0.2mm 깊이이다. 홈(150)은 웨이퍼를 서셉터 플레이트에 장착하기 위해 서셉터 플레이트가 웨이퍼로 움직이거나 그 반대인 때 웨이퍼와 서셉터 플레이트와의 사이에 있는 공기의 배출을 쉽게 해준다. 더욱 중요하게는, 홈(150)은 처리후에 웨이퍼가 서셉터 플레이트에서 분리될 때 웨이퍼와 서셉터 플레이트사이의 공기의 유입을 용이하게 한다. 도 9에서와 같이, 홈(150)내에 리프트 핀홀(130)을 위치시키는 것은 매우 효과적으로 보인다. 지지 표면(110)에 대한 평탄도의 요구는 이 서셉터 플레이트에도 여전히 적용될 수 있다. 관통공과 마찬가지로, 홈이 최소한의 크기라면 홈은 지지 표면 부분이 아니라는 것은 본 발명에 비추어 당업자에게는 명확할 것이다.
도 10에 서셉터 플레이트의 제 3실시예가 나타나 있다. 비슷한 부분은 도 7과 유사한 참조번호로 표시되어 있다. 이 실시예의 지지표면(110)은 올라간 페데스탈(pedestal, 160)을 포함한다. 이웃하는 페데스탈(160)의 거리는 7mm이다. 페데스탈의 크기는 1×1mm이고 높이는 0.2mm이다. 지지표면은 조합된 페데스탈의 상부 표면으로 구성되며 평탄도의 요구는 이 불연속적인 상부 표면에도 적용된다. 0.1×0.1mm크기의 페데스탈은 페데스탈들이 과도하게 떨어져 있지만 않다면, 응력 집중에 의한 웨이퍼 손상을 막기 위한 충분한 지지 영역을 제공한다는 것이 밝혀졌다.
당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 위에서 설명한 공정에 여러가지 생략, 추가, 변형이 가해질 수 있는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 여기에서 설명된 운반 스테이션(transshipment station)은 개방된 카세트에서 제공될 수 있거 나 카세트와 연관되지 않은 분리된 스테이션에서 제공될 수 있다. 또한, 다른 배치에서, 탈착중에 웨이퍼를 지지 플레이트에서 분리하는 메카니즘이나 장착중에 웨이퍼를 지지 플레이트에 결합시키는 것은 다른 구조를 취할 수 있다. 모든 이러한 변형과 변화는 첨부되는 청구범위에서 정의된 바와 같이 본 발명의 범위내에 있도록 의도되어 있다.
본 발명에 의하면, 300mm 웨이퍼를 1000℃이상의 온도에서, 웨이퍼가 자동으로 다루어지면서 웨이퍼의 소성변형이 최소화되거나 제거된다.

Claims (29)

1000 ℃ 이상의 수직형 퍼니스 내에서의 고온 처리 동안에, 서셉터 플레이트가 서셉터 플레이트 홀더 내에 제거가능하게 수평방향으로 수용되고, 상기 홀더는 수직방향으로 이격되어 있는 복수개의 서셉터 플레이트들을 수용하기 위한 복수개의 슬롯들을 포함하며,
상기 서셉터 플레이트는 상기 고온 처리 동안에 상부 지지 표면 상에 300 mm 이상의 직경을 갖는 반도체 웨이퍼를 수용하도록 구성되어, 상기 반도체 웨이퍼가 실질적으로 전체 표면적에 걸쳐 지지되고 상기 고온 처리 동안 실질적으로 평평하도록 유지되며 상기 상부 지지 표면이 웨이퍼가 로딩될 때 328 ㎛ 미만의 휘어짐을 나타내는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 지지 표면은 웨이퍼가 로딩될 때 200 ㎛ 미만의 휘어짐을 나타내는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 2 항에 있어서,
상기 지지 표면은 웨이퍼가 로딩될 때 125 ㎛ 미만의 휘어짐을 나타내는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 3 항에 있어서,
상기 지지 표면은 웨이퍼가 로딩될 때 75 ㎛ 미만의 휘어짐을 나타내는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 지지 표면은 0.5 ㎛ 보다 높은 돌출부를 제거하기 위하여 연삭 또는 연마되는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 지지 표면은 0.25㎛ 보다 높은 돌출부를 제거하기 위하여 연삭 또는 연마되는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 지지 표면은 0.15㎛ 보다 높은 돌출부를 제거하기 위하여 연삭 또는 연마되는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 지지 표면은 0.10㎛ 보다 높은 돌출부를 제거하기 위하여 연삭 또는 연마되는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
웨이퍼를 상기 서셉터 플레이트에 자동으로 로딩하고 상기 서셉터 플레이트로부터 자동으로 언로딩하는 것을 용이하게 하는 3 개의 이격된 관통공을 더 포함하며, 상기 관통공은 웨이퍼의 20 mm 보다 더 큰 직경을 갖는 지지되지 않는 원형 영역을 남기지 않는 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 9 항에 있어서,
상기 관통공은 웨이퍼의 10 mm 보다 더 큰 직경을 갖는 지지되지 않는 원형 영역을 남기지 않는 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 서셉터 플레이트는 CVD SiC 물질을 포함하고 지지 표면을 제공하는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 11 항에 있어서,
상기 CVD SiC 물질은 프리-스탠딩(free standing) CVD SiC 물질인 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 서셉터 플레이트 홀더는 모서리에 상기 웨이퍼들을 지지하기 위한 상기 슬롯들을 정의하는 3 개의 지지 컬럼들을 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 수직형 퍼니스는 1200 ℃ 보다 더 큰 온도에서 동작하는 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
제 1 항에 있어서,
상기 서셉터 플레이트는 볼록-상향(convex-up) 방향으로 미리 만곡된(pre-bent) 것을 특징으로 하는 서셉터 플레이트.
복수개의 실리콘 웨이퍼들이 홀더 내에서 수직방향으로 이격되어 수용되며, 상승한 처리 온도에서 상기 복수의 웨이퍼를 열처리하는 방법에 있어서,
상기 처리 온도까지 상기 웨이퍼들을 가열하는 단계;
상기 처리 온도에서 상기 웨이퍼들을 처리하는 단계;
상기 처리 단계 이후에 상기 웨이퍼들을 냉각하는 단계;
상기 가열 단계, 처리 단계 및 냉각 단계 동안 실질적으로 상기 웨이퍼들의 전체 표면적에 걸쳐서 상기 웨이퍼들을 각각 지지하고 상기 웨이퍼들을 실질적으로 평탄하게 유지하는 단계를 포함하며,
소정 처리 온도에서, 상기 웨이퍼들은 각각 표 1에 특정된 것과 적어도 동일하게 평탄하거나 더 평탄하도록 유지되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 처리 온도는 1000 ℃ 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 처리 온도는 1200 ℃ 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 16 항에 있어서,
서셉터 플레이트 상에 상기 웨이퍼들을 로딩하는 단계; 및 반응 챔버 내로 상기 서셉터 플레이트를 이송시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,
웨이퍼를 복수개의 서셉터 플레이트에 각각 로딩하는 단계; 및 서셉터 플레이트 홀더 내로 상기 로딩된 서셉터 플레이트들을 이송하는 단계를 더 포함하며,
상기 서셉터 플레이트 홀더 내의 상기 복수개의 로딩된 서세터 플레이트들에 대하여 상승된 처리 온도에서 처리 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 처리 온도는 1000 ℃ 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 서셉터 플레이트는 상기 웨이퍼 아래의 지지 표면에 20 mm의 원을 수용하도록 충분히 큰 개구부를 가지지 않는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 지지 표면은 328 ㎛ 이하의 휘어짐을 가지도록 충분히 평탄한 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 지지 표면은 200 ㎛ 미만의 휘어짐을 가지도록 충분히 평탄한 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 지지 표면을 0.5 ㎛ 보다 높은 돌출부를 제거하도록 연삭하거나 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 지지 표면을 0.25 ㎛ 보다 높은 돌출부를 제거하도록 연삭하거나 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 웨이퍼들 각각은 적어도 300 mm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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