KR19980702693A - 열처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
열처리 보트(26)는 실질적으로 동일한 내경을 갖는 복수개의 환형이고 동축으로 이격된 밴드(34)를 갖고 있다. 밴드(34)들은 약 3.8 내지 12.7 mm의 거리로 서로 이격되어 있다. 각 밴드(34)의 높이는 항상 웨이퍼 두께 이상이다. 각 밴드(34)는 이의 상연부 표면과 하연부 표면 사이에 실질적으로 중심을 취하는 위치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지 수단(46, 48)을 포함한다. 각 밴드는 약 1.5 내지 6.3 mm의 범위 내에서 웨이퍼(50)와 밴드(34) 사이의 반경 간격을 제공하는 크기를 취한다. 본 발명의 방법에서, 웨이퍼의 온도는 웨이퍼에 도입된 응력에 기인한 기계적 손상을 일으키지 않고 50 내지 100 ℃/min의 가열 속도로 21 내지 1100 ℃까지 상승될 수 있다.
Description
반도체 또는 유리 기판 상에 전자 장치를 제조함에 있어서 확산층을 형성하거나 실리콘 산화물 또는 질화물 막을 형성하는 데에는 열처리 장치가 사용되어 왔다. 이들 기판은 실리콘으로 된 대개는 얇은 웨이퍼 또는 다른 반도체이며 이후에는 상기 장치를 웨이퍼 기판에 대하여 설명하기로 하며, 상기 장치는 임의의 얇은 유리 또는 반도체 시트를 처리하는 데에도 동등하게 적용할 수 있고 이러한 모든 재료의 처리는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주한다.
이들 장치는 불활성 또는 반응성 유리를 챔버에 도입하면서 반응기 또는 가열 챔버 내의 웨이퍼를 가열함으로써 소정의 열처리를 하게 해준다. 이들 가열 챔버는 절연 쉘 내에 수납된 가열 요소로 둘러싸여 있다. 단일 열처리 작동에서 다수의 웨이퍼를 처리하기 위해서는 웨이퍼들을 웨이퍼 보트 내에서 서로 평행한 방위로 지지하는 것이 편리하다. 이후에는 이러한 조합체를 웨이퍼 적층부라 한다.
열처리 장치 및 방법은 예를 들어 웨이퍼에 슬립을 일으키거나 래핑 등에 의한 손상을 주지 않고 열처리를 수행해야 한다. 따라서, 기판의 폭에 걸친 심한 온도차를 피해야 한다. 다른 한편으로, 열처리는 소정의 처리를 얻는 데 필요한 정도로 간편하게 수행되어야 한다.
노 또는 반응기로의 그리고 이로부터의 웨이퍼의 전달 온도는 500 내지 600 ℃이다. 가열 사이클은 웨이퍼 적층부가 전달 온도에서 가열 챔버 내에 위치한 후에 개시되며, 주변 가스는 적절한 보호 가스로 대체되었다. 웨이퍼 적층부 내에서의 통상적인 웨이퍼 간격은 웨이퍼당 약 4 mm이다. 가열 챔버를 둘러싸는 가열 요소로부터의 열방사부는 웨이퍼의 외측연부 상에 우선적으로 충돌한다. 가열 속도 및 냉각 속도를 증가시키면 웨이퍼의 외측연부와 중심부 사이의 온도차가 증가하게 되고, 가열 속도 및 냉각 속도를 과도하게 증가시키면 열변형을 일으켜서 웨이퍼의 래핑, 결정질 결함 및 슬립을 일으키게 된다. 이러한 형상에서의 최대 가열 속도는 10 내지 12 ℃/min으로 제한되며, 최대 냉각 속도는 약 5 ℃/min이다. 이는 각 열처리 사이클의 시간을 연장시키게 되고 각 열처리 장치의 제조량 및 생산량을 심하게 제한하게 된다.
Nishimura 등의 일본 특허출원 공개 (평)4-184923호(1992. 7. 1)에는 가열 시간을 감소시키도록 설계된 열처리 장치가 개시되어 있다. 이 장치에서, 웨이퍼들은 그 주연에서 최대로 되도록 점진적으로 증가하는 열용량을 갖는 원형 지그 내에 지지되어 있다. 이들 지그는 그 주연 주위에 웨이퍼를 유지하는 링형 트레이를 포함하며, 이 트레이의 열용량 두께는 일정하거나 내측에서 외측으로 가면서 증가된다. 상기 트레이는 내측보다 외측에서 큰 비열을 갖는 수개의 재료로 형성될 수 있다. Nishimura 등의 시스템은 가열 챔버 내의 부품들의 열용량을 증가시키게 되어, 가열 위상에서 큰 열에너지를 제공하고 사이클의 냉각 위상중에 많은 양의 열제거를 필요로 하게 된다. 가열 및 냉각 위상의 최소 회수는 이들 열용량이 높은 부품들에 의해 연장된다.
본 출원은 계류중인 미국 특허출원 제08/399,108호의 연속 출원에 대응하는 출원이다.
본 발명은 반도체 및 유리 웨이퍼 기판 등의 열처리를 위한 개선된 열처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
도1은 웨이퍼 적층부가 가열 구역에 위치하여 있는 본 발명의 대표적인 열처리 장치의 개략 단면도.
도2는 웨이퍼 적층부 지지부가 부분적으로 하강한 위치에 있는 도1에 도시된 열처리 장치의 개략 단면도.
도3은 환형 열 차폐부 내의 웨이퍼의 위치를 도시한 것으로 웨이퍼 적층부의 일부를 도시한 단면도.
도4는 인접 웨이퍼들 사이의 위치 관계와 웨이퍼들과 환형 열 차폐부 사이의 위치 관계를 도시한 것으로 웨이퍼 적층부의 일부를 도시한 단편 확대 단면도.
도5는 웨이퍼 이송기에 의해 웨이퍼 적층부에 위치한 웨이퍼의 저면도.
도6은 환형 열 차폐부 내에 지지된 웨이퍼와 열 차폐부 사이의 위치 관계를 도시한 것으로 도5의 선 6-6을 따라 취한 웨이퍼 적층부의 일부를 도시한 단편 확대 단면도.
도7은 웨이퍼가 위치하게 될 환형 열 차폐부에 접근할 때 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 이송기의 개략도.
도8은 웨이퍼 이송기가 열 차폐부 위로 상승된 도7의 환형 열 차폐부에 접근할 때 웨이퍼를 지지하는 것을 도시한 웨이퍼 이송기의 개략도.
도9는 도8의 웨이퍼 이송기가 웨이퍼를 환형 열 차폐부 내에 배치시킨 후에 웨이퍼 아래에 있는 웨이퍼 이송기의 개략도.
도10은 도9의 웨이퍼 이송기가 웨이퍼를 열 차폐부 내에 배치시킨 후에 열 차폐부로부터 발출되는 상태를 도시한 웨이퍼 이송기의 개략도.
도11은 웨이퍼 표면의 중심과 외주연 상의 열전쌍의 위치를 도시한 시험 웨이퍼의 개략도.
도12는 종래의 웨이퍼 적층부에서 급속 가열중에 도11에 도시된 것과 같은 열전쌍 위치에 의해 검출된 온도차를 도시한 그래프.
도13은 본 발명에 따른 웨이퍼 적층부에서 급속 가열중에 도11에 도시된 것과 같은 열전쌍 위치에 의해 검출된 온도차를 도시한 그래프.
본 발명의 목적은 가열 속도가 50 내지 100 ℃/min이고 냉각 속도가 50 ℃/min 이하인 급속 가열 및 냉각 열처리 장치 및 방법을 마련하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 처리될 웨이퍼의 적층부 폭 및 표면에 걸친 온도차를 크게 감소시켜서 웨이퍼에 도입된 응력에 기인한 기계적 손상을 크게 감소시키거나 없앨 수 있는 열처리 장치 및 방법을 마련하는 것이다.
요약하면, 본 발명의 열처리 보트는 실질적으로 동일한 내경을 갖는 복수개의 환형 동축의 이격된 밴드를 포함한다. 각 밴드는 상연부 표면 및 하연부 표면을 갖고 있다. 인접 밴드 각 세트중 상부 밴드의 하연부 표면은 인접 밴드 각 세트의 하부 밴드의 상연부 표면에 대향하고, 이로부터 약 3.8 내지 12.7 mm인 밴드 간격 거리만큼 이격되어 있다. 각 밴드는 다음 수학식에 따른 높이(밴드 높이(HeightBand))를 갖는다.
밴드 높이 ＝ (기둥 높이 － Σ 밴드 간격) / 밴드 수
여기서, 밴드 높이는 항상 웨이퍼의 두께 이상이고, 기둥 높이(Column Height)는 처리 보트의 전체 높이(mm)이고, 밴드 간격(Band Spacing)은 인접 밴드들 사이의 밴드 간격 거리(mm)이고, 밴드 수(Number Bands)는 처리 보트 내의 전체 밴드 수이다.
밴드 수는 밴드 높이가 웨이퍼 두께 이상일 때 약 12 내지 100인 것이 바람직하다.
또한, 각 밴드는 이의 상연부 표면과 하연부 표면 사이에서 실질적으로 중심을 취하는 위치에서 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지 수단을 포함하며, 일 실시예에서 상기 웨이퍼 지지 수단은 적어도 세개의 내향 돌기를 포함한다. 각 밴드는 내측 표면을 갖고 있으며, 각 밴드 및 웨이퍼 지지 수단은 웨이퍼의 크기에 따라 점유될 크기에 대응하는 웨이퍼 점유 구역을 형성할 수 있다. 웨이퍼 점유 구역의 외측연부와 각 밴드의 내측 표면 사이의 반경방향 거리는 약 1.5 내지 6.3 mm이다.
일 실시예에서, 각 밴드 및 웨이퍼 지지 수단은 웨이퍼의 크기에 의해 점유될 크기에 대응하는 웨이퍼 점유 구역을 형성한다. 웨이퍼 점유 구역의 외경은 약 150 mm이고, 밴드 수는 약 25 내지 100이다. 또 다른 실시예에서, 웨이퍼 점유 구역의 외경은 약 200 mm이고, 밴드 수는 약 25 내지 75이다. 또 다른 실시예에서, 웨이퍼 점유 구역은 약 300 mm이고, 밴드 수는 약 12 내지 48이다.
일 실시예에서, 각 밴드는 불완전한 원형을 취하며, 그 대향단들은 약 5 내지 20 mm의 폭을 갖는 슬롯을 형성한다. 상기 밴드는 슬롯 상에 가해지는 방사열 충격을 감소시키도록 슬롯으로부터 측방향으로 변위되어 이 슬롯에 중첩하는 슬롯 차폐 요소를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 열처리 보트는 금속, 수정, 세라믹, 그래파이트 또는 그 혼합물로 제조된 부품을 가질 수 있다. 석영, 폴리실리콘, 실리콘 탄화물, 알루미나 또는 실리카 등의 혼합물이 바람직하다. 샌드블라스팅된 불투명 및 완전 용해성 석영 등의 상이한 불투명성을 갖는 석영 형태를 사용할 수 있다. 열 차폐 재료는 최대 열처리 온도에서 치수 및 구조적 안정성을 가져야 하고, 처리될 재료의 오염을 방지하도록 순도 및 불활성을 가져야 하며, 웨이퍼 보트를 둘러싸는 열원에 의해 방사된 적외선 방사열의 일부로부터 웨이퍼 표면을 차폐하도록 불투명해야 한다.
양호한 실시예에서, 각 밴드의 높이 및 인접 밴드들 사이의 밴드 간격은 실질적으로 동일하고, 밴드들은 이들 밴드가 부착되는 로드 또는 판들을 축방향으로 연장시킴으로써 유닛 또는 바람직하게는 일편 조립체로 지지된다.
요약하면, 히터로부터 방사되는 방사열에 의해 둘러싸인 가열 구역 내에 서로 평행하게 위치한 다중 웨이퍼를 열처리하기 위한 본 발명의 방법은 각 웨이퍼의 외측연부와 히터 사이에 위치한 환형 가열 밴드를 갖춘 히터에 의해 방사된 방사열로부터 각 웨이퍼의 외측 부분을 차폐하는 단계를 포함한다. 각 환형 가열 밴드는 실질적으로 동일한 내경을 갖는 복수개의 동축으로 이격된 가열 밴드중 하나이다. 각 밴드는 상연부 표면과 하연부 표면을 가지며, 인접 밴드 각 세트중 상부 밴드의 하연부 표면은 인접 밴드 각 세트의 하부 밴드의 상연부 표면에 대향하고, 이로부터 약 3.8 내지 12.7 mm인 밴드 간격 거리만큼 이격되어 있다. 각 밴드는 다음 수학식에 따른 높이(밴드 높이(HeightBand))를 갖는다.
밴드 높이 ＝ (기둥 높이 － Σ 밴드 간격) / 밴드 수
여기서, 밴드 높이는 항상 웨이퍼의 두께 이상이고, 기둥 높이는 처리 보트의 전체 높이(mm)이고, 밴드 간격은 인접 밴드들 사이의 밴드 간격 거리(mm)이고, 밴드 수는 처리 보트 내의 전체 밴드 수이다.
각 웨이퍼의 연부와 밴드 사이의 차폐될 거리는 약 1.5 내지 6.3 mm이다.
상기 방법의 실시예에서, 히터에 의해 마련된 열은 웨이퍼에 도입된 응력에 기인한 기계적 손상을 일으키지 않고 웨이퍼의 온도를 50 내지 100 ℃/min의 가열 속도로 21 내지 1100 ℃까지 상승시키기에 충분하다.
본 발명의 장치는 특히 전자 산업용 반도체 장치의 제조에 사용되는 얇은 웨이퍼 또는 유리 기판을 열처리하는 데 사용된다. 이 장치는 웨이퍼가 공통의 수직 중심축과 평행한 이격 방위를 갖는 위치에 지지된 웨이퍼 또는 기판을 처리한다. 웨이퍼들은 이들 웨이퍼에 도입된 응력에 기인한 기계적 손상을 일으키지 않고 매우 감소된 사이클 공정 시간을 제공하도록 웨이퍼 랙 또는 이와 유사한 랙에 위치한다.
도1은 웨이퍼 적층부가 가열 구역에 위치하여 있는 본 발명의 대표적인 열처리 장치의 개략 단면도이고, 도2는 웨이퍼 적층부 지지부가 부분적으로 하강한 위치에 있는 도1에 도시된 열처리 장치의 개략 단면도이다. 이 장치는 축방향으로 이동가능한 기부 지지 플랫포옴(4)을 갖춘 외부 절연 하우징 또는 케이싱(2)을 갖는 반응기 또는 노(furnace)이다. 반응기 케이싱의 내측 표면은 챔버 내에 균일한 항온을 제공하도록 저항 가열 요소(6) 또는 이와 유사한 열원으로 라이닝되어 있다.
지지 플랫포옴(4)은 열처리 전에 노 내부에 웨이퍼 보트를 장전하고 처리 사이클을 완료한 후에 웨이퍼를 노로부터 제거하도록 미국 특허 제5,320,680호에 도시된 것과 같은 종래의 시스템에 의해 승강된다.
반응기를 통과하는 가스류는 석영 실린더 또는 튜브(12, 14)에 의해 부분적으로 수집된다. 외부 실린더(12)와 내부 실린더(14) 사이의 공간(17)은 헹굼 가스가 소정의 처리 온도 또는 그 이상의 온도까지 상승되도록 통과하게 되는 예비가열 구역이다. 처리 챔버의 상단부는 중심 디스크(16)를 포함한다. 만곡 튜브 플랜지(18)는 디스크(16)의 주연으로부터 외부 튜브(12)의 상단부까지 연장된다. 튜브 플랜지(18)의 내부 표면(20)은 이에 의해 안내되는 가스의 층류 패턴 유동을 유지하여 진공 부하 하에서 헤드 디스크(16)의 지지부를 보강하도록 예를 들어 원환 단면 형상으로 만곡되는 것이 바람직하다.
조립체의 하단부는 가스 유입 도관(24)을 갖는다. 반응 가열 챔버는 내부 실린더(14)에 의해 형성된다. 받침대(28) 상에 지지된 웨이퍼 보트(26)는 처리 사이클 중에 가열 챔버 내에 위치하며, 내부 실린더(14)는 웨이퍼 보트를 통과하는 가스류 통로를 형성한다. 튜브 조립체의 하부 부분은 가스 유출 도관(32)을 갖고 있다. 받침대(28)는 챔버의 하부 부분을 통한 열손실을 감소시키도록 가열 요소(도시 생략)를 포함할 수 있다.
웨이퍼 보트는 복수개의 웨이퍼 지지 섹션(34)으로 이루어지고 상기 섹션 안에 웨이퍼가 삽입되게 허용하는 거리로 외주연 주위에 위치하여 있으며, 로드(36)는 보트 기부 부분(38)에 부착되어 있다. 이들은 일체식 구조를 취할 수도 있다.
도3은 환형 열 차폐부 내의 웨이퍼의 위치를 도시한 것으로 웨이퍼 적층부의 일부를 도시한 단면도이고, 도4는 인접 웨이퍼들 사이의 위치 관계와 웨이퍼들과 환형 열 차폐부 사이의 위치 관계를 도시한 것으로 웨이퍼 적층부의 일부를 도시한 단편 확대 단면도이다. 웨이퍼 적층부는 동축 환형 열 차폐부(40, 42)로 이루어지고, 이들 각 차폐부는 용접 또는 다른 일체식 구조에 의해 수직 지지 로드(44)에 고정된 실린더 섹션이다. 웨이퍼 지지 돌기(46, 48)는 각 차폐부(40, 42)의 내벽으로부터 연장되며, 이의 상부 표면은 그 위에 지지된 웨이퍼(50, 52)의 바닥 표면에 대응하는 평면에 위치한다. 인접 웨이퍼들의 상부 표면들 사이의 거리(및 인접 웨이퍼 지지 평면들 사이의 거리)는 a이다.
본 발명의 열처리 보트는 금속, 수정, 세라믹, 그래파이트 또는 그 혼합물로 제조된 부품을 가질 수 있다. 석영, 폴리실리콘, 실리콘 탄화물, 알루미나 또는 실리카 등의 혼합물이 바람직하다. 샌드블라스팅된 불투명 및 완전 용해성 석영 등의 상이한 불투명성을 갖는 석영 형태를 사용할 수 있다. 열 차폐 재료는 최대 열처리 온도에서 치수 및 구조적 안정성을 가져야 하고, 처리될 재료의 오염을 방지하도록 순도 및 불활성을 가져야 하며, 웨이퍼 보트를 둘러싸는 열원에 의해 방사된 적외선 방사열의 일부로부터 웨이퍼 표면을 차폐하도록 불투명해야 한다.
상부 열 차폐부(40)는 상연부 및 하연부(54 및 56)를 갖고, 하부 열 차폐부(42)는 상연부 및 하연부(58 및 60)를 갖는다. 각 열 차폐부의 높이, 즉 이의 상연부와 하연부 사이의 거리는 b이다.
상부 열 차폐부(40)의 대향 하연부(56)와 하부 열 차폐부(42)의 상연부(58) 사이의 거리는 c이다. 각 웨이퍼(50)의 외측연부(62)는 대응 열 차폐부의 대향 내측 표면(64)으로부터 거리 d만큼 이격되어 있다.
열 차폐부의 높이와 인접 차폐부의 연부들 사이의 거리는 본 발명의 관점에서 매우 중요하다. 이들은 열원에 직접 노출되는 것으로부터 차폐되는 웨이퍼 표면의 크기 및 위치를 결정하고 웨이퍼에 가장 근접한 열원으로부터 차폐되는 영역을 형성한다. 따라서, 이들은 웨이퍼 영역으로부터 외측연부 및 중심에 이르기까지 웨이퍼에 열전도 패턴을 형성한다. 본 발명자는 이러한 가열 패턴을 사용함으로써 웨이퍼에의 해로운 열손상을 없애는 데 필요한 사이클 시간을 크게 감소시키는 급속 가열중에도 웨이퍼의 중심과 외측연부 사이의 온도차를 크게 줄일 수 있다는 것을 알게 되었다.
웨이퍼 보트에서의 부품들 및 거리의 상대 치수는 본 발명의 관점에서 중요하다. 처리 보트는 각각 상연부 표면과 하연부 표면을 갖고 실질적으로 동일한 내경을 갖는 복수개의 환형의 동축 이격 밴드를 포함한다. 인접 밴드 각 세트중 상부 밴드의 하연부 표면은 인접 밴드 각 세트의 하부 밴드의 상연부 표면에 대향하고, 이로부터 약 3.8 내지 12.7 mm인 밴드 간격 거리(c) 만큼 이격되어 있다. 각 밴드는 다음 수학식에 따른 높이(밴드 높이(HeightBand); mm)를 갖는다.
밴드 높이 ＝ (기둥 높이 － Σ 밴드 간격) / 밴드 수
여기서, 밴드 높이는 항상 웨이퍼의 두께 이상이고, 기둥 높이는 처리 보트의 전체 높이(mm)이고, 밴드 간격은 인접 밴드들 사이의 밴드 간격 거리(mm)이고, 밴드 수는 처리 보트 내의 전체 밴드 수이다.
표준 크기를 갖는 3개의 웨이퍼에 대한 양호한 치수가 다음의 표1 내지 표6에 기재되어 있다.
| 구분 (150 mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) |
| 슬롯 폭 (w) | 5.1 | 19.1 | 5.1 | 19.1 |
| 반경 간극 (d) | 1.5 | 6.4 | 1.5 | 6.4 |
| 튜브 내경ΦID＝Φw＋2d | 153.0 | 162.7 | 153.0 | 162.7 |
| 밴드 높이b＝a－c | 26.7 | 27.9 | 11.4 | 7.6 |
| 밴드 간격 (c) | 3.8 | 12.7 | 3.8 | 12.7 |
| 피치a＝I/n＝(평면 구역/웨이퍼 수) | 30.5 | 40.6 | 15.2 | 20.3 |
| 평면 구역 (I) | 762 | 1016 | 762 | 1016 |
| 웨이퍼 수 (n) | 25 | 25 | 50 | 50 |
| 웨이퍼 직경 (Φw) | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 구분 (150 mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) |
| 슬롯 폭 (w) | 5.1 | 19.1 | 5.1 | 19.1 |
| 반경 간극 (d) | 1.5 | 6.4 | 1.5 | 6.4 |
| 튜브 내경ΦID＝Φw＋2d | 153.0 | 162.7 | 153.0 | 162.7 |
| 밴드 높이b＝a－c | 6.4 | 0.8 | 3.8 | ≥웨이퍼 두께 |
| 밴드 간격 (c) | 3.8 | 12.7 | 3.8 | 12.7 |
| 피치(a＝I/n) | 10.2 | 13.5 | 7.6 | 10.2 |
| 평면 구역 (I) | 762 | 1016 | 762 | 1016 |
| 웨이퍼 수 (n) | 75 | 75 | 100 | 100 |
| 웨이퍼 직경 (Φw) | 150 | 150 | 150 | 150 |
| 구분 (200 mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) |
| 슬롯 폭 (w) | 5.1 | 19.1 | 5.1 | 19.1 |
| 반경 간극 (d) | 1.5 | 6.4 | 1.5 | 6.4 |
| 튜브 내경ΦID＝Φw＋2d | 203.0 | 212.7 | 203.0 | 212.7 |
| 밴드 높이b＝a－c | 26.7 | 27.9 | 11.4 | 7.6 |
| 밴드 간격 (c) | 3.8 | 12.7 | 3.8 | 12.7 |
| 피치(a＝I/n) | 30.5 | 40.6 | 15.2 | 20.3 |
| 평면 구역 (I) | 762 | 1016 | 762 | 1016 |
| 웨이퍼 수 (n) | 25 | 25 | 50 | 50 |
| 웨이퍼 직경 (Φw) | 200 | 200 | 200 | 200 |
| 구분 (200 mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) |
| 슬롯 폭 (w) | 5.1 | 19.1 |
| 반경 간극 (d) | 1.5 | 6.4 |
| 튜브 내경ΦID＝Φw＋2d | 203.0 | 212.7 |
| 밴드 높이b＝a－c | 6.4 | 0.8 |
| 밴드 간격 (c) | 3.8 | 12.7 |
| 피치(a＝I/n) | 10.2 | 13.5 |
| 평면 구역 (I) | 762 | 1016 |
| 웨이퍼 수 (n) | 75 | 75 |
| 웨이퍼 직경 (Φw) | 200 | 200 |
| 구분 (300 mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) |
| 슬롯 폭 (w) | 5.1 | 19.1 | 5.1 | 19.1 |
| 반경 간극 (d) | 1.5 | 6.4 | 1.5 | 6.4 |
| 튜브 내경ΦID＝Φw＋2d | 302.8 | 312.7 | 302.8 | 312.7 |
| 밴드 높이b＝a－c | 59.7 | 93.1 | 27.9 | 40.2 |
| 밴드 간격 (c) | 3.8 | 12.7 | 3.8 | 12.7 |
| 피치(a＝I/n) | 63.5 | 105.8 | 31.8 | 52.9 |
| 평면 구역 (I) | 762 | 1270 | 762 | 1270 |
| 웨이퍼 수 (n) | 12 | 12 | 24 | 24 |
| 웨이퍼 직경 (Φw) | 300 | 300 | 300 | 300 |
| 구분 (300 mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) | 최소 (mm) | 최대 (mm) |
| 슬롯 폭 (w) | 5.1 | 19.1 | 5.1 | 19.1 |
| 반경 간극 (d) | 1.5 | 6.4 | 1.5 | 6.4 |
| 튜브 내경ΦID＝Φw＋2d | 302.8 | 312.7 | 302.8 | 312.7 |
| 밴드 높이b＝a－c | 17.3 | 22.6 | 12.1 | 13.8 |
| 밴드 간격 (c) | 3.8 | 12.7 | 3.8 | 12.7 |
| 피치(a＝I/n) | 21.2 | 35.3 | 15.9 | 26.5 |
| 평면 구역 (I) | 762 | 1270 | 762 | 1270 |
| 웨이퍼 수 (n) | 36 | 36 | 48 | 48 |
| 웨이퍼 직경 (Φw) | 300 | 300 | 300 | 300 |
밴드 높이가 웨이퍼 두께 이상인 경우에 밴드 수의 양호한 값은 약 12 내지 100이다. 각 밴드는 내측 표면을 갖고, 각 밴드 및 웨이퍼 지지 수단은 웨이퍼 크기에 의해 점유될 크기에 대응하는 웨이퍼 점유 구역을 형성하며, 웨이퍼 점유 구역의 외측연부와 대응 밴드의 내측 표면 사이의 반경 간극은 약 1.5 내지 6.3 mm인 것이 바람직하다.
밴드 수는 각 웨이퍼 크기에 대하여 적절하게 선정한다. 웨이퍼에 의해 점유될 크기(웨이퍼 점유 구역)가 약 150 mm이면 밴드 수가 약 25 내지 100이 적합하다. 웨이퍼에 의해 점유될 크기가 약 200 mm이면 밴드 수가 약 25 내지 75가 적합하다. 웨이퍼에 의해 점유될 크기가 약 300 mm이면 밴드 수가 약 12 내지 48이 적합하다.
도5는 웨이퍼 이송기에 의해 웨이퍼 적층부에 위치한 웨이퍼의 저면도이고, 도6은 환형 열 차폐부 내에 지지된 웨이퍼와 열 차폐부 사이의 위치 관계를 도시한 것으로 도5의 선 6-6을 따라 취한 웨이퍼 적층부의 일부를 도시한 단편 확대 단면도이다.
도6에서, 웨이퍼(66)는 열 차폐부(72)의 상연부(68) 및 하연부(70)로부터 거의 동일한 거리, 즉 웨이퍼 축에 수직한 웨이퍼의 중심에 위치한 평면(74) 및 상연부(68) 및 하연부(72)가 바람직하게는 실질적으로 동일하게 되는 웨이퍼 축에 평행한 평면들로부터 거리 e 및 f에 위치한 지지부(67) 상의 위치에 적절하게 중심을 취한다. 이는 웨이퍼의 상부 및 바닥 표면에 균일한 열 노출을 제공한다.
도5에서, 각 환형 열 차폐부(72)는 웨이퍼 이송 장치가 웨이퍼를 지지 돌기(67) 상의 위치에 하강시킬 때 통과하게 되는 폭(w)을 갖는 갭 또는 웨이퍼 이송 슬롯(78)을 형성하는 대향 단부(74, 76)들을 갖춘 부분 원형부이다. 갭(78)의 최적 크기는 상기 표1 내지 표6에 기재되어 있다. 갭(78)은 5 내지 20 mm의 폭을 갖는 것이 적합하다.
선택적인 웨이퍼 이송 슬롯 차폐부 세그먼트(80)는 열 차폐부(78)로부터 측방향으로 오프셋되게 위치할 수 있다. 차폐부 세그먼트(80)의 일단부(82)는 열 차폐부의 단부(76)에 부착되고 타단부(84)는 단부(74)에 중첩하는 다른 단부(74) 너머로 연장되는 것이 바람직하다.
웨이퍼가 웨이퍼 보트로부터 장전 또는 방출될 때 각 웨이퍼는 해당 열 차폐부 섹션 내에 위치하거나 이로부터 제거된다. 웨이퍼는 웨이퍼(66)가 지지되어 있는 웨이퍼 이송기 또는 이송 장치(88)를 해당 차폐부(72)를 통해서 하강시키고 해당 돌기(67)의 상부 표면 상에 웨이퍼를 배치함으로써 처리 전에 열 차폐부 섹션에 장전된다. 그러면, 이송기(88)는 열 차폐부 아래로 하향 이동을 계속하며, 이 위치에서 후퇴한다. 역으로, 웨이퍼를 열 차폐부 내의 위치로부터 제거하기 위해서는 웨이퍼 이송기(88)가 열 차폐부 아래로 도입되며, 웨이퍼를 이 위치로부터 열 차폐부 위의 위치로 상승시키도록 상승된다. 그 다음에, 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지부가 보트로부터 후퇴한다.
웨이퍼 지지부(88)는 갭 간격(78) 및 차폐부 세그먼트(80)와 열 차폐부(72) 사이의 오프셋 간격을 통해서 하방 통과하는 형상 및 크기를 취하는 커넥터 아암(92)에 의해 작동기(90)에 연결된다. 열 차폐부를 통한 이러한 이동시에, 커넥터(92)는 웨이퍼를 지지부(67)에 배치하거나 이로부터 제거하도록 열 차폐부 단부들의 표면과 오프셋 차폐부 세그먼트 사이를 통과한다. 갭(78)과 커넥터(92)의 치수는 이들이 갭 간격을 통한 커넥터(92)의 자유로운 상하향 통과를 허용하는 상호 치수를 취하는 한 임계적이지는 않다.
도7 내지 도10은 웨이퍼(66)를 열 차폐부 내에 위치시키는 동안에 열 차폐부(72)에 대한 웨이퍼 이송 부품의 이동 상태를 도시한 연속 개략도이다.
도7에서, 웨이퍼(66)를 지지하는 웨이퍼 이송기(88)는 웨이퍼(66)가 위치하게 되는 환형 열 차폐부(72)에 접근한다. 도8은 열 차폐부(72) 바로 위로 상승된 웨이퍼(66)의 위치를 도시한다. 도9는 웨이퍼 이송기가 웨이퍼를 환형 열 차폐부(72) 내에 위치시킨 후에 웨이퍼(66) 아래에 위치한 것을 도시한다. 도10은 웨이퍼 이송기(88)가 웨이퍼(66)를 열 차폐부(72) 내에 배치시킨 후에 열 차폐부(72)로부터 후퇴하는 상태를 도시한다. 열 차폐부 세그먼트로부터 웨이퍼를 제거하기 위해서는 이들 개략도에 도시된 순서를 역으로 수행하면 된다.
도11은 웨이퍼 표면의 대응 중심 및 외주연 상에서의 열전쌍(96, 98)의 위치를 도시한 시험 웨이퍼(94)의 개략도이다. 열전쌍(96, 98)은 웨이퍼 표면 안에 매립되어 있다. 열전쌍(96)은 웨이퍼의 축방향 중심에서 시험 웨이퍼(94)에 부착되고, 제2열전쌍(98)은 시험 웨이퍼(94)의 외측연부(100)로부터 0.6 mm의 거리(g)를 두고 부착된다.
도12는 종래의 웨이퍼 적층부에서 급속 가열중에 도11에 도시된 것처럼 위치한 열전쌍에 의해 검출된 온도차를 나타낸 그래프이다. 웨이퍼 적층부는 25 내지 1000 ℃에 이르기까지 75 ℃/min에서 급속 램프 요소에 노출된다. 도12는 열전쌍(96, 98)에 의한 측정값들 사이의 온도차 플롯(102)을 델타(T) 대 전체 열 사이클에 걸친 평균 웨이퍼 온도로서 도시한다. 이 데이타는 시험 웨이퍼 직상방 및 직하방 사이의 거리가 2.54 mm인 상태에서 표준 웨이퍼 보트 내의 시험 웨이퍼의 상부로 이격된 25개의 웨이퍼와 하부로 이격된 25개의 웨이퍼에서 취한 것이다. 온도차 값(104)은 현저한 구조적 손상을 일으키지 않고 노출될 수 있는 웨이퍼에 대하여 최대 수용가능한 응력 한계를 나타낸다. 도시된 것처럼, 온도 프로필(102)은 약 700 ℃를 넘는 응력 한계를 초과하는 종래의 웨이퍼 보트 구조에서 경험된다.
도13은 본 발명에 따른 열 차폐부를 갖춘 웨이퍼 적층부 내에서의 급속 가열중에 도11에 도시된 것처럼 열전쌍 위치에 의해 검출된 온도차를 도시한 그래프이다. 웨이퍼 적층부는 25 내지 1000 ℃에 이르기까지 75 ℃/min에서 급속 램프 요소에 노출된다. 시험 웨이퍼(94)는 2.54 mm인 본 발명에 따른 환형 차폐부 내에서 상부에 25개 그리고 하부에 25개가 배치된 상태로 위치한다. 시험 웨이퍼와 직상방 및 직하방에 배치된 웨이퍼들 사이의 거리는 2.54 mm이다. 시험 웨이퍼(94)의 중심 및 연부에서 열전쌍에 의해 검출된 것으로 시험 웨이퍼에 의해 경험된 그래프(106)에 도시된 온도차는 최대 수용가능 응력 한계값(도12의 값)을 매우 밑도는 값이다.
이 기술분야에 숙련된 자는 상기에 설명한 본 발명을 다양하게 변경 및 수정할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기에 설명한 특정 실시예 이외에 첨부된 청구범위 내에서도 실시할 수 있는 것으로 이해할 수 있다.
Claims (17)
- 실질적으로 동일한 내경을 갖는 환형이고 동축으로 이격된 복수개의 밴드를 포함하며, 상기 각 밴드가 상연부 표면 및 하연부 표면을 갖고, 상기 인접 밴드 각 세트중 상부 밴드의 하연부 표면은 인접 밴드 각 세트의 하부 밴드의 상연부 표면에 대향하고 이로부터 약 3.8 내지 12.7 mm인 밴드 간격 거리만큼 이격되고, 상기 각 밴드가 다음 수학식에 따른 높이(밴드 높이)를 갖는 열처리 보트.밴드 높이 ＝ (기둥 높이 － Σ 밴드 간격) / 밴드 수여기서, 밴드 높이는 항상 웨이퍼의 두께 이상이고, 기둥 높이는 처리 보트의 전체 높이(mm)이고, 밴드 간격은 인접 밴드들 사이의 밴드 간격 거리(mm)이고, 밴드 수는 처리 보트 내의 전체 밴드 수
- 제1항에 있어서, 밴드 수는 밴드 높이가 적어도 웨이퍼 두께보다 큰 상태에서 약 12 내지 100인 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제1항에 있어서, 각 밴드가 이의 상연부 표면과 하연부 표면 사이에서 실질적으로 중심을 취하는 위치에서 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제3항에 있어서, 웨이퍼 지지 수단이 적어도 3개의 내향 연장 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제3항에 있어서, 각 밴드가 내측 표면을 갖고 있으며, 각 밴드 및 웨이퍼 지지 수단이 웨이퍼의 크기에 따라 점유될 크기에 대응하는 웨이퍼 점유 구역을 형성하고, 웨이퍼 점유 구역의 외측연부와 각 밴드의 내측 표면 사이의 반경방향 거리가 약 1.5 내지 6.3 mm인 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제3항에 있어서, 각 밴드 및 웨이퍼 지지 수단이 웨이퍼의 크기에 의해 점유될 크기에 대응하는 웨이퍼 점유 구역을 형성하고, 웨이퍼 점유 구역의 외경이 약 150 mm이고 밴드 수가 약 25 내지 100인 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제3항에 있어서, 각 밴드 및 웨이퍼 지지 수단이 웨이퍼의 크기에 의해 점유될 크기에 대응하는 웨이퍼 점유 구역을 형성하고, 웨이퍼 점유 구역의 외경이 약 200 mm이고 밴드 수가 약 25 내지 75인 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제3항에 있어서, 각 밴드 및 웨이퍼 지지 수단이 웨이퍼의 크기에 의해 점유될 크기에 대응하는 웨이퍼 점유 구역을 형성하고, 웨이퍼 점유 구역의 외경이 약 300 mm이고 밴드 수가 약 12 내지 48인 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제1항에 있어서, 각 밴드가 불완전 원형을 취하고, 그 대향단들이 5 내지 20 mm의 폭을 갖는 슬롯을 형성하는 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제9항에 있어서, 슬롯 상에 가해지는 방사열 충격을 감소시키도록 슬롯으로부터 측방향으로 변위되어 이 슬롯에 중첩하는 슬롯 차폐 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제1항에 있어서, 금속, 수정, 세라믹, 그래파이트 또는 그 혼합물로 제조된 부품을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제11항에 있어서, 석영, 폴리실리콘 또는 실리콘 탄화물로 된 부품을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제1항에 있어서, 각 밴드의 높이 및 인접 밴드들 사이의 밴드 간격이 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 제1항에 있어서, 밴드들이 이들 밴드가 부착되는 로드 또는 판들을 축방향으로 연장시킴으로써 일편 조립체로 지지되는 것을 특징으로 하는 열처리 보트.
- 히터로부터 방사되는 방사열에 의해 둘러싸인 가열 구역 내에 서로 평행하게 위치한 다중 웨이퍼를 열처리하기 위한 방법으로서, 각 웨이퍼의 외측연부와 히터 사이에 위치한 환형 가열 밴드를 갖춘 히터에 의해 방사된 방사열로부터 각 웨이퍼의 외측 부분을 차폐하는 단계를 포함하고, 상기 각 환형 가열 밴드가 실질적으로 동일한 내경을 갖는 복수개의 동축으로 이격된 가열 밴드중 하나이고, 상기 각 밴드가 상연부 표면과 하연부 표면을 갖고 인접 밴드 각 세트중 상부 밴드의 하연부 표면이 인접 밴드 각 세트의 하부 밴드의 상연부 표면에 대향하고 이로부터 약 3.8 내지 12.7 mm인 밴드 간격 거리만큼 이격되어 있고, 상기 각 밴드가 다음 수학식에 따른 높이(밴드 높이)를 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.밴드 높이 ＝ (기둥 높이 － Σ 밴드 간격) / 밴드 수여기서, 밴드 높이는 항상 웨이퍼의 두께 이상이고, 기둥 높이는 처리 보트의 전체 높이(mm)이고, 밴드 간격은 인접 밴드들 사이의 밴드 간격 거리(mm)이고, 밴드 수는 처리 보트 내의 전체 밴드 수
- 제15항에 있어서, 각 웨이퍼의 연부와 밴드 사이의 차폐될 거리가 1.5 내지 6.3 mm인 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
- 제15항에 있어서, 히터에 의해 제공된 열이 웨이퍼에 도입된 응력에 기인한 기계적 손상을 일으키지 않고 웨이퍼의 온도를 50 내지 100 ℃/min의 가열 속도로 21 내지 1100 ℃까지 상승시키기에 충분한 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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