KR19990008205A - 슬립 방지 수직 선반 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 반도체 웨이퍼를 이격시켜 수평으로 평행한 관계로 지지하기 위한 수직 선반에 있어서, 수직 지지 수단과 웨이퍼를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 수직 지지 수단에서 수평으로 연장되는 다수의 수직 이격, 수평 지지 수단을 구비하며, 상기 수평 지지 수단은 돌출부이며, 각 돌출부는 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 암을 구비하며 각 지지 높이의 하나 이상의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점이 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가며, 상기 암은 연속 상향 경사로 돌출되며 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반에 관한 것이다.

Description

슬립 방지 수직 선반
반도체 제조 산업은 일반적으로 수직 또는 수평 캐리어 내에서 웨이퍼를 처리한다. 수평 캐리어는, 일반적으로 보트(boat)라고 불리며, 반원형 디자인 내에 배치된 세 개 또는 네 개의 수평 배열 바를 구비하며, 각 바는 일정한 간격으로 내부에 형성된 내향 홈을 가진다. 각 세트의 홈은 수직 배치 웨이퍼를 운반하기 위한 수직 공간을 한정한다.
수직 캐리어는, 일반적으로 수직 선반이라고 불리며, 반원형 디자인 내에 배치된 세 개 또는 네 개의 수직 배열 막대를 구비하며, 각각의 막대는 수평 배치 웨이퍼를 운반하기 위한 공간을 한정하기 위해 일정한 간격으로 형성된 홈을 가진다. 종래의 수직 선반은 도 1에 도시되었다. 상기 형태의 선반은 일반적으로 상부판, 하부판 및 상부판을 하부판에 고정시키기 위한 세 개 또는 네 개의 막대를 구비한다. 각 홈 사이의 막대 부분은, 돌기(teeth)라고 지칭되며, 바닥판에서 평행하게 일정한 간격으로 웨이퍼를 지지하기 위해 동일하게 이격된다. 전체 선반은 이어서 웨이퍼를 처리하기 위해 수직 노 내에 위치된다. 수직 선반 상에서 처리된 웨이퍼가 표면에 걸쳐서 온도 변화도가 더 적기 때문에 반도체 제조 업자들이 점점 더 수직 노로 방향을 돌리고 있다. 그러나, 수직 노 처리에도 문제점은 있다. 도 1의 종래 기술에 도시한 바와 같이, 종래의 수직 선반에 배치된 웨이퍼는 외측 에지로만 지지되고 있다. 이와 같으므로, 상기 돌기 상에 놓여진 웨이퍼 영역은 웨이퍼의 나머지 영역에 비해 더 큰 응력을 받는다. 노 내의 온도가 약 1000 ℃를 초과하게 되면, 상기 응력은 가끔 문제가 되며 단결정 웨이퍼의 일부분은 상기 응력에 반응을 보여서 결정판을 따라서 서로에 대해 이동하게 된다. 상기 현상은 슬립(slip)이라고 불리며, 슬립이 발생한 웨이퍼 영역에 위치한 반도체 소자의 등급을 효과적으로 파괴한다.
미국 특허 제 5,492,229 호는 중앙 지지부를 가진 수직 선반 디자인을 개시하였다. 그러나 상기 디자인의 제 1 실시예는 실리카 성분(이는 고온 민감성을 보인다)을 첨가하거나 워터 제트를 사용하여 내부 홈을 형성(이는 불편하다)하는 두 가지 방법 중의 하나를 사용하여 형성한다. 상기 디자인의 제 2 실시예는 보다 편리한 다이아몬드 톱만을 사용하여 형성되지만, 곡선형 수직 지지부를 필요로 하며 이는 웨이퍼 위로 커다란 그림자를 지우게 된다.
따라서 슬립을 감소시키고 내고온성이 있으며 다이아몬드 톱으로 형성할 있고 웨이퍼 위로 커다란 그림자를 지우지 않는 수직 선반 디자인이 필요하다.
집적 회로(IC's)와 같은 반도체 소자 제조 업자는 일반적으로 반응성 가스의 존재하에서 실리콘 웨이퍼를 열처리해야 한다. 상기 처리 중에, 노출되는 소자에 대한 온도 및 가스 농도는 매우 조심스럽게 제어되어야 하며, 이는 처리 분위기에서 사소한 변화에도 민감할 정도의 크기인 1 um 미만의 회로 요소를 포함하기 때문이다.
도 1은 종래의 수직 선반의 디자인을 나타낸 도면.
도 2a 및 도 2b는 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 암을 구비하는 돌출부를 가지는 본 발명의 수직 선반의 평면도 및 측면도.
도 3a 및 도 3b는 수평 암을 가지는 본 발명의 수직 선반의 평면도 및 측면도.
도 4a 및 도 4b는 일반적인 웨이퍼에 대한 도 2a 및 도 2b와 도 3a 및 도 3b의 막대에 의해 생성된 그림자를 도시한 도면.
본 발명에 따르면, 다수의 반도체 웨이퍼를 이격시켜 수평으로 평행한 관계로 지지하기 위한 수직 선반에 있어서, 수직 지지 수단과; 웨이퍼를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 수직 지지 수단에서 수평으로 연장되는 다수의 수직 이격, 수평 지지 수단을 구비하며; 상기 수평 지지 수단은 돌출부이며, 각 돌출부는 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 암을 구비하며 각 지지 높이의 하나 이상의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점이 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가며, 상기 암은 연속 상향 경사로 돌출되며 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 다수의 반도체 웨이퍼를 이격시켜 수평으로 평행한 관계로 지지하기 위한 수직 선반에 있어서, 수직 지지 수단과; 웨이퍼를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 수직 지지 수단에서 수평으로 연장되는 다수의 수직 이격, 수평 지지 수단을 구비하며; 상기 수평 지지 수단은 웨이퍼 에지에서 웨이퍼와 연속적으로 접촉하여 각 지지 높이에서의 하나 이상의 암과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼 반지름에서 측정하였을 때 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반이 제공된다.
일부 실시예에서, 수직 선반은 상부판과, 하부판과, 다수의 수직 막대를 구비하며, 각 막대의 상단부는 상부판의 둘레에 고정되며 각 막대의 하단부는 하부판의 둘레에 고정되며, 각각의 막대는 수평으로 웨이퍼를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 바닥판에서 등간격으로 이격된 다수의 돌출부를 구비하며, 각 지지 높이의 하나 이상의 돌출부와 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 영역에 들어가는 것을 특징으로 한다.
제 1 실시예(도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이)에서, 각 돌출부는 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 암을 구비하며 웨이퍼는 웨이퍼 플랫폼에 의해서만 지지된다. 각 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 영역에 들어간다. 적합하게는 상기 암은 연속 상향 경사로 돌출되며 웨이퍼 플랫폼은 수평을 유지한다. 더욱 적합하게는 상기 돌출부는 상기한 방식으로 돌출되어 상기 막대가 웨이퍼에 대해 30 % 이상의 그림자를 지우지 않으며, 가장 적합하게는 웨이퍼에 대해 10 %를 넘지 않는 것이다.
본 발명의 제 2 실시예(도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이)에서, 암을 구성하는 각 돌출부는 수평으로 돌출되어 웨이퍼 에지에서 웨이퍼와 연속적으로 접촉하기 때문에 웨이퍼 반지름에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 범위에 들어간다. 적합하게는, 돌출부는 상기 방식으로 돌출되어 상기 막대가 웨이퍼에 대해 30 % 이상의 그림자를 지우지 않으며, 가장 적합하게는 웨이퍼에 대해 10 %를 넘지 않는 것이다.
이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상부판(2)과, 하부판(3)과, 다수의 수직 막대(4)를 구비하며, 각 막대의 상단부(5)는 상부판(2)의 둘레에 고정되며 각 막대의 하단부(6)는 하부판(3)의 둘레에 고정되며, 각각의 막대는 수평으로 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 바닥판(3)에서 등간격으로 이격된 다수의 돌출부(7)를 구비하며, 상기 각 돌출부(7)는 웨이퍼 플랫폼(9)에서 종결되는 암(8)을 구비하여 웨이퍼 플랫폼과 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점이 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 영역에 들어가는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 수직 선반(1)이 제공된다.
도 2a 및 도 2b에 도시한 디자인에 대한 예비 시험에서 슬립 문제가 해결된 것으로 판명되었다. 이론화할 필요 없이 웨이퍼에 대해 에지 지지(도 1에 도시된 것과 같이)만을 제공하는 것은 슬립의 발생에 기여한다는 것이 알려져 있다. 본 발명(도 2a 및 도 2b에 구체화된 바와 같이)은, 웨이퍼의 중심에 더 근접하는 지지를 이용하여 응력을 감소시킨다.
제 1 실시예의 연속적인 경사는 일반적으로 수평에 대해 약 0.5 내지 10 도 사이이다. 본 실시예의 웨이퍼 플랫폼은 일반적으로 웨이퍼와 접촉하여 하나 이상, 적합하게는 각각 세 개 이상의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점이 (웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때) 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가며, 적합하게는 웨이퍼 반지름의 33 % 내지 66 % 사이이다. 한쪽의 지지 높이에서의 웨이퍼 플랫폼의 전체 표면 영역은 일반적으로 웨이퍼의 표면 영역의 약 0.02 % 내지 약 1 %의 범위에 들어간다.
이제 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상부판(12)과 하부판(13)과, 다수의 수직 막대(14)를 구비하며, 각 막대의 상단부(15)는 상부판(12)의 둘레에 고정되며 각 막대의 하단부(16)는 하부판(13)의 둘레에 고정되며, 각각의 막대는 수평으로 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 하부판(13)에서 등간격으로 이격된 다수의 돌출부(17)를 구비하며, 상기 각 돌출부(17)는 웨이퍼 에지에서 웨이퍼(W)에 연속적으로 접촉하도록 수평으로 돌출한 암을 구비하여 웨이퍼 플랫폼과 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점이 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 영역에 들어가는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 수직 선반(11)이 제공된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 본 발명의 본 실시예는 도 2a 및 도 2b의 실시예와는 암이 수평이라는 점이 다르다. 수평 암이 경사진 암 보다 수직 공간을 더 적게 필요로 하기 때문에 선반에서 경사진 암을 가진 동일한 높이를 가진 선반 보다 더 많은 웨이퍼를 처리할 수 있다. 또한, 상기 선반은 제조하기가 더 용이한데, 그 이유는 경사진 암을 구현한 웨이퍼 플랫폼을 제조하기 위해 별도의 기계 가공이 필요없기 때문이다.
적합한 제 2 실시예에서, 하나 이상의 적합하게는 각각 세 개 이상의 암과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가며, 적합하게는 웨이퍼 반지름의 33 % 내지 66 %의 범위에 들어간다. 또한 한쪽의 지지 높이에서의 암과 지지된 웨이퍼 사이의 전체 접촉 영역은 일반적으로 웨이퍼 표면 영역의 약 1 % 내지 5 %의 범위에 들어간다.
슬립을 유발하는 응력을 최소화하기 위해서, 웨이퍼가 놓인 곳(즉, 웨이퍼 플랫폼 또는 수평 암 중의 하나)의 돌출부 표면은 동일 평면이어야 하고 매끈해야 한다. 예를 들면, 지지 높이에서의 돌출부 표면은 ASME 국가 표준 Y14.5M-1994의 6.5.6 섹션에 정의된 바와 같이 약 0.05 mm 이내로 동일 평면이어야 한다. 각각은 ANSI/ASME 국가 표준 B46.1-1985의 3.9.1 섹션에 정의된 바와 같이 약 1 미크론(um)의 Ra내의 거칠기를 가져야 한다.
돌출부가 수직 선반의 막대에서 연장되는 돌출부의 거리(도 3a에 A로 도시한 바와 같이 돌출부의 단부와 막대 사이의 가장 짧은 거리를 측정하여 얻어진 값)는 대개 처리될 웨이퍼의 크기에 따른다. 예를 들어, 처리될 웨이퍼가 150 mm의 지름을 가지는 경우, 돌출부는 일반적으로 17 mm 이상 연장되며, 대개는 약 22 mm와 약 42 mm 사이이며, 적합하게는 약 29 mm이다. 처리될 웨이퍼가 200 mm의 지름을 가지는 경우, 돌출부는 일반적으로 24 mm 이상 연장되며, 대개는 약 32 mm와 약 52 mm 사이이며, 적합하게는 약 38 mm이다. 처리될 웨이퍼가 300 mm의 지름을 가지는 경우, 돌출부는 일반적으로 32 mm 이상 연장되며, 대개는 약 42 mm와 약 72 mm 사이이며, 적합하게는 약 56 mm이다.
본 발명의 수직 선반의 재료는 고온의 반도체 제조에 사용되는 수직 선반에 사용되는 일반적인 어떠한 재료로 형성해도 좋으며, 적합하게는 재결정 실리콘 카바이드이다. 선반의 재료는 또한 실리콘 카바이드나 실리콘 나이트라이드 또는 다이아몬드와 같은 내화 재료로 CVD 코팅된 것이라도 좋다. 적합하게는, 선반은 미국 매사추세츠 워체스터 소재의 노튼 컴퍼니(Norton Company)에서 입수 가능한 재결정 실리콘 카바이드인 크라이스타(CRYSTAR)로 구성된다.
수직 선반의 막대는 일반적으로 기둥의 내부 또는 인접한 웨이퍼 부분에 대해 방사열 및/또는 (수직 노의 둘레에서 유입되는) 반응성 가스를 차폐하거나 가린다. 따라서 웨이퍼의 가려진 부분과 웨이퍼의 나머지 부분 사이의 온도 및/또는 가스 농도의 심각한 변이가 발생한다. 상기 변이는 슬립 유발 응력에 기여한다. 따라서, 일부 실시예에서 돌출부는 방사상으로 배향되어 막대가 웨이퍼에 대해 30 % 이상의 그림자를 지우지 않으며, 적합하게는 웨이퍼에 대해 10 % 이상의 그림자를 지우지 않는다. 본 발명의 목적에 대해서, 상기 그림자의 백분율은 막대에 의해 방해받지 않는 경로에서 선반 둘레에서 방사상으로 직접 진행되는 반응성 가스 및/또는 열에 대한 웨이퍼 표면의 백분율에 의해 계산된다. 도 4b의 그림자 부분은 도 2a 및 도 3a의 웨이퍼 상의 막대에 의해 생성된 그림자를 나타낸다.

Claims (25)

  1. 다수의 반도체 웨이퍼를 이격시켜 수평으로 평행한 관계로 지지하기 위한 수직 선반에 있어서,
    수직 지지 수단과;
    웨이퍼를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 수직 지지 수단에서 수평으로 연장되는 다수의 수직 이격, 수평 지지 수단을 구비하며;
    상기 수평 지지 수단은 돌출부이며, 각 돌출부는 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 암을 구비하며 각 지지 높이의 하나 이상의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점이 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가며,
    상기 암은 연속 상향 경사로 돌출되며 웨이퍼 플랫폼에서 종결되는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  2. 제 1 항에 있어서, 각 지지 높이의 각각 세 개 이상의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 상기 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  3. 제 1 항에 있어서, 각 지지 높이의 하나 이상의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 상기 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 33 % 내지 66 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  4. 제 1 항에 있어서, 각 지지 높이의 각각 세 개 이상의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 상기 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼의 에지에서 측정하였을 때 웨이퍼 반지름의 33 % 내지 66 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 플랫폼은 수평인 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 지지 수단은 막대이며 상기 막대는 웨이퍼에 대해 30 % 이상의 그림자를 지우지 않는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 막대는 웨이퍼에 대해 10 % 이상의 그림자를 지우지 않는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  8. 제 1 항에 있어서, 각각의 웨이퍼 플랫폼은 약 1 um의 거칠기(Ra)를 가지는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  9. 제 1 항에 있어서, 각 지지 높이의 웨이퍼 플랫폼은 0.05 mm 이내로 동일 평면상에 존재하는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  10. 제 1 항에 있어서, 지지 높이의 웨이퍼 플랫폼과 지지된 웨이퍼 사이의 전체 접점 영역은 웨이퍼의 표면 영역에 대해 약 0.02 % 내지 약 1 % 사이인 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  11. 공란
  12. 제 1 항에 있어서, 재결정 실리콘 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  13. 제 1 항에 있어서, CVD 실리콘 카바이드로 코팅된 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  14. 다수의 반도체 웨이퍼를 이격시켜 수평으로 평행한 관계로 지지하기 위한 수직 선반에 있어서,
    수직 지지 수단과;
    웨이퍼를 지지하기 위한 다수의 지지 높이를 한정하기 위해 수직 지지 수단에서 수평으로 연장되는 다수의 수직 이격, 수평 지지 수단을 구비하며;
    상기 수평 지지 수단은 웨이퍼 에지에서 웨이퍼와 연속적으로 접촉하여 각 지지 높이에서의 하나 이상의 암과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼 반지름에서 측정하였을 때 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  15. 제 14 항에 있어서, 각 지지 높이의 세 개 이상의 암과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼 반지름에서 측정하였을 때 20 % 내지 80 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  16. 제 14 항에 있어서, 각 지지 높이의 하나 이상의 암과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼 반지름에서 측정하였을 때 33 % 내지 66 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  17. 제 14 항에 있어서, 각 지지 높이의 세 개 이상의 아암과 지지된 웨이퍼 사이의 가장 깊은 곳의 접점은 웨이퍼 반지름에서 측정하였을 때 33 % 내지 66 %의 범위에 들어가는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 수직 지지 수단은 막대이며 상기 막대는 웨이퍼에 대해 30 % 이상의 그림자를 지우지 않는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 막대는 웨이퍼에 대해 10 % 이상의 그림자를 지우지 않는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  20. 제 14 항에 있어서, 각각의 웨이퍼와 접촉하는 암 부분은 약 1 um의 거칠기(Ra)를 가지는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  21. 제 14 항에 있어서, 각 지지 높이의 웨이퍼 플랫폼은 0.05 mm 이내로 동일 평면상에 존재하는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  22. 제 14 항에 있어서, 재결정 실리콘 카바이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  23. 제 14 항에 있어서, CVD 실리콘 카바이드로 코팅된 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  24. 제 14 항에 있어서, 지지 높이의 암과 지지된 웨이퍼 사이의 전체 접점 영역은 웨이퍼의 표면 영역에 대해 약 1 % 내지 약 5 % 사이인 것을 특징으로 하는 슬립 방지 수직 선반.
  25. 제 1 항의 슬립 방지 수직 선반의 돌출부 상으로 다수의 웨이퍼를 위치시키는 단계와;
    1000 ℃ 이상의 온도로 웨이퍼를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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