KR20020027527A - 슬립 방지 수평 반도체 웨이퍼 보트 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 처리 동안 반도체 웨이퍼들을 유지하기 위한 수평 웨이퍼 보트가 공개된다. 이 웨이퍼 보트는 웨이퍼들이 약 1000℃ 이상의 처리 온도들로 가열될 때 발생할 수 있는 웨이퍼 슬립을 감소하도록 구성된다.

Description

슬립 방지 수평 반도체 웨이퍼 보트{Slip resistant horizontal semiconductor wafer boat}

반도체들의 제조에서, 실리콘 웨이퍼들은 열적으로 처리된다. 웨이퍼들을 처리하는 한 방법은 수평 로 튜브들(horizontal furnace tubes)을 사용하는 것이다. 웨이퍼들은 그들의 전기적 특성들을 변경하여 회로들을 만들도록 처리된다. 이들 처리들을 위한 온도들은 600부터 약 1400℃의 범위이다.

반도체들의 생산은 매우 제어되는 처리이다. 이 처리의 부분으로서, 로 조작들은 실리콘 웨이퍼들 상에 수행되어 웨이퍼 상에 층들을 만들고 이것의 전기적인 특성들을 변경하기 위해 웨이퍼에 물질들을 도핑한다. 불연속 유전체들과 경로들이 형성되어 캐패시터들과 트랜지스터들을 생성한다. 정밀한 구성으로, 디바이스가 생성된다.

로 조작들은 일반적으로 두 개의 카테고리들 즉, 대기적인 것(Atmospheric)과 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition ; LPCVD)으로 분류된다. 대기적인 조작들(atmospheric operations)은 어닐(anneal)을 하거나, 도펀트들을 웨이퍼들에 확산시키거나, 또는 산화 층들을 형성하기 위해 사용된다. 이들 처리들은 높은 온도들, 즉, 약 900℃보다 더 높은 온도들에서 일반적으로 수행된다. 높은 순도 또는 깊은 확산을 위한 몇몇 대기적인 조작들은 1350℃의 온도들에 도달할 수 있다.

LPCVD 조작들은 웨이퍼 상에 폴리 실리콘 또는 실리콘 질화물의 층들을 만들기 위해 사용된다. 이들 조작들은 일반적으로 약 600℃와 900℃ 사이의 낮은 온도 범위에서 부분적인 진공 하에서 발생한다.

위에 설명된 조작들이 사용되어 웨이퍼 상에 3차원 디바이스를 구성한다. 파워 칩(power chip)과 같은 간단한 디바이스는 두 개의 층들을 가질 수 있으며, 복잡한 논리 회로는 7개의 층들 보다 많이 가져야 한다.

웨이퍼들을 로처리(furnacing)하는 여러 가지의 다른 방법들이 있으며, 이들은 수평, 수직, 및 RTP(Rapid Thermal Processing) 방법들로 언급된다. RTP는 단일 웨이퍼 처리이지만, 수직 및 수평 로처리 둘은 일괄 처리들이다. 특히, 수평 로처리는 많은 웨이퍼들이 웨이퍼 홀더(wafer holder) 또는 "보트(boat)" 상에 위치되며, 이것이 수평 로 튜브로 삽입되는 처리로 언급된다. 웨이퍼 보트들과 같은[또한 콘티 보트들(conti boats)로 알려진] 디바이스들, 이들은 반도체 웨이퍼 처리 동안 로 조작들을 받게 되며, 이들은 여기서 "도가니(furanceware)"로 언급된다.

웨이퍼 보트를 형성하기 위해 사용되는 물질은 높은 온도들에 견뎌야 하고 이 조작 내로 불순물들이 개입되어서는 안된다. 실리콘 웨이퍼들이 먼저 처리되었을 때, 서포트 정착물들(support fixtures)은 1차적으로 석영으로부터 만들어진다.그러나, 석영은, 웨이퍼 보트들의 생산에 사용될 때, 몇몇 단점들로부터 피해를 입는다. 특히, 약 1000℃ 위로의 온도들에서 석영은 변형되는 경향이 있다. 반복되는 로 주기들 후에, 석영 보트들은 수용하기 어려운 정도로 변형된다. 웨이퍼 전달 조작들은 일반적으로 자동화되고 웨이퍼를 도가니의 잘 정의된 특성 내로 삽입하는 것은 위험하다. 만약 잘못된 정렬이 있을 경우, 웨이퍼들은 도가니로 "파괴(crash)"될 수 있으며 이 도가니는 모든 웨이퍼 장전을 오염시키고 종종 깨뜨리기도 한다. 깨어진 웨이퍼들은 입자들을 깨끗한 방 환경 내로 개입될 수 있고 다른 처리들에도 영향을 줄 수 있다.

다른 단점은 입자 생성이다. LPCVD 조작들 동안, 실리콘 질화물과 같은 증착된 물질의 층은 웨이퍼의 표면상에 쌓여 만들어진다. 웨이퍼 자신을 따라 LPCVD 조작들 동안 웨이퍼 상에 형성되는 물질은 비교 가능한 열 팽창율들을 갖고, 그래서 좋은 기계적 및 화학적 결합이 존재한다. 그러나, LPCVD 증착들은 석영에 잘 부착하지 않으며 이것은 잘못 매칭된 열 팽창 계수들 때문이고 이것은 도가니가 열변화들을 격게될 때 층들 상에 스트레스를 생성한다. 이 스트레스는 층들이 조각나도록 유발하고 디바이스 뎀핑 입자들을 시스템 내로 개입할 수 있다.

또한, 화학 에칭은 석영과 문제들을 유발할 수 있다. 도가니는 정규 주기에서 청소되어 층들을 제거하며 이층들은 그위에 전개된 것이다. 일반적으로, 산 욕조들이 사용되어 이들 층들을 제거한다. 석영은 청소 용해제들을 사용하여 화학적으로 에칭될 수 있고 이것은 석영 도가니가 강도와 치수의 안정성을 잃도록 유발할 수 있다.

석영 도가니에 존재한다고 알려진 많은 단점들은 다른 물질들을 대체하여 피해질 수 있으며, 예를 들어, 석영을 대신하는 실리콘 탄화물(SiC)과 같은 것이 있다. SiC는 LPCVD 증착들과 유사한 열 팽창 계수를 갖고 이것은 SiC에 기계적 및 화학적 결합을 형성한다. 한 유용한 대체 물질은 재결정화된 SiC이며, 상호하에 메사추세츠, 우스트의 세인트-고바인 산업 세라믹스로부터 활용 가능하다. 이 물질은 실리콘 탄화물 세라믹이며 이는 높은 순도 실리콘 금속과 포화된 것이다. 이것의 튼튼한 기계적 특성들 때문에, 넓은 범위의 온도들과 순도 특성들을 통하여,세라믹은 석영에 대해 훌륭한 대안임을 보여주고 있다.은 로 조작들 동안 웨이퍼들을 서포트(support)하도록 사용될 수 있으며 또한 로 체임버(furnace chamber)로서 역할을 할 수도 있다.

웨이퍼 사이즈들이 증가함에 따라, 그리고 웨이퍼들 상의 특성들의 사이즈가 감소됨에 따라, 포토리소그라피, 검사, 로처리, 깨끗한 방들, 및 다른 영역들에서 기술적인 개선들이 요구된다. 반도체 장치들에 대한 현재 생산 설비들은 지름이 100mm 내지 200mm인 범위의 웨이퍼들을 사용한다. 현재, 지름이 300mm 만큼 큰 웨이퍼들을 처리하려는 열망이 있으며, 이는 이러한 웨이퍼 사이즈가 두 배 보다 많은 칩들 또는 다이들(dies)이 각 웨이퍼 상에 제조되도록 허용할 것이기 때문이다. 이것은 바람직하며, 이는 정밀한 특성 사이즈 디바이스들은 중요한 처리 파라메터들을 요구하고, 처리되는 웨이퍼들의 수를 감소하고 더욱 타이트하게 제어되는 생산 환경을 갖기 위한 강한 열망이 있기 때문이다. 불행히도, 300mm 웨이퍼들로의변천은 느리게 처리되고 있으며 이는 큰 웨이퍼들을 다루는 것과 관련된 대단히 많은 기술적인 문제들에 기인한다.

수평 웨이퍼 제조는 디바이스를 만드는 일련의 열 처리 단계들을 포함한다. 적어도 일부의 제조 단계들에 대한 약 1000℃를 초과하는 수평 처리 온도들이 피해질 수 없다. 높은 온도들과 웨이퍼 스트레스에 기인하여 웨이퍼 슬립이 발생할 수 있다. 웨이퍼는 단일 크리스탈 디스크이다. 웨이퍼 슬립은 웨이퍼의 크리스탈 격자의 영구 소성 변형이다. 웨이퍼의 깨지기 쉬운에서 연성이 있는 행동으로의 변천 온도는 약 720℃이다. 그러므로, 슬립은 720℃ 위의 처리 온도들에서 발생할 수 있다.

웨이퍼 슬립은 제조자에게 중요하며, 이는 디바이스 작업상에 음성적인 충격을 갖기 때문이다. 디바이스는 상태들을 스위칭할 수 있는 일련의 게이트들로 구성된다. 이들 게이트들은 반듯이 유지되어야할 정밀한 특성들을 갖는다. 슬립 평면(slip plane)이 발생되면, 게이트들은 부패될 수 있고 적절하게 기능하는 것을 실패할 수 있다. 비록 슬립 평면이 작지만, 디바이스 작업은 절충될 수 있으며 이는 유전체 특성들이 변경되었기 때문이다. 일반적으로, 처리에 더 많은 시간을 투자하는 것보다, 슬립을 갖는 웨이퍼가 조각난다.

웨이퍼 슬립 생성은 몇몇 요인들에 의해 영향을 받으며, 이 요인은 온도, 중력 스트레스, 열 스트레스, 웨이퍼 타입, 웨이퍼 결함들(에지 칩들, 단층들, 산소 포함), 및 이전의 처리 단계들을 포함한다. 웨이퍼 내의 열 에너지가 증가함에 따라, 슬립을 야기하는데 요구되는 에너지는 감소한다. 일단 720℃ 유연성 임계에 도달하면, 슬립 라인들은 상대적으로 쉽게 생성될 수 있다. 전단 스트레스(shear stress)인 지배적인 공헌자(contributor)가 평면내에 작용하고 격자를 밀어서 이것이 단층이 지게한다. 경험적이고 이론적인 연구들은 허용 가능한 전단 스트레스 상의 온도의 효과를 분석해왔다. 허용 가능한 전단 스트레스는 슬립의 개시전에 최대 스트레스가 되도록 정의된다.

웨이퍼 기계적 스트레스와 열 차이들은 웨이퍼 보트에 의해 직접 영향을 받는다. 따라서 웨이퍼 보트에 대해서 이들 스트레스들을 웨이퍼 슬립의 결과 최소화로 최소화할 필요가 존재한다.

선행 기술은 반도체 웨이퍼들의 제조와 처리에 사용하기 위한 웨이퍼 보트들을 공개한다. 그러나, 본 발명과는 달리, 선행 기술은 위에서 설명한 단점들을 극복하거나 언급하지도 않는다. 예를 들어, JP 6124911에서, 복수의 웨이퍼들이 장착되는 복수의 슬롯들을 갖는 수평 웨이퍼 보트를 공개한다. 그러나, 각 웨이퍼 보트의 슬롯은 웨이퍼들이 추락하는 것을 방지하기 위해 홈들이 제공되는 "웨이퍼 추락 방지 부재들"로 불리는 안정 또는 서포트 부재들로서 나타나는 복수의 것들을 포함한다. 또한, 이 웨이퍼 보트는 자신의 평평한 부분이 슬롯 내에 위치되면서 웨이퍼의 무게를 서포트하는 평평한 서포트 부분들을 포함한다. 그러나 웨이퍼 추락 방지 부재들과 평평한 서포트 부분들은 슬롯 내에 위치된 웨이퍼에 불리하며, 이는 복수의 웨이퍼 추락 방지 부재들과 평평한 서포트 부재들이 웨이퍼 스트레스와 웨이퍼 슬립에 기여하기 때문이다. 부가적으로, JP6124911에 설명된 보트는 평평한 부분을 슬롯에 위치하면서 웨이퍼들을 수용하도록 구성된다. 자신의 평평한 부분이 보트에의해 서포트되면서 슬롯 내에 웨이퍼를 위치하는 것은 슬롯 내의 웨이퍼의 로에서 그리고 로로 부터의 보트의 전달 동안과 같은 측면-측면 움직임을 허용한다. 이 웨이퍼 움직임은 웨이퍼 상에 스트레스를 가져다 주며, 입자 형성을 증가시키고, 그러므로 디바이스 수율을 저하시킨다.

그러므로, 웨이퍼 보트에 대해 선행 기술의 웨이퍼 보트들의 단점들을 제거하는 필요가 존재한다.

본 발명은 반도체 웨이퍼들의 처리 및 제조에 사용되는 장비 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 향상된 수평 웨이퍼 보트에 관한 것이다.

도 1은 웨이퍼들이 장전된 수평 웨이퍼 보트의 개략적인 도면.

도 2는 한 끝으로부터 보여지는 본 발명의 웨이퍼 보트의 개략적인 도면.

도 3은 위로부터 비스듬한 각도로 보여지는 본 발명의 웨이퍼 보트의 개략적인 도면.

도 4는 본 발명의 웨이퍼 보트의 한 적절한 크기를 결정하기 위한 각(α)의 다이어그램.

도 5는 온도의 함수로서 본 발명의 보트의 반경과 웨이퍼의 반경을 도시한 도면.

본 발명의 웨이퍼 보트는, 웨이퍼들이 약 1000℃를 초과하는 처리 온도들에 가열될 때 웨이퍼 슬립이 생길 가능성을 감소하도록 구성된다. 본 발명의 웨이퍼 보트는 두 상부 서포트 가이드들을 포함하여 수직방향으로 웨이퍼를 유지하며, 하부 서포트 홈을 포함하여 웨이퍼의 무게를 서포트한다. 보트의 물질이 선택되고, 홈이 형성되고, 그래서 웨이퍼와 보트들이 약 1000℃ 이상의 웨이퍼 처리 온도들을 격게될 때, 홈의 형태는 홈이 접촉하는 웨이퍼의 형태에 실질적으로 대응할 것이며, 그리하여 위로 웨이퍼가 홈에 의해 접촉되는 모든 원호를 가로질러 웨이퍼를 서포트한다.

본 발명은 웨이퍼 슬립을 감소하기 위해 구성되는 수평 실리콘 탄화물 웨이퍼 보트에 관련된다. 몇몇 요인들은 본 발명의 웨이퍼 보트의 전개에서 고려되었다. 특히, 본 발명은 다음의 원리들을 인식한다: a) 실리콘 강도는 약 600℃ 위의 온도들에서 상당히 감소되고 약 900℃ 이상의 온도들에서는 극단적으로 감소한다; b) 약 720℃ 아래에서, 실리콘은 깨지기 쉽고 슬립 평면을 형성하지 않을 것이다; c) 전단 스트레스는 슬립을 야기하는 주요한 스트레스이다; 및 d) 종합 웨이퍼 스트레스는 슬립 생성 스트레스 임계 아래여야 한다.

웨이퍼 기계적 스트레스는 중력, 웨이퍼 핀칭(wafer pinching), 및 웨이퍼 보트 마찰력들의 3 개의 소스들로부터 발생할 수 있다. 웨이퍼 핀칭과 웨이퍼 보트 마찰력들은 보트와 웨이퍼 열 팽창의 차이들의 결과이다. 이들 힘들의 모두는 웨이퍼 보트 설계에 직접 관련된다. 도 1에 도시된바와 같이, 종래 기술의 수평 웨이퍼 보트(10)에서, 웨이퍼들(12)은 수평, 근본적으로 수직 평면들 내에 위치된다. 일반적으로 원형인 각 웨이퍼(12)는 일정한 간격으로 서로로부터 옵셋된다. 웨이퍼들(12)은 팁핑(tipping)으로부터 그들을 보호하기 위해 미리 정해진 피치(pitch)로 웨이퍼 보트(10) 내에 배치된다. 다루는 것과 열에 관련되기 때문에더 큰 웨이퍼들은 더 긴 피치들을 요구한다. 150mm까지의 웨이퍼 지름에 대해, 최적 피치는 2.38125mm이고, 200mm까지의 웨이퍼 지름에 대해서는 최적 피치가 4.7625mm이다.

도 1에 도시된 수평 웨이퍼 보트(10)에서, 웨이퍼(12)는 정밀 기계처리된 슬롯(14) 내에 맞는다. 웨이퍼들(12)은 바닥 서포트 부재들(16a,16b)에 의해 서포트되고, 상부 서포트 부재들(18a,18b)에 의해 가이드된다. 슬롯들(14)은 웨이퍼가 다른 웨이퍼들을 접촉하고 팁핑하는 것을 방지하거나, 상당히 수직 평면을 벗어나는 것을 방지한다. 각 서포트에서 중력 반작용력은 웨이퍼 무게의 반과 동일함을 발견하였다. 결과적으로, 각 서포트에서 정상 힘은 다음과 같이 표현될 수 있다:

F_정상=0.5(웨이퍼 무게)/cos(α)

그러므로, 각(α)의 코사인은 웨이퍼 스트레스에 반비례한다.

분석할 다른 기계적 스트레스의 요인은 웨이퍼 핀칭이다. 웨이퍼 핀칭은 웨이퍼가, 열팽창 할 때 웨이퍼 슬롯에 의해 압박을 받을 때 발생한다. 웨이퍼 장전이 로 내로 삽입되고 처리됨에 따라, 웨이퍼들과 실리콘 탄화물 보트는 동일한 비율로 팽창하지 않으며 이는 보트의 더 큰 덩어리에 기인한다. 웨이퍼들이 더 빨리 가열되고 그러므로 밖으로 팽창한다. 그리하여, 보트는 웨이퍼와 보트 사이의 다른 열 팽창을 허용하기 위해 적절한 간격을 제공해야 한다. 상부 슬롯들은 이런 팽창을 허용하기 위해 충분한 간격으로 설계될 필요가 있다. 부가적으로, 상부 슬롯들이 웨이퍼의 중심에 대해 높게 위치됨에 따라, 더 많은 허용오차가 웨이퍼 팽창에 대해 주어져야한다. 이 웨이퍼 허용오차는 상부 슬롯에 의해 형성되는 줄(chord)의길이와 상부 슬롯들의 높이의 함수이다. 그러므로, 웨이퍼 팽창에 대한 허용오차는 상부 슬롯들에 관하여 제공되어야 하고 슬롯들의 높이가 증가함에 따라 증가하여야 한다.

위에서 언급하였듯이, 이것의 하부 덩어리 때문에, 웨이퍼는 보트보다 더 열적으로 반응하며, 이는 웨이퍼가 보트보다 다른 비율로 팽창하고 수축하도록 유발한다. 이런 팽창의 불일치는 웨이퍼가 하부 슬롯들의 표면 위를 반듯이 미끄러진다는 것을 의미한다. 웨이퍼가 서포트 위를 미끄러짐에 따라, 정지 마찰이 웨이퍼가 움직이도록 허용하기 위해 극복되어야 한다. 정지 마찰은 웨이퍼 상에 탄젠트적인 힘들을 생성한다. 마찰력은 서포트 포인트들에서 웨이퍼 상의 정상 힘의 함수이다:

F정지마찰=μF정상

정상 힘에 대해 이 관계를 대체하면 다음과 같다:

F정지마찰=μ0.5(웨이퍼 무게)/cosine(α)

또한 정지 마찰을 극복하기 위해 필요한 힘은 하부 슬롯의 형태와 표면 거칠기에 의해 영향을 받을 수 있다.

표면 거칠기는 좋은 기계적인 실행들로 상대적으로 쉽게 제어된다. 1내지 2 미크론 Ra의 표면 거칠기가 성취할 수 있고 성공적으로 입증되었다. 하부 슬롯의 형태는 웨이퍼를 파고들어 부드러운 움직임을 허용하지 않는 예리한 부분이 되어서는 안된다.

부가적인 특성은 위의 관계들로부터 결정될 수 있다. 마찰 효과를 감소하기 위해, 웨이퍼 서포트 각은 최소화 되어야하며, 슬롯 표면은 2 미크론 Ra 아래로 기계가공 되어야하고, 서포트들은 그의 정접해야 하거나 웨이퍼에 연속적이어야 한다.

로에서부터 웨이퍼들로의 열전도의 분석은 방사가 높은 온도들에서 열전도에 주요한 공헌자 인것으로 입증되어 왔다. 다시 말해, 방사에 노출된 웨이퍼 영역들은 빨리 가열될 것이다.

방사적인 열전도에서, 소스(들), 타켓(들), 및 차단기(blocker)(들)가 있다. 소스는 방사를 하는 높은 온도에서 덩어리로서 정의된다. 타켓은 열전도에 대해 분석된 덩어리로 정의된다. 차단기는 소스와 타켓 사이의 시선을 방해하는 덩어리로 정의된다.

소스와 타켓 표면들 사이에서, 방사 시각 계수(radiation view factor)로 불리는 기하학적 관계가 존재한다. 방사 시각 계수는 얼마나 많이 소스를 떠나는 방사 에너지가 실제로 타켓 본채를 가열하는지를 정의한다. 곡선형들을 포함하는 복잡한 기하학형들 때문에, 타켓 본체의 100%가 소스 본체의 100%에 직접 보이지 않는다. 항상 직선 시선이 있는 것이 아니기 때문에, 방사 에너지 모두 다가 타켓에 의해 받아지는 건 아니다.

수평 로 시스템에서, 로 튜브는 소스이고 웨이퍼들은 차단기들과 마찬가지로 타켓들로서 작용한다. 장전된 것이 가열됨에 따라, 또한 웨이퍼들은 서로에 대해 소스들로서 작용하며 열이 웨이퍼 얼굴에서 웨이퍼 장전을 통해 양방향으로 웨이퍼 얼굴로 보내진다. 웨이퍼들로의 열전도의 다른 모드들의 이해로부터, 본 발명의 웨이퍼 보트의 부가적인 특성들을 정의하는 것이 가능해진다. 보트는 웨이퍼 얼굴들과 로 튜브 사이의 시선을 최대화해야 한다. 부가적으로, 보트 설계는 열적으로 웨이퍼들보다 상당히 뒤떨어질 큰 열 덩어리를 가져서는 안된다.

본 발명의 웨이퍼 보트들은 슬립 캐스팅 기술들(slip casting techniques)과 그린 기계작업(green machining)을 사용하여 제조된다. 그린 상태로부터, 보트들이 로처리되고 그후 최종 기계작업 단계를 격게된다. 선행 제조 경험은 얇은 벽 보트들이 이 처리에서 높은 비율로 생존하지 못한다는 것을 보여왔다. 또한, 보트의 에지에 가까운 세공들 또는 윈도우들을 갖는 보트들은 제조 동안과 다음의 상용에서 기계적인 손상에 약해지기 쉽다.

위의 효과를 고려하여, 보트 벽 공칭 두께는 적어도 약 5mm 만큼은 되어야 한다. 비슷하게, 윈도우들은 어떤 예리한 변화들 또는 보트 끝들로부터 최소 약 10mm에 위치되어야 한다.

위에 언급된 몇몇 고려들을 참작하여, 본 발명의 웨이퍼 보트가 개발되었다. 도 2와 3들은 본 발명에 따른 웨이퍼 보트(10)의 한 실시예의 개략적인 묘사들이며, 다른 각들로부터 보여진다. 특히, 4 포인트들에서(도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 무게를 서포트하기 위한 두 하부 포인트들과 수직 방향으로 웨이퍼를 유지하기 위한 두 상부 포인트들) 각 웨이퍼를 위한 서포트를 제공하는 현재 웨이퍼 보트들과는 달리, 본 발명의 웨이퍼 보트는 수직 방향으로 웨이퍼(12)를 유지하기 위해 두 상부 서포트 가이드들(18a,18b)이 제공되고, 웨이퍼(12)의 무게를 서포트하기 위해 한 개의 하부 서포트 홈 부분(20)이 제공된다. 웨이퍼 보트(10)가 제조되는 물질이 일단 선택되면, 상부 서포트 가이드들(18a,18b)보다 낮은 평면에 있는서포트 홈 부분(20)이 원호 형상을 갖도록 형성되어, 웨이퍼(12)와 웨이퍼 보트(10)들이 약 1000℃ 이상의 웨이퍼 처리 온도들을 격게될 때, 서포트 홈 부분(20)의 형태는 이 서포트 홈 부분(20)을 접촉하는 웨이퍼(12)의 부분의 형태에 실질적으로 대응할 것이므로, 서포트 홈 부분과 접촉하는 원형 웨이퍼의 둘레의 완전 정확한 부분을 가로질러 웨이퍼(12)를 서포트한다. 다시 말해, 원형 웨이퍼의 하부 정확한 둘레가 위에서 얹혀 있고, 웨이퍼(12)가 웨이퍼 보트(10) 내의 슬롯(14) 내에 위치되고 상부 서포트 가이드들(18a,18b)에 의해 수직 위치로 유지될 때, 서포트 홈 부분(20)에 의해 서포트된다. 이 구성을 갖는 웨이퍼 보트(10)는 슬롯들(14)에 위치된 웨이퍼들(12)의 특별한 안정과 서포트를 제공한다. 부가적으로, 본 발명의 웨이퍼 보트(10)는, 당업계에 현재 공지된 보트들에 배해 방사 시각 계수들은 증가하고 보트에 의해 유발된 방사 차단은 감소시키기 위해 보트의 각 끝 사이에 하나 이상의 큰 개구들 또는 윈도우들(22)을 포함한다.

이들이 다른 물질들로 형성되기 때문에, 웨이퍼(12)와 웨이퍼 보트(10)는 다른 열 팽창 계수들을 갖는다. 한 실시예에서, 본 발명의 웨이퍼 보트들은 SiC로 형성된다. 한 양호한 SiC는 재결정화된 SiC를 포함하며, 이는 상호하에 메사추세츠, 우스트의 세인트-고바인 산업 세라믹스 주식회사로부터 상업적으로 활용가능하다. 그런 물질들은 재결정화된 SiC 또는 바디의 구멍을 채우기 위해 반도체 등급 실리콘이 사용되는 실리콘 포화 SiC를 포함 할 수 있다. 실리콘 포화 물질은, 웨이퍼 처리에서 디바이스의 사용 동안 실리콘 이주를 방지하기 위해 그리고 표면을 봉하기 위해 CVD-SiC의 층이 더 제공될 수 있다.

재결정화된 SiC는, 포화되거나 아니거나, 높은 온도들에서 자신의 강도로 인하여 웨이퍼 보트들에 적합하다. 특히,물질은 반도체 처리 온도 범위 전체에 걸쳐 석영보다 상당히 치수가 안정되고 강하게 된다는 것을 발견했다. 결과적으로, 물질은 이들은 동작 수명 동안 열 변형 또는 쎄깅(sagging)을 견디는 웨이퍼 보트들을 제조하기 위해 사용될 수 있다.

재결정화된 실리콘 탄화물(즉,물질)로부터 형성된 보트들은 폴리실리콘 웨이퍼들 보다 약 27% 높은 열 팽창 계수를 나타내는 것을 발견하였다. 도 5는 본 발명의 보트의 반경과 온도 함수로서의 웨이퍼를 보여준다. 효과면에서,재결정화된 실리콘 탄화물은 "스마트(smart)" 물질로서 작용하고, 이 물질은 바람직한 상태에 영향을 주기 위해 한 형태에서 다른 형태로 에너지를 변형하고, 자신의 환경 내의 조건들의 변화에 반응하여 자신의 화학적, 기계적, 광적, 자기적, 또는 열적 특성들 중 하나를 변경한다.

300mm 웨이퍼들과 사용하도록 의도되는 보트들은 보트의 하부면을 접촉하는 자동화된 장비를 사용하여 아주 쉽게 움직여질 것이다. 이런 형식의 보트 전달에 기초하여, 장전에 기인하는 스트레스를 결정하기 위해 설계가 분석되었다. 보트의 종합 가능한 웨이퍼 용량은 25웨이퍼들(약 3.38kg)로 한정된다. 10의 안전 계수가 선택된다. 비록 이 안전 계수가 높지만, 경험은 웨이퍼 보트들이 자주 심각하게 다루어진다는 다는 것을 보여주고 있다. 세라믹 물질들의 깨지기 쉬운 특성과 단단한 고정 및 자동화와 보트들의 인터페이스는 높은 안전 계수를 요구한다.

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 보트들은 300mm 웨이퍼들과 사용되도록 의도된다. 물론, 본 발명이 이 사이즈의 웨이퍼들에 엄격하게 제한되도록 의도되는 것은 아니다. 그보다는, 본 발명의 웨이퍼 보트들은 개발될 수 있는 더 큰 웨이퍼 기하학형들 뿐만 아니라 현존하는 더 작은 웨이퍼 기하학형들과 사용되도록 의도된다.

300mm 웨이퍼와 사용하기 위한 웨이퍼 보트의 경우에, 한 실시예에서, 보트는 10 웨이퍼들을 보유하기 위해 의도되는 10 슬롯들을 포함한다. 이러한 보트는 약 11cm 길이이다. 반대되는 상부 서포트들은 홈의 가장 낮은 포인트 위로 약 6.8cm에 위치되고, 약 10.4cm 만큼 서로서로 별도로 이격된다. 각 슬롯은 약 0.89mm의 폭을 가질 것이다. 홈은 약 20.82mm의 원호 길이를 가질 것이다. 도 4는 사변(A)을 갖는 삼각형을 묘사하고 사변(A)은 웨이퍼의 중심으로부터 상부 서포트 가이드들 중 하나가 슬롯 내의 웨이퍼를 보유하는 포인트에서 웨이퍼 둘레 또는 에지까지 연장하는 웨이퍼 반경으로서 정의되고, 각도(α)는 사변(A)과 반경(B) 사이를 정의하며 반경(B)은 웨이퍼의 중심에서 시작하고 웨이퍼 둘레 상의 포인트까지 아래로 연장하며 이는 웨이퍼가 얹혀있는 홈 부분의 중앙에 위치된다. 제 3 반경(c)은 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼의 둘레의 한 포인트까지 연장하며 이 포인트는 제 2 상부 서포트 가이드가 슬롯 내의 웨이퍼를 이 포인트에서 보유하는 포인트이다. 본 발명의 웨이퍼 보트에서, 각도(α)는 10도에서 80도의 범위이고, 약 37도가 최적이다. 반경(A)과 반경(C) 사이에 정의되는 종합 각도는 약 74도이다.

위에 제공되는 각 치수들은 방 온도에서 주어진 것이고,재결정화된 SiC로 형성된 웨이퍼 보트들을 위한 것임을 주지해야 한다. 치수들은 이들 물질들의 열 팽창 계수들에 기초하여 다른 물질들로 형성된 보트들에 대해서는 다를 것이다. 마찬가지로, 약 1000℃ 내지 1400℃ 사이의 웨이퍼 처리 온도들에서 다를 것이다.

본 발명의 웨이퍼 보트는 정상 사용 방법들에 따라 시험되었으며, 다음의 결과가 얻어졌다:

-150웨이퍼들이 시험되었을 때, 어떤 슬립 라인들도 나타나지 않음.

-1웨이퍼는 홀로제닉스 매직 미러(hologenix magic mirror)를 사용하여 검출 가능한 매우 희미한 슬립 라인들을 가짐.

-2 웨이퍼들은 홀로제닉스 매직 미러로 보이는 매우 희미한 슬립 라인들 또는 긁힘들을 가짐.

-이 결과는 표준 콘티 웨이퍼 보트들을 사용하여 얻어진 20% 슬립 라인들에 비교됨.

앞서 설명한 본 발명의 구체적인 실시예들의 상세한 설명으로부터, 새로운 웨이퍼 보트가 설명된 것임이 명백해야 한다. 비록 특정 실시예들이 본원에 상세히 설명되었지만, 이것은 설명적인 목적을 위한 예시적인 방법으로만 이루어졌고, 다음의 첨부된 청구항들의 범위에 관하여 제한할 의도는 아니다. 특히, 다양한 대체들, 변경들, 및 수정들이 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않고서 본 발명에 이루어질 수 있음이 본 발명자들에 의해 의도된다.

Claims (13)

1. 상승된 온도들에서 웨이퍼 처리 동안 반도체 웨이퍼를 보유하기 위한 웨이퍼 보트(wafer boat)에 있어서, 상기 웨이퍼 보트는 제 1 및 제 2 끝들(ends)을 갖고,

   a) 상기 제 1 및 제 2 끝들 사이에 위치되고, 그 안에 반도체 웨이퍼들을 받아들이기 위한 복수의 슬롯들로서, 각각의 상기 슬롯들은 수직 방향으로 상기 반도체 웨이퍼들을 유지하기 위한 제 1 및 제 2 상부 서포트 가이드들을 포함하는, 상기 복수의 슬롯들, 및

   b) 하부 홈 부분으로서, 상기 웨이퍼의 한 부분이 상기 하부 홈 부분 위에 접촉되고, 상기 웨이퍼가 상기 하부 홈 부분 위에 위치될 때 상기 웨이퍼의 무게를 서포트하는, 상기 하부 홈 부분을 포함하고, 상기 홈 부분은, 약 1000℃ 내지 1400℃ 사이의 반도체 처리 온도들에서 실질적으로 상기 홈 부분 상에서 서포트되는 상기 웨이퍼의 부분을 따르는 원호 형상을 갖는, 웨이퍼 보트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보트는 실리콘 탄화물로 제조되는 웨이퍼 보트.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 실리콘 탄화물은 재결정화된 실리콘 탄화물을 포함하는 웨이퍼 보트.
4. 제 1 항에 있어서, 약 300mm의 지름을 갖는 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를보유하도록 구성되는 웨이퍼 보트.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 제 1 상부 서포트 가이드들에 근접하는 상기 웨이퍼의 둘레까지 연장하는 상기 웨이퍼의 제 1 반경과 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 홈 부분의 중심에 대응하는 상기 웨이퍼의 둘레 상의 한 포인트까지 수직 아래로 연장하는 제 2 반경 사이의 각도(∝)를 정의하며, 상기 각도(∝)는 10 내지 80도의 범위에 있는 웨이퍼 보트.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 각도(∝)는 약 37도인 웨이퍼 보트.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 보트는 25 개의 반도체 웨이퍼들까지 서포트하기 위한 슬롯들을 포함하는 웨이퍼 보트.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 보트는 적어도 5mm 의 두께를 갖는 웨이퍼 보트.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 보트의 상기 제 1 및 제 2 끝들로부터 10mm 보다 크지 않게 위치되는 하나 또는 그 이상의 윈도우들을 더 포함하는 웨이퍼 보트.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 하나 이상의 윈도우들은, 상기 보트가 상승된 온도들에서 처리될 때, 상기 보트 내의 웨이퍼들에 관하여 방사 분산을 증가시키는 웨이퍼 보트.
11. 상승된 온도들에서 웨이퍼 처리 동안 반도체 웨이퍼를 보유하기 위한 웨이퍼 보트에 있어서, 상기 웨이퍼 보트는 제 1 및 제 2 끝들을 갖고,

    a) 상기 제 1 및 제 2 끝들 사이에 위치되고, 그 안에 반도체 웨이퍼들을 받아들이기 위한 복수의 슬롯들로서, 각각의 상기 슬롯들은 수직 방향으로 상기 반도체 웨이퍼들을 유지하기 위한 제 1 및 제 2 상부 서포트 가이드들을 포함하는, 상기 복수의 슬롯들과,

    b) 하부 홈 부분으로서, 상기 웨이퍼의 한 부분이 상기 하부 홈 부분 위에 접촉되고, 상기 웨이퍼가 상기 하부 홈 부분 위에 위치될 때 상기 웨이퍼의 무게를 서포트하고, 약 1000℃ 내지 1400℃ 사이의 반도체 처리 온도들에서 실질적으로 상기 홈 부분 상에서 서포트되는 상기 웨이퍼의 부분을 따르는 원호 형상을 갖는, 상기 하부 홈 부분, 및

    c) 상기 보트의 상기 제 1 및 제 2 끝들로부터 10mm 보다 크지 않게 위치되는 하나 또는 그 이상의 윈도우들을 포함하는 웨이퍼 보트.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 보트는 실리콘 탄화물로 제조되는 웨이퍼 보트.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 실리콘 탄화물은 재결정화된 실리콘 탄화물을 포함하는 웨이퍼 보트.