KR20060002875A - Wafer carrier having improved processing characteristics - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 요 도구(kiln furniture)에 관한 것이고, 더 구체적으로는 고온 처리 작업으로의 노출과 같은 처리를 경험하는 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 캐리어에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 일반적으로 이러한 웨이퍼 캐리어를 이용하는 웨이퍼 처리에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to kiln furniture, and more particularly to a wafer carrier for supporting a wafer that undergoes processing, such as exposure to high temperature processing operations. In addition, the present invention relates generally to wafer processing using such wafer carriers.
당 기술 분야에 이해되는 바와 같이, 반도체 프로세스는 일반적으로 어닐링, 화학 기상 증착, 산화 등을 포함하는 고온 프로세스를 포함하는 다양한 처리 단계 동안에 반도체 웨이퍼를 지지하고 및/또는 운반하기 위해 가공편을 채용한다. 이와 관련하여, 웨이퍼 보트(wafer boat)로 또한 당 기술 분야에 공지되어 있는 수평 및 수직 웨이퍼 캐리어는 일반적으로 웨이퍼의 어레이를 형성하는 일정한 피치로 서로로부터 이격된 복수의 웨이퍼를 지지하는데 이용된다. 이와 관련하여, 처리 작업으로의 웨이퍼의 노출은 일반적으로 복수의 웨이퍼가 동시에 처리되는 "뱃치 처리(batch processing)"라 공지되어 있다.As will be appreciated in the art, semiconductor processes generally employ workpieces to support and / or transport semiconductor wafers during various processing steps, including high temperature processes including annealing, chemical vapor deposition, oxidation, and the like. . In this regard, horizontal and vertical wafer carriers, also known in the art as wafer boats, are generally used to support a plurality of wafers spaced from each other at a constant pitch to form an array of wafers. In this regard, exposure of wafers to processing operations is generally known as " batch processing " in which a plurality of wafers are processed simultaneously.
트랜지스터 임계 치수, 다이 크기 및 집적 회로 크기의 감소와 함께, 처리되는 웨이퍼의 실제 직경이 계속 증가되고 있다. 예를 들면, 산업은 101,6mm(4인치) 로부터 152.4mm(6인치) 웨이퍼로 이전되고, 최근에는 203.2mm(8인치) 웨이퍼가 통상적으로 사용되고 있다. 더욱이, 300mm(12인치) 반도체 제조 설비(장비)가 도래하고 있다. 증가된 웨이퍼 크기의 도입에 의해, 새로운 가공 문제점이 제조 프로세스의 다수의 단계에서 발생한다.With the reduction in transistor critical dimensions, die size and integrated circuit size, the actual diameter of the wafer being processed continues to increase. For example, the industry has moved from 101,6 mm (4 inches) to 152.4 mm (6 inches) wafers, and recently 203.2 mm (8 inches) wafers are commonly used. Moreover, 300 mm (12 inch) semiconductor manufacturing equipment (equipment) is coming. With the introduction of increased wafer size, new processing problems arise at many stages of the manufacturing process.
또한, 주로 실리콘으로 구성된 반도체 웨이퍼는 논리 및 메모리 디바이스를 포함하는 통상의 집적 회로 구조, 뿐만 아니라 도파관 다중화기(waveguide multiplexer) 및 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)과 같은 광전 디바이스(opto-electronic device)의 형성에 사용되고 있다. 이와 관련하여, 디바이스 제조는 종종 통상의 반도체 처리에서 일반적으로 마주치는 것을 넘는 연장된 시간 기간 동안 종종 반도체 웨이퍼가 산화되는 연장된 산화 단계를 이용한다. 예를 들면, 웨이퍼를 5 내지 10일 정도와 같은 수일 동안 동시에 처리 작업에 노출시키는 것은 통상적이다. 상술한 바와 같이, 종종 이러한 처리 작업은 웨이퍼의 산화를 포함한다.In addition, semiconductor wafers mainly composed of silicon include conventional integrated circuit structures, including logic and memory devices, as well as opto-electronic devices such as waveguide multiplexers and microelectromechanical systems (MEMS). It is used for formation. In this regard, device fabrication often employs an extended oxidation step in which semiconductor wafers are often oxidized for extended periods of time beyond those typically encountered in conventional semiconductor processing. For example, it is common to expose the wafers to processing operations simultaneously for several days, such as about 5-10 days. As mentioned above, often such processing operations involve the oxidation of the wafer.
연장된 프로세스 시간, 뿐만 아니라 증가된 웨이퍼 크기의 관점에서, 디바이스의 견고성 및 품질에 영향을 주는 기술적인 과제가 발생하고 있다. 이와 관련하여, 본 발명자들은 웨이퍼의 국부적 또는 심지어는 궁극적 파괴와 같은 이러한 처리 작업을 받은 후의 웨이퍼의 결함을 마주쳤다. 다른 결함은 특히 수평 웨이퍼 보트의 경우에 웨이퍼 캐리어의 저부 지지부와 같은 웨이퍼 캐리어에 접촉하는 지점들에서 외주부 둘레의 변형 및 노치 형성을 포함한다.In terms of extended process time, as well as increased wafer size, technical challenges arise that affect the robustness and quality of the device. In this regard, the inventors encountered a defect in the wafer after undergoing such processing operations such as local or even ultimate destruction of the wafer. Other defects include deformation and notch formation around the periphery at points that contact the wafer carrier, such as the bottom support of the wafer carrier, especially in the case of horizontal wafer boats.
따라서, 개선된 웨이퍼 캐리어 또는 보트(boat) 및 특히 수평 웨이퍼 캐리어 및 개선된 디바이스 수율 및 낮은 결함성을 제공하는 개선된 처리 작업에 대한 요 구가 당 기술 분야에 존재한다.Accordingly, there is a need in the art for improved wafer carriers or boats and especially for horizontal wafer carriers and for improved processing operations that provide improved device yield and low defects.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 복수의 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 캐리어가 제공되고, 캐리어는 크래들(cradle)에 제공된 복수의 슬롯을 포함하고, 크래들은 실리콘 카바이드를 포함하고 실리콘 카바이드를 덮는 산화물층을 갖는다. According to one aspect of the present invention, a wafer carrier for supporting a plurality of wafers is provided, the carrier comprising a plurality of slots provided in the cradle, the cradle comprising silicon carbide and an oxide layer covering the silicon carbide. Has
본 발명의 다른 양태에 따르면, 특정 폭을 갖는 복수의 슬롯을 갖는 웨이퍼 캐리어가 제공된다. 특히, 각각의 슬롯의 부분은 폭(ws)을 갖고, ws는 약 1.30tw 이상이고, tw는 웨이퍼의 두께이다.According to another aspect of the present invention, a wafer carrier having a plurality of slots having a specific width is provided. In particular, the portion of each slot has a width (w s), w s is at least about 1.30t w, t w is the thickness of the wafer.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 캐리어가 제공되고, 웨이퍼는 반경 rw를 갖고, 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼를 지지하기 위한 복수의 슬롯을 포함하고, 각각의 슬롯의 적어도 일부는 약 1.15rw 이상인 곡률 반경 rs를 갖는다. 본 발명의 이 양태의 변형에에 따르면, rs는 음의 값을 가질 수 있고 반면 rw는 양의 값을 갖는다.According to another feature of the invention there is provided a wafer carrier for supporting a plurality of wafers, the wafer having a radius r w , the wafer carrier comprising a plurality of slots for supporting the wafer, at least of each slot Some have a radius of curvature r s that is greater than about 1.15 r w . According to a variant of this aspect of the invention, r s may have a negative value while r w has a positive value.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술한 특징 중 하나 또는 모두를 갖는 웨이퍼 캐리어 상에 복수의 웨이퍼가 적재되되고, 웨이퍼 캐리어 상에 적재된 상태로 웨이퍼에 처리 작업을 가하는, 복수의 웨이퍼를 처리하기 위한 방법이 제공된다. 처리 작업은 웨이퍼를 산화시키기 위해 웨이퍼가 산화 환경에 노출되는 것일 수 있다.According to another aspect of the present invention, a plurality of wafers are loaded on a wafer carrier having one or all of the features described above, and the plurality of wafers are subjected to a processing operation on the wafer while being loaded on the wafer carrier. A method is provided. The processing operation may be that the wafer is exposed to an oxidizing environment to oxidize the wafer.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더 양호하게 이해될 것이고, 그의 다수의 목적, 특징 및 장점이 당업자들에게 명백해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be better understood with reference to the accompanying drawings, and numerous objects, features, and advantages thereof will be apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수평 웨이퍼 캐리어의 사시도.1 is a perspective view of a horizontal wafer carrier according to an embodiment of the invention.
도 2는 실리콘 웨이퍼가 적재된 본 발명의 실시예에 따른 수평 웨이퍼 캐리어의 단면도.2 is a cross-sectional view of a horizontal wafer carrier in accordance with an embodiment of the present invention loaded with a silicon wafer.
도 3은 실리콘 카바이드 웨이퍼 캐리어 상의 산화물 성장 곡선을 도시하는 그래프.3 is a graph depicting oxide growth curves on silicon carbide wafer carriers.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 반도체 웨이퍼가 적재된 슬롯의 곡률 반경을 나타내는 도면.4 illustrates a radius of curvature of a slot in which a semiconductor wafer is loaded in accordance with an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 반도체 웨이퍼가 적재된 슬롯의 곡률 반경을 나타내는 도면.5 illustrates a radius of curvature of a slot in which a semiconductor wafer is loaded in accordance with another embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 반도체 웨이퍼가 적재된 슬롯의 곡률 반경을 나타내는 도면.6 illustrates a radius of curvature of a slot in which a semiconductor wafer is loaded in accordance with another embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 슬롯에 적재된 상태의 단면에서의 웨이퍼의 두께를 슬롯의 폭에 대해 나타내는 도면.Fig. 7 shows the thickness of the wafer with respect to the width of the slot in the cross section of the state loaded in the slot according to the embodiment of the present invention.
상이한 도면에서의 동일한 도면 부호는 유사하거나 동일한 항목을 지시한다.Like reference numerals in different drawings indicate similar or identical items.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 웨이퍼를 지지하기 위한 특정 웨이퍼 캐리어가 제공된다. 이와 관련하여, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어의 사시 도를 도시하는 도 1을 참조한다. 도시된 바와 같이, 웨이퍼 캐리어(1)는, 일반적으로 개방 구조를 갖고 일반적으로 아치형 형상을 취하며 웨이퍼를 지지하기 위한 복수의 지지 부재와 일체로 형성되는 복수의 크래들 아암(cradle arm)(3)을 포함하는 크래들(2)을 구비한다. 특히, 제1, 제2 및 제3 지지 부재(10, 12, 14)가 제공되고, 그 각각은 반경방향 내향으로 돌출되고, 이를 따라 복수의 슬롯(16)이 제공된다. 각각의 슬롯(16)은 단일의 각각의 웨이퍼를 지지하기 위해 고정 반경의 동일 원호를 따라 위치되도록 배치되어 배향된다. 각각의 슬롯은 제1, 제2 및 제3 슬롯 세그먼트(segment;18, 20, 22)로 각각 구성되고, 그 각각은 제1, 제2 및 제3 지지 부재(10, 12, 14)를 따라 각각 위치된다.According to an embodiment of the present invention, a specific wafer carrier is provided for supporting a plurality of wafers. In this regard, reference is made to FIG. 1, which shows a perspective view of a wafer carrier according to an embodiment of the invention. As shown, the
도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 캐리어(1) 상에 결합되어 적재된 웨이퍼(30)의 배향을 도시하는 단면도가 제공된다. 도 1 및 도 2에 도시된 웨이퍼 캐리어의 일반적인 배향은 수평이고, 특히 반도체 제조 환경에서의 사용시에 웨이퍼 캐리어의 배향이다. 도시된 바와 같이, 캐리어는 일반적으로 상향의 수직 자세로 웨이퍼를 지지한다.As shown in FIG. 2, a cross-sectional view is provided showing the orientation of the
도 1에 가장 명백히 도시된 바와 같이, 슬롯(16)은 선형 어레이로 배열되고 일정 피치로 서로로부터 이격된다. 예를 들면, 제2 슬롯 세그먼트(20)는 일정 피치로 서로로부터 이격되어 어레이 포맷으로 도시되어 있다. 이와 같이, 웨이퍼는 캐리어에 의해 선형으로 유지되어, 웨이퍼의 수평 스택을 형성한다. 홈의 피치, 따라서 웨이퍼의 피치는 특정 적용에 따라 변경될 수 있지만, 일반적으로는 약 2 내지 약 4mm의 범위이고, 공칭적으로는 약 2.38mm이다.As most clearly shown in FIG. 1, the
도 2에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 지지 부재(10, 12, 14)는, 제1, 제2 및 제3 지지 부재가 원호(32)를 따라 순차적으로 위치되고 제2 지지 부재가 제1 및 제3 지지 부재(10, 14) 사이에 원주방향으로 위치되도록 웨이퍼의 반경 rW과 동일한 반경을 갖는 원호(32)를 따라 위치된다. 이와 관련하여, 제2 지지 부재는 최저부 위치, 즉 6시 위치에 배치되기 때문에, 일반적으로 웨이퍼의 중량의 상당 부분을 지지한다. 원호(32)는 웨이퍼의 적재를 용이하게 하기 위해 180°이하의 각도에 걸친다. 일반적으로, 지지부는 약 150°이하 또는 일반적으로는 약 130°이하인 원호(32)를 형성하도록 위치된다.As shown in FIG. 2, the first, second and
3개의 지지 부재가 도 1 및 도 2에 도시되어 있지만, 웨이퍼 캐리어는 상이한 수의 지지 부재를 가질 수도 있다. 예를 들면, 제2 지지 부재는 별개의 슬롯 세그먼트를 갖는 두 개의 별개의 지지 부재를 형성하도록 분기될 수 있다. 이러한 경우에, 지지 부재는 최저부의 6시 위치로부터 균일하게 이격될 수 있다.Although three support members are shown in FIGS. 1 and 2, the wafer carrier may have a different number of support members. For example, the second support member can be branched to form two separate support members having separate slot segments. In this case, the support member may be evenly spaced from the lowest six o'clock position.
상술한 바와 같이, 웨이퍼 캐리어는 일반적으로 개방 디자인을 갖고, 이는 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이 다수의 장점을 제공한다. 일반적으로, 크래들 아암(3)과 지지 부재 사이에 형성된 윈도우가 크래들의 외부 부분 원통형 표면을 따라 적어도 40% 개방 영역을 제공한다. 일반적으로, 개방 영역은 약 50% 미만이다. 이 웨이퍼 캐리어의 개방 디자인은 예비 산화 단계 동안에 웨이퍼 캐리어 둘레의 가스 유동을 유리하게 향상시켜, 순응적이고 비교적 균일한 산화층을 형성한다.As mentioned above, wafer carriers generally have an open design, which provides a number of advantages, as described in more detail below. Generally, a window formed between the
웨이퍼 캐리어의 재료에 대해서, 상술한 바와 같이, 크래들은 실리콘 카바이드로 구성된다. 일 실시예에 따르면, 실리콘 카바이드는 당 기술 분야에 공지된 재료인 재결정 실리콘 카바이드를 포함한다. 일반적으로, 반도체 등급 실리콘 카바이드 분말을 함유하는 소지(green body)가 소결 보조제 및 바인더와 혼합되고, 소정 형상으로 성형되고, 건조되고, 유기 바인더를 번아웃(burn-out)하도록 가열되고, 소지를 조밀화하고 재결정화하기 위해 열처리된다. 조밀화에 이어서, 가공 단계가 웨이퍼 캐리어의 최종 치수에 도달하는데 사용될 수 있다.As for the material of the wafer carrier, as described above, the cradle is composed of silicon carbide. According to one embodiment, silicon carbide comprises recrystallized silicon carbide, a material known in the art. Generally, a green body containing semiconductor grade silicon carbide powder is mixed with a sintering aid and a binder, molded into a desired shape, dried, heated to burn-out the organic binder, and Heat treatment to densify and recrystallize. Following densification, processing steps can be used to reach the final dimensions of the wafer carrier.
다른 유형의 실리콘 카바이드가 재결정 실리콘 카바이드 대신에 또는 이와 조합하여 이용될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 카바이드 기판은, 탄소 예비 성형체가 기상 또는 액상 기술에 의해 실리콘 카바이드로 변환되는 변환 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 일반적으로, 이 경우에, 예비 성형체는 반도체 등급 흑연과 같은 탄소질 재료로 형성된다. 또한, 웨이퍼 캐리어의 기재에 다공질 실리콘 카바이드를 사용하는 경우에, 캐리어는 실리콘으로 함침될 수 있다. 이러한 조성 특징은 Si-SiC 또는 실리콘화 실리콘 카바이드로서 공지되어 있다. 이와 관련하여, 비교적 다공질 실리콘 카바이드 기판의 형성 후에, 기판은 반도체 처리 환경에서와 같은 내화 적용에서의 사용에 적합한 정도로 구조를 조밀화하기 위해 용융 실리콘으로 함침된다. 실리콘화 실리콘 카바이드는 화학 기상 증착(CVD) 실리콘 카바이드와 같은 실리콘 카바이드의 부가의 층으로 코팅될 수 있다.Other types of silicon carbide may be used instead of or in combination with recrystallized silicon carbide. For example, the silicon carbide substrate may be formed by a conversion process in which the carbon preform is converted to silicon carbide by gas phase or liquid phase techniques. Generally, in this case, the preform is formed of a carbonaceous material such as semiconductor grade graphite. In addition, in the case of using porous silicon carbide for the substrate of the wafer carrier, the carrier may be impregnated with silicon. This compositional feature is known as Si-SiC or siliconized silicon carbide. In this regard, after the formation of a relatively porous silicon carbide substrate, the substrate is impregnated with molten silicon to densify the structure to an extent suitable for use in refractory applications such as in semiconductor processing environments. Siliconized silicon carbide may be coated with an additional layer of silicon carbide, such as chemical vapor deposition (CVD) silicon carbide.
또한, 웨이퍼 캐리어는 CVD에 의해 형성된 자립식 SiC로 형성될 수 있다. 이 경우, 확장 CVD 프로세스가 웨이퍼 캐리어 자체를 형성하도록 수행된다.In addition, the wafer carrier may be formed of freestanding SiC formed by CVD. In this case, an extended CVD process is performed to form the wafer carrier itself.
산화물층이 웨이퍼 캐리어의 실리콘 카바이드를 덮기 위해 제공된다. 산화물층은 950 내지 약 1300℃의 범위, 더 일반적으로는 약 1000 내지 약 1250℃의 범위와 같은 상승된 온도의 산소 함유 환경에서 캐리어를 산화하는 등과 같은 산화 환경에서의 캐리어의 산화에 의해 형성될 수 있다. 산화는 건식 또는 습식 환경에서 수행될 수 있고, 일반적으로 대기압에서 수행된다. 습식 분위기는 증기를 도입함으로써 생성될 수 있고, 산화 속도를 증가시키고 산화물층의 밀도를 향상시키는 기능을 한다. 이와 관련하여, 1150℃에서의 습식 산화가 약 12-48 시간 동안 견고하고 두꺼운(약 2-3 미크론 등) 산화물층을 형성할 수 있다. 한편, 이러한 층은 건식 산화 처리에 따라 형성하기 위해 10-20일과 같은 5일 정도를 소요할 수도 있다. 일반적으로 산화물층이 산화에 의해 형성되지만, 이는 또한 TEOS 소스 가스를 반응시키는 등에 의해 증착될 수도 있다. 그러나, 내구성 및 견고성을 위해 열 성장층이 바람직할 수도 있다.An oxide layer is provided to cover the silicon carbide of the wafer carrier. The oxide layer may be formed by oxidation of the carrier in an oxidizing environment, such as oxidizing the carrier in an elevated oxygen-containing environment, such as in the range of 950 to about 1300 ° C., more generally in the range of about 1000 to about 1250 ° C. Can be. Oxidation can be carried out in a dry or wet environment and is generally carried out at atmospheric pressure. The wet atmosphere can be produced by introducing steam and serves to increase the rate of oxidation and to improve the density of the oxide layer. In this regard, wet oxidation at 1150 ° C. can form a solid, thick (about 2-3 micron, etc.) oxide layer for about 12-48 hours. On the other hand, such a layer may take about 5 days, such as 10-20 days, to form according to the dry oxidation treatment. In general, the oxide layer is formed by oxidation, but it may also be deposited by reacting the TEOS source gas or the like. However, thermal growth layers may be desirable for durability and robustness.
일반적으로, 산화물층은 실리콘 산화물, 일반적으로는 SiO2이다. 실리콘 산화물층은 웨이퍼 캐리어의 실리콘 카바이드와 직접 접촉할 수 있다. 대안적으로, 실리콘과 같은 중간층이 실리콘 함침 실리콘 카바이드의 경우에서와 같이 실리콘 카바이드와 상위 산화물층 사이에 존재할 수도 있다.In general, the oxide layer is silicon oxide, generally SiO 2 . The silicon oxide layer may be in direct contact with the silicon carbide of the wafer carrier. Alternatively, an intermediate layer such as silicon may be present between the silicon carbide and the upper oxide layer, as in the case of silicon impregnated silicon carbide.
도 3은 실리콘 카바이드 웨이퍼 캐리어 상의 시간의 함수로서의 산화물층의 성장 곡선을 도시한다. 도시된 바와 같이, 산화물층은 일반적으로 포물선 성장 곡선을 따른다. 이하에 설명되는 이유로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 산화물층 은 곡선의 비교적 급속 성장부의 상부에 있는 두께를 갖는다. 예를 들면, 산화물층은 약 0.5 미크론 이상, 또는 특히 약 1.0 미크론 이상 및 심지어는 1.5 미크론과 같은 약 0.75 미크론 이상의 두께를 가질 수도 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 산화물은 약 2 내지 약 3 미크론의 정도와 같은 적어도 2 미크론의 두께를 갖는다. 본 발명의 실시예에 따른 산화물층은 웨이퍼 캐리어에 존재할 수도 있는 임의의 자연 산화물과는 반대로, 그러나 비교적 작은 두께로 웨이퍼 캐리어에 제공된 층이라는 것을 주목하라. 또한, 상술한 산화물층은 일반적으로 열 산화 기술에 의해 형성되었지만, 산화물층의 직접 증착과 같은 다른 기술이 또한 이용될 수도 있다.3 shows a growth curve of an oxide layer as a function of time on a silicon carbide wafer carrier. As shown, the oxide layer generally follows the parabolic growth curve. For reasons described below, according to one embodiment of the present invention, the oxide layer has a thickness on top of a relatively rapid growth portion of the curve. For example, the oxide layer may have a thickness of at least about 0.5 microns, or in particular at least about 0.75 microns, such as at least about 1.0 microns and even 1.5 microns. According to certain embodiments of the present invention, the oxide has a thickness of at least 2 microns, such as on the order of about 2 to about 3 microns. Note that the oxide layer according to an embodiment of the present invention is a layer provided on the wafer carrier as opposed to any natural oxide that may be present on the wafer carrier, but with a relatively small thickness. In addition, although the above-described oxide layer is generally formed by a thermal oxidation technique, other techniques such as direct deposition of the oxide layer may also be used.
열 예비 산화 단계에 의한 것과 같은 산화물층의 형성은 반도체 제조 환경에서의 프로세스 제어를 향상시키는 것으로 판명되었다. 특히, 본 발명자들은 웨이퍼 상에 비교적 두꺼운 산화물층을 형성하기 위한 통상의 산화 처리 동안에, 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어를 형성하는 산화물층 및/또는 웨이퍼 상의 산화물층의 성장을 통해 웨이퍼 캐리어와 접합하는 경향이 있다는 것을 인식하였다. 웨이퍼/웨이퍼 캐리어 조립체의 후속의 냉각 동안에, 웨이퍼와 캐리어의 열팽창 계수의 차이에 의한 수축의 차이가 웨이퍼에 열 유도 응력을 발생시키는 것으로 고려된다. 이러한 열팽창/수축 특성의 차이는 조성 및 구조적 차이에 기인할 수 있고, 궁극적으로는 웨이퍼에 손상을 유발할 수 있다. 극단의 경우에, 웨이퍼는 균열 메카니즘에 의해 궁극적으로 파괴될 수도 있다. 캐리어 상에 산화물층을 형성하기 위한 예비 산화 단계의 합체에 의해, 웨이퍼의 열처리 동안의 캐리어 상의 산화물층의 성장이 약화 되고, 웨이퍼와 캐리어 사이의 접합의 경향이 감소되어, 프로세스 제어 및 웨이퍼 수율을 향상시킨다.Formation of oxide layers, such as by thermal pre-oxidation steps, has been found to improve process control in semiconductor manufacturing environments. In particular, the inventors have found that during normal oxidation treatment to form a relatively thick oxide layer on a wafer, the wafer tends to bond with the wafer carrier through the growth of the oxide layer forming the wafer carrier and / or the oxide layer on the wafer. It was recognized. During subsequent cooling of the wafer / wafer carrier assembly, the difference in shrinkage due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the wafer and the carrier is considered to generate thermally induced stress in the wafer. Such differences in thermal expansion / contraction properties can be attributed to compositional and structural differences and ultimately can cause damage to the wafer. In the extreme case, the wafer may ultimately be destroyed by the cracking mechanism. By incorporation of a preliminary oxidation step to form an oxide layer on the carrier, the growth of the oxide layer on the carrier during the heat treatment of the wafer is weakened, and the tendency of bonding between the wafer and the carrier is reduced, resulting in process control and wafer yield. Improve.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 웨이퍼 캐리어 내의 슬롯은 특히 상술한 바와 같은 고온 처리 동안에 프로세스 제어 및 웨이퍼 수율을 더욱 향상시키는 특정 곡률 반경 rs을 갖는다.According to another feature of the invention, the slot in the wafer carrier has a specific radius of curvature r s which further improves process control and wafer yield, especially during the high temperature treatments described above.
도 2와 관련하여 도시된 바와 같이, 웨이퍼는 공칭 반경 rw을 갖는다. 현재의 당 기술 분야의 웨이퍼 설비는 203.2mm(8인치) 및 더욱이 300mm(12인치 직경) 웨이퍼를 이용한다. 따라서, 더 새로운 설비는 약 150mm 정도인 반경 rw을 갖는 웨이퍼를 이용할 수 있지만, 이전의 설비는 더 작은 웨이퍼를 이용할 수 있고 더 신세대 설비는 더 큰 웨이퍼를 이용할 수 있다. 일 실시예의 특정 특징에 따르면, 슬롯의 곡률 반경 rs은 약 1.15rw 이상이다. 달리 말하면, 웨이퍼를 지지하기 위한 슬롯의 곡률 반경은 적어도 15% 만큼 웨이퍼의 반경보다 크다. 일반적으로, rs는 1.35rw 및 1.50rw와 같이 약 1.25rw 이상이다. 도 4를 참조하면, rs는 대략 rw의 두 배로 도시되어 있다. 더욱이, 슬롯의 곡률 반경은 직선(rs=무한)에 접근할 수 있다. 이 특정 실시예는 도 5에 도시되어 있다. 이 경우에, 웨이퍼에 접촉하는 슬롯의 부분은 직선을 따라 연장한다.As shown in connection with FIG. 2, the wafer has a nominal radius r w . Current wafer facilities use 203.2 mm (8 inches) and moreover 300 mm (12 inches diameter) wafers. Thus, newer facilities may use wafers with a radius r w on the order of about 150 mm, while older facilities may use smaller wafers and newer facilities may use larger wafers. According to a particular feature of one embodiment, the radius of curvature r s of the slot is at least about 1.15 r w . In other words, the radius of curvature of the slots for supporting the wafer is at least 15% greater than the radius of the wafer. In general, s r is about 1.25r w or more, such as 1.35r 1.50r w and w. Referring to FIG. 4, r s is shown approximately twice the r w . Moreover, the radius of curvature of the slot can approach a straight line (r s = infinite). This particular embodiment is shown in FIG. 5. In this case, the portion of the slot in contact with the wafer extends along a straight line.
더욱이, 슬롯의 곡률 반경은 대향 배향을 가질 수 있다, 즉 웨이퍼의 반경 rw과 비교할 때 음의 곡률 반경을 가질 수 있다. 이는 슬롯이 일반적으로 볼록 형 상이고 웨이퍼와 슬롯 사이의 접촉 지점으로부터 웨이퍼의 반경의 대향 방향으로 연장하는 반경을 갖는 도 6에 도시되어 있다.Moreover, the radius of curvature of the slots may have an opposite orientation, ie it may have a negative radius of curvature as compared to the radius r w of the wafer. This is shown in FIG. 6 in which the slot is generally convex and has a radius extending in the opposite direction of the radius of the wafer from the point of contact between the wafer and the slot.
상기 실시예에서, 각각의 슬롯 세그먼트는 동일한 곡률 반경을 갖도록 요구되지는 않는다. 그러나, 일반적으로, 제2 지지 부재를 따르는 제2 슬롯 세그먼트의 적어도 일부는 상술한 바와 같은 반경 특성을 갖는다.In this embodiment, each slot segment is not required to have the same radius of curvature. In general, however, at least a portion of the second slot segment along the second support member has a radial characteristic as described above.
상술한 바와 같이 곡률 반경 rs을 갖는 슬롯부를 제공함으로써, 웨이퍼와 캐리어 사이의 잠재적 산화 접합 영역이 최소화된다. 이와 같이 산화물 접합이 웨이퍼와 캐리어 사이에 형성되는 정도로, 최소화된 접합 계면이 약해지고 처리 중에(예를 들면, 냉각 중에) 파괴될 가능성이 더 많고, 이에 의해 상술한 바와 같이 파괴를 유발할 수 있는 웨이퍼의 열 응력을 감쇠시킨다.By providing a slot with a radius of curvature r s as described above, the potential oxidized junction area between the wafer and the carrier is minimized. As such, oxide bonds are formed between the wafer and the carrier, so that the minimized junction interface is weakened and more likely to break during processing (eg, during cooling), whereby as described above, Dampen thermal stress.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 웨이퍼 캐리어의 슬롯의 적어도 일부는 웨이퍼의 두께(tw)보다 큰 폭(ws)을 갖는다. 특히, 폭(ws)은 일반적으로 약 1.30tw 이상이다. 다른 실시예에 따르면, ws는 일반적으로 약 1.35tw 이상이고, 약 1.35tw 내지 약 1.50tw 의 범위 내에 있을 수 있다. 이와 관련하여, 도 7은 웨이퍼의 두께(tw)에 대한 슬롯의 폭(ws)을 도시한다(축적대로 도시되지 않음). 웨이퍼의 실제 두께(tw)는 웨이퍼 상표, 사용 용도, 웨이퍼 직경, 조성[예를 들면, 실리콘 온 절연기(SOI)] 등에 기초하여 변경될 수 있다. 그러나, 일반적으로 웨이퍼는 통상 약 0.45mm 내지 약 0.80mm의 범위, 더 일반적으로는 약 0.50 내지 약 0.765mm 사이의 두께를 갖는다. 상기의 상대 폭을 갖는 슬롯을 제공함으로써, 1.10tw 내지 1.25tw의 정도와 같은 더 좁은 폭과 대조적으로, 비교적 두꺼운 산화물층의 형성이 슬롯의 여분의 공간에 의해 용이해진다. 게다가, 웨이퍼가 산화물 성장 동안에 슬롯 내에 구속되는 정도를 감쇠시킴으로써, 웨이퍼 크립(creep)이 문제가 되지 않는다. 이와 관련하여, 통상의 기술을 이용하여, 슬롯 내의 웨이퍼의 구속은 웨이퍼가 고온으로 크립하게 하여 노치 형성을 유발하는 경향이 있다. 외주부 둘레의 웨이퍼의 노치의 형성은 기계적 상호 체결 구조를 형성하는 경향이 있고, 이는 단점이 있다. 특히, 냉각 시에, 노치는 슬롯과 결합하는 경향이 있고 웨이퍼 및 웨이퍼 캐리어의 상이한 열 수축 특성에 기인하여 냉각 시에 웨이퍼에 기계적 응력을 주는 원인이 된다.According to another embodiment of the present invention, at least some of the slots of the wafer carrier have a width w s greater than the thickness t w of the wafer. In particular, the width w s is generally at least about 1.30 t w . According to another embodiment, w s are generally from about 1.35t w or more, may be in the range of from about to about 1.50t 1.35t w w. In this regard, FIG. 7 shows the width w s of the slot relative to the thickness t w of the wafer (not shown to scale). The actual thickness t w of the wafer may be changed based on the wafer brand, the intended use, the wafer diameter, the composition (eg, silicon on insulator (SOI)), and the like. In general, however, wafers typically have a thickness in the range of about 0.45 mm to about 0.80 mm, more typically between about 0.50 to about 0.765 mm. By providing slots with the above relative widths, in contrast to narrower widths, such as on the order of 1.10 t w to 1.25 t w , the formation of a relatively thick oxide layer is facilitated by the extra space in the slots. In addition, by attenuating the extent to which the wafer is confined within the slot during oxide growth, wafer creep is not a problem. In this regard, using conventional techniques, the restraint of the wafer in the slot tends to creep the wafer to a high temperature, causing notch formation. Formation of the notch of the wafer around the outer circumference tends to form a mechanical interlocking structure, which is disadvantageous. In particular, upon cooling, the notch tends to engage with the slot and due to the different heat shrinkage characteristics of the wafer and the wafer carrier is a cause of mechanical stress on the wafer upon cooling.
상술한 바와 같은 웨이퍼 캐리어의 실시예의 특정 특징에 부가하여, 본 발명은 또한 뱃치 처리로서 공지된 복수의 웨이퍼용 처리를 제공한다. 이와 관련하여, 웨이퍼 캐리어는 일반적으로 일정 피치로 선형 어레이로 배열된 복수의 웨이퍼가 적재된다. 그 후에, 웨이퍼/웨이퍼 캐리어 조립체는 고온 처리를 위해 프로세스 튜브와 같은 노 내에 배치된다. 상술한 바와 같이, 일 바람직한 처리 작업은 특히 MEMS 및 광전 적용에 적합한 웨이퍼 상의 비교적 두꺼운 산화물층의 형성이다.In addition to the specific features of the embodiment of the wafer carrier as described above, the present invention also provides a plurality of wafer processes known as batch processes. In this regard, the wafer carrier is generally loaded with a plurality of wafers arranged in a linear array at a constant pitch. Thereafter, the wafer / wafer carrier assembly is placed in a furnace, such as a process tube, for high temperature processing. As mentioned above, one preferred processing operation is the formation of a relatively thick oxide layer on a wafer, particularly suitable for MEMS and photoelectric applications.
본 발명의 실시예가 특정하게 상술되었지만, 다양한 변경이 본 발명의 청구범위의 범주로부터 일탈하지 않고 이루어질 수 있다는 것을 이해한다.While embodiments of the invention have been specifically described above, it is understood that various changes may be made without departing from the scope of the claims of the invention.
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