KR20070115807A - 필렛 반경 조인트를 가진 장치 - Google Patents

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KR20070115807A
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마이클 에이. 픽커링
지텐드라 에스. 고엘라
제이미 엘. 트리바
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머트어리얼즈, 엘.엘.씨.
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Abstract

필렛(fillet) 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들에 의해 종판들에 대하여 반대편 종단들에 결합되는 복수 개의 로드들을 포함하는 웨이퍼 홀딩 장치. 조인트들은 장치의 구성요소들을 결합하고, 반도체 웨이퍼 공정 챔버들의 가혹한 공정 조건을 위해서뿐만 아니라 수동 조작을 위해서 안정적인 웨이퍼 홀딩 장치를 제공한다.
필렛 반경, 조인트, 웨이퍼 홀딩 장치

Description

필렛 반경 조인트를 가진 장치{APPARATUS WITH FILLET RADIUS JOINTS}
도 1은 필렛 반경을 가진 조인트의 측면도이다.
도 2는 톱니들과 종판들을 가진 로드들을 도시하는 반도체 웨이퍼 홀딩 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 3은 각 조인트에서 종판 및 필렛 반경에 결합되는 로드들을 도시하는 반도체 웨이퍼 홀딩 장치의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 조인트가 필렛 반경 및 로드의 장부를 가진 타원형 플랜지를 가진 타원형 포트를 가지는 실시예를 도시한다.
도 5는 로드가 타원형 포트 및 포트의 원주 주위의 필렛 반경 내에 고정되는 실시예를 도시한다.
도 6은 조인트가 필렛 반경 및 로드의 장부를 가지는 플랜지를 가진 직사각형의 네 개의 측면을 가진 포트를 가지는 실시예를 도시한다.
도 7은 조인트가 필렛 반경 및 포트에 측면으로 삽입되는 장부를 가지는 세 개의 측면을 가진 플랜지를 가진 세 개의 측면을 가지는 포트를 가지는 실시예를 도시한다.
도 8은 필렛 반경을 가진 플랜지가 로드의 장부상에 있고 로드는 세 개의 포트에 측면으로 삽입되는 실시예를 도시한다.
도 9a는 로드가 직각으로 종판에 결합되는 실리콘 카바이드로 코팅된 조인트의 사진이다.
도 9b는 로드가 필렛 반경을 가진 플랜지를 가지는 포트를 가진 종판에 고정되는 실리콘 카바이드로 코팅된 조인트의 사진이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼들을 홀딩하기 위한 장치에 관한 것이고, 장치의 구성요소들은 필렛 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들에 의해 고정된다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반도체 웨이퍼 공정의 가혹한 조건에 견딜 수 있는, 구성요소들이 필렛 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들에 의해 고정되는, 반도체 웨이퍼들을 홀딩하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼들의 공정은 부식성 화학제, 1000℃를 넘는 높은 온도 및 급속열순환(RTP)의 노출과 같은 가혹한 조건을 포함한다. 이러한 조건은 특히 장치의 구성요소들이 그들의 연결 조인트들에서와 같이 결합되는 지점들에서 장치의 약화(weakening)와 같은 웨이퍼 홀딩 장치에 대한 물리적인 손상을 초래할 수 있다. 조인트들의 약화는 일반적으로, 조인트 라인들, 특히 조인트의 구성요소들이 서로 직각인 곳을 따라 가시적인 크랙을 초래한다.
가혹한 조건은 장치에 표면 손상을 초래할 수도 있어서, 장치로부터 입자 물질이 벗겨지고 반도체 웨이퍼들을 오염시킨다. 특히 만일 장치가 실리콘 또는 실리 콘 카바이드로 코팅된 석영의 장치와 같이, 그 장치의 물질과 다른 물질로 코팅된다면, 장치의 표면에서 벗겨지는 입자들에 의해 초래되는 오염은 일반적이다. 이러한 코팅들은 반도체 공정의 가혹한 조건 하에서 흔히 크랙이 생기거나 입자들을 형성하고, 따라서 장치를 손상시키며 공정 챔버들뿐만 아니라 웨이퍼들을 오염시킨다. 코팅들 내의 크랙들은 구성요소들이 만나는 조인트들의 직각에서 특히 일반적이다. 특히 조인트들이 많은 구성요소들을 포함한다면, 입자 물질은 장치의 조인트들의 구성요소들 사이의 공간들 내에 쌓일 수도 있다.
만일 웨이퍼 홀딩 장치가 사용 후 부적당하게 세척된다면, 웨이퍼들의 입자 오염도 발생할 수 있다. 웨이퍼 공정 동안, 웨이퍼 홀딩 장치뿐만 아니라 웨이퍼들은 실리콘 다이옥사이드, 실리콘 나이트라이드 또는 폴리실리콘 필름과 같은 화학 물질들로 코팅된다. 이러한 물질들은 장치로부터 제거하기 어렵다. 세척의 어려움은 장치가 많은 구성요소들을 가질 때, 특히 구성요소들이 결합되는 지점들에서 악화된다.
반도체 산업은 실리콘 카바이드가 반도체 공정의 가혹한 조건을 견딜 수 있으며, 석영과 같은 물질과 대조적으로 웨이퍼 보트들을 위한 우수한 물질인 것을 인식하여 왔다. 미국 특허 6,811,040은 모놀리식(monolithic)의 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드로 완전히 구성된 웨이퍼 홀딩 장치를 개시한다. 공정동안 반도체 웨이퍼들을 홀딩하는 보트의 로드들은 공정동안 반도체 웨이퍼들을 홀딩하고, 도브테일(dovetail) 조인트들에 의해 종판(end plate)들에 고정된다. 장치는 장치의 구성요소들을 고정하기 위하여 추가적인 패스너들 및 볼트, 클램프 또는 너트와 같은 구성요소들을 사용하지 않는다. 선택적으로, 각 조인트는 어떤 입자 물질이 조인트 구성요소들 사이의 어떤 공간에 쌓이는 것을 방지하기 위해 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드로 코팅될 수 있다.
비록 미국 특허 6,811,040에 개시된 실리콘 카바이드 장치가 다른 많은 반도체 웨이퍼 홀딩 장치에 대한 개선이라 하더라도, 도브테일 장치(dovetail apparatus)는 장치의 다른 평면들에서보다 로드의 길이와 동일한 평면에서 안정성이나 강성이 적다. 반도체 공정동안, 부식성 화학제 및 높은 온도에 노출에 더하여, 반도체 웨이퍼 공정 챔버들의 가혹한 조건은 웨이퍼 홀딩 장치가 이동하거나 진동하는 원인이 될 수 있다. 이것은 장치의 온도가 15분에서 60분의 기간 동안 실온에서부터 1000℃를 넘는 온도로 빠르게 상승될 때, 초기 열 상승 동안에 일반적이다. 웨이퍼 홀딩 장치는 에너지를 흡수하며, 진동과 같이 열 및 기계적 에너지로서 에너지를 방산한다. 이러한 진동은 장치의 안정성이 가장 적은 평면들에서 두드러진다. 진동은 도브테일 및 종판이 만나는 곳에 전단력을 초래한다. 연속된 사용 후, 도브테일 조인트들은 느슨해 질 수 있고, 로드들이 종판으로부터 분리되는 결과를 초래할 수 있다. 진동에 더하여, 보트의 수동 조종은 시간이 흐르면서 조인트들이 느슨해지는 원인이 될 수도 있다.
웨이퍼 보트와 관련된 다른 문제는 도브테일을 가공하는 어려움이다. 실리콘 카바이드는 반도체 웨이퍼 장치를 위해 사용되는 다른 많은 종류들의 세라믹 물질들과 대조적으로 단단한 세라믹 물질이다. 다이아몬드 툴로의 가공조차도 힘겨운 일이다. 가공은 도브테일의 테이퍼된 측면 특성 때문에 특히 어렵다.
비록 향상된 반도체 웨이퍼 홀딩 장치가 존재하여도, 여전히 가공하기에 더 쉬운, 반도체 웨이퍼 공정의 가혹한 조건의 향상된 공차를 가지는 조인트를 가진 반도체 웨이퍼 홀딩 장치에 대한 요구는 존재한다.
첫 번째 양상에서, 장치는 필렛 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들에 의해 로드들의 반대편 종단에서 각각의 종판들에 대하여 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하는 것이 제공된다.
다른 양상에서, 장치는 필렛 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들에 의해 반대편 종단에서 각각의 종판들에 대하여 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하고, 각 로드 종단은, 원주 주위에 필렛 반경을 가진 플랜지를 가지는 타원형 포트를 통해 각각의 종판의 내부 면에 삽입되는 장부(tenon)를 가지며, 각 장부는 로드의 각 종단에서 로드의 쇼울더(shoulder)와 연속되고, 각 쇼울더는 쇼울더의 평평한 표면과 플랜지의 상부 표면 사이의 접촉면을 형성하기 위해 필렛 반경을 가진 플랜지의 상부 표면을 인접하는 평평한 표면을 가진다.
다른 양상에서, 장치는 필렛 반경을 가진 네 개의 측면을 가진 플랜지를 가지는 조인트들에 의해 반대편 종단에서 각각의 종판들에 대하여 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하고, 각 로드 종단은, 필렛 반경을 가진 네 개의 면을 가진 플랜지를 가지는 직사각형 포트를 통해 각각의 종판의 내부 면에 삽입되는, 장부를 가지는데, 각 장부는 로드의 각 종단에서 로드의 쇼울더와 연속되고, 각 쇼울더는 쇼울더의 평평한 표면과 플랜지의 상부 표면 사이의 접촉면을 형성하기 위해 필렛 반 경을 가진 플랜지의 상부 표면을 인접하는 평평한 표면을 가진다.
추가적인 양상에서, 장치는 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 플랜지를 가지는 조인트들에 의해 반대편 종단에서 각각의 종판들에 대하여 반대편 종단에 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하고, 각 로드는, 종판의 측면 내의 포트에 측면에서 삽입되는 장부를 가지고, 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 플랜지는 종판의 내부 표면상의 포트를 정의하고, 각 장부는 로드의 각 종단에서 로드의 쇼울더와 연속되고, 각 쇼울더는 쇼울더의 평평한 표면과 플랜지의 상부 표면 사이의 접촉면을 형성하기 위해 필렛 반경을 가진 플랜지의 상부 표면을 인접하는 평평한 표면을 가진다.
추가적인 양상에서, 장치는 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 플랜지를 가지는 조인트들에 의해 반대편 종단에서 각각의 종판들에 대하여 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하고, 각 로드는 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 플랜지를 가지는 장부를 가지고, 각 로드는 종판의 측면 내의 포트에 측면으로 삽입되어서, 세 개의 측면을 가진 플랜지의 각 측면은 포트의 측면과 접촉면을 형성한다.
필렛 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들은 이러한 조인트들을 가지지 않는 반도체 웨이퍼 장치와는 대조적으로 증가된 강도를 가지는 장치를 제공한다. 추가적으로, 코팅 챔버들 내의 장치에 공급되는 코팅 반응물들은 직각과 같이 서로에 대해 예각으로 구성요소들을 가지는 조인트들과 대조적으로, 필렛 반경을 가진 플랜지를 가지는 조인트들을 가진 장치상에 코팅을 더 두껍고 더 균일하게 형성한다. 더 두껍고 더 균일한 코팅은 전체적으로 조인트들 및 장치에 추가적인 강도를 더한다.
본 명세서 전체에서 사용된 것으로서, 문맥이 달리 지시하지 않으면 다음 약어들은 다음 의미를 가진다: ℃=섭씨; mm=밀리미터; cm=센티미터; m=미터; 2.54cm/inch; slpm=분당 표준 리터(standard liters per minute); 및 torr=0℃에서 1mm 수은주를 지지하기 위해 요구되는 압력. 모든 수치 범위들은, 이러한 수치 범위들이 100%까지 더해지는 것으로 한정되는 것이 논리적인 경우를 제외하고, 어떠한 순서대로든 포괄적이며 결합가능하다.
장치는 반도체 웨이퍼들의 공정을 위한 반도체 웨이퍼 홀딩 장치이다. 장치는 필렛 반경(fillet radius)을 가진 플랜지(flange)들을 가지는 조인트(joint)들에 의해 각각의 종판(endplate)들에 대하여 그들의 반대편 종단에서 고정되는 복수 개의 로드(rod)들을 포함한다. 필렛 반경은 반도체 웨이퍼 홀딩 장치의 많은 종래의 조인트들과 대조적으로 증가된 강도를 가지는 조인트를 제공한다. 필렛 반경은 로드들이 종판들과 만나는 조인트의 접촉면에서 날카로운 모서리들을 제거한다. 날카로운 모서리들의 제거는 코팅들이, 날카로운 모서리를 가지는 조인트들보다 더 균일하고 더 두꺼운 장치의 조인트들 상에 증착되도록(deposited) 할 수 있다. 조인트들 상의 더 균일하고 더 두꺼운 코팅들은 조인트들을 더 강화시킨다. 조인트들은 또한 조인트들에서의 전단력(shearing forces)을 감소시키거나 제거한다.
반도체 웨이퍼 홀딩 장치의 조인트(20)의 아크형 플랜지(10)의 필렛 반경(r)은 도 1에 도시된다. 도면은 플랜지의 표면상의 화살표 끝으로부터 가상의 십자선 까지 거리에 의해 정의되는 플랜지의 필렛 반경(r)을 가진 조인트(20)를 형성하는 종판(40)에 삽입된 로드(30)를 도시한다. 점선 원(42)은 베스트 피트 스피어(best fit sphere)를 지시한다. 일반적으로, 필렛 반경은 0.25mm에서 20mm까지 변화한다. 더 일반적으로, 필렛 반경은 1mm에서 10mm까지 변화한다. 필렛 반경은 두 표면이 만나는 곳에서 형성되는 연속적으로 만곡된 오목 접합부이다. 필렛 반경은 필렛 반경의 표면 윤곽(contour)을 결정함으로써 측정되며, 이어서 이 윤곽에 베스트 피트 스피어를 수학적으로 결정한다. 베스트 피트 스피어의 반경이 필렛 반경이다. 필렛 반경 표면의 윤곽은 접촉식 및 비접촉식 윤곽측정기(profilometer), 광학 비교측정기(comparator) 또는 수학적으로 윤곽을 정의하도록 하는 사진들과 같이, 어떤 기술을 사용하여 측정될 수 있다. 이러한 방법들은 이 기술 분야에서 잘 알려져 있다.
반도체 웨이퍼들을 지지하는 로드들의 수는 변화할 수 있다. 일반적으로 반도체 웨이퍼 홀딩 장치는 세 개 또는 네 개의 로드들을 포함한다. 더 일반적으로 로드들의 수는 세 개이다. 로드들은, 반도체 웨이퍼가 공정동안 위치되는 공간들에 의해 분리되는 톱니들(teeth)을 포함한다. 종판들의 반대편 종단에서 로드들을 고정하는 종판들은, 어떤 적합한 형상일 수 있다. 이러한 형상들은 직사각형, 타원형 및 삼각형을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 선택적으로, 종판은, 웨이퍼들의 공정동안 장치 내에 홀딩되는 웨이퍼를 가로지르는 가스의 흐름을 허용하는 홀들을 포함할 수 있다.
도 2는 반도체 웨이퍼 홀딩 장치의 일실시예를 도시한다. 장치(50)는 공간 들(80)에 의해 서로 분리된 복수 개의 톱니들(70)을 각각 가지는 세 개의 로드들(60)을 포함한다. 로드들(60)은 그들의 반대편 종단에서 종판(90)에 결합된다. 각 종판은 반도체 공정동안 웨이퍼들을 가로지르는 가스의 흐름을 위한 홀들(95 및 97)을 가진다. 로드들은 필렛 반경을 가진 아크 플랜지들(arced flanges)을 가지는 조인트들에 의해 종판에 결합된다. 도 3은 종판에 결합되는 로드들 및 필렛 반경을 가진 플랜지들을 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예의 다른 도면이다. 도 3은 세 개의 측면을 가진 플랜지(100)를 가진 포트들 내에서 로드들(60)에 결합된 종판(90)을 가진 장치의 한 종단을 도시한다. 로드들 및 플랜지들은 접촉면(105)을 형성하기 위해 결합한다. 플랜지들은 종판(90)의 내부 면(110)과 연속된다.
로드들은 어떤 적합한 모양일 수 있다. 일반적으로 로드들은 타원형, 직사각형 또는 삼각형이다. 로드들은 종판들 내에서 포트에 삽입하기 위한 장부(tenon)를 가진 그들의 반대편 종단에서 종결한다. 장부들은 로드와 연속되며, 로드의 주 몸체보다 작은 직경 또는 폭을 가져서, 평평한 표면들을 가지는 쇼울더(shoulder)들은 장부가 로드의 주 몸체와 결합하는 곳에서 형성된다. 일 실시예에서, 로드의 쇼울더들은 로드가 종판에 결합될 때 접촉면을 형성하기 위해 아크 플랜지들의 상부에 위치된 평평한 표면들과 만난다.
장부는 로드의 길이와 직각을 이루며 장부를 완전히 관통하는 보어(bore)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 종판의 측면은 종판을 관통하며, 장부가 종판에 삽입되는 포트의 채널쪽으로 통하는 보어를 가진다. 종판의 측면에서 상기 보어의 반대편의 제2보어는 포트의 채널쪽으로 통한다. 장부는 포트에 삽입되어서, 장부의 보어는 종판의 측면의 보어 및 채널쪽으로 통하는 제2보어와 연속된다. 종판과 장부 사이에 형성되는 연속적인 채널은 종판에 로드를 더 고정하기 위해서 핀이 연속적인 채널에 삽입되도록 할 수 있다.
도 4는 종판에 로드를 고정하기 위한 핀을 포함하는 일 실시예를 도시한다. 원형 로드(115)는 로드의 주 몸체(120) 및 장부(125)를 포함한다. 장부는 쇼울더(130)에 로드의 주 몸체를 결합한다. 장부(125)는 쇼울더(130)와 연속된다. 장부는 핀(140)을 삽입하기 위한 보어(135)를 포함한다. 보어(135)는 장부(125)를 관통한다. 종판(160)의 내부 면(155)상의 포트(150)의 원주 주위의 플랜지(145)는 아크의 형태를 취하며 필렛 반경을 가지는 측면(165)을 가진다. 로드의 장부는 포트(150)에 삽입되어서, 로드의 쇼울더(130)는 플랜지의 상부 표면(170)과 만나며, 보어(135)는 종판의 측면에 보어(175) 및 보어(175)의 반대편 포트(150)쪽으로 통하는 종판(180)의 제2보어를 가진 연속적인 채널을 형성한다. 핀(140)은 포트내에 로드를 더 고정하기 위해 연속적인 채널에 삽입된다.
도 5는 조인트(190)를 형성하는 조립된 구성요소들을 도시한다. 원형 로드(115)는 로드와 플랜지(145)의 상부 표면이 조인트를 형성하기 위해 만나는 접촉면(195)을 형성하기 위해 포트에 삽입된다. 도 5에 도시된 것과 같이 조인트(190)는 직각과 같은 어떤 예각을 가지지 않는다. 필렛 반경을 가지는 아크 플랜지는 증가된 강도를 가지는 조인트를 제공하기 위해 예각을 제거한다.
도 6은 핀이 종판에 로드를 더 고정하기 위해 사용되는 다른 실시예를 도시 한다. 직사각형 로드(200)는 로드의 주 몸체(205) 및 직사각형 장부(210)를 포함하며, 이는 네 개의 면들을 가진다. 장부는 쇼울더(215)에 로드의 주 몸체를 결합하며, 이는 네 개의 표면들을 가진다. 장부(210)는 쇼울더(215)와 연속된다. 장부는 핀(225)을 삽입하기 위한 보어(220)를 포함한다. 보어(220)는 장부(210)를 관통한다. 직사각형 플랜지(225)는 종판(240)의 내부 면(235) 상의 포트(230)의 경계들을 정의하며, 아크 형태를 취하고 필렛 반경을 가지는 측면들(245)을 가진다. 포트는 네 개의 내부 측면들(247)을 가진다. 로드의 장부는 포트(230)에 삽입되어서, 로드의 쇼울더(215)는 접촉면을 형성하기 위해 플랜지의 표면(250)을 만나며, 보어(220)는 종판의 측면에서 보어(255)를 가진 연속적인 채널을 형성하고, 이것은 포트(230) 및 보어(255)의 반대편 포트의 내부 측면으로부터 포트(230) 쪽으로 통하는 종판의 제2보어(260) 쪽으로 통한다. 핀(225)은 포트 내에 로드를 더 고정하기 위해 연속적인 채널에 삽입된다.
도 7은 핀이 종판에 로드를 더 고정하기 위해 사용되는 추가적인 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 로드는 종판 내에서 포트에 측면으로 삽입된다. 종판의 포트는 종판의 측면에서 개방된다. 직사각형 로드(300)는 로드의 주 몸체(305) 및 장부(310)를 포함한다. 장부는 쇼울더(315)에 로드의 주 몸체를 결합한다. 쇼울더는 세 개의 표면들을 가진다. 장부(310)는 쇼울더(315)와 연속된다. 장부는 핀(325)을 삽입하기 위한 보어(320)를 포함한다. 보어(320)는 장부(310)를 관통한다. 포트(335)의 경계들을 정의하는, 세 개의 측면을 가진 플랜지(330)는 아크 형태를 취하고 필렛 반경을 가지는 측면들(340)을 가진다. 플랜지는 종판의 내부 표 면(345) 상에 있다. 로드의 장부는 포트(335)에 측면으로 삽입되어서, 로드의 쇼울더(315)는 접촉면을 형성하기 위해 플랜지의 표면(350)을 만난다. 포트(335)는 세 개의 내부 측면들(355)을 가진다. 보어(320)는 포트(335) 쪽으로 통하는 제2보어(360)를 가진 연속적인 채널을 형성한다. 핀(325)은 보어(320) 및 포트 내에 로드를 더 고정하기 위한 제2보어(360)로 형성된 연속적인 채널에 삽입된다.
추가적인 실시예에서, 필렛 반경을 가지는 플랜지들은 포트의 경계들을 정의하는 대신에 로드의 장부 상에 있다. 도 8은 이 실시예를 도시한다. 직사각형 로드(400)는 로드의 주 몸체(405) 및 장부(410)를 포함한다. 장부는 네 개의 측면들(417) 및 아크 형태를 취하고 필렛 반경을 가지는, 세 개의 상부 표면들(420)을 가진 플랜지(415)를 포함한다. 로드의 장부는 종판(430)의 측면에서 개방되는 포트(425)에 측면으로 삽입된다. 장부는 장부(410)를 관통하는 보어(435)를 포함한다. 로드의 장부는 포트(425)에 삽입되어서, 장부의 세 개의 측면들(417)은 장부의 세 측면들과 포트의 세 측면들 사이의 접촉면을 형성하기 위해 포트(425)의 대응하는 세 개의 측면들(445)을 만난다. 보어(435)의 반대편 종판의 포트의 측면 내의 제2보어(450)는, 로드가 포트에 삽입될 때 로드의 장부 내에 보어(435)를 가진 연속적인 채널을 형성하기 위해 포트(425) 쪽으로 통한다. 핀(455)은 포트 내에 로드를 더 고정하기 위해 연속적인 채널에 삽입된다.
장치의 구성요소들은 어떤 적합한 종류의 실리콘 카바이드로 구성될 수 있다. 일반적으로 구성요소들은 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드로 구성된다. 더 일반적으로, 장치의 구성요소들은 화학 기상 증착된, 큐빅 실리콘 카바이드로 구성 되며, 더욱 일반적으로, 구성요소들은 화학 기상 증착된, 큐빅 β-크리스탈라인 실리콘 카바이드(β-crystalline silicon carbide)로 구성된다. 큐빅 실리콘 카바이드의 열팽창도 및 열전도도가 등방성(모든 방향에 동일한)이고, 이에 따라 가열되거나 냉각될 때 장치 내에서 열응력(thermal stress)을 감소시키기 때문에, 실리콘 카바이드의 큐빅 형태는 본 명세서에 대하여 가장 적합하다. 열응력은 공정 동안 웨이퍼들에 손상을 끼치는 장치의 뒤틀림을 유발할 수 있으며, 심한 경우, 응력은 장치가 고장나도록(부서지도록) 충분히 높을 수 있다.
실리콘 카바이드는 산화 저항성, 화학 저항성 및 열충격 저항성이기 때문에, 실리콘 카바이드는 일반적으로 모놀리식이다. 추가적으로, 이러한 모놀리식 실리콘 카바이드는 어떤 코팅도 가질 필요가 없고, 따라서 반도체 웨이퍼 공정 동안 입자들이 벗겨지고 웨이퍼들을 오염시킬 가능성을 제거한다. 용어 "모놀리식"은 실리콘 카바이드가 실리콘 카바이드의 고체 조각인 것을 의미한다. 이러한 실리콘 카바이드는 일반적으로, 고체 조각이 맨드릴(mandrel)로서 일반적으로 참조되는 기판 상에 실리콘 카바이드를 증착함으로써 분자마다 형성되는 화학 기상 증착에 의해 형성된다. 이어서, 단일 조각은 종래의 수단에 의해 맨드릴로부터 제거되며, 요구되는 크기 및 형상으로 가공된다. 이러한 모놀리식 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드를 형성하는 방법들은 이 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 이러한 방법들의 예들은 미국 특허 5,354,580에 개시된다.
최소 가공은 반도체 웨이퍼 홀딩 장치의 구성요소들을 준비하는 것으로 채용된다. 종판들뿐만 아니라 조인트의 구성요소들 및 로드들의 홈들을 형성하는 것은 많은 단일 조각 실리콘 카바이드 반도체 웨이퍼 홀딩 장치를 가공하는 것보다 적은 시간과 복잡함을 포함한다. 추가적으로, 조인트는 추가적인 기계 요소들 또는 바람직하지 않은 화학 밀봉제의 필요없이 장치의 구성요소들을 고정한다.
선택적으로, 장치의 조인트들은 조인트들을 더 강화하기 위해 실리콘 카바이드로 코팅될 수 있다. 일반적으로, 조인트들은 1mm에서 5mm의 실리콘 카바이드로 코팅된다. 실리콘 카바이드는 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착과 같이 이 기술 분야에서 알려진 종래의 방법들에 의해 조인트 상에 증착될 수 있다. 필렛 반경을 가지는 플랜지들을 가진 조인트는 직각과 같이 구성요소들이 만나는 예각(sharp angle)을 가지는 조인트들보다 조인트 상에 더 균일하고 두꺼운 코팅을 제공한다. 더 균일하고 두꺼운 코팅은 장치의 강도를 더 상승시킨다. 예를 들어, 실리콘 카바이드를 제조하기 위해 사용되는 대량의 화학적 기상 증착(CVD) 공정에서, CVD 반응기(reacor)는 구성요소 표면들을 가로지르는 화학 반응물들의 흐름이 코팅의 균일성에 대하여 큰 영향을 끼치는 대량 수송 제한 영역 내에서 작동된다. 직각과 같은 날카로운 모서리는 조인트에서 감소된 반응물 흐름과 조인트에서의 감소된 코팅 증착을 초래하는 부족한 흐름의 영역을 초래한다. 조인트에서 날카로운 모서리를 제거함으로써, 코팅의 더 균일한 증착뿐만 아니라 더 두꺼운 코팅과 함께 반응물 흐름은 향상된다.
반도체 웨이퍼 공정 동안, 장치 내에 웨이퍼들과 함께 웨이퍼 홀딩 장치는 15분에서 60분의 기간 동안 실온에서부터 1000℃를 넘는 온도까지 빠른 온도 상승에 초기에 노출된다. 일반적으로 온도는 20분에서 45분의 기간 동안 실온에서부터 1450℃만큼 높은 온도까지 상승한다. 이러한 빠른 온도 상승은 에너지가 웨이퍼 홀딩 장치 내에서 빠른 비율로 축적되도록 한다. 에너지 축적은 진동과 같은 열 및 기계적 에너지의 형태로 장치에 의해 방산된다. 이러한 진동은 일반적으로 이것의 가장 약하거나 가장 불안정한 평면들을 따라 장치 내에서 발생한다. 일반적으로 이것은 로드들의 길이의 평면 또는 방향을 따라 발생한다. 본 조인트는 진동 또는 운동을 감소시키거나 제거하기 위해 다른 평면들이나 방향들 내에 포함하는 로드들의 평면 내에 안정적인 조인트를 제공한다.
본 조인트는 장치를 위해 충분한 강도 및 지지를 제공하여서, 홈들 내에 위치되는 반도체 웨이퍼들의 중량 때문에 처지지 않는다. 따라서, 본 발명의 장치는 수평 공정과 관련된 문제들에 대한 걱정없이 수평 공정들에 의해 복수 개의 웨이퍼들을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 실리콘 카바이드 구성요소들은 장치가 복수 개의 반도체 웨이퍼들이 처리될 수 있는 수직 장치 내에 위치되도록 할 수 있다. 추가적으로, 웨이퍼 홀딩 장치의 크기는 채용된 반도체 웨이퍼 공정 챔버의 크기에 의해서만 제한된다.
다음 실시예는 발명을 도시하기 위해 의도된 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위해 의도되지 않는다.
실시예
화학 기상 증착된 실리콘 카바이드의 세 조인트들은 조인트들의 강도를 시험하기 위한 표준 시험 방법을 사용하여 이들의 강도를 시험하도록 구비되었다. 각 조인트는 길이 76mm × 폭 76mm × 두께 6.4mm의 치수를 가지는 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드 종판 부분을 포함했다.
종판들은 종래의 파라미터를 사용하는 종래의 화학 기상 증착 방법을 사용함으로써 제조되었다. 조건들은 여섯 개의 삼각형 박스 생산로(production furnace)를 위해 최적화되었다. 실리콘 카바이드는 불활성 수소(H2) 및 아르곤(Ar) 대기 내에서 메틸트라이클로로실란(MTS)으로부터 제조되었다. 생산로의 각 박스 내에 실리콘 카바이드 증착 조건들은 아래 표에 있다.
[표 1]
공정 파라미터 양
로 압력 200 torr
증착 온도 1360℃
H2 가스 흐름율 50 slpm
Ar 가스 흐름율 52 slpm
MTS 가스 흐름율 8.3 slpm
H2 부분 압력 91 torr
Ar 부분 압력 95 torr
MTS 14 torr
증착율 1.5 ㎛/min
H2/MTS 가스 흐름 비 6
실리콘 카바이드는 직사각형 그래파이트 맨드릴 상에 증착되었다. 증착 후, 증착물은 맨드릴로부터 제거되었으며, 1Å RMS 미만으로 연마된 종판을 형성하기 위하여 220 grit 다이아몬드가 주입된 그라인딩휠 및 기구들을 사용하고 상기 개시된 치수들을 가지도록 가공되었다.
세 개의 실리콘 카바이드 레일 빔들도 표 1에 개시된 조건들을 가지는 종판들을 위해 사용된 것과 같이 종래의 화학 기상 증착 방법을 사용하여 제조되었다. 증착 후 증착물들은 그래파이트 맨드릴들로부터 제거되었다. 레일 빔들은 길이 64mm, 폭 14mm 및 높이 20mm이었다. 이들은 종판들과 동일한 방법 및 공구들에 의해 가공되었고 연마되었다.
레일 빔들은 종판들을 가진 조인트들을 형성하기 위해 조립되었다. 하나의 레일 빔은 직각을 가지는 조인트를 형성하기 위해 종판에 결합되었다. 조인트는 2.3mm의 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드로 코팅되었다. 다른 두 개의 조인트들은 3mm의 필렛 반경을 가지는 조인트들이었다. 하나는 도 7에 도시된 것과 같이 개방된 후면 반경(back radius) 조인트를 가졌고, 필렛 반경을 가진 제2조인트는 도 6에 도시된 것과 같이 폐쇄된 후면 반경을 가졌다. 두 조인트들 모두는 핀들로 고정되었고 2.3mm의 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드로 코팅되었다. 화학 기상 증착은 1.5-m 로 내에서 완료되었다. 증착 조건들은 아래 표에 주어진다.
[표 2]
공정 파라미터 양
로 압력 200 torr
증착 온도 1360℃
H2 가스 흐름율 124 slpm
Ar 가스 흐름율 408 slpm
MTS 가스 흐름율 24.5 slpm
H2 가스 부분 압력 44 torr
Ar 가스 부분 압력 147 torr
MTS 부분 압력 9 torr
증착율 1.5 ㎛/min
H2/MTS 가스 흐름 비 5
그 다음, 세 조인트 모두는 눈으로 크랙 검사되었다. 조인트들의 어떤 것도 눈에 보이는 어떤 크랙이나 흠(flaw)이 나타나지 않았다. 그러나, 종판에 직각으로 레일을 가진 조인트는 도 9a의 사진에 도시된 것과 같이 열악한 실리콘 카바이드 증착이 나타났다. 대조적으로, 필렛비를 가진 조인트들은 도 9b의 사진에 도시된 것과 같이 완벽한 실리콘 카바이드 커버리지(coverage)를 나타내었다.
그 다음, 각 조인트는 각 조인트가 파괴 전까지 견딜 수 있는 부하량을 시험하기 위해 표준 Instron Mechanical TesterTM 내에 위치되었다. 조인트의 종판은 고정 장치로부터 수평하게 튀어나오는 레일을 가진 종판을 홀딩하기 위해 고정 장치 에 고정되어서, 종판에서부터 부하(힘)가 가해지는 레일 상의 지점까지의 거리가 2.5인치이었다. 그 다음, Instron Mechanical TesterTM 헤드(부하 셀)는 레일부 상에서 밀어내려 0.02인치/분의 속도로 이동시키기 위해 배치되었다. 파운드 단위의 부하 값 및 부하비(인치/분)는 종래의 차트 레코더에 기록되었으며, 조인트가 부서진 지점은 차트 레코더 상에서 확인되었고 조인트를 파괴시키는 레일 상의 부하(힘)를 결정하기 위해 사용되었다.
종판에 직각으로 레일 빔을 가지고, 열악한 실리콘 카바이드 증착을 가진 종래의 조인트는 158파운드의 부하 후에 크랙이 생겼다. 대조적으로, 개방 후면과 필렛 반경을 가지며 완벽한 실리콘 카바이드 커버리지를 가지는 조인트는 158파운드에서 크랙이 생기지 않았거나 어떤 흠도 나타나지 않았다.
개방 후면과 필렛 반경을 가지며 완벽한 실리콘 카바이드 커버리지를 가지는 조인트는 가해지는 부하가 189파운드까지 도달될 때까지 불합격되지 않았다. 폐쇄 후면과 필렛 반경을 가지며 완벽한 실리콘 카바이드 커버리지를 가지는 조인트는 가해지는 부하가 183파운드까지 도달될 때까지 불합격되지 않았다. 따라서, 필렛 반경을 가지는 조인트들은 레일 빔이 종판에 직각으로 있고 열악한 실리콘 카바이 드 커버리지를 가지는 종래의 조인트보다 더 강하였다.
조인트는 장치를 위해 충분한 강도 및 지지를 제공하여서, 홈들 내에 위치되는 반도체 웨이퍼들의 중량 때문에 처지지 않는다. 따라서, 본 발명의 장치는 수평 공정과 관련된 문제들에 대한 걱정없이 수평 공정들에 의해 복수 개의 웨이퍼들을 처리하기 위해 사용될 수 있다.
추가적으로, 실리콘 카바이드 구성요소들은 장치가 복수 개의 반도체 웨이퍼들이 처리될 수 있는 수직 장치 내에 위치되도록 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 필렛 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들에 의해 각각의 종판들에 대하여 반대편 종단들에 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 필렛 반경 조인트를 가진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조인트들은 실리콘 카바이드로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 필렛 반경 조인트를 가진 장치.
  3. 필렛 반경을 가진 플랜지들을 가지는 조인트들에 의해 각각의 종판들에 대하여 반대편 종단들에 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하며, 각 로드 종단은 상기 플랜지의 원주 주위에 상기 필렛 반경을 가진 상기 플랜지를 가지는 타원형 포트를 통해 상기 각각의 종판들의 내부 면으로 삽입되는 장부을 가지며, 각 장부는 상기 로드의 각 종단에서 상기 로드의 쇼울더와 연속되며, 각 쇼울더는 상기 쇼울더의 평평한 표면과 상기 플랜지의 상부 표면 사이의 접촉면을 형성하기 위해 상기 필렛을 가지는 상기 플랜지의 상부 표면을 접하기 위한 평평한 표면을 가지는 것을 특징으로 하는, 필렛 반경 조인트를 가진 장치.
  4. 필렛 반경을 가진 네 개의 측면을 가진 플랜지를 가진 조인트들에 의해 각각의 종판들에 대하여 반대편 종단들에 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하며, 각 로드 종단은 상기 필렛 반경을 가진 네 개의 측면을 가진 상기 플랜지를 가진 직사각형 포트를 통해 상기 각각의 종판들의 내부 면에 삽입되는 장부를 가지며, 각 장부는 상기 로드의 각 종단에서 상기 로드의 쇼울더와 연속되며, 각 쇼울더는 상기 쇼울더의 평평한 표면과 상기 플랜지의 상부 표면 사이의 접촉면을 형성하기 위해 상기 필렛을 가진 상기 플랜지의 상부 표면을 접하기 위한 평평한 표면을 가지는 것을 특징으로 하는, 필렛 반경 조인트를 가진 장치.
  5. 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 플랜지를 가지는 조인트들에 의해 각각의 종판들에 대하여 반대편 종단들에 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하며, 상기 각 로드는 상기 종판의 측면 내의 포트에 삽입되는 장부를 포함하며, 상기 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 상기 플랜지는 상기 종판의 내부 표면 상의 상기 포트를 정의하며, 각 장부는 상기 로드의 각 종단에서 상기 로드의 쇼울더와 연속되며, 각 쇼울더는 상기 쇼울더의 평평한 표면과 상기 플랜지의 상부 표면 사이의 접촉면을 형성하기 위해 상기 필렛을 가진 상기 플랜지의 상부 표면을 접하기 위한 평평한 표면을 가지는 것을 특징으로 하는, 필렛 반경 조인트를 가진 장치.
  6. 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 플랜지를 가지는 조인트들에 의해 각각의 종판들에 대하여 반대편 종단들에 고정되는 복수 개의 로드들을 포함하며, 각 로드는 상기 필렛 반경을 가진 세 개의 측면을 가진 상기 플랜지를 가진 장부를 가지며, 각 로드는 상기 종판의 측면 내의 포트에 삽입되어, 세 개의 측면을 가진 상기 플랜지의 각 측면은 상기 포트의 측면과 함께 접촉면을 형성하는 것을 특징으로 하는, 필렛 반경 조인트를 가진 장치.
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