KR20080045126A - 열처리 지지 타워를 위한 탈착 가능한 에지링 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼(30) 배치 열처리에 사용되는 에지링(152)이 가열로(160) 내의 수직 타워(140) 상에서 지지된다. 에지링은 웨이퍼 원주와 실질적으로 겹치는 너비를 가지며 웨이퍼 사이에 균등하게 이격되어 타워 상에서 탈착 가능하게 지지되어, 열적 에지 효과를 감소시킨다. 에지링은 내부 및 외부 리세스를 가져서 웨이퍼를 지지하는 타워 레그(142, 144, 146)의 핑거에 인접하여 구조체와 상호 잠금되거나 또는 에지링의 횡측부 상에 형성된 하나 또는 그 이상의 스텝이 슬라이딩되어 지지 핑거와 관련된 잠금 레지에 떨어질 수 있다. 바람직하게는 고온 구역에 인접한 가열로의 타워와 에지링 및 다른 부분(168, 180)이 실리콘으로 이루어진다.

Description

열처리 지지 타워를 위한 탈착 가능한 에지링{DETACHABLE EDGE RING FOR THERMAL PROCESSING SUPPORT TOWERS}
본 발명은 2005년 7월 8일 출원된 가출원 번호 제 60/697,895호 및 2005년 9월 29일 출원된 가출원 번호 제 60/721,926호에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 기판, 특히 실리콘 웨이퍼의 배치형 열처리에 관한 것이다. 보다 상세히, 본 발명은 웨이퍼 지지 타워에 사용되는 보조링에 관한 것이다.
웨이퍼가 가열로에서 동시에 처리되는 배치형 열 처리는 반도체 분야에서 계속하여 널리 사용된다. 대부분의 최근 배치형 열처리는 수직 배열식 지지 타워가 다수의 웨이퍼를 수평방향으로 유지하는 수직 가열로에 기초한다. 종래, 타워는 특히 약 1000℃의 처리 온도를 위해 석영으로 이루어지거나 또는 특히 보다 높은 처리 온도를 위해 실리콘 카바이드로 이루어지지만, 실리콘 타워가 모든 온도 범위에서 상업적으로 사용된다.
이러한 열처리를 사용하는 하나의 처리는 고온의 산화(HTO; hot temperature oxidation)이며, 여기에서 매우 얇은 산소층이 SiH4 및 N2O 또는 NO를 전구체로서 사용하는 화학적 증착(CVD)에 의해 성장한다. 전형적인 CVD 온도는 약 750℃ 근처이다. 얇은 산소는 2.5nm 근처 또는 이보다 적은 두께를 가지며 예를 들어 플래시 메모리에서 터널링 배리어(tunneling barrier)를 위해 사용된다. 산화제로서 O2를 사용하는 것과 같이 얇은 필름을 성장시키기 위한 다른 처리가 가능하다.
그러나 성장한 필름의 두께 균등성이 문제된다. 두께 프로파일(12A)은 도 1에서 개략적으로 도시된다. 두께 내에 2개의 피크(14A, 16A)가 웨이퍼 둘레 근처에서 관측되었다. 피크(14A, 16A)는 대향 측면 상에서 16% 및 33%의 변화를 주며, 터널 전류가 두께의 지수로 변하기 때문에 적당한 두께 변화가 터널링 전류에 큰 변화를 줄 수 있으며, 이는 플래시 메모리 기록 성능에 변화를 줄 수 있다.
피크의 특정 시작점이 완전히 이해되지는 않지만, 가능한 원인은 타워 레그 또는 가열로 벽체 근처에 의한 그리고 웨이퍼 둘레에서의 가스 유동 불연속에 의한 열적 쉐도윙(thermal shadowing)과 같은 열적 에지 효과(thermal edge effect)를 포함하는 것으로 여겨진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 웨이퍼 에지에 걸쳐 연장된 타워에 중심을 향한 작은 간격으로 보조 링을 부착하는 방법이 시도되었다. 최적화되도록, 웨이퍼는 그 상부 및 하부면을 면하는 2개의 이웃하는 에지링 사이에서 이격된다. 에지링은 피크를 제거하지 않더라도 감소시키는 효과를 갖는 것으로 나타났다.
전형적인 디자인은 석양 타워 및 석영 에지를 포함하며, 이는 3개 또는 4개의 타워 레그로서 융해된다. 이러한 디자인은 소정의 문제점을 갖는다. 석영이 비교적 고가임에도, 많은 위치에서의 융해가 어렵다. 에지링 중 하나가 사용 중 오류인 경우, 수리가 거의 불가능하다. 타워 또는 용접된 에지링 중 어느 하나가 버려지거나 또는 오류인 에지링 근처의 웨이퍼가 그 이후 웨이퍼 제조에 더 이상 사용될 수 없다. 석영은 일반적인 열적 지지 고정부로서 사용되지만, 증진된 기술은 과연 적정 순도를 갖는지 의문을 갖게 하였다.
따라서, 에지링 및 그 지지 타워를 위한 양호한 디자인이 요구된다.
링 타워는 핑거 및 다른 돌출부를 포함하여 웨이퍼 사이에 끼워진 일반적인 고리형 에지링과 웨이퍼를 수직 스택으로 지지하며, 웨이퍼의 원주로부터 방사상 외측으로 연장된 방사상 밴드에 걸쳐 바람직하게 연장된다.
타워 및 에지링 모두 실리콘으로 이루어지는 것이 바람직하다. 에지링은 무작위 방향성 폴리크리스탈린 실리콘(ROPSi; random oriented polycrystalline silicon)으로 형성되는 것이 보다 바람직하며, 이는 폴리크리스탈린 시드(polycrystalline seed)를 사용하여 초크랄스키(Czochralski) 방식으로 성장될 수 있다. 실리콘 시드는 VCD에 의해 성장한 버진 폴리크리스탈린 시드(virgin polycrystalline silicon seed)로 이루어지거나 또는 버진 폴리크리스탈린 실리콘에 추적 가능한 시드로부터 성장한 시드 초크랄스키-성장 실리콘(Czochralski-grown silicon)으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 링이 수동적으로 타워에 상호 잠금되며, 예를 들어 중력식으로 상호 잠금된다. 상호 잠금은 링의 내측 또는 외측 원주 상에 형성된 리세스에 의해 이루어질 수 있으며 또는 횡측부 상의 스텝(step)에 의해 이루어질 수 있다.
도 1은, 고온 산화 처리에 의하여 성장된 산소의 두께 프로파일이다.
도 2는, 타워 및 에지링을 갖는 본 발명의 일 실시예의 사시도이다.
도 3은, 도 2의 타워 및 에지링 및 웨이퍼의 측면도이다.
도 4는, 도 1 및 도 2의 타워의 레그 중 하나의 전개도이다.
도 5는, 본 발명의 에지링의 평면도이다.
도 6은, 레그로부터 멀어진 영역에서 에지링 및 웨이퍼의 측면도이다.
도 7은, 에지링의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8은, 도 7의 에지링이 사용할 수 있는 타워 레그의 사시도이다.
도 9는, 도 8의 전개도이다.
도 10은, 도 8의 타워 레그의 수정예의 전개도이다.
도 11은, 4-레그 타워를 위해 구성된 에지링의 다른 실시예의 평면도이다.
도 12는, 도 11의 에지링과 도 12의 타워의 측면 레그 사이의 배열체 각각의 정면 및 후면에서 취한 사시도이다.
도 14는, 도 11의 에지의 변형인 에지링에 부분적으로 로딩된 3-레그 타워의 사시도이다.
도 15는, 도 14의 에지링 및 타워의 부분 단면도이며, 추가로 웨이퍼를 도시한다.
도 16은, 라이너, 주입기, 및 타워를 포함하는 가열로의 측단면도이다.
본 발명의 일 실시예가 도 2에서 사시도로 그리고 도 3에서 측면도로 도시되며, 2개의 측면 레그(12) 및 1개의 후면 레그(16)를 포함하는 지지 타워(10)를 포함하며, 이는 그 하단부에서 하부 베이스(18)에 고정되고 그 상단부에서 도시되지 않았으나 유사한 상부 베이스에 고정된다. 레그(12, 14, 16)는 도 4에서 전개도로서 도시되며, 유사하게 구성될 수 있으며 축방향으로 연장된 레그 스템(24)으로부터 일반적으로 내측으로 돌출된 핑거(22)를 포함할 수 있다. 3개의 레그(12, 14, 15)의 상응하는 축방향 위치에서 핑거(22)는 방사상 외측으로 하부 링 지지면(28) 상에서 에지링(26)을 지지한다. 또한, 핑거(22)는 방사상 내측으로 상부 웨이퍼 지지면(32) 상에서 웨이퍼(30)를 지지하며, 상부 웨이퍼 지지면은 일반적으로 평면이고 수평하며 그 내측에서 리지(ridge)(34)에 의해 한정된다. 리지(34)는 웨이퍼 지지면(32)에 의해 지지되는 외측 원형 웨이퍼(30)에 밀접하게 위치하며, 이에 따라 타워(10) 상에 웨이퍼(30)를 정렬한다.
하나의 에지링(26)이 도 5에서 평면도로서 도시되며, 일반적으로 중심(40) 둘레로 일반적으로 원형 대칭원 워셔-형 바디이며, 이는 타워(10)의 중심 및 웨이퍼(30)의 중심이 공통되도록 의도된다. 그러나 에지링(26)은 유사한 형태의 2개의 측면 리세스(42, 44) 및 1개의 후면 리세스(46)를 포함하도록 기계가공되는 것이 일반적이며, 각각 2개의 측면 레그(12, 14) 및 후면 레그(16) 상에서 에지링(26)을 체결한다. 리세스(42, 44, 46) 후면 내의 얇은 세그먼트가 타워(10)의 레그(12, 14, 16) 상에서 에지링(26)을 지지한다. 세그먼트(48)의 외측은, 특히 그 측면에서 삽입 방향에 평행하게 평평한 측면에서 평평해질 수 있어서 넓은 외경을 허용한다. 리세스(42, 44, 46)는 180°보다 큰 충분한 각도로 링(26)의 후면 둘레에서 중심(40)을 중심으로 원주 방향으로 연장된 위치에 놓여서, 그 결과 유사한 각도상 간격으로 레그(12, 14, 16)가 에지링(26)을 지지하지만 측면 레그(12, 14)가 에지링(26)(및 웨이퍼(30)의 삽입을 방해하지 않고 측면 레그(12, 14)를 통과하는데 충분히 작다. 예를 들어, 측면 리세스(42, 44)의 중심은 링 중심(40)보다 약간 전방에 위치한다.
에지링(26)의 내경은 대략적으로 웨이퍼의 지름과 같거나 조금 더 크며, 예를 들어 4 내지 10mm에 이르고, 예를 들어 6mm보다 크다. 에지링(26)을 200 또는 300mm 웨이퍼를 위해 10mm보다 작게 웨이퍼 지름 내측으로 다소 연장시키는 것이 가능하다. 일반적으로, 적당한 지름으로부터의 편차는, 웨이퍼 에지 둘레의 입체각의 실질적 일부가 동일 온도에서 에지링(26) 또는 웨이퍼(30)를 볼 수 있도록 타워 내의 웨이퍼(30) 사이의 피치(pitch)를 많이 초과해서는 안된다. 달리 표현하면, 2개의 이웃한 에지링(26) 사이의 갭을 통하는 경우를 제외하고 웨이퍼(30) 에 지가 가열로 벽체 또는 라이너를 보아서는 안되며, 상기 갭은 라이너의 비교적 작은 보임 각도를 나타낸다. 유사하게, 에지링(26)의 고리형 너비가 웨이퍼(30) 사이의 피치보다 커야 한다. 균등한 외측 온도로 연장되도록 에지링(26)의 외경은 웨이퍼 지름보다 매우 커야 한다. 추가 지름은 에지링이 없는 웨이퍼 둘레로부터 도 1의 피크(14A, 16A)의 위치에 상응할 수 있다. 그 결과, 대부분은, 웨이퍼(30)는 다른 웨이퍼(30)만을 보거나 또는 에지링(26)을 볼 수 있으며, 이들 모두 약 동일한 온도이다. 가장 큰 온도 편위는 웨이퍼(30)의 외측 에지보다는 에지링(26)의 외측 에지에서 이루어진다. 에지링(26)은 불균등한 증착 피크(14A, 16A)를 웨이퍼(30) 영역 외측으로 그리고 에지링(26) 상으로 이동시켜야 한다. 그러나 과도하게 넓은 에지링은 가열기(oven)의 사용 및 디자인에 영향을 준다. 예를 들어 외경이 웨이퍼보다 20 내지 40mm, 예를 들어 28mm 커야한다. 에지링(26)의 두께는 링형 구조체에 충분한 강도를 제공할 수 있도록 충분히 커야 하지만 웨이퍼보다 많이 상이한 열적 용량을 갖지 않도록 얇아야 한다. 일반적으로, 그 두께 범위는 약 웨이퍼 두께로부터 약 웨이퍼 두께의 2배의 범위인 것이 바람직하다. 현대 디자인은 1 내지 1.5mm 두께를 사용한다.
에지링(26)은 바람직하게는 순수 실리콘으로부터 기계가공되며, 예를 들어 무작위 방향성 폴리크리스탈린 실리콘(ROPSi; random oriented polycrystalline silicon)이며, 예를 들어 무작위 방향성 실리콘 시드(seed)를 사용하여 용융된 초크랄스키-성장 실리콘(Czochralski-grown silicon)이며, 예를 들어 CVD 성장 시드로 추적 가능한 버진 실리콘 시드(virgin silicon seed) 또는 폴리크리스탈린 실리 콘 시드(polycrystalline silicon seed)이다. 이러한 금속 및 그 성장과 기계가공은 2005년 6월 27일 출원된 미국 특허 가출원번호 제 60/694,334호 및 2006년 1월 9일 출원된 미국 특허 출원번호 제 11/328,438호에 개시되며 본 발명에서 참조된다. 제조 처리는, 노출된 표면에 표면 손상을 생성하여 이에 증착되는 필름의 결합을 증가시키도록, 실리콘 잉곳(silicon ingot)으로부터 와이어 또는 톱 커팅된 이후 블랜셔드 그라인딩(Blanchard grinding)하는 것을 포함한다. 세라믹 기계가공 기술은 웨이퍼-형 블랭크로부터 링 형상을 제조하도록 사용된다. 특히 중금속과 같은 불순물을 제거하도록 링은 실리콘 웨이퍼를 세정하도록 사용된 기술에 의한 기계 가공 이후 예를 들어 산 또는 알칼리 에칭의 조합으로서 세정될 수 있다. 에지링(26)의 제조가 완료된 이후, CVD 처리에서 모든 표면 상에 가열기 내에서 증착되는 동일한 물질 또는 사용될 증착 처리에서 증착되는 동일한 물질, 즉 질화 실리콘 가열로에서는 질화 실리콘 및 이산화 실리콘 가열로에서는 이산화 실리콘으로 CVD로 예비-코팅을 하는 것이 바람직하다. 이러한 예비-코팅층은 크랙 및 표면 손상의 일부로서 생성되는 균열 내에서 견고히 고정될 것이며 동일 물질의 증착층 이후 양호하게 결합될 것이다.
예를 들어 모노크리스탈린 실리콘(monocrystalline silicon)과 같은 다른 형식의 실리콘이 사용될 수 있다. 그러나 초크랄스키-성장(CZ) 모노크리스탈린 실리콘(Czochralski-grown monocrystalline silicon)은 일반적으로 300mm 타워에 필요한 경우 넓은 지름에 유용하지 않으며 벗겨지거나(chipping) 균열이 발생할 수 있다. 주조 실리콘이 가용하며, 이는 전형적으로 무작위 방향성이며 크기에 적합하 지만, 그 순도 및 종종 그 강도가 일반적으로 무작위 방향성 CZ 폴리실리콘보다 작다. 본 발명의 양상에 따라서 사용 가능한 실리콘 물질은, 전술한 대부분의 종류의 실리콘이 보다 순도가 높지만 적어도 99at% 원소 실리콘으로 이루어지는 것으로 이해되어야 한다.
그러나 본 발명의 에지링의 양상이 실리콘링 및 타워에 한정되는 것이 아니며, 석영, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘-주입 실리콘 카바이드(silicon-impregnated silicon carbide)와 같은 다른 물질로 이루어질 수 있음을 주지하여야 한다. 실리콘-주입 실리콘 카바이드는, 근사 화학량적 실리콘 카바이드를 용융 실리콘에 노출시킴으로써 또는 실리콘 및 그래파이트 파우더의 제어된 양을 블랜딩(blending)하고 혼합체를 주조하고, 이를 가열하여 실리콘 대 탄소의 선택된 비율을 획득함으로써 이루어질 수 있다.
도 4를 참조하여, 레그(12, 14, 16)는 그 하단부 및 도시되지 않은 상단부에 각각 텐던(tendon)(50)을 가져서, 하부 베이스(18) 및 도시되지 않은 상부 베이스 상에 상응하는 홀 안에 고정된다. 핑거(22)는 일반적으로 수평 방향으로 레그 스템(24)으로부터 일반적으로 일정한 두께 및 일정한 너비 섹션(52)으로 방사상 내측으로 연장되며, 상기 너비 섹션의 상부에서 링 지지면(28)이 형성된다. 다음, 핑거(22)는 경사 섹션(54)을 따라 부분적으로 상방으로 방사상 내측으로 더 연장되며, 상기 섹션은 일정한 두께를 갖지만 반드시 필요한 것은 아니다. 다음, 핑거(22)는 일반적으로 수평 방향으로 방사상 내측으로 더 연장되지만 쐐기형 팁 내에서 측벽체(56)를 한 점에 모으며, 상기 쐐기형 팁 상에서는 리지(34)에 의해 방 사상 외측면 상에서 연결되는 웨이퍼 지지면(32)이 형성된다. 도 5의 링(26) 내의 리세스(42, 44)의 측벽체(58)는 유사하게 팁 측벽체(56)에 경사지지만 팁 측벽체(56)의 분리된 부분보다 다소 큰 간격으로 분리되어, 에지링(26)이 측벽체(56)에 의해 수직으로 통과한다.
그 결과, 에지링(26)은, 3개의 상응하는 핑거(22) 세트에서 모든 3개의 레그(12, 14, 16)의 리지(34)의 상부 상의 레벨로 타워(10) 내에 수동으로 또는 로봇 작용으로 삽입될 수 있다. 에지링(26)이 후면 레그(16)의 스템(24)에 거의 이르렀다면, 에지링(26)은 낮추어지고 리세스 측벽체(58)는 팁 측벽체(56)를 통과하여, 링 지지 세그먼트(48)가 레그(12, 14, 16)의 링 지지면(28) 상에 놓이도록 위치한다. 핑거(22)의 경사면(54)은 레그(12, 14, 16)의 에지링(26)을 중앙으로 정렬하도록 돕는다. 에지링(26)이 에지링 지지면(28) 상에 놓였다면, 중력 하에 남겨진다. 그러나 바람직한 경우, 에지링(26)은 역순으로 제거될 수 있다.
웨이퍼(30)와 에지링(26) 사이에서 수직 공간이 근사하게 제어되는 것이 바람직하다. 레그를 통과하지 않는 반지름을 따라 취한 도 6의 측면도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(30)의 상부면(62)은 바로 위 에지링(26)의 바닥면(64)으로부터 간격(A)으로 분리되고 바로 아래 에지링(26)의 상부면(66)으로부터 간격(B)으로 분리된다. 반면에, 웨이퍼(30)의 중간면(38)은 상부 에지링(26)의 바닥면(64)으로부터 간격(C)으로 분리되고 하부 에지링(26)의 상부면(66)으로부터 간격(D)으로 분리된다. 제 1 디자인 원리는, 공간을 A=B로 설정한다. 제 2 디자인 원리는, 공간을 C=D로 설정한다. 전자는 과도 조건 균등성에 대한 것이며, 후자는 평형 균등성에 대한 것이다. 디자인 원리들은 각각의 핑거(22)의 웨이퍼 지지면(32)과 에지 지지면(28) 사이의 수직 구분을, 핑거(22)의 수직 피치 및 웨이퍼(30)의 에지링(26) 두께를 고려하여 결정한다. 웨이퍼 및 에지링을 위한 동일한 두께 및 그 정렬에서, 웨이퍼와 에지링 사이의 평균 열적 로딩은 일반적으로 일정하게 여겨진다. 본 도면은, 어떠한 웨이퍼(30)도 다른 웨이퍼(30) 또는 다른 에지링(26)의 동일한 영역을 보며, 그 세트들 모두 실질적으로 동일 온도이고 따라서 웨이퍼(30) 상의 에지 효과를 감소시킴을 도시한다. 또한, 쐐기형 핑거 팁의 바닥부가 실질적으로 링 지지면(28) 상에서 지지되는 에지링(26)의 바닥면 레벨 상에 있어서 이에 다라 에지링(26)이 타워(10) 내에 위치한 이후 웨이퍼 전송을 위한 최대 공차를 제공하는 것이 바람직하다. 축방향으로 다양한 간격을 포함하는 다른 디자인 원리도 가능함을 주지하여야 한다.
에지링(26)이 타워(10) 내에 로딩된 이후, 웨이퍼(30)가 삽입될 수 있고 이미 위치하고 있었던 에지링(26)으로부터 간섭 없이 타워(10)로부터 제거될 수 있다. 에지링(26)은 다수의 웨이퍼 사이클 동안 타워(10) 내에 남겨질 수 있다.
에지링(26)이 특정 사유로 인하여 오류인 경우, 이는 타워(10)로부터 제거될 수 있고 새로운 타워(10)를 만들 필요 없이 새것으로 교체될 수 있다.
다른 실시예는 웨이퍼 및 에지링을 위한 구분된 레그 핑거를 제공한다. 도 7에서 사시도로 도시된 바와 같이, 에지링(70)은 2개의 측면 리세스(72, 74) 및 1개의 후면 리세스(76)를 포함한다. 모든 리세스(72, 74, 76)들은 링(70) 외측 둘레로부터 직사각으로 커팅될 수 있어서, 도 5의 리세스(42, 44, 46)에 상응하는 각 위치 상에서 레그 내에서 유사하게 형태지어진다. 도 8에서 완전히 도시되고 도 9에서 전개도로 도시된 레그(80)는 도 2 및 도 3의 타워의 레그 중 어느 하나로 사용될 수 있어서, 링(70)을 지지하고 잠금한다. 레그(80)는 웨이퍼 핑거(82) 및 상호 사이에 끼여진 링 핑거(84)를 포함하며, 일반적으로 축방향으로 연장된 스템부(86)로부터 수평 방사상 내측으로 연장된다.
웨이퍼 핑거(82)는 각각 웨이퍼 지지 영역(88)을 포함하며, 이는 수평방향이거나 또는 바람직한 경우 평평한 지지 팁 영역으로 경사진다. 웨이퍼 지지 영역(88)의 후방 및 방사상 외측은 웨이퍼 리지(90)에 의해 한정되며, 이들은 웨이퍼 지지 영역(82) 상에서 웨이퍼를 정렬한다. 웨이퍼 핑거(82)의 외측부 상의 경사진 측벽체(82)는 쐐기형 팁을 제공한다. 링 핑거(84)는 각각 전형적으로 평평하며 수평으로 연장되는 링 지지 영역(94)을 포함하며, 이는 에지링(80)의 의도된 원주의 약간 후면에 위치한 링 리지(98)에 의해 그 후면 상에서 그리고 핑거 에지(96)의 정면 상에서 한정된다. 웨이퍼 및 링 지지 영역(88, 94)의 상대적인 반지름 및 축방향 위치는 제 1 실시예에서 전술한 바와 동일하게 디자인될 수 있다.
용이하게, 핑거 에지(96)는 웨이퍼 리지(90) 상의 동일 반지름상 위치에서 수직으로 기계가공될 수 있으며, 이는 웨이퍼 전달을 위해 보다 큰 공차를 제공한다. 링 리지(98)의 후면에 형성된 핑거 스텝(100)이 그 너비보다 약간 작은 너비를 기자며 링 리세스(72, 74, 76)의 다른 형태 또는 유사하게 일반적 직사각 형태를 갖는다. 핑거 스텝(100)의 상부와 웨이퍼 핑거(82)의 바닥부 사이의 경로(102)는 에지링(70)의 두꼐보다 두꺼워서, 에지링(70)이 이를 통하도록 한다. 이에 따 라, 에지링(70)은 적어도 측면 레그의 그 의도된 핑거 리지(96) 상에서 경로(102)를 따른 통과 또는 미끄러짐에 의해 조립된 타워 내에 삽입될 수 있다. 에지링(70)이 의도된 위치에 이르면, 링 리세스(72, 74, 76)는 각각의 핑거 스텝(100) 둘레에 위치하며, 에지링(70)은 핑거 스텝(100)의 측면을 통과하여 아래로 또는 그 리세스로 낮추어질 수 있어서, 에지링(70)이 에지 지지 영역(94) 상에 놓이고 중력에 의해 핑거 스텝(100)에 상호 결합된다. 에지링(70)이 모두 로딩되면, 이들은 후속하는 웨이퍼 세트가 타워로부터 로딩 및 언로딩됨에 따라 남겨질 수 있다. 그러나 에지링(70)은 유지, 교체 및 다른 이유로 인하여 레그로부터 탈착 가능하다.
웨이퍼 지지 영역(88) 후면의 리세스(104)는 전형적으로 적어도 정면 레그에 필요하며, 이는 지지되는 웨이퍼의 중앙 정면에 위치하여 웨이퍼의 총 지름이 정면 레그 너머 삽입되어 웨이퍼 지지면 상에서 하방이 되도록 한다. 그러나 리세스(104)의 깊이는 도 10에서 레그(106)로서 사시도로 도시된 바와 같이 감소될 수 있다. 그 결과, 핑거(82, 84)들은 보다 덜 뚜렷하게 구분된다.
도 10의 레그(106)의 실시예로서, 각각의 웨이퍼 및 링 핑거(82, 84)는 스텝(90)을 웨이퍼 지지 영역(88)의 후면에서 에지링 지지 영역(94) 수준의 상방으로 연장시킴으로써 단일 핑거 내에서 조합되어, 핑거 리지(96)와 합쳐지고 웨이퍼 지지 영역(88)의 후면의 리세스(104)를 제거한다. 결과적인 구조는, 핑거(22)가 하방으로 연장되고 각각의 핑거 상에 웨이퍼 지지체(32)가 존재하는 도 4의 구조와 반대로 링 지지 영역(28) 아래에 있다. 이러한 레그(106)는 기계 가공을 덜 하고 기계적 강도가 높은 장점을 갖지만, 웨이퍼 에지 근처에서 추가 레그 질량을 주입 한다. 웨이퍼 중심 뒤의 후면 레그가, 에지링을 지지하는 상부 및 방사상 외측단(tier) 및 웨이퍼를 지지하는 하부 및 방사상 내측단의 2단 핑거로 형성되는 것이 가능하다.
도 7에서 측면 리세스(72, 74)가 에지링(70)을 2개의 정면 레그에 잠금하기 때문에, 후면 레그 상에 어떠한 잠금 메커니즘이 필요하지 않다. 즉, 에지링(70) 내에서 후면 리세스(76)를 제거하고 후면 레그(80. 106)의 에지 스텝(98) 뒤로 가능하다면 레그 스템(86)으로 연장되는 것이 가능하여, 에지링(70)의 원형 둘레를 정렬한다. 감소된 기계 가공은 구분된 디자인 및 두 가지 형식의 레그에 의해 상쇄된다.
다른 에지링(110)이 도 11의 평면도로 도시되며, 4개의 레그(80)를 갖는 타워를 위해 구성된다. 2개의 후면 리세스 및 노치(notch)(112, 114)는 2개의 후면 레그(80)를 체결하며, 이는 삽입축(116)으로부터 동일한 반대 각도로 오프셋되고 중심(40)을 면한다. 노치(112, 114)들의 외측면(118)은 중심(40)의 반지름에 근접하게 커팅되고, 내측면(120)은 삽입축(116)에 평행하게 커팅되어 레그(80) 상의 로딩을 용이하게 한다. 내측 평평부(flat)(112, 124)는 삽입축(116)에 평행하게 커팅되지만 오직 부분적으로 후면을 향하여 링 스텝(126)을 형성한다. 바람직하게는, 링 스텝(126)은 중심(40)을 통과하는 지름에 수직하게 전방으로 놓인다. 2개의 측면 레그(80)는 적어도 부분적으로 바람직하게는 완전히 중심(40)의 전방에 놓이고 삽입축(116)을 수직으로 향하는 면을 지향한다.
도 12의 정면 사시도에 도시된 바와 같이 에지링(110)이 로딩되면, 내측 평 평부(122, 124)는 각각의 측면 레그(80)의 웨이퍼 리지(90)에 정렬되고, 도 13에서 후면 사시도로 도시된 바와 같이, 링 스텝(126)이 아래로 떨어지고 후면 레그(80)의 에지링(110)의 체결에 대향하여 핑거 스텝(100)의 측면에 수동적으로 그리고 중력식으로 잠금된다. 이러한 위치에서 에지링(110)은 중심(40)의 후면에서 멀리 있는 후면 레그들 및 중심(40)의 완전한 정면이 아닌 약간 정면인 정면 레그(80)에 의해 안정적으로 지지된다. 도 11에 도시된 바와 같이 외측 평평부(128)가 삽입축(116)에 평행하게 에지링(110)의 횡측부 내에서 커팅될 수 있어서 측면 레그(80)를 지나서 에지링(110)의 로딩을 용이하게 하고 타워 및 그 레그의 횡방향 너비를 감소시킨다. 파츠 번호 및/또는 시리얼 번호(130)가 에지링(110)의 평행 표면 상에 각인될 수 있다.
측면 평평부(122, 124) 및 링 스텝(126)의 구성은 도 7의 3-레그 링(70) 내에서 측면 노치(72, 74)에 대체될 수 있다.
에지링(70)에 대해 전술한 바와 같이, 후면 레그가 별도로 구성되어 에지링(110)의 원주에 접촉하는 경우 에지링(110)의 후면 리세스(112, 114)가 제거될 수 있다.
도 11의 에지링(110)은 4개의 레그를 갖는 타워용으로 디자인된다. 반면에, 도 14에서 부분 사시도로 도시되고 도 15에서 부분 단면도로 도시된 타워(140)는 오직 3개의 레그를 가지며, 상세히 이는 그 하단부가 하부 베이스(148)에 고정되고 상단부가 도시되지 않은 상부 베이스에 고정된 두 개의 측면 레그(142, 144) 및 하나의 후면 레그(146)이다. 도시된 바와 같이, 측면 레그(142, 144)는 타워(140), 웨이퍼(30) 에지링(152)의 중심(40)에서 완전히 전방에 위치한다. 노치(150)는 후면 레그(146)의 후면 및 베이스(148)의 후면 모두 내에 형성되어 열적 커플링을 수용하여 웨이퍼에 근접한 온도를 측정한다. 핑거가 레그(142, 144, 146) 내에 형성되어 에지링(152)과 웨이퍼(30)를 지지한다(도 13에는 미도시). 핑거는 측면 레그(142, 144)와 후면 레그(146) 사이에서 상이하여 측면 레그(142, 144)가 에지링(152)의 측면 스텝을 통과하도록 한다. 에지링(152)의 내측 원주는 중심(40)을 중심으로 거의 원형이며 웨이퍼(30)를 약간 달고 있는 내측 평평부(154)를 제외하고 웨이퍼(30)의 외측 원주 외곽으로 약간 이격된다. 에지링(152)의 외측 원주는 중심을 중심으로 거의 원형이지만 2개의 측면 스텝과 하나의 후면 노치를 포함하여 레그(142, 144, 146)에 에지링(152)을 수동적으로 내측 잠금한다.
증착 처리의 연장된 작업 이후 필름 두께가 타워(10) 및 에지링(26, 70, 110, 152) 상에서 입자 플레이크(particle flaking)에 충분한 두께에 이를 것이 예상되며, 이는 문제가 될 수 있다. 이 경우에도 증착된 필름이 타워(10)에 에지링을 상호 브리지에 의하여 부착시키는 것이 가능할 수 있다. 실리콘으로부터 필름을 세정하는 일반적인 절차가 있다. 따라서, 실리콘 타워(10)와 부착된 실리콘 에지링 모두 아래에 놓인 실리콘을 제거하지 않고 증착층을 제거하는 에칭 배스(etching bath) 내에 놓일 수 있다. 예를 들어, HF는 산화 실리콘 및 질화 실리콘을 실리콘으로부터 제거한다. 실리콘 일부는 석영 일부에 비하여 세정 내에서 보다 큰 선택성을 갖는다. 부서진 링의 경우 유사한 타워 및 링 에치가 파편들이 제거되기 전 타워에 접착된 파편을 갖는 부서진 에지링을 제거하도록 수행되는 것 이 가능하다.
에지링의 형태는 전술한 것에 제한되지 않는 것을 주지하여야 한다.
실리콘 에지링이 보다 큰 장점을 제공하지만, 탈착 가능한 본 발명의 특징은 타워 또는 에지링이 석영, 실리콘 카바이드, 또는 실리콘 주입 실리콘 카바이드와 같은 다른 물질로 이루어지는 경우에도 유용하다. 모든 물질들에 링과 타워의 간단한 구조 및 재연마의 용이성이 중요한 제조 경제성을 제공할 수 있다.
본 발명은 전술한 HTO 처리에 제한되지 않으며, 다른 처리, 가능한 경우 다른 처리 가스, 실리콘, 실리콘-온-인슐레이터 또는 유리질이나 세라믹 기판과 같은 다른 웨이퍼 및 다른 처리 온도에 유용할 수 있다. 본 발명은 고온 처리에 가장 유용하지만 화학적 기상 증착과 같은 저온 처리에 적용될 수 있다.
에지링이 실리콘으로 이루어진 경우, 모든 실리콘-고온 영역이 큰 스케일의 상업적 제조를 위해 가열로에서 유용할 수 있다. 도 16에 단면도로 도시된 수직으로 배열된 가열로(160)는 열적으로 절연인 히터 캐니스터(heater canister)(162)를 포함하며, 이는 도시되지 않은 전력 공급원에 의해 전력을 공급받는 저항성 가열 코일(164)을 지지한다. 전형적으로 석영으로 이루어지는 벨형 자아(bell jar)(166)는 지붕부를 포함하고 가열 코일(164) 내에 맞추어진다. 예를 들어, 단부에서 개방되는 라이너(168)가 벨형 자아(166)에 맞추어진다. 전술한 타워에 상응하는 지지 타워(170)는 상부 및 하부 베이스(174, 176)에 고정되거나 또는 도시되지 않은 에지링 및 웨이퍼를 지지하는 3개 또는 4개의 레그(172)를 갖는다. 지지 타워(170)는 받침대(178) 상에 안착한다. 처리 동안, 받침대(178)와 지지 타 워(170)는 일반적으로 라이너(168)에 의해 둘러싸인다. 상이한 높이의 출구 포트를 갖는 하나 또는 그 이상의 가스 주입기(180)가 라이너(168)와 타워(170) 사이에 위치하며 라이너(168)로서 상이한 높이로 처리 가스를 주입하기 위한 출구를 갖는다. 도시되지 않은 진공 펌프는 처리 가스를 벨형 자아(166)의 바닥부를 통해 제거한다. 히터 캐니스터(162), 벨형 자아(166) 및 라이너(168)는 수직으로 상승할 수 있어서 웨이퍼가 타워(170)에 전달되고 타워로부터 전달되지만, 소정의 구성에서는 이러한 부재들이 고정되어 남고 상승기가 가열로(160)의 바닥부 안팎으로 받침대(178) 및 로딩된 타워(170)를 상승 및 하강시킨다.
벨형 자아(168)는 그 상단부에서 폐쇄되며 가열로(160)가 가열로의 중앙 상부에서 일반적으로 균등한 고온을 갖도록 한다. 이는 온도가 최적화된 열 처리에서 제어되는 고온 구역(hot zone)으로서 지칭된다. 그러나 벨형 자아(168)의 개방된 바닥 단부 및 받침대(178)의 기계적 지지체는 가열로의 하부가 저온을 갖도록 하며, 이는 화학적 기상 증착이 이루어지지 않는 열처리 정도의 저온이다. 고온 구역은 타워(170)의 하부 슬롯 중 일부를 포함할 수 있다.
에지링뿐만 아니라 타워, 라이너 및 주입기가 실리콘으로 이루어져서 고온 구역 내의 모든 물질이 매우 균등한 순도를 갖는 처리될 실리콘 웨이퍼와 동일한 실리콘 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 배플 웨이퍼가 사용될 수 있으며, 이는 전술한 가출원 제 60/694,334호 실용신안출원에 기재된다. 모든 실리콘 고온 구역은 실리콘 웨이퍼 처리에 있어서 입자도 및 불순물 레벨이 매우 낮다. Boyle 등은 미국 특허 제 6,450,346호에서 실리콘 타워 제조를 기재하고, 2003년 8월 15일 출원되어 현재 미국 특허 출원공보 2004/0129203 A1으로 공보된 미국 특허출원 제 10/642,013호에서 실리콘 라이너를 기재하며, 이는 본 출원에서 참조된다. Zehavi 등은 2005년 7월 8일 출원된 미국 출원 번호 제 11/177,808호에 실리콘 주입기 제조를 기재하였으며, 이는 본 출원에서 참조된다. Boyle 등은 미국 특허 출원공보 2004/0213955에서 실리콘 구조체 조립을 위한 실리콘 파우더 및 스핀-온 글래스(spin-on glass)를 기재하였다. 이러한 모든 실리콘 부품들은 캘리포니아 서니베일의 Integrated Materials, Inc.로부터 입수 가능하다.
본 발명은 증진된 열적 기능 및 감소된 오염 및 입자를 갖추며 제조가 경제적이며 유지가 용이한 구조체를 제공한다.

Claims (26)

  1. 타워 어셈블리로서,
    상기 타워 어셈블리는 2개의 베이스 및 상기 베이스들에 고정된 다수의 레그를 포함하는 타워를 포함하며, 상기 다수의 레그는 수직 평행 배열체 내에서 다수의 웨이퍼를 탈착 가능하게 직접적으로 지지하고 상기 웨이퍼들 중 이웃한 웨이퍼 사이에서 다수의 에지링을 탈착 가능하게 직접적으로 지지하며 그리고 상기 웨이퍼 지름 너머 방사상 외측으로부터 연장되는,
    타워 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타워는 실리콘으로 이루어진,
    타워 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 타워 어셈블리는 상기 다수의 에지링을 더 포함하는,
    타워 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 타워 및 상기 에지링은 실리콘으로 이루어진,
    타워 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에지링은 무작위 방향성 폴리크리스탈린 실리콘(random oriented polycrystalline silicon)을 포함하는,
    타워 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 에지링은 초크랄스키-성장 폴리크리스탈린 실리콘(Czochralski-grown polycrystalline silicon)을 포함하는,
    타워 어셈블리.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 타워는, 석영, 실리콘 카바이드, 및 실리콘-주입 실리콘 카바이 드(silicon-impregnated silicon carbide)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는,
    타워 어셈블리.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 핑거가 웨이퍼 지지면 및 하부 방사상 외측 에지링 지지면을 포함하는,
    타워 어셈블리.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 핑거의 경사면이 상기 웨이퍼와 상기 에지링 지지면을 연결하는,
    타워 어셈블리.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 각각의 에지링이 일반적인 고리형이며 상기 핑거들을 체결하는 다수의 방사상 내측 리세스를 포함하며, 상기 리세스의 방사상 외측인 각각의 링의 세그먼트부는 상기 에지링 지지면 상에서 지지될 수 있는,
    타워 어셈블리.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 핑거는 웨이퍼 지지면 및 보다 높은 방사상 외측 에지링 지지면을 포함하는,
    타워 어셈블리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 각각의 에지링이 일반적인 고리형이며 상기 핑거들을 체결하는 다수의 방사상 외측 1-면 또는 2-면 리세스를 포함하며, 상기 리세스들의 방사상 내측인 각각의 링의 세그먼트부는 상기 에지링 지지면 상에서 지지될 수 있는,
    타워 어셈블리.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 리세스들 중 2개는 2면 평평부(two side flat) 및 관련 스텝(step)들을 포함하는,
    타워 어셈블리.
  14. 타워 및 에지링 어셈블리로서,
    상기 타워 및 상기 에지링 어셈블리는 수직으로 이격되어 평행하게 다수의 웨이퍼를 지지하기 위한 타워를 포함하며, 상기 타워는 상기 웨이퍼가 끼워진 상기 타워 내에 탈착 가능하게 포함되며 상기 웨이퍼의 적어도 대부분의 영역 상에서 중앙틈을 갖고 상기 웨이퍼의 둘레로부터 방사상 외측으로 연장되는 에지링을 포함하는,
    타워 및 에지링 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 에지링의 내경은 상기 웨이퍼 지름보다 10mm 이하보다 크고 10mm 이하보다 작은 범위 내인,
    타워 및 에지링 어셈블리.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 에지링 및 상기 타워는 실리콘 에지링 및 실리콘 타워인,
    타워 및 에지링 어셈블리.
  17. 처리 웨이퍼를 개별적으로 지지하는 웨이퍼 지지 타워의 레그 상에서 탈착 가능하게 지지되는 에지링으로서, 그 외경이 웨이퍼의 지름보다 큰 일반적인 고리형 부재 및 상기 타워의 상기 레그와 협력작용하는 중력식 탈착 가능 잠금 메커니즘을 포함하는,
    에지링.
  18. 제 17 항에 있어서,
    적어도 99at% 실리콘을 포함하는,
    에지링.
  19. 제 17 항에 있어서,
    석영, 실리콘 카바이드, 및 실리콘-주입 실리콘 카바이드로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는,
    에지링.
  20. 실질적인 원형 기판을 지지하게 위한 지지 타워로서,
    중심축 둘레로 배열된 다수의 레그가 고정된 2개의 베이스를 포함하며,
    상기 레그들 각각 중 2개 이상은,
    상기 중심축으로부터 제 1 반지름으로부터 제 2 반지름으로 연장되고 상기 기판을 지지하도록, 상기 레그를 따라 축방향으로 배열된 다수의 제 1 지지면; 및
    상기 제 1 반지름보다 큰 제 3 반지름으로부터 제 4 반지름으로 연장되고 링형 부재를 지지하도록, 상기 제 1 지지면들이 축방향으로 끼워진 다수의 제 2 지지면을 포함하는,
    지지 타워.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 3 반지름은 상기 제 2 반지름 이상인,
    지지 타워.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 지지면의 각각의 하나 및 상기 제 2 지지면의 각각의 하나는 축방향으로 연장된 상기 레그의 스템부(stem portion)로부터 연장된 각각의 핑거 내에 형성되는,
    지지 타워.
  23. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 지지면 및 상기 제 2 지지면은 축방향으로 연장된 상기 레그의 스템부로부터 연장된 각각의 제 1 핑거 및 제 2 핑거 내에 형성되는,
    지지 타워.
  24. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 제 2 지지면과 상기 스템부 사이에서 상기 제 2 핑거 내에 형성된 스텝(step)을 더 포함하는,
    지지 타워.
  25. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 레그는 석영, 실리콘 카바이드, 및 실리콘-주입 실리콘 카바이드 중 어느 하나로 형성되는,
    지지 타워.
  26. 가열로 어셈블리(furnace assembly)로서,
    가열로 내에 맞추어질 수 있는 실리콘 라이너(liner),
    상기 라이너에 맞추어질 수 있으며 다수의 웨이퍼를 지지하기 위한 실리콘 타워,
    상기 타워와 상기 타워 사이에 맞추어질 수 있는 하나 이상의 실리콘 가스 주입기; 및
    외경이 상기 웨이퍼보다 큰 다수의 실리콘 에지링으로서 상기 웨이퍼가 끼워진 상기 타워 상에서 탈착 가능하게 지지되는, 다수의 실리콘 에지링
    을 포함하는,
    가열로 어셈블리.
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