KR20110072059A - 기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체 - Google Patents

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KR20110072059A
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하나실리콘(주)
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Abstract

본 발명은 반도체 제조에 있어서 실리콘 기판의 열처리에 사용되는 실리콘 적재 조립체의 로드와 베이스(또는 플레이트)를 실리콘으로 제조되는 볼트를 이용하여 결합하는 기계적 체결구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 적재 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 실리콘 기판의 열처리에 사용되는 실리콘 적재 조립체로서, 적재되는 웨이퍼의 상부에 위치하며, 실리콘 재질로 이루어진 상부 플레이트; 상기 웨이퍼의 하부에 위치하며, 실리콘 재질로 이루어진 하부 플레이트; 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트 사이에 수직으로 배치되며, 적재되는 상기 웨이퍼를 지지하는 하나 이상의 지지홈이 구비되며, 실리콘 재질로 이루어진 하나 이상의 로드; 및 실리콘 재질로 형성되고 상기 플레이트 및 상기 로드에 삽입되어 각각을 결합시키는 체결부재;를 포함하되, 상기 로드는 상기 플레이트에 일부 삽입된 상태로 상기 체결부재를 통해 기계적으로 체결된다.
실리콘, 보트, 로드, 나사, 볼트

Description

기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체{Silicon storage assembly with mechanical coupling structure}
본 발명은 기계적 체결구조를 포함하며, 수직 퍼니스에서의 열처리를 위해 실리콘 기판을 적재할 수 있는 실리콘 적재 조립체에 관한 것이다.
반도체 제조에 있어서 실리콘 웨이퍼(또는 실리콘 기판)의 고온 확산 고정이 요구되는 데, 이를 일괄하여 처리하는 방법이 사용되고 있으며, 이는 다수의 실리콘 웨이퍼가 웨이퍼 지지구조물에 적치되는 방식으로 수행된다. 이를 위해 복수개의 웨이퍼를 수평 또는 수직으로 적재할 수 있는 실리콘 적재 조립체(silicon storage assembly)가 사용되고 있다.
수직으로 배열되는 실리콘 적재 조립체는 수직 퍼니스 내에 놓이고, 퍼니스 내에서 웨이퍼의 열적 처리를 위한 개별적인 웨이퍼의 주요면의 수평 방향으로 수직 스택에서 다수의 실리콘 웨이퍼를 지지하게 된다.
실리콘 적재 조립체는 산화물 또는 질화물의 평면층을 적재된 실리콘 웨이퍼에 증착시키거나, 이미 증착된 층 또는 이식된 도펀트를 현재 층으로 어닐링시키는 것과 같은 공정에서 고온에 오랫동안 노출된다. 대부분의 공정에서 1000℃ 또는 1250℃를 초과하는 고온에 노출되며 이러한 고온은 실리콘 적재 조립체의 종래 재료인 석영 또는 탄화실리콘으로부터 반도체 실리콘 웨이퍼로 불순물을 확산시키는 것을 활성화시키게 된다. 이러한 문제는 보일(Boyle) 등의 미국특허 제6,450,346호와 같이 미가공 폴리실리콘으로 제조된 실리콘 적재 조립체를 사용하는 것에 의해 불순물 확산을 해결하고 있다.
이러한 실리콘 적재 조립체의 제조에 있어 기계 가공된 실리콘 로드를 베이스에 결합시키는 것이 필수적이며, 이때 결합의 방식에 따라 반도체 제조공정 중에 불순물의 확산이 좌우되기도 한다. 종래 결합의 방법으로 대한민국 공개특허 10-2006-0003361호는 실리카 또는 그 밖의 실리케이트 유리를 형성하는 실리카 가교제 내에 동반된 실리콘 분말을 포함하는 접착제를 사용하여 결합되도록 하는 구성을 제시하고 있다. 도 1에서와 같이 상부 및 하부 플레이트(120)와 수직으로 결합되는 로드(110) 사이에 접착제를 도포하여 부착하는 방식이다. 그러나 이러한 접착제를 사용하는 방식은 고온에 장시간 노출되는 환경에서는 접착력이 감소할 수 있고, 접착제 내에 포함된 이물질로 인해 오염을 유발할 수 있으며, 접착강도의 유지에 대한 신뢰성이 떨어질 수 있으며, 더 나아가서는 접착부위가 파손되는 문제를 일으킬 수 있다. 이와 같이 접착력이 감소하는 경우 실리콘 적재 조립체 내에 적재된 실리콘 웨이퍼가 실리콘 적재 조립체 외부로 추락할 수 있으며 이러한 경우 큰 손실을 유발하게 된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 나사와 같은 기계적 결합을 이용하여 실리콘 적재 조립체의 구조물들을 연결하도록 함으로써 보다 견고하고, 장시간 동안 결합력이 유지되어 파손에 대한 신뢰성이 높은 실리콘 적재 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기계적 결합으로 나사결합을 제안하며 특히 실리콘 적재 조립체와 같은 재질의 나사로 결합하도록 하여 고온 열팽창으로 인한 체결부위의 변형을 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 접착제를 사용하지 않고 기계적 결합방식을 사용하여 구조물을 체결하게 되어 재사용을 위한 실리콘 적재 조립체의 세정시 로드와 상하판을 분리하여 세정할 수 있게 되어 세정 및 재사용 작업이 원활하도록 하는 실리콘 적재 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 특징에 따른 실리콘 적재 조립체는 적재되는 웨이퍼의 상부에 위치하며, 실리콘 재질로 이루어진 상부 플레이트; 상기 웨이퍼의 하부에 위치하며, 실리콘 재질로 이루어진 하부 플레이트; 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트 사이에 수직으로 배치되며, 적재되는 상기 웨이퍼를 지지하는 하나 이상의 지지홈이 구비되며, 실리콘 재질로 이루어진 하나 이상의 로드; 및 실리콘 재질로 형성되고 상기 플레이트 및 상기 로드에 삽입되어 각각을 결합시키는 체결부재;를 포함하되, 상기 로드는 상기 플레이트에 일부 삽입된 상태로 상기 체결부재를 통해 기계적으로 체결된다.
바람직하게는 상기 체결부재는 나사산이 형성된 볼트이며, 상기 플레이트 및 로드에는 상기 볼트가 삽입될 수 있는 결합홈이 각각 형성된다. 더욱 바람직하게는 상기 로드의 양끝단이 각각 상부 및 하부에 배열되는 플레이트에 소정깊이 삽입되도록 상기 플레이트에 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈은 상기 결합홈과 동일축상에 형성될 수 있다.
또한 바람직하게는 상기 로드에 형성되는 결합홈의 내측에는 상기 볼트와 나사결합할 수 있도록 나사산이 형성된다.
또한, 상기 결합홈과 상기 볼트의 나사산 사이의 유격이 접착제로 채워질 수 있다. 이때, 상기 접착제는 상기 볼트의 볼트 머리와 상기 플레이트에 일부 삽입되는 로드의 끝단 구조로 인해 외부로 노출되지 않는다.
이때 상기 삽입홈은 사다리꼴 단면을 갖도록 형성되어 상기 로드와 상기 플레이트의 결합시 자동으로 결합홈의 중심이 일치되도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는 상기 체결부재는 나사산이 형성되는 몸체와 몸체보다 직경이 큰 볼트머리를 포함하며, 상기 볼트머리는 상기 플레이트의 결합홈에 삽입도록 형성된다.
본 발명은 로드와 베이스를 실리콘으로 제조되는 볼트를 이용하여 결합하는 기계적 체결구조가 구비된 실리콘 적재 조립체를 제공한다. .
본 발명에 따른 실리콘 적재 조립체는 반도체 공정에서 이용되는 고온 확산공정에서 실리콘 구조물 간의 구조적 결합을 종래의 접착식이 아닌 기계적 방법을 이용하는 것을 제시하기 때문에 종래보다 보다 견고하고 장시간동안 결합력이 유지될 수 있어, 파손에 대한 신뢰성이 높은 결합구조를 제공할 수 있다.
또한, 실리콘 적재 조립체와 같은 실리콘 구조물의 결합재질을 동일재질로 형성하도록 하여 고온 열팽창으로 인한 체결부위의 변형을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 실리콘 적재 조립체를 재사용하기 위하여 세정을 할 경우 실리콘 적재 조립체의 상하부의 플레이트를 쉽게 분리하고 다시 체결할 수 있도록 하는 구조를 제시하기 때문에 세정 및 재사용 작업이 원활한 실리콘 적재 조립체를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 적재 조립체에는 접착제 사용도 가능하며, 이때, 접착제 사용부위는 볼트의 나사산 부위와 체결홈 내로 한정되어, 사용되는 접착제는 외부로 노출되지 않으므로, 종래 기술과 달리 오염 문제를 유발하지 않는다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 실리콘 적재 조립체에 대하여 구체적으로 살펴본다.
실리콘 적재 조립체
도 2는 본 발명에 의한 기계적 결합구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체의 개략도이다.
도 2에서와 같이 실리콘 적재 조립체는 다수개의 실리콘 웨이퍼가 수평으로 적재될 수 있도록 형성된다. 이때 다수개의 실리콘 웨이퍼는 수직 방향으로 배열되게 된다. 웨이퍼가 수평으로 적재될 수 있도록 하기 위해 수직방향의 부재인 로드(lod, 21)에는 소정 높이마다 웨이퍼를 삽입하여 지지할 수 있도록 지지홈(23)이 형성되어 있다.
실리콘 적재 조립체는 웨이퍼와 평행하도록 최상부 및 최하부에 배열되는 상부 및 하부 실리콘 플레이트(11,12)를 포함한다. 상부 및 하부 플레이트(11,12)는 실리콘 적재 조립체의 외부 프레임을 이루게 되며 도시한 바와 같이 전체적으로 원형의 형상을 갖는다.
상부 및 하부 플레이트 사이에는 각각의 플레이트 사이에 다수개의 웨이퍼가 배열될 수 있도록 충분한 공간을 확보하기 위하여 수직으로 플레이트를 지지하도록 결합되는 로드(21)가 결합된다. 로드(21)는 필요에 따라 복수개가 사용될 수 있으며, 웨이퍼가 수평으로 배열될 수 있도록 끼워지는 지지홈(23)이 다수개 형성된다. 로드의 단면은 원형 또는 사각, 사다리꼴 등이 가능하며, 원형보다는 사각, 사다리꼴과 같은 형상이 플레이트에 대한 로드의 위치를 고정할 수 있는 점에서 바람직하다.
한편, 상기 상부 및 하부 플레이트(11,12) 및 로드(21)는 모두 실리콘 재질로 형성된다. 실리콘으로 적재 조립체의 구조체들이 형성됨으로써 실리콘 웨이퍼의 고온 확산공정에 사용될 경우 불순물이 웨이퍼에 포함되는 것을 방지할 수 있게 된다.
플레이트와 로드의 결합
도 3은 본 발명에 의한 기계적 결합구조의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도 3은 편의상 상부 플레이트(12)를 기준으로 설명하고 있으나 하부 플레이트 역시 동일한 결합구조를 사용하게 된다.
본 발명은 상부 및 하부에 배열되는 플레이트(11,12)와 로드(21)를 기계적인 체결방식을 이용하여 결합하는 구조를 제시한다. 기계적인 결합을 위하여 도 3과 같이 플레이트(12) 및 로드(21)를 결합한다.
플레이트의 외주연에 인접한 부분에 상기 로드(21) 끝단의 결합부(42)가 삽입될 수 있도록 삽입홈(41)을 형성한다. 삽입홈(41)은 로드(21)의 끝단부의 단면과 동일한 단면으로 형성되어 그대로 삽입될 수 있도록 할 수 있다. 또한 로드(21)의 끝단에 단차가공을 하여 로드의 단면보다 작은 단면의 결합부(42)를 형성하여 이 결합부(42)가 삽입되도록 삽입홈(41)을 형성할 수 있다. 도 3은 로드 끝단에 단차를 형성한 경우를 도시하고 있다.
본 발명은 이와 같이 결합되는 플레이트의 삽입홈(41)과 로드의 결합부(42) 구조를 제공하여 구조물의 하중을 그 삽입구조에 의해 지지하도록 한다. 실리콘은 일반적으로 취성이 크며, 특히 적재 조립체 구조물은 고온의 열팽창으로 인한 체결부위의 변형을 방지하도록 설계되어야 하기 때문에 상기와 같이 로드가 플레이트에 일부 삽입되도록 하여 구조물의 하중을 지지하도록 하는 것이다.
도 4는 플레이트(11)과 로드(21)가 삽입되어 결합되는 구조의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 4에서와 같이 로드의 끝단(43)이 테이퍼지도록 형성되어 플레이트(11)에 삽입될 때 자동으로 중심이 맞추어지도록 할 수 있다. 이 경우는 삽입홈(41)이 사다리꼴의 단면을 갖도록 형성되는 것이다.
체결부재
도 3 및 도 4에서 플레이트(12)와 로드(21)에는 결합홈(31)이 각각 형성되어 체결부재(25)가 플레이트(12)의 외부로부터 삽입된다. 도 5는 본 발명에 의한 체결부재의 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 5와 같이 체결부재(25)는 바람직하게는 나사산이 형성된 볼트가 되며, 체결부재의 재질은 플레이트 및 로드와 동일한 재질인 실리콘으로 형성한다. 체결부재를 실리콘으로 형성함으로써 실리콘 적재 조립체로부터 반도체 공정 중 대상 실리콘 웨이퍼로의 불순물이 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 또한 플레이트 및 로드와 동일한 재질로 형성하여 고온의 열팽창으로 인한 체결부위의 변형을 방지할 수 있게 된다.
다만, 실리콘 재질의 나사의 경우 실리콘 재질 자체의 특성상 취성이 크기 때문에 앞서 설명한 바와 같은 플레이트와 로드의 삽입구조를 통해 구조물 하중의 상당부분을 지지하도록 한다. 체결부재(25)는 도시한 바와 같이 나사산이 형성되는 몸체(27)와 몸체보다 직경이 큰 볼트머리(29)를 포함한다. 몸체에는 끝단부터 일부분에 나사산이 형성되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 플레이트(11)에서 체결부재(25)의 나사산이 형성되지 않은 부분에 대응하는 부분 역시 나사산이 형성되지 않도록 구비된다. 그러나, 체결부재(25)의 몸체 전부에 나사산이 형성될 수 있으며, 그러한 경우 플레이트(11)에서 대응하는 부분 역시 대응하는 나사산 구조가 형성된다.
한편, 체결부재인 실리콘 볼트(25)가 삽입될 수 있도록 플레이트와 로드에 결합홈(31)이 형성된다. 플레이트(11)에는 로드(21)가 삽입되는 삽입홈(41)과 동일축 상에 관통되도록 결합홈(31)이 형성된다. 플레이트에 형성되는 결합홈은 체결부재의 몸체 일부와 볼트머리(29)가 모두 삽입될 수 있도록 단차형성되는 것이 바람직하다.
또한, 로드(21)의 끝단에는 상기 체결부재의 몸체 중 나사산이 형성된 부분이 삽입되어 나사결합할 수 있도록 결합홈(33)이 형성된다. 로드 끝단에 형성되는 결합홈은 내측에 나사산이 형성되어 있으며, 볼트(25)의 몸체에 형성되는 나사산이 결합된다.
본 발명은 실리콘 적재 조립체와 같은 실리콘 구조물 간의 결합을 위해 나사결합을 사용하였고 이와 같은 결합방식은 실리콘 적재 조립체를 재사용하기 위하여 세정을 할 경우 실리콘 적재 조립체의 상하부의 플레이트를 쉽게 분리하고 다시 체결할 수 있도록 하는 구조를 제시하게 된다. 따라서 세정 및 재사용 작업이 원활한 실리콘 적재 조립체를 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 실리콘 적재 조립체는 상기 실시예에 한정되지 않으며, 로드와 상하부 플레이트의 결합 강도 향상을 위해, 볼트(24)와 결합홈(31, 33) 사이에 접착제를 사용할 수 있다. 이러한 접착제로는 실리콘 재질에 사용될 수 있는 것으로서 1200 ℃ 이상의 고온에도 변질되지 않는 것을 사용한다. 실리콘계 접착제, 카본계 접착제 등이 바람직하게 사용된다. 이러한 접착제는 볼트(24)의 나사산과 결합홈(33) 사이에 삽입되어 나사산과 결합홈(33) 사이의 유격을 채워 제거하여 볼트(24)와 결합홈(33) 사이의 결합력을 증진하게 된다. 또한, 접착제는 볼트(24)의 나사산 상부의 기둥과 대응하는 플레이트 내 결합홈(31) 사이에 삽입되어 볼트(24)와 결합홈(31) 사이의 간격을 채워 볼트(24)와 결합홈(31) 사이의 결합력을 증진하게 된다.
이와 같이 접착제가 사용되는 경우, 접착제는 도 3에 도시된 바와 같이, 결합홈(31, 33)과 볼트(24) 사이에만 삽입되며, 볼트의 머리와 로드(21)의 단부 구조로 인해 외부로 노출되지 않아, 접착제에 포함되어 있는 물질에 의한 실리콘 적재 조립체 내 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 종래의 실리콘 보트의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 기계적 결합구조를 포함하는 실리콘 보트의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 의한 기계적 결합구조의 한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 기계적 결합구조의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 체결부재의 한 실시예를 도시한 도면이다.

Claims (8)

  1. 실리콘 적재 조립체에 있어서,
    적재되는 웨이퍼의 상부에 위치하며, 실리콘 재질로 이루어진 상부 플레이트;
    상기 웨이퍼의 하부에 위치하며, 실리콘 재질로 이루어진 하부 플레이트;
    상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트 사이에 수직으로 배치되며, 적재되는 상기 웨이퍼를 지지하는 하나 이상의 지지홈이 구비되며, 실리콘 재질로 이루어진 하나 이상의 로드; 및
    실리콘 재질로 형성되고 상기 플레이트 및 상기 로드에 삽입되어 각각을 결합시키는 체결부재;
    를 포함하되,
    상기 로드는 상기 플레이트에 일부 삽입된 상태로 상기 체결부재를 통해 기계적으로 체결되는 것을 특징으로 하는 기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 체결부재는 나사산이 형성된 볼트이며,
    상기 플레이트 및 로드에는 상기 볼트가 삽입될 수 있는 결합홈이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로드의 양끝단이 각각 상부 및 하부에 배열되는 플레이트에 소정 깊이 삽입되도록 상기 플레이트에 삽입홈이 형성되고, 상기 삽입홈은 상기 결합홈과 동일축상에 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 로드에 형성되는 결합홈의 내측에는 상기 볼트와 나사결합할 수 있도록 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결합홈과 상기 볼트의 나사산 사이의 유격이 접착제로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 기계적 체결 구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 접착제가 상기 볼트의 볼트 머리와 상기 플레이트에 일부 삽입되는 로드의 끝단 구조로 인해 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 기계적 체결 구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 삽입홈은 사다리꼴 단면을 갖도록 형성되어 상기 로드와 상기 플레이트의 결합시 자동으로 결합홈의 중심이 일치되도록 하는 것을 특징으로 하는 기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 체결부재는 나사산이 형성되는 몸체와 몸체보다 직경이 큰 볼트머리를 포함하며, 상기 볼트머리는 상기 플레이트의 결합홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 기계적 체결구조를 포함하는 실리콘 적재 조립체.
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KR20190052296A (ko) * 2017-11-08 2019-05-16 주식회사 월덱스 상압소결 실리콘 카바이드 웨이퍼 캐리어 및 결합구조와 그 결합방법

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