專利名稱：用于容納物體的支架以及制造支架的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于容納要處理的物體、如半導(dǎo)體元器件的襯底的支架，其中，該支架含有碳并且為形成出氣孔或通風(fēng)孔被構(gòu)造為多孔的。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造容納要處理的物體、優(yōu)選為半導(dǎo)體元器件、如晶片的襯底的支架的方法，其中，該支架在使用碳的情況下具有形成出氣孔或通風(fēng)孔的氣孔率。
相應(yīng)的支架例如使用在CVD過(guò)程中。其中，從支架出氣孔中排出的氣流可以保證，通過(guò)使氣體將穿透物體的摻雜原子帶走，從而防止由于摻雜原子引起的自摻雜(參見(jiàn)US-A-6444027)。
為在過(guò)程腔中也清潔扁平物體的背面，根據(jù)US-A-5,960,555，設(shè)有一個(gè)具有開(kāi)孔的基座，清潔氣體通過(guò)開(kāi)孔流到背面上。
根據(jù)JP-A-10223545，用于CVD裝置的基座具有鉆孔，在應(yīng)從前側(cè)進(jìn)行摻雜的物體的背面上排出的摻雜原子通過(guò)鉆孔被帶走。
GB-A-2 172 822涉及一種由纖維構(gòu)成的多孔保持裝置，為固定工件，通過(guò)該保持裝置抽吸空氣。
為無(wú)接觸地輸送物體，DE-A-101 45 686提出了一種具有通孔的圓盤裝置，以便通過(guò)其導(dǎo)引壓力氣體。作為替代方案，也可以使用開(kāi)孔的材料?？梢允褂萌魏尾牧先绮Ａё鳛椴牧稀?br> WO-A-03/049157公開(kāi)了一種晶片的運(yùn)輸裝置。該裝置由一種碳加強(qiáng)的材料組成，所述材料在表面?zhèn)染哂袑?dǎo)電的聚合物以避免充電。
根據(jù)JP-A-11035391的一種基座由一個(gè)封閉的由碳材料構(gòu)成的物體組成。US-A-2003/0160044公開(kāi)了一種相應(yīng)的基座，其由碳組成，并具有封閉的表面。
JP-A-08181150公開(kāi)了一種質(zhì)量輕的、由玻璃狀的碳構(gòu)成的、具有SiC涂層的基座。由于碳化硅涂層，該基座是不透氣的。
為實(shí)現(xiàn)均勻的熱量分配，JP-A-03246931提出了一種由碳材料和碳纖維組成的基座，其由兩塊彼此隔開(kāi)的板構(gòu)成。在兩個(gè)板之間形成的空腔中有孔穿過(guò)。為防止從基礎(chǔ)材料中發(fā)出雜質(zhì)，表面用一層SiC薄膜封閉。
為處理襯底，根據(jù)JP-A-09209152，襯底支承在一個(gè)由塑料纖維加強(qiáng)的材料構(gòu)成的環(huán)上，其在外側(cè)具有一層SiC層。
JP-A-60254610公開(kāi)了一種由多孔碳構(gòu)成的基座。
根據(jù)JP-A-2000031098的一種抽吸裝置具有一個(gè)由合成樹(shù)脂、碳和硬橡膠構(gòu)成的基質(zhì)(Matrix)，其具有垂直延伸的孔，以便通過(guò)負(fù)壓固定支架上的物體。
本發(fā)明的任務(wù)是改進(jìn)一種上述類型的支架以及一種用于制造這種支架的方法，使得通過(guò)支架中的出氣孔可以劑量適當(dāng)?shù)夭⑶曳峙浜线m地排出所希望的氣體。同時(shí)還應(yīng)可以對(duì)氣體在所希望的范圍內(nèi)確定地加熱。此外還應(yīng)有高穩(wěn)定性。同時(shí)還應(yīng)能夠簡(jiǎn)單地制造所希望尺寸的支架。
為解決該問(wèn)題，本發(fā)明主要規(guī)定，支架由一個(gè)由C纖維和/或SiC纖維構(gòu)成的框架或框架段構(gòu)成，纖維嵌入由碳和/或SiC構(gòu)成的基質(zhì)中，并且支架的氣孔率p為5％≤p≤95％，尤其是10％≤p≤95％，其密度p為0.1g/cm3≤p≤3.0g/cm3。尤其是該支架通過(guò)氣相滲透和/或液體浸漬來(lái)穩(wěn)定。其中，框架可由毛氈、纖維網(wǎng)或織物層構(gòu)成。
纖維的穩(wěn)固或加固通過(guò)化學(xué)氣相滲透(CVI)和/或用液態(tài)物質(zhì)浸漬進(jìn)行。由此，在纖維上沉積有碳層和/或碳化硅層，或者所述層由纖維構(gòu)成。纖維可用由一個(gè)或多個(gè)碳層或碳化硅層組成的序列包裹，其中，也可以使用一種由碳過(guò)渡到碳化硅的分級(jí)系統(tǒng)。其中，分級(jí)的意思是，優(yōu)選進(jìn)行連續(xù)的或接近連續(xù)的過(guò)渡。
碳尤其是指熱解碳。
與此不相關(guān)的是，最外層應(yīng)是尤其通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成的SiC層，以便獲得足夠的化學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)，由于碳化硅的擴(kuò)散阻止作用還保證了不會(huì)發(fā)生或只在小范圍內(nèi)發(fā)生基礎(chǔ)材料的雜質(zhì)對(duì)支架的污染。
支架的密度設(shè)為0.1g/cm3至3.0g/cm3之間，其中，隨著密度增高，支架的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性也增強(qiáng)，透氣性則降低。
同現(xiàn)有技術(shù)不同的是，使用由碳纖維和/或碳化硅纖維組成的框架作為支架、也稱為基座，該框架通過(guò)形成或涂覆碳層或碳化硅層穩(wěn)定。通過(guò)涂覆涂層的范圍可以設(shè)置框架的氣孔率。
與此不相關(guān)的是，通過(guò)框架的纖維結(jié)構(gòu)存在統(tǒng)計(jì)分布的或隨機(jī)設(shè)置的各向同性分布的孔道，所述孔道由用要處理的或要清潔的物體加載的氣體通流。通過(guò)對(duì)相應(yīng)的任意延伸的孔道通流，提高了氣體在支架內(nèi)部的停留時(shí)間，從而形成對(duì)氣體非常均勻的加熱。此外，由于有大量的孔道，可以得到具有很高均勻性的氣流。
用于制造開(kāi)頭所述類型支架的方法的特征在于下列方法步驟-制造由C纖維和/或SiC纖維構(gòu)成的框架，并且-用至少一層構(gòu)成基質(zhì)的熱解碳層和/或碳化硅層穩(wěn)定框架，其中，如此穩(wěn)定的框架或框架段作為支架使用。
其中，可以使用由碳組成的或含碳的或轉(zhuǎn)化為碳的毛氈、纖維網(wǎng)或織物層作為框架。這例如可以通過(guò)焦化完成。然后將框架通過(guò)氣相滲透(CVI)和/或液體浸漬穩(wěn)定。其中，可以如此處理框架的纖維，使得形成一層由純碳或純碳化硅組成的涂覆層。也可以在纖維上涂覆由一層或多層碳層和/或一層或多層碳化硅層構(gòu)成的一系列層。也可以使碳在碳化硅中分級(jí)。
與此不相關(guān)的是，將碳化硅層構(gòu)成為纖維的外層，以獲得高度的化學(xué)穩(wěn)定性。
通過(guò)框架的組成和/或用于穩(wěn)定纖維和構(gòu)造涂層的處理時(shí)間可以設(shè)置被涂層的框架的密度、導(dǎo)熱性和/或氣孔率。
本發(fā)明的特點(diǎn)尤其在于，在由C纖維和/或SiC纖維構(gòu)成的框架上涂覆一層或多層由熱解碳和/或碳化硅構(gòu)成的涂層，接著從如此制造的基質(zhì)上切下支架，對(duì)切下的支架進(jìn)行高溫清潔，然后在熱解碳上涂覆一層或多層由SiC構(gòu)成的涂層。
優(yōu)選的是，框架與基質(zhì)的比例為1∶13至1∶17，尤其是約為1∶14。
構(gòu)成基質(zhì)的熱解碳與碳化硅的比例應(yīng)為1∶1.8至1∶2，優(yōu)選為約1∶1.86。
優(yōu)選的是，支架的總密度為1.50g/cm3至1.9g/cm3，其中，纖維的份額為0.098g/cm3至0.12g/cm3，熱解碳的份額為0.4g/cm3至0.8g/cm3，SiC的份額為0.8g/cm3至1.0g/cm3。相應(yīng)的支架的導(dǎo)熱性為約14W/mK。
根據(jù)本發(fā)明的由多孔材料構(gòu)成的支架允許將氣體在處理過(guò)程中引導(dǎo)通過(guò)支架或基座。這樣只要將沖洗或清潔氣體導(dǎo)過(guò)基座，就可以例如在外延附生過(guò)程中保護(hù)物體的背面使其不受沉積影響。此外，通過(guò)清潔氣體還保證了在外延附生過(guò)程中從物體背面排出的摻雜原子同氣流一起被導(dǎo)出，從而大大減小對(duì)物體前側(cè)的自摻雜。
尤其是當(dāng)對(duì)要處理物體的前側(cè)和背面應(yīng)進(jìn)行不同處理時(shí)，使用根據(jù)本發(fā)明的支架。這樣通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的支架，可以如此將物體的在所有側(cè)面上都存在的氧化層腐蝕掉，從而使得只對(duì)前側(cè)有目的地去除氧化物。避免了將可能導(dǎo)致物體背面的邊緣區(qū)域中的氧化層被部分腐蝕掉的腐蝕氣體不確定地導(dǎo)入支架和物體之間，從而由此保護(hù)背面上的氧化層。
如果將腐蝕氣體不僅在物體上導(dǎo)引，而且也導(dǎo)引通過(guò)支架，那么可以對(duì)物體的背面進(jìn)行完全和均勻地腐蝕。這也適用于對(duì)物體的摻雜。這樣可以通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的多孔支架利用沖洗氣體保護(hù)物體背面不被摻雜，或者通過(guò)供給摻雜氣體通過(guò)支架達(dá)到對(duì)前側(cè)和背面的均勻摻雜。
本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅僅只由權(quán)利要求書(shū)、從其中得到的單獨(dú)的特征和/或特征組合給出，而且還由可從下列描述中得到的優(yōu)選實(shí)施方式以及下面的實(shí)施例給出。
附圖示出

圖1帶有由其容納的物體的支架的橫截面；圖2支架的俯視圖；圖3根據(jù)圖1和圖2的支架沿著一條斷裂棱的放大圖；圖4根據(jù)圖1至圖3的支架的表面部分放大圖；圖5根據(jù)圖1至圖4的支架的一條纖維的細(xì)節(jié)圖。
圖1示出了支架10，其也稱為基座。該支架10設(shè)置在一個(gè)未示出的過(guò)程腔中，并容納一個(gè)要處理的或要清潔的物體12，該物體12例如可以是晶片。其中，如圖2所示，支架10在俯視圖中具有圓形形狀。其他的幾何形狀也是可能的。在本實(shí)施例中，支架10具有環(huán)繞的邊緣12，底部壁14縮回地向該邊緣12延伸，物體12設(shè)置在該底部壁14上。
換句話說(shuō)就是，支架12在切面圖中具有U形形狀，在其構(gòu)成底部壁14的橫向支腳上設(shè)有要處理的或要清潔的物體12，下面將該物體簡(jiǎn)稱為晶片。
根據(jù)本發(fā)明，支架10由一個(gè)由碳纖維和/或碳化硅纖維構(gòu)成的框架組成?？梢允褂妹珰帧⒗w維網(wǎng)或織物層作為材料。只要這些材料不是由碳構(gòu)成，那么可以事先進(jìn)行焦化。之后通過(guò)用熱解碳(PyC)和/或碳化硅(SiC)進(jìn)行氣相滲透(CVI)穩(wěn)定纖維16、18。也可以用相應(yīng)的液態(tài)物質(zhì)進(jìn)行浸漬。
在圖3中，涂覆到纖維16、18上的涂層示例性地用附圖標(biāo)記20、22表示。圖5中示出了帶有涂層的纖維的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)。其中，用附圖標(biāo)記24示例性地表示切面圖中的碳纖維，該纖維由一個(gè)或多個(gè)熱解碳層26包圍，所述熱解碳層在其外側(cè)由一個(gè)或多個(gè)碳化硅層28包圍。熱解碳和碳化硅也可以有另一種層順序。
通過(guò)所涂覆的層26、28的厚度、纖維直徑以及其相對(duì)布置可以在被涂層的纖維18、20之間設(shè)置一個(gè)自由空間，從而設(shè)置透氣性。換句話說(shuō)就是，由氣孔率確定了出氣孔或通氣孔及其分布或走向。由此，基于框架材料得到一種結(jié)構(gòu)，其提供隨機(jī)設(shè)置的、各向同性分布的孔道，氣體可以流過(guò)所述孔道。圖3中用箭頭(附圖標(biāo)記30)示例性示出了相應(yīng)的氣流路徑。由此，通流支架10的氣體在該支架中具有長(zhǎng)的停留時(shí)間，從而可以進(jìn)行均勻地加熱。此外，由于氣孔、即很多很小的通道，可以得到具有高均勻性的氣流。因?yàn)槌鰵饪椎某叽绾筒贾貌荒芡ㄟ^(guò)機(jī)械方式制造，而只是由框架的結(jié)構(gòu)及其涂層決定，所以同具有機(jī)械制造的開(kāi)孔的支架或基座相比，可以得到如下優(yōu)點(diǎn)，即由根據(jù)本發(fā)明的支架10所容納的物體可重復(fù)地在所希望的范圍內(nèi)處理或涂覆涂層。
圖4示出了隨機(jī)設(shè)置的、各向同性分布的孔隙開(kāi)孔、即孔道的端部。
下面借助一實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹?？梢允褂靡环N總雜質(zhì)少于5ppm的石墨毛氈作為基礎(chǔ)材料。在元素方面(elementbezogen)，雜質(zhì)少于0.05ppm。相應(yīng)的稱作框架的石墨毛氈可以通過(guò)用熱解碳(PyC)和碳化硅(SiC)進(jìn)行氣相滲透(CVI)穩(wěn)定和壓縮。通過(guò)變換基礎(chǔ)材料和改變CVI步驟，可以在很大范圍上改變所制造的基質(zhì)的物理特性，使其匹配于相應(yīng)要求。下表示例性地示出了這一點(diǎn)。
表1中給出了材料密度和導(dǎo)熱性之間的關(guān)系。
通過(guò)改變碳纖維、熱解碳和碳化硅的比例，可以在密度相同的情況下設(shè)置不同的導(dǎo)熱性。
表2給出了材料密度和氣孔率之間的關(guān)系。
通過(guò)改變碳纖維、熱解碳和碳化硅的比例，可以在密度相同的情況下設(shè)置不同的氣孔率。
下面通過(guò)一個(gè)實(shí)施例介紹本發(fā)明，從該實(shí)施例中可以得到其他的細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)。
為制造支架，首先用熱解碳對(duì)毛氈坯件壓縮。這可以使用CVI方法進(jìn)行。為此，在溫度為800℃至1800℃之間、絕對(duì)壓力為0.01mbar至1013mbar之間的條件下對(duì)一種含碳?xì)怏w(如甲烷)進(jìn)行分解。然后對(duì)壓縮的毛氈坯件進(jìn)行加工，以獲得支架的幾何形狀。加工可以機(jī)械地進(jìn)行。接著進(jìn)行高溫清潔。為此，將加工物體在真空中保持在≥2000℃。向反應(yīng)空間中導(dǎo)入鹵素氣體。通過(guò)高溫清潔，在高爐爐身(Achse)中總共得到總雜質(zhì)＜5ppm，其中對(duì)于各元素可達(dá)到值＜0.05ppm，分別相對(duì)于輸出重量。最后，用碳化硅進(jìn)行壓縮，優(yōu)選使用CVI方法。其中，在溫度為800℃至1600℃之間、絕對(duì)壓力為0.01mbar至1013mbar之間的條件下對(duì)一種或多種含硅和/或含碳?xì)怏w、如三甲基氯硅烷(Methyltrichlorsilan)進(jìn)行分解。
作為替代方案，也可以通過(guò)液態(tài)浸漬進(jìn)行用熱解碳的壓縮或用碳化硅的壓縮。在此，通過(guò)在含碳和/或含硅的樹(shù)脂或溶液、如苯酚樹(shù)脂中浸漬來(lái)涂敷基質(zhì)。接著在真空中或保護(hù)氣體中進(jìn)行退火。
為了例如在保持密度和氣孔率的情況下改變支架的導(dǎo)熱性，可以使用不同的輸出毛氈坯件。例如如果用瀝青纖維代替Panox纖維，那么由于纖維在氣孔率相同的條件下具有更高的導(dǎo)熱性，所以可以得到支架更高的導(dǎo)熱性。
根據(jù)本發(fā)明的支架例如可以具有最大直徑為500mm或更大的直徑，和/或最大厚度為5mm或更大的厚度。
如果優(yōu)選地為基座選擇盤形幾何形狀，那么根據(jù)本發(fā)明的理論也可以制造其他幾何形狀的基座。
權(quán)利要求
1.用于容納要處理的物體(12)、如半導(dǎo)體元器件的襯底的支架(10)，其中，該支架含有碳并且具有穿過(guò)支架的出氣孔或通氣孔，其特征在于，支架(10)是多孔的，支架的氣孔率構(gòu)成出氣孔或通氣孔，支架由C纖維和/或SiC纖維(18，20)構(gòu)成的框架或框架段構(gòu)成，纖維嵌入由碳和/或SiC構(gòu)成的基質(zhì)中，并且支架的氣孔率p為5％≤p≤95％，支架的密度ρ為0.1g/cm3≤ρ≤3.0g/cm3。
2.按權(quán)利要求1所述的支架，其特征在于，所述框架由碳毛氈、碳纖維網(wǎng)和/或碳織物層構(gòu)成。
3.按權(quán)利要求1所述的支架，其特征在于，纖維(18，20)配有作為基質(zhì)的一層或多層碳層、如熱解碳層和/或碳化硅層(26，28)。
4.按上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的支架，其特征在于，所述基質(zhì)在外側(cè)具有碳化硅層(26，28)。
5.按上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的支架，其特征在于，所述基質(zhì)具有由碳分級(jí)過(guò)渡到碳化硅的層系統(tǒng)。
6.按上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的支架，其特征在于，支架(10)的導(dǎo)熱性w為0.10W/mK≤w≤100W/mK，尤其是3W/mK≤w≤30W/mK。
7.按上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的支架，其特征在于，支架的總密度為1.50g/cm3至1.9g/cm3，其中，纖維的份額為0.098g/cm3至0.2g/cm3，和/或熱解碳的份額為0.4g/cm3至0.8g/cm3，和/或SiC的份額為0.8g/cm3至1.0g/cm3。
8.按上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)所述的支架，其特征在于，框架與基質(zhì)的重量比約為1∶13至1∶17。
9.用于制造容納要處理的物體、優(yōu)選為半導(dǎo)體元器件、如晶片的襯底的支架的方法，其中，支架在使用碳的情況下具有形成出氣孔或通氣孔的氣孔率，其特征在于如下方法步驟-制造由C纖維和/或SiC纖維構(gòu)成的框架，并且-用至少一層構(gòu)成基質(zhì)的熱解碳層和/或碳化硅層穩(wěn)定框架，其中，如此穩(wěn)定的框架或框架段用作支架。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，纖維通過(guò)氣相滲透(CVI)和/或液體浸漬穩(wěn)定。
11.按權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)穩(wěn)定處理的毛氈或纖維網(wǎng)或經(jīng)過(guò)穩(wěn)定處理的織物層可用作框架。
12.按權(quán)利要求9至11中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，纖維只用碳或只用碳化硅穩(wěn)定。
13.按權(quán)利要求9至12中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，纖維用由一層或多層由碳和/或碳化硅構(gòu)成的一系列層穩(wěn)定。
14.按權(quán)利要求9至13中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，纖維用由碳向碳化硅過(guò)渡的分級(jí)的層系統(tǒng)穩(wěn)定。
15.按權(quán)利要求9至14中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，穩(wěn)定框架，使碳化硅層構(gòu)成為外層。
16.按權(quán)利要求9至15中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過(guò)框架的組成和/或氣相滲透或液體浸漬時(shí)間，設(shè)置支架的密度、導(dǎo)熱性和/或氣孔率。
17.按至少權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，支架的氣孔率p設(shè)置為5％≤p≤95％，尤其是10％≤p≤95％。
18.按至少權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，支架的密度ρ設(shè)置為0.1g/cm3≤ρ≤3.0g/cm3。
19.按權(quán)利要求9至17中至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于如下方法步驟-將一層或多層由熱解碳構(gòu)成的層涂覆在由C纖維和/或SiC纖維構(gòu)成的框架上，-從被涂層的框架下切下支架，-對(duì)切下的支架進(jìn)行高溫清潔，并且-將一層或多層由碳化硅構(gòu)成的層涂覆在用熱解碳涂覆的框架上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于物體(12)、優(yōu)選為半導(dǎo)體元器件、如晶片的襯底的支架(10)，其具有用于該物體的容納部以及在該容納部下面的、沿著用該容納部容納物體存在的出氣孔。為使通過(guò)出氣孔可以劑量適當(dāng)?shù)夭⑶曳峙浜线m地排出所希望的氣體，本發(fā)明建議，支架(10)至少部分地由具有構(gòu)成出氣孔的氣孔率的經(jīng)過(guò)穩(wěn)定處理的纖維(18，20)材料構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L21/68GK1890792SQ200480036782
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
發(fā)明者S·施內(nèi)維斯 申請(qǐng)人:申克碳化技術(shù)股份有限公司