CN106030778A - 晶片装载皿 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于收纳晶片的晶片装载皿及用于处理半导体晶片的设备。晶片装载皿包括：由石英制成的至少两个细长收纳元件，每一收纳元件具有多个平行收纳槽，收纳槽横切于收纳元件的纵向延伸而延伸；以及两个端板，收纳元件配置并附接于两个端板之间，使得收纳元件的收纳槽彼此对准。为增加晶片装载皿的稳定性，晶片装载皿包括多个附接零件，收纳元件经由附接零件附接至端板，其中每一附接零件的圆周为包括接收槽的收纳元件的收纳区段的圆周的至少1.5倍，且其中每一附接零件经焊接或接合至以下各物中的至少一个：端板及收纳元件。在可与以上实施例组合的另外实施例中，收纳元件各自具有邻近于端板的至少一个松弛槽、较佳具有至少两个松弛槽，所述松弛槽的深度小于收纳槽的深度，其中当提供至少两个松弛槽时，松弛槽的深度随距端板的距离增加而增加。

Description

晶片装载皿

技术领域

本发明是关于用于收纳并固持薄晶片的晶片装载皿特别是，特别是半导体晶片的晶片装载皿，其中如本文中使用的术语晶片通常指具任意圆周形状的薄圆盘形状基板。

背景技术

晶片装载皿常常用以支撑处理装置(诸如，用于半导体晶片的扩散装置)中的多个晶片，在处理装置中，半导体晶片经受热处理。晶片装载皿必须经受住由热处理引起的热应力且经受住由支撑晶片引起及由晶片的负载及卸载引起的机械应力。此外，晶片装载皿也经受晶片所经受的各别制程气氛。因此，制程可能不应随时间而负面地影响晶片装载皿。大体而言，不仅需要晶片装载皿不受各别制程负面影响，而且晶片装载皿自身不负面地影响制程。特别是，在半导体技术中，必须注意晶片装载皿不将污染物引入至制程中。

因此，在过去，例如，使用由石英制成的晶片装载皿，一方面，所述晶片装载皿为多数制程所允许，且另一方面，所述晶片装载皿不会将污染物引入至半导体制程中。然而，为了达成处理装置的较大量负载，需要使用越来越大的石英装载皿。特别是，欲达成较高的每一制程运行的晶片输送量。此可(例如)藉由加长装载皿和/或藉由减小用于收纳晶片的相邻槽之间的槽距离或间距使得每装载皿的所收纳晶片的数目增加来达成。藉此，所负载晶片的总质量增加，其中晶片装载皿的量较佳不应以相同方式增加。较佳地，与晶片装载皿的质量相比，充分负载的晶片装载皿应能够收纳多倍(较佳至少三倍)的晶片质量。晶片装载皿的减小质量实现热处理期间的能量节省且此外实现更快的加热及冷却循环。特别是，在收纳晶片的区域中，晶片装载皿应尽可能地精密，以便确保晶片的少量阴影且因此确保晶片的均质处理。

然而，存在石英材料(其已知为易碎材料)可能不能够经受住机械应力的问题。此问题确实是这样，因为每一机械机器加工(例如，用于形成收纳槽)导致材料的破坏，其可导致微裂缝(开槽效应/应力集中)。

因此，在过去，硅浸润碳化硅(Si-SiC)替代石英用作大晶片装载皿的材料。此等晶片装载皿具有良好机械特性。然而，此等晶片装载皿并不忍受大温差，然而大温差可归因于几何形状而在热处理期间出现。根据术语抗热冲击性而知晓此问题。特别是，在此等装载皿中，热应力破碎更经常地在越来越快的制程中发生。此外，有时将不需要的污染物引入至制程中的材料及由Si-SiC制成的晶片装载皿实质上比由石英制成的晶片装载皿更易膨胀。此尤其归因于硅浸润碳化硅具有低可用性及其机器加工昂贵的事实。

发明内容

因此，本发明的目标为提供克服上文所提及缺点中的至少一个的晶片装载皿。

根据本发明，提供根据技术方案1或3的晶片装载皿及技术方案8的用于处理半导体晶片的设备。

如此项技术中已知，晶片装载皿的一个实施例包括：由石英制成的至少两个细长收纳元件，其各自包括多个平行收纳槽，收纳槽横切于收纳元件的延伸而延伸；以及两个端板，收纳元件配置并附接于两个端板之间，使得收纳元件的收纳槽得以对准。根据本发明，晶片装载皿包括多个附接零件，收纳元件经由附接零件而附接至端板，其中每一附接零件的圆周为包括收纳槽的收纳元件的收纳区段的圆周至少1.5倍，且其中每一附接零件经焊接或接合至以下各物中的至少一个：至少其中一个端板及收纳元件。藉由此附接零件，应力(特别是，附接区域中的机械应力)可得以较好地分布，使得此位置处破裂的危险实质上减小。在此组态情况下，甚至对于由石英制成的较大晶片装载皿(例如，具有大于一公尺的长度)，仍可达成足够稳定性。而且在晶片装载皿具有缩短槽距离(例如，所谓半间距)情况下，可达成改良稳定性。石英由于引入污染物的低可能性且由于其相对于其他材料(诸如，Si-SiC)的高可用性而为有利的。在本发明的一个实施例中，附接零件的圆周为包括收纳槽的收纳元件的收纳区段的圆周的至少两倍。

在另一实施例中，收纳元件具有邻近于附接零件的至少一个松弛槽、较佳具有至少两个松弛槽，松弛槽的深度小于收纳槽的深度。当存在两个或两个以上松弛槽时，松弛槽的深度随距附接零件的距离增加而增加。藉此，归因于收纳槽及松弛槽而产生的应力(特别是，机械应力)可较好地引入至收纳元件中。

晶片装载皿的替代实施例又包括：由石英制成的至少两个细长收纳元件，其各自包括多个平行收纳槽，收纳槽横切于收纳元件的延伸而延伸；以及两个端板，收纳元件配置并附接于两个端板之间，使得收纳元件的收纳槽彼此对准。在此实施例中，收纳元件各自包括邻近于端板的至少松弛槽，松弛槽的深度小于收纳槽的深度。藉此，归因于收纳槽及松弛槽而产生的机械应力可较好地引入至收纳元件中。此晶片装载皿可较佳地具有上文引用的具有扩大的圆周的附接零件。在一个实施例中，提供至少两个松弛槽以用于应力的较软引入，其中松弛槽的深度随距端板的距离增加而增加。

较佳地，每一附接零件为端板的整合部分或收纳元件的整合部分，且经焊接或接合至另一元件。较佳在具有较少圆周的元件的圆周处执行焊接。在较佳实施例中，每一附接零件为端板的整体部分且藉由研磨或机器加工形成端板及附接零件的板元件而形成。在替代实施例中，每一附接零件为独立元件，其经焊接或接合至端板及收纳元件两个。此实施例实现个别组件的简单制造。

较佳地，每一附接零件具有板形状，且至端板及收纳元件中的至少一个的过渡区域是由至少一个单调加宽区段形成。藉此，可避免应力峰，特别是突变区处的机械应力峰。特别是，过渡区域可描述圆的半径。板形状更防止附接零件的区域中的过分大量的材料，其可导致晶片装载皿的加热/冷却期间的热应力。附接零件较佳在收纳元件的延伸方向上具有深度，所述深度小于收纳槽之间的距离的四倍且较佳小于所述距离的三倍，其中所述距离是在槽的中心之间量测。

在一个实施例中，收纳元件的收纳区段包括实质上矩形的截面，其中收纳元件朝彼此相对于水平线倾斜45°。藉由矩形形状及配置，可达成良好稳定性，而与圆形元件相比，材料的质量可减小。

除假定支撑晶片装载皿中的晶片的收纳元件外，还提供由石英制成且具有对应于收纳元件中的收纳槽的多个导引槽的至少一个细长导引元件。至少一个导引元件平行于收纳元件而延伸并附接于端板之间。藉由额外导引槽，可防止晶片在晶片装载皿的纵向方向上的倾翻，其中再次，较佳可使用石英。

根据本发明，还提供用于处理半导体晶片的设备，所述设备包括上述类型的至少一个晶片装载皿、用于收纳至少一个晶片装载皿的至少一个处理腔室，以及用于加热处理腔室中的半导体晶片的至少一个加热装置。较佳地，所述设备为扩散装置。

附图说明

本文中将在下文参看附图来描述本发明；在附图中：

图1展示根据本发明的晶片装载皿的示意透视图；

图2为根据图1的晶片装载皿的示意俯视图；

图3展示穿过晶片装载皿的示意截面图；

图4展示晶片装载皿的收纳元件的示意细节；

图5展示端板的区域中的晶片装载皿的透视示意部分视图；

图6展示晶片装载皿的示意放大部分视图；且

图7展示晶片装载皿的收纳元件的替代末端区段的示意放大部分视图。

具体实施方式

如贯穿描述中所使用的术语(诸如，在…上方、在…下方、左边及右边)指附图中的呈现且不意欲以限制方式来解释。

在下文中，将参看附图来解释晶片装载皿1的基本构造。在附图中，当描述相同或类似元件时，使用相同参考符号。

晶片装载皿1实际上由端板3、收纳元件5以及导引元件7形成。

例如，如根据图2的俯视图中所示，晶片装载皿1具有细长组态，即，晶片装载皿在其纵向方向(在图2中自左至右)上具有延伸，所述延伸具有比其他尺寸大的长度。在晶片装载皿的末端处，晶片装载皿1具备较佳由石英制成的各别端板3。然而，所述端板也可由不同的适合材料形成。收纳元件5以及导引元件7在端板3之间延伸，且两个附接至端板3，如本文中在下文更详细地解释。

此外，载体元件9附接至端板3的面向外的侧面，如此项技术中所已知，所述载体元件允许晶片装载皿1的自动处置。端板3具有具不同凹口及开口的完全适应形式。举例而言，提供下部凹口10，其可(例如)实现晶片装载皿的适当定位。另外，可于端板3中或上提供定位孔和/或其他标志，其可(例如)发信号晶片装载皿的类型、定向和/或其他特性。

如先前所提及，收纳元件5在端板3之间延伸且经由附接零件12(特别是藉由焊接或接合)而附接至端板3，如本文中将在下文更详细地解释。收纳元件5由石英制成且各自包括细长杆形状。收纳元件5各自具有中间收纳区段及处于收纳元件5的对置末端处的附接区段。

收纳元件5具有实质上矩形的截面形状，其中“实质上”详言之为包含具有圆形边缘的矩形。然而，收纳元件为圆形或具有不同形状是可能的。在收纳元件5的一个窄边中，形成多个收纳槽13，所述收纳槽横切于收纳元件5的纵向延伸且较佳相对于其纵向延伸成90°角。收纳槽13各自具备恒定距离或间距且所述收纳槽具有用于收纳待收纳的各别晶片的边缘区段的预定(恒定)深度。较佳地，深度对应于晶片的边缘废弃区域或小于所述边缘废弃区域。

如图4或图6中最佳所示，收纳槽在其上部末端处具有锥度，其由斜坡表面15形成。斜坡表面充当插入斜坡，以便促进晶片插入至收纳槽13中。

收纳槽13实际上提供于收纳元件5的整个长度上。仅在邻近于收纳元件5的附接区段的末端区段中，未提供收纳槽13。在此等末端区段中，提供两个松弛槽17，其不充当晶片的容器。因此，松弛槽17可省去提供于收纳槽13处的插入斜坡15。此外，松弛槽17的深度小于收纳槽13的深度，此导致机械应力的减小。在所示实施例(特别是图4)中，展示此等松弛槽17中的两个，然而，可提供较大或较小数目个松弛槽17。松弛槽17的槽深度自最后一个收纳槽13开始朝附接零件12减少。出现的应力因此以步进方式降低。具有较小深度的松弛槽17在使用期间促进第一收纳槽13中的降低机械应力。

如(例如)图7中所示，也可在此位置处提供较宽松弛凹口40，而非提供多个松弛槽17。图7展示收纳元件5的末端区段，以及附接零件12的一部分。收纳元件5再次具有具斜坡15的多个收纳槽13。然而，作为松弛槽的替代，提供较宽松弛凹口40。松弛凹口40具有镰刀形底部41，镰刀形底部具有邻近附接零件12的浅斜坡及邻近于第一收纳槽13的陡峭斜坡。相比于另一末端，松弛凹口40的最低点更接近于具有陡峭斜坡的末端。在最低点处的松弛凹口的深度小于收纳槽13的深度。此松弛凹口40再次允许应力(特别是，机械应力)软引入至收纳元件5中。

附接零件12实际上各自具有板形状且通常由石英制成。在目前较佳实施例中，附接零件12与端板3整体地形成且(例如)藉由研磨或机器加工来自由形成端板的板材料的端板而形成。在此实施例中，收纳元件5接着经焊接或接合至附接零件以便达成至端板3的附接。然而，附接零件12与收纳元件5整体地形成且附接零件12接着经焊接或接合至端板3也是可能的。在另外实施例中，附接零件12经形成为独立元件且所述附接零件经焊接或接合至端板3及收纳元件5两个。在每一状况下，经由各别附接零件12来达成收纳元件5至端板3的附接。

藉此，各别杆状收纳元件5与板状附接零件12之间的过渡区域20形成单调加宽部分。特别是，过渡区域20实际上描述圆弧。对于板状附接零件12与端板3之间的过渡区域分别如此。附接零件12与端板之间的过渡区域的半径藉此判定在收纳元件5的纵向方向上的附接零件12的最小深度。附接零件的预期深度在2毫米至20毫米的范围内。较佳地，所述深度小于收纳槽之间的距离的四倍且较佳小于所述距离的三倍。

每一附接零件12具有实质上大于收纳槽13形成所在的杆状收纳元件5的圆周。归因于圆周自收纳元件5至附接零件12及端板3的此步进式增宽，机械应力可减至最小。附接零件12的圆周特别是为杆状收纳元件5的圆周的至少1.5倍。较佳地，附接零件12的圆周为杆状收纳元件5的圆周的至少两倍。

当各别附接零件12经焊接至端板3和/或收纳元件5(焊接较佳为较佳附接方法)时，焊接发生在具有较小圆周的元件的圆周周围。如此形成的过渡区形成单调加宽部分(在端板3的方向上)。特别是，此过渡区段形成圆弧。

杆状收纳元件5经由附接零件12以矩形截面的长边向水平线倾斜45°使得包括收纳槽13的小边朝彼此面对的此方式附接至端板3。藉此，收纳槽13实际上在其间形成90°角。

如图1的俯视图中所示，收纳元件5在晶片装载皿1的横向方向上间隔，其中距离经选择，使得收纳于收纳槽13中的晶片在其水平中线下方支撑在收纳槽13中的一个的各别底部上。藉此，在杆状收纳元件5的长边及横边的方向上产生力。

在下文中，更详细地描述导引元件7，导引元件中的两个在图1的俯视图中展示。导引元件7实际上各自由由石英形成且具有多个导引槽26的杆状元件25形成。

杆状元件25具有实质上圆形的截面形状，如最佳在根据图2的截面中所见。然而，杆状元件25可具有向水平线倾斜45°的斜面，如所展示，其中两个杆状元件25的斜面朝彼此面对。

在杆状元件25中，提供多个槽26，所述槽26相对于水平线倾斜45°且因此实际上类似于各别相邻收纳元件5中的收纳槽13而延伸。槽26具有深度，使得由收纳元件5收纳的晶片不支撑在各别槽的底部上。因此，导引元件7通常不支撑晶片且槽26仅在侧面方向上具有用于晶片的导引功能。因此，杆状元件25可形成为薄元件，如所展示。

为了在晶片装载皿的整个长度上提供足够稳定性，在如所示的实施例中，提供第二杆状元件30，其垂直地位于杆状元件25下方且在端板3之间延伸。在下部杆状元件30与上部杆状元件25之间提供多个支撑件32。下部杆状元件30再次具有圆形形状，但既不具有斜面也不具有槽。因此，下部杆状元件30具有较高稳定性且可在其长度上支撑上部杆状元件25。

上部杆状元件25及下部杆状元件30两个皆在其末端处焊接至端板3。藉此，单调加宽过渡区域再次形成于各别杆状元件25、30与端板3之间。特别是，过渡再次描述圆弧。在此处，附接可经由未展示的附接零件而发生，以便将应力减至最小。此等可以类似于附接零件12的方式形成且可提供圆周的步进式增加，其中圆周增加的比率将涉及各别杆状元件。

如图2的俯视图或图3的截面图中所最佳展示，收纳元件5及导引元件7经配置使得所述元件在垂直方向上不重叠。特别是，在各别收纳元件5与相邻导引元件7之间，形成间隙，负载/卸载梳可穿过所述间隙。以相同方式，各别间隙形成于导引元件7之间，所述间隙在晶片装载皿的完整长度上无任何阻障。

在下文中，更详细地解释晶片装载皿的操作。空的晶片装载皿1最初进入负载/卸载梳的区域中的负载位置，其中(例如)端板3中的下部凹口充当导引及定位凹口。接着，负载及卸载梳在垂直方向上在导引元件7之间且视需要在收纳元件5与导引元件7之间移动。置放晶片至此梳，接着藉由降低负载/卸载梳将所述晶片引入至收纳元件5及导引元件7的各别收纳槽及导引槽中。晶片在收纳槽中停止下来且在导引槽中经导引。

随后，此负载晶片装载皿被引入至处理腔室中。特别是，如所示的晶片装载皿(例如)经设计用于扩散炉的处理腔室，在处理腔室中，晶片经受热及某些处理气体。由于晶片装载皿由石英制成，所以其通常对加热及处理气氛不敏感。此外，石英不将污染物引入至制程中。在晶片的各别处理后，晶片装载皿以相反次序自制程中取出且晶片分别经卸载。

鉴于收纳元件5的特殊附接，不管收纳元件5的大且自由的长度，可能使用石英元件。收纳元件5经由附接零件12的附接允许机械应力的减小，使得可避免收纳元件5在附接区域中的破裂，破裂过去在晶片装载皿由石英制成的情况下已发生。藉此，杆状收纳元件5与附接零件12之间的软过渡是有利的。还可藉由增加自端板3开始的松弛槽17的槽深度来避免此破裂，其中附接零件12组合增加的槽深度的使用特别有利。关于导引元件7，只要其仅具有导引功能性，通常可省去附接零件。若需要导引元件接管支撑功能，则导引元件应经由各别附接零件附接至端板3。然而，可无关于支撑功能而提供各别附接零件以将应力减至最小。

上文在不限于特定实施例的情况下关于本发明的较佳实施例描述本发明。

特别是，收纳元件以及导引元件的截面形状可不同于所示形状。此外，替代两个导引元件或除两个导引元件外，可提供单一中心导引元件，其接着将实际上具有水平槽而非倾斜45°的槽。

Claims (15)

1.一种用于收纳晶片、特别是半导体晶片的晶片装载皿，包括：

由石英制成的至少两个细长收纳元件，每一个具有多个平行收纳槽，所述收纳槽横切于所述收纳元件的纵向延伸而延伸；以及

两个端板，所述收纳元件配置并附接于所述两个端板之间，使得所述收纳元件的所述收纳槽对准；

其特征在于：

所述晶片装载皿包括多个附接零件，所述收纳元件经由所述附接零件而附接至所述端板，其中每一个所述附接零件的圆周为包括所述收纳槽的所述收纳元件的所述收纳区段的圆周的至少1.5倍，且其中每一个所述附接零件经焊接或接合至以下各物中的至少一个：所述端板的至少其中一个及所述收纳元件。

2.根据权利要求1所述的晶片装载皿，其中所述收纳元件包括邻近于所述附接零件的至少一个松弛槽，所述至少一个松弛槽的深度小于所述收纳槽的深度。

3.一种用于收纳晶片、特别是半导体晶片的晶片装载皿，包括：

由石英制成的至少两个细长收纳元件，每一个具有多个平行收纳槽，所述收纳槽横切于所述收纳元件的纵向延伸而延伸；以及

两个端板，所述收纳元件配置并附接于所述两个端板之间，使得所述收纳元件的所述收纳槽对准；

其特征在于：

所述收纳元件包括邻近于所述端板的至少一个松弛槽，所述至少一个松弛槽的深度小于所述收纳槽的深度。

4.根据权利要求2或3所述的晶片装载皿，其中所述收纳元件包括至少两个松弛槽，所述至少两个松弛槽的深度小于所述收纳槽的所述深度，其中所述至少两个松弛槽的所述深度随距所述端板的距离增加而增加。

5.根据权利要求3或4所述的晶片装载皿，其中所述晶片装载皿包括多个附接零件，所述收纳元件经由所述附接零件而附接至所述端板，其中每一个所述附接零件的圆周为具有所述收纳槽的所述收纳元件的收纳区段的圆周至少1.5倍，且其中每一个所述附接零件经焊接或接合至以下各物中的至少一个：所述端板的至少其中一个及所述收纳元件。

6.根据权利要求1或5所述的晶片装载皿，其中每一个所述附接零件与端板或收纳元件整体地形成，且经焊接或接合至另一元件。

7.根据权利要求6所述的晶片装载皿，其中每一个所述附接零件与所述端板整体地形成，且藉由研磨或机器加工来自板元件的所述端板而形成。

8.根据权利要求1或5所述的晶片装载皿，其中每一个所述附接零件为独立元件，其焊接或接合至以下各物：所述端板的至少其中一个及所述收纳元件。

9.根据权利要求1、2或5至8中任一所述的晶片装载皿，其中每一个所述附接零件包括板形状，且其中至所述端板及所述收纳元件中的至少一个的过渡区段是由单调加宽区段形成。

10.根据权利要求1、2或5至9中任一所述的晶片装载皿，其中每一个所述附接零件在所述收纳元件的纵向延伸中具有深度，所述深度在2毫米至20毫米的范围内。

11.根据权利要求1、2或5至10中任一所述的晶片装载皿，其中每一个所述附接零件在所述收纳元件的纵向方向上具有深度，且所述深度小于四倍的所述收纳槽之间的距离。

12.根据权利要求1-11任一所述的晶片装载皿，其中所述收纳元件的所述收纳区段包括实质上矩形的截面形状，其中所述收纳元件朝彼此向水平线倾斜45°。

13.根据权利要求1-12任一所述的晶片装载皿，其还包括由石英制成的具有多个导引槽的细长导引元件，所述导引槽对应于所述收纳元件中的所述收纳槽，所述导引元件平行于所述收纳元件而附接在所述端板之间。

14.一种用于处理半导体晶片的设备，其特征在于包括：

如权利要求1-13任一所述的至少一个晶片装载皿，

用于收纳至少一个晶片装载皿的至少一个处理腔室，

用于加热所述处理腔室中的半导体晶片的至少一个加热装置。

15.根据权利要求13所述的用于处理半导体晶片的设备，其中所述设备为扩散装置。