CN115662928A - 一种降低硅片损伤的硅舟 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硅舟领域，特别地，涉及一种降低硅片损伤的硅舟，包括平行且对向设置的法兰和天板，所述法兰和天板之间设有沟棒，所述沟棒的内侧设有用于承托硅片的沟齿；所述沟棒至少设有三根，包括两根前沟棒和一根后沟棒，所述前沟棒的截面形状为"7"字形，所述前沟棒上的沟齿作为"7"字形的上半部分，所述前沟棒本体作为"7"字形的下半部分；三根所述沟棒上的相应沟齿在同一平面形成硅片容置槽，两根前沟棒本体之间的最短连线长度大于硅片的直径，两根前沟棒的沟齿之间的最短连线长度小于硅片的直径;本发明目的是克服现有技术的不足而提供一种降低硅片损伤的硅舟，可缩小硅舟的开口处两沟棒对硅片的支撑点之间的间距，进而减小硅片外圈在高温下的坍塌形变量。

Description

一种降低硅片损伤的硅舟
技术领域
本发明涉及硅舟领域，特别地，涉及一种降低硅片损伤的硅舟。
背景技术
硅片是现代超大规模集成电路的主要衬底材料，一般通过拉晶、切片、倒角、磨片、腐蚀、背封、抛光、清洗等工艺过程做成的集成电路级半导体硅片。硅片热处理是半导体器件或电路加工过程中一个重要的工序，热处理包含CVD、氧化、扩散、退火等众多工艺，占据了集成电路制程工艺的大部分。而这时候就需要一种装载半导体硅片的载体，将半导体硅片放在载体上，再放入热处理炉进行处理。
现有技术中，承载硅片的硅舟通常采用高纯度的石英或碳化硅制作。但石英舟作为硅片的载体时，在超过1000℃的处理温度下，长时间使用可能就会变形软化，并且其热胀冷缩系数明显不一致，在升温和降温时会出现冷点，导致晶格的塌失，形成晶粒错位，从而影响硅片质量。而对于碳化硅舟来说，随着硅片尺寸的增大，生产工艺的要求也越来越苛刻，碳化硅舟渐渐无法满足苛刻的生产工艺。而高纯度硅质舟其在高温下具有良好的稳定性，拥有与硅片相同的材质可以降低升降温时应力差带来的晶格缺陷；但即便如此，高温环境下，硅片外圈在高温下依旧容易坍塌变形，通过缩小硅片外圈的支撑点的间距可减弱硅片外圈的坍塌变形情况；但是，由于硅片通常自硅舟的两沟棒之间的开口处插置于硅舟的沟棒之间，因此沟棒之间的最小直线距离应大于硅片的直径，使得开口处的两沟棒之间的间距无法进一步缩小。因此如何设计一种降低硅片损伤的硅舟，可缩小硅舟的开口处两沟棒对硅片的支撑点之间的间距，进而减小硅片外圈在高温下的坍塌形变量成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明目的是克服现有技术的不足而提供一种降低硅片损伤的硅舟，可缩小硅舟的开口处两沟棒对硅片的支撑点之间的间距，进而减小硅片外圈在高温下的坍塌形变量。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种降低硅片损伤的硅舟，包括平行且对向设置的法兰和天板，所述法兰和天板之间设有沟棒，所述沟棒的内侧设有用于承托硅片的沟齿；
所述沟棒至少设有三根，包括两根前沟棒和一根后沟棒，所述前沟棒的截面形状为"7"字形，所述前沟棒上的沟齿作为"7"字形的上半部分，所述前沟棒本体作为"7"字形的下半部分；
三根所述沟棒上的相应沟齿在同一平面形成硅片容置槽，两根前沟棒本体之间的最短连线长度大于硅片的直径，两根前沟棒的沟齿之间的最短连线长度小于硅片的直径,硅片插入对应的硅片容置槽并搁置于沟齿上。
较之现有技术，本发明的优点在于：
本发明在使用时，利用机械手使硅片从两根前沟棒之间插入硅片容置槽的内部并搁置于沟齿上，为了确保硅片顺利进入硅片容置槽的内部，两根前沟棒本体之间的最短连线距离的最小值即为硅片直径；
当两根前沟棒本体之间的最短连线距离的最小值为硅片直径时，两根前沟棒各自与法兰的圆心连线的夹角最小，此时若直接在两根前沟棒上设置沟齿，两沟齿支撑硅片，硅片位于两根前沟棒中间的部分所受到的应力较大；（值得说明的是，此应力是由于硅片的重力与两沟齿对硅片的支持力相互作用形成的，并且此应力随着两沟齿支撑硅片的支撑点之间的距离呈正相关）由于前沟棒的"7"字形结构，两前沟棒各自的沟齿与法兰的圆心连线的夹角进一步缩小，在法兰的半径不变的前提下，两个"7"字形结构的前沟棒的沟齿支撑硅片的支撑点之间的距离随之缩小，硅片位于两根前沟棒中间的部分所受到的应力随之缩小。
通过前沟棒的"7"字形结构的设置，在硅片的材料与体积不变的前提下，通过缩短硅片支撑点之间的距离有效的减小了由重力引起的硅片的内应力，进而有效的避免了硅片的形变。
优选地，还包括支撑棒,所述支撑棒活动设置于所述前沟棒上，所述支撑棒上固设有用于支撑所述沟齿的支撑齿，所述支撑齿插置于相邻的两个所述沟齿之间。
优选地，所述支撑棒与所述前沟棒转动连接。
优选地，所述沟齿的上端面为斜面，所述沟齿的上端面由外而内向下倾斜，倾斜角度为α。
优选地，所述倾斜角度α为1-4°。
优选地，所述法兰1与所述天板5均位圆环板状结构，所述法兰1上设有下卡槽11，所述天板5上设有上卡槽51，所述沟棒2的下端部嵌设于下卡槽11的内部，所述沟棒2的上端部嵌设于上卡槽51的内部。
优选地，所述天板5上设有贯穿所述天板5的内环面与外环面的应力槽52。
优选地，所述沟棒2设有五根，所述后沟棒22设有三根，三根所述后沟棒22位于两根所述前沟棒21的同侧且沿所述法兰1的周向间隔设置。
优选地，两根所述前沟棒21的沟齿4之间的夹角为120°，三根所述后沟棒22中任意相邻两所述后沟棒22之间的夹角为45°，位于两侧的两个所述后沟棒22任一与所述前沟棒21的沟齿4的夹角为75°。
优选地，所述硅舟的制备材料为多晶硅。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为法兰的结构示意图；
图3为天板的结构示意图；
图4为本发明的侧面剖视示意图；
图5为图4的A处放大示意图；
图6为沟齿为平面时的局部放大示意图；
图7为本发明的俯角剖视示意图；
图8为普通硅舟中的沟棒分布示意图。
附图标记：1：法兰；11：下卡槽:2：沟棒；21：:前沟棒21；22：后沟棒:3：硅片；4：沟齿；41：支撑棒；42：支撑齿；5：天板；51：上卡槽；52：应力槽。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
参照图1至图8所示，本实施例提供一种降低硅片损伤的硅舟，可缩小硅舟的开口处两沟棒对硅片的支撑点之间的间距，进而减小硅片外圈在高温下的坍塌形变量。
实施例一：
一种降低硅片损伤的硅舟，包括平行且对向设置的法兰1和天板5，所述法兰1和天板5之间设有沟棒2，所述沟棒2的内侧设有用于承托硅片3的沟齿4；
所述沟棒2至少设有三根，包括两根前沟棒21和一根后沟棒22，所述前沟棒21的截面形状为"7"字形，所述前沟棒21上的沟齿4作为"7"字形的上半部分，所述前沟棒21本体作为"7"字形的下半部分；
三根所述沟棒2上的相应沟齿4在同一平面形成硅片容置槽，两根前沟棒21本体之间的最短连线长度大于硅片的直径，两根前沟棒21的沟齿4之间的最短连线长度小于硅片3的宽度,硅片插入对应的硅片容置槽并搁置于沟齿4上，所述沟齿4的上端面为平行于插片方向的水平面;
还包括支撑棒41,所述支撑棒41活动设置于所述前沟棒21上，所述支撑棒41上固设有用于支撑所述沟齿4的支撑齿42，所述支撑齿42插置于相邻的两个所述沟齿4之间,所述支撑棒41与所述前沟棒21转动连接。
使用时：利用机械手使硅片从两根前沟棒21之间插入硅片容置槽的内部并搁置于沟齿4上，为了确保硅片顺利进入硅片容置槽的内部，两根前沟棒21本体之间的最短连线距离的最小值即为硅片直径；
当两根前沟棒21本体之间的最短连线距离的最小值为硅片直径时，两根前沟棒21各自与法兰1的圆心连线的夹角最小，此时若直接在两根前沟棒21上设置沟齿4，两沟齿4支撑硅片，硅片位于两根前沟棒21中间的部分所受到的应力较大；（值得说明的是，此应力是由于硅片的重力与两沟齿4对硅片的支持力相互作用形成的，并且此应力随着两沟齿4支撑硅片的支撑点之间的距离呈正相关）由于前沟棒21的"7"字形结构，两前沟棒21各自的沟齿4与法兰1的圆心连线的夹角进一步缩小，在法兰1的半径不变的前提下，两个"7"字形结构的前沟棒21的沟齿4支撑硅片的支撑点之间的距离随之缩小，硅片位于两根前沟棒21中间的部分所受到的应力随之缩小；
通过前沟棒21的"7"字形结构的设置，在硅片的材料与体积不变的前提下，通过缩短硅片支撑点之间的距离有效的减小了由重力引起的硅片的内应力，进而有效的避免了硅片的坍塌形变。
当硅片插置于硅片容置槽后，通过机械手控制支撑棒41转动，支撑棒41带动支撑齿42插置于前沟棒21上的相邻的两沟齿4之间支撑沟齿4，此时前沟棒21上的沟齿4的内侧的一半平面支撑硅片，前沟棒21上的沟齿4的外侧的一半平面由支撑齿42支撑。
由于前沟棒21的"7"字形结构，前沟棒21的沟齿4前置导致沟齿4在支撑硅片时其内部将产生更大的应力，通过支撑齿42的设置，填补了沟齿4之间的间隔，将沟齿4支撑硅片的压力均匀分散给前沟棒21，进而大大减小了沟齿4的内应力，避免了沟齿4因应力过大而折断。
结合图1，图2和图3所示，为了释放天板5在高温环境中的内应力，所述法兰1与所述天板5均位圆环板状结构，所述法兰1上设有与所述沟棒2下端部相吻合且用于容置所述沟棒2下端部的下卡槽11，所述天板5上设有与沟棒上端部相吻合且用于容置沟棒上端部的上卡槽51，所述上卡槽51和所述下卡槽11一一对应，所述沟棒2垂直于法兰平面，所述沟棒2的下端部嵌设于下卡槽，所述沟棒2的上端部嵌设于上卡槽内，所述天板5上设有贯穿所述天板5的内环面与外环面的应力槽52,所述应力槽52用于释放硅舟整体处于高温环境下的内应力。
使用时：当天板5在高温环境中时，由于外界的温度变化，天板5的内应力发生改变，天板5发生变形，由于应力槽52的设置，当天板5由于内应力发生变形时，应力槽52的槽宽发生改变，有效的释放了天板5的内应力，避免了天板5由于内应力的变化而导致的硅舟形变。
优选地，为了避免硅片翘曲、改善硅片表面错层，从而提高了硅片的合格率，所述硅舟的制备材料为高纯度多晶硅；由于而高纯度硅质舟其在高温下具有良好的稳定性，拥有与硅片相同的材质可以降低升降温时应力差带来的晶格缺陷。
结合图1和图7所示，为了进一步的避免硅片外圈的坍塌变形，所述沟棒2设有五根，所述后沟棒22设有三根，三根所述后沟棒22位于两根所述前沟棒21的同侧且沿所述法兰1的周向间隔设置。
使用时：由于五根沟棒的设置，硅片的支撑点增加且支撑点之间的间距缩小，有效的减小了由重力引起的硅片的内应力，进而有效的避免了硅片的坍塌形变。
结合图1和图7所示，为了进一步的避免硅片外圈的坍塌变形，三根所述后沟棒22中任意相邻两所述后沟棒22之间的夹角为45°，位于两侧的两个所述后沟棒22任一与所述前沟棒21的沟齿4的夹角为75°。
使用时：由于两根前沟棒21的钩齿4之间的夹角为120°，硅片外圈位于两根前沟棒21之间的部分因重力产生的内应力最大（此处的内应力在本段称为第一内应力），通过增大前沟棒21与相邻的后沟棒22之间的夹角，使得硅片外圈位于前沟棒21与相邻的后沟棒22的部分的内应力随之增大（此处的内应力在本段称为第二内应力），第一内应力与第二内应力在前沟棒21的钩齿4处交汇并产生平衡，从而减弱硅片外圈的坍塌形变程度，经多次实验得出，当前沟棒21与相邻的后沟棒22之间的夹角为75°时，硅片因坍塌形变量最小。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于沟齿4的上端面为斜面，
结合图4、图5和图6所示，为了减少沟齿4对硅片的划伤，所述沟齿4的上端面为斜面，所述沟齿4的上端面由外而内向下倾斜，倾斜角度为α，所述倾斜角度α为1-4°。
使用时：由于材料的热传导速率的因素，高纯度硅的外层率先升温膨胀，而内层随后升温膨胀，在对硅舟与硅片进行升温与降温时，由于硅片与硅舟的物理结构不同导致在同等条件下，二者的膨胀程度不同步，这就会使得二者发生相对滑移;
当硅片插置于硅片容置槽的内部时，若沟齿4的上端面为平面设置时，二者的接触面积较大，当硅片与沟齿4二者发生相对滑动时，硅片的划伤部分为硅片的下侧平面；若沟齿4的上端面为斜面设置，硅片与沟齿4的接触部分为硅片的边缘，二者的接触面积较小，当硅片与沟齿4二者发生相对滑动时，硅片的划伤部分为硅片的下侧边缘棱边；结合图5和图6所示，显然图5中沟齿的斜面设置，硅片的划伤面积更小。
以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于，包括平行且对向设置的法兰(1)和天板(5)，所述法兰(1)和天板(5)之间设有沟棒(2)，所述沟棒(2)的内侧设有用于承托硅片(3)的沟齿(4)；
所述沟棒(2)至少设有三根，包括两根前沟棒(21)和一根后沟棒(22)，所述前沟棒(21)的截面形状为"7"字形，所述前沟棒(21)上的沟齿(4)作为"7"字形的上半部分，所述前沟棒(21)本体作为"7"字形的下半部分；
三根所述沟棒(2)上的相应沟齿(4)在同一平面形成硅片容置槽，两根前沟棒(21)本体之间的最短连线长度大于硅片的直径，两根前沟棒(21)的沟齿(4)之间的最短连线长度小于硅片(3)的直径。
2.根据权利要求1所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于：还包括支撑棒(41),所述支撑棒(41)活动设置于所述前沟棒(21)上，所述支撑棒(41)上固设有用于支撑所述沟齿(4)的支撑齿(42)，所述支撑齿(42)插置于相邻的两个所述沟齿(4)之间。
3.根据权利要求2所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于：所述支撑棒(41)与所述前沟棒(21)转动连接。
4.根据权利要求1所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于：所述沟齿(4)的上端面为斜面，所述沟齿(4)的上端面由外而内的向下倾斜，倾斜角度为α。
5.根据权利要求4所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于：所述倾斜角度α为1-4°。
6.根据权利要求1所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于：所述法兰(1)与所述天板(5)均位圆环板状结构，所述法兰(1)上设有下卡槽(11)，所述天板(5)上设有上卡槽(51)，所述沟棒(2)的下端部嵌设于下卡槽(11)的内部，所述沟棒(2)的上端部嵌设于上卡槽(51)的内部。
7.根据权利要求1至6之一所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于：所述天板(5)上设有贯穿所述天板(5)的内环面与外环面的应力槽(52)。
8.根据权利要求1所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于，所述沟棒(2)设有五根，所述后沟棒(22)设有三根，三根所述后沟棒(22)位于两根所述前沟棒(21)的同侧且沿所述法兰(1)的周向间隔设置。
9.根据权利要求8所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于，两根所述前沟棒(21)的沟齿(4)之间的夹角为120°，三根所述后沟棒(22)中任意相邻两所述后沟棒(22)之间的夹角为45°，位于两侧的两个所述后沟棒(22)任一与所述前沟棒(21)的沟齿(4)的夹角为75°。
10.根据权利要求1所述的一种降低硅片损伤的硅舟，其特征在于：所述硅舟的制备材料为多晶硅。
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