CN117438351B - 一种半导体立式炉热处理用立式晶舟 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体立式炉热处理用立式晶舟。本发明的立式晶舟装置用于水平地设置多个晶片，具体包括：基座，具有至少一个放置用底面；立柱，设置在所述基座上，且向上延伸；支撑板单元，设置在所述立柱上，且具有至少一个支撑用平面。所述立式晶舟用于支撑晶片的支撑板上设有预制槽，在热处理过程中，预制槽利用支撑板本身受热膨胀的变形效果而逐渐变平，从而增大与晶片的接触面积，有效的降低了支撑板对晶片形成点接触的情况。此外，预制槽整体由两边向中心收缩，以适配支撑板受热膨胀后的形貌变化趋势；预制槽还从内向外逐渐变窄，以适配具有倾斜面的支撑板受热膨胀后的形貌变化趋势。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体立式炉热处理用立式晶舟。
背景技术
太阳能发电当前主要包括两个大方面：光热发电（thermal power plants）和光伏（photovoltaic，PV）发电。其中光伏发电是利是用半导体界面中产生的光生伏特效应，将太阳辐射的能量直接转变为电能的一种技术，这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池是将太阳辐射的能量直接转化成电能的半导体器件。
太阳能电池相关的电子元件一般使用从半导体晶棒切割出来的晶片来制造，晶片加工至电子元件的工艺包括多个步骤。上述工艺最关键的步骤即为晶片的热处理步骤，热处理旨在在晶片表层形成氧化膜、结晶化等重要步骤。由于产业化的需求，一次热处理所需处理的晶片数量越来越多，为了满足需求，热处理过程中，主要使用一种立式晶舟，对竖直方向排列的若干晶片同时进行存储以及热处理，其主要作用在于保护晶片在运输转移以及处理过程中不受破坏。例如现有技术中，公开号为CN1823407B的中国发明专利公开了一种热处理用立式晶舟，具有顶板、底板、以及固定于该顶板与底板之间的支柱构件，并于该支柱构件形成有多个槽，在各槽之间形成有支撑部，用以水平地支撑晶片状的被处理体。其中所述支柱构件具有圆弧状的横剖面，圆筒状地配置有两支以上的支柱构件，这些支柱构件与形成有所述槽且内侧呈圆弧状的支撑部整体形成，所述晶片状被处理体从所述支柱构件的槽插入，通过圆弧状的各支撑部沿着下面周边部支撑着。这种立式晶舟在满足同时支撑多个晶片的情况下，在各个晶片之前还留有充足的距离，以避免热处理过程中彼此影响。
然而，晶片的热处理步骤的升温速度是非常快速地变化的，这种变化过程会使得上述用于支撑晶片的支撑部产生微小凸起，参考图6，支撑板301出现的微小凸起与晶片11在其中间处形成点接触。点接触对于晶片的支撑是不利的，因为点接触使得晶片受到的支撑面变得很小，这样在遇到外界气流，或者其他扰动，例如温度差所在晶片内部产生的热应力的情况下，晶片很容易产生晃动而从支撑部上落下损坏。即使晶片没有落下，但是晶片会随着扰动而晃动，其边缘会磕在其他支撑部件上，其边缘会产生碎口，这样具有碎口的晶片因无法使用也会面临报废处理，降低了晶片生产的良品率，不利于晶片的大规模生产过程。
所以，目前需要一种能够降低在加热过程对晶片形成点接触情况的立式晶舟。
发明内容
本发明目的是提供一种半导体立式炉热处理用立式晶舟。该立式晶舟用于支撑晶片的支撑板上设有预制槽，在热处理过程中，预制槽利用支撑板本身受热膨胀的变形效果而逐渐变平，从而增大与晶片的接触面积，有效的降低了支撑板对晶片形成点接触的情况。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，用于水平地设置多个晶片，包括：
基座，具有至少一个放置用底面；
立柱，设置在所述基座上，且向上延伸；
支撑板单元，设置在所述立柱上，且具有至少一个支撑用平面；
所述支撑板单元包括支撑板，设置在所述支撑板上的倾斜面，以及设置在所述倾斜面上的预制槽；
所述支撑板包括靠近所述立柱的内侧端，以及远离所述立柱的外侧端；
所述倾斜面的设置使得所述支撑板自内侧端向外侧端逐渐变薄；
所述预制槽包括槽边以及槽中，所述预制槽沿所述内侧端向外侧端逐渐向所述槽中收缩；
所述预制槽自槽边向槽中逐渐变深。
其中，预制槽在倾斜面上形成了一个类抛物线轨迹的槽边，槽中则为该槽边形成的对称线。可见由于倾斜面的存在，支撑板自内侧端向外侧端是逐渐变浅的，容易理解的是，热膨胀带来的形变效果，会随着支撑板的料厚的增大而更为明显，所以相同温度下支撑板的内侧端相对于外侧端的形变会更加明显。当预制槽沿所述内侧端向外侧端逐渐向所述槽中收缩时，代表着预制槽靠近支撑板外侧端一侧的槽宽更窄，这样更浅、更窄的预制槽仅依靠支撑板外侧端的微小形变，便能够从凹槽形态转化为水平形态，从而更好的支撑晶片。
进一步优选的技术方案在于：所述预制槽的槽边为抛物线形状。
进一步优选的技术方案在于：相邻的所述立柱之间设置有横向加强筋。
进一步优选的技术方案在于：所述基座上设有下抵止面，所述顶板上设有上抵止面。
进一步优选的技术方案在于：所述下抵止面与所述上抵止面具有共同的竖直平面。
进一步优选的技术方案在于：所述基座还设有下通气孔，所述顶板还设有上通气孔。
进一步优选的技术方案在于：所述下通气孔与上通气孔孔心的连线垂直于所述基座的下底面。
进一步优选的技术方案在于：所述基座还设有用于连接所述顶板的连接柱。
进一步优选的技术方案在于：所述预制槽的槽深与所述支撑板厚度的比例为1：3-3.75。
进一步优选的技术方案在于：
综上，本发明具有以下有益之处：
1.用于支撑晶片的支撑板上设置有预制槽，在晶片的热处理过程中，支撑板受热膨胀，膨胀部分会填平整个预制槽，使得对晶片支撑作用更加平稳，并且降低了支撑盘受热膨胀后对晶片点接触的问题；
2.预制槽整体由两边向中心收缩，以适配支撑板受热膨胀后的形貌变化趋势；
3.支撑板上还设有倾斜面，以方便晶片的安装；
4.预制槽还从内向外逐渐变窄，以适配具有倾斜面的支撑板受热膨胀后的形貌变化趋势。
附图说明
图1为立式晶舟的结构示意图。
图2为立柱上关于支撑板处的放大示意图。
图3为支撑板单元的结构示意图。
图4为由内侧端方向观察支撑板的示意图。
图5为基于图4的观察方向旋转90°后观察支撑板的示意图；其中阴影处表示了沿图4的AA’线的剖面。
图6为现有技术中支撑板受热膨胀而与晶片产生点接触的示意图。
附图中，各标号所代表的部件如下：基座1，立柱2，支撑板单元3，顶板4，横向加强筋5，下抵止面101，下通气孔102，支撑板301，倾斜面302，预制槽303，上抵止面401，上通气孔402，内侧端301a，外侧端301b，槽边303a，槽中303b。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一：立式晶舟的基本结构
参考图1，展示了立式晶舟基本结构，立式晶舟具有一个基座1，以及顶板4，在基座1和顶板4之间设置了四个立柱2，每个立柱2上均设置了若干个支撑板单元3，其中各个支撑板单元3之间的间距相同，所述间距应大于待支撑的晶片的厚度，并且留有足够的安全间距，以使得晶片在一般操作人员的操作下，能够无损的安装在支撑板单元3上。此外，在每个立柱上对应高度的支撑板单元3，均具有处于同一水平面上的支撑用平面，所述处于同一水平面上的支撑用平面，共同支撑同一个晶面，以使得该晶片能够获得足够的支撑力以及足够的被支撑的面积。
此外，四个立柱2在基座1的左右两侧两两一组设置，这样形成了以基座1为底，顶板4为顶，且左右两侧具有支撑结构的整体装置。由于晶片通常为圆形，在本实施例中，基座1和顶板4均为与目标晶片大小适配的圆盘结构，立柱2根据基座1和顶板4的边缘弧度排列，并沿着边缘排列，并保证至少部分立柱2的底面处于基座1和顶板4形成的竖直空间中，以最大化立柱2形成的竖直空间，该竖直空间内形成的最大圆柱体空间的底面直径，应大于晶片的直径，并且与晶片的直径基本接近，以方便立柱2上设置用于支撑晶片的支撑板单元3。
一种优选的方案中，在相邻的两个立柱2之间设置有横向加强筋5，通过横向加强筋5连接两个立柱2，能够防止高温变形下立柱2搭建的整体框架的变形，并且横向加强筋5能够增强框架的整体抗扭或抗弯强度，达到增加舟托的整体强度的效果。
一种优选的方案中，所述基座1上设有下抵止面101，所述顶板4上设有上抵止面401。下抵止面101与上抵止面401的作用在于，当立式晶舟用于储存晶片时，通过下抵止面101与上抵止面401能够使得晶舟能够稳定地靠在容器内侧面，相对于完全圆盘形状的基座1与顶板4，其收纳性能更好。一种优选的方案中，所述下抵止面101与所述上抵止面401具有共同的竖直平面，所述竖直平面的具体意思为，与基座1底面相垂直的平面。可以理解的是，当下抵止面101与上抵止面401具有共同的竖直平面，这样下抵止面101与上抵止面401便可以同时靠在容器内侧面，实现上下同时固定的效果。
一种优选的方案中，所述基座1还设有下通气孔102，所述顶板4还设有上通气孔402。下通气孔102与上通气孔402的作用在于能够避免基座1和顶板4的存在而影响基座1和顶板4形成的竖直空间内的气体流通效果，即气体不仅能够通过立柱2之间进入基座1和顶板4形成的竖直空间内，还能够通过下通气孔102和上通气孔402进入基座1和顶板4形成的竖直空间内。一种优选的方案中，下通气孔102的孔心与基座1的形心重合，其中孔心代表孔形成的圆的圆心，形心代表具有中心对称结构的底面或者顶面，该面的对称中心。一种优选的方案中，下通气孔102与上通气孔402孔心的连线垂直于基座1的下底面。
一种优选的方案中，所述基座1还设有用于连接所述顶板4的连接柱6，连接柱6能够辅助立柱2，提高晶舟整体的稳定性，避免基座1与顶板4之间产生错位。
实施例二：支撑板单元3的具体结构
所述支撑板单元3包括支撑板301，设置在所述支撑板301上的倾斜面302，以及设置在所述倾斜面302上的预制槽303；
所述支撑板301包括靠近所述立柱2的内侧端301a，以及远离所述立柱2的外侧端301b；
所述倾斜面302的设置使得所述支撑板301自内侧端301a向外侧端301b逐渐变薄；
所述预制槽303包括槽边303a以及槽中303b，所述预制槽303沿所述内侧端301a向外侧端301b逐渐向所述槽中303b收缩；
所述预制槽303自槽边303a向槽中303b逐渐变深。
参考图2，倾斜面302设置在支撑板301的上端面，使得支撑板301形成一个倒置的梯台形状，所述梯台的窄底面向外，宽底面向内。倾斜面302的设置使得晶片安装在两个支撑板301之间的过程更加方便，不容易磕到晶片的边缘。并且倾斜面302的设计使得晶片安装在支撑板301内，整个晶片位于支撑板301的边缘处，均抵在倾斜面302上，这样就避免了晶片单点边缘点接触支撑板301，而使得局部应力过大产生损坏，通常在放置情况下，晶片位于支撑板301的边缘均参加支撑晶片的作用时，晶片的边缘极少会出现损坏情况。
在本实施例中，支撑板301为立柱2通过切割而形成的，在另一种方案中，支撑板301也可以为另外一种材料，通过连接方式，例如焊接，固定在立柱2的内侧。
参考图3，倾斜面302上设有从两侧逐渐向内凹陷的预制槽303。在热处理过程中，预制槽303在温度升高的情况下，预制槽303的槽底会向上膨胀，从而将整个槽体填平，这样支撑板301对晶片的边缘接触就逐渐地转化为了对晶片整个底面的面接触，使得对晶片的支撑效果更加牢固，晶片在热处理过程中也能更加稳定，抵抗来自外界的气流变化而不产生晃动现象。
预制槽303在倾斜面302上自内侧端301a向外侧端301b方向，从槽边303a向槽中303b逐渐变窄，即预制槽303由内侧端301a向外侧端301b方向，其宽度逐渐缩小。在本实施例中，预制槽303的槽边303a在倾斜面302上形成了一个抛物线形状，在其他实施例中，预制槽303的槽边303a还可以为三角形，双曲线形，只要满足自内侧端301a向外侧端301b，从槽边303a向槽中303b逐渐变窄的限定即可。由于支撑板301在受热膨胀的过程中，其中间部分总是形变效果最明显的，因为两侧的材料在膨胀过程中会向中间挤压，而使得支撑板301中部形成鼓包状，预制槽303在槽中303b处具有最大的空间，能够更多的容纳支撑板301中部膨胀形成的鼓包。并且预制槽303从槽中303b向槽边303a逐渐变浅，也能够配合支撑板301从中部向两侧的鼓包逐渐变小的趋势，使得在热处理的过程中，支撑板301上部逐渐填充预制槽303而变平。
实施例三：预制槽303的具体参数
预制槽303的槽中303b处具有整个槽体最深的槽深度，将其定义为预制槽303的槽深，参考图5，s1代表了支撑板301的表观厚度，s2代表了预制槽303的槽深，其中表观厚度指的是，具有不规则上顶面的支撑板301，其最厚处的厚度。在本实施例中设置了多个实施例，其中每个实施例中，预制槽303具有不同的槽深，而支撑板301的厚度均相等，在400℃下对具有预制槽303的支撑板301的热膨胀形变效应进行测试，结果如表1所示。
表1
其中，对支撑板301的形变现象进行定义，具有预制槽303的支撑板301，在受热后会鼓包，或者刚好平整，或者仍处于凹陷状态。对以上的形态设置5个级别进行描述，如下所示：
Lv-2:明显凹陷
描述：支撑板在受热后几乎没有鼓包，凹槽仍保留了明显的下沉区域。
示例：受热后，板的中部存在明显的凹陷，形成下沉的状况。
Lv-1:轻微凹陷
描述：支撑板在受热后略微鼓包，但不足以形成明显的鼓包以填充凹槽。
示例：受热后，板的部分区域轻微凹陷，但整体仍保持平整。
Lv0:平整
描述：支撑板在受热后的鼓包刚好填充了凹槽，几乎没有任何鼓包或凹陷现象。
示例：受热后，板的表面几乎保持完全平坦，没有任何形变。
Lv1:轻微鼓包
描述：支撑板在受热后略微鼓包，填充凹槽后还有略微突出。
示例：受热后，板的部分区域出现轻微的鼓起，但整体仍保持平整。
Lv2: 明显鼓包
描述：支撑板在受热后鼓包填充了整个凹槽，并且还出现明显的鼓包。
示例：受热后，板的某些区域明显鼓起。
从上述测试中可知，支撑板301的厚度为15mm时，预制槽303的槽深选择4-5mm的情况下，能够使得支撑板301受热后获得较为平整的状态。
此外，附图和描述中尽可能使用相同或类似的元件符号来指代相同或相似部分或步骤。附图是以简化形式呈现并且没有按精确比例绘制。仅为了方便和清楚起见，可以对附图使用诸如顶部、底部、左侧、右侧、向上、上方、上面、下面、下方、后面和前面的方向术语。这些和类似方向术语不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。
Claims (9)
1.一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，用于水平地设置多个晶片，其特征在于，包括：
基座（1），具有至少一个放置用底面；
立柱（2），设置在所述基座（1）上，且向上延伸；
支撑板单元（3），设置在所述立柱（2）上，且具有至少一个支撑用平面；
所述支撑板单元（3）包括支撑板（301），设置在所述支撑板（301）上的倾斜面（302），以及设置在所述倾斜面（302）上的预制槽（303）；
所述支撑板（301）包括靠近所述立柱（2）的内侧端（301a），以及远离所述立柱（2）的外侧端（301b）；
所述倾斜面（302）的设置使得所述支撑板（301）自内侧端（301a）向外侧端（301b）逐渐变薄；
所述预制槽（303）包括槽边（303a）以及槽中（303b），所述预制槽（303）沿所述内侧端（301a）向外侧端（301b）逐渐向所述槽中（303b）收缩；
所述预制槽（303）自槽边（303a）向槽中（303b）逐渐变深；所述预制槽（303）的槽边（303a）为抛物线形状。
2.根据权利要求1所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，还包括设置在所述立柱（2）顶端上的顶板（4）。
3.根据权利要求1所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，相邻的所述立柱（2）之间设置有横向加强筋（5）。
4.根据权利要求2所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，所述基座（1）上设有下抵止面（101），所述顶板（4）上设有上抵止面（401）。
5.根据权利要求4所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，所述下抵止面（101）与所述上抵止面（401）相互平行。
6.根据权利要求2所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，所述基座（1）还设有下通气孔（102），所述顶板（4）还设有上通气孔（402）。
7.根据权利要求6所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，所述下通气孔（102）与上通气孔（402）孔心的连线垂直于所述基座（1）的下底面。
8.根据权利要求2所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，所述基座（1）还设有用于连接所述顶板（4）的连接柱（6）。
9.根据权利要求1所述的一种半导体立式炉热处理用立式晶舟，其特征在于，所述预制槽（303）的槽深与所述支撑板（301）厚度的比例为1：（3-3.75）。
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