CN1890792A - 用于容纳物体的支架以及制造支架的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于物体(12)、优选为半导体元器件、如晶片的衬底的支架(10)，其具有用于该物体的容纳部以及在该容纳部下面的、沿着用该容纳部容纳物体存在的出气孔。为使通过出气孔可以剂量适当地并且分配合适地排出所希望的气体，本发明建议，支架(10)至少部分地由具有构成出气孔的气孔率的经过稳定处理的纤维(18，20)材料构成。

Description

用于容纳物体的支架以及制造支架的方法
本发明涉及一种用于容纳要处理的物体、如半导体元器件的衬底的支架，其中，该支架含有碳并且为形成出气孔或通风孔被构造为多孔的。此外，本发明还涉及一种用于制造容纳要处理的物体、优选为半导体元器件、如晶片的衬底的支架的方法，其中，该支架在使用碳的情况下具有形成出气孔或通风孔的气孔率。
相应的支架例如使用在CVD过程中。其中，从支架出气孔中排出的气流可以保证，通过使气体将穿透物体的掺杂原子带走，从而防止由于掺杂原子引起的自掺杂(参见US-A-6444027)。
为在过程腔中也清洁扁平物体的背面，根据US-A-5,960,555，设有一个具有开孔的基座，清洁气体通过开孔流到背面上。
根据JP-A-10223545，用于CVD装置的基座具有钻孔，在应从前侧进行掺杂的物体的背面上排出的掺杂原子通过钻孔被带走。
GB-A-2 172 822涉及一种由纤维构成的多孔保持装置，为固定工件，通过该保持装置抽吸空气。
为无接触地输送物体，DE-A-101 45 686提出了一种具有通孔的圆盘装置，以便通过其导引压力气体。作为替代方案，也可以使用开孔的材料。可以使用任何材料如玻璃作为材料。
WO-A-03/049157公开了一种晶片的运输装置。该装置由一种碳加强的材料组成，所述材料在表面侧具有导电的聚合物以避免充电。
根据JP-A-11035391的一种基座由一个封闭的由碳材料构成的物体组成。US-A-2003/0160044公开了一种相应的基座，其由碳组成，并具有封闭的表面。
JP-A-08181150公开了一种质量轻的、由玻璃状的碳构成的、具有SiC涂层的基座。由于碳化硅涂层，该基座是不透气的。
为实现均匀的热量分配，JP-A-03246931提出了一种由碳材料和碳纤维组成的基座，其由两块彼此隔开的板构成。在两个板之间形成的空腔中有孔穿过。为防止从基础材料中发出杂质，表面用一层SiC薄膜封闭。
为处理衬底，根据JP-A-09209152，衬底支承在一个由塑料纤维加强的材料构成的环上，其在外侧具有一层SiC层。
JP-A-60254610公开了一种由多孔碳构成的基座。
根据JP-A-2000031098的一种抽吸装置具有一个由合成树脂、碳和硬橡胶构成的基质(Matrix)，其具有垂直延伸的孔，以便通过负压固定支架上的物体。
本发明的任务是改进一种上述类型的支架以及一种用于制造这种支架的方法，使得通过支架中的出气孔可以剂量适当地并且分配合适地排出所希望的气体。同时还应可以对气体在所希望的范围内确定地加热。此外还应有高稳定性。同时还应能够简单地制造所希望尺寸的支架。
为解决该问题，本发明主要规定，支架由一个由C纤维和/或SiC纤维构成的框架或框架段构成，纤维嵌入由碳和/或SiC构成的基质中，并且支架的气孔率p为5％≤p≤95％，尤其是10％≤p≤95％，其密度p为0.1g/cm3≤p≤3.0g/cm3。尤其是该支架通过气相渗透和/或液体浸渍来稳定。其中，框架可由毛毡、纤维网或织物层构成。
纤维的稳固或加固通过化学气相渗透(CVI)和/或用液态物质浸渍进行。由此，在纤维上沉积有碳层和/或碳化硅层，或者所述层由纤维构成。纤维可用由一个或多个碳层或碳化硅层组成的序列包裹，其中，也可以使用一种由碳过渡到碳化硅的分级系统。其中，分级的意思是，优选进行连续的或接近连续的过渡。
碳尤其是指热解碳。
与此不相关的是，最外层应是尤其通过化学气相沉积形成的SiC层，以便获得足够的化学稳定性。同时，由于碳化硅的扩散阻止作用还保证了不会发生或只在小范围内发生基础材料的杂质对支架的污染。
支架的密度设为0.1g/cm3至3.0g/cm3之间，其中，随着密度增高，支架的强度和导热性也增强，透气性则降低。
同现有技术不同的是，使用由碳纤维和/或碳化硅纤维组成的框架作为支架、也称为基座，该框架通过形成或涂覆碳层或碳化硅层稳定。通过涂覆涂层的范围可以设置框架的气孔率。
与此不相关的是，通过框架的纤维结构存在统计分布的或随机设置的各向同性分布的孔道，所述孔道由用要处理的或要清洁的物体加载的气体通流。通过对相应的任意延伸的孔道通流，提高了气体在支架内部的停留时间，从而形成对气体非常均匀的加热。此外，由于有大量的孔道，可以得到具有很高均匀性的气流。
用于制造开头所述类型支架的方法的特征在于下列方法步骤：
-制造由C纤维和/或SiC纤维构成的框架，并且
-用至少一层构成基质的热解碳层和/或碳化硅层稳定框架，
其中，如此稳定的框架或框架段作为支架使用。
其中，可以使用由碳组成的或含碳的或转化为碳的毛毡、纤维网或织物层作为框架。这例如可以通过焦化完成。然后将框架通过气相渗透(CVI)和/或液体浸渍稳定。其中，可以如此处理框架的纤维，使得形成一层由纯碳或纯碳化硅组成的涂覆层。也可以在纤维上涂覆由一层或多层碳层和/或一层或多层碳化硅层构成的一系列层。也可以使碳在碳化硅中分级。
与此不相关的是，将碳化硅层构成为纤维的外层，以获得高度的化学稳定性。
通过框架的组成和/或用于稳定纤维和构造涂层的处理时间可以设置被涂层的框架的密度、导热性和/或气孔率。
本发明的特点尤其在于，在由C纤维和/或SiC纤维构成的框架上涂覆一层或多层由热解碳和/或碳化硅构成的涂层，接着从如此制造的基质上切下支架，对切下的支架进行高温清洁，然后在热解碳上涂覆一层或多层由SiC构成的涂层。
优选的是，框架与基质的比例为1∶13至1∶17，尤其是约为1∶14。
构成基质的热解碳与碳化硅的比例应为1∶1.8至1∶2，优选为约1∶1.86。
优选的是，支架的总密度为1.50g/cm3至1.9g/cm3，其中，纤维的份额为0.098g/cm3至0.12g/cm3，热解碳的份额为0.4g/cm3至0.8g/cm3，SiC的份额为0.8g/cm3至1.0g/cm3。相应的支架的导热性为约14W/mK。
根据本发明的由多孔材料构成的支架允许将气体在处理过程中引导通过支架或基座。这样只要将冲洗或清洁气体导过基座，就可以例如在外延附生过程中保护物体的背面使其不受沉积影响。此外，通过清洁气体还保证了在外延附生过程中从物体背面排出的掺杂原子同气流一起被导出，从而大大减小对物体前侧的自掺杂。
尤其是当对要处理物体的前侧和背面应进行不同处理时，使用根据本发明的支架。这样通过使用根据本发明的支架，可以如此将物体的在所有侧面上都存在的氧化层腐蚀掉，从而使得只对前侧有目的地去除氧化物。避免了将可能导致物体背面的边缘区域中的氧化层被部分腐蚀掉的腐蚀气体不确定地导入支架和物体之间，从而由此保护背面上的氧化层。
如果将腐蚀气体不仅在物体上导引，而且也导引通过支架，那么可以对物体的背面进行完全和均匀地腐蚀。这也适用于对物体的掺杂。这样可以通过使用根据本发明的多孔支架利用冲洗气体保护物体背面不被掺杂，或者通过供给掺杂气体通过支架达到对前侧和背面的均匀掺杂。
本发明的其他细节、优点和特征不仅仅只由权利要求书、从其中得到的单独的特征和/或特征组合给出，而且还由可从下列描述中得到的优选实施方式以及下面的实施例给出。
附图示出：
图1带有由其容纳的物体的支架的横截面；
图2支架的俯视图；
图3根据图1和图2的支架沿着一条断裂棱的放大图；
图4根据图1至图3的支架的表面部分放大图；
图5根据图1至图4的支架的一条纤维的细节图。
图1示出了支架10，其也称为基座。该支架10设置在一个未示出的过程腔中，并容纳一个要处理的或要清洁的物体12，该物体12例如可以是晶片。其中，如图2所示，支架10在俯视图中具有圆形形状。其他的几何形状也是可能的。在本实施例中，支架10具有环绕的边缘12，底部壁14缩回地向该边缘12延伸，物体12设置在该底部壁14上。
换句话说就是，支架12在切面图中具有U形形状，在其构成底部壁14的横向支脚上设有要处理的或要清洁的物体12，下面将该物体简称为晶片。
根据本发明，支架10由一个由碳纤维和/或碳化硅纤维构成的框架组成。可以使用毛毡、纤维网或织物层作为材料。只要这些材料不是由碳构成，那么可以事先进行焦化。之后通过用热解碳(PyC)和/或碳化硅(SiC)进行气相渗透(CVI)稳定纤维16、18。也可以用相应的液态物质进行浸渍。
在图3中，涂覆到纤维16、18上的涂层示例性地用附图标记20、22表示。图5中示出了带有涂层的纤维的准确结构。其中，用附图标记24示例性地表示切面图中的碳纤维，该纤维由一个或多个热解碳层26包围，所述热解碳层在其外侧由一个或多个碳化硅层28包围。热解碳和碳化硅也可以有另一种层顺序。
通过所涂覆的层26、28的厚度、纤维直径以及其相对布置可以在被涂层的纤维18、20之间设置一个自由空间，从而设置透气性。换句话说就是，由气孔率确定了出气孔或通气孔及其分布或走向。由此，基于框架材料得到一种结构，其提供随机设置的、各向同性分布的孔道，气体可以流过所述孔道。图3中用箭头(附图标记30)示例性示出了相应的气流路径。由此，通流支架10的气体在该支架中具有长的停留时间，从而可以进行均匀地加热。此外，由于气孔、即很多很小的通道，可以得到具有高均匀性的气流。因为出气孔的尺寸和布置不能通过机械方式制造，而只是由框架的结构及其涂层决定，所以同具有机械制造的开孔的支架或基座相比，可以得到如下优点，即由根据本发明的支架10所容纳的物体可重复地在所希望的范围内处理或涂覆涂层。
图4示出了随机设置的、各向同性分布的孔隙开孔、即孔道的端部。
下面借助一实施例对本发明进行详细介绍。可以使用一种总杂质少于5ppm的石墨毛毡作为基础材料。在元素方面(elementbezogen)，杂质少于0.05ppm。相应的称作框架的石墨毛毡可以通过用热解碳(PyC)和碳化硅(SiC)进行气相渗透(CVI)稳定和压缩。通过变换基础材料和改变CVI步骤，可以在很大范围上改变所制造的基质的物理特性，使其匹配于相应要求。下表示例性地示出了这一点。
表1中给出了材料密度和导热性之间的关系。
  变型方案   密度(g/cm3)   导热性(W/mK)
  A   0.6   3.4
  B   1.0   6.4
  C   1.5   13
  D   1.9   18
通过改变碳纤维、热解碳和碳化硅的比例，可以在密度相同的情况下设置不同的导热性。
表2给出了材料密度和气孔率之间的关系。
  变型方案   密度(g/cm3)   气孔率(％)
  A   0.6   75
  B   1.0   60
  C   1.5   38
  C   1.5   45
  E   1.9   27
通过改变碳纤维、热解碳和碳化硅的比例，可以在密度相同的情况下设置不同的气孔率。
下面通过一个实施例介绍本发明，从该实施例中可以得到其他的细节和优点。
为制造支架，首先用热解碳对毛毡坯件压缩。这可以使用CVI方法进行。为此，在温度为800℃至1800℃之间、绝对压力为0.01mbar至1013mbar之间的条件下对一种含碳气体(如甲烷)进行分解。然后对压缩的毛毡坯件进行加工，以获得支架的几何形状。加工可以机械地进行。接着进行高温清洁。为此，将加工物体在真空中保持在≥2000℃。向反应空间中导入卤素气体。通过高温清洁，在高炉炉身(Achse)中总共得到总杂质＜5ppm，其中对于各元素可达到值＜0.05ppm，分别相对于输出重量。最后，用碳化硅进行压缩，优选使用CVI方法。其中，在温度为800℃至1600℃之间、绝对压力为0.01mbar至1013mbar之间的条件下对一种或多种含硅和/或含碳气体、如三甲基氯硅烷(Methyltrichlorsilan)进行分解。
作为替代方案，也可以通过液态浸渍进行用热解碳的压缩或用碳化硅的压缩。在此，通过在含碳和/或含硅的树脂或溶液、如苯酚树脂中浸渍来涂敷基质。接着在真空中或保护气体中进行退火。
为了例如在保持密度和气孔率的情况下改变支架的导热性，可以使用不同的输出毛毡坯件。例如如果用沥青纤维代替Panox纤维，那么由于纤维在气孔率相同的条件下具有更高的导热性，所以可以得到支架更高的导热性。
根据本发明的支架例如可以具有最大直径为500mm或更大的直径，和/或最大厚度为5mm或更大的厚度。
如果优选地为基座选择盘形几何形状，那么根据本发明的理论也可以制造其他几何形状的基座。

Claims (19)

1.用于容纳要处理的物体(12)、如半导体元器件的衬底的支架(10)，其中，该支架含有碳并且具有穿过支架的出气孔或通气孔，其特征在于，支架(10)是多孔的，支架的气孔率构成出气孔或通气孔，支架由C纤维和/或SiC纤维(18，20)构成的框架或框架段构成，纤维嵌入由碳和/或SiC构成的基质中，并且支架的气孔率p为5％≤p≤95％，支架的密度ρ为0.1g/cm3≤ρ≤3.0g/cm3。
2.按权利要求1所述的支架，其特征在于，所述框架由碳毛毡、碳纤维网和/或碳织物层构成。
3.按权利要求1所述的支架，其特征在于，纤维(18，20)配有作为基质的一层或多层碳层、如热解碳层和/或碳化硅层(26，28)。
4.按上述权利要求中至少一项所述的支架，其特征在于，所述基质在外侧具有碳化硅层(26，28)。
5.按上述权利要求中至少一项所述的支架，其特征在于，所述基质具有由碳分级过渡到碳化硅的层系统。
6.按上述权利要求中至少一项所述的支架，其特征在于，支架(10)的导热性w为0.10W/mK≤w≤100W/mK，尤其是3W/mK≤w≤30W/mK。
7.按上述权利要求中至少一项所述的支架，其特征在于，支架的总密度为1.50g/cm3至1.9g/cm3，其中，纤维的份额为0.098g/cm3至0.2g/cm3，和/或热解碳的份额为0.4g/cm3至0.8g/cm3，和/或SiC的份额为0.8g/cm3至1.0g/cm3。
8.按上述权利要求中至少一项所述的支架，其特征在于，框架与基质的重量比约为1∶13至1∶17。
9.用于制造容纳要处理的物体、优选为半导体元器件、如晶片的衬底的支架的方法，其中，支架在使用碳的情况下具有形成出气孔或通气孔的气孔率，其特征在于如下方法步骤：
-制造由C纤维和/或SiC纤维构成的框架，并且
-用至少一层构成基质的热解碳层和/或碳化硅层稳定框架，
其中，如此稳定的框架或框架段用作支架。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，纤维通过气相渗透(CVI)和/或液体浸渍稳定。
11.按权利要求9或10所述的方法，其特征在于，经过稳定处理的毛毡或纤维网或经过稳定处理的织物层可用作框架。
12.按权利要求9至11中至少一项所述的方法，其特征在于，纤维只用碳或只用碳化硅稳定。
13.按权利要求9至12中至少一项所述的方法，其特征在于，纤维用由一层或多层由碳和/或碳化硅构成的一系列层稳定。
14.按权利要求9至13中至少一项所述的方法，其特征在于，纤维用由碳向碳化硅过渡的分级的层系统稳定。
15.按权利要求9至14中至少一项所述的方法，其特征在于，稳定框架，使碳化硅层构成为外层。
16.按权利要求9至15中至少一项所述的方法，其特征在于，通过框架的组成和/或气相渗透或液体浸渍时间，设置支架的密度、导热性和/或气孔率。
17.按至少权利要求9所述的方法，其特征在于，支架的气孔率p设置为5％≤p≤95％，尤其是10％≤p≤95％。
18.按至少权利要求9所述的方法，其特征在于，支架的密度ρ设置为0.1g/cm3≤ρ≤3.0g/cm3。
19.按权利要求9至17中至少一项所述的方法，其特征在于如下方法步骤：
-将一层或多层由热解碳构成的层涂覆在由C纤维和/或SiC纤维构成的框架上，
-从被涂层的框架下切下支架，
-对切下的支架进行高温清洁，并且
-将一层或多层由碳化硅构成的层涂覆在用热解碳涂覆的框架上。
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