DE3907301A1 - Vorrichtung zur halterung eines kollektivs von halbleiterscheiben bei thermischen oder chemischen behandlungsschritten und ihre verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Halterung eines Kollek­ tivs von Halbleiterscheiben bei thermischen oder chemischen Be­ handlungsschritten und ihre Verwendung.

In der Halbleitertechnik werden häufig Prozesse durchgeführt, bei denen typisch aus 10 bis 150 Einzelscheiben bestehende Kollektive von Halbleiterscheiben thermischen oder chemischen Behandlungsschritten wie Temperaturbehandlungen, Oxidationen, Diffusions- oder Transportvorgängen oder auch Reinigungsschrit­ ten unterworfen werden. Überlicherweise befinden sich dabei die Scheiben parallel hintereinander ausgerichtet in vertikaler Stellung in sogenannten Booten aus Quarz oder gesintertem kera­ mischem Material. Diese Boote sind als Einstücksysteme gestal­ tet und bestehen im allgemeinen aus Front- und Endteil, welche je nach Material durch Verschmelzen oder Sintern fest mit dazwi­ schenliegenden Seitenteilen verbunden sind, die die Halbleiter­ leiterscheiben in der gewünschten Position halten.

Diese bekannten Systeme haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Zum einen ist ihre Herstellung insbesondere wegen der durch Schmelzen oder Sintern hergestellten Verbindung aufwendig und schwierig, vor allem im Hinblick auf die für eine exakte Aus­ richtung der Scheiben erforderliche Genauigkeit, was auch einen hohen Preis zur Folge hat. Weiterhin lassen sich solche Ein­ stücksysteme im Falle einer Beschädigung nur schwer reparieren, wobei häufig die erforderliche Präzision nicht mehr eingehalten und das gesamte Boot nicht mehr verwendet werden kann. Schließ­ lich sind auch die verwendeten Materialien im allgemeinen nicht völlig frei von kontaminierenden Stoffen und können daher als Quelle für bei solchen Prozessen unerwünschte Verunreinigungen wirken.

Aufgabe der Erfindung war es, Vorrichtungen anzugeben, die ein­ facher herstellbar sind, hohe Präzision aufweisen, leicht zu reparieren sind und sich aus Materialien fertigen lassen, die auch bei höchste Reinheit fordernden Prozessen keine Kontamina­ tion der Scheiben verursachen können. Gelöst wird die Aufgabe durch Vorrichtungen der eingangs genannten Art, welche aus über lösbare Verbindungen zusammengesetzten Einzelteilen aus hoch­ temperaturfestem keramischem oder Halbleitermaterial bestehen.

Grundsätzlich eigenen sich jeweils solche keramischen oder Halb­ leitermaterialien, die bei den vorgesehenen Prozeßbedingungen die erforderliche mechanische, chemische und thermische Stabili­ tät aufweisen. Beispiele sind etwa oxidische keramische Materi­ alien wie Quarz, Quarzglas, Saphir oder Korund, carbidische oder nitridische keramische Materialien wie z. B. Siliciumcarbid, Siliciumnitrid oder Aluminiumnitrid, oder vorzugsweise Element- oder Verbindungshalbleitermaterialien wie Galliumarsenid, Ger­ manium oder insbesondere Silicium.

Das Material wird nach Maßgabe der vorgesehenen Anwendung aus­ gewählt, wobei vor allem die Art des Prozesses, das jeweilige Scheibenmaterial und die Reinheitsanforderungen zu berücksichti­ gen sind. Bevorzugt wird man für die Halterung von Silicium­ scheiben Quarz oder insbesondere Silicium als Material für die Vorrichtung verwenden. Der Einsatz von Silicium bietet den Vorteil, daß das Material in höchsten Reinheitsgraden zur Ver­ fügung steht, wobei gegebenenfalls sogar die Dotierung der zu behandelnden Scheiben berücksichtigt werden kann. Damit können die Halterungen aus Material gefertigt werden, das in Bezug auf die Reinheit und Halbleiterscheiben selbst, so daß die Kontami­ nationsgefahr besonders gering gehalten werden kann. Dies gilt sinngemäß auch für andere Halbleitermaterialien wie Germanium, Galliumarsenid oder Indiumphosid.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist, für die verschiedenen Ein­ zelteile der Vorrichtung auch verschiedene Materialien zu ver­ wenden, werden schon wegen des thermischen Verhaltens vorzugs­ weise alle Einzelteile aus dem gleichen Material gefertigt. Kri­ stalline Materialien können dabei eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bestehen aus mindestens einem mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Scheiben an ihrem Außenumfang versehenen Front- und Endteil sowie Befestigungsele­ menten, die die Herstellung einer lösbaren Verbindung zwischen mindestens einem Halteelement sowie Front- und Endteil gestat­ ten.

In der Figur ist beispielhaft eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Diese besteht aus 4 rundstabförmigen Halteelementen 1, die an ihrer den Scheiben zugewandten Seite mit z. B. spalten- oder nu­ tenförmigen Ausnehmungen 2 versehen sind. die den vorgesehenen Abstand voneinander besitzen und in welche die hier nicht dar­ gestellten Scheiben in der Weise eingestellt werden können, daß sie an vier Abschnitten ihres Außenumfanges in vertikaler, zu­ einander paralleler Stellung und im für den jeweiligen Prozeß­ schritt erforderlichen Abstand gehalten werden. Der Übersicht­ keit wegen wurden nur 4 Schlitze gezeichnet. Die Halteelemente weisen jedoch auf ganzer Länge im jeweils gewünschten Abstand Ausnehmungen (Schlitze) auf. Grundsätzlich sind auch andere Ausführungsformen möglich, bei denen die länglichen Halteelemte keinen runden. sondern einen polygonalen Querschnitt haben, al­ so beispielsweise trigonal, teragonal, quadratisch, penta- oder hexagonal. Solche Geometrien haben den Vorteil, daß bei der Her­ stellung der Halteelemenete aus größeren Werkstücken der Ver­ schnitt gering gehalten werden kann.

Auch die Zahl der Halteelemente kann je nach Anzahl und Größe der Scheiben und der erforderlichen mechanischen Stabilität der Vorrichtung variieren. Bevorzugt werden 2 bis 6, insbesondere 3 oder 4 derartige Halteelemente vorgesehen, da diese Anzahl in den meisten Fällen ausreichende Stabilität und Tragfähigkeit gewährleistet, während die Zahl der Kontaktstellen mit den Scheiben gering gehalten wird. Grundsätzlich sind jedoch Halte­ rungen mit mehr Halteelementen nicht ausgeschlossen, ebensowe­ nig wie solche mit nur einem, das beispielsweise trogförmig ge­ staltet sein kann.

Die Ausnehmungen 2 in den Halteelementen zur Aufnahme der Scheiben können in der von den gängigen Booten her bekannten Art und Weise gestaltet sein, d. h. vorzugsweise nut- oder spalt­ förmig mit beispielsweise V- oder U-förmigem Querschnitt.

Das Frontteil 3 sowie das Endteil 3 sind zweckmäßig so geformt, daß sie über Auflageflächen verfügen, die das Abstellen der Vorrichtung auf einer Unterlage oder das Auflegen auf Halte­ stangen oder -flächen ermöglichen. Als Möglichkeiten zur Befe­ stigung der Halteelemente 1 sind sie mit Öffnungen 4 versehen. durch welche die räumliche Anordnung der Halteelemente 1 und da­ mit letzlich festgelegt wird, in welchem Bereich ihres Außenum­ fanges die zu halternden Halbleiterscheiben jeweils mit den Hal­ teelementen in Kontakt kommen. Diese Öffnungen können rund sein, so daß die Halteelemente in ihnen drehbar sind: gemäß einer be­ vorzugten Ausführungsform sind diese jedoch so gestaltet, daß die Halteelemente gegen Verdrehung gesichert sind, was bei­ spielsweise durch eine nicht runde, also z. B. schlitzartige oder eckige Formgebung erreicht werden kann. Die Front- und End­ teile 3 können massiv sein, sie können aber auch als im Inneren offener Rahmen gestaltet sein.

Die Halteelemente 1 sind an ihren Enden mit Gewinden 5 verse­ hen, die dann mittels Muttern 6 mit dem Front- bzw. Endteil ver­ bunden werden können. Günstig werden die Gewinde bei größeren Durchmesser nicht völlig rund, sondern seitlich abgeflacht ge­ staltet, um gegen Verdrehung gesichert in die paßgerecht gefer­ tigten Öffnungen der Front- bzw. Endteile eingeführt werden zu können. Neben dem System Schraube/Mutter können auch beispiels­ weise Bajonettverschlüsse, Überfallringe oder auch solche Syste­ me verwendet werden, die mittels Keilen oder Stiften eine lös­ bare Verbindung darstellen.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich insbesondere zur Verwendung bei Hochtemperaturprozessen im Bereich von 300 bis 1250 Grad C. Daneben lassen sie sich auch mit Vorteil bei Reinigungsprozessen oder Diffusionsvorgängen einsetzen. Die Vor­ züge liegen insbesondere bei aus Silicium gefertigten Halterun­ gen in der hohen verfügbaren Reinheit, der Artgleichheit des verwendeten Materials, insbesondere bei Notwendigkeit gleicher Dotierung, der hohen erzielbaren Fertigungspräzision und der leichten Austauschbarkeit einzelner Teile im Falle von Beschä­ digungen oder Verunreinigungen, sowie der schnellen Wiederein­ satzbereitschaft durch kurze Reparaturzeiten vor Ort.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Halterung eines Kollektives von Halbleiter­ scheiben bei thermischen oder chemischen Behandlungsschrit­ ten, bestehend aus über lösbare Verbindungen zusammengesetz­ ten Einzelteilen aus hochtemperaturfestem keramischem oder Halbleitermaterial.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bestehend aus mindestens einem, vorzugsweise 2 bis 6, mit Ausnehmungen zur Aufnahme der Schei­ ben an ihrer Längsseite vergesehenen länglichen Halteelemen­ ten, mindestens je einem mit Öffnungen zur Aufnahme der Hal­ teelemente versehenen Front- und Endelement, sowie Befesti­ gungselementen, die die Herstellung einer lösbaren Verbin­ dung zwischen den Halteelementen und den Front- und Endele­ menten gestatten.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halteelemente an ihren Enden mit Gewinden versehen sind und als Befestigungselementen passende Schrau­ benmuttern vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente polygonalen bis runden Querschnitt besitzen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente mit nutenför­ migen Ausnehmungen versehen sind.

6. Vorrichtungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einzelteile aus demsel­ ben Material gefertigt sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile aus Silicium, Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid gefertigt sind.

8. Verwendung von Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 bei Hochtemperaturprozessen im Bereich von 300 bis 1250 Grad C.

9. Verwendung von Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 bei Reinigungsprozessen.

10. Verwendung von Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 bei Diffusionsprozessen.