フィレット半径結合部を有する装置
【課題】半導体ウェーハ処理時の過酷な条件に耐えられる半導体ウェーハの保持容器を提供する。
【解決手段】フィレット半径を有するフランジ１０を有する結合部２０によって、両端がエンドプレート４０に結合された複数のロッド３０を含むウェーハ保持装置。この装置の構成部品を結合する結合部により、半導体ウェーハ処理チャンバの手動操作並びに過酷な処理条件において安定したウェーハ保持装置を提供する。
【解決手段】フィレット半径を有するフランジ１０を有する結合部２０によって、両端がエンドプレート４０に結合された複数のロッド３０を含むウェーハ保持装置。この装置の構成部品を結合する結合部により、半導体ウェーハ処理チャンバの手動操作並びに過酷な処理条件において安定したウェーハ保持装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェーハを保持する装置に関し、この装置の構成部品はフィレット半径を有するフランジを有する結合部により固定される。さらに詳細には、本発明は、構成部品が、半導体ウェーハ処理の過酷な処理条件に耐えられる、フィレット半径を有するフランジを有する結合部により固定される、半導体ウェーハを保持する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの処理は、腐食性薬品、１０００℃を超える高温、および急速な温度サイクル（ＲＴＰ）への曝露をはじめとする過酷な条件を含む。このような条件は、特に、例えば接続箇所などの装置の部品が結合される点において、装置を弱体化するといった、ウェーハ保持装置に対する物理的破壊をもたらす可能性がある。結合部の弱体化は典型的に、継ぎ目、特に結合部の構成部品が相互に直角をなす継ぎ目に沿って目に見える亀裂を発生させる。
【０００３】
過酷な条件はまた、装置の表面損傷を引き起こす場合があり、この結果、装置から粒子状物体が剥がれ落ち、半導体ウェーハを汚染する可能性がある。装置の表面から剥がれ落ちる粒子に起因する汚染は、珪素または炭化珪素でコーティングされた石英の装置などの、装置の材料とは異なる材料により装置がコーティングされている場合、特に多く見られる。このようなコーティングは、半導体処理の過酷な条件下ではしばしば亀裂が生じるかまたは粒子を形成し、これにより装置の損傷を与え、且つウェーハ並びに処理チャンバを汚染する。コーティングの亀裂は、構成部品が接触する結合部の直角をなす部分において特に多く見られる。粒子状物体はまた、特に結合部が多数の部品を含む場合、装置の結合部の構成要素間の空間に留まる場合がある。
【０００４】
ウェーハの粒子による汚染はまた、ウェーハ保持装置が使用後に不適切に洗浄される場合に発生し得る。ウェーハ処理の過程で、ウェーハ並びにウェーハ保持装置は、例えば二酸化珪素、窒化珪素または多結晶シリコンフィルムといった化学物質でコーティングされる。このような物質は装置から除去するのが困難である。洗浄の困難性は、装置が多数の構成部品を有する場合、特に部品が結合されている箇所において増大する。
【０００５】
半導体産業では、炭化珪素は半導体処理の過酷な条件に耐えることができ、石英などの材料とは対照的に、ウェーハボートのための優れた材料であることが認識されている。米国特許第６，８１１，０４０号は、モノリシックで、化学蒸着された炭化珪素で全体が構成されるウェーハ保持装置を開示している。処理中の半導体ウェーハを保持するボートのロッドは、蟻継手によりエンドプレートに固定される。装置は、例えばボルト、クランプまたはナットといった追加の留め具および部品を使用することなく、装置の構成要素を固定する。場合によって、各結合部は化学蒸着された炭化珪素によりコーティングされ、粒子状物質が結合部品間のいかなる空間にも留まることを防止する。
【０００６】
米国特許第６，８１１，０４０号に記載されている炭化珪素装置は、多くの他の半導体ウェーハ保持装置より改善されているが、蟻継手装置は、ロッドの長さと同じ面において他の面におけるより、安定性または剛性が劣る。半導体処理中、腐食性薬品および高温への曝露に加えて、半導体ウェーハ処理チャンバの過酷な条件は、ウェーハ保持装置を揺り動かしまたは振動させ得る。これは、典型的に装置の温度が１５分〜６０分の期間に、室温から１０００℃を超える温度に急速に上昇する場合の、初期の加熱中に多く発生する。ウェーハ保持装置はエネルギーを吸収し、熱および例えば振動などの機械エネルギーとしてそれを放散する。このような振動は、装置が最も安定できない面において顕著である。振動は蟻継手とエンドプレートが接合する箇所に剪断力を生じる。連続使用の後、蟻継手は緩められ、この結果ロッドはエンドプレートから分離され得る。振動に加えて、ボートの手動操作も、結合部を時間と共に緩ませることがあり得る。
【０００７】
ウェーハボートに関連する別の問題は蟻継手の機械加工の難しさである。炭化珪素は、半導体ウェーハ装置に使用される多くの他の種類のセラミック材料と著しく異なり硬質セラミック材料である。ダイヤモンド工具を用いても、機械加工には問題がある。機械加工は、蟻継手のテーパー形側面特徴に起因して、特に難しい。
【特許文献１】米国特許第６，８１１，０４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
改良された半導体ウェーハ保持装置は存在するが、半導体ウェーハ処理の過酷な条件への向上した耐性を有する結合部であって機械加工がより容易である結合部を有する、半導体ウェーハ保持装置の必要性は依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様では、装置は、フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、その両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含んで提供される。
【００１０】
別の態様では、装置は、フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッド端はほぞを有し、ほぞは、楕円形ポートの円周の周囲にフィレット半径を有するフランジを有する楕円形ポートを通って、各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部は、フィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間の接合部分を形成する。
【００１１】
別の態様では、装置はフィレット半径を有する４側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッド端はほぞを有し、ほぞはフィレット半径を有する４側面フランジを有する長方形ポートを通って各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する。
【００１２】
さらに別の態様では、装置はフィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッド端はほぞを有し、ほぞはエンドプレートの側面のポートに横方向に挿入され、フィレット半径を有する３側面フランジはエンドプレートの内側面にポートを画定し、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間の接合部分を形成する。
【００１３】
別の態様では、装置はフィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッドはフィレット半径を有する３側面フランジを有するほぞを有し、各ロッドはエンドプレートの側面のポートに横方向に挿入され、３側面フランジの各側面がポートの側面との接合部分を形成する。
【００１４】
フィレット半径を有するフランジを有する結合部により、このような結合部を有さない半導体ウェーハ装置とは著しく異なる増加した強度を有する装置がもたらされる。さらに、コーティングチャンバ内の装置に施されるコーティング作用物質は、相互に鋭角の（例えば直角）構成部品を備えた結合部とは対照的に、フィレット半径を有するフランジを有する結合部を備える装置上に、より厚くより均一なコーティングを形成する。より厚くてより均一なコーティングは全体として、結合部および装置にさらなる強度を増加させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本明細書全体を通して使用される場合、以下の省略形は、特に他に明記しない限り、以下の意味を有する：℃＝摂氏度、ｍｍ＝ミリメートル；ｃｍ＝センチメートル；ｍ＝メートル；２．５４ｃｍ／インチ；ｓｌｐｍ＝１分当たりの標準リットル；および、トル（ｔｏｒｒ）＝０℃において水銀１ｍｍを支持するのに必要な圧力。全ての数値範囲は、境界値を含み、且つ、かかる数値範囲が合計で最大１００％までに制限されることが理論的である場合を除いて、任意の順で組み合わせることができる。
【００１６】
装置は、半導体ウェーハを処理するための半導体ウェーハ保持装置である。装置は、フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含む。フィレット半径により、半導体ウェーハ保持装置の多くの従来の結合部とは対照的に、増加した強度を有する結合部がもたらされる。フィレット半径により、ロッドがエンドプレートと接合する結合部の接合部分における鋭角が排除される。鋭角が排除されることにより、鋭角を有する結合部に比べてより均一でより厚いコーティングが装置の結合部上に堆積される。また、結合部上のより均一および厚いコーティングは、結合部を強化する。この結合部はまた、結合部における剪断力を低減または排除する。
【００１７】
半導体ウェーハ保持装置の結合部２０の円孤状フランジ１０のフィレット半径ｒは、図１に示されている。図はエンドプレート４０中に挿入されたロッド３０を示し、フランジの表面上の矢印の先端から仮想の十字線の距離により画定されるフランジのフィレット半径ｒを有する結合部２０を形成している。点線の円４２は最適の球面を示す。典型的に、フィレット半径は０．２５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である。より典型的には、フィレット半径は１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。フィレット半径は、２面が接合する箇所に形成される連続的な曲線の凹面の接合部である。フィレット半径は、フィレット半径の表面の輪郭を決定し、次にこの輪郭に最適な球面を数学的に決定することにより測定される。この最適な球面の半径がフィレット半径である。フィレット半径の面の輪郭は、例えば、接触および非接触プロフィルメーター、光学的コンパレーターまたは輪郭を数学的に決定できる写真により測定される写真といった、任意の技術を利用して測定できる。このような方法は従来技術においてよく知られている。
【００１８】
半導体ウェーハを支持するロッドの数は変化し得る。典型的に、半導体ウェーハ保持装置は３または４つのロッドを含む。より典型的には、ロッドの数は３つである。ロッドは、処理中の半導体ウェーハが配置される間隔で隔てられた歯を含む。ロッドの両端においてロッドを固定するエンドプレートは任意の好適な形状であり得る。このような形状としては、長方形、楕円形および三角形が挙げられるが、これらに限定されない。随意に、エンドプレートは、ウェーハの処理中に装置に保持されるウェーハの全域での気体の流れを可能にする開口を含み得る。
【００１９】
図２は半導体ウェーハ保持装置の一実施形態を示している。装置５０は間隔８０により互いに隔てられた複数の歯７０をそれぞれ有する３つのロッド６０を含む。ロッド６０はそれらの両端においてエンドプレート９０に結合される。各エンドプレートは半導体処理中のウェーハの端から端まで気体を流すための開口９５および９７を有する。ロッドはフィレット半径を有する円弧状フランジを有する結合部によりエンドプレートに結合される。図３はエンドプレートに結合されたロッドおよびフィレット半径を有するフランジを示す。
【００２０】
図３は図２に示された実施形態の別の図である。図３は３側面のフランジ１００を備えるポート内の、ロッド６０に結合されたエンドプレート９０を備える装置の一端を示す。ロッドとフランジは結合して接合部分１０５を形成する。フランジはエンドプレート９０の内側面１１０と連続している。
【００２１】
ロッドは任意の好適な形状であってもよい。典型的にはロッドは楕円形、長方形または三角形である。ロッドはエンドプレートのポート中に挿入するためのほぞを備えたそれらの両端で終端する。ほぞは、ロッドと連続し、平面を有する肩部が、ほぞがロッドの本体と結合する位置に形成されるようにロッドの本体より小さい直径または幅を有する。一実施形態では、ロッドの肩部は、円弧状のフランジの上面に位置する平面と接合し、ロッドがエンドプレートに結合されると接合部分を形成する。
【００２２】
ほぞはロッドの長に対して垂直な、ほぞ全体を貫通する穴を含んでもよい。別の実施形態では、エンドプレートの側面は、エンドプレートを貫通し、ほぞがエンドプレートに挿入される位置のポートのチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）に通じる、穴を有する。エンドプレートの側面の上記穴の反対側の第２穴は、ポートのチャネルに通じる。ほぞは、ポートに挿入され、これによりほぞの穴はエンドプレートの側面の穴およびチャネルに通じる第２穴と連続する。エンドプレートとほぞの間に形成される連続的なチャネルにより、ピンは連続的なチャネルに挿入でき、エンドプレートにロッドをさらに固定できる。
【００２３】
図４はエンドプレートにロッドを固定するためのピンを含む一実施形態を示す。円形ロッド１１５はロッドの本体１２０およびほぞ１２５を含む。ほぞは肩部１３０においてロッドの本体に結合する。ほぞ１２５は肩部１３０と連続する。ほぞはピン１４０を挿入するための穴１３５を含む。穴１３５は、ほぞ１２５を貫通する。エンドプレート１６０の内側面１５５上のポート１５０の円周の周囲のフランジ１４５は、円弧状でフィレット半径を有する側面１６５を有する。ロッドのほぞは、ポート１５０に挿入されると、ロッドの肩部１３０がフランジの上面１７０と接合し、穴１３５がエンドプレートの側面の穴１７５および穴１７５の反対側の、ポート１５０に開口したエンドプレート１８０の第２穴と連続的なチャネルを形成する。ピン１４０は連続的なチャネル中に挿入され、ポート内にロッドをさらに固定する。
【００２４】
図５は結合部１９０を形成する組み立てられた構成部品を示す。円形ロッド１１５はポートに挿入され、ロッドとフランジ１４５の上面が接合して結合部を形成する接合部分１９５を形成する。図５に示されているとおり、結合部１９０は、直角などの如何なる鋭角も有さない。フィレット半径を有する円弧状フランジにより鋭角を排除し、増加した強度を有する結合部を提供する。
【００２５】
図６は、ロッドをエンドプレートにさらに固定するためにピンが使用される、別の実施形態を示す。長方形ロッド２００はロッドの本体２０５および４側面を有する長方形のほぞ２１０を含む。ほぞは、４側面を有する肩部２１５でロッドの本体に結合する。ほぞ２１０は肩部２１５と連続する。ほぞはピン２２５を挿入するための穴２２０を含む。穴２２０はほぞ２１０を貫通する。長方形フランジ２２５はエンドプレート２４０の内側面２３５上にポート２３０の境界を画定し、及び円弧状でフィレット半径を有する側面２４５を有する。ポートは４つの内面２４７を有する。ロッドの肩部２１５がフランジの表面２５０と接合して接合部分を形成するように、ロッドのほぞがポート２３０中に挿入され、ロッドの肩部２１５はフランジの表面２５０と接合して、接合部分を形成し、穴２２０は、穴２５５の反対側の内側面から、ポート２３０と、ポート２３０に開口しているエンドプレートの第２穴２６０とに通じるエンドプレートの側面における穴２５５と連続的なチャネルを形成する。
穴２２０は、ポート２３０と、ポート２３０内に通じるエンドプレートの第２穴２６０とに通じる、エンドプレートの側面で穴２５５と連続的なチャネルを形成する。ピン２２５は連続的なチャネルに挿入され、ロッドをポートにさらに固定する。
【００２６】
図７は、エンドプレートにロッドをさらに固定するためにピンが使用される別の実施形態を示す。この実施形態では、ロッドはエンドプレートのポート内に横方向に挿入される。エンドプレートのポートはエンドプレートの側面で開いている。長方形ロッド３００はロッドの本体３０５およびほぞ３１０を含む。ほぞは肩部３１５でロッドの本体に結合する。肩部は３つの表面を有する。ほぞ３１０は肩部３１５と連続する。ほぞはピン３２５を挿入するための穴３２０を含む。穴３２０はほぞ３１０を貫通する。ポート３３５の境界を画定する３側面フランジ３３０は、円弧状の、フィレット半径を有する側面３４０を有する。フランジはエンドプレートの内側面３４５上に存在する。ロッドのほぞはポート３３５に横方向に挿入され、これによりロッドの肩部３１５はフランジの面３５０と接合して接合部分を形成する。ポート３３５は３つの内面３５５を有する。穴３２０は、ポート３３５に開口している第２穴３６０と連続的なチャネルを形成する。ピン３２５は穴３２０および第２穴３６０により形成される連続的なチャネルに挿入され、ロッドをポートにさらに固定する。
【００２７】
別の実施形態では、フィレット半径を有するフランジは、ポートの境界を画定する代わりに、ロッドのほぞ上に存在する。図８はこの実施形態を示す。長方形ロッド４００はロッドの本体４０５およびほぞ４１０を含む。ほぞは４側面４１７を備えるフランジ４１５と、円弧状の、フィレット半径を有する３つの上面４２０を含む。ロッドのほぞはエンドプレート４３０の側面に開くポート４２５に横方向に挿入される。ほぞは、ほぞ４１０を貫通する穴４３５を含む。ロッドのほぞはポート４２５に挿入され、これによりほぞの３つの側面４１７がポート４２５の対応する３つの側面４４５と接合して、ほぞの３つの側面とポートの３つの側面との間に接合部分を形成する。穴４３５の反対側のエンドプレートのポートの側面にある第２穴４５０は、ロッドがポートに挿入されると、ポート４２５に通じて、ロッドのほぞの穴４３５と連続的なチャネルを形成する。ピン４５５は連続的なチャネルに挿入され、ロッドをポートにさらに固定する。
【００２８】
装置の部品は、任意の好適な種類の炭化珪素から構成されてもよい。典型的に、部品は化学蒸着された炭化珪素から構成される。より典型的には、装置の部品は、化学蒸着された立方晶炭化珪素から構成され、最も典型的には部品は化学蒸着された立方β結晶構造炭化珪素から構成される。立方晶系炭化珪素は、立方晶炭化珪素の熱膨張および熱伝導性が等方性であり（すべての方向で同じである）、その結果、加熱または冷却時の装置における熱応力を低減する理由から、本出願の場合に最も適している。熱応力は、装置の変形を引き起こして処理中のウェーハに損傷を与える可能性があり、深刻な場合、応力が極めて大きく、装置の故障（破損）を引き起こすことがある。
【００２９】
炭化珪素は典型的に、耐酸化性、耐薬品性および耐熱衝撃性であるため、モノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）である。さらに、このようなモノリシック炭化珪素はいかなるコーティングをも有する必要がなく、この結果、粒子が半導体ウェーハ処理中に剥がれ落ち、ウェーハを汚染する可能性を排除する。モノリシックの用語は、炭化珪素が一様な構成要素（ｓｏｌｉｄ ｐｉｅｃｅ）であることを意味する。このような炭化珪素は通常化学蒸着により形成され、この化学蒸着では、一様な構成要素がマンドレルと一般に呼ばれる基体上に炭化珪素を堆積することによって、分子ごとに形成される。次に、単一の構成要素は通常の手段によりマンドレルから除去され、所望のサイズおよび形状に機械加工される。このようなモノリシック化学蒸着炭化珪素を形成する方法は当該技術においてよく知られている。このような方法の例は米国特許第５，３５４，５８０号に開示されている。
【００３０】
最小限の機械加工が、半導体ウェーハ保持装置の構成部品の生成において採用される。結合部の部品およびロッドの溝ならびにエンドプレートを成形することは、多くの単一構成要素の炭化珪素半導体ウェーハ保持装置の機械加工より時間が短く複雑性は少ない。さらに、結合部は、追加の機械的構成要素または望ましくない化学シール剤を必要とすることなく装置の構成部品を固定する。
【００３１】
場合によっては、結合部をさらに強化するために、装置の結合部を炭化珪素でコーティングしてもよい。典型的に結合部は１ｍｍ〜５ｍｍの炭化珪素でコーティングされる。炭化珪素は、例えば物理的蒸着または化学蒸着といった当技術分野でよく知られた通常の方法により結合部上に堆積させることができる。フィレット半径を有するフランジを有する結合部は、構成部品が例えば直角で接合する、鋭角を有する結合部に比べて、結合部上により均一でより厚いコーティングを提供する。より均一でより厚いコーティングは装置の強度をさらに増す。例えば、炭化珪素を製造するのに使用される大規模な化学蒸着（ＣＶＤ）処理においては、ＣＶＤ反応器は物質移動律速条件で操作され、この条件では、構成要素の表面全体にわたる化学作用物質の流れがコーティングの均一性に重大な影響を与える。結合部における鋭角（例えば直角など）は、不十分な流れの領域をもたらし、この結果、結合部における作用物質の流れの低減およびコーティング堆積の低減を引き起こす。結合部におけるより鋭角を排除することにより、作用物質の流れは改善されて、より均一なコーティングの堆積、およびより厚いコーティングを実現する。
【００３２】
半導体ウェーハ処理中に、装置中のウェーハと共にウェーハ保持装置は、最初に、１５分〜６０分の期間にわたって室温から１０００℃を超える温度への急速な温度上昇に曝される。典型的には、温度は２０分〜４５分の期間にわたって室温から１４５０℃に上昇する。このような急速な温度上昇は、はやい速度でウェーハ保持装置内のエネルギーの増加を引き起こす。増加したエネルギーは、熱および例えば振動などの機械エネルギーの形で装置から放散される。このような振動は典型的に、装置の最も弱いまたは最も安定性のない平面に沿って装置に発生する。典型的に、これは平面またはロッドの長さ方向に沿っている。本発明の結合部は、他の複数の平面または複数の方向に組まれているロッドの、平面における安定性のある結合部を提供し、振動または動きを低減または排除する。
【００３３】
本発明の結合部は、溝内に置かれる半導体ウェーハの重さによってたわまないような、装置に対して十分な強度および支持を提供する。したがって、本発明の装置を使用して、水平処理に関連する問題を心配することなく、水平処理により多数のウェーハを処理できる。さらに、炭化珪素構成要素により、装置は多数の半導体ウェーハが処理され得る垂直の装置内に配置することができる。これに加えて、ウェーハ保持装置のサイズは、採用される半導体ウェーハ処理チャンバのサイズによってのみ制限される。
【００３４】
以下の例は本発明を説明することを意図し、本発明の範囲を制限することを意図したものではない。
【実施例】
【００３５】
結合部の強度を試験するための標準試験方法を用いて強度を試験するために、化学蒸着された炭化珪素の３つの結合部を準備した。各結合部は、長さ７６ｍｍ×幅７６ｍｍ×厚さ６．４ｍｍの寸法を有する化学蒸着された炭化珪素エンドプレート部分を含んでいた。
【００３６】
エンドプレートは、通常のパラメータを使用する通常の化学蒸着方法を用いて作られた。条件は、６つの三角形のボックス生成炉に対して最適化された。炭化珪素は、不活性水素（Ｈ２）およびアルゴン（Ａｒ）環境内でメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）から生成された。炉の各ボックス内の炭化珪素の堆積条件は下記の表の通りである。
【００３７】
【表１】
【００３８】
炭化珪素は長方形のグラファイト・マンドレル上に堆積された。蒸着後、蒸着物はマンドレルから除去され、２２０グリットダイヤモンド含侵砥石車および工具を用いて機械加工して、１ÅＲＭＳ未満に研摩され、上述の寸法を有するエンドプレートを形成した。
【００３９】
３つの炭化珪素レールビーム（ｒａｉｌ ｂｅａｍ）はまた、表１に記載された条件を用いてエンドプレートに対して使用された、通常の化学蒸着方法を用いて作られた。蒸着後、蒸着物はグラファイト・マンドレルから除去された。レールビームは長さ６４ｍｍ、幅１４ｍｍおよび高さ２０ｍｍであった。これらはエンドプレートと同じ方法および工具により機械加工および研摩された。
【００４０】
レールビームはエンドプレートを備えた結合部を形成するために組み合わされた。１つのレールビームはエンドプレートに結合され、直角を有する結合部を形成した。結合部は２．３ｍｍの化学蒸着された炭化珪素でコーティングされた。他の２つの結合部は３ｍｍのフィレット半径を有する結合部であった。１つは、図７に示されている開いた背面の半径結合部を有し、第２の結合部はフィレット半径を有し、図６に示されている閉じた背面の半径結合部を有していた。両方の結合部はピンで固定され、２．３ｍｍの化学蒸着された炭化珪素でコーティングされた。化学蒸着は１．５ｍの炉内で行われた。蒸着条件を下記の表に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
その後、３つの結合部のすべてが亀裂に対して視覚検査された。どの結合部も可視の亀裂または割れを示さなかった。しかし、エンドプレートに対して直角のレールを備えた結合部は、図９Ａの写真に示されているとおり不充分な炭化珪素蒸着を示した。対照的に、フィレット半径を有する結合部は、図９Ｂの写真に示されているとおり完全な炭化珪素被覆範囲を示した。
【００４３】
その後、各結合部は標準のＩｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（商標）内に置かれ、各結合部が破壊前に耐えられる負荷量を試験した。結合部のエンドプレートは固定具に固定され、エンドプレートから、負荷（力）が加えられるレール上の点までの距離が２．５インチになるように、レールが固定具から水平に突出する状態にエンドプレートを保持した。次に、Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（商標）のヘッド（ロードセル）が、レール部分を押し下げて、０．０２インチ／分の速度で動くように設定された。ポンドでの負荷値および負荷速度（インチ／分）は通常のチャート式記録計に記録され、結合部が割れた点はチャート式記録計において識別され、割れを生じるレール上の負荷（力）を決定するために使用された。
【００４４】
エンドプレートに対して直角のレールビームを備え、不充分な炭化珪素蒸着を有する通常の結合部は、負荷１５８ポンドを加えたのちに割れた。対照的に、開いた背面およびフィレット半径を有し、完全な炭化珪素蒸着被覆範囲を有する結合部は、１５８ポンドで、割れず、またはいかなる割れ目をも示さなかった。
【００４５】
開いた背面およびフィレット半径を有し、完全な炭化珪素蒸着被覆範囲を有する結合部は、加えられる負荷が１８９ポンドに到達するまで壊れなかった。閉じた背面およびフィレット半径を有し、完全な炭化珪素被覆範囲を有する結合部は、適用される負荷が１８３ポンドに到達するまで故障を生じなかった。したがって、フィレット半径を有する結合部は、レールビームがエンドプレートに対して直角であり、不充分な炭化珪素被覆範囲を有する従来の結合部に比べてより強固であった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】フィレット半径を有する結合部の側面の概略図である。
【図２】半導体ウェーハ保持装置の一実施形態であって、歯およびエンドプレートを備えたロッドを示す。
【図３】半導体ウェーハ保持装置の一実施形態であって、エンドプレートに結合されたロッドおよび各結合部におけるフィレット半径を示す。
【図４】結合部が、フィレット半径を有する楕円形フランジを有する楕円形ポートと、ロッドのほぞとを有する実施形態を示す。
【図５】ロッドが楕円形ポート内に固定され、ポートの円周の周囲にフィレット半径を有する実施形態を示す。
【図６】結合部が、フィレット半径を有するフランジを有する長方形の４側面のポートおよびロッドのほぞを有する実施形態を示す。
【図７】結合部が、フィレット半径を有する３側面フランジを有する３側面のポートおよびポートに横方向に挿入されるほぞを有する実施形態を示す。
【図８】フィレット半径を有するフランジがロッドのほぞ上にあり、ロッドが横方向に３側面のポートに挿入される実施形態を示す。
【図９Ａ】図９Ａはロッドが直角でエンドプレートに結合されている、炭化珪素でコーティングされた結合部の写真である。
【図９Ｂ】図９Ｂはロッドがフィレット半径を有するフランジを有するポートを備えるエンドプレートに固定されている、炭化珪素でコーティングされた結合部の写真である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 円孤状フランジ
２０ 結合部
３０ ロッド
４０ エンドプレート
４２ 最適の球面
５０ 装置
６０ ロッド
７０ 歯
８０ 間隔
９０ エンドプレート
９５ 気体を流すための気体を流すための開口
９７ 開口
１００ ３側面のフランジ
１０５ 接合部分
１１０ エンドプレートの内側面
１１５ 円形ロッド
１２０ ロッドの本体
１２５ ほぞ
１３０ 肩部
１３５ 穴
１４０ ピン
１４５ フランジ
１５０ ポート
１５５ エンドプレートの内側面
１６０ エンドプレート
１６５ フィレット半径を有する側面
１７０ フランジの上面
１７５ エンドプレートの側面の穴
１８０ エンドプレート
１９０ 結合部
１９５ 接合部分
２００ 長方形ロッド
２０５ ロッドの本体
２１０ ４側面を有する長方形のほぞ
２１５ ４側面を有する肩部
２２０ 穴
２２５ ピン／フランジ
２３０ ポート
２３５ エンドプレートの内側面
２４０ エンドプレート
２４５ フィレット半径を有する側面
２４７ 内面
２５０ フランジの表面
２５５ 穴
２６０ 第２穴
３００ 長方形ロッド
３０５ ロッドの本体
３１０ ほぞ
３１５ 肩部
３２０ ピンを挿入するための穴
３２５ ピン
３３０ 境界を画定する３側面フランジ
３３５ ポート
３４０ フィレット半径を有する側面
３４５ エンドプレートの内側面
３５０ フランジの面
３５５ 内面
３６０ 第２穴
４００ 長方形ロッド
４０５ ロッドの本体
４１０ ほぞ
４１５ ４側面を備えるフランジ
４１７ ４側面
４２０ フィレット半径を有する３つの上面
４２５ ポート
４３０ エンドプレート
４３５ ほぞ４１０を貫通する穴
４４５ ３つの側面
４５０ 第２穴
４５５ ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェーハを保持する装置に関し、この装置の構成部品はフィレット半径を有するフランジを有する結合部により固定される。さらに詳細には、本発明は、構成部品が、半導体ウェーハ処理の過酷な処理条件に耐えられる、フィレット半径を有するフランジを有する結合部により固定される、半導体ウェーハを保持する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの処理は、腐食性薬品、１０００℃を超える高温、および急速な温度サイクル（ＲＴＰ）への曝露をはじめとする過酷な条件を含む。このような条件は、特に、例えば接続箇所などの装置の部品が結合される点において、装置を弱体化するといった、ウェーハ保持装置に対する物理的破壊をもたらす可能性がある。結合部の弱体化は典型的に、継ぎ目、特に結合部の構成部品が相互に直角をなす継ぎ目に沿って目に見える亀裂を発生させる。
【０００３】
過酷な条件はまた、装置の表面損傷を引き起こす場合があり、この結果、装置から粒子状物体が剥がれ落ち、半導体ウェーハを汚染する可能性がある。装置の表面から剥がれ落ちる粒子に起因する汚染は、珪素または炭化珪素でコーティングされた石英の装置などの、装置の材料とは異なる材料により装置がコーティングされている場合、特に多く見られる。このようなコーティングは、半導体処理の過酷な条件下ではしばしば亀裂が生じるかまたは粒子を形成し、これにより装置の損傷を与え、且つウェーハ並びに処理チャンバを汚染する。コーティングの亀裂は、構成部品が接触する結合部の直角をなす部分において特に多く見られる。粒子状物体はまた、特に結合部が多数の部品を含む場合、装置の結合部の構成要素間の空間に留まる場合がある。
【０００４】
ウェーハの粒子による汚染はまた、ウェーハ保持装置が使用後に不適切に洗浄される場合に発生し得る。ウェーハ処理の過程で、ウェーハ並びにウェーハ保持装置は、例えば二酸化珪素、窒化珪素または多結晶シリコンフィルムといった化学物質でコーティングされる。このような物質は装置から除去するのが困難である。洗浄の困難性は、装置が多数の構成部品を有する場合、特に部品が結合されている箇所において増大する。
【０００５】
半導体産業では、炭化珪素は半導体処理の過酷な条件に耐えることができ、石英などの材料とは対照的に、ウェーハボートのための優れた材料であることが認識されている。米国特許第６，８１１，０４０号は、モノリシックで、化学蒸着された炭化珪素で全体が構成されるウェーハ保持装置を開示している。処理中の半導体ウェーハを保持するボートのロッドは、蟻継手によりエンドプレートに固定される。装置は、例えばボルト、クランプまたはナットといった追加の留め具および部品を使用することなく、装置の構成要素を固定する。場合によって、各結合部は化学蒸着された炭化珪素によりコーティングされ、粒子状物質が結合部品間のいかなる空間にも留まることを防止する。
【０００６】
米国特許第６，８１１，０４０号に記載されている炭化珪素装置は、多くの他の半導体ウェーハ保持装置より改善されているが、蟻継手装置は、ロッドの長さと同じ面において他の面におけるより、安定性または剛性が劣る。半導体処理中、腐食性薬品および高温への曝露に加えて、半導体ウェーハ処理チャンバの過酷な条件は、ウェーハ保持装置を揺り動かしまたは振動させ得る。これは、典型的に装置の温度が１５分〜６０分の期間に、室温から１０００℃を超える温度に急速に上昇する場合の、初期の加熱中に多く発生する。ウェーハ保持装置はエネルギーを吸収し、熱および例えば振動などの機械エネルギーとしてそれを放散する。このような振動は、装置が最も安定できない面において顕著である。振動は蟻継手とエンドプレートが接合する箇所に剪断力を生じる。連続使用の後、蟻継手は緩められ、この結果ロッドはエンドプレートから分離され得る。振動に加えて、ボートの手動操作も、結合部を時間と共に緩ませることがあり得る。
【０００７】
ウェーハボートに関連する別の問題は蟻継手の機械加工の難しさである。炭化珪素は、半導体ウェーハ装置に使用される多くの他の種類のセラミック材料と著しく異なり硬質セラミック材料である。ダイヤモンド工具を用いても、機械加工には問題がある。機械加工は、蟻継手のテーパー形側面特徴に起因して、特に難しい。
【特許文献１】米国特許第６，８１１，０４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
改良された半導体ウェーハ保持装置は存在するが、半導体ウェーハ処理の過酷な条件への向上した耐性を有する結合部であって機械加工がより容易である結合部を有する、半導体ウェーハ保持装置の必要性は依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様では、装置は、フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、その両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含んで提供される。
【００１０】
別の態様では、装置は、フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッド端はほぞを有し、ほぞは、楕円形ポートの円周の周囲にフィレット半径を有するフランジを有する楕円形ポートを通って、各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部は、フィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間の接合部分を形成する。
【００１１】
別の態様では、装置はフィレット半径を有する４側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッド端はほぞを有し、ほぞはフィレット半径を有する４側面フランジを有する長方形ポートを通って各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する。
【００１２】
さらに別の態様では、装置はフィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッド端はほぞを有し、ほぞはエンドプレートの側面のポートに横方向に挿入され、フィレット半径を有する３側面フランジはエンドプレートの内側面にポートを画定し、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間の接合部分を形成する。
【００１３】
別の態様では、装置はフィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、各ロッドはフィレット半径を有する３側面フランジを有するほぞを有し、各ロッドはエンドプレートの側面のポートに横方向に挿入され、３側面フランジの各側面がポートの側面との接合部分を形成する。
【００１４】
フィレット半径を有するフランジを有する結合部により、このような結合部を有さない半導体ウェーハ装置とは著しく異なる増加した強度を有する装置がもたらされる。さらに、コーティングチャンバ内の装置に施されるコーティング作用物質は、相互に鋭角の（例えば直角）構成部品を備えた結合部とは対照的に、フィレット半径を有するフランジを有する結合部を備える装置上に、より厚くより均一なコーティングを形成する。より厚くてより均一なコーティングは全体として、結合部および装置にさらなる強度を増加させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本明細書全体を通して使用される場合、以下の省略形は、特に他に明記しない限り、以下の意味を有する：℃＝摂氏度、ｍｍ＝ミリメートル；ｃｍ＝センチメートル；ｍ＝メートル；２．５４ｃｍ／インチ；ｓｌｐｍ＝１分当たりの標準リットル；および、トル（ｔｏｒｒ）＝０℃において水銀１ｍｍを支持するのに必要な圧力。全ての数値範囲は、境界値を含み、且つ、かかる数値範囲が合計で最大１００％までに制限されることが理論的である場合を除いて、任意の順で組み合わせることができる。
【００１６】
装置は、半導体ウェーハを処理するための半導体ウェーハ保持装置である。装置は、フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含む。フィレット半径により、半導体ウェーハ保持装置の多くの従来の結合部とは対照的に、増加した強度を有する結合部がもたらされる。フィレット半径により、ロッドがエンドプレートと接合する結合部の接合部分における鋭角が排除される。鋭角が排除されることにより、鋭角を有する結合部に比べてより均一でより厚いコーティングが装置の結合部上に堆積される。また、結合部上のより均一および厚いコーティングは、結合部を強化する。この結合部はまた、結合部における剪断力を低減または排除する。
【００１７】
半導体ウェーハ保持装置の結合部２０の円孤状フランジ１０のフィレット半径ｒは、図１に示されている。図はエンドプレート４０中に挿入されたロッド３０を示し、フランジの表面上の矢印の先端から仮想の十字線の距離により画定されるフランジのフィレット半径ｒを有する結合部２０を形成している。点線の円４２は最適の球面を示す。典型的に、フィレット半径は０．２５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である。より典型的には、フィレット半径は１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。フィレット半径は、２面が接合する箇所に形成される連続的な曲線の凹面の接合部である。フィレット半径は、フィレット半径の表面の輪郭を決定し、次にこの輪郭に最適な球面を数学的に決定することにより測定される。この最適な球面の半径がフィレット半径である。フィレット半径の面の輪郭は、例えば、接触および非接触プロフィルメーター、光学的コンパレーターまたは輪郭を数学的に決定できる写真により測定される写真といった、任意の技術を利用して測定できる。このような方法は従来技術においてよく知られている。
【００１８】
半導体ウェーハを支持するロッドの数は変化し得る。典型的に、半導体ウェーハ保持装置は３または４つのロッドを含む。より典型的には、ロッドの数は３つである。ロッドは、処理中の半導体ウェーハが配置される間隔で隔てられた歯を含む。ロッドの両端においてロッドを固定するエンドプレートは任意の好適な形状であり得る。このような形状としては、長方形、楕円形および三角形が挙げられるが、これらに限定されない。随意に、エンドプレートは、ウェーハの処理中に装置に保持されるウェーハの全域での気体の流れを可能にする開口を含み得る。
【００１９】
図２は半導体ウェーハ保持装置の一実施形態を示している。装置５０は間隔８０により互いに隔てられた複数の歯７０をそれぞれ有する３つのロッド６０を含む。ロッド６０はそれらの両端においてエンドプレート９０に結合される。各エンドプレートは半導体処理中のウェーハの端から端まで気体を流すための開口９５および９７を有する。ロッドはフィレット半径を有する円弧状フランジを有する結合部によりエンドプレートに結合される。図３はエンドプレートに結合されたロッドおよびフィレット半径を有するフランジを示す。
【００２０】
図３は図２に示された実施形態の別の図である。図３は３側面のフランジ１００を備えるポート内の、ロッド６０に結合されたエンドプレート９０を備える装置の一端を示す。ロッドとフランジは結合して接合部分１０５を形成する。フランジはエンドプレート９０の内側面１１０と連続している。
【００２１】
ロッドは任意の好適な形状であってもよい。典型的にはロッドは楕円形、長方形または三角形である。ロッドはエンドプレートのポート中に挿入するためのほぞを備えたそれらの両端で終端する。ほぞは、ロッドと連続し、平面を有する肩部が、ほぞがロッドの本体と結合する位置に形成されるようにロッドの本体より小さい直径または幅を有する。一実施形態では、ロッドの肩部は、円弧状のフランジの上面に位置する平面と接合し、ロッドがエンドプレートに結合されると接合部分を形成する。
【００２２】
ほぞはロッドの長に対して垂直な、ほぞ全体を貫通する穴を含んでもよい。別の実施形態では、エンドプレートの側面は、エンドプレートを貫通し、ほぞがエンドプレートに挿入される位置のポートのチャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）に通じる、穴を有する。エンドプレートの側面の上記穴の反対側の第２穴は、ポートのチャネルに通じる。ほぞは、ポートに挿入され、これによりほぞの穴はエンドプレートの側面の穴およびチャネルに通じる第２穴と連続する。エンドプレートとほぞの間に形成される連続的なチャネルにより、ピンは連続的なチャネルに挿入でき、エンドプレートにロッドをさらに固定できる。
【００２３】
図４はエンドプレートにロッドを固定するためのピンを含む一実施形態を示す。円形ロッド１１５はロッドの本体１２０およびほぞ１２５を含む。ほぞは肩部１３０においてロッドの本体に結合する。ほぞ１２５は肩部１３０と連続する。ほぞはピン１４０を挿入するための穴１３５を含む。穴１３５は、ほぞ１２５を貫通する。エンドプレート１６０の内側面１５５上のポート１５０の円周の周囲のフランジ１４５は、円弧状でフィレット半径を有する側面１６５を有する。ロッドのほぞは、ポート１５０に挿入されると、ロッドの肩部１３０がフランジの上面１７０と接合し、穴１３５がエンドプレートの側面の穴１７５および穴１７５の反対側の、ポート１５０に開口したエンドプレート１８０の第２穴と連続的なチャネルを形成する。ピン１４０は連続的なチャネル中に挿入され、ポート内にロッドをさらに固定する。
【００２４】
図５は結合部１９０を形成する組み立てられた構成部品を示す。円形ロッド１１５はポートに挿入され、ロッドとフランジ１４５の上面が接合して結合部を形成する接合部分１９５を形成する。図５に示されているとおり、結合部１９０は、直角などの如何なる鋭角も有さない。フィレット半径を有する円弧状フランジにより鋭角を排除し、増加した強度を有する結合部を提供する。
【００２５】
図６は、ロッドをエンドプレートにさらに固定するためにピンが使用される、別の実施形態を示す。長方形ロッド２００はロッドの本体２０５および４側面を有する長方形のほぞ２１０を含む。ほぞは、４側面を有する肩部２１５でロッドの本体に結合する。ほぞ２１０は肩部２１５と連続する。ほぞはピン２２５を挿入するための穴２２０を含む。穴２２０はほぞ２１０を貫通する。長方形フランジ２２５はエンドプレート２４０の内側面２３５上にポート２３０の境界を画定し、及び円弧状でフィレット半径を有する側面２４５を有する。ポートは４つの内面２４７を有する。ロッドの肩部２１５がフランジの表面２５０と接合して接合部分を形成するように、ロッドのほぞがポート２３０中に挿入され、ロッドの肩部２１５はフランジの表面２５０と接合して、接合部分を形成し、穴２２０は、穴２５５の反対側の内側面から、ポート２３０と、ポート２３０に開口しているエンドプレートの第２穴２６０とに通じるエンドプレートの側面における穴２５５と連続的なチャネルを形成する。
穴２２０は、ポート２３０と、ポート２３０内に通じるエンドプレートの第２穴２６０とに通じる、エンドプレートの側面で穴２５５と連続的なチャネルを形成する。ピン２２５は連続的なチャネルに挿入され、ロッドをポートにさらに固定する。
【００２６】
図７は、エンドプレートにロッドをさらに固定するためにピンが使用される別の実施形態を示す。この実施形態では、ロッドはエンドプレートのポート内に横方向に挿入される。エンドプレートのポートはエンドプレートの側面で開いている。長方形ロッド３００はロッドの本体３０５およびほぞ３１０を含む。ほぞは肩部３１５でロッドの本体に結合する。肩部は３つの表面を有する。ほぞ３１０は肩部３１５と連続する。ほぞはピン３２５を挿入するための穴３２０を含む。穴３２０はほぞ３１０を貫通する。ポート３３５の境界を画定する３側面フランジ３３０は、円弧状の、フィレット半径を有する側面３４０を有する。フランジはエンドプレートの内側面３４５上に存在する。ロッドのほぞはポート３３５に横方向に挿入され、これによりロッドの肩部３１５はフランジの面３５０と接合して接合部分を形成する。ポート３３５は３つの内面３５５を有する。穴３２０は、ポート３３５に開口している第２穴３６０と連続的なチャネルを形成する。ピン３２５は穴３２０および第２穴３６０により形成される連続的なチャネルに挿入され、ロッドをポートにさらに固定する。
【００２７】
別の実施形態では、フィレット半径を有するフランジは、ポートの境界を画定する代わりに、ロッドのほぞ上に存在する。図８はこの実施形態を示す。長方形ロッド４００はロッドの本体４０５およびほぞ４１０を含む。ほぞは４側面４１７を備えるフランジ４１５と、円弧状の、フィレット半径を有する３つの上面４２０を含む。ロッドのほぞはエンドプレート４３０の側面に開くポート４２５に横方向に挿入される。ほぞは、ほぞ４１０を貫通する穴４３５を含む。ロッドのほぞはポート４２５に挿入され、これによりほぞの３つの側面４１７がポート４２５の対応する３つの側面４４５と接合して、ほぞの３つの側面とポートの３つの側面との間に接合部分を形成する。穴４３５の反対側のエンドプレートのポートの側面にある第２穴４５０は、ロッドがポートに挿入されると、ポート４２５に通じて、ロッドのほぞの穴４３５と連続的なチャネルを形成する。ピン４５５は連続的なチャネルに挿入され、ロッドをポートにさらに固定する。
【００２８】
装置の部品は、任意の好適な種類の炭化珪素から構成されてもよい。典型的に、部品は化学蒸着された炭化珪素から構成される。より典型的には、装置の部品は、化学蒸着された立方晶炭化珪素から構成され、最も典型的には部品は化学蒸着された立方β結晶構造炭化珪素から構成される。立方晶系炭化珪素は、立方晶炭化珪素の熱膨張および熱伝導性が等方性であり（すべての方向で同じである）、その結果、加熱または冷却時の装置における熱応力を低減する理由から、本出願の場合に最も適している。熱応力は、装置の変形を引き起こして処理中のウェーハに損傷を与える可能性があり、深刻な場合、応力が極めて大きく、装置の故障（破損）を引き起こすことがある。
【００２９】
炭化珪素は典型的に、耐酸化性、耐薬品性および耐熱衝撃性であるため、モノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）である。さらに、このようなモノリシック炭化珪素はいかなるコーティングをも有する必要がなく、この結果、粒子が半導体ウェーハ処理中に剥がれ落ち、ウェーハを汚染する可能性を排除する。モノリシックの用語は、炭化珪素が一様な構成要素（ｓｏｌｉｄ ｐｉｅｃｅ）であることを意味する。このような炭化珪素は通常化学蒸着により形成され、この化学蒸着では、一様な構成要素がマンドレルと一般に呼ばれる基体上に炭化珪素を堆積することによって、分子ごとに形成される。次に、単一の構成要素は通常の手段によりマンドレルから除去され、所望のサイズおよび形状に機械加工される。このようなモノリシック化学蒸着炭化珪素を形成する方法は当該技術においてよく知られている。このような方法の例は米国特許第５，３５４，５８０号に開示されている。
【００３０】
最小限の機械加工が、半導体ウェーハ保持装置の構成部品の生成において採用される。結合部の部品およびロッドの溝ならびにエンドプレートを成形することは、多くの単一構成要素の炭化珪素半導体ウェーハ保持装置の機械加工より時間が短く複雑性は少ない。さらに、結合部は、追加の機械的構成要素または望ましくない化学シール剤を必要とすることなく装置の構成部品を固定する。
【００３１】
場合によっては、結合部をさらに強化するために、装置の結合部を炭化珪素でコーティングしてもよい。典型的に結合部は１ｍｍ〜５ｍｍの炭化珪素でコーティングされる。炭化珪素は、例えば物理的蒸着または化学蒸着といった当技術分野でよく知られた通常の方法により結合部上に堆積させることができる。フィレット半径を有するフランジを有する結合部は、構成部品が例えば直角で接合する、鋭角を有する結合部に比べて、結合部上により均一でより厚いコーティングを提供する。より均一でより厚いコーティングは装置の強度をさらに増す。例えば、炭化珪素を製造するのに使用される大規模な化学蒸着（ＣＶＤ）処理においては、ＣＶＤ反応器は物質移動律速条件で操作され、この条件では、構成要素の表面全体にわたる化学作用物質の流れがコーティングの均一性に重大な影響を与える。結合部における鋭角（例えば直角など）は、不十分な流れの領域をもたらし、この結果、結合部における作用物質の流れの低減およびコーティング堆積の低減を引き起こす。結合部におけるより鋭角を排除することにより、作用物質の流れは改善されて、より均一なコーティングの堆積、およびより厚いコーティングを実現する。
【００３２】
半導体ウェーハ処理中に、装置中のウェーハと共にウェーハ保持装置は、最初に、１５分〜６０分の期間にわたって室温から１０００℃を超える温度への急速な温度上昇に曝される。典型的には、温度は２０分〜４５分の期間にわたって室温から１４５０℃に上昇する。このような急速な温度上昇は、はやい速度でウェーハ保持装置内のエネルギーの増加を引き起こす。増加したエネルギーは、熱および例えば振動などの機械エネルギーの形で装置から放散される。このような振動は典型的に、装置の最も弱いまたは最も安定性のない平面に沿って装置に発生する。典型的に、これは平面またはロッドの長さ方向に沿っている。本発明の結合部は、他の複数の平面または複数の方向に組まれているロッドの、平面における安定性のある結合部を提供し、振動または動きを低減または排除する。
【００３３】
本発明の結合部は、溝内に置かれる半導体ウェーハの重さによってたわまないような、装置に対して十分な強度および支持を提供する。したがって、本発明の装置を使用して、水平処理に関連する問題を心配することなく、水平処理により多数のウェーハを処理できる。さらに、炭化珪素構成要素により、装置は多数の半導体ウェーハが処理され得る垂直の装置内に配置することができる。これに加えて、ウェーハ保持装置のサイズは、採用される半導体ウェーハ処理チャンバのサイズによってのみ制限される。
【００３４】
以下の例は本発明を説明することを意図し、本発明の範囲を制限することを意図したものではない。
【実施例】
【００３５】
結合部の強度を試験するための標準試験方法を用いて強度を試験するために、化学蒸着された炭化珪素の３つの結合部を準備した。各結合部は、長さ７６ｍｍ×幅７６ｍｍ×厚さ６．４ｍｍの寸法を有する化学蒸着された炭化珪素エンドプレート部分を含んでいた。
【００３６】
エンドプレートは、通常のパラメータを使用する通常の化学蒸着方法を用いて作られた。条件は、６つの三角形のボックス生成炉に対して最適化された。炭化珪素は、不活性水素（Ｈ２）およびアルゴン（Ａｒ）環境内でメチルトリクロロシラン（ＭＴＳ）から生成された。炉の各ボックス内の炭化珪素の堆積条件は下記の表の通りである。
【００３７】
【表１】
【００３８】
炭化珪素は長方形のグラファイト・マンドレル上に堆積された。蒸着後、蒸着物はマンドレルから除去され、２２０グリットダイヤモンド含侵砥石車および工具を用いて機械加工して、１ÅＲＭＳ未満に研摩され、上述の寸法を有するエンドプレートを形成した。
【００３９】
３つの炭化珪素レールビーム（ｒａｉｌ ｂｅａｍ）はまた、表１に記載された条件を用いてエンドプレートに対して使用された、通常の化学蒸着方法を用いて作られた。蒸着後、蒸着物はグラファイト・マンドレルから除去された。レールビームは長さ６４ｍｍ、幅１４ｍｍおよび高さ２０ｍｍであった。これらはエンドプレートと同じ方法および工具により機械加工および研摩された。
【００４０】
レールビームはエンドプレートを備えた結合部を形成するために組み合わされた。１つのレールビームはエンドプレートに結合され、直角を有する結合部を形成した。結合部は２．３ｍｍの化学蒸着された炭化珪素でコーティングされた。他の２つの結合部は３ｍｍのフィレット半径を有する結合部であった。１つは、図７に示されている開いた背面の半径結合部を有し、第２の結合部はフィレット半径を有し、図６に示されている閉じた背面の半径結合部を有していた。両方の結合部はピンで固定され、２．３ｍｍの化学蒸着された炭化珪素でコーティングされた。化学蒸着は１．５ｍの炉内で行われた。蒸着条件を下記の表に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
その後、３つの結合部のすべてが亀裂に対して視覚検査された。どの結合部も可視の亀裂または割れを示さなかった。しかし、エンドプレートに対して直角のレールを備えた結合部は、図９Ａの写真に示されているとおり不充分な炭化珪素蒸着を示した。対照的に、フィレット半径を有する結合部は、図９Ｂの写真に示されているとおり完全な炭化珪素被覆範囲を示した。
【００４３】
その後、各結合部は標準のＩｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（商標）内に置かれ、各結合部が破壊前に耐えられる負荷量を試験した。結合部のエンドプレートは固定具に固定され、エンドプレートから、負荷（力）が加えられるレール上の点までの距離が２．５インチになるように、レールが固定具から水平に突出する状態にエンドプレートを保持した。次に、Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｅｓｔｅｒ（商標）のヘッド（ロードセル）が、レール部分を押し下げて、０．０２インチ／分の速度で動くように設定された。ポンドでの負荷値および負荷速度（インチ／分）は通常のチャート式記録計に記録され、結合部が割れた点はチャート式記録計において識別され、割れを生じるレール上の負荷（力）を決定するために使用された。
【００４４】
エンドプレートに対して直角のレールビームを備え、不充分な炭化珪素蒸着を有する通常の結合部は、負荷１５８ポンドを加えたのちに割れた。対照的に、開いた背面およびフィレット半径を有し、完全な炭化珪素蒸着被覆範囲を有する結合部は、１５８ポンドで、割れず、またはいかなる割れ目をも示さなかった。
【００４５】
開いた背面およびフィレット半径を有し、完全な炭化珪素蒸着被覆範囲を有する結合部は、加えられる負荷が１８９ポンドに到達するまで壊れなかった。閉じた背面およびフィレット半径を有し、完全な炭化珪素被覆範囲を有する結合部は、適用される負荷が１８３ポンドに到達するまで故障を生じなかった。したがって、フィレット半径を有する結合部は、レールビームがエンドプレートに対して直角であり、不充分な炭化珪素被覆範囲を有する従来の結合部に比べてより強固であった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】フィレット半径を有する結合部の側面の概略図である。
【図２】半導体ウェーハ保持装置の一実施形態であって、歯およびエンドプレートを備えたロッドを示す。
【図３】半導体ウェーハ保持装置の一実施形態であって、エンドプレートに結合されたロッドおよび各結合部におけるフィレット半径を示す。
【図４】結合部が、フィレット半径を有する楕円形フランジを有する楕円形ポートと、ロッドのほぞとを有する実施形態を示す。
【図５】ロッドが楕円形ポート内に固定され、ポートの円周の周囲にフィレット半径を有する実施形態を示す。
【図６】結合部が、フィレット半径を有するフランジを有する長方形の４側面のポートおよびロッドのほぞを有する実施形態を示す。
【図７】結合部が、フィレット半径を有する３側面フランジを有する３側面のポートおよびポートに横方向に挿入されるほぞを有する実施形態を示す。
【図８】フィレット半径を有するフランジがロッドのほぞ上にあり、ロッドが横方向に３側面のポートに挿入される実施形態を示す。
【図９Ａ】図９Ａはロッドが直角でエンドプレートに結合されている、炭化珪素でコーティングされた結合部の写真である。
【図９Ｂ】図９Ｂはロッドがフィレット半径を有するフランジを有するポートを備えるエンドプレートに固定されている、炭化珪素でコーティングされた結合部の写真である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 円孤状フランジ
２０ 結合部
３０ ロッド
４０ エンドプレート
４２ 最適の球面
５０ 装置
６０ ロッド
７０ 歯
８０ 間隔
９０ エンドプレート
９５ 気体を流すための気体を流すための開口
９７ 開口
１００ ３側面のフランジ
１０５ 接合部分
１１０ エンドプレートの内側面
１１５ 円形ロッド
１２０ ロッドの本体
１２５ ほぞ
１３０ 肩部
１３５ 穴
１４０ ピン
１４５ フランジ
１５０ ポート
１５５ エンドプレートの内側面
１６０ エンドプレート
１６５ フィレット半径を有する側面
１７０ フランジの上面
１７５ エンドプレートの側面の穴
１８０ エンドプレート
１９０ 結合部
１９５ 接合部分
２００ 長方形ロッド
２０５ ロッドの本体
２１０ ４側面を有する長方形のほぞ
２１５ ４側面を有する肩部
２２０ 穴
２２５ ピン／フランジ
２３０ ポート
２３５ エンドプレートの内側面
２４０ エンドプレート
２４５ フィレット半径を有する側面
２４７ 内面
２５０ フランジの表面
２５５ 穴
２６０ 第２穴
３００ 長方形ロッド
３０５ ロッドの本体
３１０ ほぞ
３１５ 肩部
３２０ ピンを挿入するための穴
３２５ ピン
３３０ 境界を画定する３側面フランジ
３３５ ポート
３４０ フィレット半径を有する側面
３４５ エンドプレートの内側面
３５０ フランジの面
３５５ 内面
３６０ 第２穴
４００ 長方形ロッド
４０５ ロッドの本体
４１０ ほぞ
４１５ ４側面を備えるフランジ
４１７ ４側面
４２０ フィレット半径を有する３つの上面
４２５ ポート
４３０ エンドプレート
４３５ ほぞ４１０を貫通する穴
４４５ ３つの側面
４５０ 第２穴
４５５ ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含む装置。
【請求項２】
結合部が炭化珪素でコーティングされている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、
各ロッド端はほぞを有し、該ほぞは、フィレット半径を有するフランジを楕円形のポートの円周の周囲に有する楕円形のポートを通って各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部は、フィレットを有する前記フランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する、装置。
【請求項４】
フィレット半径を有する４側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、
各ロッド端はほぞを有し、該ほぞは、フィレット半径を有する４側面フランジを有する長方形のポートを通って各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する、装置。
【請求項５】
フィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを備え、
各ロッドはほぞを有し、該ほぞはエンドプレートの側面においてポート中に挿入され、フィレット半径を有する３側面フランジはエンドプレートの内側面上にポートを画定し、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する、装置。
【請求項６】
フィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、
各ロッドは前記フィレット半径を有する前記３側面フランジを備えるほぞを有し、各ロッドは前記エンドプレートの側面においてポート中に挿入され、これにより前記３側面フランジの各側面は前記ポートの側面と接合部分を形成する、装置。
【請求項１】
フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含む装置。
【請求項２】
結合部が炭化珪素でコーティングされている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
フィレット半径を有するフランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、
各ロッド端はほぞを有し、該ほぞは、フィレット半径を有するフランジを楕円形のポートの円周の周囲に有する楕円形のポートを通って各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部は、フィレットを有する前記フランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する、装置。
【請求項４】
フィレット半径を有する４側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、
各ロッド端はほぞを有し、該ほぞは、フィレット半径を有する４側面フランジを有する長方形のポートを通って各エンドプレートの内側面中に挿入され、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する、装置。
【請求項５】
フィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを備え、
各ロッドはほぞを有し、該ほぞはエンドプレートの側面においてポート中に挿入され、フィレット半径を有する３側面フランジはエンドプレートの内側面上にポートを画定し、各ほぞはロッドの各端部でロッドの肩部と連続し、各肩部はフィレット半径を有するフランジの上面に接触する平面を有し、肩部の平面とフランジの上面との間に接合部分を形成する、装置。
【請求項６】
フィレット半径を有する３側面フランジを有する結合部によって、両端においてそれぞれのエンドプレートに固定された複数のロッドを含み、
各ロッドは前記フィレット半径を有する前記３側面フランジを備えるほぞを有し、各ロッドは前記エンドプレートの側面においてポート中に挿入され、これにより前記３側面フランジの各側面は前記ポートの側面と接合部分を形成する、装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２００７−３２９４７６（Ｐ２００７−３２９４７６Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１４６６７１（Ｐ２００７−１４６６７１）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（５９１０１６８６２）ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ，エル．エル．シー． (270)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４６６７１（Ｐ２００７−１４６６７１）
【出願日】平成１９年６月１日（２００７．６．１）
【出願人】（５９１０１６８６２）ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ，エル．エル．シー． (270)
【Ｆターム（参考）】
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