(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のウェーハを支持するためのシリコン・タワーを製造する方法であって、
シリコンからなる円筒形のブランクを、頂角を形成する前面と、弓状の後面と、前記頂点と前記後面との間に伸びる相互に傾斜した２つの平らな側面とを有する複数のセグメント状の部材に切断するステップと、
前記セグメント状の各部材が丸みを帯びた楔形を有するように機械加工するステップと、
前記各脚部を前記前面に複数のウェーハ収容スロットを有するように切るステップと、
シリコンから構成される２つのベースを前記脚部を収容するための孔部を有するように機械加工するステップと、
前記脚部の対向する端部を前記２つのベースの前記孔部に配置することにより前記タワーを組み立てるステップと、
前記脚部を前記ベースに固定するステップと、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記円筒形のブランクは、ＣＶＤ法により成長させたバージンポリシリコンからなることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記ベースは、丸みを帯びた楔形の断面を有する前記各孔部を形成するよう機械加工されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は、概して、半導体集積回路製造の際にウェーハを支持するために使用する固定具に係り、特に、ウェーハを支持するシリコン固定具に関する。
【０００２】
２．技術的背景
シリコン・ウェーハの商業的製造が発展するにつれて、ますます大型化するウェーハが、ますます大規模化するバッチで処理され、同時に個々の大きさは０．１８μｍ以下に小さくなってきている。処理がこのようになってきたために、処理装置の性能、および処理中にウェーハを移動し、搬送し、保持するために必要なウェーハ・ハンドリングおよび移送機構の性能に対する要件は、ますます厳しいものになってきている。これらの要件としては、温度を一定に維持すること、および不純物または粒子による汚染等がある。
【０００３】
多くの化学処理作業および熱処理作業の際には、多くの場合、多くのウェーハに対して同時に行われる、種々の処理ステップ中、特に焼きなまし、ドーパント拡散、または化学蒸着中に、ウェーハを正確な位置に保持しなければならない。この目的のためには、通常、「ボート」または「タワー」のような比較的大型で複雑な構造体が使用される。田中他の米国特許第５，４９２，２２９号が、このような構造体の一例を開示している。田中他は、複数の半導体ウェーハを保持するための垂直ボートを開示している。上記ボートは、２つの端部部材と複数の支持部材とを含む。ある実施形態の場合には、上記支持部材は、１／４の円弧の断面を持つ、長いプレート部材を供給するために、垂直に切断されたパイプ部材から形成される。他の実施形態の場合には、上記支持部材は、１／２の円弧の断面を持つ、長いプレート部材を供給するために、垂直に切断されたパイプ部材から形成される。田中他は、そのボートに使用することができる材料として、石英ガラス、炭化シリコン、炭素、単結晶シリコン、多結晶シリコン、およびシリコン含浸炭化シリコンを挙げている。石英ガラスから製造した場合には、種々の素子を一緒に融合させなければならない。そうでない場合には、「上記素子を所定の方法で組み立てることができる」。
【０００４】
クーンズの米国特許第５，５３４，０７４号も、半導体ウェーハを保持するための垂直ボートに関するものである。このボートは、その全長に沿って形成されたスロットを持つ複数のロッドを含む。スロットは、処理中、ボート内に設置されたウェーハ上のシャドーイングを少なくするためのものである。ロッドは円筒形で、溶融石英から製造するように指定されているが、ウェーハを保持するのに適している任意の周知の材料も使用することができる。
クエルネモエンの米国特許第４，８７２，５５４号は、シリコン・ウェーハ等用の強化キャリヤを開示している。上記キャリヤは、一定の間隔でウェーハを保持するために、そこから突き出ている歯を備える環状のレールからなる側部素子を含む。上記レールは、プラスチックからできていて、強化用の硬質インサートを含むことができる。上記歯は、レールと一体に成形することもできるし、レールに溶着することもできる。
【０００５】
加藤他の米国特許第５，７５２，６０９号は、リング部材を支持するように配置されている複数のロッドを含むウェーハ・ボートに関する。複数のウェーハ支持片は、リング部材と連結し、ウェーハと接触するための角を持つ突起を含む。加藤他は、また、その内部にウェーハ支持凹部を持つ複数の円筒形の石英ロッドを含むウェーハ・ボートも開示している。
純粋なシリコン構造体の理論的な利点は周知である。従来のタワーおよびボートは、通常、石英または炭化シリコンからできているが、これらの材料は汚染物質を含んでいて、温度がより高くなると不安定になる。ウェーハ自身と同じ材料からウェーハ保持構造体を製造すると、汚染および変形の可能性は最小限度まで低減する。シリコン構造体は、ウェーハとまったく同じ方法で、処理温度、条件および化学的性質と反応して、上記構造体の全有効寿命を著しく改善する。
【０００６】
残念ながら、田中他が開示している「所定の方法」でのシリコン構造体の標準的組立てが、純粋なシリコンがボートおよびタワーのような構造体用の材料として広く受け入れられなかった理由の１つである。単結晶シリコン、多結晶シリコンおよび，バージンポリシリコンは加工が難しいので、田中他の特許に記載されている構造体が開発されるようになったのだが、単結晶シリコンを材料として選択した場合を考えてみると、支持部材と目的部材との間の接続については何の記載もなく、支持構造体の上記製造方法は、押し出し環状部材の切り出しを含むだけである。このような支持構造体は、元来、石英または炭化シリコンのような、もっと古くから使用されていて、もっと容易に加工できる材料から製造された支持構造体より安定性が低い。
【０００７】
同様に、クーンズ、クエルネモエンおよび加藤他の特許も、シャドーイングおよび汚染を低減する、丈夫で、信頼性の高いウェーハ支持構造体を供給するという特定の問題を解決していない。上記特許に記載されている突起およびスロットは、ある程度は有効であるが、シリコンのような材料からの製造には適していないし、また安定していて、正確なウェーハ支持体を提供するには、比較的大きな断面積を必要とする。
シリコンは、非常にもろく、溶融しにくいことがわかっている。そのため、周知のシリコン構造体は、良く言って、デリケートなものであり、悪く言えば、非常にもろいものであると考えられている。従って、上記シリコン構造体は、商業的に広く受け入れられなかった。
【０００８】
さらに、単結晶シリコンの結晶構造により、結晶性シリコンから押出し成形されたブランクは、ブランクをほぼ縦方向に走るハッキリした「グレイン」を持つ。シリコン・ブランクは、通常、糸ノコにより、グレインを横切って横方向に切断される。都合の悪いことに、縦方向の切断に使用した場合、従来の切断技術は、グレインに沿ってシリコン・ブランクを分割する傾向があり、そのため、ブランクがダメになってしまう。
構造体材料としてのシリコンの利点を保持しながら、周知のシリコン構造体の欠点を除去することができる半導体ウェーハ等の製造の際に使用するための、単結晶シリコン構造体部材、および多結晶シリコン構造体部材を製造するための方法が待望されていることが分かる。
【０００９】
チョクラルスキー（ＣＺ）単結晶シリコンは、半導体集積回路でウェーハとして使用されるタイプのものであり、本質的には、溶融シリコンから大型のインゴットとして引き伸ばされた水平方向の長さが２００ｍｍおよび３００ｍｍのシリコンの単結晶からなる。チョクラルスキーの多結晶シリコンは、多くの場合、準単結晶シリコンと呼ばれ、単結晶シリコンと、事実上、同じ局部構造を持っているが、個々の結晶からできている。クリスタライトは、１ｍｍから１００ｍｍ超程度の大きさを持ち、グレイン境界により分離されている。このようなチョクラルスキー・ポリシリコンは、構造的部材の点からみれば、従来のポリシリコンであると考えられている。チョクラルスキー・シリコンが、単結晶の形で成長するか、多結晶の形で成長するかは、その引出し速度に大きく依存する。チョクラルスキー・シリコンは、１ｐｐｍの重金属不純物を含んだ状態で成長する場合があるが、炭素および窒素も１〜７ｐｐｍの濃度で存在する場合があり、一方、酸素は、１０〜２５ｐｐｍの濃度で存在する。クリスタライトは、通常、相互に非常によく似ている配向を持っている。さらに、ポリシリコンは、多くの場合、化学蒸着により、シリコン集積回路内で薄い層として成長するが、このようなフィルムは、本発明に直接適用することはできない。
【００１０】
バージンポリシリコン（以後、バージンポリと呼ぶ）は、半導体業界内で使用するために、広く製造されるポリシリコンの特殊なタイプである。バージンポリは、加熱された種ロッド上に凝集する前駆物質としての種々のシランを使用する熱化学蒸着（ＣＶＤ）により、（最大直径約１５ｃｍの）比較的大型のインゴットの形に形成される。このような前駆物質は、ＳｉＨ４、ＳｉＣｌＨ３、ＳｉＣｌ２Ｈ２、ＳｉＣｌ３Ｈ、およびＳｉＣｌ４を含む。これらの化合物の中、ＳｉＨＣｌ３Ｈは、商業的に最も普通に使用されるものであるが、フロート・ゾーン蒸着で今迄使用されてきたので、場合によっては、モノシラン（ＳｉＨ４）を使用する場合もある。バージンポリは、１０−１２ｃｍ−３またはそれ以下という不純物濃度の、非常に高い純度で成長する。通常の基準は、バージンポリが、１ｐｐｔ（酸素を含むすべての予想される汚染物の不純物レベル、１×１０−１２）程度の不純物を含むレベルである。ある程度の変動はあるが、バージンポリは、１０ｐｐｔ以下の不純物レベルを持つ。これは、少なくとも１ｐｐｍの重金属および最高２５ｐｐｍ以上の溶解ガスの種々の不純物を含む、チョクラルスキー・ポリシリコンと対照的である。バージンポリは、商業的には、容易に粉砕することができるよう、高い内部応力を持つように製造される。半導体シリコン・ウェーハは、通常、チョクラルスキー法で成長するが、この方法の場合には、ポリシリコンが粉砕され、その後で、大気圧の下でのシリコンの融点である、１４１６℃のちょっと上の付近の温度で、恐らく、意図的に導入されたドーパント材料と一緒に溶融される。単結晶は、溶融物の表面に置かれた小さな種結晶上に凝集し、成長中の単結晶インゴットが、溶融物から非常にゆっくりと引き出される。
【００１１】
チョクラルスキー法によるシリコンが、単結晶になるか、多結晶になるかは、その引き上げ速度に大きく依存し、クリスタライトは、ランダムなサイズで、大きく成長する傾向がある。一方、バージンポリは、高温の種ロッドから凝集し、ロッドから放射状に突き出る結晶性のアームを形成しようとする。
知る限りでは、バージンポリが、半導体処理の際に、ウェーハを支持するためのシリコン固定具内で使用されたことはない。
それ故、ウェーハを安定状態で正確に保持しながら、シャドーイングおよび汚染を低減するウェーハ処理固定具に対する、丈夫で、信頼性の高い支持部材の開発が待望されているのが分かる。
【００１２】
（発明の概要）
本発明は、シリコン・ウェーハ処理固定具を含む。固定具は、その終端部から外側に向かって延びる取付け素子を備える一様に細長いシリコン支持部材を含む。固定具は、また、ほぼ平らなシリコン・ベースを含む。ベースは、支持部材の取付け素子をその中にしっかりと固定する取付け素子収容部分を含む。
第１の実施形態の場合には、固定具の少なくとも一部は、バージンポリシリコンからなる。１つのより特殊な実施形態の場合には、細長い部材は、バージンポリシリコンから機械加工して作られ、一体ベースは単結晶シリコンである。他の実施形態の場合には、ベースをいくつかの部分から構成し、これらの部分および細長い部材は、すべて、バージンポリシリコンから形成される。
【００１３】
本発明は、結晶性材料の単体ブランクから細長い構造部材を製造するための方法を提供する。上記ブランクは、所定の長さ、幅および奥行きを持つ。ブランクに第１のほぼ平らなカットが形成されるが、このカットは、ブランクのほぼ全長に沿って、また、ブランクの幅全体よりかなり短い距離を延びる。ブランク内には、少なくとも１つの追加のカットが形成されるが、この追加のカットは、第１のカットと同じ平面内を延びて、ブランクを２つの部分に切断する。
【００１４】
少なくとも１つの追加のカットを形成するステップは、複数の追加のカットを形成するステップを含むことができる。ある実施形態の場合には、この追加のカットの数は、少なくとも３つである。上記カットは、ダイヤモンド・コーティングした切断面を持つブレードを備える回転ソーにより形成することができる。上記ソーが動作する場合、ブレードの回転数は、５０〜５０，０００ｒｐｍの範囲内にあるが、好適には、約４，０００ｒｐｍであることが好ましい。
結晶性材料のブランクは、シリコン材料の単体ブランクとして供給することができる。本発明の方法は、単結晶シリコン材料または多結晶シリコン材料により実行することができる。
【００１５】
ある実施形態の場合には、ブランクは、ほぼ円筒形のブランク、すなわち、インゴットとして供給することができる。第１のほぼ平らなカットを形成するステップ、および少なくとも１つの追加のカットを形成するステップは、元のシリンダから４つの部分を形成するために、２つの各部分に対して反復して実行することができるし、元のシリンダから８つの部分を形成するために、同様に、反復して実行することができる。８つの各部分は、ほぼ楔状の断面を持つ。
【００１６】
本発明は、シリコン・ウェーハ処理固定具そのものと同様、シリコン・ウェーハ処理固定具の少なくとも一部を形成するために、第２のシリコン部材に第１のシリコン部材を固定するための方法を開示している。上記方法は、第１のシリコン部材に外側に向かって延びる取付け部材を提供するステップを含む。少なくとも部分的に、取付け部材を囲む取付け素子収容部分を備える第２のシリコン部材が提供される。その後で、取付け素子は、取付け素子収容部分内にしっかりと固定される。
【００１７】
本発明は、ウェーハ処理固定具用の支持部材の製造方法を提供する。上記方法の第１のステップにおいて、細長い支持部材の基本型が形成される。上記基本型は、ほぼ楔形の断面と、角張った縁部を持つ。次に、支持部材の基本型の縁部は、機械加工され、角張った縁部の代わりにほぼ弓状の縁部が形成される。複数のウェーハ保持スロットが、支持部材の基本型の１つの面に沿って形成される。
【００１８】
支持部材の基本型は、前面と後面とを含むことができ、少なくとも１つの角張った縁部が、各面に存在する。支持部材の基本型の縁部を機械加工するステップは、各面の縁部を、０．２５インチ（６．３ｍｍ）から５．２５インチ（１３３．３ｍｍ）の範囲の半径に、機械加工することにより実行することができる。ある実施形態の場合には、後面の少なくとも１つの角張った縁部を約１．５インチ（３８ｍｍ）の半径に機械加工することができ、前面の少なくとも１つの角張った縁部を、約０．３５インチ（８．９ｍｍ）の半径に機械加工することができる。都合のよいことに、支持部材の他のコーナはすべて、前面の半径より小さな半径を持つ。
【００１９】
支持部材の基本型の少なくとも１つの終端部上に、少なくとも１つの取付け構造体を形成することができる。取付け部材は、ほぼ平らなベース部材に、支持部材を容易に取付けることができるように構成されている。ある実施形態の場合には、取付け構造体を、それぞれが、支持部材の基本型の各終端部から延びている１組の円筒形のペグとして設けることができる。
細長い支持部材の基本型は、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンのような不活性の結晶性材料から作ることができる。
【００２０】
支持部材の基本型の１つの面に沿う複数のウェーハ保持スロットを形成するステップは、支持部材の基本型の縦軸に対してほぼ垂直に複数のカットを形成するように実行できる。カットは、支持部材の基本型の奥行きを適当な距離だけ延びることができ、ダイヤモンドでコーティングした表面を持つブレードを備える回転ソーにより形成することができる。ウェーハ保持スロットは、支持部材の基本型の前面に対して垂直に形成することができる。
【００２１】
本発明は、ウェーハ処理固定具用の支持部材も開示している。支持部材は、１組の対向する終端部、第１の曲率半径を持つ弓状の前面と、第２の曲率半径を持つ弓状の後面とを備える細長い本体部分を含むことができる。第１の曲率半径は、第２の曲率半径よりかなり小さくすることができる。複数の相互に平行なウェーハ保持スロットが、本体部分の前面に形成される。
【００２２】
ある実施形態の場合には、１組の取付け構造体は、支持部材の各終端部から延びることができる。取付け素子はほぼ円筒形で、取付け素子収容部分を取付け素子の直径および長さに対応する直径および長さを持つ円筒形のボアとして形成する。しかし、ブレードのような他の形にすることもできる。取付け部材を含む第１および第２のシリコン部材は、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたはバージンポリシリコンから形成することができる。
【００２３】
ある方法、実施形態によれば、取付け素子をしっかりと固定するためのステップは、取付け素子内に第１の横方向ボアを形成し、取付け素子収容部分内に第２の横方向ボアを形成することにより実行することができる。第１および第２の横方向ボアは、相互に同軸であり、位置決めピンを収容することができる。第１および第２の横方向ボアが相互に同軸に整合すると、位置決めピンは、第１および第２の横方向ボア内に固定される。ピンの長さは、第１および第２のボアの合計した長さより少し長くすることができ、ピンを下記の方法で固定することができる。最初に、位置決めピンの一部が第１および第２のボアの外側の限界から外側に向かって延びるように、位置決めピンを整合ボア内に挿入する。次に、位置決めピンの延長部分が、第１および第２のボアの外側の限界と同一平面になるまで機械加工される。別な方法としては、位置決めピンの外径を第１および第２ボアの内径にほぼ等しくなるようにすることもできる。この場合には、ピンは下記の方法で固定することができる。最初に、位置決めピンを、極低温で凍結し、位置決めピンを収縮させる。次に、ボアを周囲温度またはもっと高い温度に維持しながら、位置決めピンを整合したボアに挿入する。その後で、位置決めピンの温度を周囲温度まで戻して膨張させる。
【００２４】
他の固定ステップでは、取付け素子を取付け素子収容部分に融合させるために、取付け素子および取付け素子収容部分のうちの少なくとも一方にエネルギーを供給することができる。ある実施形態の場合には、第２のシリコン部材の取付け素子収容部分にアクセス孔部を設ける。取付け素子と取付け素子収容部分とを仮つけ溶接するために、アクセス孔部からレーザ・エネルギーを供給する。別な方法としては、取付け素子および取付け素子収容部分をほぼ同じ大きさにすることもできる。レーザ・エネルギーを取付け素子および取付け素子収容部分の両方に隣接する領域に供給することができる。
【００２５】
さらに、他の実施形態の場合には、第１シリコン部材の終端部に周辺凸部を設けることができる。第２シリコン部材の終縁部に周辺凹部を設けることができる。第１シリコン部材の周辺凸部が第２シリコン部材の周辺凹部に溶け込むように、レーザ・エネルギーが供給される。約３分間、またはシリコンの溶解物が周辺凹部を満たすまで、上記凸部をシリコンの融点である１，４１６度、好適には、約１，４５０度に加熱するために、レーザ・エネルギーが供給される。
さらに、他の実施形態の場合には、取付け素子収容部分内に取付け素子をしっかりと固定するためのステップは、取付け素子と取付け素子収容部分との間に、接着力が強く、汚染のない接着剤を塗布するステップを含む。取付け素子をほぼ円筒形とし、取付け素子収容部分を取付け素子の直径および長さに対応する直径および長さを持つ円筒形のボアとして形成する。第１および第２シリコン部材は、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたはバージンポリシリコンから形成することができる。
【００２６】
（好適な実施形態の詳細な説明）
図１は、シリコン・ウェーハ処理固定具１０である。シリコン・ウェーハ処理固定具１０は、以後ベースと呼ぶ、１組のほぼ平らなベース部材１４の間に固定される複数の一様に細長い支持部材１２（以後脚部と呼ぶ）を含む。複数のスロット１６が、通常、等間隔で各脚部１２に形成され、組立てられたタワー１０内で複数のウェーハを支持するために使用される。タワーは、通常、多数の異なるプロセスのうちの１つのために構成された半導体処理反応炉内に半永久的に設置される。複数のウェーハがタワー１０内に設置され、その後で、同時に処理される。このプロセスは、化学蒸着、焼きなまし、または熱拡散が実行されるかどうかにある程度依存して、４００〜７００℃の範囲の中温、または１，０００〜１，３８０℃の範囲内の高温を含むことができる。
【００２７】
図のタワー１０は、４本の脚部１２を持つが、脚部１２の数は、３本でも、２本でも、あるいは、１本であっても構わない。最も典型的な方法は、脚部１２がしっかりとウェーハを支持するが、タワー１０の軸に対して横方向に移動するパドル上に、ウェーハを支持する自動ロボットにより、スロット１６にウェーハを直線的に挿入することができるように、ベース１４の外周の１８０度より少し広い範囲内に複数の脚部をベース１４に取り付けるという方法である。
【００２８】
脚部１２とベース１４は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンのような不活性な結晶性材料から任意の適当な方法で作ることができる。好適には、不純物のレベルが低いので脚部１２は、バージンポリから形成することが好ましい。何故なら、脚部１２は、ウェーハと直接触れるからである。また多くの用途の場合、脚部１２は、比較的長くする必要があり、長いバージンポリは容易に入手することができる。しかし、ベース１４は、単結晶シリコンから容易に形成される。都合よくはほぼ円形に形成されるベース１４の直径は、処理するウェーハの直径より大きくする必要がある。現在のところ、大部分のウェーハは２００ｍｍの直径を持つが、３００ｍｍウェーハも製造されてきている。３００ｍｍ、あるいは２００ｍｍより大きいバージンポリのインゴットでさえも容易に入手できないが、超大型ＣＺ結晶性インゴットは、特殊な用途用に入手できる。
脚部の製造は、２つの主要なステップに分割される。すなわち、（１）楔形をしている基本型を形成するステップと、（２）上記の基本型を新規な断面を有する脚部に機械加工するステップである。
【００２９】
基本型を、図２の円筒形のブランク２０から機械加工してつくる。ブランク２０は、ほぼ円筒形で、その長さはＬであり、その直径はＤである。しかし、本発明は、ほとんどどんな形状のどんな適当なブランクにも適用することができる。
ブランク２０は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンのような結晶性材料から製造することができるが、現在、バージンポリのブランクが好ましい。シリコン・ブランクは、商業的に広く入手可能である。適当なシリコン・ブランクの供給業者の１つに、ＳＩＬＩＣＯＮ ＣＲＹＳＴＡＬＳ ＩＮＣ社がある。ブランクは、任意の大きさに製造することができるが、通常は、長さ４インチ（１０ｃｍ）〜８０インチ（２００ｃｍ）、直径０．７５インチ（２ｃｍ）〜３６インチ（９１ｃｍ）である。
【００３０】
図３に概略的に示すように、本発明の１つの態様による方法は、ブランクを小片に切断するために、ブランク２０の縦軸に沿って一連の漸進的なカットを使用する。ステップ２２において、第１のほぼ平らなカットＣ１が、ブランク２０内に形成される。図４の側断面図、および図５の軸方向断面図に示すように、第１のカットＣ１は、ブランク２０のほぼ全長Ｌにわたって、またブランク２０の全幅（ここでは、直径Ｄ）よりかなり短い距離を延びる。
図３のステップ２４において、ブランク２０内に追加のカットＣ２が形成される。図６の側断面図、および図７の軸方向断面図に示すように、カットＣ２は、第１のカットＣ１と同じ平面内を延びる。
【００３１】
ブランク２０の直径が比較的小さい場合には、図５に示すように、ブランクを２つの部分Ｈ１およびＨ２に分割するには、２つのカットで十分である。そうでなく、図８の２つの部分Ｈ１、Ｈ２に完全に分離するのに、図３のステップ２６に示すように、（Ｎ−２）個の追加のカット、Ｃ３からＣＮが必要になる場合もある。３インチ（７６ｍｍ）の直径を持つ通常のブランクの場合には、３つのカットでよい結果が得られることが分かった。しかし、１回のステップで、全ブランク２０を切断する場合には、高圧流体切断が効果的であることが分かった。さらに、表面仕上げを妥協できる場合には、ダイヤモンド・ブレードを使用した１回のステップによる切断が効果的である。
【００３２】
ブランク２０の切断は、適当な任意の技術により行うことができる。現時点では、ＭＫ製のＭ４Ｋ３４Ｆ２１Ｇモデルのような回転ソーを使用して、上記切断を効果的に行うことができると考えられる。このソーには、例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌａｂ社製の部品番号１０１２５Ｄ２２、または１０１２５Ｄ１００のような、先端にダイヤモンドが付いているブレードを装備することができる。ブランクの切断中、ソーを５０〜５０，０００ｒｐｍの速度で動作させることができる。約４，０００ｒｐｍの速度が特に効果的であることが分かっている。回転ソーの使用は効果的であるが、回転ソーは、単に例示としてのものに過ぎないことを理解されたい。許容できる結果を達成するために、他の切断装置も使用することができる。このような装置の例としては、ダイヤモンドなしのブレードを使用するソー、レーザ、ワイヤ・ソー、研磨ソー、往復運動ソー、および研磨流体切断装置等があるが、これらに限定されない。
【００３３】
多くの場合、構造的支持部材の製造は、図８のブランクの半分、Ｈ１、Ｈ２より小さい小片を供給するステップにより促進される。このような場合、図３のステップ２６において、図９に示すように、元のブランク２０から４つの小片Ｑ１〜Ｑ４を作るために、または、図１０に示すように、８つの小片Ｅ１〜Ｅ８を作るために、２つの半分の各小片に対して、上記の漸進的切断ステップを反復して実行することができる。図１１に正射図として示す、結果として得られる基本脚型３０は、４５度の頂角を持つ。ステップ２６におけるカットの深さは浅くなり、その結果、Ｎの値が小さくなる。
上記手順は、９０度未満の選択された値の頂角を持つ固体セグメントを製造するために、必要に応じて修正することができるが、シャドーイングを最も小さくするためには、４５度またはそれ以下の角度が好ましい。
【００３４】
図１１の基本脚型３０は、ほぼ楔形の断面を持つ。基本脚型３０は、楔の前部に角張った縁部３４を含む前面３２を持つ。基本脚型３０は、楔の後部に１組の角張った縁部３８を含む弓状の後面３６と、相互に傾斜している２つの平らな側面とを持つ。
図１２から図１４は、支持部材の基本型３０を完成した支持部材に作り上げるステップを示す。図１２に示すように、第１のステップは、角張った縁部３４、３８を除去し、それにより丸みを帯びた台形の部材４０を形成するための、基本脚型３０（破線で示す）の前面および後面を機械加工するステップを含む。表面を、０．２５（６ｍｍ）〜５．２５インチ（１３３ｍｍ）の間の半径に機械加工することができる。図の例の場合には、台形部材４０の前面は、約０．３５インチ（９ｍｍ）の半径に機械加工され、後面はより大きい約１．５インチ（３８ｍｍ）の半径に機械加工される。後面の半径と前面の半径との好適な比は、少なくとも３、より好適には、４である。有意差のある比の利点は、より小さな半径を持つ側面上にウェーハ支持スロットを形成する結果、処理中に発生するウェーハのシャドーイングが小さくなり、一方、ウェーハから遠いより大きい半径が機械的剛性を与えることである。
【００３５】
図１２の丸みを帯びた楔形は、さらに、２つの利点を持つ。第１の利点は、機械加工中に無駄になる材料を最小にできることである。第２の利点は、スロットが形成される前面よりも鋭角な（もっと半径が小さい）形が存在しないことである。その結果、蓄積した蒸着物を削り落として、粒子数を増加させやすい鋭角なコーナが存在しない。すなわち、丸みを帯びた形状は、ウェーハの処理中、固定具上に蒸着した任意のフィルムに対する接着力が増大する。
他の実施形態は、丸みを帯びた楔形を前部に、丸みを帯びた長方形の形を脚部後部に有し、すべての表面がスロットが形成される前コーナの半径と同じか、あるいはそれより大きい半径を持つ湾曲部と接合する。
【００３６】
図１２の半径は、任意の工作機械を使用して機械加工することができる。そのような工作機械の例としては、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌａｂ社製のメッキ・ダイヤモンド・ルータ、またはウォータ・スイベルを備える樹脂接合ダイヤモンド・ホイール等がある。このような工作機械は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌａｂ社製の特注樹脂接合ダイヤモンド・ホイールのようなビットと一緒に使用した場合、優れた結果を達成することが分かっている。
【００３７】
基本脚型４０を機械加工し、図１３に示すように、複数のウェーハ保持スロット１６を形成する。スロット１６は、スロット付き脚部４２を形成するために、ここでは前面である、基本脚型４０の一方の側面に沿って形成される。スロット１６は、相互に平行で、図１の基本脚型３６の縦軸Ａに対してほぼ垂直である。スロット１６は、端部長さＥを除いて、長さＬの相当な部分に沿って延びる。スロット１６は、特定の用途により、支持部材の基本型の奥行きＤの半分より長く延びても、または短く延びてもよい。図のスロット１６は、２つの平らな平行な面を持っているが、もっと複雑な形が有利な場合があり、そのような複雑な形は、標準的機械加工技術により容易に形成することができる。
【００３８】
スロット１６は、市販のダイヤモンド・ソー・ブレードのような任意の適当なダイヤモンド工具により形成することができる。適当な切断装置の例としては、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌａｂ社製の、３〜４インチ樹脂結合ホイールがある。このようなスロッタは、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌａｂ社製の、１６〜４００粒度ブレードのようなダイヤモンド・コーティングされた切断面を持つブレードと一緒に使用した場合、特に効果的である。スロット１６の形成中、スロッタを５〜１２５，０００ｒｐｍの範囲内の速度で動作させることができる。約４５００ｒｐｍの速度が特に効果的であることが分かっている。上記指定の切断装置を使用すれば効果的であるが、上記切断装置は、単に例示としてのものに過ぎないことを理解されたい。許容できる結果を達成するために、他の切断装置も使用することができる。このような装置の例としては、ダイヤモンドなしのブレードを使用するスロッタ、レーザ、および研磨流体切断装置等があるが、これらに限定されない。
【００３９】
ベース１４に脚部１２を取り付けるために、２つの異なる設計がある。図１３の側部立面図、および図１４の正射図に示すように、スロット付き脚部４２は、スロット１６を除き、丸みを帯びた楔形をしたその端部４４へ延びる断面を持つ。脚部４２の丸みを帯びた楔形の端部を収容するために、相補的で盲の丸い楔形の孔部４６を、２つの対向ベース１４内に機械加工して形成する。このようにすることにより、回転剛性が増大するという利点がある。
【００４０】
別な方法としては、図１５の側部立面図、および図１６の正射図に示すように、杭付きの脚部５４の各終端部５２上に少なくとも１つの取付け構造体５０が機械加工して形成される。上記取付け構造体５０は、１組の対向する円筒ペグとして示されている。ペグは、支持部材の基本型３０の端部を機械加工することにより形成される。この機械加工は、任意の適当な切断機構により実行することができる。適当な切断装置の一例としては、ＮＯＶＡ、ＪＥＴ、またはＰＲＥＳＴＯ社などのメーカー製の垂直または水平フライス盤またはＣＮＣ機械がある。取付け構造体５０は、対応する盲の円筒形ほぞ孔５６を持つほぼ平らなベース１４への脚部５４の取り付けを容易にするように適応され組み立てられる。例えば、取付け構造体５０を、ベースの溝形と対応するブレード形のような他の形にすることもできる。脚部を、任意の適当な方法で、ベースに取り付けることもできることを理解されたい。
【００４１】
脚部２２の完成品を、任意の希望する大きさに作ることができる。例えば、楔の角度が約２２度６０秒である図の脚部を、約０．４７５インチ（１２ｍｍ）の幅、約４５インチ（１１４ｍｍ）の長さを持つ基本脚型から形成することができる。図の実施形態のスロット１６は、約０．２５インチ（６ｍｍ）の奥行きを持ち、脚部２２の全長に沿って約４３インチ（１０９ｃｍ）の距離を延びている。この距離はもっと長くすることもできる。図１６の取付け構造体を構成する円筒形のペグ５０は、脚部５４の端部から、約０．６インチ（１５ｍｍ）延び、約０．４インチ（１０ｍｍ）の直径を持つ。
【００４２】
図１７から図２３は、ベースに脚部を取り付けるための種々の技術を示す。これらの各例においては、図１７に示すように、この図では支持部材である、第１のシリコン部材６０は、外側に向かって延びる取付け部材またはほぞ６２を備える。しかし、ほぞ６２を使用しないで、代わりに、図１４に示すように、第１のシリコン部材６０の延長部を使用できることを理解されたい。この図でベース部材である第２のシリコン部材６４は、ほぞ孔６６を含む。ほぞ孔６６は、ほぞ６２の少なくとも一部を囲むようにすることができる。
【００４３】
ある実施形態の場合には、ほぞ孔６６内にほぞ６２をしっかりと固定するために、第１の横向きボア７０が、ほぞ６２内にドリルで開けられ、第２の横向きボア７２が、ほぞ孔６６に隣接する第２のシリコン部材６４の一部にドリルで開けられる。第１および第２の横向きボア７０、７２は、これらのボアが相互に同軸状に整合した場合に、位置決めピン７４を収容できる大きさに形成される。
位置決めピン７４は、いくつかの方法で、第１および第２の横向きボア７０、７２内に固定することができる。図１７の実施形態の場合には、位置決めピン７４は、第１および第２のボア７０、７２の長さの合計よりも少し長い。位置決めピン７４は、位置決めピン７４（破線で示す）の一部７６が、第２のボア７４の外側の限界７８から外側に向かって延びるように、整合したボア７０、７２内に挿入される。その後で、位置決めピン７４の外側に向かって延びる部分７６が、第２のボア７２の外側の限界７８と同一平面になるように機械加工される。
【００４４】
図１８は、別の固定技術を示す。位置決めピン８０は、ほぞ６２およびほぞ孔６６に隣接する第２のシリコン部材６４の一部内の第１および第２ボア８２、８４の内径Ｄ２に、ほぼ等しい外径Ｄ１を持つ。この例の場合には、位置決めピン８０は、極低温で−１００℃に冷却され、そのため位置決めピン８０は収縮する。冷却された位置決めピン８０は、ボアを周囲温度に維持した状態で、整合ボア８２、８４内に挿入される。その後で、位置決めピン８０の温度は、周囲温度に戻り位置決めピン８０は膨張する。位置決めピン８０の直径は、極低温で冷却された場合、約０．００１％収縮する。
位置決めピンを使用する技術の代わりに、ほぞ孔とほぞとを融合させるために、ほぞ、ほぞ孔または両方にエネルギーを供給することができる。
【００４５】
図１９は、上記技術の一例を示す。この例の場合には、アクセス孔部８８が、ほぞ孔６６の底部に届くように、第２シリコン部材６４にドリルで開けられる。ほぞ６２とほぞ孔６６との間に仮つけ溶接Ｗを行うために、アクセス孔部８８を通してレーザ・エネルギーが供給される。パルス幅３０ｎｓおよびパルス周期０．００１秒の２５０ＷのＣＯ２レーザからのレーザ・エネルギーを１〜５分照射することにより有利な結果を得られることが分かっている。Ｃｏｈｅｒｅｎｔ社製のＣＯ２レーザのような任意の適当なレーザ・エネルギー源を使用することができる。
【００４６】
図２０は、他の組立て方法の断面図を示す。この実施形態の場合には、ほぞ６２およびほぞ孔６６は、ほぼ同じ広がりをもって第２シリコン部材を貫通して延びる。界面領域Ａ１の全部、または一部の周囲を延びることができる仮りつけ溶接を形成するために、ほぞ孔６６とほぞ６６の間の界面に隣接する領域Ａ１に、レーザ・エネルギーを供給することができる。任意の適当なレーザ・エネルギー源を使用することができる。
【００４７】
図２１および図２２に示す他の例の場合には、ほぞ６２は、第２シリコン部材６４を通って延び、その終端部９２のところに周辺凸部９０を含む。第２シリコン部材６４は、ほぞ孔６６の外側端部を囲む周辺傾斜部９４を含む。第１シリコン部材６０の周辺凸部９０を第２シリコン部材６４の周辺傾斜部９４に溶け込ませ、それにより、ほぞ６２をほぞ孔６６と融合させるために、熱エネルギーが供給される。熱を供給するために、任意の適当な熱源を使用することができる。有利に使用することができる１つの熱源として、レーザ・エネルギーが発生する熱があることが分かっている。レーザ・エネルギーは、凸部９０を約３分間、シリコンの融点１４１６℃以上の温度、好適には、約１４５０℃の温度に加熱するか、または溶融シリコンが、図２２に示すように、周辺傾斜部９４を満たすまで使用される。
【００４８】
図２３は、他の固定技術を示す。この例の場合には、ほぞ孔６６内にほぞ６２をしっかりと固定するステップは、ほぞ６２とほぞ孔６６の間を軸方向に延びる領域Ａ２に接着剤を塗布するステップを含む。通常、接着剤の使用に付随する汚染を避けるために、高温、非汚染接着剤を使用しなければならない。
図１７から２３の取付け素子は、ほぼ円筒形で、円筒形のボアとして形成された取付け素子収容部分を備える。しかし、これらの形状は、例示としてのものに過ぎず、取付け素子および関連保持部分には、任意の適当な協働の形を選択することができることを理解されたい。
【００４９】
上記の種々の固定方法は、ウェーハ・タワーを製造するためだけでなく、２つまたはそれ以上のシリコン片を緊密に組み立てなければならない他の構造体にも使用することができる。
図１のタワー１０を形成するために、上記の固定方法の中の１つを、各脚部１２と２つのベース１４との間に適用する。しかし、さらに他の固定方法も使用することができる。好適には、脚部１２は４本にするのが好ましいが、３本でも十分であり、２本でも大丈夫である。ほぞ孔は、２つのベースに開けられる。好適には、１８０度より少し広い角度で、等しい角度位置に開けるのが好ましい。スロット１６により隙間を広くすることができるので、ロボットのブレードを、好適には、挿入中、スロット１６の側面に触れないで、スロット１６をスライドさせて、ウェーハをタワー１０に水平に挿入し、スロット１６の底面上に安定した状態で、支持された状態に維持することができる。
【００５０】
図１の場合には、ベース１４は、連続的で、対称形の円形をしているが、上記ベースは、依然としてほぼ円形ではあっても、もっと複雑な形にすることもできる。例えば、上記ベースは、外部平坦部および内部開口部を含むことができる。さらに、好適には、一体形ベースは、シリコンの単結晶から作ることが好ましいが、複数の部分を一緒に固定して、複数の部分からなるシリコン・ベースを形成することもできる。この場合、ベースに未処理ポリを使用することがさらに好ましいものになる。
上記実施形態の場合には、スロットは、楔形の脚部に形成される。しかし、本発明は、それに限定されない。円筒形または長方形の脚部から突き出ていて、その遠い方の端部にウェーハを支持するシリコン・アームのように、脚部およびウェーハ支持体を別の形にすることもできる。
【００５１】
本発明を使用すれば、半導体ウェーハ等の製造の際に使用するための単結晶シリコン、多結晶シリコン、またはバージンポリシリコンの構造的部材を製造することができるし、本発明を、シリコン・ウェーハの処理の際に使用する、任意の大型のおよび／または複雑な固定具、またはその一部に適用することができる。本発明の構造的部材を使用する構成部品を使用すれば、高温プロセス中の変形を避けることができる。原材料がウェーハ材料と同じ品質であるので、粒子による汚染および炭化シリコンのような周知の材料に固有の「結晶スリップ」を事実上避けることができる。さらに、シャドーイングがない。何故なら、原材料が、処理ウェーハの物理的特性および重要な定数を、１対１でコピーするからである。単結晶固定具およびその一部は、石英または炭化シリコンのような、通常使用される材料から作ったものでは達成することができない許容範囲および予想寿命を実現する。本発明を使用すれば、製造プロセスが、３００ｍｍおよびそれ以上のウェーハ直径に移行した場合に、有利なシリコン部品および固定具を製造することができる。
特定の実施形態を参照しながら、本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、本発明を種々に変更することができることを理解することができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理を取り入れたシリコン・ウェーハ処理固定具の正射図である。
【図２】  本発明の方法で使用するためのブランクである。
【図３】  本発明のある実施形態のステップを示すフローチャートである。
【図４】  切断プロセス中のブランクの側断面図である。
【図５】  図４に対応するブランクの軸方向断面図である。
【図６】  切断プロセス中のブランクの側断面図である。
【図７】  図６に対応するブランクの軸方向断面図である。
【図８】  本発明の方法に含まれる各ステップを示す図である。
【図９】  本発明の方法に含まれる各ステップを示す図である。
【図１０】  本発明の方法に含まれる各ステップを示す図である。
【図１１】  本発明の方法で使用する支持部材の基本型を示す図である。
【図１２】  製造プロセスの第１段階における支持部材の基本型の端部立面図である。
【図１３】  製造プロセスの後続段階における支持部材の基本型の側部立面図である。
【図１４】  脚部とベースの組合せの第１の実施形態の正射図である。
【図１５】  製造プロセスの他の段階における支持部材の基本型の側部立面図である。
【図１６】  脚部とベースの組合せの第２の実施形態の正射図である。
【図１７】  シリコン・ウェーハ処理固定具の構成材を固定するための技術を示す断面図である。
【図１８】  シリコン・ウェーハ処理固定具の構成材を固定するための技術を示す断面図である。
【図１９】  シリコン・ウェーハ処理固定具の構成材を固定するための技術を示す断面図である。
【図２０】  シリコン・ウェーハ処理固定具の構成材を固定するための技術を示す断面図である。
【図２１】  シリコン・ウェーハ処理固定具の構成材を固定するための技術を示す断面図である。
【図２２】  シリコン・ウェーハ処理固定具の構成材を固定するための技術を示す断面図である。
【図２３】  シリコン・ウェーハ処理固定具の構成材を固定するための技術を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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