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Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für Beschickungseinrichtungen von Trocken- ätzanlagen, bei der die kein ferromagnetisches Material enthaltenden Halbleiterscheiben unter
Verwendung einer Schleuse in einen Rezipienten hinein- und wieder heraustransportiert werden können, wobei im Rezipienten z. B. Elektroden oder Probentische angeordnet sind.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es ist bekannt, dass Halbleiterscheiben mechanisch, elektrostatisch und vakuumtechnisch festgehalten werden, wodurch eine Handhabung und/oder ein Transport dieser in horizontaler oder beliebiger Lage möglich ist und Trockenätzanlagen speziell mit Halbleiterscheiben beschickt werden.
Die mechanische Beschickung der Trockenätzanlagen mit einer Halbleiterscheibe wird mit einem Greifer durchgeführt, wobei dieser einen Probenteller mit daraufliegender Halbleiterscheibe oder die Scheibe allein greift und diese allein oder auf dem Probenteller liegend durch eine horizontale Bewegung in den Rezipienten transportiert und auf der unteren Elektrode ablegt.
Der Nachteil bei mechanischen Beschickungseinrichtungen von Trockenätzanlagen besteht darin, dass bei der Verwendung eines Probentellers durch den zusätzlichen Wärmeübergang im
Vakuum zwischen Teller und gekühlter Elektrode sowie durch die zusätzliche Wärmeleitung im
Teller die Halbleiterscheibe nicht ausreichend gekühlt und der Resist auf der Halbleiterscheibe thermisch geschädigt werden kann. Andere mechanische Transportprinzipien mit Greifern sind sehr arbeitsaufwendig in der Herstellung (Bewegung in mindestens zwei Koordinatenrichtungen) und damit störanfällig.
Bei der elektrostatischen Beschickung von Trockenätzanlagen werden, wie z. B. bei der bekannten Lösung (DE-OS 3013352), die Halbleiterscheiben elektrostatisch auf der Grundlage der Anziehung zweier entgegengesetzt geladener Kondensatorplatten gehalten, wobei die Halbleiter- scheibe die eine und die durch eine Isolierschicht getrennte Halteplatte die andere Kondensator- platte darstellen.
Der Nachteil bei elektrostatischen Halterungen von Halbleiterscheiben besteht darin, dass hohe elektrische Feldstärken erforderlich sind und hohe Anforderungen an die Ebenheit der
Elektrodenoberflächen gestellt werden müssen.
Bei der vakuumtechnischen Beschickung von Trockenätzanlagen werden, wie z. B. bei der bekannten Lösung (DE-OS 3002648), die Halbleiterscheiben von einer Vorrichtung, die Bohrungen an der den Halbleiterscheiben zugewendeten Seite besitzt, in denen Unterdruck erzeugt wird, angesaugt, gehalten und können so in beliebiger Lage in den Rezipienten befördert und dort auf einer Elektrode abgelegt werden.
Der Nachteil von vakuumtechnischen Transporteinrichtungen besteht darin, dass der Rezipient beim Beschicken belüftet werden muss. Damit verbunden sind der zusätzliche Bedarf an Spülgas, die Gefährdung des Bedienungspersonals und der Umwelt mit gesundheitsschädigenden Ätzgasen und/oder Reaktionsprodukten des Ätzprozesses sowie die Notwendigkeit, nach jeder Beschickung die Arbeitsatmosphäre im Rezipienten jeweils neu einstellen zu müssen, wodurch der Verbrauch an teuren Ätzgasen erhöht wird.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, vorzugsweise Trockenätzanlagen mit einem geringeren Aufwand sicher und zuverlässig zu beschicken, die Qualität des Ätzergebnisses und die Sicherheit des Bedienpersonals zu erhöhen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der eine Halbleiterscheibe ohne Verwendung eines Probentellers und unter Vermeidung einer Belüftung des Rezipienten in diesen eingebracht, in diesem direkt auf einer gekühlten Elektrode oder einem Probentisch abgelegt und aus ihm wieder herausbefördert werden kann.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass ein oder mehrere durch die Schleusenöffnung zwischen Schleusenkammer und Rezipienten verschiebbare magnetische Probenträger angeordnet sind, die in an sich bekannter Weise als sich in einer Gegenform auf einer Elektrode oder einem Probentisch im Rezipienten als auch im Schleusenboden der Schleusenkammer ausserhalb
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des Rezipienten selbstjustierende Körper ausgebildet sind, dass dem oder den Probenträgern aus einem ferromagnetischen Werkstoff oder aus einem Permanentmagneten eine Magnetanordnung mit Elektro- oder Permanentmagneten mit einstellbarem Magnetfeld zugeordnet ist, wobei sich eine oder mehrere Halbleiterscheiben zwischen den Magnetpolen der Magnetanordnung mit Elektrooder Permanentmagneten mit einstellbarem Magnetfeld und dem oder den Probenträger befinden.
Die Vorrichtung hat folgende Funktionsweise :
Ausserhalb des Rezipienten wird ein ferromagnetischer Probenträger in eine Vertiefung vorzugsweise in eine Nut im Schleusenboden einer Schleusenkammer eingelegt. Anschliessend wird eine nichtferromagnetische Halbleiterscheibe mit ihrer nicht zu bearbeitenden oder zu untersuchenden Oberfläche (Probenrückseite) auf diesem Probenträger definiert abgelegt. Über der Halbleiterscheibe wird ein Magnet zur Aufnahme von Probenträger und Halbleiterscheibe angeordnet, der an einer Beschickungseinrichtung befestigt ist.
Bei der Anwendung des Elektromagneten und des ferromagnetischen Probenträgers zur Aufnahme der Halbleiterscheibe zieht der Elektromagnet beim Einschalten des Magnetspulenerregerstromes den ferromagnetischen Probenträger an und fixiert die Halbleiterscheibe am Elektromagneten mit einer Kraft F, die von dem Gewicht der Halbleiterscheibe und des ferromagnetischen Probenträgers abhängt. Der ferromagnetische Probenträger wird gemeinsam mit der fixierten Halbleiterscheibe und dem Elektromagneten aus der evakuierten Schleusenkammer durch die Schleusenöffnung in den evakuierten Rezipienten transportiert und in geringer Höhe über der unteren Elektrode oder einem Probentisch positioniert. Als Probenträger können offene oder geschlossene Ringe mit z.
B. dreieckig-, trapez-, kreis- oder halbkreisförmigem Querschnitt oder auch geometrische Körper,
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Form des Probenträgers entspricht. Nach Abschalten des Magnetspulenerregerstromes des Elektro- magneten fällt der ferromagnetische Probenträger selbstjustierend in die Vertiefung auf der
Oberfläche der Elektrode oder des Probentisches und legt die Halbleiterscheibe auf der Oberfläche der Elektrode oder des Probentisches positioniert ab.
Nachdem die Halbleiterscheibe auf der Oberfläche der unteren Elektrode positioniert ist, wird der Elektromagnet aus dem Rezipienten in die Schleusenkammer zurückbewegt. Dann wird die Schleusenöffnung geschlossen und der Ätzvorgang kann beginnen. Nach Beendigung des Ätzvor- ganges wird der Elektromagnet zur Aufnahme der Halbleiterscheibe wieder durch die Schleusenöff- nung in den Rezipienten zurückgeführt und über der Halbleiterscheibe positioniert.
Die Aufnahme der Halbleiterscheibe im Rezipienten erfolgt analog der Aufnahme der Halbleiter- scheibe in der Schleusenkammer. Nach Aufnahme der Halbleiterscheibe wird diese gemeinsam mit dem Magneten und dem Probenträger wieder durch die Schleusenöffnung aus dem Rezipienten hinaus in die Schleusenkammer zurückgeführt und so positioniert, dass der Probenträger in geringer Höhe über der Vertiefung im Schleusenboden zur Ablage der Halbleiterscheibe angeordnet ist.
Die Ablage der Halbleiterscheibe in der Vertiefung im Schleusenboden der Schleusenkammer erfolgt analog der Ablage der Halbleiterscheibe in der Vertiefung auf der Oberfläche der unteren Elektrode oder des Probentisches.
In Abwandlung des Probenträgers und des Magneten kann der Probenträger und/oder der Magnet als Permanentmagnet ausgebildet sein.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist auch bei Beschickungseinrichtungen ohne Schleuse einsetzbar, z. B. bei einer Trockenätzanlage, bei der beim Öffnen des Rezipienten dieser mit Stickstoff gespült wird, um das Eindringen der Umgebungsatmosphäre zu verhindern.
In Abwandlung zur bisherigen Darstellung kann die nicht ferromagnetische Halbleiterscheibe ebenso entgegen der Wirkung der Schwerkraft an die obere Elektrode oder einen oben im Rezipienten angeordneten Probentisch beliebiger Neigung gebracht und dort durch einen oberhalb der Elektrode oder des Probentisches angeordneten Elektromagneten festgehalten werden.
Hiezu wird ausserhalb des Rezipienten ein ferromagnetischer Probenträger in eine Vertiefung z. B. Nut in einer Beschickungseinrichtung eingelegt. Anschliessend wird eine nichtferromagnetische Halbleiterscheibe mit der zu bearbeitenden Oberfläche (Probenvorderseite) auf diesem Probenträger definiert abgelegt. Der ferromagnetische Probenträger wird dann gemeinsam mit der positionierten
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Hableiterscheibe und der Beschickungseinrichtung translatorisch aus der evakuierten Schleusen- kammer durch die Schleusenöffnung in den evakuierten Rezipienten transportiert und in geringem
Abstand unterhalb der oberen Elektrode oder des oberen Probentisches beliebiger Neigung posi- tioniert.
Bei Einschalten des Magnetspulenerregerstromes zieht der oberhalb der Elektrode angeordnete
Elektromagnet den ferromagnetischen Probenträger mit der daraufliegenden Halbleiterscheibe gegen die obere Elektrode oder den oberen Probentisch beliebiger Neigung und fixert beide.
Danach wird die Beschickungseinrichtung aus dem Rezipienten durch die Schleusenöffnung herausbewegt und diese danach geschlossen. Beim nachfolgenden Ätzprogramm wird die Halbleiter- oberfläche an ihrem äusseren Rand vom ringförmigen Probenträger abgedeckt, der für die Chipher- stellung sowieso nicht genutzt wird.
Nach dem Ätzen wird die Halbleiterscheibe in umgekehrter Reihenfolge auf der Beschickungs- einrichtung abgelegt und auf ihr liegend heraustransportiert und kann der Schleusenkammer in analoger Weise entnommen werden.
In weiterer Abwandlung zur bisherigen Darstellung kann der Elektromagnet durch einen
Permanentmagneten und die Beschickungseinrichtung durch eine solche mit einem daran befindlichen
Elektromagneten ersetzt werden. Für das Entfernen eines Permanentmagneten als Probenträger und damit der fixierten nichtferromagnetischen Halbleiterscheibe von der oberen Elektrode oder dem Probentisch beliebiger Neigung wird ein magnetisches Gegenfeld verwendet.
Der Magnet und/oder der Probenträger können mit Schutzschichten versehen sein, die eine mögliche Beschädigung der Halbleiterscheibe verhindern und/oder Reaktionen mit den Ätzgasen ausschliessen. Die Vorrichtung ist zum gleichzeitigen Transport und zur Handhabung mehrerer Werkstücke geeignet.
Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass die Halbleiterscheibe sicher und einfach in einen Rezipienten hinein- und heraustransportierbar ist, direkt auf einer gekühlten Elektrode zur Vermeidung thermischer Beeinflussung des Resists abgelegt werden kann und durch die Verwen- dung der Schleuse die Belüftung des Rezipienten mit Inertgas entfällt, so dass der Verbrauch an sehr teuren Ätzgasen erheblich verringert wird. Weiterhin können infolgedessen keine den Bediener und die Umwelt schädigenden Ätzgase und/oder Reaktionsprodukte aus dem Rezipienten entweichen und nach dem Schleusen der Halbleiterscheibe sind in kürzester Zeit die ursprünglichen Ätzbedingungen im Rezipienten wiederhergestellt. Das wieder führt zu einer verbesserten Reproduzierbarkeit der Ätzvorgänge und zu einer höheren Qualität der Strukturübertragungen.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt den Querschnitt einer planaren Trockenätzanlage mit einer Schleuse und einer Beschickungseinrichtung.
Ein ringförmiger Probenträger-l- (Gewicht 2 g) mit trapezförmigem Querschnit aus ferromagnetischem Werkstoff, der sich in einer entsprechenden ringförmigen Nut --2-- im Schleusenboden --3-- der Schleusenkammer --4-- befindet, wird unter einer nichtferromagnetischen Hálblei- terscheibe (Durchmesser 70 mm, Gewicht 4 g) angeordnet. Über der Halbleiterscheibe --5-- wird ein Elektromagnet --6-- in Position gebracht. Nach Erregung der Magnetspule --7-- wird der ferromagnetische Probenträger-l-angezogen und drückt die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- mit einer einstellbaren Kraft F von zirka 0, 25 N gegen die Magnetpole --8--.
Die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- ist dadurch an den Polen --8-- des Elektromagneten --6-- fixiert. Durch Translation wird die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-gemeinsam mit dem ferromagnetischen Probenträger-l-und dem Elektromagneten --6-- aus der evakuierten Schleusenkammer --4-- durch die Schleuse --9-- in den evakuierten Rezipienten - bewegt und über der unteren Elektrode --11-- positioniert.
Auf der Oberfläche der unteren Elektrode --11-- befindet sich eine ringförmige Nut --2-- mit ebenfalls trapezförmigem Querschnitt, die den Abmessungen des ferromagnetischen Probenträ- gers --1-- entspricht. Der Elektromagnet --6-- mit der nichtferromagnetischen Halbleiterscheibe --5-- und dem ferromagnetischen Probenträger-l-wird so über der ringförmigen Nut - positioniert, dass nach Abschalten des Erregerstromes in der Magnetspule --7-- der ferro-
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magnetische Probenträger-l-aus geringer Höhe von zirka 1 mm selbstzentrierend in die ringförmige Nut --2-- fällt und damit die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- direkt auf der gekühlten unteren Elektrode --11-- zur sicheren Wärmeabfuhr abgelegt und positioniert ist.
Die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- deckt dabei den ferromagnetischen Probenträ- ger --1-- vollständig ab. Der Elektromagnet --6-- wird nach Ablegen der nichtferromagnetischen Halbleiterscheibe --5-- wieder durch seitliche Verschiebung durch die Schleuse --9-- in die Schleusenkammer --4-- zurückbewegt. Danach wird die Schleuse --9-- geschlossen und die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- kann geätzt werden.
Nach dem Ätzvorgang wird der Elektromagnet --6-- zur Aufnahme der nichtferromagnetischen Halbleiterscheibe --5-- wieder durch Verschiebung durch die Schleuse in den Rezipienten --10--
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drückt die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- mit einer einstellbaren Kraft F von zirka 0, 25 N gegen den Elektromagneten --6--. Die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- ist dadurch wieder an den Polen --8-- des Elektromagneten --6-- fixiert. Durch Translation wird die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- gemeinsam mit dem ferromagnetischen Probenträger-l-und dem Elektromagneten --6-- durch die Schleuse --9-- wieder in die Schleusenkammer --4-- zurückbewegt.
Der Elektromagnet --6-- mit der nichtferromagnetischen Halbleiterscheibe --5-- und dem ferromagnetischen Probenträger-l-wird über der ringförmigen Nut --2-- im Schleusenboden --3-- der Schleusenkammer --4-- positioniert, so dass nach Abschalten des Erregerstromes in der Magnetspule --7-- der ferromagnetische Probenträger --1-- aus geringer Höhe von zirka 1 mm selbstzentrierend in die ringförmige Nut --2-- fällt und die nichtferromagnetische Halbleiterscheibe --5-- ebenfalls durch Herabfallen auf der Oberfläche des Schleusenbodens --3-- abgelegt wird.