-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Scheibenträger, insbesondere
auf einen Waferbehälter
zur Aufnahme von Halbleiter-Wafern bei nasschemischen Prozessen,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er aus der
DE 692 19 535 T2 und der
DE 195 37 193 A1 bekannt
ist.
-
Es
sind Reinigungsvorrichtungen zum Spülen und Trocknen von Halbleiterscheiben
in Trägern, die
zum Halten und Bearbeiten dieser Halbleiterscheiben, Substrate,
ebenen Displays und ähnlichen Gegenständen verwendet
werden, für
die eine sehr geringe Kontaminierung vorgeschrieben ist, bekannt. Das
Bearbeiten von Halbleiterscheiben und Substraten, auch Halbleiter-Wafer
genannt, ist hinsichtlich der Kontaminierung sehr empfindlich. Dies
trifft auch für
Photomasken, ebene Displays, Datendisks und anderen Gegenständen der
Halbleitertechnik zu. Diese Gegenstände bedürfen extrem geringer Kontaminierungswerte.
Auch winzige Fremdteilchen können
beim Bearbeiten solcher Halbleitergegenstände Schäden hervorrufen. Es ist somit
nötig,
bei allen oder nahezu allen Produktionsschritten einen sehr hohen
Reinheitsgrad einzuhalten. Halbleiterscheiben wie Halbleiter-Wafer,
Substrate, Photomasken, ebene Displays und andere Halbleiterprodukte
hoher Reinheit werden typischerweise in Chargen behandelt. Dies
kann für
den gesamten Herstellungsprozess gelten, oder auch für einen
oder mehrere Bearbeitungsvorgänge
oder diesbezügliche
Transportvorgänge.
Beim Chargenweisen Behandeln bedient man sich fast immer eines Trägers oder
Träger,
um die zu bearbeitenden dünnen
scheibenförmigen Werkstücke zu halten.
-
Beim
Chargenweisen Bearbeiten von Halbleitersubstraten und Scheiben dient
ein Halbleiterscheibenträger
zum Halten einer Anzahl solcher Gegenstände. Die Träger können unterschiedlich aufgebaut
sein und werden genauer unter anderem auch als Halbleiterscheiben-Boots,
Schiffchen oder Horden bezeichnet. In vielen Fällen besteht ein derartiges
Schiffchen aus einem Polymer, z.B. Polypropylen oder Teflonfluorpolymer,
Teflon oder sogenanntem PEEK (PolyEtherEtherKeton). Die Seiten und manchmal
auch der Boden des Schiffchens bzw. der Horde haben Aufnahmeschlitze
die zum Einsetzen und Festhalten der Scheiben nebeneinander in Abständen ausgebildet
sind, wobei die Stirnseiten der Scheiben nebeneinander liegen. Typischerweise fluchten
die Mittelachsen der Scheiben. Die Scheiben werden in das Schiffchen
bzw. in die Horde eingeschoben, etwa von der Seite her oder von
oben, und durch Herausziehen entfernt. Die Aufnahmeschlitze in der
Horde sind flach, so dass die jeweilige Scheibe nur an den Umfangskanten
und längs
eines dünnen
Randstreifens erfasst wird, der sich vom Umfang nach innen zu erstreckt.
-
-
Halbleiterscheibenträger können auch
in Form eines Schutzgehäuses
oder einer Schachtel vorgesehen sein, in der die Scheiben gehalten
und gegen Kontaminierung während
der Förderung
in der Bearbeitungsanlage eingeschlossen sind. Scheibenträger dieses
Typs bedienen sich häufig
einer Bauweise, um ein Schiffchen oder eine Horde mit komplementärer Form
zu halten. Die komplementäre
Eigenschaft des Scheibenträger-Schutzgehäuses und des
Scheibenträgerschiffchens
führt dazu,
dass das Schiffchen und die getragenen Scheiben während des
Transportes vollständig
eingeschlossen sind. Ein solcher Be hälter kann ein hohler Rotor
sein, in welchem sich der Scheibenträger mit den Scheiben während der
Prozessierung befindet.
-
-
Bei
der Prozessierung von Halbleitersubstraten, z. B. in nasschemischen
Reinigungsanlagen, bei denen die Halbleitersubstrate in der Prozesskammer rotieren,
bewegen sich die Halbleitersubstrate ungewollt in ihrer Aufnahmevorrichtung
relativ zu dieser, was zwangsläufig
zur Bildung von Defekten auf der Oberfläche der Halbleitersubstrate
führt.
Dies ist auf mechanisch induzierten Abrieb von Hordenmaterial durch
die unerwünschte
Relativbewegung zwischen Horde und Halbleitersubstrat zurückzuführen. Auch durch
die Verwendung unterschiedlicher Hordenmaterialien (z.B. PEEK; Teflon)
kann die Entstehung des Hordenabriebs nicht verhindert werden, so
dass sich die dadurch bedingte Oberflächenkontamination auf den Halbleitersubstraten
nicht entscheidend verringern lässt.
-
Bereits
bei bzw. nach der Herstellung der Scheibenträger müssen diese gereinigt werden.
Das Reinigen der scheibentragenden Gehäuse, Schiffchen und Horde bei
deren Herstellung ist schwierig, da sie typischerweise Schlitze,
Nuten und Öffnungen besitzen,
die schwer gründlich
zu reinigen sind. Dies wird durch die geforderte extrem niedrige
Kontaminierung erschwert, die für
Gegenstände
erforderlich ist, die direkt oder indirekt beim Bearbeiten von Halbleiterscheiben
und – gegenständen Verwendung
finden. Staub, Metallpartikel, Öl
und andere organische Chemikalien können an den Oberflächen der Gießformen
oder anderer Werkzeuge, die zum Herstellen der Scheibenträger dienen,
vorhanden sein. Ein gründliches
Reinigen der Halbleiterscheibenträger auf die gewünschten
extrem kleinen Kontaminierungswerte ist aus diesem Grund schwierig.
So ist das Reinigen der Scheibenträger beim Bearbeiten von Halbleitern
eine Aufgabe, die oft fast so schwer zu lösen ist wie den Gegenstand
mechanisch zu formen. In den Reinigungsprozessen werden in der Regel
Medien wie z.B. Dimethylformamid (DMF) oder ähnliches verwendet, um partikuläre und organische Verunreinigungen
zu beseitigen. Darüber
hinaus können
sogenannte Strippermedien wie zur Entfernung von Ätzpolymeren
in diesen Anlagen verwendet werden.
-
Die
genannten Probleme bei der Herstellung, Reinigung und Anwendung
der Aufbewahrungsbehälter
für die
Halbleitersubstrate während der
Prozessschritte erniedrigen die Ausbeute bei der Prozessierung von
Halbleitersubstraten und sind in weiterer Folge ein erhöhtes Zuverlässigkeitsrisiko.
-
So
blieb bis zum Zeitpunkt der Erfindung das Reinigen von Scheibenträgern ein
schwieriges und relativ kostspieliges Unterfangen, so dass in der
Folge mit einer hohen Partikelbetroffenheit (damit ist die Oberflächenkontaminierung
der Halbleitersubstrate mit Partikeln während der Fertigung gemeint)
der Halbleitersubstrate zu rechnen war, die dann in weiterer Folge
zu Ausbeuteverlusten und zu Zuverlässigkeitsproblemen führen konnten.
Abhilfe sollte ein zusätzlicher
Reinigungsschritt in einem anderen Equipment bringen, mit welchem
die Partikel durch einen nasschemischen Vorgang in einer sogenannten
Ultraschall Finesonic Reinigung entfernt werden mussten. Dieser
zusätzliche
Reinigungsschritt stellt aber eine hohe mechanische und chemische
Belastung (Aluminium-Korrosionsrisiko) für das Halbleitersubstrat dar.
Darüber hinaus
wird durch diesen zusätzlichen
Prozessschritt die Durchlauf zeit der Lose zusätzlich erhöht.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zu schaffen, die eine besonders einfache Form der Verdrehsicherung aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst.
-
Die
Erfindung zeichnet sich durch verschiedene Vorteile aus, die im
folgenden erläutert
werden.
-
Der
Scheibenträger
besteht aus wenigstens zwei miteinander korrespondieren Aufnahmeelementen,
wobei zumindest eines der Aufnahmeelemente über Stege verfügt, welche
die Aufnahmeschlitze für die
Scheiben tragen, und wobei zumindest eines der Aufnahmeelemente
eine Verdrehsicherung zum Verhindern einer Drehung der Scheiben
innerhalb des Scheibenträgers
aufweist. Da durch diese Maßnahme
eine Relativbewegung zwischen dem Scheibenträger und der Waferscheibe verhindert
wird, unterbleibt die Ablagerung von Rückständen auf der Waferscheibe,
die durch Hordenabrieb gebildet werden könnten.
-
Ferner
ist von Vorteil, dass die korrespondierenden Aufnahmeelemente formschlüssig miteinander
verbindbar sind. Dadurch lässt
sich der Scheibenträger
einfach mit Waferscheiben beladen und anschließend schließen.
-
Da
die formschlüssig
miteinander korrespondierenden Aufnahmeelemente bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
durch wenigstens ein Scharnier und einen Verriegelungsmechanismus
miteinander verbindbar sind, ist die Handhabung des Scheiben trägers besonders
einfach, denn er lässt
sich nach Art einer Muschel öffnen
und schließen.
-
Auch
die formschlüssige
Verbindung der korrespondierenden Aufnahmeelemente miteinander durch
mehrere Stifte ist vorteilhaft, denn diese Bauweise ist besonders
einfach und trägt
sehr wenig über
die Ursprungskontur hinaus auf.
-
Besonders
zuverlässig
ist die Handhabung des Scheibenträgers, da von den korrespondierenden
Aufnahmeelementen die Unterschale Stege mit den Aufnahmeschlitzen
für die
Scheiben trägt
und die Oberschale als Verdrehsicherung wenigstens einen Steg aufweist,
welcher an einer Anschlagfläche
der zu tragenden Scheiben anliegt.
-
Ferner
bilden die korrespondierenden Aufnahmeelemente in besonders vorteilhafter
Weise einen im Wesentlichen zylindrischen Körper, welcher während der
Fertigungsprozesse in einem Rotor verdrehsicher abgestützt wird.
Dadurch lassen sich die Fertigungsprozesse sicherer gestalten, denn
die durch den Scheibenträger
gebildete Kammer für
die Waferscheiben ist sicher verschlossen, da die korrespondierenden
Aufnahmeelemente im Rotor zwangsverriegelt sind.
-
Wenn
die korrespondierenden Aufnahmeelemente bevorzugt aus dem Werkstoff
PolyEtherEtherKeton (PEEK) gefertigt sind, ist der Abrieb aufgrund
der Materialauswahl besonders gering.
-
Da
bei der Herstellung des Scheibenträgers aus PEEK eine präzisere Fertigung
möglich
ist, als bei herkömmlichen
Werkstoffen, lassen sich die Abstände der Aufnahmeschlitze verringern,
was eine höhere
Packungsdichte ermöglicht.
-
Bei
einer Erhöhung
der Anzahl der Aufnahmeschlitze können in besonders vorteilhafter
Weise in beiden korrespondierenden Aufnahmeelementen Stege mit Aufnahmeschlitzen
vorgesehen sein, wodurch die Deformationsgefahr der Waferscheiben verringert
wird.
-
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden mit Hilfe der Figuren erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
-
1 ein
Aufnahmeelement für
Waferscheiben;
-
2 ein
zweites Aufnahmeelement, welches mit dem Aufnahmeelement gemäß 1 korrespondiert
und 3 ein geschlossener Scheibenträger.
-
In 1 ist
ein erstes Aufnahmeelement 1a eines Scheibenträgers 1 zur
Aufnahme von Waferscheiben 2 dargestellt. Dieses erste
Aufnahmeelement 1a wird von einem im Wesentlichen halbzylindrischen
Basis-Bauteil gebildet, bestehend aus einer durchbrochenen wannenförmigen Schale 3 und
zwei stirnseitigen Deckelelementen 4 und 5, welche
durch Stege 6, 7, 8 und 9 miteinander
verbunden sind. Die Deckelelemente 4 und 5 formen
zusammen mit den Stegen 6, 7, 8 und 9 die
zwischen den Stegen 6, 7, 8 und 9 offene,
wannenförmige
Schale 3, die im Folgenden auch als Unterschale 3 bezeichnet
wird, was aber nicht bedeutet, dass sie in jedem Fall räumlich unterhalb
einer weiteren Schale 10 angeordnet sein muss, welche in
analoger Weise als Oberschale 10 bezeichnet, in 2 dargestellt
und näher
erläutert wird.
-
Die
Stege 6, 7, 8 und 9 sind mit
Aufnahmeschlitzen 11 versehen, in welchen die Waferscheiben 2 – von denen
eine in 3 andeutungsweise dargestellt
ist – stehend
gehaltert sind. Durch die relativ hohe Anzahl von Stegen 6, 7, 8 und 9 werden
die Waferscheiben 2 so gut abgestützt, dass die Packungsdich te
hoch ist. Die Unterschale 3 ist, ebenso wie die Oberschale 10,
vorzugsweise aus PolyEtherEtherKeton – PEEK – gefertigt. In ihren Deckeln
(Deckelelemente 4 und 5) befinden sich Bohrungen 12 und 13 – hier im
Deckelelement 4 dargestellt -, die zur Aufnahme von Stiften 14 und 15 dienen.
Im gegenüberliegenden
Deckel 5 befinden sich ebenfalls Bohrungen, die in dieser
Darstellung jedoch nicht sichtbar und daher auch nicht bezeichnet
sind. In diese nicht dargestellten Bohrungen sind ebenfalls Stifte 16 und 17 einführbar.
-
Die
Stifte 14, 15, 16 und 17 dienen
der formschlüssigen
Verbindung der Unter- 3 und der Oberschale 10,
welche das zweite Aufnahmeelement 1b bildet, das ebenfalls
näherungsweise
halbschalenförmig
ausgebildet ist und über
Bohrungen 18, 19, 20 und 21 verfügt, die
sich in den stirnseitigen Deckelelementen 22 und 23 befinden.
Die stirnseitigen Deckel 22 und 23 sind, analog
zu den Deckelelementen 4 und 5 der Unterschale 3,
mittels Stegen 24, 25 und 26 beabstandet
miteinander verbunden. Wenigstens einer der Stege 24, 25 oder 26 ist
so ausgebildet, dass er mit einer Anschlagfläche 2a – siehe 3 – einer
Waferscheibe 2 derart zusammenwirkt, dass eine Verdrehsicherung
für die
jeweilige Waferscheibe 2 gebildet wird. Diese Anschlagfläche 2a kann
auf einfachste Weise durch eine Abflachung 2a am Umfang
der Waferscheibe 2 gebildet werden, an welcher der Steg 24, 25 oder 26 anliegt.
-
Nach
Beschickung der Unterschale 3 mit einer Anzahl von Waferscheiben 2 wird
die Oberschale 10 auf die Unterschale 3 aufgesetzt
und mit den Stiften 14, 15, 16 und 17 werden
die beiden Aufnahmeelemente 1a und 1b, realisiert
durch die Unter- 3 und die Oberschale 10, miteinander
verbunden, wobei die Stifte 14, 15, 16 und 17 durch
die Bohrungen 12, 13, 18, 19, 20 und 21 gesteckt
und dort fixiert werden. Der Scheiben träger 1 umschließt dabei
die Waferscheiben 2, die durch einen der Stege 24, 25 oder 26 und
die mit ihm korrespondierenden Anschlagflächen 2a der Waferscheiben 2 gegen
Verdrehung im Scheibenträger 1 gesichert
sind. Durch die verdrehgesicherte Aufnahme der Waferscheiben 2 in
dem Scheibenträger 1 ist
eine Relativbewegung zwischen Scheibenträger 1 und Waferscheibe 2 nicht
mehr möglich,
so dass der sonst bei den Fertigungsprozessen mögliche Hordenabrieb auf ein
Minimum reduziert und die Ausschussquote bei den Waferscheiben 2 äußerst gering
ist.
-
Durch
die relativ hohe Anzahl von Stegen 6, 7, 8 und 9 können die
Aufnahmeschlitze 11 in den Stegen 6, 7, 8 und 9 eng
beieinander liegen. Die Packungsdichte von Halbleiterscheiben 2 in
den Scheibenträgern 1 kann
dadurch nahezu verdoppelt werden, daher ist die gesamte Anlagenkapazität entsprechend
höher.
Durch die höhere
Anzahl von Stegen 6, 7, 8 und 9,
die mit Aufnahmeschlitzen 11 versehen sind, sind die Waferscheiben 2 gegen
Deformation besser geschützt,
was die Beschädigungsrate
der Waferscheiben 2 deutlich verringert. Wenn die Scheibenträger 1 aus
PolyEtherEtherKeton gefertigt werden, lässt sich die Aufnahmekapazität noch weiter
erhöhen,
da dieser Werkstoff eine präzisere
Fertigung der Aufnahmeschlitze 11 ermöglicht.
-
In 3 ist
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Im Prinzip besteht dieser Scheibenträger 31 ebenfalls
aus einer Unter 33 – und
einer Oberschale 310, welche einen Scheibenträger 31 für eine Anzahl
von Waferscheiben 2 bilden. Abweichend vom Ausführungsbeispiel
gemäß der 1 und 2 sind
diese beiden die Aufnahmeelemente 31a und 31b bildenden
Unter 33 – und
Oberschalen 310 durch ein Scharnier 34 miteinander
verbunden und bilden auf diese Weise ei nen Scheibenträger 31,
der sich nach Art einer Muschel aufund zuklappen lässt. Mit
Hilfe einer Verriegelungseinrichtung 35, die aus einem
Verriegelungs-Haken 36 an der Unterschale 33 und
einem Sicherungsstift 37 an der Oberschale 310 besteht,
können
die beiden Aufnahmeelemente 31a und 31b sicher
miteinander verriegelt werden. Es ist von Vorteil, wenn sich an
jedem stirnseitigen Deckelelement 43 und 53 des
Scheibenträgers 31 eine
derartige Verriegelungseinrichtung 35 befindet. Wenn sich
während
der Prozessschritte der Scheibenträger 31 in einem Prozess-Rotor
befindet, liegen die Verriegelungs-Haken 36 an der Innenwand des
nicht dargestellten Prozess-Rotors
an und können
sich nicht öffnen,
so dass diese Zwangsverriegelung eine sichere Prozessierung ermöglicht.
Es versteht sich, dass die Positionierung der Verriegelungselemente 36 und 37 auch
vertauscht werden kann, so dass der Verriegelungs-Haken 36 an
der Oberschale 310 und der Sicherungsstift 37 an
der Unterschale 33 angeordnet sind.
-
Zwischen
den Deckelelementen 43 und 53 sind Stege angeordnet,
und zwar die Stege 63, 73, 83 und 93 an
der sogenannten Unterschale 33. Diese Stege 63, 73, 83 und 93 weisen
eine Vielzahl von Aufnahmeschlitzen 11 auf, in die Waferscheiben 2 so eingesetzt
werden, dass diese eng beieinander in der Unterschale 33 stehen,
aber durch die Aufnahmeschlitze 11 in allen Stegen 63, 73, 83 und 93 so
sicher gehalten sind, dass bei den Waferscheiben 11 keine Deformationen
auftreten können,
so dass Beschädigungen
durch gegenseitige Berührungen
sicher vermieden werden.
-
In
der sogenannten Oberschale 310 befinden sich zwischen den
Deckelelementen 43 und 53 ebenfalls Stege. Dies
sind die Stege 243, 253 und 263, die
so platziert und ausgebildet sind, dass sie für die eingesetzten Waferscheiben 2 eine
Verdrehsi cherung darstellen. Zumindest einer der Stege 243, 253 und 263,
hier der Steg 243, wirkt mit der Anschlagfläche 2a der
Waferscheiben 2 derart zusammen, dass sich die Waferscheiben 2 nicht
relativ zu dem Scheibenträger 31 verdrehen
können.
Damit ist ein unerwünschter
Abrieb des Werkstoffes des Scheibenträgers 31, der als Ablagerung
die Waferscheiben 2 kontaminieren würde, sicher vermieden. Selbstverständlich kann
auch ein anderer der Stege 243, 253 und 263 diese
Funktion der Verdrehsicherung übernehmen,
oder eine beliebige andere Verdrehsicherung vom Fachmann vorgesehen
werden.
-
Jedenfalls
lässt sich
der erfindungsgemäße Scheibenträger 1, 31 in
einfachster Weise mit Waferscheiben 2 beladen, indem diese
in die Aufnahmeschlitze 11 der Unterschale 3, 33 eingesteckt
werden, anschließend
die Oberschale 10 aufgesetzt bzw. die Oberschale 310 zugeklappt
wird, wodurch die Stege 24, 25, 26 bzw. 243, 253 und 263 der
Oberschale 3 bzw. 310 an den jeweiligen Anschlagflächen 2a der Waferscheiben 2 anliegen
und die Verdrehsicherung hergestellt ist. Kontaminierung der Waferscheiben2 mit
Abrieb des Werkstoffes von dem Scheibenträger 1, 31 unterbleibt,
weil Relativbewegungen zwischen dem Scheibenträger 1, 31 und
den Waferscheiben 2 unterbleiben. Deformierungen der Waferscheiben 2 unterbleiben,
weil die Präzision,
die Dichte und die Anzahl der Aufnahmeschlitze 11 in den
Stegen 6, 7, 8, 9; 63, 73, 83, 93 diese
verhindern.