DE102006025843A1

DE102006025843A1 - Stapel-Annealing-System

Info

Publication number: DE102006025843A1
Application number: DE102006025843A
Authority: DE
Inventors: Woo Sik Palo Alto Yoo
Original assignee: WaferMasters Inc
Current assignee: WaferMasters Inc
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2026-06-03
Also published as: US20070128890A1; KR20060126395A; KR100778958B1; NL1031912C2; US20070127898A1; US7194199B2; JP2006344949A; DE102006025843B4; US20060291830A1; NL1031912A1

Abstract

Eine Prozesskammer umfasst eine Öffnung, zwei oder mehr gestapelte Kaltplatten, benachbart zu der Öffnung, zwei oder mehr gestapelte Heißplatten, benachbart zu den Kaltplatten und eine rotierbare Wafer-Transporteinrichtung zum Bewegen eines Wafers zwischen die Kaltplatten und zwischen die Heißplatten zum Prozessieren des Wafers. Der Wafer kann schnell erwärmt werden, während er sich zwischen den Heißplatten befindet. Die Wafer-Transporteinrichtung weist senkrechte Wände um einen Drehpunkt auf, derart, dass bei zwischen den Kaltplatten oder zwischen den Heißplatten befindlichem Wafer eine der Wände den kalten und den heißen Bereich trennt, wodurch die Effizienz des Kühlens und Erwärmens erhöht wird.

Description

HINTERGRUND
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiter-Wafer-Prozessierungssysteme und betrifft im Besonderen derartige Systeme für den Transfer von Halbleiter-Wafern in eine Prozessierungskammer.
Die Hochtemperaturprozessierung von Siliciumwafern ist wichtig für die Herstellung moderner mikroelektronischer Bauelemente. Derartige Prozesse, welche Silicidbildung, Annealing nach Implantationen, Oxidation, Diffusionsdotierung und chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD) umfassen, können bei hohen Temperaturen mittels konventioneller thermischer Prozessierungstechniken durchgeführt werden. Ferner verlangen viele mikroelektronische Schaltungen Strukturgrößen, die kleiner sind als ein Mikrometer, und Übergangstiefen, die kleiner sind als einige Hundert Ångström. Um sowohl die Lateral- als auch die Abwärtsdiffusion von Dotanden zu begrenzen sowie einen höheren Grad an Kontrolle während der Prozessierung bereitzustellen, ist es wünschenswert, die Dauer der Hochtemperaturprozessierung zu minimieren.
Auf Halbleiter-Wafer, Flatpaneldisplays und andere ähnliche Substrate werden typisch zahlreiche Materialschichten während der Bauelementeherstellung deponiert. Einige üblicherweise deponierte Schichten (z.B. Spin-On-Glas-(SOG-)Filme) können Verunreinigungen, Defekte oder unerwünschte Mikrostrukturen enthalten, die vermindert oder beseitigt werden können durch Erwärmen oder "Annealing" des Substrats bei einer geeigneten Temperatur für eine geeignete Zeit. Andere deponierte Schichten (z.B. Kupferfilme) können Eigenschaften aufweisen, die sich unerwünschterweise mit der Zeit oder infolge "Self-Annealing" ändern, resultierend in unvorhersagbaren Eigenschaften der deponierten Schicht (z.B. unvorhersagbare/r Widerstand, Spannung, Korngröße und Härte). Wie im Falle der Verunreinigungen, Defekte und unerwünschten Mikrostrukturen, können die Eigenschaften der deponierten Schicht häufig durch einen kontrollierten Annealing-Schritt stabilisiert werden. Nach dem Annealing-Schritt wird das Substrat vorzugsweise rasch abgekühlt, um den Annealing-Prozess zu stoppen, und so dass andere Prozesse an dem Substrat durchgeführt werden können, um den Durchsatz zu erhöhen.

Konventionell wird das Annealing in einem Quarzofen durchgeführt, der langsam, z.B. mittels Lampen, auf eine gewünschte Annealing-Temperatur vorgewärmt werden muss, oder in einem "Rapid Thermal Processing"(RTP-)System, das schnell auf eine gewünschte Annealing-Temperatur erwärmt werden kann. Leider sind konventionelle lampenbasierte RTP-Systeme im Hinblick auf gleichmäßige Temperaturverteilung mit erheblichen Nachteilen behaftet. Eine Alternative zu lampenbasierten RTP-Systemen liegt in der Verwendung eines Heißplatten-Annealings zum Erwärmen des Wafers. Derartige Systeme sind in den auf gemeinsame Inhaberschaft zurückgehenden US-Patenten Nr. 6 809 035 und Nr. 6 345 150 offenbart, die beide durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Diese Systeme verwenden eine Heißplatte, die durch Heizelemente an oder benachbart zu der oder den unterhalb und/oder oberhalb des Wafers positionierten Platte oder Platten erwärmt werden kann. Die Heißplatte ermöglicht es, den Wafer schnell auf eine gewünschte Temperatur, z.B. für das Annealing, zu bringen.

Anschließend wird ein annealtes Substrat in ein separates Kühlmodul transferiert, welches konventionellerweise einen gekühlten Substrathalter verwendet und mit einem Gas, z.B. Helium, leicht hinterfüllt ist, um die Wärmeleitung zu verbessern. Das separate Kühlmodul erhöht die Anlagenkosten und Komplexität sowie die Stellfläche der Anlage und vermindert den Substratdurchsatz, weil es unerwünschte Substrattransferzeit zwischen den Heiz- und Kühlsystemen verlangt. Andere konventionelle Prozessierungssysteme weisen einen Kühlmechanismus auf, der, im Gegensatz zu der Anordnung in einem separaten Modul, innerhalb der gleichen Kammer wie die Heißplatte angeordnet ist. Das Abkühlen einer erwärmten Kammer oder das Aufheizen einer abgekühlten Kammer erfordert zusätzliche Energie und Zeit.

Es wäre also wünschenswert, ein System zur Verfügung zu haben, mit dem ein Wafer für RTP- oder andere Prozesse erwärmt oder gekühlt werden kann, ohne die Nachteile konventioneller Systeme, wie oben diskutiert.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Prozesskammer mindestens zwei gestapelte Kaltplatten und mindestens zwei benachbarte gestapelte Heißplatten. Eine rotierbare Wafer-Transporteinrichtung dreht sich um einen Punkt zwischen den Heißplatten und den Kaltplatten, der in der Nähe einer Seite der Prozesskammer angeordnet ist. Die Wafer-Transporteinrichtung umfasst zwei Wände, die mit dem Drehpunkt verbunden und senkrecht zueinander sind, und einen sich von mindestens einer der Wände erstreckenden Wafer-Halter zum Halten eines Wafers hierauf. Der Wafer-Halter wird so positioniert, dass der Wafer zwischen die zwei Kaltplatten oder die zwei Heißplatten zum Kühlen bzw. Erwärmen platziert werden kann.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Wafer in die Prozesskammer und auf die Wafer-Transporteinrichtung eingeführt, z.B. durch einen Roboter. Die Wafer-Transporteinrichtung ist so positioniert, dass sich der Wafer zwischen zwei Kaltplatten befindet, wobei eine der Wände der Transporteinrichtung die Kaltplatten von den Heißplatten trennt. Sobald eine gewünschte Temperatur erreicht ist, wie z.B. mittels mit der Wafer-Transporteinrichtung verbundener Thermoelemente gemessen, wird die Wafer-Transporteinrichtung um 90° rotiert. Als eine Folge davon wird der Wafer von der Position zwischen den Kaltplatten zu einer Position zwischen den Heißplatten bewegt, wobei wieder eine der Wände der Transporteinrichtung die Heißplatten von den Kaltplatten trennt. Der Wafer kann dann durch die Heißplatten schnell auf die gewünschte Prozessierungstemperatur erwärmt werden. Nach beendeter Prozessierung wird die Wafer-Transporteinrichtung um 90° zurückrotiert, um den Wafer zwischen die zwei Kaltplatten zum Kühlen zu bewegen. Danach kann der Wafer aus der Kammer entfernt oder zwecks zusätzlicher Prozessierung zu den Heißplatten zurückrotiert werden.

Die Prozesskammer mit zwei benachbart gestapelten Kalt- und Heißplatten kann selbst gestapelt sein, um ein kostengünstiges, einfaches, vertikales Multi-Wafer-Prozessierungssystem mit kleiner Stellfläche zu erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform können N gestapelte Kaltplatten und N gestapelte Heißplatten benachbart zueinander in einer einzigen Prozesskammer angeordnet werden, so dass N-1 Wafer gleichzeitig erwärmt und gekühlt werden können, wobei N größer ist als zwei.

Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen eine effizientere Kühlung und Erwärmung des Wafers, weil der Heizbereich und der Kühlbereich innerhalb der Prozesskammer durch Wände an der Wafer-Transporteinrichtung voneinander getrennt sind. Weil die kühle Umgebung von den Kaltplatten nicht vollständig offen ist gegenüber der erwärmten Umgebung von den Heißplatten, braucht es weniger Zeit und Energie zum Erwärmen und Kühlen des Wafers. Ferner: weil sich der Kühlmechanismus in der gleichen Prozesskammer wie der Heizmechanismus befindet, ist eine einfachere Prozesskammer möglich.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit der beigefügten zeichnerischen Darstellung.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1A und 1B zeigen eine Prozesskammer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in der Seitenansicht bzw. Draufsicht;
2 ist eine Seitenansicht einer der Wände der Wafer-Transporteinrichtung, welche in der Prozesskammer von 1A und 1B gemäß einer Ausführungsform verwendet wird;
3A–3D sind Draufsichten, die den Betrieb der Prozesskammer von 1A und 1B gemäß einer Ausführungsform zeigen;
4 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiter-Wafer-Prozessierungssystems gemäß einer Ausführungsform;
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit der Prozesskammer von 1–4 zeigt;
6 ist eine Seitenansicht eines Multi-Wafer-Prozesssystems mit gestapelten Kammern gemäß einer Ausführungsform; und
7 ist eine Seitenansicht eines Multi-Wafer-Prozesssystems mit gestapelten Platten gemäß einer Ausführungsform.
Gleiche Bezugsziffern für Elemente in verschiedenen Figuren bedeuten gleiche oder ähnliche Elemente.
DETAILBESCHREIBUNG
Die 1A und 1B zeigen eine Prozesskammer 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in der Seitenansicht bzw. Draufsicht. Gemäß 1A umfasst die Kammer 100 zwei gestapelte Kaltplatten 102 auf einer Seite und zwei gestapelte Heißplatten 104 auf der anderen Seite. Eine rotierbare Wafer-Transporteinrichtung 106 ist um einen Drehpunkt oder eine Achse 108 zwischen den Kaltplatten 102 und den Heißplatten 104 rotierbar. Die Wafer-Transporteinrichtung 106 umfasst einen Wafer-Halter 110 zum Halten eines Wafers 112, wobei der Wafer zwischen die Kaltplatten 102 und zwischen die Heißplatten 104 rotiert werden kann. Wenn der Wafer 112 zwischen den Kaltplatten 102 angeordnet ist, wird der Wafer gekühlt. Wenn der Wafer 112 zwischen die Heißplatten 104 rotiert ist, wird der Wafer auf eine gewünschte Temperatur erwärmt, z.B. für RTP oder Annealing. Die Kammer 100 umfasst eine Öffnung 114, durch die der Wafer in die Kammer 100 eingebracht und aus ihr entfernt werden kann. Sobald der Wafer entweder in die Kammer eingeführt oder aus ihr entfernt worden ist, kann die Öffnung mittels konventioneller Mechanismen verschlossen werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt.
Die Öffnung 114 der Kammer 100 kann eine relativ kleine Öffnung sein, jedoch mit einer Breite, die groß genug ist, um einen Wafer mit einer Dicke zwischen ca. 0,5 bis 2 mm und einem Durchmesser von bis zu 300 mm aufzunehmen und um einen Roboterarm oder anderen Wafer-Transfermechanismus eintreten und manövrieren zu lassen. Bei einer Ausführungsform ist die Höhe der Öffnung 114 nicht größer als zwischen ca. 15 mm und 40 mm, vorzugsweise nicht größer als 20 mm. Die relativ kleine Öffnungsgröße hilft dabei, Kälte- und/oder Wärmeverlust der Prozesskammer 100 zu reduzieren. Ferner hält die kleine Öffnungsgröße die Zahl von Partikeln, die in die Prozesskammer 100 eintreten, klein und erlaubt eine leichtere Aufrechterhaltung der isothermen Temperaturumgebung.
Es wird nun auf 1B Bezug genommen, gemäß welcher die Wafer-Transporteinrichtung 106 senkrechte Wände 116 umfasst, die sich von der Achse 108 erstrecken. Die Öffnung 114 erlaubt es, den Wafer auf den Wafer-Halter 110 zu platzieren, der in dieser Ausführungsform zwei parallele Stäbe oder Träger 118 umfasst, die mit Armen 120 verbunden sind, welche sich von einer der Wände 116 erstrecken. Es können auch andere geeignete Wafer-Halter verwendet werden, z.B. ein Gitter aus dünnen, sich kreuzenden Trägern mit vorstehenden Stifthaltern, um das Ausmaß des Kontaktes mit der Wafer-Oberfläche zu minimieren. Ein oder mehrere Halter können ein Thermoelement oder eine andere Temperaturfühleinrichtung, die darin eingebettet ist, umfassen, um die Temperatur des Wafers zu überwachen. Bei einer Ausführungsform sind die Stäbe oder Träger aus einem leitfähigen oder nichtisolierenden Material hergestellt, was in einer schnelleren Erwärmung und Kühlung des Wafers resultiert. Die Wände 116 erstrecken sich zu den Rändern der Kammer und sind bei einer Ausführungsform aus einem isolierenden Material hergestellt. Die Wände 116 sind ferner kurz genug, um zwischen zwei Heiß- oder Kaltplatten zu passen und können multiple Segmente umfassen, z.B. Segmente zwischen den Platten, oberhalb der Platten und unterhalb der Platten.
2 ist eine Seitenansicht, die eine der Wände 116 gemäß einer Ausführungsform mit drei Segmenten 202, 202 und 24, die sich von der Achse 108 erstrecken, zeigt. Der Wafer ist auf dem Wafer-Halter angeordnet, der mit dem mittleren Segment 202 verbunden ist. Das untere Segment 200 ist unterhalb der unteren Kalt- und Heißplatte angeordnet, und das obere Segment 204 ist oberhalb der oberen Kalt- und Heißplatte angeordnet. Die Spalte zwischen den Segmenten 200 und 202 und zwischen den Segmenten 202 und 204 sind also so, dass die Kalt- und Heißplatten zwischen ihnen ein- und ausrotieren können.
Die 3A bis 3D sind Draufsichten, die den Betrieb der Prozesskammer 100 gemäß einer Ausführungsform zeigen. Man beachte, dass in den 3A bis 3D die Heiß- und Kaltplatten nicht eingezeichnet sind zwecks leichterer Darstellung. In 3A wird ein Wafer 112 über die Öffnung 114 in die Kammer 100 und auf den Wafer-Halter 110 eingeführt. Der Wafer 112 kann geladen werden aus einem Wafer-Behälter, z.B. ein "Front Opening Unified Pod" (FOUP), eine Ladestation oder ein anderer geeigneter Ort oder Komponente. Es kann ein Roboter oder anderer Transfermechanismus verwendet werden, um den Wafer wiederzugewinnen und ihn auf den Wafer-Halter 110 einzuführen. In dieser Position ist der Wafer 112 direkt zwischen den beiden Kaltplatten angeordnet. In Abhängigkeit von der Temperatur der Kaltplatten und der Menge an Zeit, die der Wafer zwischen den Kaltplatten verbleibt, kann der Wafer 112 auf eine gewünschte Temperatur gekühlt werden. Als nächstes wird gemäß 3B die Wafer-Transporteinrichtung 106 um die Achse 108 rotiert, z.B. mit einem externen Motor, um den Wafer 112 von den Kaltplatten weg und zu den Heißplatten hin zu bewegen. In 3C ist die Wafer-Transporteinrichtung 106 um 90° rotiert worden, so dass sich der Wafer 112 nun vollständig zwischen den zwei Heißplatten befindet. Die Heißplatten erwärmen den Wafer 112 dann auf eine gewünschte Temperatur für die Prozessierung. Nach der Prozessierung wird die Wafer-Transporteinrichtung 106 um 90° zurück, zu den Kaltplatten rotiert. Sobald der Wafer auf eine gewünschte Temperatur gekühlt worden ist, wird der Wafer aus der Prozesskammer 100 entfernt, wie in 3D gezeigt, oder für zusätzliche Prozessierung auf die Heißplatte zurücktransferiert.
Die Heißplatte 104 kann eine große Masse gegenüber dem Wafer 112 aufweisen und kann aus einem Material wie Siliciumcarbid, Quarz, Inconel, Aluminium, Stahl oder einem beliebigen anderen Material hergestellt sein, welches bei hohen Prozessierungstemperaturen nicht mit Umgebungsgasen oder mit dem Wafer 112 reagiert. Die Heißplatte 104 kann eine beliebige geometrische Gestaltgebung aufweisen, vorzugsweise eine Gestalt, die der des Wafers ähnelt, z.B. eine kreisförmige Platte. Bei einer Ausführungsform ist die Heißplatte kreisförmig mit einem Radius, der etwas größer ist als der des größten zu prozessierenden Wafers, z.B. ein 300 mm-Wafer.
Die Heißplatte 104 kann Heizelemente umfassen, um die Temperatur der Heißplatte zu steuern und/oder zu regeln. Bei einer Ausführungsform ist mindestens eine Wärmequelle an einer Peripherie der Heißplatte 104 angeordnet. Die Wärmequelle kann ein Widerstandsheizelement oder eine andere leitende/strahlende Wärmequelle sein, die mit einem peripheren Bereich der Heißplatte 104 in Kontakt gebracht werden kann oder in die Heißplatte 104 eingebettet ist. Das Widerstandsheizelement kann aus einem beliebigen Hochtemperaturmaterial hergestellt sein, z.B. aus einem geeigneten Widerstandsheizdraht, der aus einem Material mit hoher Masse für erhöhte thermische Antwort und Hochtemperaturstabilität hergestellt ist, z.B. SiC, SiC-beschichteter Graphit, Graphit, AlCr, AlNi und andere Legierungen. Die Temperatur der Heißplatte 104 kann steuer- und/oder regelbar sein, um eine variable Temperatur in Abhängigkeit von der Anwendung bereitzustellen, z.B. zwischen ca. 50 °C und ca. 1500 °C, vorzugsweise zwischen ca. 100 °C und ca. 1200 °C.
Die Kaltplatte 102 kann eine ähnliche Gestalt aufweisen wie die Heißplatte 104, d.h. kreisförmig mit einem etwas größeren Durchmesser als der größte Wafer. Die Kaltplatte 102 kann individuelle Kühlelemente umfassen, z.B. Elektro-, Flüssig- oder Gaskühlungskomponenten. Beispielsweise kann die Kaltplatte 102 eine Mehrzahl von Gasöffnungen in der Kaltplatte aufweisen, um dem Wafer ein Kühlgas bereitzustellen, wobei das Kühlgas von einer externen Gasquelle zugeführt wird. Die Gasquelle kann abstimmbar sein, um selektiv ein oder mehrere Gase zu der Mehrzahl von Löchern in der Kaltplatte zuzuführen, wobei die der Kaltplatte zugeführte Gasmenge mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung, basierend zum Teil auf der gewünschten Temperatur des Wafers oder der Kaltplatte, gesteuert und/oder geregelt wird.
Wie aus den 3A, 3C und 3D zu sehen, trennt bei zwischen den Kaltplatten befindlichem Wafer 112 (3A und 3D) die Wand 116 die Kaltplatten und die Heißplatten voneinander, was in einer effizienteren Kühlung des Wafers resultiert, da die Wärmemenge von den Heißplatten von den Kaltplatten ferngehalten wird. Ähnlich ist auch die Erwärmung effizienter, weil während des Erwärmens (3C) die Wand 116 wieder die Heißplatten von den Kaltplatten trennt, wodurch die in den Heizbereich eintretende Kältemenge reduziert wird. Aus einem nichtleitenden Material oder Isolatormaterial hergestellte Wände helfen dabei, die Kälte von dem Heißplattenbereich und Wärme von dem Kaltplattenbereich fernzuhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Prozesskammer 100 eine RTP-Kammer, wie sie z.B. für thermisches Annealing, Dotandendiffusion, thermische Oxidation, Nitridation, chemische Abscheidung aus der Gasphase und ähnliche Prozesse verwendet wird. Die Prozesskammer 100 weist einen kleinen inneren Hohlraum auf. Das kleine Prozesskammervolumen erlaubt eine kleinere Baugröße der Kammer 100, und als eine Folge davon kann das Gesamtsystem kompakter gemacht werden und benötigt weniger Reinraumstellfläche. Wenn ein Roboter-Wafer-Loader, wie z.B. in US-Patent Nr. 6 345 150 offenbart, zum Transferieren der Wafer in die und aus der Prozesskammer verwendet wird, können multiple Kammern vertikal gestapelt werden, z.B. direkt übereinander, um die von dem System eingenommene Stellfläche zu minimieren. Ein derartiger Roboter-Wafer-Loader kann auf und ab bewegt, rotiert und ausgefahren werden, um Wafer aus einem Aufbewahrungsbehälter, z.B. aus einem FOUP, wiederzugewinnen, und den Wafer in die Prozesskammer zu transferieren.
4 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiter-Wafer-Prozessierungssystems 400, welches eine Prozesskammer 100, FOUPs 402 und 404 und eine Transferstation 406 umfasst. Auf den FOUP 402 oder 404 kann mittels eines Transportmechanismus (nicht gezeigt) zugegriffen werden, der die Wafer von einem FOUP zu der Transferstation 406 oder Prozesskammer 100 bewegt. Der Transportmechanismus kann ein Roboter sein, der rotiert und auf und ab bewegt werden kann mit einem ausfahrbaren Arm, um den Wafer zu einem gewünschten Zielort zu bewegen. Die von einem Transportmechanismus und FOUPs durchgeführten Operationen und Funktionen sind allgemein gut bekannt und vom Durchschnittsfachmann gut verstanden. Beispielsweise kann der Transportmechanismus einen Roboterarm und einen Endeffektor, die jeweils aus einem wärmebeständigen Material wie Quarz hergestellt sein können, zum Aufnehmen und Platzieren der Wafer 112 umfassen. Der Endeffektor kann fest verbunden sein mit einem Anschlussblock am Ende des Roboterarms, der verschiedene Endeffektoren akzeptiert. Beispielsweise kann für einen 3-Achsen-Roboter der Roboterarm aus Multi-Anlenkungen hergestellt sein, die eine S-Bewegung oder Schlangenbewegung durchführen können. Die S-Bewegung erlaubt es, den Roboter an einem festen Ort des Prozesssystems 400 zu positionieren, während der Roboterarm in der Lage ist, auf jedes Modul des Prozesssystems zuzugreifen. Für andere Typen von Robotern, z.B. für einen 4-Achsen-Roboter, wird die S-Bewegung nicht benötigt. Für den Fachmann werden geeignete Roboterkonstruktionen, basierend auf dem Robotertyp, erkennbar sein. Der Transportmechanismus kann ferner die Funktion haben, den Wafer 112 vor seiner Einführung in die Prozesskammer 100 zu wenden. Dies erlaubt es, beide Seiten eines Wafers in der Prozesskammer zu prozessieren.
5 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit der Prozesskammer von 1–4 zeigt. In Operation 500 wird die Wafer-Transporteinrichtung innerhalb der Prozesskammer rotiert, so dass ein erster der beiden Arme der Wafer-Transporteinrichtung parallel zu einer Seitenwand (oder senkrecht zu der Wand mit der Öffnung) und der zweite Arm zwischen den Heißplatten und den Kaltplatten angeordnet ist. In dieser Position kann der Wafer auf die Wafer-Transporteinrichtung eingeführt werden und die kalte und die heiße Zone sind voneinander getrennt. Als nächstes wird in Operation 502 der Wafer – z.B. aus einem FOUP – in die Prozesskammer und auf den mit der Wafer-Transporteinrichtung verbundenen Wafer-Halter eingeführt. In dieser Position ist der Wafer zwischen zwei Kaltplatten angeordnet, wo er nach Bedarf gekühlt wird, siehe Operation 504. In Operation 506 wird die Wafer-Transporteinrichtung sodann um 90° rotiert, so dass der Wafer von den Kaltplatten entfernt und zwischen die zwei Heißplatten bewegt wird. Nach der 90°-Rotation trennt der erste Arm die Kaltplatten und die Heißplatten, während der zweite Arm in der Nähe und parallel zu der Seitenwand angeordnet ist. In Operation 508 wird der Wafer dann zwischen den zwei Heißplatten schnell aufgeheizt.
Nachdem der Wafer die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird der Wafer in Operation 510 prozessiert. Als nächstes wird in Operation 512 die Wafer-Transporteinrichtung um 90° zurückrotiert, wobei der Wafer zwischen die Kaltplatten bewegt wird. Wenn, wie in Operation 514 bestimmt, zusätzliches Prozessieren erforderlich ist, wird die Wafer-Transporteinrichtung in Operation 506 um 90° rotiert, um den Wafer zwischen die Heißplatten zu platzieren zum Erwärmen des Wafers in Operation 508. Ist die Prozessierung jedoch abgeschlossen, wird der Wafer in Operation 516 aus der Prozesskammer entfernt. Die vorliegende Erfindung erlaubt also das schnelle thermische Prozessieren eines Wafers mittels eines einfacheren und kleineren Systems.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Prozesskammer 100 gestapelt sein, wie in 6 gezeigt, um ein Multi-Wafer-Prozesssystem 600 zu bilden. Während 6 nur zwei gestapelte Kammern zeigt, kann eine beliebige Zahl von Kammern nach Wunsch innerhalb der Systemzwänge gestapelt werden. Das System 100 umfasst vier Kaltplatten 602 und vier Heißplatten 604, die in der Lage sind, zwei Wafer gleichzeitig zu prozessieren. Jede Prozesskammer 100 hat ihre eigene Öffnung zum Einführen und Entfernen des Wafers aus den einzelnen Kammern.
7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform, wobei mehr als zwei Kaltplatten und mehr als zwei Heißplatten innerhalb einer einzigen Prozesskammer 700 gestapelt sind. Die Prozesskammer 700 ist mit sechs gestapelten Kaltplatten 702 und sechs gestapelten Heißplatten 704 gezeigt, die in der Lage sind, fünf Wafer auf einmal zu prozessieren. Diese Ausführungsform erlaubt das Erwärmen und Kühlen von Wafern mit weniger Heiß- und Kaltplatten als das System von 6. Eine einzige Öffnung 706 erlaubt das Einführen und das Entfernen der Wafer aus der Kammer 700. Wegen der erhöhten Höhe der Kammer muss der Transportmechanismus einen größeren Vertikalbewegungsbereich aufweisen, um Wafer zwischen zwei beliebige benachbarte Kaltplatten 702 laden zu können.
Nachdem nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, wird für den Durchschnittsfachmann erkennbar sein, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist demnach allein durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

Prozesskammer zum Prozessieren eines Halbleiter-Wafers, umfassend: eine Öffnung auf einer Seite der Prozesskammer zum Einführen und Entfernen des Wafers in die und aus der Prozesskammer; eine Mehrzahl von gestapelten Kaltplatten benachbart zu der Öffnung, wobei der Wafer zwischen zwei benachbarte Kaltplatten zum Prozessieren platziert wird; eine Mehrzahl von gestapelten Heißplatten benachbart zu den Kaltplatten, wobei der Wafer zwischen zwei benachbarte Heißplatten zum Erwärmen platziert wird; und eine Wafer-Transporteinrichtung, umfassend: einen Drehpunkt zwischen den gestapelten Heißplatten und den gestapelten Kaltplatten; eine erste Wand, verbunden mit dem Drehpunkt; eine zweite Wand, verbunden mit dem Drehpunkt und senkrecht zu der ersten Wand; und einen sich von der ersten Wand erstreckenden Wafer-Halter zum Halten des Wafers, wobei die Transporteinrichtung rotierbar ist, um den Wafer zwischen zwei benachbarte Heißplatten und zwischen zwei benachbarte Kaltplatten zu bewegen.
Prozesskammer nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl zwei beträgt.
Prozesskammer nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl mehr als zwei beträgt.
Prozesskammer nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Wand jeweils erste Wandbereiche umfassen, die sich zu einer Seitenwand der Prozesskammer erstrecken.
Prozesskammer nach Anspruch 4, wobei die erste und die zweite Wand jeweils ferner zweite Wandbereiche umfassen, die sich zu der Seitenwand der Prozesskammer erstrecken.
Prozesskammer nach Anspruch 4, wobei die ersten Wandbereiche zwischen benachbarten Kaltplatten und benachbarten Heißplatten positioniert sind.
Prozesskammer nach Anspruch 5, wobei die zweiten Wandbereiche zwischen einer Seitenwand der Prozesskammer und einer Heiß- oder Kaltplatte positioniert sind.
Wafer-Annealing-System, umfassend: eine Prozesskammer mit einer Öffnung zum Einführen und Entfernen eines Wafers; eine Mehrzahl von gestapelten Heißplatten; eine Mehrzahl von gestapelten Kaltplatten zwischen der Öffnung und den gestapelten Heißplatten; und eine rotierbare Wafer-Transporteinrichtung mit einem Drehpunkt zwischen den Heißplatten und den Kaltplatten und einem Wafer-Halter zum Halten des Wafers, wobei die Wafer-Transporteinrichtung zum Rotieren des Wafers zwischen benachbarte Kaltplatten zum Kühlen und zwischen benachbarte Heißplatten zum Erwärmen konfiguriert ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Wafer-Transporteinrichtung ferner eine erste Wand umfasst, die sich von dem Drehpunkt erstreckt, und eine zweite Wand, die sich von dem Drehpunkt erstreckt, wobei die erste und die zweite Wand einen 90°-Winkel von dem Drehpunkt aus bilden.
System nach Anspruch 9, wobei der Wafer-Halter an die erste Wand gekoppelt ist.
Wafer-Transporteinrichtung zur Verwendung in einem Halbleiter-Wafer-Prozessierungssystem, wobei die Wafer-Transporteinrichtung umfasst: einen Drehpunkt; eine erste Wand, die sich von dem Drehpunkt erstreckt; eine zweite Wand, die sich von dem Drehpunkt erstreckt, wobei die zweite Wand senkrecht zu der ersten Wand ist; einen Wafer-Halter, der mindestens an die erste Wand gekoppelt ist und sich parallel zu der zweiten Wand erstreckt, wobei die Wafer-Transporteinrichtung um 90° rotiert werden kann, um den Wafer von einem ersten Ort in einer Prozesskammer zu einem zweiten Ort in der Prozesskammer zu bewegen, wobei der zweite Ort nur in einer Richtung von dem ersten Ort versetzt ist.
Verfahren zum Prozessieren eines Halbleiter-Wafers, umfassend: Einführen des Wafers auf einen Wafer-Halter zwischen zwei Kaltplatten in einer Prozesskammer; Rotieren des Wafer-Halters um ca. 90° zum Bewegen des Wafers von der Position zwischen den zwei Kaltplatten zu einer Position zwischen zwei Heißplatten zum Erwärmen des Wafers innerhalb eines ersten Volumens der Prozesskammer; Rotieren des Wafer-Halters um ca. 90° zum Zurückbewegen des Wafers zwischen die zwei Kaltplatten; und Entfernen des Wafers von dem Wafer-Halter und aus der Prozesskammer.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das mindestens teilweise Trennen des ersten Volumens von anderen Bereichen der Prozesskammer.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Trennen das Bewegen einer Wand zwischen die Kaltplatten und die Heißplatten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Einführen von multiplen Wafern in eine Prozesskammer und das Platzieren jedes Wafers zwischen zwei benachbarte Kaltplatten.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend das Platzieren jedes der multiplen Wafer zwischen zwei benachbarte Heißplatten zum Erwärmen der Wafer.
Halbleiter-Wafer-Prozessierungssystem, umfassend: mindestens zwei gestapelte Prozesskammern, wobei jede Prozesskammer umfasst: eine Mehrzahl von gestapelten Heißplatten; eine Mehrzahl von gestapelten Kaltplatten zwischen der Öffnung und den gestapelten Heißplatten; und eine rotierbare Wafer-Transporteinrichtung mit einem Drehpunkt zwischen den Heißplatten und den Kaltplatten und einem Wafer-Halter zum Halten des Wafers, wobei die Wafer-Transporteinrichtung zum Rotieren des Wafers zwischen benachbarte Kaltplatten zum Kühlen und zwischen benachbarte Heißplatten zum Erwärmen konfiguriert ist.
System nach Anspruch 17, wobei die Prozesskammer ferner umfasst: eine erste Wand, die sich von dem Drehpunkt erstreckt, und eine zweite Wand, die sich von dem Drehpunkt erstreckt, wobei die erste und die zweite Wand einen 90°-Winkel von dem Drehpunkt aus bilden.
System nach Anspruch 17, wobei die Mehrzahl zwei beträgt.