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Die Erfindung betrifft Haltestifte zum Halten von Wafern in Waferbooten während der Prozessierung und bei deren Transport durch Prozessanlagen und ein Verfahren zum Herstellen solcher Haltestifte.
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Die Waferboote können aus CFC (kohlefaserverstärkter Kohlenstoff), Graphit, Keramik, Metall bzw. aus Kombinationen dieser Materialien bestehen. Um die Wafer während der Prozessierung und beim Transport der Waferboote sicher und ohne Krafteinwirkung zu fixieren, werden gewöhnlich in einer Ebene verteilt angeordnete pilzähnliche Haltestifte in eingesetzt, in die die Wafer stehend einzusetzen sind. Je nach der Größe der Wafer sind zwei oder drei Haltestifte pro Wafer vorgesehen.
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Diese Haltestifte bestehen ebenfalls aus CFC, Graphit, Keramik oder einem Metall und sind mit dem Waferboot durch Steck-, Schraub- oder Klemmverbindungen verbunden. Da die Wafer durch die unterschiedlichsten Prozessanlagen zu transportieren sind, kann es vorkommen, dass das Graphit infolge einzelner Prozesseinflüsse angegriffen wird. Derartige angegriffene Graphitbauteile zeigen dann eine geringere Widerstandsfähigkeit und somit einen erhöhten Verschleiß, der ein häufigeres Auswechseln verschlissener Haltestifte erfordert.
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Um hier einen besseren Schutz der Haltestifte gegen Prozesseinflüsse zu erreichen, kann auf dem Waferboot einschließlich der Haltestifte eine zusätzliche Beschichtung aufgebracht werden. Solche Beschichtungen können beispielweise aus Kohlenstoff, oder Graphit hergestellt werden. Dazu werden derartige Schichten mit thermischen CVD-Verfahren in einer Prozesskammer abgeschieden. Dabei ist es auch möglich, eine solche Beschichtung mit dem gleichen Prozesstool aufzubringen, in dem das Waferboot ohnehin eingesetzt wird.
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Die Beschichtung der Waferboote erfolgt dabei durch Plasma unterstützt mit einem PECVD-Verfahren (PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, also durch Plasma unterstützte chemische Dampfphasenabscheidung). Dabei können die Haltestifte mit beschichtet werden. Die Haltestifte unterliegen jedoch beim Be- und Entladen der Wafer weiterhin einem gewissen Verschleiß und müssen daher regelmäßig ausgetauscht werden. Eine solche Beschichtung bringt zwar eine Verbesserung hinsichtlich der Verschleißfestigkeit, was jedoch für einen dauerhaften Produktionseinsatz nicht ausreichend ist.
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Aus der Druckschrift
DE 100 03 639 A1 ist eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten mit beweglichen Stützelementen zur Unterstützung von Substraten (Wafern) während der thermischen Behandlung beschrieben. Die Haltestifte stehen aus einem Gestell beweglich hervor und bestehen aus einem für die Heizstrahlung transparenten Material, wie Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumcarbid, Bornitrid, Saphir, Keramik u. a., wobei sich Quarz, Magnesiumoxid, Silizium und vor allem Siliziumnitrid als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Diese beweglichen Haltestifte können der thermischen Dehnung des Substrats folgen, so dass Kratzer sowie mögliche Folgeschäden in der Kristallstruktur der Substrate vermieden werden können.
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Die Druckschrift
DE 698 06 578 T2 bezieht sich auf eine Wafer-Haltevorrichtung, die hauptsächlich aus einer Halteplatte mit Haltestiften zur Unterstützung von Wafern besteht. Die Haltestifte bestehen aus einer Keramik, oder künstlich hergestelltem Saphir, oder auch aus amorphem Quarz. Weitere geeignete Materialien sind Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Borkarbid, Bornitrid, Aluminiumnitrid und Zirkoniumkarbid oder andere hochtemperaturfesten Materialien. Zusätzlich können diese Materialien mit Beschichtungen aus Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder Siliziumkarbid versehen sein.
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Die Haltestifte nach diesen Druckschriften bestehen gänzlich aus den jeweils genannten Materialien, oder sind zusätzlich mit solchen Materialien beschichtet. Hinweise auf die Art und Weise der Herstellung dieser Haltestifte gehen aus diesen Druckschriften nicht hervor.
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Es versteht sich, dass die Herstellung und Formgebung derartiger Haltestifte auf Grund der Härte dieser Materialien sehr aufwändig und teuer ist und somit für eine kostengünstige Ersatzteilproduktion nicht geeignet sind.
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Die nachträgliche Beschichtung solcher Haltestifte mit Hartstoffen von erheblichem Nachteil, weil sich dadurch deren Abmessungen verändern. Die Folge ist, dass entweder kleinere Rohlinge gefertigt werden müssen, oder im Waferboot müssen größere Löcher zur Aufnahme der Haltestifte vorgesehen werden, was zu einem höheren Fertigungsaufwand führt. In letzterem Fall könnten bereits im Prozess eingesetzte Waferboote nicht mit Ersatzstiften ausgestattet werden.
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, Haltestifte zum Halten von Wafern in Waferbooten während der Prozessierung und beim Transport durch Prozessanlagen, die besonders verschleißfest sind, sowie ein einfach durchzuführendes Verfahren zum Herstellen solcher Haltestifte, zu schaffen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch einen Haltestift zum Halten von Wafern in Waferbooten während der Prozessierung und deren Transport durch Prozessanlagen, bestehend aus Graphit oder kohlefaserverstärktem Kohlenstoff, wobei zumindest die Oberfläche, sowie ein anschließender, in die Tiefe gehender Bereich unter der gesamten Oberfläche des Haltestiftes eine Schicht aus Siliziumcarbid aufweist, bzw. aus Siliziumcarbid besteht, wobei das Siliziumcarbid als Umwandlungsprodukt aus dem Graphit oder dem CFC des des Haltestiftes aufweist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäß ausgestalteten Haltestifte ist eine besonders hohe Verschleißfestigkeit.
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Da infolge der eingetretenen Materialumwandlung kein Materialzuwachs eingetreten ist, können verschlissene Haltestifte aus Graphit oder CFC ohne weiteres gegen die eine Siliziumcarbidschicht aufweisenden Haltestifte ausgetauscht werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Haltestiften (4) zum Halten von Wafern in Waferbooten während der Prozessierung und beim Transport durch Prozessanlagen, bestehend aus Graphit oder kohlefaserverstärkten Kohlenstoff, bei dem die Haltestifte (4) einem thermischen Umwandlungsprozess in Siliziumcarbid unter einer Siliziumdampf enthaltenden Schutzgasatmosphäre unterzogen werden, bei dem zumindest die Oberfläche der Haltestifte (4) in Siliziumcarbid umgewandelt wird.
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Der thermische Umwandlungsprozess wird bevorzugt in einem bei Überdruck betreibbaren Vakuum-/Schutzgasofen, oder einem Muffelofen durchgeführt.
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Weiterhin wird der thermische Umwandlungsprozess in einem Temperaturbereich zwischen 1200 bis 2200°C durchgeführt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Schutzgas Wasserstoff oder Argon verwendet.
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In einer besonderen Fortführung der Erfindung wird der Siliziumdampf durch Erhitzen und Verdampfen eines Silizium enthaltenden Granulates erzeugt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich das Graphit der Haltestifte teilweise oberflächlich, oder zeitabhängig auch vollständig in Siliziumcarbid umwandeln.
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Der besondere Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass dadurch besonders verschleißfeste Haltestifte hergestellt werden können, die zudem bei dem Umwandlungsprozess vollkommen maßhaltig bleiben und somit auch als Ersatzteile bevorratet werden können, da ein Austausch herkömmlicher Haltestifte aus Graphit oder CFC vollkommen problemlos erfolgen kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1: eine perspektivische Ausschnittdarstellung eines Waferbootes, und
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2a)–e): unterschiedliche geometrische Ausführungsformen von pilzförmigen Haltestiften.
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1 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt eines Waferbootes 1, das aus einer Vielzahl von aneinander gereihten und miteinander verbundenen Rahmenelementen 2 besteht. Jedes dieser Rahmenelemente 2 enthält Öffnungen 3 zur Aufnahme von austauschbaren pilzförmigen Haltestiften 4, die zur Aufnahme und sicheren Halterung von nicht dargestellten Wafern dienen. Solche Wafer können beispielsweise Silizium- oder Glasscheiben, bzw. andere flächige Elemente, sein.
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Die pilzförmigen Haltestifte 4, die aus Graphit oder CFC bestehen, können vielfältige Ausgestaltungen aufweisen, wie aus 2a)–e) hervorgeht. Gemeinsam ist allen Haltestiften 4, dass sie aus einem zylindrischen Grundkörper 5 bestehen, bei dem auf beiden Stirnseiten 6 Halteelemente 7 hervorstehen, die zur Aufnahme der Wafer mit Hinterschneidungen bzw. Nuten 8 versehen sind. Die Länge der zylindrischen Grundkörper 5 entspricht der Dicke der Rahmenelemente 2. Werden die Haltestifte mit ihrem Grundkörper 5 bündig in die entsprechenden Öffnungen 3 in den Rahmenelementen 2 eingesetzt, stehen die Halteelemente 7 beidseitig des Rahmens 2 hervor, so dass auf jeder Seite der Rahmenelemente 2 je ein Wafer sicher und etwas beabstandet gegenüber der Oberfläche der Rahmenelemente 2 untergebracht werden kann.
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Die in 2a)–e) beispielhaft dargestellten pilzförmigen Haltestifte 4 besitzen jeweils den gleichen zylindrischen Grundkörper 5, unterscheiden sich jedoch in der geometrischen Ausgestaltung der Halteelemente 7. So zeigen 2a und 2b runde Halteelemente 7, die jeweils eine Hinterschneidung 8 aufweisen, die jedoch unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wohingegen die Halteelemente 7 nach 2b, 2d und 2e einen quadratischen, oder vieleckigen Umriss mit unterschiedlicher Dicke aufweisen. Das Halteelement 7 nach 2e ist mit abgeschrägten Seitenkanten versehen. Die Oberfläche, sowie ein anschließender, in die Tiefe gehender Bereich unter der Oberfläche des Haltestifts 4 besteht aus Siliziumcarbid, wobei das Siliziumcarbid durch einen Umwandlungsprozess aus dem Graphit des Haltestifts 4 hergestellt worden ist. Damit verfügen solche Haltestifte 4 über einen besonders haltbaren Verschleißschutz.
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Die Haltestifte 4 mit der Schicht aus Siliziumcarbid weisen die gleiche Maßhaltigkeit auf, wie ein nur aus Graphit oder CFC bestehender Haltestift, da infolge der eingetretenen Materialumwandlung keinerlei Materialzuwachs eingetreten ist.
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Das hat den besonderen Vorteil, dass verschlissene Haltestifte 4, bzw. solche aus Graphit oder CFC, ohne weiteres gegen die eine Siliziumcarbidschicht aufweisenden Haltestifte ausgetauscht werden.
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Die Herstellung der zumindest teilweise aus Siliziumcarbid bestehenden Haltestifte 4 erfolgt dadurch, dass die Haltestifte 4 aus Graphit oder CFC einem thermischen Umwandlungsprozess zwischen Temperaturen von 1200–2200°C unter einer Siliziumdampf enthaltenden Schutzgasatmosphäre unterzogen werden. Bei diesem Umwandlungsprozess wird zumindest die Oberfläche der Haltestifte 4 in Siliziumcarbid umgewandelt. Der notwendige Siliziumdampf kann durch Verdampfen eines Silizium enthaltenden Granulates erzeugt werden. Dieser thermische Umwandlungsprozess erfolgt in einem bei Überdruck betreibbaren Vakuum-/Schutzgasofen, oder auch in einem Muffelofen.
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Als Schutzgas ist Wasserstoff oder Argon geeignet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine zumindest oberflächliche Umwandlung des Graphits in Siliziumcarbid. Die Umwandlung ist zeitabhängig auch vollständig möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Waferboot
- 2
- Rahmenelement
- 3
- Öffnung
- 4
- Haltestift
- 5
- Grundkörper
- 6
- Stirnseite
- 7
- Halteelement
- 8
- Hinterschneidung/Nut
