DE102019212796A1 - Wafer boat - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Waferboot zur Aufnahme von Wafern, insbesondere Halbleiterwafern beschrieben. Das Waferboot weist wenigstens zwei langgestreckte Aufnahmeelemente auf. Jedes Aufnahmeelement besteht aus Quarz und weist jeweils eine Vielzahl von parallelen, sich quer zur Längserstreckung erstreckenden Aufnahmeschlitzen auf. Weiter weist das Waferboot langgestreckte Stützelemente auf, wobei jedem Aufnahmeelement wenigsten ein Stützelement zugeordnet ist. Die Stützelemente bestehen aus einem zweiten Material, welches von Quarz verschieden ist. Die Stützelemente befinden sich bei einer Arbeitsausrichtung des Waferbootes zumindest teilweise in Schwerkraftrichtung unterhalb des jeweiligen Aufnahmeelementes. Das Waferboot weist weiter zwei Endplatten auf, zwischen denen die Aufnahmeelemente derart angeordnet und befestigt sind, dass die Aufnahmeschlitze der Aufnahmeelemente zueinander ausgerichtet sind. Als zweites Material kann beispielsweise SiC und Si-SiC verwendet werden, jedoch auch jedes andere Material, welches durch eine höhere Festigkeit, Formstabilität und/oder Temperaturbeständigkeit als das Material der Aufnahmeelemente dazu geeignet ist, die Aufnahmeelemente zu stützen. Zudem ist die Anforderung an das Material der Stützelemente die Wafer nicht zu verunreinigen leichter zu erfüllen, da die Wafer nicht in direktem Kontakt zu den Stützelementen stehen. A wafer boat for holding wafers, in particular semiconductor wafers, is described. The wafer boat has at least two elongate receiving elements. Each receiving element consists of quartz and in each case has a multiplicity of parallel receiving slots which extend transversely to the longitudinal extent. Furthermore, the wafer boat has elongated support elements, with at least one support element being assigned to each receiving element. The support elements consist of a second material, which is different from quartz. The support elements are at least partially in the direction of gravity below the respective receiving element when the wafer boat is aligned. The wafer boat further has two end plates, between which the receiving elements are arranged and fastened in such a way that the receiving slots of the receiving elements are aligned with one another. SiC and Si-SiC, for example, can be used as the second material, but also any other material which, due to its higher strength, dimensional stability and / or temperature resistance than the material of the receiving elements, is suitable for supporting the receiving elements. In addition, the requirement for the material of the support elements to not contaminate the wafers is easier to meet, since the wafers are not in direct contact with the support elements.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Waferboot zum Halten von Wafern, insbesondere von Halbleiterwafern, wobei der Begriff Wafer wie er hier verwendet wird, allgemein scheibenförmige Substrate beliebiger Umfangsform umfasst.The present invention relates to a wafer boat for holding wafers, in particular semiconductor wafers, the term wafer as used here encompassing generally disk-shaped substrates of any circumferential shape.
Waferboote dienen häufig dazu eine Vielzahl von Wafern innerhalb einer Prozessanlage, wie beispielsweise einer Diffusionsanlage für Halbleiterwafer zu halten, in denen die Halbleiterwafer thermischen Prozessen ausgesetzt werden. Dabei müssen die Waferboote neben thermischen Belastungen während der Prozessierung insbesondere mechanische Belastungen durch das Halten und die Be- und Entladung der Wafer aushalten. Darüber hinaus sind sie auch den jeweiligen Prozessatmosphären, denen die Wafer ausgesetzt sind, ausgesetzt, so dass der Prozess die Waferboote möglichst auch auf Dauer nicht beeinträchtigen sollte. Dabei besteht in der Regel nicht nur das Bedürfnis, dass die Waferboote durch die jeweiligen Prozesse nicht beeinträchtigt werden, sondern auch, dass die Waferboote selbst die Prozesse nicht beeinträchtigen. Insbesondere in der Halbleitertechnologie ist darauf zu achten, dass die Waferboote keine Verunreinigungen in den Prozess einführen.Wafer boats often serve to hold a large number of wafers within a process system, such as a diffusion system for semiconductor wafers, in which the semiconductor wafers are exposed to thermal processes. In addition to thermal loads during processing, the wafer boats have to withstand mechanical loads in particular by holding and loading and unloading the wafers. In addition, they are also exposed to the respective process atmospheres to which the wafers are exposed, so that the process should not impair the wafer boats in the long term if possible. As a rule, there is not only the need that the wafer boats are not affected by the respective processes, but also that the wafer boats themselves do not impair the processes. In semiconductor technology in particular, care must be taken to ensure that the wafer boats do not introduce any contaminants into the process.
Ein Quarz Waferboot ist in der
In der Vergangenheit wurden daher beispielsweise Waferboote aus Quarz eingesetzt, welche einerseits gegenüber den meisten Prozessen unempfindlich sind und andererseits keine Verunreinigungen in den Halbleiterprozess einbringen. Jedoch besteht das Bedürfnis immer größere Quarzboote einzusetzen, um größere Massenbeladungen der Prozessvorrichtungen zu erreichen. Insbesondere soll ein größerer Durchsatz von Wafern/Prozessfahrt erreicht werden. Dies kann zum Beispiel durch eine Verlängerung der Boote und/oder eine Reduzierung der Schlitzabstände erreicht werden, sodass die Anzahl der aufgenommenen Wafer pro Boot steigt. Hierbei steigt insgesamt die Masse der geladenen Wafer, wobei die Masse des Waferbootes möglichst nicht im gleichen Maße ansteigt. Bevorzugt sollte ein vollständig beladenes Waferboot ein Vielfaches der Masse an Wafern im Vergleich zur Masse des Waferbootes aufnehmen können. Eine reduzierte Masse des Waferbootes ermöglicht eine Energieeinsparung beim thermischen Prozessieren und ermöglicht ferner raschere Erwärmungs- und Abkühlzyklen. Insbesondere im Aufnahmebereich für die Wafer sollte das Waferboot ferner möglichst filigran sein, um eine geringe Abschattung der Wafer und somit eine homogene Prozessierung zu gewährleisten.In the past, quartz wafer boats were used, for example, which on the one hand are insensitive to most processes and on the other hand do not introduce any impurities into the semiconductor process. However, there is a need to use ever larger quartz boats in order to achieve greater mass loads of the process devices. In particular, a greater throughput of wafers / process runs is to be achieved. This can be achieved, for example, by lengthening the boats and / or reducing the slot spacing, so that the number of wafers picked up per boat increases. The mass of the loaded wafers increases overall, the mass of the wafer boat not increasing to the same extent if possible. Preferably, a fully loaded wafer boat should be able to hold a multiple of the mass of wafers compared to the mass of the wafer boat. A reduced mass of the wafer boat enables energy savings in thermal processing and also enables faster heating and cooling cycles. In particular in the receiving area for the wafers, the wafer boat should also be as filigree as possible in order to ensure low shading of the wafers and thus homogeneous processing.
Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass das Quarzmaterial, welches als ein sprödes Material gilt, den mechanischen Belastungen nicht mehr ohne Weiteres standhalten kann. Dies gilt insbesondere, da jede mechanische Bearbeitung beispielsweise zur Ausbildung von Aufnahmeschlitzen eine Verletzung des Materials darstellt, welche zu Mikrorissen (Kerbwirkung) führen kann. Zudem verformt sich das Quarzmaterial zunehmend unter Belastung bei Temperaturen insbesondere ab 1000°C. Solch eine Verformung ist irreversibel und kann das Waferboot im Verlauf der Zeit unbrauchbar machen.The problem arises, however, that the quartz material, which is considered to be a brittle material, can no longer easily withstand the mechanical loads. This applies in particular since any mechanical processing, for example for the formation of receiving slots, represents an injury to the material which can lead to microcracks (notch effect). In addition, the quartz material increasingly deforms under load at temperatures, in particular from 1000 ° C. Such deformation is irreversible and can render the wafer boat unusable over time.
Alternativ wurde in der Vergangenheit für große Waferboote statt Quarz beispielsweise Siliziumcarbid (SiC) oder siliziuminfiltriertes Siliziumcarbid (Si-SiC) als Werkstoff eingesetzt. Diese Waferboote haben sich zwar durch gute mechanische Eigenschaften ausgezeichnet, jedoch wurden durch dieses Material zum Teil unerwünschte Verunreinigungen in dem Prozess eingebracht. Zudem ist Si-SiC gegenüber Quarz wesentlich teurer in der Anschaffung und aufwendiger in der Bearbeitung.As an alternative, silicon carbide (SiC) or silicon-infiltrated silicon carbide (Si-SiC) was used as the material for large wafer boats in the past. Although these wafer boats have excellent mechanical properties, undesirable impurities have been introduced into the process due to this material. In addition, Si-SiC is much more expensive to buy and more complex to process than quartz.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Waferboot vorzusehen, das wenigstens einen der obigen Nachteile überwindet.It is therefore an object of the present invention to provide a wafer boat that overcomes at least one of the above disadvantages.
Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 ist ein Waferboot zur Aufnahme von Wafern, insbesondere Halbleiterwafern beschrieben. Das Waferboot weist wenigstens zwei langgestreckte Aufnahmeelemente auf. Jedes Aufnahmeelement besteht aus Quarz und weist jeweils eine Vielzahl von parallelen, sich quer zur Längserstreckung erstreckenden Aufnahmeschlitzen auf. Weiter weist das Waferboot langgestreckte Stützelemente auf, wobei jedem Aufnahmeelement wenigsten ein Stützelement zugeordnet ist. Die Stützelemente bestehen aus einem zweiten Material, welches von Quarz verschieden ist. Die Stützelemente befinden sich bei einer Arbeitsausrichtung des Waferbootes zumindest teilweise in Schwerkraftrichtung unterhalb des jeweiligen Aufnahmeelementes. Das Waferboot weist weiter zwei Endplatten auf, zwischen denen die Aufnahmeelemente derart angeordnet und befestigt sind, dass die Aufnahmeschlitze der Aufnahmeelemente zueinander ausgerichtet sind.According to the invention of claim 1, a wafer boat for holding wafers, in particular semiconductor wafers, is described. The wafer boat has at least two elongate receiving elements. Each receiving element consists of quartz and in each case has a multiplicity of parallel receiving slots which extend transversely to the longitudinal extent. Furthermore, the wafer boat has elongated support elements, with at least one support element being assigned to each receiving element. The support elements consist of a second material, which is different from quartz. The support elements are at least partially in the direction of gravity below the respective receiving element when the wafer boat is aligned. The wafer boat also has two end plates, between which the receiving elements are arranged and fastened in such a way that the receiving slots of the receiving elements are aligned with one another.
Quarz ist jedoch nur ein beispielhaftes Material und kann durch jedes andere Material ersetzt werden, welches den notwendigen thermischen und mechanischen Belastungs- und den zusätzlichen Reinheitsanforderungen der Aufnahmeelemente genügt. Als zweites Material kann beispielsweise SiC und Si-SiC verwendet werden, jedoch auch jedes andere Material, welches durch eine höhere Festigkeit, Formstabilität und/oder Temperaturbeständigkeit als das Material der Aufnahmeelemente dazu geeignet ist, die Aufnahmeelemente zu stützen. Zudem ist die Anforderung an das Material der Stützelemente die Wafer nicht zu verunreinigen leichter zu erfüllen, da die Wafer nicht in direktem Kontakt zu den Stützelementen stehen.However, quartz is only an exemplary material and can be replaced by any other material that has the necessary thermal and mechanical stress and the additional Purity requirements of the receiving elements are sufficient. SiC and Si-SiC, for example, can be used as the second material, but also any other material which, due to its higher strength, dimensional stability and / or temperature resistance than the material of the receiving elements, is suitable for supporting the receiving elements. In addition, the requirement for the material of the support elements to not contaminate the wafers is easier to meet, since the wafers are not in direct contact with the support elements.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Waferbootes gemäß der Erfindung; -
2 eine perspektivische, schematische Teilansicht des Waferbootes im Bereich einer Endplatte; -
3 eine schematische Schnittansicht durch das Waferboot gemäß eines Ausführungsbeispiels; -
4 eine schematische Seitenansicht des Waferbootes; -
5 eine schematische Schnittansicht durch das Waferboot gemäß eines Ausführungsbeispiels; -
6 eine schematische Schnittansicht durch das Waferboot gemäß eines Ausführungsbeispiels; -
7 eine schematische Schnittansicht durch das Waferboot gemäß eines Ausführungsbeispiels. -
8 eine schematische Schnittansicht durch das Waferboot gemäß eines Ausführungsbeispiels. -
9 eine schematische Schnittansicht durch das Waferboot gemäß eines Ausführungsbeispiels. -
10 eine schematische Schnittansicht durch das Waferboot gemäß eines Ausführungsbeispiels.
-
1 is a schematic perspective view of a wafer boat according to the invention; -
2nd a perspective, schematic partial view of the wafer boat in the region of an end plate; -
3rd is a schematic sectional view through the wafer boat according to an embodiment; -
4th a schematic side view of the wafer boat; -
5 is a schematic sectional view through the wafer boat according to an embodiment; -
6 is a schematic sectional view through the wafer boat according to an embodiment; -
7 is a schematic sectional view through the wafer boat according to an embodiment. -
8th is a schematic sectional view through the wafer boat according to an embodiment. -
9 is a schematic sectional view through the wafer boat according to an embodiment. -
10th is a schematic sectional view through the wafer boat according to an embodiment.
In der Beschreibung verwendete Begriffe, wie oben, unten, links und rechts beziehen sich auf die Darstellung in den Zeichnungen und sind nicht einschränkend zu sehen.Terms used in the description, such as above, below, left and right, refer to the illustration in the drawings and are not to be viewed in a restrictive manner.
Im nachfolgenden wird der Grundaufbau eines Waferbootes
Das Waferboot
Wie in der Draufsicht gemäß
An den Endplatten
Die Aufnahmeelemente
Die oberen Aufnahmeelemente
Die stabförmigen oberen Aufnahmeelemente
Die Befestigungsansätze
In der
Die Stützelemente
Die Stützelemente
In einer Ausführungsform (siehe
Die Stützfunktion wird über eine ausreichende Nähe zum Abstützen gewährleistet. Dabei können die jeweiligen Aufnahmeelemente
In
In
In den
In
In
In
Auch andere geeignete Ausführungsformen der Stützelemente
Nachfolgend wird nunmehr der Betrieb des Waferbootes näher erläutert. Ein leeres Waferboot
Anschließend kann ein so beladenes Waferboot in einer Prozesskammer eingebracht werden. Insbesondere ist das dargestellte Waferboot beispielsweise für eine Prozesskammer eines Diffusionsofens gedacht, in dem die Wafer mit Wärme und bestimmten Prozessgasen beaufschlagt werden. Dadurch dass das Waferboot aus Quarz besteht, ist es in der Regel gegenüber der Erwärmung als auch der Prozessgasatmosphäre unempfindlich. Auch führt der Quarz in dem Prozess keine Verunreinigungen ein. Durch die Stützelemente 7,8 werden Verformungen der Aufnahmeelemente verhindert. Nach einer entsprechenden Behandlung der Wafer wird das Waferboot in umgekehrter Reihenfolge aus dem Prozess genommen und entsprechend entladen.A wafer boat loaded in this way can then be introduced into a process chamber. In particular, the wafer boat shown is intended, for example, for a process chamber of a diffusion furnace in which heat and certain process gases are applied to the wafers. Because the wafer boat is made of quartz, it is usually insensitive to heating and the process gas atmosphere. The quartz also does not introduce any impurities in the process. The
Durch die Stützelemente
Die Erfindung wurde zuvor anhand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkrete Ausführungsform beschränkt zu sein.The invention was previously explained in more detail using a preferred embodiment of the invention, without being limited to the specific embodiment.
Insbesondere können sich die Querschnittsformen sowohl der Aufnahmeelemente als auch der Stützelemente von der dargestellten Form unterscheiden. Ebenso kann sich die Form der Lagerung der Aufnahmeelemente und Stützelemente an den Endplatten von der dargestellten Form unterscheiden.In particular, the cross-sectional shapes of both the receiving elements and the support elements can differ from the shape shown. Likewise, the shape of the mounting of the receiving elements and support elements on the end plates can differ from the shape shown.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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