DE19728310A1 - Verfahren und Apparatur zum Herstellen epitaxialer Wafer - Google Patents

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Apparatur zum Herstellen epitaxialer Wafer.

2. Verwandter Stand der Technik

Es ist bekannt, daß bei der Herstellung eines epitaxialen Wafers ein Halbleiterwafer, der aus einem Siliziumkristall­ block geschnitten ist, unmittelbar vor dem Aufwachsvorgang poliert, gereinigt und getrocknet wird. Der einem derartigen Vorbehandlungsverfahren unterzogene Halbleiterwafer wird in einen Ofen für das epitaxiale Aufwachsen überführt, der zum Beispiel auf 700 bis 800°C vorerhitzt wurde, und wird anschließend auf eine Halterung gelegt, die zum Beispiel aus Sili­ ziumcarbid oder hochreinem Kohlenstoff besteht und innerhalb des Ofens angeordnet ist. Danach wird die Ofenatmosphäre mit einer Aufwachsatmosphäre (Wasserstoffgas) gespült und ansch­ ließend wird der Wafer allmählich auf eine höhere Temperatur erhitzt, um dadurch ein Vorbacken und nötigenfalls ein Gas­ phasenätzen auszuführen. Während des Aufwachsvorgangs wird ein siliziumhaltiges Reaktionsgas, z. B. SiH₄ oder SiHCl₃, in das Innere des Ofens für das epitaxiale Aufwachsen eingeblasen und auf diese Weise wird durch Reduktion oder thermische Ab­ scheidung eine epitaxiale Siliziumschicht auf der Waferober­ fläche abgeschieden, die auf eine erhöhte Temperatur von etwa 1000°C oder darüber erhitzt wurde. In diesem Fall wird die Aufwachszeit zum Erhalten der geforderten Dicke der epitaxia­ len Schicht gemäß der Beziehung zwischen der vorbestimmten Aufwachsgeschwindigkeit und Zufuhrgaskonzentration einge­ stellt. Wenn die epitaxiale Schicht zur Zieldicke aufgewachsen ist, wird die Zufuhr des Reaktionsgases abgebrochen, so daß sich die Innentemperatur des Ofens allmählich verringert und anschließend wird der epitaxiale Wafer dem Ofen entnommen.

Bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren für einen epita­ xialen Wafer wird der bereits einem Vorbehandlungsverfahren unterzogene Wafer üblicherweise direkt durch eine Roboterhand zu seiner Überführung in den Ofen für das epitaxiale Aufwach­ sen gehandhabt. Mit anderen Worten wird der Wafer in den Ofen überführt und aus der Roboterhand im Ofen auf die Halterung gelegt, wobei der Arm der Roboterhand den Wafer direkt be­ rührt. In diesem Fall wird eine Staub- oder Schmutzablagerung oder das Auftreten von Rissen durch die Berührung zwischen dem Wafer und der Roboterhand verursacht und es wird darauf hingewiesen, daß ein derartiger Schmutz oder Riß die Gefahr aufweist, das Auftreten eines derartigen Fehlers wie einen Kristallversatz zu verursachen.

Ferner wird der Wafer während der Überführung des Halbleiter­ wafers nur teilweise durch die Roboterhand unterstützt und es heißt deshalb, daß besonders im Fall eines Wafers mit großem Durchmesser das Auftreten einer Verwerfung oder Verformung im Wafer selbst verursacht wird und dies neigt ebenfalls dazu, einen schlechten Einfluß auf das epitaxiale Aufwachsen hervor­ zurufen.

Wenn weiter der Wafer auf die Halterung innerhalb des Ofens gelegt wird, ist die Halterung bereits auf eine erhöhte Tem­ peratur erhitzt worden und auf diese Weise wird der Wafer an dem Teil, an dem er die Halterung berührt, örtlich rasch er­ hitzt. Ein derartiger rascher Wärmeübergang von der Halterung aus bewirkt zum Beispiel eine örtliche thermische Entartung des Wafers selbst. Zum anderen wird zwischen dem Teil des Wafers, der die Halterung berührt und den anderen Teilen eine Ungleichheit der thermischen Wirkung verursacht und es wird so vorhergesagt, daß örtliche Änderungen der Temperaturvertei­ lung dazu neigen, Fehler innerhalb des Wafers hervorzurufen und es gibt Fälle, wo solche Fehler wie Risse im Wafer verur­ sacht werden.

Seit kurzem besteht bei den an den Markt gelieferten Silizi­ umhalbleiterwafern (CZ-Wafer) die Neigung zu einer Erhöhung des Waferdurchmessers von solchen in der Größenordnung von 200 mm hin zur Größenordnung von 300 mm und Projekte zum Ver­ wirklichen der Produktion von 400-mm-Wafern oder Wafern mit ultragroßem Durchmesser in naher Zukunft sind im Gang. Unge­ achtet der Tatsache, daß derartige Wafer mit ultragroßem Durchmesser verglichen mit den gewöhnlichen Wafern der Klasse, die 200 mm im Durchmesser ist, die mehr als 4fache Fläche aufweisen, geht das Bestreben dazu, ihre Dicke auf wenig über 800 µm fest zulegen, was etwa dieselbe wie bei gewöhnlichen Wafern ist. Die ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß falls die Wafer mit einem ultragroßen Durchmesser von einer Dicke sind, die verglichen mit der Dicke gewöhnlicher Wafer (etwa 725 µm) beträchtlich größer ist, sowohl bei den ver­ schiedenen Waferverfahren und Chipverfahren als auch den ge­ samten Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtungen durch die vorhandene Ausrüstung unvermeidlich Konstruktionsänderun­ gen erforderlich sind und es ist deshalb schwierig, die Fest­ igkeit der Wafer mit ultragroßem Durchmesser durch Erhöhen ihrer Dicke verglichen mit der vorhandener Wafer zu erhöhen.

Somit besitzen derartige Wafer mit ultragroßem Durchmesser verglichen mit vorhandenen Wafern eine ziemlich niedrige Fest­ igkeit und solche Verformungen wie Spannungen und Biegungen aufgrund der Schwerkraft neigen dazu, während ihrer Handhabung verursacht zu werden. Wenn außerdem Wärme von außen angewandt wird, ist eine längere Zeit erforderlich, die Wärme auf den Wafer als Ganzes zu überführen, so daß er verglichen mit ge­ wöhnlichen Wafern dazu neigt, stark durch das örtliche Erhit­ zen beeinflußt zu werden und auf diese Weise Risse und Fehler im Wafer aufgrund des ungleichmäßigen Erhitzens verursacht werden. Da der Wafer mit ultragroßem Durchmesser ferner eine große Oberfläche aufweist und seine Fläche, die einen Träger zu Handhabungszwecken oder dergleichen berührt, ebenfalls er­ höht ist, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer Abscheidung von Staub oder Schmutz und das Auftreten von Rissen und der­ gleichen, was in der Vergangenheit vernachlässigt wurde und zum Hervorrufen weiterer Schwierigkeiten neigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstel­ len eines Herstellungsverfahrens für epitaxiale Wafer und einer Apparatur, die nicht nur zur Herstellung gewöhnlicher epitaxialer Wafer in der Größenordnung von 200 mm und 300 mm, sondern auch zur Herstellung epitaxialer Wafer in der Größen­ ordnung von 400 mm und darüber anwendbar ist, und einer Hal­ terung die an die Verwendung bei dem Verfahren und die Appa­ ratur gut angepaßt ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines derartigen Verfahrens und einer Apparatur, die so konstruiert ist, daß bei einem Wafer während seines Einbringens in einen Aufwachsofen aufgrund örtlichen Erhitzens nicht leicht eine thermische Spannung hervorgerufen wird und daß gleichzeitig eine geringere Gefahr des Hervorrufens von Schmutz, Rissen usw. bei einem Wafer besteht, wenn er in den und aus dem Aufwachsofen heraus bewegt wird.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird so ein Verfahren zum Herstellen eines epitaxialen Wafers be­ reitgestellt, bei dem ein Halbleiterwafer einem epitaxialen Aufwachsverfahren auf einer Halterung unterzogen wird, die in einem Ofen für das epitaxiale Aufwachsen angeordnet ist, um­ fassend die Schritte des:
Legens eines Halbleiterwafers auf eine Halterung außerhalb des Ofens;
Überführens der Halterung mit dem darauf getragenen Halblei­ terwafer von außen in den Ofen und Befestigen der Halterung in einer Beschickungsposition innerhalb des Ofens;
Unterziehens des Halbleiterwafers einem epitaxialen Aufwachs­ verfahren auf der Halterung, die durch den Befestigungsschritt in der Beschickungsposition befestigt ist, und
nach dem Abschluß des epitaxialen Aufwachsverfahrens das Ent­ fernen der den Halbleiterwafer darauf tragenden Halterung aus der Beschickungsposition im Ofen und deren Überführung nach außerhalb des Ofens.

Gemäß diesem Verfahren wird der Schritt des Legens des Halb­ leiterwafers auf die Halterung außerhalb des Ofens vorzugswei­ se innerhalb eines Reinraumes ausgeführt, dessen Atmosphäre durch eine saubere und hochreine inerte Atmosphäre ersetzt wurde, und dieser Schritt kann ferner einen ersten Schritt des Legens eines ersten Halbleiterwafers auf eine erste Hal­ terung und einen zweiten Schritt des Legens eines zweiten Halbleiterwafers auf eine zweite Halterung umfassen. In diesem Fall werden die den ersten Halbleiterwafer darauf tragende erste Halterung und die den zweiten Halbleiterwafer darauf tragende zweite Halterung vorübergehend an einem Warteplatz abgelegt und die erste Halterung und/oder zweite Halterung werden selektiv in den Ofen überführt. Dieser Warteplatz und der Überführungsweg sollten ebenfalls innerhalb einer sauberen und hochreinen inerten Atmosphäre gelegen sein.

Gemäß dem Verfahren dieser Erfindung wird der bereits durch das Vorbereitungsverfahren bearbeitete Halbleiterwafer auf eine Halterung unter Raumtemperaturbedingungen außerhalb des Ofens gelegt. Danach wird die Halterung mit dem darauf getra­ genen Wafer von außerhalb des Ofens in den Ofen unter Bedin­ gungen hoher Temperatur überführt und die Halterung wird in­ nerhalb des Ofens in einer vorbestimmten Beschickungsposition befestigt. Wenn dies erfolgt ist, wird der Wafer zusammen mit der ihn tragenden Halterung allmählich auf eine erhöhte Tem­ peratur erhitzt. Zuerst wird die Ofenatmosphäre mit einer Aufwachsatmosphäre (Wasserstoffgas) gespült und es wird nöti­ genfalls sowohl ein Vorbacken als auch ein Gasphasenätzen ausgeführt. Während des folgenden Aufwachsverfahrens wird ein siliziumhaltiges Reaktionsgas wie etwa SiH₄ oder SiHCl₃ in den Ofen für das epitaxiale Aufwachsen eingeblasen, so daß eine epitaxiale Siliziumschicht der geforderten Dicke durch Reduk­ tion oder thermische Zersetzung auf der Oberfläche des auf eine erhöhte Temperatur von über etwa 1000°C erhitzten Halb­ leiterwafers abgeschieden wird. Nachdem die epitaxiale Schicht zur Zieldicke aufgewachsen ist, wird die Reaktionsgaszufuhr abgebrochen, wodurch die Ofentemperatur allmählich abnimmt, und danach wird die den Wafer darauf tragende Halterung aus dem Ofen entnommen. Die dem Ofen entnommene Halterung wird zusammen mit dem Wafer, der dem epitaxialen Aufwachsverfahren unterzogen wurde (der epitaxiale Wafer) und darauf getragen wurde, einem vorläufigen Warteplatz oder dem Eintritt in das folgende Verfahren (zum Beispiel ein Reinigungsverfahren oder Prüfverfahren) überführt.

Sobald ein Halbleiterwafer auf eine Halterung außerhalb eines Ofens für das Aufwachsen gelegt wird, wird somit gemäß dem Verfahren dieser Erfindung der Halbleiterwafer im gehaltenen Zustand auf der Halterung bei einem der folgenden Arbeitsgän­ ge des Überführens des Wafers in den Ofen, dem Beschicken, Erhitzen und seinem Unterziehen einem epitaxialen Aufwachsver­ fahren und seinem Überführen nach außerhalb des Ofens gehal­ ten und somit berühren während dieses Zeitraums die Greif­ werkzeuge nur die Halterung ohne die Gefahr eines direkten Berührens des Wafers. Auf diese Weise besteht der Vorteil des praktischen Ausschaltens der Gefahr, das Auftreten von Rissen und die Abscheidung von Schmutz auf dem Wafer aufgrund seiner Handhabung während dieser Arbeitsvorgänge zu verursachen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte eine Halterung zum Tragen eines Halbleiterwafers selbstverständlich vorzugsweise von einer solchen Form und strukturellen Festigkeit sein, die ihr das stabile Tragen des Wafers ohne eine Verbiegung des Wafers zu verursachen erlaubt, und ferner sollte die Halte­ rung vom Standpunkt des Verringerns des Energieverbrauch vor­ zugsweise von einer solchen Struktur, Form und Größe sein, daß sie die mindestmögliche Wärmekapazität besitzt, da die Halterung nach jedem Belegen im Ofen von Raumtemperatur aus erhitzt wird.

Obschon alle bisher bekannten verschieden Geräte vom manuellen oder automatischen Typ als Gerät zur Handhabung zum Legen eines Halbleiterwafers auf eine Halterung außerhalb eines Ofens verwendet werden können, ist es bevorzugt, wenn Wafer mit ultragroßem Durchmesser durch das Verfahren dieser Erfin­ dung verarbeitet werden sollen, eines so zu wählen, daß ein Wafer mit ultragroßem Durchmesser stabil und ohne bei dem Wafer eine Verbiegung zu verursachen auf eine Halterung über­ führt werden kann.

Es ist ferner möglich, eine Halterung zu verwenden, die eine Mehrzahl Wafer darauf tragen kann und in diesem Fall kann sie so konstruiert sein, daß die Mehrzahl der Wafer einzeln auf die Halterung überführt wird oder wahlweise die Mehrzahl der Wafer gleichzeitig überführt wird.

Wenn die den Halbleiterwafer darauf tragende Halterung von außen in den Ofen für das epitaxiale Aufwachsen überführt wird, wird der Halbleiterwafer in einem Zustand gehalten, bei dem seine untere Oberfläche durch die Halterung stabil gehal­ ten wird, und während dieses Zeitraums gelangt nur die Halte­ rung mit dem Gerät zur Handhabung in Berührung. Obschon der Halbleiterwafer auf der Halterung getragen wird, kann er als Ergebnis überführt werden, ohne mit dem Gerät zur Handhabung und anderen Strukturelementen vollständig in Berührung zu gelangen und ohne auf dem Weg auf eine andere Halterung über­ führt zu werden, und es ist ferner möglich, die Gefahr von Rissen und des Abscheidens von Schmutz auf dem Wafer und die Gefahr des Verursachens einer Verbiegung, Verformung oder der­ gleichen bei dem Wafer während der weiteren Handhabung zu vermeiden.

Das Gerät zur Handhabung zum Halten der Halterung während ihrer Überführung und ihres Befestigens in einer Beschickungs­ position innerhalb des Ofens sollte so aufgebaut sein, daß es die Halterung trägt, ohne zu bewirken, daß der Wafer darauf mit dem Gerät zur Handhabung in direkte Berührung gelangt.

Wenn der auf der Halterung getragene Wafer in den Ofen über­ führt wird, wird das Innere des Ofens für das epitaxiale Auf­ wachsen trotz des Vorerhitzens bei einer Temperatur gehalten, die beträchtlich höher als die äußere Raumtemperatur ist, und der Beschickungsteil zum Befestigen der Halterung wird eben­ falls bei derselben hohen Temperatur wie die Ofentemperatur gehalten. Wenn die den Halbleiterwafer darauf tragende Halte­ rung gemäß dem Verfahren dieser Erfindung in den Ofen für das epitaxiale Aufwachsen überführt wird, beginnt der Halbleiter­ wafer auf der Halterung zusammen mit der in den Ofen über­ führten Halterung gleichzeitig erhitzt zu werden. Obschon die das Befestigungselement im Ofen berührende Halterung unter der aus dem Befestigungselement ausgesandten Hitze unvermeidlich örtlich erhitzt wird, gelangt in diesem Fall der Wafer auf der Halterung mit den erhitzten Teilen innerhalb des Ofens nicht in direkte Berührung und wird auf diese Weise nicht örtlich erhitzt. Auf diese Weise wird der Wafer zusammen mit der ihn tragenden Halterung gleichförmig über die gesamte Oberfläche bei einer verhältnismäßig milden Heizrate durch die Ofenatmosphäre und die Strahlungswärme aus der Ofenheizung erhitzt, wodurch sowohl das Problem des raschen Erhitzens als auch das Problem des örtlichen Erhitzens des Wafers vermieden wird.

Es ist anzumerken, daß während in diesem Fall die Halterung im Ofen erhitzt wird, wodurch auf diese Weise ihre Temperatur erhöht wird, die lokale Erhitzung der Halterung an dem Teil, der das Ofenbefestigungselement berührt, innerhalb der Halte­ rung verteilt wird und auf diese Weise die lokale Heizdosis den Wafer nicht erreicht.

Das Vorbacken und das Verfahren für das epitaxiale Aufwachsen im Ofen werden ausgeführt, während der Zustand des stabilen Tragens des Wafers auf der Halterung erhalten wird und wäh­ rend dieses Intervalls berühren die Ofenteile außer der Hal­ terung nicht den Wafer. Es besteht deshalb keine Gefahr des Verursachens eines örtlichen Temperaturgradienten in dem Wafer und ferner wird der Tragezustand des Wafers nicht verändert, wodurch das Auftreten störender Verziehungen und Verbiegungen vermieden wird.

Wenn eine epitaxiale Schicht der Zieldicke auf der Oberfläche des Wafers gebildet ist, erniedrigt sich die Innentemperatur des Ofens und der Wafer wird schließlich dem Ofen entnommen, wogegen entsprechend dem Verfahren dieser Erfindung selbst zu diesem Zeitpunkt das Gerät zur Handhabung mit dem Wafer nicht in direkte Berührung gebracht wird, so daß die den Wafer dar­ auf tragende Halterung durch das Gerät zur Handhabung ent­ fernt oder von der Beschickungsposition abgebaut wird und weiter nach außerhalb des Ofens überführt wird. Somit bleibt gemäß dem Verfahren dieser Erfindung während des Intervalls zwischen der Überführung des Wafers in den Ofen und der Ent­ nahme des Wafers aus dem Ofen der Wafer auf der Halterung getragen, wodurch auf diese Weise der Tragezustand des Wafers während des Intervalls unverändert bleibt und ferner mit Aus­ nahme der Halterung sowohl das Gerät zur Handhabung als auch die inneren und äußeren Teile des Ofens den Wafer nicht be­ rühren.

Wenn Wafer mit ultragroßem Durchmesser, insbesondere die mit einem Durchmesser von über 400 mm, gemäß dem Verfahren dieser Erfindung verarbeitet werden, sollte die verwendete Halterung vorzugsweise aus einem Material mit den Eigenschaften einer hohen Festigkeit und hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein. Zum Beispiel kann eine aus einer einzelnen Substanz oder einem Verbundmaterial aus hochreinem Kohlenstoff, Hart­ graphit, Siliziumcarbid, Siliziumoxid usw. hergestellte Halte­ rung geeigneterweise bei dem Verfahren dieser Erfindung ver­ wendet werden.

Während ferner die bei dem Verfahren dieser Erfindung ver­ wendbaren Öfen zum epitaxialen Aufwachsen verschiedene Ofenty­ pen einschließen, ist die vorliegende Erfindung nicht beson­ ders auf den Typ irgendeines Ofens für das Aufwachsen be­ schränkt, vorausgesetzt, daß er von einer solchen Konstruktion ist, daß eine einen Halbleiterwafer darauf tragende Halterung in einer Beschickungsposition im Ofen abnehmbar befestigt wer­ den kann. Zum Beispiel können die Öfen zum epitaxialen Auf­ wachsen von verschiedenen Ofentypen wie etwa Einzelwaferreak­ toren, horizontale Öfen, senkrechte Öfen (Öfen vom Platten­ typ), Öfen vom Trommeltyp usw. bei dem Verfahren dieser Er­ findung verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiter eine Apparatur zum Herstellen eines epitaxialen Wafers bereitgestellt, bei der ein Halbleiterwafer einem epitaxialen Aufwachsverfahren auf einer in einem Ofen für das epitaxiale Aufwachsen ange­ ordneten Halterung unterzogen wird.

Mit anderen Worten umfaßt die Apparatur gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung:
einen Ofen für das epitaxiale Aufwachsen, einen Befestigungs­ mechanismus zum abnehmbaren Halten einer Halterung in einer Ofenbeschickungsposition und ein Absperrmittel einschließt, das daran angepaßt sind, geöffnet und geschlossen zu werden, um den Durchgang einer einen Halbleiterwafer darauf tragenden Halterung zu gestatten;
ein Mittel zum Überführen der einen Halbleiterwafer darauf tragenden Halterung zu der Ofenbeschickungsposition von außer­ halb des Ofens und umgekehrt und
ein Mittel zur Handhabung zum Befestigen der einen Halblei­ terwafer darauf tragenden Halterung an dem Befestigungsmecha­ nismus in der Ofenbeschickungsposition und deren Abbauen da­ von.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung um­ faßt die Apparatur ein Mittel zum Abstellen der Halterung, die einen dem epitaxialen Aufwachsverfahren zu unterziehenden Halbleiterwafer darauf trägt, an einem Warteplatz an einer vorbestimmten Position und die den Halbleiterwafer darauf tra­ gende Halterung wird durch das Mittel zur Überführung von dem Warteplatz in den Ofen überführt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Er­ findung umfaßt die Apparatur weiter ein Mittel zum Abstellen der Halterung, die den durch das epitaxiale Aufwachsverfahren verarbeiteten Halbleiterwafer darauf trägt, an einem vorbe­ stimmten zeitweiligen Abstellplatz und die den Halbleiterwafer darauf tragende Halterung wird durch das Mittel zur Über­ führung von innerhalb des Ofens zu dem zeitweiligen Abstell­ platz überführt.

Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelangt das Mittel zur Handhabung nur mit der den Halbleiterwafer darauf tragenden Halterung in Berührung und hält sie.

Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Mittel zur Handhabung das Mittel zur Überführung.

Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt die Halterung wenigstens einen Träger mit einer ebenen oberen Oberfläche ein, die daran angepaßt ist, die untere Oberfläche des Halbleiterwafers zu berühren und zu tragen.

Bei der Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Überführung eines Wafers in den Ofen für das Aufwachsen, das Befestigen des Wafers in der Ofenbeschickungsposition, das Leistungsverhalten eines epitaxialen Aufwachsverfahrens auf dem Wafer innerhalb des Aufwachsweges, das Entfernen oder Ab­ bauen des bearbeiten Wafers von der Beschickungsposition in­ nerhalb des Ofens für das Aufwachsen und die Überführung des bearbeiteten Wafers von innerhalb des Ofens alle ausgeführt, während der Wafer von der Halterung getragen wird. Als Ergeb­ nis bleibt der Tragezustand des Wafers unverändert und bleibt während der Arbeitsvorgänge stabil und es besteht keine Ge­ fahr, daß der Wafer mit den Greifwerkzeugen und Apparaturtei­ len in Berührung gelangt.

Obschon es möglich ist, als Mittel zum Überführen der den Halbleiterwafer darauf tragenden Halterung in die Ofenbe­ schickungsposition von außerhalb des Ofens für das epitaxiale Aufwachsen oder umgekehrt zum Beispiel einen Roboterarm zu verwenden, der daran angepaßt ist, nur eine Halterung zu be­ rühren und sie direkt zu tragen, um so einen Wafer zusammen mit der Halterung in einen und aus einem Ofen für das Auf­ wachsen zu befördern, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt.

Außerdem kann ein derartiger Roboterarm gleichzeitig als Mit­ tel zur Handhabung verwendet werden, wodurch die den Halblei­ terwafer darauf tragende Halterung an dem Befestigungsmecha­ nismus an der Ofenbeschickungsposition befestigt wird oder davon entfernt wird.

Wenn der auf der Halterung getragene Wafer in den Ofen für das epitaxiale Aufwachsen überführt wird, ist die Ofentempera­ tur bereits erhöht. Als Ergebnis ist die Temperatur der Ofen­ befestigungselemente usw. in der Ofenbeschickungsposition, wo die den Halbleiterwafer tragende Halterung befestigt werden soll, ebenfalls erhöht. Bei der Apparatur dieser Erfindung gelangt nur die Halterung mit diesen Ofenteilen mit hoher Temperatur in Berührung und der auf der Halterung getragene Wafer gelangt mit diesen Ofenteilen mit hoher Temperatur nicht in Berührung.

Die Halterung ist so konstruiert, daß ein Halbleiterwafer von seiner unteren Oberfläche in der vorbestimmten Beschickungspo­ sition in dem Ofen für das epitaxiale Aufwachsen während des epitaxialen Aufwachsverfahrens nicht nur innerhalb des Ofens getragen wird, sondern daß die Halterung den Wafer auch so­ wohl bei der Überführung außerhalb des Ofens als auch während des Befestigens an und Abbauens von der Beschickungsposition im Ofen trägt.

Somit umfaßt die Halterung gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung:
eine Befestigungsstruktur, die abnehmbar an der Beschickungs­ position innerhalb des Ofens anbringbar ist,
eine Haltestruktur, die daran angepaßt ist, durch das Mittel zur Überführung zwischen innerhalb und außerhalb des Ofens überführt zu werden, während ein Halbleiterwafer darauf getra­ gen wird, und
einen Träger mit einer oberen Oberfläche, die daran angepaßt ist, die untere Oberfläche des Halbleiterwafers zu berühren und zu tragen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Er­ findung weist die Halterung eine ringförmige äußere Gestalt mit einem Loch im Mittelteil auf.

Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt der Träger der Halterung eine ebene obere Oberfläche zum Berühren der gesamten Fläche der unteren Ober­ fläche des Wafers ein.

Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Träger der Halterung eine obere Ober­ fläche auf, die konzentrische oder spiralförmige Erhebungen von im wesentlichen kreisförmiger Gestalt einschließt.

Gemäß noch einem weiteren bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Träger der Halterung eine obere Ober­ fläche auf, die eine Mehrzahl von Erhebungen einschließt, die nur einen Teil der unteren Oberfläche des Wafers berühren, und die Höhe dieser Erhebungen ist innerhalb einer ebenen Fläche gleichförmig.

In diesem Fall ist es erwünscht, daß die Mehrzahl von Erhe­ bungen so angeordnet ist, daß sie unter Berühren der unteren Oberfläche des Wafers mit einer im wesentlichen gleichförmigen Verteilung voneinander getrennt sind. Genauer kann eine derar­ tige Mehrzahl von Erhebungen als eine Mehrzahl von Erhebungen ausgebildet sein, die sich radial oder als eine Vielfalt von Ausschnittserhebungen erstrecken, die durch radial verlaufende Aussparungen definiert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht bei der äußeren Ge­ stalt und den Abmessungen der Halterung keine besondere Ein­ schränkung. Es ist nur notwendig, daß die Halterung einen Träger, der einen einzelnen oder eine Mehrzahl Halbleiterwa­ fer, das heißt die erforderliche Zahl derartiger Wafer stabil tragen kann, und eine Befestigungsstruktur einschließt, die in das Befestigungselement in dem Ofen für das Aufwachsen paßt. Während zum Beispiel im Fall eines Ofens vom Plattentyp oder Trommeltyp die Halterung von einer drehenden Welle getragen und gedreht wird, um das Reaktionsgas gleichmäßig die Wafer­ oberfläche berühren zu lassen, muß die Halterung in einem derartigen Fall nur eine solche Struktur besitzen, daß die Halterung auf der drehbaren Welle abnehmbar befestigt ist und an die Drehbewegung durch die Welle angepaßt ist.

Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung werden aus den folgenden bevorzugten Aus­ führungsformen klarer verstanden, welche zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen bloß zu Anschauungszwecken, ohne die Absicht einer Einschränkung dargestellt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Herstellapparatur für epitaxiale Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Fertigungsfluß der Herstellung epitaxialer Wafer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3a beziehungsweise 3b zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Halterung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4a beziehungsweise 4b zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Halterung gemäß einer weiteren Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5a beziehungsweise 5b zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Halterung gemäß noch einer weiteren Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6a beziehungsweise 6b zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Halterung gemäß noch einer weiteren Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7a beziehungsweise 7b zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Halterung gemäß noch einer weiteren Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8a beziehungsweise 8b zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Halterung gemäß noch einer weiteren Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie in Fig. 1 dargestellt schließt eine Herstellapparatur für epitaxiale Wafer gemäß der vorliegenden Erfindung eine Be­ schickungsschleusenkammer 5, die als Abstellmittel für das Ab­ stellen einer Mehrzahl Halterungen 9 dient, die jeweils einen Wafer 7 darauf tragen, einen Ofen 3 für das epitaxiale Auf­ wachsen und einen Mehrspindelroboter 8 ein, der einen Robo­ terarm 1 einschließt, der als Überführungsmittel zum Über­ führen der Halterungen 9 zwischen der Beschickungsschleusen­ kammer 5 und dem Ofen 3 zum Aufwachsen dient. Ferner ist eine Roboterhand 1a am vorderen Ende des Roboterarms 1 vorgesehen, die als Mittel zur Handhabung dient. Dieser Roboterarm 1 und die Roboterhand 1a sind innerhalb eines Reinraumes 2 angeord­ net, der den Raum zwischen der Beschickungsschleusenkammer 5 und dem Ofen 3 für das Aufwachsen mit Reinstickstoff spült.

Die Beschickungsschleusenkammer 5 ist an ihrem unteren Teil mit einer Hebesäule 4 versehen und das Innere der Kammer 5 wird mit Reinstickstoff gespült. Ein Mehrstufenträger 6 ist abnehmbar am Ende der Hebesäule 4 innerhalb der Kammer 5 befestigt. Der Träger 6 schließt eine Mehrzahl Böden 3 ein, die eine senkrechte Mehrstufenstruktur bilden. Ferner steht die Beschickungsschleusenkammer 5 mit dem Reinraum 2 über eine Öffnung 5a in Verbindung, durch die der Roboterarm 1, die Roboterhand 1a und die von der Hand ergriffene Halterung 9 (ein Wafer 7 liegt darauf) hindurchgehen können und jeder Boden 3 des Trägers 6 ist an seiner Vorderseite zur Öffnung 5a hin offen. Ferner können die Böden 3 durch die Vertikalbe­ wegung der Hebesäule 4 selektiv dazu veranlaßt werden, der Öffnung 5a gegenüberzustehen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Halbleiterwa­ fer, der einem Waferherstellungsverfahren einschließlich des Polierens, Reinigens und Trocknens unterzogen wurde, vor dem epitaxialen Aufwachsverfahren auf jede Halterung 9 an getrennter Stelle, die nicht dargestellt wird, das heißt außerhalb des Ofens 3 für das Aufwachsen gelegt. Auf diese Weise wird die Mehrzahl Halterungen 9, von denen jede einen unbearbeiteten Wafer 7 darauf trägt, jeweils auf den Böden 3 des Trägers abgelegt und der Träger 6 ist auf der Hebesäule 4 in der Beschickungsschleusenkammer 5 abnehmbar befestigt. Danach wird wie später beschrieben die Halterung 9 jedes Bodens 3 zusammen mit dem darauf liegenden Wafer 7 durch die Roboterhand 1a dem Boden 3 entnommen und wird anschließend durch den Roboterarm 1 über den Reinraum 2 in den Ofen 10 für das Aufwachsen überführt. Die Halterung 9 mit dem daraufgelegten Wafer 7, der bearbeitet und durch den Roboterarm 1 aus dem Ofen 10 für das Aufwachsen rückü­ berführt worden ist, wird wie nachstehend beschrieben wie­ der auf dem leeren Boden 3 abgelegt. Wenn alle Böden 3 durch die Halterungen, die die bearbeiteten Wafer darauf tragen, belegt sind, wird der Träger 6 von der Hebesäule 4 abgenommen und aus der Beschickungsschleusenkammer 5 an einen anderen Platz verbracht, z. B. zu einem Reinigungs­ verfahren oder Prüfverfahren.

Der Mehrspindelroboter 8 führt die entsprechenden Arbeitsvor­ gänge des Legens der den Wafer 7 darauf tragenden Halterung 9 aus der Beschickungsschleusenkammer 5 oder dem Ofen 10 für das Aufwachsen auf den Roboterarm 1 durch die Roboterhand 1a oder wahlweise ihr Zuführen vom Roboterarm 1 zur Beschic­ kungsschleusenkammer 5 oder dem Ofen 10 zum Aufwachsen durch die Roboterhand 1a durch, wodurch die den Wafer 7 darauf tra­ gende Halterung 9 durch den Roboterarm 1 zwischen der Be­ schickungsschleusenkammer 5 und dem Ofen 10 für das Aufwach­ sen überführt wird. Die Roboterhand Ia ist so konstruiert, daß die Roboterhand 1a während dieser Arbeitsvorgänge mit dem Wafer 7 auf der Halterung 9 nicht direkt in Berührung gelangt und deshalb gelangt die Roboterhand 1a während der Handhabung und Überführung nur mit der Halterung 9 in direkte Berührung.

Obschon der Ofen 10 für das epitaxiale Aufwachsen in der vor­ liegenden Ausführungsform vom Einzelwafertyp ist, wobei ein einzelner Wafer mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser dem epitaxialen Aufwachsverfahren in jedem epitaxialen Auf­ wachsvorgang unterzogen wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Typ beschränkt. Der Ofen 10 für das Aufwach­ sen schließt ein Quarzgefäß 12 mit einem vorderen wasserge­ kühlten Flansch 12a und einem hinteren wassergekühlten Flansch 12b ein, bei denen beide eine Öffnung ausgebildet ist. Ein Schieber 11a, der an das Öffnen und Schließen angepaßt ist und auf diese Weise die Grenze zwischen ihr und dem Reinraum 2 definiert, ist an der Öffnung des vorderen Flansches 12a befestigt. Zum anderen ist der hintere Flansch 12b so kon­ struiert, daß er durch eine abnehmbare Abdeckung 11b ver­ schlossen werden und als hintere Wartungsöffnung verwendet werden kann. Das Innere des verschlossenen Gefäßes 12 wird als Reaktionskammer 18 für das epitaxiale Aufwachsverfahren verwendet. Der vordere Flansch 12a ist mit einer Gaseinblas­ öffnung 15 zum Einführen eines Spülgases oder Reaktionsgases in die Reaktionskammer 18 versehen und der hintere Flansch 12b ist mit einer Gasabblasöffnung 17 versehen, so daß das aus der Einblasöffnung 15 eingeführte Gas als laminare Strö­ mung innerhalb der Reaktionskammer 18 fließt und aus der Ab­ blasöffnung 17 austritt. Selbstverständlich sind ein Gasver­ sorgungssystem und ein Entlüftungsregler, die nicht darge­ stellt sind, an die Einblasöffnung 15 beziehungsweise die Ab­ blasöffnung 17 durch eine Rohrleitung angeschlossen.

An einer vorgegebenen Beschickungsposition innerhalb der Reak­ tionskammer 18 des Ofens 10 für das Aufwachsen ist eine Hal­ teplatte 13 für die Halterung angeordnet, die mit einer gere­ gelten Umdrehungsgeschwindigkeit über eine drehbare Welle 16 von einer äußeren Antriebsquelle (nicht dargestellt) aus dreh­ bar ist. Die Platte 13 ist auf ihrer oberen Oberfläche mit einer Mehrzahl Spannfutter 14 versehen, die einen Befesti­ gungsmechanismus zum abnehmbaren Halten einer Halterung 9 bil­ den und die Halterung 9 ist an einer Mehrzahl von Stellen an ihrem Umfang festgeklemmt und wird auf der Platte 13 stabil gehalten. Es ist anzumerken, daß die Arbeitsvorgänge des Festklammerns und Entklammerns der Spannfutter 14 dann ausge­ führt werden, die Roboterhand 1a an der vorbestimmten Positi­ on bezüglich der Platte 13 eintrifft und diese Arbeitsvorgän­ ge werden durch die Roboterhand 1a selbst oder durch eine ge­ trennte Fernsteuerung ausgeführt.

Der Ofen 10 für das Aufwachsen ist mit einer Mehrzahl Infra­ rotheizungen 19 versehen, die zum Beispiel aus Halogenlampen bestehen, die an der Ober- und Unterseite der Reaktionskammer 18 angeordnet sind, und das Innere der Reaktionskammer 18 wird durch die Infrarotheizungen 19 beheizt. Es ist anzumer­ ken, daß obwohl nicht dargestellt, eine Mehrzahl Wärmefühler zum Rückmelden der Temperaturinformation ebenfalls in der Re­ aktionskammer 18 angeordnet sind und die Temperaturinformation zum Steuern der Temperaturverteilung innerhalb der Reaktions­ kammer 18 zum Beispiel für jede Mehrzahl Zonen benützt wird.

Üblicherweise ist das Innere der Reaktionskammer 18 des Ofens 10 für das Aufwachsen bereits mit Stickstoff gespült und während der Zeit, in der die Halterung 9, die den zu bearbei­ tenden Wafer 7 trägt, über den Schieber 11a durch den Robo­ terarm 1 und die Roboterhand 1a zugeführt wurde, mit Stick­ stoff gespült worden. Danach wird die den Wafer darauf tra­ gende Halterung durch die Roboterhand 1a auf die Platte 13 überführt und die Spannfutter 14 werden betätigt, wodurch ihre Befestigung in der Beschickungsposition abgeschlossen wird. Anschließend werden der Roboterarm 1 und die Hand 1a über den Schieber 11a in den Reinraum 2 zurückgezogen und Schieber 11a wird geschlossen, wodurch falls es die Umstände verlangen ein Vorbackverfahren einschließlich eines Gaspha­ senätzens ausgeführt wird. Anschließend wird ein Reaktionsgas (zum Beispiel SiHCl₃) über die Einblasöffnung 15 in die Kammer 18 eingeblasen und die Leistungsabgabe der Heizung 19 wird erhöht, um das Innere der Kammer 18 auf eine Temperatur für die epitaxiale Reaktion, z. B. etwa 1100 bis 1200°C, zu er­ hitzen. Als Ergebnis wächst durch Reduktion und thermische Zersetzungswirkung des Reaktionsgases auf der Oberfläche des Wafers 7 eine epitaxiale Schicht.

Wenn die epitaxiale Schicht mit der Zieldicke auf der Ober­ fläche von Wafer 7 aufgewachsen ist, wird in der Reaktions­ kammer 18 das Entlüften und Erniedrigen der Temperatur auf die Vorerhitzungstemperatur ausgeführt. Danach wird der Schie­ ber 11a erneut geöffnet und der Roboterarm 1 und die Roboter­ hand 1a werden durch den Schieber 11a in die Kammer 18 be­ wegt. Auf diese Weise werden die Spannfutter 14 der Platte 13 gelöst und die Halterung 9 wird entklammert, wodurch die Ro­ boterhand 1a die den bearbeiteten Wafer 7 darauf tragende Halterung 9 hält. Die den bearbeiteten Wafer darauf tragende Halterung wird von innerhalb der Reaktionskammer 18 zum Rein­ raum 2 überführt und wird weiter gerade zur Seite der Öffnung 5a der Beschickungsschleusenkammer 5 überführt. Der Träger 6 wartet innerhalb der Beschickungsschleusenkammer 5, so daß der leere Boden der Öffnung 5a gegenübersteht und so wird die Halterung 9, die durch den Roboterarm 1 zur Stellung der Öff­ nung 5a überführt worden ist, auf dem leeren Boden 3 des Trä­ gers 6 abgelegt wird, während der verarbeitete Wafer 7 darauf getragen wird.

Ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines epitaxialen Wafers durch Verwenden der in Fig. 1 dargestellten Herstell­ apparatur wird nun in der Weise des zeitlichen Ablaufs erläu­ tert.

Fig. 2 zeigt den Fertigungsfluß der Herstellung epitaxialer Wafer gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In Fig. 2 wird im ersten Schritt 201 ein Halbleiterwafer 7, der zuerst einem Waferherstellungsverfahren einschließlich Polieren, Reinigen und Trocknen unterzogen wurde, genau auf eine Halterung 9 im Zustand der Raumtemperatur des Reinraumes außerhalb des Ofens 10 für das Aufwachsen gelegt. Eine Mehrzahl derartiger Halte­ rungen 9, die jeweils einen Wafer 7 darauf tragen, wird nach­ einander hergestellt und diese Halterungen werden nacheinander auf den entsprechenden Böden 3 des Trägers 6 abgelegt, wo­ durch in der reinen Umgebung außerhalb des Ofens 10 für das Aufwachsen der Träger 6 vorbereitet wird, bei dem die den Wafer 7 darauf tragende Halterung 9 auf jedem der Mehrzahl Böden 3 abgelegt wird. Der Träger 6 wird anschließend auf dem Ende der Hebesäule 4 innerhalb der Beschickungsschleusenkammer 5 befestigt und als Reaktion auf die Vertikalbewegung der Hebesäule 4 wird der für den nächsten Schritt ausgewählte Boden 3 auf die Höhe der Position angehoben, die der Öffnung 5a gegenüber liegt.

Im nächsten Schritt 202 wird die Hand 1a durch die Öffnung 5a durch den Roboterarm 1 in die Beschickungsschleusenkammer 5 bewegt und die Halterung 9 (der Wafer 7 liegt noch immer dar­ auf) auf dem zuerst ausgewählten Boden 3 gegenüber der Öff­ nung 5a wird durch die Hand 1a ergriffen. Die Halterung 9, die den Wafer 7 darauf trägt und von der Hand Ia gehalten wird, wird als solche durch den Roboterarm 1 in den Reinraum 2 eingeführt und während dieses Zeitraums ist der Schieber 11a des Ofens 10 für das Aufwachsen offen. Der Träger 6 wird nicht bewegt, bis der auf der Halterung 9 liegende Wafer 7 dem epitaxialen Aufwachsverfahren unterzogen und zusammen mit der Halterung 9 demselben ursprünglichen Boden 3 zurückgeführt worden ist. Die Halterung 9 wird weiter durch den Schieber 11a in den Ofen 10 zum Aufwachsen überführt und unmittelbar über der Halteplatte 13 in Stellung gebracht. Zu diesem Zeit­ punkt ist die Reaktionskammer 18 des Ofens 10 für das Auf­ wachsen mit Stickstoff gespült worden und die Innentemperatur der Kammer 18 hat ebenfalls die Vorerhitzungstemperatur er­ reicht.

Im nächsten Schritt 203 werden zum Halten der Halterung 9 auf der Roboterhand 1a und dem Warten unmittelbar über der Platte 13 die Positionseinstellung der Halterung 9 durch den Robo­ terarm 1 und die Einstellung der Ausrichtung der Platte 13 durch die sich drehende Welle 16 ausgeführt. Nach Abschluß dieser Einstellungen wird die Halterung 9 durch die Einwir­ kung des Roboterarms 1 und der Hand 1a sanft auf der Platte 13 befestigt und die Halterung 9 wird durch die Spannfutter 14 auf der Platte 13 festgeklemmt. Auf diese Weise wird die den Wafer 7 darauf tragende Halterung 9 an einer vorgegebenen Beschickungsposition im Ofen befestigt und der Wafer 7 be­ ginnt so zusammen mit der ihn tragenden Halterung 9 in der Reaktionskammer 18 allmählich erhitzt zu werden. Der Roboter­ arm 1 wird zusammen mit der Roboterhand 1a zur Außenseite der Reaktionskammer 18 durch den Schieber 11a zurückgezogen und wartet oder befindet sich im Reinraum 2 in Ruhestellung. Anschließend wird der Schieber 11a geschlossen und die Reak­ tionskammer 18 ist geschlossen.

In Schritt 204 wird zuerst Wasserstoffgas durch die Gasein­ blasöffnung 15 in die Reaktionskammer 18 eingeblasen und gleichzeitig wird das Stickstoffgas in der Kammer durch die Ausblasöffnung 17 abgeblasen, wodurch die Reaktionskammer 18 mit Wasserstoffgas gespült wird.

In diesem Zustand wird die Platte 13 mit einer geregelten Umdrehungsgeschwindigkeit durch die drehbare Welle 16 gedreht und der Wafer 7 wird bei Bedarf sowohl einem Vorbacken als auch einem Gasphasenätzen unterzogen. Anschließend wird ein Reaktionsgas wie etwa SiH₄ oder SiHCl₃ zu Zwecken des epita­ xialen Aufwachsens über die Einblasöffnung 15 in die Reakti­ onskammer 18 eingeblasen und gleichzeitig wird das Gas in der Kammer durch die Ausblasöffnung 17 abgelassen, wodurch auf diese Weise die Strömungsgeschwindigkeiten dieser eingeblase­ nen und abgelassenen Gase eingestellt werden und man dadurch das Reaktionsgas so strömen läßt, daß auf der sich drehenden Waferoberfläche eine laminare Strömung gebildet wird. In der Folge wird durch Reduktion oder thermische Zersetzung auf der auf eine erhöhte Temperatur von etwa 1000°C oder darüber er­ hitzten Waferoberfläche eine epitaxiale Siliziumschicht der geforderten Dicke abgeschieden. Wenn die epitaxiale Schicht zur Zieldicke aufgewachsen ist, wird die Zufuhr des Reakti­ onsgases eingestellt und die Drehung der Platte 13 wird ange­ halten, wodurch die Temperatur in der Reaktionskammer 18 sich allmählich verringert.

In Schritt 205 wird das Gas in der Reaktionskammer 18 mit Stickstoff gespült und Schieber 11a wird geöffnet, wenn die Kammertemperatur sich ungefähr auf eine genügend stabile Tem­ peratur verringert hat. Anschließend wird der im Reinraum 2 wartende Roboterarm 1 zusammen mit der Hand 1a zu der Positi­ on der Platte 13 in der Reaktionskammer 18 durch den offenen Schieber 11a vorwärts bewegt. Anschließend werden die Spann­ futter 14 durch die Hand 1a durch das dem zuvor angeführten Klemmvorgang entgegensetzte Verfahren gelöst und die den Wafer 7 darauf tragende Halterung 9 wird von der Platte 13 auf die Hand 1a überführt.

Wenn in Schritt 206 der Roboterarm 1 zurückgezogen wird, wird die Halterung 9, die den Wafer 7 darauf trägt und von der Hand 1a gehalten wird, als solche durch das Zurückziehen des Roboterarms 1 aus der Reaktionskammer 18 in den Reinraum 2 überführt. Die in den Reinraum 2 überführte Halterung 9 wird zusammen mit dem darauf getragenen, durch das epitaxiale Auf­ wachsverfahren bearbeiten Wafer 7 (epitaxialer Wafer) durch den Roboterarm 1 und die Hand 1a über den zu dem zuvor ge­ nannten umgekehrten Weg zur Ausgangsposition oder dem ur­ sprünglichen Boden zurückgeführt.

Auf diese Weise wird das epitaxiale Aufwachsverfahren bei jedem Wafer 7 jedes Bodens 3 ausgeführt, so daß wenn alle Wafer 7 der Mehrzahl Böden im Träger 6 epitaxiale Wafer geworden sind, der Träger 6 von der Hebesäule 4 abgenommen wird und in das folgende Verfahren, z. B. dem Reinigungsver­ fahren oder Prüfverfahren überführt wird.

Es ist anzumerken, daß obschon in der vorliegenden Ausfüh­ rungsform die hauptsächlich die Wafer 7 darauf tragenden Hal­ terungen 9 in dem Träger 6 abgelegt sind, es möglich ist, nur eine Waferkassette zu verwenden, in der statt in dem Träger 6 eine Mehrzahl Wafer abgelegt ist, so daß wenn der Wafer aus der Kassette durch eine Vorrichtung zur Handhabung der Wafer entnommen wird, der Wafer auf eine leere Halterung gelegt wird, die von der Roboterhand 1a gehalten wird und außerhalb der Reaktionskammer wartet. In diesem Fall ist es erwünscht, daß die Halterung während jeden Intervalls zwischen den ent­ sprechenden Bearbeitungsschritten des epitaxialen Aufwachsens gereinigt wird und dies gestattet die wiederholte Verwendung einer einzigen Halterung über mehrere epitaxiale Aufwachsver­ fahren.

Fig. 3a und 3b bis Fig. 8a und 8b stellen einige Ausführungs­ formen der zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung gut geeigneten Halterung dar.

Eine Halterung 39 gemäß der Ausführungsform von Fig. 3a und 3b ist im wesentlichen zur Gänze scheibenförmig und ihr Waferträger 32 ist durch eine ebene obere Oberfläche 33 prak­ tisch belegt, die die rückwärtige Oberfläche eines Wafers 37 im wesentlichen über seine gesamte Fläche berührt und die Umfangskante des Trägers 32 ist von einem Randabsatz 31 umge­ ben, um eine horizontale Verschiebung des Wafers 37 zu ver­ hindern. In der oberen Oberfläche der Halterung 39 ist ein Paar paralleler Aussparungen 34 ausgebildet, um die Roboter­ hand 1a als Haltestruktur zum Zweck des Überführens aufzuneh­ men. Auf diese Weise wird die Halterung 39, die den Wafer 37 darauf trägt, durch die von den Aussparungen 34 aufgenommene Roboterhand 1a gehalten und überführt. Ferner ist die äußere Umfangs fläche der Halterung 39 mit einer Mehrzahl Aussparungen 36 in gleichen Umfangsabständen versehen. Diese Aussparungen 36 greifen jeweils in die Mehrzahl Spannfutter 14 der Halte­ platte 13 unter Bilden einer Befestigungsstruktur ein, die die Halterung 39 auf der Platte 13 abnehmbar befestigt.

Eine Halterung 49 gemäß der Ausführungsform von Fig. 4a und 4b weist einen Waferträger 42 auf, der durch die oberen Ober­ flächen einer Mehrzahl Erhebungen 43 gebildet wird und ein Wafer 47 wird durch die oberen Oberflächen der Erhebungen 43 getragen, die die rückwärtige Oberfläche des Wafers teilweise berühren. Die Umfangskante des Trägers 42 ist von einem Rand­ absatz 41 umgeben, um eine horizontale Verschiebung des Waf­ ers 47 zu verhindern. Die Mehrzahl Erhebungen 43 mit einer zylindrischen Gestalt derselben Höhe sind in im wesentlichen gleichförmiger Verteilung auf der Innenseite des Randabsatzes 41 angeordnet. Bei den Abmessungen und der ebenen Gestalt der Erhebungen 43 gibt es keine Einschränkung, vorausgesetzt daß sie alle gleich hoch sind. Die untere Oberfläche der Halte­ rung 49 ist als Haltestruktur für Überführungszwecke mit einem Paar paralleler Aussparungen 44 zum Aufnehmen der Robo­ terhand 1a ausgebildet. Als Ergebnis wird die den Wafer 47 darauf tragende Halterung 49 durch die in den Aussparungen 44 aufgenommene Roboterhand 1a gehalten und überführt. Ferner ist die äußere Umfangsfläche der Halterung 49 mit einer Mehrzahl Aussparungen 46 in gleichen Umfangsabständen versehen. Diese Aussparungen 46 greifen jeweils in die Mehrzahl Spannfutter 14 der Halteplatte 13 unter Bilden einer Befestigungsstruktur ein, die die Halterung 49 auf der Platte 13 abnehmbar befe­ stigt.

Eine Halterung 59 gemäß der Ausführungsform von Fig. 5a und 5b weist einen Waferträger 52 auf, der durch die oberen Ober­ flächen einer Mehrzahl Abschnitte 53 gebildet wird, die im wesentlichen radial von ihrem Mittelpunkt aus angeordnet sind, und die rückwärtige Oberfläche des Wafers 57 wird mit den oberen Oberflächen der Abschnitte 53, die ihn tragen, in teilweise Berührung gebracht. Die Umfangskante des Waferträ­ gers 52 ist von einem Randabsatz 51 umgeben, um die horizon­ tale Verschiebung des Wafers 57 zu verhindern. Die untere Oberfläche der Halterung 59 ist als Haltestruktur zu Über­ führungszwecken mit einem Paar paralleler Aussparungen 54 zum Aufnehmen der Roboterhand 1a ausgebildet. Auf diese Weise wird die den Wafer 57 darauf tragende Halterung 59 durch die in den Aussparungen 54 aufgenommene Roboterhand 1a gehalten und überführt.

Im Gegensatz zu Fig. 5a weist eine Halterung 69 gemäß Fig. 6a und 6b einen Waferträger 62 auf, der durch die oberen Ober­ flächen einer Mehrzahl Erhebungen 63 bereitgestellt wird, die im wesentlichen von seinem Mittelpunkt aus radial angeordnet sind und die rückwärtige Oberfläche des Wafers 67 wird mit den oberen Oberflächen der Erhebungen 63 in teilweise Berüh­ rung gebracht und getragen. Eine Aussparung 65 auf geringerer Höhe als die Erhebungen 63 ist zwischen den entsprechenden Erhebungen 63 ausgebildet. Die Umfangskante des Waferträgers 62 wird von einem Randabsatz 61 umschlossen, um eine waag­ rechte Verschiebung des Wafers 67 zu verhindern. Die untere Oberfläche der Halterung 69 ist als Haltestruktur für Über­ führungszwecke mit einem Paar paralleler Aussparungen 64 zum Aufnehmen der Roboterhand 1a versehen. Auf diese Weise wird die den Wafer 67 darauf tragende Halterung 69 durch die in den Aussparungen 64 aufgenommene Roboterhand 1a gehalten und überführt. Ferner ist die äußere Umfangsfläche der Halterung 69 mit einer Mehrzahl Aussparungen 66 versehen, die in glei­ chen Umfangsabständen entfernt sind. Diese Aussparungen 66 greifen entsprechend in die Mehrzahl Spannfutter 14 der Hal­ teplatte 13 unter Bilden einer Befestigungsstruktur ein, die die Halterung 69 auf der Platte 13 abnehmbar befestigt.

Eine Halterung 79 gemäß der Ausführungsform von Fig. 7a und 7b weist einen Waferträger 72 auf, der durch die oberen Ober­ flächen einer Mehrzahl konzentrischer (die spiralförmig sein können) überstehender Ringe 73 bereitgestellt wird, so daß die rückwärtige Oberfläche eines Wafers 77 mit der oberen Oberfläche der überstehenden Ringe 73 in teilweise Berührung gebracht und getragen wird. Eine Aussparung 75 auf geringerer Höhe als die entsprechenden überstehenden Ringe 73 ist zwi­ schen den entsprechenden überstehenden Ringen 73 ausgebildet. Die Umfangskante des Waferträgers 72 wird von einem Randab­ satz 71 umgeben, um eine waagrechte Verschiebung des Wafers 77 zu verhindern. Die untere Oberfläche der Halterung 79 ist als Haltestruktur für Überführungszwecke mit einem Paar paral­ leler Aussparungen 74 zum Aufnehmen der Roboterhand 1a verse­ hen. Auf diese Weise wird die den Wafer 77 darauf tragende Halterung 79 durch die in den Aussparungen 74 aufgenommene Roboterhand 1a gehalten und überführt. Ferner ist die äußere Umfangsfläche der Halterung 79 mit einer Mehrzahl Aussparungen 76 versehen, die in gleichen Umfangsabständen entfernt sind. Diese Aussparungen 76 greifen entsprechend in die Mehrzahl Spannfutter 14 der Halteplatte 13 unter Bilden einer Befesti­ gungsstruktur ein, die die Halterung 79 auf der Platte 13 ab­ nehmbar befestigt.

Eine Halterung 89 gemäß der Ausführungsform von Fig. 8a und 8b weist eine Ringgestalt einschließlich eines Loches 88 durch im wesentlichen ihren Mittelteil auf und ihr Waferträ­ ger 82 wird durch eine ebene ringförmige obere Oberfläche 83, die das Loch 88 umgibt, bereitgestellt. Die rückwärtige Ober­ fläche eines Wafers 87 wird mit der ringförmigen oberen Ober­ fläche 83 in Berührung gebracht und getragen. Die Umfangskan­ te des Waferträgers 82 wird von einem Randabsatz 81 umgeben, um eine waagrechte Verschiebung des Wafers 87 zu verhindern. Die untere Oberfläche der Halterung 89 ist als Haltestruktur für Überführungszwecke mit einem Paar paralleler Aussparungen 84 zum Aufnehmen der Roboterhand 1a versehen. Auf diese Weise wird die den Wafer 87 darauf tragende Halterung 89 durch die in den Aussparungen 84 aufgenommene Roboterhand 1a gehalten und überführt. Ferner ist die äußere Umfangsfläche der Halte­ rung 89 mit einer Mehrzahl Aussparungen 86 versehen, die in gleichen Umfangsabständen entfernt sind. Die Aussparungen 86 greifen entsprechend in die Mehrzahl Spannfutter 14 der Hal­ teplatte 13 unter Bilden einer Befestigungsstruktur ein, um die Halterung 89 auf der Platte 13 abnehmbar zu befestigen. Die Halterung 89 hat dank der Bildung des Loches 88 den Vor­ teil, eine Gewichtsverringerung zu verwirklichen.

Es ist anzumerken, daß obschon die Halterungen mit der kreis­ förmigen äußeren Gestalt im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist und Halterungen ver­ schiedener Ring- und Plattenform zu Zwecken der Gewichtsver­ ringerung können ebenfalls bei der Erfindung verwendet werden. Ferner ist es im Hinblick auf den Ofen für das epitaxiale Aufwachsen selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf den in Fig. 1 dargestellten Typ beschränkt ist und es möglich ist, verschiedene andere Typen wie horizontale Öfen, Öfen vom Plattentyp, Öfen vom Trommeltyp usw. zu ver­ wenden. Obschon bei der Apparatur der zuvor angeführten Aus­ führungsform sowohl die unbearbeitete Wafer tragenden Halte­ rungen als auch die bearbeitete Wafer tragenden Halterungen gleichzeitig in dem Träger 6 zugegen sind, der in der Be­ schickungsschleusenkammer 5 angeordnet ist, ist es möglich die unbearbeiteten beziehungsweise bearbeiteten Wafer in getrenn­ ten Trägern abzulegen und es ist ferner möglich, diese getrennten Träger entsprechend in getrennten Reinräumen unter­ zubringen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Herstellen eines epitaxialen Wafers, bei dem ein Halbleiterwafer (7) einem epitaxialen Aufwachsverfah­ ren auf einer Halterung (9) unterzogen wird, die in einem Ofen (10) für das epitaxiale Aufwachsen angeordnet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte des:
Legens eines Halbleiterwafers (7) auf eine Halterung (9) außerhalb des Ofens (10);
Überführens der den Halbleiterwafer (7) darauf tragenden Hal­ terung (9) von außen in den Ofen (10) und deren Befestigen in einer Beschickungsposition (13) innerhalb des Ofens (10);
Unterziehens des Halbleiterwafers (7) einem epitaxialen Auf­ wachsverfahren auf der Halterung (9), die durch den Befesti­ gungsschritt in der Ofenbeschickungsposition (13) befestigt ist, und
nach dem Abschluß des epitaxialen Aufwachsverfahrens das Ent­ fernen der den Halbleiterwafer (7) darauf tragenden Halterung (9) aus der Ofenbeschickungsposition (13) und deren Über­ führung nach außerhalb des Ofens (10) umfaßt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Legens eines Halbleiterwafers (7) auf eine Halterung (9) außerhalb des Ofens (10) einen Schritt des Le­ gens eines ersten Halbleiterwafers (7) auf eine erste Halte­ rung (9) und einen Schritt des Legens eines zweiten Halblei­ terwafers (7) auf eine zweite Halterung (9) umfaßt und daß die den ersten Halbleiterwafer (7) darauf tragende erste Hal­ terung (9) und die den zweiten Halbleiterwafer (7) darauf tragende zweite Halterung (9) vorübergehend an einem Warte­ platz (5, 6) abgestellt werden, wodurch die erste Halterung und/oder zweite Halterung selektiv aus dem Warteplatz (5, 6) in den Ofen (10) überführt werden.

3. Apparatur zum Herstellen eines epitaxialen Wafers durch ein epitaxiales Aufwachsverfahren an einem Halbleiterwafer (7) auf einer Halterung (9), die in einem Ofen (10) zum epitaxia­ len Aufwachsen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet daß die Apparatur:
einen Ofen (10) für das epitaxiale Aufwachsen einschließlich eines Befestigungsmechanismus (14) zum abnehmbaren Halten einer Halterung (9) in einer Ofenbeschickungsposition (13) und ein Absperrmittel (11a) einschließt, das daran angepaßt sind, geöffnet und geschlossen zu werden, um den Durchgang einer einen Halbleiterwafer (7) darauf tragenden Halterung (9) zu gestatten;
ein Mittel (1) zum Überführen der den Halbleiterwafer (7) darauf tragenden Halterung (9) zu der Ofenbeschickungsposition (13) von außerhalb des Ofens (10) für das epitaxiale Aufwach­ sen und umgekehrt und
ein Mittel (1a) zur Handhabung zum Befestigen der den Halb­ leiterwafer (7) darauf tragenden Halterung (9) an dem Befe­ stigungsmechanismus (14) in der Ofenbeschickungsposition (13) und deren Abbauen davon umfaßt.

4. Apparatur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur weiter ein Mittel (6) zum Ablegen der Halterung (9), die den dem epitaxialen Aufwachsverfahren zu unterziehen­ den Halbleiterwafer (7) darauf trägt, an einem Warteplatz (5) in einer vorbestimmten Position umfaßt und wobei das Mittel (1) zur Überführung die den Halbleiterwafer (7) darauf tra­ gende Halterung (9) von dem Warteplatz (5) in den Ofen (10) überführt.

5. Apparatur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur weiter ein Mittel (6) zum Ablegen der Halterung (9), die den dem epitaxialen Aufwachsverfahren unterzogenen Halbleiterwafer (7) darauf trägt, an einen vorbestimmten, vorübergehenden Lagerplatz (5) umfaßt und wobei das Mittel (1) zur Überführung die den Halbleiterwafer (7) darauf tra­ gende Halterung (9) aus dem Ofen (10) zu dem vorübergehenden Lagerplatz (5) überführt.

6. Apparatur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (1a) zur Handhabung nur eine einen Halbleiterwafer (7) darauf tragende Halterung (9) berührt und hält.

7. Apparatur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (1a) zur Handhabung auf dem Mittel (1) zur Über­ führung getragen wird.

8. Apparatur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (39, 49, 59, 69, 79, 89) wenigstens einen Trä­ ger (32, 42, 52, 62, 72, 82) mit einer ebenen oberen Ober­ fläche (33, 43, 53, 63, 73, 83) einschließt, die daran ange­ paßt ist, eine untere Oberfläche eines Halbleiterwafers (37, 47, 57, 67, 77, 87) zu berühren und zu tragen.

9. Halterung (39, 49, 59, 69, 79, 89) zum Tragen eines Halbleiterwafers (37, 47, 57, 67, 77, 87) an einer tieferen Oberfläche derselben in einer vorbestimmten Beschickungsposi­ tion (13) innerhalb eines Ofens (10) für das epitaxiale Auf­ wachsen während eines epitaxialen Aufwachsverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung:
eine Befestigungsstruktur (36, 46, 56, 66, 76, 86), die daran angepaßt ist, an der Beschickungsposition (13) in dem Ofen (10) befestigt und davon abgebaut zu werden,
eine Haltestruktur (34, 44, 54, 64, 74, 84), die daran ange­ paßt ist, zwischen innerhalb und außerhalb des Ofens (10) durch ein Mittel (1a) zur Überführung überführt zu werden, während sie einen Halbleiterwafer (37, 47, 57, 67, 77, 87) trägt, und
einen Träger (32, 42, 52, 62, 72, 82) mit einer oberen Ober­ fläche (33, 43, 53, 63, 73, 83) umfaßt, die daran angepaßt ist, die untere Oberfläche des Halbleiterwafers zu berühren und zu tragen.

10. Halterung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung eine ringförmige Gestalt einschließlich eines Loches (78) in deren Mittelteil aufweist.

11. Halterung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (32) eine ebene obere Oberfläche (33) aufweist, die daran angepaßt ist, die untere Oberfläche des Wafers (37) über dessen gesamte Fläche zu berühren.

12. Halterung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche des Trägers (72) im wesentlichen ring­ förmige Erhebungen (73) in konzentrischer oder Spiralform ein­ schließt.

13. Halterung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Oberfläche des Trägers (42, 52, 62) eine Mehrzahl Erhebungen (43, 53, 63) einschließt, die jeweils daran ange­ paßt sind, nur einen Teil der unteren Oberfläche des Wafers zu berühren und wobei die Erhebungen innerhalb einer ebenen Fläche gleichförmig hoch sind.

14. Halterung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl Erhebungen (43, 53, 63) getrennt voneinander an­ geordnet ist, um so die untere Oberfläche des Wafers in im wesentlichen gleicher Verteilung zu berühren.

15. Halterung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl Erhebungen eine Mehrzahl sich radial erstrecken­ der Stege (53) einschließt.

16. Halterung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl Erhebungen eine Mehrzahl Abschnittserhebungen (63) einschließt, die durch eine Mehrzahl sich radial er­ streckender Aussparungen (65) geteilt werden.