DE19825381A1

DE19825381A1 - Verfahren zur Handhabung von Wafern großen Durchmessers während technologischer Prozesse

Info

Publication number: DE19825381A1
Application number: DE1998125381
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Muessig; Hans Richter
Original assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Current assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: DE19825381B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Handhabung von Wafern großen Durchmessers während technologischer Prozesse. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Handhabung von Wafern, insbesondere von Wafern großen Durchmessers und geringer Dicke, während technologischer Prozesse vorzuschlagen, bei dem die plastische Deformation und die Defektbildung in den Wafern beseitigt oder mindestens auf ein wirtschaftlich vertretbares Maß verringert werden, wodurch sich Ausbeute und Qualität der Bauelemente und Schaltkreise erhöhen, ohne die Handhabbarkeit der Wafer stark einzuschränken. Diese Aufgabenstellung wird dadurch gelöst, daß der Wafer, mit vorzugsweise großem Durchmesser während der Prozessierung, beispielsweise während Temperprozessen, in bzw. mit einer geeignet gestalteten, aufnehmenden Halterung um eine durch den Mittelpunkt des Wafers verlaufende, senkrecht zur Waferoberfläche stehenden gedachten Achse rotiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Handhabung von Wafern großen Durchmessers während technologischer Prozesse.

Einkristalline Siliziumwafer sind vorzugsweise das Ausgangsmaterial für die Herstellung integrierter Schaltkreise. Mit der Entwicklung neuer Fertigungstechnologien und neuer Schaltkreise geht aus ökonomischen Gründen der Übergang zu immer größeren Waferdurchmessern einher. Dabei strebt die Industrie neben einer maximalen Schaltkreisausbeute auch ein optimales Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Dicke der Wafer an. So hat eine geringfügige Änderung der Dicke eines großflächigen Wafers als Mittel zur Erhöhung seiner mechanischen Stabilität einen wesentlichen Einfluß auf die Anzahl der Wafer, die aus dem Einkristall gewonnen werden können, und damit auf die Kosten. So bewirkt allein der Materialeinsatz pro Wafer beim Übergang von 200 mm Durchmesser und 0,725 mm Dicke auf 300 mm Durchmesser und 0,775 mm Dicke einen Kostenanstieg um mehr als das Vierfache. Deshalb muß sich die Handhabung solcher Wafer in Apparaturen und während technologischer Prozesse von der bisher üblichen erheblich unterscheiden.

Der Stand der Technik ist dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumwafer während der Prozessierung in speziellen Magazinen senkrecht stehend angeordnet werden, um unter anderem den deformierenden Einfluß der Gravitationskraft zu verringern. Masse und Empfindlichkeit von Wafern großen Durchmessers erfordern dann wegen der hohen Kosten für entsprechende Prozeßanlagen und für die Wafer selbst den Übergang zur Einzel-Wafer- Handhabung.

Mit wachsendem Durchmesser von Siliziumwafern, insbesondere bei Durchmessern ≧ 200 mm, geht man von einer vertikalen Lagerung der Wafer zu einer horizontalen über, und es kommt zwangsläufig und zunehmend beim Durchlaufen technologischer Prozesse unter dem Einfluß der Gravitationskraft zu einer Durchbiegung der Wafer. Das führt z. B. bei Temperprozessen zur plastischen Deformation und zur Defektbildung in den Wafern, wodurch sich Ausbeute und Qualität von Bauelementen und Schaltkreisen verringern. Aber auch Hochtemperaturprozeßparameter, wie die Oxidationsgeschwindigkeit und das Diffusionsverhalten von Verunreinigungen können durch mechanische Spannungen beeinflußt werden.

Die Handhabung der Wafer wird deshalb eine Veränderung im heutigen Technologiemodell derart bewirken, daß Ausrüstungen und Prozesse mit Einzel-Wafer-Handhabung zunehmend üblich werden und zugleich neue technische Lösungen für die Lagerung der Wafer in Prozeßanlagen gefunden werden müssen, die den Einfluß der Gravitationskraft reduzieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Handhabung von Wafern, insbesondere von Wafern großen Durchmessers und geringer Dicke, während technologischer Prozesse vorzuschlagen, bei dem die Nachteile und Unvollkommenheit des Standes der Technik beseitigt werden und insbesondere die plastische Deformation und die Defektbildung in den Wafern beseitigt oder mindestens auf ein wirtschaftlich vertretbares Maß verringert werden, wodurch sich Ausbeute und Qualität der Bauelemente und Schaltkreise erhöhen, ohne die Handhabbarkeit der Wafer stark einzuschränken.

Diese Aufgabenstellung wird dadurch gelöst, daß ein Wafer, mit vorzugsweise großem Durchmesser während der Prozessierung, beispielsweise während Temperprozessen, in bzw. mit einer geeignet gestalteten, aufnehmenden Halterung um eine durch den Mittelpunkt des Wafers verlaufende, senkrecht zur Waferoberfläche stehenden gedachten Achse rotiert.

Die Wirkung der Gravitationskraft, die zur Durchbiegung des Wafers führt, kann bei ausreichend hoher Rotationsfrequenz infolge der erzeugten Zentrifugalkraft vernachlässigt werden. Die mechanische Deformation wird beseitigt oder zumindest erheblich verringert, was eine Verringerung der Anzahl der spannungsbedingten Defekte, z. B. gleitfähiger Versetzungen, zur Folge hat. Des weiteren werden durch die Waferrotation bei Temperprozessen entstehende inhomogene Temperaturverteilungen vermieden, die ebenfalls Spannungen und ein geändertes Diffusionsverhalten bewirken können.

Die Rotationsachse kann sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein. Die Wafer werden mittels auf ihre Oberflächen und/oder ihren Rand wirkender Druckelemente fixiert. Dabei sind die Druckelemente federnd gelagert und kompensieren so Spannungen und Ausdehnungen, so daß die Wafer beweglich fixiert sind. Vorzugsweise rotieren die Wafer mit beidseitig angreifenden Druckelementen, wobei mindestens drei im Winkel von 120° axialsymmetrisch angeordnet sind.

Die Siliziumwafer rotieren einzeln oder im Verband. Dies ist abhängig vom technologischen Prozeß. Insbesondere in schnellen thermischen Prozessen müssen die Wafer meist einzeln die entsprechenden Erwärmungs- und Abkühlphasen durchlaufen, während z. B. im Heißwand- Rohrreaktorprozeß aus ökonomischen Gründen die Siliziumwafer im engen Verband prozessiert werden. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn mehrere Siliziumwafer axialsymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet sind. Entsprechende waferfremde Ausgleichsmassen können erfindungsgemäß etwaige, trotzdem bestehende Unwuchten ausgleichen.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die hier Schutz beansprucht wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher erläutert.

Beispiel 1

Eine Vorrichtung zur Halterung eines Wafers ist so gestaltet, daß der Wafer in der Halterung durch drei im Winkel von jeweils 120° axialsymmetrisch zum Wafermittelpunkt am Rand des Wafers angreifende, beidseitig über Druckkugeln wirkende mechanische Arretierungen befestigt und zugleich während der Rotation durch diese geführt wird. Die Halterung rotiert in diesem Ausführungsbeispiel zusammen mit dem Wafer. Der Vorteil einer solchen Führung besteht darin, daß keine Bohrung im Zentrum des Wafers vorhanden sein muß und durch die Rotation keine den technologischen Prozeß störenden Teilchen erzeugt werden. In diesem Ausführungsbeispiel rotiert der Wafer um eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende, senkrecht im Raum und zur Waferoberfläche stehende gedachte Achse, um Unwuchten so gering wie möglich zu halten.

Beispiel 2

Die im ersten Ausführungsbeispiel vorgeschlagene Lösung läßt das Rotieren einzelner Wafer zu. In diesem Ausführungsbeispiel rotieren die Wafer im Waferverband. Dazu sind mehrere der im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Halterungen in einer Reihe angeordnet und untereinander fest verbunden. Welche Option gewählt wird, hängt von dem speziellen technologischen Prozeß ab. Während in schnellen thermischen Prozessen die Wafer meist einzeln die entsprechenden Erwärmungs- und Abkühlphasen durchlaufen, werden die Wafer im Heißwand-Rohrreaktorprozeß aus ökonomischen Gründen im engen Verband prozessiert. Auch in diesem Ausführungsbeispiel rotiert der Wafer um eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende, senkrecht im Raum und zur Waferoberfläche stehende gedachte Achse, um Unwuchten so gering wie möglich zu halten.

Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn mehrere Wafer axialsymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet sind. Entsprechende waferfremde Ausgleichsmassen können erfahrungsgemäß bestehende Unwuchten ausgleichen.

In der vorliegenden Erfindung wurde anhand konkreter Ausführungsbeispiele ein Verfahren zur Handhabung von Wafern großen Durchmessers während technologischer Prozesse erläutert. Es sei aber vermerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten der Beschreibung in den Ausführungsbeispielen eingeschränkt ist, da im Rahmen der Patentansprüche Änderungen und Abwandlungen beansprucht werden.

Claims

1. Verfahren zur Handhabung von Wafern während technologischer Prozesse, dadurch gekennzeichnet, daß die Wafer während der Prozessierung in aufnehmenden Halterungen um eine durch ihren Mittelpunkt verlaufende, senkrecht zur Waferoberfläche stehende gedachte Achse rotieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse vertikal angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse horizontal angeordnet ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels waferfremder Ausgleichsmassen vorhandene Unwuchten während der Rotation ausgeglichen werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels auf die Fläche des Wafers wirkender Druckelemente, die die Wafer fixieren, rotieren.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels auf die Rand der Wafer wirkender Druckelemente, die die Wafer fixieren, rotieren.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels federnder, Spannungen und Ausdehnungen kompensierender Druckelemente, die die Wafer beweglich fixieren, rotieren.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels mindestens dreier, im Winkel von jeweils 120° axialsymmetrisch zum Wafermittelpunkt angeordneter, den Wafer fixierender Druckelemente rotieren.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels den Wafer beidseitig fixierender Druckelemente rotieren.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im Verband angeordnete Wafer rotieren.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wafer axialsymmetrisch angeordnet um eine gemeinsame Achse rotieren.