DE19857142A1 - Vorrichtung zum kontaminationsfreien, kontinuierlichen oder getakteten Transport von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere Substraten oder Wafern, durch eine geschlossene Behandlungsstrecke - Google Patents

Vorrichtung zum kontaminationsfreien, kontinuierlichen oder getakteten Transport von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere Substraten oder Wafern, durch eine geschlossene Behandlungsstrecke

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Abstract

Der Chargenbetrieb zur Behandlung der Gegenstände hat aufgrund der Diskontinuität große Nachteile. Die üblichen Luftkissentransportstrecken für einen kontinuierlichen Transport sind aber dort ungeeignet, wo aufgrund der thermischen und/oder mechanischen Prozeßbedingungen leicht Splitterungen oder Brüche des Materials auftreten. DOLLAR A Vorgeschlagen wird deshalb eine Vorrichtung mit innerhalb einer Transportbahn mit Gas beaufschlagbaren Gasdüsen (1), die an ihrer Gasaustrittsseite in einer muldenförmigen Vertiefung (1.2, 12) ihres Düsenkörpers (1.1, 3, 8, 11) münden und so gegenseitig voneinander beabstandet sind, daß zwischen den Gasdüsen (1) jeweils ein nach unten reichender, zur Aufnahme von Abbruchteilen der scheibenförmigen Gegenstände (2) geeigneter Raum (7', 7'', 7''', 17', 17'', 17''') verbleibt. DOLLAR A Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Transport von Halbleiter-Substraten und Wafern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontaminationsfreien, kontinuierlichen oder getakteten Transport von scheibenförmigen Gegenständen, insbesondere Substraten oder Wafern, durch eine Behandlungsstrecke mittels Gas, das gegen die Unterseite der Gegenstände strömt.
Zur Behandlung von scheibenförmigen Gegenständen verschiedener Art sind mannigfaltige Transportsysteme bekannt. Bei der Behandlungsstrecke kann es dabei z. B. um Lackierungs- oder Beschichtungsanlagen oder um Wärmebehandlungsanlagen gehen. Dabei besteht bei bestimmten Materialien, insbesondere im Halbleiterbereich, die Forderung, daß das Material nicht durch die Transportstrecke und durch die Behandlungsanlage selbst kontaminiert werden soll.
Bekannte Lösungen, z. B. zur Hochtemperaturbehandlung von Halbleitersubstraten, mittels eines metallischen Transportbandes im Durchlaufbetrieb haben den Nachteil, daß die Substrate bei den erforderlichen hohen Temperaturen erheblich durch Diffusion von Metallionen aus dem Transportband verunreinigt werden.
Dem kann bisher nur durch einen Chargenbetrieb begegnet werden. Vorrichtungen für den Chargenbetrieb bestehen im allgemeinen aus einem hochtemperaturfesten Prozeßrohr aus hochreinem Quarzglas oder Siliziumkarbid. Eine dieses Prozeßrohr umschließende Heizung erwärmt den durch das Prozeßrohr gebildeten Wirkraum auf Prozeßtemperatur. Die zu behandelnden Gegenstände werden dem Transportsubstratträger aus Kunststoff entnommen und in Quarzglas- oder Siliziumkarbid-Prozeß-Substratträgern, die speziell nur für die Hochtemperaturbehandlungsvorrichtung verwendet werden im allgemeinen stehend so angeordnet, daß ihre Flächennormale in Richtung der Prozeßrohr-Achse zeigt.
Mittels eines ebenfalls aus Siliziumkarbid oder Quarzglas bestehenden Paddels werden die Prozeß-Substratträger zusammen mit den Substraten in das Prozeßrohr eingefahren. Je nach den Prozeßanforderungen werden die Substratträger im Prozeßrohr entweder abgesetzt - das Paddel fährt wieder aus (Softlanding-System) - oder bleiben während der Bearbeitungsdauer auf dem im Prozeßrohr verbleibenden Paddel stehen (Cantilever-System).
Nach dem Verschließen des Prozeßrohres erfolgt die Anpassung der Temperatur an den vorgegebenen Sollwert. Hierauf erfolgt ein Spülen des Prozeßrohres zur Verdrängung der Umgebungsatmosphäre sowie die eigentliche Bearbeitung unter Einwirkung von Temperatur und Prozeßgasatmosphäre bei einem vorgegebenen Druck.
Nach Beendigung der Bearbeitung erfolgt wieder ein Spülen zur Verdrängung der Prozeßgase sowie eine Temperaturanpassung an die vorgegebene Ausfahrtemperatur.
Mittels des Paddels werden die Prozeß-Substratträger mit den behandelten Substraten ausgefahren und nach Abkühlung auf ca. Raumtemperatur in vorrichtungsgebundenen Prozeß- Substratträgern entnommen und in Transportsubstratträger aus Kunststoff abgelegt.
Der geschilderte Prozeß garantiert höchste Reinheit, da der gesamte Wirkraum und alle sich in ihm befindlichen Gegenstände einschließlich der zu behandelnden Substrate ausschließlich aus den hochreinen Materialien Quarzglas und Siliziumkarbid bestehen. Daher werden mit derartigen Vorrichtungen - insbesondere in der Mikroelektronik - die bestmöglichen Prozeßergebnisse erzielt.
Andererseits sind mit dem Verfahren jedoch Nachteile bezüglich der Prozeßorganisation, der Ausbeute und der Produktivität verbunden.
Die wesentlichen Nachteile resultieren aus dem Chargenbetrieb. Der Chargenbetrieb (bis zu 400 Substrate pro Charge können gleichzeitig bearbeitet werden) bedingt einen unvorteilhaften diskontinuierlichen Produktionsfluß. Außerdem ist ein Umladen der Transportsubstratträger in vorrichtungsgebundene temperaturfeste Prozeß-Substratträger nötig. Insbesondere bei sehr dünnen Halbleitersubstraten ist das mit einer bestimmten Bruchrate der Substrate verbunden. Die stehende Anordnung der Substrate in Schlitzen des Prozeß-Substratträgers ist ebenfalls eine mechanisch ungünstige Anordnung. Außerdem stellen die im Prozeßraum anfallenden Substrat- Bruchstücke ein Problem dar.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für jede Charge die Prozeßbedingungen einzeln eingestellt und nach Beendigung der Behandlung wieder rückgängig gemacht werden müssen (Temperaturausgleich, Gaswechsel). Das hat seinen wesentlichen Grund darin, daß die zu behandelnden Substrate während des eigentlichen Behandlungsschrittes ruhen und die Transportvorgänge in vor- bzw. nachgelagerte zeitliche Phasen mit unkritischen Gas- und Temperaturbedingungen verlagert werden.
Für den Transport von scheibenförmigen Gegenständen in normaler Atmosphäre sind auch Luftkissentransportstrecken bekannt, so z. B. aus der DE-OS 32 42 944, der US-PS 4 081 201 oder der US-PS 3 812 947.
Diesen Lösungen gemein ist der Gasaustritt aus Düsen innerhalb einer Fläche.
Durch Materialspannungen im Substrat, hervorgerufen durch hohe Prozeßtemperaturen, käme es jedoch leicht zu Abbröckelungen und gegebenenfalls auch zum totalen Bruch. Diese Bruchstücke und Splitter blieben dann zwischen den Düsen der Transportflächen liegen, so daß sich der Substratfluß an diesen Hindernissen aufstauen und damit zu erheblichen Produktionsstörungen führen würde. Die üblichen Luftkissentransportstrecken sind deshalb dort ungeeignet, wo aufgrund der thermischen und/oder mechanischen Prozeßbedingungen leicht Splitterungen oder Brüche des Materials auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die splitter- und bruchstücktolerant ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch innerhalb einer Transportbahn mit Gas beaufschlagbare Gasdüsen, die an ihrer Gasaustrittsseite in einer muldenförmigen Vertiefung ihres Düsenkörpers münden und so gegenseitig voneinander beabstandet sind, daß zwischen den Gasdüsen jeweils ein nach unten reichender, zur Aufnahme von Abbruchteilen der scheibenförmigen Gegenstände geeigneter Raum verbleibt.
In bevorzugter Weise sind die Gasdüsen in mindestens zwei Düsenreihen angeordnet, die zweckmäßig in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände weisen.
Die Gaskissentransportstrecke hat damit den Vorteil, daß anfallende Bruchstrücke in den Zwischenraum zwischen den Gasdüsen fallen. Ein Verstopfen der Transportbahn ist ausgeschlossen.
Die Form der muldenartigen Vertiefungen kann verschieden sein. So kann die Vertiefung die Form eines Kugelausschnittes aufweisen oder einfach eine Bohrung sein, die gegenüber der Düsenbohrung einen vergrößerten Durchmesser aufweist.
Die muldenförmige Vergrößerung der Austrittsöffnung der Gasdüsen hat den Vorteil, daß kleine Partikel die Austrittsöffnung nicht verschließen können, da sie durch die Gasströmung in den muldenförmigen Vertiefungen aus diesen wieder herausgeschleudert werden. Die Mulde jeder Gasdüse bildet dabei ein eigenes Luftkissen. Die Summe der Luftkissen, die von den zu transportierenden Gegenständen jeweils überdeckt werden, ergeben dann die tragende Kraft für deren Gewicht.
Mit der Lösung können z. B. Hochtemperaturbehandlungen von Halbleitermaterialien im kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Durchlaufregime ermöglicht werden, ohne daß eine Kontamination durch das Transportsystem erfolgt.
Als Düsenkörper eignen sich Hohlkörper mit nach unten abgeschrägter oder abgerundeter Oberseite oder jeweils eine einzelne Gasdüse aufweisende Hohlkörper. Im zuerst genannten Fall können die Düsenkörper so ausgebildet sein, daß die Gasdüsen oben aus dem Hohlkörper heraustreten oder diese können direkt in die Hohlkörper eingebracht sein, die dann zweckmäßig an ihrer Oberseite flach verlaufen. Die Mulden können insbesondere im letztgenannten Fall auch die Form von kleinen Schlitzen haben, die sich in Längsrichtung der Hohlkörper erstrecken.
Partikel oder Bruchstücke können somit ungehindert nach unten in den Raum zwischen die Düsenkörper durchfallen.
Unterstützt werden kann das dadurch, daß die Düsenreihen jeweils in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sind und die Abschnitte einer Düsenreihe gegenüber der oder den anderen Düsenreihen in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände versetzt sind. Die Bruchstücke erhalten dann beim Überfahren einer Abschnittsgrenze eine Rotation und drehen sich so, daß sie zwischen die Düsenreihen fallen können.
Die Transportbahn hat seitliche Führungsleisten zur Führung der scheibenförmigen Gegenstände. Diese sind bevorzugt so ausgebildet, daß sie zur Ebene der Transportbahn einen Winkel von <90° haben. Außerdem kann die Ebene der Transportbahn in deren Querrichtung gegenüber der Waagerechten geringfügig schräg gestellt sein, so daß die scheibenförmigen Gegenstände immer an einer Führungsleiste geführt werden.
Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß an jeder Seite der Transportbahn in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände jeweils mindestens zwei Führungsleisten hintereinander angeordnet sind, wobei beide Reihen der Führungsleisten in Transportrichtung gegeneinander versetzt sind. Die scheibenförmigen Gegenstände können dann nicht gleichzeitig auf beiden Seiten an die Stöße zwischen den Führungsleisten anstoßen, wobei sie möglicherweise hängen bleiben könnten.
Um die Transportbewegung der scheibenförmigen Gegenstände zu bewirken, kann die Transportbahn insgesamt leicht abschüssig sein. Es können aber auch zusätzliche Steuerdüsen vorhanden sein, deren Gasstrahl eine in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände weisende Komponente aufweist.
Eine Bewegungskomponente kann auch dadurch erzeugt werden, daß der senkrecht und in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände gerichtete Querschnitt der muldenförmigen Vertiefungen der Gasdüsen asymmetrisch ist. Durch den unterschiedlichen Widerstand, den das Traggas dann an der Vorder- und Hinterkante der Mulde findet, ergibt sich eine Kraftkomponente in Transportrichtung. Unterstützend oder als Maßnahme für sich allein kann auch der Gasstrahl der Gasdüsen eine in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände weisende Komponente aufweisen.
Vorteilhaft werden die Düsenreihen so angeordnet, daß jeweils eine Düsenreihe unter einem Rand der scheibenförmigen Gegenstände zu liegen kommt, damit zwischen den Düsenreihen genügend Platz auch für das Hindurchfallen größerer Bruchstücke entsteht.
Bevorzugt bestehen alle Teile der Transportbahn aus Keramik, Quarzglas oder einem ähnlichen Material, von dem keine Kontaminationsgefahr für die zu behandelnden Materialien ausgeht.
In bestimmten Fällen kann zum Schutz empfindlichen Transportgutes auch vorgesehen sein, daß dieses auf Trägerplatten aufgelegt wird, die mittels des Gaskissentransportes durch die Behandlungsstrecke befördert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Querschnittsform einer einzelnen Gasdüse,
Fig. 2 die perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Gaskissentransportstrecke,
Fig. 3 die perspektivische Ansicht einer weiteren Variante einer Gaskissentransportstrecke,
Fig. 4 die Aufsicht einer dritten Variante einer Gaskissentransportstrecke,
Fig. 5 die Gaskissentransportstrecke gemäß Fig. 4 in geschnittener Vorderansicht,
Fig. 6 ein Gasverteilerrohr der Gaskistentransportstrecke gemäß Fig. 4 in vergrößerter Einzeldarstellung und
Fig. 7 den Düsenbereich eines Gasverteilerrohres gemäß Fig. 6 in vergrößerter Darstellung.
In Fig. 1 ist eine mögliche Düsenform dargestellt. Eine Gasdüse 1, bestehend aus einem Düsenkörper 1.1, einer Gaskissenmulde 1.2 und einer Düsenbohrung 1.3 dient als Teiltragelement für ein Substrat 2. Als gasförmige Medien können sowohl Luft als auch andere Gase, z. B. Prozeßgase, eingesetzt werden. Um den Strömungswiderstand vor der Düsenbohrung 1.3 klein zu halten, ist eine Gaszubringerbohrung 1.4 mit einem wesentlich größeren Querschnitt als die Düsenbohrung 1.3 versehen. Ist die Gaskissenmulde 1.2 nicht von einem Substrat 2 überdeckt, so kann sich der Gasstrahl aus der Düsenbohrung 1.3 ungehindert ausbreiten. Je weiter jedoch die Gaskissenmulde 1.2 durch ein ankommendes Substrat 2 abgedeckt wird, desto höher werden der Druck in der Gaskissenmulde 1.2 und die Turbulenz der Strömung. Die Turbulenz führt zum Herausschleudern von zufällig in ihr liegenden Substratkrümeln oder Substratsplittern und der Druck führt zum tragfähigen Gaskissen, wobei das Substrat 2 schon von den vorgehenden, noch abgedeckten Gasdüsen 1 abgehoben bzw. getragen und weitergeleitet wird.
Fig. 2 zeigt einen möglichen Gesamtaufbau einer Gaskissentransportstrecke. Dabei bilden Halterungen 5 und zwei Gasverteilerrohre 3 den auf einer Basis aufliegenden Grundaufbau. Zwei Begrenzungsleisten 4' und 4" führen die Substrate 2 entlang der Transportstrecke. Um ein Verkanten zu vermeiden, weisen die Begrenzungsleisten 4' und 4" zur Substratflächen-Ebene einen Winkel <90° auf. Entstehen Bruchstücke, Splitter oder Krümel, so können diese vom Gasverteilerrohr 3 abgleiten oder durch Zwischenräume 7', 7" und 7''' hindurchfallen. Die Gasversorgung erfolgt zentral über einen Anschluß 3.1 an den Gasverteilerrohren 3.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Gasverteilung und der Grundaufbau durch zwei oder mehrere dachförmig abgeschrägte Hohlleisten 8 gebildet wird. An den Hohlleisten 8 befestigte Halterungen 9 nehmen Begrenzungsleisten 10' und 10" zur Führung der Substrate 2 auf. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können Bruchstücke, Krümel oder Splitter von einer Dachschräge 8.2 abgleiten oder durch die Zwischenräume 7', 7" und 7''' hindurchfallen.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel mit vergleichbarem Grundaufbau in mehreren Ansichten. Hier wird jedoch auf den Einsatz von herausragenden Düsen 1 verzichtet. Düsenbohrungen oder Schlitze 18 und Gaskissenmulden 12 zur Gaszufuhr befinden sich direkt in den Gasverteilerrohren 11 (siehe die vergrößerte Darstellung in Fig. 6). Zum Aufbau eines Luftkissens sind die Gasverteilerrohre 11 entlang der Luftaustrittsöffnungen auf einer bestimmten Breite 19 flach, mithin parallel zu der Transportebene der Substrate 2, ausgeführt. Durch die Verwendung runder oder anders angeschrägter Gasverteilerrohre 11 wird erreicht, daß Bruchstücke in Zwischenräume 17', 17" oder 17''' fallen können. Weiterhin dargestellt ist eine mögliche Verankerung der Vorrichtung, zum Beispiel in einer Hochtemperaturanlage. Dazu werden Querträger 15 durch eine Umrandung 14 geführt und mit einer Dichtung 16 gegenüber der Außenatmosphäre abgedichtet. Die Fixierung der Querträger 15 erfolgt außerhalb der Anlage. Dies weist den Vorteil auf, daß bei temperaturbedingten Ausdehnungen in der Anlage die Positionierung des hier beschriebenen Verfahrens gewährleistet ist. Die Anordnung der Gasverteilerrohre 11 kann zueinander versetzt erfolgen. Dies weist den Vorteil auf, daß sich bei Substratbruch eine Rotation der großen Bruchstücke ergibt, die dann in die Zwischenräume 17', 17" oder 17''' fallen. Unterstützt wird diese Rotation durch eine leichte Schrägstellung der Begrenzungsleisten 13.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum kontaminationsfreien, kontinuierlichen oder getakteten Transport von scheibenförmigen Gegenständen (2), insbesondere Substraten oder Wafern, durch eine Behandlungsstrecke mittels Gas, das gegen die Unterseite der Gegenstände (2) strömt, gekennzeichnet durch innerhalb einer Transportbahn mit Gas beaufschlagbare Gasdüsen (1), die an ihrer Gasaustrittsseite in einer muldenförmigen Vertiefung (1.2, 12) ihres Düsenkörpers (1.1, 3, 8, 11) münden und so gegenseitig voneinander beabstandet sind, daß zwischen den Gasdüsen (1) jeweils ein nach unten reichender, zur Aufnahme von Abbruchteilen der scheibenförmigen Gegenstände (2) geeigneter Raum (7', 7", 7''', 17', 17", 17''') verbleibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüsen (1) in mindestens zwei Düsenreihen angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenreihen in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände (2) weisen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsstrecke auf Diffusionstemperatur aufgeheizt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörper (3, 8, 11) mehrere Gasdüsen (1) aufweisende Hohlkörper mit nach unten abgeschrägter oder abgerundeter Oberseite sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper an ihrer Oberseite flach ausgebildet sind und die Gasdüsen (1) und muldenförmigen Vertiefungen (12) in die Oberseite der Hohlkörper eingebracht sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörper (1.1) jeweils eine einzelne Gasdüse (1) aufweisende Hohlkörper sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenreihen jeweils in mindestens zwei Abschnitte unterteilt sind und die Abschnitte einer Düsenreihe gegenüber der oder den anderen Düsenreihen in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände (2) versetzt sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportbahn seitliche Führungsleisten (4', 4", 10', 10") hat, die zur Ebene der Transportbahn einen Winkel von <90° haben.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite der Transportbahn in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände (2) jeweils mindestens zwei Führungsleisten (4', 4", 10', 10") hintereinander angeordnet sind, wobei beide Reihen der Führungsleisten (4', 4", 10', 10") in Transportrichtung gegeneinander versetzt sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Transportbahn in deren Querrichtung gegenüber der Waagerechten geringfügig schräg gestellt ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Transportbahn in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände (2) geringfügig schräg nach unten verläuft.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Gasdüsen (1) in der Transportbahn Steuerdüsen angeordnet sind, deren Gasstrahl eine in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände (2) weisende Komponente aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht und in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände (2) gerichtete Querschnitt der muldenförmigen Vertiefungen (1.2, 12) der Gasdüsen (1) asymmetrisch ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüsen (1) so gestaltet sind, daß ihr Gasstrahl eine in Transportrichtung der scheibenförmigen Gegenstände (2) weisende Komponente aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenreihen so angeordnet sind, daß jeweils eine Düsenreihe unter einem Rand der scheibenförmigen Gegenstände (2) zu liegen kommt.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkörper (1.1, 3, 8, 11), Führungsleisten (4', 4", 10', 10") und weitere Teile der Transportbahn aus Quarzglas oder Keramik gefertigt sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Gegenstände Trägerplatten für ein zu behandelndes Transportgut sind.
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