DE202012005850U1 - Vorrichtung zum Halten von Halbleitersubstraten verschiedener Formen und Größen - Google Patents

Vorrichtung zum Halten von Halbleitersubstraten verschiedener Formen und Größen Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung aus hochtemperaturfesten Materialien wie z. B. Siliziumdioxid, Quarz oder Siliziumcarbid ausgeprägt durch wenige Quer- und geschlitzte Längsträger zum gleichzeitigen Halten und Transportieren von runden und eckigen Halbleiterscheiben (Wafern), gekennzeichnet dadurch, dass die Längsträger in der Frontalsicht an mindestens 4 Schnittpunkten der –45°- und +45°-Linie zur Senkrechten mit den Tangentialen an die verwendeten runden Waferformate positioniert sind.

Description

  • 1 GEBIET DER ERFINDUNG
  • 1.1 GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten von Halbleitersubstraten während der thermischen Behandlung in Oxidations- bzw. Diffusionsöfen. Insbesondere ist bei der Haltevorrichtung hervorzuheben, dass sie Halbleitersubstrate verschiedener Formen (rund, rechteckig und pseudo-rechteckig) und verschiedener Größen z. B. 25 × 25 mm2, 50 × 50 mm2, 100 × 100 mm2, 125 × 125 mm2, 156 × 156 mm2, 210 × 210 mm2, und größer; rund: 3, 4, 5, 6, 8 Zoll oder größer aufnehmen kann. Damit kann dieselbe Haltevorrichtung für alle Waferformate im gleichen Prozessrohr des Ofens genutzt werden.
  • 2 HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Zur Durchführung von Ofenprozessen werden Quarzboote verwendet. Je nach Waferformat benötigt man ein spezielles Quarzboot, in das die Wafer derart gelagert werden, dass ein Zerbrechen bei der Prozessierung vermieden wird.
  • Typischerweise werden für verschieden große und verschiedenformatige Wafer jeweils eine Type von Quarzboot verwendet.
  • Im Solarzellenbereich und Halbleiterbauelementebereich existieren folgende Waferformate:
    • • quadratisch bzw. pseudoquadratisch – 25 × 25 mm2 – 50 × 50 mm2 – 100 × 100 mm2 – 125 × 125 mm2 – 156 × 156 mm2 – 210 × 210 mm2
    • • rund – 3, 4, 5, 6, 8 Zoll – oder größer.
  • Für jeweils ein Waferformat und eine Wafergröße existieren entsprechende Boote wie z. B. im Patent „Trägerhorde aus Quarz”, Heraeus, Pat.-Nr. DE 1 964 699 , vom 20.07.1964, „Verfahren zum Herstellen von Horden aus Silizium oder Siliziumcarbid für Diffusionsprozesse”, Heraeus, Pat.-Nr. DE 2 322 952 , vom 07.05.1973, „Trägerhorde zur Aufnahme von Scheiben bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Anwendung des Diffusionsverfahrens”, Thermal-Quarz-Schmelze, Gebr.-Muster-Nr. DE 7 229 272 , vom 02.11.1972 und Offenlegungsschrift DE 10 2009 025 681 A1 , „Wafer-Kassettenvorrichtung und Verfahren zum gemeinsamen Bearbeiten von Waferstapeln und Kontaktschieber”, Fraunhofer-Gesellschaft, 23.12.2010.
  • Je nachdem wie viel Wafer in einem Prozess verarbeitet werden sollen, gibt es noch sogenannte Back-to-Back Boote mit geneigten Schlitzen, die die Anzahl der verarbeiteten Wafer verdoppelt. In diesen Booten werden jeweils 2 Wafer in einen Schlitz beladen. Die Schlitzneigung sorgt dafür, dass beide Wafer aneinanderliegen und die Diffusion jeweils nur auf einer Seite des Wafers stattfinden kann.
  • Boote mit schräg gestellten Schlitzen können heute gekauft werden und sind im Gebrauchsmuster DE 296 09 929 U1 , „Ständer zur Aufnahme von runden Scheiben”, Lömker, eingetragen 29.08.1996 und in 6, Patent WO 81/00681 , „Boat for Wafer Processing”, Lee, 17.09.1979 beschrieben.
  • 3 ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • 3.1 Problem
  • Für das Prozessieren der oben benannten Waferformate rund und quadratisch bzw. pseudoquadratisch ergibt sich, dass für jedes Format ein separates Boot benutzt werden muss. Dies bedeutet Bevorratung von vielen Booten, insbesondere wenn viele verschiedene Waferformate verarbeitet werden. Außerdem können nicht gleichtzeitig kleine und große Waferformate in einem Boot bzw. einem Prozeß gleichzeitig verarbeitet werden.
  • 3.2 Erfindung
  • Um das oben beschrieben Problem zu umgehen, wurde ein Boot entwickelt, in dem eckige und runde Wafer verschiedener Formate aufgenommen bzw. gehalten werden können.
  • Das hier beschriebene sogenannte Multi-Purpose-Boat ist in der Lage Wafer der Formate 25 × 25 mm2 bis 156 × 156 mm2 und gleichzeitig runde Formate von 3 und 6 Zoll aufzunehmen.
  • Die Erfindung besteht aus Quer- und Längsträgerelementen, die Schlitze zur Aufnahme der Wafer aufweisen. Das Material kann aus Siliziumdioxid, Quarz oder Siliziumcarbid oder aus anderen Materialen bestehen, die hohe Temperaturen im Bereich von 200–1300°C oder mehr dauerhaft aushalten, ohne sich plastisch zu verformen, siehe hierzu und .
  • Damit ist die parallele Prozessierung verschiedenster Waferformate in dem gleichen Prozeß möglich.
  • Beispielhaft ist hier eine Auslegungsvariante für ein horizontales Ofenrohr mit einem Durchmesser von 300–320 mm dargestellt. In einem Ofenrohr dieses Durchmessers lassen sich rechteckige Wafer mit maximaler Kantenlänge von 156 mm bzw. runde Wafer mit einem maximalen Durchmesser von 150 mm prozessieren. Dieses Boot besteht aus 2 Quer- und 6 Längsträgerelementen. Für größere Formate, wie eckige Wafer mit Kantenlänge von 210 mm oder größer oder runde Wafer mit Durchmessern von 8 bis 12 Zoll, dies entspricht 203 bzw. 304 mm, müssen die Maße des Bootes hochskaliert, weitere Quarzlängsträger und die Winkel entsprechend angepasst werden.
  • Um ein Boot in ein Ofenrohr einzubringen sind verschiedene Einfahrvorrichtungen vonnöten. Diese können aus einer Einfahrvorrichtung oder einem Paddel bestehen. Im Allgemeinen werden die Boote, die die Wafer aufnehmen und etwa für 50–100 Wafer ausgelegt sind, auf ein längeres etwa 800–1250 mm langes sogenanntes Langboot oder Longboat aufgesetzt, bevor sie in das Ofenrohr eingefahren werden. Desweiteren werden die Boote meist automatisiert durch ein Liftsystem auf obige Einfahrvorrichtung oder Paddel aufgesetzt. zeigt die Positionierung des Bootes auf den angedeuteten Rohren des Liftsystems bzw. der Einfahrvorrichtung oder des Paddel oder eines sogenannten Langboots.
  • Die grundlegende Idee der Erfindung ist die Ausführung und Position der Längsträger in einem Boot. Diese müssen auf einer 45°-Linie zur Senkrechten in der Frontalansicht derart positioniert werden, dass die Berührpunkte entsprechender runder und eckiger Wafer aufeinandertreffen.
  • Die Schlitze der Längsträger zur Aufnahme der Wafer müssen derart ausgeführt sein, dass die Waferkante nicht auf einem Punkt einer Kante des Längsträgerelements aufliegt. Dies ist der Fall, wenn der Schlitz in der Frontalsicht des Bootes im Winkel von 45° ausgeführt ist und ein runder Wafer gehaltert wird. Diese Situation führt unter thermischer Belastung zu Brüchen der Wafer.
  • Im Allgemeinen muss der Berührpunkt für runde Wafer möglichst auf einer tangential angeordneten Auflagelinie aufliegen bzw. für eckige Wafer die Kante auf einer parallelen Auflagelinie liegen, siehe hierzu .
  • Die Ausführung der Schlitze der Längsträgerelemente hängt von Ihrer Position ab – Oben, Mitte, Unten –, siehe hierzu .
  • 4 Beschreibung der Abbildungen
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Die Abbildungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • : Dreidimensionale Ansicht des Multi-Purpose Boot für runde und eckige Waferformate bis 156 mm Kantenlänge bzw. 150 mm Durchmesser.
  • : Aufsicht auf das hier beschriebene Boot.
  • : Frontansicht des Bootes mit angedeuteten Trägerrohren eines sogenannten Langbootes oder Einfahrmaschine und Liftsystems.
  • : Seitenansicht des Bootes.
  • : Schnitt A-A – Frontalansicht mit eingezeichneten eckigen Waferformaten von 25 × 25 mm2 bis 156 × 156 mm2 und von 3 und 6 Zoll runden Wafern.
  • : Schnitt B-B: Frontalansicht mit Einzelheiten C, D und E.
  • : Einzelheit C zeigt die Dimensionen und Winkel für den Einschnitt/Schlitz im oberen Längsträger in einem Querschnitt.
  • : Einzelheit D zeigt die Dimensionen und Winkel für den Einschnitt/Schlitz im mittleren Längsträger in einem Querschnitt. Hervorzuheben sind hier die 3 Teilflächen für die Waferauflagen für eckige Wafer, 3 Zoll und 6 Zoll rund.
  • : Einzelheit E zeigt die Dimensionen und Winkel für den Einschnitt/Schlitz im unteren Längsträger in einem Querschnitt.
  • : Einzelheit F zeigt die Dimensionen für den Einschnitt/Schlitz für alle Längsträger in einer Aufsicht.
  • : Einzelheit G zeigt die Auflagepunkte von runden und eckigen Wafern für alle drei Längsträger in einem Querschnitt.
  • : Einzelheit H zeigt die der Waferrundung entgegengesetzte runde Ausformung für den Einschnitt/Schlitz im Längsträger in einem Querschnitt für beliebig viele Waferformate (hier nur 4 dargestellt).
  • 5 Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • Im Allgemeinen ergeben sich die Maße und Winkel aus den einzusetzenden Wafergrößen. Exemplarisch wird hier die Ausführung für eckige 25 × 25 mm2, 50 × 50 mm2, 100 × 100 mm2, 125 × 125 mm2, 156 × 156 mm2 Wafer und für runde 3 und 6 Zoll Wafer beschrieben.
  • Die Schlitze müssen für die Auflage der runden und eckigen Wafer in der Frontalansicht unter verschiedenen Winkeln eingeschliffen werden. Für das obere Längsträgerelement ergeben sich zwei Auflageflächen mit einem Winkel von 45° und 23° (45° – 22° = 23°) zur Senkrechten angeordnet sein, siehe .
  • Für das mittlere Längsträgerelement ergeben sich drei Auflageflächen, die mit einem Winkel von 45° und 20° (45° – 25° = 20°) zur Senkrechten und 30° zur Waagerechten angeordnet sind, siehe .
  • Für das untere Längsträgerelement ergeben sich zwei Auflageflächen mit einem Winkel von 45° und 20° (45° – 25° = 20°) zur Senkrechten angeordnet sein, siehe .
  • Der Schlitzabstand (pitch) wird mit 4,75 mm definiert, kann aber, um die Waferanzahl zu erhöhen auf z. B. auf 2,7 mm oder 2,0 mm (half pitch) verringert werden, die Schlitzbreite von 1,5 mm hat einem Schwankungsbereich von ±1 mm und eine ±Toleranz von 0,5 mm. Siehe hierzu .
  • Zusätzlich bietet dieses Boot die Möglichkeit zusätzlich zu 50 großformatigen Wafern 7 Wafer beliebigen Formats aus der Gruppe für eckige 25 × 25 mm2, 50 × 50 mm2, 100 × 100 mm2, 125 × 125 mm2, 156 × 156 mm2 Wafer und für runde 3 und 6 Zoll Wafer mit zu prozessieren und auf diesen ein Prozeßmonitoring des Schichtwiderstands, der Ladungsträgerlebensdauer und anderer Messgrößen durchzuführen. Dies ist insbesondere bei Diffusionsprozessen für die Messung des Schichtwiderstands relevant [7]
    • [7]
    M. Spitz, U. Belledin, S. Rein, Fast Inductive Inline Measurement of the Emitter Sheet Resistance in Industrial Solar Cell Fabrication, Proceedings of the 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, 2007.
    .
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 1964699 [0005]
    • DE 2322952 [0005]
    • DE 7229272 [0005]
    • DE 102009025681 A1 [0005]
    • DE 29609929 U1 [0007]
    • WO 81/00681 [0007]

Claims (4)

  1. Eine Vorrichtung aus hochtemperaturfesten Materialien wie z. B. Siliziumdioxid, Quarz oder Siliziumcarbid ausgeprägt durch wenige Quer- und geschlitzte Längsträger zum gleichzeitigen Halten und Transportieren von runden und eckigen Halbleiterscheiben (Wafern), gekennzeichnet dadurch, dass die Längsträger in der Frontalsicht an mindestens 4 Schnittpunkten der –45°- und +45°-Linie zur Senkrechten mit den Tangentialen an die verwendeten runden Waferformate positioniert sind.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzausprägung durch tangentiale Auflagelinien für runde Wafer und parallele Auflagelinien für eckige Wafer gemäß den in dem jeweiligen Schlitz anliegenden Waferformaten definiert ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in der die Schlitzausprägung durch eine entgegen der Waferrundung polygonartige oder gerundete Auflagefläche gemäß einer großen oder beliebigen Anzahl n in dem jeweiligen Schlitz anliegenden Waferformaten definiert ist.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 mit einer Waferanzahl von mehr als 50 Wafern für die Prozesskontrolle.
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