DE2023384A1

DE2023384A1 - System zur kontinuierlichen Bearbeitung von Werkstücken insbesondere von Halbleiterscheibchen

Info

Publication number: DE2023384A1
Application number: DE19702023384
Authority: DE
Inventors: Edward George Wappinger Falls; Lyons Vincent James Poughkeepsie; N.Y. Grochowski (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-05-19
Filing date: 1970-05-13
Publication date: 1970-11-26
Also published as: US3602192A; GB1303855A; FR2046220A5; JPS4833150B1

Description

IBM Deutschland Internationale Bäro-Maechinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 12. Mai 1970
bu-rz

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 968 069

System zur kontinuierlichen Bearbeitung von Werkstücken insbesondere von Halbleiterscheibchen

Die Erfindung betrifft ein System zur kontinuierlichen Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Halbleiter, in aufeinanderfolgend unterschiedlichen Prozeßgasatmosphären unter Isolation der
Prozeßgasatmosphären sowohl untereinander als auch gegen Außenatmosphäre.

Bei einer kontinuierlichen Bearbeitung von Werkstücken durch unterschiedliche Prozeßgasatmosphären werden die Werkstücke aufeinanderfolgend von einer Kammer mit einer bestimmten Prozeßgasatmosphäre in eine andere Kammer völlig unterschiedlicher Prozeßgasatmosphäre transportiert, so daß hierbei die Gefahr besteht, daß
Gasanteile der einen Prozeßgasatmosphäre in die andere Prozeßgasatmosphäre eindringen, was zu äußerst schädlichen Wirkungen führen kann.

Um nun die Gefahr der Vermischung der Gase in aneinanderstoßenden Verarbeitungszonen herabzusetzen sind bei bisher beschriebenen
Verfahren ähnlicher Art Trennzonen verwendet worden, die eine ausreichende Trennung zwischen zwei benachbarten Prozeßgasatmosphären gewährleisten können. In einer solchen Trennzone werden üblicherweise gewissermaßen Gasvorhänge angewendet, die aus einem dritten Gas bestehen, das tür beide Prozeßgase unschädlich ist. Wenn auch diese Verfahren bekannter Art für die jeweils vorgesehenen Zwecke, ausreichende Problemlösungen darstellten, so ist es doch bei der

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Halbleiterfertigung in keiner Weise ausreichend in bisher bekannter Weise vorzugehen, da hierbei die Reinheitsanforderungen ungleich höher gestellt sind, da schon geringste Verunreinigungen Änderungen in den Halbleitercharakteristiken herbeiführen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin,, ein oben beschriebenes System zu schaffen, das höchsten Reinheitsanforderungen vollauf genügt, so daß auch eine Halbleiterherstellung hiermit möglich ist. Gleichzeitig soll die Transportgeschwindigkeit bei diesem System nicht unnötig herabgesetzt sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur jeweiligen Isolation eine Isolationskammer dient, die den zu- und abgeführten Werkstücken, gegebenenfalls mitsamt den hierzu erforderlichen Transportelementen angepasste, doi» zur Minimalisierung von Prozeßgasentweichung möglichst formschlüssige öffnungen, in den im Zuge des Werkstücktransportweges befindlichen■Karamerwänden besitzt, und daß die freien Oberflächen der hindurchtransportierten Werkstücke sowie gegebenenfalls der zugeordneten Transportelemente einem Reinigungsgasstrom ausgesetzt sind, indem in der Isolationskammer senkrecht sum Transportweg ein Gas-Einlaßstutzen sowie ein Gas-Auslaßstutzen angeordnet sind.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorge=* sehen, daß die auf einer Schiene, die durch den bzw, die Gas-Auslaßstutzen gehalten ist, vorgeschobenen Transportelemente mit einer Schmalseite durch die in-der Mitte der Isolationskammer an ihrem unteren Ende gelegte Schiene geführt sind, so daß die beiden Seitenfläche mit den hierauf in entsprechend angepassten Ausnehmungen angebrachten Werkstücken dem über Gas-Einlaßstatzen sageführten Reinigungsgasstrom ausgesetzt sind_o

Jedes geringfügige Entweichen won Gasen in benachbarte Atmos= phären, was bisher gur Vergiftung dieser Atmosphären beigetragen hat, wird nun dank d©r Erfindung iiialaialisiert nnä swar durch die vorg©s@i&®n@n formsofelissigea öffirangea Im d©a Isolationskammer- waactasKjea _β ell© mir äößorst gering®» SpielEaasi zwischen der jeweiligem offaoaggibog^^Bsimg iiad den hindur©hg©führt©n Werkstücken IjsWo daran Transport©!©SKiiSicgsi fsf@ilSsBt_p unä nicht suletst ctach Doeket Fl 963 O<5§>

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die hindurchgeblasenen Reinigungsgase. Durch diese Reinigungsgasströmung werden die in unvermeidlicher Weise mitgerissenen Gasreste von den hindurchtransportierten Oberflächenbereichen fortgeblasen und über die Auslaßstutzen mit dem Reinigungsgasstrom abgeführt. Hinzu kommt noch, daß durch die Reinigungsgasströmung eine Art Diffusionspumpenwirkung ausgeübt wird, indem nämlich die mit dem Transport mitgerissenen Prozeßgasreste in die Reinigungsströme eindiffundieren.

In vorteilhafter Weise ist nun weiterhin vorgesehen, daß an den Ein- und Ausgängen des Systems jeweils mehrere Isolationskammern angebracht sind.

Jedes Transportelement wird also sozusagen aufrechtstehend durch die Prozeßgasatmosphären hindurchtransportiert und ist so bemessen, daß es vier Werkstücke bzw. vier Halbleiterscheibchen auf jeder Seite transportieren kann.

Die Transportelemente hßbsr. runde Ausnehmungen, in die die Werkstücke bzw. die Halbleiterscheibchen in der Weise eingelegt sind, daß sie nicht über die Ränder der Ausnehmungen hervorstehen. Die obere Schmalseite der Transportelemente ist vorzugsweise so geformt, daß sich der angeblasene Reinigungsgasstrom leicht in zwei Pfade aufteilen kann, so daß beide Seitenflächen der Transportelemente dem Reinigungsgasstrom ausgesetzt sind.

Die Transportelemente sind vorzugsweise als Substrattransportglieder ausgebildet, die an ihren Enden gelenkartig miteinander verbunden sind, so daß eine Endloskette hiervon gebildet wird, was bei Verwendung einer automatisierten Auffüllstation und Entnahmestation weiterhin von Vorteil ist.

Weitere Vorteile und Teilaufgaben der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels das in den unten aufgeführten Zeichnungen dargestellt ist, und aus den Patentansprüchen.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das Bearbeitungssystem zur

kontinuierlichen Bearbeitung von Werkstücken unter Ausnutzung der Erfindung,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Darstellung nach Fig. 1 und zwar den Teil zwischen den Pfeilen 2-2,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 2 gezeigten Abschnittes,

Fig. 4 einen Querschnitt zwischen den Pfeilen 4-4 in Fig. 3 des Werkstücktransportschlittens mit seiner Führung,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Verarbeitungsröhre zwischen den Pfeilen 5-5 in der Zeichnung nach Fig. 3.

In der Anordnung nach Fig. 1 ist ein staubfreier Tisch 11 vorgesehen, in dessen Mitte eine im Schnitt gezeigte Abzugshaube 12 montiert ist, die gleichzeitig zur Halterung einer Aufdampfreaktorröhre 14 sowie einer Aufbereitungsreaktorröhre 16 dient.

Die Aufdampfreaktorröhre 14 enthält eine zylindrische Röhre, bestehend aus dem Mittelteil 18, das aus Quarz oder dergleichen hergestellt ist, und den beiden Endteilen 20, 20* aus einem Material wie Stahl. Die Stahlendteile 20, 20' sind mit dem Quarzmittelteil 18 an den Querschnittsstellen 22 und 22* verbunden. Eine Hochfrequenz-Heizspule 24 umgibt den Quarzmittelteil 18 zum Zwecke einer induktiven Heizung. Gas-Einlaß- und Gas-Auslaßstutzen 26 befinden sich weiterhin im Quarzmittelteil 18 und werden weiter unten noch näher beschrieben.

Die Aufbereitungsreaktorröhre 16 für die Substrate ähnelt in ihrem Aufbau der Aufdampfreaktorröhre 14, nur daß sie viel kürzer ist. Die Aufbereitungsreaktorröhre 14 besteht demnach ebenfalls aus einer zylindrischen Röhre mit einem Mittelteil 28, der aus

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Quarz besteht und zwischen den beiden Endteilen 30, 30' aus Stahl angeordnet ist. Diese Stahlendteile 30, 30* sind mit dem Quarzmittelteil 28 an den Schnittlinien 32, 32' verbunden. Eine Hochfrequenz-Heizspule 34 umgibt den Quarzmittelteil 28, so daß auch hier eine induktive Heizung stattfindet. Die Gas-Einlässe und -Auslässe 36 befinden sich hier ebenfalls im Mittelteil 28.

Eine Endlossubstrattransportkette 38, bestehend aus den einzelnen Substrattransportgliedern 40, wird in ührzeigerrichtung mit Hilfe einer Antriebstrommel 42 bewegt.

Der Weg der Substrattransportkette 38 aus der Auffüllstelle zur Entladestelle geht durch die Aufdampfreaktorröhre 14 um die Trommel 44 über die Mitlaufräder 46 durch die Aufberextungsreaktorröhre 28 über die Mitlaufräder 48 und zurück zur Antriebstrommel 42 an der Auffüllstelle.

In Fig. 2 ist der Quarzmittelteil 18 der Aufdampfreaktorröhre 14 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Wie ersichtlich ist die Aufdampfreaktorröhre 14 in verschiedene Zonen 49 eingeteilt und zwar in die Spülzone, in die Ätzzone, in die Abscheidungszone und in die Oxydierungszone.

Die Zonen sind voneinander durch Isolationskammern 50 getrennt, . ™ indem entsprechende Zwischenwandungen 52, 52* in die Reaktorröhre eingezogen sind. Diese Isolationskammern 50 besitzen jeweils einander gegenüberliegende Einlaßstutzen 54 und Auslaßstutzen 56 für die Durchleitung unschädlicher Reinigungsgase senkrecht zur Beförderungsrichtung der Substrate. Jeweils an den Enden der Aufdampfreaktorröhre 14 befindet sich eine größere Anzahl solcher Ieolationskammern 51. Außerdem sind jeweils in den Prozeßzonen Einlaßstutzen 58 und Auslaßstutzen 6Ö zur Beaufschlagung der Prozeßzonen mit den jeweiligen Prozeßgasen vorgesehen.

In Fig. 3 sind Teile zweier benachbarten Prozeßzonen 49 gezeigt, die durch eine Isolationskammer 50 voneinander getrennt sind. In dieser Darstellung ist mit 62 eine aus Quarz bestehende Schiene

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bezeichnet, die durch alle Prozeßzonen 49 and Isolationskammern ■50 hindurchläuft und sich somit über die gesamte Länge der Aufdampfreaktorröhre 14 erstreckt. Diese Quarzschiene 62 besitzt eine rechteckige Längsnut' 68 und wird jeweils durch Zwischenwandungen 52, 52' der Isolationskammern gehalten und zwar, wie hier gezeigt, an den Punkten 64, 64'.

Die Substrattransportglieder 66 bestehen aus Graphit oder dergl«, und besitzen an ihren Enden in Transportrichtung gesehen, Gelenkelemente, die bei aneinanderstoßenden Enden aufeinanderfolgender Substrattransportglieder derart angepasst sind, daß durch einen Führungszapfen 74 die Gelenkelemente 70 und 72 zweier benachbarter Substrattransportglieder 66 gelenkig miteinander verbunden werden und so die Transportkette 38 gebildet ist. Die Substrattransportglieder 66 besitzen weiterhin kreisförmige Ausnehmungen 76 und zwar zu beiden Seiten, um die Werkstücke 78, insbesondere Halbleiterscheibchen, aufnehmen zu können«

Die Isolationskammerwandungen 52, 52" weisen die Schlitze 80, 80' auf, damit die Substrattransportglieder durch diese Isolationskammern 50 wandern können.

Das Prozeßgas wird über den Einiaßstutzea 58, wie bereits gesagt, jeder Prozeßzone zugeführt, strömt dann längs dieser Zone über die sich bewegenden Substrattransportglieder mit dem Werkstücken 78 um dann über den jeweiligen Auslaßstut^en 60 wieder abgesogen zu werden« So wie die Substrattransportglisder 66 durch die Begrenz ungswände 52 transportiert werden, läßt es sich nicht vermeiden, daß diese Substrattranspörtglieder SG kleine- Meagen des Gases mit sich reißen, die entweder auf der Oberfläche der Substrattransportglieder oder Werkstücke haften und-in den Ausnehmungen 76 in dea Zwisshearaamen %vl den Werkstücken verbleiben»

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B \y ^ö* ^V

Substrattransportglieder 66 geblasen. Dank dem entsprechend gekrümmten Oberflächenteil 67 (Fig. 4) der Substrattransportglieder 66 teilt sich der so zugeführte Reinigungsgasstrom in zwei getrennte Pfade auf, so daß die Substrattransportglieder 66 zu beiden Seiten beblasen werden und damit die hieran jeweils angeordneten Werkstücke 78 mit dem Ergebnis, daß mitgerissene Gasreste fortgeblasen und mit dem Reinigungsgas über den Auslaßstutzen 56 abgezogen werden. Die so geteilte Gasströmung durch die Isolationskammer 50 stellt gewissermaßen einen dynamischen Dichtungsabschluß zwischen zwei benachbarten Prozeßzonen dar.

Das in Fig. 4 im Schnitt gezeigte Substrattransportglied 66 besitzt einen Fuß 82, der der Rechtecknut 68 der Quarzschiene 62 angepasst ist, so daß das Substrattransportglied 66 längs der Quarzschiene 62 gleiten kann. Die kreisförmige Ausnehmung 76 im Substrattransportglied 66 besitzt eine geneigte Werkstücksauflagefläche 84 und am unteren Ende eine kreisbogenförmig verlaufende Nut 88 mit einer Begrenzung 86, so daß das Werkstück 78 in zweckmäßiger Weise im Substr?·tf;ansportglied 66 gehaltert wird.

Die in Fig. 5 gezeigte Querschnittsdarstellung zeigt ein Substrattransportglied 66, das sich im Schlitz 80 einer der Isolierkammerendwände 52 befindet. Schlitz 80, der in seiner Form mit Schlitz 80* identisch ist, läßt einen freien Zwischenraum von 1 mm zwischen ™ der Innenseite des Schlitzes 80 und der Oberfläche des Substrattransportgliedes 66. Es hat sich gezeigt, daß dank dieser Konstruktion und der Anordnung der Isolationskammern die jeweils durch die Schlitze 80, 8.0' mitgerissenen Gasreste auf einem Minimum gehalten werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. System zur kontinuierlichen Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Halbleiter, in aufeinanderfolgend unterschiedlichen ProzeBgasatmosphären unter Isolation der Prozeß- gasatnosphären sowohl untereinander als auch gegen Außenatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß zur jeweiligen Isolation eine Isolationskammer (50 oder 51) dient, die den zu- und abgeführten Werkstücken (78) gegebenenfalls mitsamt den hierzu erforderlichen Transportelementen (66) angepasste, d.i. zur Minimalieierung von ProzeBgasentweichung möglichst formschlüssige öffnungen (80, 80') in den im Zuge des Werkstücktransportweges befindlichen Kammerwänden (52, 52') besitzt, und daß die freien Oberflächen der hindurchtransportierten Werkstücke (78), sowie gegebenenfalls der zugeordneten Transportelemente (66) , einem Reinigungsgasstrom ausgesetzt sind, indem in der Isolationskammer (5O oder 51) senkrecht zum Transportweg ein Gas-Einlaßstutzen (54) sowie ein Gas-Auslaßstutzen (56) angeordnet sind.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Schiene (62), die durch den bzw. die Gas-Auslaßstutzen (56) gehalten ist, vorgeschobenen Transportelemente (66) mit einer Schmalseite durch die in der Mitte der Isolationskammer (50) an ihrem unteren Rand gelegte Schiene (62) geführt sind, so daß die beiden Seitenflächen mit den hierauf in entsprechend angepassten Ausnehmungen (76) angebrachten Werkstücken (78) dem über Gas-Einlaßstutzen (54) zugeführten Reinigungsgasstrom ausgesetzt sind.

3. System mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ein- und Ausgängen des Systems jeweils mehrere Isolationskammern (51) angebracht sind.

4. System mindestens nach Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßzonen (49) mit jeweils unterschiedlicher Prozeßatmosphäre und die dazugehörigen Iso-

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1ationszonen (50, 51) in einer Reaktorröhre (z.B. 18) untergebracht sind, in der die senkrecht zum Transportweg liegenden Isolationskammerwandungen (52) gleichzeitig als Trennwände dienen.

5. System mindestens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktorröhre (18), die Trennwände (52) und die Transportschiene (62) aus Quarz bestehen.

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