DE3829159C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Halbleiterscheibchen während einer thermischen Behandlung, beispielsweise in einem Quarzglasrohr, umfassend einen sich im wesentlichen auf einem Untergrund am Be­ handlungsort über Stützen abstützenden, beidseitig durch Endplatten in Längsrichtung begrenzten Trägerkörper, auf dem im wesentlichen flächenparallel voneinander beabstandet die Halbleiterscheibchen aufnehmbar sind, wobei die Stützen von der einen zur anderen Endplatte verlaufend angeordnet sind, mit einer Mehrzahl im wesentlichen zueinander paralleler Schlitze zur stützenden Aufnahme der Halbleiterscheibchen versehen sind und zwischen den Endplatten wenigstens ein stangenförmiges Verbindungselement vorgesehen ist, das mit einer Mehrzahl im wesentlichen zueinander beabstandeter paralleler Schlitze zur stützenden Aufnahme der Halbleiterscheibchen versehen ist.

Eine Vorrichtung dieser Art ist bekannt (CH-PS 5 70 700). Halbleiterscheibchen bzw. Wafer, aus denen Halbleiter­ bauelemente wie integrierte Schaltkreise in späteren Herstellungsvorgängen gefertigt werden, müssen vor bzw. zwischen einzelnen Fertigungsschritten einer thermischen Behandlung unterzogen werden, bei der Temperaturen bis zu 1200°C auf die Wafer einwirken. Die thermische Be­ handlung muß zudem in einer fremdstofffreien, hochreinen Atmosphäre stattfinden, um jeglichen unkontrollierten Einbau von Fremdatomen und Fremdmolekülen in die zu be­ handelnden Wafer zu vermeiden. Aus diesem Grund eignen sich in der Regel keine anderen Materialien zum Aufbau der Vorrichtungen zur Aufnahme von Wafern der hier be­ schriebenen Art als Quarzglas.

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, daß diese sich infolge des beträchtlichen Eigengewichts einerseits und einer Vielzahl von Wafern auf der Vorrichtung ande­ rerseits infolge der thermischen Behandlung wegen der Zunahme der Viskosität erheblich verformen. Es ist an sich bekannt, daß Quarzglas mit zunehmender Temperatur seine Viskosität verändert und daß sich infolge des be­ trächtlichen Gewichtes, den beispielsweise eine Vielzahl von Wafern auf eine Vorrichtung zur Aufnahme dieser Wafer aus Quarzglas ausüben, die Vorrichtung erheblich verformen kann, insbesondere dann, wenn beispielsweise eine zur Behandlung der Wafer bestimmungsgemäß zu er­ reichende Temperatur von 1200°C erreicht worden ist.

Bei der bekannten Vorrichtung ist neben zwei unteren parallelen stangenförmigen Verbindungselementen ein weiteres paralleles stangenförmiges Verbindungselement­ paar vorgesehen, das in etwa auf der gleichen Radiuslinie eines in die Vorrichtung eingestellten Wafers liegt, d. h. vom Mittelpunkt des in der Regel kreisförmigen Wafers jeweils gleichen Abstand hat. Die stangenförmigen Verbindungselemente zwischen den beiden Endplatten der bekannten Vorrichtung weisen einen identischen Aufbau mit kreisförmigem Querschnitt auf.

Im Falle einer thermischen Behandlung der mit Wafern beladenen bekannten Vorrichtung kann praktisch die Vor­ richtung um den Betrag der Dicke eines dortigen Rohr­ abschnitts infolge der thermisch bedingten Viskositäts­ erhöhung einknicken, was schon genügt, um eine beträchtliche Zahl von Wafern, die in der Vorrichtung aufgenommen werden, zu beschädigen. Dieses bedeutet aber ein auf keinen Fall hinzunehmendes Ausschußpotential.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor­ richtung aus Quarzglas zur Aufnahme von Wafern zu schaffen, die eine zuverlässige Positionierbarkeit der Wafer ohne gegenseitige Berührung und Beschädigung während der thermischen Behandlung gestattet, die es darüber hinaus ermöglicht, daß die Wafer nach Abschluß der thermischen Behandlung ohne jede Schwierigkeit und Be­ schädigung entfernt werden können, so daß eine weitgehend ausschußfreie thermische Behandlung möglich ist, und die leicht und kostengünstig herstellbar ist.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß eine geringfügige Verformung der Stützen infolge der thermischen Behandlung der Wafer nicht zu einem Festklemmen der Wafer in den Schlitzen der Stützen führt, da bei einer Hochtemperaturbehandlung von bis zu 1200°C ein Einknicken nicht mehr befürchtet zu werden braucht und es somit auch nicht zu einer Ver­ klemmung der Wafer in den Schlitzen der Stützen kommt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die im stangenförmigen Verbindungselement und an den beiden beidseitig dazu verlaufenden Stützen aus­ gebildeten Schlitze eine im wesentlichen gleiche Schlitztiefe, gerechnet vom Mittelpunkt eines darin auf­ genommenen kreisförmig ausgebildeten Halbleiterscheibchens auf. Bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung wird die von den Wafern infolge ihres Gewichts auf die Vor­ richtung ausgeübte Kraft nicht nur in das Verbindungs­ element eingeleitet, sondern auch in die beiden Stützen. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung gestattet aber eine sichere Aufnahme kreisförmig ausgebildeter Wafer.

Vorteilhafterweise weist das Verbindungselement einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf; es sei aber darauf hingewiesen, daß grundsätzlich jede beliebige andere Querschnittsform, falls es beispielsweise kon­ struktionsbedingt nötig ist, verwendet werden kann.

Um der infolge der Erhöhung der Viskosität bei hohen Temperaturen zunehmenden Labilität der Vorrichtung noch stärker entgegenwirken zu können und auch dabei eine hinreichend stabile Konstruktion zu erhalten, ist vor­ teilhafterweise zwischen den beiden Endplatten eine Mehrzahl von die Stützen und das Verbindungselement im wesentlichen quer verbindenden Querriegeln vorgesehen. Die Querriegel können dabei, das oder die Verbindungs­ elemente zwischen sich in einem Abstand einschließend, im wesentlichen parallel zu einem durch die Vorrichtung aufgenommenen Wafer gebogen sein. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Abschnitte des Querriegels zwischen der Stütze und einem Verbindungselement, zwischen zwei benachbarten Verbindungselementen und dem auf der anderen Seite anschließenden Abschnitt des Querriegels zwischen einem Verbindungselement und einer Stütze jeweils durch im wesentlichen ebene Flächen aufweisende Quer­ riegelabschnitte zu bilden.

Der Querriegel selbst ist gemäß einer weiteren vorteil­ haften Ausgestaltung der Erfindung aus einer Flachmaterialstrebe ausgebildet, wobei eine beliebige, geeignet wählbare Mehrzahl an Querriegeln, je nach Ab­ hängigkeit von der Länge der Vorrichtung insgesamt, zwischen den Stützen und dem Verbindungselement bzw. den Verbindungselementen angeordnet sein kann.

Vorzugsweise sind die zu einem Abstütz-Untergrund wei­ senden Seiten der Stützen im Querschnitt abgerundet, was beispielsweise dann sinnvoll ist, wenn die Vorrichtung in ein Quarzglasrohr eingeschoben sich auf der konvexen Innenfläche des Quarzglasrohres abstützt und dies nicht beschädigt werden soll. Es sei auch darauf hingewiesen, daß es grundsätzlich möglich ist, die Stützen in einer beliebigen Form auszubilden, die im Querschnitt rechteckige Ausbildung mit den schmalen Querschnittseiten auf einem Untergrund abgestützt schafft jedoch verhältnismäßig hohe Stabilität auch bei einer hohen Behandlungstemperatur der Wafer.

Die Schlitze in den Verbindungselementen und in den Stützen werden nach ihrer Fertigstellung mittels span­ abhebender Bearbeitung eingebracht, z. B. durch Fräsen oder Schleifen. Zwangsweise bildet sich dabei ein gewisser Grat an den Kanten der Schlitze. Einher mit dem Schleifen der Schlitze geht eine verhältnismäßig rauhe Ausbildung der Oberfläche der Schlitze nach ihrer Fertig­ stellung. Um den Grat und die rauhe Oberfläche, die infolge der Beschädigungsmöglichkeit sehr nachteilig für die Halterung der Wafer in den Schlitzen wäre, zu be­ seitigen, weisen die Schlitze im Verbindungselement bzw. in den Verbindungselementen und in den Stützen eine flammenpolierte Oberfläche auf, wobei im Zuge des Flammenpolierverfahrens die scharfen Kanten der Schlitze zur Oberfläche des Verbindungselements bzw. zur Stütze und der sich daran ursprünglich befindliche Grat gebrochen bzw. entfernt werden. Gleichzeitig wird auch die Oberfläche der Schlitze durch geringfügiges Anschmelzen des Glases poliert.

In typischen thermischen Behandlungsöfen für Wafer ist zur Schaffung einer hochreinen Quarzglasatmosphäre in der Regel ein Quarzglasrohr mit kreisförmigem Durchmesser vorhanden, in das die hier beschriebene Vorrichtung zusammen mit den darauf angeordneten Wafern hineingesetzt wird. Für das Hineinsetzen der Vorrichtung sind unterschiedliche Einfahrsysteme vorhanden, die in ver­ tikaler Richtung zum Anheben und Absenken der Vorrichtung im Quarzglasrohr geeignet sind. Zu diesem Zweck dient bei einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung zu ihrer Unterstützung für die Überführung an einen Be­ handlungsort die Unterseite von wenigstens zwei voneinander beabstandeten Verbindungselementen, an die sich beispielsweise eine vertikal bewegbare Trägereinrichtung eines Einfahrsystems anschmiegen kann.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weisen schließlich die Endplatten an ihrer unteren Stirnseite zwei seitliche Vorsprünge auf, zwischen denen sich eine Trägereinrichtung, die auch in diesem Fall im wesentlichen vertikal hin und her bewegbar ist, abstützen kann.

Aus der DE-Gbm 80 21 868 ist eine Trägerhorde für Wafer bekannt, die querverlaufende Traversen in Form zweier Quarzglasrohre aufweist, die in den Endbereichen der dort längsverlaufenden unteren Stäbe angeordnet sind. Infolge der gleichen Ausbildung wie die längsverlaufenden Streben weisen diese ein in etwa gleiches Viskositäts- und damit gleiches Verformungsverhältnis auf wie die längsverlaufenden Verbindungselemente mit der Folge einer nachteiligen Verformung bei den hohen Behandlungs­ temperaturen für Wafer.

Aus der US-PS 40 53 294 ist eine Vorrichtung bekannt, die aus einer Mehrzahl von einzelnen stabförmigen Ver­ bindungselementen mit quadratischem Querschnitt besteht. Diese Vorrichtung weist weder Endplatten noch zwischen den Endplatten verlaufende, im wesentlichen rechteckige Stützen auf.

Aus der EP-A-00 56 326 ist schließlich eine Vorrichtung bekannt, mit der Wafer beschichtet werden sollen, und zwar in einem halb- oder vollzylindrischen Quarzglas­ behälter, der an seinem oberen Ende bei halbzylindrisch ausgeführter Form Führungen aufweist, die geeignet ge­ schlitzt ausgebildet sind. Am Boden des halbkreisförmig ausgebildeten Teils ist ebenfalls eine Schiene angeordnet, die entsprechend ausgebildete Schlitze aufweist, so daß ein in das halbkreisförmige Teil eingestellter Wafer auf der Bodenschiene in dem dortigen Schlitz sitzt und in den Schlitzen der beidseitigen Führungen abgestützt wird. Das Vorrichtungsteil zur Beschichtung der Wafer besteht somit aus einem Halbrohr, das im Falle des Be­ schichtungsvorganges mit einem oberen Halbrohr abgedeckt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach­ folgenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 3 durch eine sich in einem kreisförmigen Quarzglasrohr befindliche Vorrichtung in der Ansicht auf eine Endplatte der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 im Ausschnitt, mit einer gegenüber der Darstellung von Fig. 1 unterschiedlich ausgebildeten Trägereinrichtung eines Einfahrsystems,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung in einem gegenüber der Darstellung von Fig. 1 und 2 ver­ kleinerten Maßstab,

Fig. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1 und

Fig. 5 im Schnitt eine Detailansicht der Schlitze zur Aufnahme der Wafer.

Die Vorrichtung 10, vgl. insbesondere dazu Fig. 3, be­ steht im wesentlichen aus zwei voneinander parallel beabstandeten Endplatten 16, 17 und, bei der hier be­ schriebenen Ausführungsform, aus zwei stangenförmigen Verbindungselementen 18, 19, die im wesentlichen vonein­ ander beabstandet und im wesentlichen rechtwinklig mit ihren Stirnseiten mit den Endplatten 16 und 17 verbunden sind. Darüber hinaus besteht die Vorrichtung 10 aus zwei jeweils dem einen und dem anderen Verbindungselement 18, 19 benachbarten Stützen 14, 15, die ebenfalls stangenför­ mig ausgebildet sind und, ebenso wie die Verbindungsele­ mente 18, 19, im wesentlichen rechtwinklig mit ihren Stirnflächen an die Endplatten 16, 17 angeschlossen sind.

Sowohl die Verbindungselemente 18, 19 als auch die Stüt­ zen 14, 15 sind mit einer Mehrzahl von Schlitzen 20, 21 versehen, wobei jeweils ein zueinander gehöriges Schlitz­ quartett, bestehend aus zwei Schlitzen 20 in den beiden Stützen 14, 15 und Schlitzen 21 in den beiden Verbin­ dungselementen 18, 19, zu den Endplatten 16, 17 einen gleichen Abstand haben, vgl. dazu auch die Darstellung von Fig. 4. Auf diese Weise wird eine jeweils aus dem vorbezeichneten Schlitzquartett bestehende Mehrzahl von Aufnahmen für Halbleiterscheibchen 11 (Wafer) geschaffen, die im wesentlichen parallel zueinander beabstandet dann auf der Vorrichtung 10 angeordnet werden können. Die An­ zahl der Schlitzquartette pro Vorrichtung 10 wird im we­ sentlichen durch die Länge des thermischen Behandlungs­ ofens bzw. durch die Länge des darin aufgenommenen Quarz­ glasrohres 12 bestimmt und kann auf geeignete Weise be­ liebig lang festgelegt werden.

Die Wafer 11 sind in der Regel in Form von Kreisscheiben ausgebildet, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Bei kreisförmig ausgebildeten Wafern 11 weisen die beiden stangenförmigen Verbindungselemente 18, 19 eine im we­ sentlichen gleiche Schlitztiefe, gerechnet vom Mittel­ punkt 22 eines darin aufgenommenen kreisförmig ausgebil­ deten Wafers 11 auf. Ebenso sind die beiden den stangenförmigen Verbindungselementen 18, 19 außen benach­ barten Stützen 14, 15 mit Schlitzen einer Schlitztiefe versehen, die gerechnet vom Mittelpunkt 22 des kreisför­ mig ausgebildeten Wafers 11 eine gleiche Schlitztiefe aufweisen. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Schlitztiefe der Stützen 14, 15 dabei geringfügig größer als die Schlitztiefe der stan­ genförmigen Verbindungselemente 18, 19. Dadurch wird er­ reicht, daß ein in die Schlitze 21 der Verbindungsele­ mente 18, 19 eingestellter Wafer 11 sich mit seinem Ge­ wicht voll auf den Verbindungselementen 18, 19 abstützen kann, während die in den beiden benachbarten Stützen 14, 15 ausgebildeten Schlitze den Wafer 11 lediglich seitlich stabilisieren, ohne daß in die Stützen 14, 15 eine vom Gewicht des Wafers 11 herrührende relevante Kraft einge­ leitet wird. Bei einer plastischen Verformung infolge der hohen Behandlungstemperatur dient die geringere Schlitz­ eindringtiefe des Wafers 11 in die Schlitze 20 der Stüt­ zen 14, 15 zudem als Toleranzpuffer.

Zwischen den beiden Endplatten 16, 17 ist eine Mehrzahl von die Stützen 14, 15 und die Verbindungselemente 18, 19 im wesentlichen quer verbindenden Querriegeln 23 vorgese­ hen. Die Querriegel sind dabei als Flachmaterialstreben ausgebildet und, vgl. Fig. 1, geringfügig in ihrer Fläche um einen gedachten Mittelpunkt 22 eines von der Vorrich­ tung 10 aufgenommenen kreisförmigen Wafers gewölbt. Die Verbindungselemente 18, 19 sind dabei derart mit den Querriegeln 23 verbunden, daß ein bestimmter Bereich ei­ ner Unterseite 24, 25 der Verbindungselemente 18, 19 in vertikaler Richtung, vgl. Fig. 1, frei bleibt. Die Quer­ riegel 23 sind an die im wesentlichen mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten Stützen 14, 15 seitlich ange­ schlossen, und zwar an die breite Seite des Querschnitts der jeweiligen Stütze. Die Stützen 14, 15 sind dabei mit ihrer im Querschnitt schmalen Seite, die einem Abstützun­ tergrund 13 gegenübersteht, abgerundet. Von einer gedachten, im wesentlichen durch den Mittelpunkt 22 eines in die Vorrichtung 10 eingestellten kreisförmig ausgebil­ deten Wafers 11 durchgehenden Vertikallinie sind die Stützen 14, 15 mit ihren breiten Längsseiten in einem spitzen Winkel nach unten auseinandergehend geneigt.

Es sei hervorgehoben, daß die Schlitze 20, 21 auch darauf ausgebildet sein können, daß die Wafer 11 mit ihren Flächen unter verschiedenen geeigneten Winkeln darin auf­ genommen werden können, die von einem rechten Winkel re­ lativ zur Stütze 14, 15 bzw. zum Verbindungselement 18, 19 abweichen.

1n den Fig. 1 und 2 sind zwei unterschiedliche Möglich­ keiten der Abstützung der Vorrichtung 10 auf einem Ein­ fahrsystem in einem Quarzglasrohr 12 kreisförmigen Quer­ schnitts gezeigt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsform stützt sich eine im wesentlichen vertikal hin und her bewegbare, im Querschnitt gebogene plattenförmige Trägereinrichtung 30 auf der querriegelfreien Unterseite 24, 25 der Verbindungselemente 18, 19 ab, vgl. die ge­ strichelte Trägereinrichtung 30 in vertikal angehobener Stellung. In dieser angehobenen Stellung wird die Vor­ richtung 10 in das Quarzglasrohr 12 hineintransportiert und dann abgesenkt, wenn sie an geeigneter Stelle im Quarzglasrohr 12 positioniert ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 stützt sich die im Querschnitt gebogene plattenförmige Trägereinrichtung 30 des Einfahrsystems an Vorsprüngen 28, 29 ab, die an den in vertikaler Richtung unteren Stirnseiten 26, 27 der Endplatten ausgebildet sind.

Die Stützen 14, 15 und die Verbindungselemente 18, 19, können zwischen den sie beidseitig begrenzenden Endplat­ ten 16, 17 zudem mit einer Mehrzahl querverlaufender Streben 31 zur Vergrößerung der Stabilität versehen sein.

Alle Elemente der Vorrichtung 10 bestehen aus Quarzglas. Alle Elemente, die die Vorrichtung 10 bilden, sind zudem durch Schweißverbindungen miteinander verbunden. Auf die­ se Weise wird eine Vorrichtung 10 zur Aufnahme von Wafern 11 geschaffen, die selbst bezüglich ihres dazu verwende­ ten Werkstoffs Halbleiterqualität aufweist. Auf diese Weise wird eine bei der thermischen Behandlung von Wafern 11 geforderte hochreine Quarzglasatmosphäre sichergestellt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Aufnahme von Halbleiterscheibchen (11) während einer thermischen Behandlung, beispiels­ weise in einem Quarzglasrohr, umfassend einen sich im wesentlichen auf einem Untergrund am Behandlungsort über Stützen (14, 15) abstützenden, beidseitig durch End­ platten (16, 17) in Längsrichtung begrenzten Träger­ körper, auf dem im wesentlichen flächenparallel voneinander beabstandet die Halbleiterscheibchen (11) aufnehmbar sind, wobei die Stützen (14, 15) von der einen zur anderen Endplatte (16, 17) verlaufend angeordnet sind, mit einer Mehrzahl im wesentlichen zueinander paralleler Schlitze (20) zur stützenden Aufnahme der Halbleiter­ scheibchen (11) versehen sind und zwischen den End­ platten (16, 17) wenigstens ein stangenförmiges Verbin­ dungselement (18, 19) vorgesehen ist, das mit einer Mehr­ zahl im wesentlichen zueinander beabstandeter paralleler Schlitze (21) zur stützenden Aufnahme der Halbleiter­ scheibchen (11) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (14, 15) in Längsrichtung und in Quer­ richtung einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im stangenförmigen Verbindungselement (18, 19) und den beiden beidseitig dazu verlaufenden Stützen (14, 15) ausgebildeten Schlitze (20, 21) eine im wesent­ lichen gleiche Schlitztiefe, gerechnet vom Mittelpunkt (22) eines darin aufgenommenen kreisförmig ausgebildeten Halbleiterscheibchens (11), aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verbindungselement (18, 19) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Endplatten (16, 17) eine Mehrzahl von die Stützen (14, 15) und das Verbindungselement (18, 19) im wesentlichen quer verbindenden Querriegeln (23) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querriegel (23) aus einer Flachmaterialstrebe gebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Abstütz- Untergrund (13) weisende Seite der Stützen (14, 15) im Querschnitt abgerundet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (20, 21) im Verbindungselement (18, 19) und in den Stützen (14, 15) eine flammenpolierte Oberfläche aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatten (16, 17) an ihrer unteren Stirnseite (26, 27) zwei seitliche Vorsprünge (28, 29) aufweisen, zwischen denen sich eine Trägereinrichtung (30) abstützen kann.