DE602005000395T2

DE602005000395T2 - Transportbehälter mit einem thermophoretischen Schutz

Info

Publication number: DE602005000395T2
Application number: DE602005000395T
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Rival; Hisanori Kambara; Roland Bernard
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2005311360A; FR2869451A1; US20050236942A1; FR2869451B1; EP1589564B1; EP1589564A1; CN100591587C; DE602005000395D1; CN1689928A; US7735648B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Aufbewahrung und Bewegung von Halbleitersubstraten oder Masken in Reinräumen zwischen den verschiedenen Arbeitsschritten, in deren Verlauf die Halbleitersubstrate oder Masken für die Herstellungsverfahren von Halbleitern und mikroelektronisch-mechanischen Systemen (MEMS) genutzt werden.
Bei der Herstellung von Halbleitern und mikroelektronisch-mechanischen Systemen werden Wafer wie beispielsweise Siliziumwafer oder Masken in Transportbehältern oder Boxen mit einer Miniumgebung oder englisch "Mini-Environment" transportiert, die sie vor den in der Atmosphäre von Reinräumen noch vorhandenen Verunreinigungen schützt.
Derzeit werden Siliziumwaferstapel von 200 mm Durchmesser in SMIF-Boxen (für "Standard Mechanical Interface") transportiert.
Siliziumwaferstapel von 300 mm Durchmesser werden in standardisierten Kassetten mit Frontbeladung (FOUP für "Front Opening Unified Pods") transportiert.
Man hat sogar Transportbehälter oder Mini-Environment-Boxen in Betracht gezogen, die für den Transport eines einzigen Substratwafers geeignet sind.
Die Halbleiterwafer oder andere Wafer bleiben normalerweise zwischen den verschiedenen Schritten der Verfahren mehrere Wochen in der Halbleiterfertigungsanlage. Während dieser Zeit müssen die Halbleiterwafer oder andere Wafer vor jeder Gefahr einer Verunreinigung geschützt werden, und aus diesem Grund wird vorgesehen, sie von der Atmosphäre innerhalb der Reinräume zu isolieren, indem sie in Mini-Environment-Behältnissen transportiert werden.
In den derzeitigen industriellen Anwendungen befindet sich die Innenatmosphäre der Mini-Environment-Behältnisse auf Atmosphärendruck. Die Behältnisse sind somit autonom, ohne eine Energiequelle zu benötigen.
Um die Isolierung und den Schutz der Wafer zu verbessern, kam man in jüngerer Zeit auf den Gedanken, eine Innenatmosphäre mit Unterdruck zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Nun muss aber ein Mini-Environment-Behältnis während der Phasen seiner Bewegung zwischen den verschiedenen Arbeitsstationen autonom sein. Während dieser Autonomiezeit muss das Mini-Environment-Behältnis von sich aus die kontrollierte Atmosphäre um das in ihm enthaltene Substrat aufrechterhalten. Dies erfordert eine im Mini-Environment-Behältnis verfügbare Energiequelle und ein Pumpsystem zur Aufrechterhaltung der kontrollierten Atmosphäre, die sich auf einem sehr niedrigen Druck befindet, und zwar einem Druck in der Größenordnung der Drücke, die in den Transfer- und Beladekammern hin zu den Prozesskammern herrschen.
EP 0617573 offenbart einen Transportbehälter für Wafer, der ein absorbierendes Element zur Reduzierung des Kontaminationsgrades enthält.
Sei dies mit Vorrichtungen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Unterdruck-Innenatmosphäre oder ohne diese Vorrichtungen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Unterdruck-Innenatmosphäre, die Transportbehälter müssen notwendigerweise geöffnet werden, um die Masken oder Halbleiterwafer hineinzulegen und um sie später wieder herauszunehmen. Während der Zeit seiner Öffnung können Schmutzpartikel in den Transportbehälter eindringen und so die Qualität der Innenatmosphäre des Transportbehälters verschlechtern. Bei diesen Partikeln besteht die Gefahr, dass sie sich anschließend auf den Masken oder Halbleiterwafern im Transportbehälter ablagern.
Eine solche Verunreinigung ist in der Halbleiterindustrie verhängnisvoll, da sie Fehler verursacht, die die Qualität des mit ihnen hergestellten mikroelektronischen oder mikromechanischen Gerätes beeinträchtigen.
Daher besteht ein Bedarf, die Verunreinigung von Halbleiterwafern oder Masken während ihres Aufenthalts in den Transportbehältern zu reduzieren.
Das durch die vorliegende Erfindung angesprochene Problem besteht somit darin, die Beseitigung der Schmutzpartikel zu verbessern, indem ihre Ablagerung auf den aktiven Flächen der Masken oder der Halbleiterwafer während ihres Aufenthalts im Transportbehälter vermieden wird.
Hierfür besteht die wesentliche Idee der Erfindung darin, den Transportbehälter mit einer Vorrichtung auszustatten, welche die Tendenz hat, die Schmutzpartikel von der aktiven Fläche einer in einem Transportbehälter befindlichen Maske oder eines Halbleiterwafers weg zu bewegen. Der Gegenstand der Erfindung wird durch den Anspruch 1 beschrieben.
Eine solche Vorrichtung zum Bewegen von Schmutzpartikeln kann vorteilhafterweise eine gekühlte Platte sein, die eine aktive Fläche umfasst, welche in der Nähe der zu schützenden Hauptfläche der Maske oder des Halbleiterwafers angeordnet ist. Man erzeugt nun einen Temperaturgradienten zwischen der gekühlten Platte und der zu schützenden Hauptfläche, da die gekühlte Platte sich auf einer niedrigeren Temperatur befindet als die zu schützende Hauptfläche. Durch die Wirkung dieses Temperaturgradienten werden die eventuell in dem Raum zwischen der gekühlten Platte und der zu schützenden Hauptfläche vorhandenen Schmutzpartikel nach und nach von der zu schützenden Hauptfläche weg und in Richtung der gekühlten Platte bewegt. Daraus ergibt sich eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Schmutzpartikel auf der zu schützenden Hauptfläche der Maske oder des Halbleiterwafers ablagert.
Die Bewegung der Schmutzpartikel erfolgt durch den Thermophorese-Effekt: Die wärmeren umgebenden Gasmoleküle, die sich zwischen einem betrachteten Schmutzpartikel und der zu schützenden Hauptfläche befinden, erzeugen auf das Partikel eine stärkere Schubkraft als diejenige, die von den kälteren umgebenden Gasmolekülen erzeugt wird, die sich zwischen dem Partikel und der gekühlten Platte befinden; die Differenz der Schubkräfte bewegt das Partikel in Richtung der gekühlten Platte.
Die Erfindung sieht Mittel vor, um diesen Thermophorese-Effekt in einem Transportbehälter zu realisieren, der für den Transport von Masken oder Halbleiterwafern während der Zwischenphasen zwischen den Schritten des Bearbeitungsprozesses der Maske oder des Halbleiterwafers geeignet ist.
Die Erfindung schlägt daher einen Transportbehälter für eine Maske oder einen Halbleiterwafer vor, umfassend eine dichte Außenwand, welche einen Innenraum umgibt, der so geformt ist, dass er eine zu transportierende Maske oder einen Halbleiterwafer aufnehmen und enthalten kann, mit einer Tür, um die Maske oder den Wafer einzulegen oder zu entnehmen, und mit Halterungsvorrichtungen, um die Maske oder den Halbleiterwafer gegenüber der dichten Außenwand in einer festen Position zu halten, wobei die Maske oder der Halbleiterwafer eine vor Verunreinigungen durch Partikel zu schützende Hauptfläche umfasst; der Transportbehälter umfasst hierbei:

– eine gekühlte Platte aus einem wärmeleitenden Werkstoff, angeordnet im Innenraum;
– einen Kältegenerator, der durch thermische Kopplungsmittel thermisch mit der gekühlten Platte gekoppelt ist und der geeignet ist, die gekühlte Platte auf einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur im Transportbehälter zu halten;
– Verbindungsvorrichtungen, um die gekühlte Platte gegenüber der dichten Außenwand in der korrekten Position zu halten;
– Wärmeisolierungsvorrichtungen, die in den Verbindungsvorrichtungen vorgesehen und dafür geeignet sind, die gekühlte Platte gegenüber der dichten Außenwand thermisch zu isolieren;
– eine integrierte Energiequelle, die den Kältegenerator speist;
– hierbei weist die gekühlte Platte eine aktive Fläche auf, die gegenüber und in der Nähe der zu schützenden Hauptfläche angeordnet ist.

Diese Anordnung ermöglicht, den Thermophorese-Effekt zu nutzen, um die Verschmutzung der zu schützenden Hauptfläche zu reduzieren, wobei gleichzeitig die Kompatibilität mit den anderen Funktionalitäten des Transportbehälters erhalten bleibt, insbesondere mit der Notwendigkeit eines zufriedenstellenden sicheren Halts der Maske oder des Halbleiterwafers in dem Transportbehälter, der Notwendigkeit einer problemlosen Mobilität der Maske oder des Halbleiterwafers, um sie in den Transportbehälter zu legen oder aus dem Transportbehälter zu entnehmen, sowie mit der Autonomie des Transportbehälters, um seine Nutzung als Transport- und Lagerungsmittel von Masken oder Halbleiterwafern in Halbleiterproduktionsanlagen zu ermöglichen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die aktive Fläche der gekühlten Platte eben und von größeren Abmessungen als denjenigen der zu schützenden Hauptfläche.
Ebenso ist die aktive Fläche der gekühlten Platte vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der zu schützenden Hauptfläche angeordnet. Auf diese Weise wird der Thermophorese-Effekt gleichmäßig über die gesamte zu schützende Hauptfläche verteilt.
Der Thermophorese-Effekt ist wirksam, wenn der Temperaturgradient zwischen der gekühlten Platte und der zu schützenden Hauptfläche relativ hoch ist. Hierfür besteht eine erste Vorrichtung aus dem Kältegenerator und den thermischen Kopplungsvorrichtungen, welche die gekühlte Platte kühlen, zusammen mit Vorrichtungen zur thermischen Isolierung, welche die gekühlte Platte gegenüber der dichten Außenwand thermisch isolieren und dadurch die Abkühlung dieser dichten Außenwand verhindern. Eine andere Vorrichtung besteht darin, die Abkühlung der Maske oder des Halbleiterwafers während ihres Aufenthalts im Transportbehälter zu vermeiden, indem vorgesehen wird, dass die Halterungsvorrichtungen wärmeleitend sind, wodurch sie die Maske oder den Halbleiterwafer auf Umgebungstemperatur halten, das heißt, auf der Temperatur der dichten Außenwand.
Man erzielt gute Ergebnisse, indem vorgesehen wird, dass der Kältegenerator einen Temperaturgradienten von ungefähr 3° bis 10° zwischen der gekühlten Platte und der zu schützenden Hauptfläche aufrechterhält.
Die aktive Fläche der gekühlten Platte kann vorteilhafterweise in einem festgelegten geringen Abstand von der zu schützenden Hauptfläche angeordnet sein. Dieser festgelegte Abstand kann vorteilhafterweise weniger als 1 cm betragen, und es ist noch vorteilhafter, wenn er ungefähr gleich 5 mm ist.
Aufgrund der Anziehung der Schmutzpartikel lädt sich die gekühlte Platte nach und nach mit Schmutzpartikeln auf. Folglich besteht eine Gefahr, dass sich später einige Schmutzpartikel von der gekühlten Platte ablösen und sich auf der zu schützenden Hauptfläche absetzen. Es ist daher nützlich, die gekühlte Platte regelmäßig zu reinigen. Hierfür ist vorgesehen, dass die gekühlte Platte ausbaubar ist, um ihre regelmäßige Reinigung außerhalb des Transportbehälters zu ermöglichen.
Grundsätzlich kann man, solange sich die gekühlte Platte auf einer ausreichend tiefen Temperatur befindet, erwarten, das die Partikel, die von der gekühlten Platte angezogen wurden, ausreichend lange auf oder in unmittelbarer Nähe der gekühlten Platte bleiben, das heißt, während der Lagerungs- und Transportzeit des Halbleiterwafers oder der Maske.
Die Gefahr bleibt jedoch bestehen, dass sich die Partikel von der gekühlten Platte ablösen. Wenn die Partikel mit der gekühlten Platte in Kontakt kommen, können Sie nämlich zurückprallen, tangential abgleiten oder an der gekühlten Platte haften. Es scheint daher von Vorteil zu sein, dafür zu sorgen, dass die Partikel an der gekühlten Platte ausreichend lange bis zur späteren Reinigungsbehandlung haften bleiben.
Die Haftfähigkeit der Partikel auf der gekühlten Platte kann von mehreren physikalischen Parametern abhängen. Insbesondere kann diese Fähigkeit von dem Werkstoff abhängen, aus dem die gekühlte Platte besteht, von ihrer Oberflächenbeschaffenheit und von ihrer Temperatur.
Gemäß der Erfindung kann man vorteilhafterweise dafür sorgen, dass die aktive Fläche der gekühlten Platte eine Beschaffenheit aufweist, die ihr Eigenschaften einer Partikelfalle verleiht, um einfallende Partikel festzuhalten, das heißt, die Partikel, die sich weit genug der gekühlten Platte genähert haben oder die mit ihr in Kontakt gekommen sind.
Nach einer ersten Ausführungsform kann die gekühlte Platte aus einem Werkstoff bestehen, der von sich aus Eigenschaften einer Partikelfalle durch Anhaften einfallender Partikel aufweist.
Nach einer anderen Ausführungsform kann die gekühlte Platte als Alternative oder als Ergänzung auf ihrer aktiven Fläche einer geeigneten Oberflächenbehandlung unterzogen worden sein, die ihr Eigenschaften einer Partikelfalle verleiht. Die Behandlung kann zum Beispiel die Rauheit der Oberfläche erhöhen. Es ist jedoch zu beachten, dass eine Oberflächenrauheit auch das unerwünschte Phänomen der Ausgasung in einer Vakuumumgebung verstärken kann.
Als Alternative oder als Ergänzung kann die aktive Fläche der gekühlten Platte aus der Außenseite einer dünnen Oberflächenschicht aus einem geeigneten Werkstoff bestehen, die auf die gekühlte Platte aufgebracht wird. Vorstellbar ist zum Beispiel die Anlagerung einer geeigneten dünnen Metallschicht.
Eine Verringerung der eventuellen Verunreinigung der Masken oder Halbleiterwafer im Transportbehälter kann auch noch erzielt werden, indem außerdem Pumpvorrichtungen vorgesehen werden, um in dem Transportbehälter ein Vakuum von 50 bis 1.000 Pascal zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.
Um das Problem der Autonomie und der geringen Abmessungen der Mini-Environment-Behältnisse zu lösen, muss ein in das Mini-Environment-Behältnis integriertes Pumpsystem eingesetzt werden, das auch über eine integrierte Energiequelle verfügt. Da das Mini-Environment-Behältnis dicht ist, kann die Pumpleistung gering sein, gerade ausreichend, um das geeignete Vakuum während der gewünschten Autonomiedauer aufrechtzuerhalten. Man kann somit in Betracht ziehen, Pumpvorrichtungen zu nutzen, die eine Mikropumpe mit einer Vielzahl von mit thermischer Transpiration arbeitenden Elementarzellen aufweist, die in zufriedenstellender Weise funktionieren, wenn der Druck der Gase niedrig ist. Eine solche Mikropumpe kann mit einer Primärpumpe kombiniert werden, die in Reihe an die Druckseite der Mikropumpe angeschlossen ist und die ihrerseits gegen Atmosphäre fördert. Dies erfordert eine Energiequelle von ausreichender Leistung, um nicht nur die Mikropumpe, sondern auch die Primärpumpe zu speisen.
Eine solche Mikropumpe kann vorteilhafterweise eine Vielzahl von mit thermischer Transpiration arbeitenden Mikropumpzellen umfassen. Solche mit thermischer Transpiration arbeitenden Pumpzellen nutzen die von Knudsen in den Jahren um 1900 nachgewiesene Wirkung der thermischen Transpiration; dieser Wirkung zufolge baut sich dann, wenn zwei aufeinander folgende Volumina durch einen Kanal mit sehr geringen Querabmessungen verbunden sind, dessen Radius kleiner ist als der freie mittlere Durchgang der vorhandenen Gasmoleküle, und wenn die Enden des Kanals unterschiedliche Temperaturen aufweisen, eine Druckdifferenz zwischen den aufeinander folgenden Volumina auf. In dem Kanal mit kleinen Abmessungen bewegen sich die Moleküle nach den im molekularen Bereich geltenden Gesetzen, und daraus folgt, dass die Drücke an den beiden Enden des Kanals infolge der Temperaturdifferenz unterschiedlich sind. Nach den im molekularen Bereich geltenden Gesetzen liegen, wenn das thermische Gleichgewicht erreicht ist, die Drücke an den beiden Enden des Kanals so, dass ihr Verhältnis gleich der Quadratwurzel des Verhältnisses der entsprechenden Temperaturen ist. Wenn die Moleküle das an das Ende des Kanals angrenzende Volumen erreichen, folgt ihre Bewegung dann den in einer viskosen Umgebung geltenden Gesetzen, und sie können nicht in den Kanal zurückkehren. Dies erzeugt einen Pumpeffekt.
Das Verdichtungsverhältnis einer Elementarzelle ist gering, es ist jedoch möglich, die Anzahl der lufttechnisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Zellen zu vervielfachen, um das geeignete Verdichtungsverhältnis und die geeignete Pumpleistung zu erreichen.
Ein solches Mini-Environment-Behältnis ist auf diese Weise dafür geeignet, dank des geringen Verbrauchs der Mikropumpe eines zufriedenstellende Autonomie zu bieten.
In diesem Fall kann der Kältegenerator vorteilhafterweise eine oder mehrere Kältequellen aus Peltier-Elementen umfassen, für welche die eine oder mehreren Wärmequellen die Heizelemente von mit thermischer Transpiration arbeitenden Elementarpumpzellen darstellen, wodurch Pumpvorrichtungen gebildet werden, um in dem Behälter ein geeignetes Vakuum zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.
Auf diese Weise wird eine gewisse Energieeinsparung aufgrund der Tatsache erzielt, dass die von der in den Transportbehälter integrierten Energiequelle verteilte Energie vollständig in Kühlenergie für die gekühlte Platte und in Heizenergie für die Mikropumpe umgewandelt wird.
Als Ergänzung oder als Alternative kann man ein Adsorberelement vorsehen, das mit der Atmosphäre des inneren Hohlraums des Mini-Environment-Behältnisses in Kontakt gebracht wird. Das Adsorberelement ermöglicht dann, die Gasmoleküle zu adsorbieren, und trägt so ergänzend zu der Mikropumpe oder an Stelle der Mikropumpe zur Aufrechterhaltung des Vakuums im inneren Hohlraum bei.
Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung besonderer Ausführungsformen hervorgehen, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erfolgt, auf denen:
1 eine schematische Schnitt-Seitenansicht eines Transportbehälters nach einer Ausführungsform der Erfindung ist, der eine Maske oder einen Halbleiterwafer enthält, deren zu schützende Hauptfläche nach oben zeigt;
2 eine Variante des Transportbehälters von 1 darstellt, der eine Maske oder einen Halbleiterwafer enthält, deren zu schützende Hauptfläche nach unten zeigt;
3 eine andere Ausführungsform des Transportbehälters von 1 darstellt, der eine Oberflächenschicht umfasst; und
4 eine Variante des Transportbehälters von 3 ist, bei dem die zu schützende Hauptfläche nach unten zeigt.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst ein Transportbehälter 1 gemäß der Erfindung einen Innenhohlraum 4, der so geformt ist, dass er einen Wafer 2 aufnehmen und enthalten kann, beispielsweise einen Halbleiterwafer oder eine Maske, wie sie in der Halbleiterindustrie verwendet werden.
Die Abmessung des Innenholraums 4 wird in Abhängigkeit von der Größe des aufzunehmenden Wafers 2 gewählt, und man sieht vorzugsweise vor, dass die Abmessungen des Innenhohlraums 4 nur geringfügig größer sind als die Abmessungen des Wafers 2, sodass um den Wafer 2 nur eine Atmosphäre mit einem relativ geringen Volumen gelassen wird, die während eines langen Autonomiezeitraums leichter in einem zufriedenstellenden Zustand zu halten ist.
Der Innenhohlraum 4 weist vorteilhafterweise eine Form mit einem zylindrischen Abschnitt auf, der dazu geeignet ist, einen scheibenförmigen Halbleiterwafer 2 zu enthalten.
Der Innenhohlraum 4 ist von einer dichten Außenwand 3 umgeben, die einen den Umfang bildenden Teil 3a, einen ersten Hauptteil 3b und einen zweiten Hauptteil 3c umfasst.
Der den Umfang bildende Teil 3a der dichten Außenwand 3 umfasst eine verschließbare seitliche Öffnungsstruktur 5, die es ermöglicht, die Maske oder den Wafer 2 einzulegen oder zu entnehmen. Die verschließbare seitliche Öffnungsstruktur 5 wird in bekannter Weise so gebildet, dass sie mit externen automatischen Öffnungs- und Schließvorrichtungen zusammenarbeitet sowie mit Vorrichtungen zur Manipulation der Maske oder des Halbleiterwafers 2, um sie einzulegen oder zu entnehmen.
Die Maske oder der Halbleiterwafer 2 weisen grundsätzlich eine Hauptfläche 6 auf, die insbesondere vor Verunreinigungen durch Partikel geschützt werden muss. Es handelt sich um die Fläche, auf die die Muster gedruckt werden, welche die Geometrie der Halbleiterkomponenten definieren.
Die Maske oder der Halbleiterwafer 2 werden in dem Innenraum 4 durch Halterungsvorrichtungen 11 in einer festen Position gehalten, beispielsweise durch an sich bekannte Halterungsvorrichtungen, die üblicherweise in den Transportbehältern für Masken oder Halbleiterwafer verwendet werden und die folglich in den Figuren nur schematisch dargestellt sind. So sind die Halterungsvorrichtungen 11 zwischen der dichten Außenwand 3 und der Maske oder dem Halbleiterwafer 2 eingefügt. Als Halterungsvorrichtungen 11 kann eine elektrostatische Festspannvorrichtung bevorzugt werden.
Vorzugsweise sind diese Halterungsvorrichtungen 11 wärmeleitend und halten somit die Maske oder den Halbleiterwafer 2 auf der Umgebungstemperatur oder der Temperatur der dichten Außenwand 3.
Eine gekühlte Platte 7 aus einem wärmeleitenden Werkstoff ist im Innenraum 4 gegenüber der zu schützenden Hauptfläche 6 angeordnet.
Die gekühlte Platte 7 wird von Verbindungsvorrichtungen 7b in einer festen Position im Innenraum 4 gehalten, wobei die Verbindungsvorrichtungen 7b für die mechanische Verbindung zwischen der gekühlten Platte 7 und der dichten Außenwand 3 sorgen. Wärmeisoliervorrichtungen 7c sind in den Verbindungsvorrichtungen 7b vorgesehen, und sie sind dazu geeignet, die gekühlte Platte 7 thermisch gegenüber der dichten Außenwand 3 zu isolieren.
Ein schematisch dargestellter Kältegenerator 8 ist thermisch mit der gekühlten Platte durch thermische Kopplungsvorrichtungen 7a gekoppelt. Der Kältegenerator 8 hält die gekühlte Platte 7 auf einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur im Transportbehälter 1.
Eine integrierte Energiequelle 9 speist den Kältegenerator 8, um ihm die zur Erzeugung der Kälte benötigte Energie bereitzustellen.
Die gekühlte Platte 7 umfasst eine aktive Fläche 10, die gegenüber der und in der Nähe der zu schützenden Hauptfläche 6 angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Wärmegradient zwischen der gekühlten Platte 7 und der Maske oder dem Halbleiterwafer 2 erzielt. Dieser Gradient kann vorteilhafterweise ungefähr zwischen 3° und 10° liegen.
Die aktive Fläche 10 der gekühlten Platte 7 kann vorteilhafterweise eben und von größeren Abmessungen als diejenigen der zu schützenden Hauptfläche 6 sein. Ebenso ist die aktive Fläche 10 in der auf den Figuren dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen parallel zu der zu schützenden Hauptfläche 6 angeordnet.
Schließlich befindet sich die aktive Fläche 10 der gekühlten Platte 7 in einem festgelegten Abstand d von der zu schützenden Hauptfläche 6. Dieser festgelegte Abstand d muss gering sein, vorzugsweise kleiner als 1 cm. Gute Ergebnisse können erzielt werden, indem ein festgelegter Abstand d gleich ungefähr 5 mm verwendet wird.
Die gekühlte Platte 7 kann aus jedem Werkstoff bestehen, der eine große Wärmeleitfähigkeit aufweist. Man kann zum Beispiel Silizium oder Aluminium verwenden. Metalle können ebenfalls wegen ihrer günstigen Eigenschaften im Vakuum gewählt werden, insbesondere wegen des Umstands, dass sie eine geringe Ausgasungsneigung und eine Fähigkeit aufweisen, die Gefahren des Auftretens elektrischer Felder zu verringern, elektrischer Felder nämlich, die anschließend die unerwünschte Bewegung bestimmter Schmutzpartikel auslösen können.
Der Temperaturgradient zwischen der gekühlten Platte 7 und der Maske oder dem Halbleiterwafer 2, die bzw. der auf einer höheren Temperatur liegt als die gekühlte Platte 7, erzeugt durch den Thermophorese-Effekt eine Schubkraft auf die Partikel in Richtung der gekühlten Platte 7 und somit weg von der Maske oder dem Halbleiterwafer 2. Diese Schubkraft ist in der Lage, sich den verschiedenen Kräften entgegenzusetzen, die die Bewegung der Schmutzpartikel hin zu der Maske oder dem Halbleiterwafer 2 verursachen können, zum Beispiel elektrostatische Kräfte, die Schwerkraft, die Brownschen Molekularbewegungen. Die Thermophoresekräfte lösen die Bewegung der Partikel hin zu Bereichen mit niedrigerer Temperatur aus.
Man weiß, dass der Thermophorese-Effekt abnimmt, wenn der Gasdruck im Innenraum 4 abnimmt. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass der Thermophorese-Effekt in den Druckbereichen, die im Allgemeinen in Transportbehältern für Masken oder Halbleiterwafer verwendet werden, noch sehr wirksam ist. Man geht daher davon aus, dass man mit einem Temperaturgradienten von ungefähr 10° bei einem Abstand d von ungefähr 1 cm und bei einem Gasdruck von ungefähr 5 Pascal eine Verringerung der Partikelablagerung auf der zu schützenden Hauptfläche 6 um einen Faktor von ungefähr 10⁶ erzielt, und zwar für Partikel mit einem Durchmesser größer 0,03 Mikron.
Vorzugsweise ist die gekühlte Platte 7 in dem Transportbehälter ausbaubar montiert, sodass sie vorübergehend aus dem Transportbehälter entfernt oder gegen eine andere gekühlte Platte ausgetauscht werden kann. Das Entfernen muss über die verschließbare seitliche Öffnungsstruktur 5 erfolgen können. Dies ermöglicht die Regeneration der gekühlten Platte 7 oder ihre regelmäßige Reinigung außerhalb des Transportbehälters 1, zum Beispiel durch Stickstoffspülung und/oder durch Erhitzung.
In der in 1 dargestellten Ausführung zeigt die zu schützende Hauptfläche 6 nach oben. In diesem Fall bildet die gekühlte Platte 7 die Decke des Innenraums 4. Man versteht, dass diese Anordnung eine gewisse Ablagerung von Schmutzpartikeln begünstigen kann, die sich durch die Schwerkraft in Richtung der zu schützenden Hauptfläche 6 bewegen. Die Wirkung der Schwerkraft ist allerdings begrenzt.
In der zweiten Ausführung, die in 2 dargestellt ist, zeigt die vor den Partikelverschmutzungen zu schützende Hauptfläche 6 nach unten. Die gekühlte Platte 7 bildet dann den Boden des Innenraums 4. Man versteht, dass diese Anordnung in dem Sinne günstiger ist, dass die natürliche Schwerkraft als zusätzliches Mittel genutzt wird, das die Wahrscheinlichkeit der Ablagerung von Schmutzpartikeln auf der zu schützenden Hauptfläche 6 noch weiter verringert.
In den in den Figuren dargestellten Ausführungsformen wurden außerdem Pumpvorrichtungen 12 vorgesehen, um in dem Transportbehälter 1 ein geeignetes Vakuum zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, zum Beispiel ein Vakuum von ungefähr 50 bis 1.000 Pascal.
Die Pumpvorrichtungen 12 können vorteilhafterweise eine mit thermischer Transpiration arbeitende Mikropumpe umfassen, die aus einer Vielzahl von Elementarpumpzellen besteht, von denen einige in Reihe verbunden sind, wobei mehrere in Reihe angeordnete Untergruppen parallel verbunden angeschlossen werden können, um die gewünschten Eigenschaften bezüglich Durchfluss und Verdichtungsverhältnis für die in betracht gezogene Anwendung zu erzielen.
Die mit thermischer Transpiration arbeitenden Elementarpumpzellen umfassen eine Wärmequelle, die ein elektrischer Widerstand sein kann, der dann mit elektrischer Energie gespeist wird, um die Verdichtungswirkung hervorzurufen. Man sieht in diesem Fall eine Energiereserve in der Art von Speichervorrichtungen für elektrische Energie vor, zum Beispiel einen wiederaufladbaren elektrischen Akku. Die Energiereserve kann von der zuvor erwähnten integrierten Energiequelle 9 oder von einer davon verschiedenen Energiereserve gebildet werden.
Die Pumpvorrichtungen 12 können als Alternative oder als Ergänzung ein Adsorberelement 30 umfassen, das die Gasmoleküle adsorbieren und so die Aufrechterhaltung eines niedrigen Drucks im Innenraum 4 begünstigen kann.
Als Beispiel für einen möglichen Werkstoff zur Ausführung des Adsorberelements 30 kann [das Element] aus Zeolithen bestehen. Zeolithe sind in einer stabilen Struktur kristallisierte alkalische Aluminiumsilikate, die eine gleichmäßige und bedeutende Mikroporosität aufweisen, in der Kationen ebenso beweglich sind wie in einer Flüssigkeit. Daraus ergibt sich eine Austausch-, Adsorptions- und Katalysefähigkeit. Zeolithe bilden eine feste Struktur, die große Innenhohlräume definiert, in denen die Moleküle adsorbiert werden können. Die Hohlräume sind untereinander durch Porenöffnungen verbunden, durch die die Moleküle hindurchtreten können. Dank der kristallinen Art haben die Poren und Hohlräume sehr gleichmäßige und nahe beieinander liegende Größen, und je nach Größe der Öffnungen kann die Struktur bestimmte der Größe der Öffnungen entsprechende Moleküle adsorbieren, während andere, größere Moleküle zurückgewiesen werden. Man wird daher die geeigneten Zeolithe in Abhängigkeit von der Größe der zu adsorbierenden Gasmoleküle wählen.
Als Alternative kann man als Adsorberelement alle anderen Werkstoffe verwenden, aus denen üblicherweise Adsorberpumpen oder eine Getterpumpe bestehen.
Die Ausführungsformen der 3 und 4 übernehmen die meisten der wesentlichen Vorrichtungen der Ausführungsformen der 1 und 2. Diese wesentlichen Vorrichtungen sind durch dieselben Bezugsziffern gekennzeichnet und werden folglich nicht erneut beschrieben.
Die Ausführungsformen der 3 und 4 unterscheiden sich durch die Tatsache, dass außerdem Partikelfallenvorrichtungen 13 entsprechend der aktiven Fläche 10 der gekühlten Platte 7 vorgesehen sind.
Die Partikelfallenvorrichtungen sollen die einfallenden Partikel zurückhalten, die zuvor so weit bewegt wurden, dass sie mit der gekühlten Platte in Berührung kommen oder sich in ihrer unmittelbaren Nähe befinden.
Nach einer ersten Möglichkeit kann die gekühlte Platte aus einem Werkstoff bestehen, der von sich aus Eigenschaften einer Partikelfalle durch Adhäsion einfallender Partikel aufweist. Werkstoffe wie Aluminium, Kupfer und Silizium weisen in dieser Hinsicht gute Eigenschaften auf.
Nach einer zweiten Möglichkeit, die als Alternative oder als Ergänzung genutzt wird, kann die gekühlte Platte auf ihrer aktiven Fläche eine geeignete Oberflächenbehandlung erhalten, die ihr verbesserte Partikelfalleneigenschaften verleiht. Zum Beispiel kann die Erhöhung der Oberflächenrauheit durch eine solche Oberflächenbehandlung die Rückhaltefähigkeit für Partikel erhöhen. Man muss jedoch vermeiden, Entgasungsphänomene, die üblicherweise an rauhen Oberflächen auftreten, in unüberlegter Weise zu verstärken. Man kann daher anderen Oberflächenbehandlungsarten den Vorzug geben, die mit einer unter geringem Druck stehenden Atmosphäre vereinbar sind.
Nach einer anderen Möglichkeit kann die aktive Fläche der gekühlten Platte die Außenseite einer dünnen Oberflächenschicht aus einem geeigneten Werkstoff sein, die auf die gekühlte Platte aufgebracht wird. Die Oberflächenschicht kann durch alle geeigneten Mittel, zum Beispiel durch Kleben oder durch Schweißen, aufgebracht werden. Die dünne Schicht kann eine Metallplattierung sein, die mit einer unter geringem Druck stehenden Atmosphäre vereinbar ist.
Geeignete Werkstoffe zur Verwirklichung der Partikelfalleneigenschaften durch Adhäsion der einfallenden Partikel können vorteilhafterweise unter den Werkstoffen gewählt werden, die eine große Elektronenaktivität aufweisen. Kupfer, Aluminium und Silizium weisen solche Eigenschaften auf. In Anwendungen zur Behandlung von Siliziumwafern für die Herstellung elektronischer Bauteile kann eine aktive Oberfläche aus Silizium den Vorteil bieten, dass alle Kontaminationsrisiken durch Einbringung eines Stoffs, der gegenüber dem des zu behandelnden Wafers fremd ist, vermieden werden.
Partikel, die durch den Thermophorese-Effekt zu der gekühlten Platte 7 geschoben werden, kommen mit der Schicht 13 in Berührung und haften an ihr. Auf diese Weise wird die spätere Bewegung der Partikel vermieden.
Die Oberflächenschicht 13 ist sehr dünn, um eine Verschlechterung des Thermophorese-Effekts zu vermeiden.
Man versteht, das die oben beschriebenen Vorrichtungen in allen Ausführungsformen der 1 bis 4 gemäß der Erfindung ermöglichen, gleichzeitig sowohl den Schutz der zu schützenden Hauptfläche 6 vor Verschmutzungen durch Partikel zu verbessern als auch eine zufriedenstellende Autonomie des Transportbehälters zu garantieren, und zwar dank eines geringeren Energieaufwands für die Speisung der Thermophoresevorrichtungen und der Pumpvorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die ausdrücklich beschrieben wurden, sondern umfasst verschiedene Varianten und Verallgemeinerungen von ihnen, die sich dem Fachmann erschließen.

Claims

Transportbehälter (1) für eine Maske oder einen Halbleiterwafer (2), umfassend eine dichte Außenwand (3), welche einen Innenraum (4) umgibt, der so geformt ist, dass er eine zu transportierende Maske oder einen Halbleiterwafer (2) aufnehmen und enthalten kann, mit einer Tür (5), um die Maske oder den Wafer (2) einzulegen oder zu entnehmen, und mit Halterungsvorrichtungen (11), um die Maske oder den Halbleiterwafer (2) gegenüber der dichten Außenwand (3) in einer festen Position zu halten, wobei die Maske oder der Halbleiterwafer (2) eine vor Verunreinigungen durch Partikel zu schützende Hauptfläche (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportbehälter (1) umfasst: – eine gekühlte Platte (7) aus einem wärmeleitenden Werkstoff, angeordnet im Innenraum (4); – einen Kältegenerator (8), der durch thermische Kopplungsmittel (7a) thermisch mit der gekühlten Platte (7) gekoppelt ist und der geeignet ist, die gekühlte Platte (7) auf einer Temperatur unter der Umgebungstemperatur im Transportbehälter (1) zu halten; – Verbindungsvorrichtungen (7b), um die gekühlte Platte (7) gegenüber der dichten Außenwand (3) in der korrekten Position zu halten; – Wärmeisolierungsvorrichtungen (7c), die in den Verbindungsvorrichtungen (7b) vorgesehen und dafür geeignet sind, die gekühlte Platte (7) gegenüber der dichten Außenwand (3) thermisch zu isolieren; - eine integrierte Energiequelle (9), die den Kältegenerator (8) speist; – hierbei weist die gekühlte Platte (7) eine aktive Fläche (10) auf, die gegenüber der und in der Nähe der zu schützenden Hauptfläche (6) angeordnet ist.
Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Fläche (10) der gekühlten Platte (7) eben und von größeren Abmessungen ist als diejenigen der zu schützenden Hauptfläche (6).
Transportbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Fläche (10) der gekühlten Platte (7) vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der zu schützenden Hauptfläche (6) angeordnet ist.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Fläche (10) der gekühlten Platte (7) in einem festgelegten geringen Abstand (d) von der zu schützenden Hauptfläche (6) angeordnet ist, wobei dieser festgelegte Abstand d kleiner als 1 cm ist und vorteilhafterweise ungefähr gleich 5 mm ist.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsvorrichtungen (11) wärmeleitend sind, um die Maske oder den Halbleiterwafer (2) auf Umgebungstemperatur zu halten.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältegenerator (8) einen Temperaturgradienten von ungefähr 3° bis 10° zwischen der gekühlten Platte (7) und der zu schützenden Hauptfläche (6) aufrechterhält.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Platte (7) ausbaubar ist, um ihre regelmäßige Reinigung außerhalb des Transportbehälters (1) zu ermöglichen.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er Pumpvorrichtungen (12) umfasst, um in dem Transportbehälter (1) ein Vakuum von ungefähr 50 bis 1.000 Pascal zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.
Transportbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtungen (12) eine Vielzahl von mit thermischer Transpiration arbeitenden Elementarpumpzellen umfassen.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältegenerator (8) eine oder mehrere Kältequellen aus Peltier-Elementen umfasst.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Partikelfallenvorrichtungen (13) entsprechend der aktiven Fläche (10) der gekühlten Platte (7) vorgesehen sind.
Transportbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Platte (7) aus einem Werkstoff besteht, der von sich aus Eigenschaften einer Partikelfalle durch Adhäsion einfallender Partikel aufweist.
Transportbehälter nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Platte (7) auf ihrer aktiven Fläche (10) eine geeignete Oberflächenbehandlung erhalten hat, die ihr Eigenschaften einer Partikelfalle verleiht.
Transportbehälter nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Fläche (10) der gekühlten Platte (7) die Außenseite einer dünnen Oberflächenschicht (13) aus einem geeigneten Werkstoff ist, der auf die gekühlte Platte (7) aufgebracht wird.