DE60213818T2 - Vorrichtung zur oberfächenbehandlung von halbleiter-platten - Google Patents

Vorrichtung zur oberfächenbehandlung von halbleiter-platten Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Für Vorrichtungen auf dem Stand der Technik siehe z. B. die DE 196 549 03 , die US 6 109 278 , die US 5 685 327 , die US 6 200 387 oder die WO 9908313.
  • Das US-Patent 5,958,146 offenbart einen Ultraniedrig-Partikel-Halbleiterreiniger, der erwärmte Fluide verwendet. Allgemein kennt man eine Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern, wobei Wasser von den Hauptoberflächen der Wafer entfernt wird, indem Isopropylalkohol mit Stickstoffgas gemischt auf die Oberflächen gerichtet wird (auch als IPA-Behandlung bezeichnet). Auf Grund von Oberflächenadhäsions effekten "besetzt" der Isopropylalkohol Hauptoberflächen, verdrängt Wasser und verdampft schließlich. Mit anderen Worten: indem Wasser zurückweicht, wird es von einer dünnen Schicht aus Isopropylalkoholdampf und Stickstoffgemisch ersetzt.
  • 1 stellt eine bekannte Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern dar. In 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 eine Waferkassette. Die Waferkassette 1 ist so ausgelegt, dass sie eine Mehrzahl von Halbleiterwafern 5 in ihrem Inneren 3 aufnimmt, wobei die Wafer 5 Hauptoberflächen 51 aufweisen. In dem Inneren 3 der Kassette 1 sind Rillen, die nicht dargestellt werden und die so ausgelegt sind, dass sie die Wafer 5 so aufnehmen, dass die Wafer 5 in einer Reihe mit ihren Hauptoberflächen 51 im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
  • Darüber hinaus umfasst die Kassette 1 einen oberen Deckel 10, der durch ein Scharnier, das mit einem Bezugszeichen 4 angezeigt wird, schwenkbar gelagert ist. In dem oberen Deckel 10 sind Zufuhrkanäle 12, 13, 15, um ein Oberflächenbehandlungsmedium, hier ein Gemisch aus Isopropylalkohol und Stickstoff in gasförmigem Zustand, von einem Zuführungspunkt FP (siehe 2) zu Öffnungen 121 bis 124 und 131 bis 134 zu transportieren, die auf der Vorderseite 101 des oberen Deckels 10, die auf die Halbleiterwafer gerichtet ist, zur Verfügung gestellt werden. Somit wird das Oberflächenbehandlungsmedium, das den Zufuhrkanälen 12, 13, 15 über den Zuführungspunkt FP zugeführt wird, über Öffnungen, die in den Zufuhrkanälen 12 beziehungsweise 13 zur Verfügung gestellt werden, über den Wafern 5 verteilt.
  • Darüber hinaus bezeichnet ein Bezugszeichen 20 in 1 einen IPA-Rührer, der durch eine Zufuhrleitung 27 mit IPA und durch eine Zufuhrleitung 25 mit Stickstoff versorgt wird. Ein Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Auslassleitung und 29 bezeichnet eine Zuführungsleitung, um das IPA-Stickstoff-Gemisch zu dem Zuführungspunkt FP zu transportieren.
  • 2 stellt eine vergrößerte Ansicht der bekannten Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern von 1 dar, um den oberen Deckel davon darzustellen. 2 stellt eine Ansicht auf den oberen Deckel 10 von oben dar. Wie aus 2 ersichtlich wird, umfassen die Zufuhrkanäle 12, 13 jeweils eine Mehrzahl von Öffnungen 121 bis 124 beziehungsweise 131 bis 134, die in diesem Beispiel als kreisförmige Öffnungen gebildet sind. Der Zuführungspunkt FP, der das Oberflächenbehandlungsmedium von oben einführt, ist in der Mitte des Zufuhrkanals 15, der die Zufuhrkanäle 12 und 13 verbindet, angeordnet. In diesem Beispiel ist der Zuführungspunkt FP asymmetrisch in Bezug auf die Zufuhrkanäle 12, 13 angeordnet. Mit anderen Worten, die Öffnungen 121, 131 und einer der Zufuhrkanäle 12, 13 sind weiter von dem Zuführungspunkt FP entfernt als die Öffnungen 124, 134 an dem anderen Ende der Zufuhrkanäle 12, 13. Darüber hinaus weisen in dieser Ausführung alle Öffnungen 121 bis 124 und 131 bis 134 dieselbe geometrische Größe auf. Darüber hinaus weisen die Zufuhrkanäle 12, 13 eine ziemlich schmale Weite auf, die viel geringer ist als der Durchmesser eines Wafers 5, der durch die gestrichelte Linie in 2 schematisch dargestellt wird.
  • Bei der in 2 dargestellten bekannten Vorrichtung stellt die unvollständige Wasserentfernung von den Wafero berflächen und die Bildung von hohen Partikeln auf Grund eines Mangels an nicht gleichmäßigem IPA-Fluss und nicht gleichmäßiger IPA-Zuführung vorne und hinten an der Kassette ein ernstes Problem dar. Insbesondere muss dieses Problem gegenwärtig dadurch umgangen werden, dass in der Kassette 1 40 Wafer an Stelle von möglichen 50 Wafern ausgeführt werden.
  • Da der bekannte IPA-Verteiler von 2 weder gleichmäßig noch ausreichend zugeführt hat, könnte das Wasser unvollständig von den Waferhauptoberflächen entfernt werden und folglich auf hydrophober Oberfläche Wasserzeichen bilden, die als Partikel auftauchen, und deshalb wird die Prozessausbeute beeinträchtigt. Die derzeitigen IPA-Öffnungen in den Reihen sind entlang den Reihen von derselben Größe und das erzeugt entlang den Reihen unterschiedliche Drücke. Als Folge ist die Flussrate des Oberflächenbehandlungsmediums von Öffnungen mit einer unterschiedlichen Distanz von dem Zuführungspunkt unterschiedlich, und zwar nimmt die Flussrate mit zunehmender Distanz von dem Zuführungspunkt ab.
  • Die DE-A-19654903 beschreibt eine Vorrichtung für einen Fluidfluss zu einem Halbleitersubstrat durch eine Mehrzahl von Düsen, wobei die Mehrzahl von Düsen zwei unterschiedlich große Düsen umfasst.
  • Die US 6,109,278 beschreibt einen Prozess zum Reinigen von Düsen, wenn ein Halbleitersubstrat unter Verwendung der Düsen behandelt wird.
  • Die US 5,685,327 beschreibt eine Vorrichtung zum Behandeln eines Halbleiterwafers unter Verwendung von Düsen, die oberhalb des Halbleiterwafers angeordnet sind.
  • Die vorliegende Erfindung sucht eine Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern zur Verfügung zu stellen, die diese und andere Nachteile und Beschränkungen des Stands der Technik mildert oder umgeht.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 stellt eine bekannte Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern dar;
  • 2 stellt eine vergrößerte Ansicht der bekannten Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern dar, um den oberen Deckel davon darzustellen;
  • 3 stellt eine Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar; und
  • 4 stellt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern von 3 dar, um den oberen Deckel davon darzustellen.
  • Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wie in den angehängten Ansprüchen beschrieben umfasst eine Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern eine Kassette zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Halbleiterwafern in ihrem Inneren, wobei die Wafer in einer ersten Reihe mit ihren Hauptoberflächen im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind; wobei die Kassette ei ne Seitenwand aufweist, die im Wesentlichen senkrecht in Bezug auf die Hauptoberflächen der Halbleiterwafer angeordnet werden kann; wobei die Seitenwand Öffnungen auf ihrer Vorderseite, die auf die Halbleiterwafer gerichtet ist, aufweist, wobei die Öffnungen in zweiten Reihen ausgerichtet sind, wobei die zweiten Reihen im Wesentlichen parallel zu der ersten Reihe sind; wobei die Öffnungen mit entsprechenden Zufuhrkanälen verbunden sind, um ein Oberflächenbehandlungsmedium zu transportieren, das einem von diesen Zufuhrkanälen über einen Zuführungspunkt zugeführt wird und das über die Öffnungen auf den Hauptoberflächen der Wafer verteilt wird; wobei ein Querschnitt der Öffnungen variabel ist und sich die Querschnitte mit zunehmender Distanz von einem Zuführungspunkt vergrößern.
  • Die allgemeine Idee, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, ist, dass der Querschnitt der Öffnungen variabel ist, um ungünstige Druckeffekte, die die Verteilung des Oberflächenbehandlungsmediums inhomogen machen, auszugleichen.
  • Mit dieser neuen Ausführung gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Oberflächenbehandlungsmedium, was die Zuführung wie auch die Bereitstellung einer besseren Dampfversorgung für Wafer und Kassetten betrifft, auf eine gleichmäßigere Art und Weise zugeführt. Wegen des Verteilers in der neuen Zuführungsausführung in Verbindung mit mehreren verteilten Reihen wie auch Düsen variabler Größe wird es auch leicht dem Vorderen und Hinteren der Kassette zugeführt und führt daher zu einer besseren Partikelleistung und höheren Ausbeuten.
  • Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bietet insbesondere die folgenden Vorteile: sie führt Oberflä chenbehandlungsfluid gleichmäßiger und ausreichender zu; sie reduziert hohe Partikel vorne und hinten von der Kassette; sie eliminiert den Kassettenrandeffekt; sie verbessert den Durchsatz für eine Full-Batch-Verarbeitung; sie bewirkt geringere Equipmentausfallzeit und stabilere Verarbeitung; sie ist erforderlich, um eine 300 mm Wafer-Technologie und Werkzeugausdehnungsfähigkeit auszuführen.
  • Gemäß der Erfindung vergrößert sich der Querschnitt mit zunehmender Distanz von dem Zuführungspunkt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zufuhrkanäle symmetrisch in Bezug auf den Zuführungspunkt angeordnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Zufuhrkanäle einen ersten Zufuhrkanal, der im Wesentlichen in der Mitte der ersten Reihe und senkrecht dazu angeordnet ist; und wobei eine Mehrzahl von zweiten Zufuhrkanälen im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Zufuhrkanal angeordnet und damit verbunden ist, so dass die zweiten Zufuhrkanäle im Wesentlichen parallel zu der ersten Reihe sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die zweiten Zufuhrkanäle eine Länge auf, die im Wesentlichen der Länge der ersten Reihe entspricht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die zweiten Zufuhrkanäle eine Weite auf, die im Wesentlichen einem Durchmesser der Mehrzahl von Wafern entspricht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Zuführungspunkt im Wesentlichen in der Mitte des ersten Zufuhrkanals. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Querschnitt der Öffnungen im Wesentlichen konstant entlang dem ersten Zufuhrkanal und vergrößert sich in den zweiten Zufuhrkanälen beginnend bei einer Kreuzung mit dem ersten Zufuhrkanal in beiden Richtungen. Gemäß einer weiteren bevor zugten Ausführungsform vergrößert sich der Querschnitt der Öffnungen linear. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Oberflächenbehandlungsmedium Isopropylalkohol in gasförmigem Zustand. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Seitenwand um einen oberen Deckel der Kassette, der schwenkbar gelagert ist.
  • In allen Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben oder äquivalente Teile.
  • 3 stellt eine Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Mit Ausnahme des oberen Deckels sind die anderen Komponenten dieser Ausführungsform dieselben wie schon in Verbindung mit 1 beschrieben und eine wiederholte Beschreibung davon wird deshalb weggelassen.
  • Zusätzlich zu den schon beschriebenen Komponenten bezeichnet ein Bezug 10' in 3 einen speziell gemäß der Erfindung ausgeführten oberen Deckel, der einen ersten Zufuhrkanal 15' und zweite Zufuhrkanäle 11', 12', 13', 14' aufweist, die senkrecht dazu angeordnet sind. Die Zufuhrkanäle 11' bis 14' weisen eine Weite auf, die im Wesentlichen dem Durchmesser der Halbleiterwafer 5, und zwar hier 300 mm, entspricht.
  • 4 stellt eine vergrößerte Ansicht der Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern von 1 dar, um den oberen Deckel davon darzustellen.
  • Wie aus 4 entnommen werden kann, umfasst der obere Deckel 10' gemäß der Ausführungsform der Erfindung einen ersten Zufuhrkanal 15', der im Wesentlichen in der Mitte der Reihe von Wafern 5 und senkrecht zu der Reihe angeordnet ist.
  • Der erste Zufuhrkanal 15' umfasst vier Öffnungen 113', 123', 133' und 143', die einen bestimmten Durchmesser aufweisen. Darüber hinaus gibt es eine Mehrzahl von zweiten Zufuhrkanälen 11', 12', 13', 14', die im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Zufuhrkanal 15' angeordnet und damit verbunden ist, so dass die zweiten Zufuhrkanäle 11', 12', 13', 14' im Wesentlichen parallel zu der Reihe von Wafern 5 angeordnet sind. Die Zufuhrkanäle 11', 12', 13', 14' sind symmetrisch in Bezug auf den Zuführungspunkt FP' angeordnet. Mit anderen Worten sind die Öffnungen, die an den Enden der Zufuhrkanäle 11', 12', 13', 14' angeordnet sind, im Wesentlichen alle gleichmäßig von dem Zuführungspunkt FP' entfernt. Darüber hinaus variiert der Querschnitt der Öffnungen 111' bis 115', 121' bis 125', 131' bis 135', 141' bis 145' entlang der Richtung der Zufuhrkanäle 11', 12', 13', 14', und zwar vergrößert er sich beginnend bei einer Kreuzung mit dem ersten Zufuhrkanal in beiden Richtungen. In diesem Beispiel hier vergrößern sich die Querschnitte der Öffnungen linear.
  • Das Design des in 4 dargestellten oberen Deckels 10' bietet den Effekt, dass das Oberflächenbehandlungsmedium, hier IPA, bei Ausbleiben jeglicher Differenzdruckeffekte gleichmäßig über den Wafern 5, die in der Kassette 1 umfasst sind, verteilt wird. Darüber hinaus ist es auf Grund der symmetrischen Anordnung, die den Durchmesser der Wafer 5 umfasst, möglich, jeglichen Randeffekten oder Inhomogenitätseffekten entgegenzusehen. Somit ermöglicht es die in 3–4 dargestellte Ausführungsform, Partikelzählungen vorne und hinten von der Kassette 1 zu reduzieren und eine volle Kapazität von zum Beispiel 50 Wafern gleichzeitig zu verarbeiten, ohne dass Probleme mit einer Bildung von Wasserzeichen hervorgerufen werden.
  • Dadurch, dass ein neuer IPA-Verteiler entwickelt und IPA-Reihen von 2 auf 4 oder höhere Vielfache erhöht wurden und an Stelle von festen Öffnungen Düsen variabler Größe integriert wurden, hat sich die Zuführung und Verteilung drastisch verbessert. Das eliminiert eine unvollständige Wasserentfernung von den Waferoberflächen ebenso wie Kassettenrandeffektprobleme für nicht verdrängtes Wasser oben auf der Kassette und in den Rillen, mit denen die Wafer in Berührung kommen.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Durchführen einer Oberflächenbehandlung auf Halbleiterwafern, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kassette (1) zum Aufnehmen einer Mehrzahl der Halbleiterwafer (5) in ihrem Inneren, wobei die Wafer (5) in einer ersten Reihe mit ihren Hauptoberflächen parallel zueinander ausgerichtet sind; wobei die Kassette (1) eine Seitenwand (10) aufweist, die senkrecht in Bezug auf die Hauptoberflächen (51) der Halbleiterwafer angeordnet werden kann; wobei die Seitenwand (10) Öffnungen (111'–145') auf ihrer Vorderseite (101), die auf die Halbleiterwafer (5) gerichtet ist, aufweist, wobei die Öffnungen (111'–145') in zweiten Reihen ausgerichtet sind, wobei die zweiten Reihen parallel zu der ersten Reihe sind; wobei die Öffnungen (111'–114') mit entsprechenden Zufuhrkanälen (11', 12', 13', 14', 15') verbunden sind, um ein Oberflächenbehandlungsmedium zu transportieren, das einem (15') von diesen Zufuhrkanälen über einen Zuführungspunkt (FP) zugeführt wird und das über die Öffnungen auf den Hauptoberflächen der Halbleiterwafer verteilt wird; wobei jede Öffnung einen Querschnitt (111'–145') aufweist, wobei die Querschnitte der Öffnungen variabel sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnitte (111'–145') mit zunehmender Distanz von dem Zuführungspunkt entlang der Richtung der Zufuhrkanäle vergrößern.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zufuhrkanäle (11', 12', 13', 14', 15') symmetrisch in Bezug auf den Zuführungspunkt (FP) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zufuhrkanäle (11', 12', 13', 14', 15') einen ersten Zufuhrkanal (15') umfassen, der in der Mitte der ersten Reihe und senkrecht dazu angeordnet ist; und wobei eine Mehrzahl von zweiten Zufuhrkanälen (11', 12', 13', 14') senkrecht zu dem ersten Zufuhrkanal (15') angeordnet und damit verbunden ist, so dass die zweiten Zufuhrkanäle (11', 12', 13', 14') parallel zu der ersten Reihe sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweiten Zufuhrkanäle (11', 12', 13', 14') eine Länge aufweisen, die der Länge der ersten Reihe entspricht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweiten Zufuhrkanäle (11', 12', 13', 14') eine Weite aufweisen, die einem Durchmesser der Mehrzahl von Wafern entspricht.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich der Zuführungspunkt (FP) in der Mitte des ersten Zufuhrkanals (15') befindet.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Querschnitt der Öffnungen (111'–145') konstant entlang dem ersten Zufuhrkanal ist und sich in den zweiten Zufuhrkanälen beginnend bei einer Kreuzung mit dem ersten Zufuhrkanal in beiden Richtungen vergrößert.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, geeignet zur Verwendung des Oberflächenbehandlungsmediums, das Isopropylalkohol in gasförmigem Zustand enthält.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Seitenwand (10) um einen oberen Deckel der Kassette handelt, der schwenkbar gelagert ist.
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