NL8900544A - Behandelingsstelsel, behandelingsvat en werkwijze voor het behandelen van een substraat. - Google Patents

Description

Behandelingsstelselj behandelingsvat en werkwijze voor het behandelen van een substraat.

De uitvinding heeft betrekking op een behandelingsstelsel, omvattende een behandelingsvat voor het gelijktijdig behandelen van verscheidene substraten alsmede aan- en afvoermiddelen. Een dergelijk behandelingsstelsel is in de stand der techniek algemeen bekend en omvat een behandelingsvat waarin substraten verticaal aangebracht en behandeld worden. Dergelijke substraten, zoals wafers, ondergaan een behandeling bij de productie van halfgeleiders. Daartoe worden de zich onder omgevingsomstandigheden bevindende substraten in het geopende vat geplaatst. Daarna wordt het vat gesloten en onder optimale omstandigheden voor de behandeling gebracht. Het is bekend om bij langdurige processen meer dan één substraat tegelijk te behandelen. Voor het in- en uitbrengen uit het behandelingsvat worden manipulatoren gebruikt. Een dergelijk stelsel heeft als nadeel, dat het te behandelen substraat, dat bijvoorbeeld afkomstig is van een vorige bewerkingsstap, bijvoorbeeld een reinings-station, aan de omgevingsomstandigheden blootgesteld wordt alvorens in het behandelingsvat ingebracht te worden. Dit betekent, dat een deel van de reinigingshandeling teniet kan gaan doordat bijvoorbeeld oxydevorming aan het substraat optreedt.

Doel van de uitvinding is dit nadeel te vermijden.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven behandelingsstelsel verwezenlijkt doordat de aan- en afvoermiddelen in een met het behandelingsvat verbonden verdeelvat aangebracht zijn en dat met het verdeelvat verdere behandelingsinrichtingen verbonden zijn. Zo is het thans mogelijk een substraat na het inbrengen in het behandelingsstelsel volgens de uitvinding eerst te reinigen en daarna aan een behandeling te onderwerpen in het behandelingsvat zonder dat het substraat na het reinigen nog met de omgeving in aanraking komt. Om de hoogte van de aansluiting van het behandelingsvat met de aan- en afvoermiddelen zo klein mogelijk te houden en om de aan- en afvoermiddelen slechts in een vlak naar het verdeelvat te hoeven te bewegen, omvat het behandelingsvat bij een van voordeel zijnde uitvoering een behandelingsruimte, een laad- en ontlaad-ruimte en een opslagruimte en daarbij is in het behandelingsvat een inrichting voor het verplaatsen van de substraten aangebracht. Zo kunnen de substraten stuk voor stuk voor de opening naar het verdeelvat gebracht worden en zo afgevoerd worden. De opslagruimte is aanwezig om de inrichting voor het verplaatsen van de substraten op te nemen naar een uiterste positie daarvan. Volgens een van voordeel zijnde uitvoering is de behandelingsruimte ten opzichte van het overige van het behandelings-vat afdichtbaar. Indien voor de behanding bijvoorbeeld reactieve gassen toegepast worden of op andere wijze een neerslag ontstaat, kan een dergelijke neerslag beperkt worden tot die behandelingsruimte waardoor verontreiniging van het overige van de inrichting tegengegaan wordt. Omdat de substraten vaak liggend op een draagoppervlak in het behandelingsvlak gepositioneerd zijn, is het niet mogelijk met de gebruikelijke hanteerinrichtingen van het verdeelvat deze aan te grijpen. Daarom zijn volgens een voorkeursuitvoering in het behandelingsvat middelen aanwezig om de substraten van de inrichting voor het verplaatsen te nemen en zo in voldoende aangrijpoppervlak voor de hierboven beschreven hanteerinrichting te voorzien.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering is het behandelingsvat ingericht voor het in verticale zin op elkaar volgend behandelen van de substraten en zijn de aan- en afvoermiddelen voor de substraten in hoofdzaak in horizontale zin beweegbaar. Daarbij wordt het transport van en naar de verschillende behandelingsinrichtingen door het verdeelvat van de substraten in horizontale zin uitgevoerd terwijl in het daarop aansluitende behandelingsvat de substraten in verticale zin bewogen worden. Op deze wijze kan een bijzonder compacte en toch overzichtelijke en bereikbare wijze van construeren van het behandelings-stelsel verkregen worden.

Omdat het bij bepaalde processen de substraten extra verwarmd moeten worden bij de behandeling, zijn in het behandelingsvat en in het bijzonder de behandelingsruimte bijzondere middelen aanwezig voor het verwarmen van substraten. Met name bij behandelingsprocessen waarbij uit het omgevende gas materiaal neergeslagen wordt, zal vaak een concentra-tiegradiënt ontstaan over de verschillende substraten. Daarbij is het van voordeel om een compenserende temperatuurgradiënt aan te brengen. Bij het gebruik van behandelingsgassen is het vaak eveneens van voordeel deze voor te verwarmen. Het hierboven beschreven behandelingsvat kan in een hierboven beschreven behandelingsstelsel verscheidene malen voorkomen.

De uitvinding heeft bovendien betrekking op een werkwijze voor het behandelen van een substraat in het behandelingsstelsel, dat hierboven beschreven is, omvattende het onder gestuurde omgevingsomstandigheden transporteren van het substraat uit een verdeelruimte naar een behande-lingsruimte, waarin verscheidene substraten gelijktijdig behandeld worden, mogelijk gevolgd en/of voorafgegaan door tenminste een verdere behandeling, waarbij het transport tussen de verschillende behandelings-stations steeds onder gestuurde omgevingsomstandigheden plaatsvindt.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van enkele in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden weergegeven worden.

Daarbij tonen: fig. 1 schematisch in bovenaanzicht een behandelingsstelsel volgens de uitvinding, fig. 2a, 2b schematisch in zijaanzicht een verdere uitvoering van het behandelingsstelsel volgens de uitvinding, fig. 3a en 3b meer gedetailleerd in doorsnede delen van het behan-delingsvat afgebeeld in fig. 2a en 2b op verschillende schaal en fig. 4 een dwarsdoorsnede volgens de lijn IV-IV in fig. 3b.

In fig. 1 is een behandelingsstelsel volgens de uitvinding afgebeeld in het geheel aangegeven met 1. Dit omvat een inlaatpoort 2 voor het inbrengen van te behandelen substraten, zoals wafers. Deze kunnen afzonderlijk of in cassettes ingebracht worden. Het behandelingsstelsel 1 omvat bovendien een uitlaatpoort 3 voor de afvoer daarvan. Na de inlaatpoort 2 is een reinigingsinrichting 4 aangebracht, gevolgd door reactiekamers 5,6,7,8,9. Het verwijzingscijfer 10 geeft een aanpassta-tion aan. Voor het transport van de substraten uit de inlaatpoort naar de verschillende behandelingskamers zijn hanteerinrichtingen 11 aanwezig, die de (niet-afgebeelde) wafers vanuit de inlaatpoort 2 stuk voor stuk naar de verschillende kamers kan transporteren. Tussen de twee hanteerinrichtingen 11 is een schematisch met 13 aangegeven overbrengin-richting aanwezig. Een dergelijk behandelingsstelsel kan bijvoorbeeld gebruik worden voor het op een wafer aanbrengen van een zgn. ONO-confi-guratie. Voor bepaalde geïntegreerde schakelingen is een dergelijke opeenvolging van oxyde-, nitride-, oxydelaag van belang. In de stand der techniek was het echter moeilijk dergelijke lagen te verwezenlijken, omdat bij het uit het behandelingsvat nemen van het substraat ongecontroleerde oxydatie op kon treden met alle nadelige gevolgen van dien. Met de onderhavige uitvinding is het thans mogelijk deze nadelen te vermijden. Daarbij worden de te behandelen wafers in de inlaatpoort 2 in cassettes ingébracht. Vervolgens worden deze één voor één door de han-teerinrichting 11 uitgenomen en naar de reinigingsinrichting 4 gebracht. Daarbij wordt bijvoorbeeld met waterstoffluoride gestuurd reinigen en in het bijzonder afnemen van oxydes verwezenlijkt. Vervolgens worden de wafers in de verschillende kamers behandeld. In kamer 5 kan bijvoorbeeld droge oxydatie plaatsvinden. Daarop aansluitend kan in kamer 7 de nitri-delaag opgebracht worden terwijl in kamer 8 of 6 vervolgens natte oxydatie toegepast wordt. Bij het transport tussen de verschillende kamers blijft het te behandelen substraat steeds onder geconditioneerde omstandigheden verkeren, d.w.z. geen omgevingszuurstof kan het substraat beïnvloeden. Daardoor is het niet noodzakelijk het substraat steeds te reinigen. Omdat de hierboven beschreven natte oxydatie en nitridatiepro-cessen verhoudingsgewijs langdurig zijn, is het van voordeel verscheidene substraten in een van de kamers te laden, deze af te sluiten en deze gelijktijdig te behandelen, zodat de gemiddelde behandelingsduur per wefer verkort wordt. Kamer 9 dient vervolgens voor het opbrengen van een ongedoteerde polysiliciumlaag terwijl kamer 10 dient voor het doen afkoelen van het substraat van de hoge temperatuur, waarbij dit behandeld wordt. Vervolgens wordt het substraat via de uitlaatpoort 3 afgevoerd.

In fig. 2a, 2b is schematisch in doorsnede een deel van een soortgelijk behandelingsstelsel volgens de uitvinding getoond. Dit omvat een inlaatpoort 2, een verdeelvat 16 en een in het geheel met 15 aangegeven behandelingsvat. Het is duidelijk, dat dit een onvolledige weergave is omdat in praktijk verdere behandelingsinrichtingen op het verdeelvat 16 aangesloten zijn. Bij de hier getoonde uitvoering worden de met 17 aangegeven substraten in cassettes 18 in de inlaatpoort 2 ingébracht. De hanteerinrichting 11 voor de substraten behandelt slechts een substraat gelijktijdig, zodat door middel van het verstelmechanisme 19 steeds een van de substraten 17 uit de cassette 18 voor de opening met het verdeelvat gebracht wordt. Het behandelingsvat 15 bestaat uit een behandelings-ruimte 20 met daarin aangebracht een magazijn 23, een laad- en ontlaad-ruimte 21, en een opslagruimte 22. Daarbij is de opslagruimte 22 voorzien van niet afgebeelde middelen voor het omhoog en omlaag brengen het magazijn 23. Tevens kan deze ruimte van het overige van de inrichting losgekoppeld worden. De behandelingsruimte 20 is door een schematisch weergegeven verwarmingsorgaan 29 omgeven. Inlaatpoort 2 is voorzien van een mechanisme 19 voor het in de juiste positie brengen van de substraten in de cassette 18 voor het kunnen aangrijpen door de hanteerinrichting 11. Uit fig. 2b blijkt, dat wanneer de wafers 17 op de in fig. 2a aangegeven wijze ingebracht worden, magazijn 23 omhoog bewogen wordt. Door de schematisch aangegeven afdichtmiddelen 25 wordt behandelings-ruimte 20 afgezonderd van het overige van het behandelingsstelsel, zodat tijdens de behandeling gebruikte en/of ontstane produkten niet het verdere behandelingsstelsel, binnen kunnen dringen. Bij toepassing van verwarming tijdens de behandeling is het wenselijk in thermische isolatie 24 te voorzien.

Voor het reinigen van het magazijn 23 brengt men dit in de opslagruimte 22 waarna men de opslag 22 van het overige van het behandelingsstelsel losmaakt. Daarna brengt men het magazijn 23 naar boven uit de opslagruimte 22 voor het verder reinigen.

In fig. 3a en b is een behandelingsvat afgebeeld in het bijzonder geschikt voor het uit een reactieve damp neerslaan van materiaal op een substraat. Omdat dit vaak een verhoudingsgewijs langdurig proces is (minimaal enkele uren) is het voor een voldoende produktierendement noodzakelijk dit ladingsgewijs uit te voeren. Daartoe omvat het in het geheel aangegeven magazijn 23 draagplaten 30 (fig. 3a). Deze kunnen vervaardigd zijn van verschillend materiaal. Bij de hier beschreven uitvoering is het noodzakelijk de later op de draagplaten aangebrachte substraten (niet-afgebeeld) te verwarmen, zodat de draagplaten 30 uit een warmtegeleidend materiaal bestaan. Een dergelijke verwarming is doorgaans een hulpverwarming terwijl de hier niet afgebeelde (zie fig.2) verwarming aan de buitenzijde van het vat de hoofdverwarming is. Bij voorkeur wordt grafiet voor de platen te gebruikt. Deze platen zijn bij de einden in buizen 31 aangebracht waarvan in fig. 3 twee van de vier zichtbaar zijn. In deze buizen 31 zijn schematisch afgebeelde verwarmingselementen 32 alsmede temperatuurvoelers 33 aangebracht. Omdat verschillende temperatuurvoelers en verwarmingselementen aanwezig zijn, is het mogelijk een temperatuurgradiënt over de verschillende draagplaten 30 te verwezenlijken. Het behandelingsvat 20 is van een gasinlaat 34 alsmede een uitlaat 35 voorzien. Omdat het voor de hierboven beschreven werkwijze noodzakelijk is het gas voor te verwarmen, zijn daarvoor verwarmingsmiddelen 36 aangebracht. Omdat het gas bij doorgang door het vat 20 naar de uitlaat toe steeds armer wordt, is het om op de verschillende substraten een gelijkmatige neerslag te verkrijgen noodzakelijk, dat reactiviteit van het gas nabij de uitlaat 35 groter is dan aan de onderzijde van het vat. Dit wordt verkregen door de temperatuur van de draagplaten 30 aan de bovenzijde van het vat hoger te kiezen dan de temperatuur aan de onderzijde van het vat. Om het vat te kunnen reinigen zijn elektroden 37 aanwezig met behulp waarvan op hoog frequente wijze in reiniging voorzien kan worden. Op het behandelingsvat 20 sluit de laad- en ontlaadruimte 21 (fig.3b) aan.

Het in fig. 4 gegeven dwarsdoorsnedeaanzicht verduidelijkt de werking daarvan. Daaruit blijkt, dat daarin vier vingers 40 aanwezig zijn, die via een stangenstelsel 41 naar binnen kunnen draaien in de gestippelde stand. Normaliter zullen de vingers 40 zich in de doorgetrokken stand bevinden. De draagplaten 30 zijn op niet-afgebeelde wijze van sleuven voorzien, op zodanige wijze aangebracht, dat bij het zich in gestippelde toestand bevinden van de vingers 40 deze door de sleuven in de draagplaten 30 kunnen bewegen. Voor het verwijderen van een zich op de draagplaten bevindend substraat 30 is het noodzakelijk de betreffende draagplaat 30 op passende wijze in de laad- en losruimte 21 te bewegen. Daarbij worden de betreffende draagplaten zo ver naar beneden of naar boven bewogen, dat de vingers 40 daar juist tussen kunnen bewegen. Vervolgens worden de vingers 40 uit de doorgetrokken stand naar de gestippelde positie bewogen. Wanneer men de draagplaten vervolgens laat zakken, komt het substraat vrij van de draagplaat waardoor het door hanteerinrichtiing 11 uit de laad- en losruimte 21 genomen kan worden. Bij het laden kan in deze positie het substraat op de vingers gelegd worden waarna de draagplaat verder naar boven gebracht wordt.

In fig. 3a is aangegeven dat het behandelingsvat aan de onderzijde van een afdichtrand 38 voorzien is. Daarop kan afdichtend een O-afdichting 39 aangrijpen. Op deze wijze kan de behandelingsruimte volledig van het overige van het behandelingsstelsel afgezonderd worden. Plaat 42 kan met de gehele daarop aangebrachte inrichting, in het bijzonder omvattende de draagplaten 30, op en neer bewogen worden door middel van koppeling 43, die verbonden is met een vijzelinrichting aangebracht in opslagruimte 22. De diameter van deze opslagruimte 22 is, zoals uit fig. 3b blijkt, wezenlijk groter dan die van het in behandelingsvat 20 aanwezige magazijn 23. Daardoor is het mogelijk het magazijn 23 naar beneden te laten bewegen tussen in de opslagruimte 22 aangebrachte hitteschilden 44. Koppeldeel 43 is verbonden met flens 45, die vervolgens aangrijpt op tafel 46, waarin drie schroefspillen 47 aangebracht zijn voor het op en neer bewegen. In gestippelde positie is de laagste stand aangegeven. Aandrijving van de schroefspiller 47 vindt plaats door middel van motor 48 en overbrenging 49, waarbij afdichtmiddelen 50 aanwezig zijn om vacuumdichte doorvoer van de aandijving te voorzien.

Hoewel de uitvinding hierboven in het bijzonder aan de hand van het neerslaan uit gassen op substraten beschreven is, moet begrepen worden, dat de uitvinding niet hiertoe beperkt is en dat deze zich eveneens zich uitstrekt tot processen waarbij andere of geen reactieve gassen bij al of niet verhoogde/verlaagde temperatuur toegepast worden.

Een voorbeeld daarvan is een uitvoering waarbij de opeenvolgende draagplaten ten opzichte van elkaar geïsoleerd zijn en tussen de platen een RF-veld aangelegd wordt. Een dergelijke werkwijze wordt toegepast bij een afwijkende inrichting beschreven in US-A-4.610.748.

Het is bovendien mogelijk het magazijn uit te voeren als zgn. kwartsboot met sleuven waardoor de hierboven beschreven constructies met vingers overbodig wordt, omdat de wafers aan de randen aan te grijpen zijn.

Wezenlijk zijn slechts de kenmerken zoals waarvoor in de volgende conclusies rechten gevraagd worden.

Claims (11)

1. Behandelingsstelsel, omvattende een behandelingsvat voor het gelijktijdig behandelen van verscheidene substraten alsmede aan- en afvoermiddelen, met het kenmerk, dat de aan- en afvoermiddelen in een met het behandelingsvat verbonden verdeelvat aangebracht zijn en dat met het verdeelvat verdere behandelingsinrichtingen verbonden zijn.

2. Behandelingsstelsel volgens conclusie 1, waarbij het behandelingsvat omvat een behandelingsruimte, een laad- en ontlaadruimte en een opslagruimte en waarbij in het behandelingsvat een inrichting voor het verplaatsen van de substraten aangebracht is.

3. Behandelingsstelsel volgens conclusie 2, waarbij de behande-lingsruimte ten opzichte van het overige van het behandelingsvat af-dichtbaar is.

4. Behandelingsstelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij in het behandelingsvat middelen aanwezig zijn om de substraten van de inrichting voor het verplaatsen te nemen.

5. Behandelingsstelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het behandelingsvat ingericht is voor het in verticale zin op elkaar volgend behandelen van de substraten en waarbij de aan- en afvoermiddelen voor de substraten in hoofdzaak in horizontale zin beweegbaar zijn.

6. Behandelingsstelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het behandelingsvat, in het bijzonder de behandelingsruimte, van middelen voorzien is voor het verwarmen van de substraten.

7. Behandelingsstelsel volgens conclusie 6, waarbij de verwarmingsmiddelen zodanig ingericht zijn, dat verscheidene substraten een verschillende temperatuur omvatten.

8. Behandelingsstelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het behandelingsvat ingericht is voor een behandeling met reactieve gassen en/of dampen.

9. Behandelingsstelsel volgens conclusie 8, waarbij verwarmingsmid delen voor het behandelingsgas aanwezig zijn.

10. Behandelingsstelsel volgens conclusie 1, waarbij de verdere behandelingsinrichtingen een behandelingsvat volgens een van de conclusies 2-9 omvatten.

11. Werkwijze voor het behandelen van een substraat in het behandelingsstelsel volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende het onder gestuurde omgevingsomstandigheden transporteren van het substraat uit een verdeelruimte naar een behandelingsruimte, waarin verscheidene substraten gelijktijdig behandeld worden, mogelijk gevolgd en/of voorafgegaan door tenminste een verdere behandeling, waarbij het transport tussen de verschillende behandelingsstations steeds onder gestuurde omgevingsomstandigheden plaatsvindt.