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Die Erfindung betrifft einen Waferhalter.
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Bei der industriellen Produktion
von Chips für die
Halbleiterindustrie werden integrierte Schaltungen auf Träger-Halbleiterscheiben,
nachfolgend Wafer genannt, durch verschiedene Verfahren hergestellt.
Dabei werden die Wafer während
der Bearbeitung und der Lagerung in sogenannten Waferhaltern aufbewahrt.
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Aus
DE 100 24 858 A1 ist eine Haltereinrichtung
für einen
Wafer zur Positionierung in einem Slot in einer Horde bekannt. Diese
weist ein Ringelement und zumindest einen in das Ringelement einsetzbaren
Haltering auf. Der Wafer ist innerhalb des Ringelements auf einer
Auflagefläche
positionierbar und wird von dem Haltering planarisiert so fixiert,
daß in eingesetztem
Zustand eine ursprüngliche
Wölbung des
Wafers aufgehoben ist. Nachteilig besteht diese Halterung aus einer
aufwendigen Mehrfachanordnung verschiedener Ringeinrichtungen und
Halteringen.
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Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Waferhalter
bekannt, die für
chemische Ätzverfahren und
für Waferbearbeitungen
wie Belackungen konzipiert sind. Der Wafer wird dabei durch ein
Vakuum gehalten und gegen ein Prozeßmedium abgedichtet. Dabei
kann ein Druckausgleich hinter dem Wafer durch Be- und Entlüftung erfolgen.
In sogenannten Naßätzlinien
können
individuell Waferhalterungen so angeordnet sein, daß die Siliziumscheiben
oh ne mechanische Beanspruchung im Ätzmedium gehalten werden. Nachteilig
sind aus dem Stand der Technik bekannte Waferhaltungen vergleichsweise
aufwendig konzipiert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Waferhalter bereitzustellen, der einfach ausgestaltet
ist und die Behandlung der Wafer durch Chemikalien oder durch Reinigung
gestattet, wobei die Fläche
des Wafers, auf der sich Strukturen befinden, nicht verunreinigt
oder beschädigt
werden. Die Aufgabe wird gelöst
durch einen Waferhalter gemäß Hauptanspruch.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den rückbezogenen
Ansprüchen.
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Der Waferhalter weist Mittel zum
Halten eines Wafers in einer vorgegebenen Position auf. Das Mittel
ist derartig ausgestaltet, daß es
den Wafer nur an dessen Außenkante
in seiner Position hält.
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Das Mittel des Waferhalters berührt den
Wafer nur an dessen unempfindlicher Außenkante. Die Ober- und Unterseite
des Wafers werden nicht berührt.
Vorhandene empfindlichen Strukturen auf der Waferober- bzw. -unterseite
werden nicht beschädigt, können andererseits
aber bearbeitet werden.
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Vorteilhaft weist das Mittel eine
sich stetig verengende Geometrie auf, in der der Wafer gehalten wird.
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Mit sich verengender Geometrie kann
beispielsweise ein trichterförmig
ausgestaltetes Mittel zum Halten des Wafers gemeint sein. Das trichterförmige Mittel
verengt sich im Querschnitt betrachtet von oben nach unten stetig
und weist in einer bestimmten Höhe
eine Ebene auf, in der ein Wafer mit einer, der Ebene entsprechenden,
Grundfläche
aufgrund der Schwerkraft in waagerechter Position gehalten wird.
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Unter waagerechter Position des Wafers
ist auch eine schwache bis mäßige Neigung
zu verstehen, so daß der
Wafer entsprechend geneigt gehalten wird. Ein geneigter Wafer kann
vorteilhafte Auswirkungen bei der Bearbeitung bewirken, wie weiter unten
ausgeführt
wird.
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Der trichterförmige Waferhalter kann verschieden
große
Wafer aufnehmen und in dieser Position halten. Ein solches trichterförmiges Mittel
ist insbesondere zum Halten runder Wafer geeignet.
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Das Mittel kann auch in Form eines
Langloches ausgestaltet sein.
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Im Langloch wird der Wafer in senkrechter Position
gehalten. Das Langloch verengt sich in Aufsicht gesehen an seinen
Enden derartig, daß ein
Wafer nur an seinen Außenkanten
gehalten wird. Ein solcher Waferhalter ist somit insbesondere zum
Halten eckiger Wafer, bzw. Waferteilstücke geeignet. Selbstverständlich kann
zumindest ein runder Wafer auch in einem als Langloch ausgestalteten
Mittel gehalten werden.
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Das Mittel zum Halten des Wafers
kann mindestens eine Rundung aufweisen.
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Im Falle eines trichterförmigen Mittels
weist dieses im Querschnitt eine bogenförmige Rundung auf, auf der
der Wafer aufliegt und gehalten wird.
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Im Falle eines als Langloch ausgestalteten Mittels
weist dieses in der Aufsicht an seinen Enden zwei sich gegenüberliegende
Rundungen in Form zweier halbkreisförmiger Bögen auf, an denen zwei Außenkanten
eines Wa fers anliegen. Die halbkreisförmigen Bögen bilden jeweils eine sich
verengende Geometrie in Bezug auf einen Punkt außerhalb des jeweiligen Bogens.
Der weiteste Abstand eines halbkreisförmigen Bogens zum Bezugspunkt
wird durch den Scheitelpunkt eines Bogens festgelegt. Das Langloch
ist vorteilhaft so ausgestaltet, daß in den sich gegenüberliegenden
halbkreisförmigen
Bögen der
Wafer gehalten wird, ohne daß dieser
verkantet.
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Durch eine derartig ausgestaltete
Rundung bzw. Rundungen wird ein Wafer an dessen Außenkante
oder Außenkanten
punktuell in seiner Position gehalten. Die Bruchgefahr der Wafer
während
des Haltens ist minimiert.
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Die Mittel zum Halten des Wafers
werden zusätzlich
von mindestens einem Stift begrenzt. Der Stift ist vorteilhaft als
Rundstift mit kreisförmiger Grundfläche ausgebildet.
Auch der Rundstift hält
den Wafer wegen seiner abgerundeten Oberfläche nur punktuell und positioniert
den Wafer zusätzlich
im Waferhalter.
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Im weiteren wird die Erfindung an
Hand zweier Ausführungsbeispiele
und der beigefügten
Figuren näher
beschrieben.
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1 zeigt
im Querschnitt einen Waferhalter 1 mit trichterförmigem Mittel 2 zum
Halten eines Wafers.
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2 zeigt
eine Ausschnittvergrößerung des
trichterförmigen
Mittels 2 zum Halten des Wafers.
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3 zeigt
in Aufsicht einen Waferhalter 1 mit trichterförmig ausgestaltetem
Mittel 2 zum Halten eines Wafers. Der Bezug zu 1 und 2 ist durch die Achsen A-A und B-B gegeben.
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4 und 5 zeigen in Aufsicht einen
Waferhalter 11 mit zwölf
als Langlöcher 12 ausgestalteten Mitteln
zum Halten von maximal zwölf
Wafern gleichzeitig.
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5 entspricht
einer Aufsicht von oben auf die Langlöcher 12. 6 entspricht einer Aufsicht von
unten auf die Langlöcher 12.
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6 zeigt
im Querschnitt einen Waferhalter mit einem als Langloch ausgestalteten
Mittel, wobei der Schnitt in Höhe
von Rundstiften geführt
wurde.
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Alle Angaben in den Figuren sind
in Millimeter bemessen.
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Der Waferhalter 1 in 1 weist im Querschnitt ein
sich trichterförmig
verengendes Mittel 2 auf. Das sich trichterförmig verengende
Mittel ist in der 1 durch
die nicht schraffierte Fläche 2 dargestellt.
In das trichterförmige
Mittel wird ein Wafer (nicht dargestellt) gelegt. Der Wafer wird
nur an dessen unempfindlicher Außenkante und je nach Größe des Wafers
in einer bestimmten Höhe
des trichterförmigen
Mittels 2 in seiner Position gehalten. Das trichterförmige Mittel 2 weist
randseitig eine Rundung 2a im R20-Maß auf. Die Rundung 2a hält den Wafer punktuell
nur an dessen Außenkante
und minimiert dabei dessen Bruchgefahr. Eine Grenzfläche 2d des trichterförmigen Mittels 2 begrenzt
das Mittel 2 an das Vollmaterial 3 des Waferhalters 1.
Das Vollmaterial 3 ist schraffiert dargestellt. Es weist
am Boden eine Aussparung 9 auf. Dies dient der Gewichtsreduktion des
Waferhalters 1. Die Aussparung 9 bewirkt, daß der Waferhalter 1 zwei
Füße 8a und 8b aus
Vollmaterial aufweist, auf die der Waferhalter 1 abgestellt wird.
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Eine Aussparung 6 im Vollmaterial 3 ist
oberhalb des Fußes 8b angeordnet.
Die Aussparung 6 führt
senkrecht durch das Mittel 2 mit Rundung 2a. Die
Aussparung 6 unterbricht das Mittel 2 samt Rundung 2a an
dieser Stelle. Dadurch kann ein Bearbeiter beispielsweise mit einer
Pinzette unter den Wafer greifen und diesen aus dem Waferhalter 1 entnehmen.
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In dem Fuß 8a ist von oben
eine M8-Gewindebohrung 5 gegenüberliegend zu Aussparung 6 eingebracht.
In die Gewindebohrung 5 kann eine Haltestange (nicht dargestellt)
mit entsprechendem Außengewinde
geschraubt werden. Diese dient als Griff und ist vorzugsweise so
lang, daß sie
während
der Behandlung der Wafer in einem Flüssigkeitsbad aus der Flüssigkeit
herausragt. Dann kann der Wafer im Waferhalter 1 z. B.
in einer Flüssigkeit
geschwenkt werden.
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In 1 ist
zudem ein Rundstift 4 dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel
sind, wie unten ausgeführt
wird, jedoch zwei Rundstifte 4 vorgesehen. Selbstverständlich können noch
mehr als zwei Rundstifte 4 vorgesehen sein.
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Das trichterförmige Mittel 2 zum
Halten des Wafers sowie Rundung 2a und das sich darunter
befindliche Vollmaterial 3 sind um jeweils 6° in Richtung des
Bearbeiters geneigt, so daß der
höchste
Punkt des Waferhalters 1 an Gewindebohrung 5 liegt.
Entsprechend liegt der niedrigste Punkt des Waferhalters 1 oberhalb
der Aussparung 6.
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Die Aussparung 6 hat somit
zusätzlich
die Funktion, daß über sie
Arbeitsflüssigkeit
an die Unterseite des Wafers gelangt, so daß gleichzeitig mit der Oberseite
auch die Unterseite des Wafers bearbeitet, das heißt z. B.
entwickelt oder gereinigt und mit einer Flüssigkeit umspült werden
kann.
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Die Neigung kann selbstverständlich auch andere
Werte annehmen, solange der Wafer in seiner Position verbleibt.
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Aufgrund der Neigung dieser Teile
des Waferhalters 1 können
Blasen, die den Bearbeitungsprozeß des Wafers stören würden, in
der Flüssigkeit an
der Unterseite des Wafers entgegen der Neigung abperlen.
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2 zeigt
eine Ausschnittvergrößerung des
trichterförmigen
Mittels 2. Eine Nut 7 ist oberhalb des Fußes 8a angeordnet.
Der Schnitt verläuft
durch eine von insgesamt zwei Nuten 7. Die Nuten 7 stellen Aussparungen
dar, die senkrecht durch das trichterförmige Mittel 2, 2a hindurch
führen.
Blasen, die sich durch Eintauchen oder Schwenken des Halters 1 in einer
Flüssigkeit
bilden, oder die bei einem Ätzverfahren
entstehen, perlen entlang der Waferunterseite entgegen der Neigung
des Wafers in Richtung der Nuten 7 und entweichen dort.
Damit stören
sie den Bearbeitungsprozeß nicht
länger.
Gelöstes
Material, z. B. Schmutz, Lack und so weiter kann andererseits nach
Entnahme des Halters aus der Flüssigkeit
von der Halbleiterscheibe abfließen.
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Das Mittel 2 zum Halten
des Wafers weist randseitig die Rundung 2a im R20-Maß auf. Durch diese
Maßnahme
wird die Bruchgefahr des Wafers minimiert. Auch eine solche Ausgestaltung
des Mittels 2 ist demnach als trichterförmig im Sinne der Erfindung
anzusehen.
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In 3 ist
der kreisförmige
Waferhalter 1 in Aufsicht dargestellt. Das trichterförmige Mittel 2 zum Halten
des Wafers weist einen oberen Rand 2b und einen unteren
Rand 2c auf. Dazwischen verengt sich das Mittel 2 trichterförmig zum
Mittelpunkt des Waferhalters 1 hin. Der obere Rand des
Trichters 2b und der untere Rand 2c weisen einen
Abstand von zehn Millimetern auf. An den oberen Rand schließt sich
ein absatzförmiger
Bereich aus Vollmaterial 3 an. An den unteren Rand 2c schließt sich
die ebene Grenzfläche 2d an.
Grenzfläche 2d begrenzt
das trichterförmige Mittel 2 zum
Vollmaterial 3.
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Das Mittel 2 zum Halten
des Wafers weist hier einen Gesamtdurchmesser von 100,5 Millimeter auf.
Mit diesem Waferhalter 1 können Wafer mit einem Durchmesser
von vorzugsweise 100 Millimeter gehalten werden. Es versteht sich
von selbst, daß die Erfindung
auf ein solches Maß nicht
beschränkt
ist. Vielmehr können
die Maße
an einen zu bearbeitenden kreisförmigen
Wafer beliebigen Durchmessers angepaßt werden. Das trichterförmige Mittel 2 ist
aus Gründen
der Platzersparnis exzentrisch zur Aussparung 6 hin ausgerichtet.
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In der Aufsicht sind zwei Nuten 7 dargestellt, welche
an die Gewindebohrung 5 angrenzen und zum Mittelpunkt des
Waferhalters 1 gerichtet sind.
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Zwei Rundstifte 4 liegen
einander gegenüber und
ragen so aus dem Vollmaterial 3 heraus, daß sie zusammen
mit der erwähnten
Haltestange ein gleichschenkliges Dreieck bilden, indem der Wafer
in seiner Position gehalten wird. Der Griff der Haltestange sollte
daher im vorliegenden Ausführungsbeispiel
einen Durchmesser von zwölf
Millimeter aufweisen. Dann grenzt dieser wie auch die Rundstifte 4 mit
den jeweils abgerundeten Außenflächen direkt
an den Wafer. Die aus dem Vollmaterial 3 herausragenden Rundstifte 4 halten
den Wafer also wie die Haltestange an dessen Position. Durch die
Rundungen der Stifte, der Haltestange sowie des Mittels 2a zum
Halten erfolgt eine punktuelle Fixierung des Wafers. Der Bewegungsspielraum
für den
Wafer wird dabei durch die Rundstifte 4 und die Haltestange
minimiert.
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Der Bezug zu den 1 und 2 ist
durch die Ebenen A-A (2)
und B-B (1) gegeben.
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In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Waferhalters 11 mit als Langlöcher 12 ausgestalteten
Mitteln zum Halten von Wafern in Aufsicht gezeigt. In den 4 und 5 ist nur eines der insgesamt zwölf dargestellten
Langlöcher 12 mit
Bezugszeichen versehen.
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Der Waferhalter 11 gemäß 4 und 5 weist eine kreisförmige Grundfläche auf
und besteht aus PTFE als Vollmaterial 13. Er umfaßt jeweils
zwölf Langlöcher 12.
Jeweils drei Langlöcher 12 bilden
dabei eine Reihe. Hierzu sind die Langlöcher 12 in einem Abstand
von fünf
Millimetern, vom Mittelpunkt eines zum Mittelpunkt des nächsten Langloches 12 gemessen,
hintereinander ange ordnet. Vier solcher Reihen bilden eine kreuzförmige Anordnung
aus insgesamt zwölf
Langlöchern 12.
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In der Mitte des Waferhalters 11 befindet
sich eine M6-Gewindebohrung 15. In die Gewindebohrung 15 wird,
von oben gesehen, eine aus der Bildebene herausragenden Haltestange
(nicht dargestellt) als Griff eingeschraubt. Auch diese Haltestange
ist, wie für
Ausführungsbeispiel
1, so zu dimensionieren, daß sie
während
der Bearbeitung der Wafer aus einer Flüssigkeit herausragt.
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Jedes Langloch 12 ist so
ausgestaltet, daß zwei
sich gegenüberliegende
halbkreisförmige
Bögen 12a und 12b als
Rundungen eine sich verengende Geometrie bilden. Jeder Bogen 12a, 12b weist hierzu
einen Radius von 1,5 Millimeter auf. Die größte Distanz innerhalb eines
Langlochs 12 beträgt
elf Millimeter. In ein Langloch 12 wird ein Wafer oder Teilstück eines
Wafers mit einem Durchmesser von beispielsweise zehn Millimeter
senkrecht eingelegt. Der Spielraum beträgt für den Wafer somit einen Millimeter
in Längsrichtung
des Langlochs 12. Der Spielraum kann auch geringfügig größer sein,
solange die Kanten des Wafers punktuell in den halbkreisförmigen Bögen 12a, 12b gehalten
werden. Dies ist z. 8. dann zutreffend, wenn der Wafer bei Anschlag
an das Ende eines halbkreisförmigen
Bogens 12a im Halbkreis des gegenüberliegenden Bogens 12b verbleibt. Der
Wafer ist somit insbesondere kantenförmig und liegt mit zwei seiner
Kanten in den halbkreisförmigen Bögen 12a, 12b eines
Langlochs 12. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sollte der Durchmesser
des Wafers mindestens 9,5 Millimeter betragen. Dann ist gewährleistet,
daß zwei Kanten
des Wafers in den halbkreisförmigen
Bögen punktuell
gehalten werden.
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Die Tiefe eines Langloches 12 bis
zu den Rundstiften 14 ist so zu wählen, daß etwa die Hälfte bis
Eindrittel des Wafers aus dem Halter 11 herausragen. Dadurch
kann der Wafer mittels einer Pinzette an den Außenkanten senkrecht eingelegt
bzw. entnommen werden.
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In der Aufsicht von oben auf die
Langlöcher 12 der 4 begrenzen jeweils zwei
in der Zeichnung durch Vollmaterial 13 unterbrochene Rundstifte 14 die
drei Langlöcher 12 einer
Reihe nach unten. Die Rundstifte 14 fixieren die Unterkante
des Wafers nach unten über
die Schwerkraft. Vorteilhaft an den Rundstiften 14 ist,
daß für die Wafer
somit auch nach unten eine Punktauflage gegeben ist, die Ablagerungen
an den Auflagestellen verhindert. An Stelle zweier Stifte 14 für ein Langloch 12 ist
es aber auch denkbar, nur einen Stift mit größeren Abmessungen zu verwenden.
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In der Aufsicht auf den Boden der 5 sind entsprechend die
Rundstifte 14 als durchgezogene Linien dargestellt. Zentral
um Gewindebohrung 15 ist ein quadratischer Sockel 16 aus
Vollmaterial 13 angeordnet, in den das eine Ende der Rundstifte 14 hineinragt.
Das andere Ende der Rundstifte 14 ragt jeweils in den Rand 17 des
Waferhalters 11 hinein.
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In 6 ist
die Lage der Rundstifte 14 zueinander für zwei Langlöcher aus
zwei aneinander angrenzenden Reihen angegeben. Die Löcher für die Stifte 14 werden
als Preßpassungen
gefertigt. Die Stifte 14 werden also in den Sockel 16 des
Waferhalters 11 in entsprechende Bohrungen eingepreßt.
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Die erfindungsgemäßen Waferhalter können zur
Behandlung der Wafer durch Chemikalien oder Reinigung bei unterschiedlichen
Temperaturen eingesetzt werden, wobei die Flächen des Wafers, auf der sich
Strukturen befinden, nicht verunreinigt oder beschädigt werden.
Die Wafer werden beim Schwenken in den verschiedenen Flüssigkeiten
gut umspült, und
der Verbrauch von teuren Chemikalien minimiert. Weiterhin kann speziell
im ersten Ausführungsbeispiel
die Halbleiterfläche
während
der Behandlung mit Chemikalien gut beobachtet werden, da sich die Wafer
auf Grund der mehr oder weniger waagerechten Position der Wafer
gut beobachten lassen und damit der Entwicklungsfortschritt eindeutig
dokumentiert werden kann. Besonders im Vergleich zu Waferhaltern
aus dem Stand der Technik, in denen eine senkrechte Aufbewahrung
während
der Prozesse vorliegt, wird viel weniger teure Prozeßflüssigkeit,
wie z. B. bestimmte Chemikalien verbraucht.
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Polytetrafluorethylen (PTFE) oder
Polypropylen (PP) als Material für
die Waferhalter 1, 11 sind besonders geeignet,
da diese Materialien weitgehend temperatur- und säurebeständig sind.
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Es ist selbstverständlich,
daß alle
in den Figuren angegebenen Maße
nur beispielhaft sind und insbesondere auch größere Maße vorstellbar sind. Zudem
kann der Waferhalter in 2 selbstverständlich auch
weniger oder mehr Langlöcher 12 aufweisen.