DE19825381B4

DE19825381B4 - Verfahren zur Handhabung von Wafern großen Durchmessers während eines Temperprozesses

Info

Publication number: DE19825381B4
Application number: DE19825381A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr. Müssig; Hans Dr. Richter
Original assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Current assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: DE19825381A1

Abstract

Verfahren zur Handhabung mindestens eines Wafers während eines Temperprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer während der Prozessierung in einer aufnehmenden Halterung um eine durch ihren Mittelpunkt verlaufende, senkrecht zur Waferoberfläche stehende gedachte Achse rotiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Handhabung von Wafern großen Durchmessers während eines Temperprozesses.
Einkristalline Siliziumwafer sind vorzugsweise das Ausgangsmaterial für die Herstellung integrierter Schaltkreise. Mit der Entwicklung neuer Fertigungstechnologien und neuer Schaltkreise geht aus ökonomischen Gründen der Übergang zu immer größeren Waferdurchmessern einher. Dabei strebt die Industrie neben einer maximalen Schaltkreisausbeute auch ein optimales Verhältnis zwischen dem Durchmesser und der Dicke der Wafer an. So hat eine geringfügige Änderung der Dicke eines großflächigen Wafers als Mittel zur Erhöhung seiner mechanischen Stabilität einen wesentlichen Einfluß auf die Anzahl der Wafer, die aus dem Einkristall gewonnen werden können, und damit auf die Kosten. So bewirkt allein der Materialeinsatz pro Wafer beim Übergang von 200 mm Durchmesser und 0,725 mm Dicke auf 300 mm Durchmesser und 0,775 mm Dicke einen Kostenanstieg um mehr als das Vierfache. Deshalb muß sich die Handhabung solcher Wafer in Apparaturen und während technologischer Prozesse von der bisher üblichen erheblich unterscheiden.
Der Stand der Technik ist dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumwafer während der Prozessierung in speziellen Magazinen senkrecht stehend angeordnet werden, um unter anderem den deformierenden Einfluß der Gravitationskraft zu verringern, Masse und Empfindlichkeit von Wafern großen Durchmessers erfordern dann wegen der hohen Kosten für entsprechende Prozeßanlagen und für die Wafer selbst den Übergang zur Einzel-Wafer-Handhabung.
Mit wachsendem Durchmesser von Siliziumwafern, insbesondere bei Dwcchmessern ≥ 200 mm, geht man von einer vertikalen Lagerung der Wafer zu einer horizontalen über, und es kommt zwangsläufig und zunehmend beim Durchlaufen technologischer Prozesse unter dem Einfluß der Gravitationskraft zu einer Durchbiegung der Wafer. Das führt z. B. bei Temperprozessen zur plastischen Deformation und zur Defektbildung in den Wafern, wodurch sich Ausbeute und Qualität von Bauelementen und Schaltkreisen verringern. Aber auch Hochtemperaturprozeßparameter, wie die Oxidationsgeschwindigkeit und das Diffusionsverhalten von Verunreinigungen können durch mechanische Spannungen beeinflußt werden.
Die Handhabung der Wafer wird deshalb eine Veränderung im heutigen Technologiemodell derart bewirken, daß Ausrüstungen und Prozesse mit Einzel-Wafer-Handhabung zunehmend üblich werden und zugleich neue technische Lösungen für die Lagerung der Wafer in Prozeßanlagen gefunden werden müssen, die den Einfluß der Gravitationskraft reduzieren.

Aus der DE 44 04 110 A1 geht hervor, daß Wafer während der Schichtabscheidung in einem MOCVD-Reaktor zum Rotieren gebracht werden. Die in der DE 44 04 110 A1 beschriebene Hochgeschwindigkeits-Drehung eines Suszeptors erzeugt eine Drehung von Wafern um die Achse des Suszeptors, mit welcher eine Verlängerung der Verweilzeit eines Quellengases auf den Wafern erzielt wird. Auf diese Weise kann das Zerfallsverhältnis des Quellengases vergrößert werden, wodurch die Wachstumsgeschwindigkeit erhöht wird. Zusätzlich rotiert bei dem in der DE 44 04 110 A1 beschriebenen Abscheideverfahren jeder Wafer auf einem Wafereinsatz. Die Drehung des jeweiligen Wafereinsatzes wird hier durch eine Führung der Quellengase gegen Flügel des Wafereinsatzes bewirkt. Der Gasstrom während der Gasphasen-Abscheidung treibt somit die Rotation der Wafer an.

Eine Durchbiegung von Wafern während eines Temperprozesses wird in der DE 44 04 110 A1 dadurch vermieden, daß, wie beispielsweise in 19(b) gezeigt, die Wafer 400 in Substrathaltern 300a untergebracht sind, in denen die Wafer mit ihrer gesamten Oberfläche aufliegen. Diese Lagerung der Wafer hat jedoch den Nachteil, daß ihre Handhabung eingeschränkt ist. Denn es bedarf besonderer technischer Verfahren, um die Wafer-Unterseite für die Handhabung zugänglich zu ma chen. Außerdem entstehen in der Anordnung der DE 44 04 110 A1 während des Temperns inhomogene Temperaturverteilungen, die mechanische Spannungen und ein unerwünschtes Diffusionsverhalten von Dotierstoffen bewirken können.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem ist daher, ein Handhabungsverfahren für Wafer großen Durchmessers während eines Temperprozesses anzugeben, das plastische Deformationen und Defektbildung in Wafern verringert, ohne die Handhabbarkeit der Wafer stark einzuschränken.

Diese Aufgabenstellung wird dadurch gelöst, daß ein Wafer, mit vorzugsweise großem Durchmesser während Temperprozessen in bzw. mit einer geeignet gestalteten, aufnehmenden Halterung um eine durch den Mittelpunkt des Wafers verlaufende, senkrecht zur Waferoberfläche stehenden gedachten Achse rotiert.

Die Wirkung der Gravitationskraft, die zur Durchbiegung des Wafers führt, kann bei ausreichend hoher Rotationsfrequenz infolge der erzeugten Zentrifugalkraft vernachlässigt werden. Die mechanische Deformation wird beseitigt oder zumindest erheblich verringert, was eine Verringerung der Anzahl der spannungsbedingten Defekte, z. B. gleitfähiger Versetzungen, zur Folge hat. Des weiteren werden durch die Waferrotation bei Temperprozessen entstehende inhomogene Temperaturverteilungen vermieden, die ebenfalls Spannungen und ein geändertes Diffusionsverhalten bewirken können.

Die Rotationsachse kann sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein. Die Wafer werden mittels auf ihre Oberflächen und/oder ihren Rand wirkender Druckelemente fixiert. Dabei sind die Druckelemente federnd gelagert und kompensieren so Spannungen und Ausdehnungen, so daß die Wafer beweglich fixiert sind. Vorzugsweise rotieren die Wafer mit beidseitig angreifenden Druckelementen, wobei mindestens drei im Winkel von 120° axialsymmetrisch angeordnet sind.

Die Siliziumwafer rotieren einzeln oder im Verband. Dies ist abhängig vom technologischen Prozeß. Insbesondere in schnellem thermischen Prozessen müssen die Wafer meist einzeln die entsprechenden Erwärmungs- und Abkühlphasen durchlaufen, während z. B. im HeißwandRohrreaktorprozeß aus ökonomischen Gründen die Siliziumwafer im engen Verband prozessiert werden. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn mehrere Siliziumwafer axialsymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet sind. Entsprechende waferfremde Ausgleichsmassen können erfindungsgemäß etwaige, trotzdem bestehende Unwuchten ausgleichen.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die hier Schutz beansprucht wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher erläutert.

Beispiel 1:
Eine Vorrichtung zur Halterung eines Wafers ist so gestaltet, daß der Wafer in der Halterung durch drei im Winkel von jeweils 120° axialsymmetrisch zum Wafermittelpunkt am Rand des Wafers angreifende, beidseitig über Druckkugeln wirkende mechanische Arretierungen befestigt und zugleich während der Rotation durch diese geführt wird. Die Halterung rotiert in diesem Ausführungsbeispiel zusammen mit dem Wafer. Der Vorteil einer solchen Führung besteht darin, daß keine Bohrung im Zentrum des Wafers vorhanden sein muß und durch die Rotation keine den technologischen Prozeß störenden Teilchen erzeugt werden. In diesem Ausführungsbeispiel rotiert der Wafer um eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende, senkrecht im Raum und zur Waferoberfläche stehende gedachte Achse, um Unwuchten so gering wie möglich zu halten.
Beispiel 2:
Die im ersten Ausführungsbeispiel vorgeschlagene Lösung läßt das Rotieren einzelner Wafer zu. In diesem Ausführungsbeispiel rotieren die Wafer im Waferverband. Dazu sind mehrere der im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Halterungen in einer Reihe angeordnet und untereinander fest verbunden. Welche Option gewählt wird, hängt von dem speziellen technologischen Prozeß ab. Während in schnellen thermischen Prozessen die Wafer meist einzeln die entsprechenden Erwärmungs- und Abkühlphasen durchlaufen, werden die Wafer im Heißwand-Rohrreaktorprozeß aus ökonomischen Gründen im engen Verband prozessiert. Auch in diesem Ausführungsbeispiel rotiert der Wafer um eine durch seinen Mittelpunkt verlaufende, senkrecht im Raum und zur Waferoberfläche stehende gedachte Achse, um Unwuchten so gering wie möglich zu halten.
Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn mehrere Wafer axialsymmetrisch um die Rotationsachse angeordnet sind. Entsprechende waferfremde Ausgleichsmassen können erfahrungsgemäß bestehende Unwuchten ausgleichen.

Claims

Verfahren zur Handhabung mindestens eines Wafers während eines Temperprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer während der Prozessierung in einer aufnehmenden Halterung um eine durch ihren Mittelpunkt verlaufende, senkrecht zur Waferoberfläche stehende gedachte Achse rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse vertikal angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse horizontal angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels wafertremden Ausgleichsmassen vorhandene Unwuchten während der Rotation ausgeglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels auf die Fläche des Wafers wirkender Druckelemente, die die Wafer fixieren, rotieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels auf den Rand der Wafer wirkender Druckelemente, die die Wafer fixieren, rotieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels federnder, Spannungen und Ausdehnungen kompensierender Druckelemente, die die Wafer beweglich fixieren, rotieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels dreier, im Winkel von jeweils 120° axialsymmetrisch zum Wafermittelpunkt angeordneter, den Wafer fixierender Druckelemente rotieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wafer in oder mit aufnehmenden Halterungen mittels den Wafer beidseitig fixierender Druckelemente rotieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im Verband angeordnete Wafer rotieren.