DE3536432A1 - Contactless holding device for semiconductor discs - Google Patents

Contactless holding device for semiconductor discs

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DE3536432A1 DE19853536432 DE3536432A DE3536432A1 DE 3536432 A1 DE3536432 A1 DE 3536432A1 DE 19853536432 DE19853536432 DE 19853536432 DE 3536432 A DE3536432 A DE 3536432A DE 3536432 A1 DE3536432 A1 DE 3536432A1
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Abstract

The invention relates to a holding device utilising the hydrodynamic paradox. This device is used for holding semiconductor discs during different machining processes and for transporting them.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung unter Ausnutzung des hydrodynamischen Paradoxon.The invention relates to a holding device using of the hydrodynamic paradox.

Zur Halterung und zum Transport von Halbleiterscheiben werden Vorrichtungen eingesetzt, die beispielsweise beim Dotierungsprozeß in Diffusionsöfen und beim Hinein- und Heraustransportieren noch weitgehend manuell bedient werden.For holding and transporting semiconductor wafers devices are used, for example Doping process in diffusion furnaces and in and out Removal can still be operated largely manually.

So werden Halbleiterscheiben ab einem gewissen Stadium der Fertigung in Magazinen gestapelt und für den Diffusionsprozeß oder andere Prozesse manuell transportiert und Entladen.This is how semiconductor wafers become from a certain stage of the production stacked in magazines and for the diffusion process or other processes transported manually and unloading.

Verunreinigungen, mechanische Beschädigungen und ungleichmäßige Dotierungen der Halbleiterscheiben sind die Folge.Contamination, mechanical damage and uneven The result is doping of the semiconductor wafers.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Transportieren von Halbleiterscheiben anzugeben, die weitgehend automatisiert ist und eine gleichmäßigere Bearbeitung der einzelnen Halbleiterscheiben ermöglicht. The present invention is therefore based on the object a device for processing and transport of semiconductor wafers specify that largely automated is and a more even processing of the individual semiconductor wafers.  

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of claim 1 solved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result itself from the subclaims.

Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:
Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the figures and are described in more detail below:
Show it:

Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung einer Haltevorrichtung für Halbleiterscheiben. Fig. 1 is a perspective view of a holding device for semiconductor wafers.

Fig. 2 Eine Schnittzeichnung der Haltevorrichtung. Fig. 2 is a sectional drawing of the holding device.

Fig. 3 Eine Schnittzeichnung einer modifizierten Haltevorrichtung mit einem Transport und Führungsgestänge für Halbleiterscheiben. Fig. 3 is a sectional drawing of a modified holding device with a transport and guide linkage for semiconductor wafers.

Fig. 4 Eine perspektivische Darstellung der Haltevorrichtung für Halbleiterscheiben in einem Diffusionsofen. Fig. 4 is a perspective view of the holding device for semiconductor wafers in a diffusion furnace.

Das Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 zeigt die Haltevorrichtung für Halbleiterscheiben, bestehend aus einem Anblasrohr 1, in welches ein Schutzgas 5 einströmt, das auf einen Diffusor 2 achsensymmetrisch aufgesetzt ist.The exemplary embodiment in FIG. 1 shows the holding device for semiconductor wafers, consisting of a blowing tube 1 , into which a protective gas 5 flows, which is placed on a diffuser 2 in an axisymmetric manner.

Der dabei physikalisch ausgenutzte Effekt des hydrodynamischen Paradoxon kann durch die Bernoullische Gleichung beschrieben werden. The physically exploited effect of the hydrodynamic paradox can be described by the Bernoulli equation.

Die radiale Strömungsgeschwindigkeit V des Schutzgases 5 im Diffusor 2 längs der Oberflächenseite (15) der Halbleiterscheiben 4 nimmt radial von innen nach außen ab. Dies hat zur Folge, daß unter Beachtung der Gleichung (1) der statische Druck p im Diffusor 2 kleiner ist als der äußere Umgebungsdruck PA. Der statische Druck p im Diffusor 2 nimmt in Richtung der Peripherie dabei nach einer nichtlinearen Beziehung von innen nach außen zu bei konstantem Gesamtdruck P.The radial flow velocity V of the protective gas 5 in the diffuser 2 along the surface ( 15 ) of the semiconductor wafers 4 decreases radially from the inside to the outside. As a result, the static pressure p in the diffuser 2 is lower than the external ambient pressure PA , taking into account equation ( 1 ). The static pressure p in the diffuser 2 increases in the direction of the periphery according to a non-linear relationship from the inside to the outside at a constant total pressure P.

Die Druckdifferenz zwischen äußerem Umgebungsdruck P A und dem sich einstellenden statischen Druck p führt dazu, daß die Halbleiterscheibe 4 abgehoben und transportiert oder gehalten werden kann. Es stellt sich also ein Kräftegleichgewicht zwischen Gewicht der Halbleiterscheibe einerseits und der resultierenden Kraft aus der Druckdifferenz andererseits ein.The pressure difference between the external ambient pressure P A and the resulting static pressure p means that the semiconductor wafer 4 can be lifted off and transported or held. A balance of forces is thus established between the weight of the semiconductor wafer on the one hand and the resulting force from the pressure difference on the other.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Detailkonstruktion für das Umlenken des Schutzgases 5 um 90°. Im Zentrum des Diffusors 2 befindet sich ein Verteilerkonus 7, der der Impulsumlenkung der Gaspartikel dient, um zu verhindern, daß eine auftretende Impulsänderung an der Scheibe mit einer Kraftkomponente auf die Scheibe verbunden wäre, die sich der Gewichtskraft der Halbleiterscheibe 4 gleichsinnig überlagern würde. Fig. 2 shows in section a detailed construction for deflecting the protective gas 5 by 90 °. In the center of the diffuser 2 there is a distributor cone 7 which serves to deflect the gas particles in order to prevent an occurring change in momentum on the disk from being connected to a force component on the disk which would superimpose the weight of the semiconductor wafer 4 in the same direction.

Der Verteilerkonus 7 ist in einem Einschraubdiffusor 6 über einen Steg 8 angebracht und wird in den Diffusor 2 eingeschraubt, an dessen Peripherie sich Führungsstifte 3 und Noppen 25 befinden, die ein laterales Abgleiten oder Verkanten der Halbleiterscheiben 4 verhindern. The distributor cone 7 is mounted in a screw-in diffuser 6 via a web 8 and is screwed into the diffuser 2 , on the periphery of which there are guide pins 3 and knobs 25 which prevent the semiconductor wafers 4 from sliding or tilting laterally.

Der Gasstrom im Anblasrohr 1 wird mit Hilfe des Verteilerkonus 7 aus der axialen in die radiale Richtung über den trichterförmigen Konus 9 umgelenkt. Der Abstand 13 zwischen Unterseite des Diffusors 2 und der Halbleiterscheibenoberfläche 15 wird bei ausströmendem Gasstrom durch Bewegen der gesamten Haltevorrichtung in axialer Richtung so eingestellt, daß sich ein wirksamer Ringquerschnitt 12 für die Gasströmung einstellt, der zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in diesem besagten Ringquerschnitt 12 führt, womit nach Gleichung 1 gleichzeitig eine Druckminderung des statischen Drucks einhergeht. Die Halbleiterscheibe wird dadurch sozusagen angesaugt. Ihr Gewicht wird durch die Druckdifferenz zwischen lokalem statischem Druck p und herrschendem Außendruck P A kompensiert.The gas flow in the blow pipe 1 is deflected from the axial to the radial direction via the funnel-shaped cone 9 with the aid of the distributor cone 7 . The distance 13 between the underside of the diffuser 2 and the semiconductor wafer surface 15 is set when the gas stream flows out by moving the entire holding device in the axial direction such that an effective ring cross section 12 is established for the gas flow, which leads to an increase in the flow velocity in said ring cross section 12 , which is accompanied by a reduction in pressure of the static pressure according to equation 1 . The semiconductor wafer is thus sucked in, so to speak. Their weight is compensated for by the pressure difference between the local static pressure p and the prevailing external pressure P A.

In Fig. 3 ist eine Transportkonstruktion für Halbleiterscheiben gezeigt, bestehend aus dem Anblasrohr 17 und einer gegenüber Fig. 2 modifizierten Diffusorplatte 20, in welcher eine Bohrung 10 als Fortsetzung des Anblasrohrs in radialer Richtung eingebracht ist, und die zur Impulsumlenkung um 90° von einer achsensymmetrischen Bohrung 30 durchdrungen wird, in deren trichterförmigen Austrittsöffnungen 90 je ein Verteilerkonus 70 angebracht ist zur nochmaligen Umlenkung des Gasstrahls um 90°. Die Halbleiterscheiben 4 werden dadurch, wie für Fig. 2 bereits beschrieben, angesaugt und können so in einer Vorrichtung, bestehend aus einem Führungsgestänge 60, dem Abstandshalter 50 und dem Sicherungshalter 40 bewegt oder gehalten werden.In Fig. 3, a transport structure for semiconductor wafers is shown, consisting of the blowing tube 17 and a diffuser plate 20 modified compared to Fig. 2, in which a bore 10 is made as a continuation of the blowing tube in the radial direction, and which for 90 ° pulse deflection of one Axially symmetrical bore 30 is penetrated, in the funnel-shaped outlet openings 90 each a distributor cone 70 is attached for redirecting the gas jet by 90 °. The semiconductor wafers 4 are thereby sucked in, as already described for FIG. 2, and can thus be moved or held in a device consisting of a guide rod 60 , the spacer 50 and the fuse holder 40 .

Fig. 4 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit der in Fig. 3 beschriebenen Transportkonstruktion. Fig. 4 shows an application of the transport structure described in Fig. 3.

Dabei sind mehrere Haltevorrichtungen in einem Diffusionsofen 14 dargestellt, der in Längsrichtung von einem Dotiergas 16 beströmt wird. Zur Halterung der Halbleiterscheiben 4 werden diese über das Anblasrohr 17 mit dem Schutzgas 5 beströmt unter Ausnutzung des Effektes des hydrodynamischen Paradoxon. Infolge der unterschiedlichen Durchmesser an der Übergangsstelle zwischen Anblasrohr 17 und Bohrung 10 kommt es zu Turbulenzen, die dazu ausgenutzt werden, daß im Diffusionsofen 14 eine Verwirbelung von Dotiergas 16 und Schutzgas 5 stattfindet, so daß die einseitig zu dotierenden Halbleiterscheiben nicht nur längs, sondern spiralförmig turbulent umströmt werden, was zu einem gleichmäßigeren Dotierungsprofil aller am Prozeß beteiligten Halbleiterscheiben führt.Several holding devices are shown in a diffusion furnace 14 , which is flowed through in the longitudinal direction by a doping gas 16 . To hold the semiconductor wafers 4 , the protective gas 5 is flowed through them via the blowing tube 17 , utilizing the effect of the hydrodynamic paradox. As a result of the different diameters at the transition point between the blowing tube 17 and the bore 10 , turbulence occurs which is exploited so that doping gas 16 and protective gas 5 swirl in the diffusion furnace 14 , so that the semiconductor wafers to be doped on one side not only lengthways, but spirally flow around turbulent, which leads to a more uniform doping profile of all semiconductor wafers involved in the process.

Die Einströmgeschwindigkeit des Schutzgases 5 in das Anblasrohr 17 bzw. die Anblasbohrung 10 wird dabei geregelt auf das Kriterium eines konstanten Abstandes 13 zwischen Halbleiterscheibe 4 und Unterkante der Diffusorplatte 20 und einer ausreichenden Haltekraft, indem die Kapazität zwischen diesen beiden Bereichen gemessen und in einem Regelkreis weiterverarbeitet wird.The inflow speed of the protective gas 5 into the blow pipe 17 or the blow hole 10 is regulated based on the criterion of a constant distance 13 between the semiconductor wafer 4 and the lower edge of the diffuser plate 20 and a sufficient holding force by measuring the capacitance between these two areas and further processing in a control circuit becomes.

Es können auch Wirbelstromverluste, die durch Bedämpfen einer Spule eines Schwingkreises mittels der Halbleiterscheibe 4 auftreten, dafür herangezogen werden.Eddy current losses which occur due to damping of a coil of an oscillating circuit by means of the semiconductor wafer 4 can also be used for this.

In einer weiteren Anwendungsmöglichkeit kann die Halbleiterscheibe 4 entsprechend der Darstellung in Fig. 1 oder 2 dazu benutzt werden, daß einseitige Tauchbeschichtungen oder Ätzungen auf der Halbleiterscheiben-Unterseite vorgenommen werden können.In a further possible application, the semiconductor wafer 4 , as shown in FIG. 1 or 2, can be used to enable one-sided dip coating or etching to be carried out on the underside of the semiconductor wafer.

Verwendet man statt des Schutzgases 5 im Anblasrohr 17 ebenfalls das Dotiergas 16, sind z. B. Dotierung auf Vorder- und Rückseite von 2 aneinander gelegten oder miteinander verbundenen Halbleiterscheiben möglich.If one also uses the doping gas 16 instead of the protective gas 5 in the blowing tube 17 , z. B. Doping on the front and back of 2 stacked or interconnected semiconductor wafers possible.

Claims (7)

1) Haltevorrichtung unter Ausnutzung des hydrodynamischen Paradoxon, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Halterung bei unterschiedlichen Bearbeitungsprozessen und zum Transport von Halbleiterscheiben.1) Holding device using the hydrodynamic paradox, characterized by the use for holding in different machining processes and for transporting semiconductor wafers. 2) Haltevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Mantel des Diffusors (2) Führungsstifte (3) angebracht sind, die die Halbleiterscheiben (4) gegen laterales Abgleiten stützen.2) Holding device according to claim 1 or 2, characterized in that on the jacket of the diffuser ( 2 ) guide pins ( 3 ) are attached which support the semiconductor wafers ( 4 ) against lateral sliding. 3) Haltevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (2) mit einem Einschraubdiffusor (6) versehen ist, der eine trichterförmige Bohrung (9) aufweist, in deren Zentrum ein Verteilerkonus (7) über einen Steg (8) befestigt ist.3) Holding device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffuser ( 2 ) is provided with a screw-in diffuser ( 6 ) which has a funnel-shaped bore ( 9 ), in the center of which a distributor cone ( 7 ) via a web ( 8 ) is attached. 4) Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Diffusorplatte (20) in radialer Richtung und in axialer Richtung sich durchdringende Bohrungen (10, 30) angebracht sind, daß im Zentrum der axialen Bohrung (30) an den beiden Oberflächen der Diffusorplatte (20), an der die Halbleiterscheiben (4) durch Anblasen der Bohrung (10) angedrückt werden, je ein Verteilerkonus (70) befestigt ist. 4) Holding device according to claim 1, characterized in that in a diffuser plate ( 20 ) in the radial direction and in the axial direction penetrating holes ( 10, 30 ) are made that in the center of the axial bore ( 30 ) on the two surfaces of the diffuser plate ( 20 ), on which the semiconductor wafers ( 4 ) are pressed by blowing on the bore ( 10 ), one distributor cone ( 70 ) each is attached. 5) Haltevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung zum Transport von Halbleiterscheiben durch einen Abstandshalter (50) und ein Führungsgestänge (60) bewegt wird, und daß je zwei Halbleiterscheiben (4) über einen Sicherungshalter (40) an je einer Diffusorplatte (20) bezüglich ihrer Lage gesichert werden.5) Holding device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device for transporting semiconductor wafers is moved by a spacer ( 50 ) and a guide linkage ( 60 ), and that two semiconductor wafers ( 4 ) via a fuse holder ( 40 ) each a diffuser plate ( 20 ) are secured in terms of their position. 6) Haltevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung in einem Diffusionsofen (14) so angeordnet ist, daß sie in Längsrichtung des Diffusionsofens von einem Dotiergas (16) umströmt wird und unter Ausnutzung des hydrodynamischen Paradoxon von einem Schutzgas (5) zur Halterung angeblasen wird, so daß es im Diffusionsofen (14) zu Verwirbelungen nur an einer, dem Dotiergas unmittelbar ausgesetzten Oberfläche der Halbleiterscheiben kommt und eine durchdringende Dotierung dieser stattfindet.6) Holding device according to claim 5, characterized in that the holding device is arranged in a diffusion furnace ( 14 ) so that it is flowed around in the longitudinal direction of the diffusion furnace by a doping gas ( 16 ) and using the hydrodynamic paradox of a protective gas ( 5 ) Holder is blown so that in the diffusion furnace ( 14 ) swirls occur only on a surface of the semiconductor wafers which is directly exposed to the doping gas and penetrating doping thereof takes place. 7) Haltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie unter Ausnutzung des hydrodynamischen Paradoxon statt von einem Schutzgas (5) vom Dotiergas (16) angeblasen wird.7) Holding device according to claim 6, characterized in that it is blown using the hydrodynamic paradox instead of a protective gas ( 5 ) from the doping gas ( 16 ).
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