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DE3650710T2 - System und Methode für Vakuum-Behandlung - Google Patents

System und Methode für Vakuum-Behandlung

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Publication number
DE3650710T2
DE3650710T2 DE19863650710 DE3650710T DE3650710T2 DE 3650710 T2 DE3650710 T2 DE 3650710T2 DE 19863650710 DE19863650710 DE 19863650710 DE 3650710 T DE3650710 T DE 3650710T DE 3650710 T2 DE3650710 T2 DE 3650710T2
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DE
Germany
Prior art keywords
wafer
wafers
processing
vacuum
transport
Prior art date
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DE19863650710
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Duane E. Carter
Cecil Davis
Randall C. Hildenbrand
Robert Matthews
John E. Spencer
Timothy A. Wooldridge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
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Publication of DE3650710T2 publication Critical patent/DE3650710T2/de
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung von Wafern und auf ein Modul zur Verarbeitung von Wafern.
  • Ein Grundproblem bei der Herstellung integrierter Schaltungen sind die Partikel. Dieses Problem bekommt zunehmend größere Bedeutung, was an zwei Entwicklungen bei der Verarbeitung integrierter Schaltungen liegt. Erstens ist es, da die Bauelementbemessungen immer kleiner werden, erforderlich, die Anwesenheit immer kleinerer Partikel zu vermeiden. Dadurch wird es immer schwieriger sicherzustellen, daß ein Reinraum wirklich rein ist. So kann zum Beispiel ein Reinraum, der der Klasse 1 (das bedeutet ein Partikel pro Kubikfuß (1 Fuß = 0,3048 m)) in bezug auf Partikel von einem Mikrometer und größer angehört, sehr wohl zur Klasse 1.000 oder einer noch schlechteren Klasse gehört, wenn Partikelgrößen bis zu 100 Angström gezählt werden. Zweitens besteht ein verstärkter Wunsch danach, größere Muster integrierter Schaltungen zu verwenden. So ist es heutzutage beispielsweise eher üblich, integrierte Schaltungen von einer Größe, die 50.000 Quadratmilliinch (1 Milliinch = 0,0254 - 10 3 m) übersteigen, zu verwenden als vor fünf Jahren.
  • Es ist daher nicht nur so, daß Partikel eine sehr bedeutende Quelle des Produktionsverlustes bei der Herstellung integrierter Schaltungen sind, sondern auch so, daß ihre Bedeutung in den nächsten Jahren sehr stark zunehmen wird. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, allgemein anwendbare Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen zu schaffen, die die Empfindlichkeit des Verfahrens gegenüber Partikelverunreinigungen vermindern.
  • Eine der Hauptquellen von Partikelverunreinigungen ist der Mensch. Hierzu gehören die Partikel, die von menschlichen Körpern freigesetzt werden, und die Partikel, die durch Gerätebe diener aufgewirbelt werden, die sich innerhalb einer Halbleiterverarbeitungsfabrik (eingangsseitig) umherbewegen. Um diese Partikel zu vermindern, besteht seit mehreren Jahren ein allgemeiner Trend in der Industrie, in verstärktem Maße automatische Transportoperationen zu verwenden, bei denen ein Techniker zum Beispiel eine Kassette mit Wafern in eine Maschine setzen kann, wobei dann die Maschine die Wafer automatisch einzeln von der Kassette durch die Maschine (um die notwendigen Verarbeitungsschritte zu bewirken) und zurück zur Kassette transportiert, ohne daß der Techniker die Wafer berühren muß.
  • Die Bemühungen in dieser Richtung führten jedoch dazu, die Bedeutung einer zweiten kritischen Partikelquelle herauszustellen, nämlich die der Partikel, die im Inneren durch die Wafer und/oder Transportmechanismen erzeugt werden. Das heißt, daß dann, wenn die Oberfläche des Wafers leicht gegen irgendeine andere harte Oberfläche stößt, leicht einige Partikel (von Silizium, Siliziumdioxid oder anderen Materialien) freigesetzt werden können. Die Partikeldichte innerhalb eines herkömmlichen Waferträgers ist aufgrund dieser Partikelquelle typischerweise ziemlich hoch. Darüber hinaus erzeugen viele zum Stand der Technik gehörende Wafertransportmechanismen selbst eine beträchtliche Menge an Partikeln.
  • Die gegenwärtig zum Stand der Technik gehörenden und in der Halbleiterindustrie verwendeten Waferlademechanismen bestehen in erster Linie aus drei grundsätzlichen Typen: bandgetriebener Wafertransport, Waferbewegung durch pneumatischen Lufttransport und Wafertransport mit Hilfe eines Armes (wobei entweder eine Vakuumansaugung oder eine Aufnahmevorrichtung verwendet wird, um den Boden oder den Rand des Wafers zu halten). Bei allen diesen drei Typen von Systemen werden jedoch die Wafer mit der aktiven Seite nach oben in den Träger und aus diesem heraus bewegt, es wird der Waferträger während der Lade- und Entladeoperationen in vertikaler Richtung bewegt, es findet der Wafertransport bei einem Druck statt, der zwischen Normaldruck und Niedervakuum liegt, und es ist erforderlich, daß die Wafer im Vergleich zum Laden in umgekehrter Reihenfolge entladen werden. Daraus ergeben sich bei den zum Stand der Technik gehörenden Verfahren eine Reihe schwerwiegender Nachteile, die im folgenden aufgezählt sind:
  • 1) Wafer, die mit der aktiven Seite nach oben transportiert werden, fangen mit größerer Wahrscheinlichkeit Partikel ein, die durch Partikelerzeugungsmechanismen innerhalb des Waferträgers oder innerhalb des Waferladeeinheit erzeugt worden sind.
  • 2) Die vertikale Bewegung des Waferträgers während der Lade- und Entladeoperation erzeugt aufgrund des Klapperns des Wafers in dem Träger viele Partikel. Diese Partikel können direkt auf die aktive Seite angrenzender Wafer fallen, die mit nach oben gerichteter aktiver Seite in dem Träger ruhen.
  • 3) Bandmechanismen werden typischerweise den Boden des Wafers während der Lade- und Entladeoperationen scheuern, was wiederum viele Partikel durch Abrieb erzeugt.
  • 4) Pneumatischer Lufttransport wirbelt viele Partikel durch Luftströme umher, und viele dieser Partikel können auf der aktiven Seite des Wafers zum Ruhen kommen.
  • 5) Die Steuermechanismen vieler Lademodule liegen in dem gleichen Bereich wie der offene Waferträger in unmittelbarer Nachbarschaft zu den zu verarbeitenden Wafern. Hier liegt ein großes Potential für ein großes Ausmaß an Verunreinigung.
  • 6) Die Masse der Träger-Wafer-Kombination verändert sich, während die Wafer geladen und entladen werden, und dieses kann die Zuverlässigkeit und die Positionierung des vertikalen Antriebs des Waferträgers, insbesondere wenn große Wafer (von 150 Millimetern oder mehr) gehandhabt werden, beeinträchtigen.
  • 7) Typischerweise werden zwei Lademodule für jede Verarbeitungsstation verwendet, so daß eine Kassette typischerweise nach und nach geladen wird, und die Wafer von dieser Kassette, die verarbeitet worden sind, in eine zweite Kassette geladen werden.
  • 8) Jedesmal, wenn eine neue Kassette mit Wafern in jede Verarbeitungsstation geladen wird oder aus dieser entladen wird, vermindert sich die Nutzeffizienz der Anlage, da die Maschine stillstehen muß, während die Kassette entfernt wird.
  • EP-A-0 152 555 offenbart ein Gerät zum Transportieren eines Halbleiterwafers. Bei dieser Druckschrift findet der Transport zwischen zwei Kammern mit Unterdruck statt, nämlich einer zum Speichern und einer zum Verarbeiten der Wafer. In dieser Druckschrift ist jedoch eine Verarbeitungsmodulkammer mit mehreren Waferverarbeitungsstationen nicht offenbart.
  • US-A-4 487 678 offenbart ein Trockenätzgerät, in dem eine Multistationsverarbeitung durchgeführt wird. Bei dieser Druckschrift können sämtliche Wafer auf verschiedenen Stationen nur gleichzeitig dem gleichen Verarbeitungsschritt unterzogen werden.
  • Die vorliegende Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 5 definiert ist, liefert vorteilhafte Lösungen zu sämtlichen oben angegebenen Problemen und schafft stark verbesserte mit wenigen Partikeln behaftete Waferhandhabungs- und Ladeoperationen.
  • Die Wafer können transportiert, geladen und entladen werden, ohne daß sie jemals Normaldruck oder Niederdruck erfahren. Das ist sehr nützlich, da bei einem Druck von weniger als ungefähr 10&supmin;&sup5; Torr (1 Torr = 133,322 Pa) die Brown'sche Bewegung nicht ausreicht, um Partikel, die größer als ungefähr 10 nm sind, zu tragen, und diese Partikel werden sich in dieser Niederdruckatmosphäre relativ schnell niederschlagen.
  • Die Fig. 2 zeigt die Zeit, die Partikel verschiedener Größe benötigen, um einen Meter unter atmosphärischem Druck zu fallen. Es ist zu erkennen, daß bei einem Druck von 10&supmin;&sup5; Torr (1 Torr = 133,322 Pa) oder weniger selbst Partikel mit einer Größe von 10 nm mit einem Meter pro Sekunde fallen und größere Partikel noch schneller fallen (große Partikel fallen einfach ballistisch mit der Erdbeschleunigung). Das bedeutet, daß bei einem Luftdruck unterhalb von 10&supmin;&sup5; Torr (1 Torr = 133,322 Pa) Partikel mit einer Größe von 10 nm oder mehr nur ballistisch transportiert werden können, und es wenig wahrscheinlich ist, daß sie auf die kritische Waferoberfläche durch zufällige Luftströme oder Brown'sche Bewegung transportiert werden.
  • Die Bedeutung dieser Kurve für die vorliegende Erfindung besteht darin, daß die vorliegende Erfindung einen Weg schafft, um Wafer von einer Verarbeitungsstation zu einer anderen, einschließlich der Lade- und Entladeschritte, zu transportieren, ohne daß diese jemals Drücken ausgesetzt werden, die größer als 10&supmin;&sup5; Torr sind. Das bedeutet, daß die Wafer von dem Zeitpunkt, zu dem sie in die erste Vakuumverarbeitungsstation (die zum Beispiel aus einer Reinigungs- und Evakuierungsstation bestehen kann) geladen werden, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Verarbeitung abgeschlossen ist, NIEMALS in der Luft schwebenden Teilchen ausgesetzt werden, es sei denn, daß der Verarbeitungsschritt selbst einen höheren Druck erfordert (zum Beispiel bei Stationen für herkömmliche Photolithographie oder für naßchemische Verarbeitungsschritte). Das bedeutet, daß die insgesamt bestehenden Möglichkeiten für das Ansammeln von Partikeln auf den Wafern stark vermindert sind.
  • Ein wichtiges Element dieses Vorteils besteht darin, daß eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zum Laden und Entladen eines Vakuumträgers unter Hochvakuum schafft.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schafft eine Ladeschleuse, die ein Gerät zum Öffnen eines Vakuumwaferträgers unter Vakuum umfaßt, um die Wafer aus dem Träger in einer beliebigen gewünschten zufallsorientierten Reihenfolge zu entfernen und um die Wafer einzeln durch eine Tür in eine angrenzende Verarbeitungskammer, zum Beispiel eine Plasmaätzkam mer, zu transportieren. Darüber hinaus kann die Ladeschleuse der vorliegenden Erfindung den Waferträger schließen und wieder abdichten, so daß die Ladeschleuse selbst auf atmosphärischen Druck gebracht werden kann und der Wafer entfernt werden kann, ohne das Vakuum in dem Waferträger zu zerstören.
  • Ein besonderer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das vorzugsweise für den Wafertransport verwendete mechanische Gerät sehr kompakt ist. Durch Bereitstellen eines Transportarmes, der auf einem Armträger geschwenkt wird durch einen Zahnrad- oder Kettenantrieb innerhalb des Armträgers, so daß die Drehung des Armträgers eine doppelt so starke Drehung des Transportarmes in bezug auf den Armträger verursacht, wird ein kompaktes Gerät geschaffen, das in der Ruheposition ruhen kann und nicht mehr Spielraum als die Länge des Armträgers in einer Richtung erfordert, wobei es jedoch durch eine einfache Drehbewegung einer Welle auf die Länge des Armträgers plus der Länge des Transportarmes in einer von zwei Richtungen ausgefahren werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Motoren, die verwendet werden, um den Transportarm zu verlängern und seine Höheneinstellung zu verändern, beide innerhalb eines Evakuierungsauslasses angebracht sind, so daß Partikel, die durch diese sich bewegenden mechanischen Elemente erzeugt worden sind, keine Bestrebung zeigen, das Innere der Ladeschleusenkammer zu erreichen, wo die Wafer freiliegen.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Transportarm geschaffen wird, der Wafer mit aktiver Seite nach unten handhaben kann, das heißt mit einer minimalen Beschädigung der Bauelementflächen durch Kontakt mit dem Transportarm. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die vorliegende Erfindung ein Wafertransportgerät schafft, das Wafer unter minimaler Erzeugung von Partikeln durch die Handhabungsoperationen handhaben kann.
  • Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie ein Transportgerät schafft, das Wafer im Prinzip ohne Erzeugung von Partikeln durch Abrieb handhaben kann, da im Prinzip keine Gleitkontakte hergestellt werden.
  • Ein weiterer Vorteil des Wafertransportmechanismusses einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Steuerung vereinfacht worden ist. Das heißt, daß der Transportarm vorzugsweise nur zwei Freiheitsgrade verwendet und eine Positionserfassung vorgesehen ist, so daß der Transportarm einfach (durch die Verwendung von Schrittmotoren oder vergleichbaren Geräten) gesteuert werden kann, ohne daß Sensoren zum Erkennen der Position oder Kräfte auf den Arm erforderlich wären.
  • Ein hiermit verbundener Vorteil des Wafertransportmechanismusses der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es sich um ein stabiles mechanisches System handelt. Das bedeutet, daß geringe Positionierungsfehler sich nicht aufsummieren, sondern durch eine inhärente Gegenkopplung, die durch einige der verwendeten mechanischen Elemente bereitgestellt wird, herausgelöscht werden. Das erleichtert zusätzlich die Einfachheit der Steuerung.
  • Ein weiterer Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das in der Ladeschleuse verwendete Waferhandhabungsgerät ein minimales Volumen einnimmt. Da die Ladeschleuse ein so geringes Volumen aufweist, können die Evakuierungszyklen schnell durchgeführt werden und es sind keine sehr kostenintensiven großen Vakuumpumpen erforderlich.
  • Der Ablauf des Wafertransports gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem auf das Notwendigste beschränkten Volumen bringt es als noch wichtigere Konsequenz mit sich, daß der obere Teil der Ladeschleuse (in dem die gegenüber Defekten empfindlichen Oberflächen der transportierten Wafer freiliegen) einen geringen Oberflächenbereich aufweist. Es ist wünschenswert, daß von der Sichtlinie der Waferoberfläche aus gesehen der Oberflächenbereich so klein wie möglich ist und es ist darüber hinaus wünschenswert, daß der Oberflächenbereich in der unmittelbaren Nähe der Waferoberfläche so klein wie möglich ist, unabhängig davon, ob dieser Bereich innerhalb der Sichtlinie liegt oder nicht. Der gesamte Oberflächenbereich in dem oberen Teil der Ladeschleuse (das heißt in dem Teil oberhalb des Evakuierungsauslasses) birgt zwei Gefahren: Erstens wird jede Oberfläche Gase desorbieren, so daß es umso schwieriger ist, ein Hochvakuum zu erzeugen, je größer der Oberflächenbereich in der oberen Kammer ist. Zweitens, und das ist noch wichtiger, können an jedem Oberflächenbereich Partikel anhaften, die später durch mechanische Schwingungen oder Stöße abgegeben werden, so daß sie ballistisch auf die Waferoberfläche fliegen, was selbst unter Hochvakuum passieren kann. Daher folgt aus der in bezug auf das Volumen effizienten Gestaltung der Ladeschleuse gemäß der vorliegenden Erfindung, daß der ballistische Transport von Partikeln auf die Waferfläche vermindert wird.
  • Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Kompaktheit des Waferhandhabungsgeräts in einer Ladeschleuse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ergibt, besteht darin, daß die Reinraumbodenfläche (die sehr teuer ist) nicht in übertriebener Weise durch ein solches Gerät in Anspruch genommen wird.
  • Ein weiterer Vorteil des in der vorliegenden Patentanmeldung beschriebenen Waferträgers besteht darin, daß der Waferträger nicht versehentlich außerhalb eines Reinraums geöffnet werden kann. Ein wesentliches Problem für den Produktionsausstoß bei der herkömmlichen Reinraumverarbeitung besteht in dem versehentlichen oder unachtsamen Aussetzen von Wafern gegenüber Partikeln durch Öffnen des Waferträgers außerhalb der Reinraumumgebung. Jedoch ist dieses bei dem Waferträger der vorliegenden Erfindung von Natur aus schon unmöglich, da die Druckdifferenz auf die Tür des Trägers diese fest geschlossen hält, außer wenn der Träger sich im Vakuum befindet. Das ist ein weiterer Grund dafür, daß eine Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung in bezug auf die Möglichkeit einfachen Transports und einfacher Speicherung von Wafern außerhalb einer Reinraumumgebung vorteilhaft ist.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise einen neuen vakuumdichten Waferträger, bei dem die Partikelerzeugung während des Transports auf verschiedene Weise vermindert ist. Erstens enthält die Tür des Vakuumträgers elastische Elemente, um die Wafer leicht gegen die Rückseite der Trägerbox zu drücken. So werden dann, wenn die Tür der Box geschlossen ist, die Wafer davon abgehalten, sich hin und her zu bewegen, was die interne Erzeugung von Partikeln vermindert. Zweitens werden die Wafer auf jeder Seite von einer leicht geneigten "Regalplatte" getragen, so daß ein minimaler Kontakt (Linienkontakt) zwischen der Waferoberfläche und der Oberfläche der Regalplatte hergestellt wird. Dieses vermindert die Erzeugung von Partikeln durch Abrieb der Oberfläche der Wafer.
  • Die vorliegende Erfindung vermindert nicht nur die Erzeugung von Partikeln in dem Träger während des Transports und der Speicherung, sondern sie vermindert auch in vorteilhafter Weise den Transport von Partikeln zur Waferoberfläche während des Transports und der Speicherung dadurch, daß die Wafer mit der aktiven Seite nach unten unter einem Hochvakuum transportiert werden. Der Stand der Technik wendet sich diesem Problem überhaupt nicht zu.
  • Bei einer weiteren Klasse von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind an einem Prozeßmodul (das mehr als eine Prozeßstation umfaßt) mehr als eine Ladeschleuse gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht. So kann die Verarbeitung bei Wafern fortfahren, die von einer Ladeschleuse aus hineintransportiert werden, während die andere Ladeschleuse erneut geladen wird. Ferner kann durch das Vorsehen von zwei Transportmechanismen dann, wenn ein mechanisches Problem bei einem Transportgerät innerhalb der Ladeschleuse auftritt, die Verarbeitungsstation mit der Produktion unter Verwendung des Transports durch die andere Ladeschleuse fortfahren, während ein Techniker gerufen wird, um den mechanischen Fehler zu beheben. So ergibt sich bei dieser Klasse von Ausführungsformen der Vorteil eines erhöhten Durchsatzes.
  • Bei einer weiteren Klasse von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Prozeßmodul, das mehr als eine abdichtbare Prozeßstation umfaßt, eine Ladeschleuse wie beschrieben zusammen mit einem Waferhandhabungsgerät innerhalb des Prozeßmoduls, um Wafer, die von dem Ladeschleusenwaferhandhabungsgerät empfangen wurden, zu einer beliebigen anderen der Prozeßstationen zu transportieren. Das hat den Vorteil, daß der Durchsatz einer hohen Losgröße erzielt werden kann, während Einzelscheibenverarbeitungsverfahren und Hochvakuumhandhabung mit geringer Partikelzahl verwendet werden.
  • Die vorstehend beschriebene Anordnung kann mit einer großen Vielzahl von Verarbeitungsmodulen verwendet werden. Jedoch wird eine spezielle Ausführungsform, die nicht nur ein Beispiel für allgemein anwendbare Merkmale solcher Module (und der davon abgeleiteten Vorteile) liefert, sondern darüber hinaus zahlreiche spezifische innovative Plasmareaktormerkmale (die auch bei Reaktoren anwendbar sind, die einen eher herkömmlichen Wafertransport verwenden, jedoch besonders vorteilhaft bei der Verwendung in Verbindung mit dieser Ladeschleuse und dieser Wafertransportanordnung sind) enthält, im einzelnen beschrieben werden. Diese beispielhafte Ausführungsform ist eine Plasmaätzstation.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Vakuumladeschleuse gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Waferträger gemäß der vorliegenden Erfindung darin während des Prozesses des Ladens und Entladens dargestellt ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Kurve der Zeit, die verschiedene Partikelgrößen benötigen, um bei verschiedenen Drücken durch Luft zu fallen.
  • Fig. 3 zeigt einen beispielhaften Wafertransportaufbau in einer Verarbeitungsstation, bei dem der Wafer durch den Transportarm 28, der durch die Öffnung 30 von der benachbarten Ladeschleuse 12 aus reicht, auf drei Stifte gesetzt wird.
  • Die Fig. 4 zeigt eine genauere Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform des Waferträgers 10, der an die Platte 18 in der Ladeschleuse angedockt ist, um die Position der Wafer mechanisch festzulegen.
  • Die Fig. 5 zeigt eine Draufsicht eines beispielhaften Verarbeitungsmoduls, das vier Verarbeitungsstationen und zwei Wafertransportstufen, und, angrenzend an die Wafertransportstufen, jeweils eine Ladeschleuse umfaßt.
  • Die Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Anordnung eines Verarbeitungsmoduls, das als eines der Verarbeitungsmodule innerhalb der Verarbeitungsstation, die in der Fig. 5 dargestellt ist, verwendet werden kann.
  • Die Fig. 7 zeigt den Plasmareaktor der Fig. 6 in der geschlossenen Position, so wie sie während des tatsächlichen Ätzprozesses vorliegen würde.
  • Fig. 8 zeigt eine Draufsicht des Reaktors der Fig. 6.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung schafft neue Konzepte in bezug auf Halbleiterverarbeitungsvorrichtungen. Die gegenwärtig bevorzugten Auführungsformen werden nun näher besprochen, jedoch ist es zu erkennen, daß die neuen Konzepte, die von diesen Ausführungsformen verkörpert werden, auch bei vielen anderen Ausführungsformen verwendet werden können und der Schutzumfang der Erfindung nicht durch diese speziell gezeigten Beispiele begrenzt wird.
  • Die Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform zeigt einen Waferträger 10 innerhalb einer Vakuumladeschleusenkammer 12. Der Waferträger 10 ist ebenfalls noch etwas detaillierter in der Fig. 4 dargestellt.
  • Der Träger 10 ist mit offenstehender Tür 14 dargestellt. Die Tür 14 besitzt vorzugsweise eine Vakuumdichtung 13, wo sie mit dem Körper des Trägers 10 zusammenpaßt, so daß der Waferträger unter atmosphärischem Druck für wenigstens einige Tage (vorzugsweise für wenigstens mehrere zehn Tage) ohne Leckverluste, die ausreichen würden, um den Innendruck über 10&supmin;&sup5; Torr (1 Torr = 133,322 Pa) zu heben, umhertransportiert werden kann.
  • Der Waferträger 10 ist so eingerichtet, daß er an eine Platte 18 (die in der Fig. 1 nur teilweise erkennbar, jedoch näher in der Fig. 4 dargestellt ist) angedockt werden kann, so daß dann, wenn ein Techniker einen Waferträger 10 in die Ladeschleuse 12 setzt, die Position des Trägers 10 genau bekannt sein wird. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform besitzt der Waferträger 10 Ohren 16, die in die vertikalen Schlitze 17, die an der Positionsfestlegungsplatte 18 angebracht sind, eingreifen, so daß der Techniker den Träger in diese Schlitze einschieben kann, bis er auf der Platte 18 ruht, und dadurch sicherstellen kann, daß die Position des Trägers 10 genau bekannt ist. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Platte 18 zwei sich verjüngende Stifte 21 (einen konischen und einen keilförmigen), die so positioniert sind, daß sie in die sich verjüngenden Löcher 23 in der Unterseite des Waferträgers 10 eingreifen, wobei jedoch eine große Vielzahl anderer Anordnungen verwendet werden könnte, um die mechanische Einrastung sicherzustellen, was für den normal ausgebildeten Maschinenbauingenieur völlig klar ist.
  • Der Träger 10 weist vorzugsweise einen Sicherheitsriegel 15 auf, der die Tür 14 vor dem Aufgehen sichert. Jedoch ist unter Normalbedingungen des Transports dieser Sicherheitsriegel nicht erforderlich, da der Atmosphärendruck die Tür 14 gegen das innere Vakuum des Trägers geschlossen hält. Wenn der Träger 10 in die Ladeschleuse 12 gesetzt wird, drückt ein fest angebrachter Finger 19 gegen den Sicherheitsriegel 15, um ihn freizugeben, so daß die Tür 14 geöffnet werden kann.
  • Wenn der Träger 10 an die Platte 18 angedockt ist, wird die Tür 14 außerdem an den Türöffnungsstab 24 angreifen. Vorzugsweise weist die Tür 14 eine flache Grube in ihrer Unterseite auf, die zusammenpaßt mit einem Finger und einem Arm 25 an der Spitze des Türöffnungsstabs 24. Somit kann, nachdem die Ladeschleuse so weit abgepumpt wurde, daß kein Differenzdruck mehr die Tür 14 geschlossen hält, die Tür durch den Türöffnungsstab 24 geöffnet werden kann.
  • Nachdem der Techniker den Waferträger 10 in die Vakuumladeschleuse 12 gesetzt und den Ladeschleusendeckel 20 geschlossen hat, wird vorzugsweise ein Hochdruckspülvorgang (mit trockenem Stickstoff oder einem anderen Reinigungsgas) durch die Rohrverzweigungen 22 innerhalb des Ladeschleusendeckels 20 durchgeführt. Dieser Hochdruckspülvorgang liefert einen vertikalen Fluß, so daß die transportierten Partikel nach unten wandern, und er hilft dabei, einige der großen Partikel hinauszublasen, die sich während des Aussetzens der Atmosphärendruckbedingungen auf dem Waferträger 10 gesammelt haben werden. Nach dieser Eingangsspülstufe (zum Beispiel für 30 Sekunden oder länger) wird die Kammer dann langsam bis auf 10&supmin;&sup4; Torr (1 Torr = 133,322 Pa) oder weniger heruntergepumpt. Diese Stufe des Herunterpumpens ist vorzugsweise relativ langsam, um nicht zufällige Partikel aufzuwirbeln. Das bedeutet, daß obwohl niedrige Drücke es nicht ermöglichen, daß Partikel aus der Luft fallen, diese Partikel trotzdem auf dem Boden der Kammer vorhanden sein werden und, wenn dieses vermieden werden kann, nicht aufgewirbelt werden dürfen.
  • Um sicherzustellen, daß die durch die Luft fliegenden Partikel tatsächlich aus der Kammerluft ausgefallen sind, wird das Innere der Vakuumladeschleuse dann vorzugsweise auf einem Druck von 10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup5; Torr (1 Torr = 133,322 Pa) für einige Sekunden gelassen, um sicherzustellen, daß sämtliche Partikel, die aus der Luft ausfallen können, dieses auch tun.
  • Es kann außerdem als optionale modifizierte Ausführungsform vorteilhaft sein, einen geneigten Boden und/oder polierte Seitenwände für die Ladeschleuse zu verwenden, um die Anzahl an Partikeln zu reduzieren, die an den Seitenwänden und am Boden haften und die durch mechanische Vibration in die Luft geschickt werden könnten. Die vorliegende Erfindung vermindert das Problem von in der Luft fliegenden Partikeln sehr stark, wobei dieses Problem immer die dominierende Art des Partikeltransportes war, so daß das Problem von ballistisch transportierten Partikeln nun in sinnvoller Weise gelöst werden kann. Eine optionale Modifikation ist die Verwendung eines In-situ- Vakuumpartikelzählers in der oberen Kammer, so daß ein Anstieg der Partikelzahl in dem kritischen Volumen erkannt werden kann. Solch ein In-situ-Partikelzähler kann unter Verwendung eines Schwingkreises erzeugt werden, um den Ladungstransport in einem unter einer hohen Spannung stehenden Kondensator mit Vakuumzwischenraum zu messen oder (für Partikel von ausreichender Größe) durch Verwendung eines lasergesteuerten optischen Hohlraums mit einem mehrfach gefalteten optischen Pfad oder durch andere Mittel.
  • Optional kann dieser Partikelsensor (oder ein zweiter Partikelsensor, der besser dafür eingerichtet ist, Partikel bei höheren Drücken zu erfassen) verwendet werden, um die Stickstoffdusche vor dem anfänglichen Evakuieren zu kontrollieren. Das heißt, daß anstelle des Durchführens der Stickstoffdusche nur für eine festgelegte Dauer, diese dann verlängert werden kann, wenn der Partikelüberwacher anzeigt, daß die Box sich in einer ungewöhnlich schmutzigen Umgebung befand. Es kann ebenso wünschenswert sein, die Ladeschleuse (unter Verwendung der Vorvakuumpumpe) auf ein leichtes Vakuum zu evakuieren und dann Gas durch die Stickstoffduschöffnungen zu blasen, um einen nach unten gerichteten Fluß zu erzeugen. Es kann ebenso wünschenswert sein, die Ladeschleuse in einem Zyklus von einem leichten Vakuum (zum Beispiel 100 Millitorr (1 Torr = 133,322 Pa) oder ähnlich) bis zum Atmosphärendruck durch Starten eines weiteren Stickstoffduschzyklus zu bringen, wenn der Partikelüberwacher anzeigt, daß das Partikelniveau zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ladeschleuse einen bestimmten Druck leichten Vakuums erreicht hat, immer noch zu hoch ist.
  • Es ist zu erkennen, daß die Vakuummeter 62 vorzugsweise mit dem Innenraum der Ladeschleusenkammer verbunden sind. Vorzugsweise gehören zu den Sensoren 62 ein Hochdruckmesser (zum Beispiel ein Thermoelement), ein Niederdruckmeter (zum Beispiel ein Ionisationsmesser) und ein Differenzsensor, der genau feststellt, wann der Ladeschleuseninnendruck den Atmosphärendruck erreicht hat. So wird die Tür des Trägers 10 nicht geöffnet, bis diese Meßgeräte anzeigen, daß ein gutes Vakuum innerhalb der Ladeschleuse erreicht worden ist.
  • Nachdem eine (nicht dargestellte) Vorvakuumpumpe die Kammer auf ein leichtes Vakuum evakuiert hat, kann der Absperrschieber 39 geöffnet werden, um die Turbomolekularpumpe 38 mit dem Innenraum der Ladeschleuse zu verbinden. Die Turbomolekularpumpe 38 kann dann so betrieben werden, daß sie den Druck bis auf 10&supmin;&sup5; Torr (1 Torr = 133,322 Pa) oder weniger reduziert.
  • An diesem Punkt sind die Druckwerte innerhalb des Waferträgers 10 und innerhalb der Vakuumladeschleuse 12 mehr oder weniger gleich, und die Tür 14 kann durch Betätigen des Motors 26, der über die Vakuumdurchführung 25 mit dem Türöffnungsstab 24 verbunden ist, aktiviert werden.
  • Vorzugsweise befinden sich innerhalb der Vakuumladeschleuse 12 auch zwei Sensorschalter, um festzustellen, wann sich die Tür 14 in ihrer vollständig geöffneten und in ihrer vollständig geschlossenen Position befindet. So wird, nachdem die Ladeschleuse 12 evakuiert wurde und sie für einige Sekunden ruhen gelassen wurde, der Türöffnungsstab 24 gedreht, um die Tür 14 zu öffnen, bis der Sensor erkennt, daß die Tür vollständig geöffnet ist. Während dieser Zeit wird der Transportarm 28 vorzugsweise in seiner Ausgangsposition in einer Höhe unterhalb des Bodens der Tür gehalten, so daß die Tür 14 Freiraum hat, um sich zu öffnen. Nachdem der Sensor erkannt hat, daß die Tür 14 vollständig geöffnet ist, kann der Transportarm beginnen zu arbeiten.
  • Der Transportarm 28 besitzt vorzugsweise zwei Freiheitsgrade. Eine Richtung der Bewegung ermöglicht es dem Transportarm 28, in den Träger 10 zu gelangen oder durch die Öffnung 30 in die benachbarte Verarbeitungskammer zu gelangen. Der andere Freiheitsgrad entspricht der vertikalen Bewegung des Transportarms 28. Dieser Freiheitsgrad ermöglicht ihm die Auswahl, welcher Wafer innerhalb des Trägers 10 entfernt werden soll oder in welchen Schlitz ein Wafer gesetzt werden soll.
  • Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird ein Hebewerksteuermotor 32 verwendet, um das Anheben des Transportarms 28 zu steuern, und ein Armsteuermotor 34 steuert das Aus- und Einfahren des Transportarms 28. Es ist zu erkennen, daß beide Motoren bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform keine Vakuumdurchführung erfordern, sondern innerhalb des Abgasrohres 36 liegen, das von der Ladeschleuse 12 zur Vakuumpumpe 38 führt, die zum Beispiel aus einer Turbomolekularpumpe bestehen kann. Darüber hinaus öffnet sich das Abgasrohr 36 nicht direkt in die Ladeschleusenkammer 12, sondern besitzt Öffnungen 40 um seinen oberen Teil herum. Das heißt, daß das Abgasrohr 36 vorzugsweise so ausgebildet ist, daß es keine Sichtlinie von den Steuermotoren 32 oder 34 oder von der Pumpe 38 in die Ladeschleusenkammer gibt. Dies hilft dabei, den ballistischen Transport von Partikeln von diesen sich bewegenden Elementen in die Ladeschleusenkammer zu vermindern.
  • Der Hebewerksteuermotor 32 ist vorzugsweise so angeschlossen, daß er eine untere Platte 42 nach oben und nach unten steuert, und der Armsteuermotor 34 ist vorzugsweise auf dieser Platte 42 angebracht.
  • Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist eine Verbindung innerhalb des drehbaren Transportarmträgers 44 verwendet, um es dem Transportarm 28 zu ermöglichen, sich in sehr kompakter Weise zu bewegen. Der Transportarmträger 44 ist vorzugsweise mit einem sich drehenden Stab verbunden, der durch den Armsteuermotor 34 angetrieben wird. Der Armträger 44 ist jedoch vorzugsweise auf einem röhrenförmigen Träger 46 angebracht, der nicht rotiert. Eine interne Ketten- und Kettenradzahnverbindung wird vorzugsweise verwendet, so daß sich die Verbindung zwischen dem Armträger 44 und dem Transportarm 28 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit der Verbindung zwischen dem Armträger 44 und dem röhrenförmigen Träger 46 bewegt (natürlich können viele andere mechanische Verbindungen alternativ dazu verwendet werden, um dieses zu erreichen). Das bedeutet, daß dann, wenn sich der Armträger 44 in seiner Ausgangsposition befindet, ein getragener Wafer 48 ungefähr über dem röhrenförmigen Träger 46 sein wird, jedoch dann, wenn der Armträger 44 um 90 Grad zum röhrenförmigen Träger 46 gedreht wird, sich der Transportarm 28 um 180 Grad zum Armträger 44 gedreht haben wird, so daß der Transportarm entweder direkt in den Waferträger 10 ausfahren oder direkt durch die Öffnung 30 in die benachbarte Verarbeitungskammer ausfahren kann. Diese Verbindung ist genauer in der US-Patentanmeldung mit der Nummer 664.448 beschrieben, die am 24. Oktober 1984 eingereicht wurde.
  • Der Transportarm 28 besteht vorzugsweise aus einem dünnen Stück aus Federstahl, das zum Beispiel 0,030 Inch (1 inch = 0,0254 m) dick ist. Auf dem Transportarm befinden sich drei Stifte 50, um den Wafer zu tragen. Jeder Stift 50 besitzt vorzugsweise einen schmalen Konus 52 auf einer schmalen Schulter 54. Der Konus 52 und die Schulter 54 sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das weich genug ist, so daß es Silizium nicht zerkratzt. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform sind diese Teile (die die einzigen Teile des Transportarms 28 darstellen, die die zu transportierenden Wafer tat sächlich berühren) vorzugsweise aus einem Hochtemperaturkunststoff (das heißt einem Kunststoff, der eine relativ geringe Neigung zum Ausgasen unter Vakuumbedingungen besitzt) wie Ardel (ein thermoplastisches Phenylacrylat, das von Union Carbide hergestellt wird) oder Delrin hergestellt. Es ist zu erkennen, daß es die Verwendung der Kegel 52 in der Mitte der Positionierungsstifte 50 ermöglicht, daß sehr leichte Fehlausrichtungen des Wafers in bezug auf den Transportarm 28 korrigiert werden können. Mit anderen Worten ist das Wafertransportsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ein stabiles mechanisches System, bei dem leichte Fehlausrichtungen während aufeinanderfolgender Operationen sich nicht akkumulieren, sondern abgeschwächt werden.
  • Es ist zu erkennen, daß bei der dargestellten Positionierung des Wafers 48, einer der drei Stifte 50 an dem Flat-Abschnitt 56 des Waferumfangs anliegt. Das bedeutet, daß bei dieser Ausführungsform die drei Stifte 50 auf dem Transportarm 28 keinen Kreis definieren, dessen Durchmesser dem Durchmesser der zu handhabenden Wafer 48 entspricht.
  • Um sicherzustellen, daß die Flats 56 der Wafer die korrekte Handhabung der Wafer nicht stören, besitzt die Box 10 eine Flat-Fläche an ihrer inneren Rückseite, an der die Flats 56 der Wafer 48 anliegen werden. Ein Federdruckelement auf der Innenfläche der Tür 14 drückt jeden Wafer gegen diese Flat- Fläche, wenn die Tür 14 geschlossen ist, so daß die Wafer beim Transport nicht vermittelt werden können. So wird außerdem sichergestellt, daß dann, wenn die Tür 14 geöffnet wird, der Ort des Flats 56 an jedem Wafer 48 genau bekannt ist.
  • So wird, nachdem die Box 10 sich mit geöffneter Tür 14 in der Kammer 12 befindet, der Hebewerksteuermotor 32 betätigt, um den Transportarm 28 direkt unter die Höhe des ersten Wafers zu bringen, der herausgenommen werden soll, und der Armsteuermotor 34 wird dann betätigt, um den Transportarm 28 in das Innere der Box 10 auszufahren. Durch kurzes Betätigen des Hebewerksteuermotors 32 wird dann der Transportarm 28 in diese Position ange hoben, bis die drei Stifte 50 um seinen Umfang herum den gewünschten Wafer von den Leisten 60 abheben, auf denen er innerhalb der Trägerbox 10 ruhte.
  • Es ist zu erkennen, daß die Leisten 60 keine flachen, sondern vorzugsweise spitz zulaufende Oberflächen besitzen, so daß der Kontakt zwischen den Leisten 60 und dem auf ihnen ruhenden Wafer 48 ein Linienkontakt (und kein Flächenkontakt) ist, der auf den Rand des Wafers begrenzt ist. Das heißt, daß bei zum Stand der Technik gehörenden Waferträgern ein Flächenkontakt über eine beträchtliche Fläche von vielen Quadratmillimetern hergestellt wurde, der bei der vorliegenden Erfindung verwendete "Linienkontakt" jedoch nur eine viel kleinere Fläche kontaktiert, die typischerweise einige wenige Quadratmillimeter oder weniger beträgt. Eine andere Definition des bei dieser Ausführungsform der Erfindung verwendeten "Linienkontakts" ist die, daß der Waferträger mit der Oberfläche des Wafers nur an Punkten in Kontakt kommt, die um weniger als einen Millimeter von dessen Rand entfernt sind.
  • So wird durch Anheben des Transportarms 28 der gewünschte Wafer aufgenommen und lagert dann auf den Kegeln 52 oder Schultern 54 der drei Stifte 50 auf dem Transportarm 28.
  • Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform besitzen die Leisten 60 einen Mitte-zu-Mitte-Abstand von 0,187 Inch (1 Inch = 0,0254 m) innerhalb der Box. Dieser Mittenabstand, abzüglich der Dicke der Wafer, muß einen ausreichenden Freiraum für die Höhe des Transportarms 28 plus der Höhe der Stifte 50 gewähren, muß jedoch nicht viel größer sein. So ist zum Beispiel bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Transportarm ungefähr 0,080 Inch (1 Inch = 0,0254 m) dick, was die Höhe der Kegel 52 auf den Transportstiften 50 einschließt. Die Wafer selbst sind ungefähr 0,021 Inch (1 Inch = 0,0254 m) dick (bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform, bei der 10 cm (4 Inch) Wafer verwendet wurden), so daß ungefähr ein Freiraum von 0,085 Inch (1 Inch = 0,0254 m) verfügbar ist. Natürlich werden Wafer mit größerem Durchmesser eine größere Dic ke aufweisen, die vorliegende Erfindung ist jedoch hervorragend für solche Wafer größerer Durchmesser geeignet, da die Größe der Box 10 und der Mittenabstand der Leisten 16 innerhalb der Box 10 auf einfache Weise entsprechend bemessen werden können.
  • So wird, nachdem der Transportarm 28 einen gewünschten Wafer 48 aufgenommen hat, der Armsteuermotor 34 betätigt, um den Transportarm 28 in seine Ausgangsposition zu bringen.
  • Der Hebewerksteuermotor 32 wird dann betätigt, um den Transportarm 28 auf eine Höhe zu bringen, bei der er durch die Öffnung 30 gelangen kann.
  • Die Öffnung 30 ist vorzugsweise durch eine Isoliertür 31 verschlossen, die anders aussieht als die in der Fig. 3 dargestellte Tür 31: die Tür 31 verschließt vorzugsweise die Öffnung 30, ohne einen Gleitkontakt herzustellen (wiederum ist das Fehlen von Gleitkontakten vorteilhaft, um die im Innenraum erzeugten Partikel zu vermindern).
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Isoliertür 31 über der Öffnung 30 vorzugsweise durch einen Luftzylinder betätigt, es kann jedoch statt dessen auch ein Schrittmotor verwendet werden. Somit werden insgesamt vier Motoren verwendet: zwei, die Vakuumdurchführungen verwenden, und zwei, die vorzugsweise in dem Abgasrohr 36 enthalten sind.
  • Der Armsteuermotor wird nun erneut betätigt, um den Transportarm 28 durch die Öffnung 30 in die benachbarte Verarbeitungskammer auszufahren.
  • Die benachbarte Verarbeitungskammer kann eine beliebig geartete Verarbeitungsstation sein. Zum Beispiel kann diese Station eine Implantierungsanlage, eine Plasmaätz- oder eine Abscheidungsstation sein.
  • Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird der Transportarm, der durch die Öffnung 30 reicht, den Wafer 48 auf drei Stifte 50 setzen, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, wobei die verwendeten Stifte denjenigen entsprechen, die bei dem Transportarm selbst verwendet werden (es ist zu erkennen, daß die Öffnung 30 bevorzugt eine ausreichende vertikale Höhe besitzt, um eine gewisse vertikale Bewegung zu ermöglichen, wenn der Arm 28 sich durch die Öffnung 30 erstreckt, so daß sich der Arm 28 in vertikaler Richtung bewegen kann, um einen Wafer von den Stiften 50 innerhalb der Verarbeitungskammer anzuheben oder auf den Stiften 50 innerhalb der Verarbeitungskammer abzulegen).
  • Als Alternative dazu kann die Verarbeitungskammer eine Einspannvorrichtung mit beabstandeten geneigten Leisten wie den Leisten 16 innerhalb der Transportbox aufweisen oder sie kann andere mechanische Anordnungen zum Aufnehmen der Wafer beinhalten. Jedoch muß die zur Aufnahme des transportierten Wafers verwendete Anordnung in jedem Fall Freiraum auf der Unterseite des Wafers (wenigstens zum Zeitpunkt des Transports) aufweisen, so daß der Transportarm 28 zur Unterseite des Wafers gelangen kann, um den Wafer zu plazieren oder zu entfernen. Wenn Stifte 50 verwendet werden, um den transportierten Wafer aufzunehmen, kann es wünschenswert sein, eine Faltenbalgbewegung oder eine Vakuumdurchführung vorzusehen, um eine vertikale Bewegung der Waferträgerstifte innerhalb der Verarbeitungskammer zu bewirken. So kann zum Beispiel dort, wo die Verarbeitungskammer eine Plasmaätz- oder RIE(reaktive Ionenätzung)-Station ist, eine Durchführung vorgesehen sein, um den Wafer 48 auf einem Aufnehmer zu positionieren, nachdem der Transportarm 28 aus dem Weg des Wafers zurückgezogen worden ist.
  • Natürlich kann die Verarbeitungskammer eine technische Kontrollstation sein. Eine Objektivlinse eines vakuumisolierten Mikroskops ermöglicht die Untersuchung der Wafer im Vakuum (unter Verwendung eines geeignet gefalteten optischen Weges) in einer Position mit der aktiven Seite nach unten. Das bedeutet, daß ausgiebig Gebrauch von technischen Untersuchungen gemacht werden kann, wo diese angebracht sind, ohne daß Technikerzeit und Reinraumqualität verloren gehen, was bei starkem Verkehr innerhalb eines Reinraums der Fall sein kann.
  • Jedenfalls wird der Transportarm 28 vorzugsweise zurückgezogen und die Isoliertür über der Öffnung 30 geschlossen, während die Verarbeitung fortdauert. Nachdem die Verarbeitung beendet ist, wird die Isoliertür über der Öffnung 30 wieder geöffnet, der Arm 28 erneut ausgefahren und der Hebewerksteuermotor 32 kurz betätigt, so daß der Arm 28 den Wafer 48 aufnimmt, und der Armsteuermotor 34 wird wiederum betätigt, um den Transportarm 28 in seine Ausgangsposition zurückzubringen. Der Hebewerksteuermotor 32 wird dann betätigt, um den Transportarm 28 auf seine richtige Höhe zu bringen, um den Wafer 48 auf den gewünschten Schlitz innerhalb des Waferträgers auszurichten. Der Armsteuermotor 34 wird dann betätigt, um den Transportarm 28 in den Waferträger 10 auszufahren, so daß der Wafer 48, der gerade verarbeitet worden ist, über seinem Paar aus Leisten 60 sitzt. Der Hebewerksteuermotor 32 wird dann kurz betätigt, um den Transportarm 28 abzusenken, so daß der Wafer auf seinen eigenen Leisten 60 ruht, und der Armsteuermotor 34 wird dann betrieben, um den Transportarm 28 auf seine Ausgangsposition zurückzuziehen. Die oben beschriebene Schrittsequenz wird dann wiederholt, und der Transportarm 28 wählt einen anderen Wafer zur Verarbeitung aus.
  • Es ist zu erkennen, daß mit der mechanischen Verbindung des Transportarms 28 und des Armträgers 44, wie oben beschrieben, sich die transportierten Wafer genau in einer geraden Linie bewegen werden, wenn die Mitte-zu-Mitte-Längen des Transportarms 28 und des Armträgers 34 gleich sind. Das ist vorteilhaft, da es bedeutet, daß die Seite des transportierten Wafers nicht gegen die Seiten der Box 10 stößt oder an diesen schabt, wenn der Wafer aus der Box herausgezogen wird oder in die Box hineingeschoben wird. Das bedeutet, daß die Freiräume der Waferträgerbox relativ klein sein können (was dabei hilft, die Partikelerzeugung durch Rüttelbewegung der Wafer während des Transports in dem Träger zu vermindern), ohne daß das Risiko einer Partikelerzeugung durch Abrieb der Wafer, die gegen die Metallboxseiten stoßen, besteht.
  • Die Verarbeitung schreitet auf diese Weise Wafer für Wafer fort, bis alle Wafer innerhalb des Trägers 10 (oder wenigstens so viele wie gewünscht) verarbeitet worden sind. Dann kehrt der Transportarm 28 leer in seine Ausgangsposition zurück und wird unter den unteren Rand der Tür 14 abgesenkt, und die Isolationstür über der Öffnung 30 wird geschlossen. Der Türöffnungsstab 24 wird nun gedreht, um die Tür 14 zu schließen und einen Ausgangskontakt für die Vakuumdichtungen zwischen der Tür 14 und der flachen Vorderseite des Trägers 10 zu schaffen, so daß der Träger bereit ist, (durch Differenzdruck) abgedichtet zu werden, wenn der Druck innerhalb der Ladeschleuse erhöht wird. Die Ladeschleuse 12 kann nun wieder unter Druck gesetzt werden. Wenn der Differenzsensor des Vakuummessers 62 feststellt, daß der Druck den Atmosphärendruck erreicht hat, kann der Ladeschleusendeckel 20 geöffnet und der Waferträger 10 (der nun durch den Differenzdruck abgedichtet ist) manuell entfernt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein Klapphalter 11 auf der Oberseite des Trägers vorgesehen, um das manuelle Entfernen ohne wesentliche Erhöhung des für den Träger innerhalb der Ladeschleuse erforderlichen Volumens zu unterstützen.
  • Nachdem der Träger entfernt worden ist, kann er umhergetragen oder wie gewünscht gelagert werden. Die Dichtungen 13 werden unterdessen ein Hochvakuum in dem Träger aufrechterhalten, so daß der Partikeltransport zu den Waferoberflächen (und dazu die Adsorption von Kontaminierungen in der Gasphase) minimiert wird.
  • Es ist zu erkennen, daß der Waferträger außerdem elastische Elemente 27 umfaßt, die in seiner Tür angebracht sind. Diese elastischen Elemente üben einen leichten Druck gegen die Wafer 48 aus, wenn die Tür geschlossen wird, und halten sie so davon ab, herumgerüttelt zu werden und Partikel zu erzeugen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das elastische Element 27 in der Form eines Satzes aus Federn ausgebildet, es können jedoch andere mechanische Strukturen (zum Beispiel ein hervorstehender Wulst aus einem elastischen Polymer) alternativ dazu verwendet werden, um dieses Element auszubilden. Wenn die verwendeten Wafer Flats aufweisen, ist eine Flat-Kontaktfläche 29 vorzugsweise auf der inneren Rückseite der Waferträgerbox 10 vorgesehen, gegen die die Waferflats gepreßt werden können.
  • Es ist zu erkennen, daß die Leisten 60 auf den Seitenwänden der Trägerbox 10 nach vorne spitz zulaufen. Dieses hilft dabei, sicherzustellen, daß der Kontakt mit der getragenen Oberfläche des Wafers lediglich auf einer Linie und nicht auf einer beträchtlichen Fläche erfolgt. Dieses vermindert die Waferbeschädigung und die Partikelerzeugung während des Transports. Es hilft außerdem, wie besprochen, dabei, die Anhäufung von Positionierungsfehlern zu mildern.
  • Der Ladeschleusendeckel 20 besitzt vorzugsweise ein Fenster, das es dem Bediener ermöglicht, irgendwelche möglichen mechanischen Probleme zu untersuchen.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei vielen möglichen mechanischen Fehlfunktionen die Tür des Waferträgers 10 geschlossen werden kann, bevor Versuche gemacht werden, das Problem zu beheben. Zum Beispiel kann, wenn der Transportarm 28 irgendwie einen Wafer so aufnimmt, daß der Wafer nicht richtig auf allen drei Stiften 50 sitzt, der Türsteuermotor 26 betrieben werden, um die Tür 14 zu schließen, bevor irgendwelche Versuche gemacht werden, das Problem zu beheben. Entsprechend kann die Öffnung 30 geschlossen werden, wenn der Transportarm 28 in seine Ausgangsposition eingefahren werden kann. Es kann möglich sein, einige solcher mechanischen Fehlausrichtungsprobleme einfach durch Abweichen von der normalen Steuersequenz zu beheben. Zum Beispiel kann die Position eines Wafers 48 auf dem Transportarm 28 in einigen Fällen dadurch justiert werden, daß der Transportarm 28 teilweise ausgefahren wird, so daß der Rand des Wafers 48 gerade die Außenseite der Tür 14 oder der Isolationstür über der Öffnung 30 berührt. Wenn das nicht funktioniert, kann die Ladeschleuse 12 auf Atmosphärendruck (wobei die Tür 14 des Waferträgers 10 geschlossen ist) zurückgebracht werden, und der Ladeschleusendeckel 20 kann geöffnet werden, so daß das Problem manuell behoben werden kann.
  • Es ist zu erkennen, daß die oben beschriebenen Operationen sehr leicht gesteuert werden können. Das bedeutet, daß keine Servomechanismen oder komplexe negative Rückführungsmechanismen erforderlich sind. Sämtliche vier beschriebenen Motoren sind einfache Schrittmotoren, so daß mehrere Stationen gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen einzigen Mikrocomputer gesteuert werden können. Die mechanische Stabilität des Systems als ganzes - das heißt, die inhärente Korrektur kleiner Positionierungsfehler, die durch die spitz zulaufenden Stifte der Waferträger, die Neigung der Wafertransportleisten in dem Waferträger und durch den Flat-Abschnitt auf der Rückseite des Waferträgers geliefert werden - hilft dabei, der Summierung kleiner Fehler vorzubeugen und erleichtert die leichte Steuerung.
  • Dieser Vorteil einfacher Steuerung wird teilweise durch die gute Kontrolle der mechanischen Paßgenauigkeit erreicht. Wie bereits angemerkt, liefert das Andocken des Trägers 10 an die Platte 18 ein Element der mechanischen Paßgenauigkeit, da der Ort der Platte 18 relativ zum Transportarm 28 genau und ständig eingestellt werden kann. Entsprechend brauchen die Waferträger 10 nicht in jeder Dimension, sondern nur so gesteuert zu werden, daß der Ort und die Orientierung der Trägerregale 60 im Verhältnis zum Boden (oder einem anderen Teil) der Box, die in die Trägerplatte 18 paßt, genau bekannt sind. Wie oben beschrieben, wird dieses vorzugsweise durch Vorsehen von Kanälen erreicht, in die der Waferträger gleitet, bis er an der Platte 18 anliegt, es sind jedoch auch viele andere mechanische Anordnungen denkbar.
  • Entsprechend muß ein mechanisches Zusammenpassen zwischen der Ausgangsposition des Transportarms 28 und den Trägerstiften 50 (oder einer anderen Trägeranordnung) erreicht werden, in die der Wafer innerhalb der Verarbeitungskammer eingepaßt wird. Jedoch sollte dieser mechanische Paßvorgang eine einfache einmalige Grundeinstellung sein.
  • Es ist zu erkennen, daß die Winkelpositionierung durch die Box selber gesichert wird: Wie angemerkt, werden dann, wenn die Tür 14 geschlossen wird, Federelemente innerhalb der Box die Wafer 48 gegen die Flat-Seite auf der inneren Rückseite der Box drücken.
  • Optional kann der Waferträger 10 mit einer Schnellvakuumverbindung versehen sein, um ein getrenntes Evakuieren der Träger 10 zu ermöglichen. Jedoch ist diese bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform weggelassen, da sie nicht erforderlich ist und da sie einfach nur eine weitere Quelle möglicher Unzuverlässigkeit darstellen würde.
  • Es ist zu erkennen, daß, obwohl es die am meisten bevorzugte Ausführungsform ist, der beschriebene Ladeschleusenmechanismus nicht alleine mit vakuumdichten Waferträgern verwendet werden muß. Diese Ladeschleuse kann ebenso mit Waferträgern verwendet werden, in denen Atmosphärendruck herrscht. Obwohl dieses nicht die am meisten bevorzugte Ausführungsform ist, bringt sie immer noch beträchtliche Vorteile, wie sie oben besprochen wurden, gegenüber zum Stand der Technik gehörenden Ladeschleusenoperationen.
  • Es sollte angemerkt werden, daß ein Waferträger, wie beschrieben, verschiedene Größen annehmen kann, um jede gewünschte Anzahl an Wafern zu tragen. Darüber hinaus kann ein Waferträger gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um jede gewünschte Anzahl an Wafern zu tragen oder zu beherbergen, bis zu seiner maximalen Anzahl. Das bietet zusätzliche Flexibilität bei der Planung und der Prozeßanlagenlogistik.
  • Die Fig. 5 zeigt eine andere weitere beispielhafte Ausführungsform, bei der zwei Ladeschleusen, von denen jede einen Waferträger 10 umfaßt, beide mit einem Verarbeitungsmodul 102 verbunden sind, das vier Verarbeitungsstationen 104 trägt. Wenn der Transportarm 28 durch die Öffnung 30 von einer Ladeschleuse 12 in das Prozeßmodul 102 reicht, setzt er seinen Wafer auf eine von zwei Waferaufnahmen 106. Diese Waferaufnahmen 106 können, wie oben besprochen, aus drei Stiftträgern oder zwei Leistenträgern bestehen, oder sie können andere mechanische Ausführungen aufweisen, die für Fachleute auf dem Gebiet offenbar sind, solange es genug Raum unterhalb des getragenen Wafers für den Transportarm 28 gibt, um frei von dem Wafer abgesenkt zu werden und sich zurückzuziehen, nachdem er den Wafer auf die Träger gesetzt hat (es ist jedoch vorzugsweise so, daß der verwendete Waferträger derart gestaltet ist, daß er einen Linienkontakt anstelle eines Kontaktes über eine beträchtliche Fläche zur Unterseite des Wafers herstellt).
  • Eine weitere Transportarmanordnung 106 ist innerhalb des Prozeßmoduls vorgesehen. Diese Transportarmanordnung ist im großen und ganzen ähnlich zur Transportarmanordnung 28, 44 und 46, die innerhalb der Ladeschleuse verwendet wird, es gibt jedoch einige Unterschiede. Erstens braucht der innerhalb der Ladeschleuse verwendete Transportarm 28 Wafer nur in einer geraden Linie zu bewegen. Im Gegensatz dazu muß die Transportarmanordnung 106 außerdem in der Lage sein, sich radial zu bewegen, um irgendeines der Prozeßmodule 104 auszuwählen. Somit ist ein zusätzlicher Freiheitsgrad erforderlich. Zweitens braucht die Reichweite der Transportarmanordnung 106 nicht mit derjenigen der Transportarmanordnungen (28, 44, 46), die innerhalb der Ladeschleuse verwendet werden, übereinzustimmen, und in der Realität ist die Reichweite des Transportarms 106 vorzugsweise größer, um einen angemessenen Abstand der Verarbeitungsstationen 104 zu ermöglichen. Drittens braucht die Armanordnung 106 nicht so viel Hubweg wie die in den Ladeschleusen verwendeten Transportarme 28. Viertens wird bei der dargestellten Anordnung nicht einer der drei Stifte 50 des Transportarms 128 auf einem Wafer-Flat anliegen, so daß der Durchmesser des durch die Stifte 50 definierten Kreises bei den Armen 28 und 128 nicht übereinstimmt, selbst wenn sie Wafer gleichen Durchmessers handhaben.
  • Die Transportarmanordnung 106 ist vorzugsweise im wesentlichen die gleiche wie die Transportarmanordnung (28, 44, 46), die in der Ladeschleuse verwendet wird, wobei die erwähnten Unterschiede bestehen. Indem der röhrenförmige Träger 46 drehbar gemacht wird und ein dritter Motor vorgesehen wird, um diese Drehung zu steuern, wird ein dritter Freiheitsgrad für den Transportarm vorgesehen. Entsprechend können die Bemessungen des Transportarms einfach so wie gewünscht eingerichtet werden. Somit umfaßt die Transportarmanordnung 106 vorzugsweise einen Transportarm 128, der drehbar auf einem Transportarmträger 144 angebracht ist. Der Transportarmträger 144 ist schwenkbar auf einem (nicht dargestellten) röhrenförmigen Träger 146 angebracht, und ein an dem Transportarmträger 144 angebrachter innerer Stab erstreckt sich nach unten durch den röhrenförmigen Träger 146. Ein interner Kettenantrieb mit einer 2/1-Übersetzung übersetzt jede Differenzdrehung zwischen dem röhrenförmigen Träger 146 und dem Armträger 144 in eine weitere Differenzdrehung (über zweimal so viele Grade) zwischen dem Armträger 144 und dem Transportarm 128. Ein Armsteuermotor, der unterhalb der Transportanordnung 106 angebracht ist, ist so angeschlossen, daß er den Stab, der an dem Armträger 144 angebracht ist, dreht. Ein Armdrehungsmotor ist angeschlossen, um den röhrenförmigen Träger 146 zu drehen. Schließlich verleiht ein Hebewerkmechanismus der Transportarmanordnung 106 eine vertikale Bewegung.
  • Es ist zu erkennen, daß die für die Anordnung 106 erforderliche vertikale Bewegung typischerweise nicht so groß ist wie diejenige, die für die Transportarme 28 in den Ladeschleusen 12 erforderlich ist, da der Transportarm 128 typischerweise nicht eine von mehreren vertikal getrennten Waferpositionen, wie denjenigen in dem Waferträger 10, auswählen muß, sondern typischerweise nur verwendet wird, um Wafer aus einer Anzahl möglicher Waferstationen, die alle auf der gleichen Ebene liegen, aufzunehmen und abzusetzen. Daher kann das Anheben des Transportarms 128 in vertikaler Richtung statt durch eine oben besprochene Hebewerkmotoranordnung durch einen Luftzylinder gesteuert werden.
  • So kann durch Drehen des röhrenförmigen Trägers 146 zusammen mit dem Armträger 144 die Transportarmanordnung 106 gedreht werden, ohne daß sie ausgefahren wird. Nachdem die Armanordnung 106 in ihre gewünschte Position gedreht worden ist, kann der röhrenförmige Träger 146 festgehalten werden, während der Armträger 144 gedreht wird, und dieses wird den Transportarm 128 veranlassen, sich wie oben beschrieben zu erstrecken.
  • So wird, nachdem der Transportarm 28 von einer der Ladeschleusen 12 einen zu verarbeitenden Wafer auf einer der Waferaufnahmen 106 plaziert hat, die Transportarmanordnung 106 (wenn notwendig) gedreht, an eine untere Position ausgefahren, so daß der Transportarm 128 unter den Wafer gelangt, angehoben, so daß der Transportarm 128 den Wafer aufnimmt, und in ihre Ausgangsposition zurückgezogen. Die Anordnung 106 wird dann gedreht und der Transportarm 128 wird wiederum ausgefahren, so daß der Wafer nun über einem Waferträger in einer der Verarbeitungsstationen 104 oder über der anderen Waferaufnahme 106 liegt. Durch Herabsenken der Armanordnung 106 kann der Wafer nun auf den Waferträger oder die Wafertransportaufnahme gesetzt werden, und der Arm 128 kann nun zurückgezogen werden.
  • Die Verarbeitungsstation 104 kann nun von dem Hauptverarbeitungsmodul 102 hermetisch abgeriegelt werden, und eine separate Einzelwaferverarbeitung des Wafers kann beginnen. Währenddessen können die Transportarme 128 und 28 andere Operationen durchführen. Wenn ein Wafer in einem Modul 104 vollständig bearbeitet worden ist, kann die Verarbeitungsstation 104 auf einen dem niedrigen Druck im Inneren des Verarbeitungsmoduls 102 entsprechenden Druck evakuiert werden und die Verarbeitungsstation 104 kann geöffnet werden. Die Transportarmanordnung 106 kann nun so betrieben werden, daß sie diesen Wafer entfernt und ihn entweder zu einer der Waferaufnahmen 106 oder zu einem anderen Verarbeitungsmodul 104 transportiert.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Verarbeitungsmodule 104 so ausgebildet sein können, daß sie die gleiche Operation durchführen, was einen in bezug auf den Wafertransport begrenzten Durchsatz (selbst bei ziemlich langsamen Verarbeitungsoperationen) ermöglicht, wenn es eine ausreichende Anzahl an Verarbeitungsstationen 104 in dem Verarbeitungsmodul 102 gibt, oder es können alternativ verschiedene Operationen in verschiedenen der Verarbeitungsstationen 104 durchgeführt werden.
  • Das bedeutet, daß die vorliegende Erfindung eine sequentielle Verarbeitung ermöglicht, was in zunehmendem Maße als wünschenswert betrachtet wird, da die durch adsorbierte Kontaminationen oder durch natürliches Oxid hervorgerufenen Prozeßveränderungen beseitigt werden. Zum Beispiel können zwei der Verarbeitungsstationen 104 für das Oxidwachstum ausgebildet sein, eine für die Nitridabscheidung und eine für die Polysiliziumabscheidung, um eine komplette In-situ-Herstellung von Oxinitrid-Poly-zu-Poly-Kondensatoren zu ermöglichen. Darüber hinaus bedeutet das Vorsehen verschiedener Verarbeitungsschritte bei verschiedenen Stationen 104, daß viele Losteilungen und Prozeßveränderungen einfach durch Programmieren der geeigneten Operationen durchgeführt werden können, ohne daß man auf Techniker vertrauen muß, die in korrekter Weise feststellen, welche Wafer zu welchen Maschinen laufen müssen. Daher bietet die Möglichkeit, verschiedene Operationen in verschiedenen der Verarbeitungsstationen 104 durchzuführen, zusätzliche Verarbeitungsflexibilität.
  • Es ist zu erkennen, daß die gesamte Wafertransportsequenz vollkommen willkürlich ist und wie gewünscht gewählt werden kann. Zum Beispiel könnten die Wafer von einem Waferträger 10 vollständig verarbeitet und in den Waferträger 10 zurückgebracht werden, und die Ladeschleuse 12, die die gerade verarbeiteten Wafer enthält, könnte gegenüber dem Verarbeitungsmodul 102 hermetisch abgeriegelt werden, so daß die Wafer in dem anderen Waferträger 10 in der anderen Ladeschleuse 12 verarbeitet werden könnten, während ein Techniker den mit verarbeiteten Wa fern gefüllten Träger aus der anderen Ladeschleuse 12 entfernt. Alternativ dazu kann die Programmierbarkeit und der völlig wahlfreie Zugriff dieser Anordnung dazu verwendet werden, Wafer zwischen den zwei Trägern 10 in jeder gewünschten Weise hin- und herzuschieben und auszutauschen.
  • Es ist zu erkennen, daß diese Anordnung weder auf zwei Ladeschleusen 12 noch auf vier Verarbeitungsstationen 104 beschränkt ist. Die beschriebene Anordnung kann nämlich auf andere Anzahlen von Verarbeitungsstationen 104 in einem Modul 102 oder für andere Anzahlen an an einem Modul 102 angebrachten Ladeschleusen 12 ausgelegt sein, oder für die Verwendung von mehr als einer Transportarmanordnung 106 innerhalb eines Moduls, wenn dieses gewünscht wird.
  • Es ist zu erkennen, daß diese Anordnung immer noch die Waferausrichtung bewahrt. Unter der Annahme, daß Wafer in dem Träger 10 mit ihren Flats gegen den Rücken des Trägers 10 gerichtet transportiert werden, werden sie auf die Waferaufnahme 106 mit ihren Flats auf den Mittelpunkt des Moduls 102 gerichtet gesetzt. Der Transportarm 106 bewahrt diese Ausrichtung, so daß dann, wenn die Wafer in einen Waferträger 10 zurückgesetzt werden, ihre Flats gegen den Rücken der Box gerichtet sein werden.
  • Die Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Verarbeitungsstation 104, die bei einer in der Fig. 5 dargestellten Struktur verwendet werden kann.
  • Die Fig. 6 zeigt einen Einscheibenreaktor, der zum reaktiven Ionenätzen oder zum Plasmaätzen verwendet werden kann. Wie oben besprochen setzt der Transportarm 128 einen Wafer auf die spitz zulaufenden Ardel-Stifte 50 und zieht sich dann zurück. Jetzt wird die gesamte untere Anordnung einschließlich der Kammer 112, der geerdeten Elektrode 110, des Gasverteilers 120, der Grundplatte 138 und der oberen Platte 114 nach oben unter Verwendung beispielsweise eines Luftzylinders oder einer Vakuumdurchführung (nicht dargestellt) bewegt. Ein Balg 124 er möglicht es, daß diese vertikale Bewegung auftritt, während eine vakuumdichte Schnittstelle zum Inneren des Moduls 102 aufrechterhalten wird. Diese vertikale Bewegung veranlaßt die auf den Stiften 50 ruhende Rückseite des Wafers dazu, einen Kontakt mit der gespeisten Elektrode 118 herzustellen, und jetzt ziehen sich die gleitenden Stiftträger 130, die an der Unterseite der spitz zulaufenden Stifte 50 angebracht sind, leicht gegen eine Blattfeder 132 zurück (andere elastische Elemente können anstelle der Blattfeder 132 verwendet werden, um ein geringes Ausmaß des Nachgebens in den Stiftträgern 130 sicherzustellen, so daß der Wafer nicht mit zu großer Kraft gegen die gespeiste Elektrode 118 gedrückt wird).
  • Der letzte Teil der nach oben gerichteten Bewegung dieses Aufbaus veranlaßt die Dichtung 134 dazu, einen Verschluß zwischen der Quarzplatte 114 an der Spitze der Kammer 112 und der Quarzplatte 116, die die gespeiste Elektrode 118 umgibt, zu bewirken. Somit wird, wenn die Dichtung hergestellt ist, das Innere der Prozeßkammer vakuumdicht gegenüber dem Inneren des Verarbeitungsmoduls 102 abgeschlossen.
  • Eine Heliumzufuhröffnung 134 ist vorgesehen, um eine Heliumversorgung mit der Rückseite des Wafers zu verbinden. Dieser Heliumraum bedeutet, daß der Raum zwischen den unteren Punkten der gespeisten Elektrode 118 und dem Wafer mit Helium anstelle des Vakuums gefüllt wird und dadurch ein angemessener Niedertemperaturwiderstand und ein in hohem Maße reproduzierbarer thermischer Kontakt zwischen dem Wafer und der gespeisten Elektrode 118 sichergestellt wird. Die gespeiste Elektrode 118 umfaßt vorzugsweise Kühlmittelrohrräume 136, durch welche Kühlmittel zugeführt werden kann.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die spitz zulaufenden Stifte 50 nicht auf den Gleitstiftträgern 130 angebracht, die durch elastische Elemente 132 getragen werden, sondern sie sind fest angebracht. Da die Heliumzufuhr 134 einen guten thermischen Kontakt zwischen der Rückseite des Wafers und der Oberfläche der gespeisten Elektrode 118 sicherstellt, ermöglicht eine Toleranz von einigen Tausendstel Inch immer noch eine gute HF-Kopplung der Elektrode 118 an den Wafer und erlaubt immer noch einen guten thermischen Kontakt zwischen der Elektrode 118 und dem Wafer. Eine Toleranz in dieser Größenordnung sollte einen genügenden Freiraum für thermische Ausdehnungen der Kammerwände, Veränderungen der Dichtungsdichte und eine Veränderung der Waferdicke, usw. ermöglichen, so daß immer noch eine zuverlässige Abdichtung des unteren Kammerteils zum oberen Teil möglich ist. Es ist zu erkennen, daß bei dieser Ausführungsform die Quarzflächen 114 und 116 vorzugsweise leicht unterschiedlich geformt sind, um die seitliche Streuung des Plasmas in der Nähe der Vorderseite des Wafers zu minimieren. Jedoch verwendet die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform die Gleitstiftträger 130, da sie es dem Quarzstück 114 ermöglichen, das Plasma in der Nähe der Vorderseite des Wafers, wie in der Fig. 7 dargestellt, zu begrenzen.
  • Die Fig. 7 zeigt den oberen Teil der Verarbeitungsstation der Fig. 6 in der geschlossenen Position, wobei ein Wafer 48 darin zur Verarbeitung gehalten wird. Nachdem der Reaktor geschlossen worden ist, kann die Heliumzufuhr durch die Öffnung 134 begonnen werden. Gleichzeitig können gewünschte Prozeßgase durch einen Prozeßgasverteiler 120 zugeführt werden.
  • Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist der Prozeßgasverteiler 120 aus Quarz hergestellt, so daß er keine Wirbelströme von der vorliegenden HF-Leistung aufnimmt. Da darüber hinaus die Oberfläche des Quarzes sehr stark isoliert, wird die Plasmagrenze in der Nähe des Quarzes keine so große Spannung und keinen so großen Strom daran aufweisen wie das bei der Plasmagrenze in der Nähe eines geerdeten leitfähigen Elements der Fall wäre. Das bedeutet, daß die plasmaunterstützten Reaktionen in der Nähe des Quarzes nicht mit einer so großen Geschwindigkeit auftreten, wie es in der Nähe eines geerdeten leitfähigen Elements der Fall wäre, so daß die Abscheidung vermindert wird.
  • Es sollte außerdem angemerkt werden, daß Quarz ein ziemlich guter thermischer Isolator ist und die Temperatur des Aufnehmers daher (durch Strahlung aus dem Plasma) auf 100 bis 200 Grad C erhöht werden kann. Das ist vorteilhaft, da die Erhöhung der Temperatur des Verteilers die Abscheidung daran weiter vermindern wird.
  • Bei den bevorzugten Betriebsbedingungen von 1/100 bis 1/10 mm Quecksilbersäule und 400 bis 800 Watt angelegter Leistung wird das erzeugte Plasma die Kammer zwischen der gespeisten Elektrode 118 und der geerdeten Elektrode 110 ziemlich gleichförmig ausfüllen. Der Gasverteiler 120 steht in den dichtesten Teil des Plasmas hervor. Der Gasverteiler 120 besteht vorzugsweise aus einem Ring, dessen Durchmesser vielleicht der Hälfte des Durchmessers des zu verarbeitenden Wafers entspricht, wobei er hohle Träger aufweist, die zu Gasverbindungen 140 hinunterführen, die in der Grundplatte 138 angebracht sind.
  • Vorzugsweise ist für den Quarzverteiler 120 eine Schnellverbindung vorgesehen, so daß er, wenn gewünscht, schnell und leicht ausgewechselt werden kann.
  • Der Gasverteiler 120 ist bei der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform in einem Abstand von etwa vier Zentimetern zur Oberfläche des Wafers angeordnet. Dieser Abstand und die genaue Form des Gasverteilers 120 und die Form der Öffnungen 122 an dem Gasverteiler sind nicht kritisch. Diese Parameter können, wenn gewünscht, verändert werden, jedoch sollten sie, wenn sie verändert worden sind, so ausgewählt worden sein, daß die Diffusion der Prozeßgase und der Prozeßgasprodukte von den Öffnungen 122 in dem Gasverteiler 120 folgendes erfüllt: 1) diffusionsdominierten Transport der Prozeßgase und Prozeßgasprodukte zur Plasmagrenze an der Vorderseite des Wafers 48; und 2) eine ziemlich gleichförmige Konzentration von Prozeßgasen und Prozeßgasprodukten an der Plasmagrenze in der Nähe der Vorderseite des Wafers 48. Zum Beispiel könnte der Abstand zwischen dem Verteiler und der Wafervorderseite irgendwo in dem Bereich zwischen einem und 15 Zentimetern liegen.
  • Unter diesen Niederdruckbedingungen und mit dem gegebenen großen Flächenverhältnis zwischen der Fläche der Elektrode 118, die in Kontakt mit dem Plasma steht, (die bei dieser Ausführungsform im wesentlichen der Fläche des Wafers 48 entspricht) und der Fläche der geerdeten Elektrode (die bei dieser Ausführungsform im wesentlichen der Fläche der geerdeten Elektrode 110 plus der Innenfläche der Kammerwände 112 und der ausgesetzten oberen Fläche der Grundplatte 138 entspricht) wird eine Plasmabombardierung hoher Dichte an der Vorderseite des Wafers 48 auftreten. Wie es Fachleuten auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, unterstützt diese Ionenbombardierung das Erzielen von gewünschten Anisotropieeffekten während des Ätzens.
  • Die geerdete plane Elektrode 110 wird vorzugsweise unter Verwendung der mit den Verteilungsöffnungen innerhalb der Elektrode 110 verbundenen Kühlmittelleitungen 150 gekühlt. Wenn eine zusätzliche Kühlung erforderlich ist, können die Wände 112 außerdem gekühlt werden.
  • Es ist zu erkennen, daß die Leitungen 150 vorzugsweise flexible Schläuche sind, die sich an die oben beschriebene vertikale Bewegung der gesamten unteren Ätzkammer (110, 112, 138, 120, 114) anpassen. Das Gaszuführungsrohr 150, das die Prozeßgase durch die Verbindung 140 zum Gasverteiler 120 zuführt, ist vorzugsweise aus dem gleichen Grund flexibel. Wenn sich zeigt, daß das Biegen dieser Schläuche zusätzliche Partikel erzeugt, kann statt dessen eine Gaszufuhr außerhalb des Balgs 124 durch die Seite der Grundplatte 138 verwendet werden.
  • Die Fig. 8 zeigt eine Draufsicht des Reaktors der Fig. 6. Die Form des Gasverteilers 120 läßt sich bei dieser Draufsicht deutlicher erkennen. Es ist zu erkennen, daß die Grundplatte 138 beträchtliche Zwischenräume um den Rand der geerdeten Elektrode 110 herum aufweist, die einen Durchgang von den Gaszufuhröffnungen 122 zu einer darunter liegenden Vakuumpumpe liefern.
  • Der gesamte Gasfluß bei diesem Reaktor ist von der Vorderseite des Wafers weg nach unten gerichtet, was die Verminderung von Partikeln unterstützt.
  • Nachdem der gewünschte Ätzvorgang beendet ist, wird die Gaszufuhr durch den Gasverteiler 120 beendet und die Verarbeitungsstation 104 auf den gleichen Druck wie er in dem Rest des Verarbeitungsmoduls, 10&supmin;&sup5; Torr oder weniger (1 Torr = 133,322 Pa) herrscht, evakuiert. Eine Wartezeit kann dann für die thermische Stabilisierung der Verarbeitungsstation oder für das Freiwerden von möglichen schwebenden Partikeln zwischengeschaltet werden, und dann wird die Verarbeitungsstation 104 geöffnet und die Transportarmanordnung 106 arbeitet wie vorher, um den Wafer daraus zu entfernen.
  • Somit liefert die vorliegende Erfindung sämtliche oben aufgelisteten Vorteile sowie einige weitere. Die vorliegende Erfindung kann in weitem Ausmaß modifiziert und verändert werden und ihr Schutzumfang wird insofern beschränkt, wie es in Ansprüchen angegeben ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verarbeitung von Wafern (48), die eine aktive Seite aufweisen, bei dem
mehrere Wafer (48) mit nach unten gerichteter aktiver Seite mittels eines Waferträgers (10) zu einer vakuumdicht abschließbaren Ladeschleuse (12) oder von dieser weg transportiert werden, die sich in eine vakuumdicht abschließbare Verarbeitungsmodulkammer (102) öffnet, die mehrere Waferverarbeitungsstationen (104) enthält,
ein Vakuum innerhalb der Modulkammer (102) und der Ladeschleuse (12) erzeugt wird und die Wafer (48) mit nach unten gerichteter aktiver Seite mittels eines Transportarms (28) einzeln zu der Ladeschleuse (12) und von dieser weg durch Teile der Modulkammer (102) zu ausgewählten Verarbeitungsstationen (104) und von diesen weg transportiert werden,
wobei jede Waferverarbeitungsstation (104) gegenüber der Verarbeitungsmodulkammer (102) abgeschlossen werden kann, wodurch eine Einzelwaferverarbeitung ermöglicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem darüber hinaus die Wafer (48) in den ausgewählten Verarbeitungsstationen (104) mit nach unten gerichteter aktiver Seite verarbeitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mehreren Wafer (48) während des Transports unter Vakuum gehalten werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem darüber hinaus die Wafer (48) während sämtlicher Schritte in einer Umgebung mit starkem Vakuum gehalten werden.
5. Modul zur Verarbeitung von Wafern (48), die eine aktive Seite aufweisen, mit
einer vakuumdichten Verarbeitungsmodulkammer (102), die mehrere Waferverarbeitungsstationen (104) enthält, von denen jede gegenüber der Verarbeitungsmodulkammer (102) abgeschlossen werden kann, wodurch eine Einzelwaferverarbeitung ermöglicht wird;
wenigstens einer Ladeschleuse (12), die sich in die Modulkammer (102) öffnet und in ihrem Innern Raum aufweist, um einen Waferträger (10) zum Halten mehrerer Wafer (48) mit nach unten gerichteter aktiver Seite zu halten;
einem mit dem Modul verbundenen Vakuumpumpenmittel, um innerhalb der Modulkammer (102) und der wenigstens einen Ladeschleuse (12) ein Vakuum zu erzeugen; und
einem Wafertransportarm (28) zum Transportieren von Wafern (48) mit nach unten gerichteter aktiver Seite zu den mehreren Verarbeitungsstationen (104) und von diesen weg zu der Ladeschleuse (12) und von dieser weg.
6. Modul nach Anspruch 5, bei dem der Waferträger (10) vakuumdicht abschließbar ist, um ein Vakuum innerhalb des Trägers (10) aufrechtzuerhalten.
7. Modul nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Waferträger (10) Mittel umfaßt, um die mehreren Wafer jeweils voneinander beabstandet in einer senkrecht stehenden Säule zu halten.
8. Modul nach Anspruch 7, bei dem der Wafertransportarm (28) in senkrechter Richtung anhebbar ist, um auf einzelne Wafer in der senkrecht stehenden Wafersäule in dem Waferträger zuzugreifen.
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