DE3214256A1

DE3214256A1 - Vorrichtung zur handhabung eines substrates

Info

Publication number: DE3214256A1
Application number: DE19823214256
Authority: DE
Inventors: Horst Ing.(grad.) 7904 Erbach Kibbel; Klaus 7900 Ulm Schwesig
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1982-04-17
Filing date: 1982-04-17
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DE3214256C2

Description

Beschreibung
"Vorrichtung zur Handhabung eines Substrates" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Behandlung von Halbleiter-Substraten, sogenannten Wafern, in einer Vakuumanlage, z.B. einer Beschichtungsanlage zur Herstellung von Halbleiterbauelementen. Derartige Halbleiter-Substrate, z.B. aus Silizium, sind z.B. kreisförmige Scheiben mit einem Durchmesser von ungefähr 100 mm und einer Dicke von ungefähr 1 mm. Die Scheiben besitzen an einer Stelle des Kreises eine Abflachung, die einer lagerichtigen und reproduzierbaren Handhabung des Substrats dient. Beim Herstellungsverfahren von Halbleiterbauelementen, z.B. nach dem Epitaxieverfahren, ist es nötig, das Substrat in der Vakuumanlage zu erhitzen, z.B.
mit Hilfe einer Strahlungsquelle. Außerdem ist es nötig, das Substrat möglichst genau und reproduzierbar in der Vakuumanlage abzulegen, damit ein z.B. ein Beschichtungsvorgang reproduzierbar ausführbar ist. Bei einer Serienherstellung der Halbleiterbauelemente ist zur Kostensenkung eine einfache und schnelle Justiermöglichkeit der Substrate in Vakuumanlagen erwünscht und außerdem eine möglichst vollautomatische Eingabe und Entnahme der Substrate über entsprechende Schleusensysteme sowie ein steuerbarer Transport der Substrate innerhalb der Vakuumanlage.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfach und betriebssicher arbeitende gattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, die auch bei sich ändernden Betriebsbedingungen eine hohe und reproduzierbare Positioniergenauigkeit von zu bearbeitenden Substraten erreicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: FIG. 1 ein schematisches Übersichtsbild zur Erläuterung des Erfindungsgedankens; FIG. 2 und 3 eine genaue Darstellung der Substrat-Aufnahmevorrichtung 17 in FIG. 1; FIG. 4 zeigt eine genaue Darstellung des Transportträgers 20 gemäß FIG. 1.
FIG. 1 zeigt ein gasdicht verschließbares Gefäß 10, z.B.
eine Ultrahochvakuum-Anlage zum epitaktischen Beschichten von Halbleitern. Das Gefäß 10 ist unterteilt in eine Vorkammer 11 und eine Hauptkammer 12, in der der Beschichtungsvorgang stattfindet, z.B. mit Hilfe eines Gas-Dampfgemisches in Richtung des Pfeiles 21. Durch eine gasdicht verschließbare Schleuse 13 sind Haupt- und Vorkammer trennbar, so daß die Vorkammer 11 belüftet werden kann und in der Hauptkammer 12 das Vakuum erhalten bleibt. In der Vorkammer 11 befindet sich ein auswechselbares Magazin 14, in dem zu beschichtende Substrate 16, z.B. die eingangs erwähnten Wafer, horizontal gestapelt sind auf entsprechenden Auflageschienen des Magazins 14. Zwischen jeweils zwei Substraten 16 befindet sich daher in vertikaler Richtung ein Abstand 22. Die Substrate 16 liegen im Magazin 14 in einer bestimmten geometrischen Lage, die durch die beispielsweise eingangs erwähnte Abflachung möglich ist. Das Magazin 14 ist in vertikaler Richtung 15 bewegbar, z.B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebes, der von außerhalb des Gefäßes 10 betätigbar ist. In der Vorkammer 11 befindet sich außerdem ein von außerhalb des Gefäßes 10 bewegbarer Transportträger 20 zum Transport der Substrate 16 vom Magazin 14 zu einer in der Hauptkammer 12 befindlichen Substrat-Aufnahmevorrichtung 17. Der Transportträger 20 ist dazu in einer horizontalen Richtung 23 bewegbar, z.B. mit Hilfe eines sogenannten Zahnstangenantriebes 24. Außerdem ist die Zahnstange 24 und damit der Transportträger 20 neigbar in Richtung des Doppelpfeiles 25. Die Substrat-Aufnahmevorrichtung 17 besteht erfindungsgemäß im wesentlichen aus zwei Hauptteilen, einer Grundplatte 18 und einem dagegen im horizontaler Richtung verschiebbaren Substrathalter 19.
Die Grundplatte 18 ist fest mit dem Gehäuse 10 verbunden, z.B. über nicht dargestellte mechanische Stützen. Im folgenden wird die Arbeitsweise der Vorrichtung näher erläutert: Bei geschlossener Schleuse 13 bleibt in der Hauptkammer 12 das Vakuum erhalten, während in die belüftete Vorkammer 11 ein Magazin 14 mit unbeschichteten Substraten 16 eingesetzt wird. Danach wird in der Vorkammer 11 ebenfalls ein Vakuum erzeugt und die Schleuse 13 geöffnet. Der Transportträger 20 entnimmt nun dem Magazin 14 ein Substrat 16, transportiert dieses durch die geöffnete Schleuse 13 in die Hauptkammer 12 und legt es auf dem Substrathalter 19 ab. Danach wird der Transportträger 20 wieder in die Vorkammer 11 bewegt, die Schleuse 13 geschlossen und die Beschichtung des Substrates vorgenommen. Nach diesem Vorgang wird das Substrat mit Hilfe des Transportträgers wieder im Magazin 14 abgelegt. Dieses wird dann in vertikaler Richtung 15 soweit bewegt, daß ein weiteres unbeschichtetes Substrat 16 in den Arbeitsbereich des Transportträgers 20 gelangt, so daß der beschriebene Arbeitsvorgang wiederholt werden kann.
Durch den beweglichen Substrathalter 19 wird in vorteilhafter Weise eine selbsttätige gegenseitige Ausrichtung zwischen dem Transportträger 20 und dem Substrathalter 19 erreicht. Dadurch ist das Substrat 16 sehr genau und reproduzierbar in der Hauptkammer 12 ablegbar. Dieses ist wesentlich für viele Substrat-Bearbeitungsverfahren. Da bei einigen Substrat-Bearbeitungsverfahren wechselnde Wärme, z.B Strahlungswärme, erforderlich ist, besteht die Möglichkeit, daß sich die Substrat-Aufnahmevorrichtung 17 mechanisch verändert, so daß fehlerhafte Ablagen des Substrates 16 auf dem Substrathalter 19 erfolgen könnten.
Dieser Nachteil wird durch die erwähnte gegenseitige Ausrichtung ebenfalls vermieden.
Der erwähnte genaue Ausricht- und Positioniervorgang des Subs.trates wird im folgenden anhand der FIG. 2 bis 4 näher erläutert, die genauere Darstellungen der Substrat-Aufnahmevorrichtung 17 (FIG. 2, 3) sowie des Transportträgers 20 (FIG. 4) zeigen.
FIG. 2 zeigt eine Aufsicht auf die Substrat-Aufnahmevorrichtung 17. FIG. 3 zeigt einen: Schnitt entlang der Linie A-B (FIG. 2).
Gemäß den Figuren 2 und 3 befindet sich auf der kreisringförmig ausgebildeten Grundplatte 18 der verschiebbare kreisringförmige Substrathalter 19. An der Grundplatte und/oder dem Substrathalter befinden sich erste Anschläge 30, z.B. sogenannte Fixierstifte, die die Bewegungsmöglichkeit des Substrathalters 19 einschränken, z.B. auf :2 mm in jeder horizontalen Richtung. Auf dem Substrathalter 19 befinden sich zweite Anschläge 31, z.B. ebenfalls Fixierstifte, die eine genaue und lagerichtige Ablage des kreisförmigen Substrates 16 auf dem Substrathalter 19 ermöglichen. Dabei sind die zweiten Anschläge 31 beispielsweise derart angebracht, daß das zwischen diesen abgelegte Substrat 16 sich lediglich 5/100 mm in jeder Richtung bewegen kann. Außerdem sind die zweiten Anschläge 31, unter Berücksichtigung der eingangs erwähnten Abflachung 161 des Substrates 16, derart angebracht, daß eine Verdrehung des Substrates vermieden wird. Der Substrathalter 19 besitzt an seiner im wesentlichen senkrecht stehenden Seitenfläche 191 Ausnehmungen 192 und mindestens eine Zetrieröffnung 193, in die eine Ausrichtvorrichtung 40, z.B. ein im wesentlichen zylinderförmiger Stab, des Transportträgers 20 geschoben wird (FIG. 4).
Durch diesen Vorgang wird auf einfache und zuverlässige Weise zwischen dem Transportträger und dem Substrathalter eine gegenseitige Ausrichtung erreicht, deren Genauigkeit lediglich von den Herstellungstoleranzen, z.B. 1/10 mm, der Ausrichtvorrichtung und der Zentrieröffnung abhängt.
Gemäß FIG. 4 besitzt der Transportträger 20 an seinem einen Ende mindestens einen Tragarm 41, auf dem dritte Anschläge 42 angebracht sind, z.B. Fixierstifte, zum sicheren und lagerichtigen Transportes des Substrates 16.
Die Ausnehmungen 192 dienen zur Aufnahme der Tragarme 41.
Die Höhe der zweiten und dritten Anschläge ist so bemessen, daß das Substrat 16 durch eine neigende Bewegung des Transportträgers auf dem Substrathalter 19 ablegbar ist.
Bei einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Substrathalter 19 und/oder der Grundplatte 18 eine Maskenaufnahme vorhanden, in die eine Maske, z.B.
eine Aufdampfmaske, einlegbar ist. Bei einer derartigen Anordnung wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht, daß zwischen einer Aufdampfquelle, der Maske und dem zu bearbeitenden Substrat eine reproduzierbar genaue Zuordnung besteht.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es außerdem möglich, den Substrathalter aus der Hauptkammer zu entfernen, ohne diese zu belüften. Dieser Vorgang ist beispielsweise nötig zur Reinigung des Substrathalters und/oder der Maske. Das Entfernen des Substrathalters geschieht mit Hilfe des Transportträgers, der in beschriebener Weise in die Ausnehmungen des Substrathalters geschoben wird und diesen aus den entsprechenden Anschlägen hebt.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung zur Handhabung eines Substrates, insbesondere innerhalb eines geschlossenen Gefäßes, bestehend aus mindestens zwei Kammern, die durch mindestens eine Schleuse trennbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) in einer Vorkammer (11) ist mindestens ein auswechselbares Magazin (14) vorhanden, in dem mindestens ein Substrat (16) in einer vorbestimmten Lage lagerbar ist; b) in einer Hauptkammer (12) ist mindestens eine Substrat-Aufnahmevorrichtung (17) vorhanden, die aus einer Grundplatte (18) besteht, auf der mindestens ein verschiebbarer Substrathalter (19) angeordnet ist; c) innerhalb des Gefäßes (10) ist mindestens ein bewegbarer Transportträger (20) vorhanden, mit dem aus dem Magazin (14) mindestens ein Substrat (10) derart entnehmbar ist, daß dessen Vororientierung im wesentlichen erhalten bleibt; d) der Transportträger (20) besitzt an seinem einen Ende eine Ausrichtvorrichtung (40), ist mit dem Substrat (16) in die Hauptkammer (12) derart bewegbar, daß die Ausrichtvorrichtung (40) und der Substrathalter (19) sich gegenseitig ausrichten, so daß das Substrat in vorbestimmter Weise auf dem Substrathalter (19) ablegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Grundplatte (18) im wesentlichen in einer horizontalen Lage befindet, daß der Substrathalter (19) lose auf die Grundplatte (18) gelegt ist und daß an der Grundplatte (18) und/oder dem Substrathalter (19) mindestens ein erster Anschlag (30) vorhanden ist, der eine Verschiebung des Substrathalters gegen die Grundplatte begrenzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtvorrichtung (40) stabförmig ausgebildet ist und daß der Substrathalter (19) mindestens eine an die Ausrichtevorrichtung angepaßte Zentrieröffnung (193) besitzt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrathalter (19) mindestens ein zweiter Anschlag (31) vorhanden ist, der eine lagerichtige Ablage des Substrats (16) ermöglicht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportträger (20) an einem Ende mindestens einen Tragarm (41) besitzt und mindestens einen darauf angebrachten dritten Anschlag (42) zur lagerichtigen Aufnahme des Substrates (16).
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter (19) auswechselbar ist mit Hilfe des Transportträgers (20).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (18) und der Substrathalter (19) mindestens eine Arbeitsöffnung (32) besitzen, durch die das Substrat (16) bearbeitbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (10) evakuierbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (16) im wesentlichen aus halbleitendem Material besteht.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Grundplatte (18) und/oder dem Substrathalter (19) mindestens eine Maskenaufnahme vorhanden ist, in der mindestens eine Maske anbringbar ist, die der Bearbeitung des Substrats (16) dient.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Substrat-Aufnahmevorrichtung (17) aus einem oder mehreren Materialien besteht, die den physikalischen und/oder chemischen Bedingungen innerhalb des Gefäßes (10) angepaßt sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportträg#er (20) im wesentlichen entlang einer Linie bewegbar ist und außerdem neigbar um eine Achse, die senkrecht auf der Linie steht.