DE3505178C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Festhalten einer Halbleiterscheibe - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Festhalten einer Halbleiterscheibe

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Festhalten einer Halbleiterscheibe in einem Vakuum gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Haltevorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.
Ein derartiges Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 4 282 924 bekannt.
Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen werden verschiedene Fertigungsschritte an der Halbleiter­ scheibe im Vakuum durchgeführt, wobei die Ober­ fläche der Halbleiterscheibe teilweise einer beträchtlichen Energiedichte ausgesetzt wird. Beispiele für solche Ver­ fahrensschritte sind das reaktive Ionenätzen (RIE - reactive ion etching) und die Ionenimplantation. Weiterhin kann während dieser Verfahrensschritte die Oberfläche der Halbleiter­ scheibe mit einer photoempfindlichen Beschichtung versehen sein, welche keinen übermäßigen Temperaturen ausgesetzt wer­ den darf. Die Ableitung der Wärme aus der Halbleiterscheibe ist wegen des angrenzenden Vakuums andererseits kompliziert, da die Wärmeübertragung in einem Vakuum hauptsächlich durch Strahlung erfolgt, wodurch der Wärmeabfuhr enge Grenzen ge­ setzt sind, selbst wenn ein Kühlelement, beispielsweise eine kalte Metallplatte, der Rückseite der Halbleiterplatte eng benachbart ist und selbst wenn die an das Halbleiterelement angrenzende Oberfläche des Kühlelements gemäß den Lehren der gattungsbildenden US 4 282 924 mit einer Beschichtung aus nachgiebigem, gut wärmeleitendem Material versehen wird. Ähnlich ist die Situation bei einer aus dem Artikel von CARBONE, O.J. et al: Ultra-High Vacuum Evaporation Sputtering Apparatus for Gryogenic Thin Film Technology. In: IBM Technical Disclosure Bulletin 1979, Vol. 22, No. 2, S. 550 bis 554., bekannten Vorrichtung. Gemäß den Lehren dieser Druckschrift erfolgt die Ableitung überschüssiger Wärme für mehrere Halbleiterscheiben durch Wärmeleitung über eine gas­ durchlässige Kupferdrahtmatte, die ihrerseits mittels eines Kühlgasstromes gekühlt wird, wobei sich bei dieser vorbekann­ ten Vorrichtung zusätzlich der Nachteil ergibt, daß elasti­ sche Dichtungen benötigt werden, die bei erhöhten Temperatu­ ren nur eine begrenzte Lebensdauer haben.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, in den Zwischenraum bzw. in die verbleibenden Zwischenräume zwischen der Halbleiter­ scheibe und einer die Rückseite derselben abstützenden Platte ein Gas hoher Beweglichkeit, wie z. B. Wasserstoff oder Helium, einzuführen und längs des Randes der Halbleiterplatte eine ringförmige Dichtung vorzusehen, um das Austreten von Gas-Leckströmen in das angrenzende Vakuum zu verhindern. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß die dabei auftre­ tende undefinierte Auswölbung der Halbleiterscheibe, welche durch den Gasdruck auf ihrer Rückseite herbeigeführt wird, zu einer ungleichmäßigen Wärmeableitung führt. Weiterhin hat es sich gezeigt, daß die Verwendung elastomerer Dichtungen un­ erwünscht ist, da sich deren Dichtwirkung verschlechtert und da sich das Dichtungsmaterial bei einer Hochenergiebehandlung der Halbleiterscheibe zersetzt.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Festhalten einer Halbleiterscheibe bzw. eine Haltevor­ richtung anzugeben, mit dem bzw. mit der einerseits eine gute Wärmeabführung von der festzu­ haltenden Halbleiterscheibe erreicht wird und anderer­ seits das Austreten von Gas in das benachbarte Vakuum auf ein Minimum reduziert wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das Verfah­ ren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. durch die Haltevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspru­ ches 3 gelöst.
Es ist ein wichtiger Vorteil der Haltevorrichtung gemäß der Erfindung, daß die Wärme auf der gesamten Rückseite der Halbleiterscheibe gleichmäßig abgeleitet wird und daß die Haltevorrichtung selbst relativ einfach und ro­ bust ausgebildet ist und folglich zuverlässig arbeitet und preiswert herstellbar ist. Außerdem wird eine Konta­ mination des Halbleitermaterials durch Zersetzungsprodukte von Dichtungsmaterialien vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Haltevorrich­ tung gemäß der Erfindung wird die Halbleiterscheibe von den Klemmeinrichtungen längs ihres Randes erfaßt und be­ züglich der konvex gewölbten Oberfläche der Platte, die der Abstützung der Rückseite der Halbleiterscheibe und der Kühlung derselben dient, derart verformt, daß sie sich eng an die gewölbte Oberfläche anlegt. In der gewölb­ ten Oberfläche der Platte sind dabei mehrere Gaseinlaßöff­ nungen vorgesehen, zu denen insbesondere eine Ringnut ge­ hört, welche gegenüber dem äußeren Rand der Halbleiter­ scheibe nur geringfügig nach innen versetzt ist. Den Gas­ einlaßöffnungen wird das Gas mit einen gleichmäßigen, ge­ regelten Druck zugeführt und gelangt in die verbleibenden Zwischenräume zwischen der Halbleiterplatte und der ge­ wölbten Plattenoberfläche, um dort den Wärmeübergang zu fördern. Weiterhin ist längs des äußeren Randes der Plat­ te in der gewölbten Oberfläche derselben eine äußere Ring­ nut bzw. eine Absaugnut vorgesehen, welche im Betrieb mit Vakuum- bzw. Unterdruckpumpeinrichtungen verbunden ist, wodurch verhindert wird, daß eine ins Gewicht fallende Men­ ge des eine hohe Beweglichkeit aufweisenden Gases, welches an den Gaseinlaßöffnungen zugeführt wird, in die Vakuumzo­ ne auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe austritt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Haltevorrichtung gemäß der Erfindung und
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine der Abstützung der Rückseite einer Halbleiterscheibe dienende Platte der Haltevorrichtung ge­ mäß Fig. 1.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine erfindungsgemäße Halte­ vorrichtung zum Einspannen bzw. Festhalten einer zu be­ handelnden Halbleiterscheibe 11. Unterhalb der Halblei­ terscheibe 11 befindet sich eine der Abstützung der Rück­ seite der Scheibe 11 dienende Platte 13, welche mit einer konvex gewölbten Oberfläche 15 versehen ist, die im Ge­ brauch unmittelbar unter der Rückseite der Scheibe 11 liegt. Die Scheibe 11 wird an der gewölbten Oberfläche 15 mit Hilfe eines ringförmigen Klemmrings 17 festge­ klemmt, welcher lediglich den äußeren Rand bzw. Umfang der Scheibe 11 erfaßt. Beim Festklemmen wird die Schei­ be 11 so verformt, daß sie sich eng an die gewölbte Ober­ fläche 15 der Platte 13 anlegt. Dabei ist der Krümmungs­ radius der gewölbten Oberfläche 15 der Platte 13 so ge­ wählt, daß er der Krümmung einer frei abgestützten run­ den Halbleiterscheibe entspricht, welche auf ihrer Rück­ seite einem vorgegebenen gleichmäßigen Gasdruck ausge­ setzt ist.
In der Zeichnung sind die Krümmung der Oberfläche 15 und die entsprechende Krümmung der Scheibe 11 zur Verdeutli­ chung übertrieben dargestellt. In der Praxis hat sich für Standard-Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von etwa 100 mm bei einem Gasdruck von 1333 PA ein Krüm­ mungsradius von etwa 590 cm als günstig erwiesen. Dabei versteht es sich, daß der Krümmungsradius für Halblei­ terscheiben größeren Durchmessers und/oder für höhere Gasdrücke im wesentlichen proportional zur Änderung die­ ser Größen erhöht werden sollte. Mit anderen Worten kann also gesagt werden, daß die Wölbung etwa einem Bogenwin­ kel von 45 Minuten des sie definierenden Kreises bzw. der sie definierenden Kugel entspricht.
Den verbleibenden Zwischenräumen zwischen der Halbleiter­ scheibe 11 und der rückwärtigen Abstützplatte 13 wird ein Gas hoher Beweglichkeit über eine zentrale Einlaßöffnung 23 und eine ringförmige Einlaßnut 25 zugeführt, welche gegenüber dem äußeren Rand der Halbleiterscheibe 11 et­ was nach innen versetzt ist. Die Öffnung 23 und die Nut 25 sind über Kanäle bzw. Öffnungen 27, 28, 29 im inneren der Platte 13 mit einer Speiseleitung 31 verbunden. Letz­ tere ist ihrerseits über ein Druckregelventil 33 mit ei­ ner Quelle für das eine hohe Beweglichkeit aufweisende Gas, beispielsweise Wasserstoff oder Helium, verbunden. Dabei versteht es sich für den Fachmann auf dem Gebiet der Halbleiterfertigung, daß das jeweils verwendete Gas unter Berücksichtigung des jeweils durchzuführenden Fer­ tigungsschrittes so gewählt werden muß, daß das in die Behandlungszone gelangende Leckgas nicht zu einer Konta­ mination führt.
Auf der Außenseite der ringförmigen Einlaßnut 25 liegt eine zweite etwas breitere Ringnut 37, die nachstehend als Absaugnut 37 bezeichnet wird. Die Absaugnut 37 ist über Öffnungen bzw. Kanäle 39, 41 im inneren der Platte 13 mit einer Absaugleitung 43 verbunden, die ihrerseits mit einer geeigneten Vakuumpumpe verbunden ist. Die Ab­ saugnut 37 liegt vorzugsweise unmittelbar innerhalb des minimalen Radius, welcher durch irgendeine flache Stelle der Halbleiterscheibe berührt werden könnte - solche fla­ chen Stellen werden typischerweise zum Zwecke der Posi­ tionierung und Ausrichtung an Halbleiterscheiben vorge­ sehen. Der Zweck der Absaugnut 37 besteht darin, Leck­ ströme des eine hohe Beweglichkeit aufweisenden Gases, welche aus den Zwischenräumen zwischen der Halbleiter­ scheibe 11 und der gewölbten Oberfläche 15 der Platte 13 radial nach außen austreten, möglichst vollständig abzu­ saugen.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die erfindungsgemäße Haltevorrichtung in Vergleich zu ver­ schiedenen vorbekannten Konstruktionen wegen der konvex gewölbten Plattenoberfläche in Verbindung mit der Ein­ spannung des Randes der Halbleiterscheibe für einen sehr engen Kontakt zwischen der Halbleiterscheibe und der rück­ wärtigen Stützplatte sorgt. Weiterhin werden die trotzdem allenfalls verbleibenden Zwischenräume zwischen der Halb­ leiterscheibe und der Plattenoberfläche mit einem Gas ho­ her Beweglichkeit gefüllt, so daß die Wärmeleitung von der Scheibe zu der Platte stark verbessert wird. Bei der Fertigung bzw. bei der Behandlung der von der Platte ab­ gewandten Halbleiteroberfläche kann somit mit höheren Ener­ gieniveaus gearbeitet werden, ohne daß so hohe Temperatu­ ren erreicht werden, daß eine Schädigung einer Photolack­ schicht eintreten würde. Dadurch, daß die Halbleiterschei­ be sehr eng an der Stützplatte anliegt, kann ferner über die Absaugnut 37 das Eindringen des der Wärmeableitung dienenden Gases in den Vakuumbereich weitestgehend ver­ hindert werden, ohne daß elastomere Dichtungen verwendet werden müßten, welche ihre Wirksamkeit verlieren und sich zersetzen könnten.

Claims (7)

1. Verfahren zum Festhalten einer Halbleiterscheibe in einem Vakuum, insbesondere zum Durchführen einer Hochenergiebehandlung, mit den folgenden Verfahrensschritten:
  • - Man richtet die Halbleiterscheibe fluchtend bezüglich einer runden Platte mit einer konvex gewölbten Oberfläche aus
  • - und man klemmt die Halbleiterscheibe derart fest, daß diese verformt und eng an die gewölbte Oberfläche der Platte angelegt wird;
gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte:
  • - Man führt den verbleibenden Zwischenräumen zwischen der Halbleiterscheibe und der gewölbten Oberfläche der Platte ein unter Druck stehendes Gas hoher Beweglichkeit zu
  • - und man saugt das aus den Zwischenräumen nach außen austretende Gas über eine ringförmige Nut längs des Umfangs der gewölbten Oberfläche der Platte ab.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte an ihrem Rand festgeklemmt wird.
3. Haltevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit den folgenden Merkmalen:
  • a) Es ist eine runde Platte (13) mit einer konvex gewölbten Oberfläche (15) vorgesehen;
  • b) es sind Klemmeinrichtungen (17) vorgesehen, durch die die bezüglich der Platte (13) ausgerichtete Halbleiterscheibe (11) unter Verformung derselben eng an die gewölbte Oberfläche (15) der Platte (13) anlegbar ist,
gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:
  • c) In der Platte (13) sind Gaseinlaßeinrichtungen (23, 25, 27, 28, 29) vorgesehen, welche eine zentrale Einlaßöffnung (23) und eine ringförmige Einlaßnut (25) umfassen und über welche den verbleibenden Zwischenräumen zwischen der Halbleiterscheibe (11) und der gewölbten Oberfläche (15) der Platte (13) in dem innerhalb der Einlaßnut (25) liegenden Bereich ein Gas hoher Beweglichkeit mit vorgegebenem Druck zuführbar ist;
  • d) längs des Umfangs der gewölbten Oberfläche (15) der Platte (13) ist eine ringförmige Absaugnut (37) vorgesehen und
  • e) in der Platte (13) sind weitere Absaugeinrichtungen (39, 40, 41) vorgesehen, über die die Absaugnut (37) mit Unterdruckpumpeinrichtungen verbindbar ist, um Leckverluste des Gases in das Vakuum auf ein Minimum zu reduzieren.
4. Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtungen (17) Einrichtungen zum mechanischen Erfassen und Festklemmen des Randes der Halbleiterscheibe (11) umfassen.
5. Haltevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbte Oberfläche (15) der Platte (13) sich über etwa 45 Bogenminuten der sie definierenden Kugel erstreckt.
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