КАССЕТА ДЛЯ ЖИДКОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН
CASSETTE FOR LIQUID TREATMENT OF SEMICONDUCTOR WAFERS

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания полупроводниковых пластин во время жидкостной обработки при изготовлении полупроводниковый приборов.
Известны разные формы и типы лодочек, применяемые для жидкостной обработки полупроводниковых пластин, состоящие из двух параллельных кварцевых или карбидкремниевых стержней с нарезанными в них пазами, соединенных между собой определенным образом (Основы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление, диффузия, эпитаксия. Под редакцией Р.Бургера и Р.Донована. Издательство "МИР", Москва, 1969 г., стр.327, 328, фиг.7.56).
Основным элементом лодочек, состоящих из двух параллельных стержней с нарезанными в них пазами и соединенных между собой определенным образом для удержания полупроводниковых кремниевых пластин в вертикальном положении, по крайней мере, в трех точках, являются пазы. На фиг.7.56 представлены лодочки, состоящие из двух параллельных стержней с нарезанными в них пазами П-образной формы. Эти пазы одновременно выполняют две функции. Основания всех пазов являются опорами для пластин, так как на них стоят пластины, а верхние части одной из боковых стенок каждой пары пазов, в которых стоят пластины, являются третьей точкой опоры и выполняют функцию удержания пластины в вертикальном положении. Таким образом, пластины в таких лодочках размещены дистанционированно, на ширину шага между пазами и плоскопараллельно, так как каждая пластина находится в одной плоскости с пазами, в которые она загружается, и их проекции на горизонтальную плоскость соосны.
Недостатком лодочек, состоящих из двух параллельных стержней, является то, что для пластин большого диаметра обеспечение вышеназванных условий затруднено тем, что для удержания пластины в вертикальном положении нужны узкие и глубокие пазы, а для транспортировки с места загрузки в рабочую камеру, для их обработки, требуется увеличить расстояние между стержнями. Узкие пазы и большое расстояние между стержнями превращает их из опорных стержней в заклинивающие, а это приводит к потерям пластин как при жидкостной обработке, так и на операциях транспортировки и перегрузки пластин в лодочки.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является лодочка, состоящая из четырех параллельных стержней с нарезанными в них пазами, соединенных между собой определенным образом, где два стержня расположены ниже центра пластины и выше по отношению к двум другим стержням (патент №2248764, Франция, B01L 21/28 от 20.09.1974 г. "Лодочка для изготовления полупроводниковых приборов").
Такое техническое решение конструкции лодочки позволило перераспределить функции пазов. Основания пазов нижних стержней, в которых стоят пластины, выполняют опорную функцию для пластин, а боковые стенки пазов верхних стержней, удерживают пластины в вертикальном положении, выполняют поддерживающую функцию для пластин. Перераспределение функций пазов позволило увеличить ширину пазов верхних поддерживающих стержней. Увеличение ширины пазов лодочки увеличивает степень свободы перемещения пластин в пазах, а это, в свою очередь, снимает проблему загрузки пластин в лодочки с использованием загрузочных устройств. Степень свободы перемещения пластин в пазах c=a-d=b·tqα, это ширина в пазе а, необходимая для свободного перемещения пластин толщиной d, b - расстояние от основания пазов нижних стержней, в которых стоят пластины до точки опоры в верхних стержнях, выполняющих поддерживающую функцию для пластины, а α - минимальный угол для удержания пластин в вертикальном положении.
К недостатком конструкции таких лодочек следует отнести недостаточную степень свободы перемещения пластин в пазах лодочки и одновременность загрузки или выгрузки всех пластин во все пазы четырех стержней лодочки. А это значит, что при несоответствии соосности проекций пазов и пластин пластина не может занять нужное положение в лодочке, что приводит к потери пластин на операции перегрузки пластин в лодочки, а также в процессе самой жидкостной обработки.
Эти несоответствия связаны со способом загрузки пластин, формой пазов, точностью совмещения пазов, точностью изготовления лодочек, деформацией лодочек или пластин при обработке и прочее.
Следствием такого сбоя являются: бой, сколы или царапины на пластинах.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в исключении потерь пластин на операции жидкостной обработки и перегрузки пластин за счет более надежного крепления пластин в пазах нижних стержней и поддерживающей роли верхнего стержня.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в кассете для жидкостной обработки полупроводниковых пластин, содержащей четыре цилиндрические стержня, скрепленных по торцам в кассете и выполненных с пазами, продольные оси стержней параллельны между собой;
верхний из стержней выполняет функцию крышки и расположен с возможностью крепления с противоположных торцов после размещения в кассете полупроводниковых пластин, нижний стержень выполняет функцию дна кассеты и размещен внизу располагаемых в кассете полупроводниковых пластин, а пазы во всех стержнях совмещены таким образом, что обеспечивают размещение каждой обрабатываемой пластины в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольным осям стержней, причем пазы в обоих боковых стержнях имеют в сечении П-образную форму;
стержни выполнены из фторопласта, глубина пазов всех стержней составляет 1/2 диаметра стержней;
стержни расположены так, что поперечная плоскость сечения стержней перпендикулярна их продольным осям, а поперечное сечение каждого стержня имеет форму круга, диаметр цилиндрических стержней составляет 0,8-1,2 см;
боковые и нижний стержни размещены относительно друг друга и полупроводниковых пластин таким образом, что центры каждого круга в плоскости поперечного сечения стержней расположены в вершинах правильного пятиугольника, вписанного в окружность, диаметр которой равен диаметру полупроводниковых пластин, при этом эти вершины размещены в нижней половине окружности;
ширина пазов в боковых стрежнях больше толщины обрабатываемых пластин на 60-100%, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в поперечном сечении форму перевернутой трапеции так, что верхнее (большее) основание трапеции больше толщины обрабатываемой пластины на 60-100%, а нижнее (меньшее) основание трапеции при этом также больше толщины пластины так, чтобы при размещении пластин в кассете они не заклинивали, доходя до дна паза в нижнем стержне;
пазы верхнего стержня совмещены с пазами в боковых и нижнем стержнях, форма пазов в верхнем стержне является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки и жидкостной обработки.
Организация расположения стержней в указанных положениях позволяет выбрать оптимальные условия для проведения жидкостной обработки полупроводниковых пластин. При этом соответствующим образом подобраны размеры и формы пазов во всех стержнях кассеты.
Нижний стержень выполняет функцию дна кассеты и размещен внизу располагаемых в кассете полупроводниковых пластин. При таком расположении нижнего и боковых поддерживающих стержней происходит также оптимизация процесса загрузки полупроводниковых пластин в кассету. Сначала пластины загружаются с ориентацией в боковые стержни, а затем устанавливаются и фиксируются в нижнем стержне, который является дном кассеты.
Верхний стержень является дополнительным фиксатором пластин, выполняет функцию крышки и устанавливается и фиксируется креплением с противоположных торцов уже после размещения полупроводниковых пластин на нижнем и боковых стержнях. Верхний стержень позволяет устранить возможные перекосы и смещения как в процессе самой жидкостной обработки, так и, что не менее важно, при подаче кассеты с пластинами непосредственно в ванну с обрабатывающим раствором. При такой фиксации полупроводниковых пластин в кассете реализована возможность процесса перемешивания раствора различными средствами в процессе обработки без смещения и перекоса пластин.
Таким образом подобранные размеры и формы нижнего и верхнего стержней, являясь зеркальным отображением друг друга, также обеспечивают качество фиксации полупроводниковых пластин.
Сама кассета для жидкостной обработки полупроводниковых пластин выполняется из фторопласта, что обеспечивает исключение загрязнений процесса и возможность глубокой очистки. В кассете используют четыре цилиндрические стержня, которые скреплены по торцам, продольные оси стержней параллельны между собой.
Стержни расположены таким образом, что поперечная плоскость сечения стержней перпендикулярна их продольным осям, а поперечное сечение каждого стержня имеет форму круга, диаметр цилиндрических стержней составляет 0,8-1,2 см. Указанные размеры стержней подобраны из необходимости надежной фиксации без возможных перекосов и биений пластин.
Боковые и нижний стержни размещены относительно друг друга и полупроводниковых пластин таким образом, что центры каждого круга в плоскости поперечного сечения стержней расположены в вершинах правильного пятиугольника, вписанного в окружность, диаметр которой равен диаметру полупроводниковых пластин, при этом эти вершины размещены в нижней половине окружности. Именно такое расположение трех стержней, нижнего и двух боковых, позволяют наиболее надежно организовать фиксацию полупроводниковых пластин в процессе их обработки. При таком размещении указанных стержней оптимизирован процесс загрузки.
Все четыре стержня выполнены с пазами, причем пазы во всех стержнях совмещены и обеспечивают размещение каждой обрабатываемой пластины в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольным осям стержней.
Глубина пазов всех стержней составляет 1/2 диаметра стержней. Указанная глубина является оптимальной для надежной фиксации полупроводниковых пластин в пазе при такой форме его выполнения.
Пазы в обоих боковых стержнях имеют в сечении П-образную форму, а ширина пазов в боковых стрежнях больше толщины обрабатываемых пластин на 60-100%. Пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в поперечном сечении форму перевернутой трапеции так, что верхнее (большее) основание трапеции больше толщины обрабатываемой пластины на 60-100%, а нижнее (меньшее) основание трапеции при этом также больше толщины пластины, так, чтобы при размещении пластин в кассете они не заклинивали, доходя до дна паза в нижнем стержне;
пазы верхнего стержня совмещены с пазами в боковых и нижнем стержнях, форма пазов в верхнем стержне является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки и жидкостной обработки.
Предлагаемая форма пазов в боковых и нижнем (и соответственно верхнем) стержнях приведет к надежной фиксации пластин в процессе операций только в том случае, когда будут определены размеры и форма пазов, а также размеры стержней и пазов будут согласованы с размером обрабатываемых пластин. А именно, необходимо однозначно задать не только ширину паза в стержнях, но и его глубину в соответствии с размером пластин.
Процесс загрузки пластин, удерживаемых в пазах держателя пластин загрузочного устройства, в поддерживающие пазы двух боковых стержней кассеты и в опорные пазы нижнего стержня кассеты происходит следующим образом. Пластины, удерживаемые в пазах держателя пластин загрузочного устройства, опускаясь вертикально вниз между боковыми стержнями, подходят к пазам нижнего стержня, одновременно углубляясь в поддерживающие пазы. Вхождение пластин в поддерживающие пазы боковых стержней в дальнейшем исключает выпадание пластин из поддерживающих пазов при наличии несоответствия в совмещении пластины с одним из опорных пазов нижнего стержня кассеты.
Когда пластины подходят к пазам нижнего стержня, они освобождаются от удерживающих пазов держателя пластин загрузочного устройства. Держатели пластин загрузочного устройства, освободившись от пластин, покидают пределы кассеты. Выгрузка пластин происходит в обратной последовательности.
Снижение числа одновременно загружаемых пазов за счет последовательной загрузки пластин в кассету сначала в пазы боковых стержней, а затем в пазы нижнего стержня, увеличение ширины пазов боковых стержней за счет увеличения высоты расположения боковых стержней, а также форма пазов нижнего стержня в виде перевернутой трапеции придают пластине максимальную устойчивость фиксации пластин в пазах, что позволяет пластинам занять нужное положение в кассете и в конечном итоге решает проблему по исключению брака как на данной операции загрузки/выгрузки, так и в самом процессе жидкостной обработки полупроводниковых пластин, с учетом возможных перемешивающих раствор средств.
Скрепленные по торцам стержни с пазами выполнены из фторопласта. Два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете полупроводниковых пластин и расположены друг от друга на расстоянии, обеспечивающем установку пластин в пазах. Нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете полупроводниковых пластин. Боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости. Пазы для размещения каждой обрабатываемой пластины совмещены таким образом, что находятся в одной плоскости, пазы в обоих боковых стержнях выполнены в направлении, перпендикулярном продольной оси боковых стрежней, и имеют в сечении плоскостью, содержащей обе продольные оси боковых стрежней, П-образную форму.
При этом ширина боковых пазов больше толщины обрабатываемой пластины на 60-100%, глубина пазов всех стержней составляет 1/2 диаметра стержней.
Таким образом, для определения размера пазов стержней в кассете следует ориентироваться на размеры обрабатываемых полупроводниковых пластин.
Кассету с загруженными кремниевыми пластинами диаметром 76 мм размещают в ванне с раствором для проведения процесса жидкостной обработки. Количество обрабатываемых в кассете пластин обычно выбирают порядка 50 штук. Зазор между пластинами может быть установлен порядка 5-10 мм.
Предложенная конструкция стержней с пазами строго определенной формы в сечении исключает зависание полупроводниковых пластины в пазу нижнего стержня при минимальных его размерах, что, с одной стороны, исключает залипание и заклинивание пластин в пазах кассеты как во время жидкостной обработки, так и при перегрузке, с другой стороны, позволяет оптимизировать ширину самого паза и количество обрабатываемых пластин без брака.
Предложенная кассета для групповой жидкостной обработки полупроводниковых, в частности кремниевых пластин, предназначена для промышленного применения, проста в исполнении.
Предложенная кассета для групповой жидкостной обработки пластин позволяет на 10% увеличить число пластин, обрабатываемых в одном процессе, и исключить их запинание и заклинивание в пазах кассеты, а также процессы смещения и биения.