кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин

Формула изобретения

Кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин, содержащая скрепленные по торцам три поликремниевых стержня с пазами, два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете пластин и один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы в 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, отличающаяся тем, что ширина боковых пазов больше толщины обрабатываемой пластины на 50-90%, глубина боковых пазов составляет 2-4,5 ширины боковых пазов, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму полукруга с радиусом, составляющим 0,8-1,1 толщины обрабатываемой пластины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания полупроводниковых пластин во время диффузионной термообработки при изготовлении полупроводниковых приборов.

Известна кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых, в частности кремниевых пластин, содержащая основание, на внутренней поверхности которого продольно расположены ребра с пазами для размещения пластин, выполненные определенным образом (см. RU 2018190, опубликовано 15.08.1994). Известная кассета имеет ряд недостатков, связанных с тем, что кассета выполнена в виде сплошного основания, что утяжеляет конструкцию и усложняет обработку из-за термических напряжений в системе. Недостатком известной кассеты является также и то, что для пластин большого диаметра применение ее затруднено тем, что для удержания пластины в вертикальном положении нужны основания, охватывающие значительную часть пластины, и узкие и глубокие пазы, при этом требуется увеличить расстояние между пазами, что снижает производительность процесса. Наличие узких пазов превращает их из опорных в заклинивающие, а это приводит к потерям пластин, как при термической обработке, так и на операциях транспортировки и перегрузки пластин.

Известна кассета для групповой диффузионной обработки кремниевых пластин, состоящая из четырех стержней с нарезанными в них пазами, причем два стержня расположены выше по отношению к двум другим стержням (FR 2248764, опубликовано 16.05.1975). Такая конструкция кассеты более проста и легка в исполнении. 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. Такая конструкция кассеты позволила увеличить ширину пазов верхних поддерживающих стержней, что, в свою очередь, снимает проблему загрузки пластин в лодочки с использованием загрузочных устройств, поскольку увеличивает степень свободы перемещения пластин в пазах.

К недостаткам конструкции таких кассет следует отнести недостаточную степень свободы перемещения пластин в пазах кассеты как в процессе непосредственной диффузионной обработки, так и при загрузке или выгрузке всех пластин. А это значит, что при несоответствии проекций пазов пластина не может занять нужное положение в кассете, что приводит к потере пластин как на операции перегрузки пластин в кассеты, так и при последующей высокотемпературной диффузионной обработке. Даже при попадании пластин в пазы возможно их заклинивание в пазу при высокотемпературной обработке, следствием чего являются бой, сколы или царапины на пластинах.

Известна кассета для групповой диффузионной обработки полупроводниковых, в частности кремниевых, пластин, содержащая скрепленные по торцам три поликремниевых стержня с пазами, два боковых стержня которой размещены по бокам обрабатываемых в кассете пластин, а один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы для размещения каждой обрабатываемой кремниевой пластины совмещены таким образом, что находятся в одной вертикальной плоскости и выполнены для размещения обрабатываемых пластин в этой плоскости перпендикулярно продольной оси стержней, пазы в обоих боковых стержнях имеют П-образную форму, при этом ширина паза больше толщины обрабатываемой пластины на 30-80%, пазы в нижнем стержне имеют в сечении форму перевернутой трапеции так, что верхнее (большее) основание трапеции больше толщины обрабатываемой пластины на 100-200%, а нижнее (меньшее) основание трапеции при этом также больше толщины обрабатываемой пластины, чтобы при размещении обрабатываемых пластин в кассете они не заклинивали, доходя до дна паза в нижнем стержне [RU 2357319].

В известной кассете для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин в основном устранены перечисленные выше недостатки и только частично исключены потери пластин на операции диффузионной термообработки.

Нами установлено, что известные формы и размеры пазов не обеспечивают 100% исключение залипания пластин в пазах нижнего стержня при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в исключении потерь пластин на операции диффузионной термообработки за счет исключения залипания пластин в пазах при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях.

Поставленная задача решается тем, что в кассете для групповой диффузионной обработки полупроводниковых пластин, содержащей скрепленные по торцам три поликремниевых стержня с пазами, два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете пластин и один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу обрабатываемых в кассете пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры обрабатываемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы в 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, ширина боковых пазов больше толщины обрабатываемой пластины на 50-90%, глубина боковых пазов составляет 2-4,5 ширины боковых пазов, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму полукруга с радиусом, составляющим 0,8-1,1 толщины обрабатываемой пластины.

Указанные соотношения размеров и формы пазов, а также их соотношение с толщинами обрабатываемых пластин, позволяют решить задачу обеспечения воспроизводимого исключении потерь пластин на операции диффузионной термообработки за счет исключения залипания пластин в пазах нижнего стержня при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях.

При таком расположении боковых поддерживающих стержней происходит последовательная загрузка пластин в кассету, сначала в пазы боковых стержней, а затем в пазы нижнего стержня. Используемая форма нижнего паза придает пластине максимальную степень свободы перемещения, а размеры пазов боковых стержней обеспечивают надежную самоцентровку пластин в пазах.

На практике бывает сложно воспроизводимо получить форму паза в виде усеченной трапеции из-за технологических особенностей самого процесса нарезания пазов. В результате размеры пазов могут несколько отличаться, что приведет к возможным заклиниваниям пластин в процессе высокотемпературных обработок. Понятно, что в этом случае при термической обработке полупроводниковая пластина или заклинивает, или растрескивается, особенно если коэффициенты термического (линейного) расширения материала пластины и кассеты значительно различаются. Для устранения указанного недостатка приходится выполнять заведомо широкие пазы.

Предлагаемая форма пазов в нижнем стержне в виде полукруга приведет к надежной фиксации пластин в процессе высокотемпературных операций только в том случае, когда будут определены размеры и форма пазов в боковых стержнях. А именно, необходимо однозначно задать не только ширину паза в боковых стержнях, но и его глубину.

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 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 лодочку 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 полукруга придают пластине максимальную степень свободы перемещения 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 диффузионной обработки полупроводниковых пластин.

Скрепленные по торцам стержни с пазами выполнены из поликристаллического кремния. Два боковых стержня размещены по бокам обрабатываемых в кассете полупроводниковых пластин и расположены друг от друга на расстоянии, обеспечивающем установку кремниевых 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 кремниевой 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 50-90%, глубина боковых пазов составляет 2-4,5 ширины боковых пазов, при этом пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму полукруга с радиусом, составляющим 0,8-1,1 толщины обрабатываемой пластины.

Стержни кассеты могут быть выполнены диаметром порядка 5-10 мм. Ширина пазов боковых стержней в кассете составляет 50-90% от стандартной толщины используемых кремниевых пластин. Для определения размера паза нижнего стержня в кассете также следует ориентироваться на толщину используемых кремниевых пластин.

Кассету с загруженными кремниевыми пластинами диаметром 76 мм размещают в лодочке, которую затем загружают в диффузионную установку для проведения непосредственно операции диффузии. Количество обрабатываемых в кассете пластин обычно выбирают порядка 50 штук. Зазор между пластинами может быть установлен порядка 3-6 мм.

Предложенная конструкция стержней с пазами строго определенной формы в сечении исключает зависание кремниевой пластины в пазу нижнего стержня при минимальных его размерах, что, с одной стороны, исключает залипание и заклинивание пластин в пазах кассеты как во время термообработки, так и при перегрузке, с другой стороны, позволяет оптимизировать ширину самого паза и количество обрабатываемых пластин без брака.

Предложенная кассета для групповой диффузионной обработки кремниевых пластин предназначена для промышленного применения, проста в исполнении.

Предложенная кассета для групповой диффузионной обработки кремниевых пластин позволяет на 50% увеличить число пластин, обрабатываемых в одном процессе, и исключить их запинание и заклинивание в пазах кассеты.