Кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин

Изобретение относится к устройствам для удержания полупроводниковых пластин во время транспортировки в процессе изготовления. Сущность изобретения: кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин выполнена из четырех фторопластовых стержней, два боковых стержня размещены по бокам располагаемых в кассете полупроводниковых пластин и один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу располагаемых в кассете полупроводниковых 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, пазы в обоих боковых стержнях имеют П-образную форму, крепления с торцов стержней выполнены с возможностью закрепления в них, после размещения в кассете полупроводниковых пластин, четвертого стержня, выполняющего роль крышки, при этом четвертый стержень также выполнен с пазами, совмещенными с пазами в боковых и нижнем стержнях, форма пазов в четвертом стержне является зеркальным отражением формы паза в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки. Изобретение обеспечивает исключение потерь пластин при транспортировке за счет исключения залипания пластин в пазах после высокотемпературных операций, а также при перегрузке пластин.

 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания полупроводниковых пластин во время транспортировки в процессе изготовления полупроводниковых приборов.

Известна кассета для групповой обработки и транспортировки полупроводниковых 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. Недостатком известной кассеты является также и то, что для пластин большого диаметра применение ее затруднено тем, что для удержания пластин в вертикальном положении нужны основания, охватывающие значительную часть пластин, и узкие и глубокие пазы, при этом требуется увеличить расстояние между пазами, что снижает производительность процесса. Наличие узких пазов превращают их из опорных в заклинивающие, а это приводит к потерям пластин как при перегрузке, так и на операциях транспортировки.

Известна кассета для групповой обработки и транспортировки полупроводниковых 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 транспортировки, так и при загрузке или выгрузке всех пластин во все пазы четырех стержней кассеты. 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 транспортировке. Даже при попадании пластин в пазы возможно их заклинивание в пазе, следствием чего являются бой, сколы или царапины на пластинах.

Также известна кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин (RU 2357322), выполненная из четырех фторопластовых стержней, закрепляемых двумя креплениями с торцов, при этом два боковых стержня размещены по бокам располагаемых в кассете полупроводниковых пластин и один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу располагаемых в кассете полупроводниковых пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры размещаемых в кассете полупроводниковых пластин находятся в одной плоскости, пазы для размещения каждой полупроводниковой пластины совмещены таким образом, что находятся в одной вертикальной плоскости и выполнены для размещения пластин в этой плоскости перпендикулярно 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 форму перевернутой трапеции так, что верхнее (большее) основание трапеции больше толщины полупроводниковой пластины на 100-200%, а нижнее (меньшее) основание трапеции при этом также больше толщины пластины, чтобы при размещении пластин в кассете они не заклинивали, доходя до дна паза в нижнем стержне, крепления с торцов стержней выполнены с возможностью закрепления в них, после размещения в кассете полупроводниковых пластин, четвертого стержня, выполняющего роль крышки, при этом четвертый стержень также выполнен с пазами, совмещенными с пазами в боковых и нижнем стержнях, форма пазов в четвертом стержне является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки.

В известной кассете для групповой транспортировки полупроводниковых пластин в основном устранены перечисленные выше недостатки, однако при этом только частично исключены потери пластин на операции транспортировки после высокотемпературных операций, в частности после диффузионной термообработки.

Нами установлено, что известные формы и размеры пазов не обеспечивают 100% исключения залипания пластин в пазах нижнего и верхнего стержней при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях после высокотемпературных обработок.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в 100% исключении потерь пластин на операции транспортировки после высокотемпературных операций, в частности после диффузионной термообработки, за счет исключения залипания пластин в пазах нижнего и верхнего стержней при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях, а кроме того, снижение потерь при перегрузке пластин.

Поставленная задача решается тем, что кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин содержит четыре фторопластовых стержня с пазами и два крепления с торцов стержней, два боковых стержня размещены по бокам располагаемых в кассете полупроводниковых пластин, один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу располагаемых в кассете полупроводниковых 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, крепления с торцов стержней выполнены с возможностью закрепления в них после размещения в кассете полупроводниковых пластин четвертого стержня, выполняющего роль крышки, при этом четвертый стержень также выполнен с пазами, совмещенными с пазами в боковых и нижнем стержнях, форма пазов в четвертом стержне является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки.

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 также решает проблему самоцентровки пластин в нижних пазах.

На практике форма паза никогда не является идеально прямоугольной: из-за технологических особенностей самого процесса нарезания пазов они имеют явно выраженную коническую форму, сужающуюся в направлении к основанию кассеты или в радиальном направлении. В результате ширина паза в его верхней части может превышать толщину обрабатываемой пластины, тогда как в глубине паза указанная пластина из-за недостаточной ширины паза "заклинивает", не доставая дна паза. Понятно, что в этом случае при термических операциях полупроводниковая пластина или заклинивает, или растрескивается в пазу кассеты, особенно если коэффициенты термического (линейного) расширения материала пластины и кассеты значительно различаются. Для устранения указанного недостатка приходится формировать заведомо широкие пазы. Так как загрузка пластин в одном процессе определяется числом пазов, а число нарезанных пазов при фиксированном размере кассеты в основном определяется шириной паза (ширина разделительной перегородки на практике не зависит от толщины полупроводниковых пластин и является минимальной, обеспечивающей механическую прочность и целостность кассеты при резании пазов и в процессе эксплуатации), то ясно, что нерационально повышенная ширина паза приводит к существенному (на 20-30%) уменьшению числа пластин, транспортируемых в одном процессе, с соответствующим возрастанием материальных затрат.

Кроме того, если транспортируемая пластина "висит" на боковых ребрах кассеты, то даже максимальная ширина паза не спасает от механического воздействия кассеты на пластину, что приводит к появлению микротрещин в месте контакта пластины и кассеты с последующим снижением процента выхода годных пластин.

При этом ширину паза никогда не делают "избыточно" большой. Необходимо компромиссное соотношение между загрузкой пластин в одном процессе и повышенным механическим боем 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 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 полукруглая форма пазов нижних стержней в сочетании с определенным размером (глубиной и шириной в зависимости от толщины пластин) пазов в боковых стержнях придает 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 транспортировки полупроводниковых пластин.

Скрепленные по торцам стержни с пазами выполнены из фторопласта. Два боковых стержня размещены по бокам размещаемых в кассете полупроводниковых пластин и расположены друг от друга на расстоянии, обеспечивающем крепление пластин в соответствующих пазах. Нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу транспортируемых в кассете полупроводниковых пластин. Боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры размещаемых в кассете полупроводниковых пластин находятся в одной плоскости. Пазы для размещения каждой полупроводниковой 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. 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. Крепления с торцов стержней выполнены таким образом, чтобы после размещения в кассете полупроводниковых пластин можно было закрепить четвертый стержень, также выполненный из фторопласта и выполняющий роль крышки. При этом четвертый стержень также выполнен с пазами, совмещенными с пазами в боковых и нижнем стержнях, форма пазов в четвертом стержне является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки. Иными словами, пазы в верхнем стержне имеют такие же размеры и форму, как и пазы в нижнем стержне.

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 и соответственно верхнего стержня в кассете также следует ориентироваться на толщину используемых кремниевых пластин.

Кассету с загруженными кремниевыми пластинами диаметром 76 мм возможно надежно транспортировать в технологическом процессе производства полупроводниковых приборов при переходе от одной операции к другой. Заявленная кассета может быть использована для транспортировки и перегрузки пластин даже в условиях химически агрессивных ванн, при химико-технологических операциях травления. Количество обрабатываемых в кассете пластин обычно выбирают порядка 50 штук. Зазор между пластинами может быть установлен порядка 3-6 мм.

Предложенная конструкция кассеты с четырьмя фторопластовыми стержнями, в которых выполнены пазы строго определенной формы в сечении, исключает зависание полупроводниковой пластины в пазу нижнего стержня при минимальных его размерах, что, с одной стороны, исключает залипание и заклинивание пластин в пазах кассеты как во время загрузки, так и при транспортировке, с другой стороны, позволяет оптимизировать ширину самого паза и количество транспортируемых в кассете полупроводниковых пластин без брака.

Предложенная кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин предназначена для промышленного применения, проста в исполнении.

Предложенная кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин позволяет на 50% увеличить число пластин, транспортируемых за один раз в кассете, и исключить их залипание и заклинивание в пазах кассеты.

Использование четвертого дополнительного стержня обеспечивает надежную фиксацию полупроводниковых пластин в кассете в процессе транспортировки, что дополнительно исключает потери.

Кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин, содержащая четыре фторопластовых стержня с пазами и два крепления с торцов стержней, два боковых стержня размещены по бокам располагаемых в кассете полупроводниковых пластин, один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу располагаемых в кассете полупроводниковых 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, крепления с торцов стержней выполнены с возможностью закрепления в них после размещения в кассете полупроводниковых пластин четвертого стержня, выполняющего роль крышки, при этом четвертый стержень также выполнен с пазами, совмещенными с пазами в боковых и нижнем стержнях, форма пазов в четвертом стержне является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки.