Установка для обработки полупроводниковых пластин

ОП ИСАНИЕ 9 ООо 85ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИТИЗЬСТВУ Союз СоввтсинкСоцналнстнчвсинареспублик(51)м. Кл. Р 27 В 1/10 3 пеударепаеый квинтет СССР по делан изебпетеииЯ и еткрытиЯ(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЪХ ПЛАСТИНИзобретение относится к оборудованиюдля обработки полупроводниковых пластинв газовой среде при высоких давлениях итемпературах, например при окислении полупроводниковых пластин, и может найти применение в различных отраслях промышленности, связанных с использованием технологии обработки в газовых средах, например,при химико-термической обработке (аэотирование, цементации, цианировании и т.п.) металлических деталей в машиностроении ипри диффузионных процессах в электроннойпромышленности,Известно устройство для обработки полупроводниковых пластин, состоящее иэ стацио.парной камеры высокого давления с крышкой, герметизирующей камеру посредствомзавинчивания расположенных йа крышкеболтов, Внутри камеры установлена закрываемая с торца кварцевая труба с полупровод.пиковыми пластинами, окруженная снаружинагревателем, Установка содержит два газовыхпитателя, подающих инертный гаэ в зонунагревателя, а рабочий газ - в кварцевув трубу. Кроме того, в установке имеются два регулятора давления, позволяющих поддерживать незначительный перепад давлении в ра.бочей зоне и зоне нагревателя при рабочем давлении в камере до 10 кгс/см 1.Наиболее близким техническим решением яв.ляется установка обработки полупроводниковых пластин, содержащая каркас, кварцевый реактор и подставку, гндропривод, устройство герметизации, нагреватель, систему подачи газа. Опускание камеры происходит под действием массы реактора, и герметизация осуществляется посредством ручных винтовых зажимов 2 .Однако для замены обработанной партии 1 Зполупроводниковых пластин необходимо длительное время для открывания винтовых зажимов (или болтовых соединений), что снижает производительность устройства; при подаче рабочих газов в реактор отсутствует Мравномерное распределение газа по сечению реактора, что снижает качество техпроцесса.При замене пластин происходят значительные потери тепла через открытое отверстиекамеры и для проведения следующего цикла необходимо дополнительное время для вывода нагревательного устройства камеры на рабочий температурный режим, что увеличи. вает цикл обработки пластин и соответственно их деформацию.Кроме того, в случае необходимости замены кварцевого реактора демонтаж требует значительного времени из-за большого количества демонтируемых деталей, а герметизация камеры высокого давления посредством вращения винтовых зажимов вручную являет. ся малопроизводительной.Цель изобретения - повышение производительности установки, улучшение безопасности ев эксплуатации, обеспечение равномерного распределения рабочих газов по сечению камеры, снижение потерь тепла, уменьшение перепада температуры в реакторе. Поставленная цель достигается тем, чтоустановка для обработки полупроводниковыхпластин, содержащая каркас, кварцевый реактор и подставку, гидропривод, устройствогерметизации, нагреватель, систему подачи газа, снабжена камерой высокого давления сзаСлонкой и с устройством герметизации,выполненной в виде стенда с установленнойна нем подставкой и колпака с реактором,и механизмом вертикального перемещенияколпака, а система подачи газа имеет газораспределительное устройство; газораспределительное устройство состоит из автономныхзон - внешней и внутренней, причем внеш.няя зона образована вертикальными каналами, расголоженными в стенках колпака,кольцевым каналом в стенде и соединенными с ним боковыми вертикальными каналами, расположенными по окружности в стендеи совпадающими с каналами в колпаке, авнутренняя зона образована центральнымканалом, соединенным с внутренней полостьюподставки, которая имеет отверстия на боковой ее поверхности; устройство герметизациикамеры выполнено в виде гидроцилнндра,установленного соосно с камерой и шаровойопорой, связанной со штоком гидроцилиндра; механизм вертикального перемещенияколпака выполнен в виде укрепленных настенде силовых штанг и размещенных на нихроликовых опор, установленных на колпаке,при этом силовые штанги соединены с гидроцилиндром, а ролики имеют эксцентриковые регуляторы зазора, выполненные .в видезксцентриковых осей с фиксаторами их поворота; с целью обеспечения равномерноститемпературы нагреватель выполнен в видецилиндрической спирали с торцовой навивкой в верхней части камеры, 900085 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 4Кроме того, с целью обеспечения демонтажа реактора боковые стенки .колпака в зоне загрузочного отверстия имеют продольные пазы, соединенную с ними кольцевую проточку, распорное кольцо с выступами по наружному диаметру и с упорными винтами; в кольцевой проточке боковых стенок колпака установлен ограничительный штифт.На фиг. 1 показана установка с опущенной камерой, общий вид; на фиг, 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - камера в поднятом состоянии; на фиг. 4 - разрез Б - Б на фиг, 1; на фиг, 5 - разрез В - В на фиг. 1; на фиг, 6 - крепление кварцевого реактора, продольный разрез; на фиг.7 - разрез Г - Г на фиг. 6; на фиг, 8 - разрез Д-Д ф .2.Установка состоит из шкафа 1 управления, гидроагрегата 2, источника 3 технологическихгазов высокого давления, каркаса 4, устройства 5 равного давления, цилиндрической камеры высокого цавления, состоящей из колпака 6, стенда 7, силовых штанг 8, гидро- цилиндра, состоящего из корпуса 9, штока 10, шаровой опоры 11, заслонки 12, нагреватели 13, кварцевого реактора 14, устройства 15 контроля температуры, кварцевой подставки 16 с отверстиями 17, кварцевого дер. жателя 18 полупроводниковых пластин, вертикальных газовых отверстий 19 в колпаке 6, совпадающих с ними вертикальных газовых отверстий 20 стенда 7, кольцевого канала 21, центрального канала 22, распорного кольца с наружными выступами 23, ограничительного штифта 24, упорных винтов 25, продольных пазов 26, кольцевой проточки 27, загрузочного отверстия 28, роликовых опор 29, эксцентриковых осей 30 и фиксаторов 31 их поворота.Установка работает следующим образом,Держатель с полупроводниковыми пластинами 8 устанавливается на кварцевую подставку 16, Открывается заслонка 12 и колпак 6 гидроцилиндром опускается на стенд 7 игерметизируется усилием штока 10 гидроцилиндра посредством прижатия к стенду, Ша. ровая опора 11 позволяет обеспечить установ. ку колпака 6 на стенд 7 без перекосов. Управление гидроцилиндром осуществляется посредством шкафа 1 управления и гидро- агрегата 2, Из источника 3 технологических газов высокого давления газы поступают в устройство 5 равного давления, из которого с одинаковым давлением поступают в колпак 6 по каналам и отверстиям. Колпак 6 разделен кварцевым реактором 14 на две зоны: внутреннюю рабочую зону, в которой установлен держатель 18 с полупроводннко. выми пластинами, и внешнюю зону нагрева%0085 5теля, в которой установлен спиральный нагреватель 13 с торцовой навивкой сверху. В рабочую зону подается рабочий газ (например кислород) и в зону нагревателя инертный гаэ (например аргон). Устройство а 5 равного давления позволяет подавать газы в обе зоны с незначительным перепадом давлений при высоком давлении обоих газов (до 100 кгс/смэ). Малый перепад давлений в двух зонах определяется жэначительный 10 прочностью кварцевого реактора 14.После подачи. давления нагреватель 13 доводит температуру газов в колпаке 6 до рабочей. Температура контролируется посредством устройства 15 контроля температуры. д Для увеличения длины рабочей зоны в камере нагреватель 13 выполнен с торцовой навивкой сверху, а кварцевая подставка 16 входит в реактор 14. После окончания процесса обработки полупроводниковых пластин давление газов в обоих зонах колпака 6 посредством устройства 5 равного давления снижается до атмосферного, колпак 6 поднимается штоком 10 гидроцилиндра по направляющим силовым штангам 8 ири помощи роликовых опор 29, Зазор между роликами 29 и штангами 8 регулируется посредством поворота зксцентриковой осн 30 с последующим ее закреплением фиксатором 31. Роликовые опоры 29 позволяют обеспечить точное совмещение колпака 6 и стенда 7 и совпадение их газовых каналов. После подьема колпака 6 его загрузочное отверстие 28 закрывается заслонкой отсекающего устройства 12, нагреватель 13 продол- М жает работать н поддерживает в рабочей зоне температуру, близкую к рабочей. Держатель 18 с обработанными полупроводниковыми иласгинами заменяется новым, необработанными пластинами. Затем процесс обработки полу проводниковых пластин повторяется аналогично вышеизложенному,Изобретение позволит значительно увеличить процент выхода годных изделий на операциях термического окисления полупроводниковых пластин за счет повышения однородности полученной окисной пленки по толщине, сокращения времени нахождения нластнн в зоне нагрева и, соответственно, уменьшения изгиба и термической деформации пластин; повысить производительность процесса за счет совмещения времени загрузки и герметизации, сокращения времени герметизации и разгерметизации камеры, повышения выхода годных изделий, а также полностью автоматизировать процесс получения окисных пленок и, тем самым, увеличить безопасность эксплуатации подобного типа оборудования. аформула изобретения 1. Установка для обработки полупроводни. ковых пластин, содержащая каркас, кварцевый реактор и подставку, гидропрнвод, устройство герметизации, нагреватель, систему подачи газа, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности установки и безопасности ее эксплуатации, она снабжена камерой высокого давления с заслонкой и устройством герметизации, выполненной в виде стенда с установленной на нем подставкой и колпака с реактором, и механизмом вертикального перемещения колпака, а система подачи газа имеет газораспределительное устройство.2, Установка ио п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что газораспределнтельное устройство состоит из автономных зон внешней и внутренней, причем внешняя зона образована вертикальными каналами, расположенными в стенках колпака, кольцевым ка. налом в стенде и соединенными с ним боковыми вертикальными каналами, расположен. ными по окружности в стенде и совпадающими с каналами в колпаке, а внутренняя эона образована центральным каналом, соединенным с внутренней полостью подставки, которая имеет отверстия на боковой ее поверхности.3. Установка по и, 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что устройство герметизации камеры выполнено в виде гидроцилиндра, установленного соосно с камерой, и шаровой опоры, связанной со штоком гидро- цилиндра. 4. Установка по и, 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что механизм вертикального перемещения колпака выполнен в виде укрепленных на стенде силовых штанг и размещенных на них роликовых опор, установленных на колпаке, ири этом силовые штан. гн соединены с гидроцилиндром, а ролики имеют эксцентрнковые регуляторы зазора, выполненные в виде эксцентриковых осей с Фиксаторами их поворота. 5, Установка по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью обеспечения равномерности температуры, нагреватель выполнен в виде цилиндрической спирали с торцовой навивкой в верхней части камеры.6, Установка ио и, 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью обеспечения демонтажа реактора боковые стенки колпака в зоне загрузочного отверстия имеют продольные пазы и соединенную с ними кольцевую проточку и распорное кольцо с высту пами по наружному диаметру и упорными винтами.7, Установка по п. б, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в кольцевой проточке боковых стенок колпака установлен ограни. чительный штифт,900085 8Источники информации,принятые во внимание при зкспертизе1. Патент США 4018184, кл.18 - 419, 1977.2. Николаев И, И, Оборудование и технология производства полупроводниковых приборов, М., "Высшая школа", 1977, с. 114,900085 иг,Е Г-Г г.7 Составитель Ю. УсатыйТехред А. Бабинец Корректо едактор Т. Кисилев ожо 11 одписиССР Тираж 641 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж - 35, Раказ 12160/56 комитет открыти дская н д. 4/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4