DE2736000A1 - Verfahren und vorrichtung zur chemischen behandlung einer einzelnen seite eines werkstueckes - Google Patents

Description

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UNS. ZEICHEN: B 436 ANMELDER/INH: BURROUGHS CORPORATION

Aktenzeichen: Neuanmeldung

Datum: 9· August 1977

BURROUGHS CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Michigan, Burroughs Place, Detroit, Michigan 48232, U. S. A.

Verfahren und Vorrichtung zur chemischen Behandlung einer einzelnen Seite eines Werkstückes

Die Erfindung bezieht sich auf die c hämische Behandlung eines Werkstückes, bei der nur eine Seite des Werkstückes behandelt werden soll, ohne daß es dabei nötig sein soll, die andere Seite des Werkstückes mit einer Schutzschicht zu versehen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die chemische Behandlung z.B. durch Ätzen oder durch anodische Oxydation nur einer Seite einer Halbleiterplatte, bei welchem die Seite der Platte derartig behandelt werden kann, daß auf der anderen Seite der Platte keine Schutzschicht notwendig ist und dennoch die andere Seite nicht chemisch behandelt wird.

Es kommt häufig vor, daß die Behandlung eines Werkstückes auf nur eine Seite desselben beschränkt werden soll, z.B. bei der Halbleiterbearbeitung, bei der es oft nur nötig ist,

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D 2S00 BREMEN 1 · EDUARD-GRUNOW-STRASSE 27 - TELEFON (0421) * 7 20 48 TELEQRAMMEFERROPAT TELEX 02 44 020 FEPAT BREMER BANK 100 0072 - POSTSCHECK HAMBURG 25 57 «7

eine Oberfläche einer Halbleiterplatte zu ätzen oder anodisch zu oxydieren, ohne die andere Oberfläche entsprechend zu behandeln. Sowohl beim Ätzen wie bei der anodischen Oxydation war es bislang notwendig, die gegenüberliegende Oberfläche mit einer Schutzschicht zu versehen, um eine Reaktion der gelösten Chemikalien mit dieser Oberfläche zu verhindern. Im Fall der anodischen Oxydation war es nötig, den größten Teil der Platte in die Lösung einzutauchen, wobei ein positives Potential mit einer Klammer an den Rand der Platte angeschlossen und ein negatives Potential der Flüssigkeit aufgeprägt wurde. Bei diesem Verfahren wurde nicht die ganze zu anodisierende Oberfläche behandelt, da der die Klammer tragende Rand der Platte außerhalb der Lösung bleiben mußte. Das Aufbringen der Schutzschicht auf der nicht zu behandelnden Seite und der Verlust eines Abschnittes der vollen Platte verursachten zusätzliche Kosten, welche die GeL.amtkosten für die Herstellung des Endproduktes in die Höhe trieben.

Man kann auch daran denken, bei der chemischen Behandlung des Werkstückes, insbesondere einer Halbleiterplatte, an einer Seite der Platte Saughalter oder andere Befestigungsvorrichtungen anzubringen und die zu behandelnde Seite in die Lösung bis zu einer Tiefe einzuhängen, die geringer als die Stärke der Platte ist. Dieses Verfahren ist ebenfalls kostspielig, und zwar wegen der Kosten für die Halterungen und der Schwierigkeiten, die mit dem präzisen Einhängen der Platte in die Lösung ohne Einwirkung auf die Oberseite der Platte verbunden sind. Die einzige Möglichkeit, die Oberseite der Platte bei diesem Verfahren zu schützen, wäre natürlich das Aufbringen einer Schutzschicht auf derjenigen Oberseite, auf der die Saughalter befestigt sind; dieser Schritt bedeutet jedoch weiter zunehmende Kosten, obwohl man dabei den Verlust desjenigen Plattenbereiches vermeiden würde, in dem die Anschlußklammern bei dem obengenannten Verfahren angebracht waren.

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Ferner kann man an der Rückseite der Platte einen solchen Saughalter anbringen, der die gesamte rückwärtige Oberfläche überdeckt, wobei der elektrische Anschluß innerhalb des Saughalters erfolgen kann. Die Vorrichtung wird dann untergetaucht und nur eine Seite ist der Flüssigkeitseinwirkung ausgesetzt. Es hat sich jedoch als problematisch erwiesen, einen vakuumdichten Abschluß an der Plattenkante aufrecht zu erhalten.

Demgegenüber liegt die Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die chemische Behandlung einer Seite eines Werkstückes in einfacher und kostengünstiger Weise zu schaffen, wobei die Zahl der auszuführenden Verfahrensschritte möglichst kleine gehalten werden soll. Die Erfindung soll insbesondere ein Ätzen oder eine anodische Oxydation einer Seite einer Halbleiterplatte ermöglichen, deren andere Seite nicht mit einer Schutzschicht überzogen zu werden braucht. Ferner soll die gesamte Oberfläche der Platte behandelt werden können, ohne daß davon ein verlorener Bereich etwa durch Anklammern einer Elektrode oder dergleichen in Kauf zu nehmen ist. Insbesondere soll die Erfindung eine Halterung für die Seite einer Halbleiterplatte schaffen, die die Durchführung der chemischen Behandlung ermöglicht.

Die Erfindung stellt dazu eine Haltevorrichtung vor, welche einen Tisch mit einer relativ ebenen, relativ waagerechten Tischfläche für die Lagerung des zu behandelnden Werkstückes aufweist. Die Tischfläche weist mindestens eine zentral angeordnete öffnung sowie eine Leitung auf, die sich von der Tischfläche zu einem Vorratsbehälter einer flüssigen Chemikalie für die Behandlung des Werkstückes erstreckt. Das Werkstück wird mit der Vorderseite nach unten auf die Tischfläche gelegt, so daß die zu behandelnde Oberfläche der Tischfläche zugewandt ist, und flüssige Chemikalie wird durch die öffnung zwischen die Tischfläche und die zu behan-

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delnde Fläche gebracht und fließt über den Rand der Tischfläche sowie über die Vorderseite des Werkstückes zurück in den Vorratsbehälter. Wenn diese Vorrichtung für die anodische Oxydation einer Halbleiterplatte benutzt wird, werden Elektroden für das Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen der flüsssigen Chemikalie und der Platte vorgesehen. Der elektrische Kontakt für die Platte umfaßt eine frei aufgehängte Elektrode, welche einer leichten Aufwärtsbewegung der Platte nachgibt, wenn die Flüssigkeit zwischen die Platte und den Tisch einführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ferner eine zusätzliche Schutzeinrichtung für die Randbereich der Plattenrückseite, um das Herumkriechen der flüssigen Chemikalie um die Kanten der Halbleiterplatte in bestimmten Anwendungsfällen zu verhindern.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Teilansicht eines vollständigen Tisches mit der Tisch-ober Arbeitsfläche sowie ein auf dem Tisch gelagertes Werkstück, wobei ferner die zur Hinleitung der flüssigen Chemikalie auf die zu behandelnde Oberfläche zu erkennen sind ;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit mehreren Tischen zur gleichzeitigen chemischen Behandlung mehrerer Werkstückes;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Tisch zur Vorbehandlung eines Werkstückes zur nachfolgenden Weiterbehandlung in der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 3 behandeltes Werkstück;

und

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Werkstück aus Fig. 4 längs der Linie 5-5, bei Betrachtung in Richtung der Pfeile.

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Fig. 1 zeigt ein Werkstück 1O in Form einer Platte aus halbleitendem Material mit einer hinteren Fläche 12 und einer vorderen oder unteren Fläche 14 auf einem Tisch 16 einer Vorrichtung 18. Die Vorderfläche 14 soll chemisch behandelt werden. Der Tisch 16 weist einen scheibenförmigen Block auf, dessen umfang ungefähr dem üblicherweise kreisförmigen Umfang der Platte 10 entspricht und weist ferner eine relativ ebene, waagerechte Arbeitsfläche 20 mit einer zentralen öffnung 22 zum Halten der Platte 10 auf. Der Tisch ruht auf einer Platte 24.

Die Haltevorrichtung 16 wird von Trennwänden 30,32 in eine obere Auffangkammer 26 und eine untere Vorratskammer 28 unterteilt, wobei die untere Vorratskammer 28 in geeigneter Weise mit der öffnung 22 in der Arbeitsfläche 20 z.B. durch das Rohr 34 verbunden ist, das mit Außengewinde versehen in die Gewindebohrung 36 in den Tisch eingeschraubt ist. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist das untere Ende des Rohres 34 mit einer flüssigkeitsdichten Verschraubung mit der Trennwand 30 verbunden, so daß keine Flüssigkeit aus der Auffangkammer in die Vorratskammer fließen kann. Die Flüssigkeit in der Vorratskammer 28 für die chemische Behandlung der Vorderfläche 14 der Platte 10 wird aus der Vorratskammer durch da s Rohr 34 und die öffnung 22 gepumpt und auf diese Weise zwischen die Unterfläche 14 der Platte 10 und die Arbeitsfläche 20 des Tisches 16 eingeführt. Nach Ausbreitung über die beiden Flächen 20 und 14 kann die Flüssigkeit über den Rand des Tisches abtropfen und nach Passieren der öffnungen 40 in der Platte 24 sich in der Auffangkammer 24 sammeln. Die erneute Zirkulation der Flüssigkeit und das Hochpumpen der Flüssigkeit durch das Rohr 34 geschieht über eine Auslaßöffnung 42, an die eine Umwälzpumpe 44 angeschlossen ist, welche die Flüssigkeit in die Zuflußöffnung 46 der Vorratskammer 24 unter hinreichendem

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Druck pumpt, so daß Flüssigkeit durch den Tisch 16 aufsteigt und zwischen die Flächen 20 und 14 eingeführt werden kann. Die Druckregulierung der Flüssigkeit beim Austritt aus der öffnung 22 ist ohne Beeinträchtigung der Ausrichtung der Platte 10 relativ zurFläche 20 durch ein Druckregulierventxl 48 zwischen der Umwälzpumpe 48 und der Zuflußöffnung 46 möglich. Für die anodische Oxydation ist ferner eine geeignete Elektrode 50 in der Vorratskammer 28 angeordnet, mit der der Flüssigkeit ein negatives Potential mitgegeben wird. Eine frei aufgehängte Elektrode 52 führt der Platte 10 ein positives Potential zu.

Es ergibt sich aus dem Vorstehenden, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein kontinuierlicher Fluß einer flüssigen Chemikalie, z.B. einer Lösung für anodische Oxydation, erreicht wird; die grundlegenden physikalischen Eigenschaften sind nicht vollkommen geklärt, es ist aber eine Kombination aus Schwerkraft, Oberflächenspannung und dem Bernoulli-Effekt als physikalische Grundlage anzunehmen. Falls diese Theorie zutrifft, wächst die Flüssigkeitsgeschwindigkeit beim Fließen durch den eingeschränkten Durchgang zwischen der Platte 10 und der Arbeitsfläche 20 an, wodurch ein Druckabfall zwischen den Flächen entsteht, mit dem Ergebnis, daß infolge der Schwerkraft zusammen mit dem auf der Platte 10 lastenden Luftdruck die Platte auf der Arbeitsfläche festgehalten wird, aber aufgrund der Oberflächenspannung der Flüssigkeit längs des Umiangs nicht vom Rand des Tisches abgleitet, solange die chemischen Substanzen auf die zu behandelnde Vorderfläche 14 einwirken müssen. Die Vorrichtung kann z.B. erfolgreich für die anodische Oxydation von Aluminium oder einer üblichen Siliziumplatte von 3 Zoll Durchmesser mit einer 2%igen Phosphorsäurelösung als Elektrolyt benutzt werden, wobei der Flüssigkeitsdurchsatz etwa 0,25 Gallonen pro Minute durch die öffnung mit etwa 0,25 Zoll Durchmesser beträgt und die Oberfläche

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innerhalb einer Abweichung von 3 bis 4° von der Waagerechten sich erstreckt.

In Fig. 2 wird die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Werkstücke nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt, indem einfach zusätzliche Tische 16 vorgesehen werden. Es ist ferner hervorzuheben, daß die Elektrode 52 durch den Deckel 54 der Vorrichtung 12 hindurchgeschlossen werden und bleistiftartige Spitzen 56 besitzen, die über der Platte aufgehängt sind (vgl. schematische Darstellung in Fig. 1).

In Verbindung mit Fig. 2 ist zu bemerken, daß die Platten nicht einzeln auf jeden Tisch placiert werden müssen, sondern daß hierzu ein großer ebener Vakuumdeckel oder -Tisch benutzt wird (der in Fig. 2 nicht dargestellt ist). Dieser Vakuumtisch trägt eine Einteilung, um jede Platte entsprechend dem Standort des entsprechenden Tisches in der Vorrichtung 16 zu lokalisieren. Die Platten werden auf dem Vacuum-Tisch gelegt und dort durch Unterdruck festgehalten, so daß sie mit der Vorderseite nach unten auf den Tisch abgelegt werden können, wenn der Unterdruck endet.

Wie weiter oben schon ausgeführt wurde, hat sich herausgestellt, daß die Flüssigkeit für die chemische Behandlung der Vorderfläche 14 der Platte beim Abfließen über den Rarid des Tisches in manchen Anwendungsfällen dazu neigt, über die äußeren Kanten der Platte auf die Rückfläche 12 zu kriechen, insbesondere im Randbereich der Rückfläche. Um diesen Kriechvorgang zu verhindern, werden in diesen Fällen die Platten vorbehandelt durch Oxydation der Kanten durch Anodisation in einer Vorrichtung, die in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 bezeichnet gleiche Bezugszeichen

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gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 unter unterscheiden sich von diesen nur durch den Zusatz a.

In Fig. 3 stehen die untere Vorratskammer und die obere Auffangkammer mit dem Tisch 16a über ein Rohr 34a in Verbindung. In diesem Fall besitzt jedoch der Tisch 16a einen inneren Hohlraum 60 zur Aufnahme eines Unterdrucktisches 62, mit dem die Platte in ihrer Lage relativ zum Tisch 16a festgehalten wird. Der Vakuum-Tisch weist eine Auflagefläche 64 auf, die etwas höher liegt als die Arbeitsfläche des Tisches 16a, so daß die flüssige Chemikalie aus der Vorratskammer 28a über die Arbeitsfläche 66 ausfließen und in die Auffangkammer 26a zurückfließen kann, wie es in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 beschrieben wurde. Diese flüssige Chemikalie aus der Vorratskammer wirkt auf den äußeren Randbereich 68 der Platte ein, der von dem äußeren Umfang der Arbeitsfläche 66 und dem äußeren Umfang der Auflagefläche 64 definiert wird. Um den geeigneten Unterdruck zum Festhalten der Platte auf dem Vakuum-Tisch zu liefern, ist der Vakuum-Tisch mit einer Anzahl von öffnungen 70 versehen, welche mit einer inneren Leitung 72 zur Unterdruckkammer 74 in Verbindung stehen, die in einer Ausführungsform der Erfindung unter der Auffangkammer 26a und der Vorratskammer 28a liegt und mit einer nicht gezeigten Vakuumquelle verbunden ist. Man bemerke, daß die in den Fig. 1 und 2 zum Positionieren der Platte in der Vorrichtung verantwortlichen physikalischen Phänomene in dieser Ausführungsform nicht benutzt werden, da der Vakuumtisch die Platte in ihrer Position hält, während die Randbereiche behandelt werden. Man bemerke ferner, daß die behandelten Ränder zu der Voderflache 12 der Platte 10 in den Fig. 1 und 2 gehören. Die in der Vorrichtung der Fig. 3 vorbehandelte Platte ist in den Figuren 4 und 5 deutlich dargestellt, wobei der Bereich 68 den oxydierten Rand in übertriebener Darstellung zeigt.

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Vorstehend wurde also ein neues Verfahren sowie eine neue Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens beschrieben, womit es möglich ist, ein Werkstück, beispielsweise eine Halbleiterplatte, chemisch nur auf einer Seite zu behandeln, ohne daß die Rückseite mit einer Schutzschicht überzogen werden müßte. In denjenigen Fällen, in denen mit einem Kriechen der Flüssigkeit zu rechnen ist, kann, wenn dies um den Rand Herumkriechen unerwünscht sein sollte, durch eine einfache Vorbehandlung beseitigt werden. Das anhand der Fig. 1 und 2 erläuterte Verfahren zur Erzeugung z.B. eines anodischen Oxids auf der Vorderfläche eine Aluminiumplatte läuft im wesentlichen wie folgt ab:

1. Die Platte wird auf den Tisch mit der Vorderseite nach unten entweder von Hand oder mit Hilfe eines Vakuum-Tisches vorgehalten.

2. Elektrische Kontakte werden in Berührung mit der Platten-Rückseite gebracht.

3. Die chemische Lösung wird in Umlauf gebracht und die gewünschte Spannung (5-1000) für die gewünschte Zeitdauer (3 Minuten bis 2 Stunden) angelegt.

4. Die Platten werden abgehoben, abgespült und getrocknet.

Falls die Vorbehandlung einer Platte nötig oder wünschenswert ist, laufen die Arbeitsschritte wie folgt ab:

1. Die Platten werden mit der Vorderseite nach unten auf den Vakuum-Deckel auf den Tisch aufgelegt.

2. Unterdruck wird erzeugt, so daß die Platten festgehalten werden.

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3. Die chemische Lösung wird in Umlauf gebracht und Spannung (10 bis 100 V) wird während der gewünschten Zeitdauer angelegt.

4. Die Platten werden entfernt, abgespült und getrocknet.

5. Die Schritte 1 bis 4 des oben beschriebenen regulären Verfahrens schließen sich an.

Insgesamt wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung für die chemische Behandlung eines Werkstückes, z.B. für das Ätzen oder die anodische Oxydation einer Halbleiterplatte, beschrieben, wobei das Werkstück mit der zu behandelnden Vorderseite nach unten auf einen ebenen, mit einer zentralen Öffnung versehenen, relativ waagerechten Tisch aufgelegt wird, dessen obere Arbeitsfläche in Größe und Form der Abmessung des Werkstückes entspricht. Ferner wird die Flüssigkeit für die chemische Behandlung zwischen Arbeitsfläche und der zu behandelnden Vorderseite des Werkstückes eingeleitet, wobei schließlich die Flüssigkeit die gesamte Vorderfläche überstreicht und dann zurück zu einem Vorratsbehälter fließt. Die Vorrichtung und das Verfahren sehen ferner für bestimmte Anwendungsfälle eine Vorbehandlung des Werkstückes durch Oxydieren der Rückseite des Werkstückes vor, um das Herumkriechen von Flüssigkeit um die Ränder und Kanten des Werkstücks unschädlich zu machen oder zu verhindern.

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Claims (8)

1. -yf-

   Ansprüche

   ι1.) Verfahren zur chemischen Behandlung, vorzugsweise anodischen Oxydation, eines Werkstückes, insbesondere einer Halbleiterplatte, bei der das Werkstück (10) mit der zu behandelnden Fläche (14) nach abwärts gerichtet auf eine horizontale, mit einer öffnung (22) versehene Arbeitsfläche (20) eines Tisches (16) aufgebracht, eine für die Behandlung wirksame chemische Flüssigkeit durch die öffnung (22) auf die zu behandelnde Oberfläche des Werkstückes so geleitet wird, daß sie über die Arbeitsfläche und über die zu behandelnde Fläche läuft und die Ausrichtung des Werkstückes relativ zur Arbeitsfläche (20) während der Behandlung aufrecht erhält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück durch Oxydieren der Randbereiche der der zu behandelnden Fläche abgewandten Rückseite (12) vorbehandelt wird.
3. 3. Vorrichtung zur chemischen Behandlung, insbesondere anodischen Oxydation, nur einer Seite eines Werkstückes, vorzugsweise einer Halbleiterplatte, bestehend aus einem Tisch (16) mit einer relativ ebenen und relativ horizontalen Arbeitsfläche (20), in deren Mitte eine öffnung (22) ausgebildet ist, die mit einem Vorratsbehälter (28) für eine für die Behandlung wirksame chemische Flüssigkeit verbunden ist; sowie mit einer Umlaufpumpe (44), welche die Flüssigkeit durch die öffnung (22) auf die zu behandelnde Oberfläche (14) des mit der zu behandelnden Oberfläche nach unten weisend auf der Arbeitsfläche (20)

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   aufgebrachten Werkstückes fördert, sowie aus einer Rücklaufleitung (96,42) für die Flüssigkeit in den Vorratstank (28).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorratskammer (28) mit der Öffnung (22) über ein Rohr (34) in Verbindung steht; daß eine zweite als Auffangbehälter dienende Kammer (26) zur Aufnahme der von der Arbeitsfläche (20) abfließenden Flüssigkeit vorgesehen ist, deren Auslaß (42) mit der Umlaufpumpe (44) verbunden ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (16) auf einer Platte (24) aufgestellt ist, welche mit einer Öffnung zur Durchführung der Flüssigkeit zur Arbeitsfläche (20) sowie Rückflußöffnungen (40) versehen ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Elektrode (50) für die chemische Flüssigkeit und eine zweite Elektrode (52) für das Werkstück vorgesehen sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (52) frei aufgehängt ist und gegenüber einer geringfügigen Aufwärtsbewegung des Werkstückes nachgiebig ist, wenn die Flüssigkeit zwischen der zu behandelnden Oberfläche und der Arbeitsfläche durchläuft.
8. 8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (16) mit einer Unterdruckeinrichtung (60) ausgerüstet ist, mit der das Werkstück mit Abstand horizontal relativ zur Arbeitsfläche derart hält, daß die Flüssigkeit zwischen Arbeitsfläche (66) und dem Randbereich (68) des Werkstückes strömt.

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