DE69835105T2 - System zur Temperaturreglung eines Wafers - Google Patents
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Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft Halterungen für Wafer in Halbleiterbehandlungskammern und insbesondere ein System für die Unterstützung eines Wafers über einem Suszeptor in einer Gasphasenabscheidungskammer (CVD-Kammer).
- Hintergrund der Erfindung
- Hochtemperaturöfen oder Reaktoren werden verwendet, um Halbleiterwafer zu behandeln, aus denen integrierte Schaltungen für die elektronische Industrie hergestellt werden. Ein kreisförmiger Wafer oder ein Substrat, welches in typischer Weise aus Silizium hergestellt ist, wird auf einer Suszeptor genannten Waferauflage angeordnet. Sowohl der Wafer als auch der Suszeptor sind in einer Quarzkammer eingeschlossen und werden auf hohe Temperaturen erwärmt, wie zum Beispiel 600°C (1112°F) oder höher, häufig durch eine Vielzahl von Strahlungslampen, die um die Quarzkammer herum angeordnet sind. Ein Reaktantgas gelangt über den erwärmten Wafer und veranlaßt die Gasphasenabscheidung (CVD) einer dünnen Schicht Reaktantmaterials auf dem Wafer. Durch nachfolgende Prozesse in anderen Gerätschaften werden diese Schichten zu integrierten Schaltungen gemacht, wobei eine einzige Schicht von zehn bis Tausenden integrierter Schaltungen produziert, je nach der Größe des Wafers und der Komplexizität der Schaltungen.
- Wenn die abgeschiedene Schicht dieselbe kristallographische Struktur hat wie der darunterliegende Siliziumwafer, wird sie eine epitaxische Schicht genannt. Diese wird auch manchmal eine monokristalline Schicht genannt, denn sie hat nur eine Kristallstruktur.
- Verschiedene CVD-Prozeßparameter müssen sorgfältig gesteuert werden, um die hohe Qualität des sich ergebenden Halbleiters sicherzustellen. Einer solcher kritischen Parameter ist die Temperatur des Wafers während der Behandlung. Das Abscheidungsgas reagiert bei besonderen Temperaturen und scheidet sich auf dem Wafer ab. Wenn sich die Temperatur über der Oberfläche des Wafers stark verändert, passiert eine ungleichmäßige Verteilung des Reaktantgases.
- In einigen Chargenprozessoren (d.h. CVD-Reaktoren, die mehr als jeweils einen Wafer behandeln) werden Wafer auf einem Suszeptor mit relativ großer Masse angeordnet, der aus Graphit oder einem anderen wärmeabsorbierenden Material hergestellt ist, um dazu beizutragen, die Temperatur der Wafer gleichmäßig zu halten. In diesem Zusammenhang ist ein Suszeptor mit „großer Masse" einer, der eine relativ zu dem Wafer große thermische Masse hat. Masse ist gleich Dichte mal Volumen. Die thermische Masse ist gleich der Masse mal spezifischer Wärmekapazität.
- Ein Beispiel eines Suszeptors mit einer großen Masse in ist der US-Patentschrift Nr. 4,496,609 von McNeilly gezeigt, in der ein CVD-Prozeß beschrieben ist, bei welchem die Wafer direkt auf einem plattenartigen Suszeptor mit relativ großer Masse angeordnet sind und in innigem Kontakt gehalten sind, um einen Wärmeübergang zwischen diesen zu gestatten. Der Graphit- Suszeptor wirkt vermutlich wie ein thermisches „Schwungrad", welches Wärme zu dem Wafer überführt, um seine Temperatur gleichmäßig und relativ konstant zu halten. Ziel ist es, die Übergangstemperaturveränderungen um den Wafer herum zu reduzieren, die ohne den „Schwungrad"-Effekt des Suszeptors auftreten würden.
- In den letzten Jahren ist die Behandlung von Einzelwafern mit großem Durchmesser aus einer Vielzahl von Gründen gewachsen, einschließlich ihrer großen Präzision gegenüber der Chargenbehandlung von Wafern gleichzeitig. Obwohl die Behandlung mit Einzelwafer an sich gegenüber der Chargenbehandlung Vorteile zeigt, bleibt doch die Steuerung der Prozeßparameter und des Durchsatzes kritisch. Bei Systemen, bei denen der Wafer in innigem Kontakt mit einem plattenartigen Suszeptor mit großer Masse gehalten wird, hat die Notwendigkeit, eine gleichmäßige Suszeptortemperatur während des Aufwärmens und während der Abkühlzyklen zu halten, die Rate begrenzt, bei welcher die Temperatur geändert werden konnte. Um zum Beispiel die Temperatur über dem Suszeptor gleichmäßig zu halten, mußte der Leistungseingang zu den Suszeptorrändern merklich größer sein als der Leistungseingang in die Mitte, und zwar wegen der Randeffekte.
- US-Patent Nr. 5,809,211 von Anderson et al. beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für den gleichförmigen Anstieg der Temperaturen eines Wafers und eines Suszeptors mit Unterstützung des Suszeptors unter Verwendung einer ersten Wärmequelle, die primär auf den Wafer gerichtet ist, und einer zweiten Wärmequelle, die primär auf den Suszeptor gerichtet ist, während man den Wafer auf nahezu derselben Temperatur hielt wie den Suszeptor, aber nur die Temperatur des Suszeptors gemessen hat.
- Ein anderes signifikantes Problem, welches sich bei dem Versuch gezeigt hat, qualitativ hochwertige CVD-Filme zu erhalten, ist die Feststoffkontamination. Eine lästige Feststoffquelle in der CVD von Metallen und anderen Leitern ist der Film, welcher sich auf der Rückseite des Wafers unter gewissen Bedingungen bildet. Wenn zum Beispiel die Waferrückseite während der Abscheidung ungeschützt oder ungenügend geschützt ist, bildet sich eine Teilbeschichtung des CVD-Materials auf dieser. Diese Teilbeschichtung neigt dazu, daß sich einige Materialarten abschälen oder leicht abplatzen, wobei während des Abscheidens und während nachfolgender Behandlungsschritte Feststoffe in die Kammer eingeführt werden. Ein Beispiel zum Schützen der Rückseite eines Wafers während der Bearbeitung ist in der US-Patentschrift 5,238,499 von de Van et al. gegeben. Nach dieser Patentschrift wird ein Inertgas durch eine kreisförmige Nut in dem Umfangsbereich einer Auflageplatte eingeführt. In der US-Patentschrift Nr. 5,356,478 von Foster et al. wird eine Vorrichtung zur Behandlung eines Halbleiterwafers gezeigt, einschließlich einer Vielzahl von Leitungen für das Einführen von Helium oder Wasserstoff um den Umfang eines Wafers herum, um das Strömen von Reaktantgasen nach unten in den Spalt zwischen dem Umfang des Wafers und einem Waferstützrand zu verhindern. Die vorgenannten Vorrichtungen teilen jedoch das Merkmal ziemlich großer Waferauflageplatten, gekennzeichnet durch die oben erwähnte nachteilige hohe thermische Masse.
- Derzeit besteht ein Bedürfnis nach einem verbesserten Waferauflagesystem, während die Temperaturgleichmäßigkeit über die Waferoberfläche sichergestellt wird.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Ein erster Aspekt der Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Temperatur an einem Halbleiterwafer während einer Hochtemperaturbearbeitung des Wafers mit: Positionieren des Wafers auf einem oder mehreren Abstandshaltern, die sich von einem Suszeptor nach oben erstrecken, so daß der Wafer von dem Suszeptor im wesentlichen thermisch entkoppelt ist; Erwärmen des Wafers und Suszeptors mit einer oberen Wärmequelle, die über dem Wafer im Abstand angeordnet ist, und einer unteren Wärmequelle, die unter dem Suszeptor im Abstand angeordnet ist; Aufrechterhalten eines relativ konstanten Anteiles an Wärme, die von der oberen und unteren Wärmequelle zur Verfügung gestellt wird, wenn der Wafer und der Suszeptor sich beide auf einer gewünschten Temperatur befinden; und bei schneller Veränderung der Temperatur des Wafers und des Suszeptors Verändern des Anteils, um den Wafer und den Suszeptor auf im wesentlichen derselben Temperatur zu halten, wenn sich ihre Temperaturen ändern.
- Ein zweiter Aspekt der Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats mit: einem Suszeptor, der einen oder mehrere Abstandshalter hat, die sich zum Abstützen eines Substrats nach oben erstrecken; einer oberen Wärmequelle, die über dem Suszeptor im Abstand angeordnet ist; einer unteren Wärmequelle, die unter dem Suszeptor im Abstand angeordnet ist; und einem Steuergerät, welches Energie zu den Wärmequellen hin bei einem ausgewählten Anteil zwischen den Quellen vorsieht, wobei das Steuergerät eine erste Untereinrichtung einschließt, die konfiguriert ist, um den Anteil während eines Hochtemperaturbearbeitungszyklus eines Substrats auf einem im wesentlichen konstanten Wert zu halten, um dadurch den Anteil an Wärme, die während des Zyklus von den Wärmequellen auf einem im wesentlichen konstanten Wert vorgesehen wird, aufrechtzuerhalten, und wobei das Steuergerät ein zweites Untergerät einschließt, welches konfiguriert ist, um während des Bearbeitungszyklus den Anteil zu verändern und dadurch den Anteil an Wärme zu verändern, der während des Zyklus von den Wärmequellen vorgesehen wird.
- Somit ist das System mit der Fähigkeit versehen, den Wärmeanteil zu modifizieren, der während der Bearbeitung eines Wafers von unteren und oberen Wärmeausnehmungen vorgesehen wird, um ein schnelles gleichmäßiges Erwärmen zu fördern.
- Weil der Wafer nicht mehr mit dem Suszeptor in Kontakt ist, kann die Wafertemperatur selbst dann gleichmäßig gehalten werden, wenn der Suszeptor während des Aufheizens und Abkühlens ungleichmäßige Temperaturen erfährt. Auf diese Weise können die Aufheiz- und Abkühlzeiten möglicherweise reduziert werden. Erwünschtenfalls wird der Bearbeitungsdurchsatz dadurch erhöht.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Querschnittsansicht entlang der längeren von zwei horizontalen Achsen durch eine Reaktorkammer, die ein verbessertes Waferunterstützungssystem der vorliegenden Erfindung aufnimmt; -
2 ist eine Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform eines Waferunterstützungssystems der vorliegenden Erfindung; -
2a ist eine Einzelansicht einer Ausführungsform eines Waferabstandshalters in der Form eines Stiftes, -
2b ist eine ausführliche Ansicht eines alternativen Waferabstandshalters in der Form einer Kugel; -
2c ist eine Ansicht eines alternativen Aufbaues für einen Waferabstandshalter; -
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht des in2 veranschaulichten Waferauflagesystems; -
4 ist eine Draufsicht eines oberen Abschnittes eines in Segmente geteilten Suszeptors des Waferauflagesystems entlang der Linie 4-4 der3 ; -
5 ist eine Draufsicht eines unteren Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors entlang der Linie 5-5 der3 ; -
6 ist eine Draufsicht auf eine Suszeptorauflage zur Verwendung bei dem Waferauflagesystem der vorliegenden Erfindung, und zwar entlang der Linie 6-6 der3 ; -
7 ist eine Querschnittsansicht eines anderen Waferunterstützungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung; -
8 ist eine Draufsicht eines in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferauflagesystem der7 , entlang der Linie 8-8 genommen; -
9 ist eine Draufsicht eines alternativen oberen Abschnittes eines in Segmente geteilten Suszeptors, dessen Gasauslässe um konzentrische Kreise verteilt sind; -
10 ist eine Draufsicht eines alternativen unteren Abschnittes eines in Segmente geteilten Suszeptors, der Mehrfachnuten für die Gaszuführung hat, die in konzentrischen Kreisen angeordnet sind; -
11 ist eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Waferablagesystem der vorliegenden Erfindung; -
12 ist eine Draufsicht einer ersten Version eines oberen Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferablagesystem der11 ; -
13 ist eine Draufsicht eines Bodenabschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors des Waferablagesystems der11 ; -
14 ist eine Querschnittsansicht eines gefangenen Waferabstandshalters und Spülkanals mit dem in Segmente geteilten Suszeptor, längs der Linie 14-14 der11 genommen; -
15 ist eine Draufsicht auf eine zweite Version des oberen Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferablagesystem der11 ; -
16 ist eine Draufsicht auf eine dritte Version des oberen Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferablagesystem der11 ; -
17 ist eine Draufsicht auf eine vierte Version des oberen Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferablagesystem der11 ; -
18 ist eine Querschnittsansicht durch eine andere Variante einer Reaktorkammer, welche das Waferablagesystem der Erfindung aufnimmt; -
19 ist eine Draufsicht der Kammer der18 ; und -
20 ist eine graphische Darstellung von Veränderungen des Lampenleistungsverhältnisses während eines Abscheidungszyklus. -
21 ist eine Draufsicht auf ein oberes Segment einer anderen Variante des in Segmente geteilten Suszeptors. -
21B ist eine Draufsicht auf das untere Segment eines Suszeptors, der zu dem in21A gezeigten oberen Segment paßt, von dem ein Abschnitt gezeigt ist. -
21C ist eine Querschnittsansicht der zusammengebauten Segmente von21A und B unter Unterstützung eines Wafers. -
21D ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Randes der Anordnung der21C unter deutlicherer Darstellung des Ortes eines Stützstiftes in Bezug auf einen Wafer, der in seinem Umfang eine Kerbe hat. -
21E ist eine ähnliche Ansicht der der21D , aber unter Veranschaulichung eines Wafers mit einer Randausrichtungsebene. -
22A veranschaulicht eine Draufsicht des unteren Segmentes eines anderen in Segmente geteilten Suszeptormusters, wobei auf diesem ein Abschnitt eines oberen Segmentes angeordnet ist, um das Verhältnis zwischen den zweien zu veranschaulichen. -
22B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnittes des oberen und unteren Segmentes der22A im Zusammenbau und unter Auflage eines Wafers. -
23 ist eine Draufsicht auf ein oberes Segment eines anderen Suszeptors, wobei ein Waferstützring auf dem oberen Segment angebracht ist und ein Abschnitt eines unteren Segmentes gezeigt ist. -
23B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht unter Veranschaulichung der Lage zwischen dem Waferstützring der23A und einem Wafer. -
23C ist eine vergrößerte, abgebrochene Ansicht unter Darstellung des Querschnittes der Durchgänge für Durchlaufgas in dem Stützring bei den23A und23B . -
24 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Abstandshalters oder Blockerringes. -
25 ist eine Ansicht entlang der Linie 25-25 der24 . -
25A ist eine Ansicht auf die Linie 25A-25A der25 , wobei eine abgebrochene, gestrichelte Linie einen Suszeptor und einen Wafer zeigt. -
25B ist eine Ansicht auf die Linie 25B-25B der25 . -
25C ist eine Ansicht auf die Linie 25C-25C der25 . -
26 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Blockerrings. -
27 ist eine Ansicht auf die Linie 27-27 der26 . -
27A ist eine Ansicht auf die Linie 27A-27A der27 , wobei eine abgebrochene, gestrichtelte Linie einen Suszeptor und einen Wafer zeigt. -
27B ist eine Ansicht auf die Linie 27B-27B der27 . -
27C ist eine Querschnittsansicht einer Variante des Ringes der27B . -
27D ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereiches, der durch den in27B gezeigten Kreis 27D identifiziert ist. -
28 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Konfiguration eines Blockerringes. - Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
1 veranschaulicht eine Reaktorkammer20 für die Behandlung von Halbleiterwafern, innerhalb der ein Waferauflagesystem22 der vorliegenden Erfindung aufgenommen ist. Vor der Diskussion der Einzelheiten des Waferauflagesystems22 werden die Elemente der Reaktionskammer20 beschrieben. Das Auflagesystem ist für viele Arten von Waferbehandlungssystemen geeignet, wobei ein anderes in den18 und19 gezeigt ist, und die Diskussion hier sollte nicht auf eine besondere Art von Reaktionskammer beschränkt sein. - Die Kammer
20 weist ein durch eine obere Wand24 , eine untere Wand26 , einen aufstromigen Flansch28 und einen abstromigen Flansch30 gebildetes Quarzrohr auf. Obwohl in der Figur nicht gezeigt, haben die Wände eine konkave innere Oberfläche und eine konvexe äußere Oberfläche, die, wenn man sie von einem Querschnitt betrachtet, eine Linsenform hat; und seitliche Ränder der Reaktionskammer20 weisen relativ dicke Seitenschienen auf, zwischen denen eine Kammerstützplatte32 angebracht ist.1 ist ein Längsquerschnitt längs einer zentralen vertikalen Ebene der Kammer20 unter Veranschaulichung des Vertikalmaßes der Linsenform; die Seitenschienen sind somit nicht zu sehen. Die Kammer20 ist vorzugsweise aus Quarz hergestellt. Die Kammerstützplatte32 verstärkt die Kammer20 während der Vakuumbehandlung und erstreckt sich zwischen den Seitenschienen (nicht gezeigt), vorzugsweise längs der Mittellinie der Kammer20 . Die Stützplatte32 weist eine Öffnung33 auf, die eine Lücke oder Öffnung35 bildet, welche sich über das Quermaß der Kammer20 zwischen den Seitenschienen erstreckt. Die Öffnung33 teilt die Stützplatte32 in einen aufstromigen Abschnitt, der sich von dem aufstromigen Flansch21 zu einem aufstromigen Rand der Öffnung erstreckt, und einen unteren Abschnitt, der sich von einem Abstromabschnitt der Öffnung zu dem Abstromflansch30 erstreckt. Der Aufstromabschnitt der Stützplatte32 ist vorzugsweise in Längsrichtung kürzer als der Abstromabschnitt. - Ein längliches Rohr
34 hängt von einem zentral angeordneten Bereich der unteren Wand26 ab. Eine Antriebswelle36 erstreckt sich durch das Rohr34 und in einen unteren Abschnitt38 der Kammer20 . Der untere Bereich38 wird zwischen der mittigen Kammerstützplatte32 und der unteren Wand26 gebildet. Das obere Ende der Antriebswelle36 ist verjüngt, um in eine Ausnehmung einer mehrarmigen Stütz- oder Spinnenanordnung40 für das Drehen eines in Segmente geteilten Suszeptors42 zu passen. Der Suszeptor42 unterstützt einen Wafer44 , der gestrichelt gezeigt ist. Ein (nicht gezeigter) Motor treibt die Welle36 an, um ihrerseits das Waferauflagesystem22 und den Wafer44 auf diesem in der Öffnung33 zu drehen. Ein Gasinjektor46 führt Prozeßgas in einen oberen Bereich50 der Kammer20 ein, wie durch den Pfeil48 gezeigt ist. Der obere Bereich50 wird zwischen der oberen Wand24 und der Kammerstützplatte32 gebildet. Das Prozeßgas gelangt über die obere Fläche des Wafers44 , um Chemikalien auf diesem abzuscheiden. Das System weist in typischer Weise eine Vielzahl von Strahlungswärmelampen auf, die um die Außenseite der Reakti onskammer20 für das Erwärmen des Wafers44 und Katalysieren der chemischen Abscheidung auf diesem angeordnet sind. Eine obere Reihe länglicher Wärmelampen51 ist außerhalb der oberen Wand24 gezeigt, und in typischer Weise wird auch eine untere Reihe von quer zu der oberen Reihe angeordneten Lampen verwendet. Weiterhin wird oft eine konzentrierte Reihe von Lampen, die von unterhalb des Suszeptors42 nach oben gerichtet sind, verwendet. - Eine Quelle für Durchlaufgas
37 ist schematisch über einen Massenstromregler39 mit der Antriebswelle36 verbunden gezeigt. Gas strömt in den Raum in der Hohlwelle36 und wird eventuell nach oben durch den Suszeptor42 geführt, wie vollständiger unten beschrieben wird. Die Fluidkupplung, welche Gas zu dem Inneren der hohlen, drehenden Welle36 zuläßt, ist nicht gezeigt, kann aber durch eine Anzahl von Mitteln erreicht werden, deren eines in der US-Patentschrift 4,821,674 gezeigt und beschrieben ist, die am 18. April 1989 ausgegeben wurde und hier ausdrücklich unter Bezugnahme aufgenommen wird. - Ein Wafer wird durch eine Wafereingangsöffnung
47 zu der Reaktionskamme20 eingeführt. Der Wafer wird in typischer Weise von einem (nicht gezeigten) Roboteraufnahmearm transportiert, welcher über die Öffnung oder Mündung47 eintritt und sich über das Waferauflagesystem22 erstreckt, um den Wafer auf diesem abzulegen. Das CVD-System dichtet dann die Reaktionskammer20 ab und führt Abscheidungsgas mit einem Trägergas ein, wie zum Beispiel Wasserstoff, um eine Schicht aus Silizium oder einem anderen Material auf dem Wafer abzuscheiden. Nach der Behandlung öffnet ein Schieberventil, und der Roboteraufnahmearm tritt durch die Mündung47 ein und zieht den Wafer von dem Suszeptor42 zurück. Periodisch muß die Reaktionskammer20 für eine nachfolgende Behandlung konditioniert werden. Eine typische Abfolge ist das Einführen eines Ätzgases in die Reaktionskammer, wobei das Schieberventil geschlossen ist, um eine spezielle Abscheidung von den inneren Wänden zu reinigen. Nach dem Ätzen wird manchmal ein Silizium-Präcursor in die Kammer eingeführt, um eine dünne Siliziumbeschichtung auf dem Suszeptor42 vorzusehen. Ein solcher Beschichtungsschritt wird manchmal Kappung bzw. Verkapseln (capping) genannt. Nach dem Ätzen und Verkapseln wird die Kammer mit Wasserstoff gespült und für das Einführen des nächsten Wafers erwärmt. - Das Rohr
34 wird etwas größer bemessen als die Antriebswelle36 , um einen Spalt dazwischen vorzusehen, durch welchen Reinigungsgas52 fließt. Das Reinigungsgas tritt in den unteren Bereich38 der Reaktionskammer20 ein, um verhindern zu helfen, daß Reaktantgas sich in dem unteren Abschnitt abscheidet. Diesbezüglich erzeugt das Reinigungsgas52 einen positiven Druck unter dem Waferauflagesystem22 , der zu verhindern hilft, daß Reaktantgas um die Seiten des Segmentsuszeptors42 in dem unteren Bereich38 strömt. Das Spülgas tritt dann, wie mit den Pfeilen55 gezeigt ist, zwischen dem Suszeptor42 und der Öffnung33 in den oberen Bereich50 ein und dann durch einen länglichen Schlitz60 in den Abstromflansch30 . Hierdurch wird sichergestellt, daß Reaktantgase nicht in den unteren Bereich38 migrieren. Das Spülgas strömt weiter durch ein Abgassystem58 . Das Reaktantgas gelangt ebenso durch den länglichen Schlitz60 in dem Abstromflansch30 , um durch das Auslaßsystem58 abgezogen zu werden. - Vorzugsweise umgibt ein Temperaturkompensationsring
62 das Waferauflagesystem22 . Der Ring62 paßt in die Öffnung35 , die in der Stützplatte32 durch die Öffnung33 erzeugt wird, und das Waferablagesystem22 und der Ring füllen die Öffnung im wesentlichen und sorgen für einen Aufbau zwischen den unteren und oberen Kammerbereichen38 ,50 . Der Suszeptor42 dreht innerhalb des Ringes62 und befindet sich vorzugsweise über einem kleinen Ringspalt von zwischen 0,5 und 1,5 mm von diesem. Die Gestalt der Öffnung33 in der Stützplatte32 , welche den Ring62 umgibt, kann kreisförmig gemacht sein, so daß die Kanten der Öffnung35 sich in dichter Nähe zu dem Ring befinden. Man fand jedoch, daß eine allgemein rechteckige Öffnung33 bevorzugt ist. Diesbezüglich kann der Ring62 einen im allgemeinen rechteckigen äußeren Umfang haben, oder es kann ein zweiter Aufbau verwendet werden, um den Spalt zwischen dem kreisförmigen Ring und der Öffnung33 zu füllen. Wie in größerer Einzelheit nachfolgend beschrieben wird, wird der Suszeptor42 vorzugsweise mit einem konstanten äußeren Durchmesser hergestellt, um in den Ring62 und die umgebende Öffnung33 zu passen. Obwohl der Suszeptor42 einen konstanten Außendurchmesser hat, sieht man, daß verschiedene Konfigurationen für die Behandlung einer Anzahl von Wafern unterschiedlicher Größe vorgesehen sind. - Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der Temperaturkompensationsring
62 einen Kreisring in zweiteiligem Aufbau auf, in dem sich ein Hohlraum für die Aufnahme von Thermoelementen64 befindet. Bei der gezeigten Ausführungsform treten die Thermoelemente64 durch Öffnungen, die in dem Abstromflansch30 gebildet sind, in die Kammer20 ein und erstrecken sich unter der Stützplatte32 in den Temperaturkompensationsring62 . Die Öffnungen in dem Quarzflansch30 verhindern im wesentlichen die Gasleckage um die Thermoelemente64 herum, obwohl in typischer Weise keine zusätzliche Abdichtung verwendet wird. Es gibt vorzugsweise drei solcher Thermoelemente, eines, das an einer Vorderkante66 endet, eines, das an einer Hinterkante68 endet und eines, das an jeder der Querseiten des Ringes62 endet. Die Thermoelemente in dem Ring62 , welcher den in Segmente aufgeteilten Suszeptor42 umgibt, sorgen für eine gute Rückkopplung der Temperaturinformation, um die Strahlungswärmelampen genau zu steuern. Eine Vielzahl von gebogenen, an der Stützplatte32 angebrachten Fingern70 haltert den Ring62 um den Umfang des Suszeptors42 . Zusätzlich zu dem Ring62 und den Thermoelementen darin erstreckt sich ein mittiges Thermoelement72 nach oben durch die Antriebswelle36 , die hohl ist, und durch die Spinnenanordnung40 , um unter der Mitte des Suszeptors42 zu enden. Das mittlere Thermoelement72 stellt somit eine genaue Anzeige der Temperatur nahe der Mitte des Wafers44 zur Verfügung. Weil die Temperatur eines Wafers sich bei dem vorliegenden System schnell ändert, ist es erwünscht, daß die Masse der Thermoelemente minimal ist, um die Reaktionszeit zu beschleunigen. - In
2 ist eine erste Ausführungsform eines Waferauflagesystems22 gezeigt. Wieder weist das System22 allgemein den in Segmente geteilten Suszeptor42 auf, der von Armen74 der Spinnenanordnung40 gehaltert wird. Die Arme74 erstrecken sich radial von einer Nabe76 nach außen und biegen vertikal nach oben in vorbestimmten radialen Abständen ab, um die Unterseite des Suszeptors42 zu berühren. Der in Segmente aufgeteilte Suszeptor42 weist einen oberen Abschnitt78 und einen unteren Abschnitt80 auf, die beide im allgemeinen ebene, scheibenförmige Elemente sind. Beide Abschnitte78 ,80 des Suszeptors42 sind vorzugsweise aus Graphit hergestellt und passen eng zusammen ohne zusätzliche Befestigungsmittel, um eine minimale Gasleckage zwischen ihnen sicherzustellen. Ein Spalt von weniger als 25,4 mm (0,001 Zoll) zwischen den benachbarten Kreisvorrichtungen der oberen und unteren Abschnitte78 ,80 ist für diesen Zweck akzeptabel. Eine dünne Beschichtung aus Siliziumkarbid kann auf einem oder beiden Abschnitten78 ,80 gebildet werden. Die Dicke des Suszeptors42 beträgt vorzugsweise etwa 7,62 mm (0,303 Zoll). - Unter Bezugnahme auf die auseinandergezogene Ansicht der
3 weist der obere Abschnitt78 allgemein einen äußeren Ring82 auf, welcher einen dünneren, kreisförmigen Mittelabschnitt umgibt. Der äußere Ring82 weist einen oberen Rand oder eine Leiste84 und einen unteren Rand oder eine Randleiste86 auf, die an oberen bzw. unteren Schultern oder Stufen88 ,90 enden. Die obere Stufe88 bildet einen Übergang zwischen der Leiste84 und einer kreisförmigen, den Wafer aufnehmenden Ausnehmung92 . Die untere Stufe90 bildet einen Übergang zwischen der Randleiste86 und einer ringförmigen Ausnehmung94 in der Unterseite des oberen Abschnittes78 . Der obere Abschnitt78 weist ferner ein kreisförmiges Muster von Durchlaufgasauslässen96 auf, die um die Mittelachse des oberen Abschnittes und in dem Abschnitt92 symmetrisch angeordnet sind. - Im Abstand um einen konzentrischen Kreis um die Achse des Suszeptors
42 herum verteilt ist eine Vielzahl von angesenkten Löchern98 nahe der oberen Stufe88 gebildet. Die Ansenklöcher98 weisen ein kleineres Durchgangsloch, welches sich zu der kreisförmigen Ausnehmung42 öffnet, und eine größere Ansenkung auf, die zu dem kleineren Durchgangsloch konzentrisch ist und sich nach unten zu der ringförmigen Ausnehmung94 öffnet. Jedes Ansenkloch96 ist so bemessen, daß es eine Waferstütze oder einen Abstandshalter100 aufnimmt, der in die kreisförmige Ausnehmung92 vorspringt. Der Wafer44 ruht auf den Abstandshaltern100 über dem Grund der Ausnehmung92 . Diesbezüglich ist die Ausnehmung92 mit einer Größe versehen, um einen Wafer so in ihr aufzunehmen, daß die Kante des Wafers sehr dicht an der Stufe88 liegt. Der obere Abschnitt68 weist ferner eine nach unten abhängende Mittelspindel102 auf, die eine radiale innere Grenze der ringförmigen Ausnehmung94 bildet. Ein zentraler Thermoelementhohlraum104 ist in der Spindel bzw. dem Achszapfen102 für die Aufnahme eines Abfühlendes des zuvor beschriebenen mittigen Thermoelementes72 gebildet. - Bezüglich der
3 und5 weist der ringförmige untere Abschnitt80 eine mittige Durchgangsbohrung106 auf, die so groß ist, daß sie um die nach unten abhängende Spindel102 des oberen Abschnittes78 paßt. Die obere Fläche des unteren Abschnittes80 schließt eine Vielzahl von Gasdurchgangsnuten ein. Spezieller erstreckt sich ein Muster von gekrümmten Verteilungsnuten108 zwischen einer Mehrzahl von Gasströmungsdurchgängen110 und einer mittigen, kreisförmigen Zuführnut112 . Jede der Nuten108 und112 hat einen im allgemeinen halbkreisförmigen Querschnitt und eine Tiefe, die etwa gleich der Hälfte der Dicke des unteren Abschnittes80 ist. Jeder der Gasströmungsdurchgänge110 öffnet sich nach unten in seichte Hohlräume114 des Spinnenarmes. - In den
3 und6 ist die Spinnenanordnung40 in größerer Einzelheit beschrieben. Die mittige Nabe78 weist ein im allgemeinen hohles, zylindrisches Teil auf, welches eine vertikale Durchgangbohrung hat, die sich von einer unteren Fläche116 zu einer oberen Fläche118 erstreckt. Die Durchgangsbohrung weist einen unteren, die Welle aufnehmenden, verjüngten Abschnitt120 , ein mittiges Gasplenum122 und einen oberen Thermoelementkanal124 auf. Der untere, verjüngte Abschnitt120 nimmt das verjüngte obere Ende der hohlen Antriebswelle38 auf, wobei die zwei Elemente identische Verjüngungswinkel haben, um gut zusammenzupassen. Der Thermoelementkanal124 nimmt das mittlere Thermoelement72 auf, welches sich in den Thermoelementhohlraum104 in dem oberen Abschnitt78 des in Segmente geteilten Suszeptors42 erstreckt. Das Gasplenum122 schließt eine Vielzahl von Öffnungen128 ein, die mit jedem der Halterungsarme74 ausgerichtet sind. Diesbezüglich sind die Stützarme hohl, wobei das Innere Durchlaufgasdurchgänge128 bildet. Die nach oben gerichteten Anschlußenden der Arme74 sind durch ringförmige Lippen130 verstärkt. Die Lippen130 haben eine solche Größe, daß sie eng in die seichten, den Arm aufnehmenden Hohlräume114 in der Unterseite des unteren Abschnittes80 passen. Die Welle36 treibt die Spinnenanordnung40 drehend an, die ihrerseits den Suszeptor42 durch die Einrastung zwischen den Lippen130 und den seichten Hohlräumen114 in der Unterseite des unteren Abschnittes80 antreibt. - Bei einer alternativen Ausführungsform können die gekrümmten Arme der Spinnenanordnung
40 durch ein Paar von senkrecht angeordneten Rohren ersetzt werden. D.h. für jeden der drei Arme kann sich ein erstes Rohr von der mittleren Nabe76 radial nach außen erstrecken und sich an ein zweites größeres Rohr senkrecht zu diesem ankoppeln mit einer Erstreckung nach oben, um eng in die den Arm aufnehmenden Hohlräume114 zu passen. Diese Anordnung kann in gewisser Weise wie ein Maiskolbenrohr angesehen werden. Die ersten Rohre jedes Armes können sich von der Nabe76 horizontal radial erstrecken oder können etwas nach oben unter einem Winkel verlaufen. Die Verwendung gerader, zylindrischer Abschnitte statt eines gekrümmten Quarzrohres erlaubt eine weniger teure Herstellung. - Entsprechend
2 können die Abstandshalter100 verschiedene Gestalten annehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die man im einzelnen in2a sieht, ist der Abstandshalter100 in der Form eines Stiftes mit einem länglichen oberen Abschnitt132 mit einem kleinen gerundeten Kopf. Eine Basis134 mit einem größeren Maß als der längliche Abschnitt132 paßt in ein angesenktes Loch98 . Die Basis134 ruht auf der oberen Fläche des unteren Abschnittes80 . Die Köpfe der länglichen Abschnitte132 der Vielfachabstandshalter100 enden auf derselben Höhe, um eine ebene Stützfläche für den Wafer44 vorzusehen. Der obere Abschnitt der angesenkten Löcher98 hat einen Durchmesser von etwa 1,575 mm (0,062 Zoll), und die Abstandshalter100 passen dorthinein. Die Abstandshalter100 sollten vorzugsweise einen Wafer über der Ausnehmung in einem Bereich von etwa 0,254 mm (0,010 Zoll) bis etwa 5,08 mm (0,200 Zoll) im Abstand halten; oder bevorzugter in einem Bereich von etwa 1,524 mm (0,060 Zoll) bis etwa 2,286 mm (0,090 Zoll); und am meisten bevorzugt haltern die Abstandshalter100 den Wafer44 über dem Grund der Ausnehmung in einer Höhe von etwa 1,905 mm (0,075 Zoll). Dies ist etwa die dreifache Dicke eines typischen Wafers. Dieses Beabstanden ist merklich größer als die Abweichung des Suszeptors oder Wafers von der Ebenheit, die in der Größenordnung von 0,127–0,254 mm (0,005–0,010 Zoll) liegt. Der Abstand ist auch viel größer als die Tiefe eines Gitters auf der oberen Fläche eines herkömmli chen Suszeptors, der ausgestaltet war, um den thermischen Kontakt zwischen dem Suszeptor und dem Wafer zu optimieren, während auch die Aufnahme des Wafers gefördert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Tiefe der Ausnehmung92 und die Höhe des Abstandshalters100 derart, daß sich die obere Fläche des Wafers44 in der Ebene der äußeren Leiste84 befindet, um eine etwaige Unregelmäßigkeit oder einen Übergang und eine gleichmäßige Gasströmung über diese minimal zu machen. Alternativ könnte die Leiste84 je nach Wunsch über oder unter der Oberseite des Wafers44 gebildet sein. - Bei einer alternativen Ausführungsform, die man in
2b sieht, nimmt der Abstandshalter100 die Form einer Kugel136 an, die in eine Mulde138 paßt, welche in der oberen Fläche des oberen Abschnittes78 gebildet ist. Der Abstandshalter100 kann sogar einstückig mit dem oberen Abschnitt78 gebildet sein. Erwünschtenfalls ist der obere Abschnitt des Abstandshalters100 für die Berührung mit dem Wafer gerundet oder endet in einer Spitze, um den Kontaktbereich mit dem Wafer minimal zu machen. -
2c veranschaulicht jedoch eine alternative Konfiguration eines Stiftkopfes, die bei Systemen nützlich ist, in welchen der Wafer bei der Anordnung auf die Stifte um einen kurzen Abstand abgesenkt wird. D.h. bei einem Wafertransportsystem wird der Wafer durch die Verwendung einer sogenannten Bernoulli-Wand gehalten, wobei ein Wafer durch radial nach außen strömendes Gas von oben gehalten wird, ohne daß die obere Fläche des Wafers von der Wand berührt wird. Nachdem ein Wafer in die Position kurz über einem Suszeptor bewegt wird, wird die Gasströmung unterbrochen, und der Wafer fällt auf die Abstandshalter. Der Fallabstand ist zwar sehr gering, es gibt aber doch eine gewisse Möglichkeit, daß ein Abstandsstift mit Punktkontakt die Oberfläche des den Abstandshalter berührenden Wafers abspaltet oder schädigt. Um diese Möglichkeit minimal zu machen, hat der Stiftkopf der2c eine flache obere Fläche139 mit gerundeten Schultern139a . Vorzugsweise liegt der Durchmesser des flachen Bereiches im Bereich von etwa 0,635–1,14 mm (0,025–0,045 Zoll), oder die ganze obere Fläche von 1,397 mm (0,055 Zoll) könnte flach sein. Es ist auch wünschenswert, daß die flache Oberfläche139 poliert ist, um eine Rauhigkeit der Oberfläche zu entfernen, welche den Wafer beschädigen könnte. - Die festen Abstandhalter
100 bilden eine ebene Stützplattform oder einen Ständer für den Wafer44 , um ihn über dem in Segmente geteilten Suszeptor42 im Abstand zu halten, und diesbezüglich sind mindestens drei Abstandshalter erforderlich, obwohl mehr als drei vorgesehen sein können. Vorzugsweise sind die Abstandshalter100 aus Keramik oder natürlich vorkommendem oder synthetisch hergestelltem Saphir hergestellt, wobei der Saphir Einkristallstruktur hat und vom Aluminiumoxid abgeleitet ist. Bei einer alternativen Konfiguration können die Abstandshalter100 aus amorphem Quarz gebildet sein, obwohl dieses Material eventuell aus den wiederholten thermischen Durchläufen in der Reaktionskammer20 auskristallisieren kann. Weitere Materialien, die für die Abstandshalter benutzt werden können, weisen Monokristallin- oder Einkristallquarz, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Borkarbid, Bornitrid, Aluminiumnitrid und Zirkonkarbid oder andere Materialien auf, die gegen hohe Temperaturen widerstandsfähig sind und in der Lage sind, den extremen Temperaturen und der chemischen Umgebung in der Waferbehandlungskammer zu widerstehen. Jedes dieser Materialien kann zusätzlich beschichtet sein mit Si, Si3N4, SiO2 oder SiC, um die Abstandshalter gegen Beschädigungen aus dem Freilegen gegenüber Prozeßgasen zu schützen. - Um die Rückseitenkontamination des Wafers
44 von Reaktantgasen zu verhindern, die zwischen den Wafer und den Suszeptor42 eintreten, wird ein neues Durchlaufgassystem zur Verfügung gestellt. Das System wärmt auch das Gas vor, welches den Wafer berührt und welches, würde es nicht erwärmt, ein örtliches Kühlen und mögliche Fehlerbereiche auf dem Wafer hervorrufen würde. Spezieller und unter Bezugnahme auf2 tritt das Durchlaufgas in das Waferunterstützungssystem durch die hohle Antriebswelle36 und in das Plenum122 ein, wie mit dem Pfeil140 gezeigt ist. Das Gas wird dann durch die Öffnungen126 und in die Durchgänge128 für Durchlaufgas in den Armen74 verteilt. Das Gas gelangt weiterhin in einer Einlaßströmung142 durch den unteren Abschnitt80 in den Durchgang110 für die Gasströmung. Die Verteilungsnuten108 zusammen mit der unteren Oberfläche des oberen Abschnittes bilden Gaskanäle zwischen den oberen und unteren Abschnitten78 ,80 . Unter Bezugnahme auf5 fließt das Gas längs der Kanäle und folgt den verschiedenen Verteilungsnuten108 , um schließlich die kreisförmige Zuführnut112 zu erreichen, wonach es durch die Durchlaufgasauslässe98 austritt, wie durch den Pfeil144 gezeigt ist. Die Gasströmung durch die Verteilungsnuten ist durch die Pfeile146 gezeigt. Die Gasströmung in die Zuführnut112 ist durch die Pfeile148 gezeigt. Die spezielle Anordnung der Verteilungsnuten108 kann anders als die in5 gezeigte sein. Die gezeigte Anordnung hilft, Temperaturungleichmäßigkeiten durch den unteren Abschnitt80 und durch den in Segmente aufgeteilten Suszeptor42 als ganzem durch Leiten des Durchlaufgases in einer symmetrischen und Umwegbahn durch den unteren Abschnitt zu reduzieren. Erwünschtenfalls durchlaufen die Nuten108 eine nicht lineare Bahn von den Gasströmungsdurchgängen110 zu der mittigen, kreisförmigen Zuführnut112 und den Durchlaufgasauslässen96 . - Die kreisförmige Zuführnut
112 ist direkt unter dem kreisförmigen Muster von Durchlaufgasauslässen96 gebildet. Wie man in4 sieht, stellt die gleichmäßige Verteilung des Gases durch die Nut112 sicher, daß die die Auslässe96 verlassende Durchlaufgasströmung148 um die Mitte des Suszeptors42 in einer radialen Auswärtsrichtung axialsymmetrisch ist. Auf diese Weise wird jedes Reaktantgas, welches zwischen den Wafer und den Suszeptor eintreten mag, von unterhalb des Wafers radial nach außen mitgerissen. Erwünschtenfalls wird eine Fließgeschwindigkeit von weniger als 5 Standardliter/Minute Durchlaufgas durch die hohle Welle38 und den in Segmente geteilten Suszeptor verwendet, und eine Fließrate von weniger als drei Standardliter/Minute ist bevorzugt. - Obgleich andere Gase ersetzt werden können, ist Wasserstoff bevorzugt, da er mit vielen CVD-Behandlungssystemen kompatibel ist. Infolge der exzellenten Steuerung über der Rückseite des Wafers können durch die Verwendung des Spülgases Wafer mit Doppelseitenpolitur erfolgreich behandelt werden, anders als ein System, bei welchem der Wafer mit dem Suszeptor in Berührung ist.
- Der Massenstromregler
39 reguliert die Strömung von Durchlaufgas durch die hohle Welle36 und den in Segmente geteilten Suszeptor für unterschiedliche Prozeßdrücke. D.h. einige Prozes se verlaufen bei Atmosphärendruck und einige bei reduziertem Druck. Im Fall einer festen Beschränkung auf eine Steuerströmung, versucht ein Prozeß bei reduziertem Druck, die Strömung des Gases durch die Durchlaufgasauslässe96 im Vergleich zu einem Prozeß bei Atmosphärendruck zu erhöhen, wobei alle anderen Variablen dieselben bleiben. Somit arbeitet der Massenstromregler39 unabhängig von dem Prozeßdruck, um eine konstante Strömung von weniger als fünf Standardliter/Minute sicherzustellen. - Die
7 und8 veranschaulichen ein anderes Waferunterstützungssystem22' , welches einige derselben Elemente verwendet wie das Waferunterstützungssystem22 , welches in2 gezeigt ist. Spezieller sind die Spindelanordnung40 und der untere Abschnitt80 des in Segmente geteilten Suszeptors42' identisch jenen, die unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform gezeigt und beschrieben sind. Der in Segmente geteilte Suszeptor42' weist jedoch einen modifizierten oberen Abschnitt78' auf, wobei ein äußerer Ring82' eine obere Leiste84' und eine untere Randleiste86' aufweist. Die obere Leiste84' hat ein ähnliches Größenmaß wie die Leiste84 , die bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und endet in einer Kreisstufe88' , die zu einer Kreisausnehmung92' führt. Die kreisförmige Ausnehmung92' erstreckt sich radial auswärts an dem unteren Abschnitt80 vorbei. In relativer Hinsicht ist die untere Randleiste86' im Radialmaß wesentlich größer im Vergleich zu der Randleiste86 , die für die erste Ausführungsform beschrieben ist, dennoch hat die Stufe90' dieselbe Größe wie die Stufe90 bei der ersten Ausführungsform. Dies erlaubt es dem oberen Abschnitt78 , den ringförmigen unteren Abschnitt80 gerade wie bei der ersten Ausführungsform aufzunehmen. - Abweichend von der ersten Ausführungsform, wie in
7 gezeigt ist, weist der Suszeptor42' eine Vielzahl von Abstandshaltern in der Form von Stützstiften150 auf, die am Umfang um einen Kreis um die Mittelachse des Suszeptors42' in dem Bereich zwischen der oberen Stufe88' und der unteren Stufe90' verteilt sind. Spezieller erstrecken sich die Stifte150 in gestufte Hohlräume152 , welche von der Ausnehmung92' durch den oberen Abschnitt78' zu der verlängerten Randleiste86' verlaufen. Die gezeigten Stifte150 unterscheiden sich etwas von den ersten zwei Ausführungsformen, die in den2a und2b beschrieben wurden, und weisen einfache zylindrische Elemente mit gerundeten Köpfen in Berührung mit dem Wafer44' auf. - Eine alternative Ausführungsform von Gasdurchgangsnuten durch den Suszeptor ist in den
9 und10 gezeigt. Wie zuvor haltert die Spinnenanordnung einen modifizierten Suszeptor mit einem oberen Abschnitt162 und einem unteren Abschnitt164 . Der untere Abschnitt164 weist drei Gasdurchgänge166 auf, die sich nach unten öffnen, um die oberen Enden der Arme74 der Spinnenanordnung aufzunehmen. Diesbezüglich befinden sich die Orte der Durchlaufgaseingänge an derselben Stelle wie bei den ersten zwei Suszeptor-Ausführungsformen42 und42' . Von dort verlaufen jedoch Verteilungsnuten168 in der oberen Fläche des unteren Abschnittes164 radial auswärts zu einer äußeren Ringnut170 . Sekundärnuten172 leiten das Durchlaufgas radial einwärts, um eine Reihe von konzentrischen, kreisförmigen Zuführnuten174a ,174b und174c zu schneiden, die auf im Abstand angeordneten Radien angeordnet sind. Jede Sekundärnut172 liegt vorzugsweise längs einer Linie, welche den eingeschlossenen Winkel halbiert, der zwischen jedem Paar von Verteilungsnuten168 gebildet ist. - Blickt man auf die
9 und10 , so weist der obere Abschnitt162 eine Vielzahl von Gasauslässen auf, die in einer Reihe von konzentrischen Kreisen angeordnet sind, welche den kreisförmigen Zuführnuten174a ,174b und174c entsprechen. Spezieller liegt eine erste Gruppe von Auslässen176a längs eines inneren Kreises178a auf demselben Radius der kleinsten Zuführnut174a . Ähnlich sind zwei weitere Gruppen von Auslässen176b und176c um äußere konzentrische Kreise178b bzw.178c angeordnet, welche den äußeren Zuführnuten174b und174c entsprechen. - Vier Auslässe
176 sind gleichmäßig um jeden der Kreise178a , b, c angeordnet gezeigt, es können aber mehr oder weniger vorgesehen werden. Ferner kann die Umfangsausrichtung der Auslässe176 zwischen den Kreisen178 gestaffelt bzw. versetzt sein wie gezeigt. Mit vier Auslässen176 pro Kreis178 wird jedes Muster von Auslässen um 30° bezüglich eines der anderen Muster gedreht. Alternativ würden zum Beispiel acht Auslässe178 pro Kreis178 , die gleichmäßig verteilt und gestaffelt bzw. versetzt sind, bedeuten, daß jedes Muster von Auslässen um 15° bezüglich eines der anderen Muster gedreht ist. Das Versetzen zwischen Mustern erzeugt einen wirksameren Gasdurchlauf unter dem Wafer, wie durch die Pfeile180 gezeigt ist, als wenn die Auslässe176 ausgerichtet wären. - Bei einer anderen Variante kann der obere Abschnitt
162 mit dem unteren Abschnitt80 , der oben unter Bezugnahme auf die3 und5 beschrieben ist, benutzt werden, solange der innere Kreis178a der Auslässe176a mit der kreisförmigen Zuführnut112 ausgefluchtet ist. In diesem Fall würden die äußeren Kreise178b , c der Auslässe176b , c nicht benutzt. Ferner kann der untere Abschnitt164 mit jedem der oben beschriebenen oberen Abschnitte78 ,78' verwendet werden, solange die innere Zufuhrnut174a mit dem kreisförmigen Muster von Auslässen96 ,96' ausgefluchtet ist. In diesem Fall würden die äußeren Zuführnuten174b , c nicht benutzt. Selbstverständlich können aber auch andere Varianten ins Auge gefaßt werden. - Die Trennung zwischen dem Wafer
44 und dem in Segmente geteilten Suszeptor42 sowie die minimale direkte Halterung, die von den drei Abstandshaltern100 vorgesehen ist, entkuppelt in wirksamer Weise den Wafer und Suszeptor von der Wärmeleitung dazwischen. Die Temperatur des Wafers44 wird somit in erster Linie von dem Strahlungswärmefluß beeinflußt, der von den die Kammer umgebenden Lampen zur Verfügung gestellt wird. - Die Spinnenanordnung
40 ist vorzugsweise aus Quarz aufgebaut, um eine transparente Stütze zur Unterseite des Suszeptors42 vorzusehen und die Blockierung der Strahlungswärme minimal zu machen, die von den unteren Wärmelampen emittiert wird. Obwohl Quarz bevorzugt ist, können auch andere Materialien, die einen relativ hohen Koeffizienten für eine Strahlungswärmeübertragung haben, verwendet werden. Für den Aufbau der Spinnenanordnung40 wird zuerst die Nabe76 durch Bearbeitung in die geeignete Form gebracht. Die rohrförmigen Arme74 werden aus geraden Abschnitten gebogen und zum Beispiel durch Schweißen an der Nabe76 angebracht. Wärmebehandlung und Feuerpolieren reduzieren innere Spannungen in dem Quarz. -
11 veranschaulicht eine Draufsicht eines anderen Waferunterstützungssystems200 der vorliegenden Erfindung, welches wiederum einen in Segmente geteilten Suszeptor202 mit einer konzentrischen Ausnehmung204 in einer oberen Fläche aufweist, wobei eine Vielzahl von Abstandshaltern206 für die Halterung der Wafer in der Ausnehmung angeordnet ist. - Unter Bezugnahme auf
12 , welche einen oberen Abschnitt208 des in Segmente geteilten Suszeptors202 veranschaulicht, ist die seichte Ausnehmung204 um ihren äußeren Umfang durch eine kreisförmige Stufe210 gebildet, die zu einer Leiste führt, welche die oberste Fläche des Suszeptors bildet. Die Konstruktion ist in vieler Hinsicht ähnlich den zuvor beschriebenen Suszeptoren. - Ausgehend von den zuvor beschriebenen Suszeptoren weist der in Segmente geteilte Suszeptor
208 zwei konzentrische Kreise von Durchlaufgasauslässen auf. Ein äußerer Kreis von zwölf Durchlaufgasauslässen214 umgibt einen inneren Kreis von zwölf Durchlaufgasauslässen216 . Man kann leicht aus12 sehen, daß die äußeren Durchlaufgasauslässe um das Zentrum des in Segmente geteilten Suszeptors208 bei Intervallen von 30° oder bei 1:00, 2:00 usw. verteilt sind. Die Durchlaufgasauslässe216 des inneren Kreises sind auf der anderen Seite rotationsmäßig bezüglich des äußeren Kreises um 15° versetzt und nehmen somit Drehpositionen bei 12:30, 1:30 usw. zwischen dem äußeren Kreis von Auslässen ein. Diese erhöhte Anzahl von Durchlaufgasauslässen und die versetzte Lage der konzentrischen Kreise erhöht die Gleichförmigkeit von Durchlaufgas unter dem Wafer und verbessert deshalb seine Leistung; wie zuvor bezüglich9 beschrieben war. -
11 veranschaulicht in gestrichelter Linie eine Grenzfläche219 zwischen dem oberen Abschnitt208 und einem Bodenabschnitt218 des in Segmente aufgeteilten Suszeptors202 , wobei man den Bodenabschnitt in13 in Draufsicht sieht. Der Außenumfang des Bodenabschnittes218 ist im wesentlichen kreisförmig mit Ausnahme dreier flacher Stellen220 , die in Intervallen von 120° um den Umgang herum angeordnet sind. Der äußere Umfang des Bodenabschnittes218 paßt in eine ähnlich geformte untere Stufe222 des oberen Abschnittes208 , wie man in gestrichelter Linie in12 und im Querschnitt in14 sieht. Die flachen Stellen220 des Bodenabschnittes218 wirken mit einwärts gerichteten flachen Stellen224 zusammen, die in der unteren Stufe222 gebildet sind, um den oberen Abschnitt208 rotationsmäßig mit dem Bodenabschnitt218 auszurichten. Der Bodenabschnitt218 weist ferner eine kleine mittige Durchgangsbohrung226 auf, in die eine nach unten abgehängte Nabe oder Spindel228 des oberen Abschnittes paßt. - Die Unterseite des Bodenabschnittes
218 weist drei seichte Spinnenarmhohlräume230 ähnlich den zuvor beschriebenen auf. Die Hohlräume230 stehen mit vertikalen Gasströmungsdurchgängen232 in Verbindung, welche zu einer Vielzahl von Gasverteilungsnuten234 führen, die in der oberen Fläche des Bodensuszeptorabschnittes218 gebildet sind. Wie man in13 sieht, steht jeder Gasströmungsdurchgang232 mit divergierenden Nuten234 in Verbindung, die Umwegebahnen durchlaufen, welche sich zuerst radial nach außen, dann am Umfang neben dem Umfang des unteren Abschnittes des Suszeptors und schließlich im allgemeinen radial einwärts zur Mitte des Bodenabschnittes218 hin laufen. Auf diese Weise strömt Durchlaufgas im wesentlichen durch den ganzen Suszeptor in einem im allgemeinen axialsymmetrischen Muster, um einen gleichmäßigen Wärmeübergang von dem heißen Suszeptor zu dem Durchlaufgas und umgekehrt vorzusehen. - Beide Gasverteilungsnuten
234 schneiden eine kontinuierliche äußere, kreisförmige Zufuhrnut236 , die konzentrisch in dem Bodenabschnitt218 gebildet ist. Von der äußeren Nut236 führt eine Vielzahl von unter Winkeln angestellten Speichen238 zu einer inneren, kreisförmigen Zufuhrnut240 , die wieder konzentrisch in dem Bodenabschnitt218 gebildet ist. Obgleich die Gasverteilungsnuten234 in jede der Speichen238 direkt weiterlaufend gezeigt sind, sind auch andere Anordnungen möglich. Ferner ist gezeigt, daß die Speichen238 die innere, kreisförmige Zufuhrnut240 unter allgemein tangentialen Winkeln schneiden, sie können aber auch unter anderen, mehr direkten radialen Winkeln verbunden sein. Die Gasströmungsdurchgänge232 sind radial außerhalb von den Durchlaufgasauslässen216 angeordnet, und die Gasverteilungsnuten234 queren erwünscht eine nicht-lineare Bahn zwischen diesen, welche vorzugsweise länger ist als eine direkte Linie zwischen irgendeinem der Durchlässe232 und Auslässe218 , und am meisten bevorzugt in einem Umwegemuster, wie dieses gezeigt ist. - Die innere kreisförmige Zufuhrnut
240 liegt direkt unter dem inneren Kreis der Durchlaufgasauslässe216 , wenn der obere Abschnitt208 über dem Bodenabschnitt218 angekoppelt ist. Ebenso liegt die äußere, kreisförmige Zufuhrnut236 direkt unter dem äußeren Kreis der Durchlaufgasauslässe214 . Diese Anordnung ermöglicht einen gleichmäßigen Druck und eine Zufuhr von Durchlaufgas zu allen den Auslässen214 ,218 in der oberen Fläche des in Segmente geteilten Suszeptors108 . Der zwischen dem oberen und Bodenabschnitt208 ,218 erzeugte Druck wird von zuvor beschriebenen Ausführungsformen durch die Erhöhung der Anzahl von Durchlaufgasauslässen214 ,218 und durch die Verkleinerung der Einlaßgasströmungsdurchgänge232 etwas reduziert. Spezieller haben die Einlaß-Gasströmungsdurchgänge232 einen Durchmesser von etwa 1,524–1,778 mm (0,0606–0,070 Zoll).11 veranschaulicht die Gasströmung von den Durchgängen232 durch die Verteilungsnuten234 mit Pfeilen242 . - Ausgehend von früheren Ausführungsformen und gemäß Darstellung in
12 wird jeder der Abstandshalter206 aus einer der Gasverteilungsnuten234 über einen Spülkanal244 mit Spülgas versorgt. Diese Spülkanäle sieht man in14 im Querschnitt, und sie erstrecken sich von der entsprechenden Gasverteilungsnut234 direkt zu dem Abstandshalter206 . Auf diese Weise wird eine bei246 gezeigte kontinuierliche Zufuhr von Spülströmung zu den jeden Abstandshalter206 umgebenden Bereichen vorgesehen. Jeder der Abstandshalter206 paßt in eine Öffnung250 , die in der oberen Fläche der Ausnehmung204 gebildet ist. Ein Abstand ist zwischen dem Abstandshalter206 und seiner Öffnung250 vorgesehen, damit das Durchlaufgas durch die Auslässe214 ,216 im allgemeinen nach oben in die Reaktionskammer strömen kann, statt um jeden der Abstandshalter herum nach außen. Dies läßt die Abstandshalter206 gegen Ätz- oder Verkapselungsgase ungeschützt. Der Abstandshalter wird durch eine untere zylindrische Basis262 und einen oberen länglichen zylindrischen Stift254 mit einer gerundeten oberen Fläche gebildet. Der Stiftabschnitt254 ist im Verhältnis zu der Öffnung250 zu klein, damit eine Spülströmung246 dort hindurchströmen kann. Bei einer Ausführungsform hat der Stift254 einen Durchmesser von zwischen 1,270 und 1,397 mm (0,050 und 0,055 Zoll), während die Öffnung250 einen Durchmesser von zwischen 1,575 und 1,702 mm (0,062 und 0,067 Zoll) hat. - Die vorliegende Erfindung stellt eine Suszeptorkombination zur Verfügung mit der Fähigkeit der Auswahl unterschiedlicher oberer Abschnitte je nach der Größe des zu behandelnden Wafers. Eine solche Kombination ist besonders in der Reaktionskammer
20 mit der Stützplatte32 nützlich. Wie oben erwähnt, hat der Suszeptor vorzugsweise einen konstanten Außendurchmesser, um in den Ring62 zu passen, und eine Öffnung33 in der Stützplatte32 . Da der obere Abschnitt den Außendurchmesser des Suszeptors bestimmt, hat er notwendigerweise einen konstanten Durchmesser, während die Größe der Waferausnehmung variiert, um die unterschiedlichen Wafergrößen aufzunehmen. Die Bodenform jedes der oberen Abschnitte ist ausgestaltet, um einem einzigen unteren Abschnitt zu entsprechen, wodurch die Kosten etwas reduziert werden. Die11 –17 zeigen vier unterschiedliche Suszeptorkombinationen200 ,258 ,278 und300 für vier unterschiedliche Wafergrößen. Andere Größen von Wafern können selbstverständlich von einer solchen Kombination aufgenommen werden, wobei die maximale Größe nur von dem Außendurchmesser des Suszeptors begrenzt ist. -
15 veranschaulicht eine zweite Fassung eines oberen Abschnittes260 des Waferunterstützungssystems200 . Der Bodenabschnitt ist derselbe wie in Bezug auf die11 –14 beschrieben war. Tatsächlich ist eine Grenzfläche262 zwischen dem oberen Abschnitt260 und dem Bodenabschnitt218 dieselbe wie zuvor beschrieben, und die Gasverteilungsnuten234 in dem Bodenabschnitt befinden sich an demselben Ort. Der obere Abschnitt250 unterscheidet sich von der früher beschriebenen Version durch eine Ausnehmung264 mit verringertem Durchmesser. Die Ausnehmung264 wird durch die Kreisstufe266 bestimmt, die ihrerseits ein größeres Radialmaß für die Leiste268 erzeugt. Der obere Abschnitt260 ist geeignet ausgestaltet, um kleinere Wafer in der Ausnehmung264 zu unterstützen. Diesbezüglich ist eine Vielzahl von Abstandshaltern270 in 120° Intervallen um die Mitte des Suszeptors herum und in radialen Abständen angeordnet, die eine gute Unterstützung für Wafer von etwa 150 mm vorsehen. Um die Spülgasnuten234 mit den Abstandshaltern270 zu verbinden, sind verkürzte Spülkanäle272 vorgesehen. -
16 veranschaulicht eine dritte Version eines oberen Abschnittes280 des Waferauflagesystems200 . Wieder ist der Bodenabschnitt derselbe wie vorher, wobei die Grenzfläche282 zwischen dem oberen und Bodenabschnitt dieselbe ist. Der obere Abschnitt280 weist eine vergrößerte Leiste284 auf, die in einer kreisförmigen Stufe286 endet. Die somit gebildete Ausnehmung288 hat ein Maß für die Aufnahme von Wafern mit einem Durchmesser von etwa 125 mm. Spülkanäle288 führen zu Öffnungen, welche die eingefangenen Abstandshalter290 mit ausreichenden Radialmaßen umgeben, um die Wafer mit reduzierter Größe zu unterstützen. Es sei bemerkt, daß sich die Gasverteilungsnuten234 von der Ausnehmung266 radial nach außen erstrecken und dann weiter einwärts zu den kreisförmigen Zuführnuten laufen. - In einer vierten Version des oberen Abschnittes
302 , wie man in17 sieht, ist die Stufe304 sogar weiter einwärts bewegt, wobei die Ausnehmung306 auf ein ausreichendes Maß reduziert wird, Wafer mit 100 mm zu unterstützen. Wieder bleibt die Grenzfläche308 an demselben Ort, weil der Bodenabschnitt des Suszeptors300 dem zuvor beschriebenen identisch ist. Die äußere Leiste310 ist bei dieser Ausführungsform stark vergrößert. Drei Abstandshalter312 sind in Intervallen von 120° um die Mitte des Suszeptors herum vorgesehen, und drei zugeordnete Spülkanäle314 verbinden die Gasverteilungsnuten234 mit diesen. Es sei bemerkt, daß die radialen Positionen der Abstandshalter312 sich innerhalb des Kreises befinden, welcher durch die drei Gaseinlaßöffnungen in der Bodenfläche des Suszeptors erzeugt ist. In der Tat erstrecken sich die Gasverteilungsnuten234 von der Ausnehmung306 radial nach außen und laufen dann weiter einwärts zu den kreisförmigen Zufuhrnuten. Außerdem befindet sich der Ort der die Stützarme aufnehmenden Hohlräume gerade außerhalb der Ausnehmung306 und befindet sich somit außerhalb des Wafers, wenn dieser auf dem Suszeptor300 angeordnet ist. Die Leiste310 , welche die Ausnehmung306 umgibt, erstreckt sich von dem Wafer über mindestens den halben Waferdurchmesser radial nach außen. - Es wird nun auf die
21A –21E Bezug genommen, in denen eine andere Variante eines in Segmente geteilten Suszeptors veranschaulicht ist.21A zeigt einen oberen Abschnitt408 mit einer seichten Ausnehmung404 , die um ihren Außendurchmesser von einer Kreisstufe410 gebildet ist, die zu einer Leiste412 führt, welche die oberste Fläche des Suszeptors bildet. Ein Kreis von im Abstand angeordneten Durchlaufgasauslässen416 ist ziemlich dicht an der Kreisstufe410 angeordnet. Bei der gezeigten Anordnung sind 24 Auslässe vorgesehen. Noch dichter an der Stufe ist ein Kreis von am Umfang im Abstand angeordneten Stützstift- oder Abstandshalterlöchern450 angeordnet. Bei dieser Anordnung treten die Waferstützstifte oder Abstandshalter mit der Unterseite eines Wafers neben seinem äußeren Umfang in Eingriff. Da ein Wafer in typischer Weise eine Ausrichtflachstelle oder Kerbe an seinem äußeren Umfang hat, sind sechs Stützstifte anstelle von dreien wie bei den früheren Anordnungen vorgesehen. Selbst wenn eine Ausrichtflachstelle oder Ausrichtkerbe für einen Wafer mit einem Stützstift ausgerichtet ist, so daß von diesem besonderen Stift nur eine geringe oder keine Unterstützung zur Verfügung gestellt wird, ist somit der Wafer doch von den anderen fünf in geeigneter Weise unterstützt. - Wie man in
21B sieht, weist ein unteres Suszeptorsegment418 seichte Spinnenarmhohlräume430 ähnlich den oben beschriebenen auf. Die Hohlräume stehen mit vertikalen Gasströmungsdurchgängen432 in Verbindung, welche zu einer Vielzahl von Gasverteilungsnuten434 führen, die in der oberen Fläche des Suszeptorbodenabschnittes418 gebildet sind. Wie man in21B sieht, steht jeder Gasströmungsdurchgang432 mit Nutenabschnitten in Verbindung, die entlang Umwegebahnen laufen, die zu einer äußeren Ringnut435 an am Umfang im Abstand angeordneten Stellen führen. Ein Segment jeder Bahn erstreckt sich zuerst radial auswärts und dreht dann einwärts, um eine Art von Hufeisenform zu bilden, und erstreckt sich dann am Umfang und radial nach außen, um einen zweiten hufeisenförmigen Abschnitt vor dem Schneiden der äußeren Nut435 zu bilden. Der andere Abschnitt der Bahn erstreckt sich zuerst radial nach innen und krümmt sich dann radial nach außen und dann am Umfang vor dem Schneiden der äußeren Nut435 . - Wie man aus dem abgebrochenen Abschnitt des oberen Segmentes
408 in21 sieht und wie ferner in den21C , D, und E veranschaulicht ist, befindet sich die äußere Nut435 unter dem Kreis von Durchlaufgasauslässen416 . Durch das Anordnen der Durchlauflöcher so dicht an dem äußeren Umfang wird das Risiko der rückseitigen Abscheidung erheblich reduziert. Ferner erhöhen die Gasdurchgänge434 zusammen mit der erhöhten Anzahl von Gasauslässen216 das Volumen der Durchlaufgasströmung. Das Reduzieren der Beabstandung zwischen dem Umfang des Wafers und der umgebenden Ausnehmungswand auf etwa 2,54 mm (0,10 Zoll) minimiert ferner die Möglichkeit, daß Abscheidungsgas unter dem Wafer eintritt. - Durch Anordnen der Stützstifthohlräume
430 neben dem äußeren Umfang der Ausnehmung in dem Suszeptor tritt die obere Fläche der Waferstützstifte446 mit der unteren Fläche des äußeren Umfangs eines Wafers448 in einem äußeren Bereich in Eingriff, der als Ausschlußzone449 bezeichnet wird. Diese Zone wird normalerweise nicht ein Teil eines Halbleiterschaltkreisbausteins. Deshalb hat jede geringe kleine Markierung auf der Unterseite eines Wafers, die von einem Stützstift verursacht werden könnte, keine Folgen. -
21D zeigt eine Situation, in welcher der Wafer mit einer Ausrichtkerbe451 gebildet ist. Selbst bei dieser Anordnung tritt ein Stift mit dem Wafer in Eingriff, falls die Kerbe zufällig mit dem Wafer ausgerichtet ist, solange der Wafer zentriert ist und der Spalt zwischen der Waferkante und der umgebenden Ausnehmung klein ist. Bei einem ausreichend kleinen Spalt tritt der Stift tatsächlich selbst dann mit dem Wafer in Eingriff, wenn er nicht auf dem Suszeptor zentriert ist. -
21E veranschaulicht die Situation, bei welcher eine Waferflachstelle453 mit einem Stützstift446 ausgerichtet ist bzw. sich in Flucht befindet. Wie man sieht, steht der Abstandshalterstift mit dem Wafer nicht eigentlich in Eingriff, dies hat aber keine Folge, weil der Wafer von den anderen fünf Abstandshaltern unterstützt wird. - Die
22A und22B zeigen eine andere Anordnung eines in Segmente geteilten Suszeptors, wobei ein unterer Suszeptorabschnitt518 mit einer Kreisnut537 gezeigt ist, welche drei Strömungsdurchgänge532 des Spinnenarmes schneidet. Eine seichte Ringausnehmung539 erstreckt sich von der Nut537 nach außen zu einer Kreiskante541 dicht am Umfang518A des unteren Abschnittes. Spezieller ist die Kante541 gerade radial über einen Kreis von am Umfang im Abstand angeordneten Durchlaufgasauslässen516 neben dem Umfang eines oberen Suszeptorsegmentes512 angeordnet, von dem ein abgebrochener Teil in22A gezeigt ist. Sechs Stützstifte546 sind auch in22A in geeigneter Weise gezeigt. Der Kreis von Auslässen516 , der bei der Anordnung der22A und B gezeigt ist, ist im wesentlichen derselbe wie der in21A mit der Ausnahme, daß drei mal so viele Auslässe gezeigt sind. Deshalb werden bei dieser Anordnung72 Auslässe für einen Suszeptor verwendet, der geeignet ist, einen 200 mm Wafer548 aufzunehmen. Die genaue Zahl von Auslässen kann selbstverständlich verändert werden, es ist aber vorteilhaft, so viele Durchlaufgasauslässe zu haben und die seichte, aber mit großer Fläche versehene, ringförmige Ausnehmung539 für das Zuführen von Durchlaufgas zu diesen Auslässen vorzusehen, wie durch die Pfeile in22A gezeigt ist. Der erhöhte Gasfluß reduziert das Risiko erheblich, daß Abscheidungsgas die Rückseite des Wafers erreicht. - Die
23A , B und C zeigen eine Anordnung, die ähnlich jeder der zuvor beschriebenen Anordnungen sein kann mit der Ausnahme, daß sie einen Abstandshalter in der Form eines Ringes statt einer Vielzahl von Stiften verwendet. Spezieller ist ein dünner, im allgemeinen flacher Abstandshalterring615 gezeigt, der in einer seichten Ausnehmung604 in dem oberen Abschnitt608 eines in Segmente aufgeteilten Suszeptors602 angeordnet ist. Der äußere Umfang des Ringes615 ist gerade innerhalb der Kante der Ausnehmung angeordnet, wie sie von einer kreisförmigen Stufe610 gebildet ist, die zu einer Leiste612 führt, welche die obere Fläche des Suszeptors bildet. Der Ring615 erstreckt sich einwärts etwa zu der Stelle, die von den Stützstiften bei der Anordnung der21 und22 eingenommen wird. Wie man aus23B sieht, ist die obere Fläche615a des Ringes615 nicht ganz horizontal. Statt dessen ist sie nach unten in einer radialen Einwärtsrichtung abgeschrägt oder unter einem Winkel angestellt. Somit ist der radial äußere Abschnitt vertikal der dickste. Die vertikale Dicke des Ringes in dem Bereich, mit welchem der Wafer in Eingriff steht, ist gleich der Höhe des Abschnittes der Stützstifte, die über die Ausnehmung in dem oberen Abschnitt des Suszeptors bei der oben beschriebenen Anordnung hinausragen. Der Wafer ist wirksam thermisch von dem Suszeptor entkuppelt und in geeigneter Weise bezüglich der oberen Fläche der äußeren Leiste des Suszeptors angeordnet. Nur der äußere Umfang der unteren Fläche des Wafers648 steht mit dem Ring615 in Eingriff, und der Ring verhindert oder minimiert irgendwelche Markierungen auf der Rückseite eines Wafers. Außerdem gäbe es irgendeinen unbedeutenden Effekt innerhalb der Waferausschlußzone und wäre auf das Kanten- bzw. Randprofil des Wafers beschränkt. - Eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Durchgängen oder Nuten
617b sind in der oberen Fläche des Abstandshalterringes615 gebildet. Zweiunddreißig Durchgänge sind in einem Suszeptor für die Aufnahme von 200 mm-Wafern gezeigt. Wie man aus23A sieht, sind diese Durchgänge am Umfang im Abstand angeordnet und sorgen für Auslässe für das Durchlaufgas, wie in23B durch die Pfeile gezeigt ist. Der Ringkörper zwischen diesen Durchgängen und um diese herum blockiert die Strömung von Abscheidegas in die Rückseite des Wafers. -
23C veranschaulicht eine halbkreisförmige Querschnittsgestalt des Durchganges615b , es können selbstverständlich aber auch andere Konfigurationen verwendet werden. Die Querschnittsfläche und die Anzahl von Durchgängen werden ausgewählt, um die gewünschte Strömung vorzusehen im Einklang mit Gas, welches durch Durchgänge632 in einem unteren Suszeptorabschnitt618 vorgesehen wird, siehe23B . Die Durchgänge632 sind in23A zur Vereinfachung gezeigt, obwohl keine anderen Einzelheiten eines unteren Suszeptorabschnittes gezeigt sind. Wie oben erwähnt, können beliebige, oben beschriebene Durchlaufgasanordnungen bei dem Ringkonzept der23A –C verwendet werden. Tatsächlich kann der Stützring mit oberen Suszeptorsegmenten verwendet werden, die ausgestaltet sind, um Stützstifte aufzunehmen, sofern die Stiftlöcher nicht bei der Benutzung des Ringes stören und keine erhebliche Wirkung auf das Durchlaufgassystem haben. Ein Benutzer kann also jede Lösung verwenden. - Der Ring kann in zweckmäßiger Weise aus demselben Material hergestellt sein wie die Stützstifte oder der Suszeptor.
- Beim Prüfen des oben beschriebenen Waferstützsystems hat man gelernt, daß gewisse Aspekte des Reaktorsystems beim Erhalt zufriedenstellender Ergebnisse besonders wichtig sind.
18 veranschaulicht eine rechteckige Kammer mit einer flachen oberen Wand324 und einer flachen unteren Wand325 in einem Einlaßabschnitt sowie eine flache untere Wand326 , die von der Wand325 durch eine flache vertikale Wand327 heruntergestuft ist. Die horizontalen Wände324 ,325 und326 sind durch flache vertikale Seitenwände328 und330 verbunden, um eine Kammer mit einem seichten, rechteckigen Einlaßabschnitt und einem tieferen rechteckigen Abschnitt neben diesem zu erzeugen, in welchem ein Suszeptor382 und ein Temperaturkompensationsring362 angeordnet sind. - Es ist bevorzugt, daß der den Suszeptor umgebende Ring
362 eine im allgemeinen rechteckige äußere Gestalt hat, wie in19 gezeigt ist. Weiterhin ist es auch wünschenswert, daß die Reihen351 und352 von Strahlungsheizlampen über und unter den oberen und unteren Wänden324 und326 der Quarzkammer in18 eine äußere Form bestimmen, die im wesentlichen rechteckig ist und zu jener des Ringes paßt, so daß das geplante Strahlungswärmemuster oder die Säule in ähnlicher Weise allgemein mit dem Ring fluchtet. D.h. die Wärme wird in erster Linie zu dem Ring und der Suszeptorfläche geführt, statt daß sie zu den Quarzwänden neben dem Ring geführt wird. Diese Heizanordnung ist hochwirksam und fördert eine gleichmäßige Temperatur und Abscheidung über den Ring und den Suszeptor. Im übrigen nimmt man an, daß die Spotlampen353 unter dem Mittelabschnitt des Suszeptors Teil der unteren Lampenreihe352 sind. - Der Ring wird auf einem geeigneten Quarzständer
356 gehaltert, welcher auf dem Boden der Kammer ruht. Andere Stützanordnungen können verwendet werden, wie zum Beispiel die Verwendung von Leisten oder Fingern, die sich von dem benachbarten Quarzaufbau erstrecken. Diese Konfiguration des Ringes und der Strahlungslampen arbeiten, so fand man, insbesondere gut in einer Kammer mit einem im allgemeinen rechteckigen Querschnitt, die von den flachen oberen und unteren Wänden324 und326 und den vertikalen Seitenwänden328 und330 gebildet ist. - Die Kombination der rechteckigen Kammer und des rechteckigen Ringes vereinfacht die Prozeßgasströmung über den Wafer. Mit dem rechteckigen Ring wird das Prozeßgas, welches durch einen Injektor eingeführt ist, wie zum Beispiel bei
46 in1 , im allgemeinen gleichmäßig über die Breite der Kammer derart entleert, daß das Geschwindigkeitsprofil des Prozeßgases über die Kammer im wesentlichen gleichmäßig sein kann, wie in19 schematisch durch die Pfeile331 gezeigt ist. Folglich ist ein Minimum an Trägergas bei dem rechteckigen Ring und dem rechteckigen Kammerquerschnitt erforderlich, weil man nicht die Strömung im Zentrum erhöhen muß. Der reduzierte Trägergasfluß bedeutet eine geringere Kühlwirkung auf den Wafer. Dies ist wichtig für einen Wafer, der im Abstand von dem Suszeptor angeordnet ist, da der im Abstand angeordnete Wafer mehr auf die Kühlgasströmung anspricht als ein Wafer, der direkt auf dem Suszeptor gehaltert ist. Das Volumen an Wasserstoffgas wurde um etwa 75% bei einem Prototypsystem reduziert. Anders ausgedrückt, wurde das Verhältnis des Trägergases zum Abscheidegas von einem Minimum von etwa 15 bis 1 auf ein Minimum von etwa 5 bis 1 verringert. - Man fand, daß der im wesentlichen thermisch vom Suszeptor entkoppelte Wafer auf die Ungleichmäßigkeit der Wärmeleistung der Lampenreihen recht empfindlich ist oder auf diese anspricht. Zum Beispiel beeinflussen der Abstand zwischen den Lampen und der Abstand der Lampenreihe von dem Wafer und dem Suszeptor
382 die Gleichmäßigkeit des auf dem Wafer erhaltenen Wär memusters. Bei dem vom Suszeptor382 im Abstand gehaltenen Wafer fand man es somit wünschenswert, den Abstand zwischen dem Wafer und der oberen Lampenreihe351 gegenüber dem zu erhöhen, den man bei einem Wafer benutzt hat, der direkt auf dem Suszeptor angeordnet ist. Ebenso fand man es für wünschenswert, den Abstand vom Suszeptor zu der unteren Lampenreihe352 zu erhöhen. Man fand es aber für wünschenswert, den Raum zwischen dem Wafer und der oberen Lampenreihe351 mehr zu erhöhen als den Raum zwischen der unteren Lampenreihe352 und dem Suszeptor. - Allen den verschiedenen, beschriebenen Anordnungen gemeinsam wird der Wafer in einem weitgehend von dem Suszeptor thermisch entkoppelten Reaktor gestützt. D.h. der Wafer wird auf Abstandshaltern oder Stiften abgelegt, welche den Wafer um einen wesentlichen Abstand über dem Suszeptor halten. Die Stifte haben minimalen Kontakt mit dem Wafer. Das Durchlaufgas wird mittels des neuen Suszeptoraufbaus so vorgewärmt, daß es eine unwesentliche Wirkung auf die Temperatur des Wafers hat, aber dennoch in wirksamer Weise die Prozeßgase daran hindert, sich auf der Rückseite des Wafers abzuscheiden. Da der Wafer von dem Suszeptor im wesentlichen entkuppelt ist, kann sich der Wafer schneller erwärmen im Vergleich zu einem System, bei welchem der Wafer mit dem Suszeptor in Kontakt ist.
- Die Lampenreihen
351 und352 werden durch ein geeignetes elektronisches Steuergerät gesteuert, welches in18 schematisch bei390 gezeigt ist. Das Steuergerät schließt eine Übertragungskomponente ein, welche Signale von den Temperatursensoren in dem den Suszeptor umgebenden Ring und von dem Sensor aufnimmt, der in der Mitte der unteren Seite des Suszeptors angeordnet ist. Diese Temperatursignale werden zu einer Erwärmungssteuerschaltung übertragen. Außerdem wird eine Temperatursteuerinformation, wie zum Beispiel verschiedene für eine besondere Abscheidung erwünschte Temperatureinstellungen in die Wärmesteuerschaltung eingegeben. Diese Information wird dann von der Steuerschaltung verarbeitet, welche Steuersignale erzeugt, die die Leistung zu den Heizanordnungen steuern. Weitere Einzelheiten eines solchen Systems sind in der US-Patentschrift 4,836,138 beschrieben, die hier unter Bezugnahme ausdrücklich aufgenommen ist. - In diesem früheren System werden einige Lampen von der oberen und unteren Lampenreihe zusammen wie eine Zone gesteuert, die als Einheit eingestellt wird. D.h. das Leistungsverhältnis wurde so festgelegt, daß wenn die Leistung zu einer Lampe in der oberen Reihe erhöht wurde, eine entsprechende Leistungserhöhung zu einer Lampe jener besonderen Zone ebenso in der unteren Reihe vorgesehen wurde. Das Verhältnis wird in vorteilhafter Weise dadurch festgelegt, daß man das Temperatursteuersignal für eine gegebene Lampenreihe durch ein voreingestelltes Verhältnis-Potentiometer anlegt, welches das Steuersignal modifiziert, bevor es an der Lampenreihe angelegt wird. Die Steuersignale der anderen Lampenreihen werden in vorteilhafter Weise unter Verwendung einer ähnlichen Schaltung für die Verhältnissteuerung modifiziert, dort durch Schaffung eines voreingestellten Leistungsverhältnisses zwischen den Lampenreihen innerhalb einer Zone. Auf diese Weise können die verschiedenen Zonen unabhängig eingestellt werden. Eine in der Patentschrift 4,838,138 beschriebene Veränderung des Systems erfolgte infolge des Aufbaus des Wafers auf Abstandshaltern. Eine analoge Verhältnissteuerung wurde der Schaltung zugeführt, um es dem Leistungsverhältnis der Lampenreihe zwischen den oberen und unteren Lampen einer speziellen Heizzone zu ermöglichen, während des Prozesses an verschiedenen Stellen eingestellt zu werden, und zwar als Folge der thermischen Entkupplung des Wafers von dem Suszeptor. In vorteilhafter Weise wird dies in dem aktuellen System dadurch erreicht, daß man ein dynamisch steuerbares Verhältnis-Potentiometer in Reihe mit dem voreingestellten Verhältnis-Potentiometer für die Lampen in der oberen Reihe in einer Zone hinzufügt. Somit kann das Steuersignal für die obere Lampenreihe in der Zone unter Verwendung des dynamisch steuerbaren Potentiometers verändert werden. Weil die gesamte auf die Lampen in dieser Zone aufgebrachte Leistung etwa dieselbe bleibt, wenn die Leistung zu den oberen Lampenreihen in der Zone geändert wird, wird die Leistung zu den entsprechenden Lampen
352 in der unteren Reihe in der entgegengesetzten Richtung geändert. Somit wird das Leistungsverhältnis zwischen den zwei geändert. Dadurch ist es möglich, die Temperatur des Suszeptors und des Wafers eng zusammenzuhalten, obgleich sie körperlich im Abstand angeordnet sind. - Bezieht man sich spezieller auf das in der US-Patentschrift 4,836,138 beschriebene Heizsystem, dann bilden die Lampen
48B und48C der6 einen mittleren Heizabschnitt einer oberen Lampenreihe, und die Lampen78B und78C bilden einen mittleren Abschnitt einer unteren Reihe. Das Leistungsverhältnis zwischen den oberen und unteren Reihen wurde unter Verwendung der analogen Verhältnissteuerung dadurch geändert, daß die Leistung, welche auf die oberen Reihen Lampen48B und48C aufgebracht ist, geändert wurde, während die gesamte auf die Lampen78B ,78C ,48B und48C angelegte Leistung etwa dieselbe bleibt. Dies führt zu einer Leistungsveränderung zu der unteren Reihe in der entgegengesetzten Richtung. - Ein Beispiel der Verwendung der analogen Verhältnissteuerung ist in der Kurve der
20 dargestellt. Die durchgezogene Linie zeigt eine Zeit-Temperatur Rezeptur für die Behandlung eines Halbleiterwafers. Die ausgezogene Linie veranschaulicht einen Wafer, der in einen Reaktor eingeladen ist, bei dem die Lampen eingestellt sind, um eine Starttemperatur von 900°C vorzusehen. Die Temperatur wird etwa 30 Sekunden lang auf diesem Niveau gehalten. Zusätzliche Wärme wird dann angelegt, indem die Temperatur linear hochgefahren wird bis etwa 1150°C in etwa 70 Sekunden. Der Wafer wird dann etwa 1 Minute lang einem Brenn- oder Ätzschritt unterworfen. Dann erlaubt man eine Abnahme der Temperatur auf eine Abscheidetemperatur von etwa 1050°C, wobei die Kühlung in etwa 30 Sekunden erfolgt. Etwa 70 Sekunden lang wird die Temperatur bei 1050°C in einer Vorabscheidephase gehalten, gefolgt von etwa 70 Sekunden, während denen die Abscheidung auf dem Wafer erfolgt. Dann erlaubt man dem Wafer, sich in einer ähnlichen Zeitspanne auf etwa 900°C abzukühlen. Der Zyklus ist dann vollendet, und der Wafer wird auf dem Niveau von 900°C herausgenommen. - Wie oben erläutert, hielt man das Wärmeverhältnis zwischen einer oberen Lampenreihe und einer unteren Lampenreihe auf einem vorbestimmten Verhältnis, wenn der in Behandlung befindliche Wafer direkt auf dem Suszeptor gehaltert wird. Dieses Verfahren ist zufriedenstellend, wenn der Wafer auf dem Suszeptor angeordnet ist, sofern die Temperatur zwischen dem Suszeptor und dem Wafer über den Zyklus hinweg weitgehend dieselbe ist. Wenn jedoch der Wafer über dem Suszeptor im Abstand gehalten ist, ist es wünschenswert, die Verhältnisse zwischen den oberen und unteren Heizreihen in dem Mittelabschnitt des Wafers während des Zyklus zu verändern. Die gestrichelte Linie in
20 zeigt ein Beispiel der analogen Verhältnissteuerung. Die prozentuale Veränderung des Verhältnisses ist auf der rechten Skala der Kurve der20 gezeigt. Zu Beginn des Zyklus ist das Verhältnis auf einer null Prozentvariante gezeigt mit der Bedeutung, daß die Lampen sich in einem sogenannten Beharrungszustand (stationär) befinden oder auf der Position eines festen Verhältnisses. Dies bedeutet nicht, daß die Leistung zwischen den oberen und unteren Reihen notwendigerweise dieselbe ist. Bei einem Beispiel eines Betriebssystems haben die oberen Lampen etwa 48% der Leistung und die unteren Lampen etwa 52% aufgenommen. Bei einem in direktem Kontakt mit einem Suszeptor gehalterten Wafer würde das Leistungsverhältnis einfach auf der Nullinie oder stationären Linie bleiben. Das ist jedoch nicht bei einem Wafer zufriedenstellend, der von dem Suszeptor im Abstand angeordnet ist. - Es ist wünschenswert, während des Heizzyklus die Temperatur zwischen dem Wafer und dem Suszeptor näherungsweise gleich zu halten. Da der Wafer im Abstand über dem Suszeptor angeordnet ist und weniger Masse hat als der Suszeptor, heizt er sich schneller auf als der Suszeptor. Somit ist während der Phase des Zyklus, in welcher die Temperatur von 900°C auf 1150°C hochgefahren wird, der Prozentsatz an von dem Wafer erforderlichen Wärme reduziert. Somit zeigt die gestrichelte Linie der Kurve, daß der Prozentsatz an auf die oberen Lampen aufgebrachter Leistung auf ein Verhältnis von etwa 20% unter dem stationären Zustand oder dem mit null Änderung verringert ist. Wie oben erwähnt, ist die gesamte an die Lampen angelegte Leistung etwa dieselbe, wie sie wäre, wenn das Verhältnis nicht geändert wäre, und folglich führt dies zu einer Erhöhung des Prozentsatzes der Leistung, die auf die unteren Lampen aufgebracht wird. Bei diesem geänderten Verhältnis bleibt die Temperatur des Wafers und des Suszeptors im wesentlichen dieselbe, wenn die Temperatur auf ein Niveau von 1150°C hochgefahren wird. Während die Temperatur für die Brenn- oder Ätzphase auf diesem Niveau gehalten wird, wird die veränderliche Verhältnissteuerung auf das Nullverhältnis oder stationäre Verhältnis zurückgefahren, wie in der Kurve gezeigt ist.
- Wenn es dann erwünscht ist, den Wafer von 1150° auf 1050°C zu kühlen, wird die Leistung reduziert; aber eine gewisse Leistung dauert fort, um die Kühlung zu steuern. Da der von dem Suszeptor im Abstand angeordnete Wafer schneller abkühlt als der Suszeptor, wird das Verhältnis zwischen den oberen und unteren Lampen dadurch verändert, daß die Leistung zu den oberen Lampen um einen kleineren Prozentsatz reduziert wird als zu den unteren Lampen, um den Wafer auf der Suszeptortemperatur zu halten. Wie an der gestrichelten Linie gezeigt ist, wird der Leistungsprozentsatz zu der oberen Lampe erhöht, so daß das Verhältnis um etwa 20% zu den oberen Lampen erhöht wird. Während der Wafer auf diesem Niveau von 1050°C gehalten wird, wird das Leistungsverhältnis auf den stationären Zustand zurückgeführt, so daß zu der Zeit, wenn die Vorabscheidungsphase vorüber ist und die Abscheidungsphase beginnt, das Leistungsverhältnis auf dem sogenannten stationären Zustand ist. Nach der Abscheidung ist es erwünscht, dem Wafer zu erlauben, sich auf das 800°C Niveau abzukühlen; und folglich wird wieder das Verhältnis dadurch geändert, daß man den Prozentsatz der Leistung zu den oberen Lampen um etwa 20% erhöht. Wenn das Niveau von 800°C erreicht ist, wird der Leistungsprozentsatz bezüglich der oberen Lampe verkleinert, wobei dem Verhältnis die Möglichkeit gegeben wird, in seinen stationären Zustand zurückzukehren. Man sollte berücksichtigen, daß die aufgebrachte Gesamtleistung etwa dieselbe ist, und es nur das Leistungsverhältnis zwischen den oberen und unteren Reihen ist, welches geändert wird. Die aktuellen Prozentsatzveränderungen müssen selbstverständlich für die in Behandlung befindlichen besonderen Wafer und die besonderen Temperaturen und beteiligten Prozesse bestimmt werden. Das Merkmal mit der analogen Verhältnissteuerung verwendet Multiplier-Schaltungen, um das Leistungssignal zu den oberen Lampen um den geeigneten Bruchteil zum Erhalt des gewünschten Ergebnisses zu modifizieren.
- Die
24 und25 veranschaulichen eine Anordnung ähnlich jener in den23A , B und C, sie weist aber einen Abstandshalterring715 auf, der eine gegenüber dem Abstandshalterring615 unterschiedliche Konfiguration hat. Statt daß der Ring715 ein flacher Ring ist mit einer Vielzahl von am Umfang im Abstand angeordneten Nuten615b in seiner oberen Fläche, weist der Ring715 einen mittigen Hauptkörperabschnitt715b auf, der einen im Allgemeinen flachen, rechteckigen Querschnitt hat, wie man am besten in25B sieht. Eine Vielzahl von Böden, Lippen oder Vorsprüngen715a , erstreckt sich von dem Hauptkörperabschnitt715b nach oben, um Abstandshalter für das Substrat zu bilden. Bei der in24 gezeigten Anordnung sind sechs solcher Böden vorgesehen, die unter einem Winkel α von etwa 60° am Umfang im Abstand angeordnet sind. Wie man aus25A sieht, erstrecken sich die Böden über die vollständige radiale Dicke des Ringes, aber die obere Fläche des Bodens25b ist von einem radial äußeren Rand zu einem unteren, radial inneren Rand des Ringes etwas geneigt. Diese Anordnung macht die Berührung zwischen dem Substrat648 minimal auf eine sehr kleine Kontaktlinie an den sechs Bodenstellen. Wie man ferner aus25 sehen kann, ist die Umfangsbreite des Bodens sehr klein, beträgt vorzugsweise nur etwa 0,762 mm (0,030 Zoll). Die Neigung der oberen Fläche des Bodens beträgt nur etwa 2° gegenüber der Horizontalen. Vorsprünge oder Überhänge mit anderen Konfigurationen können anstelle der Böden verwendet werden. - Der Ring
715 ist ferner mit einer Vielzahl von Füßen715c versehen, die in Intervallen am Umfang im Abstand von dem Hauptkörperabschnitt715b abhängen. Spezieller kann man aus24 sehen, daß ein paar solcher Schenkel einen Boden715a überspannen und von dem Boden unter einem Umfangswinkel β von etwa 10° im Abstand angeordnet sind. Hierdurch wird eine Gesamtheit von 12 Füßen erzeugt, zwei neben jeder Seite jedes Bodens715a . Wie man aus den25A ,25B und25C sieht, erstrecken sich die Füße über die volle Breite des Hauptringkörpers715a mit der Ausnahme, daß die äußeren unteren Ecken der Füße715c abgeschreckt sind. - Abstandshalter, welche einen Wafer über einem Suszeptor haltern, haben einen geringeren Widerstand gegenüber dem Wärmetransport als das Gas zwischen dem Wafer und dem Suszeptor. Deshalb können unerwünschte Wärmegradienten innerhalb des Wafers nahe der Kontaktfläche erzeugt werden. Dies ist am bedeutendsten bei größeren Wärmegradienten, die während eines schnellen Hochfahrens der Wärme des Systems auftreten können. Ein Vorteil, einen Boden
715a am Umfang im Abstand von einem Fuß715c zu haben, besteht darin, daß der Wärmepfad zwischen dem Suszeptor und dem Wafer viel länger ist als bei einem Abstandshalter, der sich direkt zwischen den zwei Bestandteilen erstreckt. Oder anders ausgedrückt, ist der Wärmepfad von dem Boden eines Fußes zu der Oberseite eines benachbarten Bodens viel größer als die Höhe des Ringes einschließlich Fuß und Boden. Hierdurch wird ein schnelles Erwärmen eines Systems ermöglicht, welches selbstverständlich die Produktivität verbessert. - Bei der in den
24 und25 veranschaulichten Anordnung kann der Rest des Suszeptors unter Verwendung irgendeiner der Suszeptorkonfigurationen der2 bis17 mit oder ohne Abstandsstifte gebildet sein. Das heißt, wenn der Abstandshalterring mit einer Höhe gleich der der Abstandsstifte versehen ist, brauchen die Abstandsstifte nicht verwendet zu werden. Alternativ kann die Gesamthöhe des Blockers oder Abstandsringes etwas kleiner sein als die der Abstandsstifte, so daß das Substrat von den Abstandsstiften gehaltert wird. - Verschiedene Maße des Abstandsringes
715 können verwendet werden. Zum Beispiel beträgt die Höhe A des Bodens715a bei einer Prototypversion für einen 203,2-(8 Zoll) Wafer etwa 0,559 mm (0,022 Zoll), wobei der Mittelkörperabschnitt etwa 0,889 mm (0,035 Zoll) beträgt und die Füße für eine Gesamtheit von etwa 1,956 mm (0,077 Zoll) etwa 0,508 mm (0,020 Zoll) betragen. Die Dicke B des Mittelkörperabschnittes715b kann erhöht werden, um die Fläche der Durchgänge zwischen den Böden und zwischen den Füßen zu verkleinern. Bei einer anderen Konfiguration beträgt der Hauptkörperabschnitt715b etwa 1,143 mm (0,045 Zoll), wobei der Vorsprung715a etwa 0,432 mm (0,017 Zoll) beträgt und der Fuß etwa 0,381 mm (0,015 Zoll) beträgt. Es sei bemerkt, daß, weil der Durchmesser des Substrats etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Ringes, die Höhe des Bodens715a in dem Bereich, der von dem Umfang des Substrats berührt ist, etwa dieselbe wie die Höhe des Fußes ist. Bei einer anderen Konfiguration beträgt der Mittelkörperabschnitt715b etwa 1,397 mm (0,055 Zoll), wobei der obere und untere Abschnitt jeweils etwa 0,254 mm (0,010 Zoll) beträgt. Bei noch einer vierten Konfiguration beträgt der Mittelkörperabschnitt etwa 1,651 mm (0,065 Zoll), wobei die oberen und unteren Vorsprünge nur etwa 0,127 mm (0,005 Zoll) betragen. Somit kann man sehen, daß durch Verändern der Maße des Ringes die Querschnittsfläche der Durchgänge zwischen dem Ring und dem Substrat und dem Ring und dem Suszeptor entsprechend variiert wird. - Die
26 und27 zeigen eine andere Konfiguration eines Abstandshalters oder Blockerringes815 . Wie man aus den26 ,27 ,27A und27B sieht, weist der Ring einen Hauptkörperabschnitt815b mit einem im allgemeinen rechteckigen Querschnitt auf und schließt eine sich nach oben erstreckende, kontinuierliche Ringrippe815a ein, die etwa auf halbem Weg zwischen dem inneren und äußeren Durchmesser des Ringes angeordnet ist. Der Ring ist ferner mit einer Vielzahl von im Umfang im Abstand angeordneten Füßen815c versehen, die von dem Hauptkörperabschnitt815b abhängen. Diese Füße sind annähernd dieselben wie die Füße715c , die in25 veranschaulicht sind. D.h., bei der dargestellten Anordnung ist ein Paar von Füßen815c voneinander unter einem Winkel Θ von etwa 20° im Abstand angeordnet. Ferner gibt es sechs Paare sol cher Füße, die am Umfang etwa um 60° im Abstand angeordnet sind, wodurch eine Gesamtheit von 12 Füßen erzeugt wird. - Der Ring
815 wird vorzugsweise als Blockerring verwendet, bei welchem die Gesamthöhe des Ringes kleiner ist als die der Stützstifte oder Abstandshalter, die oben diskutiert wurden, so daß das Substrat auf den Abstandsstiften unterstützt wird, statt auf dem Blockerring. In diesem Sinne dient der Ring815 nur dazu, die Einwärtsströmung des Abscheidegases zu blockieren und ferner die Tätigkeit des Durchlauf- oder Spülgases dadurch zu verbessern, daß ein dünner Ringdurchgang oder Schlitz von nur etwa 0,254 mm (0,010 Zoll) zwischen dem oberen Rand der Rippe815a vorgesehen wird. Umfangsmäßig im Abstand angeordnete, vertikal kurze Durchgänge zwischen den Füßen815c sind auch vorgesehen. Bei einer bevorzugten Anordnung beträgt die Höhe A1 der Rippe815a etwa 0,635 mm (0,025 Zoll), die Hauptkörperhöhe B1 beträgt etwa 0,762 mm (0,030 Zoll), und die Höhe C1 des Fußes beträgt etwa 0,254 mm (0,010 Zoll) für eine Gesamtheit von etwa 1,651 mm (0,065 Zoll). Bei der Benutzung mit Abstandsstiften, welche einen Spalt von 1,905 mm (0,075 Zoll) erzeugen, wurde hierdurch der 0,254 mm-(0,010 Zoll) Durchgang zwischen der Rippe und dem Substrat erzeugt. - Das Radialmaß oder die Breite der ringförmigen Rippe
815a beträgt vorzugsweise etwa 0,635 mm (0,025 Zoll); und wie man in27B sieht, hat sie einen im allgemeinen flachen Mittelabschnitt mit gerundeten Schultern. - Um ferner den Spalt zwischen dem Substrat und dem Suszeptor zu blockieren, können die Blockerringfüße
815c eliminiert werden, wobei ein in27C gezeigter Querschnitt erzeugt wird, wobei der Hauptkörperabschnitt etwa 1,016 mm (0,040 Zoll) beträgt. -
28 zeigt einen Blockerring915 mit einem Querschnitt ähnlich dem Ring815 , mit der Ausnahme, daß eine Ringrippe915a neben dem inneren Durchmesser des Ringes angeordnet ist, so daß der Ringquerschnitt in etwa eine L-Form erhält, wobei das Radialmaß des Ringes den langen Schenkel der L-Form darstellt und die sich nach oben erstreckende Rippe den kürzeren Schenkel darstellt. - Ein Vorteil der in den
26 ,27 und28 veranschaulichten Anordnung besteht darin, daß bei der Beabstandung der Rippen815a und915a von dem Substrat der Ring im wesentlichen von dem Suszeptor thermisch entkuppelt ist, so daß es in dem Bereich des Suszeptors über dem Ring keine merklichen Temperaturdiskontinuitäten gibt, welche einen Fehler erzeugen könnten. Da gleichzeitig ein wesentlicher Abschnitt des Spaltes von dem Ring blockiert wird, ist auch Abscheidegas gegen ein Eintreten in den Bereich unter dem Substrat blockiert. Damit hängt die Tatsache zusammen, daß die Geschwindigkeit des Durchlaufgases erhöht wird, wenn es den Ring passiert, wodurch ferner die Strömung von Abscheidegas unter das Substrat gehemmt wird. Die Eingangsgasströmung in den Spalt aus den Durchgängen durch die Stützspinne kann gesteuert werden, um die gewünschte Strömung zu erzeugen, und in dem Spalt zwischen dem Suszeptor und dem Substrat wird ein Druck gehalten, der größer ist als der Druck über dem Substrat. Diese Druckdifferenz hält selbstverständlich die Strömung des Spülgases oder Durchlaufgases und verhindert die Strömung von Abscheidegas auf die Rückseite des Substrats. Die Verwendung eines Blockerringes, der zum Beispiel in den23 –28 gezeigt ist, sorgt für einen guten Rückseitenschutz für den Läufer mit kleinerer Gasströmung als ohne den Ring. Eine Gasströmung mit verschiedenen niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten stellte gute Ergebnisse zur Verfügung. - Während nach der Beschreibung einige der Abstandsringe Füße oder Schenkel haben, die von einem Hauptkörperabschnitt nach unten vorspringen, könnte der Suszeptor in diesen Bereichen mit Lippen oder Erhebungen versehen sein, um Durchgänge mit dem Ring, der flach ist oder Füße hat, zu erzeugen. Zwar ist es am praktischsten, einen Abstandsring oder Abstandsschenkel separat von dem Suszeptor gebildet zu haben, es könnten in ähnlicher Weise aber ähnliche Aufbauten einstückig mit dem Suszeptor gebildet sein.
- Zwar sind die vollständig ringförmigen Blocker, die oben diskutiert wurden, die derzeit bevorzugte Gestalt, aber auch ein Blocker, der sich nicht zu einer geschlossenen 360°-Form erstreckt, würde benutzt. In ähnlicher Weise könnte ein Ring aus zwei oder mehr separaten Stücken hergestellt sein, die im wesentlichen einen Ring bilden könnten, was nützlich wäre. Zusätzlich könnte auch ein nicht vollständig kreisförmiger Blocker benutzt werden. Andere derartige Veränderungen sind auch eingeschlossen und liegen im Rahmen der anliegenden Ansprüche.
- Obwohl diese Erfindung anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, liegen auch andere Ausführungen im Rahmen dieser Erfindung. Obwohl zum Beispiel einige der dargestellten Ausführungsbeispiele für spezielle Wafergrößen beschrieben werden, können dieselben Merkmale auch passend zu größeren Wafern benutzt werden. Tatsächlich versucht man derzeit, Wafer von 300 mm oder größer, herkömmliche 200 mm-Wafer oder Wafer mit kleinerer Größe zu ergänzen. Bei größeren Wafern kann es wünschenswert sein, zusätzliche Abstandshalter in einem Ring zu verwenden, die radial einwärts von den drei in
18 gezeigten Abstandshaltern100 im Abstand angeordnet und am Umfang versetzt sind, um zwischen den Abstandshaltern der18 zu sein.
Claims (8)
- Verfahren zum Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Temperatur an einem Halbleiterwafer (
44 ) während einer Hochtemperaturbearbeitung des Wafers mit: Positionieren des Wafers auf einem oder mehreren Abstandshaltern (100 ), die sich von einem Suszeptor (42 ) nach oben erstrecken, so daß der Wafer von dem Suszeptor im wesentlichen thermisch entkoppelt ist; Erwärmen des Wafers und Suszeptors mit einer oberen Wärmequelle (351 ), die über dem Wafer im Abstand angeordnet ist, und einer unteren Wärmequelle (352 ), die unter dem Suszeptor im Abstand angeordnet ist; Aufrechterhalten eines relativ konstanten Anteiles an Wärme, der von der oberen und unteren Wärmequelle zur Verfügung gestellt wird, wenn der Wafer und der Suszeptor sich beide auf einer gewünschten Temperatur befinden; und bei schneller Veränderung der Temperatur des Wafers und des Suszeptors Verändern des Anteils, um den Wafer und den Suszeptor auf im wesentlichen derselben Temperatur zu halten, wenn sich ihre Temperaturen ändern. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anteilsveränderung das Reduzieren des Prozentsatzes an Wärme aufweist, die von der oberen Quelle zur Verfügung gestellt wird, wenn die Temperaturen des Wafers und des Suszeptors schnell erhöht werden.
- Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Anteilsveränderung die Erhöhung des Prozentsatzes der Wärme einschließt, die von der oberen Wärmequelle zur Verfügung gestellt wird, wenn man die Möglichkeit schafft, daß die Temperatur des Wafers und des Suszeptors abnimmt, während weiterhin einige Wärme zu dem Wafer und dem Suszeptor vorgesehen wird, um Gleichmäßigkeit zu halten.
- Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats mit: einem Suszeptor (
42 ), der einen oder mehrere Abstandshalter (199 ) hat, die sich zum Abstützen eines Substrats (44 ) nach oben erstrecken; einer oberen Wärmequelle (351 ), die über dem Suszeptor im Abstand angeordnet ist; einer unteren Wärmequelle (352 ), die unter dem Suszeptor im Abstand angeordnet ist; und einem Steuergerät (390 ), welches Energie zu den Wärmequellen hin bei einem ausgewählten Anteil zwischen den Quellen vorsieht, wobei das Steuergerät eine erste Untereinrichtung einschließt, die konfiguriert ist, um den Anteil während eines Hochtemperaturbearbeitungszyklus eines Substrats auf einem im wesentlichen konstanten Wert zu halten, um dadurch den Anteil an Wärme, die während des Zyklus von den Wärmequellen auf einem im wesentlichen konstanten Wert vorgesehen wird, aufrechtzuerhalten, und wobei das Steuergerät ein zweites Untergerät einschließt, welches konfiguriert ist, um während des Bearbeitungszyklus den Anteil zu verändern und dadurch den Anteil an Wärme zu verändern, der während des Zyklus von den Wärmequellen vorgesehen wird. - Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Wärmequellen Strahlungswärmelampen sind und eine oder mehrere obere Lampen sowie eine oder mehrere untere Lampen wie eine Einheit von dem Steuergerät steuerbar sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät konfiguriert ist, um den Leistungsausgang im wesentlichen konstant aufrechtzuerhalten, während der Anteil zwischen den Wärmequellen verändert wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Untereinrichtung ein voreingestellten Anteilspotentiometer einschließt.
- Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die zweite Untereinrichtung ein dynamisch steuerbares Anteilspotentiometer in Reihe mit dem voreingestellten Anteilspotentiometer einschließt.
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