DE69835105T2

DE69835105T2 - System zur Temperaturreglung eines Wafers

Info

Publication number: DE69835105T2
Application number: DE69835105T
Authority: DE
Inventors: Derrick W. Scottsdale Foster; Robert M. Tempe Vyne; John F. Phoenix Wengert; Cornelius A. Tempe Van der Jeugd; Loren R. Mesa Jacobs; Frank B.M. No. 1098 Phoenix Van Bilsen; Matthew No. 2032 Tempe Goodmann; Glenn Phoenix Hartmann; Jason M. Chandler Layton
Original assignee: ASM America Inc
Current assignee: ASM America Inc
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2018-01-24
Also published as: US20070131173A1; EP1209251B1; DE69835105D1; US6454866B1; US7655093B2; JP4114016B2; JP2001508599A; EP1209251A2; US6343183B1; DE69806578D1; DE69806578T2; EP1209251A3; WO1998032893A2; KR20050053664A; EP0963459A2; EP0963459B1; KR100539343B1; KR20000070401A; US20040198153A1; AU6040498A

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 in 2 veranschaulichten Waferauflagesystems;
4 ist eine Draufsicht eines oberen Abschnittes eines in Segmente geteilten Suszeptors des Waferauflagesystems entlang der Linie 4-4 der 3;
5 ist eine Draufsicht eines unteren Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors entlang der Linie 5-5 der 3;
6 ist eine Draufsicht auf eine Suszeptorauflage zur Verwendung bei dem Waferauflagesystem der vorliegenden Erfindung, und zwar entlang der Linie 6-6 der 3;
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 der 7, 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 der 11;
13 ist eine Draufsicht eines Bodenabschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors des Waferablagesystems der 11;
14 ist eine Querschnittsansicht eines gefangenen Waferabstandshalters und Spülkanals mit dem in Segmente geteilten Suszeptor, längs der Linie 14-14 der 11 genommen;
15 ist eine Draufsicht auf eine zweite Version des oberen Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferablagesystem der 11;
16 ist eine Draufsicht auf eine dritte Version des oberen Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferablagesystem der 11;
17 ist eine Draufsicht auf eine vierte Version des oberen Abschnittes des in Segmente geteilten Suszeptors für die Verwendung bei dem Waferablagesystem der 11;
18 ist eine Querschnittsansicht durch eine andere Variante einer Reaktorkammer, welche das Waferablagesystem der Erfindung aufnimmt;
19 ist eine Draufsicht der Kammer der 18; 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 in 21A gezeigten oberen Segment paßt, von dem ein Abschnitt gezeigt ist.
21C ist eine Querschnittsansicht der zusammengebauten Segmente von 21A und B unter Unterstützung eines Wafers.
21D ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Randes der Anordnung der 21C 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 der 21D, 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 der 22A 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 der 23A und einem Wafer.
23C ist eine vergrößerte, abgebrochene Ansicht unter Darstellung des Querschnittes der Durchgänge für Durchlaufgas in dem Stützring bei den 23A und 23B.
24 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Abstandshalters oder Blockerringes.
25 ist eine Ansicht entlang der Linie 25-25 der 24.
25A ist eine Ansicht auf die Linie 25A-25A der 25, wobei eine abgebrochene, gestrichelte Linie einen Suszeptor und einen Wafer zeigt.
25B ist eine Ansicht auf die Linie 25B-25B der 25.
25C ist eine Ansicht auf die Linie 25C-25C der 25.
26 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Blockerrings.
27 ist eine Ansicht auf die Linie 27-27 der 26.
27A ist eine Ansicht auf die Linie 27A-27A der 27, wobei eine abgebrochene, gestrichtelte Linie einen Suszeptor und einen Wafer zeigt.
27B ist eine Ansicht auf die Linie 27B-27B der 27.
27C ist eine Querschnittsansicht einer Variante des Ringes der 27B.
27D ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereiches, der durch den in 27B gezeigten Kreis 27D identifiziert ist.
28 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Konfiguration eines Blockerringes.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
1 veranschaulicht eine Reaktorkammer 20 für die Behandlung von Halbleiterwafern, innerhalb der ein Waferauflagesystem 22 der vorliegenden Erfindung aufgenommen ist. Vor der Diskussion der Einzelheiten des Waferauflagesystems 22 werden die Elemente der Reaktionskammer 20 beschrieben. Das Auflagesystem ist für viele Arten von Waferbehandlungssystemen geeignet, wobei ein anderes in den 18 und 19 gezeigt ist, und die Diskussion hier sollte nicht auf eine besondere Art von Reaktionskammer beschränkt sein.
Die Kammer 20 weist ein durch eine obere Wand 24, eine untere Wand 26, einen aufstromigen Flansch 28 und einen abstromigen Flansch 30 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 Reaktionskammer 20 weisen relativ dicke Seitenschienen auf, zwischen denen eine Kammerstützplatte 32 angebracht ist. 1 ist ein Längsquerschnitt längs einer zentralen vertikalen Ebene der Kammer 20 unter Veranschaulichung des Vertikalmaßes der Linsenform; die Seitenschienen sind somit nicht zu sehen. Die Kammer 20 ist vorzugsweise aus Quarz hergestellt. Die Kammerstützplatte 32 verstärkt die Kammer 20 während der Vakuumbehandlung und erstreckt sich zwischen den Seitenschienen (nicht gezeigt), vorzugsweise längs der Mittellinie der Kammer 20. Die Stützplatte 32 weist eine Öffnung 33 auf, die eine Lücke oder Öffnung 35 bildet, welche sich über das Quermaß der Kammer 20 zwischen den Seitenschienen erstreckt. Die Öffnung 33 teilt die Stützplatte 32 in einen aufstromigen Abschnitt, der sich von dem aufstromigen Flansch 21 zu einem aufstromigen Rand der Öffnung erstreckt, und einen unteren Abschnitt, der sich von einem Abstromabschnitt der Öffnung zu dem Abstromflansch 30 erstreckt. Der Aufstromabschnitt der Stützplatte 32 ist vorzugsweise in Längsrichtung kürzer als der Abstromabschnitt.
Ein längliches Rohr 34 hängt von einem zentral angeordneten Bereich der unteren Wand 26 ab. Eine Antriebswelle 36 erstreckt sich durch das Rohr 34 und in einen unteren Abschnitt 38 der Kammer 20. Der untere Bereich 38 wird zwischen der mittigen Kammerstützplatte 32 und der unteren Wand 26 gebildet. Das obere Ende der Antriebswelle 36 ist verjüngt, um in eine Ausnehmung einer mehrarmigen Stütz- oder Spinnenanordnung 40 für das Drehen eines in Segmente geteilten Suszeptors 42 zu passen. Der Suszeptor 42 unterstützt einen Wafer 44, der gestrichelt gezeigt ist. Ein (nicht gezeigter) Motor treibt die Welle 36 an, um ihrerseits das Waferauflagesystem 22 und den Wafer 44 auf diesem in der Öffnung 33 zu drehen. Ein Gasinjektor 46 führt Prozeßgas in einen oberen Bereich 50 der Kammer 20 ein, wie durch den Pfeil 48 gezeigt ist. Der obere Bereich 50 wird zwischen der oberen Wand 24 und der Kammerstützplatte 32 gebildet. Das Prozeßgas gelangt über die obere Fläche des Wafers 44, um Chemikalien auf diesem abzuscheiden. Das System weist in typischer Weise eine Vielzahl von Strahlungswärmelampen auf, die um die Außenseite der Reakti onskammer 20 für das Erwärmen des Wafers 44 und Katalysieren der chemischen Abscheidung auf diesem angeordnet sind. Eine obere Reihe länglicher Wärmelampen 51 ist außerhalb der oberen Wand 24 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 Suszeptors 42 nach oben gerichtet sind, verwendet.
Eine Quelle für Durchlaufgas 37 ist schematisch über einen Massenstromregler 39 mit der Antriebswelle 36 verbunden gezeigt. Gas strömt in den Raum in der Hohlwelle 36 und wird eventuell nach oben durch den Suszeptor 42 geführt, wie vollständiger unten beschrieben wird. Die Fluidkupplung, welche Gas zu dem Inneren der hohlen, drehenden Welle 36 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 Reaktionskamme 20 eingeführt. Der Wafer wird in typischer Weise von einem (nicht gezeigten) Roboteraufnahmearm transportiert, welcher über die Öffnung oder Mündung 47 eintritt und sich über das Waferauflagesystem 22 erstreckt, um den Wafer auf diesem abzulegen. Das CVD-System dichtet dann die Reaktionskammer 20 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 Mündung 47 ein und zieht den Wafer von dem Suszeptor 42 zurück. Periodisch muß die Reaktionskammer 20 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 Suszeptor 42 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 Antriebswelle 36, um einen Spalt dazwischen vorzusehen, durch welchen Reinigungsgas 52 fließt. Das Reinigungsgas tritt in den unteren Bereich 38 der Reaktionskammer 20 ein, um verhindern zu helfen, daß Reaktantgas sich in dem unteren Abschnitt abscheidet. Diesbezüglich erzeugt das Reinigungsgas 52 einen positiven Druck unter dem Waferauflagesystem 22, der zu verhindern hilft, daß Reaktantgas um die Seiten des Segmentsuszeptors 42 in dem unteren Bereich 38 strömt. Das Spülgas tritt dann, wie mit den Pfeilen 55 gezeigt ist, zwischen dem Suszeptor 42 und der Öffnung 33 in den oberen Bereich 50 ein und dann durch einen länglichen Schlitz 60 in den Abstromflansch 30. Hierdurch wird sichergestellt, daß Reaktantgase nicht in den unteren Bereich 38 migrieren. Das Spülgas strömt weiter durch ein Abgassystem 58. Das Reaktantgas gelangt ebenso durch den länglichen Schlitz 60 in dem Abstromflansch 30, um durch das Auslaßsystem 58 abgezogen zu werden.
Vorzugsweise umgibt ein Temperaturkompensationsring 62 das Waferauflagesystem 22. Der Ring 62 paßt in die Öffnung 35, die in der Stützplatte 32 durch die Öffnung 33 erzeugt wird, und das Waferablagesystem 22 und der Ring füllen die Öffnung im wesentlichen und sorgen für einen Aufbau zwischen den unteren und oberen Kammerbereichen 38, 50. Der Suszeptor 42 dreht innerhalb des Ringes 62 und befindet sich vorzugsweise über einem kleinen Ringspalt von zwischen 0,5 und 1,5 mm von diesem. Die Gestalt der Öffnung 33 in der Stützplatte 32, welche den Ring 62 umgibt, kann kreisförmig gemacht sein, so daß die Kanten der Öffnung 35 sich in dichter Nähe zu dem Ring befinden. Man fand jedoch, daß eine allgemein rechteckige Öffnung 33 bevorzugt ist. Diesbezüglich kann der Ring 62 einen im allgemeinen rechteckigen äußeren Umfang haben, oder es kann ein zweiter Aufbau verwendet werden, um den Spalt zwischen dem kreisförmigen Ring und der Öffnung 33 zu füllen. Wie in größerer Einzelheit nachfolgend beschrieben wird, wird der Suszeptor 42 vorzugsweise mit einem konstanten äußeren Durchmesser hergestellt, um in den Ring 62 und die umgebende Öffnung 33 zu passen. Obwohl der Suszeptor 42 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 Thermoelementen 64 befindet. Bei der gezeigten Ausführungsform treten die Thermoelemente 64 durch Öffnungen, die in dem Abstromflansch 30 gebildet sind, in die Kammer 20 ein und erstrecken sich unter der Stützplatte 32 in den Temperaturkompensationsring 62. Die Öffnungen in dem Quarzflansch 30 verhindern im wesentlichen die Gasleckage um die Thermoelemente 64 herum, obwohl in typischer Weise keine zusätzliche Abdichtung verwendet wird. Es gibt vorzugsweise drei solcher Thermoelemente, eines, das an einer Vorderkante 66 endet, eines, das an einer Hinterkante 68 endet und eines, das an jeder der Querseiten des Ringes 62 endet. Die Thermoelemente in dem Ring 62, welcher den in Segmente aufgeteilten Suszeptor 42 umgibt, sorgen für eine gute Rückkopplung der Temperaturinformation, um die Strahlungswärmelampen genau zu steuern. Eine Vielzahl von gebogenen, an der Stützplatte 32 angebrachten Fingern 70 haltert den Ring 62 um den Umfang des Suszeptors 42. Zusätzlich zu dem Ring 62 und den Thermoelementen darin erstreckt sich ein mittiges Thermoelement 72 nach oben durch die Antriebswelle 36, die hohl ist, und durch die Spinnenanordnung 40, um unter der Mitte des Suszeptors 42 zu enden. Das mittlere Thermoelement 72 stellt somit eine genaue Anzeige der Temperatur nahe der Mitte des Wafers 44 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 Waferauflagesystems 22 gezeigt. Wieder weist das System 22 allgemein den in Segmente geteilten Suszeptor 42 auf, der von Armen 74 der Spinnenanordnung 40 gehaltert wird. Die Arme 74 erstrecken sich radial von einer Nabe 76 nach außen und biegen vertikal nach oben in vorbestimmten radialen Abständen ab, um die Unterseite des Suszeptors 42 zu berühren. Der in Segmente aufgeteilte Suszeptor 42 weist einen oberen Abschnitt 78 und einen unteren Abschnitt 80 auf, die beide im allgemeinen ebene, scheibenförmige Elemente sind. Beide Abschnitte 78, 80 des Suszeptors 42 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 Abschnitte 78, 80 ist für diesen Zweck akzeptabel. Eine dünne Beschichtung aus Siliziumkarbid kann auf einem oder beiden Abschnitten 78, 80 gebildet werden. Die Dicke des Suszeptors 42 beträgt vorzugsweise etwa 7,62 mm (0,303 Zoll).
Unter Bezugnahme auf die auseinandergezogene Ansicht der 3 weist der obere Abschnitt 78 allgemein einen äußeren Ring 82 auf, welcher einen dünneren, kreisförmigen Mittelabschnitt umgibt. Der äußere Ring 82 weist einen oberen Rand oder eine Leiste 84 und einen unteren Rand oder eine Randleiste 86 auf, die an oberen bzw. unteren Schultern oder Stufen 88, 90 enden. Die obere Stufe 88 bildet einen Übergang zwischen der Leiste 84 und einer kreisförmigen, den Wafer aufnehmenden Ausnehmung 92. Die untere Stufe 90 bildet einen Übergang zwischen der Randleiste 86 und einer ringförmigen Ausnehmung 94 in der Unterseite des oberen Abschnittes 78. Der obere Abschnitt 78 weist ferner ein kreisförmiges Muster von Durchlaufgasauslässen 96 auf, die um die Mittelachse des oberen Abschnittes und in dem Abschnitt 92 symmetrisch angeordnet sind.
Im Abstand um einen konzentrischen Kreis um die Achse des Suszeptors 42 herum verteilt ist eine Vielzahl von angesenkten Löchern 98 nahe der oberen Stufe 88 gebildet. Die Ansenklöcher 98 weisen ein kleineres Durchgangsloch, welches sich zu der kreisförmigen Ausnehmung 42 öffnet, und eine größere Ansenkung auf, die zu dem kleineren Durchgangsloch konzentrisch ist und sich nach unten zu der ringförmigen Ausnehmung 94 öffnet. Jedes Ansenkloch 96 ist so bemessen, daß es eine Waferstütze oder einen Abstandshalter 100 aufnimmt, der in die kreisförmige Ausnehmung 92 vorspringt. Der Wafer 44 ruht auf den Abstandshaltern 100 über dem Grund der Ausnehmung 92. Diesbezüglich ist die Ausnehmung 92 mit einer Größe versehen, um einen Wafer so in ihr aufzunehmen, daß die Kante des Wafers sehr dicht an der Stufe 88 liegt. Der obere Abschnitt 68 weist ferner eine nach unten abhängende Mittelspindel 102 auf, die eine radiale innere Grenze der ringförmigen Ausnehmung 94 bildet. Ein zentraler Thermoelementhohlraum 104 ist in der Spindel bzw. dem Achszapfen 102 für die Aufnahme eines Abfühlendes des zuvor beschriebenen mittigen Thermoelementes 72 gebildet.
Bezüglich der 3 und 5 weist der ringförmige untere Abschnitt 80 eine mittige Durchgangsbohrung 106 auf, die so groß ist, daß sie um die nach unten abhängende Spindel 102 des oberen Abschnittes 78 paßt. Die obere Fläche des unteren Abschnittes 80 schließt eine Vielzahl von Gasdurchgangsnuten ein. Spezieller erstreckt sich ein Muster von gekrümmten Verteilungsnuten 108 zwischen einer Mehrzahl von Gasströmungsdurchgängen 110 und einer mittigen, kreisförmigen Zuführnut 112. Jede der Nuten 108 und 112 hat einen im allgemeinen halbkreisförmigen Querschnitt und eine Tiefe, die etwa gleich der Hälfte der Dicke des unteren Abschnittes 80 ist. Jeder der Gasströmungsdurchgänge 110 öffnet sich nach unten in seichte Hohlräume 114 des Spinnenarmes.
In den 3 und 6 ist die Spinnenanordnung 40 in größerer Einzelheit beschrieben. Die mittige Nabe 78 weist ein im allgemeinen hohles, zylindrisches Teil auf, welches eine vertikale Durchgangbohrung hat, die sich von einer unteren Fläche 116 zu einer oberen Fläche 118 erstreckt. Die Durchgangsbohrung weist einen unteren, die Welle aufnehmenden, verjüngten Abschnitt 120, ein mittiges Gasplenum 122 und einen oberen Thermoelementkanal 124 auf. Der untere, verjüngte Abschnitt 120 nimmt das verjüngte obere Ende der hohlen Antriebswelle 38 auf, wobei die zwei Elemente identische Verjüngungswinkel haben, um gut zusammenzupassen. Der Thermoelementkanal 124 nimmt das mittlere Thermoelement 72 auf, welches sich in den Thermoelementhohlraum 104 in dem oberen Abschnitt 78 des in Segmente geteilten Suszeptors 42 erstreckt. Das Gasplenum 122 schließt eine Vielzahl von Öffnungen 128 ein, die mit jedem der Halterungsarme 74 ausgerichtet sind. Diesbezüglich sind die Stützarme hohl, wobei das Innere Durchlaufgasdurchgänge 128 bildet. Die nach oben gerichteten Anschlußenden der Arme 74 sind durch ringförmige Lippen 130 verstärkt. Die Lippen 130 haben eine solche Größe, daß sie eng in die seichten, den Arm aufnehmenden Hohlräume 114 in der Unterseite des unteren Abschnittes 80 passen. Die Welle 36 treibt die Spinnenanordnung 40 drehend an, die ihrerseits den Suszeptor 42 durch die Einrastung zwischen den Lippen 130 und den seichten Hohlräumen 114 in der Unterseite des unteren Abschnittes 80 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 Nabe 76 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 Hohlräume 114 zu passen. Diese Anordnung kann in gewisser Weise wie ein Maiskolbenrohr angesehen werden. Die ersten Rohre jedes Armes können sich von der Nabe 76 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 Abstandshalter 100 verschiedene Gestalten annehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die man im einzelnen in 2a sieht, ist der Abstandshalter 100 in der Form eines Stiftes mit einem länglichen oberen Abschnitt 132 mit einem kleinen gerundeten Kopf. Eine Basis 134 mit einem größeren Maß als der längliche Abschnitt 132 paßt in ein angesenktes Loch 98. Die Basis 134 ruht auf der oberen Fläche des unteren Abschnittes 80. Die Köpfe der länglichen Abschnitte 132 der Vielfachabstandshalter 100 enden auf derselben Höhe, um eine ebene Stützfläche für den Wafer 44 vorzusehen. Der obere Abschnitt der angesenkten Löcher 98 hat einen Durchmesser von etwa 1,575 mm (0,062 Zoll), und die Abstandshalter 100 passen dorthinein. Die Abstandshalter 100 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 Abstandshalter 100 den Wafer 44 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 Ausnehmung 92 und die Höhe des Abstandshalters 100 derart, daß sich die obere Fläche des Wafers 44 in der Ebene der äußeren Leiste 84 befindet, um eine etwaige Unregelmäßigkeit oder einen Übergang und eine gleichmäßige Gasströmung über diese minimal zu machen. Alternativ könnte die Leiste 84 je nach Wunsch über oder unter der Oberseite des Wafers 44 gebildet sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform, die man in 2b sieht, nimmt der Abstandshalter 100 die Form einer Kugel 136 an, die in eine Mulde 138 paßt, welche in der oberen Fläche des oberen Abschnittes 78 gebildet ist. Der Abstandshalter 100 kann sogar einstückig mit dem oberen Abschnitt 78 gebildet sein. Erwünschtenfalls ist der obere Abschnitt des Abstandshalters 100 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 der 2c eine flache obere Fläche 139 mit gerundeten Schultern 139a. 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 Oberfläche 139 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 Wafer 44, um ihn über dem in Segmente geteilten Suszeptor 42 im Abstand zu halten, und diesbezüglich sind mindestens drei Abstandshalter erforderlich, obwohl mehr als drei vorgesehen sein können. Vorzugsweise sind die Abstandshalter 100 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 Abstandshalter 100 aus amorphem Quarz gebildet sein, obwohl dieses Material eventuell aus den wiederholten thermischen Durchläufen in der Reaktionskammer 20 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 Suszeptor 42 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 auf 2 tritt das Durchlaufgas in das Waferunterstützungssystem durch die hohle Antriebswelle 36 und in das Plenum 122 ein, wie mit dem Pfeil 140 gezeigt ist. Das Gas wird dann durch die Öffnungen 126 und in die Durchgänge 128 für Durchlaufgas in den Armen 74 verteilt. Das Gas gelangt weiterhin in einer Einlaßströmung 142 durch den unteren Abschnitt 80 in den Durchgang 110 für die Gasströmung. Die Verteilungsnuten 108 zusammen mit der unteren Oberfläche des oberen Abschnittes bilden Gaskanäle zwischen den oberen und unteren Abschnitten 78, 80. Unter Bezugnahme auf 5 fließt das Gas längs der Kanäle und folgt den verschiedenen Verteilungsnuten 108, um schließlich die kreisförmige Zuführnut 112 zu erreichen, wonach es durch die Durchlaufgasauslässe 98 austritt, wie durch den Pfeil 144 gezeigt ist. Die Gasströmung durch die Verteilungsnuten ist durch die Pfeile 146 gezeigt. Die Gasströmung in die Zuführnut 112 ist durch die Pfeile 148 gezeigt. Die spezielle Anordnung der Verteilungsnuten 108 kann anders als die in 5 gezeigte sein. Die gezeigte Anordnung hilft, Temperaturungleichmäßigkeiten durch den unteren Abschnitt 80 und durch den in Segmente aufgeteilten Suszeptor 42 als ganzem durch Leiten des Durchlaufgases in einer symmetrischen und Umwegbahn durch den unteren Abschnitt zu reduzieren. Erwünschtenfalls durchlaufen die Nuten 108 eine nicht lineare Bahn von den Gasströmungsdurchgängen 110 zu der mittigen, kreisförmigen Zuführnut 112 und den Durchlaufgasauslässen 96.
Die kreisförmige Zuführnut 112 ist direkt unter dem kreisförmigen Muster von Durchlaufgasauslässen 96 gebildet. Wie man in 4 sieht, stellt die gleichmäßige Verteilung des Gases durch die Nut 112 sicher, daß die die Auslässe 96 verlassende Durchlaufgasströmung 148 um die Mitte des Suszeptors 42 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 Welle 38 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 Welle 36 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 Durchlaufgasauslässe 96 im Vergleich zu einem Prozeß bei Atmosphärendruck zu erhöhen, wobei alle anderen Variablen dieselben bleiben. Somit arbeitet der Massenstromregler 39 unabhängig von dem Prozeßdruck, um eine konstante Strömung von weniger als fünf Standardliter/Minute sicherzustellen.
Die 7 und 8 veranschaulichen ein anderes Waferunterstützungssystem 22', welches einige derselben Elemente verwendet wie das Waferunterstützungssystem 22, welches in 2 gezeigt ist. Spezieller sind die Spindelanordnung 40 und der untere Abschnitt 80 des in Segmente geteilten Suszeptors 42' identisch jenen, die unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform gezeigt und beschrieben sind. Der in Segmente geteilte Suszeptor 42' weist jedoch einen modifizierten oberen Abschnitt 78' auf, wobei ein äußerer Ring 82' eine obere Leiste 84' und eine untere Randleiste 86' aufweist. Die obere Leiste 84' hat ein ähnliches Größenmaß wie die Leiste 84, die bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und endet in einer Kreisstufe 88', die zu einer Kreisausnehmung 92' führt. Die kreisförmige Ausnehmung 92' erstreckt sich radial auswärts an dem unteren Abschnitt 80 vorbei. In relativer Hinsicht ist die untere Randleiste 86' im Radialmaß wesentlich größer im Vergleich zu der Randleiste 86, die für die erste Ausführungsform beschrieben ist, dennoch hat die Stufe 90' dieselbe Größe wie die Stufe 90 bei der ersten Ausführungsform. Dies erlaubt es dem oberen Abschnitt 78, den ringförmigen unteren Abschnitt 80 gerade wie bei der ersten Ausführungsform aufzunehmen.
Abweichend von der ersten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt ist, weist der Suszeptor 42' eine Vielzahl von Abstandshaltern in der Form von Stützstiften 150 auf, die am Umfang um einen Kreis um die Mittelachse des Suszeptors 42' in dem Bereich zwischen der oberen Stufe 88' und der unteren Stufe 90' verteilt sind. Spezieller erstrecken sich die Stifte 150 in gestufte Hohlräume 152, welche von der Ausnehmung 92' durch den oberen Abschnitt 78' zu der verlängerten Randleiste 86' verlaufen. Die gezeigten Stifte 150 unterscheiden sich etwas von den ersten zwei Ausführungsformen, die in den 2a und 2b beschrieben wurden, und weisen einfache zylindrische Elemente mit gerundeten Köpfen in Berührung mit dem Wafer 44' auf.
Eine alternative Ausführungsform von Gasdurchgangsnuten durch den Suszeptor ist in den 9 und 10 gezeigt. Wie zuvor haltert die Spinnenanordnung einen modifizierten Suszeptor mit einem oberen Abschnitt 162 und einem unteren Abschnitt 164. Der untere Abschnitt 164 weist drei Gasdurchgänge 166 auf, die sich nach unten öffnen, um die oberen Enden der Arme 74 der Spinnenanordnung aufzunehmen. Diesbezüglich befinden sich die Orte der Durchlaufgaseingänge an derselben Stelle wie bei den ersten zwei Suszeptor-Ausführungsformen 42 und 42'. Von dort verlaufen jedoch Verteilungsnuten 168 in der oberen Fläche des unteren Abschnittes 164 radial auswärts zu einer äußeren Ringnut 170. Sekundärnuten 172 leiten das Durchlaufgas radial einwärts, um eine Reihe von konzentrischen, kreisförmigen Zuführnuten 174a, 174b und 174c zu schneiden, die auf im Abstand angeordneten Radien angeordnet sind. Jede Sekundärnut 172 liegt vorzugsweise längs einer Linie, welche den eingeschlossenen Winkel halbiert, der zwischen jedem Paar von Verteilungsnuten 168 gebildet ist.
Blickt man auf die 9 und 10, so weist der obere Abschnitt 162 eine Vielzahl von Gasauslässen auf, die in einer Reihe von konzentrischen Kreisen angeordnet sind, welche den kreisförmigen Zuführnuten 174a, 174b und 174c entsprechen. Spezieller liegt eine erste Gruppe von Auslässen 176a längs eines inneren Kreises 178a auf demselben Radius der kleinsten Zuführnut 174a. Ähnlich sind zwei weitere Gruppen von Auslässen 176b und 176c um äußere konzentrische Kreise 178b bzw. 178c angeordnet, welche den äußeren Zuführnuten 174b und 174c entsprechen.
Vier Auslässe 176 sind gleichmäßig um jeden der Kreise 178a, b, c angeordnet gezeigt, es können aber mehr oder weniger vorgesehen werden. Ferner kann die Umfangsausrichtung der Auslässe 176 zwischen den Kreisen 178 gestaffelt bzw. versetzt sein wie gezeigt. Mit vier Auslässen 176 pro Kreis 178 wird jedes Muster von Auslässen um 30° bezüglich eines der anderen Muster gedreht. Alternativ würden zum Beispiel acht Auslässe 178 pro Kreis 178, 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 Pfeile 180 gezeigt ist, als wenn die Auslässe 176 ausgerichtet wären.
Bei einer anderen Variante kann der obere Abschnitt 162 mit dem unteren Abschnitt 80, der oben unter Bezugnahme auf die 3 und 5 beschrieben ist, benutzt werden, solange der innere Kreis 178a der Auslässe 176a mit der kreisförmigen Zuführnut 112 ausgefluchtet ist. In diesem Fall würden die äußeren Kreise 178b, c der Auslässe 176b, c nicht benutzt. Ferner kann der untere Abschnitt 164 mit jedem der oben beschriebenen oberen Abschnitte 78, 78' verwendet werden, solange die innere Zufuhrnut 174a mit dem kreisförmigen Muster von Auslässen 96, 96' ausgefluchtet ist. In diesem Fall würden die äußeren Zuführnuten 174b, c nicht benutzt. Selbstverständlich können aber auch andere Varianten ins Auge gefaßt werden.
Die Trennung zwischen dem Wafer 44 und dem in Segmente geteilten Suszeptor 42 sowie die minimale direkte Halterung, die von den drei Abstandshaltern 100 vorgesehen ist, entkuppelt in wirksamer Weise den Wafer und Suszeptor von der Wärmeleitung dazwischen. Die Temperatur des Wafers 44 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 Suszeptors 42 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 Spinnenanordnung 40 wird zuerst die Nabe 76 durch Bearbeitung in die geeignete Form gebracht. Die rohrförmigen Arme 74 werden aus geraden Abschnitten gebogen und zum Beispiel durch Schweißen an der Nabe 76 angebracht. Wärmebehandlung und Feuerpolieren reduzieren innere Spannungen in dem Quarz.
11 veranschaulicht eine Draufsicht eines anderen Waferunterstützungssystems 200 der vorliegenden Erfindung, welches wiederum einen in Segmente geteilten Suszeptor 202 mit einer konzentrischen Ausnehmung 204 in einer oberen Fläche aufweist, wobei eine Vielzahl von Abstandshaltern 206 für die Halterung der Wafer in der Ausnehmung angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 12, welche einen oberen Abschnitt 208 des in Segmente geteilten Suszeptors 202 veranschaulicht, ist die seichte Ausnehmung 204 um ihren äußeren Umfang durch eine kreisförmige Stufe 210 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 Durchlaufgasauslässen 214 umgibt einen inneren Kreis von zwölf Durchlaufgasauslässen 216. Man kann leicht aus 12 sehen, daß die äußeren Durchlaufgasauslässe um das Zentrum des in Segmente geteilten Suszeptors 208 bei Intervallen von 30° oder bei 1:00, 2:00 usw. verteilt sind. Die Durchlaufgasauslässe 216 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 bezüglich 9 beschrieben war.
11 veranschaulicht in gestrichelter Linie eine Grenzfläche 219 zwischen dem oberen Abschnitt 208 und einem Bodenabschnitt 218 des in Segmente aufgeteilten Suszeptors 202, wobei man den Bodenabschnitt in 13 in Draufsicht sieht. Der Außenumfang des Bodenabschnittes 218 ist im wesentlichen kreisförmig mit Ausnahme dreier flacher Stellen 220, die in Intervallen von 120° um den Umgang herum angeordnet sind. Der äußere Umfang des Bodenabschnittes 218 paßt in eine ähnlich geformte untere Stufe 222 des oberen Abschnittes 208, wie man in gestrichelter Linie in 12 und im Querschnitt in 14 sieht. Die flachen Stellen 220 des Bodenabschnittes 218 wirken mit einwärts gerichteten flachen Stellen 224 zusammen, die in der unteren Stufe 222 gebildet sind, um den oberen Abschnitt 208 rotationsmäßig mit dem Bodenabschnitt 218 auszurichten. Der Bodenabschnitt 218 weist ferner eine kleine mittige Durchgangsbohrung 226 auf, in die eine nach unten abgehängte Nabe oder Spindel 228 des oberen Abschnittes paßt.
Die Unterseite des Bodenabschnittes 218 weist drei seichte Spinnenarmhohlräume 230 ähnlich den zuvor beschriebenen auf. Die Hohlräume 230 stehen mit vertikalen Gasströmungsdurchgängen 232 in Verbindung, welche zu einer Vielzahl von Gasverteilungsnuten 234 führen, die in der oberen Fläche des Bodensuszeptorabschnittes 218 gebildet sind. Wie man in 13 sieht, steht jeder Gasströmungsdurchgang 232 mit divergierenden Nuten 234 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 Bodenabschnittes 218 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 Zufuhrnut 236, die konzentrisch in dem Bodenabschnitt 218 gebildet ist. Von der äußeren Nut 236 führt eine Vielzahl von unter Winkeln angestellten Speichen 238 zu einer inneren, kreisförmigen Zufuhrnut 240, die wieder konzentrisch in dem Bodenabschnitt 218 gebildet ist. Obgleich die Gasverteilungsnuten 234 in jede der Speichen 238 direkt weiterlaufend gezeigt sind, sind auch andere Anordnungen möglich. Ferner ist gezeigt, daß die Speichen 238 die innere, kreisförmige Zufuhrnut 240 unter allgemein tangentialen Winkeln schneiden, sie können aber auch unter anderen, mehr direkten radialen Winkeln verbunden sein. Die Gasströmungsdurchgänge 232 sind radial außerhalb von den Durchlaufgasauslässen 216 angeordnet, und die Gasverteilungsnuten 234 queren erwünscht eine nicht-lineare Bahn zwischen diesen, welche vorzugsweise länger ist als eine direkte Linie zwischen irgendeinem der Durchlässe 232 und Auslässe 218, und am meisten bevorzugt in einem Umwegemuster, wie dieses gezeigt ist.
Die innere kreisförmige Zufuhrnut 240 liegt direkt unter dem inneren Kreis der Durchlaufgasauslässe 216, wenn der obere Abschnitt 208 über dem Bodenabschnitt 218 angekoppelt ist. Ebenso liegt die äußere, kreisförmige Zufuhrnut 236 direkt unter dem äußeren Kreis der Durchlaufgasauslässe 214. Diese Anordnung ermöglicht einen gleichmäßigen Druck und eine Zufuhr von Durchlaufgas zu allen den Auslässen 214, 218 in der oberen Fläche des in Segmente geteilten Suszeptors 108. Der zwischen dem oberen und Bodenabschnitt 208, 218 erzeugte Druck wird von zuvor beschriebenen Ausführungsformen durch die Erhöhung der Anzahl von Durchlaufgasauslässen 214, 218 und durch die Verkleinerung der Einlaßgasströmungsdurchgänge 232 etwas reduziert. Spezieller haben die Einlaß-Gasströmungsdurchgänge 232 einen Durchmesser von etwa 1,524–1,778 mm (0,0606–0,070 Zoll). 11 veranschaulicht die Gasströmung von den Durchgängen 232 durch die Verteilungsnuten 234 mit Pfeilen 242.
Ausgehend von früheren Ausführungsformen und gemäß Darstellung in 12 wird jeder der Abstandshalter 206 aus einer der Gasverteilungsnuten 234 über einen Spülkanal 244 mit Spülgas versorgt. Diese Spülkanäle sieht man in 14 im Querschnitt, und sie erstrecken sich von der entsprechenden Gasverteilungsnut 234 direkt zu dem Abstandshalter 206. Auf diese Weise wird eine bei 246 gezeigte kontinuierliche Zufuhr von Spülströmung zu den jeden Abstandshalter 206 umgebenden Bereichen vorgesehen. Jeder der Abstandshalter 206 paßt in eine Öffnung 250, die in der oberen Fläche der Ausnehmung 204 gebildet ist. Ein Abstand ist zwischen dem Abstandshalter 206 und seiner Öffnung 250 vorgesehen, damit das Durchlaufgas durch die Auslässe 214, 216 im allgemeinen nach oben in die Reaktionskammer strömen kann, statt um jeden der Abstandshalter herum nach außen. Dies läßt die Abstandshalter 206 gegen Ätz- oder Verkapselungsgase ungeschützt. Der Abstandshalter wird durch eine untere zylindrische Basis 262 und einen oberen länglichen zylindrischen Stift 254 mit einer gerundeten oberen Fläche gebildet. Der Stiftabschnitt 254 ist im Verhältnis zu der Öffnung 250 zu klein, damit eine Spülströmung 246 dort hindurchströmen kann. Bei einer Ausführungsform hat der Stift 254 einen Durchmesser von zwischen 1,270 und 1,397 mm (0,050 und 0,055 Zoll), während die Öffnung 250 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 Stützplatte 32 nützlich. Wie oben erwähnt, hat der Suszeptor vorzugsweise einen konstanten Außendurchmesser, um in den Ring 62 zu passen, und eine Öffnung 33 in der Stützplatte 32. 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. Die 11–17 zeigen vier unterschiedliche Suszeptorkombinationen 200, 258, 278 und 300 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 Abschnittes 260 des Waferunterstützungssystems 200. Der Bodenabschnitt ist derselbe wie in Bezug auf die 11–14 beschrieben war. Tatsächlich ist eine Grenzfläche 262 zwischen dem oberen Abschnitt 260 und dem Bodenabschnitt 218 dieselbe wie zuvor beschrieben, und die Gasverteilungsnuten 234 in dem Bodenabschnitt befinden sich an demselben Ort. Der obere Abschnitt 250 unterscheidet sich von der früher beschriebenen Version durch eine Ausnehmung 264 mit verringertem Durchmesser. Die Ausnehmung 264 wird durch die Kreisstufe 266 bestimmt, die ihrerseits ein größeres Radialmaß für die Leiste 268 erzeugt. Der obere Abschnitt 260 ist geeignet ausgestaltet, um kleinere Wafer in der Ausnehmung 264 zu unterstützen. Diesbezüglich ist eine Vielzahl von Abstandshaltern 270 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 Spülgasnuten 234 mit den Abstandshaltern 270 zu verbinden, sind verkürzte Spülkanäle 272 vorgesehen.
16 veranschaulicht eine dritte Version eines oberen Abschnittes 280 des Waferauflagesystems 200. Wieder ist der Bodenabschnitt derselbe wie vorher, wobei die Grenzfläche 282 zwischen dem oberen und Bodenabschnitt dieselbe ist. Der obere Abschnitt 280 weist eine vergrößerte Leiste 284 auf, die in einer kreisförmigen Stufe 286 endet. Die somit gebildete Ausnehmung 288 hat ein Maß für die Aufnahme von Wafern mit einem Durchmesser von etwa 125 mm. Spülkanäle 288 führen zu Öffnungen, welche die eingefangenen Abstandshalter 290 mit ausreichenden Radialmaßen umgeben, um die Wafer mit reduzierter Größe zu unterstützen. Es sei bemerkt, daß sich die Gasverteilungsnuten 234 von der Ausnehmung 266 radial nach außen erstrecken und dann weiter einwärts zu den kreisförmigen Zuführnuten laufen.
In einer vierten Version des oberen Abschnittes 302, wie man in 17 sieht, ist die Stufe 304 sogar weiter einwärts bewegt, wobei die Ausnehmung 306 auf ein ausreichendes Maß reduziert wird, Wafer mit 100 mm zu unterstützen. Wieder bleibt die Grenzfläche 308 an demselben Ort, weil der Bodenabschnitt des Suszeptors 300 dem zuvor beschriebenen identisch ist. Die äußere Leiste 310 ist bei dieser Ausführungsform stark vergrößert. Drei Abstandshalter 312 sind in Intervallen von 120° um die Mitte des Suszeptors herum vorgesehen, und drei zugeordnete Spülkanäle 314 verbinden die Gasverteilungsnuten 234 mit diesen. Es sei bemerkt, daß die radialen Positionen der Abstandshalter 312 sich innerhalb des Kreises befinden, welcher durch die drei Gaseinlaßöffnungen in der Bodenfläche des Suszeptors erzeugt ist. In der Tat erstrecken sich die Gasverteilungsnuten 234 von der Ausnehmung 306 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 Ausnehmung 306 und befindet sich somit außerhalb des Wafers, wenn dieser auf dem Suszeptor 300 angeordnet ist. Die Leiste 310, welche die Ausnehmung 306 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 Abschnitt 408 mit einer seichten Ausnehmung 404, die um ihren Außendurchmesser von einer Kreisstufe 410 gebildet ist, die zu einer Leiste 412 führt, welche die oberste Fläche des Suszeptors bildet. Ein Kreis von im Abstand angeordneten Durchlaufgasauslässen 416 ist ziemlich dicht an der Kreisstufe 410 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 Abstandshalterlöchern 450 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 Suszeptorsegment 418 seichte Spinnenarmhohlräume 430 ähnlich den oben beschriebenen auf. Die Hohlräume stehen mit vertikalen Gasströmungsdurchgängen 432 in Verbindung, welche zu einer Vielzahl von Gasverteilungsnuten 434 führen, die in der oberen Fläche des Suszeptorbodenabschnittes 418 gebildet sind. Wie man in 21B sieht, steht jeder Gasströmungsdurchgang 432 mit Nutenabschnitten in Verbindung, die entlang Umwegebahnen laufen, die zu einer äußeren Ringnut 435 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 Nut 435 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 Nut 435.
Wie man aus dem abgebrochenen Abschnitt des oberen Segmentes 408 in 21 sieht und wie ferner in den 21C, D, und E veranschaulicht ist, befindet sich die äußere Nut 435 unter dem Kreis von Durchlaufgasauslässen 416. Durch das Anordnen der Durchlauflöcher so dicht an dem äußeren Umfang wird das Risiko der rückseitigen Abscheidung erheblich reduziert. Ferner erhöhen die Gasdurchgänge 434 zusammen mit der erhöhten Anzahl von Gasauslässen 216 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 Waferstützstifte 446 mit der unteren Fläche des äußeren Umfangs eines Wafers 448 in einem äußeren Bereich in Eingriff, der als Ausschlußzone 449 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 Ausrichtkerbe 451 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 Waferflachstelle 453 mit einem Stützstift 446 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 und 22B zeigen eine andere Anordnung eines in Segmente geteilten Suszeptors, wobei ein unterer Suszeptorabschnitt 518 mit einer Kreisnut 537 gezeigt ist, welche drei Strömungsdurchgänge 532 des Spinnenarmes schneidet. Eine seichte Ringausnehmung 539 erstreckt sich von der Nut 537 nach außen zu einer Kreiskante 541 dicht am Umfang 518A des unteren Abschnittes. Spezieller ist die Kante 541 gerade radial über einen Kreis von am Umfang im Abstand angeordneten Durchlaufgasauslässen 516 neben dem Umfang eines oberen Suszeptorsegmentes 512 angeordnet, von dem ein abgebrochener Teil in 22A gezeigt ist. Sechs Stützstifte 546 sind auch in 22A in geeigneter Weise gezeigt. Der Kreis von Auslässen 516, der bei der Anordnung der 22A und B gezeigt ist, ist im wesentlichen derselbe wie der in 21A mit der Ausnahme, daß drei mal so viele Auslässe gezeigt sind. Deshalb werden bei dieser Anordnung 72 Auslässe für einen Suszeptor verwendet, der geeignet ist, einen 200 mm Wafer 548 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 Ausnehmung 539 für das Zuführen von Durchlaufgas zu diesen Auslässen vorzusehen, wie durch die Pfeile in 22A 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 Abstandshalterring 615 gezeigt, der in einer seichten Ausnehmung 604 in dem oberen Abschnitt 608 eines in Segmente aufgeteilten Suszeptors 602 angeordnet ist. Der äußere Umfang des Ringes 615 ist gerade innerhalb der Kante der Ausnehmung angeordnet, wie sie von einer kreisförmigen Stufe 610 gebildet ist, die zu einer Leiste 612 führt, welche die obere Fläche des Suszeptors bildet. Der Ring 615 erstreckt sich einwärts etwa zu der Stelle, die von den Stützstiften bei der Anordnung der 21 und 22 eingenommen wird. Wie man aus 23B sieht, ist die obere Fläche 615a des Ringes 615 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 Wafers 648 steht mit dem Ring 615 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 Abstandshalterringes 615 gebildet. Zweiunddreißig Durchgänge sind in einem Suszeptor für die Aufnahme von 200 mm-Wafern gezeigt. Wie man aus 23A sieht, sind diese Durchgänge am Umfang im Abstand angeordnet und sorgen für Auslässe für das Durchlaufgas, wie in 23B 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 Durchganges 615b, 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 Durchgänge 632 in einem unteren Suszeptorabschnitt 618 vorgesehen wird, siehe 23B. Die Durchgänge 632 sind in 23A zur Vereinfachung gezeigt, obwohl keine anderen Einzelheiten eines unteren Suszeptorabschnittes gezeigt sind. Wie oben erwähnt, können beliebige, oben beschriebene Durchlaufgasanordnungen bei dem Ringkonzept der 23A–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 Wand 324 und einer flachen unteren Wand 325 in einem Einlaßabschnitt sowie eine flache untere Wand 326, die von der Wand 325 durch eine flache vertikale Wand 327 heruntergestuft ist. Die horizontalen Wände 324, 325 und 326 sind durch flache vertikale Seitenwände 328 und 330 verbunden, um eine Kammer mit einem seichten, rechteckigen Einlaßabschnitt und einem tieferen rechteckigen Abschnitt neben diesem zu erzeugen, in welchem ein Suszeptor 382 und ein Temperaturkompensationsring 362 angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, daß der den Suszeptor umgebende Ring 362 eine im allgemeinen rechteckige äußere Gestalt hat, wie in 19 gezeigt ist. Weiterhin ist es auch wünschenswert, daß die Reihen 351 und 352 von Strahlungsheizlampen über und unter den oberen und unteren Wänden 324 und 326 der Quarzkammer in 18 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 Spotlampen 353 unter dem Mittelabschnitt des Suszeptors Teil der unteren Lampenreihe 352 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 Wänden 324 und 326 und den vertikalen Seitenwänden 328 und 330 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 in 1, im allgemeinen gleichmäßig über die Breite der Kammer derart entleert, daß das Geschwindigkeitsprofil des Prozeßgases über die Kammer im wesentlichen gleichmäßig sein kann, wie in 19 schematisch durch die Pfeile 331 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 Suszeptor 382 im Abstand gehaltenen Wafer fand man es somit wünschenswert, den Abstand zwischen dem Wafer und der oberen Lampenreihe 351 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 Lampenreihe 352 zu erhöhen. Man fand es aber für wünschenswert, den Raum zwischen dem Wafer und der oberen Lampenreihe 351 mehr zu erhöhen als den Raum zwischen der unteren Lampenreihe 352 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 und 352 werden durch ein geeignetes elektronisches Steuergerät gesteuert, welches in 18 schematisch bei 390 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 und 48C der 6 einen mittleren Heizabschnitt einer oberen Lampenreihe, und die Lampen 78B und 78C 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 Lampen 48B und 48C aufgebracht ist, geändert wurde, während die gesamte auf die Lampen 78B, 78C, 48B und 48C 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 der 20 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 und 25 veranschaulichen eine Anordnung ähnlich jener in den 23A, B und C, sie weist aber einen Abstandshalterring 715 auf, der eine gegenüber dem Abstandshalterring 615 unterschiedliche Konfiguration hat. Statt daß der Ring 715 ein flacher Ring ist mit einer Vielzahl von am Umfang im Abstand angeordneten Nuten 615b in seiner oberen Fläche, weist der Ring 715 einen mittigen Hauptkörperabschnitt 715b auf, der einen im Allgemeinen flachen, rechteckigen Querschnitt hat, wie man am besten in 25B sieht. Eine Vielzahl von Böden, Lippen oder Vorsprüngen 715a, erstreckt sich von dem Hauptkörperabschnitt 715b nach oben, um Abstandshalter für das Substrat zu bilden. Bei der in 24 gezeigten Anordnung sind sechs solcher Böden vorgesehen, die unter einem Winkel α von etwa 60° am Umfang im Abstand angeordnet sind. Wie man aus 25A sieht, erstrecken sich die Böden über die vollständige radiale Dicke des Ringes, aber die obere Fläche des Bodens 25b ist von einem radial äußeren Rand zu einem unteren, radial inneren Rand des Ringes etwas geneigt. Diese Anordnung macht die Berührung zwischen dem Substrat 648 minimal auf eine sehr kleine Kontaktlinie an den sechs Bodenstellen. Wie man ferner aus 25 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 Füßen 715c versehen, die in Intervallen am Umfang im Abstand von dem Hauptkörperabschnitt 715b abhängen. Spezieller kann man aus 24 sehen, daß ein paar solcher Schenkel einen Boden 715a 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 Bodens 715a. Wie man aus den 25A, 25B und 25C sieht, erstrecken sich die Füße über die volle Breite des Hauptringkörpers 715a mit der Ausnahme, daß die äußeren unteren Ecken der Füße 715c 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 Fuß 715c 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 und 25 veranschaulichten Anordnung kann der Rest des Suszeptors unter Verwendung irgendeiner der Suszeptorkonfigurationen der 2 bis 17 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 Bodens 715a 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 Mittelkörperabschnittes 715b kann erhöht werden, um die Fläche der Durchgänge zwischen den Böden und zwischen den Füßen zu verkleinern. Bei einer anderen Konfiguration beträgt der Hauptkörperabschnitt 715b etwa 1,143 mm (0,045 Zoll), wobei der Vorsprung 715a 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 Bodens 715a 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 Mittelkörperabschnitt 715b 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 und 27 zeigen eine andere Konfiguration eines Abstandshalters oder Blockerringes 815. Wie man aus den 26, 27, 27A und 27B sieht, weist der Ring einen Hauptkörperabschnitt 815b mit einem im allgemeinen rechteckigen Querschnitt auf und schließt eine sich nach oben erstreckende, kontinuierliche Ringrippe 815a 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 Füßen 815c versehen, die von dem Hauptkörperabschnitt 815b abhängen. Diese Füße sind annähernd dieselben wie die Füße 715c, die in 25 veranschaulicht sind. D.h., bei der dargestellten Anordnung ist ein Paar von Füßen 815c 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 Ring 815 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 Rippe 815a vorgesehen wird. Umfangsmäßig im Abstand angeordnete, vertikal kurze Durchgänge zwischen den Füßen 815c sind auch vorgesehen. Bei einer bevorzugten Anordnung beträgt die Höhe A¹ der Rippe 815a 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 in 27B 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 in 27C gezeigter Querschnitt erzeugt wird, wobei der Hauptkörperabschnitt etwa 1,016 mm (0,040 Zoll) beträgt.
28 zeigt einen Blockerring 915 mit einem Querschnitt ähnlich dem Ring 815, mit der Ausnahme, daß eine Ringrippe 915a 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 und 28 veranschaulichten Anordnung besteht darin, daß bei der Beabstandung der Rippen 815a und 915a 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 den 23–28 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 Abstandshaltern 100 im Abstand angeordnet und am Umfang versetzt sind, um zwischen den Abstandshaltern der 18 zu sein.

Claims

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.