DE10051125A1 - Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten - Google Patents

Abstract

Um eine homogenere thermische Behandlung von Substraten zu ermöglichen sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit wenigstens zwei benachbarten, im wesentlichen parallel angeordneten, jeweils wenigstens einen Glühdraht aufweisenden Heizelementen vor, wobei die zwei benachbarten Heizelemente wenigstens stückweise hinsichtlich gewickelter und ungewickelter Abschnitte ihres Glühdrahtes etwa komplementär zueinander ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit wenigstens zwei benachbarten, im wesentlichen parallel zueinander angeordneten, je­ weils wenigstens einen Glühdraht aufweisenden Heizelementen. Insbesonde­ re bezieht sich die Vorrichtung auf eine Schnellheizanlage in denen die Sub­ strate raschen Temperaturänderungen ausgesetzt werden.

In der Halbleiterindustrie ist es bekannt, Wafer während ihres Herstellungs­ prozesses thermisch zu Behandeln. Hierzu werden in der Regel sogenannte Schnellheizanlagen verwendet, wie sie beispielsweise in der auf dieselbe An­ melderin zurückgehenden DE-A-199 52 017 beschrieben sind. Diese Anlagen umfassen einen Reaktor mit Lampen zum Heizen der Substrate (vorzugswei­ se befindet sich lediglich ein Substrat innerhalb des Reaktors), und im allge­ meinen, aber nicht notwendigerweise, eine für die Lampenstrahlung transpa­ rente Prozeßkammer (vorzugsweise aus Quarzglas), die sich innerhalb des Reaktors befindet und die das Substrat umgibt. Das Substrat wird mittels der Lampenstrahlung innerhalb des Reaktors bzw. der Prozeßkammer einer ther­ mischen Behandlung nach einem vordefinierten Temperatur-Zeit-Verlauf in einer definierten Prozeßgasatmosphäre oder im Vakuum unterzogen. Für das Prozeßergebnis der thermischen Behandlung ist es von großer Wichtigkeit, daß die Wafer gleichmäßig geheizt werden und sich eine homogene Tempe­ raturverteilung auf der Waferoberfläche ergibt, oder daß eine vordefinierter Temperaturverteilung möglichst gut realisiert werden kann. Abweichungen von einer homogenen Temperaturverteilung über das Substrat hinweg sind insbe­ sondere bei Siliziumwafern vorteilhaft, wenn die Prozeßtemperaturen 1200°C übersteigen und die Aufheiz- und Abkühlraten größer als 50°C/s sind. Bei diesen Prozeßbedingungen hat sich gezeigt, daß im Bereich der Endtempe­ ratur eine etwa parabolische Temperaturverteilung mit einer Temperaturdiffe­ renz von ca. 5 bis 20°C (Abhängig vom Durchmesser des Wafers) über den Waferdurchmesser die besten Prozessergebnisse hinsichtlich Slip-Freiheit liefern. Derartige Anwendungen mit gewünschter, definierter nichthomogener Temperaturverteilung über den Wafer oder das Substrat hinweg bilden jedoch eher die Ausnahme, da diese Prozesse höchste Ansprüche an die Regelbar­ keit und die Temperaturmessung der Substrattemperatur bedingen, wie sie heute nur modernste Anlagen erfüllen können.

Vor allem während der Aufheiz- und Abkühlphasen tritt bei scheibenförmigen Wafern das Problem starker inhomogener Temperaturverteilungen, insbeson­ dere im Randbereich des Wafers auf, die nicht oder nur ungenügend steuer­ bar sind. So erwärmt sich der Rand der Wafers während der Heizphase im Vergleich zum Waferinneren viel stärker und schneller. Diese schnellere Auf­ heizung ergibt sich daraus, daß am Waferrand eine größere Außenfläche pro Wafervolumen gegeben ist, als im Waferinneren. Über diese zusätzliche Au­ ßenfläche absorbiert der Waferrand mehr von der Heizstrahlung als das Wafe­ rinnere (Randeffekt). Ferner wird der Waferrand von einer größeren Wandflä­ che des Reaktors im wesentlichen über Reflexion von Strahlung bestrahlt und "schattet" das Waferinnere ab. Durch die Reaktorwände wird der Randbereich des Wafers also um so intensiver bestrahlt, je höher die Reflektivität der Wandflächen ist. Somit wird der Waferrand beim Aufheizen des Wafers neben dem reinen "Randeffekt" durch die Anwesenheit der Reaktorwände zusätzlich erhitzt. Da die Reaktorwände bei Schnellheizanlagen üblicherweise gekühlt sind (cold wall reactors), und die Wandtemperatur im allgemeinen kleiner als 100°C ist, haben die Reaktorwände eine zur reflektierten Strahlung ver­ gleichsweise geringe thermische Eigenstrahlung, wodurch deren Einfluß bei üblichen Prozeßtemperaturen von mehr als 400°C vernachlässigt werden kann.

Andererseits kühlt der Wafer während der Abkühlphasen am Waferrand schneller ab als das Waferinnere, da über die größere Fläche pro Wafervolu­ men am Rand mehr Wärmestrahlung emittiert wird. Zusätzlich reflektieren et­ waige dem Substrat gegenüberliegende, in der Regel parallel zum Substrat angeordnete Flächen der Reaktorkammer die vom Wafer abgegebene Strah­ lungsenergie verstärkt auf das Waferzentrum zurück, wodurch das ohnehin langsame Abkühlen des Waferzentrums weiter verlangsamt wird. Die Verlang­ samung ist um so stärker, je reflektierender die Flächen sind, oder je mehr diese Flächen an thermischer Energie abstrahlen. Der Einfluß des Waferran­ des und der Prozeßkammerwände auf die Temperaturhomogenität wird auch als Photon-Box-Effekt bezeichnet und ist unter anderem im wesentlichen eine Folge der Reflexion eines Teils der Heizstrahlung an den verspiegelten Kam­ merwänden, er zählt zu den Hauptproblemen beim schnellen Heizen von Halbleitersubstraten, insbesondere wenn während der gesamten Prozessdau­ er, also auch während der dynamischen Phasen des Aufheizens und Abküh­ lens, eine möglichst gleichförmige oder eine vordefinierte Temperaturvertei­ lung (die selbst wieder von der Temperatur abhängen kann) über den Wafer erzielt werden soll.

Bei der oben genannten DE-A-199 52 017 ist es bekannt, den Wafer mit einem Kompensationsring zu umgeben, um den Photon-Box-Effekt abzuschwächen. Insbesondere wird der Kompensationsring in Abhängigkeit des Prozeßverlaufs gekippt, um eine Schattenwirkung gegenüber den Lampen am Waferrand zu erzielen. Neben diesem Lösungsansatz ist es auch bekannt, parallel zum Wafer lichttransformierende Platten, auch Hotliner genannt, vorzusehen, um den Wafer über sie indirekt zu heizen und somit den Photon-Box-Effekt abzu­ schwächen. Diese Lösungen können den Photon-Box-Effekt jedoch nur teil­ weise abschwächen, und sie führen zu einem komplizierten Aufbau der Schnellheizanlage.

In den bekannten Schnellheizanlagen werden in der Regel stabförmige Wolf­ ram-Halogen-Heizlampen eingesetzt. Die Heizlampen weisen ein Wolfram- Filament auf, das in einer halogenhaltigen Atmosphäre gehalten wird. Beim Betrieb der Lampe wird Wolfram vom Filament abgedampft und reagiert mit Gasmolekülen zu Wolframhalogenid. Beim Betrieb der Lampen unterhalb etwa 250°C kann es zu einer Kondensation des Wolframs am Lampenkolben kom­ men, die jedoch vermieden werden kann, wenn das Lampenglas in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 1400°C gehalten wird. Die Konden­ sation sollte vermieden werden, da ein damit verbundener Schleier auf dem Glas den Heizvorgang und die Lampenlebensdauer beeinträchtigt. Kommt das Wolframhalogenid in die Nähe des Filaments wird genügend Wärmeenergie aufgebracht, um die chemische Verbindung zu trennen und das Wolfram wie­ der auf dem Filament abzuscheiden. Anschließend kann das Halogengas den Prozeß wiederholen. Dieser Zyklus ist als Halogenprozeß bekannt.

Bei den herkömmlichen stabförmigen Wolfram-Halogen-Lampen verläuft das Filament etwa im Zentrum des Lampenquerschnitts entlang der Lampen­ längsachse, und ist im wesentlichen über die gesamte Länge der Lampe hin­ weg gleichmäßig spiralförmig gewickelt. Nur in den Endbereichen schließen sich gerade Filamentabschnitte zum Übergang in die jeweiligen Lampensockel an. Hierdurch läßt sich eine im wesentlichen gleichmäßige Heizleistung über die gesamte Lampenlänge hinweg erreichen, die jedoch zu dem oben ge­ nannten Photon-Box-Effekt beiträgt, da wie oben erwähnt, bei einer gleichmä­ ßigen Heizleistung über die Waferfläche hinweg der Randbereich stärker auf­ geheizt wird, als der Mittenbereich.

Bei der oben genannten DE-A-199 52 017 ist der zu behandelnde Wafer ferner in einer aus Quarzglas bestehenden Prozeßkammer angeordnet, wobei die Heizlampen außerhalb der Prozeßkammer angeordnet sind. Das Quarzglas ist für die von den Heizlampen ausgehende Strahlung transparent. Nach einer Erwärmung des Wafers innerhalb der Prozeßkammer gibt dieser eine kurz­ wellige Wärmestrahlung im Bereich von 0,3 bis 4 µm sowie eine langwelligere Wärmestrahlung im Infrarot-Bereich von über 4 µm ab. Das Quarzglas der Prozeßkammer ist für diese langwelligere Wärmestrahlung über 4 µm nicht ganz transparent, und daher wird ein großer Teil dieser Wärmestrahlung durch das Quarzglas absorbiert. Nicht absorbierte Wärmestrahlung wird zur Kammer zurück reflektiert und es wird wiederum ein großer Teil im Quarzglas absorbiert. Ein Restteil fällt auf den Wafer und wird von diesem absorbiert. Durch die Absorption der Wärmestrahlung im Quarzglas kommt es zu einer lokalen Erwärmung der Prozeßkammer, insbesondere in einem direkt ober­ halb bzw. unterhalb des Wafers liegenden Bereich der Prozeßkammer. Dieser Effekt wird durch eine Reflexion der Wärmestrahlung an den verspiegelten Kammerwänden der Anlage noch verstärkt, da die Wärmestrahlung im we­ sentlichen direkt zum Wafer zurück reflektiert wird, so daß ein im wesentli­ chen der Flächenform des Substrats entsprechender Bereich der Prozeß­ kammer wesentlich stärker erwärmt wird, als außerhalb dieses Bereichs lie­ gende Bereiche. Dieser Vorgang verstärkt wiederum den sogenannten Pho­ ton-Box-Effekt, insbesondere wenn sich die Prozesskammer stark erwärmt, so strahlt diese innerhalb der Kammer auf den Wafer zurück. Diese Rückstrah­ lung verhindert ein schnelles Abkühlen des Wafers, insbesondere in der Wa­ fermitte. Die Prozesskammer aus Quarz verhält sich wie eine Art Energiefalle für die langwellige Wärmestrahlung, wobei durch eine Kopplung zwischen Wafer und Prozesskammer stets der Mittenbereich des Wafers stärker be­ strahlt wird, da die etwa diesem Bereich gegenüberliegenden Prozesskam­ merwände sich auf höherer Temperatur befinden als andere Prozesskam­ merwände. Dies macht deutlich, daß eine inhomogene Temperaturverteilung der Prozesskammer (z. B. aus Quarz) Einfluß auf die Temperaturverteilung des Wafers nimmt. Aus diesem Grunde wird versucht die Prozesskammer möglichst homogen zu kühlen. Die Prozesskammertemperaturen können je­ doch durchaus im Bereich von 600°C liegen.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum thermischen Be­ handeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern vorzusehen, die eine homogenere bzw. definierteres Aufheizung der zu Behandelnden Substrate ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Vorrich­ tung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiter­ wafern, mit wenigstens zwei benachbarten, im wesentlichen parallel angeord­ neten, jeweils wenigstens einen Glühdraht aufweisenden Heizelementen, die zwei benachbarten Heizelemente wenigstens stückweise, hinsichtlich gewic­ kelter und ungewickelter Abschnitte ihres Glühdrahtes etwa komplementär zueinander ausgebildet sind.

Die komplementäre Ausbildung der Glühdrähte der zwei benachbarten Hei­ zelemente bedingt, daß wenigstens ein gewickelter Abschnitt des Glühdrahts eines Heizelements ganz oder wenigstens teilweise im Bereich eines unge­ wickelten Abschnitts des Glühdrahts des benachbarten Heizelements ange­ ordnet ist. Entsprechend umgekehrt kann ein ungewickelter Abschnitt des Glühdrahts eines Heizelements ganz oder wenigstens teilweise im Bereich eines gewickelten Abschnitts des Glühdrahts des benachbarten Heizelements angeordnet sein.

Durch das Vorsehen ungewickelter und gewickelter Abschnitte wenigstens zweier etwa parallel zueinander angeordneter benachbarter Heizelemente, wobei die Abschnitte etwa komplementär zueinander ausgebildet sind, lassen sich über die Waferoberfläche hinweg, insbesondere entlang der Glühdrähte, unterschiedliche steuerbare Strahlungsintensitäten erreichen, die zur Verrin­ gerung des Photon-Box-Effekts eingesetzt werden können. Die Abstrahlcha­ rakteristika der Glühdrähte der wenigstens zwei Heizelemente können an die im bzw. auf dem Wafer herrschenden Temperaturverhältnisse durch entspre­ chende Ansteuerung mit elektrischer Leistung angepaßt werden. Mechani­ sche Zusatzelemente wie beispielsweise ein Kompensationsring oder ein Hot­ liner, zum Verringern des Photon-Box-Effekts, können eingespart werden.

Die vorliegende Erfindung bietet vorteilhaft die Möglichkeit, bei entsprechen­ der Anordnung der benachbarten Heizelemente, daß diese den Wafer so be­ strahlen, als ob er von einem einzigen Heizelement bestrahlt würde, d. h. als ob nur ein Glühdraht vorhanden wäre, der aber aufgrund der in etwa komple­ mentären Abschnitte bezüglich seiner Strahlungsintensität steuerbar ist, wenn die einzelnen Heizelemente individuell elektrisch angesteuert werden. Damit ist die Regelbarkeit im Vergleich zu bisherigen Schnellheizanlagen mit stab­ förmigen Lampen erheblich erweitert, ohne die bisherigen Leistungsmerkmale der Anlagen zu reduzieren, da die Anlage jederzeit so betrieben werden kann, als ob diese mit üblichen Stablampen bestückt wäre.

Vorzugsweise weist der Glühdraht des einen Heizelements n gewickelte Ab­ schnitte und m ungewickelte Abschnitte auf, während der Glühdraht des be­ nachbarten Heizelements m gewickelte und n ungewickelte Abschnitte auf­ weist, wobei n und m jeweils natürliche Zahlen sind. Hierdurch wird eine kom­ plementäre Anordnung gewickelter und ungewickelter Abschnitte benachbar­ ter Heizelemente ermöglicht. Vorzugsweise liegen die gewickelten Abschnitte des einen Glühdrahts eines Heizelements jeweils wenigstens teilweise im Be­ reich der ungewickelten Abschnitte des Glühdrahts des benachbarten Heize­ lements. Dabei können sich die gewickelten Abschnitte der Glühdrähte um höchstens 30% ihrer Abschnittslänge oder 10% des Substratdurchmessers des zu behandelnden Substrats überlappen. In gleicher Weise können sich die ungewickelten Abschnitte von Glühdrähten vorzugsweise um höchstens 10% des Substratdurchmessers des zu behandelnden Substrats überlappen. Eine Ausführungsform der Erfindung kann auch keine Überlappung der ent­ sprechenden komplementär ausgebildeten Abschnitte aufweisen. Denn der Grad der Überlappung hängt davon ab, wie nahe beieinander die zueinander komplementär ausgebildeten Glühdrähte sind und welche Anforderungen be­ züglich der zulässigen Abweichungen der gewünschten Temperaturverteilung auf dem Wafer vorgegeben sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Glühdrähte zu einer Symmetrieebene, die ihre Längsachse mittig schneidet und senkrecht dazu steht, symmetrisch, um eine an das Substrat angepaßte Symmetrie zu erhalten. Vorzugsweise sind jeweils wenigstens zwei benachbarte erfindungs­ gemäße Heizelemente auf wenigstens einer Seite miteinander verbunden und bilden eine Gruppe. Dabei weisen die Heizelemente einer Gruppe vorzugs­ weise einen gemeinsamen Sockel auf, um die gruppierten Heizelemente in definierter Position relativ zueinander zu halten. Die Heizelemente einer Gruppe können vorteilhaft einzeln elektrisch angesteuert werden, um so ent­ lang der Achse der Heizelemente der Gruppe das räumliche Abstrahlprofil steuern zu können. Ferner können die einzelnen Gruppen ebenfalls einzeln elektrisch angesteuert werden, um auch in Richtung der Erstreckung der Gruppen ihr Abstrahlprofil steuern zu können. Vorteilhafterweise werden die Gruppen etwa parallel zueinander und parallel zu einer Ebene, die vorteilhaft eine Waferoberfläche ist, angeordnet. Durch entsprechende Ansteuerung der Gruppen und der Heizelemente innerhalb einer Gruppe ergibt sich die Mög­ lichkeit sowohl in Längsrichtung der Heizelemente als auch in Richtung senk­ recht hierzu die Intensität der abgestrahlten Leistung zu steuern bzw. zu re­ geln. Damit lassen sich unterschiedliche Strahlungsprofile über die Substrato­ berfläche hinweg erzeugen. Vorzugsweise weisen die jeweiligen Glühdrähte einen konstanten elektrischen Widerstand pro Längeneinheit auf, um über die Länge des gewendelten Abschnittes des Glühdrahts hinweg eine konstante Strahlungsintensität zu erzeugen. Abweichungen hiervon können ebenfalls vorteilhaft sein, insbesondere kann die Dichte und/oder Art der Wicklung der gewickelten Abschnitte inhomogen sein.

Vorteilhafterweise weist wenigstens ein Heizelement wenigstens zwei Kam­ mern zur Aufnahme des Glühdrahts auf, und insbesondere eine Vielzahl von voneinander getrennten Kammern zur Aufnahme unterschiedlicher Abschnitte der Glühdrähte. Durch das vorsehen unterschiedlicher Kammern kann der Halogenprozeß in den jeweiligen Kammern, insbesondere unter Berücksichti­ gung des jeweiligen Glühdrahtabschnitts optimal eingestellt werden. Insbe­ sondere im Bereich der ungewickelten Abschnitte der Glühdrähte besteht die Gefahr, einer Kondensation des Wolframs am Lampenkolben, da es im Be­ reich der ungewickelten Abschnitte zu einer geringeren Erwärmung als im Be­ reich der gewickelten Abschnitte kommt. Für eine gute Steuerung des Halo­ genprozesses in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Abschnitten sind in wenigstens zwei der Kammern ein unterschiedlicher Druck und/oder ein un­ terschiedliches Gas vorgesehen.

Zum Erreichen einer homogenen Temperaturverteilung auf der Substratober­ fläche weist der Glühdraht eines Heizelements vorzugsweise einen mittig an­ geordneten, gewickelten Abschnitt mit angrenzenden ungewickelten Ab­ schnitten auf, während der Glühdraht des benachbarten Heizelements einen entsprechenden ungewickelten Mittelabschnitt mit zwei benachbarten gewic­ kelten Abschnitten aufweist. Durch diese Anordnung wird eine unterschiedliche Erwärmung der Randbereiche des Substrats bezüglich des Mittenbe­ reichs ermöglicht, um den oben beschriebenen Photon-Box-Effekt entgegen zu wirken. Dabei weist der gewickelte Mittelabschnitt des einen Glühdrahts vorzugsweise eine Länge von ungefähr 4/5 des Durchmessers des zu behan­ delnden Substrats auf. Die benachbart zu einem mittigen, ungewickelten Ab­ schnitt liegenden gewickelten Abschnitte weisen vorzugsweise eine Länge von ungefähr 1/3 des Durchmessers des zu behandelnden Substrats auf.

Für eine gute und gleichmäßige Erwärmung der Substrate sind die Heizele­ mente vorzugsweise Stablampen, deren Glühdrähte von der Lampenlängs­ achse um weniger als einen Millimeter abweichen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere scheibenförmigen Halbleitersubstraten, mit einem eine Ofenkammer bildenden Gehäuse, wenig­ stens einer Strahlungsquelle innerhalb der Ofenkammer und einer für die Strahlung der Strahlungsquelle im wesentlichen durchlässigen Prozeßkammer zur Aufnahme des zu behandelnden Substrats, wobei das Gehäuse für die Strahlung reflektierende Innenwände aufweist, dadurch gelöst, daß wenig­ stens eine etwa parallel zu einer Ebene des zu behandelnden Substrats an­ geordnete Innenwand des Gehäuses wenigstens zwei Zonen mit unterschied­ lichen Reflektionseigenschaften aufweist, wobei wenigstens eine Zone im we­ sentlichen der Flächenform des Substrats entspricht. Durch vorsehen der un­ terschiedlichen Reflektionseigenschaften kann eine lokale Erwärmung der Prozeßkammer durch von dem Substrat emittierte Wärmestrahlung, die teil­ weise durch die Prozeßkammer absorbiert und an den Innenwänden des Ge­ häuses reflektiert wird verringert werden. Dadurch daß die eine Zone im we­ sentlichen der Flächenform des Substrats entspricht, kann eine lokale Erwär­ mung der Prozeßkammer direkt oberhalb des Substrats insbesondere in ei­ nem Bereich, der im wesentlichen der Flächenform des Substrats entspricht, verringert werden.

Vorzugsweise reflektiert die eine Zone einfallendes Licht im wesentlichen Diffus, wodurch sich eine gleichmäßige Verteilung, der von dem Substrat aus­ gehenden und in der einen Zone reflektierten Wärmestrahlung innerhalb der Ofenkammer ergibt. Zum Erreichen dieses Effekts ist die Zone der Innenwand vorzugsweise sandgestrahlt oder durch andere chemische, elektrochemische oder mechanische Verfahren aufgerauht.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die eine Innenwand eine zur Flächenform des Substrats unterschiedliche Form auf, wie beispielsweise eine quadratische Form im Vergleich zu einer runden Substratform. Vorzugsweise entspricht die eine Zone im wesentlichen der Größe des Substrats.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch bei einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere scheibenförmigen Halbleitersubstraten, mit einem eine Ofenkammer bildenden Gehäuse, wenig­ stens einer Strahlungsquelle innerhalb der Ofenkammer, und einer für die Strahlung der Strahlungsquelle im wesentlichen durchlässigen Prozeßkammer zur Aufnahme des zu behandelnden Substrats dadurch gelöst, daß wenig­ stens eine im wesentlichen parallel zu einer Ebene des zu behandelnden Substrats angeordnete Wand der Prozeßkammer wenigstens zwei Zonen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufweist, wobei eine Zone vorteil­ haft im wesentlichen der Flächenform des Substrats entspricht. Hierdurch las­ sen sich lokale Erwärmungen der Prozeßkammerwand ober- und unterhalb des Substrats durch die vom Substrat abgestrahlte Wärmestrahlung verrin­ gern, und damit kann einer Überhitzung des Substrats in seinem Mittenbe­ reich entgegengewirkt werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die ein Zone für die vom Substrat abgestrahlte Wärmestrahlung im wesentlichen durchlässig, um hierdurch eine lokale Erwärmung insbesondere in diesem Bereich zu vermeiden. Dabei weist die eine Wand der Prozeßkammer vorzugsweise eine zur Flächenform des Substrats unterschiedliche Form auf und die eine Zone entspricht im wesentli­ chen der Größe des Substrats.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den Zeich­ nungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Schnellheizanlage von vorne;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Schnellheizanlage von der Seite;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Schnellheizanlage, bei der in einer oberen Lampenbank Lampen gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt sind;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Lampengruppe gemäß der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Schnellheizanlage gemäß der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Segmentier­ ten Lampengruppen in den oberen und unteren Lampenbänken;

Fig. 6 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Anordnungsmöglich­ keiten von Lampengruppen in den oberen und unteren Lampenbänken einer Schnellheizanlage;

Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf eine schematische Schnellheizanla­ ge mit einer oberer Lampenbank mit segmentierten Heizlampen;

Fig. 8 eine Ansicht ähnlich zur Fig. 5, wobei die einzelnen Segmente der segmentierten Lampen in den oberen und unteren Lampenbänken unterschiedliche Längenverhältnisse aufweisen;

Fig. 9a und 9b schematische Darstellungen von abschnittsweise komple­ mentären Glühdrähten von Heizlampen einer Gruppe von Heizlampen;

Fig. 10 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Ofenkammerwand mit Zo­ nen unterschiedlicher Reflektionseigenschaften.

Fig. 1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer Schnellheizanlage 1 für Halbleiterwafer 2. Die Schnellheizanlage weist ein nur schematisch ange­ deutetes Gehäuse 4 auf (welches auch als Reaktor bezeichnet werden kann), das im Inneren eine Ofenkammer 6 definiert. Die nach Innen weisenden Wän­ de des Gehäuses können zumindest teilweise beschichtet sein, um eine ver­ spiegelte Kammer zu bilden. Mittig innerhalb der Ofenkammer 6 ist ein aus transparentem Quarzglas bestehende Prozeßkammer 8 vorgesehen. Inner­ halb der Prozeßkammer 8 ist der zu behandelnde Wafer 2 auf entsprechen­ den Tragelementen 9 abgelegt. Das Gehäuse 4 sowie die Prozeßkammer 8 weisen jeweils nicht dargestellte verschließbare Öffnungen zum Einführen und Herausnehmen der Wafer 2 auf. Ferner sind nicht dargestellte Gasleitungen vorgesehen, um Prozeßgase in die Prozeßkammer 8 ein- und aus dieser her­ auszuleiten.

Oberhalb und unterhalb der Prozeßkammer 8 sind Lampenbänke 11, 12 vor­ gesehen, die jeweils durch eine Vielzahl von stabförmigen Wolfram-Halogen- Lampen 14 gebildet werden. Obwohl dies in Fig. 1 nicht dargestellt ist, kön­ nen auch seitlich zur Prozeßkammer 8 Lampenbänke bzw. einzelne Wolfram- Halogen-Lampen 14 vorgesehen werden. Natürlich können statt der stabför­ migen Wolfram-Halogen-Lampen auch andere Lampen verwendet werden.

Der in der Prozeßkammer 8 befindliche Wafer wird über die von den Lampen­ bänken 11, 12 emittierte, elektromagnetische Strahlung geheizt. Zur Messung der Wafertemperatur ist ein Pyrometer 16 vorgesehen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird nunmehr eine spezielle Ausführung einer Schnellheizanlage gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, die im Allgemeinen denselben Aufbau besitzt wie die zuvor beschriebene Schnellheizanlage. Daher werden für dieselben oder ähnliche Elemente die­ selben Bezugszeichen verwendet, wie bei der Beschreibung der Schnellhei­ zanlage gemäß den Fig. 1 und 2.

Die Schnellheizanlage 1 weist ein Gehäuse 4, von dem nur eine obere Wand 18 und eine untere Wand 19 dargestellt sind. Das Gehäuse 4 bildet eine Ofenkammer 6, in der eine aus Quarzglas bestehende Prozeßkammer 8 an­ geordnet ist. Innerhalb der Prozeßkammer 8 ist ein Halbleiterwafer 2 angeordnet, der von einem auf der Ebene des Halbleiterwafers 2 liegenden Kom­ pensationsring 20 umgeben ist. In Fig. 3 ist auch eine Gaseinlaß- oder Aus­ laßöffnung 22 für das Ein- bzw. Ausleiten von Prozeßgasen in die bzw. aus der Prozeßkammer 8 angedeutet.

Oberhalb und unterhalb der Prozeßkammer 8 sind Lampenbänke 11, 12 vor­ gesehen. In der unteren Lampenbank 12 ist eine Vielzahl von herkömmlichen Wolfram-Halogen-Lampen 14 angeordnet, von der nur eine in Fig. 3 zu se­ hen ist.

In der oberen Lampenbank 11 bilden jeweils 2 unterschiedlich segmentierte Lampen 24, 25 eine Lampengruppe 26, die auch als Mehrfachlampe bezeich­ net werden kann. Die Lampenkolben der Lampen 24, 25 sind an gemeinsa­ men Lampensockeln 28, 29 befestigt. Der Lampensockel 28 sowie der Lam­ pensockel 29 weisen jeweils einen nicht näher dargestellten Anschluß auf, über den sowohl die untere als auch die obere Lampe 24, 25 angesteuert werden kann. Die Lampen mit ihrem gemeinsamen Sockel können so dimen­ sioniert sein, daß sie in Lampenaufnahmen bestehender Schnellheizanlagen eingesetzt werden können, so daß eine Nachrüstung bestehender Systeme möglich ist. Der Anschluß ist derart ausgeschaltet, daß die oberen und unte­ ren Lampen separat, das heißt individuell und unabhängig voneinander ange­ steuert werden können. Alternativ ist es natürlich auch möglich, für jede der Lampen einen eigenen Sockel mit einem eigenen Anschluß vorzusehen. Die obere Lampe 24 weist einen Glühdraht 30 mit einem gewickelten Mit­ telabschnitt und ungewickelten oder zumindest weniger stark gewickelten Ab­ schnitten 34 auf. Der gewickelte Abschnitt 32 befindet sich vollständig im Be­ reich des Wafers 2. Die ungewickelten bzw. weniger stark gewickelten Ab­ schnitte 34 grenzen links und rechts an den gewickelten Abschnitt 32 an und überlappen einen Randbereich des Wafers 2.

Die Lampe 25 weist einen ungewickelten bzw. nicht stark gewickelten Mit­ telabschnitt 36 und gewickelte Randabschnitte 38 auf. Der ungewickelten Mittelabschnitt 36 der Lampe 25 erstreckt sich über den gleichen Bereich wie der gewickelte Mittelabschnitt 32 der Lampe 24. In gleicher Weise erstrecken sich die gewickelten Randabschnitte 38 der Lampe 25 über den gleichen Be­ reich wie die ungewickelten Abschnitte 34 der Lampe 24.

Die gewickelten und ungewickelten Abschnitte der Lampen 24 und 25 sind somit komplementär zueinander. Durch unterschiedliche Ansteuerung der Lampen 24 und 25 läßt sich auf einfache Weise eine unterschiedliche Erwär­ mung des Mittenbereichs gegenüber des Randbereich des Substrats errei­ chen. Während einer Aufheizphase kann die Lampe 24 beispielsweise stärker angesteuert werden als die Lampe 25, wodurch eine höhere Strahlungsinten­ sität auf den Mittenbereich gegenüber dem Randbereich des Wafers 2 einfällt. Dadurch kann der Photon-Box-Effekt beim Aufheizen verringert werden. Beim kontrollierten Abkühlen des Wafers 2, das heißt beim Abkühlen unter gleich­ zeitiger Bestrahlung durch die Lampen 24, 25 kann die Lampe 25 nunmehr stärker angesteuert werden als die Lampe 24, wodurch sich im Randbereich des Wafers 2 eine größere Strahlungsintensität ergibt als in dessen Mittenbe­ reich. Hierdurch wird ein schnelleres Auskühlen des Randbereichs und somit der Photon-Box-Effekt verringert.

Die Glühdrähte der Lampen weisen über die gesamte Drahtlänge hinweg ei­ nen konstanten elektrischen Widerstand pro Drahtlänge auf, so daß die ge­ wickelten Bereiche bei gleicher Ansteuerung mit gleicher Intensität strahlen. Alternativ können die Glühdrähte jedoch auch einen unterschiedlichen elektri­ schen Widerstand pro Drahtlänge aufweisen, um unterschiedliche Strah­ lungsintensitäten zu erreichen. Hierdurch kann eine weitere Anpassung der Strahlungscharakteristika erreicht werden.

Obwohl dies in Fig. 3 nicht dargestellt ist, kann der Wafer 2 während der thermischen Behandlung in der Waferebene gedreht werden, um eine noch gleichmäßigere Temperaturverteilung über die Waferoberfläche hinweg zu erreichen.

Fig. 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampengruppe 40, die beispielsweise anstelle der in Fig. 3 gezeigten Lam­ pengruppe 26 eingesetzt werden kann. Die Lampengruppe 40 weist eine obe­ re Lampe 42 sowie eine untere Lampe 43 auf, die an ihren jeweiligen Enden jeweils an einem gemeinsamen Sockel 44, 45 befestigt sind. Der Glühdraht 47 der oberen Lampe weist einen ungewickelten Mittelabschnitt 48, sowie jeweils daran angrenzende gewickelte Randabschnitte 49 auf. Die obere Lampe 42 weist einen aus Quarzglas bestehenden Lampenkolben 50 auf, der durch sich quer zur Lampenlängsachse erstreckende Trennwände 51 drei voneinander getrennte Kammern 55, 56, 57 bildet. Die Länge der Kammern 55 und 57 ent­ spricht im wesentlichen der Länge der gewickelten Randabschnitte 49 und nimmt diese auf. Die mittlere Kammer 56 besitzt eine Länge, die im wesentli­ chen der Länge des mittleren ungewickelten Abschnitts 48 des Glühdrahts 47 entspricht und nimmt diesen auf.

In den Kammern 55 und 57 befindet sich eine unterschiedliche Gasatmosphä­ re (Gaszusammensetzung und/oder Druck) als in der Kammer 56. Wenn der Glühdraht 47 der oberen Lampe angesteuert wird, erhitzt sich diese aufgrund der gewickelten Randbereiche 49 in den gewickelten Randabschnitten 49 stärker als in dem ungewickelten Mittelabschnitt 48. Um trotzdem einen sta­ bilen Halogenprozeß über die gesamte Lampenlänge hinweg vorzusehen ist in der mittleren Kammer 56 eine Gasatmosphäre vorgesehen, die einen Halo­ genprozeß auch bei geringeren Temperaturen unterstützt. Die Gasatmosphä­ ren in den jeweiligen Kammern sind auf die zu erwartende Erwärmung der jeweiligen Glühdrahtabschnitte abgestimmt.

Die untere Lampe 43 weist einen Glühdraht 67 mit einem gewickelten Mit­ telabschnitt 68 und ungewickelten Randabschnitten 69 auf, die komplimentär zu den gewickelten und ungewickelten Abschnitten 49, 48 der Lampe 42 an­ geordnet sind. Die Lampe 43 besitzt in gleicher Weise wie die Lampe 42 ei­ nen Lampenkolben 70, der durch sich quer zur Lampenlängsachse erstrec­ kende Trennwände 71 in unterschiedliche Kammern 75, 76, 77 aufgeteilt ist. Die außenliegenden Kammern 75 und 77 nehmen die ungewickelten Abschnitte 69 des Glühdrahts 67 auf, während die mittleren Kammer 76 den ge­ wickelten Abschnitt 68 des Glühdrahts 67 aufnimmt. Die Kammern 75 und 77 besitzen wiederum eine unterschiedliche Gasatmosphäre als die Kammer 76.

Die Trennung der Kammern kann beispielsweise durch in den Lampenkolben eingeschmolzene Metall-, Glas- oder Keramiktrennwände erfolgen. Alternativ kann aber auch eine Verjüngung des Lampenkolbens ohne Zusatzelemente eine Trennung der Kammern bewirken.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Schnellheizanlage 1, die im wesentlichen gleich zur Schnellheizanlage 1 gemäß Fig. 3 aufgebaut ist. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bilden bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 5 auch bei der unteren Lampenbank 12 jeweils zwei Lampen mit komplementär angeordneten gewickelten und ungewickelten Ab­ schnitten eine Gruppe. Somit sind oberhalb und unterhalb eines Substrats 2 Lampenbänke 11, 12 vorgesehen, die komplementär segmentierte und grup­ penweise angeordnete Lampen aufweisen.

In Fig. 6 sind unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten für die aus zwei komplementär segmentierten Lampen bestehenden Gruppen dargestellt. Bei den Lampengruppen repräsentiert der Kreis mit dem Kreuz jeweils eine Lam­ pe mit einem mittig gewickelten Abschnitt und ungewickelten bzw. weniger stark gewickelten Randabschnitten, während der Kreis mit dem ausgefüllten Punkt eine Lampe mit einem nichtgewickelten bzw. geringfügig gewickelten Mittelabschnitt und gewickelten oder stärker gewickelten Randabschnitten darstellt. Die Beispiele I und II stellen die derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, bei der die jeweiligen Lampen einer Lampengruppe auf ei­ ner Senkrechten zur Waferebene angeordnet sind.

Wie in dem Beispiel III dargestellt ist, ist es jedoch auch möglich, die jeweili­ gen Lampen einer Lampengruppe in einer parallel zur Waferebene liegenden Ebene anzuordnen.

Die Beispiele IV und V zeigen eine Anordnung der jeweiligen Lampen in einer Ebene, die den Wafer mit einem Winkel von ungleichen 90 Grad schneidet. Bei den Beispielen I, II, III und V sind die jeweiligen Lampen der Lampen­ gruppen der oberen und unteren Lampenbank bezüglich der Waferebene symmetrisch angeordnet.

Das Beispiel VI hingegen zeigt eine Anordnung der Lampen Lampengruppe der oberen Lampenbank in einer Ebene, die die Waferebene mit einem Winkel ungleich 90 Grad schneidet, während die Lampen einer Lampengruppe der unteren Lampenbank parallel zur Waferebene angeordnet sind.

Somit ergeben sich unterschiedlichste Anordnungsmöglichkeiten für die Lam­ pen innerhalb der jeweiligen Lampengruppen.

Fig. 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Schnellheizanlage 1, wobei die obere Wand der Ofenkammer entfernt wurde. Die Ofenkammer weist Endwände 80 und 81, sowie die Kammerendwände 80, 81 verbindende Kam­ merseitenwände 82 und 83 auf. Die Kammerendwand 80 weist eine Öffnung zur Aufnahme und Durchführung einer Gasleitung 89 auf, die mit einer im In­ neren der Ofenkammer angeordneten Prozeßkammer 88 in Verbindung steht.

Zwischen den Kammerseitenwänden 82, 83 erstrecken sich in wenigstens zwei Ebenen Lampenpaare 90a bis q (von denen nur die obere Lampe darge­ stellt ist und die z. B. analog oder ähnlich angeordnet sein können wie in Fig. 3 die Lampenpaare in Lampenbank 11) einer oberen Lampenbank 91, auf die im nachfolgenden noch näher eingegangen wird. Unterhalb der Prozeßkam­ mer 88 kann eine weitere Lampenbank vorgesehen sein, obwohl dies in Fig. 7 nicht dargestellt ist. An der Kammerendwand 81 ist ein Adapter 95 für ein Gasauslaßsystem vorgesehen. Das Gasauslaßsystem im Adapter 95 ist derart ausgestaltet, daß es einen laminaren Gasfluß innerhalb der Prozeßkammer 8 ermöglicht. Ferner befindet sich an der Kammerendwand 81 eine Tür zum be- und entladen der Prozeßkammer 88.

In der nicht dargestellten Bodenwand und/oder der nicht dargestellten Deck­ wand der Ofenkammer ist eine Vielzahl von auf die Prozeßkammer 8 gerich­ teten Gaseinlässen vorgesehen, um durch Einleiten eines Gases die Prozeß­ kammer zu kühlen.

Innerhalb der Prozeßkammer 88 ist ein Halbleiterwafer 97 aufgenommen, der radial von einem Kompensationsring 98 umgeben ist. Der Wafer ist derart aufgenommen, daß er in der Waferebene um seine Mittelachse drehbar ist.

Wie in Fig. 7 dargestellt ist, weist die obere Ebene der obere Lampenbank 91 sowohl segmentierte Lampe, d. h. Lampen mit gewickelten und ungewickelten bzw. weniger stark gewickelten Abschnitten des Glühdrahts, als auch nicht segmentierte Lampen, d. h. Lampen mit einem durchgängig, im wesentlichen gleichmäßig gewickelten Glühdraht auf. Bei den segmentierten Lampen, d. h. den Lampen 90a, b, c, d, e, g, k, l, m, n, o, q sind die jeweiligen Mittelab­ schnitte der Glühdrähte ungewickelt oder zumindest nicht stark gewickelt, während die jeweiligen Endabschnitte gewickelt sind. In der zweiten Ebene der oberen Lampenbank 91 sind die Lampen erfindungsgemäß komplementär zur entsprechenden oberen Lampe ausgestaltet. Hierdurch ergeben sich im wesentlichen streifenförmige Zonen A und B, mit unterschiedlichen, von den Lampen ausgehenden Strahlungsintensitäten. In der mittleren Zone A erfolgt eine Strahlung im wesentlichen nur durch die durchgängig gewickelten Lam­ pen 90f, i, j, k und p, und durch die im Mittenbereich gewendelten Lampen der zweiten Ebene der oberen Lampenbank. In den Randzonen B erfolgt die Be­ strahlung im wesentlichen durch die Lampen, die im Randbereich einen ge­ wickelten Glühdraht umfassen. Allgemein können die durchgehend gewickel­ ten Lampen (Lampenpaare) 90f, i, j, k und p auch durch Paare komplementär segmentierter Lampen ersetzt werden. Aus der Anordnung und dem Verhält­ nis der Anzahl der komplementär segmentierten Paare und durchgängig ge­ wickelten Lampen, sowie deren elektrischer Ansteuerung lassen sich die Zo­ nen A und B definieren und während des Prozesses in Ihrer Größe und der Intensität ihrer Bestrahlung steuern.

Durch diese Anordnung der Lampen in Kombination mit der Waferdrehung ergeben sich auf der Waferoberfläche des Wafers 97 zwei unterschiedliche Bestrahlungszonen, die durch die gepunktete Linie in Fig. 7 dargestellt sind. Im Inneren der gepunkteten Linie, d. h. in einem Mittenbereich des Wafers er­ folgt eine Bestrahlung im wesentlichen ausschließlich über die nichtsegmen­ tierten Lampen, während in dem außerhalb des gepunkteten Kreis liegenden Bereich des Wafers eine Bestrahlung sowohl durch die nicht segmentierten als auch die segmentierten Lampen, insbesondere die segmentierten Lampen 90g, 90k und 90l erfolgt. Durch geeignete individuelle Ansteuerung der jewei­ ligen Lampen ist es daher möglich, den Mittenbereich des Wafers 97 unter­ schiedlich (und insbesondere prozessabhängig) zu seinem Randbereich zu erwärmen.

Eine derartige mehrzonige Bestrahlung läßt sich auch durch die Verwendung der in den Fig. 3, 4, 5 und 6 dargestellten Lampengruppen erreichen, wobei die Anordnung der Lampenpaare oder -gruppen und/oder deren Kombinatio­ nen mit nichtsegmentierten Lampen den Erfordernissen nach beliebig kombi­ nierbar sind. So können z. B. die im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebe­ nen Lampenpaare durch andere Gruppierungen wie sie z. B. in Fig. 6 darge­ stellt sind ersetzt werden. Ferner sind auch unterschiedliche Gruppierungen innerhalb einer Lampenbank möglich.

Fig. 8 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Schnellheizanlage 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, die ähnlich auf­ gebaut ist, wie die Schnellheizanlage 1 gemäß Fig. 5. Der einzige Unterschied liegt in einem unterschiedlichen Verhältnis der Länge der gewickelten und un­ gewickelten Abschnitte in den Lampengruppen der oberen Lampenbank 11 und den Lampengruppen der unteren Lampenbank 12. Die dargestellten Ab­ schnittslängen sind in Millimeter angegeben und sind für eine Schnellheizan­ lage für Wafer 2 mit einem Durchmesser von 200 mm vorgesehen. Bei der Lampengruppe der oberen Lampenbank 11 beträgt die Länge des mittleren Abschnitts 140 mm, während die Randabschnitte jeweils eine Länge von 80 mm aufweisen. Bei der Lampengruppe der unteren Lampenbank 12 weist der Mittelabschnitt eine Länge von 160 mm auf, während die Randabschnitte je­ weils 70 mm aufweisen. Durch die unterschiedlichen Verhältnisse der Ab­ schnittsfängen ergeben sich unterschiedliche Zonen mit unterschiedlichen Strahlungsintensitäten, welche eine verbesserte Erwärmung des Wafers 2 und eine Verringerung des Photon-Box-Effektes ermöglichen. Die angegebenen Längen der Abschnitte sind nur als Beispiele und nicht als Limitierung zu se­ hen. Die Abschnittslängen können auf die jeweilige Wafergröße und die Kammergeometrie angepaßt sein.

Die Fig. 9a und b zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Lampengruppen mit jeweils zwei Lampen mit einem Lampendraht, der jeweils gewickelte und ungewickelte Abschnitt aufweist. Wie in den Fig. 9a und b zu sehen ist, sind die gewickelten und ungewickelten Abschnitte der beiden Lampen einer Lampengruppe jedoch nur teilweise komplementär ausgebildet. So ist gemäß Fig. 9a z. B. bei beiden Lampen der Lampengruppe ein Randbe­ reich mit ungewickelten Abschnitten der jeweiligen Glühdrähte vorgesehen. Ferner überlappt der gewickelte Mittelabschnitt der unteren Lampe nicht voll­ ständig den ungewickelten Mittelabschnitt der oberen Lampe. Gleichzeitig überlappt der gewickelte Mittenbereich der unteren Lampe etwas den rechten gewickelten Abschnitt der oberen Lampe.

Durch die unterschiedlichen Anordnungen der gewickelten und ungewickelten Bereiche lassen sich unterschiedliche Strahlungsprofile der Lampengruppe vorsehen, die an die jeweiligen Prozesse und die Kammergeometrien ange­ paßt werden können.

Bei einer möglichen Überlappung von gewickelten bzw. nicht gewickelten Ab­ schnitten benachbarter Lampen einer Lampengruppe sollte diese Überlap­ pung kleiner sein als 30% der Abschnittslänge oder 10% des Substratdurch­ messers.

Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer oberen bzw. unteren paral­ lel zur Waferebene liegende Ofenkammerwand einer Schnellheizanlage 1.

Fig. 10 zeigt die Kammerinnenwand, die wie zuvor beschrieben verspiegelt oder beschichtet sein kann. Die Verspiegelung erfolgt beispielsweise durch eine Beschichtung mit Gold oder einem dielektrischen Material. Dabei weist die Innenseite der Ofenwand jedoch einen Mittenbereich 100 auf, der eine der Flächenform des zu behandelnden Wafers entsprechende Form besitzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine kreisförmige Flächenform vor­ gesehen. An dem Wafer vorgesehene Kerben (Notch) bzw. Abflachungen (Flats), werden bei der Ausgestaltung des Mittenbereichs 100 nicht notwendi­ gerweise berücksichtigt.

Der Mittenbereich 100 ist von einem Außenbereich 102 umgeben. Die Berei­ che 100 und 102 weisen unterschiedliche Reflexionseigenschaften auf. Insbe­ sondere reflektiert der Mittenbereich 100 einfallendes Licht diffus und/oder weist einen kleineren Reflexionskoeffizienten auf als der Außenbereich. Vor­ zugsweise erfolgt im Außenbereich 102 eine normale (spiegelnde) Reflexion. Allgemein können sich die Bereiche auch im spektralen Verlauf ihrer opti­ schen Eigenschaften unterscheiden, z. B. im spektralen Verlauf des Bre­ chungsindexes und/oder des Reflexionskoeffizienten, wobei z. B. ein über ei­ nen bestimmten Wellenlängenbereich integrierter Reflexionskoeffizient durch­ aus gleich oder ähnlich sein kann. Der Mittenbereich 100 kann beispielsweise durch Sandstrahlen behandelt werden, um die diffusen Reflektionseigen­ schaften zu erhalten. Über z. B. unterschiedliche Beschichtungen von Mitten- und Außenbereich läßt sich der spektrale Verlauf der optischen Eigenschaften beeinflussen.

Die Größe des Mittenbereichs 100 entspricht im wesentlichen der Größe des zu behandelnden Substrats, wobei dies wiederum von den Dimensionen der Prozesskammer bzw. des Reaktors abhängt. Sind die reflektierenden und/oder brechenden Flächen weniger als 30% von der Waferoberfläche ent­ fernt, so wird der Mittenbereich zwischen 70% und 130% des Waferdurch­ messers gewählt. Bei der Auswahl des geeigneten Durchmessers gehen die optischen Eigenschaften des Wafers die Anordnung der Lampenbänke und die Temperatur-Zeit-Kurven der beabsichtigten Prozesse mit ein. Man ist bemüht, eine von ersterem und letzterem weitgehend unabhängige Wahl zu treffen, wobei dann die Parameter für den Mittenbereich wie angegeben sind. Ferner kann es vorteilhaft sein, mehr als zwei Bereiche mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften zu versehen und/oder die optischen Eigenschaften können sich kontinuierlich verändern, so daß z. B. der Reflexionskoeffizient des Außenbereichs kontinuierlich nach außen hin zu- oder abnimmt.

Ofeninnenwände mit Bereichen unterschiedlicher Reflektivität führen bei lan­ gen Prozessen zu einer homogeneren Temperaturverteilung über die Oberflä­ che des Wafer hinweg. Auch bei kurzen, sogenannte Flash-Prozessen, läßt sich eine verbesserte Homogenität der Temperaturverteilung über den Wafer hinweg erreichen. Außerdem lassen sich bei Anlagen mit solchen modifizier­ ten Kammeroberflächen die Lampenbänke mit herkömmlichen, nicht segmen­ tierten Lampen alle Lampen einer Lampenbank mit nahezu der gleichen elek­ trischen Leistung ansteuern. Bisher wurden die Lampen zur Verringerung von Randeffekten unterschiedlich angesteuert. Die gleichmäßige Ansteuerung führt zu einer Erhöhung der Lampenlebensdauer. Zudem kann bei gleicher Leistungselektronik ein größeres Prozeßfenster bzw. ein größerer Regelbe­ reich erreicht werden, da alle Lampen im wesentlichen gleich angesteuert werden können. Hierdurch werden Situationen vermieden, in denen eine Lampe mit 40%iger Leistung strahlt und eine andere mit 80%iger Leistung, wodurch sich eine maximale Erhöhung der Strahlungsleistung - bei gleichblei­ benden Strahlungsverhältnissen zwischen den Lampen ergibt. Bei gleichmä­ ßigerer Ansteuerung der Lampen können die Regelbereiche der Lampe bes­ ser ausgeschöpft werden. Dies erhöht die Prozeßdynamik und den Regelbe­ reich. Dabei sollte keine der Lampen wesentlich von einem Mittenwert nach oben oder unten abweichen, d. h. die Lampenleistungen befinden sich etwa innerhalb eines Leistungsfensters von etwa 20% um den Mittenwert. Eine weitere Vergrößerung des Prozeßfensters läßt sich durch eine geringere Be­ lastung der an den seitlichen Ofeninnenwänden angebrachten Lampen, wenn sie eingesetzt sind, erreichen. Statt einer Belastung von beinahe 100%, wie sie normalerweise für diese Lampen üblich ist, werden die Seitenlampen bei Prozessen in einem Ofen, der Bereiche unterschiedlicher Reflektivität aufweist, beispielsweise nur mit 30% belastet. Sind zusätzlich zu den sandge­ strahlten Ofenbereichen die Lampenbänke mit den erfindungsgemäßen Lam­ pengruppen bzw. Mehrfachlampen bestückt, so läßt sich mit ihrer Hilfe die Temperaturhomogenität noch weiter erhöhen, indem man die Strahlungscha­ rakteristika der einzelnen Heizkörper und somit das Strahlungsfeld innerhalb der Ofenkammer zonenweise den Prozeßbedürfnissen anpaßt.

In ähnlicher Weise können auch die parallel zur Waferebene liegenden Kam­ merwände der aus Quarz bestehenden Prozeßkammer Bereiche mit unter­ schiedlichen optischen Eigenschaften aufweisen, wobei der eine Bereich eine dem zu behandelnden Wafer entsprechende Flächenform aufweist. Die unter­ schiedlichen optischen Eigenschaften können beispielsweise eine unter­ schiedliche Brechung, insbesondere der vom Wafer ausgehenden Wär­ mestrahlung und/oder eine unterschiedliche Absorptionsgröße der von dem Wafer ausgehenden Wärmestrahlung beinhalten. Hierdurch wird vermieden, daß die parallel zum Wafer liegende Kammerwand im Bereich oberhalb bzw. unterhalb des Wafers lokal stärker aufgeheizt wird als andere Bereiche der Prozeßkammer, wodurch der zuvor beschriebene Photon-Box-Effekt verstärkt werden würde.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Er­ findung näher erläutert, ohne auf die speziell dargestellten Ausführungsbei­ spiele beschränkt zu sein. Die Heizanlage kann beispielsweise für RTP-, CVD-, RTCVD- oder Epitaxie-Prozesse verwendet werden. Die zuvor ge­ nannten Merkmale lassen sich in jeder kompatiblen Weise miteinander kombi­ nieren. Insbesondere läßt sich die Kammerwand mit unterschiedlichen Re­ flektivitäten bzw. die Prozeßkammerwand mit unterschiedlichen optischen Ei­ genschaften mit den unterschiedlichen Lampenformen kombinieren.

Claims (25)

1. Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit wenigstens zwei benachbarten, im wesentlichen parallel angeordneten, jeweils wenigstens einen Glühdraht aufweisenden Heizelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei be­ nachbarten Heizelemente wenigstens stückweise hinsichtlich gewickelter und ungewickelter Abschnitte ihrer Glühdrähte etwa komplementär zuein­ ander ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glüh­ draht des einen Heizelements n gewickelte Abschnitte und m ungewic­ kelte Abschnitte aufweist, während der Glühdraht des benachbarten Hei­ zelements m gewickelte und n ungewickelte Abschnitte aufweist, wobei m und n jeweils natürliche Zahlen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewic­ kelten Abschnitte des Glühdrahts eines Heizelements jeweils wenigstens teilweise im Bereich der ungewickelten Abschnitte des Glühdrahts des benachbarten Heizelements liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich gewic­ kelte oder ungewickelte Abschnitte von Glühdrähten um höchstens 10% des Substratdurchmesser des zu behandelnden Substrats überlappen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Glühdrähte zu einer Symmetrieebene, die ihre Längsachse mittig schneidet und senkrecht dazu steht symmetrisch sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeweils wenigstens zwei benachbarte Heizelemente ei­ ne Gruppe bilden, deren Heizelemente auf wenigstens einer Seite mitein­ ander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizele­ mente einer Gruppe einen gemeinsamen Sockel aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung zum individuellen Ansteuern der Glühdrähte benachbarter Heizelemente.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweiligen Glühdrähte einen konstanten elektri­ schen Widerstand pro Längeneinheit aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein Heizelement wenigstens zwei Kam­ mern zur Aufnahme des Glühdrahts aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizelemente eine Vielzahl von voneinander ge­ trennten Kammern zur Aufnahme unterschiedlicher Abschnitte der Glüh­ drähte aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens zwei der Kammern ein unterschiedlicher Druck und/oder ein unterschiedliches Gas vorgesehen sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Glühdraht eines Heizelements einen mittig ange­ ordneten, gewickelten Abschnitt mit angrenzenden ungewickelten Ab­ schnitten aufweist, wobei der Glühdraht des benachbarten Heizelements einen entsprechenden ungewickelten Mittelabschnitt mit zwei benachbar­ ten gewickelten Abschnitten aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der gewic­ kelte Mittelabschnitt des einen Glühdrahts eine Länge von ungefähr 4/5 des Durchmessers des zu behandelnden Substrats aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbart zu einem mittigen, ungewickelten Abschnitt liegenden gewic­ kelten Abschnitte eine Länge von ungefähr 1/3 des Durchmessers des zu behandelnden Substrats aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Heizelemente Stablampen sind deren Glühdrähte von der Lampenlängsachse um weniger als 1 mm abweichen.

17. Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, insbesondere scheibenförmi­ gen Halbleitersubstraten, mit einem eine Ofenkammer bildenden Gehäu­ se, wenigstens einer Strahlungsquelle innerhalb der Ofenkammer und ei­ ner für die Strahlung der Strahlungsquelle im wesentlichen durchlässigen Prozeßkammer zur Aufnahme des zu behandelnden Substrats, wobei das Gehäuse für die Strahlung reflektierende Innenwände aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine etwa parallel zu einer Ebene des zu behandelnden Substrats angeordnete Innenwand wenigstens zwei Zonen mit unterschiedlichen Reflektionseigenschaften aufweist, wobei wenig­ stens eine Zone im wesentlichen der Flächenform des Substrats ent­ spricht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zo­ ne darin einfallendes Licht im wesentlichen diffus reflektiert.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zone der Innenwand sandgestrahlt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeich­ net, daß eine andere Zone eine zur Flächenform des Substrats unter­ schiedliche Form aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die eine Zone im wesentlichen der Größe des Substrats ent­ spricht.

22. Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, insbesondere scheibenförmi­ gen Halbleitersubstraten, mit einem eine Ofenkammer bildenden Gehäu­ se, wenigstens einer Strahlungsquelle innerhalb der Ofenkammer und ei­ ner für die Strahlung der Strahlungsquelle im wesentlichen durchlässigen Prozeßkammer zur Aufnahme des zu behandelnden Substrats, gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine im wesentlichen parallel zu einer Ebene des zu behandelnden Substrats angeordnete Wand der Prozeßkammer wenigstens zwei Zonen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufweist, wobei eine Zone im wesentlichen der Flächenform des Substrats entspricht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Zo­ ne für von dem Substrat abgestrahlte Wärmestrahlung im wesentlichen durchlässig ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die eine Wand der Prozeßkammer eine zur Flächenform des Substrats unterschiedliche Form aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeich­ net, daß die eine Zone im wesentlichen der Größe des Substrats ent­ spricht.