DE102005056323A1 - Prozesskammermodul zum gleichzeitigen Abscheiden von Schichten auf mehreren Substraten - Google Patents

Prozesskammermodul zum gleichzeitigen Abscheiden von Schichten auf mehreren Substraten Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils mindestens einer Schicht auf einer Vielzahl von Substraten (8), wobei die schichtbildenden Komponenten in Form von Prozessgasen zusammen mit einem Trägergas mittelst eines von einer Zuleitung (6) gespeisten Gaseinlassorgans (5) in eine Prozesskammer (4) eines Reaktorgehäuses (1) eingebracht werden, aus der zumindest das Trägergas durch einen Gasauslass (9) entfernt wird, wobei die Substrate (8) auf mindestens einen Substrathalter (7) aufliegen. Um eine herstellungstechnisch und betriebstechnisch einfache Vorrichtung zum gleichzeitigen Abschneiden jeweils einer Schicht auf mehreren Substraten anzugeben, wird vorgeschlagen, dass im Reaktorgehäuse eine Vielzahl von Prozesskammern (4) modulartig angeordnet sind, die jeweils ein Gaseinlassorgan (5) aufweisen, mit dem die jeweilige Prozesskammer (4) mit dem Prozessgas und dem Trägergas versorgt werden und aus welchen Prozesskammern (4) zumindest das Trägergas durch einen jeweiligen Gasauslasskanal (9) entfernt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils mindestens einer Schicht auf einer Vielzahl von Substraten, wobei die schichtbildenden Komponenten in Form von Prozessgasen zusammen mit einem Trägergas mittelst eines von einer Zuleitung gespeisten Gaseinlassorgans in eine Prozesskammer eines Reaktorgehäuses eingebracht werden, aus der zumindest das Trägergas durch einen Gasauslass entfernt wird, wobei die Substrate auf mindestens einem Substrathalter aufliegen, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktorgehäuse eine Vielzahl von Prozesskammern modulartig angeordnet sind, die jeweils ein Gaseinlassorgan aufweisen, mit dem die jeweilige Prozesskammer mit dem Prozessgas und dem Trägergas versorgt werden und aus welchen Prozesskammern zumindest das Trägergas durch einen jeweiligen Gasauslasskanal entfernt wird.
  • Aus der US 2003/019094 A1 ist eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten auf einem Substrat bekannt. Auch diese Vorrichtung ist Teil einer komplexen Beschichtungsanlage. Die Vorrichtung besitzt ein Gehäuse, welches eine Prozesskammer ausbildet. Der Boden der Prozesskammer wird von einem Substrathalter ausgebildet, auf welchem das zu beschichtende Substrat aufliegt. Oberhalb des Substrathalters befindet sich ein Gaseinlassorgan, mit welchem die Prozessgase und die Prozessgase tragende Trägergase in die Prozesskammer eingeleitet werden können, wo die chemischen Prozesse, insbesondere Oberflächenprozesse stattfinden, bei denen schichtbildende Komponenten der Gase auf der Substratoberfläche aufwachsen. Die Prozesskammer kann durch eine seitliche Öffnung beladen werden.
  • Aus der US 5.855.675 ist eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat bekannt, bei dem oberhalb eines Substrathalters ein Gaseinlassorgan angeordnet ist. Auch diese Vorrichtung ist Teil einer komplexen Beschichtungsanordnung. Der Substrathalter kann von einer Prozessstellung in eine Ent-/Beladestellung abgesenkt werden, in welcher ein beschichtetes Substrat aus der Prozesskammer entfernt und ein zu beschichtendes Substrat in die Prozesskammer eingelegt werden kann.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine herstellungstechnisch und betriebstechnisch einfache Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils einer Schicht auf mehreren Substraten anzugeben.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt und jeder Anspruch mit jedem anderen Anspruch kombinierbar ist.
  • Es ist zunächst und im Wesentlichen vorgesehen, dass in einem einzigen Reaktorgehäuse eine Vielzahl von Prozesskammermodulen angeordnet sind. Die Substrate, die vorzugsweise eine Kreisscheibengestalt besitzen, liegen jetzt nicht in einer gemeinsamen Prozesskammer ein, sondern jeweils in einer gesonderten Prozesskammer, die aber zumindest im Bereich des Gasauslasses miteinander strömungsverbunden sind. Die einzelnen Prozesskammermodule des Reaktorgehäuses können in einem gemeinsamen Be-/Entladeschritt mit den zu beschichtenden Substraten beladen werden. Hierzu werden die Substrathalter von einer Prozessstellung in eine Be-/Entladestellung abgesenkt. In der Prozessstellung bilden die Wände des Substrathalters einen Gasauslasskanal. Die einzelnen Prozesskammern sind in der Prozessstellung mittelst Diffusionsbarrieren derartig voneinander getrennt, dass ein Übersprechen der Gase von einer Prozesskammer in eine andere Prozesskammer vermieden ist. Die einzelnen Prozesskammern sind in einer ge meinsamen Ebene angeordnet. Bevorzugt sind die Prozesskammern um ein Zentrum gruppiert. Das Zentrum wird von einer Drehachse eines mehrere Arme umfassenden Ent-/Beladeorganes, eines sogenannten Indexers gebildet. In der Prozessstellung liegen die Arme dieses Indexers in einem Spaltzwischenraum zwischen den einzelnen Prozesskammern. Dieser Spaltzwischenraum ist von einer Außenwandung eines Gasauslasskanales verschlossen. In der Prozessstellung, in welcher der Substrathalter angehoben ist, befindet sich die Oberfläche des Substrathalters, auf welchem das Substrat aufliegt, in einer Vertikalposition, die oberhalb des Spaltraumes ist. Ein oberer Abschnitt einer Kanalaußenwandung, die fest mit dem Substrathalter verbunden ist, greift in der Prozessstellung in eine Eintrittsnut eines ringförmigen Dichtungsorganes ein, das von einer Schürze überfangen ist. Diese ringförmige Schürze bildet die Umfangswandung der Prozesskammer und erstreckt sich vom Gaseinlassorgan in vertikaler Richtung bis in den Gasauslasskanal, der von einer Kanalinnenwandung und einer Kanalaußenwandung gebildet ist, wobei die Kanalinnenwandung fest mit dem Substrathalter verbunden ist und dessen Außenwandung bildet. Wird der Substrathalter von der so eben beschriebenen Prozessstellung, in welcher das Schichtwachstum auf der Oberfläche des Substrates erfolgt, in eine Be-/Entladestellung gesenkt, so wird der Spaltzwischenraum zwischen den einzelnen Prozesskammern geöffnet. Der Substrathalter liegt in dieser Be-/und Entladestellung unterhalb des Spaltzwischenraumes. Der Substrathalter besitzt Öffnungen zum Durchtritt von Stützstiften. Die Stützstifte werden von einem unterhalb des Substrathalters angeordneten Huborgans angehoben und untergreifen das Substrat, um es vom Substrathalter zu beabstanden. Die Substrate werden dabei vertikal bis in eine Höhe verlagert, die oberhalb des Indexerarmes liegt, so dass der Indexer um seine Drehachse verschwenkt werden kann, um in eine Position unterhalb des Substrates gebracht werden zu können. Werden die Stützstifte dann zurückgezogen, so wird das Substrat auf den Indexerarm aufgelegt, so dass es durch eine entsprechende Drehung des Indexers in eine Entnahmeposition geschwenkt werden kann. Hierzu besitzt das Reaktorgehäuse eine Seitenwandöffnung, durch die ein Roboterarm in das Reaktorgehäuse eingreifen kann. Die Substrathalter werden von einer Hubdrehachse getragen, die die Substrathalter in der zuvor geschilderten Weise vertikal verlagern können. Die Achse kann den Substrathalter auch Drehantreiben. Dabei werden die Kanalinnenwand und die Kanalaußenwand mitgedreht. Die Dichtung, innerhalb der ein oberer Abschnitt der Kanalaußenwandung einliegt, ist in entsprechender Weise gestaltet. Es kann sich hierbei auch um eine Gasdichtung handeln, die in entsprechender Weise mit einem Inertgas gespült wird.
  • Die Gaszuleitungen, die in das Gaseinlassorgan mündet, können mit einem gemeinsamen Gasmischsystem verbunden sein, in welchem das Prozessgas mit dem Trägergas gemischt wird. Die ringförmigen Gasauslasskanäle jeder Prozesskammer sind mit einem gemeinsam Gassammelkanal verbunden, an welchem bspw. eine Vakuumpumpe angeschlossen ist.
  • Während in der Beladestellung alle Prozesskammern miteinander kommunizieren, sind sie in der Prozessstellung mittelst Diffusionsbarrieren voneinander getrennt. Es handelt sich bevorzugt um dynamische Diffusionsbarrieren, die durch Trennflüsse ausgebildet sind.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 den Diagonalschnitt durch zwei Prozesskammermodule eines Reaktorgehäuses in der Prozessstellung,
  • 2 die rechte Hälfte des Vertikalschnittes gemäß 1 in vergrößerter Darstellung und mit abgesenktem Substrathalter,
  • 3 eine Darstellung gemäß 2 mit dem Substrat in der Be-/Entladestellung,
  • 4 die schematische Draufsicht auf einer Prozesseinrichtung mit insgesamt zwei Reaktorgehäusen und einer Transferkammer sowie einer Be-/und Entladeschleuse,
  • 5 eine Draufsicht auf ein geöffnetes Reaktorgehäuse mit Sicht auf die Oberflächen der Substrathalter,
  • 6 eine Darstellung gemäß 5 mit unter die Substrate geschwenkten Indexerarmen.
  • Das mit der Bezugsziffer 1 bezeichnete Reaktorgehäuse ist Teil einer mehrerer Prozesskammern umfassenden Beschichtungseinrichtung, wie sie in der 4 grob schematisch dargestellt ist. Dort besitzt die Vorrichtung insgesamt zwei Reaktorgehäuse, die jeweils vier Prozesskammern 4 aufweisen. Mittelst eines nicht dargestellten Roboterarmes einer Transferkammer 25 können Substrate von einem Magazin 26 in die einzelnen Reaktorgehäuse 1 eingebracht werden, wo sie in den Prozesskammermodulen 4 beschichtet werden. In den einzelnen Prozesskammern 4 eines jeden Reaktorgehäuses 1 finden gleichzeitig dieselben Prozessschritte statt, so dass in jeder der beiden in der 4 dargestellten Reaktorengehäuse gleichzeitig vier Substrate 8 beschichtet werden können. In den beiden Reaktorgehäusen 1 können unterschiedliche Prozesse ablaufen. Mit der Bezugsziffer 27 ist eine Ent-/und Beladeschleuse bezeichnet, mittelst welcher die Transferkammer 25 mit Substraten versorgt bzw. entsorgt werden können.
  • Die 5 und 6 zeigen die Draufsicht auf ein geöffnetes Reaktorgehäuse 1; es ist zu erkennen, dass das Reaktorgehäuse 1' insgesamt vier Prozesskammern 4 ausbildet, die quadratisch um ein Zentrum 14 angeordnet sind, welches Zentrum 14 von der Drehachse eines Indexers gebildet ist.
  • Jede der vier Prozesskammern besitzt einen kreisscheibenförmigen Substrathalter 7 zur Aufnahme eines kreisscheibenförmigen Substrates 8. Das Substrat 8 liegt nahezu flächenausfüllend auf dem Substrathalter 7. Der Substrathalter 7 erstreckt sich nahezu über die gesamte Fläche der Prozesskammer 4. Lediglich der Rand der Prozesskammer 4, der von einer die Prozesskammer umgebenden Schürze 12 gebildet wird, wird nicht von dem Substrathalter 7 ausgefüllt. Hier befindet sich ein ringförmiger Gasauslasskanal 9.
  • Die Decke einer jeder Prozesskammer 4 wird von einem Gaseinlassorgan 5 mit einen kreisförmigen Grundriss ausgebildet. Das Gaseinlassorgan 5 wird von dem die Schürze 12 ausbildenden Ringkörper gefasst. In das Gaseinlassorgan 5 mündet eine Gaszuleitung 6 für die Prozessgase und ein Trägergas. Die Gaszuleitung 6 mündet in ein Gasvolumen, welches sich über nahezu die gesamte Fläche des Gaseinlassorganes 5 erstreckt. Das Gaseinlassorgan 5 besitzt an seiner zur Prozesskammer 4 weisenden Unterseite eine Vielzahl von siebartig angeordneten Gasaustrittsöffnungen 22. Durch diese Gasaustrittsöffnungen 22 kann das Prozessgas dem Trägergas in die Prozesskammer 4 einströmen. Es durchströmt die Prozesskammer 4 in horizontaler Radialrichtung bis in den Randbereich, wo es von der Schürze 12 vertikal abwärts umgelenkt wird. Es durchströmt dann einen ringförmigen Gasauslasskanal 9, der von einer Kanalinnenwand 10 und einer Kanalaußenwand 11 ausgebildet wird. Das aus dem diesem Kanal 9 strömende Gas strömt in einem gemeinsamen Gassammelkanal 18, der ringförmig die Achse 15 umgibt. An diesen Gassammelkanal 18 ist eine Vakuumpumpe angeschlossen.
  • Die Kanalinnenwandung 10 ist die Außenwandung des Substrathalters 7. Der Substrathalter 7 bildet insgesamt einen topfförmigen Körper. Die Außenwandung des Topfbodens bildet die Auflagefläche für das Substrat 8. Die Außenwandung der zylinderförmigen Topfwandung 10 bildet die Innenwandung des Gasauslasskanales 9. Die die Kanalinnenwandung 10 mit einem Spaltabstand umgebene Kanalaußenwandung 11 ist mit dem Substrathalter 7 bzw. mit der Kanalinnenwandung fest verbunden. Hierzu können nicht dargestellte Stege oder Rippen vorgesehen sein.
  • Ein oberer Abschnitt 11' der Kanalaußenwandung 11 tritt in der 1 dargestellten Prozessstellung in eine Ringnut 24 eines Dichtringes 13, der radial außerhalb der Schürze liegt, ein. In diesem Bereich 11' ist die Materialstärke der Kanalaußenwandung 11 zufolge einer Stufung vermindert. Der Dichtring 13 bildet eine nach unten offene Ringnut aus, in welche der Abschnitt 11' der Kanalaußenwandung 11 eintreten kann. Dadurch ist eine Gasabdichtung zwischen der Prozesskammer 4 und dem Spaltraum 17 gegeben. Die Außenwandung des mit der Bezugsziffer 11 bezeichneten Rohrabschnittes bildet auch eine Dichtfläche zu einer Gehäusewandung 30 des Gassammelkanales 18. Dadurch kann auch das Gas, das den Gassammelkanal 18 durchströmt, nicht in den Spaltraum 17 hinein gelangen.
  • Wird der Substrathalter 7 aus der in 1 dargestellten Prozessstellung in die in 2 dargestellte Stellung abgesenkt, so verlagert sich die Außenfläche des rohrförmigen Teiles 11, welches die Kanalaußenwandung ausbildet entlang der Gehäusewandung 30.
  • Die 6 zeigt eine Ent-/Beladestellung, wie sie auch die 3 wiedergibt. Um in dieser, in 6 dargestellten Stellung ein Substrat 8 aufnehmen zu können, muss zuvor das Substrat angehoben werden. Hierzu besitzt jede Prozess kammer 4 unterhalb des Substrates 7 mindestens drei Stützstifte 20, die von einem nicht dargestellten Antrieb aus einer in der 2 dargestellten rückgezogenen Stellung in eine Stützstellung verlagert werden können. Diese Stützstellung ist in der 3 dargestellt. Dort wird das Substrat 8 von insgesamt drei Stützstiften 20 in einer Position gehalten, in welcher es oberhalb der Ebene liegt, innerhalb der welcher der Indexer geschwenkt werden kann. Ein Indexerarm 15 kann derart in dieser Stellung unter das Substrat 8 geschwenkt werden, dass Auflagepunkte 15' des Indexerarmes 15 und Auflagepunkte 16' eines Indexerstützarmes 16 unterhalb des Substrates liegen. Der Stützarm 16 verläuft etwa auf einer Umfangslinie und gibt dem Indexerarm eine Sichelform.
  • Werden ausgehend von der in der 3 dargestellten Stellung die Stützstifte 20 durch die Öffnungen 28 des Substrathalters 7 zurückgezogen, so wird das Substrat 8 auf die Auflagepunkte 15', 16' aufgelegt. Das Substrat kann dann durch Drehung des Indexers in eine Position gebracht werden, in der es durch eine Be- und Entladeöffnung 29 aus der Reaktorkammer entnommen werden kann. Auf diese Weise können nacheinander alle Substrate aus der Reaktorkammer 1' entfernt werden und zu beschichtende Substrate in die Prozesskammern 4 eingebracht werden.
  • Es wird als wesentlich erachtet, dass durch ein vertikales Verlagern der Suszeptoren bzw. der mit den Suszeptoren fest verbundenen Kanalwandung 11, 12 ein Schwenkfreiraum für die Indexer gebildet ist, um die Prozesskammer 4 in einer Be- und Entladestellung zu Be- und Entladen. Durch vertikales nach oben verlagern des Substrathalters 7 bzw. der Kanalwandungen 10, 11 wird der Bewegungsraum für den Indexer geschlossen. Die Prozesskammern 4 werden weitestgehend voneinander mittels Diffusionsbarrieren (sozusagen pneumatisch), getrennt, da in der angehobenen Substrathalterstellung der Kanal zwischen den Wandungen 10, 11 zu einem Gasauslasskanal 9 wird. In dieser Stellung bildet die Kanalaußen wandung 11 eine Verlängerung der die Prozesskammer umgebenden Wandung 12 nach unten aus.
  • Es ist möglich, den Substrathalter 7 drehanzutreiben. Hierzu dient die Achse 19. Bei dieser Drehung dreht sich der Substrathalter 7 um seine eigene Achse. Die Kanalaußenwandung 11 kann dabei drehmitgeschleppt werden. Das Dichtlager, in welchem der Abschnitt 11' der Außenwandung 11 in der Ringnut 24 des Dichtringes 13 einliegt ist entsprechend gestaltet. Es kann sich um eine gasgespülte Dichtung handeln.
  • Zufolge der Aufteilung der Prozesskammer in eine Vielzahl von Prozesskammermodulen, die in einer Prozessstellung mittels Diffusionsbarrieren pneumatisch von einander entkoppelt und die in einer End- und Beladestellung ein gemeinsames Gasvolumen ausbilden, ist einerseits eine einfache Handhabung des Prozesses möglich. Andererseits bilden sich keine (allenfalls nur geringe) Todvolumina aus, was zur Folge hat, dass in den Prozessen ein schneller Gaswechsel stattfinden kann. Dies erhöht die Effizienz des Prozesses.
  • Die Substrathalter 7 können von unten beheizt werden. In den Zeichnungen ist die diesbezügliche Heizung nicht dargestellt. Sie kann oberhalb der mit der Bezugsziffer 21 bezeichneten Platte liegen.
  • Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils mindestens einer Schicht auf einer Vielzahl von Substraten (8), wobei die schichtbildenden Komponenten in Form von Prozessgasen zusammen mit einem Trägergas mittelst eines von einer Zuleitung (6) gespeisten Gaseinlassorgans (5) in eine Prozesskammer (4) eines Reaktorgehäuses (1) eingebracht werden, aus der zumindest das Trägergas durch einen Gasauslass (9) entfernt wird, wobei die Substrate (8) auf mindestens einen Substrathalter (7) aufliegen, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktorgehäuse eine Vielzahl von Prozesskammern (4) modulartig angeordnet sind, die jeweils ein Gaseinlassorgan (5) aufweisen, mit dem die jeweilige Prozesskammer (4) mit dem Prozessgas und dem Trägergas versorgt werden und aus welchen Prozesskammern (4) zumindest das Trägergas durch einen jeweiligen Gasauslasskanal (9) entfernt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasauslasskanäle (9) der Prozesskammern (4) in ein gemeinsames Gasauslassorgan (18) münden.
  3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter (7) von einer Ent-/Beladestellung in eine Prozessstellung anhebbar sind, in welcher sich zwischen der Umfangsfläche des Substrathalters (10) und einer Umfangswandung (11) ein Gasauslasskanal (19) ausbildet.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch jeweils dem Substrathalter (7) seitlich angeformte, einen kreisringförmigen Gasauslasskanal (9) bildende Wände.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die den Ringkanal (9) ausbildenden Wände (10, 11) zusammen mit dem Substrathalter (7) vertikal verlagerbar sind.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Abschnitt (11') einer Kanalaußenwand (11) in einer Ringnut (24) einliegt.
  7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (24) einer Schürze (12) zugeordnet ist, welche an das Gasauslassorgan (5) angrenzt.
  8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammern (4) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen von der Außenwandung (11) des Gasauslasskanales (9) in der Prozessstellung verschlossenen Spaltzwischenraum (17) zwischen den einzelnen Prozesskammern.
  10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen in der Prozessstellung im Spaltzwischenraum (17) angeordneten Arm (15) eines Indexers.
  11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch Öffnungen (28) im Substrathalter (7) zum Durchtritt jeweils eines Stützstiftes (20) zum Abstützen des Substrates (8) in einer Ent-/Beladestellung in einem Vertikalabstand oberhalb des abgesenkten Substrathalters (7).
  12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Prozesskammern (4) in einer Ent-/Beladestellung miteinander in Vertikalrichtung kommunizieren und in einer Prozessstellung mittelst Diffusionsbarrieren voneinander getrennt sind.
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