-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Substraten, insbesondere von Halbleiterwafern. Insbesondere bezieht sich die Anmeldung auf eine Vorrichtung mit wenigstens einer Strahlungsquelle und einer das Substrate aufnehmenden Behandlungskammer mit einem oberen Wandelement und einem unteren Wandelement, wobei wenigstens eines der Wandelemente, das benachbart zu der wenigstens einen Strahlungsquelle liegt für die Strahlung der Strahlungsquelle im Wesentlichen transparent ist.
-
Derartige Vorrichtungen zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Substraten sind in der Halbleitertechnik weit verbreitet. Eine Vorrichtung des obigen Typs ist beispielsweise aus der
EP 1034561 A bekannt. Die hieraus bekannte Vorrichtung besitzt neben den oben genannten Merkmalen auch einen Gaseinlass zum Einleiten eines Prozessgases in die Behandlungskammer. Dieser Gaseinlass ist auf einer Seite des Halbleiterwafers angeordnet, und erzeugt eine sich im Wesentlichen horizontal durch die Kammer erstreckende Gasströmung. Bei einer solchen Gaseinlassvorrichtung kann sich jedoch das Problem einer inhomogenen Behandlung des Halbleiterwafers ergeben, da sich das Gas nicht gleichmäßig über den Halbleiterwafer verteilt. Insbesondere ist es möglich, dass das Gas wenn es auf einen Randbereich des Substrats trifft, mit diesem reagiert und sich somit das Gas selbst verändert. Während es sich dann über den Wafer hinweg bewegt, verändert sich auch das sich durch das Gas erwünschte Behandlungsergebnis auf dem Halbleiterwafer. Dieses Problem ist insbesondere bei immer größer werden Waferdurchmessern von Bedeutung.
-
Aus der
EP 1155437 A ist ebenfalls eine Vorrichtung des oben beschriebenen Typs bekannt. Bei der hier bekannten Vorrichtung ist ein oberhalb des Substrats liegender Gaseinlass mit einer Vielzahl von Einlassöffnungen vorgesehen, um ein Gas durch eine vertikal in die Behandlungskammer gerichtete Strömung auf ein sich darunter befindliches Substrat aufzubringen. Dabei wird die Gasaufbringvorrichtung durch ein die Behandlungskammer bildendes Wandelement gebildet. Da dieses eine relativ große thermische Masse besitzt, und sich während der thermischen Behandlung des Substrats aufheizt, ist eine spezielle Kühlvorrichtung, die in dem Wandelement Kühlkanäle vorsieht, vorgesehen. Diese Kühlvorrichtung ist insbesondere erforderlich, wenn über den Gaseinlass reaktive Gase in die Behandlungskammer eingeleitet werden sollen, da diese bei Kontakt mit aufgeheizten Elementen der Gasaufbringvorrichtung mit diesen reagieren könnten.
-
Ferner sei auf die
US 5 997 642 A hingewiesen, die eine Vorrichtung zum Herstellen von Dünnfilmen aus komplexen Verbindungen beschreibt, die einen Teil von elektrischen Komponenten in integrierten Schaltungen bilden, und insbesondere eine Vorrichtung zum Bilden solcher Dünnfilme aus nebelförmigen flüssigen Zwischenstoffen. Diese Vorrichtung weist eine Strahlungsquelle und eine das Substrat aufnehmende Behandlungskammer mit einem oberen Wandelement und einem unteren Wandelement auf, wobei wenigstens eines der Wandelemente, das benachbart zu der wenigstens einen Strahlungsquelle liegt, für die Strahlung der Strahlungsquelle im wesentlichen transparent ist. Ferner ist eine Einheit zum Einlassen nebelförmigen flüssigen Zwischenstoffen vorgesehen, die unter anderem folgendes aufweist: ein Plattenelement, dass in der Behandlungskammer zwischen dem Substrat und dem oberen Wandelement angeordnet ist, wobei das Plattenelement einen größeren Durchmesser besitzt als das Substrat und in einem dem Durchmesser des Substrats ungefähr entsprechenden Lochbereich eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist, einen Kragenring angeordnet zwischen dem Plattenelement und dem oberen Wandelement, wobei der Kragenring den Lochbereich umgibt, und wenigstens eine Einlassöffnung besitzt; und einen sich wenigstens teilweise in der Behandlungskammer erstreckenden ersten Kanal für nebelförmige flüssige Zwischenstoffe mit einem Auslass, der mit der Einlassöffnung des Kragenrings ausgerichtet ist. Aus dem Auslass austretende nebelförmige flüssige Zwischenstoffe sind auf einen Mittelpunkt des Kragenrings gerichtet. Dem Auslass gegenüberliegend ist ein Prallelement vorgesehen, dass die nebelförmigen flüssigen Zwischenstoffen jedoch innerhalb des Kragenrings in verschiedene Richtungen umlenkt. Hierbei scheint eine Umlenkung sowohl nach oben über das Prallelement, sowohl nach rechts und links (gesehen vom Auslass) um das Prallelement herum möglich.
-
Weitere Druckschriften, die sich mit der Gaszuführung bei Vorrichtungen zur thermischen Behandlung von Substraten befassen, sind
DE 10 2005 024 118 A1 ,
DE 697 06 248 T2 ,
US 2008/0 017 114 A1 ,
WO 99/19 536 A1 und
WO 00/46 840 A1 .
-
Ausgehend von den oben genannten Druckschriften zum Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von scheibenförmigen Substraten anzugeben, welche eines oder mehrere der oben genannten Probleme des Standes der Technik überwindet.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch 1 vor. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Insbesondere ist eine Vorrichtung des eingangs genannten Typs vorgesehen, die unter anderem wenigstens eine erste Gaseinlassvorrichtung besitzt, die ein Plattenelement, das in der Behandlungskammer zwischen dem Substrat und dem oberen Wandelement angeordnet ist, einen Kragenring angeordnet zwischen dem Plattenelement und dem oberen Wandelement, sowie einen sich wenigstens teilweise in der Behandlungskammer erstreckenden ersten Gasführungskanal aufweist. Das Plattenelement besitzt einen größeren Durchmesser als das Substrat und in einem dem Durchmesser des Substrats ungefähr entsprechenden Lochbereich eine Vielzahl von Durchgangslöchern. Der Kragenring umgibt den Lochbereich und besitzt wenigstens eine Einlassöffnung. Der erste Gasführungskanal besitzt einen Auslass, der mit der Einlassöffnung des Kragenrings ausgerichtet ist, wobei eine aus dem Auslass austretende Gasströmung eine Hauptströmungsrichtung besitzt, die an einem Mittelpunkt des Kragenrings vorbei gerichtet ist.
-
Eine Vorrichtung mit den oben genannten Merkmalen ist in der Lage, eine homogene Gasströmung von oben auf ein zu behandelndes Substrat aufzubringen, was unter anderem dadurch erreicht wird, dass eine Gasströmung in den Bereich zwischen Kragenring, Plattenelement und oberen Wandelement derart eingebracht wird, dass die Gasströmung an einem Mittelpunkt des Kragenrings vorbei gerichtet ist. Die Homogenität wird noch dadurch verbessert, dass die Vorrichtung eine Rotationsvorrichtung zum Aufnehmen und Drehen eines Substrats in der Behandlungskammer aufweist, die das Substrat auf der von dem oberen Wandelement abgewandten Seite trägt und dass die Hauptrichtung der Gasströmung mit einer Drehung der Rotationsvorrichtung ausgerichtet ist. Die Vorrichtung ermöglicht einen raschen und homogenen Austausch der Gasatmosphäre oberhalb des Wafers, ohne das gesamte Gasvolumen der Behandlungskammer austauschen zu müssen.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schließt die Hauptströmungsrichtung einen Winkel zwischen 5° bis 25° zu einer vom Mittelpunkt des Kragenrings ausgehenden und sich durch einen Mittelpunkt des Auslasses erstreckenden Radialen ein. Hierdurch ergibt sich eine besonders homogene Verteilung einer sich durch das Plattenelement auf die Substratoberfläche gerichteten Gasströmung. Dabei schließt die Hauptströmungsrichtung vorzugsweise einen Winkel von ungefähr 10° zu einer vom Mittelpunkt des Kragenrings ausgehenden und sich durch einen Mittelpunkt des Auslasses erstreckenden Radialen ein.
-
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Plattenelement in der Plattenebene kleiner als ein Innenumfang der Behandlungskammer, wodurch das Plattenelement vollständig innerhalb der Behandlungskammer aufgenommen werden kann. Hierdurch kann die thermische Masse des Plattenelements gegenüber einem sich über die vollständige Kammer erstreckenden Element erheblich verringert werden, wodurch eine entsprechende Kühlung des Plattenelements entfallen kann. Eine Kühlung des Plattenelements kann gegebenenfalls wenigstens teilweise durch die Gasströmung selbst erreicht werden.
-
Vorzugsweise liegt das Plattenelement frei auf entsprechenden Halteelementen in der Behandlungskammer auf, um eine Entnahme desselben beispielsweise zu Reinigungszwecken zu ermöglichen. Für eine homogene Verteilung der Gasströmung durch die Durchgangslöcher ist das Plattenelement vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum oberen Wandelement in der Behandlungskammer aufgenommen. Für eine vollständige homogene Strömungsabdeckung des Substrats ist der Lochbereich des Plattenelements vorzugsweise größer oder gleich dem Durchmesser des Substrats. Ferner erstrecken sich die Durchgangslöcher vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene des Plattenelements, um eine im Wesentlichen vertikal auf das Substrat gerichtete Strömung zu erreichen.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nehmen die Durchgangslöcher wenigstens 20% der Fläche des Lochbereichs des Plattenelements ein, wobei dieser Bereich insbesondere für Dampfanwendungen, aber auch Gas- oder Mischanwendungen geeignet ist. Bei einer alternativen Ausführungsform die insbesondere für Gasanwendungen, aber auch Dampf- oder Mischanwendungen geeignet ist, nehmen die Durchgangslöcher wenigstens 30%, vorzugsweise wenigstens 40%, und insbesondere wenigstens 50% der Fläche des Lochbereichs des Plattenelements ein. Hierdurch besitzt das Plattenelement in dem Lochbereich eine geringe thermische Masse, so dass eine externe Kühlung entfallen kann, insbesondere wenn reaktive Gase oder Kühlgase auf das Substrat gerichtet werden sollen. Dabei besitzen die Durchgangslöcher vorzugsweise einen Lochdurchmesser von 4 mm bis 20 mm und insbesondere von wenigstens 10 mm, wodurch sich große Strömungen ohne große Strömungsgeschwindigkeiten erreichen lassen. Hierdurch läßt sich eine Partikelgenerierung sowie das Mitreißen von Partikeln im Bereich der Gasführungen vermeiden oder zumindest verringern. Geringe Strömungsgeschwindigkeiten sind insbesondere von Vorteil, wenn ein Austausch der Gasatmosphäre oberhalb des Substrats gewünscht ist, ohne thermophoretische Vorgänge im Bereich der Substratoberfläche zu beeinträchtigen. Auch werden durch geringe Strömungsgeschwindigkeiten Belastungen auf den Wafer und die Rotationsvorrichtung klein gehalten. Vorzugsweise sind die Durchgangslöcher über den Lochbereich des Plattenelements im Wesentlichen gleichmäßig verteilt, wodurch sich wiederum eine homogene Strömungsverteilung auf der Substratoberfläche erreichen lässt. Dabei ist vorzugsweise oberhalb der Rotationsmitte der Rotationsvorrichtung kein Durchgangsloch im Plattenelement vorgesehen. Hierdurch wird erreicht, dass im Rotationsmittelpunkt keine übermäßig starke Reaktion oder Kühlung auftritt, da dieser Bereich selbst bei einer Rotation des Substrats ansonsten ständig mit dem Gas beaufschlagt würde, während die anderen Bereiche nicht ständig beaufschlagt wären.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind das Plattenelement und/oder der Kragenring für die Strahlung der Strahlungsquelle im Wesentlichen transparent, um eine direkte Erwärmung des Substrats durch die Strahlungsquelle zu ermöglichen. Bei einer alternativen Ausführungsform sind das Plattenelement und/oder der Kragenring für die Strahlung der Strahlungsquelle im Wesentlichen absorbierend, um eine Erwärmung des Substrats über das Plattenelement und/oder den Kragenring vorzusehen.
-
Vorteilhafterweise steht der Kragenring in Kontakt mit dem Plattenelement oder dem oberen Wandelement und ist zu dem anderen Element beabstandet, wodurch beispielsweise eine Vibration des oberen Wandelements ermöglicht wird, die nicht auf das Plattenelement übertragen wird. Insbesondere kann hierdurch ggf. eine Partikelbildung durch aufeinander schlagende oder aneinander reibende Elemente verhindert werden. Dabei beträgt der Abstand zwischen Kragenring und dem anderen Element vorzugsweise 0,1 bis 1 mm und vorzugsweise ungefähr 0,5 mm. Der Abstand soll einerseits Vibrationen ermöglichen, aber andererseits natürlich auch einen geringen Strömungsverlust durch den Abstand sicherstellen.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Kragenring sowohl zu dem Plattenelement als auch dem oberen Wandelement beabstandet in der Behandlungskammer gehalten. Hierdurch können Vibrationen sowohl des oberen Wandelements als auch des Plattenelements ohne eine Übertragung auf das andere Element oder den Kragenring ermöglicht werden. Dabei beträgt der Abstand zwischen Kragenring und Plattenelement sowie zwischen Kragenring und oberem Wandelement vorzugsweise 0,1 bis 1 mm und vorzugsweise ungefähr 0,5 mm. Wiederum sollen einerseits Vibrationen ermöglicht werden, während der Strömungsverlust durch die entstehenden Spalte geringer gehalten werden soll.
-
Vorzugsweise sind Mittel zum Beaufschlagen des oberen Wandelements mit einem Kühlfluid auf der von der Behandlungskammer wegweisenden Seite vorgesehen. Als Kühlfluid kann beispielsweise Luft eingesetzt werden. Die Art des Kühlfluids ist auf der von der Behandlungskammer wegweisenden Seite unproblematisch, da es nicht mit dem Substrat in der Behandlungskammer in Kontakt kommt. Durch die Kühlung kann eine übermäßige Erwärmung des oberen Wandelements vermieden werden. Insbesondere kann hierdurch eine übermäßig Erwärmung des oberen Wandelements im Bereich des Plattenelements vermieden werden. Hierdurch kann eine übermäßige Erwärmung des in den Zwischenraum zwischen oberen Wandelement und Plattenelement eingeleiteten Gases verhindert werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Gasführungskanal an einem Einlass einen ersten Strömungsquerschnitt, wobei der Strömungsquerschnitt des Gasführungskanals zu keinem Zeitpunkt kleiner ist als am Einlass. Hierdurch können eine Staubildung innerhalb des Gasführungskanals und eine Verwirbelung des hindurch geführten Gases vermieden werden. Dabei besitzt der Gasführungskanal vorzugsweise einen im Wesentlichen gleich bleibenden Strömungsquerschnitt, um eine homogene Durchströmung zu ermöglichen. Vorzugsweise besitzt der Gasführungskanal einen außerhalb der Behandlungskammer liegenden Einlass, so dass er von außen frei zugänglich ist. Der Gasführungskanal kann in einem Einlassbereich einen im Wesentlichen runden Strömungsquerschnitt und in einem Auslassbereich einen im Wesentlichen flachen Strömungsquerschnitt aufweisen. Dabei kann der flache Strömungsquerschnitt beispielsweise oval oder eckig ausgeführt sein. Der runde Querschnitt am Einlassende ermöglicht eine einfache Durchführung durch eine Seitenwand der Behandlungskammer, während der flache Strömungsquerschnitt dazu dient, eine gute Anordnung zwischen dem Plattenelement und oberem Wandelement zu ermöglichen. Für eine einfache Ausführung ist der Strömungsquerschnitt am Auslassende im Wesentlichen rechteckig.
-
Vorzugsweise besteht wenigstens eines der folgenden Elemente aus Glas, insbesondere Quarzglas: das obere Wandelement, das untere Wandelement, das Plattenelement, der Kragenring und wenigstens ein Teil des Gasführungskanals, der sich in der Behandlungskammer erstreckt. Hierdurch ist das entsprechende Element für die Strahlung der Strahlungsquellen im Wesentlichen transparent, was zu einer geringen Aufheizung des jeweiligen Elements führt.
-
Um eine Abführung des in die Behandlungskammer hinein geleiteten Gases zu gewährleisten, ist wenigstens ein sich in die Behandlungskammer hinein erstreckender Gasauslass vorgesehen. Dabei besitzt der Gasauslass vorzugsweise einen Strömungsquerschnitt, der im Wesentlichen gleich oder größer dem Strömungsquerschnitt des Gasführungskanals ist. Hierdurch kann auch ohne aktive Absaugung eine Staubildung innerhalb der Kammer vermieden werden, da über den Gasauslass gleich oder mehr Gas abgeführt werden kann, als über den Gaseinlass eingeleitet wird. Bei einer Ausführungsform sind wenigstens zwei Gasauslässe an gegenüber liegenden Enden der Behandlungskammer vorgesehen, wodurch eine homogenere Gasableitung aus der Kammer vorgesehen werden kann. Dies kann die homogenen Strömungsverteilung auf dem Substrat noch verbessern. Die Vorrichtung kann eine mit dem Gasauslass in Verbindung stehende steuerbare Gasabsaugeinrichtung besitzen, um eine aktive Gasabsaugung vorzusehen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt die erste Gaseinlassvorrichtung einen sich wenigstens teilweise in der Behandlungskammer erstreckenden zweiten Gasführungskanal mit einem Auslass, der mit einer Einlassöffnung des Kragenrings ausgerichtet ist. Durch Vorsehen zweier Gasführungskanäle, die mit Einlassöffnungen des Kragenrings in Verbindung stehen, kann eine noch homogenere Gasaufbringung auf das Substrat erreicht werden. Darüber hinaus ist es möglich, unterschiedliche Gase über die Gasführungskanäle einzuleiten, die sich erst im Bereich des Kragenrings vermischen, und somit erst direkt bevor sie auf das Substrat geleitet werden. Dies kann insbesondere bei miteinander reagierenden Gasen von Vorteil sein.
-
Dabei ist es möglich, dass die Auslassöffnungen der ersten und zweiten Gaseinlassvorrichtung mit einer gemeinsamen Einlassöffnung des Kragenrings ausgerichtet sind, wodurch sich direkt in diesem Bereich eine Vermischung der über die zwei Gaseinlassvorrichtungen eingeleiteten Gase ermöglicht wird.
-
Um neben einer von oben auf das Substrat gerichteten Strömung eine Strömung in der Ebene des Substrats vorzusehen, ist vorzugsweise wenigstens eine zweite Gaseinlassvorrichtung mit wenigstens einem derart in der Behandlungskammer gerichteten Gasauslass vorgesehen, dass eine hieraus austretende Gasströmung im Wesentlichen parallel zu dem oberen Wandelement gerichtet ist. Durch Vorsehen dieser weiteren Gaseinlassvorrichtung ist es möglich, sowohl eine senkrecht auf das Substrat gerichtete (vertikale) als auch eine parallel zur Substratebene (horizontale) Strömung innerhalb der Kammer vorzusehen. Insbesondere für rasche Spülvorgänge kann die horizontale Strömung durch die zweite Gaseinlassvorrichtung Vorteile bieten.
-
Bei einer Ausführungsform sind wenigstens zwei derart in die Behandlungskammer gerichtete Gasauslässe vorgesehen, dass eine jeweils hieraus austretende Gasströmung im Wesentlichen parallel zu dem oberen Wandelement gerichtet ist, wobei die Gasauslässe Gasströmungen in unterschiedlichen, im Wesentlichen parallelen Ebenen, vorsehen. Hierdurch ist es möglich, eine Gasströmung in unterschiedlichen Ebenen durch die Behandlungskammer hindurch vorzusehen. Dies ermöglicht den gezielten Austausch von Gasen in bestimmen Bereichen der Behandlungskammer. Dabei ist es möglich, dass die Gasauslässe mit unterschiedlichen Gasen beaufschlagbar sind, wodurch unterschiedliche Gasbereiche innerhalb der Behandlungskammer gebildet werden können.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine weitere Gaseinlassvorrichtung vorgesehen, die wenigstens ein erstes sich im Wesentlichen senkrecht zu dem oberen Wandelement erstreckendes Plattenelement mit einer zur Rotationsvorrichtung weisenden ersten Seite, einer von der Rotationsvorrichtung wegweisenden zweiten Seite und einer Vielzahl von sich zwischen den Seiten erstreckenden Durchgangsöffnungen, und eine Gaszuführung vorgesehen zum Leiten eines Gases in ein benachbart zur zweiten Seite des Plattenelements liegenden Bereichs. Hierdurch wird eine bestimmte Ausführung zum Erreichen einer im Wesentlichen horizontalen Strömung durch die Behandlungskammer hindurch angegeben. Dabei kann die Einlassvorrichtung wenigstens ein zweites Plattenelement aufweisen, das mit einem Abstand benachbart und im Wesentlichen parallel zur zweiten Seite des Plattenelements angeordnet ist, um dazwischen einen Gasführungsraum zu bilden. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen im ersten Plattenelement derart angeordnet, dass sie eine hierdurch durchtretende Gasströmung im Wesentlichen parallel zu dem oberen Wandelement richten.
-
Vorzugsweise sind wenigstens zwei unterschiedliche ansteuerbare Gruppen von Durchgangsöffnungen vorgesehen, um unterschiedliche Bereiche der Behandlungskammer unterschiedlich mit Gas beaufschlagen zu können. Dabei liegen vorzugsweise alle Durchgangsöffnungen einer Gruppe oberhalb einer sich parallel zu dem oberen Wandelement erstreckenden Ebene, während die Durchgangsöffnungen einer anderen Gruppe darunter liegen. Hierdurch ergeben sich horizontale Gaseinlässe in unterschiedlichen Ebenen, die ggf. separat ansteuerbar sind. Für eine einfache Ausführung der zweiten Gaseinlassvorrichtung sind die Durchgangsöffnungen einer Gruppe jeweils mit einem gemeinsamen Gasführungsraum in Verbindung, wobei die jeweiligen Gasführungsräume voneinander im Wesentlichen getrennt und unterschiedlich mit Gas beaufschlagbar sind. Es können drei oder mehr Gruppen von Durchgangsöffnungen vorgesehen sein.
-
Bei einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich das erste Plattenelement im Wesentlichen parallel zu einer Seitenwand der Behandlungskammer. Alternativ ist es allerdings auch möglich, dass die Seitenwand der Behandlungskammer selbst im Wesentlichen das Plattenelement bildet, oder Gasauslässe integral in der Seitenwand ausgebildet sind. Dabei erstreckt sich das erste Plattenelement vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Breite und Höhe der Seitenwand der Behandlungskammer, um über die Breite und Höhe der Behandlungskammer hinweg eine im Wesentlichen homogene und bevorzugt laminare Strömung erzeugen zu können. Vorzugsweise ist in einer dem ersten Plattenelement gegenüber liegenden Seitenwand der Behandlungskammer eine verschließbare Be- und Entladeöffnung vorgesehen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert; in den Figuren zeigt:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer beispielhaften Vorrichtung zum Behandeln von Substraten;
-
2 eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 1 entlang der Linie II-II;
-
3 eine schematische Draufsicht auf eine Behandlungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung,
-
4 eine perspektivische Ansicht eines Plattenelements gemäß 3;
-
5 eine perspektivische Ansicht eines Kragenrings gemäß 3;
-
6a und 6b unterschiedliche Ansichten eines Gasführungskanals, der bei der Vorrichtung in 3 eingesetzt ist.
-
In der nachfolgenden Beschreibung verwendete Orts- und oder Richtungsangaben beziehen sich auf die Darstellung in den Zeichnungen und eine bevorzugte Anordnung der dargestellten Elemente zueinander. Diese Angaben sind in keiner Weise einschränkend anzusehen. Die in der Anmeldung verwendete Formulierung „im Wesentlichen parallel” soll eine Abweichung bezüglich einer genauen Parallelität von bis 10° umfassen. Die in der Anmeldung verwendete Formulierung „im Wesentlichen transparent” soll eine Transparenz von mindestens 80% noch umfassen. Die in der Anmeldung verwendete Formulierung „im Wesentlichen absorbierend” soll eine Absorption von mindestens 80% noch umfassen.
-
Die 1 und 2 zeigen unterschiedliche Ansichten einer ersten Ausführungsform einer Schnellheizanlage 1 zum thermischen Behandeln von Halbleiterwafern 2. Die Schnellheizanlage 1 besitzt ein schematisch dargestelltes Gehäuse 4, das durch obere und untere Quarzwände 6, 7 in eine oberer Lampenkammer 9, eine untere Lampenkammer 10 und eine Behandlungskammer 11 aufgeteilt ist. Das Gehäuse 4 weist im Bereich der Behandlungskammer 11 eine Be- und Entladeöffnung 14 auf, die über ein Türelement 15 verschließbar ist. Über die Öffnung 14 ist ein Be- und Entladen des Halbleiterwafers 2 sowie ggf. zusätzlicher Elemente möglich.
-
In der oberen Lampenkammer 9 ist eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Heizlampen 18 angeordnet, die in bekannter Weise zum Erhitzen des Halbleiterwafers 2 angesteuert werden können. In entsprechender Weise ist in der unteren Lampenkammer 10 eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Heizlampen 19 vorgesehen, die wiederum in bekannter Weise angesteuert werden können, um den Halbleiterwafer 2 zu erwärmen
-
Die in der oberen und unteren Lampenkammer 9, 10 vorgesehenen Heizlampen 18, 19 sind bei der dargestellten Ausführungsform Stablampen, die sich senkrecht zur Blattebene der 1 erstrecken. Die Stablampen können beispielsweise des Wolfram-Halogen- oder Bogenlampentyps sein. Auch andere Lampenarten oder eine gemischte Anordnung von unterschiedlichen Lampenarten innerhalb der Lampenkammern sind möglich. Auch kann eine andere Anordnung der Lampen statt der dargestellten Anordnung vorgesehen sein.
-
Im Bereich der Lampenkammer 9 und 10 besitzt das Gehäuse 4 nach innen weisende reflektierende Oberflächen, um von dem Lampen 18, 19 ausgehende Strahlung zur Behandlungskammer 11 zu reflektieren.
-
Die oberen und unteren Quarzwände 6, 7 sind für die Strahlung der Heizlampen 18, 19 im Wesentlichen transparent. Es ist eine nicht näher dargestellte Vorrichtung zum Kühlen wenigstens der oberen Quarzwand 6 vorgesehen. Diese Vorrichtung kann beispielsweise einen Kühlfluideinlass in die Lampenkammer 9 hinein aufweisen. Als Kühlfluid kann hier beispielsweise Luft eingesetzt werden, die von der Seite der Lampenkammer 9 her auf die obere Quarzwand 6 gerichtet wird, und in geeigneter Weise anschließend aus der Lampenkammer 9 abgeleitet wird. Natürlich können auch andere Kühlvorrichtungen für die obere Quarzwand 6 vorgesehen sein. Für die untere Quarzwand 7 kann eine entsprechende Kühlvorrichtung vorgesehen sein.
-
Innerhalb der Behandlungskammer 11, ist eine Haltevorrichtung 22 zum Aufnehmen und Halten des Halbleiterwafers 2, eine erste Gaseinlassvorrichtung 24, sowie eine zweite Gaseinlassvorrichtung 26 vorgesehen.
-
Die Haltevorrichtung 22 besteht bei der Ausführungsform gemäß 1 aus einem Plattenelement 29, das eine Vielzahl von Haltestiften 30 trägt, die an ihrem freien Ende den Halbleiterwafer 2 aufnehmen. Das Plattenelement ist auf seiner von dem Halbleiterwafer 2 wegweisenden Seite durch eine Drehwelle 32 getragen, die wiederum mit einem Rotationsantrieb 34 verbunden ist. Der in der Behandlungskammer 11 liegende Teil der Haltevorrichtung 22 ist somit über ein außerhalb der Behandlungskammer 11 liegenden Rotationsantrieb 34 drehbar gehalten. Natürlich können auch andere Haltevorrichtungen statt der dargestellten Haltevorrichtung 22 innerhalb der Behandlungskammer 11 vorgesehen werden. Insbesondere ist auch eine Haltevorrichtung bekannt, bei der die Haltevorrichtung und/oder der Halbleiterwafer selbst kontaktlos getragen und in Rotation versetzt wird, beispielsweise über ein Gaskissen. Wichtig ist lediglich, dass die Haltevorrichtung den Halbleiterwafer 2 drehbar in der Behandlungskammer 11 hält.
-
Die erste Gaseinlassvorrichtung 24 besteht im Wesentlichen aus einem ebenen Plattenelement 36, einem Kragenring 38 und einem Gasführungskanal 40, der in 2 zu erkennen ist. Das Plattenelement 36 ist durch die in den 1 und 2 nicht näher dargestellten Halteelemente parallel und benachbart zur oberen Quarzwand 6 angeordnet. Der Abstand zwischen Plattenelement 36 und Quarzwand 6 beträgt beispielsweise ungefähr 9 mm und der Abstand zwischen Plattenelement 36 und Halbleiterwafer 6 beträgt beispielsweise ungefähr 12 mm. Der Abstand des Plattenelements zum Halbleiterwafer sollte vorzugsweise zwischen dem einfachen bis zweifachen Abstand zwischen Plattenelement 36 und Quarzwand 6 liegen.
-
Das Plattenelement 36 besitzt einen Lochbereich 42 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 44, sowie einen sich um den Lochbereich herum erstreckenden Randbereich 46. Der Lochbereich 42 ist in der Draufsicht gemäß 2 kreuz-schraffiert dargestellt, und nimmt einen Großteil des Plattenelements 36 ein. Der Lochbereich 42 besitzt eine dem Halbleiterwafer 2 entsprechende Größe. Insbesondere besitzt der Lochbereich 42 einen gleichen oder größeren Durchmesser als der Durchmesser des Halbleiterwafers 2.
-
Die Vielzahl von Durchgangslöchern 44 erstrecken sich senkrecht durch das Plattenelement 36 und sind im Wesentlichen gleichmäßig über den Lochbereich 42 hinweg verteilt. Dabei ist vorzugsweise in der Mitte des Lochbereichs 42, die über der Drehmitte der Haltevorrichtung 22 liegt, kein Durchgangsloch 44 vorgesehen. Die Durchgangslöcher 44 nehmen wenigstens 40% vorzugsweise wenigstens 50% des Lochbereichs 42 ein.
-
Der Randbereich 46 des Plattenelement sollte möglichst klein gehalten werden. Er dient unter anderem zur Auflage des Kragenrings 38, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, sowie für eine Halterung des Plattenelements 36 innerhalb der Behandlungskammer 11.
-
Der Kragenring 38 liegt, wie zuvor erwähnt, auf dem Randbereich 46 des Plattenelements 36 auf, und zwar derart, dass er den Lochbereich 42 des Plattenelements 36 vollständig umgibt. Dabei ist die Verteilung der Durchgangslöcher 44 in dem Lochbereich 42 derart gewählt, dass Durchgangslöcher 44 vollständig innerhalb des Kragenrings 38 aufgenommen sind, d. h. es sind keine Durchgangslöcher 44 vorgesehen, die teilweise durch den Kragenring 38 abgedeckt sind. Der Kragenring 38 kann einfach auf dem Plattenelement 36 aufliegen, oder auch in geeigneter Weise daran befestigt sein.
-
Wenn der Kragenring 38 auf dem Plattenelement 36 aufliegt, wird zwischen dem Kragenring 38 und der oberen Quarzwand 6 ein kleiner Spalt, der vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 1 mm liegt, vorgesehen. Bei der derzeitig bevorzugten Ausführungsform ist ein Spalt von ungefähr 0,5 mm zwischen einer Oberseite des Kragenrings 38 und der oberen Quarzwand 6 vorgesehen.
-
Der Kragenring 38 besitzt an seinem Umfang eine Einlassöffnung 48, wie in der Draufsicht gemäß 2 zu erkennen ist. Obwohl in 1 dargestellt ist, dass der Kragenring 38 auf dem Plattenelement 36 aufliegt, und beabstandet zur oberen Quarzwand 6 gehalten wird, ist es auch möglich, den Kragenring 38 in Kontakt mit sowohl dem Plattenelement 36 als auch der oberen Quarzwand 6 zu halten, oder den Kragenring 38 an der oberen Quarzwand 6, aber beabstandet zum Plattenelement 36, zu halten. Es ist auch möglich, den Kragenring 38 beabstandet zu sowohl der oberen Quarzwand 6 als auch dem Plattenelement 36 innerhalb der Behandlungskammer 11 zu halten.
-
Der Gasführungskanal 40 besitzt einen sich im Wesentlichen gerade erstreckenden Einlassbereich 50, einen Mittelbereich 52 sowie einen Auslassbereich 54. Der Einlassbereich 50 erstreckt sich durch das Gehäuse 4 hindurch nach außen und besitzt ein Anschlussende 56, das mit einer entsprechenden Gasquelle verbindbar ist. Insbesondere ist es möglich, unterschiedliche Gasquellen mit dem Anschlussende 56 zu verbinden, so dass nacheinander unterschiedliche Gase, wie beispielsweise ein Kühlgas und/oder ein Prozessgas über den Gasführungskanal 40 in die Behandlungskammer 11 eingeleitet werden können. Auch ist es möglich unterschiedliche Gase gleichzeitig einzuleiten, die sich dann innerhalb des Gasführungskanals vermischen.
-
Der Einlassbereich 50 besitzt einen runden Querschnitt, wodurch eine einfache Durchführung durch das Gehäuse 4 ermöglicht wird. Der Mittelbereich 52 des Gasführungskanals 40 sieht eine Veränderung des Strömungsquerschnitts von einem runden Querschnitt zu einem flachen Querschnitt vor. Dabei ist diese Veränderung des Strömungsquerschnitts derart ausgeführt, dass zu keinem Zeitpunkt im Mittelbereich ein kleinerer Strömungsquerschnitt vorliegt als im Einlassbereich 50 des Gasführungskanals 40. Zusätzlich zu einer Veränderung des Strömungsquerschnitts sieht der Mittelbereich 52 auch eine notwendige Positionierung des Auslassbereichs derart vor, sodass der Auslassbereich in besonderer Weise mit der Einlassöffnung 48 des Kragenrings ausgerichtet ist. Der Auslassbereich 54 des Gasführungskanals 40 ist im Wesentlichen gerade, und besitzt einen flachen Strömungsquerschnitt, wie beispielsweise einen ovalen oder rechteckigen Strömungsquerschnitt. Der Auslassbereich 54 des Gasführungskanals 40 ist wenigstens teilweise zwischen dem Randbereich 46 des Plattenelements 36 und der oberen Quarzwand 6 angeordnet, und zwar vorzugsweise derart, dass er nicht in Kontakt mit der oberen Quarzwand 6 steht. Ein Auslassende 58 des Auslassbereichs 54 erstreckt sich in die Einlassöffnung 48 des Kragenrings 38 hinein, so dass ein aus dem Auslassende 58 austretender Gasstrom in den Kragenring 38 hinein gerichtet ist. Dabei ist der Auslassbereich 54 in seinem Auslassende 58 derart angeordnet, dass eine hieraus austretende Gasströmung eine Hauptströmungsrichtung A besitzt, die in 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die Hauptströmungsrichtung A ist nicht auf die Mitte des Kragenrings 38 gerichtet. Vielmehr schließt die Hauptströmungsrichtung A einen Winkel α zwischen 5 bis 25° bezüglich einer vom Mittelpunkt des Kragenrings 38 ausgehenden und sich durch einen Mittelpunkt des Auslassendes 58 erstreckenden radialen B ein. Der Strömungswiderstand innerhalb des Gasführungskanals 40 sollte möglichst zu keinem Zeitpunkt kleiner sein als in seinem Einlassbereich 50.
-
Dabei ist die Hauptströmungsrichtung A mit einer Rotationsrichtung C der Haltevorrichtung 22 ausgerichtet, d. h. die Hauptströmungsrichtung A und die Rotationsrichtung C laufen beide entgegen dem Uhrzeigersinn um den Mittelpunkt des Kragenrings 38 herum. Natürlich ist es auch möglich die Hauptströmungsrichtung A und die Rotationsrichtung C so zu richten, dass beide im Uhrzeigersinn um den Mittelpunkt des Kragenrings 38 herum laufen.
-
Die zweite Gaseinlassvorrichtung 26 besitzt ein erstes Plattenelement 60, ein zweites Plattenelement 61, zwei sich zwischen dem Plattenelement 60, 61 erstreckende Trennelemente 63, 64, sowie Gasführungskanäle 66, 67 und 68.
-
Das Plattenelement 60 erstreckt sich über die komplette Höhe und Breite der Behandlungskammer 11 und zwar parallel zu einer Seitenwand derselben. Insbesondere erstreckt sich das erste Plattenelement 60 parallel zu der der Öffnung 14 gegenüber liegenden Seitenwand der Behandlungskammer 11. Das erste Plattenelement 60 ist als Lochplatte mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 70 ausgebildet. Die Vielzahl von Durchgangslöchern 70 ist gleichmäßig über die komplette Höhe und Breite des ersten Plattenelements 60 verteilt.
-
Das zweite Plattenelement 61 erstreckt sich ebenfalls über die komplette Breite und Höhe der Behandlungskammer 11, und zwar in einem Raum zwischen erstem Plattenelement 60 und der benachbarten Seitenwand des Gehäuses 4. Hierdurch wird zwischen den Plattenelementen 60, 61 ein Gasführungsraum gebildet. Dieser Gasführungsraum ist durch die Trennelemente 63, 64 in eine obere Gasführungsebene, eine mittlere Gasführungsebene und eine untere Gasführungsebene unterteilt. Der obere Gasführungskanal 66 steht mit der oberen Gasführungsebene in Verbindung, während der Gasführungskanal 67 mit der mittleren Gasführungsebene in Verbindung steht, und der Gasführungskanal 68 mit der unteren Gasführungsebene in Verbindung steht. Die Gasführungskanäle 66 bis 68 erstrecken sich jeweils durch das zweite Plattenelement 61 und die benachbarte Seitenwand des Gehäuses 4 und besitzen jeweils ein außerhalb der Vorrichtung 1 liegendes Anschlussende, das mit einer geeigneten Gasquelle verbindbar ist. Insbesondere sei bemerkt, dass die Anschlussenden der Gasführungskanäle 66 bis 68 mit mehreren unterschiedlichen Gasquellen verbindbar sein können, und dass die Gasführungskanäle 66 bis 68 unterschiedlich mit gleichen und/oder unterschiedlichen Gasen beaufschlagt werden können. Hierdurch ist es möglich, über die zweite Gaseinlassvorrichtung eine im Wesentlichen horizontal durch die Behandlungskammer 11 gerichtete Gasströmung (im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Halbleiterwafers) vorzusehen. Dabei können in unterschiedlichen Ebenen gleiche und/oder unterschiedliche Gasströmungen vorgesehen werden, wie erkennbar ist.
-
In der Behandlungskammer 11 ist ferner ein Gasauslass vorgesehen, der in den Figuren nicht dargestellt ist, um über die erste oder zweite Gaseinlassvorrichtung 25, 26 eingeleitete Gase aus der Behandlungskammer 11 abzuleiten. Dabei besitzt der Gasauslass vorzugsweise wenigstens einen Strömungsquerschnitt, der dem Strömungsquerschnitt des Gasführungskanals 40 entspricht. Der Gasauslass kann passiv ausgebildet sein, d. h. Gase werden nicht aktiv aus der Behandlungskammer 11 abgesaugt, oder er kann eine aktive Absaugung über beispielsweise ein Gebläse vorsehen.
-
Anschließend wird ein beispielhafter Betrieb der Schnellheizanlage 1 unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher erläutert.
-
Zunächst wird ein Halbleiterwafer 2 über die Öffnung 14 in die Behandlungskammer 1 eingebracht, und auf der Haltevorrichtung 22 abgelegt. Anschließend wird das Türelement 15 geschlossen, um eine thermische Behandlung des Halbleiterwafers 2 starten zu können. Der Halbleiterwafer 2 wird über die Haltevorrichtung 22 in seiner Ebene gedreht, und über eine entsprechende Ansteuerung der oberen und unteren Heizlampen 18, 19 erwärmt.
-
Über die erste Gaseinlassvorrichtung 1 wird beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur ein Prozessgas auf den Halbleiterwafer 2 gerichtet, um die Oberfläche desselben zu behandeln. Dabei wird eine im Wesentlichen vertikale Strömung auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 2 aufgebracht, um eine homogene Anströmung der Waferoberfläche vorzusehen. Diese homogene Anströmung führt zu einer homogenen Behandlung des Halbleiterwafers 2. Dadurch, dass die Hauptströmungsrichtung A des Auslassbereichs 54 des Gasführungskanals 40 bezüglich eines Mittelpunkts des Kragenrings 38 versetzt, und mit der Rotationsrichtung C der Haltevorrichtung 22 ausgerichtet ist, ergibt sich eine besonders gleichmäßige Anströmung auf der Substratoberfläche.
-
Das Prozessgas wird gemäß einem vorgegebenen Rezept in die Behandlungskammer 11 eingeleitet. Nach Beendigung der Einleitung des Prozessgases läuft die thermische Behandlung wie gewünscht weiter. Um das Prozessgas rasch aus der Behandlungskammer 1 auszuleiten, kann anschließend beispielsweise über die zweite Gaseinlassvorrichtung ein Spülgas, wie beispielsweise Stickstoff durch die Behandlungskammer 1 geleitet werden. Dabei ermöglicht die im Wesentlichen horizontale Gasströmungsrichtung, die durch die zweite Gaseinlassvorrichtung vorgesehen wird, eine rasche und gute Spülung der gesamten Behandlungskammer.
-
Am Ende des thermischen Behandlungszyklus, wenn der Halbleiterwafer 2 wieder abgekühlt werden muss, werden die Heizlampen 18, 19 abgeschaltet oder deren Leistung zumindest wesentlich verringert. Zusätzlich kann beispielsweise wiederum über die erste Gaseinlassvorrichtung 24 ein Kühlgas auf den Halbleiterwafer 2 gerichtet werden. Durch die im Wesentlichen vertikal auf den Halbleiterwafer 2 gerichtete Strömung eine gleichmäßige Kühlung des Halbleiterwafers 2 vorgesehen werden kann. Insbesondere ist eine Prozeßführung möglich bei der, das Kühlgas schon vor dem Abschalten der Heizlampen mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in die Behandlungskammer eingeleitet wird, sodass zum Zeitpunkt der Lampenabschaltung sofort die volle Kühlleistung zur Verfügung steht.
-
Abschließend wird der Halbleiterwafer 2 wieder durch die Öffnung 14 aus der Behandlungskammer 11 entnommen.
-
Der obige Prozessablauf ist nur als ein einfaches Beispiel angegeben, und der Fachmann wird erkennen, dass durch das Vorsehen der ersten Gaseinlassvorrichtung 24 sowie der zweiten Gaseinlassvorrichtung 26 unterschiedlichste Strömungsverhältnisse innerhalb der Behandlungskammer 11 eingestellt werden können. Die erste Gaseinlassvorrichtung 24 ermöglicht eine besonders homogene Anströmung an der Oberseite des Halbleiterwafers 2, was insbesondere für Prozessgase sowie Kühlgase zweckmäßig ist. Die zweite Gaseinlassvorrichtung 26 ermöglicht hingegen eine sich im Wesentlichen horizontale laminare Durchströmung der Behandlungskammer 11. Durch die Trennelemente 63, 64 und die unterschiedliche Ansteuerbarkeit der Gasführungskanäle 66 bis 68 ist dabei eine im Wesentlichen horizontal gerichtete Durchströmung der Behandlungskammer 11 in unterschiedlich ansteuerbaren Ebenen möglich. Natürlich ist es auch möglich, über die ersten und zweiten Gaseinlassvorrichtungen 24, 26 gleichzeitig Gase in die Behandlungskammer 11 einzuleiten.
-
Obwohl bei der obigen Ausführungsform nur ein Gasführungskanal 40 vorgesehen ist, der ein Gas in den Bereich des Kragenrings 38 einleitet, könnte wenigstens ein weiterer Gasführungskanal entsprechend dem Gasführungskanal 40 vorgesehen sein, der beispielsweise mit derselben Einlassöffnung 48 oder einer anderen Einlassöffnung des Kragenrings 38 in Verbindung steht. Hierdurch könnte eine noch homogenere Gasverteilung vorgesehen werden, insbesondere wenn die Gasführungskanäle an gegenüber liegenden Enden des Kragenrings 38 vorgesehen wären. Alternativ ist es allerdings auch möglich, über die Gasführungskanäle beispielsweise unterschiedliche Gase in den Bereich des Kragenrings 38 einzuleiten, die sich darin vermischen, um anschließend direkt auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 2 geleitet zu werden. Ein solches Vorgehen könnte insbesondere bei sehr reaktiven Gasmischungen vorteilhaft sein, die erst direkt vor ihrem Leiten auf den Halbleiterwafer 2 miteinander vermischt werden.
-
Obwohl bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform durch die Trennelemente 63, 64 zwischen den Plattenelementen 60, 61 unterschiedliche Gasführungsebenen gebildet wurden, ist es auch möglich, auf diese Trennelemente zu verzichten, wenn eine horizontale Durchströmung der Behandlungskammer 11 in unterschiedlichen Ebenen nicht gewünscht ist. In diesem Fall könnten auch zwei der Gasführungskanäle 66 bis 68 entfallen. Natürlich können auch nur zwei oder eine größere Anzahl von Gasführungsebenen vorgesehen werden.
-
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine schematische Schnellheizanlage 1 zum thermischen Behandeln von Halbleiterwafern. Die 4 bis 6 zeigen jeweils unterschiedliche Ansichten von den in der Schnellheizanlage 1 gemäß 3 eingesetzten Elementen. Bei der nachfolgenden Beschreibung der 3 bis 6 werden dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern gleiche oder ähnliche Elemente beschrieben werden.
-
Die in 3 dargestellte Schnellheizanlage 1 besitzt im Wesentlichen denselben Aufbau, wie die Schnellheizanlage gemäß 1. Insbesondere besitzt die Schnellheizanlage 1 ein Gehäuse 4, das über nicht dargestellte Quarzwände in obere und untere Lampenkammern und eine dazwischen liegende Behandlungskammer aufgeteilt ist. Bei der Draufsicht gemäß 3 wurde eine obere Wand des Gehäuses 4, sowie eine Anordnung von Heizlampen weggelassen, um einen Blick in die Behandlungskammer der Schnellheizanlage 1 freizugeben. Innerhalb der Behandlungskammer der Schnellheizanlage 1 ist wiederum eine in 3 nicht erkennbare Haltevorrichtung zur drehbaren Aufnahme eines Halbleiterwafers, eine erste Gaseinlassvorrichtung 24 sowie eine zweite Gaseinlassvorrichtung 26 vorgesehen. Die erste Gaseinlassvorrichtung 24 besteht wiederum im Wesentlichen aus einem ebenen Plattenelement 36, einem Kragenring 38 und einem Gasführungskanal 40.
-
4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Plattenelements 36. Wie zu erkennen ist, besitzt das Plattenelement 36 wiederum einen mittleren Lochbereich 42 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 44 sowie einen den Lochbereich 42 umgebenden Randbereich 46. Die Durchgangslöcher 44 sind in dem Lochbereich 42 gleichmäßig verteilt, wobei direkt oberhalb der Drehmitte der nicht dargestellten Haltevorrichtung kein Durchgangsloch 44 vorgesehen ist, wie in der Draufsicht gemäß 3 angedeutet ist. Wie in der Draufsicht gemäß 3 zu erkennen ist, sind in dem Lochbereich 42 nur solche Durchgangslöcher 44 vorgesehen, die vollständig innerhalb des Kragenrings 38 fallen. Der Lochbereich 42 besitzt wiederum eine der Größe eines Halbleiterwafers 2 entsprechende Größe und besitzt vorzugsweise einen gleichen oder größeren Durchmesser.
-
Von dem Randbereich 46 des Plattenelements ausgehend, sind vier Haltenasen 73 vorgesehen, die mit Positionier- und Haltestiften in der Behandlungskammer zusammenarbeiten, um das Plattenelement 36 in der Behandlungskammer zu halten. Insbesondere sind in den Haltenasen 73 Löcher zur Aufnahme der Positionier- und Haltestiften ausgebildet. Über die Haltenasen 73 und die Aufnahmelöcher ist eine ordnungsgemäße Positionierung des Plattenelements 36 in Ausrichtung auch mit der Drehmitte der Haltevorrichtung möglich. Durch die Haltenasen 73 ist es möglich, das Plattenelement außerhalb eines Handhabungsbereichs des Halbleiterwafers zu halten.
-
5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kragenrings 38, der eine Einlassöffnung 48 aufweist. Der Kragenring 38 besitzt zwei Haltenasen 75 am Außenumfang davon, die jeweils eine Aufnahmeöffnung zur wenigstens teilweisen Aufnahme von Positionier- und Haltestiften besitzen. Über die Haltenasen 75 und die Aufnahmeöffnung ist eine ordnungsgemäße Positionierung und Halterung des Kragenrings 38 bezüglich des Plattenelements 36 möglich, wie für den Fachmann leicht zu erkennen ist. Insbesondere können die Haltenase 75 am Kragenring mit zwei der Haltenasen 73 am Plattenelement 36 ausgerichtet werden, wodurch die Positionier- und Haltestiften in der Behandlungskammer sowohl durch die Öffnungen in den Auflagenasen 73 als auch die Positionieröffnungen in den Haltenasen 75 hindurchgeführt werden können, um die Elemente zueinander zu positionieren.
-
Die 6 zeigt zwei unterschiedliche Ansichten des Gasführungskanals 40, der jeweils einen Einlassbereich 50, einen Mittelbereich 52 sowie einen Auslassbereich 54 aufweist. Der Gasführungskanal 40 besitzt im Wesentlichen denselben Aufbau wie bei der ersten Ausführungsform. Wie in 6a zu erkennen ist, dient der Mittelbereich 52 nicht nur dazu, den Strömungsquerschnitt von einem runden Querschnitt zu einem flachen Querschnitt zu verändern, sondern auch dazu den Einlassbereich 50 und den Auslassbereich 54 auf unterschiedlichen Ebenen anzuordnen. Darüber hinaus wird über den Mittelbereich 52 erreicht, dass der Einlassbereich 50 und der Auslassbereich 54 zueinander abgewinkelt sind.
-
Der Gasführungskanal 40 ist speziell so aufgebaut, dass der Strömungsquerschnitt zwischen einem Einlassende und einem Auslassende desselben im Wesentlichen gleich bleibt, und insbesondere zu keinem Zeitpunkt kleiner ist als am Einlassende.
-
Wie in der Draufsicht in 3 zu erkennen ist, ist der Auslassbereich 54 so in den Kragenring 38 hineingerichtet, dass eine Hauptströmungsrichtung eines hieraus austretenden Gases nicht auf den Mittelpunkt des Kragenrings gerichtet ist. Vielmehr wird zwischen einer Hauptrichtung eines aus dem Auslassbereich 54 austretenden Gasströmung und einer sich vom Mittelpunkt des Kragenrings zum Mittelpunkt des Auslassendes erstreckenden Radialen ein Winkel von 10° eingeschlossen. Dabei ist die Hauptströmungsrichtung des aus dem Gasführungskanals 40 austretenden Gases wiederum mit einer Rotation der Haltevorrichtung ausgerichtet.
-
Die zweite Gaseinlassvorrichtung 26 kann im Wesentlichen denselben Aufbau wie bei der ersten Ausführungsform besitzen.
-
Bei einer Ausführungsform gemäß 3 ist auch wiederum ein nicht dargestellter Gasauslass für die Behandlungskammer vorgesehen.
-
Die Vorrichtung gemäß 3 kann in derselben Art und Weise betrieben werden, wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Insbesondere können wieder unterschiedliche horizontal und vertikal gerichtete Gasströmungen in der Behandlungskammer über die erste bzw. zweite Gaseinlassvorrichtung 24, 26 erreicht werden.
-
Der Gasführungskanal 40 ist bei einer Ausführungsform im Mittelbereich und im Auslassbereich aus einem für die Strahlung der Heizlampen 18, 19 im Wesentlichen transparenten Material ausgebildet. Im Einlassbereich 50 hingegen besteht der Gasführungskanal 40 nicht aus einem für die Strahlung der Heizlampen im Wesentlichen transparenten Material, um zu verhindern, dass die durch die Heizlampen 18, 19 erzeugte Heizstrahlung aus der Behandlungskammer 11 ausgekoppelt wird. Beispielsweise könnte der Einlassbereich aus einem außen reflektierenden Material sein, wobei im Innenbereich ein die Strahlung der Heizlampen absorbierendes Material vorgesehen ist, um über multiple Reflektionen eine Auskopplung der Heizstrahlung zu verhindern.
-
Die oben beschriebene Vorrichtung ist für Wafer unterschiedlichster größen geeignet, wobei die Größe der jeweiligen Elemente auf die Größe des Wafers angepaßt sind. Selbst bei großen Waferdurchmessern von z. B. 450 mm oder größer läßt sich eine homogene Anströmung der Waferoberfläche erreichen. Auch ist die Vorrichtung nicht auf runde Halbleiterwafer beschränkt, sondern kann allgemein auch für scheibenförmige Substrate mit einer beliebigen Umfangsform, wie z. B. eckige Substrate angepaßt werden, wobei der Lochbereich des Plattenelements 36 vorzugsweise das Substrat vollständig abdeckt. Bei nicht runden Formen kann die Form des Lochbereichs angepaßt werden, insbesondere wenn das Substrat in der Behandlungskammer stationär gehalten wird. Bei einer Rotation des Substrats wird hingegen bevorzugt die runde Form des Lochbereichs beibehalten, um zu jedem Zeitpunkt eine vollständige Abdeckung des Substrats durch den Lochbereich zu gewährleisten.
-
Unterschiedliche Rotationsmechanismen für ein in der Behandlungskammer angeordnetes Substrat können vorgesehen werden. Es ist beispielsweise möglich, die oberen Heizlampen 18 oder die unteren Heizlampen 19 wegzulassen, so dass eine Beheizung des Halbleiterwafers ausschließlich über die verbleibenden Heizlampen 19, 18 erfolgt.
-
Auch ist es möglich, das Plattenelement 36 statt aus einem für die Heizstrahlung der Lampen im Wesentlichen transparenten Material aus einem die Heizstrahlung im Wesentlichen absorbierenden Material auszubilden. Das Plattenelement wird dann bei einer Ansteuerung der Heizlampen stark erwärmt, und würde selbst eine Heizstrahlung in Richtung des Halbleiterwafers abgeben. Der Halbleiterwafer wird dann durch eine Heizstrahlung des Plattenelements und die durch die Durchgangsöffnungen hindurch tretende Heizstrahlung der Heizlampen erwärmt. Auch kann die zweite Gaseinlassvorrichtung anders ausgeführt sein, wie beispielsweise in einer Seitenwand der Behandlungskammer integriert sein, oder sie könnte vollständig entfallen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schnellheizanlage
- 2
- Halbleiterwafer
- 4
- Gehäuse
- 6
- obere Quarzwand
- 7
- untere Quarzwand
- 9
- obere Lampenkammer
- 10
- untere Lampenkammer
- 11
- Behandlungskammer
- 14
- Be- und Entladeöffnung
- 15
- Türelement
- 18
- Heizlampen
- 19
- Heizlampen
- 22
- Haltevorrichtung
- 24
- erste Gaseinlassvorrichtung
- 26
- zweite Gasleinlassvorrichtung
- 29
- Plattenelement
- 30
- Haltestift
- 32
- Drehwelle
- 34
- Rotationsantrieb
- 36
- Plattenelement
- 38
- Kragenring
- 40
- Gasführungskanal
- 42
- Lochbereich
- 44
- Durchgangsloch
- 46
- Randbereich
- 48
- Einlassöffnung
- 50
- Einlassbereich
- 52
- Mittelbereich
- 54
- Auslassbereich
- 56
- Anschlussende
- 58
- Auslassende
- 60
- erstes Plattenelement
- 61
- zweites Plattenelement
- 63
- Trennelement
- 64
- Trennelement
- 66
- Gasführungskanal
- 67
- Gasführungskanal
- 68
- Gasführungskanal
- 70
- Durchgangsloch
- 73
- Haltenase
- 75
- Haltenase
- A
- Hauptströmungsrichtung
- B
- Radiale
- C
- Rotationsrichtung.
