DE102009043960A1

DE102009043960A1 - CVD-Reaktor

Info

Publication number: DE102009043960A1
Application number: DE102009043960A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Karl Strauch; Daniel Brien; Martin Dr. Dauelsberg
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-03-10
Also published as: WO2011029739A1; CN102612571A; JP2013503976A; TW201118197A; EP2475804A1; KR20120073273A; US20120156396A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen CVD-Reaktor mit einem in einem Reaktorgehäuse angeordneten beheizbaren Körper (2, 3), mit einer vom Körper (2, 3) beabstandeten Heizeinrichtung (4, 17) zum Aufheizen des Körpers (2, 3) und mit einer vom Körper (2, 3) beabstandeten Kühleinrichtung (5, 18), die so angeordnet sind, dass von der Heizeinrichtung (4, 17) über den Abstandsraum zwischen Heizeinrichtung (4, 17) und Körper (2, 3) Wärme zum Körper (2, 3) und vom Körper (2, 3) über den Abstandsraum zwischen Körper (2, 3) und Kühleinrichtung (5, 18) Wärme zur Kühleinrichtung (5, 18) übertragen wird. Um die Oberflächentemperatur der beheizten Prozesskammerwandung lokal reproduzierbar zu beeinflussen, werden in den Abstandsraum zwischen Kühl- oder Heizeinrichtung (4, 5, 17, 18) bringbare Regelkörper (6, 19) vorgeschlagen. Diese werden während der thermischen Behandlung oder zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Behandlungsschritten derart verlagert, dass der Wärmetransport lokal beeinflusst wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor, insbesondere CVD-Reaktor mit einem in einem Reaktorgehäuse angeordneten beheizbaren Körper, mit einer vom Körper beabstandeten Heizeinrichtung zum Aufheizen des Körpers und mit einer vom Körper beabstandeten Kühleinrichtung, die so angeordnet sind, dass von der Heizeinrichtung über den Abstandsraum zwischen Heizeinrichtung und Körper Wärme zum Körper und vom Körper über den Abstandsraum zwischen Körper und Kühleinrichtung Wärme zur Kühleinrichtung übertragen wird
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum thermischen Behandeln eines Substrates innerhalb einer eine erste und eine zweite Wandung ausbildenden Prozesskammer eines Reaktors, insbesondere zum Abscheiden einer Schicht in einem CVD-Reaktor, wobei das Substrat auf einem die erste Wand der Prozesskammer bildenden Suszeptor aufliegt, wobei zumindest eine Wandung von einer der Wandung beabstandeten Heizeinrichtung auf eine Prozesstemperatur geheizt wird und wobei der zumindest einen beheizten Wand eine davon beabstandete Kühleinrichtung zugeordnet ist, die so angeordnet ist, dass von der Heizeinrichtung über den Abstandsraum zwischen Heizeinrichtung und beheizter Prozesskammerwand Wärme zur Prozesskammerwand und von der beheizten Prozesskammerwand über den Abstandsraum zwischen beheizter Prozesskammerwand und Kühleinrichtung Wärme zur Kühleinrichtung übertragen wird.
Ein gattungsgemäßer Reaktor wird von der DE 100 43 601 A1 beschrieben. Der dort beschriebene Reaktor besitzt eine Außenwandung, mit der der Innenraum des Reaktorgehäuses gasdicht von der Außenwelt abgeschottet ist. Innerhalb des Reaktorgehäuses befindet sich eine Prozesskammer, die nach unten von einem Suszeptor und nach oben von einer Prozesskammerdecke begrenzt ist. Suszeptor und Prozesskammerdecke sind aus Graphit gefertigt und werden über ein Hochfrequenz-Wechselfeld beheizt. Die diesbezüglichen RF-Heizeinrichtungen befinden sich unterhalb des Suszeptors bzw. oberhalb der Prozesskammerdecke und haben die Form jeweils einer spiralförmigen Spule. Der Spulenkörper besteht aus einem Hohlkörper. Der Hohlkörper ist zu einer Spirale geformt. Durch den Hohlkörper fließt ein Kühlmedium, so dass die Heizeinrichtung gleichzeitig eine Kühleinrichtung ist. Die von den RF-Spulen erzeugten Wechselfelder erzeugen im Suszeptor bzw. in der Prozesskammerdecke Wirbelströme, so dass sich der Suszeptor bzw. die Prozesskammerdecke aufheizen.
Ähnliche Reaktoren beschreiben die DE 103 20 597 A1 , DE 10 2006 018 515 A1 und DE 10 2005 056 320 A1 .
Die 10 2005 055 252 A1 beschreibt ebenfalls eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der unterhalb eines in einer Prozesskammer angeordneten Suszeptors, der aus Graphit besteht, und der ebenfalls von einer mit Kühlflüssigkeit durchströmten RF-Spule beheizt wird, eine Auflageplatte aus Quarz vorgesehen. Auf dieser Quarzplatte gleitet der um eine zentrale Achse drehangetriebene Suszeptor auf einem Gaspolster. Über Kanäle, die in der Trennfuge zwischen Suszeptorunterseite und Quarzplattenoberseite verlaufen, wird ein Antriebsmechanismus mit Antriebsgas versorgt, um in der Oberseite des Suszeptors angeordneten Taschen einliegende Substrathalter drehanzutreiben. Auch hier ist die von einem Kühlmittel durchströmte RF-Spule von einem Abstandsraum vom Suszeptor beabstandet.
Es besteht das technologische Bedürfnis, lokal die Erwärmung der beheizten Prozesskammerwand zu beeinflussen. Bislang wurde hierzu lokal die Heizleistung modifiziert. Wegen der Komplexität des HF-Wechselfeldes und dessen Abhängigkeit von Randbedingungen und der Leistung, sind die Ergebnisse nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit denen sich die Oberflächentemperatur der beheizten Prozesskammerwandung lokal reproduzierbar beeinflussen lässt.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche sind, sondern auch jeweils eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
Zunächst und im wesentlichen ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Regelkörper in den Abstandsraum zwischen beheizter Wandung und Kühl-/ oder Heizeinrichtung bringbar sind. Die Regelkörper können während des Behandlungsprozesses oder zwischen zwei aufeinanderfolgenden Behandlungsprozessen verlagert werden, um dadurch eine lokale Temperaturänderung auf der Oberfläche des Suszeptors zu bewirken.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem CVD-Reaktor, wie er beispielsweise in der DE 10 2005 055 252 A1 beschrieben ist, etwa 10 bis 30% der von der RF-Heizung auf den Suszeptor bzw. auf eine beheizte Prozesskammerdecke übertragenen Leistung als Wärmeleitung bzw. Wärmestrahlung in die Kühleinrichtung, also die von einem Kühlmittel durchströmte Heizspirale wieder zurückfließen. Mit den Regelkörpern soll in diesen Wärmerücktransportweg eingegriffen werden.
Üblicherweise werden die in der in der im Reaktorgehäuse angeordneten Prozesskammer stattfindenden Prozesse bei Totaldrucken durchgeführt, die größer sind als 1 Millibar. Demzufolge befindet sich im Zwischenraum zwischen Suszeptor und Heiz-/Kühleinrichtung ein Gas mit einem Totaldruck von zumindest 1 Millibar. In der Regel handelt es sich hierbei um ein Inertgas, beispielsweise ein Edelgas, Wasserstoff oder Stickstoff. Über dieses Gas wird bei Prozesstemperaturen unterhalb 1000°C eine nennenswerte Leistung über Wärmeleitung von der von der Prozesskammer abgewandten Seite der beheizten Wandung, beispielsweise des Suszeptors zu den kühlmitteldurchströmten Spiralwindungen übertragen. Bei höheren Temperaturen wird eine nennenswerte Leistung über Wärmestrahlung an diese Kühlkörper übertragen. Wird lokal ein Regelkörper in den Abstandsraum zwischen Suszeptor bzw. Prozesskammerdecke und Heiz-/Kühleinrichtung gebracht, so wird dieser Wärmerücktransport beeinflusst. Findet die Wärmerückleitung im wesentlichen über Wärmeleitung statt, so besitzt der Regelkörper bevorzugt eine spezifische Wärmeleitfähigkeit, die deutliche größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des sich im Zwischenraum befindenden Gases. Bevorzugt beträgt der Quotient zwischen den beiden spezifischen Wärmeleitfähigkeiten mindestens zwei und besonders bevorzugt mindestens fünf. Bei dieser Variante des Verfahrens wird durch das Einschieben eines Regelkörpers von außerhalb in den Zwischenraum zwischen Suszeptor bzw. Prozesskammerdecke und Kühl-/Heizeinrichtung lokal der Wärmerückfluss vergrößert, so dass an dieser Stelle die Oberflächentemperatur des Suszeptors bzw. der Prozesskammerdecke geringfügig absinkt. Besteht der Regelkörper aus einem elektrisch isolierenden Material, so wird die Energiezufuhr, die über die RF-Einkopplung in den Suszeptor bzw. in die Prozesskammerdecke erfolgt, nicht beeinflusst. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Regelkörper zumindest auf seiner zum Suszeptor bzw. zur Prozesskammerdecke hin weisenden Seite eine reflektierende Oberfläche aufweist. Die Oberfläche ist für die vom Suszeptor bzw. der von der Prozesskammerdecke abgesandten Wärmestrahlung reflektierend, so dass die Wärmerückführung vom Suszeptor bzw. an der Prozesskammerdeckenoberfläche zur RF-Spirale reduziert wird. Bei dieser Variante hat der Regelkörper bevorzugt eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Sie ist dann geringer als die des Gases. Hierdurch ist eine lokale Temperaturerhöhung an der Suszeptoroberfläche möglich. Es ist ferner möglich, anstelle einer einzige RF-Spule mehrere koaxial geschachtelte RF-Spulen umeinander anzuordnen. Diese können mit unterschiedlicher Leistung betrieben werden. Hierdurch ist eine Grobeinstellung der lokalen Energiezufuhr zum Suszeptor bzw. zur Prozesskammerdecke erreicht. Die Feinstabstimmung erfolgt dann in der zuvor beschriebenen Weise durch Modulation des Wärmerücktransports von dem Suszeptor bzw. von der Prozesskammerdecke zur Kühleinrichtung. Dabei können Zonen vorgesehen sein, in denen eine erhöhte Leistung in den Suszeptor bzw. in die Prozesskammerdecke eingekoppelt wird. Im Normalzustand können im Bereich dieser Zone Regelkörper zwischen Heizspirale und Suszeptor bzw. Prozesskammerdecke angeordnet sein. Bei einer kreisförmigen Heizzone kann über den gesamten Bereich dieser Heizzone ein, beispielsweise aus mehreren Segmenten bestehender, ringförmiger Regelkörper vorgesehen sein. Wird dieser entfernt, so führt dies lokal zu einem Anstieg der Oberflächentemperatur auf dem Suszeptor bzw. der Prozesskammerdecke. Hierdurch können beispielsweise die Ränder eines auf dem Suszeptor aufliegenden Substrates stärker beheizt werden als der Zentralbereich des Suszeptors. Hierdurch wird ein ”Kesseln” des Substrates, also einem sich Hochbiegen der Ränder entgegengewirkt. Dies ist sogar möglich, wenn bei einem kreisförmigen Suszeptor die Substrate auf um das Zentrum des Suszeptors angeordneten Substrathaltern aufliegen, wobei diese, jeweils ein Substrat lagernden Substrathalter wie in der DE 10 2005 055 252 A1 beschrieben, um ihre Achse rotieren. In diesem Falle braucht nur eine radial außen oder radial innen unterhalb des Randbereichs des Substrathalters liegende Heizzone moduliert werden. In ähnlicher Weise können die Oberflächentemperaturen auf ringförmigen Zonen der zur Prozesskammer weisenden Oberfläche der Prozesskammerdecke vermindert oder erhöht werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Heizung angegeben, deren Heizleistung mit einfachen Mitteln lokal beeinflussbar ist, so dass damit die Temperaturhomogenität insbesondere auf einer Suszeptoroberfläche eingestellt werden kann. Die Modulation ist hinsichtlich ihrer Regelung robust und wartungsarm. Es ist lediglich eine grobe Voreinstellung durch Auswahl und Anordnung der von einer Kühlflüssigkeit durchströmten RF-Spulen erforderlicht. Die Einstellung erfolgt dabei im wesentlichen über den Abstand zum Suszeptor. Unregelmäßigkeiten, die beispielsweise durch de spiralförmige Gestalt der RF-Spule innerhalb der Oberflächentemperaturverteilung des Suszeptors auftreten können, können ebenfalls durch geeignet geformte und angeordnete Regelkörper ausgeglichen werden. Je höher die Suszeptortemperatur ist, desto stärker ist die Rückkopplung der Temperatur in die Heizspule.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen halbseitigen Querschnitt durch eine Prozesskammer eines CVD-Reaktors, wobei die Wandung des Reaktors der Übersicht halber weggelassen ist;
2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in 1, wobei die Regelkörper sich in ihrer Wirkstellung befinden;
3 eine Darstellung gemäß 2 mit in eine Außerwirkstellung gebrachtem Regelkörper;
4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 1;
5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer von einem shower head ausgebildeten Prozesskammerdecke und
6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der auch die dem Suszeptor 2 gegenüberliegende Prozesskammerdecke 3 beheizbar ist.
In den Zeichnungen ist der Übersicht halber lediglich die im Inneren eines Reaktorgehäuses angeordnete Prozesskammer 1 mit ihrem Boden 2, Decke 3 und zur Erläuterung der Erfindung weiteren Aggregaten schematisch dargestellt.
Die Prozesskammer 1 und die in den Figuren dargestellten Aggregate befinden sich innerhalb eines Reaktorgehäuses aus Edelstahl. Durch die Wände des nicht dargestellten Reaktorgehäuses sind Zuleitungen für die Prozessgase bzw. für die Heizenergie zum Betrieb der im Reaktorgehäuse angeordneten Heizungen 4, 17 vorgesehen. Es sind ferner Ableitungen für verbrauchte Prozessgase und eine Kühlmittelzuleitung und -ableitung vorgesehen, um Kühlmittel, welches durch einen Kühlkanal 5, 18 strömt, in das Reaktorgehäuse und aus dem Reaktorgehäuse zu bringen. Das Reaktorgehäuse ist nach außen gasdicht, so dass es mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Vakuumpumpe evakuiert bzw. auf einem definierten Totalinnendruck gehalten werden kann.
Das in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsbeispiel besitzt einen Suszeptor 2, der von einer ein- oder mehrteiligen Graphitscheibe ausgebildet wird. Der eine Kreisscheibenform aufweisende Suszeptor 2 ist um eine zentrale Achse, die in einer Säule 14 liegt, drehbar. Hierzu kann die Säule 14 von einem Drehantrieb drehangetrieben werden. Innerhalb der Säule 14 und dem Suszeptor 2 befinden sich Gaszuleitungen 8, die in Ausnehmungen der zur Prozesskammer 1 hin weisenden Oberseite des Suszeptors 2 münden. In diesen Ausnehmungen liegt jeweils ein kreisscheibenförmiger Substrathalter 7. Mittels eines aus den Austrittsöffnungen gerichteten Gasstrahles können die Substrathalter 7 in Schwebe gehalten gedreht werden. Auf den Substrathaltern 7 liegen ein oder mehrere Substrate auf, die in der Prozesskammer 1 wärmebehandelt werden.
Die Wärmebehandlung kann ein Beschichtungsprozess sein. Bei diesem handelt es sich um einen CVD-Prozess, bevorzugt um einen MOCVD-Prozess, bei dem durch ein Gaseinlassorgan 9, welches sich im Zentrum der Prozesskammer 1 befindet, reaktive Prozessgase zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer 1 eingeleitet werden. Bei den Prozessgasen kann es sich um ein Hydrid, beispielsweise um NH₃ handeln, welches durch die Zuleitung 12, die sich unmittelbar oberhalb des Suszeptors 2 befindet, in die Prozesskammer eingeleitet wird. Durch die darüber liegenden Zuleitung 11 wird als Prozessgas ein Metallorganicum, beispielsweise TMGa oder TMIn in die Prozesskammer 1 eingeleitet.
Während die Prozesskammer 1 nach unten hin durch den Suszeptor 2 begrenzt wird, wird die Prozesskammer 1 nach oben hin von einer Prozesskammerdecke 3 begrenzt. Prozesskammerdecke 3 und Suszeptor 2 können aus Graphit bestehen.
Das durch das Gaseinlassorgan 9 in die Prozesskammer 1 eingeleitete Prozessgas zerlegt sich im wesentlichen nur auf der Oberfläche eines auf dem Substrathalter 7 angeordneten Substrates. Dieses besitzt eine geeignete Oberflächentemperatur, damit die Zerlegung dort pyrolytisch erfolgen kann. Die Zerlegungsprodukte sollen sich unter Ausbildung einer einkristallinen III-V-Schicht auf der Substratoberfläche anlagern.
Zum Beheizen des Suszeptors 2 ist eine RF-Heizung vorgesehen, die aus einem zu einer Spirale gebogenen Rohr 4 besteht. Dieses spiralförmig gebogene Rohr 4 befindet sich in einer Parallelebene unterhalb des Suszeptors 2. Zwischen der RF-Heizung 4 und der Unterseite des Suszeptors 2 befindet sich ein Abstandsraum. Das Rohr bildet einen Kühlkanal 5 aus, durch welchen ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser strömt. Das von der RF-Spule 4 erzeugte hochfrequente Wechselfeld erregt in dem elektrisch leitenden Suszeptor 2 Wirbelströme. Wegen des elektrischen Widerstandes des Suszeptors 2 erzeugen diese Wirbelströme dort Wärme, so dass sich der Suszeptor 2 auf Prozesstemperaturen unter 1000°C oder über 1000°C aufwärmt. Typischerweise liegen die Temperaturen, auf die sich der Suszeptor 2 aufheizt, oberhalb von 500°C.
Die flüchtigen Reaktionsprodukte und das Trägergas treten radial außen aus der kreisförmigen Prozesskammer 1 und werden mittels eines Gasauslassringes 10 abtransportiert. Der von einem Hohlkörper gebildete Gasauslassring 10 bildet Öffnungen 13, durch welche das Gas in den Gasauslassring 10 eintreten kann. Der Gasauslassring 10 ist mit der oben bereits erwähnten Vakuumpumpe verbunden.
Das von der RF-Spule 4 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld besitzt eine räumliche Gestaltung, die nicht nur von der Geometrie und den Werkstoffeigenschaften der die Prozesskammer 1 umgebenden Elemente abhängt. Die räumliche Ausbildung des elektromagnetischen Wechselfeldes hängt auch von der in die RF-Heizspirale eingespeisten Leistung ab. Infolge dessen lässt sich mit der Gestaltung der RF-Heizspirale 4, also mit dem Abstand der Spulenwindungen oder dergleichen das Temperaturprofil auf der zur Prozesskammer 1 weisenden Oberfläche des Suszeptors 2 nur grob einstellen. Die in den Suszeptor 2 über das RF-Feld eingekoppelte Leistung wird vom Suszeptor 2 über Wärmestrahlung und über Wärmeleitung über das Trägergas innerhalb der Prozesskammer 1 abgeleitet. In dieser Richtung erfolgt die Ableitung in Richtung der Prozesskammerdecke 3. Diese heizt sich, sofern sie nicht selbst aktiv aufgeheizt wird, durch die vom Suszeptor 2 abgegebene Wärme auf.
Ein erheblicher Teil der vom Suszeptor 2 aufgenommenen RF-Energie wird aber auch von der Unterseite des Suszeptors 2 in Richtung auf die gekühlte RF-Heizspirale 4 abgegeben. Der Zwischenraum zwischen Heizspirale 4 und Suszeptor 2 wird mit einem Spülgas, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff gespült. Bei den dortigen Totaldrücken, die typischerweise oberhalb einem Millibar liegen, wird eine nennenswerte Wärme vom Suszeptor 2 über Wärmeleitung an die Heizspirale 4 abgegeben, wo sie von dem den Kühlkanal 5 durchströmenden Kühlmedium abgeführt wird.
Es sind Regelkörper 6 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um Kreisringsegmente, die in Radialrichtung bezogen auf das Zentrum der Prozesskammer 1 von einer Außerwirkstellung in eine Wirkstellung verlagerbar sind. Die Kreissegmente 6 sind in der 2 in der Draufsicht und in der 1 im Querschnitt dargestellt. Die 3 zeigt die Regelkörper 6 in ihrer Außerwirkstellung in der Draufsicht. Strichpunktiert ist der Regelkörper in der 1 in seiner Außerwirkstellung dargestellt. Die Regelkörper 6, die sich in der Wirkstellung zu einem Kreis ergänzen, bestehen aus einem Werkstoff, der eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das sich im Abstandsraum befindende Gas. Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Regelkörper 6 eine Materialstärke, die deutlich größer ist als die halbe Höhe des Abstandsraumes. Der Regelkörper 6 besteht dort aus Quarz, Saphir, Glas oder einem ähnlichen elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff. Auf seinem Querschnitt bildet der Regelkörper 6 somit eine Wärmeleitstrecke aus, die ein höheres Wärmeleitungsvermögen besitzt als dieselbe Strecke ohne Regelkörper. Die Verlagerung des Regelkörpers 6 von der in der 1 strichpunktiert dargestellten Außerwirkstellung in die durchgezogen dargestellte Wirkstellung führt somit dazu, dass innerhalb der vom Regelkörper 6 überdeckten Zone des Suszeptors 2 ein vergrößerter Rücktransport von Wärme vom Suszeptor 2 zur Heizspirale 4 stattfindet. Dies hat eine lokale Abkühlung der Oberfläche des Suszeptors 2 zur Folge. Die sich gemäß 2 zu einem Ring ergänzenden Regelkörper 6 liegen in einer radial äußeren Zone unterhalb des Suszeptors 2 und unterhalb eines Randes des Substrathalters 7. Da sich der Substrathalter 7 um eine Achse dreht, die außerhalb des Regelkörpers 6 liegt, wird nur ein Randabschnitt des auf dem Substrathalter 7 aufliegenden Substrates gekühlt. Da sich der Substrathalter 7 beim Bearbeitungsprozess kontinuierlich um seine Drehachse 7 dreht, führt die lokale Temperaturabsenkung im radial äußeren Bereich des Suszeptors 2 zu einer Verminderung der Substrattemperatur auf dem gesamten Rand des kreisrunden, etwa sich über die gesamte Fläche des Substrathalters 7 erstreckenden Substrates. Hierdurch wird ein Durchbiegen des Substrates vermieden.
Die Regelkörper 6 können während eines Beschichtungsprozesses mit nicht dargestellten mechanischen Antrieben, die von einem Motor betrieben werden können, zwischen den beiden in den 2 und 3 dargestellten Stellungen hin und her gefahren werden.
Bei dem in der 5 dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnen dieselben Bezugsziffern dieselben Elemente einer Prozesskammer. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Prozesskammerdecke 3 nicht aus einer einteiligen oder mehrteiligen massiven Graphitplatte. Dort besitzt die Prozesskammerdecke 3 eine Vielzahl siebartiger angeordneter Austrittsöffnungen 16. Die Prozesskammerdecke 3 wird hier von einem ”shower head” 15 ausgebildet. Durch die Austrittsöffnungen 16 wird das Prozessgas in die Prozesskammer eingeleitet.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich zwischen dem Suszeptor 2 und der unterhalb des Suszeptors angeordneten Heizspirale 4 ein lageveränderbarer Regelkörper 6 mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, der aber elektrisch isolierend ist.
Bei dem in 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel ist die Prozesskammerdecke 3 aus Graphit oder einem anderen elektrisch leitfähigen. Material gefertigt. Oberhalb der Prozesskammerdecke 3 befindet sich einem vertikalen Abstand ebenfalls eine RF-Heizung 17, die von einem zu einer Spirale gebogenen Rohr ausgebildet ist. Das Rohr bildet einen Kühlkanal 18 aus, durch welchen ein Kühlmedium strömt. Zwischen der RF-Heizspirale und der Prozesskammerdecke 3 befindet sich ein Regelkörper 19 aus Quarz, Glas, Saphir oder einem anderen geeigneten Material mit einer hohen spezifischen Wärmeleitfähigkeit, welches aber elektrisch isolierend ist. Es können auch hier eine Vielzahl von Regelkörpern 19 vorgesehen sein, die sich in der in 6 dargestellten Wirkstellung zu einem geschlossenen Kreis ergänzen.
Zwischen Suszeptor 2 und RF-Heizspirale 4 ist dort ebenfalls ein Regelkörper 6 vorgesehen. Die Regelkörper 19, 6 können zwischen einer Wirkstellung, in welcher sie außerhalb des Grundrisses der Prozesskammer 1 liegen, in eine Wirkstellung gebracht werden, in der sie innerhalb des Grundrisses der Prozesskammer 1 liegen.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Regelkörper 6, 19 aus einem Material bestehen, welches eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist. Mit derartig ausgebildeten Regelkörpern 6, 19 kann der Rücktransport der Wärme vom Suszeptor 2 bzw. von der Prozesskammerdecke 3 zum Kühlkanal 5 bzw. 18 vermindert werden.
Bei Prozesstemperaturen zwischen 500 und 1000°C ist die Wärmeleitung der maßgebliche Wärmetransportmechanismus zur Rückführung der Wärme. Bei höheren Temperaturen überwiegt die Wärmestrahlung. Um in diesen Transport optimal eingreifen zu können, kann die zum Suszeptor 2 hin weisende Oberfläche 6' des Regelkörpers 6 oder die zur Prozesskammerdecke 3 hin weisende Oberfläche 19' des Regelkörpers 19 reflektierend ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung wird durch das Einschieben des Regelkörpers 6, 19 in den Abstandsraum zwischen Heizspirale 4, 17 und Suszeptor 2 bzw. Prozesskammerdecke 3 der Wärmerücktransport von dem Suszeptor 2 bzw. der Prozesskammerdecke 3 zum Kühlkanal 5, 18 vermindert.
Die zur RF-Spirale 4, 17 weisenden Oberflächen 6'', 19'' des Regelkörpers 6, 19 kann ebenfalls spiegelnd ausgebildet sein. Dies ist aber nicht erforderlich.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10043601 A1 [0003]
DE 10320597 A1 [0004]
DE 102006018515 A1 [0004]
DE 102005056320 A1 [0004]
DE 2005055252 A1 [0005]
DE 102005055252 A1 [0010, 0011]

Claims

Reaktor, insbesondere CVD-Reaktor mit einem in einem Reaktorgehäuse angeordneten beheizbaren Körper (2, 3), mit einer vom Körper (2, 3) beabstandeten Heizeinrichtung (4, 17) zum Aufheizen des Körpers (2, 3) und mit einer vom Körper (2, 3) beabstandeten Kühleinrichtung (5, 18), die so angeordnet sind, dass von der Heizeinrichtung (4, 17) über den Abstandsraum zwischen Heizeinrichtung (4, 17) und Körper (2, 3) Wärme zum Körper (2, 3) und vom Körper (2, 3) über den Abstandsraum zwischen Körper (2, 3) und Kühleinrichtung (5, 18) Wärme zur Kühleinrichtung (5, 18) übertragen wird, gekennzeichnet durch ein oder mehrere in den Abstandsraum zwischen Kühl-/ oder Heizeinrichtung (4, 5, 17, 18) bringbaren Regelkörper (6, 19) zur lokalen Beeinflussung des Wärmetransportes.
Reaktor nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen beheizbarem Körper (2, 3) und Kühleinrichtung (5, 18) ein Gas enthält, welches eine erste spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist und der Regelkörper (6, 19) eine zweite spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die von der ersten spezifischen Wärmeleitfähigkeit abweicht und insbesondere größer ist, bevorzugt um mindestens einen Faktor zwei oder fünf.
Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der beheizbare Körper (2, 3) von einem eine erste Wandung einer Prozesskammer (1) bildenden Suszeptor (2) zur Aufnahme eines thermisch zu behandelnden Substrates oder von einer zweiten Wandung (3) der Prozesskammer (1) gebildet ist, die dem Suszeptor (2) mit Abstand gegenüber liegt.
Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkörper (6, 19) von einer Außerwirkstellung, in welcher sich der Regelkörper (6, 19) außerhalb des Grundrisses der Prozesskammer (1) befindet, in eine Wirkstellung in den Abstandsraum innerhalb des Grundrisses der Prozesskammer (1) oder zwischen zwei Wirkstellungen innerhalb des Grundrisses der Prozesskammer (1) im Abstandsraum verlagerbar ist.
Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4, 17) von einer RF-Spule und die Kühleinrichtung von einem Kühlkanal (5, 18) in der RF-Spule ausgebildet ist.
Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Spule (4) spiralförmig in einer Ebene unterhalb des sich in einer Horizontalebene erstreckenden Suszeptors (2) angeordnet ist und der mindestens eine Regelkörper (6) in einer Parallelebene dazu zwischen Suszeptor (2) und RF-Spule (4) verlagerbar angeordnet ist.
Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die RF-Spule (17) spiralförmig in einer Ebene oberhalb der sich in einer Horizontalebene erstreckenden, einem Suszeptor (2) gegenüberliegenden Prozesskammerdecke (3) angeordnet ist und der mindestens eine Regelkörper (19) in einer Parallelebene dazu zwischen Prozesskammerdecke (3) und RF-Spule (17) verlagerbar angeordnet ist.
Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkörper (6, 19) ein elektrischer Isolator ist und insbesondere aus Quarz besteht.
Reaktor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die zum beheizbaren Körper (2, 3) oder zur Heizeinrichtung (4, 17) weisende Oberfläche (6', 6'', 19, 19'') des Regelkörpers (6, 19) reflektierend ist.
Verfahren zum thermischen Behandeln eines Substrates innerhalb einer eine erste und eine zweite Wandung (2, 3) ausbildenden Prozesskammer (1) eines Reaktors, insbesondere zum Abscheiden einer Schicht in einem CVD-Reaktor, wobei das Substrat auf einem die erste Wand der Prozesskammer (1) bildenden Suszeptor (2) aufliegt, wobei zumindest eine Wandung (2, 3) von einer der Wandung (2, 3) beabstandeten Heizeinrichtung (4, 19) auf eine Prozesstemperatur geheizt wird und wobei der zumindest einen beheizten Wand (2, 3) eine davon beabstandete Kühleinrichtung zugeordnet ist, die so angeordnet ist, dass von der Heizeinrichtung (4, 17) über den Abstandsraum zwischen Heizeinrichtung (4, 17) und beheizter Prozesskammerwand (2, 3) Wärme zur Prozesskammerwand (2, 3) und von der beheizten Prozesskammerwand (2, 3) über den Abstandsraum zwischen beheizter Prozesskammerwand (2, 3) und Kühleinrichtung (5, 18) Wärme zur Kühleinrichtung (5, 18) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der thermischen Behandlung und/oder zwischen zeitlich aufeinander folgenden Behandlungsschritten ein oder mehrere im Abstandsraum zwischen Kühl-/ oder Heizeinrichtung (4, 5; 17, 18) bringbare Regelkörper (6, 19) derart verlagert werden, dass der Wärmetransport lokal beeinflusst wird zur lokalen Beeinflussung der Temperatur der zur Prozesskammer (1) weisenden Oberfläche der beheizten Wandung (2, 3).
Verfahren nach Anspruch 10 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Zwischenraum zwischen einem von der ersten Wandung ausgebildeten Suszeptor (2) oder von einer von der zweiten Wandung ausgebildeten Prozesskammerdecke (3) und der der jeweiligen Wandung zugeordneten Kühleinrichtung (5, 18) ein Gas befindet, welches eine erste spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist und der Regelkörper (6, 19) eine zweite spezifische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die sich von der ersten spezifischen Leitfähigkeit um mindestens einen Faktor (2) unterscheidet.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 und 11 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Wasserstoff, Stickstoff oder ein Edelgas ist und der Totaldruck innerhalb des Abstandsraumes im Bereich zwischen einem und tausend Millibar liegt, der Regelkörper (6, 19) aus Quarz, Saphir oder Glas besteht und die beheizte Wandung (2, 3) von einem Graphitkörper ausgebildet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4, 17) eine von einem Rohr ausgebildete spiralförmige RF-Heizung ist und durch den vom Rohr ausgebildeten Kühlkanal (5, 18) eine Kühlflüssigkeit strömt.