DE102011015263A1

DE102011015263A1 - Apparatus and method for treating substrates

Info

Publication number: DE102011015263A1
Application number: DE201110015263
Authority: DE
Inventors: Dr. Nieß Jürgen; Wilhelm Beckmann
Original assignee: HQ Dielectrics GmbH
Current assignee: HQ Dielectrics GmbH
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: WO2011116991A1; DE102011015263B4

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten beschrieben, die ein eine Prozesskammer umgebendes Gehäuse, sowie wenigstens eine Substrataufnahme in dem Gehäuse aufweist Ferner ist eine rohrförmige Mikrowellenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas vorgesehen, wobei die Rohrachse auf die Substrataufnahme gerichtet ist, sowie eine Bewegungseinheit, welche die Mikrowellenelektrode oder die Substrataufnahme trägt und geeignet ist die Mikrowellenelektrode oder die Substrataufnahme so zu bewegen, dass die Rohrachse die Substrataufnahme während einer Behandlung überstreicht. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine erste Gasführung mit einem ersten Auslass auf, der sich in die rohrförmige Mikrowellenelektrode öffnet und der auf die Substrataufnahme gerichtet ist und eine zweite Gasführung, die die erste Gasführung wenigstens teilweise umgibt und einen zweiten Auslass aufweist, der koaxial zum ersten Auslass ausgerichtet ist, wobei die erste und zweite Gasführung mit der Bewegungseinheit verbunden sind, um gemeinsam mit der Mikrowellenelektrode bewegt zu werden, und wobei die erste und zweite Gasführung mit unterschiedlichen Gasquellen beaufschlagbar sind. Es ist auch ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, mit folgenden Schritten beschrieben, Leiten eines Strahls eines Wasserstoff- und/oder Deuterium enthaltenden Gases durch ein erstes Mikrowellenplasma, das vom zu behandelnden Substrat beabstandet ist, um einen Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen zu bilden, wobei der Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuterhtet ist, Leiten eines Strahls aus Prekursorgasen durch das Mikrowellenplasma derart, dass der Strahl aus Prekursorgasen von dem Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen umgeben ist, und sie einen gemeinsamen Prozessstrahl bilden, der auf das zu behandelnde Substrat gerichtet ist, und Überstreichen des Prozessstrahls über das zu behandelnde Substrat zum Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf dem Substrat, wobei das Überstreichen durch eine entsprechende Bewegung einer ersten Mikrowellenelektrode und von Gaseinleitungsdüsen für das Wasserstoff- und/oder Deuterium enthaltende Gas und die Prekursorgase bewirkt wirdA device for treating substrates is described, which has a housing surrounding a process chamber and at least one substrate receptacle in the housing. Furthermore, a tubular microwave electrode for generating a plasma is provided, the tube axis being directed towards the substrate receptacle, and a movement unit which carries the microwave electrode or the substrate holder and is suitable for moving the microwave electrode or the substrate holder such that the tube axis sweeps over the substrate holder during a treatment. In addition, the device has a first gas guide with a first outlet that opens into the tubular microwave electrode and that is directed toward the substrate receptacle and a second gas guide that at least partially surrounds the first gas guide and has a second outlet that is coaxial with the first Outlet is aligned, wherein the first and second gas guides are connected to the movement unit to be moved together with the microwave electrode, and wherein the first and second gas guides can be acted upon with different gas sources. There is also a method of treating substrates, comprising the steps of passing a jet of hydrogen and / or deuterium containing gas through a first microwave plasma spaced from the substrate to be treated, around a jet of hydrogen and / or deuterium radicals forming, wherein the jet is composed of hydrogen and / or deuterium, passing a jet of precursor gases through the microwave plasma such that the jet of precursor gases is surrounded by the jet of hydrogen and / or deuterium radicals and they form a common process jet, which is aimed at the substrate to be treated, and sweeping the process beam over the substrate to be treated to deposit an epitaxial layer on the substrate, the sweeping through a corresponding movement of a first microwave electrode and gas inlet nozzles for the gas containing hydrogen and / or deuterium and the precursors gases is effected

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, insbesondere unter Einbeziehung eines Mikrowellenplasmas.The present invention relates to an apparatus and a method for treating substrates, in particular involving a microwave plasma.

In der Halbleitertechnologie sowie der Mikro- und Nanosensorik ist es bekannt, epitaktische Schichten aus unterschiedlichen Materialien auf Substraten abzuscheiden. Dies sollte möglichst bei niedriger Temperatur erfolgen, um die Eigenschaften des Grundsubstrats, auf dem die epitaktische Schicht abgeschieden werden soll, nicht zu beeinträchtigen. Die Substrate unterliegen üblicherweise bestimmten Temperaturbeschränkungen hinsichtlich der Temperaturbelastung, der ein Substrat ausgesetzt werden darf, ohne dass sich wesentliche Eigenschaftsänderungen des Substrats ergeben.In semiconductor technology as well as micro- and nano-sensors it is known to deposit epitaxial layers of different materials on substrates. This should preferably be done at low temperature in order not to affect the properties of the base substrate on which the epitaxial layer is to be deposited. The substrates are usually subject to certain temperature limitations with regard to the temperature load to which a substrate may be exposed without significant changes in the properties of the substrate.

Trotz dieser Temperaturbeschränkungen sind in der Vergangenheit unterschiedliche epitaktische Schichtbildungsprozesse bei erhöhten Temperaturen vorgeschlagen worden. Diese sind jedoch bei immer kleiner werdenden Strukturen auf Halbleitern, und insbesondere im Bereich der Mikro- und Nanosensorik problematisch, da die Strukturen durch die hohen Temperaturen erheblich beeinflusst werden können.Despite these temperature limitations, various epitaxial layering processes at elevated temperatures have been proposed in the past. However, these are problematic with ever smaller structures on semiconductors, and in particular in the field of micro- and nano-sensors, since the structures can be significantly influenced by the high temperatures.

Darüber hinaus ist vor einem epitaktischen Schichtaufbau zweckmäßig, Oxide von der jeweiligen Substratoberfläche zu entfernen. Bei einem hierfür eingesetzten Verfahren wird das Substrat auf ungefähr 1000°C in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt, wodurch sich die Oxidreste von der Substratoberfläche lösen. Solche hohen Temperaturen sind jedoch wiederum, wie oben erwähnt, für die Substrateigenschaften problematisch.In addition, it is expedient to remove oxides from the respective substrate surface before an epitaxial layer structure. In a process used for this purpose, the substrate is heated to about 1000 ° C in a hydrogen atmosphere, whereby the oxide residues dissolve from the substrate surface. However, such high temperatures, as mentioned above, are again problematic for the substrate properties.

Die Lösung von Oxidresten kann durch den Einsatz von Wasserstoffradikalen verbessert werden, ist aber bei niedrigeren Temperaturen von beispielsweise 400°C nicht oder nur bedingt möglich.The solution of oxide radicals can be improved by the use of hydrogen radicals, but at lower temperatures of, for example, 400 ° C is not or only partially possible.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik hinsichtlich der epitaktischen Schichtbildung sowie der Reinigung von Substraten, liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten vorzusehen, die bzw. das wenigstens eines der vorgenannten Probleme überwindet.Based on the described prior art with regard to the epitaxial layer formation and the cleaning of substrates, the present invention is therefore based on the object to provide an apparatus and a method for treating substrates, which overcomes at least one of the aforementioned problems.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten nach Anspruch 1 oder 2 sowie ein Verfahren zum Behandeln von Substraten nach Anspruch 13 vorgesehen. Darüber hinaus ist ein Verfahren zum Reinigen einer Prozesskammer nach Anspruch 16 vorgesehen.According to the invention, a device for treating substrates according to claim 1 or 2 and a method for treating substrates according to claim 13 are provided. In addition, a method for cleaning a process chamber according to claim 16 is provided.

Die Vorrichtung zum Behandeln von Substraten weist ein Gehäuse auf, das eine Prozesskammer umgibt, sowie wenigstens eine Substrataufnahme in dem Gehäuse. Ferner ist eine rohrförmige Mikrowellenelektrode zum Erzeugen eines Plasmas vorgesehen, wobei die Rohrachse auf die Substrataufnahme gerichtet ist, sowie eine Bewegungseinheit, welche die Mikrowellenelektrode oder die Substrataufnahme trägt und geeignet ist die Mikrowellenelektrode oder die Substrataufnahme so zu bewegen, dass die Rohrachse die Substrataufnahme überstreicht. Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine erste Gasführung mit einem ersten Auslass auf, der sich in die rohrförmige Mikrowellenelektrode öffnet und der auf die Substrataufnahme gerichtet ist und eine zweite Gasführung, die die erste Gasführung wenigstens teilweise umgibt und einen zweiten Auslass aufweist, der koaxial zum ersten Auslass ausgerichtet ist, wobei die erste und zweite Gasführung mit der Bewegungseinheit verbunden sind, um gemeinsam mit der Mikrowellenelektrode bewegt zu werden, und wobei die erste und zweite Gasführung mit unterschiedlichen Gasquellen beaufschlagbar sind.The device for treating substrates has a housing which surrounds a process chamber and at least one substrate receptacle in the housing. Further, a tubular microwave electrode for generating a plasma is provided, wherein the tube axis is directed to the substrate holder, and a moving unit which carries the microwave electrode or the substrate holder and is adapted to move the microwave electrode or the substrate holder so that the tube axis sweeps over the substrate holder. In addition, the apparatus includes a first gas guide having a first outlet opening into the tubular microwave electrode and facing the substrate receiver and a second gas guide at least partially surrounding the first gas guide and having a second outlet coaxial with the first Outlet is aligned, wherein the first and second gas guide are connected to the moving unit to be moved together with the microwave electrode, and wherein the first and second gas guide can be acted upon by different gas sources.

Eine solche Vorrichtung ist in der Lage, innerhalb der Mikrowellenelektrode ein Plasma zu erzeugen, durch das zwei unterschiedliche Gasströme in koaxialer Ausrichtung zueinander hindurchgeleitet werden können, um beispielsweise einen Prozessgasstrahl aus Radikalen und Prekursorn, insbesondere einen Prozessgasstrahl aus Wasserstoff- oder Deuteriumradikalen und Prekursorgasen, wie beispielsweise SiH₄, GeH₄, PH₃, B₂H₆, AsH₃, Dichlorsilan, Trichlorsilan, NH₃ und ähnlichen zu bilden. Dieser Radikalenstrahl mit Prekursorgasen ist geeignet für eine epitaktische Schichtbildung auf einem Substrat, und zwar selbst bei niedrigen Temperaturen von beispielsweise 400°C, im Vergleich zu Hochtemperaturabscheidungsprozessen.Such a device is capable of producing within the microwave electrode a plasma through which two different gas streams can be passed in coaxial alignment with one another, for example a process gas jet of radicals and precursor, in particular a process gas jet of hydrogen or deuterium radicals and precursor gases, such as For example, SiH ₄ , GeH ₄ , PH ₃ , B ₂ H ₆ , AsH ₃ , dichlorosilane, trichlorosilane, NH ₃ and the like. This precursor gas radical beam is suitable for epitaxial film formation on a substrate, even at low temperatures of, for example, 400 ° C, as compared to high temperature deposition processes.

Da solche Prozesse üblicherweise im Unterdruck stattfinden, ist es von Vorteil, die Prozesskammer innerhalb des Gehäuses möglichst klein zu halten. Daher weist das Gehäuse bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Durchgangsöffnung in einer Gehäusewand auf und die Mikrowellenelektrode ist derart außerhalb des Gehäuses angeordnet, dass die Rohrachse durch die Durchgangsöffnung hindurch auf die Substrataufnahme gerichtet ist. Eine Abdichtung zur Umgebung wird durch eine Balgeneinheit, insbesondere in der Form eines Federbalgs vorgesehen, die sich zwischen der Gehäusewand und der Mikrowellenelektrode bzw. der die rohrförmige Mikrowellenelektrode tragenden Bewegungseinheit erstreckt. Hierdurch kann die Prozesskammer bzw. der Prozessraum klein gehalten werden, da die Bewegung der Mikrowellenelektrode außerhalb der eigentlichen Prozesskammer stattfinden kann.Since such processes usually take place under reduced pressure, it is advantageous to keep the process chamber within the housing as small as possible. Therefore, in one embodiment of the invention, the housing has a passage opening in a housing wall and the microwave electrode is arranged outside the housing such that the tube axis is directed through the passage opening onto the substrate receptacle. A seal to the environment is provided by a bellows unit, in particular in the form of a bellows, which extends between the housing wall and the microwave electrode or the movement unit carrying the tubular microwave electrode. As a result, the process chamber or the process chamber can be kept small, since the movement of the microwave electrode can take place outside the actual process chamber.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine weitere Mikrowellenelektrode vorgesehen, wobei die Mikrowellenelektrode zwischen einer Einsatzposition oberhalb der Substrataufnahme und einer Ruheposition beabstandet zur Substrataufnahme bewegbar ist. Die weitere Mikrowellenelektrode ist in ihrer Position oberhalb der Substrataufnahme geeignet, ein Mikrowellenplasma in der Nähe der Scheibe zu erzeugen, und zwar insbesondere ein hochdichtes Wasserstoffplasma (mit hoher Ionendichte), das geeignet ist Oxidreste von der Substratoberfläche zu entfernen. Dies ist wiederum auch bei niedrigeren Temperaturen von beispielsweise 400°C, was üblicherweise als ein akzeptabler Temperaturbereich angesehen wird, möglich. Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die weitere Mikrowellenelektrode gegenüber einer Prozessgasatmosphäre in der Prozesskammer zu isolieren, wenn sie sich in der Ruheposition befindet. Die während einer epitaktischen Schichtbildung verwendeten Prozessgase könnten ansonsten auch eine Abscheidung auf der weiteren Mikrowellenelektrode bewirken, welche deren Einsatzfähigkeit beeinträchtigen können. In one embodiment of the invention, at least one further microwave electrode is provided, wherein the microwave electrode between a use position above the substrate holder and a rest position spaced from the substrate receiving is movable. The further microwave electrode is capable of generating a microwave plasma in the vicinity of the disk in its position above the substrate receptacle, in particular a high-density hydrogen plasma (with high ion density), which is suitable for removing oxide residues from the substrate surface. This in turn is also possible at lower temperatures, for example 400 ° C, which is usually considered to be an acceptable temperature range. Preferably means are provided to isolate the further microwave electrode from a process gas atmosphere in the process chamber when in the rest position. Otherwise, the process gases used during an epitaxial layer formation could otherwise cause a deposition on the further microwave electrode, which may impair their usability.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist wenigstens eine weitere Mikrowellenelektrode vorgesehen, sowie eine Substrataufnahme, wobei die Mikrowellenelektroden und/oder Substrataufnahme relativ zum anderen Element derart bewegbar ist, dass ein auf der Substrataufnahme befindliches Substrat aus dem Bereich der weiteren Mikrowellenelektrode in den Bereich der rohrförmigen Mikrowellenelektrode gelangen kann. Hierbei kann die weitere Mikrowellenelektrode beispielsweise wiederum zum Erzeugen eines Mikrowellenplasmas im Bereich der Substratoberfläche eingesetzt werden, um Oxid von der Oberfläche zu entfernen. Anschließend kann das derart vom Oxid befreite Substrat in den Bereich der rohrförmigen Mikrowellenelektrode gebracht werden, um einen epitaktischen Schichtbildungsprozess durchzuführen und zwar über eine Relativbewegung zwischen der Substrataufnahme und den Mikrowellenelektroden. Dadurch, dass die Einflussbereiche der weiteren Mikrowellenelektrode und der rohrförmigen Mikrowellenelektrode getrennt sind, ist eine Beschichtung der weiteren Mikrowellenelektrode in einem solchen Fall nicht zu befürchten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Substrataufnahme derart ausgebildet, dass sie eine Relativbewegung zu den Mikrowellenelektroden ausführen kann, um die oben beschriebene Relativbewegung vorsehen zu können. Die Mikrowellenelektroden können in diesem Fall stationär sein, oder sie können gegebenenfalls eine Hubbewegung relativ zur Substratauflage vorsehen. Vorzugsweise sind mehrere weitere Mikrowellenelektroden vorgesehen, die mit unterschiedlichen Abständen zur Substrataufnahme, insbesondere in Bewegungsrichtung der Substrataufnahme kleiner werdenden Abständen hierzu angeordnet sind.In an alternative embodiment, at least one further microwave electrode is provided, as well as a substrate receptacle, wherein the microwave electrodes and / or substrate receptacle is movable relative to the other element such that a substrate located on the substrate receptacle from the region of the further microwave electrode reach the region of the tubular microwave electrode can. In this case, the further microwave electrode, for example, in turn, be used to generate a microwave plasma in the region of the substrate surface to remove oxide from the surface. Subsequently, the substrate thus freed from the oxide can be brought into the region of the tubular microwave electrode in order to carry out an epitaxial layer formation process via a relative movement between the substrate receptacle and the microwave electrodes. Because the areas of influence of the further microwave electrode and the tubular microwave electrode are separated, a coating of the further microwave electrode in such a case is not to be feared. In a preferred embodiment of the invention, the substrate holder is designed such that it can perform a relative movement to the microwave electrodes in order to provide the above-described relative movement can. The microwave electrodes may be stationary in this case, or they may optionally provide a lifting movement relative to the substrate support. Preferably, a plurality of further microwave electrodes are provided which are arranged at different distances to the substrate holder, in particular in the direction of movement of the substrate receiving decreasing distances thereto.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die weitere Mikrowellenelektrode eine stabförmige Mikrowellenelektrode mit einem Innenleiter und einem koaxial hierzu angeordneten Außenleiter, die ein Mikrowelleneinspeisungsende und ein freies Ende aufweisen. Der Außenleiter besitzt einen Rohrbereich, der den Innenleiter über einen benachbart zum Mikrowelleneinspeisungsende liegenden Teilbereich entlang seiner Längsachse vollständig umschließt, sowie einen Öffnungsbereich, der in Richtung des freien Endes des Außenleiters eine größer werdende Öffnung vorsieht. Eine solche Mikrowellenelektrode erlaubt die Ausbildung eines gleichmäßigen Plasmas oberhalb eines zu behandelnden Substrats.According to one embodiment of the invention, the further microwave electrode is a rod-shaped microwave electrode having an inner conductor and an outer conductor arranged coaxially therewith, which have a microwave feed end and a free end. The outer conductor has a tube region which completely surrounds the inner conductor along a partial region adjacent to the microwave feed end along its longitudinal axis, and an opening region which provides an opening which becomes larger in the direction of the free end of the outer conductor. Such a microwave electrode allows the formation of a uniform plasma above a substrate to be treated.

Dabei wird die Öffnung im Öffnungsbereich des Außenleiters vorzugsweise stetig und/oder stufig größer. Insbesondere ist es dabei auch möglich, dass sich stetige Bereiche und stufige Bereiche abwechseln. Der Wellenwiderstand steigt in der Öffnung an, wodurch eine Plasmazündung erschwert wird. Daher ist bei einer Ausführungsform der Erfindung eine Plasmazündvorrichtung, insbesondere ein linearer Hertzscher Oszillator für die weitere Mikrowellenelektrode vorgesehen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Verändern eines Abstands zwischen der Substrataufnahme und der rohrförmigen Mikrowellenelektrode und/oder der weiteren Mikrowellenelektrode vorgesehen. Diese kann beispielsweise eine Hubvorrichtung für die Substrataufnahme umfassen.In this case, the opening in the opening region of the outer conductor preferably becomes steadily and / or stepwise larger. In particular, it is also possible for continuous areas and stepped areas to alternate. The characteristic impedance increases in the opening, whereby a plasma ignition is difficult. Therefore, in one embodiment of the invention, a plasma ignition device, in particular a linear Hertzian oscillator for the further microwave electrode is provided. In one embodiment of the invention, a device is provided for varying a distance between the substrate receptacle and the tubular microwave electrode and / or the further microwave electrode. This may include, for example, a lifting device for the substrate holder.

Vorteilhafterweise ist auch wenigstens ein Hub-, Linear-, Schwenk- und/oder Drehbewegungsmechanismus für die Substrataufnahme vorgesehen, der eine entsprechende Bewegung bezüglich der rohrförmigen Mikrowellenelektrode oder der weiteren Mikrowellenelektrode bewirkt, um eine jeweilige Prozesshomogenisierung zu erreichen. Alternativ oder auch zusätzlich kann auch wenigstens ein entsprechender Mechanismus für die rohrförmige und/oder die wenigstens eine weitere Mikrowellenelektrode vorgesehen sein.Advantageously, at least one lifting, linear, pivoting and / or rotational movement mechanism for the substrate receiving is provided, which causes a corresponding movement with respect to the tubular microwave electrode or the further microwave electrode in order to achieve a respective process homogenization. Alternatively or additionally, at least one corresponding mechanism may be provided for the tubular and / or the at least one further microwave electrode.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sieht die Bewegungseinheit eine kardanische Lagerung der rohrförmigen Mikrowellenelektrode vor, wodurch eine gleichförmige Überstreichung einer Substratoberfläche ermöglicht wird. Diese kann insbesondere auch durch eine Rotation der Substrataufnahme gefördert werden. Insbesondere kann aber auch die Substrataufnahme kardansich gelagert sein, wodurch ebenfalls eine gleichförmige Überstreichung einer Substratoberfläche durch die rohrförmige Mikrowellenelektrode unter einstellbarem Winkel ermöglicht wird.According to one embodiment of the invention, the moving unit provides a gimbal mounting of the tubular microwave electrode, thereby enabling a uniform sweep of a substrate surface. This can be promoted in particular by a rotation of the substrate holder. In particular, however, the substrate receptacle can also be mounted cardan-like, whereby likewise a uniform sweep of a substrate surface through the tubular microwave electrode at an adjustable angle is made possible.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die wenigstens eine Mikrowellenelektrode einen stabförmigen Innenleiter aufweist, der wenigstens teilweise radial von einem Außenleiter umgeben ist, der eine Öffnung zum Auskoppeln von Mikrowellen aufweist, die sich über wenigstens die gesamte Breite oder den Durchmesser eines zu behandelnden Substrats erstreckt.In one embodiment of the invention, the at least one microwave electrode has a rod-shaped inner conductor which is surrounded at least partially radially by an outer conductor having an opening for coupling out microwaves, which extends over at least the entire width or the diameter of a substrate to be treated.

Bei dem Verfahren zum Behandeln von Substraten wird ein Strahl eines Wasserstoff und/oder Deuterium enthaltenden Gases durch ein erstes Mikrowellenplasma, das vom zum behandelnden Substrat beabstandet ist, geleitet, um einen Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen zu bilden, der auf das zu behandelnde Substrat gerichtet ist. Ferner wird ein Strahl aus aus Prekusorgasen derart durch das Mikrowellenplasma geleitet, dass der Strahl aus Prekursorgasen von dem Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen umgeben ist, und sie einen gemeinsamen Prozessstrahl bilden, der auf das zu behandelnde Substrat gerichtet ist. Dieser Prozessstrahl wird über das zu behandelnde Substrat gestrichen, um eine epitaktische Schicht auf dem Substrat abzuscheiden, wobei das Überstreichen durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen einer ersten Mikrowellenelektrode, die das erste Plasma erzeugt, und einer Substratauflage, auf dem sich das Substrat befindet, bewirkt wird. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Mikrowellenelektrode, die das erste Plasma erzeugt gemeinsam mit Gaseinleitungsdüsen für Wasserstoff und/oder Deuterium enthaltendes Gas und Prekursorgasen bewegt. Das beschriebene Verfahren ermöglicht einen epitaktischen Schichtaufbau durch die Kombination eines Strahls aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen mit einem Strahl aus Prekursorgasen selbst bei niedrigen Temperaturen im Bereich von 400°C. Für den epiktaktischen Schichtaufbau kann das Substrat in geeigneter Weise auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt werden. Eine solche Aufheizung des Substrats kann beispielsweise über eine Widerstandsheizung der Substrataufnahme und/oder auch über eine direkte Aufheizung des Substrats und/oder der Substrataufnahme mittels elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise einer Heizlampe, erfolgen.In the method of treating substrates, a jet of hydrogen and / or deuterium-containing gas is passed through a first microwave plasma spaced from the substrate to be treated to form a beam of hydrogen and / or deuterium radicals directed toward it treating substrate is addressed. Further, a beam of precursor gases is passed through the microwave plasma such that the beam of precursor gases is surrounded by the beam of hydrogen and / or deuterium radicals and they form a common process beam directed at the substrate to be treated. This process beam is swept over the substrate to be treated to deposit an epitaxial layer on the substrate, wherein the sweeping is effected by a corresponding relative movement between a first microwave electrode which generates the first plasma and a substrate support on which the substrate is located , In one embodiment of the invention, the microwave electrode generating the first plasma is moved together with gas introduction nozzles for hydrogen and / or deuterium-containing gas and precursor gases. The described method enables an epitaxial layer construction by combining a beam of hydrogen and / or deuterium radicals with a beam of precursor gases even at low temperatures in the range of 400 ° C. For the epicactic layer structure, the substrate can be suitably heated to the required temperature. Such heating of the substrate can be effected, for example, by resistance heating of the substrate receptacle and / or by direct heating of the substrate and / or substrate reception by means of electromagnetic radiation, such as a heating lamp.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Leiten von Prekursorgasen durch das erste Mikrowellenplasma nur der Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen über das zu behandelnde Substrat bewegt, um es zu reinigen und/oder zu passivieren. Ferner ist es möglich, vor dem Leiten von Prekursorgasen durch das erste Mikrowellenplasma ein zweites Mikrowellenplasma, insbesondere ein Wasserstoff und/oder Deuteriumplasma, benachbart zum behandelnden Substrat zu erzeugen, um hierüber Oxid von der Substratoberfläche zu entfernen.According to one embodiment of the invention, prior to passing precursor gases through the first microwave plasma, only the beam of hydrogen and / or deuterium radicals is moved over the substrate to be treated to purify and / or passivate it. Further, prior to passing precursor gases through the first microwave plasma, it is possible to generate a second microwave plasma, in particular a hydrogen and / or deuterium plasma, adjacent to the substrate to be treated to thereby remove oxide from the substrate surface.

Bei einem Verfahren zum Reinigen einer Prozesskammer wird ein Strahl eines Fluor enthaltenden Gases, insbesondere NF₃-Gas durch ein Mikrowellenplasma geleitet, um einen Strahl aus Fluorradikalen zu bilden, wobei der Strahl aus Fluorradikalen in die zu reinigende Prozesskammer gerichtet ist, und dieser Strahl aus Fluorradikalen wird über zu reinigende Bereiche der Prozesskammer bewegt. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise mit derselben Vorrichtung, die zuvor auch für den epitaktischen Schichtaufbau eingesetzt wird, eine einfache Reinigung der Prozesskammer erreichen. Nach dem Überstreichen des Strahls aus Fluorradikalen über zu reinigende Bereiche der Prozesskammer kann ein Strahl aus Wasser und oder Deuterium enthaltendem Gas durch das Mikrowellenplasma geleitet werden, um einen Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen zu bilden, wobei der Strahl aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen in die Prozesskammer gerichtet ist, und über die zu reinigenden Bereiche der Prozesskammer bewegt wird. Hierdurch kann die Prozesskammer für nachfolgende epitaktische Schichtbildungsprozesse vorbereitet bzw. konditioniert werden. Nach einer solchen Reinigung der Prozesskammer kann sich vorteilhaft das zuvor beschriebene Verfahren zum Behandeln von Substraten anschließen.In a process for cleaning a process chamber, a jet of fluorine-containing gas, in particular NF ₃ gas, is passed through a microwave plasma to form a beam of fluorine radicals with the jet of fluorine radicals directed into the process chamber to be cleaned, and this jet Fluorine radicals are moved over areas of the process chamber to be cleaned. This makes it easy to achieve a simple cleaning of the process chamber with the same device, which is also used for the epitaxial layer structure before. After sweeping the beam of fluorine radicals over areas of the process chamber to be cleaned, a jet of water and / or deuterium-containing gas can be passed through the microwave plasma to form a beam of hydrogen and / or deuterium radicals, the beam of hydrogen and / or hydrogen. or Deuterium radicals is directed into the process chamber, and is moved over the areas to be cleaned of the process chamber. As a result, the process chamber can be prepared or conditioned for subsequent epitaxial layer formation processes. After such a cleaning of the process chamber may advantageously be followed by the method described above for the treatment of substrates.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. In the drawings shows:

1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten; 1 a schematic sectional view through an apparatus for treating substrates;

2 eine schematische Schnittansicht durch die Vorrichtung gemäß 1, bei der eine Mikrowellenelektrode in einer anderen Position gezeigt ist; 2 a schematic sectional view through the device according to 1 in which a microwave electrode is shown in a different position;

3 eine schematische Schnittansicht durch eine alternative Vorrichtung zum Behandeln von Substraten; und 3 a schematic sectional view through an alternative device for treating substrates; and

4a–4c eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung ähnlich der 1 und 2, während unterschiedlicher Prozessabläufe. 4a - 4c a schematic sectional view of an apparatus similar to the 1 and 2 , during different process flows.

Die in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten relativen Begriffe, wie z. B. links, rechts, über und unter beziehen sich auf die Zeichnungen und sollen die Anmeldung in keiner Weise einschränken, auch wenn sie bevorzugte Anordnungen zeigen können.The relative terms used in the following description, such as. B. left, right, above and below refer to the drawings and are not intended to limit the application in any way, even if they can show preferred arrangements.

Die Vorrichtungen 1 und 2 zeigen jeweils schematische Schnittansichten durch eine Vorrichtung 1 zum Behandeln eines Substrats 2, wobei unterschiedliche Komponenten in unterschiedlichen Positionen dargestellt sind.The devices 1 and 2 each show schematic sectional views through a device 1 for treating a substrate 2 , wherein different components are shown in different positions.

Die Vorrichtung 1 besitzt ein nur im Umriss angedeutetes Vakuumgehäuse 3, eine erste Mikrowellenplasmaanordnung 5 sowie eine zweite Mikrowellenplasmaanordnung 7. The device 1 has a vacuum housing indicated only in outline 3 , a first microwave plasma arrangement 5 and a second microwave plasma assembly 7 ,

Das Vakuumgehäuse 3 definiert eine Prozesskammer 8 im Inneren, in der eine Substrataufnahme 10 angeordnet ist. Die Substrataufnahme 10 besteht aus einer plattenförmigen Auflage 12 sowie einem sich senkrecht hierzu erstreckenden Tragelement 14. Die Auflage 12 ist in bekannter Art und Weise aufgebaut, um ein Substrat 2 in geeigneter Weise darauf aufzunehmen. Das Tragelement 14 trägt die Auflage und ist in bekannter Art und Weise auch in abgedichteter Weise aus dem Vakuumgehäuse herausgeführt. Das Tragelement 14 steht mit einem externen, nicht näher dargestellten Hub- und oder Drehmechanismus in Verbindung, wie durch die Pfeile A und B in den 1 und 2 angedeutet ist.The vacuum housing 3 defines a process chamber 8th inside, in a substrate holder 10 is arranged. The substrate holder 10 consists of a plate-shaped support 12 and a perpendicularly extending support element 14 , The edition 12 is constructed in a known manner to a substrate 2 in a suitable way. The support element 14 carries the support and is led out in a known manner in a sealed manner from the vacuum housing. The support element 14 is connected to an external, not shown lifting and or rotating mechanism in combination, as indicated by the arrows A and B in the 1 and 2 is indicated.

Unterhalb der Substrataufnahme 10 ist eine Vielzahl von Heizlampen 16 zum Heizen der Substrataufnahme 10 bzw. eines darauf befindlichen Substrats 2 vorgesehen. Wenn die Substrataufnahme, insbesondere die Auflage 12 aus einem für die Strahlung der Heizlampen transparenten Material besteht, kann das Substrat 2 direkt aufgeheizt werden, sofern dies erwünscht ist. Wenn die Substrataufnahme hingegen für die Heizstrahlung der Heizlampen 16 nicht transparent ist, wird ein Substrat 2 über eine entsprechende Erwärmung der Auflage 12 auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Alternativ ist es auch möglich, statt der Heizlampen eine Widerstandsheizung im Bereich der Auflage 12 vorzusehen. Insbesondere könnte zum Beispiel eine Platte vorgesehen sein, die mehrere gegebenenfalls separat ansteuerbare Heizzonen aufweist. Eine solche Platte könnte beispielsweise in geeigneter Weise aus AlN (Aluminiumnitrid) oder einem anderen geeigneten Material bestehen, das die Plasmaprozesse in der Prozesskammer nicht negativ beeinflusst. Diese Platte könnte selbst die Auflage bilden, oder eng benachbart hierzu angeordnet sein. Die Platte selbst könnte über einen geeigneten Mechanismus sowohl vertikal bewegt als auch rotiert werden, um eine homogene Aufheizung eines Substrats vorzusehen. Eine solche Platte kann gegenüber einer Aufheizung mittels Heizlampen den Vorteil haben, dass die Platte primär eine Wärmeleitung vorsieht, während die Heizlampen eine Strahlungserwärmung vorsehen, die gegebenenfalls durch eine während des Prozesses auftretende Beschichtung der Heizlampen/oder des Substrats beeinträchtigt werden kann.Below the substrate holder 10 is a variety of heating lamps 16 for heating the substrate holder 10 or a substrate located thereon 2 intended. If the substrate holder, especially the support 12 consists of a transparent material for the radiation of the heating lamps, the substrate 2 be heated directly, if desired. If the substrate recording, however, for the heating radiation of the heating lamps 16 is not transparent, becomes a substrate 2 over a corresponding warming of the edition 12 heated to a predetermined temperature. Alternatively, it is also possible, instead of the heating lamps, a resistance heating in the region of the support 12 provided. In particular, for example, a plate could be provided which has a plurality of optionally separately controllable heating zones. For example, such a plate could suitably consist of AlN (aluminum nitride) or other suitable material that does not adversely affect the plasma processes in the process chamber. This plate could itself form the support, or be arranged closely adjacent thereto. The plate itself could be both vertically moved and rotated by a suitable mechanism to provide homogeneous heating of a substrate. Such a plate may have the advantage over heating by means of heating lamps, that the plate primarily provides heat conduction, while the heating lamps provide radiation heating, which may be affected by a occurring during the process coating of the heating lamps / or the substrate.

Das Vakuumgehäuse 3 steht in geeigneter Weise mit einer Unterdruckquelle in Verbindung, um die Prozesskammer 8 entlüften zu können. Darüber hinaus ist in dem Vakuumgehäuse 3 eine nicht näher dargestellte Schleuse zum Be- und Entladen vom Substrat 2 vorgesehen. In der oberen Wand des Vakuumgehäuses 3 ist ferner eine Öffnung 20 vorgesehen, die über ein Türelement 21 verschließbar ist. Das Türelement 21 ist innerhalb der Prozesskammer 8 verschiebbar gelagert, wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist. Das Türelement 21 ist in den 1 und 2 in einer geöffneten Position dargestellt, kann aber auch in einer geschlossenen Position bewegt werden, um die Öffnung 20 zu schließen.The vacuum housing 3 is suitably connected to a source of negative pressure to the process chamber 8th be able to vent. In addition, in the vacuum housing 3 a lock not shown for loading and unloading from the substrate 2 intended. In the upper wall of the vacuum housing 3 is also an opening 20 provided by a door element 21 is closable. The door element 21 is inside the process chamber 8th slidably mounted, as shown by the double arrow C. The door element 21 is in the 1 and 2 shown in an open position, but can also be moved in a closed position to the opening 20 close.

In einer Seitenwand des Vakuumgehäuses 3 ist eine zweite Öffnung 23 vorgesehen, die über ein entsprechendes Türelement 24 verschließbar ist. Das Türelement 24 ist in der Darstellung gemäß 1 in einer geschlossenen Position und in der Darstellung gemäß 2 in einer geöffneten Position.In a side wall of the vacuum housing 3 is a second opening 23 provided, which has a corresponding door element 24 is closable. The door element 24 is in the illustration according to 1 in a closed position and in the illustration according to 2 in an open position.

Die erste Mikrowellenplasmaanordnung 5 besteht aus einer rohrförmigen Mikrowellenelektrode 30, einem Mikrowellengenerator 31 zum Einspeisen von Mikrowellen in die Mikrowellenelektrode 30, einer Trag- und Bewegungseinheit 34 sowie einer Gaseinleitungseinheit 36. Die rohrförmige Mikrowellenelektrode 30 besitzt in bekannter Weise einen rohrförmigen Körper aus elektrisch leitendem Material, der eine nicht näher dargestellte Mikrowelleneinspeisungsöffnung aufweist, über die Mikrowellen vom Mikrowellengenerator 31 eingespeist werden können. Die Rohrachse der Mikrowellenelektrode, die bei D gezeigt ist, ist bezüglich der Oberfläche der Substratauflage 12 geneigt, wie in den 1 und 2 deutlich zu erkennen ist. Die Rohrachse ist dabei jedoch auf die Auflage 12, und insbesondere ein darauf befindliches Substrat gerichtet.The first microwave plasma arrangement 5 consists of a tubular microwave electrode 30 , a microwave generator 31 for feeding microwaves into the microwave electrode 30 , a carrying and moving unit 34 and a gas introduction unit 36 , The tubular microwave electrode 30 has in a known manner a tubular body of electrically conductive material having a microwave feed opening, not shown, via the microwaves from the microwave generator 31 can be fed. The tube axis of the microwave electrode shown at D is relative to the surface of the substrate support 12 inclined, as in the 1 and 2 is clearly visible. The tube axis is, however, on the edition 12 , and in particular a substrate located thereon.

Die Trag- und Bewegungseinheit 34 besitzt ein Gehäuse 38 zum Tragen der Mikrowellenelektrode 30, des Mikrowellengenerators 31, sowie einem Teil der Gaseinleitungseinheit 36, wie nachfolgend näher erläutert wird. Das Gehäuse 38 steht mit einem nicht näher dargestellten Bewegungsmechanismus in Verbindung, der geeignet ist das Gehäuse in einer geeigneten Weise zu bewegen, und insbesondere eine Rotation um die Rotationsachse E vorzusehen. Wie zu erkennen ist, steht die Rotationsachse E senkrecht zur Substratauflage 12 und ist bezüglich der Rohrachse D abgewinkelt. Dabei soll die Bewegung des Bewegungsmechanismus ein Überstreichen der Rohrachse D über die Substratauflage 12 bewirken, wie der Fachmann erkennen kann. Alternativ könnte aber auch die Mikrowellenplasmaanordnung 5 stationär ausgebildet sein und die Auflage 12 über einen entsprechenden Mechanismus, der über den oben genannten Hub- und/oder Drehmechanismus hinausgeht, so bewegbar sein, dass sie relativ zur Mikrowellenplasmaanordnung 5 so bewegt wird, dass die Rohrachse D die Auflage überstreicht. Dies kann beispielsweise durch eine kardanische Befestigung und Bewegung der Auflage 12 bewirkt werden oder auch einen Mechanismus, der neben einer Drehbewegung eine Seitenbewegung der Auflage 12 bewirkt.The carrying and moving unit 34 has a housing 38 for carrying the microwave electrode 30 , the microwave generator 31 , as well as a part of the gas introduction unit 36 , as explained in more detail below. The housing 38 is associated with a non-illustrated movement mechanism which is adapted to move the housing in a suitable manner, and in particular to provide rotation about the axis of rotation E. As can be seen, the axis of rotation E is perpendicular to the substrate support 12 and is angled with respect to the tube axis D. In this case, the movement of the movement mechanism is a sweeping of the tube axis D on the substrate support 12 effect, as the skilled person can recognize. Alternatively, however, the microwave plasma arrangement could also be used 5 be formed stationary and the edition 12 be movable by a corresponding mechanism, which goes beyond the above-mentioned lifting and / or rotating mechanism, relative to the microwave plasma arrangement 5 is moved so that the tube axis D sweeps the edition. This can be achieved, for example, by a gimbal fastening and movement of the support 12 be caused or even a mechanism, in addition to a Rotational movement one side movement of the pad 12 causes.

Die Gaseinleitungseinheit 36 besteht aus einem Außenrohr 40 und einem Innenrohr 42, die koaxial zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus sind das Außenrohr und das Innenrohr auch koaxial zur Mikrowellenelektrode 30 ausgerichtet, so dass die Rohrachse D auch mit den jeweiligen Längsachsen des Außenrohrs 40 bzw. des Innenrohrs 42 zusammenfällt.The gas inlet unit 36 consists of an outer tube 40 and an inner tube 42 which are arranged coaxially with each other. In addition, the outer tube and the inner tube are also coaxial with the microwave electrode 30 aligned, so that the tube axis D also with the respective longitudinal axes of the outer tube 40 or the inner tube 42 coincides.

Das Innenrohr und das Außenrohr sind in geeigneter Weise mit unterschiedlichen Prozessgasen beaufschlagbar, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.The inner tube and the outer tube can be acted upon in a suitable manner with different process gases, as will be explained in more detail below.

Zwischen der Trag- und Bewegungseinheit 34 und der oberen Wand des Vakuumgehäuses 3 ist eine flexible Abdichteinheit 44, beispielsweise in Form eines Federbalgens, vorgesehen, um auch bei geöffnetem Türelement 21 einen Unterdruck innerhalb des Prozessraums 8 erzeugen zu können.Between the carrying and moving unit 34 and the upper wall of the vacuum housing 3 is a flexible sealing unit 44 , For example in the form of a bellows, provided to open the door element 21 a negative pressure within the process space 8th to be able to produce.

Die zweite Mikrowellenplasmaanordnung 2 besteht im Wesentlichen aus einer stabförmigen Mikrowellenelektrode 50. Die Mikrowellenelektrode 50 ist insbesondere des Typs, wie er in der DE 10 2009 036 766 A beschrieben ist, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Insbesondere besitzt die Mikrowellenelektrode 50 einen nicht näher dargestellten Innenleiter und einen koaxial hierzu angeordneten Außenleiter, die ein Mikrowelleneinspeisungsende und ein freies Ende aufweisen. Der Außenleiter besitzt einen Rohrbereich, der den Innenleiter über einen benachbart zur Mikrowelleneinspeisungsende liegenden Teilbereich entlang seiner Längsachse vollständig umschließt, sowie einen Öffnungsbereich, der in Richtung des freien Endes des Außenleiters eine größer werdende Öffnung vorsieht. Insbesondere ist eine stetig oder auch stufig größer werdende Öffnung vorgesehen, wobei ein im Wesentlichen stetig ansteigender Wellenwiderstand (wave impedance) gebildet wird. Ferner ist insbesondere an dem freien Ende des Innenleiters eine Plasmazündvorrichtung, beispielsweise in Form eines linearen Hertzschen Oszillators vorgesehen.The second microwave plasma arrangement 2 consists essentially of a rod-shaped microwave electrode 50 , The microwave electrode 50 is in particular of the type as in the DE 10 2009 036 766 A is described, the contents of which are incorporated herein by reference. In particular, the microwave electrode has 50 an inner conductor, not shown, and a coaxially arranged outer conductor, which have a microwave feed end and a free end. The outer conductor has a tube region which completely surrounds the inner conductor along a partial region adjacent to the microwave feed end along its longitudinal axis, and an opening region which provides an opening which becomes larger in the direction of the free end of the outer conductor. In particular, a continuously or stepwise increasing opening is provided, wherein a substantially steadily increasing wave impedance (wave impedance) is formed. Furthermore, a plasma ignition device, for example in the form of a linear Hertzian oscillator, is provided in particular at the free end of the inner conductor.

Die Mikrowellenelektrode 50 ist von einer flexiblen Abdichteinheit umgeben, wie beispielsweise einem Faltenbalg 52. Die Mikrowellenelektrode 50 ist über einen nicht näher dargestellten Bewegungsmechanismus zwischen einer Ruheposition außerhalb des Vakuumgehäuses 3 und einer Arbeitsposition innerhalb des Vakuumgehäuses 3 bewegbar. Dabei besitzt der Faltenbalg 52 die Funktion einer Abdichtung in der Prozesskammer 8 gegenüber der Umgebung vorzusehen, wenn die Mikrowellenelektrode 50 in die Prozesskammer 8 hinein bewegt ist, wie in 2 dargestellt ist. Dabei wird die Mikrowellenelektrode 50 über die Öffnung 23 bei geöffnetem Türelement 24 in die Prozesskammer 8 hineingeschoben. Wie in 2 zu erkennen ist, ist die Mikrowellenelektrode 50 in ihrer Arbeitsposition benachbart zur Substrataufnahme 10 bzw. einem darauf aufgenommenen Substrat 2 angeordnet, um im Bereich der Oberfläche des Substrats 2 ein hochdichtes Mikrowellenplasma erzeugen zu können.The microwave electrode 50 is surrounded by a flexible sealing unit, such as a bellows 52 , The microwave electrode 50 is via a non-illustrated movement mechanism between a rest position outside of the vacuum housing 3 and a working position within the vacuum housing 3 movable. It has the bellows 52 the function of a seal in the process chamber 8th provide to the environment when the microwave electrode 50 in the process chamber 8th is moved into, as in 2 is shown. In this case, the microwave electrode 50 over the opening 23 with the door open 24 in the process chamber 8th pushed. As in 2 can be seen, is the microwave electrode 50 in their working position adjacent to the substrate holder 10 or a substrate received thereon 2 arranged to be in the area of the surface of the substrate 2 to produce a high-density microwave plasma.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Behandeln von Substraten, wobei ähnlich wie in 1 dieselben Bezugszeichen verwendet werden, sofern gleiche oder identische Elemente vorgesehen sind. Die Vorrichtung 1 besitzt wiederum ein nur im Umriss angeordnetes Vakuumgehäuse 3, sowie erste und zweite Mikrowellenplasmaanordnungen 5 und 7. Das Vakuumgehäuse 3 definiert wiederum eine Prozesskammer 8, in der eine Substrataufnahme 10 wenigstens teilweise angeordnet ist. Die Substrataufnahme 10 besteht im Wesentlichen aus einem Endlostransportband 60, das über eine Vielzahl von Umlenk- oder Transportrollen 62 umlaufend geführt ist. Die normale Umlaufrichtung für eine Behandlung des Substrats 2 ist dabei im Uhrzeigersinn, es ist aber auch möglich, das Transportband gegen den Uhrzeigersinn umlaufend zu bewegen. Dabei ist ein umliegendes Transporttrum des Transportbandes 60 derart angeordnet, dass es sich geradlinig durch die Prozesskammer 8 hindurcherstreckt. Somit wird ein Substrat 2 von links nach rechts durch die Prozesskammer 8 hindurchbewegt. Die Rückführung des Transportbandes 60 erfolgt außerhalb der Prozesskammer 8, um dort beispielsweise Kühl- oder Reinigungsprozesse an dem Transportband vornehmen zu können. Das Transportband 60 besteht aus einem für elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen transparenten Material. Das Transportband 60 sollte möglichst vollständig innerhalb des Vakuumbereichs angeordnet sein, kann aber auch bei einer geeigneten Anordnung wenigstens teilweise außerhalb des Vakuumbereichs liegen. Statt eines Transportbandes 60 kann die Substrataufnahme 10 auch einen anderen Transportmechanismus, wie beispielsweise Transportrollen oder auch eine Magnet- und/oder Luftkissenführung vorsehen. Insbesondere ist auch ein Transportmechanismus denkbar, der neben einer Linear- oder Schwingbewegung durch die Prozesskammer 8 hindurch einen Rotations- und/oder auch eine Hubbewegung durchführen kann. 3 shows an alternative embodiment of a device 1 for treating substrates, similar to 1 the same reference numerals are used, provided identical or identical elements are provided. The device 1 again has a vacuum housing arranged only in outline 3 , and first and second microwave plasma arrays 5 and 7 , The vacuum housing 3 in turn defines a process chamber 8th in which a substrate holder 10 at least partially arranged. The substrate holder 10 consists essentially of an endless conveyor belt 60 that has a variety of deflection or transport rollers 62 is guided circumferentially. The normal direction of circulation for a treatment of the substrate 2 is clockwise, but it is also possible to move the conveyor belt in a counterclockwise direction. Here is a surrounding Transporttrum the conveyor belt 60 arranged so that it is rectilinear through the process chamber 8th extends. Thus, a substrate becomes 2 from left to right through the process chamber 8th moved through. The return of the conveyor belt 60 takes place outside the process chamber 8th in order to be able to carry out, for example, cooling or cleaning processes on the conveyor belt there. The conveyor belt 60 consists of a material substantially transparent to electromagnetic radiation. The conveyor belt 60 should be arranged as completely as possible within the vacuum region, but may also be at least partially outside the vacuum range even with a suitable arrangement. Instead of a conveyor belt 60 can be the substrate uptake 10 also provide another transport mechanism, such as transport rollers or a magnetic and / or air cushion guide. In particular, a transport mechanism is conceivable, in addition to a linear or oscillatory movement through the process chamber 8th through a rotational and / or a stroke can perform.

Das Vakuumgehäuse 3 weist wiederum eine Öffnung 20 auf, die über ein Türelement 21 verschließbar ist.The vacuum housing 3 again has an opening 20 on that over a door element 21 is closable.

Benachbart zu der Öffnung 20 ist wiederum die erste Mikrowellenplasmaanordnung 5 vorgesehen, die im Wesentlichen in der gleichen Art und Weise aufgebaut sein kann, wie die erste Mikrowellenplasmaanordnung 5 gemäß der 1 und 2.Adjacent to the opening 20 is again the first microwave plasma arrangement 5 provided, which may be constructed in substantially the same manner as the first microwave plasma arrangement 5 according to the 1 and 2 ,

Innerhalb der Prozesskammer 8 sind wiederum Heizlampen 16 zum Erwärmen eines auf der Substrataufnahme 10 aufgenommenen Substrats 2 vorgesehen. Ferner sind zwei Pyrometer 70 zur Temperaturerfassung dargestellt. Anstelle der Heizlampen 16 können auch bei dieser Ausführungsform andere Heizeinrichtungen verwendet werden, wie zum Beispiel ein Widerstandsheizer, der im Transportband 60 selbst integriert ist, oder ein Widerstandsheizer der zum Beispiel eng beabstandet unterhalb des oberen Trums des Transportbandes 60 angeordnet sein kann. Within the process chamber 8th are again heating lamps 16 for heating one on the substrate holder 10 recorded substrate 2 intended. There are also two pyrometers 70 shown for temperature detection. Instead of the heating lamps 16 Also in this embodiment, other heating means may be used, such as a resistance heater, in the conveyor belt 60 itself integrated, or a resistance heater, for example closely spaced below the upper run of the conveyor belt 60 can be arranged.

Die zweite Mikrowellenplasmaanordnung 7 ist bei der Ausführungsform gemäß 3 als eine stationäre Mikrowellenplasmaanordnung 7 vorgesehen, und besteht aus einer Vielzahl von Mikrowellenelektroden 50, die des zuvor beschriebenen Typs sein können. Die Mikrowellenelektroden 50 erstrecken sich jeweils quer über einen Transportweg des Transportbandes 60 hinweg, und sind geeignet oberhalb dieses Transportweges ein hochdichtes Mikrowellenplasma zu erzeugen. Wie in 3 zu erkennen ist, besitzt das Vakuumgehäuse im Bereich der zweiten Mikrowellenplasmaanordnung 7 einen schrägen oberen Wandabschnitt, um eine schräge und eine ebene Anordnung der Mikrowellenelektroden 50 vorsehen zu können. Insbesondere sind die Mikrowellenelektroden 50 derart angeordnet, dass sie von einem Eingangsbereich des Vakuumgeäuses 3 her weiter von der Substrataufnahme 10 beabstandet sind und zum Inneren des Vakuumgehäuses 3 dann immer näher an die Substrataufnahme 10 heran angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine schräge Anordnung aus hier 4 Mikrowellenelektroden, wobei natürlich auch eine andere Anzahl von schräg angeordneten Mikrowellenelektroden 50 vorgesehen sein kann. Ab der vierten Mikrowellenelektrode wird die Anordnung dann flach, d. h. sie sind im gleichen Abstand zur Substrataufnahme angeordnet. Obwohl in der Figur sowohl eine schräge und eine hierzu angrenzende flache Anordnung der Mikrowellenelektroden vorgesehen ist, kann auch nur eine schräge oder nur eine flache Anordnung vorgesehen sein.The second microwave plasma arrangement 7 is in the embodiment according to 3 as a stationary microwave plasma assembly 7 provided, and consists of a plurality of microwave electrodes 50 , which may be of the type described above. The microwave electrodes 50 each extend across a transport path of the conveyor belt 60 and are capable of generating a high density microwave plasma above this transport path. As in 3 can be seen, has the vacuum housing in the region of the second microwave plasma arrangement 7 an oblique upper wall portion to an oblique and a planar arrangement of the microwave electrodes 50 to be able to provide. In particular, the microwave electrodes 50 arranged so as to be from an entrance area of the vacuum casing 3 forth from the substrate holder 10 are spaced and the interior of the vacuum housing 3 then closer to the substrate holder 10 are arranged close. This results in an oblique arrangement of 4 microwave electrodes here, whereby, of course, a different number of obliquely arranged microwave electrodes 50 can be provided. From the fourth microwave electrode, the arrangement is then flat, ie they are arranged at the same distance from the substrate holder. Although both an oblique and an adjacent flat arrangement of the microwave electrodes is provided in the figure, only an oblique or only a flat arrangement may be provided.

In der Prozesskammer 8 ist ferner eine Trennwand 72 vorgesehen, welche die Einwirkungsbereiche der ersten und zweiten Mikrowellenplasmaanordnungen voneinander trennt. Hierbei ist keine vollständige Trennung vorgesehen, da die Behandlungsbereiche innerhalb desselben Vakuumgehäuses 3 vorgesehen sind. Jedoch kann durch die Trennwand 72 eine gewisse Trennung der jeweiligen Prozessbereiche erreicht werden.In the process chamber 8th is also a partition 72 which separates the areas of action of the first and second microwave plasma arrays from each other. In this case, no complete separation is provided because the treatment areas within the same vacuum housing 3 are provided. However, through the partition wall 72 a certain separation of the respective process areas are achieved.

Der Betrieb der Vorrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4A bis D näher erläutert.The operation of the device will be described below with reference to FIGS 4A to D explained in more detail.

Die in den 4a bis d dargestellte Vorrichtung 1 ist im Wesentlichen in derselben Art und Weise aufgebaut, wie die Vorrichtung 1 gemäß den 1 und 2, wobei jedoch noch eine zusätzliche Vakuumlüftungsöffnung 75 dargestellt ist, sowie ein Vakuumentlüftungspfeil F.The in the 4a to d shown device 1 is constructed in substantially the same way as the device 1 according to the 1 and 2 but with an additional vacuum vent 75 is shown, as well as a vacuum ventilation arrow F.

4a zeigt die Mikrowellenelektrode 50, wie sie in die Prozesskammer 8 hinein bewegt ist, und sich oberhalb eines auf der Substrataufnahme 10 befindlichen Substrats 2 befindet. Die Öffnung 23 in der Vakuumkammer 3 ist geöffnet, und die Prozesskammer 8 ist gegenüber der Umgebung durch den Faltenbalg 52 abgedichtet. In gleicher Weise ist auch die Öffnung 20 in dem Vakuumgehäuse 3 geöffnet, und die Prozesskammer 8 ist über die Abdichteinheit 44 zur Umgebung hin abgedichtet. 4a shows the microwave electrode 50 as they enter the process chamber 8th is moved in, and above one on the substrate holder 10 located substrate 2 located. The opening 23 in the vacuum chamber 3 is open, and the process chamber 8th is opposite the environment through the bellows 52 sealed. In the same way is the opening 20 in the vacuum housing 3 opened, and the process chamber 8th is about the sealing unit 44 sealed to the environment.

Die rohrförmige Mikrowellenelektrode 30 wird mit Mikrowellen beaufschlagt und es wird ein Plasma innerhalb der Mikrowellenelektrode 30 gebildet. Durch dieses Plasma wird über die Gaseinleitungseinheit 36, und zwar insbesondere über das Außenrohr 40 ein Strahl eines Wasserstoff- und/oder Deuterium enthaltenden Gases durch das Plasma hindurchgeleitet, um einen Strahl 82 aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen zu erzeugen, der auf das Substrat 2 gerichtet ist. Der Strahl 82 wird durch eine entsprechende Bewegung der Mikrowellenelektrode 30 über das Substrat hinweg gestrichen, um dieses zu reinigen und/oder mit Wasserstoff und/oder Deuterium zu passivieren. Der Strahl kann auch über Teile der Prozesskammer hinweg streichen, um diese zu reinigen.The tubular microwave electrode 30 is applied with microwaves and it becomes a plasma within the microwave electrode 30 educated. Through this plasma is via the gas inlet unit 36 , in particular on the outer tube 40 a jet of hydrogen and / or deuterium-containing gas passed through the plasma to form a jet 82 from hydrogen and / or deuterium radicals that are generated on the substrate 2 is directed. The beam 82 is due to a corresponding movement of the microwave electrode 30 painted over the substrate to purify it and / or to passivate it with hydrogen and / or deuterium. The jet may also sweep over portions of the process chamber to clean them.

Gleichzeitig oder auch anschließend wird durch die Mikrowellenelektrode 50 ein hochdichtes Wasserstoff- und/oder Deuteriumplasma 84 oberhalb des Substrats 2 erzeugt. Dieses dient dazu, Oxide auf der Oberfläche des Substrats 2 zu entfernen.At the same time or subsequently by the microwave electrode 50 a high density hydrogen and / or deuterium plasma 84 above the substrate 2 generated. This serves to oxides on the surface of the substrate 2 to remove.

Anschließend wird die Mikrowellenelektrode 50 in die Ruheposition verfahren, wie in 4b zu erkennen ist, und die Öffnung 23 in der Seitenwand des Vakuumgehäuses 3 wird durch das Türelement 24 verschlossen. (Bei der Ausführungsform gemäß 3 würde das Wasserstoff- und/oder Deuteriumplasma im Bereich der Mikrowellenelektroden 50 erzeugt, unter denen ein Substrat hindurch geführt wird, bevor es in den Bereich der durch die Mikrowellenelektrode 30 erzeugten Radikalenstrahlen gelangt). Währenddessen oder auch anschließen kann die Prozesskammer mit einen Spülgas, wie zum Beispiel Wasserstoff und/oder Deuterium gespült werden.Subsequently, the microwave electrode 50 moved to the rest position, as in 4b to recognize, and the opening 23 in the side wall of the vacuum housing 3 is through the door element 24 locked. (In the embodiment according to 3 would the hydrogen and / or deuterium plasma in the range of microwave electrodes 50 under which a substrate is passed through before it enters the area through the microwave electrode 30 generated radical rays passes). In the meanwhile, or also subsequently, the process chamber can be rinsed with a purge gas, such as hydrogen and / or deuterium.

In der Mikrowellenelektrode 30 wird weiterhin ein Mikrowellenplasma erzeugt, und es wird über das Außenrohr 40 ein Strom eines Wasserstoff und/oder Deuterium enthaltenden Gases durch das Plasma durchgeleitet, um weiterhin einen Strahl 82 aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen auf das Substrat 2 zu richten. Gleichzeitig wird über das Innenrohr 42 eine Prekursorgasströmung durch das Plasma hindurchgeleitet, beispielsweise aus einem Prekursorgas wie SiH₄, GeH₄, PH₃, B₂H₆, AsH₃. Hinter dem Plasma wird somit ein Strahl 86 aus Prekursorgasen gebildet, der von dem Strahl 82 aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen umgeben ist. Gemeinsam bilden diese beiden Strahlen einen Gesamtprozessstrahl, der durch entsprechende Bewegung der Trag- und Bewegungseinheit 34 über das Substrat gestrichen wird. Hierdurch wird ein epitaktischer Schichtaufbau auf dem Substrat 2 ermöglicht. Das Substrat 2 kann während dieses und des vorhergehenden Prozessschrittes auf eine gewünschte Temperatur, beispielsweise im Bereich von 400°C erhitzt sein.In the microwave electrode 30 continues to produce a microwave plasma, and it is on the outer tube 40 a flow of hydrogen and / or deuterium-containing gas through the plasma passed through to continue a beam 82 from hydrogen and / or deuterium radicals on the substrate 2 to judge. At the same time, over the inner tube 42 a Prekursorgasströmung passed through the plasma, for example, from a Prekursorgas such as SiH ₄ , GeH ₄ , PH ₃ , B ₂ H ₆ , AsH ₃ . Behind the plasma is thus a ray 86 formed from precursor gases, that of the beam 82 is surrounded by hydrogen and / or deuterium radicals. Together, these two beams form a total process beam, which is created by appropriate movement of the support and movement unit 34 is painted over the substrate. This results in an epitaxial layer structure on the substrate 2 allows. The substrate 2 may be heated to a desired temperature, for example in the range of 400 ° C during this and the previous process step.

Anschließend wird das so beschichtete Substrat aus der Prozesskammer 8 entnommen.Subsequently, the thus coated substrate from the process chamber 8th taken.

4c zeigt einen Reinigungsschritt, der nach bzw. vor einem zuvor beschriebenen Abscheidungsprozess durchgeführt werden kann, gegebenenfalls gefolgt von einer Spülung der Prozesskammer mit Wasserstoff oder Deuterium. Bei der Reinigung wird wiederum in der Mikrowellenelektrode 30 ein Mikrowellenplasma erzeugt. Durch dieses Mikrowellenplasma wird ein Strahl eines Fluor enthaltenden Gases, wie beispielweise NF₃ hindurchgeleitet, um einen Strahl 88 aus Fluorradikalen zu erzeugen, der auf die Substrataufnahme 10 gerichtet ist. Der Strahl 88 kann durch eine entsprechende Bewegung der Trag- und Bewegungseinheit 34 über die Substrataufnahme und zu reinigende Bereiche der Prozesskammer 8 gestrichen werden. 4c FIG. 12 shows a cleaning step that may be performed after a previously described deposition process, optionally followed by a purge of the process chamber with hydrogen or deuterium. When cleaning is again in the microwave electrode 30 generates a microwave plasma. Through this microwave plasma, a jet of fluorine-containing gas, such as NF ₃ , is passed around a beam 88 to generate from fluorine radicals, which on the substrate uptake 10 is directed. The beam 88 can by a corresponding movement of the support and movement unit 34 via the substrate holder and areas of the process chamber to be cleaned 8th be deleted.

Hierdurch kann eine Reinigung der Substrataufnahme und der Prozesskammer 8 ermöglicht werden.This allows a cleaning of the substrate holder and the process chamber 8th be enabled.

Während der ganzen Zeit wird über die nicht näher dargestellte Unterdruckquelle die Gasatmosphäre innerhalb der Prozesskammer 8 abgesaugt, wie durch den Pfeil F dargestellt.During the entire time, the gas atmosphere is within the process chamber via the vacuum source, not shown 8th sucked off, as shown by the arrow F.

Nach einer solchen Behandlung mit einem Strahl 88 aus Fluorradikalen, kann anschließend nochmals ein Strahl 82 aus Wasserstoff- und/oder Deuteriumradikalen erzeugt und über die Substrataufnahme 10 und Teilbereiche der Prozesskammer 8 geleitet werden, um diese zu konditionieren.After such treatment with a beam 88 from fluorine radicals, can then again a beam 82 generated from hydrogen and / or deuterium radicals and the substrate uptake 10 and sections of the process chamber 8th be routed to condition it.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsformen beschränkt zu sein.The invention has been described above with reference to preferred embodiments of the invention, without being limited to the specific embodiments shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009036766 A [0038]

Claims

Apparatus for treating substrates, comprising a housing surrounding a process chamber; at least one substrate receptacle in the housing; a tubular microwave electrode for generating a plasma, wherein a tube axis of the microwave electrode is directed to the substrate holder; a movement unit which carries the microwave electrode and is adapted to move the microwave electrode so that the tube axis sweeps over the substrate receptacle; a first gas guide having a first outlet opening into the tubular microwave electrode and facing the substrate receptacle; and a second gas guide at least partially surrounding the first gas guide and having a second outlet aligned coaxially with the first outlet, the first and second gas guides connected to the moving unit for co-movement with the microwave electrode, and wherein the first and second gas guide with different gas sources can be acted upon.

Apparatus for treating substrates, comprising a housing surrounding a process chamber; at least one substrate receptacle in the housing; a tubular microwave electrode for generating a plasma, wherein a tube axis of the microwave electrode is directed to the substrate holder; a movement unit, which carries the substrate holder and is suitable for moving the substrate holder so that the tube axis of the tubular microwave electrode sweeps over the substrate holder; a first gas guide having a first outlet opening into the tubular microwave electrode and facing the substrate receptacle; and a second gas guide at least partially surrounding the first gas guide and having a second outlet aligned coaxially with the first outlet, the first and second gas guides connected to the moving unit for co-movement with the microwave electrode, and wherein the first and second gas guide with different gas sources can be acted upon.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the housing has a passage opening in a housing wall, that the microwave electrode is arranged outside of the housing, that the tube axis is directed through the passage opening to the substrate holder and that a bellows unit, in particular in Form of a bellows, is provided, which extends between the housing wall and the microwave electrode or, where appropriate, the tubular microwave electrode carrying movement unit to seal the process space from the environment.

Device according to one of the preceding claims, characterized by at least one further microwave electrode, wherein the at least one further microwave electrode between a use position above the substrate receiving and a rest position spaced from the substrate receiving is movable.

Apparatus according to claim 4, characterized by means for isolating the further microwave electrode from a process gas atmosphere in the process chamber when it is in the rest position.

Device according to one of claims 1 to 3 2, characterized by at least one further microwave electrode, wherein the substrate holder and / or the further microwave electrode and the tubular microwave electrode is / is movable to a befindliches on the substrate receiving substrate from an effective range of the further microwave electrode in a To move effective range of the tubular microwave electrode.

The device of claim 6, wherein the substrate receptacle is movable to move a substrate thereon below the at least one microwave electrode into the operative area of the tubular microwave electrode.

Apparatus according to claim 6 or 7, wherein the substrate holder is linearly movable.

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that a plurality of microwave electrodes is provided which are arranged at least partially with different distances, in particular in the direction of movement of the substrate receiving smaller distances to the substrate holder.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the further microwave electrode is a rod-shaped microwave electrode having an inner conductor and an outer conductor arranged coaxially therewith, which have a microwave feed end and a free end, wherein the outer conductor has a tube region which adjoins the inner conductor via a to the microwave feed end lying portion completely encloses along its longitudinal axis, and has an opening portion which in the direction the free end of the outer conductor provides a larger opening.

Apparatus according to claim 7, characterized by a continuous and / or stepped larger opening in the opening region of the outer conductor.

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized by a plasma ignition device, in particular a linear Hertzian oscillator for the further microwave electrode.

Device according to one of the preceding claims, characterized by a device for changing a distance between the substrate receiving and the tubular microwave electrode and / or the further microwave electrode.

Device according to one of the preceding claims, characterized by at least one lifting, linear, pivoting and / or rotational movement mechanism for the substrate holder and or the tubular and / or the at least one further microwave electrode.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the moving unit supports the tubular microwave electrode and / or the substrate receiving gimbal.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one microwave electrode has a rod-shaped inner conductor which is at least partially radially surrounded by an outer conductor having an opening for coupling out microwaves extending over at least the entire width or the diameter of a extends to be treated substrate.

Process for treating substrates, comprising the following steps: Passing a jet of hydrogen and / or deuterium-containing gas through a first microwave plasma spaced from the substrate to be treated to form a beam of hydrogen and / or deuterium radicals, the jet of hydrogen and / or deuterium radicals on the directed to be treated substrate; Directing a beam of precursor gases through the microwave plasma such that the beam of precursor gases is surrounded by the beam of hydrogen and / or deuterium radicals and they form a common process beam directed at the substrate to be treated, Sweeping the process beam across the substrate to be treated to deposit an epitaxial layer on the substrate, wherein the sweeping is effected by a corresponding movement of a first microwave electrode and gas inlet nozzles for the hydrogen and / or deuterium containing gas and the precursor gas.

A method according to claim 17, characterized in that prior to passing precursor gases through the first microwave plasma only the beam of hydrogen and / or deuterium radicals is moved over the substrate to be treated to clean it.

A method according to claim 17 or 18, characterized in that prior to passing precursor gases through the first microwave plasma, a second microwave plasma adjacent to the substrate to be treated is generated to remove oxide from the substrate surface.

A method of cleaning a process chamber comprising the steps of: directing a jet of fluorine-containing gas, particularly NF ₃ gas, through a microwave plasma to form a beam of fluorine radicals, the beam of fluorine radicals being directed into the process chamber to be cleaned; Sweeping the steel out of fluorine radicals over areas of the process chamber to be cleaned.

A method according to claim 20, characterized by the following steps following the sweeping of the steel from fluorine radicals over to be cleaned areas of the process chamber: Passing a beam of hydrogen atoms / molecules through the microwave plasma to form a beam of hydrogen radicals, the beam of hydrogen radicals directed into the process chamber; Sweeping the steel over hydrogen radicals over areas of the process chamber to be cleaned.

Method according to one of claims 17 to 19 in combination with a method according to one of claims 20 or 21.