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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten auf in einer Prozesskammer angeordneten Substraten, wobei die Prozesskammer einen von einer Heizeinrichtung beheizbaren Suszeptor zur Aufnahme mindestens eines Substrates, ein Gaseinlassorgan zur Einleitung ein oder mehrerer Prozessgase in die Prozesskammer und ein Gasauslassorgan zum Herausleiten von Gasen aus der Prozesskammer aufweist, und in einem nach außen gasdichten Reaktorgehäuse angeordnet ist, das mit einer äußeren Umfangswand die Prozesskammer umgibt.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung, nämlich zum Abscheiden ein oder mehrerer Schichten auf einem oder mehreren Substraten.
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Eine Vorrichtung dieser Art wird in der
EP 1 313 897 B1 beschrieben. Die Vorrichtung besitzt ein Reaktorgehäuse mit einer ringförmigen Wandung. Im Zentrum des Reaktorgehäuses befindet sich ein Gaseinlassorgan, um Prozessgase in die Prozesskammer einzuspeisen, die sich auf den Oberflächen der auf dem Suszeptor aufliegenden Substrate zerlegen, wobei Zerlegungsprodukte schichtbildend auf der Oberfläche schichtbildend auf der Oberfläche insbesondere aufgrund einer chemischen Reaktion kondensieren.
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In der modernen Halbleitertechnik besteht die Anforderung, die Größe und insbesondere die Bodenfläche der Prozesskammer zu vergrößern, damit die Prozesskammer eine größere Anzahl von Substraten bzw. eine größere Beschichtungsfläche besitzt. Da die Wachstumsprozesse, die in der Prozesskammer stattfinden sowohl kinetisch limitiert als auch angebotslimitiert sind, geht eine einfache lineare Aufwärtsskalierung einer Prozesskammer in der Regel mit Qualitätsverlusten der abgeschiedenen Schichten oder mit einer ineffizienten Materialabscheidung einher.
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Zum Stand der Technik gehört auch die
EP 0 312 694 B1 , die einen karussellartigen Förderer beschreibt, mit dem zu beschichtende Substrate von einer Be- und Entladestelle zu einer Behandlungsposition transportiert werden können.
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Zum Stand der Technik gehört ferner die
DE 101 41 084 A1 , die eine Vorrichtung zum Abscheiden dünner Schichten umfasst, bei der mehrere Kammern voneinander getrennt sein können. Die
US 6,932,871 B1 beschreibt eine Abscheidevorrichtung mit mehreren Abscheidepositionen.
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Eine Vorrichtung, bei der eine Vielzahl von Suszeptoren linear nebeneinander angeordnet sind, um gleichzeitig zu beschichtende Substrate zu halten, wird von der
US 2011/0293831 A1 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Fläche der mit Substraten belegbaren Oberfläche der Prozesskammer vergrößert ist oder weiter vergrößerbar ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Unteransprüche sind nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe.
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Zunächst und im Wesentlichen ist vorgesehen, dass das Reaktorgehäuse neben einer äußeren Umfangswand auch eine innere Umfangswand aufweist. Es ergibt sich dann eine ringförmige Prozesskammer, die lediglich zwei in sich geschlossen Seitenwände aufweist, nämlich eine äußere Umfangswand und eine innere Umfangswand, wobei die innere Umfangswand von der Prozesskammer umgeben ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die beiden Umfangswände koaxial zueinander bzw. besitzen einen gleichbleibenden Abstand zueinander. Der Reaktor kann einen Freiraum umgeben. Das Gasmischsystem, mit dem die Prozessgase dosiert werden, eine Gasentsorgungseinrichtung, die beispielsweise eine Vakuumpumpe aufweisen kann und/oder ein Schaltschrank können in dem von der inneren Umfangswand umgebenden Raum angeordnet sein. Gasmischsystem, Gasentsorgungseinrichtung und/oder Schaltschrank sind dann vom Reaktorgehäuse umgeben, welches vorzugsweise die Form eines kreisförmigen Rings besitzt. Die Prozesskammer besitzt zumindest eine Be- und Entladeöffnung. Diese ist vorzugsweise der äußeren Umfangswandung zugeordnet. Sie kann aber auch der inneren Umfangswandung zugeordnet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt die Vorrichtung lediglich an einer Umfangsposition eine Be- und Entladeöffnung. Durch diese Be-/Entladeöffnung kann die Prozesskammer mit Suszeptoren bzw. mit Substraten beschickt werden. In der Prozesskammer sind die Suszeptoren in gleichmäßigem Umfangsabstand angeordnet. Die Suszeptoren können auf einem Suszeptorträger angeordnet sein, der bewegbar ist. Er ist insbesondere in Umfangsrichtung bewegbar, so dass durch schrittweises Drehen des Suszeptorträgers jeder Suszeptor an die Be-/Entladeposition gebracht werden kann. An dieser Be-/Entladeposition kann der Suszeptor bzw. können die Substrate aus der Prozesskammer entnommen werden. Beispielsweise kann ein mit zumindest einem, bevorzugt aber mit mehreren Substraten belegter Suszeptor an der Be-/Entladestelle in die Prozesskammer eingebracht werden. Dies erfolgt bevorzugt mittels eines Handhabungsgerätes, beispielsweise mittels eines Greifarms. Der Suszepor wird auf den Suszeptorträger gebracht. Letzterer wird um eine Position weitergedreht. Befindet sich an dieser Position bereits ein Suszeptor mit behandelten Substraten, so wird dieser vom Greifarm entnommen und durch einen Suszeptor ausgetauscht, der zu behandelnde Substrate trägt. Auf diese Weise kann schrittweise der Suszeptorträger mit einer Vielzahl von Suszeptoren beladen werden. In einem danach folgenden Prozessschritt werden die Substrate behandelt. Es können ein oder mehrere Schichten auf den Substraten abgeschieden werden. Dies erfolgt durch Einlass eines Prozessgases in die Prozesskammer, welches beispielsweise aus mehreren Komponenten besteht. Insbesondere handelt es sich bei dem Prozessgas um ein Hydrid und um eine metallorganische Komponente, die jeweils zusammen mit einem Trägergas durch ein Gaseinlassorgan in die Prozesskammer eingeleitet werden. Das Gaseinlassorgan kann sich im Bereich der inneren Umfangswand, im Bereich der äußeren Umfangswand oder im Bereich der Prozesskammerdecke befinden. Das Prozessgas kann somit die Prozesskammer in Radialrichtung entweder von innen nach außen oder von außen nach innen oder von oben nach unten durchströmen. In einer Variante der Erfindung, in der die in der Prozesskammer angeordneten Substrate gleichzeitig dem selben Behandlungsschritt unterzogen werden, beispielsweise in dem auf die Substrate dieselbe Schicht abgeschieden wird, ist das Gaseinlassorgan ringförmig ausgebildet und erstreckt sich entlang der Umfangswand des Reaktorgehäuses. Es kann sich aber auch entlang der Prozesskammerdecke erstrecken. Auch das Gasauslassorgan, mit dem das Trägergas und Reaktionsprodukte bzw. nicht am Prozess teilgenommene Prozessgase aus der Prozesskammer herausgeleitet werden, kann eine Ringform aufweisen. Gaseinlassorgan und Gasauslassorgan können somit ebenfalls in gleichmäßiger Beabstandung von den Umfangswänden angeordnet sein. Der Beschichtungsprozess findet in einer beheizten Prozesskammer statt. Hierzu kann unterhalb des Suszeptors oder unterhalb eines Suszeptorträgers eine Heizeinrichtung vorgesehen sein. Bei einem sogenannten „Cold wall-Prozess” wird die Prozesskammerdecke nicht geheizt sondern gegebenenfalls gekühlt.
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Sie besitzt dann eine Kühleinrichtung. Bei einem sogenannten „Hot wall-Prozess” wird die Prozesskammerdecke beheizt. Ihr ist dann ebenso wie dem Suszeptor, der den Prozesskammerboden bildet, eine Heizeinrichtung zugeordnet. Die Heizeinrichtung kann mehrere Heizzonen besitzen, so dass in den Suszeptor an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Heizenergien eingeleitet werden können. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Suszeptoren derart einem Suszeptorträger zugeordnet, dass sie sich während des Behandlungsprozesses um ihre Drehachse drehen. Dabei kann der Durchmesser der Suszeptoren in etwa dem Radialmaß der Prozesskammer entsprechen. Es können somit eine Vielzahl von drehbaren Suszeptoren in Umfangsrichtung auf einem Suszeptorträger angeordnet sein. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die einzelnen Suszeptoren individuell zugeordnete Heizeinrichtungen besitzen. Diese können auch mehrere Heizzonen aufweisen. So kann jedem der im Wesentlichen kreisförmigen Suszeptoren eine im wesentlichen kreisförmige Heizung zugeordnet sein, bei der es sich um eine IR-Heizung, eine Widerstandsheizung oder um eine RF-Heizung handeln kann. Die Heizeinrichtungen besitzen auch hier bevorzugt mehrere, bezogen auf die Drehachse des Suszeptors radial nebeneinander angeordnete Heizzonen. Die Suszeptoren liegen vorzugsweise auf Gaspolstern auf, die von einem Gasstrom gebildet werden, der in eine Tasche des Suszeptorträgers hineinströmt und der auch dem Suszeptor eine Drehbewegung aufzwingt. Der im Wesentlichen ringförmige Suszeptorträger kann ebenfalls auf einem Gasdrehlager liegen. Ein Lagerkörper besitzt eine diesbezüglich ausgebildete Lagertasche, in der der Suszeptorträger auf einem Gaspolster einliegt. Auch hier kann der Antrieb in Drehrichtung über Gasströme erfolgen. Es ist aber auch möglich, zur exakten Positionierung des Suszeptorträgers einen Motor, insbesondere einen Schrittmotor zu verwenden. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jedem der Suszeptoren oder zumindest einigen der Suszeptoren ein Abteil der Prozesskammer zugeordnet ist. Es bilden sich somit mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Abteile, die zumindest einen, bevorzugt genau einen Suszeptor beinhalten. Die Abteile können mittels Isolationsmittel voneinander getrennt sein. Bei den Isolationsmitteln kann es sich im einfachsten Fall um einen Gasvorhang handeln, der von einem aus Gasaustrittsöffnungen heraustretenden Inertgas gebildet ist, welcher sich entlang der Abteilgrenze, insbesondere also in Radialrichtung durch die Prozesskammer erstreckt. Alternativ dazu kann das Isolationsmittel aber auch von einer Wand, insbesondere einer gasdichten Wand ausgebildet sein. Mit Hilfe des Isolationsmittels ist es möglich, in voneinander verschiedene Abteile gleichzeitig voneinander verschiedene Prozessgase einzuspeisen, so dass innerhalb der voneinander verschiedenen Abteile voneinander verschiedene Schichten abgeschieden werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch ein Schrittbetrieb möglich. Zur selben Zeit, zu der in anderen Abteilen Beschichtungsprozesse durchgeführt werden, werden an einer Be-/Entladeposition mit beschichteten Substraten versehene Suszeptoren gegen mit unbeschichteten Substraten versehene Suszeptoren ausgetauscht. Während dieser Zeit können an anderen Positionen der Prozesskammer verschiedene Behandlungsschritten durchgeführt werden. Nach Durchführung der Behandlungsschritte bzw. dem Be-/Entladen wird der Suszeptorträger um einen Schritt weitergedreht, so dass jetzt ein anderer Suszeptor sich an der Be-/Entladeposition befindet und andere Positionen an den einzelnen Behandlungsstellen. Auf diese Weise kann bei einer einzigen Umdrehung des Suszeptorträgers eine Vielzahl von unterschiedlichen Schichten auf einem Substrat abgeschieden werden. Alternativ dazu kann die Prozesskammer aber auch zunächst vollständig mit unbeschichteten Substraten beschickt werden. Hierzu werden nacheinander sämtliche Positionen mit unbeschichtete Substrate tragenden Suszeptoren bestückt. Dies erfolgt an einer Umfangsposition, nämlich an einer Be-/Entladestelle. Danach werden alle Substrate gleichzeitig demselben Behandlungsschritt unterzogen, wobei durch das oben erwähnte Gaseinlassorgan ein Prozessgas in die Prozesskammer eingeleitet wird, wo es sich aufgrund der auf Prozesskammertemperatur aufgeheizten Prozesskammer pyrolytisch zerlegt. Die Prozesskammer kann mit Suszeptoren beladen werden, die mit zu behandelnden Substraten bestückt sind. Die Erfindung betrifft aber auch eine solche Vorrichtung bzw. ein solches Verfahren, bei dem die Suszeptoren nicht aus der Vorrichtung entnommen werden, sondern lediglich die Substrate be- und entladen werden. Dabei können die Substrate, bei denen es sich um Halbleiter-Wafer handelt, einzeln in die Prozesskammer eingebracht werden. Es ist aber auch vorgesehen, dass mehrere Wafer gleichzeitig in die Prozesskammer hineingebracht bzw. aus der Prozesskammer wieder herausgebracht werden. Bevorzugt ist ferner eine Abkühl-Puffer-Station. Die Suszeptoren oder die Wafer können im heißen Zustand aus der Prozesskammer entnommen werden und in eine Abkühl-Puffer-Station gebracht werden. Die Wafer können zum Beispiel aus eine Kassette über eine Abkühl-Puffer-Station ins System gebracht werden oder direkt positioniert werden. Die Vorrichtung bzw. das Verfahren eignet sich besonders für die Verarbeitung von Wafer mit größerem Durchmesser, beispielsweise mit einem Durchmesser von 200 mm oder größer. Neben dem oben beschriebenen Verfahren, bei dem der Suszeptorträger schrittweise weiter gedreht wird, umfasst die Erfindung auch das Verfahren, bei dem der Suszeptorträger kontinuierlich rotiert. Dabei kann der Suszeptorträger um die Achse der ringförmigen Prozesskammer drehen. Die auf dem Suszeptorträger angeordneten Suszeptoren können wiederum um ihre Achse drehen. Im sogenannten „Index-Betrieb”, bei dem der Suzeptorträger schrittweise gedreht wird, können voneinander verschiedene Prozessarten durchgeführt werden. In einem synchronen Prozess wird an allen Positionen der gleiche Prozessschritt ausgeführt. Es erfolgt eine Parallelbehandlung. In einem „Splitprozess” werden an den einzelnen Positionen verschiedene Prozessschritte durchgeführt. Die einzelnen Positionen können dabei auch durch Trennwände voneinander getrennt sein, so dass die einzelnen gleichzeitig stattfindenden Prozesse in verschiedenen Druckbereichen durchgeführt werden. Die Heizvorrichtung kann nicht nur drei Heizzonen aufweisen. Es können auch mehr Heizzonen vorgesehen sein. Auch können andere Konstellationen von Heizzonen vorgesehen sein. Ein ringförmiges Gaseinlassorgan bzw. ein ringförmiges Gasauslassorgan kann in mehrere Abteilungen unterteilt sein, so dass in Umfangsrichtung mehrere Einzelgaseinlässe bzw. Einzelgasauslässe hintereinander liegen. Die Suszeptoren werden bevorzugt aus Graphit gefertigt und können nach dem Abkühlen zum Beispiel in einer Kassette vereinzelt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch in einer Draufsicht die räumliche Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel entlang eines Schnitts gemäß der Linie II-II in 1,
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3 vergrößert einen Schnitt durch die Prozesskammer,
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4 eine Darstellung gemäß 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels,
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5 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt einer Prozesskammer, wobei lediglich der Suszeptorträger mit daraufliegendem Suszeptor und einem Lagerkörper dargestellt ist,
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6 schematisch die Draufsicht auf ein ringförmiges, in einer Prozesskammer angeordnetes, drei Zonen ausbildendes Heizelement,
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7 eine Darstellung gemäß 6 jedoch mit einer Vielzahl von Heizelementen und eine in eine Vielzahl von Abteile unterteilte Prozesskammer,
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8 eine Darstellung ähnlich 7 jedoch mit individuell jedem Abteil zugeordnetem Gaseinlassorgan,
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9 eine Darstellung ähnlich 8 mit einem ringförmigen, sich durch die gesamte Prozesskammer erstreckenden Gaseinlassorgan,
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10 eine Darstellung ähnlich 9 mit einem vierfach in Umfangsrichtung unterteiltem Gaseinlassorgan und
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11 eine Darstellung ähnlich 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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Die 1 bis 3 zeigen grob schematisch den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung dient dem Abscheiden von Halbleiterschichten auf Substraten. Insbesondere wird die Vorrichtung dazu verwendet III-V Halbleiterschichten abzuscheiden. Die das Schichtmaterial bildenden Elemente gehören der III und V Hauptgruppe an also beispielsweise Indium, Gallium, Aluminium und Arsen, Stickstoff oder Phosphor. Diese Elemente werden in Form von Gasen, beispielsweise TMGa oder TMIn bzw. als Hydride beispielsweise Arsin, Phosphin oder aber auch Ammoniak in die Prozesskammer eingeleitet. Zur Bevorratung der Gase dienen Gasflaschen oder Container. Die Dosierung der Gase findet in einem Gasmischsystem 10 statt. Für die Steuerung der im Gasmischsystem angeordneten Ventile bzw. Massenflussregler ist ein Schaltschrank 11 vorgesehen. Nicht dargestellt ist eine Gasentsorgungseinrichtung, die eine Vakuumpumpe besitzt, mit der die Prozesskammer, in der der Wachstumsprozess stattfindet, auf einem definierten Prozessdruck gehalten werden kann.
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Die Prozesskammer befindet sich in einem Reaktorgehäuse 1. Das Reaktorgehäuse 1 besitzt eine Ringform. Es besitzt einen ringförmig ausgebildeten Boden 5 und eine gegenüber dem Boden 5 angeordnete, ebenfalls kreisförmige Decke 4. Decke 4 und Boden 5 sind mit Seitenwänden verbunden. Es gibt eine äußere Seitenwand 2, die die gesamte Prozesskammer umgibt und eine dazu mit konstantem Abstand verlaufende innere Wand 3, die von der Prozesskammer 16 umgeben ist. Innerhalb des Freiraumes, der von der inneren Wandung 3 umgeben ist, befindet sich das oben genannte Gasmischsystem, der Schaltschrank 11 und die nicht dargestellte Gasentsorgungseinrichtung.
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Die äußere Wandung 2 besitzt an einer Umfangsstelle eine Durchbrechung in Form einer Be-/Entladeöffnung 35. Dort befindet sich eine Be-/Entladeeinrichtung 12 in Form einer mit Inertgas gespülten Kammer, die von außen her mit zu beschichtenden Substraten beladen werden kann bzw. der von außen her beschichtete Substrate entnommen werden können.
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Im Ausführungsbeispiel liegen die zu beschichtenden Substrate 9 auf kreisrunden Suszeptoren 8 auf. Diese Suszeptoren 8 können aus Graphit bestehen.
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Oberhalb des Reaktorbodens 5 befindet sich eine aus insgesamt 3 Heizzonen 6a, 6b, 6c bestehende Heizeinrichtung 6. Die Heizzone 6a, 6b, 6c verlaufen innerhalb des ringförmigen Reaktorgehäuses 1 oberhalb des Boden 5. Innerhalb des Reaktorgehäuses 1 befinden sich somit insgesamt drei Heizelemente 6a, 6b, 6c, die einen gleichbleibenden Abstand zur inneren Wand 3 bzw. äußeren Wand 2 besitzen.
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Oberhalb der Heizeinrichtung 6 befindet sich ein Suszeptorträger 7. Der Suszeptorträger 7 ist mittels nicht dargestellter Mittel in Umfangsrichtung beweglich. Auf dem Suszeptorträger 7 sind in Umfangsrichtung nebeneinander liegend eine Vielzahl von Suszeptoren 8 angeordnet. Wird der Suszeptorträger 7 in Umfangsrichtung bewegt, so verlagern sich die Suszeptoren 8 karussellartig an der Be-/Entladeöffnung 35 vorbei.
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Der Suszeptorträger 7 kann schrittweise gedreht werden, so dass nacheinander jede Position, die mit einem Suszeptor 8 bestückt werden kann, mit einem Suszeptor 8 bestückt wird. Hierzu wird mittels eines nicht dargestellten Greifarms oder dergleichen ein Suszeptor 8 von der Be-/Entladeeinrichtung genommen und auf den ihm zugeordneten Platz auf dem Suszeptorträger 7 aufgesetzt. Der Suszeptorträger 7 wird dann um eine Position gedreht, so dass eine nächste Position mit einem Suszeptor 8 bestückt werden kann. Wurde in der Prozesskammer bereits zuvor ein Beschichtungsprozess durchgeführt, so wird zuvor ein Suszeptor 8 vom Suszeptorträger 7 entnommen. Um den Suszeptorwechselprozess zu vereinfachen, besitzt die Be-/Entladeeinrichtung 12 eine Beladestelle 29 und eine Entladestelle 30, die unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, d. h. an der Beladestelle 29 kann ein Suszeptor 8 auf den Suszeptorträger 7 aufgesetzt werden. An der daneben liegenden Entladestelle 30 kann ein Suszeptor 8 vom Suszeptorträger 7 entnommen werden.
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Die Suszeptoren 8 sind mit insgesamt sechs zu beschichtenden Substraten 9 versehen.
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Ist der Beladevorgang abgeschlossen, so kann innerhalb der Prozesskammer 16 ein Beschichtungsprozess durchgeführt werden. Zum Einlass des Prozessgases besitzt die Prozesskammer ein Gaseinlassorgan 13. In den verschiedenen, in den Zeichnungen dargestellten, Ausführungsbeispielen hat das Gaseinlassorgan 13 unterschiedliche Positionen und Ausgestaltungen. Durch das Gaseinlassorgan 13 werden die oben genannten Prozessgase in die Prozesskammer eingeleitet. Auf dem mit Hilfe der Heizeinrichtung 6 beheizten Suszeptor 8 bzw. den dort aufliegenden Substraten 9 findet ein Schichtwachstum statt. Das das Prozessgas transportierende Trägergas bzw. gasförmige Reaktionsprodukte verlässt die Prozesskammer 16 durch ein Gasauslassorgan 14.
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Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Gaseinlassorgan 13 ähnlich einem Duschkopf eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen. Es erstreckt sich unterhalb der Prozesskammerdecke und besitzt eine Ringform, die sich ebenso wie der Suszeptorträger 7 über die gesamte Umfangslänge der Prozesskammer 16 erstreckt. Das Gasauslassorgan 14 ist hier zweigeteilt. Im Bereich des Bodens 5 befinden sich zwei Gasauslasskanäle 14a, 14b.
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Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gaseinlassorgan 13 der inneren Wand 3 zugeordnet. Das Gasauslassorgan 14 ist der radial äußeren Wand 2 zugeordnet. Der aus dem Gaseinlassorgan 13 heraustretende Gasstrom durchströmt in Radialrichtung die Prozesskammer 16 von innen nach außen. Die Prozesskammer 16 wird nach oben von einer Prozesskammerdecke 15 begrenzt. Der Prozessgasstrom strömt zwischen Prozesskammerdecke 15 und Suszeptor 9 in Horizontalrichtung.
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Die 5 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Lagerkörpers 19 zur Lagerung des Suszeptorträgers 7. Der Lagerkörper 19 bildet eine Vertiefung 22 aus, in der der im Wesentlichen ringförmige Suszeptorträger 7 einliegt. Der Suzeptorträger 7 ist bevorzugt mehrteilig. Durch eine Gaszuleitung 20 wird ein Traggas in den Lagerkörper 19 eingeleitet. Durch Gasdüsen 21 tritt das Gas in den Boden der Vertiefung 22 ein, um den Suszeptorträger 7 anzuheben bzw. ihm auch eine Drehbewegung zu verleihen. Der Suszeptorträger 7 lagert somit auf einem Gaspolster.
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Durch eine mittlere Gasdüse 24 wird das Traggas in einen mittleren Kanal auf der Unterseite des Suszeptorträgers 7 eingespeist, der eine Gasleitung 25 besitzt, mit dem das Traggas in eine Vertiefung 26 eingeleitet wird. In dieser Vertiefung liegt der kreisscheibenförmige Suszeptor 8 ein. Er wird von dem durch den Gaskanal 25 hindurchtretenden Gasstrom angehoben, so dass er auf einem Gaspolster aufliegt. Durch eine besondere Ausrichtung der Öffnung des Gaskanals 24, also der Düse kann der Suszeptor 8 in bekannter Weise in Drehung versetzt werden. Auf dem Suszeptor 8 liegen die Substrate auf.
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Die 6 zeigt eine Draufsicht auf den Boden der Prozesskammer, wobei der Suszeptorträger entfernt worden ist, so dass drei in Umfangsrichtung nebeneinander liegende Heizzonen 6a, 6b, 6c ersichtlich sind.
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Bei dem in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Prozesskammer 16 in eine Vielzahl von Abteile 17 unterteilt. Jedes Abteil 17 besitzt einen Suszeptor 8, wie er beispielsweise in der 1 dargestellt ist. Anders als bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die in Umfangsrichtung nebeneinander liegenden Suszeptoren 8 aber individuell beheizbar. Hierzu ist jedem Suszeptor 8 eine im Wesentlichen ringkreisförmige Heizeinrichtung 6 zugeordnet, die ebenfalls aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Heizzonen 6a, 6b, 6c bestehen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Heizeinrichtungen 6 konzentrisch um die Drehachse des jeweiligen Suszeptors 8 angeordnet.
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Die mit der Bezugsziffer 18 bezeichneten Abteilgrenzen, mit denen zwei voneinander benachbarte Abteile 7 voneinander abgeteilt sind, können von massiven Wänden ausgebildet sein, die gasdicht sind. Die Abteilgrenzen 18 können aber auch von einem Gasvorhang gebildet sein. Beispielsweise kann das Gaseinlassorgan 13 eine kammartige Gasdüsenanordnung aufweisen, die sich in Radialrichtung durch die Prozesskammer 16 erstreckt.
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Die 8 zeigt, dass jedem der Abteile 17 individuell ein Gaseinlassorgan 13, hier als Showerhead, zugeordnet ist. Das Gaseinlassorgan 13 besitzt eine Vielzahl von gleichmäßig an der Unterseite des Gaseinlassorgans angeordnete Gasaustrittsdüsen, aus denen das Prozessgas in die Prozesskammer 16 einströmen kann.
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Die 9 zeigt ein Gaseinlassorgan 13, wie es beispielsweise in der 3 im Querschnitt dargestellt ist, und welches eine Ringform besitzt. Das Gaseinlassorgan 13 erstreckt sich über die gesamte Umfangslänge der Prozesskammer 16.
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Das in 10 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ebenfalls ein ringförmig ausgebildetes Gaseinlassorgan 13 mit einer Gasauslassöffnungsanordnung wie bei einem Duschkopf (Showerhead). Hier bildet das Gaseinlassorgan 13 jedoch vier in gleichmäßiger Umfangsverteilung angeordnete Abteile. Mit der Bezugsziffer 28 sind die Trennstellen bezeichnet, an denen das Gaseinlassorgan 13 beispielsweise einen Gasvorhang liefern kann, mit dem die vier Abteile voneinander isoliert werden.
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Die Behandlung von in der Prozesskammer 16 angeordneten Substraten kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise können zunächst alle mit Substraten 9 bzw. Suszeptoren 8 belegbare Positionen des Suszeptorträgers 7 mit Substraten 9 bzw. Suszeptoren 8 belegt werden. Danach findet in der Prozesskammer 16 ein einheitlicher Beschichtungsprozess statt, der aus mehreren zeitlich hintereinander folgenden Beschichtungsschritten bestehen kann. Anschließend, insbesondere nach einem Abkühlen der Prozesskammer erfolgt ein vollständiger Austausch der Suszeptoren 8 mit darauf angeordneten Substraten.
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Eine alternative Bearbeitung ist mit dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel möglich. Hier ist jeder der Suszeptoren 8 einem ihm zugeordneten Abteil 17 zugeordnet. An einer Beladestelle 29 wird eine Suszeptorträgerposition mit einem Suszeptor 8 mit zu beschichtenden Substraten 9 beladen. Gleichzeitig wird an einer unmittelbar daneben liegenden Entladestelle 30 ein Suszeptor 8 mit beschichteten Substraten 9 vom Suszeptorträger 7 entnommen. Während der Be-/Entladephase werden an anderen Positionen voneinander verschiedene Beschichtungsschritte durchgeführt. In verschiedenen Abteilen 17 werden somit verschiedene Schichten auf die zur jeweiligen Zeit dort angeordneten Substrate 9 aufgebracht.
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Ist ein Prozessschritt beendet, so wird der Suszeptorträger 7 um eine Position weitergedreht. Es wird jetzt der an der Entladestelle 30 liegende Suszeptor 8 entnommen und auf die an der Beladestelle 29 liegende freie Position ein Suszeptor 8 angeordnet. An den übrigen Positionen findet in den jeweiligen Abteilen 17 ein Beschichtungsprozess statt. Auf diese Weise kann auf die auf einem Suszeptor 8 aufliegenden Substrate 9 bei einer Umdrehung des Suszeptorträgers 7 eine Vielzahl von voneinander verschiedenen Schichten aufgebracht werden.
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Sind die einzelnen Abteile 17 lediglich durch Gasvorhänge 18 voneinander getrennt, so finden die Wachstumsprozesse in den einzelnen Abteilen 17 bei einem einheitlichen Totaldruck statt. Durch geeignete Wahl der Abteilgrenzen 18 können in den einzelnen Abteilen 17 aber auch voneinander verschiedene Totaldrücke eingestellt werden. Auch die Temperaturen innerhalb der voneinander verschiedenen Abteile 17 kann verschieden sein.
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Bei einem Prozess, wie er in der in 11 dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden kann, werden gleichzeitig an verschiedenen Bearbeitungspositionen 31, 32, 33, 34 usw. voneinander verschiedene Beschichtungsprozesse durchgeführt.
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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. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reaktorgehäuse
- 2
- äußere Umfangswand
- 3
- innere Umfangswand
- 4
- Reaktordecke
- 5
- Reaktorboden
- 6
- Heizeinrichtung
- 6a
- Heizzone
- 6b
- Heizzone
- 6c
- Heizzone
- 7
- Suszeptorträger
- 8
- Suszeptor
- 9
- Substrat
- 10
- Gasmischsystem
- 11
- Schaltschrank
- 12
- Be-/Entladeeinrichtung
- 13
- Gaseinlassorgan
- 14
- Gasauslassorgan
- 14a
- Gasauslasskanal
- 14b
- Gasauslasskanal
- 15
- Prozesskammerdecke
- 16
- Prozesskammer
- 17
- Abteil
- 18
- Isolationsmittel
- 19
- Lagerkörper
- 20
- Gaszuleitung
- 21
- Gasdüsen
- 22
- Vertiefung
- 23
- Gaspolster
- 24
- mittlere Gasdüse
- 25
- Gasleitung
- 26
- Vertiefung
- 27
- Gaspolster
- 28
- Trennstellen
- 29
- Beladestelle
- 30
- Entladestelle
- 31
- Bearbeitungsposition
- 32
- Bearbeitungsposition
- 33
- Bearbeitungsposition
- 34
- Bearbeitungsposition
- 35
- Be-/Entladeöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1313897 B1 [0003]
- EP 0312694 B1 [0005]
- DE 10141084 A1 [0006]
- US 6932871 B1 [0006]
- US 2011/0293831 A1 [0007]
