DE102015100640A1

DE102015100640A1 - Vorrichtung und Verfahren zum thermischen Behandeln von Substraten

Info

Publication number: DE102015100640A1
Application number: DE102015100640.5A
Authority: DE
Inventors: Arne Theres; Jost-Martin Langner; Markus Lünenbürger
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2016-07-21
Also published as: WO2016116373A1; TW201636451A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von ein oder mehreren Substraten (2), mit einer Prozesskammer (3) und einem Suszeptor (1), der von einer, mehrere Zonen-Heizeinrichtungen (4') aufweisenden Heizeinrichtung (4) beheizbar ist, wobei eine erste Zonen-Heizeinrichtung (4') eine erste Zone (A) des Suszeptors (1) beheizt und eine zweite Zonen-Heizeinrichtung (4') eine zweite Zone (B) des Suszeptors (1) beheizt, wobei jeder Zone (A, B) eine Regeleinrichtung (5) zugeordnet ist, deren Regelgröße eine mit mindestens einer Temperatur-Messeinrichtung (6) auf der ersten Seite (1') der jeweiligen Zone (A, B) gemessene Temperatur ist, die durch Steuern der in die zugeordnete Zonen-Heizeinrichtung (4') eingespeiste Heizleistung auf einen Sollwert geregelt wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Regelgröße der zweiten Zone (B) eine Temperatur der freien Oberfläche des Substrates (2) ist und zusätzlich eine Temperatur der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweiten Zone (B) gemessen wird und der Sollwert der der ersten Zone (A) zugeordneten Regeleinrichtung (5) zumindest einen Beitrag aus dem Wert der Temperatur der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweite Zone (B) besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von ein oder mehreren Substraten, mit einer Prozesskammer und einem Suszeptor, der eine zur Prozesskammer weisende erste Seite zur Aufnahme der ein oder mehreren Substrate und eine davon abgewandte zweite Seite aufweist, die von einer, mehrere Zonen-Heizeinrichtungen aufweisenden Heizeinrichtung beheizbar ist, wobei eine erste Zonen-Heizeinrichtung eine erste Zone des Suszeptors beheizt und eine zweite Zonen-Heizeinrichtung eine zweite Zone des Suszeptors beheizt, wobei jeder Zone eine Regeleinrichtung zugeordnet ist, deren Regelgröße eine mit mindestens einer Temperatur-Messeinrichtung auf der ersten Seite der jeweiligen Zone gemessene Temperatur ist, die durch Steuern der in die zugeordnete Zonen-Heizeinrichtung eingespeiste Heizleistung auf einen Sollwert geregelt wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Behandeln von ein oder mehreren Substraten, in einer Prozesskammer, wobei eine zur Prozesskammer weisende erste Seite eines Suszeptors ein oder mehrere Substrate trägt und eine davon abgewandte zweite Seite von einer mehrere Zonen-Heizeinrichtungen aufweisenden Heizeinrichtung beheizt wird, wobei eine erste Zonen-Heizeinrichtung eine erste Zone des Suszeptors beheizt und eine zweite Zonen-Heizeinrichtung eine zweite Zone des Suszeptors beheizt, wobei jeder Zone eine Regeleinrichtung zugeordnet ist, deren Regelgröße eine mit mindestens einer Temperatur-Messeinrichtung auf der ersten Seite der jeweiligen Zone gemessene Temperatur ist, die durch Steuern der in die zugeordnete Zonen-Heizeinrichtung eingespeiste Heizleistung auf einen Sollwert geregelt wird.
In den DE 10 2013 109 155 und DE 10 2013 114 412 werden Vorrichtungen und Verfahren zum Behandeln von Substraten beschrieben, wobei die Substrate auf einer den Boden einer Prozesskammer ausbildenden ersten Seite eines Suszeptors aufliegen. Die Rückseite des Suszeptors wird mittels einer Heizeinrichtung beheizt. Die Heizeinrichtung bildet mehrere Zonen-Heizeinrichtungen aus, mit denen ringförmig um ein Zentrum des Suszeptors angeordnete Zonen beheizt werden. Die radial inneren Zonen sind mit Substraten belegt. Die Zonen bilden Vollkreisflächen aus, die Oberflächenabschnitte besitzen, die mit Substraten belegt sind und dazwischenliegende Oberflächenabschnitte, die nicht mit Substraten belegt sind. Eine radial äußere Zone besitzt zumindest einen Vollkreisabschnitt, der nicht mit Substraten belegt ist. Die radial äußere Zone kann auch überhaupt nicht mit Substraten belegt sein, sondern lediglich eine freie Suszeptoroberfläche aufweisen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die den oben beschriebenen Aufbau aufweist, ist zudem ein Gaseinlassorgan vorgesehen, welches eine Gasauslassfläche aufweist, welche die Decke der Prozesskammer ausbildet. Durch die Gasaustrittsfläche treten Prozessgase in die Prozesskammer ein. Bei den Prozessgasen handelt es sich um Ausgangsstoffe, die mit einem Trägergas, beispielsweise Wasserstoff, in die Prozesskammer eingeleitet werden. Die Ausgangsstoffe zerlegen sich auf den Oberflächen der beheizten Substrate, aber auch auf den freien Oberflächen des Suszeptors, die sich zwischen den Substraten befinden. Die Zerlegungsprodukte reagieren derart miteinander, dass eine Schicht auf dem Substrat, aber auch eine Beschichtung auf den freien Oberflächenabschnitten abgeschieden wird. Es ist eine technologische Herausforderung, die Oberflächentemperaturen der Substrate während des gesamten Beschichtungsprozesses ohne einen nennenswerten lateralen Temperaturgradienten auf eine Solltemperatur zu regeln. Hierzu ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, mit der jede einzelne Zonenheizeinrichtung separat geregelt werden kann. Mit einer Temperatur-Messeinrichtung, beispielsweise einem Pyrometer, wird die Oberflächentemperatur des Substrates oder die Oberflächentemperatur der freien Suszeptoroberfläche gemessen.
In den radial inneren Heizzonen kann die gemessene Oberflächentemperatur der Substrate zur Regelung der Zonen-Heizeinrichtungen verwendet werden. In der radial äußeren Heizzone ist dies nicht möglich.
In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Prozesskammerdecke aktiv gekühlt, so dass sich zwischen der Heizeinrichtung und der Prozesskammerdecke ein hoher Temperaturgradient einstellt. Dies hat zur Folge, dass die Oberflächentemperatur der Substrate in der Regel geringer ist, als die Oberflächentemperatur der zwischen den Substraten liegenden freien Oberflächenabschnitte des Suszeptors. Bei den radial innenliegenden Zonen kann die von der zugehörigen Temperatur-Messeinrichtung gemessene Substrattemperatur als Führungsgröße verwendete werden. Eine qualitativ gleichwertige Führungsgröße fehlt in der radial äußeren Zone, da dort keine Substrate angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen die Oberfläche des Suszeptors in der ersten Zone auf einem prozessoptimierten Wert gehalten werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dar.
Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass die Regelgröße der zweiten Zone eine Temperatur der freien Oberfläche eines dortigen Substrates ist. Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass auch die Temperatur der freien Oberfläche der ersten Seite des Suszeptors in der zweiten Zone gemessen wird. Schließlich wird vorgeschlagen, dass der Sollwert der der ersten Zone zugeordneten Regeleinrichtung zumindest einen Beitrag aus dem Wert der Temperatur der freien Oberfläche der ersten Seite des Suszeptors in der zweiten Zone besitzt. Dieser Beitrag kann beispielsweise ein additiver Beitrag sein. Bei der Ermittlung des Sollwertes der der ersten Zone zugeordneten Regeleinrichtung wird auch eine Istwert-/Sollwert-Abweichung der Substrattemperatur in der zweiten Zone berücksichtigt. Eine derartige Istwert-/Sollwert-Abweichung kann beispielsweise auch dem gemessenen Wert der Oberflächentemperatur des freien Suszeptors in der zweiten Zone aufaddiert werden, um den Sollwert der freien Oberflächentemperatur des Suszeptors in der ersten Zone zu ermitteln. Es ist ferner möglich, dass mit einer Temperatur-Messeinrichtung der ersten Zone die Oberflächentemperatur des Suszeptors in der ersten Zone gemessen wird und diese Temperatur mit einem Korrekturwert beaufschlagt wird. Die Solltemperatur der ersten Zone ist dann nicht die Temperatur der freien Oberfläche des Suszeptors, sondern eine fiktive Substratoberflächentemperatur in der ersten Zone. Die fiktive Substrattemperatur wird dadurch berechnet, dass eine Differenz von der in der zweiten Zone gemessenen Oberflächentemperatur des Suszeptors und der in der zweiten Zone gemessenen Oberflächentemperatur des Substrates gebildet wird. Diese Temperatur ist dann von einer eventuellen Istwert-/Sollwert-Abweichung in der zweiten Zone unabhängig und wird von der in der ersten Zone gemessenen Temperatur der Oberfläche des Suszeptors abgezogen. Diese Variante hat den Vorteil, dass mit einer Rezeptur gearbeitet werden kann, in der eine einheitliche Regeltemperatur angegeben ist. Auf diese Temperatur werden in der Zone oder in den Zonen, die mit Substraten belegt werden, die Oberflächentemperaturen der Substrate geregelt. In der nicht mit Substraten belegten Zone wird die Solltemperatur um die Differenz modifiziert. Diese Temperaturdifferenz zwischen gemessener Substratoberflächentemperatur und gemessener Suszeptoroberflächentemperatur kann im Laufe des Abscheideprozesses variieren. Sie kann sich vergrößern, aber auch verkleinern. Die Ursache hierfür liegt u. a. in einer sich ändernden Emissivität der freien Oberfläche des Suszeptors, da diese im Laufe des Abscheideprozesses mit Reaktionsprodukten belegt wird. Auch die Emissivität der Substratoberfläche kann sich ändern. Es ist sowohl vorgesehen, dass der Sollwert in Intervallen angepasst wird als auch kontinuierlich angepasst wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann folgende ergänzenden Merkmale aufweisen: Der Suszeptor ist um eine Drehachse drehantreibbar, so dass die Zonen Vollkreiszonen um die Drehachse sind. Die Temperatur-Messeinrichtung kann ein Pyrometer sein. Die Temperatur-Messeinrichtung kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sie schnell hintereinander eine Vielzahl von Messwerten liefert. Diese Messwerte liegen bevorzugt auf einer Abtaststrecke. Die Abtaststrecke ist eine Vollkreislinie um die Drehachse des Suszeptors. Diese Abtaststrecke verläuft in der ersten Zone, welche bevorzugt eine radial äußere Zone ist, nur über die freie Oberfläche des Suszeptors, welcher aus Graphit oder einem beschichteten Graphit bestehen kann. In ein oder mehreren weiteren Zonen, bei denen es sich um radial innen liegende Zonen handelt, verläuft die Abtaststrecke sowohl über mit Substraten bedeckten Abschnitten des Suszeptors als auch über nicht mit Substraten bedeckten Abschnitten des Suszeptors, so dass mit der jeweiligen Temperatur-Messeinrichtung sowohl die Oberflächentemperaturen der Substrate als auch die Oberflächentemperaturen der freien Oberfläche des Suszeptors ermittelbar sind. Für jede der Zonen braucht nur eine Temperatur-Messeinrichtung vorgesehen sein. Die jeweilige Temperatur-Messeinrichtung misst auf einer Radialposition eine Oberflächentemperatur. Je nach Drehstellung des Suszeptors handelt es sich dabei um die Oberflächentemperatur eines Substrates oder die Oberflächentemperatur des Suszeptors. Über einen Drehwinkelgeber kann die Temperatur-Messeinrichtung unterscheiden, ob der jeweils aufgenommene Messpunkt einem Messwert auf der Oberfläche des Substrates oder des Suszeptors entspricht. Es ist aber auch möglich, zwischen den beiden Temperaturen aufgrund der Messwerthöhe zu unterscheiden, da die Substrattemperatur geringer ist, als die Suszeptortemperatur. Ein zur Durchführung des Verfahrens verwendbarer Temperaturwert wird bevorzugt aus einer Mittelung einer Vielzahl von einzelnen Temperatur-Messwerten gebildet. Dabei kann die Mittelung über eine Vollkreisdrehung des Suszeptors, über mehrere Vollkreisdrehungen des Suszeptors oder aber auch nur über eine Teilkreisdrehung des Suszeptors erfolgen. Mit derselben Temperatur-Messeinrichtung ist es somit möglich, sowohl die Oberflächen-Temperatur eines oder mehrerer in der Zone angeordneten Substrate als auch die Temperatur der freien Oberflächenabschnitte in dieser Zone zu messen. Es reicht somit aus, wenn einer Zone lediglich eine Temperatur-Messeinrichtung, beispielsweise ein Pyrometer, zugeordnet ist. Der Suszeptor besitzt eine Kreisscheibenform und eine Vielzahl von Lagerplätzen für Substrate. Bei den Lagerplätzen kann es sich um kreisförmige Vertiefungen in der Oberfläche des Suszeptors handeln. Die Lagerplätze können aber auch durch Sockel begrenzt sein, die Flanken aufweisen, an denen Randabschnitte des Substrates anliegen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sollwert der der ersten Zone zugeordneten Regeleinrichtung der Temperatur der freien Oberfläche der ersten Seite des Suszeptors der zweiten Zone entspricht. Der Sollwert der ersten Zone ist somit um eine Differenz geringer als der Sollwert der Regeleinrichtung der zweiten Zone, wobei die Differenz die Differenz der Oberflächentemperatur des Suszeptors und der Oberflächentemperatur des Substrates ist. Bevorzugt liegen die beiden Zonen unmittelbar benachbart zueinander. Als Heizeinrichtung kann eine Infrarotheizung, beispielsweise eine Widerstandsheizung oder eine RF-Heizung verwendet werden. Es sind bevorzugt mehr als zwei individuell beheizbare Zonen vorgesehen, beispielsweise drei oder vier Heizzonen, wobei die dritte und vierte Heizzone qualitativ ähnlich der zweiten Zone ausgebildet ist. Die diesbezügliche bevorzugt kreisringförmige Oberfläche des Suszeptors ist teilweise mit Substraten belegt. Sie besitzt auch freie Oberflächenabschnitte des Suszeptors. Bei den Sensoren handelt es sich um Pyrometer, beispielsweise um Infrarot-Pyrometer. Es kann sich auch um ein Quotienten-Pyrometer, also ein Zweifarben- oder Zweiwellenlängen-Pyrometer handeln. Es sind auch einfache Pyrometer oder aktiv emissivitätskompensierte Pyrometer mit Reflektivitätsmessung bei der Detektorwellenlänge zur Emissivität denkbar. Auch UV-Pyrometer können eingesetzt werden. Der Suszeptor wird zum Zwecke der Temperaturmittelung und zur Wachstumsratenmittelung drehangetrieben. Die Heizeinrichtung und das insbesondere als Showerhead ausgebildete Gaseinlassorgan werden hingegen nicht mitgedreht, sondern sind dem Reaktorgehäuse ortsfest zugeordnet. Ebenso sind die Pyrometer, also die Temperatur-Messeinrichtungen ortsfest dem Reaktorgehäuse zugeordnet. Sie können rückwärtig des Gaseinlassorganes angeordnet sein. Das Gaseinlassorgan kann Fenster aufweisen, durch die hindurch gemessen wird. Es wird insbesondere durch eine Gasaustrittsöffnung des Gaseinlassorganes hindurch gemessen. Es wird der Zeitverlauf der Temperatur über einen Kreisbogen entlang des rotierenden Suszeptors mit einer relativ engen Taktrate aufgenommen. Beispielsweise können 500 bis 1.000 Datenaufnahmepunkte pro Umdrehung gewonnen werden. Die erfassten Messwerte werden über eine bestimmte Zeitspanne oder etwa über eine einzelne Umdrehung gemittelt. Dies reduziert das Messsignalrauschen. Es ist ferner vorgesehen, dass zur Bestimmung des Temperaturversatzes der Solltemperatur zur Regelung der ersten Zone nicht nur Temperatur-Messwerte der zweiten Zone herangezogen werden, sondern auch Messwerte einer dritten oder einer vierten Zone herangezogen werden, wobei diese Messwerte wiederum einen Temperaturwert der Oberfläche des Substrates und einen Temperaturwert der freien Suszeptoroberfläche beinhalten. Erfindungsgemäß wird ein Pyrometer für eine Zonenregelung und Korrektur der Temperaturwerte eines Sensors mit berechneten Korrekturen eines anderen Sensors verwendet. Der berechnete Differenzwert bildet gewissermaßen den Effekt eines virtuellen Substrats auf der radial äußeren Zone ab. Die erste Zone ist bevorzugt der zweiten Zone unmittelbar benachbart. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zwischen der ersten und der zweiten Zone eine weitere Zone angeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch die Prozesskammer eines CVD-Reaktors eines ersten Ausführungsbeispiels,
2 den Blick auf die erste Seite 1' des Suszeptors 1 gemäß 1,
3 eine Darstellung gemäß 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels und
4 eine Darstellung gemäß 2 eines dritten Ausführungsbeispiels.
In einem in den Zeichnungen nicht dargestellten gasdichten Reaktorgehäuse befindet sich eine Prozesskammer 3. Der Boden der Prozesskammer 3 wird von einer ersten Seite 1' eines aus Graphit bestehenden Suszeptors 1 ausgebildet. Der Suszeptor 1 ist um eine Drehachse 8 drehbar und wird hierzu um einen nicht dargestellten Drehantrieb gedreht.
Oberhalb des Suszeptors 1 befindet sich eine die Prozesskammer 3 nach oben hin begrenzende Gasaustrittsfläche eine Gaseinlassorganes 10. Bei dem Gaseinlassorgan 10 handelt es sich um einen Showerhead, der ein Volumen aufweist, welches mit Prozessgasen gespeist wird. Die Prozessgase treten durch Gasaustrittsöffnungen 7 in die Prozesskammer 3 aus.
Unterhalb des Suszeptors 1 befindet sich eine Heizeinrichtung 4. Die Heizeinrichtung 4 kann eine Infrarot-Wärmequelle sein, die die Unterseite 1'' des aus Graphit bestehenden Suszeptors 1 beheizt. Durch Wärmeleitung durch den Suszeptor 1 hindurch wird die Oberseite 1' des Suszeptors 1 und damit die auf der Oberseite 1' des Suszeptors 1 liegenden Substrate 2 beheizt. Die Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes 10 wird aktiv gekühlt, so dass sich zwischen Heizeinrichtung 4 und Gaseinlassorgan 10 ein vertikaler Temperaturgradient einstellt. Dieser vertikale Temperaturgradient hat zur Folge, dass die Oberflächentemperatur der Substrate 2 niedriger ist, als die Oberflächentemperatur der freien Abschnitte der ersten Seite 1' des Suszeptors 1, die sich zwischen den Substraten 2 befinden.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der kreisscheibenförmige Suszeptor 1 insgesamt drei Zonen A, B, C, denen jeweils örtlich eine Zonen-Heizeinrichtung 4' zugeordnet ist. Bei den Zonen-Heizeinrichtungen 4' handelt es sich um ringförmige Heizorgane, die koaxial um eine Drehachse 8 angeordnet sind, um die der Suszeptor 1 drehangetrieben wird. Eine erste Zone A befindet sich radial außen. Die erste Zone A besitzt eine Suszeptoroberseite 1', die an keiner Stelle von einem Substrat 2 bedeckt ist.
Radial innerhalb der ersten Zone A befindet sich eine zweite Zone B, auf deren Suszeptoroberseite 1' Substrate 2 aufliegen. Eine dritte Zone C befindet sich radial innerhalb der zweiten Zone B. Auch diese Zone trägt Substrate 2.
Jeder der drei Zonen A, B, C ist eine Temperatur-Messeinrichtung 6 zugeordnet. Die Temperatur-Messeinrichtung 6 ist ein Pyrometer und besitzt eine optische Wegstrecke, die sich durch eine Gasaustrittsöffnung 7 erstreckt.
In der 2 sind die Grenzen zwischen den Zonen A, B, C durch gestrichelte Linien dargestellt.
Wird der Suszeptor 1 um die Achse 8 gedreht, so tasten die Temperatur-Messeinrichtungen 6 jeweils eine kreisförmige Abtaststrecke oder -linie 9 ab, wobei die Abtaststrecke 9 der ersten Zone A sich nur über die Oberfläche des Suszeptors 1 erstreckt. Die Abtaststrecken 9 der zweiten Zone B und der dritten Zone C erstrecken sich aber sowohl über die Oberflächen der Substrate 2 als auch über die Oberflächen der zwischen den Substraten freiliegenden Oberflächenabschnitte der Seite 1' des Suszeptors 1. Die Abtastlinien 9 sind durch strichpunktierte Linien dargestellt.
Das in der 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im Wesentlichen nur durch die Anzahl der Zonen vom ersten Ausführungsbeispiel. Hier ist zusätzlich noch eine vierte Zone D vorgesehen, die radial innerhalb der dritten Zone C angeordnet ist. Es ist erkennbar, dass die Abtaststrecken oder -linien 9 der zweiten Zone B, der dritten Zone C und der vierten Zone D sowohl über Substrate 2 als auch über zwischen den Substraten angeordneten freien Oberflächenabschnitten des Suszeptors 1 verlaufen. Die Abtastlinien 9 der radial äußeren ersten Zone A verlaufen hingegen nur über die freie Oberfläche des Suszeptors 1.
Das in der 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur durch die Größe der Lagerplätze für die Substrate 2 beziehungsweise der in den Lagerplätzen einliegenden Substrate 2.
Die Lagerplätze können Vertiefungen in einer ansonsten ebenen Seite 1' des Suszeptors 1 sein, wobei die Umrisskontur der Vertiefung der Umrisskontur des Substrates angepasst ist. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Kreisscheibenform.
Es ist eine Regeleinrichtung 5 vorgesehen. Diese Regeleinrichtung 5 empfängt Temperatur-Istwerte von den Temperatur-Messeinrichtungen 6. Jeder einzelnen Zone A, B, C, D ist individuell mindestens eine Temperatur-Messeinrichtung 6 und eine Zonen-Heizeinrichtung 4' zugeordnet. Jede Zone A, B, C, D besitzt einen unabhängigen Regelkreis, die die Zonen-Heizeinrichtung 4' mit Leistung versorgt, um die von der Temperatur-Messeinrichtung 6 gemessene Ist-Temperatur auf eine Solltemperatur zu regeln.
Mit der Temperatur-Messeinrichtung 6 der ersten Zone A wird ausschließlich die Temperatur der freien Oberfläche des Suszeptors 1 gemessen. Dies erfolgt über eine Mittlung einer Vielzahl von Einzelmesswerten.
Die Temperatur-Messeinrichtungen 6 der zweiten Zone B, der dritten Zone C und der vierten Zone D sind in der Lage, zwei Messwerte zu liefern, nämlich die Temperatur T_sub der freien Oberfläche des Substrates und der Temperatur T_sus der freien Oberfläche des Suszeptors zwischen den Substraten 2. Wegen des zuvor genannten Temperaturgradienten besteht eine Differenz zwischen T_sub und T_sus, wobei T_sub kleiner ist als T_sus.
Zur Steuerung der Zonen-Heizeinrichtungen 4' der radial innen liegenden Zonen B, C, D wird die an der freien Oberfläche des Substrates gemessene Temperatur T_sub verwendet, die auf eine Solltemperatur geregelt wird.
Beim Ausführungsbeispiel kann die Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweiten Zone B als Sollwert zur Regelung der Temperatur der ersten Zone A verwendet werden. Es ist aber auch möglich, hierzu T_sus3 oder T_sus4, also die Temperatur der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 der dritten Zone C oder der vierten Zone D zu verwenden.
Die thermische Behandlung der Substrate, insbesondere das Abscheiden einer Beschichtung auf den Substraten 2 erfolgt nach einer vorgegebenen Rezeptur, mit der eine programmgesteuerte Regeleinrichtung programmiert wird. Es handelt sich dabei um eine einheitliche Temperaturvorgabe für alle Regelkreise 5. Die Regelkreise 5 der Zonen B, C, D verwenden diese Vorgabetemperatur, um die Oberflächentemperaturen der dortigen Substrate 2 auf die Vorgabetemperatur zu regeln. Der Regelkreis der ersten Zone A, die nicht mit einem Substrat 2 belegt ist, erhält als Vorgabetemperatur eine um die Differenz von T_sub2 und T_sus2 verminderte Temperatur.
In einen bestehenden Regelkreis kann dadurch eingegriffen werden, dass eine Solltemperatur, auf die die Oberfläche des Suszeptors der ersten Zone A geregelt wird, mit einem Offset belegt wird, wobei der Offset die Differenz von T_sus2 und T_sub2 ist. Diese Differenz kann sich im Verlauf des Beschichtungsprozesses ändern, so dass in Intervallen oder kontinuierlich eine Korrekturwert-Anpassung vorgenommen werden kann, um die Temperatur der Suszeptoroberfläche der ersten Heizzone A zu regeln. Erfindungsgemäß ist somit die Isttemperatur, die zur Regelung der Zonen-Heizeinrichtung 4' der radial äußeren Zone A verwendet wird, geringer, als die Isttemperatur, die zur Regelung der Zonen-Heizeinrichtungen 4' übrigen Zonen verwendet wird. Obwohl die Isttemperatur die Substrattemperatur ist, erfolgt die Regelung derart, dass die Suszeptortemperatur über die gesamte Oberfläche des Suszeptors 1 im Wesentlichen gleich ist. Dies hat dann zur Folge, dass der laterale Temperaturgradient der Oberflächentemperaturen der Substrate 2 einen ausreichend geringen Wert besitzt.
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, nämlich:
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Regelgröße der zweiten Zone B eine Temperatur T_sub2 der freien Oberfläche eines dortigen Substrates 2 ist und zusätzlich eine Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweiten Zone B gemessen wird und der Sollwert der der ersten Zone A zugeordneten Regeleinrichtung 5 zumindest einen Beitrag aus dem Wert der Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweite Zone B besitzt.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Suszeptor 1 um eine Drehachse 8 drehantreibbar ist und die Zonen A, B Umfangszonen um die Drehachse 8 sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur-Messeinrichtung 6, insbesondere ein Pyrometer, derart ausgebildet und angeordnet ist, dass damit sowohl die Temperatur T_sub2 der freien Oberfläche des Substrates 1 als auch die Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 gemessen werden kann.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur-Messeinrichtung 6 so angeordnet ist, dass damit die Temperaturen T_sub2, T_sus2 durch eine Mittelung von an verschiedenen Messpunkten der zweiten Zone B gemessenen Temperaturen gewonnen sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sollwert der der ersten Zone zugeordneten Regeleinrichtung der Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweiten Zone B entspricht.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sollwert der der zweiten Zone B zugeordneten Regeleinrichtung 5 eine durch eine Rezeptur vorgegebene Temperatur ist und der Sollwert der der ersten Zone A zugeordneten Regeleinrichtung eine durch einen Korrekturwert modifizierte durch die Rezeptur vorgegebene Temperatur ist, wobei der Korrekturwert eine Differenz der Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweiten Zone B von der dort gemessenen Temperatur T_sub2 der freien Oberfläche des Substrates 2 ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Zone A und die zweite Zone B unmittelbar benachbart sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Zone A eine Randzone des Suszeptors 1 ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizeinrichtung 4 eine IR-Heizung oder eine RF-Heizung ist.
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch auf Kreisbogenlinien um eine Drehachse 8 des Suszeptors 1 verlaufende Abtaststrecken 9, auf welcher mittels der mindestens einen Temperatur-Messeinrichtung 6 Temperaturen gemessen werden, wobei die der ersten Zone A zugeordnete Abtaststrecke 9 nicht über Substrate 2 beziehungsweise Lagerplätze für Substrate 2 verlaufen, die Abtaststrecke 9 der zweiten Zone B und gegebenenfalls einer dritten oder einer vierten Zone C, D sowohl über Substrate 2 beziehungsweise Lagerplätze für Substrate 2 als auch freie Oberflächenabschnitte der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 verlaufen.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Regelgröße der zweiten Zone B eine Temperatur T_sub2 der freien Oberfläche eines dortigen Substrates 2 ist und zusätzlich eine Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweiten Zone B gemessen wird und der Sollwert der der ersten Zone A zugeordneten Regeleinrichtung 5 von dem Wert der Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweiten Zone B zumindest mitbestimmt wird.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Suszeptor 1 um eine Drehachse 8 drehangetrieben wird und die Zonen A, B Umfangszonen um die Drehachse 8 sind.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur T_sub2 der freien Oberfläche des Substrates 1 und die Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 von derselben Temperatur-Messeinrichtung 6, insbesondere einem Pyrometer, gemessen werden.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperatur-Messeinrichtung 6 so angeordnet ist, dass damit die Temperaturen T_sub2, T_sus2 durch eine Mittelung von an verschiedenen Messpunkten der zweiten Zone B gemessenen Temperaturen gewonnen werden.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sollwert der der ersten Zone zugeordneten Regeleinrichtung der Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 in der zweiten Zone B entspricht.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sollwert der der zweiten Zone B zugeordneten Regeleinrichtung 5 eine von einer Rezeptur vorgegebene Temperatur ist und der Sollwert der der ersten Zone A zugeordneten Regeleinrichtung 5 eine durch einen Korrekturwert modifizierte durch die Rezeptur vorgegebene Temperatur ist, wobei der Korrekturwert eine Differenz der in der zweiten Zone B gemessenen Temperatur T_sus2 der freien Oberfläche der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 von der in der zweiten Zone B gemessenen Temperatur T_sub2 der freien Oberfläche eines dortigen Substrates 2 ist.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Zone A und die zweite Zone B unmittelbar benachbart sind, und/oder die erste Zone A eine Randzone des Suszeptors 1 ist, und/oder die Heizeinrichtung 4 eine IR-Heizung oder eine RF-Heizung ist.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Zone A einen Vollkreisabschnitt aufweist, der nicht mit Substraten 2 belegt ist und die zweite Zone B und gegebenenfalls eine dritte oder vierte Zone C, D einen Vollkreisabschnitt aufweist, der sowohl mit Substraten 2 belegt ist als auch freie Oberflächen der ersten Seite 1' des Suszeptors 1 aufweist.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) 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 mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste

1: Suszeptor
1': Oberseite
1'': Unterseite
2: Substrat
3: Prozesskammer
4: Heizeinrichtung
4': Zonen-Heizeinrichtung
5: Regeleinrichtung
6: Temperatur-Messeinrichtung
7: Gasaustrittsöffnung
8: Drehachse
9: Abtaststrecke, Abtastlinie
10: Gaseinlassorgan
A: Zone
B: Zone
C: Zone
D: Zone
T_sub: Temperatur
T_sus: Temperatur
T_sub2: Temperatur
T_sus2: Temperatur
T_sus3: Temperatur
T_sus4: Temperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013109155 [0003]
DE 102013114412 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Behandeln von ein oder mehreren Substraten (2), mit einer Prozesskammer (3) und einem Suszeptor (1), der eine zur Prozesskammer weisende erste Seite (1') zur Aufnahme der ein oder mehreren Substrate (2) und eine davon abgewandte zweite Seite (1'') aufweist, die von einer, mehrere Zonen-Heizeinrichtungen (4') aufweisenden Heizeinrichtung (4) beheizbar ist, wobei eine erste Zonen-Heizeinrichtung (4') eine erste Zone (A) des Suszeptors (1) beheizt und eine zweite Zonen-Heizeinrichtung (4') eine zweite Zone (B) des Suszeptors (1) beheizt, wobei jeder Zone (A, B) eine Regeleinrichtung (5) zugeordnet ist, deren Regelgröße eine mit mindestens einer Temperatur-Messeinrichtung (6) auf der ersten Seite (1') der jeweiligen Zone (A, B) gemessene Temperatur ist, die durch Steuern der in die zugeordnete Zonen-Heizeinrichtung (4') eingespeiste Heizleistung auf einen Sollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße der zweiten Zone (B) eine Temperatur (T_sub2) der freien Oberfläche des Substrates (2) ist und zusätzlich eine Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweiten Zone (B) gemessen wird und der Sollwert der der ersten Zone (A) zugeordneten Regeleinrichtung (5) zumindest einen Beitrag aus dem Wert der Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweite Zone (B) besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (1) um eine Drehachse (8) drehantreibbar ist und die Zonen (A, B) Umfangszonen um die Drehachse (8) sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Messeinrichtung (6), insbesondere ein Pyrometer, derart ausgebildet und angeordnet ist, dass damit sowohl die Temperatur (T_sub2) der freien Oberfläche des Substrates (1) als auch die Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) gemessen werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Messeinrichtung (6) so angeordnet ist, dass damit die Temperaturen (T_sub2, T_sus2) durch eine Mittelung von an verschiedenen Messpunkten der zweiten Zone (B) gemessenen Temperaturen gewonnen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der der ersten Zone (A) zugeordneten Regeleinrichtung der Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweiten Zone (B) entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der der zweiten Zone (B) zugeordneten Regeleinrichtung (5) eine durch eine Rezeptur vorgegebene Temperatur ist und der Sollwert der der ersten Zone (A) zugeordneten Regeleinrichtung eine durch einen Korrekturwert modifizierte durch die Rezeptur vorgegebene Temperatur ist, wobei der Korrekturwert eine Differenz der Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweiten Zone (B) von der dort gemessenen Temperatur (T_sub2) der freien Oberfläche des Substrates (2) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (A) und die zweite Zone (B) unmittelbar benachbart sind und/oder dass die erste Zone (A) eine Randzone des Suszeptors (1) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) eine IR-Heizung oder eine RF-Heizung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch auf Kreisbogenlinien um eine Drehachse (8) des Suszeptors (1) verlaufende Abtaststrecken (9), auf welcher mittels der mindestens einen Temperatur-Messeinrichtung (6) Temperaturen gemessen werden, wobei die der ersten Zone (A) zugeordnete Abtaststrecke (9) nicht über Substrate (2) beziehungsweise Lagerplätze für Substrate (2) verlaufen, die Abtaststrecke (9) der zweiten Zone (B) und gegebenenfalls einer dritten oder einer vierten Zone (C, D) sowohl über Substrate (2) beziehungsweise Lagerplätze für Substrate (2) als auch freie Oberflächenabschnitte der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) verlaufen.
Verfahren zum Behandeln von ein oder mehreren Substraten (2), in einer Prozesskammer (3), wobei eine zur Prozesskammer weisende erste Seite (1') eines Suszeptors (1) ein oder mehrere Substrate (2) trägt und eine davon abgewandte zweite Seite (1'') von einer mehrere Zonen-Heizeinrichtungen (4') aufweisenden Heizeinrichtung (4) beheizt wird, wobei eine erste Zonen-Heizeinrichtung (4') eine erste Zone (A) des Suszeptors (1) beheizt und eine zweite Zonen-Heizeinrichtung (4') eine zweite Zone (B) des Suszeptors (1) beheizt, wobei jeder Zone (A, B) eine Regeleinrichtung (5) zugeordnet ist, deren Regelgröße eine mit mindestens einer Temperatur-Messeinrichtung (6) auf der ersten Seite (1') der jeweiligen Zone (A, B) gemessene Temperatur ist, die durch Steuern der in die zugeordnete Zonen-Heizeinrichtung (4') eingespeiste Heizleistung auf einen Sollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße der zweiten Zone (B) eine Temperatur (T_sub2) der freien Oberfläche eines dortigen Substrates (2) ist und zusätzlich eine Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweiten Zone (B) gemessen wird und der Sollwert der der ersten Zone (A) zugeordneten Regeleinrichtung (5) von dem Wert der Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweiten Zone (B) zumindest mitbestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (1) um eine Drehachse (8) drehangetrieben wird und die Zonen (A, B) Umfangszonen um die Drehachse (8) sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T_sub2) der freien Oberfläche des Substrates (1) und die Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) von derselben Temperatur-Messeinrichtung (6), insbesondere einem Pyrometer, gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur-Messeinrichtung (6) so angeordnet ist, dass damit die Temperaturen (T_sub2, T_sus2) durch eine Mittelung von an verschiedenen Messpunkten der zweiten Zone (B) gemessenen Temperaturen gewonnen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der der ersten Zone zugeordneten Regeleinrichtung der Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) in der zweiten Zone (B) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der der zweiten Zone (B) zugeordneten Regeleinrichtung (5) eine von einer Rezeptur vorgegebene Temperatur ist und der Sollwert der der ersten Zone (A) zugeordneten Regeleinrichtung (5) eine durch einen Korrekturwert modifizierte durch die Rezeptur vorgegebene Temperatur ist, wobei der Korrekturwert eine Differenz der in der zweiten Zone (B) gemessenen Temperatur (T_sus2) der freien Oberfläche der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) von der in der zweiten Zone (B) gemessenen Temperatur (T_sub2) der freien Oberfläche eines dortigen Substrates (2) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (A) und die zweite Zone (B) unmittelbar benachbart sind, und/oder die erste Zone (A) eine Randzone des Suszeptors (1) ist, und/oder die Heizeinrichtung (4) eine IR-Heizung oder eine RF-Heizung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zone (A) einen Vollkreisabschnitt aufweist, der nicht mit Substraten (2) belegt ist und die zweite Zone (B) und gegebenenfalls eine dritte oder vierte Zone (C, D) einen Vollkreisabschnitt aufweist, der sowohl mit Substraten (2) belegt ist als auch freie Oberflächen der ersten Seite (1') des Suszeptors (1) aufweist.
Vorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.