DE102016101003A1

DE102016101003A1 - CVD-Vorrichtung mit einem als Baugruppe aus dem Reaktorgehäuse entnehmbaren Prozesskammergehäuse

Info

Publication number: DE102016101003A1
Application number: DE102016101003.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Brien; Francisco Ruda Y Witt; Marcel Kollberg; Walter Franken
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten auf einem Substrat (28), wobei in einer Gehäusekammer (1') eines gasdichten und evakuierbaren Reaktorgehäuses (1) eine von Begrenzungswänden (22, 23, 24, 25) begrenzte Prozesskammer (20) beinhaltend die eine oder mehreren Substrate (28) mit von einer Heizeinrichtung (11) erzeugter Wärme auf Prozesstemperatur bringbar ist, und mittels eines Gaseinlassorgans (4) zusammen mit einem Trägergas Prozessgase in die Prozesskammer (20) einspeisbar sind, wobei die Prozessgase oder Reaktionsprodukte letzterer auf der Oberfläche des Substrates (28) eine Schicht bildend reagieren und das Trägergas mittels einer Pumpe (15) durch ein Gasauslassorgan (4) aus der Prozesskammer (20) entfernbar ist. Die Begrenzungswände (22, 23, 24, 25) bilden ein Prozesskammergehäuse (21) aus, das getrennt vom Gaseinlassorgan (4), vom Gasauslassorgan (9) und von der Heizeinrichtung (11) zusammen mit den ein oder mehreren Substraten (28) als Baugruppe vor dem Abscheiden der Schicht in die Gehäusekammer (1') einsetzbar und nach dem Abscheiden der Schicht aus der Gehäusekammer (1') herausnehmbar ist.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten, bei dem

– eine von Prozesskammerwänden begrenzte Prozesskammer, die als Baugruppe ein Prozesskammergehäuse ausbildet, außerhalb eines Reaktorgehäuses mit den ein oder mehreren Substraten beladen wird,
– in eine Gehäusekammer des Reaktorgehäuses, in der sich zumindest ein Gaseinlassorgan, eine Heizeinrichtung und ein Gasauslassorgan befindet, eingesetzt wird,
– die Gehäusekammer durch Abpumpen eines durch das Gaseinlassorgan eingespeisten Trägergases durch das Gasauslassorgan hindurch auf einen Prozessdruck und durch Aufheizen der Prozesskammer mittels der Heizeinrichtung auf eine Prozesstemperatur gebracht wird,
– durch Einleiten von Prozessgasen durch das Gaseinlassorgan die Schicht abgeschieden wird und danach Prozesskammergehäuse zusammen mit den ein oder mehreren Substraten wieder aus der Gehäusekammer entfernt wird.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten in einer derartigen Vorrichtung.
Stand der Technik
Die DE 10 2005 056 323 A1 beschreibt ein Prozesskammermodul zum gleichzeitigen Abscheiden von Schichten auf mehreren Substraten. Mehrere Einzelprozesskammern werden von einer gemeinsamen Gasversorgungseinrichtung mit Prozessgasen versorgt und sind an eine gemeinsame Vakuumeinrichtung angeschlossen.
Die DE 10 2004 062 553 A1 beschreibt einen CVD-Reaktor, bei dem innerhalb eines rohrförmigen Reaktorgehäuses ein von vier Seiten umgebenes Prozesskammergehäuse angeordnet ist, welches einen Boden, zwei Seitenwände und eine Deckenplatte besitzt, wobei die Seitenwände über Nut-/Feder-Verbindungen mit der Bodenplatte und der Deckenplatte verbunden sind.
Die WO 2007/101207 A2 beschreibt eine zentrale Gasversorgungseinrichtung, an der eine Vielzahl von Prozesskammermodulen angeschlossen sind.
Vorrichtungen zum Abscheiden von Halbleiterschichten sind darüber hinaus bekannt aus den WO 2013/188202 A1 , JP 2013-201421 A , WO 2013/052145 A1 , EP 2 441 086 A2 , US 2009/0479834 , US 8,388,853 B2 , WO 2007/016701 A2 , US 7,601,223 B2 , EP 0 374 740 A2 , DE 26 39 553 A1 , DE 20 64 470 A1 , WO 2012/166748 A1 , WO 2007/101207 A2 , EP 1 815 041 A2 , US 6,143,079 A , DE 698 38 484 T2 , US 6,077,157 A , WO 96/30564 A1 , DE 195 81 483 B4 , DE 695 10 138 T2 , US 5,441,568 A , DE 19 56 055 A1 , JP 2013-149873 A , WO 2005/0542160 A2 , WO 02/23599 A9 , JP 338884 B2 , WO 2012/042035 A1 , WO 2011/121507 A1 , EP 2 553 143 A1 , US 2010/255658 A1 , EP 1 608 794 B1 , EP 1 472 719 A2 , DE 10130 240 A1 , DE 693 10 422 T2 , DE 692 29 870 T2 , FR 26 61 554 A1 , US 4,993,360 A , JP 3485285 B2 , WO 2013/182879 A2 , US 2015/099065 A1 und WO 2015/016492 A1 .
Bei der Fertigung von Leuchtdioden, Fotozellen oder anderweitiger Halbleiter-Bauelemente werden CVD-Reaktoren verwendet, die einen Suszeptor aufweisen, auf dem eine Vielzahl von Substraten oder ein Substrat mit einem großen Durchmesser aufliegt. Es gibt CVD-Reaktoren, die eine rotationssymmetrische Prozesskammer aufweisen, wobei in der Mitte der Prozesskammer ein Gaseinlassorgan angeordnet ist, durch welches zusammen mit einem Trägergas die für den Abscheideprozess der mindestens einen Schicht erforderlichen Prozessgase in die Prozesskammer eingeleitet werden. Die Prozessgase durchströmen die Prozesskammer in Radialrichtung von innen nach außen. Auf einem vom Boden der Prozesskammer gebildeten Suszeptor sind die Substrate um das Zentrum der Prozesskammer herum angeordnet. Die Substrate liegen wiederum auf Substrathaltern, die in eine Drehbewegung gebracht werden können. Der radial äußere Rand der Prozesskammer bildet ein Gasauslassorgan aus, durch welches gasförmige Reaktionsprodukte und das Trägergas die Prozesskammer wieder verlassen können. In einer alternativen Bauform ist die Deckenplatte der Prozesskammer als Showerhead ausgebildet. Die zur Prozesskammer weisende Unterseite des Showerheads bildet eine Vielzahl gleichmäßig über die gesamte Deckenfläche verteilt angeordnete Gasaustrittsöffnungen, durch die die Prozessgase in die Prozesskammer einströmen können. Bei einem derartigen „closed coupled showerhead” werden die voneinander verschiedenen Ausgangsstoffe durch verschiedene Gasaustrittsöffnungen in die Prozesskammer eingebracht. Auch hier bildet der kreisringförmige äußere Rand der Prozesskammer ein Gasauslassorgan, durch welches die Reaktionsrückstände und das Trägergas die Prozesskammer wieder verlassen können. Darüber hinaus werden CVD-Reaktoren verwendet, die eine linear in Horizontalrichtung durchströmbare Prozesskammer aufweisen. Innerhalb einer derartigen Prozesskammer befindet sich ein Suszeptor; dieser kann auch drehangetrieben sein. Auf dem Suszeptor befindet sich zumindest ein Substrat. Durch eine stromaufwärtige Öffnung einer von mehreren Wänden gebildeten Prozesskammer treten die Prozessgase in die Prozesskammer ein. Durch eine gegenüberliegende Öffnung verlassen die gasförmigen Reaktionsprodukte und das Trägergas die Prozesskammer.
Bei der industriellen Fertigung von Halbleiterbauelementen wird jeweils eine Prozesskammer mit zu behandelnden Substraten beladen. Dies erfolgt in der Regel durch das Einbringen eines Suszeptors, der mit der Vielzahl von Substraten bestückt ist. Hierzu besitzt das Reaktorgehäuse eine Be- und Entladeöffnung. Das Abscheiden ein oder mehrerer Schichten auf den Substraten erfolgt in der Regel in mehreren aufeinanderfolgenden Einzelschritten. Danach wird der Suszeptor mit den beschichteten Substraten wieder aus der Prozesskammer entnommen. Letztere muss in der Regel gereinigt werden, bevor ein mit unbeschichteten Substraten bestückter Suszeptor in dieselbe Prozesskammer eingesetzt werden kann, so dass ein erneuter Beschichtungsprozess durchgeführt werden kann. Um die Effizienz derartiger CVD-Reaktoren zu verbessern, wurde in der Vergangenheit die Fläche der Suszeptoren und damit die Anzahl der auf den Suszeptoren angeordneten Substrate beziehungsweise die Gesamtsubstratfläche vergrößert. Bei einem Planetenreaktor geht eine derartige Flächenskalierung mit einer quadratischen Erhöhung der Flussmenge einher. Die Bodenfläche einer Prozesskammer ist daher technologisch nicht beliebig heraufsetzbar, da bei großen Suszeptorflächen sehr große Pumpleistungen erforderlich sind und die Gasgeschwindigkeiten innerhalb der Prozesskammer Werte annehmen, bei denen der Abscheidungsprozess an die Funktionsgrenze stößt.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit denen sich der wirtschaftliche Betrieb einer CVD-Vorrichtung beziehungsweise das Abscheideverfahren verbessern lässt.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein Reaktorgehäuse, welches eine Gehäusekammer ausbildet, die durch die Wand des Reaktorgehäuses gasdicht gegenüber der Umgebung verschlossen ist. In dieser evakuierbaren Gehäusekammer befinden sich eine Heizeinrichtung und ein Gaseinlassorgan sowie ein Gasauslassorgan. Das Gaseinlassorgan, das Gasauslassorgan und die Heizeinrichtung sind im oder am Reaktorgehäuse angeordnet und mechanisch fest mit dem Reaktorgehäuse verbunden. Das Gaseinlassorgan besitzt Gasaustrittsöffnungen für ein oder mehrere Prozessgase, die jeweils von Gaszuleitungen gespeist werden. Die Gasaustrittsöffnungen sind über die Gaszuleitungen mit einer Gasversorgungseinrichtung verbunden. Bei der Heizeinrichtung kann es sich um eine IR-Heizung, beispielsweise um eine Lampenheizung, eine RF-Heizung oder um eine Widerstandsheizung handeln. Die Heizelemente der Heizeinrichtung können innerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet sein. Eine RF-Heizung oder eine Lampenheizung kann aber auch außerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet sein. Das Gasauslassorgan ist mittels einer Gasableitung mit einer Gasentsorgungseinrichtung, die eine Pumpe aufweist, mit der das Reaktorgehäuse evakuierbar ist, verbunden. Der Beschichtungsprozess findet auf Substraten statt, die in einer Prozesskammer angeordnet sind. Erfindungsgemäß bildet die Prozesskammer eine Baugruppe, die komplett in das Reaktorgehäuse einsetzbar und wieder aus dem Reaktorgehäuse herausnehmbar ist. Das Prozesskammergehäuse besitzt einen Prozesskammerboden, Prozesskammerseitenwände und eine Prozesskammerdecke. Die beiden Seitenwände verbinden den Prozesskammerboden mit der Prozesskammerdecke, so dass ein ringsumschlossenes, eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Öffnung aufweisendes Gehäuse ausgebildet ist. Das Gehäuse kann beispielsweise von einem Greifer eines Roboters in die Gehäusekammer des Reaktorgehäuses eingesetzt werden. Dabei kuppelt die stromaufwärtige Öffnung des Prozesskammergehäuses mit einer Andockeinrichtung, die fest im Reaktorgehäuse angeordnet ist. Es besteht bevorzugt eine berührende Verbindung zwischen Andockelement und dem Rand der stromaufwärtigen Öffnung des Prozesskammergehäuses. Das Andockelement und ein den Öffnungsrand des Prozessskammergehäuses ausbildenden Mundstück bilden zusammen eine Passung. Innerhalb des Prozesskammergehäuses befindet sich der Suszeptor, der beispielsweise von unten von der Heizeinrichtung aufgeheizt wird. Das aus dem Gaseinlassorgan heraustretende Prozessgas wird von einem Trägergas in bekannter Weise durch die Prozesskammer des Prozesskammergehäuses hindurch transportiert, wobei das Prozessgas an der Oberfläche des Substrates derart reagiert, dass auf dem Substrat eine Schicht abgeschieden wird. Die dabei entstehenden Reaktionsprodukte und das Prozessgas treten aus einer stromabwärtigen Öffnung aus dem Prozesskammergehäuse heraus. Diese stromabwärtige Öffnung kuppelt an das Gasauslassorgan an, so dass eine Strömungsverbindung zwischen der Prozesskammer und der Pumpe hergestellt ist. Auch hier bildet die stromabwärtige Öffnung ein Mundstück aus, das mit beispielsweise einem Rohrstutzen des Gasaustrittsorgans eine Passung ausbildet. Die beiden Passungen bilden gewissermaßen Kupplungsflächen. Beim Einsetzen des Prozesskammergehäuses in die Gehäusekammer des Reaktorgehäuses treten diese Kupplungsflächen des Prozesskammergehäuses in eine dichtende Anlage an entsprechende Gegenkupplungsflächen des Reaktorgehäuses. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Rand der stromaufwärtigen Öffnung und der Rand der stromabwärtigen Öffnung in berührende Anlage gegen eine Kupplungsgegenfläche beispielsweise des Gaseinlassorganes oder des Gasauslassorganes treten. Die Kupplungsflächen und Gegenkupplungsflächen bilden aneinanderliegende Dichtungsflächen aus, um den Austritt der Prozessgase aus der Prozesskammer in den die Prozesskammer umgebenden Bereich der Gehäusekammer zu hemmen. Es können Mittel vorgesehen sein, die eine Dichtungskraft erzeugen, mit der die in Flächenanlage aneinanderliegenden Dichtungsflächen kraftbeaufschlagt werden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass sämtliche Elemente der Vorrichtung, die in Strömungsrichtung zwischen Gaseinlassorgan und Gasauslassorgan angeordnet sind, fester Bestandteil des Prozesskammergehäuses sind. Die Wände und alle anderen Bestandteile des Prozesskammergehäuses bestehen bevorzugt aus Graphit, beispielsweise aus SiC beschichtetem Graphit. Die Prozesskammergehäuse besitzen eine geringere Bodenfläche, als bisherige Prozesskammern. Die Bodenfläche kann etwa im Bereich zwischen der Fläche eines DIN-A4-Blattes und eines DIN-A2-Blattes liegen. Bevorzugt liegt die Grundfläche in einer Größe zwischen der Fläche eines DIN-A2-Blattes und eines DIN-A3-Blattes. Es ist ferner vorgesehen, dass in einer Gehäusekammer eines CVD-Reaktors eine Vielzahl von Prozesskammergehäusen angeordnet ist. Jedes Prozesskammergehäuse kann individuell mittels eines Greifers oder dergleichen in die Gehäusekammer gebracht und aus der Gehäusekammer wieder entnommen werden. Jedem Prozesskammergehäuse sind bevorzugt individuell ein Gaseinlassorgan, eine Heizeinrichtung und ein Gasauslassorgan zugeordnet. Der Abscheideprozess wird bevorzugt in mehreren gleich gestalteten Prozesskammergehäusen, die in einer gemeinsamen Gehäusekammer angeordnet sind, gleichzeitig durchgeführt. Die Gehäusekammer kann eine Vielzahl von Aufnahmeplätzen jeweils für ein Prozesskammergehäuse aufweisen, wobei nur einige davon jeweils mit einer Prozesskammer besetzt sein können. Es ist aber auch vorgesehen, dass eine Beschichtungsvorrichtung eine Vielzahl von voneinander getrennten Gehäusekammern ausbildet, die jeweils mit zumindest einem Prozesskammergehäuse beladbar sind. Bevorzugt werden mehrere Prozesskammergehäuse bei einer gleichzeitig erfolgenden Beschichtung von einer gemeinsamen Gasversorgungseinrichtung mit Prozessgasen versorgt. Es ist auch vorgesehen, dass mehrere Prozesskammergehäuse an eine gemeinsame Vakuumeinrichtung, also insbesondere an eine gemeinsame Pumpe, angeschlossen sind. Es ist aber auch vorgesehen, dass jedes Prozesskammergehäuse, also jedes Gasauslassorgan, mit einer individuellen Pumpe verbunden ist. Bei den Prozesskammergehäusen handelt es sich bevorzugt um Module, die in Horizontalrichtung linear durchströmbar sind. Erfindungsgemäß wird die gesamte Prozesskammer als Austauschteil gehandhabt. Vor einem Beschichtungsprozess wird ein erfindungsgemäßes Prozesskammergehäuse mit zumindest einem Substrat bestückt und durch eine Be-/Entladeöffnung des Reaktorgehäuses in die Gehäusekammer eingebracht. Dabei werden die Ränder der gaseinlassseitigen Öffnung des Prozesskammergehäuses in eine dichtende Anlage zu einem Andockteil des Prozesskammergehäuses und Dichtflächen der gasauslassseitigen Öffnung des Prozesskammergehäuses in eine dichtende Anlage, beispielsweise an einen Flansch eines Gasaustrittsorgans, gebracht. In bekannter Weise erfolgt dann der Beschichtungsschritt, bei dem zumindest der das mindestens eine Substrat tragende Suszeptor auf die Prozesstemperatur aufgeheizt wird. Die Prozessgase werden in bekannter Weise durch das Gaseinlassorgan in die Prozesskammer eingespeist. Durch die Gasaustrittsöffnung tritt das Gas in das Gasauslassorgan und verlässt dadurch die Gehäusekammer. Eine gemeinsame Gasversorgungs- und Gasentsorgungseinrichtung kann eine Vielzahl von Prozesskammergehäusen mit Prozessgasen versorgen beziehungsweise entsorgen, wobei diese Prozesskammergehäuse in ein oder mehreren Reaktorgehäusen angeordnet sind. Auch zur Reinigung des Gaseinlassorgans kann ein gesondertes Prozesskammermodul verwendet werden, das anstelle eines für das Abscheiden der Schichten verwendbare Prozesskammermodul verwendet wird. Die einzelnen Prozesskammern können sowohl abhängig als auch unabhängig voneinander betrieben werden. Die Skalierung einer bestehenden CVD-Beschichtungsvorrichtung erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Konzept dadurch, dass die Anzahl der einzelnen verwendbaren und austauschbaren Prozesskammergehäuse erhöht wird. In den Reaktorgehäusen, deren Aufgabe die gasdichte Abschirmung der Gehäusekammer gegenüber der Umwelt ist, können mehrere Gaseinlassorgan und jeweils zugeordnete Heizeinrichtungen und Gasauslassorgane angeordnet sein. Ein Reaktorgehäuse kann erfindungsgemäß eine Vielzahl von Aufnahmeplätzen aufweisen. Jeder dieser mehreren Aufnahmeplätze jeweils für ein Prozesskammergehäuse kann individuell mit einem Prozesskammergehäuse bestückt werden. Eine derartige Vorrichtung kann variabel betrieben werden. Es braucht nur ein Aufnahmeplatz mit einem Prozesskammergehäuse bestückt zu sein. Die Gaseinlassorgane und Gasauslassorgane beziehungsweise Heizeinrichtungen der übrigen Aufnahmeplätze sind dann inaktiviert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch mit einer Maximalauslastung betrieben werden, bei der sämtliche Aufnahmeplätze jeweils mit einem Prozesskammermodul bestückt ist. Je nach zu erwartenden Flüssen oder Totaldrücken kann bei einer derartigen Beschichtungsanlage entweder eine große zentrale Pumpe oder eine Mehrzahl kleiner Pumpen vorgesehen sein. Mehrere CVD-Reaktoreinheiten, von denen jede mit zumindest einem Prozesskammergehäuse bestückbar ist, können zu einem Cluster zusammengefasst sein. Die CVD-Reaktoreinheiten können gemäß einem Wabenkonzept arrangiert sein, beispielsweise um einen zentralen Beladeroboter herum angeordnet sein. Die CVD-Reaktoreinheiten können aber auch in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein. Bei diesem Konzept ist es auch vorgesehen, dass den mehreren CVD-Reaktoreinheiten eine Reinigungseinrichtung räumlich zugeordnet ist, in der jeweils ein Prozesskammergehäuse gereinigt werden kann. Das Prozesskammergehäuse ist ein separat handhabbarer Hohlkörper, der bevorzugt von mehreren Graphitplatten ausgebildet sein kann. Das Prozesskammergehäuse kann eine Quaderform aufweisen. Die Graphitplatten können eine Materialstärke von beispielsweise 10 bis 15 mm besitzen. Die Prozesskammerhöhe kann im Bereich zwischen 10 und 40 mm liegen. Bevorzugt beträgt die Prozesskammerhöhe etwa 25 mm, so dass der gesamte, das Prozesskammergehäuse ausbildende Hohlkörper eine Höhe zwischen 40 und 50 mm besitzt. Ein derartiges Prozesskammermodul kann aus formschlüssig miteinander verbundenen Einzelteilen bestehen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Wände mit der Deckenplatte oder Bodenplatte über eine Nut-/Feder-Verbindung verbunden sind. Das Prozesskammermodul kann eine Rückwand besitzen, die der stromaufwärtigen Gaseinlassöffnung gegenüberliegt. Die stromaufwärtige Gaseinlassöffnung kann ein Mundstück ausbilden, welches mit geeigneten Dichtmitteln an ein Andockelement ankuppelbar ist. Die Bodenfläche, die den Suszeptor tragen kann oder den Suszeptor selbst ausbildet, kann eine Gasaustrittsöffnung besitzen, die im in den CVD-Reaktor eingesetzten Zustand an das Gasauslassorgan ankuppelt. Beispielsweise kann das Gasauslassorgan einen Flanschkragen aufweisen, der in eine Vertiefung der Bodenwand des Prozesskammergehäuses eintritt. Zwischen Heizeinrichtung und Bodenplatte des Prozesskammergehäuses kann sich eine Stützplatte befinden. Die Stützplatte kann aus Quarz bestehen. Über diese Stützplatte kann das Prozesskammergehäuse in die Gehäusekammer des CVD-Reaktors eingeschoben werden. Hierzu kann ein Greifer verwendet werden. Der Greifer kann eine Gabel aufweisen, wobei zumindest ein Gabelzinken, bevorzugt zwei Gabelzinken, jeweils einen Vorsprung aufweist, der formschlüssig in eine Vertiefung des Prozesskammergehäuses eingreifen kann. Hierdurch entsteht eine Verhakung, die das Prozesskammergehäuse an den Greifer kuppelt. Die einzelnen Bestandteile eines Prozesskammergehäuses sind derart miteinander verbunden, dass beim Beschichtungsprozess wenig, bevorzugt kein Prozessgas in das die Prozesskammer umgebende Volumen der Gehäusekammer austreten kann. Entsprechend sind die beiden Öffnungen auch dicht mit dem Gaseinlassorgan beziehungsweise dem Gasauslassorgan verbunden. Es kann sich hierbei um eine Stufendichtung oder dergleichen handeln. Es können ferner Kraftbeaufschlagungselemente vorgesehen sein, die die gegeneinander tretenden Dichtflächen in Richtung der Flächennormalen kraftbeaufschlagen. Es kann eine zusätzliche Spülgasleitung vorgesehen sein, durch welche ein Spülgas in eine Wandung, insbesondere die Bodenwandung des Prozesskammergehäuses eingespeist wird. Mit diesem Spülgas kann ein in einer Tasche liegender Substrathalter in eine Drehbewegung versetzt werden, wobei der Substrathalter auf einem Gaspolster aufliegt. Dieser Substrathalter bildet dann einen beim Beschichtungsprozess drehangetriebenen Suszeptor. Es ist ferner vorgesehen, dass insbesondere die Prozesskammergehäusedecke Öffnungen aufweist oder mit einem Fenster versehen ist, so dass mit einem außerhalb des Prozesskammergehäuses angeordneten Pyrometer die Temperatur des Suszeptors gemessen werden kann. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Reaktorgehäuse ein Kühlaggregat aufweist, mit welchem die Prozesskammerdecke, die dem beheizten Suszeptor gegenüberliegt, gekühlt werden kann. Beim Wechseln des Prozesskammergehäuses verbleiben das Kühlaggregat, die Heizeinrichtung und eventuell vorhandene Temperaturmessvorrichtungen innerhalb des CVD-Reaktorgehäuses.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Vertikalschnitts durch ein Reaktorgehäuse 1,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß 1,
3 den Schnitt gemäß der Linie III-III in 1,
4 eine Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch zur Verdeutlichung der Entnahme des Prozesskammergehäuses 21 aus der Reaktorgehäusekammer 1' des Reaktorgehäuses 1,
5 perspektivisch ein Prozesskammergehäuse 21,
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem in einer Gehäusekammer 1' eines Reaktorgehäuses 1 insgesamt drei Prozesskammergehäuse 21 angeordnet sind,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Prozesskammergehäuse 21 in zwei Reihen nebeneinander angeordnet sind,
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Prozesskammergehäuse 21 rings um einen einen Arm 17 aufweisenden Roboter angeordnet sind,
9 eine Darstellung gemäß 5 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
10 den Schnitt gemäß der Linie X-X in 9, wobei ein Greifarm 17 eines Greifers mit einem Vorsprung 17' in einer Halteaussparung 18 des Prozesskammergehäuses 21 eingreift,
11 vergrößert, den Vorsprung 17' eines weiteren Ausführungsbeispiels, der in eine Halteaussparung 18 eingreift,
12 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Querschnittsfläche der Prozesskammer kleiner ist, als die Querschnittsfläche eines Mundstücks 30, welches an ein Gaseinlassorgan ankuppelbar ist,
13 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Mundstück 30 eine Feder 38' ausbildet, die ein keilförmiges Querschnittsprofil aufweist, die in eine Nut 38 eines Andockelementes 19 eingreifen kann, die ein entsprechendes Gegenprofil aufweist,
14 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Mundstück 30 eine Federzunge 37' ausbildet, die sich an eine Federzunge 37 eines Andockelementes 19 dichtend anlegen kann,
15 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem eine Dichtkraft aufgebracht wird, die eine Dichtfläche des Mundstücks 30 gegen eine Dichtfläche des Andockelementes 19 beaufschlagt,
16 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Flansch 9' des Gasauslassorgans 9 in einer Vertiefung 32 des Bodens 23 einliegt,
17 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß 1 und
18 den Schnitt gemäß der Linie XVIII-XVIII in 17.
Beschreibung der Ausführungsformen
In den Figuren werden im Wesentlichen grob schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele von CVD-Vorrichtungen dargestellt, bei denen innerhalb einer Gehäusekammer 1' eines Reaktorgehäuses 1 ein oder mehrere Prozesskammermodule jeweils in Form eines Prozesskammergehäuses 21 angeordnet sind, die als Ganzes in die Gehäusekammer 1' eingesetzt und wieder aus der Gehäusekammer 1' entnommen werden können. Darüber hinaus zeigen die Figuren verschiedenartige Details, die die Gesamtvorrichtungen aufweisen können.
Eine erfindungsgemäße CVD-Vorrichtung besitzt ein Reaktorgehäuse 1, welches eine Gehäusekammer 1' umgibt und gasdicht nach außen abdichtet. In das Reaktorgehäuse 1 mündet zumindest eine erste Zuleitung 7 und eine zweite Zuleitung 8. Durch die beiden Zuleitungen 7, 8 können voneinander verschiedene Prozessgase mittels eines Trägergases in das Innere des Reaktorgehäuses 1 eingebracht werden. Beispielsweise können mit Wasserstoff als Trägergas TMGa, TMA1 oder dergleichen als metallorganische Komponente und durch eine davon getrennte Zuleitung ein Hydrid, beispielsweise AsH₃ oder NH₃ in das Innere des Reaktorgehäuses 1 eingespeist werden. Es ist eine Gasversorgungseinrichtung 14 vorgesehen, die die jeweiligen Gasmischungen bereitstellt.
Eine optionale Gaszuleitung 13 dient der Einspeisung eines Spülgases, um einen Suszeptor 27 drehanzutreiben.
Innerhalb des Reaktorgehäuses 1 befindet sich ein Gaseinlassorgan 4, welches zwei Gaseintrittsöffnungen 5, 6 ausbildet, die jeweils von einer der Zuleitungen 7, 8 gespeist werden. Im unteren Bereich des Reaktorgehäuses 1 befindet sich eine Heizeinrichtung 11. Im rückwärtigen Bereich, der dem Bereich des Gaseinlassorganes 4 gegenüberliegt, befindet sich ein Gasauslassorgan 9, welches mit einer Gasableitung 10 verbunden ist, durch die mittels eines Vakuumsystems 15 Gas aus dem Inneren des Reaktorgehäuses 1 absaugbar ist.
Das Reaktorgehäuse 1 besitzt eine Be-/Entladeöffnung 2, die von einer Gehäuserückwand 3 verschlossen ist. Die Gehäuserückwand 3 kann vom Reaktorgehäuse 1 entfernt werden, so dass die Be-/Entladeöffnung 2 offen ist. Durch diese Öffnung kann ein Prozesskammergehäuse 21 beispielsweise mittels eines Greifarms 17 in die Gehäusekammer 1' des Reaktorgehäuses 1 eingesetzt werden.
Bei dem Prozesskammergehäuse 21 handelt es sich um ein aus Graphitelementen bestehendes Gehäuse, welches im Wesentlichen zwei Öffnungen aufweist. Eine erste, stromaufwärtige Öffnung wird von einem Mundstück 30 gebildet. Dieses Mundstück 30 dient der Einspeisung der Prozessgase. Es wird in eine Wirkverbindung zum Gaseinlassorgan 4 gebracht. Dabei tritt der Rand des Mundstücks 30 in eine dichtende Anlage, beispielsweise an ein Andockelement 19 des Reaktorgehäuses 1.
Auf der dem Mundstück 30 gegenüberliegenden Seite besitzt der das Prozesskammergehäuse 21 ausbildende Hohlkörper eine Gasaustrittsöffnung 29, die im eingesetzten Zustand mit dem Gasauslassorgan 9 fluchtet, so dass eine Gasaustrittsverbindung zum Vakuumsystem 15 hergestellt ist. Der Rand einer Bodenplatte 23 des Prozesskammergehäuses 21 kann einen Kanal 26 aufweisen, in den die Zuleitung 13 mündet. Das durch die Zuleitung 13 hindurchfließende Spülgas gelangt somit in den Bereich unterhalb des auf dem Boden 23 angeordneten Suszeptors 27, um ein Gaspolster zu erzeugen, das den Suszeptor 27 in eine Drehung versetzt.
Bei der Heizeinrichtung 11 kann es sich um eine Lampenheizung, eine IR-Heizung oder um eine RF-Heizung handeln.
Den 1 und 3 ist zu entnehmen, dass das Prozesskammergehäuse 21 eine der vom Mundstück 30 umgebenden Öffnung gegenüberliegende Rückwand 24, zwei parallel zueinander verlaufende Seitenwände 25 und eine Deckenplatte 22 sowie einen Boden 23 aufweist, wobei die Seitenwände 25 mit ihren Rändern im Wesentlichen gasdicht mit den Rändern der Decke 22 beziehungsweise dem Boden 23 verbunden sind. Auch die Ränder der Rückwand 24 sind mit den ihnen zugeordneten Rändern der Seitenwände 25 und Decke 22 sowie Boden 23 im Wesentlichen gasdicht verbunden. Dies erfolgt bevorzugt durch eine Formschlussverbindung.
Das in der 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist darüber hinaus eine Kühleinrichtung 12 auf, mit der die Deckenplatte 22 gekühlt werden kann. Ebenso wie das Gaseinlassorgan 4, die Heizeinrichtung 11 und das Gasauslassorgan 9 ist die Kühleinrichtung 12 fester Bestandteil des Reaktorgehäuses 1 und verbleibt bei der Entnahme des Prozesskammergehäuses 21 innerhalb des Reaktorgehäuses 1.
Die 4 verdeutlicht das erfindungsgemäße Konzept, bei dem jedes Prozesskammergehäuse 21 ein als Ganzes in die Gehäusekammer 1' einsetzbares und als Ganzes aus der Gehäusekammer 1' wieder herausnehmbares Modul ausgebildet ist. Die Bestückung des Suszeptors 27 mit zumindest einem, Substrat 28 erfolgt außerhalb der Gehäusekammer 1'. Auch die Entnahme des beschichteten Substrates 28 aus dem Prozesskammergehäuse 21 erfolgt außerhalb des Reaktorgehäuses 1.
Die 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Prozesskammergehäuses 21. Die Wände 25 sind fest mit dem Boden 23 und der Decke 22 verbunden, so dass sich ein transportstabiler Hohlkörper ausbildet.
Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem in einer gemeinsamen Reaktorgehäusekammer 1' eines Reaktorgehäuses 1 insgesamt drei Prozesskammergehäuse 21 angeordnet sind. Jedem Prozesskammergehäuse 21 ist ein Gaseinlassorgan 4 zugeordnet. Jedem Prozesskammergehäuse 21 ist darüber hinaus jeweils ein Gasauslassorgan 9, das an eine Gasableitung 10 angeschlossen ist, zugeordnet. In den mehreren Prozesskammergehäusen 21 kann derselbe Beschichtungsprozess durchgeführt werden. Durch die Zuleitungen 7, 8 werden von einer Gasversorgungseinrichtung 14 die entsprechenden Prozessgase in die jeweiligen Prozesskammern 20 eingespeist. Es handelt sich hierbei um in mehreren Prozesskammern verschiedener Prozesskammergehäuse 21 durchgeführte Parallelprozesse zum Beschichten einer Vielzahl von Substraten 28 in einem gemeinschaftlichen Reaktorgehäuse 1. Durch die Zuleitungen 7, 8 der voneinander verschiedenen Prozesskammergehäuse 21 können aber auch unterschiedliche Gasmischungen eingespeist werden.
Bei dem in der 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs Prozesskammermodule 21 in zwei Reihen angeordnet. Sie werden von derselben Gasversorgungseinrichtung 14 über Zuleitungen 7, 8 mit Prozessgasen versorgt. Sie sind allerdings an zwei verschiedene Vakuumsysteme 15 angeschlossen. Die Prozesskammergehäuse 21 können in einem gemeinsamen Reaktorgehäuse angeordnet sein, das in der 7 aber nicht dargestellt ist. Es ist aber auch möglich, dass zwei Reaktorgehäuse vorgesehen sind, die jeweils drei der insgesamt sechs Prozesskammergehäuse 21 aufnehmen.
Die 8 zeigt eine Clusteranordnung, bei der rings um ein Zentrum, in dem sich ein Be- und Entladeroboter befindet, mehrere Reaktorgehäuse 1 angeordnet sind. In jedem der mehreren Reaktorgehäuse 1 befindet sich zumindest ein Prozesskammergehäuse 21, das mittels des Greifers 17 in das Reaktorgehäuse 1 hinein- und aus dem Reaktorgehäuse 1 wieder herausgenommen werden kann.
Die Bezugsziffer 16 zeigt eine Reinigungsstation, in der Prozesskammergehäuse 21 gereinigt werden können.
Das in der 9 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Variante eines Prozesskammergehäuses 21, bei dem Halteaussparungen 18 vorgesehen sind. Der zugehörige Greifarm 17 besitzt Vorsprünge 17', die in die Halteaussparungen 18 eintreten können. Die Halteaussparungen 18 bilden bei diesem Ausführungsbeispiel Schrägflanken, an denen Schrägflanken eines Vorsprungs 17' anliegen können. Zwischen Greifarm 17 und Prozesskammergehäuse 21 wird eine formschlüssige Rastverbindung erzeugt.
Bei dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel greift ein Vertikalflanken aufweisender Vorsprung 17' eines Greifers 17 in eine Vertikalflanken aufweisende Halteaussparung 18 des Bodens 23 eines Prozesskammergehäuses 21 ein.
Die 12 zeigt eine Variante eines Prozesskammergehäuses 21 in der Draufsicht. Das Prozesskammergehäuse 21 bildet eine querschnittsverminderte Prozesskammer aus, die zum Abscheiden von Schichten auf kleinflächigen Substraten genutzt werden kann. Die Mündungsöffnung des Mundstücks 13 ist aber größer, als die Querschnittsfläche der Prozesskammer 20 im Bereich des Suszeptors 27.
Die 13 zeigt ein erstes Beispiel einer Dichtung zwischen dem Mundstück 30 und einem Andockelement 19, welches benachbart dem Gaseinlassorgan 4 zugeordnet ist. Das Andockelement 19 kann das Gaseinlassorgan 4 umgeben. Eine Stirnrandfläche des Andockelementes 19 besitzt eine umlaufende Nut 38. Die Nut 38 besitzt einen V-förmigen Querschnitt. Sie kann aber auch einen gerundeten Querschnitt oder einen anders ausgebildeten Querschnitt aufweisen. Die zugehörige Gegenstirnrandfläche des Mundstücks 30 besitzt eine zur Nut 38 formangepasste Feder 38', welche formschlüssig in die Nut 38 derart eintreten kann, dass ein Gasaustausch aus dem Inneren der Prozesskammer 20 mit dem Umgehungsbereich der Gehäusekammer 1' weitestgehend unterbunden ist.
Die 14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dichtung zwischen Mundstück 30 des Prozesskammergehäuses 21 und dem Andockelement 19, welches ortsfest innerhalb des Reaktorgehäuses 1 angeordnet ist. Hier treten zwei Dichtzungen 37', 37 in Flächenanlage aneinander.
Die 15 zeigt eine Klinke 31, die um eine Drehachse 31' am Andockelement 19 befestigt ist und die eine Rastflanke 31'' aufweist, die eine Gegenrastflanke einer Aussparung des Mundstücks 30 beaufschlagt. Mit der Bezugsziffer K ist eine Kraft, beispielsweise eine Federkraft, bezeichnet, die auf die Klinke 31 wirken kann, so dass über die gegeneinander tretenden Schrägflanken 31'' eine Dichtkraft auf die gegeneinander tretenden Dichtflächen von Mundstück 30 und Andockelement 19 aufgebracht werden kann.
Die 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Flanschabschnitt 9' des Gasauslassorgans 9 in einer Vertiefung 32 der Außenseite des Bodens 23 einliegt. Beim Einsetzen des Prozesskammergehäuses 21 kann der Flansch 9' gewissermaßen in die Vertiefung 32 einrasten, so dass eine Fixierung des Prozesskammergehäuses 21 innerhalb des Reaktorgehäuses 1 gewährleistet ist.
Die 17 zeigt ähnlich wie die 1 und 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Rand des Mundstücks 30 an einer Dichtung 34 anliegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Suszeptor 27 derart in einer Tasche des Bodens 23 ein, dass die Oberseite des Suszeptors 27 mit der Oberseite des Bodens 23 bündig verläuft.
Die 17 zeigt darüber hinaus eine Zwischenplatte 35, die oberhalb der Heizeinrichtung 11 angeordnet ist. Mit dieser Zwischenplatte 35 kann das Volumen, in dem sich die Heizeinrichtung 11 befindet, gegenüber dem Umgebungsvolumen abgedichtet sein. Bei der Zwischenplatte kann es sich um eine Quarzplatte handeln. Die Zwischenplatte 35 bildet darüber hinaus die Möglichkeit, das Prozesskammergehäuse 21 beim Einsetzen beziehungsweise beim Entnehmen zu führen. Der Boden 23 kann dabei auf der Oberseite der Zwischenplatte 35 entlanggleiten.
Die 17 und 18 verdeutlichen darüber hinaus die formschlüssige Verbindung der Seitenwände 25 mit der Deckenplatte 22 beziehungsweise dem Boden 23 über Nut-/Federverbindungen.
In der 17 ist mit der Bezugsziffer 36 ein Krafterzeugungsglied angedeutet. Es kann sich dabei um ein Federelement oder dergleichen handeln, mit dem eine Kraft K in Richtung des Pfeiles ausgeübt werden kann. Es handelt sich dabei um eine Dichtkraft, mit der das Mundstück 30 in Richtung auf das Gaseinlassorgan 4 beaufschlagt werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich folgendes Verfahren durchführen:
In einem ersten Verfahrensschritt wird außerhalb eines Reaktorgehäuses 1 ein Prozesskammergehäuse 21 mit ein oder mehreren Substraten bestückt. Danach wird das so vorbereitete Prozesskammergehäuse 21 durch die geöffnete Be-/Entladeöffnung 2 in die Gehäusekammer 1' des Reaktorgehäuses 1 eingebracht. Es erfolgt dann der eigentliche Beschichtungsschritt, der aus eine Vielzahl von Einzelschritten besteht, beispielsweise wird zunächst das Volumen der Prozesskammer 20 und das Umgebungsvolumen mit einem Inertgas gespült. Es ist auch eine Evakuierung vorgesehen. Danach wird mittels der Heizung 11 der Suszeptor 27 auf Prozesstemperatur gebracht. Durch Einspeisen der Prozessgase durch die Zuleitungen 7, 8 erfolgt das Abscheiden der Schicht auf der Oberfläche des Substrates. Es können mehrere Schichten oder Schichtensysteme aufeinander abgeschieden werden. Danach wird das Prozesskammergehäuse 21 auf eine Temperatur abgekühlt, bei der es handhabbar ist. Nach Öffnen der Be- und Entladeöffnung 2 wird das Prozesskammergehäuse 21 aus dem CVD-Reaktorgehäuse 1 herausgenommen. Die Substrate werden entnommen. Das Prozesskammergehäuse 21 kann direkt wieder verwendet werden. Es ist aber auch möglich, das Prozesskammergehäuse 21 zu reinigen. Die Reinigung des Prozesskammergehäuses 21 erfolgt außerhalb des Reaktorgehäuses 1, insbesondere in einem hierzu vorgesehenen Reinigungsgehäuse.
Beim Öffnen des Reaktorgehäuses 1 zur Entnahme des darin befindlichen Prozesskammergehäuses 21 wird ein bereits vorbereitetes anderes Prozesskammergehäuse 21 für einen weiteren Beschichtungsschritt in das Reaktorgehäuse 1 eingebracht.
Mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es möglich, nacheinander oder gleichzeitig mehrere Prozesskammergehäuse 21 in ein Reaktorgehäuse 1 einzubringen, und in den voneinander verschiedenen Prozesskammergehäusen 21 gleichzeitig denselben Abscheideprozess durchzuführen. Anschließend werden die Prozesskammergehäuse 21 in der zuvor beschriebenen Weise gleichzeitig oder nacheinander aus dem Reaktorgehäuse 1 entnommen.
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:
Ein Verfahren, das gekennzeichnet ist durch das Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten 28, bei dem

– eine von Prozesskammerwänden 22, 23, 24, 25 begrenzte Prozesskammer 20, die als Baugruppe ein Prozesskammergehäuse 21 ausbildet, außerhalb eines Reaktorgehäuses 1 mit den ein oder mehreren Substraten 28 beladen wird,
– in eine Gehäusekammer 1' des Reaktorgehäuses, in der sich zumindest ein Gaseinlassorgan 4, eine Heizeinrichtung 11 und ein Gasauslassorgan 9 befindet, eingesetzt wird,
– die Gehäusekammer 1' durch Abpumpen eines durch das Gaseinlassorgan 4 eingespeisten Trägergases durch das Gasauslassorgan 9 hindurch auf einen Prozessdruck und durch Aufheizen der Prozesskammer 20 mittels der Heizeinrichtung 11 auf eine Prozesstemperatur gebracht wird,
– durch Einleiten von Prozessgasen durch das Gaseinlassorgan 4 die Schicht abgeschieden wird und danach Prozesskammergehäuse 21 zusammen mit den ein oder mehreren Substraten 28 wieder aus der Gehäusekammer 1' entfernt wird.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Begrenzungswände 22, 23, 24, 25 ein Prozesskammergehäuse 21 ausbilden, das getrennt vom Gaseinlassorgan 4, vom Gasauslassorgan 9 und von der Heizeinrichtung 11 zusammen mit den ein oder mehreren Substraten 28 als Baugruppe vor dem Abscheiden der Schicht in die Gehäusekammer 1' einsetzbar und nach Abscheiden der Schicht aus der Gehäusekammer 1' herausnehmbar ist.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass mehrere gleich gestaltete Prozesskammergehäuse 21 einander benachbart in derselben Gehäusekammer 1' oder in voneinander getrennten Gehäusekammern 1' angeordnet sind.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass mehrere, insbesondere gleich gestaltete Gehäusekammern 1' jeweils ein oder mehrere Prozesskammergehäuse 21 aufnehmen, wobei die Prozesskammergehäuse 21 mit Prozessgas versorgenden Gaseinlassorgane 4 von einer gemeinsamen Gasversorgungseinrichtung 14 versorgt werden.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass mehrere Prozesskammergehäuse 21, die in ein oder mehreren Gehäusekammern 1' angeordnet sind, an eine gemeinsame Pumpe 15 angeschlossen sind.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die gekennzeichnet sind durch einen Handhabungsautomaten, aufweisend einen insbesondere als Gabel ausgebildeten Greifer 17, wobei das Reaktorgehäuse 1 zumindest eine Belade- und Entladeöffnung 2 aufweist, durch die der Handhabungsautomat mittels des Greifers 17 das Prozesskammergehäuse 21 aus der Gehäusekammer 1' einsetzen und wieder entnehmen kann.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Reaktorgehäuse 1' für jedes Prozesskammergehäuse 21 eine zugeordnete Be- und Entladeöffnung 2 aufweist.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der Greifer 17 einen nach oben abragenden Vorsprung 17' aufweist, der eine Schulter 18 des Prozesskammergehäuses 21 untergreifen kann.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Prozesskammergehäuse 21 ein eine erste stromaufwärtige Öffnung begrenzendes Mundstück 30 aufweist zum mechanischen Ankuppeln an ein fest im Reaktorgehäuse 1 angeordnetes Andockelement 19.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Prozesskammergehäuse 21 mit seinem Boden einen Suszeptor 27 ausbildet, zur Aufnahme der ein oder mehreren Substrate, welcher Suszeptor 27 von unten mit der fest dem Reaktorgehäuse 1 zugeordneten Heizeinrichtung 11 beheizbar ist.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Prozesskammergehäuse 21 eine zweite stromabwärtige Öffnung aufweist, die an das fest mit dem Reaktorgehäuse 1 verbundene Gasauslassorgan 9 mechanisch ankuppelbar ist.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Prozesskammergehäuse 21 eine im Wesentlichen quaderförmige Prozesskammer 20 begrenzt, die in Horizontalrichtung durchströmbar ist.
Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die gekennzeichnet sind durch eine Reinigungsvorrichtung 16 zum Reinigen des Prozesskammergehäuses 21 außerhalb des Reaktorgehäuses 1.
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: Reaktorgehäuse
1': Gehäusekammer
2: Be-/Entladeöffnung
3: Rückwand
4: Gaseinlassorgan
5: Gaseintrittsöffnung
6: Gaseintrittsöffnung
7: Zuleitung
8: Zuleitung
9: Gasauslassorgan
9': Flansch, -abschnitt
10: Gasableitung
11: Heizeinrichtung
12: Kühleinrichtung
13: Gaszuleitung
14: Gasversorgungseinrichtung
15: Vakuumsystem, Pumpe
16: Beladeeinrichtung/Reinigungsstation
17: Greifarm
17': Vorsprung
18: Halteaussparung, Schulter
19: Andockelement
20: Prozesskammer
21: Prozesskammergehäuse, -modul
22: Decke
23: Boden
24: Rückwand
25: Seitenwand
26: Kanal
27: Suszeptor
28: Substrat
29: Gasaustrittsöffnung
30: Mundstück
31: Rasteinrichtung, Klinke
31': Drehachse
31'': Rastflanke, Schrägflanke
32: Vertiefung
33: Nut-/Feder-Verbindung
34: Dichtung
35: Zwischenplatte
36: Krafterzeugungsglied
37: Dichtzunge
37': Dichtzunge
38: Nut
38': Feder
K: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005056323 A1 [0003]
DE 102004062553 A1 [0004]
WO 2007/101207 A2 [0005, 0006]
WO 2013/188202 A1 [0006]
JP 2013-201421 A [0006]
WO 2013/052145 A1 [0006]
EP 2441086 A2 [0006]
US 2009/0479834 [0006]
US 8388853 B2 [0006]
WO 2007/016701 A2 [0006]
US 7601223 B2 [0006]
EP 0374740 A2 [0006]
DE 2639553 A1 [0006]
DE 2064470 A1 [0006]
WO 2012/166748 A1 [0006]
EP 1815041 A2 [0006]
US 6143079 A [0006]
DE 69838484 T2 [0006]
US 6077157 A [0006]
WO 96/30564 A1 [0006]
DE 19581483 B4 [0006]
DE 69510138 T2 [0006]
US 5441568 A [0006]
DE 1956055 A1 [0006]
JP 2013-149873 A [0006]
WO 2005/0542160 A2 [0006]
WO 02/23599 A9 [0006]
JP 338884 B2 [0006]
WO 2012/042035 A1 [0006]
WO 2011/121507 A1 [0006]
EP 2553143 A1 [0006]
US 2010/255658 A1 [0006]
EP 1608794 B1 [0006]
EP 1472719 A2 [0006]
DE 10130240 A1 [0006]
DE 69310422 T2 [0006]
DE 69229870 T2 [0006]
FR 2661554 A1 [0006]
US 4993360 A [0006]
JP 3485285 B2 [0006]
WO 2013/182879 A2 [0006]
US 2015/099065 A1 [0006]
WO 2015/016492 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Abscheiden einer Schicht auf ein oder mehreren Substraten (28), bei dem – eine von Prozesskammerwänden (22, 23, 24, 25) begrenzte Prozesskammer (20), die als Baugruppe ein Prozesskammergehäuse (21) ausbildet, außerhalb eines Reaktorgehäuses (1) mit den ein oder mehreren Substraten (28) beladen wird, – in eine Gehäusekammer (1') des Reaktorgehäuses (1), in der sich zumindest ein Gaseinlassorgan (4), eine Heizeinrichtung (11) und ein Gasauslassorgan (9) befindet, eingesetzt wird, – die Gehäusekammer (1') durch Abpumpen eines durch das Gaseinlassorgan (4) eingespeisten Trägergases durch das Gasauslassorgan (9) hindurch auf einen Prozessdruck und durch Aufheizen der Prozesskammer (20) mittels der Heizeinrichtung (11) auf eine Prozesstemperatur gebracht wird, – durch Einleiten von Prozessgasen durch das Gaseinlassorgan (4) die Schicht abgeschieden wird und danach – das Prozesskammergehäuse (21) zusammen mit den ein oder mehreren Substraten (28) wieder aus der Gehäusekammer (1') entfernt wird.
Vorrichtung zum Abscheiden von Schichten auf einem Substrat (28), wobei in einer Gehäusekammer (1') eines gasdichten und evakuierbaren Reaktorgehäuses (1) eine von Begrenzungswänden (22, 23, 24, 25) begrenzte Prozesskammer (20) beinhaltend die eine oder mehreren Substrate (28) mit von einer Heizeinrichtung (11) erzeugter Wärme auf Prozesstemperatur bringbar ist, und mittels eines Gaseinlassorgans (4) zusammen mit einem Trägergas Prozessgase in die Prozesskammer (20) einspeisbar sind, wobei die Prozessgase oder Reaktionsprodukte letzterer auf der Oberfläche des Substrates (28) eine Schicht bildend reagieren und das Trägergas mittels einer Pumpe (15) durch ein Gasauslassorgan (4) aus der Prozesskammer (20) entfernbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswände (22, 23, 24, 25) ein Prozesskammergehäuse (21) ausbilden, das getrennt vom Gaseinlassorgan (4), vom Gasauslassorgan (9) und von der Heizeinrichtung (11) zusammen mit den ein oder mehreren Substraten (28) als Baugruppe vor dem Abscheiden der Schicht in die Gehäusekammer (1') einsetzbar und nach dem Abscheiden der Schicht aus der Gehäusekammer (1') herausnehmbar oder ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleich gestaltete Prozesskammergehäuse (21) einander benachbart in derselben Gehäusekammer (1') oder in voneinander getrennten Gehäusekammern (1') angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere gleich gestaltete Gehäusekammern (1') jeweils ein oder mehrere Prozesskammergehäuse (21) aufnehmen, wobei die Prozesskammergehäuse (21) mit Prozessgas versorgenden Gaseinlassorgan (4) von einer gemeinsamen Gasversorgungseinrichtung (14) versorgt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Prozesskammergehäuse (21), die in ein oder mehreren Gehäusekammern (1') angeordnet sind, an eine gemeinsame Pumpe (15) angeschlossen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen Handhabungsautomaten, aufweisend einen insbesondere als Gabel ausgebildeten Greifer (17), wobei das Reaktorgehäuse (1) zumindest eine Belade- und Entladeöffnung (2) aufweist, durch die der Handhabungsautomat mittels des Greifers (17) das Prozesskammergehäuse (21) aus der Gehäusekammer (1') einsetzen und wieder entnehmen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse (1') für jedes Prozesskammergehäuse (21) eine zugeordnete Be- und Entladeöffnung (2) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (17) einen nach oben abragenden Vorsprung (17') aufweist, der eine Schulter (18) des Prozesskammergehäuses (21) untergreifen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskammergehäuse (21) ein eine erste stromaufwärtige Öffnung begrenzendes Mundstück (30) aufweist zum mechanischen Ankuppeln an ein fest im Reaktorgehäuse (1) angeordnetes Andockelement (19).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskammergehäuse (21) mit seinem Boden einen Suszeptor (27) ausbildet, zur Aufnahme der ein oder mehreren Substrate, welcher Suszeptor (27) von unten mit der fest dem Reaktorgehäuse (1) zugeordneten Heizeinrichtung (11) beheizbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 10 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskammergehäuse (21) eine zweite stromabwärtige Öffnung aufweist, die an das fest mit dem Reaktorgehäuse (1) verbundene Gasauslassorgan (9) mechanisch ankuppelbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 11 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskammergehäuse (21) eine im Wesentlichen quaderförmige Prozesskammer (20) begrenzt, die in Horizontalrichtung durchströmbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 12 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskammergehäuse (21) sämtliche insbesondere aus Graphit oder aus mit SiC beschichtetem Graphit bestehende, unmittelbar mit dem Prozessgas in Kontakt tretende Bauteile der Prozesskammer (20) ausbildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 13 oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, gekennzeichnet durch eine Reinigungsvorrichtung (16) zum Reinigen des Prozesskammergehäuses (21) außerhalb des Reaktorgehäuses (1).
Vorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.