DE102018130140A1

DE102018130140A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bestandteils eines CVD-Reaktors

Info

Publication number: DE102018130140A1
Application number: DE102018130140.5A
Authority: DE
Inventors: Marcel Kollberg; Francisco Ruda Y Witt
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2020-05-28
Also published as: TW202035778A; CN113302333A; JP2022513144A; US20220033965A1; WO2020109357A3; EP3887568A2; JP7460621B2; WO2020109357A2; KR20210094043A

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines aus einem Quarzrohling gefertigten Bauteiles, in dem durch selektives Laserätzen zumindest ein Hohlraum (8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) erzeugt wurde, als Bestandteil eines CVD-Reaktors (1), wobei durch den zumindest einen Hohlraum (8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) ein Fluid strömt und das Bauteil bei seiner Verwendung auf Temperaturen über 500°C erwärmt wird und in Kontakt tritt mit Hydriden der IV-, V- oder VI-Hauptgruppe und/oder mit metallorganischen Verbindungen oder Halogenverbindungen von Elementen der II-, III- oder V-Hauptgruppe.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bestandteils eines CVD-Reaktors, welches aus Quarz besteht und zumindest einen Hohlraum aufweist.
Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines aus einem Quarzrohling gefertigten Bauteiles.
Stand der Technik
Ein Gaseinlassorgan aus Quarz wird in der DE 10 2008 055 582 A1 beschrieben. Das dort beschriebene Gaseinlassorgan besitzt einen Zentralkörper, der um eine Figurenachse des Gaseinlassorganes angeordnet ist. In dem Zentralbereich des Gaseinlassorgans erstrecken sich mehrere, konzentrisch zueinander angeordnete Gaseinlasskanäle, die in sich über eine gesamte Umfangslänge erstreckende Mündungen münden. An die Mündungen der Gaseinlasskanäle schließen sich ringförmig den zentralen Abschnitt umgebende Gasverteilkammern an, die durch Trennböden in mehrere übereinander angeordnete Gasverteilniveaus getrennt sind. Der radial äußere Rand jedes der Gasverteilkammern ist von einer Gasverteilwand umgeben, die eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen aufweisen, die in Gasaustrittsöffnungen münden, durch die Prozessgase in eine Prozesskammer eines CVD-Reaktors eingespeist werden können. Jede der mehreren Gasverteilkammern ist mit einem individuellen Gasgemisch eines Prozessgases speisbar, so dass die Prozessgase in voneinander verschiedenen Niveaus in eine sich an das Gaseinlassorgan anschließende Prozesskammer strömen können. In der Prozesskammer liegen auf einem von unten beheizten Suszeptor Substrate auf, die mit III-V-Schichten oder mit IV-Schichten oder mit II-VI-Schichten beschichtet werden können.
Aus den DE 100 29 110 B4 , EP 3 036 061 B1 , DE 20 2017 002 851 U1 und DE 10 2018 202 687 A1 sind Verfahren zur Strukturierung von Quarzkörpern vorbekannt. Ein Quarzrohling mit einer polierten Oberfläche wird zunächst mit einem Laserstrahl behandelt. Dabei erzeugt der Laserstrahl ultrakurze Pulse und wird fokussiert. Der Fokus wird in einer schreibenden Bewegung, beispielsweise zeilenweise, durch das Volumen des Quarzrohlings verfahren. Im Fokus erreicht der Laserstrahl eine über einer Schwellintensität liegende Intensität, bei der im Quarzmaterial eine Materialumwandlung stattfindet. Das umgewandelte Material lässt sich anschließend mit einem fluiden Ätzmittel, beispielsweise Kalilauge, entfernen. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mit diesem Verfahren Flüssigkeitskanäle für Düsenkörper von Sprühköpfen oder Sprühdosen zu fertigen. Es ist ferner bekannt, Hohlraumstrukturen in Komponenten für eine Projektionsbelichtungsanlage zu fertigen. Es ist ferner bekannt, mit diesem, als SLE (selective laser-induced etching) bezeichneten Verfahren Mikrokanäle, Formbohrungen und -schnitte in transparenten Bauteilen aus Quarzglas, Borsilikatglas, Saphir und Rubin zu fertigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich insbesondere komplex gestaltete Bestandteile eines CVD-Reaktors aus Quarz fertigen lassen, sowie ein derartiges Quarzteil anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den jeweils nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung darstellen, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe.
Der erfindungsgemäße aus Quarz bestehende Bestandteil eines CVD-Reaktors besitzt Hohlräume, die durch selektives laser-induced etching (SLE) hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Prozessschritt eine lokale Materialumwandlung des homogenen Quarzausgangskörpers vorgenommen. Hierzu wird ein ultrakurz gepulster Laserstrahl auf einem im Mikrometerbereich liegenden Fokus fokussiert, wobei durch eine dreidimensionale Bewegung des Laserstrahls relativ gegenüber dem Quarz-Werkstück der Fokus schreibend durch das Volumen des Quarzkörpers geführt wird. Es wird zunächst ein massiver Quarzkörper gefertigt, der eine polierte Oberfläche aufweisen kann. Mit einem fokussierten Laserstrahl werden Volumenbereiche, die von der Oberfläche entfernt sind, belichtet. Über einen Multi-Photonen-Prozess erfolgt im Fokus des Laserstrahls eine Materialumwandlung des Quarzmaterials. Das so umgewandelte Material kann in einem zweiten Prozessschritt durch ein Ätzfluid entfernt werden. Bei dem Ätzfluid handelt es sich bevorzugt um eine Flüssigkeit, beispielsweise um KOH. Mit diesem an sich bekannten Verfahren sollen erfindungsgemäß Bestandteile eines CVD-Reaktors gefertigt werden. Beispielsweise können mit diesem Verfahren in einem scheibenförmigen Quarzgrundkörper die Gasverteilwand, deren Gasdurchlassöffnungen, der zentrale Sockel, dessen Gaszuleitungen und die sich zwischen Zentralabschnitt und Gasverteilwand erstreckende Strömungsbarriere inklusive deren Durchlassöffnung gefertigt werden. Die derart gefertigten, materialeinheitlichen scheibenförmigen Gasverteilkörper/-abschnitte können dann übereinandergestapelt und insbesondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden. In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung sind die Gasverteilkörper materialeinheitlich miteinander verbunden. Zur Herstellung eines derartigen einstückigen, aus einem einheitlichen Quarzrohling gefertigten Gaseinlassorganes wird ebenfalls das zuvor beschriebene SLE-Verfahren verwendet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere solche Bestandteile eines CVD-Reaktors gefertigt werden, die durch andere formgebende Verfahren, beispielsweise durch Gießen, Blasen oder eine zerspanende Bearbeitung nicht fertigbar sind. Die erfindungsgemäß hergestellten Bestandteile können komplexe Hohlraumgestaltungen aufweisen und sind in der Lage, bei Temperaturen über 500°C in einem CVD-Reaktor verwendet zu werden, wobei sie dort in Kontakt treten mit Hydriden der IV-, V-, oder VI-Hauptgruppe oder mit metallorganischen Verbindungen oder Halogenen von Elementen der II-, III- oder V-Hauptgruppe. Die erfindungsgemäßen Quarzteile sind insbesondere Substratträger, Gasauslassorgane, Gaseinlassorgane, Schirmplatten, Suszeptoren, Lichtdurchtrittsplatten, Hüllrohre oder Abdeckplatten, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass diese Bestandteile Hohlraumanordnungen besitzen, die eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen aufweisen, die sich zwischen zwei Oberflächen des Bestandteiles erstrecken und im Wesentlichen gleichförmig auf einer Gasaustrittsfläche angeordnet sind. Derartige Bestandteile dienen insbesondere dem Zweck, in einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors einen homogenen Gasstrom zu erzeugen, wozu die Gasaustrittsöffnungen einer Gasaustrittsfläche, also die freien Enden von Gasdurchtrittsbohrungen gleichmäßig über eine Fläche verteilt sind. Die Gasdurchtrittsbohrungen können einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 0,1 mm ist. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Gasdurchtrittsbohrungen einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 3 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm oder 0,2 mm ist. Es ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass das Bestandteil einen Hohlraum aufweist, der zumindest von einer großen Kammer gebildet ist, die eine Gasverteilkammer ausbildet. Die Gasverteilkammer zweigt sich in eine Vielzahl von Gasdurchtrittsbohrungen auf, so dass Gasaustrittsöffnungen mit einer gemeinsamen oder mit mehreren Gasverteilkammern kommunizieren können. In die Gasverteilkammer mündet zumindest eine Gaszuleitung. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Innenoberfläche der Gasverteilkammer materialeinheitlich ausgebildet ist und nur durch die Mündung der zumindest einen Gaszuleitung und die Öffnungen der Gasdurchtrittsbohrungen unterbrochen ist. Es kann somit vorgesehen sein, dass eine Gaszuleitung mit einem kleinen freien Strömungsquerschnitt in eine Gasverteilkammer mündet, die einen großen freien Querschnitt besitzt, wobei sich die freie Querschnittsfläche senkrecht zur Strömungsrichtung erstreckt. Der freie Querschnitt der Gasverteilkammer kann zumindest zehnmal, bevorzugt zwanzigmal größer sein als der freie Querschnitt der mindestens einen Gaszuleitung oder der Summe der freien Querschnitte von mehreren Gaszuleitungen. Es ist ferner vorgesehen, dass der sich quer zur Strömung durch das Bestandteil erstreckende freie Querschnitt der Gasverteilkammer mindestens zweimal, fünfmal, zehnmal, bevorzugt mindestens zwanzigmal, mindestens fünfzigmal oder mindestens hundertmal so groß ist, wie die Summe der freien Querschnitte der aus der Gasverteilkammer herausführenden Gasdurchtrittsbohrung. Es kann insbesondere ferner vorgesehen sein, dass die Gasdurchtrittsbohrungen, die in eine Gasaustrittsöffnung münden, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Liegen die Gasaustrittsöffnungen in einer Ebene, so verlaufen die Gasdurchtrittsbohrungen bevorzugt mathematisch parallel. Liegen die Gasaustrittsöffnungen auf einer Zylindermantelfläche, so verlaufen die Gasdurchtrittsbohrungen bevorzugt in einer Radialrichtung. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Gasaustrittsbohrungen nicht mit einer oder mehreren Gaszuleitungen fluchten. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Hohlräume, insbesondere Gasleitungen, innerhalb des Quarzbestandteiles nicht geradlinig verlaufen, sondern mehrere Richtungswechselstellungen aufweisen. Die Gaszuleitungen können geradlinig verlaufende Abschnitte aufweisen, die in Form von Knickstellen ineinander übergehen. Die Gasleitungen können aber auch gewunden sich durch das Quarzbestandteil erstrecken und insbesondere auf einem dreidimensional gewundenen Pfad verlaufen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass in dem CVD-Reaktor Prozesse durchgeführt werden, bei denen die Prozesstemperatur größer als 600, 800, 1.000 oder 1.200°C ist, so dass das Bestandteil auf diese Temperaturen aufgeheizt werden kann. Das Quarzteil kann insbesondere auf jede Temperatur aufgeheizt werden, die für die Verwendung von Quarzteilen zulässig ist.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 in einem Längsquerschnitt im Wesentlichen schematisch den Aufbau eines CVD-Reaktors mit einem erfindungsgemäßen Gaseinlassorgan 2,
2 in perspektivischer Darstellung fünf Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5, die übereinander angeordnet ein Gaseinlassorgan 2 ausbilden,
3 ein Gaseinlassorgan in einer Ansicht,
4 das in der 3 dargestellte Gaseinlassorgan im Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3,
5 vergrößert, den Ausschnitt V in 4,
6 einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI in 4,
7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gaseinlassorganes,
8 ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß 1 mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Gaseinlassorgan 2, einem erfindungsgemäß ausgestalteten Suszeptor 19, einem erfindungsgemäß ausgestalteten Substratträger 33, einem erfindungsgemäß ausgestalteten Gasauslass 22 und mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Lichtdurchtrittsplatte 34,
9 vergrößert, den Ausschnitt IX in 8,
10 vergrößert, den Ausschnitt X in 8,
11 den Schnitt gemäß der Linie XI-XI in 10,
12 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß 1 mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Gaseinlassorgan 2, einer erfindungsgemäß ausgestalteten Schirmplatte 42 und einem erfindungsgemäß ausgestalteten Suszeptor 19,
13 den Schnitt gemäß der Linie XIII-XIII in 12,
14 den Schnitt gemäß der Linie XIV-XIV in 12,
15 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Form eines Hüllrohres für einen Lichtwellenleiter und
16 den Schnitt gemäß der Linie XVI-XVI in 15.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die 1 zeigt im Wesentlichen schematisch den Aufbau eines CVD-Reaktors, in dessen Prozesskammer 20 ein CVD-Abscheideprozess durchgeführt werden kann, bei dem auf mehreren Substraten 21 eine insbesondere halbleitende Schicht abgeschieden werden kann. Die Substrate 21 können aus III-V-Verbindungen, aus Silizium, aus Saphir oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Auf das Substrat werden ein oder mehrere Schichten abgeschieden, die aus Elementen der IV-Hauptgruppe, der III-V-Hauptgruppe oder der II-VI-Hauptgruppe bestehen können. Durch ein Gaseinlassorgan 2 werden mittels eines Trägergases, beispielsweise H₂, oder eines Edelgases verschiedene Prozessgase in die Prozesskammer 20 eingeleitet, wobei die Prozessgase Hydride der V-Hauptgruppe, der IV-Hauptgruppe oder metallorganische Verbindungen der IV-Hauptgruppe oder der III-Hauptgruppe enthalten können. Ein die Substrate 21 tragender Suszeptor 19 aus beschichtetem Graphit oder dergleichen wird von unten her mit einer Heizeinrichtung 24 auf eine Prozesstemperatur aufgebracht, so dass sich die mittels des Gaseinlassorganes in das Zentrum der Prozesskammer 20 eingespeisten Prozessgase auf den Oberflächen der kreisförmig um das Zentrum angeordneten Substrate pyrolytisch zerlegen, um eine insbesondere einkristalline Schicht zu bilden. Das Prozessgas, welches die Prozesskammer 20 in Radialrichtung durchströmt, verlässt die Prozesskammer 20 durch einen den Suszeptor 19 umgebenden Gasauslass 22, der an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Der Suszeptor 19 stützt sich auf einer Stützplatte 44 ab, die aus Quarz besteht. Die Stützplatte 44 stützt sich auf einem Stützrohr 45 ab, welches ebenfalls aus Quarz besteht. Zwischen der Heizeinrichtung 24 und dem Suszeptor 19 erstreckt sich eine aus Quarz gefertigte Diffusionsbarriere 46.
Innerhalb des Reaktorgehäuses 1 befindet sich eine Prozesskammerdecke 23, durch welche ein Befestigungsabschnitt 3 in die Prozesskammer 20 hineinragt. Am Befestigungsabschnitt 3, der aus Metall, insbesondere Edelstahl bestehen kann, ist das Gaseinlassorgan 2 befestigt.
Die in der 2 dargestellten Gasverteilkörper/-abschnitte 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 weisen jeweils eine kreisscheibenförmige Grundplatte auf, die einen Trennboden 11 ausbildet, mittels dessen übereinander angeordnete Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 voneinander getrennt sind.
Vom kreisförmigen Rand eines Trennbodens 11 erstreckt sich eine kreisringförmige Gasverteilwand 6, die eine Vielzahl von gleichmäßig angeordneten Gasdurchtrittsbohrungen 13 aufweist. Die Gasdurchtrittsbohrungen 13 besitzen einen Durchmesser, der kleiner ist als 3 mm und insbesondere kleiner ist als 1 mm. Die sich in Radialrichtung erstreckenden Gasdurchtrittsbohrungen 13 münden jeweils in einer Gasaustrittsöffnung 7. Die in Achsrichtung - bezogen auf die Figurenachse - des Gaseinlassorganes 2 gemessene Höhe eines Gasverteilkörpers 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 kann zwischen 5 mm und 2 cm betragen. Die sich in Radialrichtung - bezogen auf die Figurenachse - erstreckende Breite der Gasverteilwand 6 kann ebenfalls im Bereich zwischen 0,5 cm und 2 cm liegen.
Die Gasverteilwand 6 umgibt eine Gasverteilkammer 8, die sich um den Zentralabschnitt 15 erstreckt. Die Gasverteilkammer 8 ist beim Ausführungsbeispiel in drei ringförmige Abschnitte 8', 8" und 8''' aufgeteilt. Ein erster Abschnitt 8' der Gasverteilkammer 8 erstreckt sich von der Gasverteilwand 6 bis zu einer Strömungsbarriere 12, die konzentrisch zur Gasverteilwand 6 angeordnet ist. Radial innerhalb des von der Strömungsbarriere 12 umgebenden Abschnitt 8' der Gasverteilkammer 8 erstreckt sich eine zweite ebenfalls konzentrisch zur Gasverteilwand 6 verlaufende Strömungsbarriere 12', die einen Abschnitt 8''' der Gasverteilkammer 8 umgibt, der an dem Zentralabschnitt 15 angrenzt. Die Strömungsbarrieren 12, 12' haben dieselbe Höhe wie die Gasverteilwand 6 und im Ausführungsbeispiel auch dieselbe radiale Breite. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Strömungsbarrieren 12, 12' beziehungsweise zwischen dem Zentralabschnitt 15 und der Strömungsbarrieren 12' beziehungsweise zwischen der Strömungsbarrieren 12 und der Gasverteilwand 6 ist größer als die Wandstärke der Strömungsbarrieren 12, 12' beziehungsweise der Gasverteilwand 6. Die radiale Breite der Abschnitte 8', 8", 8''' der Gasveilkammer 8 ist insbesondere größer als 1 cm.
Die ringförmigen Strömungsbarrieren 12, 12' besitzen Gasdurchtrittsbohrungen 14, 14', die in gleichmäßiger Umfangsverteilung angeordnet sind. Die Durchmesser der Gasdurchtrittsbohrung 14, 14' können denselben Durchmesser aufweisen, die auch die Gasdurchtrittsbohrung 13 aufweisen. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Gasdurchtrittsbohrungen 14' einer inneren Strömungsbarriere 12' einen geringeren Durchmesser aufweisen, als die Gasdurchtrittsbohrungen 14 einer äußeren Strömungsbarriere 12 und dass die Gasdurchtrittsbohrungen 13 der Gasverteilwand 6 einen größeren Durchmesser aufweisen, als die Gasdurchtrittsbohrungen 14 der Strömungsbarriere 12.
Der zentrale Abschnitt 15 ist als Sockel ausgebildet und besitzt dieselbe axiale Höhe wie die Strömungsbarrieren 12, 12' oder die Gasverteilwand 6, so dass die Oberseiten der Strömungsbarrieren 12, 12' und der Gasverteilwand in derselben Ebene liegen, in der sich auch eine Breitseitenfläche 15' des Sockels 15 erstreckt.
Jeder der Sockel besitzt eine Mündung 10, mit der ein dem jeweiligen Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 zugeordneter Gaseinlasskanal 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 in den radial innenliegenden Abschnitt 8" der Gasverteilkammer 8 mündet. Die Mündungen 10 erstrecken sich von der Oberseite des Trennbodens 11 bis an die Unterseite des Trennbodens 11 eines oberen Gasverteilkörpers.
Es wird ferner als vorteilhaft angesehen, dass entweder die einzelnen Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 jeweils „aus dem Vollen“ aus einem Quarzrohling herausgearbeitet werden können. Es wird ferner als vorteilhaft angesehen, dass das gesamte Gaseinlassorgan 2 mit den dann materialeinheitlich miteinander verbundenen Gasverteilkörpern 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 aus einem einzigen Rohling herausgearbeitet werden kann.
Zur Herstellung des Gaseinlassorganes 2 wird bevorzugt das oben bereits erwähnte SLE-Verfahren verwendet, bei dem mit einem stark fokussierten und ultrakurz gepulsten Laserstrahl gewissermaßen schreibend Volumenbereiche des Quarzrohlings materialverändert werden. Diese Volumenbereiche sind die Gasdurchtrittsbohrungen 13, die Gasdurchtrittsbohrungen 14, die Abschnitte 8', 8", 8''' der Gasverteilkammer 8, die Gaseinlasskanäle 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, deren Mündungen 10 und die Befestigungsöffnung 17. Nach der erfolgten Materialumwandlung wird das umgewandelte Material mittels einer Ätzflüssigkeit aus dem Quarzkörper herausgelöst.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass sich mit dieser Fertigungsmethode die zu montierenden Teile minimieren lassen.
Das in der 7 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist ein Gaseinlassorgan 2 mit zwei übereinander angeordneten Gasverteilkammern 8, wobei die Gasverteilkammern 8 mittels einer Strömungsbarriere 12 in zwei Abschnitte, nämlich einen stromaufwärtigen Abschnitt 8" und einen stromabwärtigen Abschnitt aufgeteilt sind. In jede Gasverteilkammer 8 mündet ein Gaskanal 9.1, 9.2. Der im Wesentlichen zylindrische Körper des Gaseinlassorganes 2 besitzt auf seiner Zylindermantelfläche Gasdurchtrittsbohrungen 13, 14, 14'und bildet dadurch eine Gasverteilwand 6 aus. Die beiden Gasverteilkammern 8 sind mittels eines Trennbodens 11 voneinander getrennt. Eine Grundplatte 31 bildet den Boden der unteren Gasverteilkammer 8.
Das Gaseinlassorgan 2 besteht aus einem einstückigen Quarzteil. Die Hohlräume sind im SLE-Verfahren gefertigt.
Bei dem in den 8 bis 11 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel bestehen ein Suszeptor 19, ein Gasauslass 22, ein Substratträger 33, ein Gaseinlassorgan 2 und eine Lichtdurchtrittsplatte 34 aus Quarz. Diese Bestandteile sind ebenfalls mit dem SLE-Verfahren gefertigt.
Der Suszeptor 19 besitzt eine Gaszuleitung 39, mit der ein Spülgas in eine Tasche 40 eingespeist werden kann. In der Tasche 40 lagert ein Substratträger 33, der auf einem Gaspolster schwebt. Das das Gaspolster erzeugende Gas wird durch die Zuleitung 39 eingespeist.
Der Substratträger 33 besitzt an seiner Unterseite eine Zuleitung 39, die in eine Gasverteilkammer 38 mündet, die wiederum Öffnungen aufweist, die in eine Tasche 40 des Substratträgers 33 münden. In der Tasche 40' des Substratträgers 33 lagert das Substrat 21.
Die Verteilkammer 38 und die Zuleitung 39 sind beim 19 und beim Substratträger 33 mit dem SLE-Verfahren gefertigt.
Der Gasauslass 22 besitzt ebenfalls Hohlräume. Es handelt sich um einen ringförmigen Körper, der den Suszeptor 19 umgibt und der mehrere nach oben weisende Öffnungen aufweist, durch die das in die Prozesskammer des CVD-Reaktors eingespeiste Prozessgas in eine Gassammelkammer strömen kann, von der aus das Prozessgas durch eine Gasaustrittsöffnung heraustreten kann.
Es sind mehrere auf einer Kreisbogenlinie angeordnete Gaseinspeiseöffnungen vorgesehen, durch die das Prozessgas in die ringförmige Gassammelkammer strömt. Die Gaseintrittsöffnungen haben einen kleineren freien Querschnitt als die Gassammelkammer. Ein oder mehrere Gasaustrittsöffnungen haben in der Summe ebenfalls einen kleineren freien Querschnitt als der Querschnitt der Gassammelkammer.
Das Gaseinlassorgan 2 kann gemäß den 1 bis 6 oder gemäß 7 ausgestaltet sein.
Mit der Bezugsziffer 32 sind Pyrometer bezeichnet, mit denen Temperaturen der Suszeptoroberfläche oder der Oberfläche des Substrates 21 gemessen werden können. In der Prozesskammerdecke 23 befindet sich eine Lichtdurchtrittsplatte 34 aus Quarz, die zumindest eine Lichtdurchtrittsöffnung 36 aufweist. Im Ausführungsbeispiel sind drei Lichtdurchtrittsöffnungen 36 vorgesehen, durch die jeweils ein optischer Pfad hindurchgeht.
Die 10 und 11 zeigen die Lichtdurchtrittsöffnung 36 vergrößert. Die Lichtdurchtrittsöffnung 36 ist von einer Gasverteilkammer 38 umgeben, von der aus Spülkanäle 37 zur Lichtdurchtrittsöffnung 36 ausgehen, um die Lichtdurchtrittsöffnung 36 mit einem Spülgas zu spülen. Die Verteilkammer 38 umgibt die Lichtdurchtrittsöffnung 36 kreisringförmig. Von der Verteilkammer 38 gehen radial einwärts gerichtete Spülkanäle 37 aus, wobei die Spülkanäle 37 schräg zur Richtung der Lichtdurchtrittsöffnung 36 verlaufen.
Es ist eine Zuleitung 39 vorgesehen, durch die ein Spülgas in die Verteilkammer 38 eingespeist werden kann.
Das in den 12 bis 14 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen CVD-Reaktor 1 mit einem Showerhead-Gaseinlassorgan 2, bei dem durch zwei Gaseinlasskanäle 9.1, 9.2 zwei verschiedene Prozessgase in jeweils eine Gasverteilkammer 8 eingespeist werden kann. Die beiden Gasverteilkammern 8 liegen vertikal übereinander und besitzen jeweils Gasdurchtrittsbohrungen 13, 13', die in einer Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorganes 2 enden. Innerhalb jeder Gasverteilkammer 8 befindet sich eine Strömungsbarriere 12, 12' mit Gasdurchtrittsbohrungen 14, wobei die Strömungsbarrieren 12, 12' als Druckbarrieren wirken.
An die Gasaustrittsfläche 43 grenzt ein Kühlmittelvolumen 41, durch welches ein Kühlmittel strömen kann, um das Gaseinlassorgan 2 zu kühlen. Die Gasdurchtrittsbohrungen 13, 13' gehen durch das Kühlmittelvolumen 41 hindurch.
Unterhalb der Gasaustrittsfläche 43 ist eine Schirmplatte 42 angeordnet, die ebenfalls Gasdurchtrittsbohrungen 13 aufweist.
Unterhalb der Schirmplatte 42 erstreckt sich ein Suszeptor 19 aus Quarz mit Taschen, in denen jeweils Substratträger 33 einliegen, die auf einem Gaspolster aufliegen.
Wie auch bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist eine Heizeinrichtung 24 vorgesehen, um den Suszeptor 19 auf eine Prozesstemperatur zu bringen.
Die 15 und 16 zeigen ein Hüllrohr 48 für einen Lichtwellenleiter 49. In einer zentralen Höhlung 36 steckt der Lichtwellenleiter 49. In die Höhlung 36 münden Gasdurchtrittsbohrungen 37, die sich unter Ausbildung eines spitzen Winkels an Gaszuleitungen 39 anschließen, die parallel zur Innenwandung der Höhlung 36 in Axialrichtung der Höhlung 36 verlaufen. Es sind mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Anordnungen von Hohlräumen 37, 39 vorgesehen, die Spülleitungen ausbilden zum Einspeisen eines Spülgases in den Hohlraum 36.
Die zuvor beschriebenen Quarzteile (Gasdurchtrittsplatte 34, Substratträger 33, Suszeptor 19, Gasauslass 22, Gaseinlassorgan 2, Stützplatte 44, Stützrohr 45, Diffusionsbarriere 46, Hüllrohre 48 und Schirmplatte 42) können jeweils aus einem Quarzrohling mit dem SLE-Verfahren gefertigt werden, wobei auch vorgesehen ist, lediglich einzelne Bestandteile beispielsweise des Gaseinlassorgans 2 oder des Suszeptors 19 mit dem SLE-Verfahren zu fertigen und die Bestandteile mit einem geeigneten Stoffschlussmittel miteinander zu verbinden, beispielsweise mittels eines Borsilikat-Zements.
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, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hohlraum 8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 durch selektives Laserätzen gefertigt ist.
Eine Verwendung eines aus einem Quarzrohling gefertigten Bauteiles, in dem durch selektives Laserätzen zumindest ein Hohlraum 8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 erzeugt wurde, als Bestandteil eines CVD-Reaktors 1, wobei durch den zumindest einen Hohlraum 8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 ein Fluid strömt und das Bauteil bei seiner Verwendung auf Temperaturen über 500°C erwärmt wird und in Kontakt tritt mit Hydriden der IV-, V- oder VI-Hauptgruppe und/oder mit metallorganischen Verbindungen oder Halogenverbindungen von Elementen der II-, III- oder V-Hauptgruppe.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der Bestandteil ein Gaseinlassorgan 2, ein Substratträger 33, ein Gasauslassorgan 22, eine Schirmplatte 42, ein Suszeptor 19, eine Lichtdurchtrittsplatte 34, ein Stützrohr 45, eine Diffusionsbarriere 46, eine Stützplatte 44, Hüllrohr 48 oder eine Abdeckplatte ist.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der mindestens eine Hohlraum 8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen 13, 14, 14' aufweist, die sich zwischen zwei Oberflächen des Bestandteiles erstrecken und im Wesentlichen gleichförmig verteilt auf einer Gasaustrittsfläche angeordnet sind.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Gasdurchtrittsbohrung 13, 14, 14', 37 einen Durchmesser aufweist, der kleiner als 3 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm ist.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der mindestens eine Hohlraum eine Gasverteilkammer 8, 8', 8", 38 aufweist, die mit der Vielzahl der Gasdurchtrittsbohrungen 13, 14, 14', 37 kommuniziert.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass eine Innenoberfläche der Gasverteilkammer 8, 8', 8", 38 bis auf die in sie hineinführende Gaszuleitungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 39 und die aus ihr herausführenden Gasdurchtrittsbohrungen 13, 14, 14', 37 materialeinheitlich geschlossen ist.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der quer zur Strömung durch das Bestandteil sich erstreckende freie Querschnitt der Gasverteilkammer 8, 8', 8", 38 mindestens zehnmal, mindestens zwanzigmal, mindestens fünfzigmal oder mindestens hundertmal so groß ist wie die Summe der freien Querschnitte der in die Gasverteilkammer hineinführenden Gaszuleitungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 39 oder der aus ihr herausführenden Gasdurchtrittsbohrungen 13, 14, 14', 37.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Gaszuleitungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 39 außer Fluchtlage zu den Gasdurchtrittsbohrungen 13, 14, 14', 37 liegen.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der mindestens eine Hohlraum eine Vertiefung 40, 40' zur Aufnahme eines Substrates 21 oder eines Substrathalters 33 ist.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der mindestens eine Hohlraum eine Gasleitung 38, 39 ist, die nicht geradlinig verläuft, oder ein oder mehrere Richtungswechselstellen aufweist.
Ein Verfahren oder eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Bestandteil bei seiner Verwendung Temperaturen von größer 600, größer 800, größer 1.000 oder größer 1.200°C ausgesetzt ist.
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, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: CVD-Reaktor
2: Gaseinlassorgan
3: Befestigungsabschnitt
3': Befestigungsfläche
4.1: Gasverteilkörper/-Abschnitt
4.2: Gasverteilkörper/-Abschnitt
4.3: Gasverteilkörper/-Abschnitt
4.4: Gasverteilkörper/-Abschnitt
4.5: Gasverteilkörper/-Abschnitt
5: Gaszuleitung
6: Gasverteilwand
7: Gasaustrittsöffnung
7': Gasaustrittsöffnung
8: Gasverteilkammer
8': stromabwärtiger Abschnitt
8": stromabwärtiger Abschnitt
8''': stromaufwärtiger Abschnitt
9.1: Gaseinlasskanal
9.2: Gaseinlasskanal
9.3: Gaseinlasskanal
9.4: Gaseinlasskanal
9.5: Gaseinlasskanal
10: Mündung
11: Trennboden
12: Strömungsbarriere
12': Strömungsbarriere
13: Gasdurchtrittsbohrung
13': Gasdurchtrittsbohrung
14: Gasdurchtrittsbohrung
14': Gasdurchtrittsbohrung
15: Zentralabschnitt, Sockel
15': Breitseitenfläche
16: Durchlassöffnung
17: Befestigungsöffnung
18: Prallwand
19: Suszeptor
20: Prozesskammer
21: Substrat
22: Gasauslass, -organ
23: Prozesskammerdecke
24: Heizeinrichtung
25: Vertiefung
26: Gasaustrittsöffnung
27: Befestigungsöffnung
28: Mutter
29: Feder
30: Befestigungsschraube
31: Grundplatte
32: Pyrometer
33: Substratträger, -halter
34: Lichtdurchtrittsplatte
35: Hohlraum, optischer Pfad
36: Hohlraum, Lichtdurchtrittsöffnung
37: Hohlraum, Gasdurchtrittsbohrung, Spülkanal
38: Hohlraum, Gasverteilkammer
39: Hohlraum, Gaszuleitung
40: Hohlraum, Vertiefung, Tasche
40': Vertiefung, Tasche
41: Hohlraum, Kühlmittelvolumen
42: Schirmplatte
43: Gasaustrittsfläche
44: Stützplatte
45: Stützrohr
46: Diffusionsbarriere
47: Flanschabschnitt
48: Hüllrohr
49: Lichtwellenleiter

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 102008055582 A1 [0003]
DE 10029110 B4 [0004]
EP 3036061 B1 [0004]
DE 202017002851 U1 [0004]
DE 102018202687 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bestandteils eines CVD-Reaktors (1), welches aus Quarz besteht und zumindest einen Hohlraum (8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) durch selektives Laserätzen gefertigt ist.
Verwendung eines aus einem Quarzrohling gefertigten Bauteiles, in dem durch selektives Laserätzen zumindest ein Hohlraum (8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) erzeugt wurde, als Bestandteil eines CVD-Reaktors (1), wobei durch den zumindest einen Hohlraum (8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) ein Fluid strömt und das Bauteil bei seiner Verwendung auf Temperaturen über 500°C erwärmt wird und in Kontakt tritt mit Hydriden der IV-, V- oder VI-Hauptgruppe und/oder mit metallorganischen Verbindungen oder Halogenverbindungen von Elementen der II-, III- oder V-Hauptgruppe.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil ein Gaseinlassorgan (2), ein Substratträger (33), ein Gasauslassorgan (22), eine Schirmplatte (42), ein Suszeptor (19), eine Lichtdurchtrittsplatte (34), ein Stützrohr (45), eine Diffusionsbarriere (46), eine Stützplatte (44), Hüllrohr (48) oder eine Abdeckplatte ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 oder Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum (8', 8", 8"; 13, 14, 14'; 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5; 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) eine Vielzahl von Gasdurchtrittsöffnungen (13, 14, 14') aufweist, die sich zwischen zwei Oberflächen des Bestandteiles erstrecken und im Wesentlichen gleichförmig verteilt auf einer Gasaustrittsfläche angeordnet sind.
Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchtrittsbohrung (13, 14, 14', 37) einen Durchmesser aufweist, der kleiner als 3 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm ist.
Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum eine Gasverteilkammer (8, 8', 8", 38) aufweist, die mit der Vielzahl der Gasdurchtrittsbohrungen (13, 14, 14', 37) kommuniziert.
Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenoberfläche der Gasverteilkammer (8, 8', 8", 38) bis auf die in sie hineinführende Gaszuleitungen (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 39) und die aus ihr herausführenden Gasdurchtrittsbohrungen (13, 14, 14', 37) materialeinheitlich geschlossen ist.
Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der quer zur Strömung durch das Bestandteil sich erstreckende freie Querschnitt der Gasverteilkammer (8, 8', 8", 38) mindestens zehnmal, mindestens zwanzigmal, mindestens fünfzigmal oder mindestens hundertmal so groß ist wie die Summe der freien Querschnitte der in die Gasverteilkammer hineinführenden Gaszuleitungen (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 39) oder der aus ihr herausführenden Gasdurchtrittsbohrungen (13, 14, 14', 37).
Verfahren oder Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuleitungen (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 39) außer Fluchtlage zu den Gasdurchtrittsbohrungen (13, 14, 14', 37) liegen.
Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum eine Vertiefung (40, 40') zur Aufnahme eines Substrates (21) oder eines Substrathalters (33) ist.
Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum eine Gasleitung (38, 39) ist, die nicht geradlinig verläuft, oder ein oder mehrere Richtungswechselstellen aufweist.
Verfahren oder Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestandteil bei seiner Verwendung Temperaturen von größer 600, größer 800, größer 1.000 oder größer 1.200°C ausgesetzt ist.
Verfahren oder Verwendung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.