DE102020127662A1

DE102020127662A1 - Suszeptor für einen CVD-Reaktor

Info

Publication number: DE102020127662A1
Application number: DE102020127662.1A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Josef Thomas Krücken; Oliver Schön
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Suszeptor für einen CVD-Reaktor, bestehend aus einem flachen Körper mit einer ersten Breitseitenfläche (2), die zumindest eine kreisförmige, sich in einer Ebene (E) erstreckende Lagerfläche (3) zur Lagerung eines kreisscheibenförmigen Substrathalters (4) mit einer um ein Zentrum (8) der Lagerfläche (3) angeordneten inneren Zone (5) und zumindest einer die innere Zone (5) umgebende mittlere Zone (6) und eine die mittlere Zone (6) umgebende äußere Zone (7) auf-weist, wobei in der äußeren Zone (7) zumindest bereichsweise um das Zentrum (8) der Lagerfläche (3) verlaufende Antriebsvertiefungen (9, 22) angeordnet sind und in der mittleren Zone (6) Kanäle (10, 10', 10") verlaufen, die eine gegenüber dem Zentrum (8) versetzt angeordnete Mündung (11) einer Zuleitung (12) zum Einspeisen eines Gases jeweils mit einer Antriebsvertiefung (9) strömungsverbinden. Um den Wärmetransport vom Suszeptor zu einem vom Substrathalter (4) getragenen Substrat über die gesamte Fläche des Substrates zu vergleichmäßigen wird vorgeschlagen, dass die Kanäle dass die Kanäle (10, 10', 10") asymmetrisch, bezogen auf das Zentrum (8), verlaufen und/oder dass die Kanäle (10, 10', 10") gemeinschaftlich an der Mündung (11) entspringen und/oder dass der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Kanäle (10, 10', 10") größer ist, als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Antriebsvertiefungen (9, 22), und/oder dass zwischen den Kanälen (10, 10') und den Antriebsvertiefungen (9, 22) Strömungsbarrieren (23) vorgesehen sind.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft einen Suszeptor für einen CVD-Reaktor. Ein derartiger CVD-Reaktor besitzt ein Gaseinlassorgan zum Einleiten eines Prozessgases in eine Prozesskammer. Auf einer zur Prozesskammer weisenden Breitseitenfläche eines von einem flachen Körper gebildeten Suszeptors sind Substrate angeordnet. Die Substrate liegen jeweils auf kreisscheibenförmigen Substrathaltern. Die Substrathalter liegen jeweils auf einer kreisförmigen Lagerfläche des Suszeptors auf. Die Lagerfläche kann vom Boden einer Tasche ausgebildet sein. Der Boden der Tasche beziehungsweise der Lagerfläche besitzt eine Mündung, in der eine Zuleitung zum Einspeisen eines Gases mündet. Mit dem Gas kann ein Gaspolster erzeugt werden, das den Substrathalter in der Schwebe hält und um eine Drehachse drehantreibt. Im Boden sind Kanäle angeordnet, die die außerhalb des Zentrums angeordnete Mündung mit jeweils einem Beginn einer Antriebsvertiefung strömungsverbinden. Sowohl die Kanäle als auch die Antriebsvertiefungen werden von in den Boden der Tasche eingearbeiteten Vertiefungen oder Nuten ausgebildet, die eine charakteristische Querschnittsfläche besitzen, die einen hydraulischen Durchmesser definieren. Die Antriebsvertiefungen erstrecken sich von ihrem Beginn bis zu ihrem Ende auf einer Spiralbogenlinie um das Zentrum. Das aus der Mündung austretende Gas strömt durch die jeweils mit einer Antriebsvertiefung strömungsverbundenen Kanäle, um in den Kanälen auf eine Bogenbahn um das Zentrum umgelenkt zu werden, sodass der Substrathalter in eine Drehung versetzt wird. Unterhalb des Suszeptors befindet sich eine Heizeinrichtung, mit der der Suszeptor beheizt wird. Die von der Heizeinrichtung erzeugte Wärme wird durch den Suszeptor, durch das Gaspolster und durch den Substrathalter zum Substrat transportiert. Die Kanäle und die Antriebsvertiefungen bilden Störungen, die einen über die Fläche gleichmäßigen Wärmetransport der Wärme zur Substratoberfläche beeinflussen.
Stand der Technik
Ein derartiger Suszeptor wird in der DE 10 2009 044 276 A1 beschrieben. Die Gaszuleitung mündet in einen eine innere Zone umgebenden Verteilkanal, von dem die Kanäle entspringen und in einer radialen Richtung, bezogen auf das Zentrum, zu jeweils einer Antriebsvertiefung verlaufen.
Zum Stand der Technik gehören ferner Anordnungen von Lagerplätzen zur Lagerung von Substrathaltern, wie sie in den EP 3 601 631 A1 oder US 2015/027376 A1 beschrieben werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zuführung des Spülgases in die Antriebsvertiefungen vorteilhaft weiterzubilden und insbesondere Maßnahmen anzugeben, mit denen der Wärmefluss derart beeinflusst wird, dass sich auf der Substratoberfläche eine möglichst homogene Temperaturverteilung ausbildet.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch beanspruchten technischen Lehre darstellen, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe sind. Die technischen Merkmale der Unteransprüche können beliebig miteinander kombiniert werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kanäle asymmetrisch, bezogen auf das Zentrum, verlaufen. Die Kanäle können geradlinig oder ungeradlinig, geradlinige Abschnitte aufweisen und insbesondere bogenförmige Abschnitte aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kanäle einer gemeinschaftlichen Mündung entspringen. Es kann eine einzige Mündung der Zuleitung für das das Gaspolster erzeugende Gas vorgesehen sein. Die Zuleitung kann von mindestens einer Bohrung mit einem kreisförmigen Querschnitt im Suszeptor ausgebildet sein. Mehrere Bohrungen können hintereinander angeordnet sein. Die Mündung kann eine Querschnittsfläche aufweisen, die der Querschnittsfläche der Zuleitung entspricht. Diese Mündung kann außerhalb einer kreisförmigen inneren Zone angeordnet sein, die keinerlei Vertiefungen aufweist, sondern in derselben Ebene verläuft, in der auch eine sich an die innere Zone anschließende mittlere Zone beziehungsweise eine sich an die mittlere Zone anschließende äußere Zone verläuft. Die mittlere Zone beziehungsweise die äußere Zone zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass sie Vertiefungen aufweisen. Es handelt sich dabei um die Kanäle und die Antriebsvertiefungen. In der mittleren Zone erstrecken sich die Kanäle, die bevorzugt tiefer sind, als die sich in der äußeren Zone erstreckenden Antriebsvertiefungen, die bevorzugt breiter sind, als die Kanäle. Von der gemeinschaftlichen Mündung können die Kanäle gewissermaßen sternförmig verlaufen, sodass das Gas von der Mündung gleichmäßig in insbesondere drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Kanäle eingespeist wird. Auch hier ist vorgesehen, dass die Kanäle geradlinig oder ungeradlinig verlaufen oder geradlinige und ungeradlinige Abschnitte aufweisen. Die Kanäle verlaufen bevorzugt ohne weitere Verzweigungen direkt von der gemeinschaftlichen Mündung jeweils zu einem Beginn einer Antriebsvertiefung. Der Durchmesser der Mündung kann geringfügig größer sein als die Breite der Kanäle. Die Kanäle entspringen dann einer von einer Zylindermantelfläche, die insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, gebildeten Wand der Zuleitung. Der Durchmesser der Mündung kann aber auch in etwa der Breite eines Kanals entsprechen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Durchmesser der Mündung maximal der Breite der dort entspringenden Kanäle entspricht. Die Kanäle können unmittelbar in die Antriebsvertiefungen übergehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zwischen einem ersten Kanal und einer Antriebsvertiefung eine Strömungsbarriere vorgesehen ist. Die Strömungsbarriere kann von einem zweiten Kanal ausgebildet sein, der eine geringere Querschnittsfläche als der oben beschriebene erste Kanal aufweist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Strömungsbarrieren von Vertiefungen der Lagerfläche ausgebildet sind, deren Querschnittsfläche einen hydraulischen Durchmesser aufweisen, der sowohl geringer ist als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Kanäle als auch geringer ist als hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Antriebsvertiefungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Strömungswiderstand der Antriebsvertiefungen größer ist, als der Strömungswiderstand der Kanäle. Es ist insbesondere ein hydraulischer Durchmesser vorgesehen, der dem Quotienten aus dem Flächenmaß der Querschnittsfläche und der Randlänge der Querschnittsfläche entspricht. Die Antriebsvertiefungen können zwar eine größere Breite als die Kanäle aufweisen, die jeweils in der Ebene gemessen wird. Es ist aber vorgesehen, dass die Querschnittsfläche der Kanäle und/oder deren Tiefe größer ist, als die Tiefe der Antriebsvertiefungen, wobei die Tiefe der Abstand zwischen der Ebene und jeweils dem Boden der Kanäle beziehungsweise der Antriebsvertiefungen ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Kanäle eine gemeinsame Tiefe aufweisen und dass die Kanäle über ihre gesamte Erstreckung einen gemeinsamen, gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Die Antriebsvertiefungen können jedoch einen Boden aufweisen, der vom Beginn zum Ende ansteigt. Die Querschnittsfläche der Antriebsvertiefungen vermindert sich somit in der Strömungsrichtung des Gases durch die Antriebsvertiefungen.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest einer der Kanäle einen konzentrisch zum Zentrum verlaufenden Bogenabschnitt aufweist. Es kann ferner ein aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannter Verteilkanal vorgesehen sein, in den die Zuleitung mündet. Die Kanäle entspringen bei dieser Variante dem Verteilkanal und verbinden den Verteilkanal jeweils mit dem Beginn einer Antriebsvertiefung. Anders als beim Stand der Technik verläuft der Verteilkanal aber nicht konzentrisch zum Zentrum der Lagerfläche, sondern beispielsweise exzentrisch. Der Verteilkanal kann sich auf einer Kreisbogenlinie erstrecken, die exzentrisch zum Zentrum verläuft. Der Verteilkanal kann sich auch auf einem Oval oder auf einer unrunden in sich geschlossenen Linie erstrecken. Die Linie kann bereichsweise gerade verlaufen. Die Linie kann sich entlang eines Mehrkantes und insbesondere entlang eines regelmäßigen Mehrkantes erstrecken. Der Verteilkanal kann mehrere, insbesondere drei oder mehr Kanäle polygonartig verbinden.
Der erfindungsgemäße Suszeptor kann gleichgestaltete Lagerflächen aufweisen, die jeweils drei konzentrisch zueinander angeordnete Zonen aufweisen. Die Zonen sind durch Kreislinien gegeneinander abgegrenzt. Eine äußere Zone ist durch eine kreisförmige Begrenzungslinie von einer mittleren Zone abgegrenzt, wobei die Begrenzungslinie durch den Beginn aller Antriebsvertiefungen verläuft. Die Begrenzungslinie kann durch die Abschnitte jeweils einer Seitenwand der Antriebsvertiefungen verlaufen, in den der Kanal in die Antriebsvertiefungen mündet. Die mittlere Zone ist ebenfalls durch eine kreisförmige Begrenzungslinie von einer inneren Zone abgegrenzt, wobei sich in der mittleren Zone ausschließlich die Kanäle erstrecken. Die innere Zone hat bevorzugt keine Vertiefungen. Sie erstreckt sich kreisförmig um das Zentrum und hat eine kreisscheibenförmige Fläche, die in der Ebene verläuft. Als Folge dessen gibt es im Zentrum des Substrathalters keine singuläre Störung. Sämtliche, durch Vertiefungen hervorgerufenen Störungen des Wärmetransportes von der Heizeinrichtung zur Oberfläche des Substrates werden durch Vertiefungen gebildet, die in Bereichen außerhalb des Zentrums beziehungsweise der inneren Zone liegen. Es kann vorgesehen sein, dass die Begrenzungslinie zwischen mittlerer Zone und äußerer Zone einen Radius aufweist, der maximal fünfmal, maximal viermal, maximal dreimal oder maximal zweimal so groß ist, wie der Radius der Begrenzungslinie der inneren Zone.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch einen CVD-Reaktor im Schnitt,
2 eine perspektivische Darstellung eines Suszeptors 1 eines ersten Ausführungsbeispiels,
3 vergrößert den Schnitt gemäß der Linie III-III in 2,
4 eine Draufsicht auf eine der Lagerflächen 3 des in der 2 dargestellten Suszeptors 1,
4' eine Darstellung gemäß 4 eines abgewandelten ersten Ausführungsbeispiels,
5 vergrößert den Ausschnitt V in 4,
6 den Schnitt gemäß der Linie VI-VI in 4,
7 vergrößert den Ausschnitt VII in 6,
8 eine Darstellung gemäß 4 eines zweiten Ausführungsbeispiels,
9 eine Darstellung gemäß 4 eines dritten Ausführungsbeispiels,
10 eine Darstellung gemäß 4 eines vierten Ausführungsbeispiels,
11 eine Darstellung gemäß 4 eines fünften Ausführungsbeispiels,
12 eine Darstellung gemäß 4 eines sechsten Ausführungsbeispiels und
13 einer Darstellung gemäß 4 eines siebten Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein CVD-Reaktor, dessen Suszeptor 1 erfindungsgemäß weitergebildet wird, wird in der 1 schematisch dargestellt. In einem nach außen gasdichten Gehäuse befindet sich ein Suszeptor 1, der von einer unterhalb seiner angeordneten Heizeinrichtung 17 beheizt wird. Der Suszeptor 1 besitzt mehrere, auf einer Kreisbogenlinie um das Zentrum des Suszeptors 1 angeordnete Taschen, wobei der Boden jeder Tasche eine Lagerfläche 3 mit einem kreisförmigen Grundriss ausbildet. Die in der 2 nicht dargestellten Taschen können von kreisförmigen Ausnehmungen von Abdeckplatten 24 ausgebildet sein, die auf einem Grundkörper des Suszeptors 1 aufliegen. In der Tasche lagert ein Substrathalter 4, der eine kreisscheibenförmige Gestalt aufweist und der ein Substrat 18 trägt, welches in einem Abscheideprozess mit einer Schicht beschichtet werden soll beziehungsweise thermisch behandelt werden soll. Oberhalb des Suszeptors 1 befindet sich eine Prozesskammer 19, in die mittels eines Gaseinlassorganes 20 ein Prozessgas eingespeist werden kann. Das Gaseinlassorgan 20 kann im Zentrum der Prozesskammer 19 angeordnet sein. Die zu behandelnden Substrate sind um das Gaseinlassorgan 20 herum angeordnet. Nach oben hin wird die Prozesskammer 19 von einer Prozesskammerdecke 21 begrenzt, die gekühlt sein kann.
In den Zeichnungen ist der Substrathalter 4 im Wesentlichen schematisch dargestellt. Der Substrathalter 4 kann auch mehrteilig sein, beispielsweise kann auf einem unter Ausbildung einer Stufe abgesenkten Rand eines Grundkörpers des Substrathalters 4 ein Transportring aufliegen, der das bevorzugt kreisförmige Substrat 18 an seinem Rand untergreift.
Bei der Verwendung des Suszeptors 1 in einem CVD-Reaktor kann die Prozesskammerdecke 21 eine Temperatur von etwa 500°C aufweisen. Die Substratoberfläche kann auf Temperaturen im Bereich zwischen 800 und 1200°C aufgeheizt werden. Die Vorrichtung kann bei Atmosphärendruck betrieben werden. Sie kann aber auch bei Totaldrucken von weniger als 1000 mbar betrieben werden.
Die 2 zeigt anhand eines ersten Ausführungsbeispiels einen Grundkörper eines Suszeptors 1 mit fünf Lagerflächen 3, die jeweils mehrere spiralförmig um ein Zentrum 8 angeordnete Antriebsvertiefungen 9, 22 aufweisen. Die 3 und 4 zeigen den Verlauf der Antriebsvertiefungen 9, 22 vergrößert. Die Antriebsvertiefungen 9, 22 verlaufen auf spiralförmigen Kurven um das Zentrum 8.
Den 5 bis 7 ist zu entnehmen, dass ein zentraler Bereich der Lagerfläche 3 von einem im Wesentlichen kreisförmig verlaufenden Verteilkanal 13 umgeben ist. Vom Verteilkanal 13 gehen in einer sternförmigen Anordnung bezogen auf das Zentrum 8 sechs Kanäle 10, 10' aus. Jeder Kanal 10, 10' mündet in eine Antriebsvertiefung 9, 22. Es sind erste Antriebsvertiefungen 9 vorgesehen, die sich über eine große Bogenlänge von mehr als 90 Grad um das Zentrum 8 erstrecken. Es sind zweite Antriebsvertiefungen 22 vorgesehen, die sich um eine geringe Bogenlänge von weniger als 90 Grad um das Zentrum 8 erstrecken. Längere Kanäle 10 verbinden den Verteilkanal 13 mit jeweils einer ersten Antriebsvertiefung 9. Kürzere Kanäle 10' verbinden den Verteilkanal 13 mit jeweils einer zweiten Antriebsvertiefung 22. Die Strömungsverbindung zwischen den Kanälen 10, 10' und den zugeordneten Antriebsvertiefungen 9, 22 erfolgt unter Ausbildung einer Strömungsbarriere 23 zwischen jeweils dem Kanal 10, 10' und der zugeordneten Antriebsvertiefung 9, 22.
Die Querschnittsfläche des Kanals 10, 10' und die Tiefe des Kanals 10, 10' ist größer, als die Querschnittsfläche beziehungsweise die Tiefe der Strömungsbarriere 23, wobei die Strömungsbarriere 23 einen zweiten Kanal ausbildet, dessen Querschnittsfläche geringer ist, als die Querschnittsfläche des die Strömungsbarriere 23 mit dem Verteilkanal 13 verbindenden ersten Kanals 10, 10'. Die Querschnittsfläche der Strömungsbarriere 23 ist zudem geringer als die Querschnittsfläche der ihr zugeordneten Antriebsvertiefung 9, 22.
Beim Ausführungsbeispiel wechseln sich in Umfangsrichtung jeweils ein langer Kanal 10 mit einem kurzen Kanal 10' ab. In einen der Kanäle 10 mündet an einer Mündung 11 eine Zuleitung 12, deren Funktion ebenso wie die genaue Gestaltung der Kanäle 10, 10' und der Antriebsvertiefungen 9, 22 unten beschrieben wird.
Es sind weitere Vertiefungen 25 vorgesehen, die radial außerhalb der Antriebsvertiefungen 9 angeordnet sind und die sich ebenfalls entlang spiralförmiger Kurven um das Zentrum 8 erstrecken.
Die 4' zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel gegenüber dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel. Es sind keine Vertiefungen 25 oder 22 vorgesehen. Die Kanäle 10', die den Kanälen 10 gegenüber liegen, sind kürzer als die Kanäle 10 und haben ein blindes Ende. Lediglich einer der kürzeren Kanäle 10 wird als Einspeisekanal verwendet. An dem vom Zentrum 8 entfernten Ende des Kanals 10' befindet sich die exzentrische Mündung 11.
In einer nicht dargestellten Variante kann nur ein Zuleitungskanal 10' vorgesehen sein, der eine exzentrische Mündung 11 mit einem sich um das Zentrum 8 erstreckenden Verteilkanal verbindet. Die ansonsten in den 4 beziehungsweise 4' dargestellten kurzen Kanäle 10' sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht vorhanden.
Weitere Ausführungsbeispiele werden in den 8 bis 13 beschrieben.
Die Lagerfläche 3 besitzt ein Zentrum 8 und eine um das Zentrum angeordnete innere Zone 5. Dort verläuft die Lagerfläche 3 in einer Ebene E. An die kreisförmige innere Zone 5 grenzt an einer kreisförmigen Begrenzungslinie 5' eine mittlere Zone 6 an. Die mittlere Zone 6 verläuft im Wesentlichen in der Ebene E. In der mittleren Zone 6 erstrecken sich jedoch mehrere Kanäle 10, 10', 10". Die Kanäle bilden grabenartige Vertiefungen in der Ebene E aus. Die Kanäle 10, 10', 10" verbinden eine Mündung 11 einer Zuleitung 12 mit Antriebsvertiefungen 9.
Die mittlere Zone 6 grenzt an einer kreisförmigen Begrenzungslinie 6' an eine äußere Zone 7 an. Die äußere Zone 7 erstreckt sich koaxial zum Zentrum 8 um die mittlere Zone 6, welche sich wieder koaxial um die bezogen auf das Zentrum 8 symmetrische innere Zone 5 erstreckt. In der äußeren Zone 7 erstrecken sich mehrere, in den Ausführungsbeispielen drei Antriebsvertiefungen 9, die jeweils auf einer Spirallinie um das Zentrum 8 verlaufen und gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Jede der untereinander gleichen Antriebsvertiefungen 9 besitzt einen Beginn 9', bei dem der Kanal 10, 10', 10" in die Antriebsvertiefungen 9 mündet. Die Antriebsvertiefungen 9 bilden darüber hinaus ein Ende 9" aus. Der Boden 16 der im Querschnitt rechteckigen Antriebsvertiefungen 9 steigt vom Beginn 9' zum Ende 9" an, sodass sich der Querschnitt der Antriebsvertiefungen 9 in einer Strömungsrichtung vermindert.
Die Mündung 11 der Zuleitung 12 liegt versetzt gegenüber dem Zentrum 8. Im Zentrum 8 kann ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Zentrierzapfen angeordnet sein, mit dem der Substrathalter 4 auf der Lagerfläche 3 zentriert ist. Die Mündung 11 liegt in der mittleren Zone 6, in der sich auch die Kanäle 10, 10', 10" erstrecken. Die Zuleitung 12 kann aus ein oder mehreren Bohrungen bestehen, die sich hintereinander durch den Suszeptor 1 erstrecken. In die Zuleitung 12 kann von außerhalb des CVD-Reaktors ein Spülgas eingespeist werden. Hierzu kann die Zuleitung 12 in einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Schaft verlaufen, der den Suszeptor 1 trägt und mit dem der Suszeptor 1 drehangetrieben werden kann. Der Endabschnitt der Zuleitung 12 verläuft im Wesentlichen in einer vertikalen Richtung. Der Durchmesser der Zuleitung 12 kann wenige Millimeter betragen. Der Querschnitt der Zuleitung 12 kann eine Kreisfläche sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Mündung 11 dieselbe Querschnittsfläche aufweist, wie die Zuleitung 12 über ihre gesamte Länge aufweist. In die Zuleitung 12 wird von einem nicht dargestellten Gasmischsystem ein Spülgas oder ein Inertgas eingespeist, das in der Mündung 11 in die Kanäle 10, 10', 10" strömt. Das Gas strömt durch die Kanäle 10, 10', 10" bis in die Antriebsvertiefungen 9, wo dem Gas eine azimutale Geschwindigkeitskomponente aufgezwungen wird, sodass das Gas nicht nur ein Gaskissen erzeugt, auf dem der Substrathalter 4 schweben kann, sondern auch den Substrathalter 4 in eine Drehbewegung versetzt.
Die Kanäle 10, 10', 10" können eine Breite aufweisen, die dem Durchmesser der Mündung 11 entspricht. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Kanäle 10, 10', 10" eine geringere Breite aufweisen, als der Durchmesser der Mündung 11. In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist vorgesehen, dass sämtliche Kanäle 10, 10', 10" im Bereich der Mündung 11 entspringen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur einige der Kanäle 10, 10', 10" im Bereich der Mündung entspringen.
Den 6 und 7 ist zu entnehmen, dass der Boden 15 der Kanäle 10, 10', 10" einen größeren Abstand zur Ebene E aufweist, als der Boden 16 eine Antriebsvertiefungen 9. Die Kanäle 10, 10', 10" besitzen somit eine größere Tiefe, als die Antriebsvertiefungen 9. Die quer zur jeweiligen Erstreckungsrichtung und in der Ebene E gemessene Breite der Antriebsvertiefungen 9 ist größer, als die Breite des Kanals 10, 10', 10". Gleichwohl unterscheiden sich die Querschnitte von Kanal 10, 10', 10" und Antriebsvertiefungen 9 dahingehend, dass der Strömungswiderstand der Kanäle 10, 10', 10" geringer ist, als der Strömungswiderstand der Antriebsvertiefungen 9. Die Kanäle 10, 10', 10" verteilen somit das das Gaspolster erzeugende Gas gleichmäßig auf die Antriebsvertiefungen 9. Es kann auch eine Strömungsbarriere zwischen dem Kanal 10, 10', 10" und der zugeordneten Antriebsvertiefung 9 vorgesehen sein. Die Strömungsbarriere kann ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Kanäle 10, 10', 10" und die Antriebsvertiefungen 9 jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Dabei ist aber vorgesehen, dass das Verhältnis von Querschnittsfläche und Umfang der Querschnittsfläche, also ein hydraulischer Durchmesser der Kanäle 10, 10', 10", größer ist, als der hydraulische Durchmesser der Antriebsvertiefungen 9, wobei letzterer bei ihrem Beginn 9' größer ist, als bei ihrem Ende 9".
Die Kanäle 10, 10', 10" können untereinander verschiedene Längen aufweisen. Es ist vorgesehen, dass die Kanäle eine Tiefe besitzen, die im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,8 mm liegt. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Kanäle eine Breite aufweisen, die in einem Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm liegt. Der Boden 15 der Kanäle kann eben verlaufen. Die sich an den Boden 15 anschließenden, die Breite des Kanals 10, 10', 10" definierenden Seitenwände können senkrecht zur Ebene verlaufen. Sie können unter Ausbildung eines rechten Winkels in den Boden 15 übergehen, sodass die Kanäle 10, 10', 10" eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen, durch die das Gas strömen kann. Das Verhältnis von Breite zu Tiefe ist bevorzugt >=3. Die Tiefe der Antriebsvertiefungen 9 kann im Bereich von 50 µm bis 200 µm liegen. Sie kann aber auch größer sein, beispielsweise bis zu 300 µm oder bis zu 400 µm betragen. Die Breite der spiralförmigen Antriebsvertiefungen 9 ist wesentlich größer, insbesondere mindestens einen Faktor 10 oder 20 größer als ihre Tiefe.
Die sich bevorzugt ausschließlich in der mittleren Zone 6 erstreckenden Kanäle 10, 10', 10" erstrecken sich über eine Fläche, die bevorzugt maximal ein Drittel, bevorzugt maximal ein Zehntel der Gesamtfläche der mittleren Zone 6 entspricht.
Die 8 bis 13 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele, bei denen sich ausschließlich in der mittleren Zone 5 sich erstreckende Kanäle 10, 10', 10" voneinander verschiedene Verläufe besitzen: Die Kanäle 10, 10', 10" erstrecken sich bevorzugt innerhalb einer ringförmigen, die zentrale Zone 5 umgebende mittlere Zone 6, wobei die Begrenzungslinie 6' der mittleren Zone 6 durch die Punkte verlaufen kann, an denen die Kanäle 10, 10', 10" jeweils in eine Antriebsvertiefung 9 münden. Die Begrenzungslinie 5' der zentralen Zone 5 kann durch den radial innersten Punkt der Kanäle 10, 10', 10" definiert sein. Die Begrenzungslinie 5' der zentralen Zone kann ferner definiert sein durch die größte sich um den Mittelpunkt der Lagerfläche 3 darstellbare Kreisfläche, auf der der Boden der Lagerfläche 3 keine Vertiefungen oder anderweitige Störungen aufweist, sondern eine ebene Fläche ausbildet.
Bei dem in der 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel verläuft der Kanal 10 in etwa radial zum Zentrum 8 zwischen der Begrenzungslinie 6' und der Begrenzungslinie 5'. Im Bereich der Begrenzungslinie 5' besitzt der Kanal 10 einen Bogenabschnitt 14, der über einen Winkel von mehr als 90 Grad auf einer Kreisbogenlinie sich erstreckt und im Bereich der Mündung 11 endet. Zwei weitere Kanäle 10', 10" verlaufen geradlinig von der Mündung 11 bis jeweils zum Beginn 9' der ihnen zugeordneten Antriebsvertiefungen 9. Die beiden Kanäle 10', 10" verlaufen in einem Winkel zwischen 80 und 100 Grad zueinander. Der Außendurchmesser der mittleren Zone 6 ist hier fünf- bis sechsmal so groß wie der Durchmesser der inneren Zone 5.
Bei dem in der 9 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel liegt der Winkel zwischen den Kanälen 10' und 10" in einem Bereich zwischen 160 Grad und 180 Grad. Der Bogenabschnitt 14 hat hier eine Bogenlänge von etwa 180 Grad.
Das in der 10 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass sich der Bogenabschnitt 14 des Kanals 10 auf einer Kreisbogenlinie erstreckt, die eine Bogenlänge in einem Bereich zwischen 180 Grad und 280 Grad besitzt. Bevorzugt liegt die Bogenlänge hier bei 270 Grad. Etwa in der Mitte des Bogenabschnitt 14 zweigt der in Radialrichtung verlaufende Kanal 10' ab. Am Ende des Bogenabschnitts 14 schließt sich ein radial verlaufender Kanal 10" an. Sämtliche Kanäle 10, 10', 10" bilden geradlinige Abschnitte, die über die gesamte radiale Breite der mittleren Zone 6 verlaufen.
Die Mündung 11 liegt am radial innenliegenden Beginn des Kanals 10'. Von der Mündung 11 erstrecken sich jeweils 2 Bogenabschnitt 14, die jeweils über einen Bogenabschnitt von 90 bis 130 Grad verlaufen. Beim Ausführungsbeispiel verlaufen die Bogenabschnitte 14 jeweils über einen Winkel von 120 Grad. An die Bogenabschnitte 14 schließen sich jeweils die geradlinigen Abschnitte der Kanäle 10, 10" an.
Bei dem in der 1 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel wird die innere Zone 10 von mehreren geradlinig verlaufenden Abschnitten eines umfänglich geschlossenen Verteilkanals 13 umgeben. Es sind drei geradlinige Abschnitte vorgesehen, die auf den Randkanten eines gleichschenkeligen Dreiecks verlaufen. Im Bereich der Ecken dieses Dreiecks gehen die Abschnitte des Verteilkanals 13 jeweils in Kanäle 10, 10', 10" über, wobei die Kanäle 10, 10', 10" in Radialrichtung, bezogen auf das Zentrum 8, verlaufen.
Die Mündung 11 liegt etwa in der Mitte eines der geradlinig verlaufenden Abschnitte.
Bei dem in der 12 dargestellten sechste Ausführungsbeispiel verläuft der Verteilkanal 13, der sämtliche Kanäle 10, 10', 10", die sich auf Radiallinien erstrecken, verbindet, auf einer Bogenlinie. Die Bogenlinie kann, bezogen auf das Zentrum, ein exzentrischer Kreis sein. Die Bogenlinie kann aber auch ein Oval sein. Die Mündung 11 liegt im Verteilkanal 13 zwischen zwei Abzweigungen jeweils zu einem Kanal 10, 10'. Die Mündung 11 kann aber auch im Bereich einer Abzweigung zu einem der Kanäle 10, 10', 10" liegen.
Bei dem in der 13 dargestellten siebte Ausführungsbeispiel verlaufen die Kanäle 10, 10', 10" geradlinig jeweils von der Mündung 11, die sich im mittleren Bereich 6 entfernt von der Begrenzungslinie 5' befindet, bis jeweils zum Beginn 9' der dem jeweiligen Kanal 10, 10', 10" zugeordneten Antriebsvertiefungen 9. Bei diesem Ausführungsbeispiel verlaufen zumindest die Kanäle 10, 10', also einige der Kanäle, nicht in Radialrichtung, bezogen auf das Zentrum 8. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft ein Kanal 10", bevorzugt maximal ein Kanal 10", auf einer Radialen, bezogen auf das Zentrum 8. Die Kanäle 10, 10' können gewissermaßen auf einer Tangente um die Begrenzungslinie 5' verlaufen.
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 Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanäle 10, 10', 10" asymmetrisch, bezogen auf das Zentrum 8, verlaufen und/oder dass die Kanäle 10, 10', 10" gemeinschaftlich an der Mündung 11 entspringen und/ oder dass der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Kanäle 10, 10', 10" größer ist, als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Antriebsvertiefungen 9, 22, und/ oder dass zwischen den Kanälen 10, 10' und den Antriebsvertiefungen 9, 22 Strömungsbarrieren 23 vorgesehen sind.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass alle sich außerhalb der inneren Zone 5 erstreckenden Kanäle 10, 10', 10" auf ihrer gesamten Länge geradlinig verlaufen.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest einer der Kanäle 10, 10', 10" ungeradlinig verläuft.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mündung 11 in einem in einer Umfangsrichtung geschlossenen Verteilkanal 13 angeordnet ist, der sich auf einer unrunden, mehreckigen oder zum Zentrum versetzten Linie erstreckt.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kanäle 10 eine Tiefe im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,8 mm und/ oder dass die Kanäle 10 eine Breite im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm besitzen und/oder dass die Breite und die Tiefe der Kanäle 10 in einem Verhältnis von <=3 zueinander stehen und/oder dass die Kanäle eine einheitliche Tiefe aufweisen, wobei der Abstand des Bodens 15 jedes Kanals 10, 10', 10" zur Ebene E größer ist, als der Abstand des Bodens 16 einer Antriebsvertiefung 9 zur Ebene E.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest einer der Kanäle 10 einen konzentrisch zum Zentrum verlaufenden Bogenabschnitt 14 ausbildet.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Böden 16 der Antriebsvertiefungen 9 vom Beginn 9' der Antriebsvertiefung bis zum Ende 9" der Antriebsvertiefung 9 stetig oder gestuft ansteigen und/ oder dass eine durch jeweils einen Beginn 9' der Antriebsvertiefungen 9 und konzentrisch zum Zentrum 8 verlaufende, die äußere Zone 7 gegenüber der mittleren Zone 6 begrenzende Begrenzungslinie 6' einen Radius aufweist, die maximal fünfmal, maximal viermal, maximal dreimal oder maximal zweimal so groß ist, wie ein Radius einer Begrenzungslinie 5', die konzentrisch zum Zentrum 8 verläuft und die mittlere Zone 6 gegenüber der inneren Zone 5 begrenzt, wobei sich die Kanäle 10, 10', 10" ausschließlich in der mittleren Zone 6 erstrecken und die innere Zone 5 eine sich in der Ebene E erstreckende kreisförmige Fläche ausbildet.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die mittlere Zone 6 und die äußere Zone 7 jeweils kreisringförmige Flächen ausbilden, die bis auf die Kanäle 10, 10', 10" beziehungsweise die Antriebsvertiefungen 9 sich in der Ebene erstrecken.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strömungsbarrieren 23 von Vertiefungen der Lagerfläche 3 ausgebildet sind, deren Querschnittsfläche einen hydraulischen Durchmesser aufweisen, der sowohl geringer ist, als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Kanäle 10, 10', als auch geringer ist, als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Antriebsvertiefungen 9, 22.
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: Suszeptor
2: Breitseitenfläche
3: Lagerfläche
4: Substrathalter
5: Innere Zone
5': Begrenzungslinie
6: mittlere Zone
6': Begrenzungslinie
7: äußere Zone
8: Zentrum
9: Antriebsvertiefung
9': Beginn der Antriebsvertiefung
9": Ende der Antriebsvertiefung
10: Kanal
10': Kanal
10": Kanal
11: Mündung
12: Zuleitung
13: Verteilkanal
14: Bogenabschnitt
15: Boden
16: Boden
17: Heizeinrichtung
18: Substrat
19: Prozesskammer
20: Gaseinlassorgan
21: Prozesskammerdecke
22: Antriebsvertiefung
23: Barriere
24: Abdeckplatte
25: Vertiefung
E: Ebene

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 102009044276 A1 [0002]
EP 3601631 A1 [0003]
US 2015027376 A1 [0003]

Claims

Suszeptor (1) für einen CVD-Reaktor, bestehend aus einem flachen Körper mit einer ersten Breitseitenfläche (2), die zumindest eine kreisförmige, sich in einer Ebene (E) erstreckende Lagerfläche (3) zur Lagerung eines kreisscheibenförmigen Substrathalters (4) mit einer um ein Zentrum (8) der Lagerfläche (3) angeordneten inneren Zone (5) und zumindest einer die innere Zone (5) umgebende mittlere Zone (6) und eine die mittlere Zone (6) umgebende äußere Zone (7) aufweist, wobei in der äußeren Zone (7) zumindest bereichsweise um das Zentrum (8) der Lagerfläche (3) verlaufende Antriebsvertiefungen (9, 22) angeordnet sind und in der mittleren Zone (6) Kanäle (10, 10', 10") verlaufen, die eine gegenüber dem Zentrum (8) versetzt angeordnete Mündung (11) einer Zuleitung (12) zum Einspeisen eines Gases jeweils mit einer Antriebsvertiefung (9) strömungsverbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10, 10', 10") asymmetrisch, bezogen auf das Zentrum (8), verlaufen und/oder dass die Kanäle (10, 10', 10") gemeinschaftlich an der Mündung (11) entspringen und/oder dass der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Kanäle (10, 10', 10") größer ist, als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Antriebsvertiefungen (9, 22), und/oder dass zwischen den Kanälen (10, 10') und den Antriebsvertiefungen (9, 22) Strömungsbarrieren (23) vorgesehen sind.
Suszeptor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle sich außerhalb der inneren Zone (5) erstreckenden Kanäle (10, 10', 10") auf ihrer gesamten Länge geradlinig verlaufen.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Kanäle (10, 10', 10") ungeradlinig verläuft.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (11) in einem in einer Umfangsrichtung geschlossenen Verteilkanal (13) angeordnet ist, der sich auf einer unrunden, mehreckigen oder zum Zentrum versetzten Linie erstreckt.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (10) eine Tiefe im Bereich zwischen 0,3 mm und 1,8 mm und/ oder dass die Kanäle (10) eine Breite im Bereich zwischen 0,5 mm und 2 mm besitzen und/oder dass die Breite und die Tiefe der Kanäle (10) in einem Verhältnis von <=3 zueinander stehen und/ oder dass die Kanäle eine einheitliche Tiefe aufweisen, wobei der Abstand des Bodens (15) jedes Kanals (10, 10', 10") zur Ebene (E) größer ist, als der Abstand des Bodens (16) einer Antriebsvertiefung (9) zur Ebene (E).
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Kanäle (10) einen konzentrisch zum Zentrum verlaufenden Bogenabschnitt (14) ausbildet.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Böden (16) der Antriebsvertiefungen (9) vom Beginn (9') der Antriebsvertiefung bis zum Ende (9") der Antriebsvertiefung (9) stetig oder gestuft ansteigen und/oder dass eine durch jeweils einen Beginn (9') der Antriebsvertiefungen (9) und konzentrisch zum Zentrum (8) verlaufende, die äußere Zone (7) gegenüber der mittleren Zone (6) begrenzende Begrenzungslinie (6') einen Radius aufweist, die maximal fünfmal, maximal viermal, maximal dreimal oder maximal zweimal so groß ist, wie ein Radius einer Begrenzungslinie (5'), die konzentrisch zum Zentrum (8) verläuft und die mittlere Zone (6) gegenüber der inneren Zone (5) begrenzt, wobei sich die Kanäle (10, 10', 10") ausschließlich in der mittleren Zone (6) erstrecken und die innere Zone (5) eine sich in der Ebene (E) erstreckende kreisförmige Fläche ausbildet.
Suszeptor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Zone (6) und die äußere Zone (7) jeweils kreisringförmige Flächen ausbilden, die bis auf die Kanäle (10, 10', 10") beziehungsweise die Antriebsvertiefungen (9) sich in der Ebene erstrecken.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbarrieren (23) von Vertiefungen der Lagerfläche (3) ausgebildet sind, deren Querschnittsfläche einen hydraulischen Durchmesser aufweisen, der sowohl geringer ist, als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Kanäle (10, 10'), als auch geringer ist, als der hydraulische Durchmesser der Querschnittsfläche der Antriebsvertiefungen (9, 22).
Suszeptor, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.