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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beladen eines CVD-Reaktors mit auf einem Transportring transportierten Substraten sowie einen CVD-Reaktor zum thermischen Behandeln von Substraten.
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In einem erfindungsgemäßen CVD-Reaktor werden Substrate, beispielsweise Halbleitersubstrate thermisch behandelt, wobei die thermische Behandlung nicht nur einen Aufheizen der Substrate, sondern auch ein Beschichten der Substrate insbesondere mit Halbleiterschichten umfasst. Bei einem erfindungsgemäßen CVD-Reaktor befinden sich auf Substrathaltern, die von einem Suszeptor getragen werden, jeweils ein oder mehrere Substrate. Die Beladung der Substrathalter erfolgt mit einem Greifer, der durch eine Be- und Entladeöffnung des Gehäuses des CVD-Reaktors hindurch greift, um die Substrate auf die Substrathalter zu legen. Dies erfolgt mit Hilfe von Transportringen, die den Rand des Substrates unterstützen und die vom Greifer gegriffen werden können. Die Transportringe werden, sofern zuvor ein thermischer Behandlungsprozess stattgefunden hat, zusammen mit den Substraten aus der Prozesskammer des CVD-Reaktors herausgenommen. Sofern zuvor kein thermischer Behandlungsprozess stattgefunden hat, sondern beispielsweise nur eine thermische Reinigung der Prozesskammer ohne Substrat stattgefunden hat, werden die Transportringe ohne darauf liegende Substrate der Prozesskammer entnommen. Dies erfolgt bei einer erhöhten Temperatur. Die erhöhte Temperatur der Prozesskammer kann im Bereich zwischen 200°C und 400°C liegen. Wird auf einen derart aufgeheizten Transportring ein Raumtemperatur aufweisendes Substrat aufgelegt, so kann es auf Grund des sehr hohen Temperaturunterschiedes zwischen Substrat und Auflagefläche des Transportringes zu thermischen Spannungen im Substrat führen. Das Substrat kann sich zum einen verformen. Zum anderen kann das Substrat aber auch durch eine schlagartige Umverformung, sich verlagern und dabei hochspringen oder sogar brechen. Es ist wird als nachteilhaft angesehen, dass sich eine definierte Lage des Substrates auf dem Transportring verändern kann.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2016/0983575 A1 ist ein CVD-Reaktor und ein Verfahren zu dessen Beladung mit Substraten vorbekannt. Das Substrat wird bevor es in die heiße Prozesskammer eingebracht wird in einem gesonderten Ofen vorbeheizt. Die Vorbeheizung eines Substrates wird auch in der
WO 03/088326 A2 beschrieben.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die oben genannten Nachteile mit einfachen Mitteln zu beheben.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe dar.
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Zunächst und im Wesentlichen wird ein Verfahren zum Beladen eines CVD-Reaktors mit einem Transportring, der Substrate transportiert, vorgeschlagen, bei dem das Aufheizen des Substrates von einer moderaten Umgebungstemperatur zu einer erhöhten Temperatur innerhalb der Prozesskammer des CVD-Reaktors durchgeführt wird. Im Einzelnen wird hierzu vorgeschlagen, dass zunächst ein Transportring aus einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors, die eine erhöhte Prozesskammertemperatur aufweist entnommen wird. Es wird ein Substrat bereitgestellt, das eine gegenüber der Prozesskammertemperatur niedrigere erste Substrattemperatur aufweist. Die erste Substrattemperatur kann Raumtemperatur sein oder im Bereich zwischen 20°C und 60°C liegen. Es kann sich aber auch um eine erhöhte Temperatur, beispielsweise 100°C handeln. In einem weiteren Schritt wird dieses Substrat, das eine niedrigere Temperatur aufweist, als die Prozesskammertemperatur in die Prozesskammer des CVD-Reaktors gebracht. Dies kann mit einem Greifer erfolgen. Der Greifer kann dieselbe niedrige Temperatur besitzen, die das Substrat besitzt. In der Prozesskammer wird das Substrat eine gewisse Zeit der erhöhten Temperatur innerhalb der Prozesskammer ausgesetzt, sodass sich das Substrat aufheizt. Das Substrat heizt sich dabei innerhalb des CVD-Reaktors bis zu einer zweiten, erhöhten Substrattemperatur auf. Die zweite Substrattemperatur ist niedriger als die Prozesskammertemperatur aber höher als die erste Substrattemperatur. Es kann vorgesehen sein, dass die Temperatur des Substrates während des Aufheizens gemessen wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Substrat für eine vorgegebene Zeit innerhalb der Prozesskammer, die eine vorgegebene Prozesskammertemperatur aufweist, verbleibt. Das Substrat wird dabei vom Greifer gehalten. Das Substrat kann einen Abstand zu den heißen Wänden der Prozesskammer aufweisen. Das Substrat kann sich durch von einer beheizten Oberfläche der Prozesskammer emitierten Wärmestrahlung aufheizen. Es ist aber auch vorgesehen, dass durch die Prozesskammer ein heißes Spülgas fließt, sodass sich das Substrat über das heiße Spülgas aufheizen kann. Nach Ablauf der vorgegebenen Verweilzeit des Substrates in der Prozesskammer des CVD-Reaktors wird das Substrat aus dem CVD-Reaktor heraus transportiert. Dies kann mit dem Greifer erfolgen, der auch das Substrat in die Prozesskammer gebracht hat. Bevorzugt wird das Substrat während seines Aufenthaltes in der Prozesskammer vom Greifer gehalten, sodass sich der Greifer zusammen mit dem Substrat aufheizt. Die vorgegebenen Aufheizzeiten können im Bereich zwischen 15 Sekunden und 30 Sekunden liegen. Sie können aber auch in einem Bereich zwischen 10 und 20 Sekunden liegen. Während der Aufheizphase des Substrates in der Prozesskammer des CVD-Reaktors wird der zuvor aus dem CVD-Reaktor entfernte Transportring zwischengelagert. Dabei kann sich der Transportring von der Prozesskammertemperatur auf eine niedrigere Temperatur abkühlen. Das Verfahren wird bevorzugt derart durchgeführt, dass diese niedrigere Temperatur des Transportrings in etwa der Temperatur entspricht, die das Substrat erreicht hat, wenn es wieder aus der Prozesskammer des CVD-Reaktors herausgenommen wird. Zumindest aber ist der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur des Transportrings und der Temperatur des Substrates derart gering, dass die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden würden und sich das Substrat beim Inkontaktbringen zum Transportring nicht verformt oder seine Lage verändert. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann ein Substrat-Wechsel-Modul aufweisen. Dieses, grundsätzlich aus der
DE 10 2013 012 082 A1 vorbekannte Wechselmodul ist in der Lage, ein Substrat von einem Transportring zu trennen. Dabei kann der Greifer den ein Substrat tragenden Transportring über Stützelemente bringen, auf denen das Substrat abgelegt wird. Es wird hierzu auf den Offenbarungsgehalt der
DE 10 2013 012 082 A1 verwiesen. Es kann vorgesehen sein, dass das Substrat-Wechsel-Modul auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei einer Prozesskammertemperatur durchgeführt, die in einem Bereich zwischen 250°C und 400°C oder in einem Bereich zwischen 300°C und 380°C liegt. Das Substrat kann, bevor es auf einen Substrathalter aufgelegt wird, in einem beheizten Substrat- Wechsel-Modul temperiert werden. Dies kann für fünf bis zehn Sekunden erfolgen. Es kann vorgesehen sein, dass der aus dem CVD-Reaktor entnommene Transportring, der ein Substrat tragen kann oder der kein Substrat tragen kann, in einem Substrat-Wechsel-Modul zwischengespeichert wird. Das Substrat-Wechsel-Modul kann auf eine Temperatur aufgeheizt sein, die in etwa der Prozesskammertemperatur des CVD-Reaktors entspricht oder aber auch geringer ist, als die Prozesskammertemperatur des CVD-Reaktors, aus der der Transportring entnommen worden ist. Dies hat dann zur Folge, dass der Transportring während seines Aufenthaltes im Substrat-Wechsel-Modul nur geringfügig oder gar nicht abkühlt.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Substrat aus einem Magazin entnommen wird. Das einem Magazin entnommene Substrat kann Raumtemperatur aufweisen. Das Substrat wird mit dem Greifer in die Prozesskammer gebracht, wo es sich zunächst auf eine erste erhöhte Temperatur aufheizt. Das Substrat kann danach aus der Prozesskammer in das Substrat-Wechsel-Modul gebracht werden, wo sich das Substrat gegebenenfalls weiter aufheizen kann. Es kann dort noch nicht mit dem Transportring in Verbindung gebracht werden, sondern kann zunächst auf dem Greifer verbleiben oder auf Stützelementen abgelegt werden, die durch eine Öffnung des Transportrings hindurchragen können.
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Das Substrat kann sich im Substrat-Wechsel-Modul weiter aufheizen. Die Aufheizzeit im Substrat-Wechsel-Modul kann bis zu einer Substrat-Wechsel- Modul-Temperatur erfolgen. Das Substrat kann sich für eine Zeit von 5 bis 10 Sekunden im Substrat-Wechsel-Modul aufhalten. Es kann sich dabei um die Zeit handeln, die benötigt wird, um den Transportring mit einem Greifer, bei dem es sich um denselben Greifer handeln kann, der das Substrat transportiert oder aber auch um einen anderen Greifer handeln kann, zu greifen. Das Substrat liegt dann mit seinem Rand auf einer Auflagefläche des Transportrings auf und wird zusammen mit dem Transportring in die Prozesskammer eines CVD-Reaktors abgelegt. Hinsichtlich der Ausgestaltung eines diesbezüglichen CVD-Reaktors und eines Transportrings wird auf die
DE 10 2013 012 082 A1 verwiesen. In dem erfindungsgemäßen CVD-Reaktor können Substrate die aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe oder aus Elementen der II. oder VI.
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Hauptgruppe oder aus Elementen der IV. Hauptgruppe thermisch behandelt werden. Bei der thermischen Behandlung können die Substrate beschichtet werden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Substrate mit Schichten, die aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe oder aus Elementen der II. und VI.
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Hauptgruppe oder aus Elementen der IV. Hauptgruppe bestehen, beschichtet werden. Hierzu kann vorgesehen sein, dass sich innerhalb der Prozesskammer des CVD-Reaktors ein Gaseinlassorgan befindet, mit dem Prozessgase aus Elementen der III. oder V. Hauptgruppe oder aus Elementen der II. oder VI.
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Hauptgruppe oder der IV. Hauptgruppe in die Prozesskammer zusammen mit einem Trägergas eingespeist werden. Diese Prozessgase können sich in der Prozesskammer thermisch zerlegen, wobei sich Zerlegungsprodukte der Prozessgase die Schicht bildend auf der Oberfläche des Substrates anlagern. Die Schicht kann einkristallin sein.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine Steuereinrichtung, die derart programmiert ist, dass zumindest teilautomatisiert das zuvor beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann, wobei die Vorrichtung einen CVD-Reaktor mit einer Prozesskammer und ein Substratwechselmodul aufweist. Die Vorrichtung kann ferner zumindest einen Greifer aufweisen, mit dem sowohl das Substrat als auch der Transportring gegriffen werden kann. Die Vorrichtung kann aber auch zwei Greifer aufweisen. Mit einem ersten Greifer kann der Transportring und mit einem zweiten Greifer das Substrat gegriffen werden.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 in der Art eines Vertikalschnitts einen CVD-Reaktor 1,
- 2 in der Draufsicht einen Suszeptor 3, der sich innerhalb des CVD-Reaktors 1 befindet,
- 3 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 4 schematisch eine Wechselvorrichtung 10 in einem Substrat-Wechsel-Modul 9 und
- 5 perspektivisch einen Transportring 12 und ein Substrat 11.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die
3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Vorrichtung weist einen CVD-Reaktor 1 auf, wie er grundsätzlich aus der
DE 10 2013 012 082 A1 oder der
DE 102 32 731 A1 bekannt ist. Die Vorrichtung weist ferner ein Magazin 16 auf, in dem die Substrate bevorratet werden können. Die Vorrichtung weist darüber hinaus ein Substrat-Wechsel-Modul 9 auf, in dem sich eine Wechselvorrichtung 10 befindet. Ferner ist ein Greifer 8 vorgesehen, mit dem Substrate vom Magazin 16 zum Substrat-Wechselmodul 9 transportiert werden können. Die Substrate 9 können erfindungsgemäß aber auch vom Magazin 16 unmittelbar mittels des Greifers 8 durch eine Be- und Entladeöffnung 7 in eine Prozesskammer 2 des CVD-Reaktors 1 gebracht werden. Mit dem Greifer 8 kann zudem ein Transportring 12, der in der Lage ist, ein Substrat 11 zu tragen transportiert werden. Es kann aber auch ein zweiter Greifer vorgesehen sein, der den Transportring 12 greifen und transportieren kann. Der Transportring 12 kann aus dem Inneren der Prozesskammer 2 entnommen werden und zum Substrat-Wechsel-Modul 9 gebracht werden.
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In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können anstelle eines einzigen Greifers 8 zwei Greifer vorgesehen sein, die unterschiedlich gestaltete Greiffinger oder Greifelemente aufweisen. Ein Greifer 8 ist in der Lage, den Transportring 12 zu greifen, um ihn von einem in der Prozesskammer 2 angeordneten Suszeptor 3 zu nehmen. Ein anderer Greifer ist in der Lage, ein Substrat 11 zu transportieren, beispielsweise aus dem Magazin 16 zu nehmen.
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Es ist eine Steuereinrichtung 15 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 15 ist programmierbar. Die Steuereinrichtung 15 ist derart programmiert, dass sie in der Lage ist, insbesondere den Greifer 8 und/oder einen weiteren Greifer anzusteuern. Die Steuereinrichtung 15 kann darüber hinaus die Temperatur in der Prozesskammer 2 und/oder die Temperatur im Substrat-Wechsel-Modul 9 steuern beziehungsweise regeln. Die Steuereinrichtung 15 ist insbesondere derart programmiert, dass das nachfolgend beschriebene Verfahren automatisiert oder zumindest teilautomatisiert durchgeführt werden kann.
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Der CVD-Reaktor 1 besitzt ein Gehäuse, welches nach außen gasdicht ist. Innerhalb des Gehäuses des CVD-Reaktors 1 befindet sich eine Prozesskammer 2, die nach oben hin von einer Prozesskammerdecke 5 und nach unten hin von einem Suszeptor 3 begrenzt ist. Unterhalb des Suszeptors 3 befindet sich eine Heizeinrichtung 13, mit der der Suszeptor 3 auf eine erhöhte Temperatur, insbesondere auf eine Prozesskammertemperatur TP aufgeheizt werden kann. Der Suszeptor 3 besitzt mehrere kreisförmig um ein im Zentrum der Prozesskammer 2 angeordnetes Gaseinlassorgan 4 angeordnete Lagerplätze jeweils für ein Substrat 11 oder aber auch für mehrere Substrate 11. Jeder Lagerplatz besitzt einen Substrathalter 6, der ein flacher Körper ist, der in bekannter Weise während des Abscheidens von Schichten auf den Substraten 11 auf einem Gaspolster schwebend drehangetrieben wird. Der Substrathalter 6 besitzt eine an seinen Rand angrenzende Stufe, auf der während eines Beschichtungsprozesses ein in der 1 gestrichelt dargestellter Transportring 12 liegt, auf dem ein in der 1 gestrichelt dargestelltes Substrat 11 aufliegt. Der Transportring 12 kann eine von einer Umfangswand umgebene Auflagefläche für den Rand des Substrates 11 aufweisen. Der Transportring 12 kann von einem Greifer, der beispielsweise zwei Greifarme aufweist gegriffen werden. Hierzu weist der Suszeptor 3 Kanäle 14 auf, durch die die Arme des Greifers hindurchgreifen können. Mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe kann die Prozesskammer 2 auf Drucke unter 1 mbar evakuiert werden.
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Nach der Durchführung eines Beschichtungsprozesses, der bei Temperaturen von 600°C bis 800°C und bei einem Totaldruck von 50 mbar bis 100 mbar durchgeführt wird, wird die Prozesskammer 2 des CVD-Reaktors 1 auf Temperaturen unterhalb von 400°C, beispielsweise auf eine Temperatur von 350°C abgekühlt. Es können aber auch Reinigungsprozesse in der Prozesskammer durchgeführt werden, die bevorzugt ohne die Anwesenheit von Substraten 11 in der Prozesskammer 2 durchgeführt werden. Bei diesen Reinigungsprozessen wird die Prozesskammer 2 auf Temperaturen im Bereich zwischen 600°C und 1000°C aufgeheizt. Der Totaldruck kann dabei im Bereich zwischen 100 mbar und 800 mbar liegen.
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Nach Durchführung eines Beschichtungsprozesses oder eines Reinigungsprozesses wird der Transportring 12 gegebenenfalls zusammen mit dem Substrat 11 bei einer Prozesskammertemperatur TP von etwa 350°C aus der Prozesskammer entnommen. In einem Substrat-Wechsel-Modul 9, das schematisch in der 4 dargestellt ist, wird das Substrat 11 vom Transportring 12 getrennt oder es wird lediglich der Transportring 12 auf Stützsäulen einer Wechselvorrichtung 10 des Substrat-Wechsel-Moduls 9 abgelegt.
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Das Substrat-Wechsel-Modul 9 kann ein Gehäuse aufweisen, das in seinem Inneren beheizt ist. Es kann eine Substrat-Wechsel-Modul-Temperatur TW aufweisen, die im Bereich zwischen Raumtemperatur und der Prozesskammertemperatur TP liegt. Wird der Transportring 12 zusammen mit einem Substrat 11 aus der Prozesskammer 2 entnommen, so wird nachfolgend beispielsweise mit dem Greifer 8 das Substrat 11 von den es tragenden Stützsäulen der Wechselvorrichtung 10 entnommen und in ein Magazin 16 gebracht. Aus demselben Magazin 16 oder einem anderen Magazin 16 wird ein thermisch behandelndes Substrat 11 bei einer ersten Substrattemperatur TS1, die beispielsweise Raumtemperatur sein kann, entnommen. Das Substrat 11 wird mit dem Greifer 8 durch die verschließbare Beladeöffnung 7 des CVD-Reaktors 1 in die Prozesskammer 2 gebracht. Dort wird es mit Abstand zu den Wänden der Prozesskammer 2 für eine gewisse Zeit, beispielsweise 10 bis 30 Sekunden gehalten. Während dieser Zeit erwärmt sich das Substrat 11 auf eine zweite Substrattemperatur TS2, die höher ist, als die erste Substrattemperatur TS1 aber geringer ist, als die Prozesskammertemperatur TP. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Substrat 11 so lange in der Prozesskammer 2 gehalten wird, bis es die Prozesskammertemperatur TP oder eine andere Temperatur erreicht hat.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Greifer 8, der das Substrat 11 trägt, ein schaufelartiges Ende aufweist, auf dem das Substrat 11 aufliegt. Es kann vorgesehen sein, dass der Greifer 8, der das Substrat 11 greift, in etwa dieselbe Temperatur aufweist, die das Substrat 11 aufweist. Das, das Substrat 11 tragende Ende des Greifers 8 verbleibt zusammen mit dem Substrat 11 in der Prozesskammer 2 und heizt sich zusammen mit dem Substrat 11 auf. Dies kann lediglich durch Wärmestrahlung oder durch Wärmeübertragung durch Konvektion eines die Prozesskammer 2 ausfüllenden Gases erfolgen. Das Aufwärmen des Substrates 11 erfolgt bevorzugt bei Atmosphärendruck und mit geöffneter Beladeöffnung 7, wobei während des Aufheizens der Greifer 8 durch die Beladeöffnung 7 in die Prozesskammer 2 hineinragt.
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Nach Ablauf einer vorgegebenen Verweilzeit des Substrates 11 in der beheizten Prozesskammer 2 wird der das Substrat tragende Greifer 8 durch die Beladeöffnung 7 aus der Prozesskammer 2 heraus gefahren. Das Substrat 11 wird auf die Stützsäulen der im Substrat-Wechsel-Modul 9 angeordneten Wechselvorrichtung 10 aufgesetzt. Der Temperaturunterschied zwischen dem im Substrat-Wechsel-Modul 9 bevorrateten Transportring 12 und dem Substrat 11 ist jetzt minimal.
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Das Substrat-Wechsel-Modul 9 kann in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung beheizt sein. Die Substrat-Wechsel-Modul-Temperatur TW kann dieselbe Temperatur wie die Prozesskammertemperatur TP sein. Die Substrat-Wechsel-Modul-Temperatur TW kann aber auch geringer sein als die Prozesskammertemperatur TP. Im letzteren Fall kühlt sich der Transportring 12 nach seinem Verbringen in das Substrat-Wechsel-Modul 9 von einer ersten Transportringtemperatur TR1 auf eine zweite Transportringtemperatur TR2 ab. Die zweite Transportringtemperatur TR2 entspricht in etwa der zweiten Substrattemperatur TS2.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beziehungsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, dass sich das Substrat 11 bevor es in Kontakt mit dem heißen Transportring 12 kommt, auf eine zweite Substrattemperatur TS2 aufgeheizt hat, die im Wesentlichen der zweiten Transportringtemperatur TR2 entspricht. Zumindest aber wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, dass sich das Substrat beim Auflegen auf den Transportring 12 aufgrund eines Temperaturunterschiedes zum Transportring 12 thermisch nicht derart verformt, dass es auf den Transportring wandert.
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Der Transportring 12 wird das Substrat 11 tragend vom Greifer 8 durch die Be- und Entladeöffnung 7 erneut in die Prozesskammer 2 gebracht. Der Transportring 12 wird abgesenkt, sodass er auf der vom Substrathalter 6 ausgebildeten Stufe aufliegt. Nach dem Ablegen des das Substrat 11 tragenden Transportrings 12 wird der Greifer 8 aus der Prozesskammer 2 durch die Beladeöffnung 7 herausgefahren. Die Beladeöffnung 7 wird mit einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Verschluss verschlossen, sodass das Innere des CVD-Reaktors 1 gegenüber der Umgebung gasdicht ist. Für die Durchführung eines Behandlungsschrittes kann der Totaldruck innerhalb der Prozesskammer 2 abgesenkt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung können mehrere Substrathalter 6 aufweisen, die zumindest ein Substrat 11 tragen können. Es können aber auch Ausführungsbeispiele vorgesehen sein, bei denen die Substrathalter 6 mehrere Substrate 11 tragen. Der hierzu verwendetet Transportring besitzt dann eine Vielzahl von ringförmigen Öffnungen von denen jeweils ein Substrat eingelegt werden kann. Die Substrathalter 6 werden mit dem zuvor genannten Verfahren nacheinander mit Substraten 11 belegt, wobei jeweils zuvor ein Transportring 12 aus der heißen Prozesskammer 2 entnommen wird, in der zuvor beschriebenen Weise in der Wechselvorrichtung 10 abgelegt wird und ein aus einem Magazin 16 entnommenes Substrat 11 zunächst in der Prozesskammer 2 vorbeheizt wird, bevor es im Substrat-Wechsel-Modul 9 in Kontakt mit dem Transportring 12 gebracht wird. Der das Substrat 11 tragende Transportring 12 wird sodann durch die Be- und Entladeöffnung 7 in die Prozesskammer 2 gebracht und auf der Stufe des Substrathalters 6 abgelegt.
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Sobald sämtliche Lagerplätze des Suszeptors 3 oder auch nur einige der Lagerplätze des Suszeptors 3 mit Substraten 11 belegt sind, kann ein thermischer Behandlungsschritt folgen.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass GaAs-Substrate verwendet werden. Diese werden in der Prozesskammer 2 durch Einleiten beispielsweise eines Hydrids eines Elementes der V. Hauptgruppe und einer metallorganischen Verbindung eines Elementes der III. Hauptgruppe beschichtet. Hierzu kann beispielsweise GaH3 und TmGa oder NH3 in Kombination mit einer metallorganischen Verbindung in die Prozesskammer eingespeist werden.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt die Prozesskammertemperatur zum be- und entladen einen Wert von etwa 300°C. Bei dieser Prozesskammertemperatur TP wird ein Substrat 11 bei Raumtemperatur für 10 Sekunden in die Prozesskammer 2 zum Aufheizen gebracht. Dabei wird das Substrat in einer Höhe von ungefähr 5mm oberhalb des Suszeptors 3 gehalten. Danach wird das Substrat 11 in das Substrat-Wechsel-Modul 9 gebracht, wo es weitere 10 Sekunden vorbeheizt wird.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Aufenthaltsdauer des Substrates 11 in der auf 350°C beheizten Prozesskammer 2 20 Sekunden. Die Aufenthaltsdauer des Substrates 11 in dem beheizten oder nicht beheizten Substrat-Wechsel-Modul 9 beträgt 10 Sekunden.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wird das Substrat 11 15 Sekunden lang bei 350°C in der Prozesskammer 2 aufgeheizt, bevor es weitere 10 Sekunden im Substrat-Wechsel-Modul 9 vorbeheizt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel können geringfügige Verformungen des Substrates 11 auftreten.
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Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Substrat einen geringeren Abstand vom Suszeptor 3 während der Aufheizphase besitzen.
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Bei einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das in der Prozesskammer 2 zunächst vorbeheizte Substrat im Substrat-Wechsel-Modul 9 vor dem Inkontaktbringen zum Tragring 12 zunächst in einen geringen Abstand zum Tragring 12 gebracht wird. Beispielsweise kann der Transportring in der in der 4 dargestellten Wechselvorrichtung 10 durch einen Greifer derart angehoben werden, dass der Abstand der ringförmigen Auflagefläche, die von einem Rand umgeben ist, zum Rand des Substrates 11 etwa 0,3mm bis 0,5mm beträgt. In dieser Position kann Wärme vom Transportring 12 zum Substrat 11 fließen. Innerhalb von 8 bis 15 Sekunden kann sich nahezu ein Temperaturgleichgewicht einstellen.
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Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Ladehöhe des das Substrat 11 tragenden Transportrings 12 etwa 4mm beträgt. Der bevorzugt von einem Roboterarm ausgebildete Greifer 8 kann bis in einen Abstand von 1 bis 3mm oberhalb des Substrathalters 6 abgesenkt werden. Er kann dort 5 bis 10 Sekunden in dieser Position verbleiben und sich erst dann absenken, bis der Transportring 12 auf dem Substrathalter 6 oder das Substrat 11 auf dem Substrathalter 6 aufliegt, wo es nachfolgend beschichtet werden kann.
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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:
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Ein Verfahren zum Beladen eines CVD-Reaktors 1 mit auf einem Transportring 12 transportierten Substraten 11 mit folgenden Schritten: Entnahme eines Transportrings 12 aus einer Prozesskammer 2 eines CVD-Reaktors 1, die eine erhöhte Prozesskammertemperatur TP aufweist; Bereitstellen eines Substrates 11, das eine gegenüber der Prozesskammertemperatur TP niedrigere erste Substrattemperatur TS1 aufweist; Transportieren des Substrates 11 in die Prozesskammer 2 des CVD-Reaktors 1; Aufheizen des Substrates 11 innerhalb des CVD-Reaktors bis zu einer zweiten erhöhten Substrattemperatur TS2; Transportieren des Substrates 11 aus dem CVD-Reaktor 1; Auflegen des Substrates 11 auf den außerhalb des CVD-Reaktors 1 bereitgehaltenen Transportring 12; Transportieren des das Substrat 11 tragenden Transportrings 12 in den CVD-Reaktor 1.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat 11 mit Hilfe eines Greifers 8 in den CVD-Reaktor 1 transportiert, dort in einem räumlichen Abstand zu heißen Teilen der Prozesskammer 2 des CVD-Reaktors 1 gehalten wird und mit dem Greifer 8 aus dem CVD-Reaktor 1 heraustransportiert wird.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transportring 12 in einen Substrat-Wechsel-Modul 9 während des Aufheizens des Substrates 11 im CVD-Reaktor 1 aufbewahrt wird, und/oder dass ein Substrat-Wechsel-Modul 9 auf einer erhöhten Substrat-Wechsel-Modul-Temperatur TW gehalten wird.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Prozesskammertemperatur TP in einem Bereich zwischen 250°C und 400°C und/ oder in einem Bereich zwischen 300°C und 380°C liegt.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat 11 für eine Zeit zwischen 10 Sekunden und 30 Sekunden im CVD-Reaktor 1 aufgeheizt wird.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat 11 für eine Zeit im Bereich zwischen 5 Sekunden und 10 Sekunden in einem beheizten Substrat-Wechsel-Modul 9 temperiert wird.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat 11 ein III-V Substrat und/oder ein GaAs-Substrat, ein GaN-Substrat oder IV-Substrat, ein InP-Substrat oder ein Si-Substrat oder ein Ge-Substrat ist.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass sich an das Verfahren ein CVD-Beschichtungsverfahren anschließt, in dem das Substrat 11 in der Prozesskammer 2 des CVD-Reaktors 1 bei Temperaturen im Bereich zwischen 600°C und 850°C oder 600°C und 1000°C bei einem Totaldruck in einem Bereich zwischen 50 mbar und 100 mbar oder bei einem Totaldruck von 100 mbar bis 800 mbar mit einer Schicht aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe oder aus Elementen der II. und VI. Hauptgruppe oder aus Elementen der IV. Hauptgruppe beschichtet wird.
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Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Vielzahl von Substraten 11 nacheinander jeweils auf einem Transportring 12 aufliegend in die Prozesskammer 2 des CVD-Reaktors 1 gebracht wird und dort auf Substrathaltern 6 platziert werden und nachfolgend ein Beschichtungsverfahren durchgeführt wird.
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Vorrichtung bestehend aus einem CVD-Reaktor 1 mit einem Gehäuse, dessen Gehäusewand eine Be- und Entladeöffnung 7 aufweist und in dem eine Prozesskammer 2 mit von einer Heizvorrichtung 13 aufheizbaren Wänden angeordnet ist, mit einem Substratwechselmodul 9, mit einem Greifer 8 und mit einer Steuereinrichtung 15, wobei die Steuereinrichtung derart programmiert ist, dass zumindest teilautomatisiert das Verfahren durchführbar ist.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- CVD-Reaktor
- 2
- Prozesskammer
- 3
- Suszeptor
- 4
- Gaseinlassorgan
- 5
- Prozesskammerdecke
- 6
- Substrathalter
- 7
- Be- und Entladeöffnung
- 8
- Greifer
- 9
- Substrat-Wechsel-Modul
- 10
- Wechselvorrichtung
- 11
- Substrat
- 12
- Transportring
- 13
- Heizeinrichtung
- 14
- Kanal
- 15
- Steuereinrichtung
- 16
- Magazin
- TP
- Prozesskammertemperatur
- TS1
- erste Substrattemperatur
- TS2
- zweite Substrattemperatur
- TR1
- erste Transportringtemperatur
- TR2
- zweite Transportringtemperatur
- TW
- Substrat-Wechsel-Modul-Temperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016/0983575 A1 [0003]
- WO 03/088326 A2 [0003]
- DE 102013012082 A1 [0006, 0008, 0014]
- DE 10232731 A1 [0014]
