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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln
von scheibenförmigen
Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einer Schnellheizanlage mit
wenigstens einer vom Substrat beabstandeten ersten Strahlungsquelle
zum Erwärmen
wenigstens eines Substrats, bei dem das Substrat in einer Heizphase
erwärmt
und einer darauffolgenden Kühlphase abgekühlt wird.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen
sind in der Halbleitertechnik vielfach bekannt. Schnellheizanlagen,
die auch als RTP-Anlagen (Rapid Thermal Processing-Anlagen) bezeichnet
werden, können
unterschiedliche Aufbauten besitzen, um Halbleiterwafer innerhalb
kürzester
Zeit auf Temperaturen über
300 °C zu
bringen und anschließend
wieder abzukühlen.
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Bei einer bekannten RTP-Anlage wird
ein Halbleiterwafer vertikal über
einen mechanischen Handhabungsmechanismus in einer Prozesskammer hoch
und runter bewegt, wobei innerhalb der Prozesskammer ein radial
symmetrisches und sich vertikal veränderndes, zeitlich konstantes
Temperaturfeld vorgesehen ist. Hierdurch lässt sich eine rasche Aufheizung
des Wafers auf die gewünschte
Temperatur erreichen. Jedoch ergibt sich das Problem, zeitaufgelöst homogene
Temperaturen über
den Wafer hinweg zu erreichen, da bei dieser Art Vorrichtung keine Kompensationsmöglichkeiten
für Temperaturinhomogenitäten über den
Wafer hinweg vorgesehen sind.
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Bei einer alternativen RTP-Anlage
werden die Halbleiterwafer über
Strahlungsquellen, insbesondere Halogenlampen und/oder Bogenlampen
erhitzt. Ein Beispiel einer solchen RTP-Anlage ist in der auf dieselbe
Anmelderin zurückgehenden
DE 199 05 524 A beschrieben.
Bei dieser gezeigten RTP-Anlage werden
Halbleiterwafer in eine obere und untere Quarzwände aufweisende Prozesskammer
transportiert und auf Quarzstiften innerhalb der Prozesskammer abgelegt.
Eine Erwärmung
des Substrats erfolgt über
oberhalb und unterhalb der Prozesskammer angeordnete Heizlampen,
wie beispielsweise Halogenlampen, die jeweils in oberen und unteren
Lampenbänken
angeordnet sind. Durch entsprechende Ansteuerung der Lampen der
oberen oder unteren Lampenbank lassen sich Temperaturinhomogenitäten über die
Substratfläche
hinweg gut ausgleichen. Ferner ermöglichen die Quarzlampen eine
hohe Aufheizrate des Wafers.
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Bei dieser bekannten Anlage ergibt
sich jedoch das Problem, dass die Wafer auf Substratstiften abgelegt
werden, wodurch bei Erwärmung
und Ausdehnung des Wafers Kratzer in der Waferoberfläche entstehen
können.
Darüber
hinaus entstehen an bzw. in der Nähe der Auflagepunkte lokale
Temperaturgradienten zur Auflage hin. Hierdurch entstehen sogenannte
Dislocations oder Versetzungslinien in der Kristallstruktur des
Halbleiterwafers, welche die Funktion beeinträchtigen können.
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Ferner ergibt sich bei den bekannten
Anlagen das Problem, dass sie zwar eine sehr rasche Aufheizung des
Wafers ermöglichen,
jedoch eine Abkühlung
nicht mit derselben Geschwindigkeit möglich ist. Dies liegt daran,
dass eine Abkühlung
der Wafer im Wesentlichen nur über
vom Wafer ausgehende Wärmestrahlung
erfolgt. Zwar ist es auch angedacht, eine Abkühlung zumindest teilweise über eine
Gasströmung
innerhalb der Prozesskammer zu erreichen, dies bringt jedoch Probleme
mit sich, da die Gasströmung
Temperaturinhomogenitäten über die Oberfläche des
Substrats hinweg erzeugen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
somit die Aufgabe zu Grunde, eine rasche Abkühlung von Substraten in einer
Schnellheizanlage zu ermöglichen. Darüber hinaus
liegt der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zu Grunde, die
durch Auflageelemente entstehenden Probleme zu eliminieren.
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Erfindungsgemäß wird die der Erfindung zu Grunde
liegenden Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
dadurch gelöst,
dass das Substrat wenigstens während
eines Abschnitts der Kühlphase
mit einem Abstand zwischen 50 μm
und 1 mm von einer Heiz/Kühlplatte
beabstandet gehalten wird. Durch die Nähe des Substrats zu der Heiz/Kühlplatte
ergibt sich eine Wärmeleitung
dazwischen, was höhere
Abkühlraten
des Substrats ermöglicht. Da
das Substrat beabstandet gehalten wird, ergeben sich keine Kontaktpunkte
dazwischen, die zu den oben genannten Fehlern führen können. Vorzugsweise liegt der
Abstand zwischen 150 und 500 μm.
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Gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung wird das Substrat während der thermischen Behandlung
mittels Ultraschalllevitation in der Schnellheizanlage gehalten. Die
Ultraschalllevitation ermöglicht
ein kontaktloses Halten der Substrate und ermöglicht ferner das Halten der
Substrate mit einem Abstand zwischen 50 μm und 1 mm, insbesondere zwischen
150 und 500 μm. Vorzugsweise
weist die Heiz/Kühlplatte
wenigstens eine erste Ultraschallelektrode auf, so dass die Ultraschalllevitation
und die Abstandseinstellung über
die Heiz/Kühlplatte
erfolgen kann. Hierbei weist die erste Ultraschallelektrode wenigstens
eine der Form und Größe des Substrats
im Wesentlichen entsprechende flache Abstrahlfläche auf, so dass die gesamte Oberfläche eines
Substrats im Wesentlichen gleichmässig beabstandet gehalten wird
und auch eine gleichmässige
Abkühlung
des Substrats über
dessen gesamte Oberfläche
möglich
ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist
die erste Ultraschallelektrode wenigstens eine zur flachen Abstrahlfläche geneigte
Abstrahlfläche auf,
durch die das Substrat in einer vorgegebenen seitlichen Position
gehalten wird. Die geneigte Abstrahlfläche ermöglicht insbesondere eine Zentrierung
eines Substrats gegenüber
der flachen Abstrahlfläche.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist wenigstens eine zweite Ultraschallelektrode vorgesehen,
die zur ersten Ultraschallelektrode abgewinkelt und/oder bewegbar
ist. Durch die abgewinkelte zweite Ultraschallelektrode lässt sich
wiederum eine seitliche Positionierung des Substrats vornehmen.
Durch eine bewegbare Ultraschallelektrode ist es möglich, das
Substrat bezüglich
der Heiz/Kühlplatte
zu bewegen und den Abstand zwischen Heiz/Kühlplatte und Substrat während der thermischen
Behandlung zu verän dern.
Vorzugsweise wird das Substrat durch die zweite Ultraschallelektrode
in einer vorgegebenen seitlichen Position gehalten.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das Substrat während der Aufheizphase in einem
größeren Abstand
zur Wärmesenke
gehalten (bevorzugt > 500 μm), um die Wärmeverluste
in dieser Phase klein zu halten, dann während eines Anfangsabschnitts
der Kühlphase
mit einem Abstand zwischen 50 μm
und 1 mm, insbesondere zwischen 150 und 500 μm, von der Heiz/Kühlplatte
beabstandet gehalten und während
des folgenden Abschnitts der Kühlphase
mit einem größeren Abstand
zur Heiz/Kühlplatte
gehalten. Dies ermöglicht
ein schaltbares, anfängliches
rasches Abkühlen des
Substrats über
Wärmeleitung
gefolgt durch eine weniger rasche Abkühlphase über vom Substrat ausgehende
Wärmestrahlung.
Hierdurch lässt
sich ein bevorzugtes Kühlprofil
einstellen. Für
eine möglichst effiziente
und rasche Abkühlung
wird das Substrat so lange mit einem Abstand zwischen 50 μm und 1 mm, insbesondere
zwischen 150 und 500 μm,
von der Heiz/Kühlplatte
beabstandet gehalten, bis es im Wesentlichen die Temperatur der
Heiz/Kühlplatte
erreicht hat. Dabei besitzt die Heiz/Kühlplatte vorzugsweise eine
wesentlich größere thermische
Masse als das Substrat, damit die Temperatur der Heiz/Kühlplatte
durch die von dem Substrat aufgenommene Wärme im Wesentlichen unbeeinflusst
ist. Die Querleitfähigkeit
der Wärme
kann durch geeignete Wahl ein gewünschtes Temperaturprofil erzeugen,
insbesondere kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit
eine hohe Temperaturhomogenität
gewährleisten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird die Temperatur der Heiz/Kühlplatte gesteuert, um hierdurch
ein vorgegebenes Heiz/Kühlprofil
zu ermöglichen.
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Um eine beidseitige Erwärmung des
Substrats über
beabstandete Strahlungsquellen zu ermöglichen, ist die Heiz/Kühlplatte
vorzugsweise für
die Strahlung der Strahlungsquelle im Wesentlichen transparent.
Um eine effi ziente Abkühlung
zu erreichen, ist die Heiz/Kühlplatte
hingegen für
vom Substrat stammende Wärmestrahlung
im Wesentlichen opaque.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens
eine zweite Strahlungsquelle auf der vom Substrat abgewandten Seite
der Heiz/Kühlplatte
vorgesehen, wobei die Heiz/Kühlplatte
für die
Strahlung der zweiten Strahlungsquelle im Wesentlichen opaque ist
und die Heiz/Kühlplatte
wenigstens teilweise während
der thermischen Behandlung über
die zweite Strahlungsquelle erwärmt
wird. Hierdurch wird eine Erwärmung
der Heiz/Kühlplatte
ermöglicht,
um sie auf eine vorgegebene Temperatur zu bringen. Dies ermöglicht während des
Erwärmens
des Substrats eine Erwärmung über die
Heiz/Kühlplatte,
was vorteilhaft ist, da Halbleiterwafer je nach Konfiguration häufig unter
einer Temperatur von 600°C
für die eingesetzten
Strahlungsquellen, wie beispielsweise Halogenlampen, im Wesentlichen
transparent sind. Dabei weist die zweite Strahlungsquelle vorzugsweise
eine unterschiedliche Wellenlänge
zur ersten Strahlungsquelle auf, um gegebenenfalls zu ermöglichen,
dass die Heiz/Kühlplatte
von der ersten Strahlungsquelle stammende Strahlung hindurchlässt, um direkt
auf das Substrat zu wirken.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung weist die Heiz/Kühlplatte
wenigstens einen Hohlraum zur Aufnahme eines Fluids auf, das entweder
zum Beheizen und/oder Kühlen
der Heiz/Kühlplatte
eingesetzt werden kann. Insbesondere wird während eines Anfangsabschnitts
der Heizphase ein die Strahlung der ersten Strahlungsquelle absorbierendes
Fluid in die Heiz/Kühlplatte
eingeleitet, um hierüber
die Heiz/Kühlplatte
zu erwärmen.
Wenn es gewünscht
ist, dass von der ersten Strahlungsquelle stammende Strahlung direkt
auf das Substrat wirkt, wird ein für die Strahlung transparentes
Fluid in die Heiz/Kühlplatte
eingeleitet. Hierüber
lässt sich
die Transparenz der Heiz/Kühlplatte
während
der thermischen Behandlung der Substrate in gewünschter Weise verändern. Das
jeweilige Fluid kann dabei statisch innerhalb der Heiz/Kühlplatte
gehalten werden, oder ständig
dort hindurch geleitet werden, und zwar insbesondere zum Abkühlen der
Heiz/Kühlplatte, wenn
dies erforderlich ist.
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Um die Heiz/Kühlplatte effizient auch während der
Heizphase einzusetzen, wird das wenigstens eine Substrat wenigstens
während
eines Abschnitts der Heizphase mit einem Abstand zwischen 50 μm und 1 mm,
insbesondere zwischen 150 und 500 μm, von der Heiz/Kühlplatte
beabstandet gehalten. Dabei wird das wenigstens eine Substrat vorzugsweise
während
eines Anfangsabschnitts der Heizphase mit einem Abstand zwischen
50 μm und
1 mm, insbesondere zwischen 150 und 500 μm, von der Heiz/Kühlplatte
beabstandet gehalten und während
des folgenden Abschnitts der Heizphase mit einem größeren Abstand
zur Heiz/Kühlplatte
gehalten. Hierdurch lässt
sich während
des Anfangsabschnitts eine rasche Aufheizung wenigstens teilweise über Wärmeleitungen
erreichen, wobei während
des folgenden Abschnitts eine Aufheizung ausschließlich über die
Strahlung der Strahlungsquellen, die in bekannter Weise eine hohe
Dynamik aufweisen, ermöglicht
wird.
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Für
eine Homogenisierung der Temperatur des Substrats über seine
Fläche
hinweg wird das Substrat wenigstens während Teilabschnitten der thermischen
Behandlung gedreht. Dabei wird das Substrat vorzugsweise mit einem
rotierenden Schallfeld gedreht, um eine kontaktlose Drehung zu ermöglichen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung wird das Substrat durch Rotation der Heiz/Kühlplatte
und/oder durch Rotation wenigstens einer Ultraschallelektrode gedreht,
wobei die Rotation der Heiz/Kühlplatte
und/oder der Ultraschallelektrode auch eine Drehung des Substrats
bewirkt, selbst wenn diese nicht direkt in Kontakt stehen.
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Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform
wird das Substrat durch eine darauf gerichtete Gasströmung gedreht,
um wiederum eine kontaktlose Drehung zu ermöglichen.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art auch
dadurch gelöst,
dass das Substrat während der
thermischen Behandlung mittels Ultraschalllevitation in der Schnellheizanlage gehalten
wird. Allein der Einsatz von Ultraschalllevitation ermöglicht eine kontaktlose
Halterung, wodurch die durch Kontaktlagerung entstehenden Probleme
vermieden werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Abstand zwischen einer ersten Ultraschallelektrode
und dem Substrat während
der thermischen Behandlung verändert,
um eine Wärmekopplung
zwischen der Ultraschallelektrode und dem Substrat während der
thermischen Behandlung gemäß vorgegebener
Prozessparameter zu verändern.
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Vorzugsweise lassen sich die zuvor
genannten Verfahren und unterschiedlichen Ausführungsbeispiele frei miteinander
kombinieren, um eine gewünschte
Konfiguration zu erhalten.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von
scheibenförmigen
Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einer Schnellheizanlage mit
wenigstens einer vom Substrat beabstandeten ersten Strahlungsquelle
zum Erwärmen
wenigstens eines Substrats dadurch gelöst, dass wenigstens eine erste
Ultraschallelektrode zum kontaktlosen Halten des Substrats in der
Schnellheizanlage vorgesehen ist. Das Vorsehen einer Ultraschallelektrode ermöglicht das
kontaktlose Halten von Substraten in einer Schnellheizanlage und
verhindert somit die mit Kontaktelementen in Beziehung stehenden
Probleme.
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Vorzugsweise weist die erste Ultraschallelektrode
wenigstens eine der Form und Größe des Substrats
entsprechende flache Abstrahlfläche
auf, um das Substrat flächig
zu halten. Darüber
hinaus werden lokale Temperaturinhomogenitäten im Substrat verhindert,
da sich die Ultraschallelektrode über das ganze Substrat hinweg
erstreckt.
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Um ein möglichst nahes, kontaktloses
Halten des Substrats zu ermöglichen,
ist vorzugsweise eine Ansteuerungsvorrichtung zum Betreiben der
ersten Ultraschallelektrode im Nahfeld vorgesehen. Wenn die erste
Ultraschallelektrode im Nahfeld betrieben wird, kann der Abstand
zwischen Substrat und Ultraschallelektrode so gering eingestellt
werden, dass bei gängigen
atmosphärischen
Anlagen oder Anlagen im sub-atmosphärischen Bereich eine Wärmeleitung
dazwischen möglich
ist, ohne einen tatsächlichen
Kontakt herzustellen. Eine derartige Wärmeleitung kann insbesondere
während
einer Abkühlphase und/oder
einer Aufheizphase die oben unter Bezugnahme auf das Verfahren genannten
Vorteile bieten. Hierbei bildet die erste Ultraschallelektrode vorzugsweise
eine Heiz/Kühlplatte
oder sie steht mit einer Heiz/Kühlplatte
in thermische leitendem Kontakt, wobei die Heiz/Kühlplatte
eine wesentlich größere thermischen
Masse besitzt als das Substrat. Hierdurch lässt sich in vorteilhafter Weise
das Aufheiz/Abkühlprofil
des Substrats während
einer thermischen Behandlung beeinflussen. Vorzugsweise ist die
erste Ultraschallelektrode eine Beschichtung auf der Heiz/Kühlplatte.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist
die erste Ultraschallelektrode wenigstens eine zur flachen Abstrahlfläche geneigte
Abstrahlteilfläche auf,
die eine seitliche Positionierung des Substrats ermöglicht.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist wenigstens eine zweite Ultraschallelektrode, die
zur ersten Ultraschallelektrode abgewinkelt und/oder bewegbar ist,
vorgesehen. Die abgewinkelte Ultraschallelektrode ermöglicht eine
seitliche Positionierung, und durch Vorsehen einer bewegbaren Ultraschallelektrode
lässt sich
der Abstand zwischen Substrat und erster Ultraschallelektrode auf
einfache Weise einstellen, um die Wärmekopplung dazwischen zu verändern.
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Vorzugsweise weist die zweite Ultraschallelektrode
eine Ringform auf, während
bei einer alternativen Ausführungsform
wenigstens drei auf einer Kreislinie angeordnete zweite Ultraschallelektroden vorgesehen
sind. Beide Ausführungsformen
ermöglichen
auf einfache und kostengünstige
Weise eine Zentrierung des Substrats. Bei der Ausführungsform mit
wenigstens drei auf einer Kreislinie angeordneten zweiten Ultraschallelektroden
sind diese vorzugsweise radial bezüglich einem Mittelpunkt der
Kreislinie und/oder vertikal beweg bar, um hierdurch eine Höhenveränderung
des Substrats innerhalb einer Prozesskammer zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens
eine Ultraschallelektrode an einem das Substrat radial umgebenden
Kompensationsring angeordnet, um während der thermischen Behandlung
eine Temperaturkompensation in den Randbereichen des Substrats vorzusehen.
Dabei ist die Ultraschallelektrode vorzugsweise bezüglich einer
Ebene des Kompensationsrings geneigt, um eine Zentrierung des Substrats bezüglich des
Kompensationsrings zu erreichen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine
Einrichtung zum Steuern der Temperatur der Heiz/Kühlplatte
vorgesehen, um über
die Heiz/Kühlplatte
zusätzlich
zu den Strahlungsquellen eine Erwärmung/Kühlung des Substrat in gewünschter
Weise zu erreichen.
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Vorzugsweise ist die Heiz/Kühlplatte
für die Strahlung
der Strahlungsquelle im Wesentlichen transparent, um das Strahlungsfeld
der Strahlungsquelle und die damit verbundene Dynamik nicht zu beeinträchtigen.
Dabei ist die Heiz/Kühlplatte
jedoch vorzugsweise für
vom Substrat stammende Wärmestrahlung
im Wesentlichen opaque, um diese insbesondere während einer Abkühlphase
aufzunehmen und eine rasche Abkühlung
des Substrats zu ermöglichen.
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Für
eine Steuerung der Temperatur der Heiz/Kühlplatte ist bei einer Ausführungsform
der Erfindung wenigstens eine zweite Strahlungsquelle auf der vom
Substrat abgewandten Seite der Heiz/Kühlplatte vorgesehen, wobei
die Heiz/Kühlplatte
für die Strahlung
der zweiten Strahlungsquelle im Wesentlichen opaque ist. Dabei weist
die zweite Strahlungsquelle vorzugsweise eine unterschiedliche Wellenlänge zur
ersten Strahlungsquelle auf, so dass die Heiz/Kühlplatte für die Strahlung der ersten
Strahlungsquelle im Wesentlichen transparent sein kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Heiz/Kühlplatte
wenigstens einen Hohlraum zum Einleiten eines Heiz/Kühlfluids
auf. Dabei ist ferner vorzugsweise eine Steuereinrichtung zum selektiven
Einleiten unterschiedlicher Heiz/Kühlfluide vorgesehen, wobei
wenigstens ein Kühlfluid
für die
von einer der Strahlungsquellen stammenden Strahlung transparent
ist, während
ein zweites Heiz/Kühlfluid
für von
einer der Strahlungsquellen stammende Strahlung opaque ist.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Drehimpulses für das Substrat
auf, um dieses während
der thermischen Behandlung zu drehen. Dabei weist die Einrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eine Ansteuervorrichtung zum Erzeugen eines rotierenden
Schallfeldes auf und/oder eine Vorrichtung zum Drehen der Heiz/Kühlplatte
oder wenigstens einer Ultraschallelektrode, um einen vorgegebenen
Drehpunkt, und/oder wenigstens einer auf das Substrat gerichteten
Gasdüse.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für eine thermische
Behandlung von Halbleiterwafern geeignet, bei der Strahlungsquellen
zum Erwärmen des
Halbleiterwafers auf beiden Seiten des Halbleiterwafers angeordnet
sind. Es ist jedoch auch möglich,
die Prinzipien der vorliegenden Erfindung bei einer Schnellheizanlage
zu verwenden, bei der eine Erwärmung
des Substrats über
nur auf einer Seite angeordnete Strahlungsquellen erfolgt, oder
bei einem System, bei dem das Substrat über vertikale Verschiebung
in einem Ofen mit unterschiedlichen Temperaturen an unterschiedlichen
Höhen behandelt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in den
Zeichnungen zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht durch eine Schnellheizanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2a und 2b schematische Schnittansichten
einer erfindungsgemäßen Ultraschallelektrodenanordnung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung in unterschiedlichen Arbeitspositionen;
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3a und 3b schematische Seitenansichten
einer alternativen Ultraschallelektrodenanordnung der vorliegenden
Erfindung in unterschiedlichen Arbeitspositionen;
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4a und 4b schematische Schnittansichten
einer weiteren Ausführungsform
von Ultraschallelektroden gemäß der Erfindung
in unterschiedlichen Arbeitspositionen;
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5 eine
schematische Draufsicht auf eine Ultraschallelektrodenanordnung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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6 eine
schematische Seitenansicht einer alternativen Ultraschallelektrodenanordnung
gemäß der Erfindung;
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7 eine
schematische Schnittansicht durch eine Schnellheizanlage mit einer
Ultraschallelektrode gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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8 eine
vergrößerte Schnittdarstellung der
Ultraschallelektrode gemäß 7;
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9 eine
alternative Ausführungsform
einer Ultraschallelektrode;
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10 eine
Draufsicht auf einen Temperatur-Kompensationsring mit daran angebrachten
Ultraschallelektroden gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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11a und 11b Schnittansichten von
Ultraschallelektrodenanordnungen mit einem Kompensationsring in
unterschiedlichen Arbeitspositionen;
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12 eine
Schnittansicht durch eine Schnellheizanlage mit einer Ultraschallelektrode
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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13 eine
vergrößerte Darstellung
einer Ultraschallelektrode gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
eine Schnittansicht durch eine Schnellheizanlage 1, die
ein Außengehäuse 3 aufweist.
Innerhalb des Gehäuses 3 sind
obere und untere Lampenbänke 4 bzw. 5 vorgesehen,
die beispielsweise durch stabförmige Lampen 6,
die sich in die Blattebene hinein erstrecken, gebildet werden. Unterhalb
der oberen Lampenbank 4 ist eine für die Strahlung der Lampen 6 durchlässige Wand 7,
die beispielsweise aus Quarzglas besteht, vorgesehen. Oberhalb der
unteren Lampenbank 5 ist eine entsprechende, transparente
Wand 8 vorgesehen. Die Wände 7, 8 bilden
dazwischen gemeinsam mit entsprechenden Seitenwänden des Gehäuses 3 eine Prozesskammer 10.
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Innerhalb der Prozesskammer 10 ist
eine Ultraschallelektrodenanordnung 13 vorgesehen, zum kontaktlosen
Tragen eines Halbleiterwafers 14 innerhalb der Prozesskammer 10.
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Die Ultraschallelektrodenanordnung 13 besitzt
eine erste, flache Elektrode 16, die eine dem Substrat 14 entsprechende
Umfangsform, wie beispielsweise eine Kreisform, besitzt. Die Elektrode 16 ist
in ihren Umfangsabmessungen etwas größer als das Substrat selbst.
Die Elektrode 16 besteht aus einem für die Strahlung der Lampen 6 der
unteren Lampenbank 5 im Wesentlichen transparenten Material,
so dass während
einer thermischen Behandlung der Halbleiterwafer 14 im
Wesentlichen direkt durch die Lampen 6 der unteren Lampenbank 5 erhitzt
werden kann.
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Die Elektrode 16 besitzt,
wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 noch
näher erläutert wird, Ausnehmungen
zur Aufnahme von zweiten Elektroden 18, die bezüglich der
ersten Elektrode 16 schräg gestellt sind. Der zwischen
der Elektrode 16 und den Elektroden 18 gebildete
Winkel liegt vorzugsweise zwischen 0,5 bis 10°, obwohl in 1 zur besseren Darstellung ein größerer Winkel
dargestellt ist. Die Elektroden 18 sind wiederum aus einem
für die Strahlung
der Lampen 6 der unteren Lampenbank 5 im Wesentlichen
transparenten Material, um eine Beheizung des Wafers 14 über die
Lampen 6 der unteren Lampenbank 5 nicht zu beeinträchtigen.
Gemäß der derzeit
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind wenigstens drei Ultraschallelektroden 18 vorgesehen,
obwohl auch eine andere Anzahl denkbar wäre.
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Die zweiten Elektroden 18 sind
bezüglich
der ersten Elektrode 16 über eine nicht näher dargestellte
Vorrichtung in Vertikalrichtung bewegbar, wie in den 2a und 2b dargestellt ist.
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Die erste Elektrode 16 und
die zweiten Elektroden 18 sind jeweils mit nicht näher dargestellten Ansteuervorrichtungen
verbunden, wobei sie auch mit einer gemeinsamen Ansteuervorrichtung
verbunden sein können.
Die Ansteuervorrichtung(en) können
die Ultraschallelektroden im Nahfeld und/oder Fernfeld betreiben.
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Die Ultraschallelektrode 16 kann
an einem für
die Strahlung der Lampen 6 transparenten Heiz/Kühlkörper angebracht
und in Wärmekontakt mit
diesem stehen, oder kann selbst als Heiz/Kühlkörper ausgebildet sein. Dabei
besitzen die Ultraschallelektrode 16 und/oder der Heiz/Kühlkörper eine wesentlich
größere thermische
Masse als der Wafer 14. Hierzu können Mittel zur aktiven Erwärmung und/oder
Kühlung
der Ultraschallelektrode 16 oder des damit in leitendem
Kontakt stehenden Heiz/Kühlkörpers vorgesehen
sein. Beispielsweise kann in der Ultraschallelektrode 16 und/oder
dem Heiz/Kühlkörper ein
Fluidraum oder eine -leitung zum Hindurchleiten eines Heiz- und/oder
Kühlfluids
vorgesehen sein. Insbesondere ist es möglich, während unterschiedlicher Behandlungsschritte
unterschiedliche Fluide durch die Elektrode 16 oder den
Heiz/Kühlkörper hindurchzuleiten
oder darin zu halten. Über
das Fluid wäre
es auch möglich,
die Transmissivität
der Elektrode bzw. des Heiz/Kühlkörpers zu
verändern.
So könnte
beispielsweise zu bestimmten Abschnitten der Waferbehandlung ein
für die
Lampenstrahlung im Wesentlichen undurchsichtiges Fluid vorgesehen werden,
so dass das Fluid die Strahlung absorbiert, dadurch erwärmt wird
und die Wärme
an die Elektrode 16 bzw. den Heiz/Kühlkörper abgibt. Eine Erwärmung eines
darüber
angeordneten Wafers 14 könnte dann über den Heiz/Kühlkörper erfolgen.
In gleicher Weise könnte
das Fluid während
einer Abkühlung des
Wafers 14 auch von ihm ausgehende Wärmestrahlung absorbieren.
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Der Betrieb der Schnellheizanlage 1 wird nachfolgend
anhand des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Ein Halbleiterwafer 14 wird über eine
nicht näher
dargestellte Handhabungsvorrichtung in die Prozesskammer 10 transportiert,
während
sich die Ultraschallelektrodenanordnung in der in 2b gezeigten Position befindet. Die Ultraschallelektroden 18 werden
durch ihre Ansteuervorrichtung angesteuert, so dass sie den Wafer 14,
der durch die Handhabungsvorrichtung in den Bereich der Ultraschallelektroden 18 transportiert
wurde, tragen. Dabei werden die Ultraschallelektroden 18 derart
betrieben, dass sie den Wafer 14 im Fernfeld tragen. Durch
die Schrägstellung
der Ultraschallelektroden 18 ergibt sich eine Zentrierung
des Wafers 14 bezüglich
der Ultraschallelektroden 16 und 18. Die Handhabungsvorrichtung
wird aus der Prozesskammer 10 herausbewegt und die Prozesskammer 10 wird
geschlossen. Anschließend
kann die Prozesskammer 10 mit einem geeigneten Prozessgas
gefüllt
werden, sofern dies notwendig ist. Nun werden die Ultraschallelektroden 18 in
die in 2a gezeigte Position
vertikal nach unten bewegt und die Ultraschallelektrode 16 wird
derart angesteuert, dass sie den Wafer 14 kontaktlos im Nahfeld
trägt.
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Die Ultraschallelektrode 16 bzw.
ein damit in Kontakt stehender Heiz/Kühlkörper (nachfolgend wird nur
von der Ultraschallelektrode 16 gesprochen) wurde vorab
auf eine erhöhte
Temperatur von beispielsweise 650°C
gebracht. Diese Erwärmung
ist auf unterschiedliche Weisen möglich, beispielsweise über eine
Widerstandsheizung, oder durch Wärmeabsorption
von Lampenstrahlung, beispielsweise wenn die Ultraschallelektrode 16 mit
einem für
die Strahlung der Lampen undurchsichtigen Fluid gefüllt ist.
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Während
der Wafer 14 durch die Ultraschallelektrode 16 im
Nahfeld gehalten wird, beträgt
der Abstand zwischen dem Wafer 14 und der Ultraschallelektrode
zwischen 50 μm
und 1 mm, vorzugsweise zwischen 150 und 500 μm. Daher ist im Wesentlichen eine
Wärmeleitung
zwischen diesen beiden Elementen möglich. Da die Ultraschallelektrode 16 eine
wesentliche größere thermische
Masse besitzt als der Wafer 14, wird er rasch in die Nähe bzw.
auf die Temperatur der Ultraschallelektrode 16 erhitzt.
Gleichzeitig können
die obere und untere Lampenbank 4, 5 aktiviert
werden, um den Wafer zusätzlich
mittels Lampenstrahlung zu erwärmen,
obwohl Wafer in der Regel unter Temperaturen von ca. 600°C (abhängig von der
jeweiligen Konfiguration des Wafers) für die Lampenstrahlung größtenteils
transparent sind. Die Ultraschallelektrode 16 dient somit
während
einer Anfangsphase einer thermischen Behandlung als Heizkörper für den Wafer 14 und
heizt diesen sowohl über von
der Ultraschallelektrode 16 ausgehende Wärmestrahlung
als auch über
thermische Leitung auf. Dies ist möglich, da beim Betreiben der
Ultraschallelektrode 16 im Nahfeld ein ausreichend kleiner
Spalt zwischen dem Wafer 14 und der Ultraschallelektrode 16 gebildet
wird, so dass eine Wärmeleitung
möglich
ist.
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Während
der Wafer 14 im Nahfeld über der Ultraschallelektrode 16 gehalten
wird, bildet sich in dem schmalen Spalt zwischen Wafer und Elektrode in
vorteilhafter Weise eine statische Luftsäule. Diese verändert die
in der Prozesskammer befindliche Prozessatmosphäre nicht, und bewirkt darüber hinaus auch
keine Gasströmungen,
welche Temperaturinhomogenitäten
am Wafer 14 erzeugen könnten.
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Während
dieser anfänglichen
Aufheizphase können
die Ultraschallelektroden 18 abgeschaltet sein, oder sie
können
weiter, beispielsweise im Nahfeld, betrieben werden, um weiterhin
eine Zentrierung des Wafers vorzusehen.
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Wenn der Wafer 14 eine bestimmte
Zieltemperatur, beispielsweise 600° C erreicht hat, werden die
Ultraschallelektroden 18 wiederum vertikal in die in 2b gezeigte Position bewegt,
so dass der Wafer 14 von der Ultraschallelektrode 16 beabstandet
ist und im Wesentlichen nur durch die Ultraschallelektroden 18 getragen
wird. Natürlich
wäre es
auch denkbar, die Ultraschallelektrode 16 im Fernfeld anzusteuern,
so dass der Wafer 14 zusätzlich durch die Ultraschallelektrode 16 getragen
wird und die Elektroden 18 ausschließlich eine Zentrierung des
Wafers vorsehen. Der Abstand zwischen dem Wafer 14 und der
Ultraschallelektrode 16 ist nun so groß, dass eine Wärmeleitung dazwischen
nicht mehr signifikant ist. Eine weitere Aufheizung des Wafers 14 erfolgt
nun ausschließlich
durch die obere und/oder untere Lampenbank 4, 5,
wobei spätestens
zu diesem Zeitpunkt die Ultraschallelektrode 16 mit einem
für die
Strahlung der unteren Lampenbank 5 durchsichtigen Fluid gefüllt sein
sollte, sofern ein entsprechender Fluidraum vorgesehen ist.
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Mittels der Lampenstrahlung wird
der Wafer 14 nunmehr rasch auf seine Zieltemperatur erhitzt, die
beispielsweise über
1000°C liegen
kann. Aufgrund der Dynamik der Lampen ist dabei ein sehr rasches
Erhitzen möglich
und das Erhitzen kann an ein gewünschtes
Heizprofil angepasst werden. Wenn der Wafer 14 abgekühlt werden
soll, entweder direkt nach Erreichen einer Zieltemperatur oder nachdem der
Wafer für
eine vorgegebene Zeit auf der Zieltemperatur gehalten wurde, werden
die Ultraschallelektroden 18 wieder in die in 2a gezeigte Position gebracht
und die Ultraschallelektrode 16 wird derart angesteuert,
dass der Wafer 14 im Nahfeld über der Ultraschallelektrode 16 gehalten
wird. Zu diesem Zeitpunkt besitzt der Wafer 14 eine wesentlich
höhere
Temperatur – beispielsweise
1100°C – als die
Ultraschallelektrode – beispielsweise
650°C -,
so dass die Ultraschallelektrode 16 nunmehr als Kühlkörper fungiert.
Aufgrund des geringen Abstands zwischen Wafer 14 und Ultraschallelektrode 16 im
Nahfeld kommt es wieder zu einer Wärmeleitung zwischen dem Wafer 14 und
Ultraschallelektrode 16. Dies ermöglicht eine rasche Abkühlung des
Wafers 14 nicht nur über
vom Wafer 14 ausgehende Wärmestrahlung sondern auch über direkte
Wärmeleitung
in die Ultraschallelektrode 16. Durch Einstellen der Entfernung zwischen
Wafer 14 und Ultraschallelektrode 16 läßt sich
dabei das Abkühlprofil
in gewünschter
Weise steuern. Wenn die Temperatur des Wafers 14 sich der
Temperatur der Ultraschallelektrode 16 annähert bzw.
diese erreicht, werden die Ultraschallelektroden 18 wiederum
in die in 2b gezeigte
Position bewegt, um den Wafer 14 von der Ultraschallelektrode 16 zu
beabstanden, was eine Abkühlung
des Wafers unter die Temperatur der Ultraschallelektrode 16 ermöglicht.
Natürlich
ist es auch möglich,
die Temperatur der Ultraschallelektrode 16 beispielsweise
durch Hindurchleiten eines Kühlfluids
weiter abzusenken, um die Kühlung
des Wafers 14 zu fördern.
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Die Ultraschallelektrode 16 kann
somit während
unterschiedlicher Phasen einer thermischen Behandlung als Heiz-
oder als Kühlelement
eingesetzt werden, selbst wenn die Temperatur der Ultraschallelektrode 16 während der
gesamten thermischen Behandlung konstant gehalten wird. Wenn die
Ultraschallelektrode 16 vom Wafer 14 beabstandet
ist, wie in 2b gezeigt
ist, ist ein Wärmeaustausch
dazwischen vernehmlich über
Strahlung möglich,
dessen Einfluss relativ gering ist.
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Nachdem der Wafer 14 wiederum
eine untere Zieltemperatur erreicht hat, wird er über eine
entsprechende Handhabungsvorrichtung aus der Prozesskammer 10 entnommen.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Ultraschallelektrodenanordnung
ermöglicht
somit ein kontaktloses Halten eines Wafers innerhalb einer Prozesskammer 10 sowie
das Herstellen einer Wärmeleitung
zwischen dem Wafer 14 und der Ultraschallelektrode 16 während unterschiedlicher
Behandlungszyklen. Durch die Verwendung der Ultraschallelektrodenanordnung
werden keine Fremdkörper
in die Prozesskammer 10 eingebracht, so dass die Prozessatmosphäre während der
gesamten thermischen Behandlung durch die Ultraschallelektrodenanordnung 13 nicht
beeinflusst wird.
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Die 3a und 3b zeigen eine alternative
Ultraschallelektrodenanordnung 13, wobei in den 3a und 3b dieselben Bezugszeichen verwendet werden
wie in 2, sofern dieselben
oder äquivalente
Elemente bezeichnet sind. Die Ultraschallelektrodenanordnung gemäß den 3a und 3b weist wiederum eine erste Ultraschallelektrode 16 auf,
die im Wesentlichen eine an einem zu behandelnden Halbleiterwafer 14 entsprechende
Umfangsform besitzt. Wiederum sind zweite Ultraschallelektroden 18 (vorzugsweise
drei) vorgesehen, die bezüglich
der ersten Ultraschallelektrode 16 abgewinkelt sind. Im Gegensatz
zum ersten Ausführungsbeispiel
besitzt die erste Ultraschallelektrode 16 jedoch keine
Ausnehmungen, in die sich die zweiten Ultraschallelektroden 18 hinein
bewegen können.
Ferner sind die zweiten Ultraschall elektroden 18 auch nicht
in Vertikalrichtung bewegbar, sondern seitlich bewegbar. Dabei liegen
die zweiten Ultraschallelektroden 18 auf einer gemeinsamen
Kreislinie und sie sind nach außen
bezüglich
eines Mittelpunktes der gemeinsamen Kreislinie bewegbar, und zwar
zwischen den in 3a und 3b gezeigten Positionen.
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In der in 3a gezeigten Position wird der Halbleiterwafer 14 im
Wesentlichen durch die zweiten Ultraschallelektroden 18 gehalten
und zu ihnen zentriert. Wenn sich die zweiten Ultraschallelektroden 18 in
der in 3b gezeigten
Position befinden, wird der Halbleiterwafer 14 ausschließlich über die zweite
Ultraschallelektrode 16 gehalten. Über die seitliche Bewegung
der Ultraschallelektroden 18 läßt sich somit der Abstand zwischen
dem Wafer 14 und der ersten Ultraschallelektrode 16 verändern, wobei es
zu jedem Zeitpunkt möglich
ist, auch durch die ersten Ultraschallelektrode 16 eine
Haltekraft auf den Wafer 14 auszuüben, wenn die erste Ultraschallelektrode 16 im
Fernfeld betrieben wird.
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Die Ultraschallelektrodenanordnung 13 gemäß den 3a und 3b wird im Wesentlichen in derselben
Art und Weise verwendet wie die Ultraschallelektrodenanordnung 13 gemäß den 1 und 2, wobei eine Abstandseinstellung zwischen
dem Wafer 14 und der Ultraschallelektrode 16 jedoch
wenigstens teilweise über
eine seitliche Bewegung der Ultraschallelektroden 18 erfolgt.
Durch die fehlenden Ausnehmungen in der Ultraschallelektrode 16 wird eine
homogenere Aufheizung und/oder Abkühlung des Wafers 14 ermöglicht.
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Die 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungsform
einer Ultraschallelektrodenanordnung 13 gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei wiederum dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet werden, sofern dieselben oder äquivalente Elemente vorgesehen
sind.
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Die Ultraschallelektrodenanordnung 13 gemäß den 4a und 4b weist wiederum eine erste Ultraschallelektrode 16 mit
einer dem Wafer 14 entsprechenden Umfangsform auf. In der
ersten Ultraschallelektrode 16 sind Aus nehmungen zur Aufnahme
einer Vielzahl von zweiten Ultraschallelektroden 18 – vorzugsweise
wenigstens drei – vorgesehen. Beispielsweise
könnten
die Ultraschallelektroden 16 und 18 wie in der
Draufsicht in 5 dargestellt
ist, angeordnet sein.
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Die zweiten Ultraschallelektroden 18 sind schwenkbar
an der ersten Ultraschallelektrode 16 angebracht und können über eine
geeignete Steuereinrichtung verschwenkt werden. In den 4a und 4b sind zwei unterschiedliche Positionen
der zweiten Ultraschallelektroden 18 bezüglich der
ersten Ultraschallelektrode 16 dargestellt. Durch eine
Winkelveränderung
läßt sich
der Abstand zwischen dem Wafer 14 und der ersten Ultraschallelektrode 16 verändern. Obwohl
dies in den 4a und 4b nicht dargestellt ist,
lassen sich die Ultraschallelektroden 18 so weit verschwenken,
dass sie mit der ersten Ultraschallelektrode 16 eine im
Wesentlichen flache Ebene bilden.
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Die Ultraschallelektrodenanordnung
gemäß den 4a und 4b wird im Wesentlichen in derselben
Art und Weise eingesetzt, wie die Ultraschallelektrodenanordnung
gemäß den 1 und 2, wobei eine Abstandseinstellung der
ersten Elektrode 16 zum Wafer 14 wenigstens teilweise über ein
Verschwenken der zweiten Ultraschallelektroden 18 erfolgen
kann.
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5 zeigt
eine Draufsicht auf eine Ultraschallelektrodenanordnung gemäß den 1 und 2 oder 4.
In der Draufsicht ist eine Ultraschallelektrode 16 zu erkennen,
die Ausnehmungen zur Aufnahme von drei zweiten Ultraschallelektroden 18 aufweist.
Die Ultraschallelektroden können
wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 1 und 2 vertikal in die Ausnehmungen und aus
ihnen heraus bewegbar sein, oder wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 4 schwenkbar innerhalb der
Ausnehmungen angebracht sein. In der Draufsicht gemäß 5 ist ferner mit einer gestrichelten
Linie ein Wafer 14 angedeutet.
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6 zeigt
eine weitere, alternative Form einer Ultraschallelektrodenanordnung 13,
wobei in 6 wiederum
dieselben Bezugszeichen wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
verwendet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist eine erste Ultraschallelektrode 16 mit
einer der Umfangsform des Wafers 14 entsprechenden Umfangsform
vorgesehen. Ferner ist wenigstens eine zweite bezüglich der
ersten Ultraschallelektrode 16 abgewinkelte Ultraschallelektrode 18 vorgesehen. Diese
zweite Ultraschallelektrode 18 kann eine durchgehende Ringform
aufweisen oder es können mehrere,
vorzugsweise wenigstens drei, auf einem Umfangskreis angeordnete
Ultraschallelektroden 18 vorgesehen sein. Die Ultraschallelektroden 18 weisen
mit ihrer Abstrahlfläche
in Richtung der ersten Ultraschallelektrode 16 und sind
oberhalb der ersten Ultraschallelektrode 16 angeordnet.
Die Ultraschallelektroden 18 sind vertikal oder seitlich
bewegbar, um die Aufnahme eines Halbleiterwafers 14 zwischen den
Ultraschallelektroden 18 zu ermöglichen. Der Halbleiterwafer 14 kann
entweder durch die Ultraschallelektrode 16 oder alternativ
auch durch die Ultraschallelektroden 18 gehalten werden,
wobei der Wafer in diesem Fall im Wesentlichen an den Ultraschallelektroden 18 mittels
Ultraschall aufgehängt wird.
Dies ist jedoch nur dann möglich,
wenn die Ultraschallelektroden 18 im sogenannten Fernfeld
betrieben werden.
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Eine Abstandseinstellung zwischen
Wafer 14 und der Ultraschallelektrode 16 kann
entweder durch eine Bewegung der Ultraschallelektroden 16 oder 18 oder
durch entsprechende Ansteuerung der ersten Ultraschallelektrode 16 (Umschaltung
zwischen Fernfeld und Nahfeld) oder der Ultraschallelektroden 18 erfolgen.
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Die Ultraschallelektrodenanordnung 13 gemäß 6 wird in der gleichen Weise
eingesetzt, wie die Ultraschallelektrodenanordnung 13 gemäß 1.
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7 zeigt
wiederum eine Schnittdarstellung einer Schnellheizanlage 1 mit
einem Gehäuse 3 und
oberen und unteren Lampenbänken 4, 5.
Wiederum sind obere und untere Quarzfenster 7, 8 zur Bildung
einer Prozesskammer 10 vorgesehen. Statt einer Ultraschallelektrodenanordnung 13,
die aus wenigstens zwei separaten Ultraschallelektroden besteht,
ist gemäß 7 jedoch nur eine einzelne
Ultraschallelektrode 20 zum Halten eines Wafers 14 in der
Prozesskammer 10 vorgesehen. Die Ultraschallelektrode 20,
die vergrößert in 8 dargestellt ist, besitzt
eine erste, nach oben weisende Ultraschall-Abstrahlfläche 21, die eine dem
Wafer 14 entsprechende Umfangsform besitzt. Radial nach
außen
schließt
sich an diese ebene Abstrahlfläche 20 eine
hierzu abgewinkelte zweite Ultraschall-Abstrahlfläche 22 an.
Der Winkel zwischen der ebenen Abstrahlfläche 21 und der gewinkelten
Abstrahlfläche 22 liegt
vorzugsweise zwischen 0,5 und 10°,
obwohl in 8 ein größerer Winkel
dargestellt ist. Die Ultraschall-Abstrahlflächen 21, 22 könne über eine
geeignete Ansteuereinheit entweder gemeinsam oder auch separat angesteuert
werden. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind die ebene
Ultraschall-Abstrahlfläche 21 und
die hierzu abgewinkelte Ultraschall-Abstrahlfläche 22 während des
ganzen Betriebs der Vorrichtung stationär zueinander. Eine Abstandsveränderung
zwischen dem Wafer 14 und der ebenen Ultraschall-Abstrahlfläche 21 erfolgt
ausschließlich über eine
entsprechende Ansteuerung der jeweiligen Ultraschall-Abstrahlflächen und
einer entsprechenden Umschaltungen zwischen einem Fernfeld- und
Nahfeldbetrieb.
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Die Ultraschallelektrode 20 ist
wiederum als Heiz/Kühlkörper ausgebildet
oder steht mit einem solchen in thermisch leitendem Kontakt. Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
können
geeignete Mittel zum Heizen/Kühlen
der Ultraschallelektrode 20 vorgesehen sein.
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Die Ultraschallelektrode 20 wird
im Wesentlichen in derselben Art und Weise verwendet, wie die zuvor
genannten Ultraschallelektroden, wobei eine Abstandseinstellung
zwischen Wafer 14 und Ultraschallelektrode, wie erwähnt, über eine
entsprechende Ansteuerung derselben erfolgt.
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9 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer einteiligen Ultraschallelektrode 20, wobei wiederum
dieselben Bezugszeichen wie in 8 verwendet werden.
Die Ultraschallelektrode 20 besitzt wiederum eine Ebene,
der Umfangsform des Wafers 14 entsprechende Ultraschall-Abstrahlfläche 21.
Radial an diese Ultraschall-Abstrahlfläche schließt sich eine nach oben gebogene
Ultraschall-Abstrahlfläche 22 an,
die bei entsprechender Ansteuerung eine Zentrierung des Wafers 14 bezüglich der
Ultraschallelektrode 20 bewirkt.
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Die 10 und 11 zeigen eine alternative
Ultraschallelektrodenanordnung 25. Die Ultraschallelektrodenanordnung 25 weist
eine erste Ultraschallelektrode 26 mit einer der Umfangsform
eines Wafers 14 entsprechende Umfangsform auf. In der Ultraschallelektrode 26 sind
vier Ausnehmungen 27 vorgesehen, die umfangsmäßig gleichmäßig verteilt sind.
Die Funktion der Ausnehmungen 27 wird nachfolgend noch
näher erläutert.
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Ferner weist die Ultraschallelektrodenanordnung 25 vier
zweite Ultraschallelektroden 29 auf, die eine bezüglich der
ersten Ultraschallelektrode 26 geneigte Abstrahlfläche aufweisen.
Die vier zweiten Ultraschallelektroden 29 sind am Innenumfang
eines Temperatur-Kompensationsrings 30 angebracht. Der Temperatur-Kompensationsring 30 mit
den Ultraschallelektroden 29 ist vertikal bewegbar, obwohl
es natürlich
auch möglich
wäre, den
Temperatur-Kompensationsring 30 stationär auszubilden
und die Ultraschallelektrode 26 vertikal bewegbar auszubilden.
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Die zweiten Ultraschallelektroden 29 sind
mit den Ausnehmungen 27 der ersten Ultraschallelektrode 26 ausgerichtet,
und können,
wie in 11b gezeigt ist,
in die Ausnehmungen 27 hinein bewegt werden.
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Hierdurch ist es möglich, den
Abstand zwischen einem Wafer 14 und der Ultraschallelektrode 26 einzustellen.
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Die Ultraschallelektrodenanordnung 25 wird im
Wesentlichen in derselben Art und Weise verwendet, wie die Ultraschallelektrodenanordnung
gemäß 1.
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Die 12 und 13 zeigen eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In den 12 und 13 werden dieselben Bezugszeichen
wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
verwendet, sofern identische oder ähnliche Elemente gezeigt sind.
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12 zeigt
eine schematische Schnittansicht einer Schnellheizanlage 1 mit
einem Gehäuse 3 und
oberen und unteren Lampenbänken 4, 5.
In dem Gehäuse
sind obere und untere Quarzfenster 7, 8 vorgesehen,
die wie beim ersten Ausführungsbeispiel
eine Prozesskammer 10 bilden. Innerhalb der Prozesskammer 10 ist
eine Ultraschallelektrode 40 vorgesehen, die in größerer Einzelheit
in 13 dargestellt ist.
Die Ultraschallelektrode 40 besteht aus einem Hauptkörper 42,
der als Heiz/Kühlkörper ausgebildet
ist. Auf dem Hauptkörper 42 ist
eine Beschichtung 44 aufgebracht, die als eigentliche Ultraschallelektrode
dient. Der Hauptkörper 42 besitzt
im Wesentlichen die Form der Ultraschallelektrode 20 gemäß 8 mit einer entsprechenden
Beschichtung 44 darauf. Allerdings ist es auch möglich, eine Konfiguration
mit separaten Ultraschallelektroden vorzusehen.
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Der Hauptkörper 42 sowie die
Beschichtung 44 sind aus einem für die Strahlung der Lampen 6 der Lampenbänke 4, 5 transparenten
Material.
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Im Bereich der unteren Lampenbank 5 ist eine
Vielzahl von zu den Lampen 6 der Lampenbank 5 unterschiedlichen
Lampen 46 vorgesehen, die mit einer unterschiedlichen Wellenlänge strahlen.
Das Material des Hauptkörpers 42 und/oder
Beschichtung 44 der Ultraschallelektrode 40 ist
für die
Strahlung der Lampen 46 nicht transparent und kann daher über die
Strahlung der Lampen 46 erhitzt werden. Die Lampen 46 sehen
somit die Möglichkeit
einer anfänglichen
Erhitzung der Ultraschallelektrode 40 während einer Aufheizphase einer
thermischen Behandlung eines Wafers 14 vor. Der Betrieb
der Schnellheizanlage 1 gleicht im Wesentlichen dem Betrieb
der Schnellheizanlage 1 gemäß 1, wobei eine anfängliche Erwärmung der Ultraschallelektrode 40 im
Wesentlichen über
die Lampen 46 erfolgt, um den Wafer 14 auf eine
erste Zieltemperatur von beispielsweise 650°C zu bringen.
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In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist es zusätzlich
möglich,
Vorrichtungen zum Drehen des Wafers 14 innerhalb der Prozesskammer vorzusehen.
Eine Drehung kann dabei durch eine Drehung einer oder mehrerer der
Ultraschallelektroden induziert werden. Ferner können die Ultraschallelektroden
derart angesteuert werden, dass sie ein rotierendes Schallfeld erzeugen,
um den Wafer zu drehen. Auch eine auf einer Oberfläche des
Wafers 14 oder den Waferrand gerichtete Gasströmung könnte eine
entsprechende Drehung bewirken. Entgegengesetzte Gasdüsen können dabei
zum Beschleunigen und Abbremsen des Wafers 14 eingesetzt
werden. Auch kann statt der schräg
gestellten Ultraschallelektroden eine Gasströmung zur seitlichen Positionierung
bzw. Zentrierung eingesetzt werden. Entsprechende Gasdüsen können beispielsweise
in einem Heiz/Kühlkörper, den
Elektroden oder dem Kompensationsring integriert sein oder separat vorgesehen
werden.
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Die Erfindung wurde zuvor anhand
spezieller Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert,
ohne auf diese speziellen Ausführungsbeispiele
beschränkt
zu sein. Insbesondere ist es möglich,
Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele auszutauschen
bzw. miteinander zu kombinieren, sofern sie kompatibel sind.