DE112008003349T5

DE112008003349T5 - Waferträger mit Nabe

Info

Publication number: DE112008003349T5
Application number: DE112008003349T
Authority: DE
Inventors: Vadim Boguslavskiy; Alexander I. Gurary; Keng Moy; Eric A. Armour
Original assignee: Veeco Instruments Inc
Current assignee: Veeco Instruments Inc
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2011-03-24
Also published as: JP2011507266A; JP2013123062A; US8231940B2; US20090155028A1; TW200935543A; KR20100116169A; WO2009075747A1; TWI396247B; CN101897003A; US8021487B2; CN101897003B; CN103173743A; US20110287635A1

Abstract

Waferträger für einen CVD-Reaktor, umfassend:
(a) eine Platte aus einem nichtmetallischen feuerfesten Material mit einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Fläche, die voneinander weg weisen, wobei die Platte einen zentralen Bereich und einen Umfangsbereich aufweist, wobei die Platte Merkmale zum Halten von Wafern aufweist, die dafür eingerichtet sind, mehrere Wafer zu halten, die an der stromaufwärtigen Fläche der Platte im Umfangsbereich exponiert sind; und
(b) eine getrennt von der Platte ausgebildete Nabe, wobei die Nabe im zentralen Bereich an der Platte befestigt ist, wobei die Nabe eine Spindelverbindung aufweist, die dafür eingerichtet ist, mit einer Spindel eines CVD-Reaktors in Eingriff zu gelangen, um so die Platte mechanisch mit der Spindel zu verbinden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der am 12. Dezember 2007 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 12/001,761 mit dem Titel WAFER CARRIER WITH HUB, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung.
Gewisse Materialien, wie etwa Verbindungshalbleiter, werden hergestellt, indem eine Fläche eines Werkstückes, meist eines scheibenförmigen Wafers, bei erhöhten Temperaturen Gasen ausgesetzt wird, so dass die Gase reagieren und das gewünschte Material auf der Oberfläche des Werkstückes abscheiden. Zum Beispiel können zahlreiche Schichten von III-V-Halbleitern, wie etwa Galliumnitrid, Indiumnitrid, Galliumarsenid, Indiumphosphid und Galliumantimonid und Ähnliches, auf einem Substrat abgeschieden werden, um elektronische Bauelemente wie etwa Dioden und Transistoren und optoelektronische Bauelemente wie etwa Leuchtdioden und Halbleiterlaser herzustellen. II-VI-Halbleiter können durch ähnliche Prozesse abgeschieden werden. Die Eigenschaften des fertigen Bauelements werden durch geringfügige Änderungen von Eigenschaften der verschiedenen Schichten, die während des Prozesses abgeschieden werden, sehr stark beeinflusst. Daher wurden in der Technik beträchtliche Anstrengungen zur Entwicklung von Reaktoren und Bearbeitungsverfahren unternommen, mit welchen eine gleichmäßige Abscheidung auf einer großen Waferoberfläche oder auf den Oberflächen zahlreicher kleinerer Wafer, die in dem Reaktor gehalten werden, erzielt werden kann.
Eine Reaktorform, welche in der Branche breite Anwendung gefunden hat, ist der Rotationsscheibenreaktor (Rotating Disc Reaktor). Ein solcher Reaktor enthält typischerweise einen scheibenartigen Waferträger. Der Waferträger weist Taschen oder andere Merkmale auf, die dafür eingerichtet sind, einen oder mehrere zu behandelnde Wafer zu halten. Der Träger mit den darauf befindlichen Wafern wird in eine Reaktionskammer eingesetzt und so gehalten, dass die Fläche des Trägers, welche die Wafer trägt, einer stromaufwärtigen Richtung zugewandt ist. Der Träger wird, typischerweise mit Drehzahlen von mehreren Hundert Umdrehungen pro Minute, um eine Achse gedreht, die sich in der Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung erstreckt. Reaktive Gase werden aus einem Einspritzkopf, der am stromaufwärtigen Ende des Reaktors positioniert ist, in die stromabwärtige Richtung zu den Wafern auf dem Träger hin gelenkt. Der Waferträger wird während dieses Prozesses auf einer gewünschten erhöhten Temperatur gehalten, meist von etwa 350°C bis etwa 1600°C. Die Rotation des Waferträgers hilft sicherzustellen, dass alle Bereiche der exponierten Wafer im Wesentlichen einheitlichen Bedingungen ausgesetzt werden, und dies hilft, eine gleichmäßige Abscheidung des gewünschten Halbleitermaterials sicherzustellen. Nachdem die Wafer auf einem bestimmten Waferträger behandelt wurden, wird der Waferträger aus der Reaktionskammer entnommen und durch einen neuen Waferträger ersetzt, der neue Wafer trägt, und der Prozess wird mit dem neuen Waferträger wiederholt.
Viele Konstruktionen von Rotationsscheibenreaktoren umfassen eine Spindel mit einem als ”Suszeptor” bezeichneten scheibenartigen metallischen Element, das dauerhaft an der Spindel angebracht ist. Der zu behandelnde Waferträger wird auf dem Suszeptor angeordnet und während des Behandlungsvorgangs von dem Suszeptor gehalten. Heizelemente wie etwa elektrische Widerstandselemente, die stromabwärts des Suszeptors angeordnet sind, erwärmen den Suszeptor und den Waferträger während des Prozesses. In jüngerer Zeit wurden, wie in der US-Patentschrift Nr. 6,685,774 offenbart, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier aufgenommen ist, ”suszeptorlose” Reaktoren entwickelt. In einem suszeptorlosen Reaktor wird der Waferträger direkt auf der Spindel des Reaktors angebracht, wenn der Waferträger zur Behandlung in die Reaktionskammer eingesetzt wird. Die stromabwärts gerichtete Fläche des Waferträgers ist direkt den Heizelementen ausgesetzt. Die suszeptorlose Reaktorkonstruktion gewährleistet eine wesentlich verbesserte Wärmeübertragung von den Heizelementen des Reaktors auf den Waferträger und eine wesentlich verbesserte Gleichmäßigkeit der Wärmeübertragung auf alle Bereiche des Waferträgers.
Ein Waferträger für einen suszeptorlosen Reaktor muss Merkmale aufweisen, die es ermöglichen, dass der Waferträger mechanisch mit der Spindel in Eingriff gelangt, wenn der Waferträger in die Reaktionskammer eingesetzt wird. Dieser Eingriff muss gewährleistet werden, ohne die Spindel oder den Waferträger zu beschädigen. Außerdem muss der Waferträger aus Materialien ausgebildet sein, welche bei den angewendeten erhöhten Temperaturen eine beträchtliche Festigkeit und Steifigkeit beibehalten und welche nicht mit den Gasen reagieren, die bei dem Prozess verwendet werden. Obwohl aus Materialien, wie etwa mit Siliciumcarbid beschichteten Keramikmaterialien, zufriedenstellende Waferträger für suszeptorlose Reaktoren hergestellt werden können, wäre eine noch weitere Verbesserung wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Waferträger für einen CVD-Reaktor bereitgestellt. Der Waferträger weist vorzugsweise eine Platte aus einem nichtmetallischen feuerfesten Material auf, vorzugsweise einem keramischen Material wie etwa Siliciumcarbid. Die Platte weist eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Fläche auf, die voneinander weg weisen, und weist einen zentralen Bereich und einen Umfangsbereich auf. Die Platte weist Merkmale zum Halten von Wafern auf, die dafür eingerichtet sind, mehrere Wafer zu halten, die an der stromaufwärtigen Fläche der Platte im Umfangsbereich exponiert sind. Der Waferträger gemäß diesem Aspekt der Erfindung weist vorzugsweise außerdem eine Nabe auf, die im zentralen Bereich an der Platte befestigt ist, wobei die Nabe eine Spindelverbindung aufweist, die dafür eingerichtet ist, mit einer Spindel eines CVD-Reaktors in Eingriff zu gelangen, um so die Platte mechanisch mit der Spindel zu verbinden. Die Spindelverbindung der Nabe ist vorzugsweise dafür eingerichtet, lösbar mit der Spindel in Eingriff zu gelangen. Die Nabe kann wenigstens teilweise aus einem oder mehreren Materialien ausgebildet sein, die von dem Material der Platte verschieden sind. Zum Beispiel kann die Nabe metallische Elemente enthalten. Die Nabe kann außerdem einen aus einem relativ weichen Material wie etwa Graphit ausgebildeten Einsatz enthalten, der die Spindelverbindung definiert. In einem anderen Beispiel kann die Platte eine Öffnung im zentralen Bereich aufweisen, und der Einsatz kann in der Öffnung aufgenommen werden. In einem Beispiel kann der Einsatz in die Öffnung eingepresst sein. Außerdem kann eine vorzugsweise aus Siliciumcarbid ausgebildete Kappe vorgesehen sein, die einen Abschnitt der stromaufwärtigen Fläche der Platte im zentralen Bereich teilweise überdeckt. In einem anderen Beispiel kann die Kappe an dem Einsatz befestigt sein. Zum Beispiel können die Kappe und der Einsatz jeweils Gewinde aufweisen, die dafür ausgebildet sind, ineinander einzugreifen. In Betrieb verbindet die Nabe die Platte mechanisch mit der Spindel, ohne die Einwirkung potentiell schädlicher konzentrierter Lasten auf die Platte zu verursachen. Vorzugsweise ist die Nabe lösbar an der Platte befestigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Reaktor für chemische Dampfphasenabscheidung (CVD-Reaktor) bereitgestellt, der einen Waferträger wie oben erläutert umfasst, zusammen mit zusätzlichen Elementen wie etwa einer Reaktionskammer, einer innerhalb der Reaktionskammer angebrachten Spindel zur Rotation um eine sich im Allgemeinen in der Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung erstreckende Achse, einem Einspritzkopf zum Einleiten eines oder mehrerer Reaktionsgase in die Reaktionskammer und einem oder mehreren Heizelementen, welche die Spindel umgeben. Die Spindelverbindung des Waferträgers ist dafür eingerichtet, den Waferträger auf der Spindel anzubringen, so dass die stromaufwärtige Fläche der Platte dem Einspritzkopf zugewandt ist und die stromabwärtige Fläche der Platte dem einen oder den mehreren Heizelementen zugewandt ist. Vorzugsweise befindet sich, wenn der Waferträger auf der Spindel angebracht ist, die stromabwärtige Fläche der Platte im Umfangsbereich der Platte direkt gegenüber den Heizelementen. Anders ausgedrückt, die Nabe erstreckt sich vorzugsweise nicht zwischen dem Umfangsbereich der stromabwärtigen Fläche der Platte und den Heizelementen. Daher hat die Nabe keinen störenden Einfluss auf die Übertragung von Strahlungswärme zwischen den Heizelementen und der Platte.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Verfahren zur Behandlung von Wafern bereitgestellt. Ein Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung beinhaltet vorzugsweise die Schritte des Bearbeitens mehrerer Waferträger, die jeweils eine Nabe und eine lösbar an der Nabe befestigte Platte aufweisen, durch Ineingriffbringen der Nabe jedes Waferträgers mit einer Spindel einer Bearbeitungsvorrichtung und Drehen der Spindel und des Waferträgers, während auf der Platte getragene Wafer behandelt werden, und des Entfernens der Wafer von jedem Waferträger, nachdem der betreffende Waferträger bearbeitet wurde. Die Behandlung beinhaltet vorzugsweise einen Prozess der chemischen Dampfphasenabscheidung. Diese Schritte werden vorzugsweise unter Verwendung neuer Wafer wiederholt. Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung beinhaltet vorzugsweise den weiteren Schritt des Erneuerns jedes Waferträgers durch Entfernen der Nabe von der Platte, anschließendes Reinigen der Platte und anschließendes Zusammenbauen der Platte mit derselben oder einer anderen Nabe. Der Schritt des Reinigens der Platte kann das Ätzen der Platte beinhalten. Da die Nabe vor dem Reinigen von der Platte entfernt wird, können die zum Reinigen der Platte durchgeführten Schritte Behandlungen beinhalten, welche die Nabe angreifen würden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Waferträger für einen CVD-Reaktor bereitgestellt. Der Waferträger umfasst vorzugsweise eine Platte, die eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Fläche aufweist, die voneinander weg weisen, und weist einen zentralen Bereich und einen Umfangsbereich auf. Die Platte weist Merkmale zum Halten von Wafern auf, die dafür eingerichtet sind, mehrere Wafer zu halten, die an der stromaufwärtigen Fläche der Platte im Umfangsbereich exponiert sind. Der Waferträger gemäß diesem Aspekt der Erfindung weist vorzugsweise außerdem ein den Gasstrom erleichterndes Element auf, das von der stromaufwärtigen Fläche der Platte im zentralen Bereich vorsteht. Die Platte kann eine Mittelachse aufweisen, und das den Gasstrom erleichternde Element weist vorzugsweise eine Umfangsfläche in der Form einer Rotationsfläche um die Mittelachse auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Reaktor für chemische Dampfphasenabscheidung bereitgestellt, der einen Waferträger wie oben erläutert umfasst, zusammen mit zusätzlichen Elementen wie etwa einer Reaktionskammer, einer innerhalb der Reaktionskammer angebrachten Spindel zur Rotation um eine sich im Allgemeinen in der Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung erstreckende Achse und einem Einspritzkopf zum Einleiten eines oder mehrerer Reaktionsgase in die Reaktionskammer. Die Spindelverbindung des Waferträgers ist dafür eingerichtet, den Waferträger auf der Spindel anzubringen, so dass die stromaufwärtige Fläche der Platte dem Einspritzkopf zugewandt ist und das den Gasstrom erleichternde Element entlang der Achse angeordnet ist. Der Reaktor ist dafür ausgebildet, ein oder mehrere Reaktionsgase in der Stromabwärtsrichtung zu dem Waferträger und dem den Gasstrom erleichternden Element hin zu lenken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Reaktors und eines zugehörigen Waferträgers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine ähnliche Ansicht wie 1, die das System in einem anderen Betriebszustand zeigt.
3 ist eine schematische Draufsicht, die den in dem System von 1 und 2 verwendeten Waferträger zeigt.
4 ist eine Teilschnittansicht entlang Linie 4-4 in 3.
5 ist eine Teilschnittansicht, die Teile eines Waferträgers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist eine ähnliche Ansicht wie 4, die jedoch Teile eines Waferträgers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 und 8 sind schematische Teilschnittansichten, die Waferträger gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
9 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Waferträgers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
10 ist eine Teilschnittansicht, die Teile des Waferträgers von 9 zeigt.
11 ist eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht von Komponenten, die bei noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.
12 ist eine Schnittansicht der Komponenten von 11.
13 ist eine Teilschnittansicht, die Teile eines Waferträgers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein suszeptorloses Reaktorsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Reaktionskammer 10. Die Kammer 10 weist einen Gaseinspritzkopf 12 an ihrem stromaufwärtigen Ende und einen Gasaustrittsanschluss 14, der zum Inneren der Kammer hin offen ist, in der Nähe ihres stromabwärtigen Endes auf. Die Reaktionskammer 10 ist mit einer Spindel 16 ausgestattet, deren Achse 18 sich im Allgemeinen in der Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung der Kammer erstreckt. Die Spindel 16 ist mit einem Motorantrieb 20 zum Drehen der Spindel um die Achse 18 verbunden. Die Spindel ist mit einer geeigneten Vakuumdichtung (nicht dargestellt) ausgestattet. Eine Heizeinrichtung 22 ist innerhalb der Kammer 10 in einer festen Position angebracht, so dass die Heizeinrichtung die Spindel 16 in der Nähe ihres stromaufwärtigen Endes umgibt. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung 22 ein oder mehrere elektrische Widerstandsheizelemente, ein oder mehrere Elemente, die geeignet sind, Hochfrequenzenergie zu empfangen und dieselbe in Wärme umzuwandeln, oder im Wesentlichen eine beliebige andere Einrichtung, die in der Lage ist, Wärme zu entwickeln, ohne das Innere der Kammer 10 zu verunreinigen, enthalten.
Das Innere der Kammer 10 ist mit dem Inneren einer Vorladekammer 24 durch eine Ladeschleuse 26 verbunden. Die Schleuse 26 ist mit einem gasdichten Verschluss ausgestattet, welcher selektiv geöffnet werden kann, um eine Kommunikation zwischen den Kammern 10 und 24 zu ermöglichen, und geschlossen werden kann, um eine solche Kommunikation zu blockieren. Die Vorladekammer 24 ist mit einer geeigneten Beschickungstür (nicht dargestellt) versehen, so dass Waferträger in der Vorladekammer platziert und aus ihr entnommen werden können. Außerdem ist die Vorladekammer 24 mit einem Atmosphärensteuersystem (nicht dargestellt) verbunden, so dass eine Atmosphäre, die der Atmosphäre innerhalb der Kammer 10 entspricht, innerhalb der Kammer 24 erzeugt werden kann. Die Kammern 10 und 24 sind mit einer geeigneten Roboter-Handhabungseinrichtung (nicht dargestellt) zum Bewegen von Waferträgern zwischen den Kammern und zum Platzieren von Waferträgern auf der Spindel 16 und Entfernen der Waferträger von der Spindel ausgestattet.
Das System umfasst ferner einen oder mehrere Waferträger 30. Wie unten ausführlicher erläutert wird, enthält jeder Waferträger eine einheitliche Platte oder einen Körper 32, der eine stromaufwärtige Fläche 34 und eine in die entgegengesetzte Richtung weisende stromabwärtige Fläche 36 definiert. Die stromaufwärtige Fläche 34 ist mit Merkmalen wie etwa Taschen 38 versehen, die dafür eingerichtet sind, Wafer zu halten, so dass die Flächen der Wafer im Allgemeinen stromaufwärts gewandt sind. Jeder Waferträger weist außerdem eine Nabe 40 auf, die in der Nähe des Mittelpunktes des Körpers 32 exponiert ist, wobei die Nabe 40 so beschaffen ist, dass sie zu dem stromaufwärtigen Ende der Spindel 16 passt. In der Beschickungsposition, die in 1 dargestellt ist, ist ein Waferträger 34 mit Wafern in Taschen 38 innerhalb der Kammer 24 angeordnet. In der Betriebs- bzw. Abscheidungsposition, die in 2 dargestellt ist, ist derselbe Waferträger 30 innerhalb der Reaktionskammer 10 angeordnet und ist auf die Spindel 16 aufgesteckt. Während sich der Waferträger in der aktiven oder Abscheidungsposition befindet, die in 2 dargestellt ist, befindet sich der Körper 32 des Waferträgers über Heizelementen 22. In diesem Zustand werden die Heizelemente so betrieben, dass sie den Waferträger auf die gewünschte erhöhte Temperatur erwärmen. Die Spindel 16 wird gedreht, so dass dadurch der Waferträger und die darauf befindlichen Wafer um die Achse 18 gedreht werden. Reaktive Gase strömen aus dem Einspritzkopf 12 stromabwärts und strömen über die stromaufwärts gerichtete Fläche des Waferträgers und über die Oberflächen der in den Taschen des Waferträgers angeordneten Wafer. Die Gase reagieren an den Oberflächen der Wafer, wodurch sie das gewünschte Material auf den Oberflächen der Wafer bilden. Lediglich als Beispiel können bei einem Abscheidungsprozess zum Ausbilden eines III-V-Halbleiters die reaktiven Gase ein erstes und ein zweites Gas enthalten. Das erste Gas kann eine oder mehrere organometallische Verbindungen enthalten, am typischsten Metallalkyle, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Gallium-, Indium- und Aluminiumalkylen besteht, in Mischung mit einem Trägergas wie etwa Stickstoff oder Wasserstoff. Das zweite Gas kann ein oder mehrere Hydride eines Elements der Gruppe V enthalten, wie etwa Ammoniak oder Arsenwasserstoff, und kann ebenfalls ein oder mehrere Trägergase enthalten. Im Anschluss an die Abscheidung wird der Waferträger mit den fertig bearbeiteten Wafern in die Vorladekammer 24 zurückbewegt, und ein anderer Waferträger mit neuen Wafern wird auf der Spindel 16 platziert. Die Merkmale der Abscheidungsvorrichtung, welche nicht den Waferträger und die dazu passenden Merkmale der Spindel betreffen, können im Allgemeinen denjenigen ähnlich sein, die in der oben erwähnten US-Patentschrift Nr. 6,685,774 offenbart wurden, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
Wie in 3 und 4 am besten zu erkennen ist, weist der Waferträger 30 eine Mittelachse 42 auf, welche mit der Achse 18 der Spindel zusammenfällt, wenn der Waferträger auf der Spindel angebracht ist. Die Platte 32 ist eine Platte aus einem oder mehreren feuerfesten Materialien, vorzugsweise einem oder mehreren nichtmetallischen feuerfesten Materialien. Der Begriff ”nichtmetallisches” Material, wie er in dieser Offenbarung verwendet wird, schließt Verbindungen von Metallen mit Nichtmetallen ein, wie etwa Oxide, Nitride und Carbide von Metallen, und schließt außerdem Kohlenstoff und andere nichtmetallische Elemente und Verbindungen derselben ein. Außerdem ist eine Platte ”aus” einem oder mehreren Materialien, wie in dieser Offenbarung verwendet, in dem Sinne zu verstehen, dass damit eine Platte bezeichnet wird, in welcher das eine oder die mehreren Materialien wenigstens den größeren Teil der Dicke der Platte über wenigstens dem größten Teil der Fläche der Platte bilden, und bei welcher das eine oder die mehreren Materialien wenigstens zu einem wesentlichen Teil der strukturellen Festigkeit der Platte beitragen. Daher kann, sofern nicht anders angegeben ist, eine Platte aus einem oder mehreren nichtmetallischen Materialien kleinere Schichten oder andere kleinere Merkmale aufweisen, die aus anderen Materialien gebildet sind. Das Material der Platte ist vorzugsweise beständig gegenüber den Temperaturen und der chemischen Umgebung, die beim Vorgang der Waferbearbeitung und bei den Vorgängen, die zum Reinigen des Waferträgers angewendet werden, anzutreffen sind. Obwohl das Material der Platte eine erhebliche strukturelle Festigkeit aufweisen sollte, kann es ein sprödes Material mit hoher Empfindlichkeit gegenüber örtlichen Beanspruchungen sein. Wie weiter unten erläutert, schützt die Struktur des Waferträgers vorzugsweise die Platte vor hohen örtlichen Beanspruchungen, die im Betrieb durch die Spindel hervorgerufen werden. Bevorzugt werden nichtmetallische feuerfeste Materialien, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Siliciumcarbid, Bornitrid, Borcarbid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Saphir, Quarz, Graphit und Kombinationen davon besteht. Am wünschenswertesten ist, dass die Platte eine einheitliche Tafel aus einem einzigen nichtmetallischen feuerfesten Material ist. Aus Siliciumcarbid ausgebildete einheitliche Platten sind besonders bevorzugt. In manchen Fällen kann die Platte eine Beschichtung aufweisen. Das Beschichtungsmaterial ist vorzugsweise beständig gegenüber den Temperaturen und Chemikalien, die im Betrieb und beim Reinigen des Waferträgers anzutreffen sind, wie zum Beispiel eine Beschichtung aus einem Metallcarbid, Metalloxid oder Metallnitrid, wie etwa Titancarbid oder Tantalcarbid. Eine solche Beschichtung ist insbesondere wünschenswert, wenn die Platte aus Graphit ausgebildet ist.
Obwohl die stromaufwärtige und die stromabwärtige Fläche 34 und 36 als, abgesehen von den Taschen 38 in der stromaufwärtigen Fläche 34, vollständig ebene Flächen dargestellt sind, ist dies nicht wesentlich. Die Dicke der Platte 32 kann innerhalb eines weiten Bereiches variieren. In einem Beispiel hat die Platte 32 jedoch einen Außendurchmesser von etwa 300 mm und ist etwa 8 mm dick.
Die Platte 32 weist einen zentralen Bereich 44, der. die Mittelachse 42 umschließt, und einen Umfangsbereich, der den zentralen Bereich 44 umschließt, auf. Obwohl der Rand des zentralen Bereiches 44 in 3 für Zwecke der Veranschaulichung als gestrichelte Linie dargestellt ist, ist möglicherweise keine sichtbare Grenze zwischen dem zentralen Bereich und dem Umfangsbereich vorhanden. Die Merkmale zum Anbringen der Wafer oder Taschen 38 sind im Umfangsbereich der Platte 32 angeordnet. Die Platte 32 weist eine zentrale Bohrung 46 auf, die sich im zentralen Bereich durch die Platte hindurch von der stromaufwärtigen Fläche 34 zur stromabwärtigen Fläche 36 erstreckt, derart, dass die zentrale Bohrung die Achse 42 umgibt.
Die Nabe 40 ist vorzugsweise lösbar an dem zentralen Bereich der Platte 32 befestigt. Die Nabe 40 enthält ein stromaufwärtiges Nabenelement 48, das einen im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt aufweist, der in der zentralen Bohrung 46 der Platte 32 aufgenommen wird, und außerdem einen Flansch 50 aufweist, der einen die zentrale Bohrung unmittelbar umgebenden Abschnitt der stromaufwärtigen Fläche 34 der Platte überdeckt. Die Nabe 40 enthält ferner ein stromabwärtiges Nabenelement 52, das einen im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt aufweist, der sich in die zentrale Bohrung 46 hinein erstreckt, und das einen Flansch 54 aufweist, welcher einen Abschnitt der stromabwärtigen Fläche 36 der Platte 32 innerhalb des zentralen Bereiches der Platte überdeckt. Die Nabenelemente 48 und 52 weisen eine leichte Spielpassung innerhalb der zentralen Bohrung 46 auf. Zum Beispiel können die Außendurchmesser der Nabenelemente (abgesehen von den Flanschen) etwa 25 Mikrometer (0,001 Inches) o. ä. kleiner sein als der Innendurchmesser der zentralen Bohrung 46. Die Nabenelemente 48 und 52 werden von Befestigungselementen zusammengehalten und aneinandergedrückt, wie etwa Schrauben 56, von denen in 4 nur eine zu erkennen ist, und die um die Mittelachse 42 herum beabstandet angeordnet sind. Daher werden die Flansche 50 und 54 zwangsweise mit der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche 34 und 36 der Platte 32 in Kontakt gebracht. Die Nabenelemente können aus Materialien ausgebildet sein, die von den Materialien der Platte verschieden sind. Die Nabenelemente 50 und 52 sind vorzugsweise aus Metallen ausgebildet, welche den Temperaturen standhalten können, die im Betrieb auftreten, und welche während des Betriebs nicht korrodieren oder das Innere der Reaktionskammer verunreinigen. Zum Beispiel können die Nabenelemente aus Metallen ausgebildet sein, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, Kombinationen dieser Metalle und Legierungen dieser Metalle besteht. Bei anderen Ausführungsformen können die Nabenelemente aus denselben Materialien ausgebildet sein wie die Platte.
Die Nabe 40 enthält ferner einen Einsatz 58, der ein konisch zulaufendes Loch mit einem offenen Ende, das in die stromabwärtige Richtung weist (zur unteren Seite der Zeichnung in 4 hin), definiert, wobei das Loch einen Innendurchmesser aufweist, welcher sich in der stromaufwärtigen Richtung allmählich verkleinert. Der Einsatz 58 ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, welches den Temperaturen standhalten kann, die während des Betriebs erreicht werden, welches jedoch etwas weicher ist als die Materialien, die zur Ausbildung der Nabenelemente 48 und 52 verwendet werden. Zum Beispiel kann der Einsatz 58 aus Graphit ausgebildet sein. Der Einsatz 58 wird innerhalb der Nabenelemente 48 und 52 von einer Einsatzhalteplatte 62 gehalten, welche wiederum durch eine oder mehrere Schrauben an dem stromabwärtigen Nabenelement 52 befestigt ist.
In der Betriebs- bzw. Abscheidungsposition, die in 2 und 4 dargestellt ist, ist der Waferträger 30 auf der Spindel 16 angebracht. Die Spindel 16 weist ein konisch zulaufendes Ende 66 auf, und dieses konisch zulaufende Ende wird in dem konisch zulaufenden Loch 60 des Einsatzes aufgenommen. Bei der dargestellten speziellen Ausführungsform ist der Kegelwinkel des konisch zulaufenden Endes 66 etwas kleiner als der Kegelwinkel des konisch zulaufenden Loches 60 in dem Einsatz, so dass die Spindel den Einsatz 58 nur am äußersten stromaufwärtigen Ende der Spindel berührt und eine leichte Spielpassung um das konisch zulaufende Ende 66 herum in der Nähe des stromabwärtigen oder offenen Endes des Loches 60 vorhanden ist. In der Betriebsposition ist die stromabwärtige Fläche 36 der Platte 32 den Heizelementen 22 der Reaktionskammer gegenüberliegend angeordnet. Da die Nabe 40 und insbesondere das stromabwärtige Nabenelement 54 nur innerhalb des zentralen Bereiches der Platte 32 angeordnet ist, ist die stromabwärtige Fläche 36 der Platte 32 innerhalb des Umfangsbereiches nicht von der Nabe bedeckt. Daher ist, wie in 4 zu erkennen ist, die stromabwärtige Fläche 36 der Platte im Umfangsbereich direkt gegenüber den Heizelementen 22 angeordnet, ohne dass sich massive Strukturen zwischen der stromabwärtigen Fläche 36 des Umfangsbereiches der Platte und den Heizelementen 22 befinden. Daher ist ein direkter Weg für die Übertragung von Strahlungswärme von den Heizelementen zum Umfangsbereich der Platte vorhanden. Dies begünstigt eine effiziente Wärmeübertragung zwischen den Heizelementen 22 und der Platte 32. Anders ausgedrückt, die Nabe 40 erstreckt sich nicht zwischen den Heizelementen und der stromabwärtigen Fläche der Platte in den Umfangsbereichen und hat keinen störenden Einfluss auf die Wärmeübertragung von den Heizelementen auf die Platte. Die Verwendung einer Nabe verzögert tendenziell die Wärmeübertragung von der Platte auf die Spindel 16. Daher sind, wie in 4 am besten zu erkennen ist, physikalische Grenzflächen zwischen der Platte 32 und den Nabenelementen 48 und 52, eine zusätzliche Grenzfläche zwischen den Nabenelementen und dem Einsatz 58 und noch eine weitere Grenzfläche zwischen dem Einsatz 58 und der Spindel 16 vorhanden. Alle diese Grenzflächen haben die wünschenswerte Wirkung der Verringerung der Wärmeübertragung von der Platte auf die Spindel.
Die Verwendung einer massiven Platte, wie etwa einer massiven Platte aus einem nichtmetallischen feuerfesten Material wie etwa Siliciumcarbid oder anderen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, bietet wesentliche Vorteile. Die massive Platte fördert tendenziell die Gleichförmigkeit der Temperatur. Eine massive Siliciumcarbidplatte kann mit einer gut kontrollierten Oberflächenmorphologie hergestellt werden. Außerdem ist eine massive Siliciumcarbidplatte strapazierfähig und kann Reinigungsprozessen wie etwa einer Nassätzung unterzogen werden, um Materialien zu entfernen, die während der Bearbeitung der Wafer auf der Platte abgeschieden wurden. Die Nabe kann vor beliebigen derartigen Reinigungsprozessen von der Platte gelöst werden. Typischerweise enthält die Vorrichtung mehrere Waferträger, so dass einige Waferträger für die Behandlung von Wafern verfügbar sind, während andere gerade gereinigt werden. In Abhängigkeit von den Prozessbedingungen kann der Reinigungsprozess nach jeder Verwendung des Waferträgers zum Behandeln einer Charge von Wafern durchgeführt werden, oder er kann weniger häufig durchgeführt werden. Außerdem kann die Platte nach der Reinigung wieder mit derselben Nabe oder mit einer anderen, ähnlichen Nabe zusammengebaut werden, um einen erneuerten Waferträger bereitzustellen.
Die Nabe gewährleistet eine sichere Lagerung der Platte auf der Spindel der Reaktionskammer. Da die Spindel die Platte nicht direkt berührt, neigt die Spindel nicht dazu, während des Betriebs Risse der Platte zu verursachen. Dies kann wesentlich sein, wenn eine aus einem spröden Material wie etwa massivem Siliciumcarbid ausgebildete Platte verwendet wird. Bislang war es nicht durchführbar, rotierende Waferträger-Platten aus massivem Siliciumcarbid herzustellen, da die Spindel während des Betriebs tendenziell die Bildung von Rissen in der Platte verursachte. Diese Tendenz zur Rissebildung würde durch eine konisch zulaufende Spindel, welche die auf den Waferträger einwirkenden örtlichen Beanspruchungen wesentlich erhöht, verstärkt. Die Verwendung einer solchen Nabe, wie in der vorliegenden Patentanmeldung offenbart, ermöglicht jedoch, dass aus massivem Siliciumcarbid ausgebildete Waferträger-Platten in Rotationsscheibenreaktoren mit einem geringeren Risiko einer Beschädigung der Platten verwendet werden.
Das relativ weiche Material des Einsatzes 58 gewährleistet, dass die Spindel der Reaktionskammer nicht beschädigt wird, wenn der Waferträger auf der Spindel angebracht wird. Obwohl der Einsatz 58 bei wiederholter Verwendung des Waferträgers einem Verschleiß unterliegen kann, kann der Einsatz 58 leicht entfernt und ersetzt werden.
Es können zahlreiche Varianten und Kombinationen der oben erläuterten Merkmale angewendet werden. Zum Beispiel kann, wie in 5 zu erkennen ist, ein Nabenelement 152, welches sich innerhalb der zentralen Bohrung 146 der Platte erstreckt, mit einer polygonalen Außenfläche 153 versehen sein, so dass relativ große Zwischenräume 155 zwischen dem Nabenelement und der Fläche der zentralen Bohrung 146 gebildet werden, außer an den Ecken des polygonalen Elements. Diese Anordnung reduziert die konduktive Wärmeübertragung von der Platte 132 auf das Nabenelement 152 noch weiter. Es können auch andere Formen, wie etwa geriffelte oder längsgenutete Formen, verwendet werden, um für eine ähnliche Verringerung der konduktiven Wärmeübertragung zu sorgen. Ebenso können die Flächen der Flansche 50 und 54 (4), welche sich in Kontakt mit den Flächen der Platte befinden, gerippt oder genutet sein, so dass die konduktive Wärmeübertragung zwischen der Platte und der Nabe verringert wird und somit die konduktive Wärmeübertragung auf die Spindel verringert wird.
Es ist nicht wesentlich, eine zentrale Bohrung in der Platte vorzusehen. So ist, wie in 6 dargestellt, eine Platte 232 mit einer Anzahl kleiner Bohrungen 233 versehen, die sich zwischen ihrer stromaufwärtigen und ihrer stromabwärtigen Fläche im zentralen Bereich erstrecken. Ein stromaufwärtiges Nabenelement 248 und ein stromabwärtiges Nabenelement 252 sind auf der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche der Platte 232 vorgesehen und durch Bolzen, die sich durch Löcher 233 hindurch erstrecken, miteinander verbunden. Auch bei dieser Anordnung ist die Nabe lösbar an der Platte befestigt. Der Begriff ”lösbar befestigt”, wie er in dieser Offenbarung im Zusammenhang mit einer Platte und einer Nabe verwendet wird, bedeutet, dass die Nabe von der Platte gelöst werden kann, ohne die Platte zu beschädigen und ohne die wesentlichen konstruktiven Elemente der Nabe zu beschädigen. Es können auch andere lösbare Befestigungen als Schraubbefestigungen verwendet werden. Zum Beispiel kann die lösbare Befestigung Stifte, Keile, Klemmen oder andere mechanische Befestigungsanordnungen enthalten. Außerdem muss die Verbindung zwischen der Nabe und der Spindel nicht ein konisches Anschlussstück beinhalten, wie oben unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde. So weist bei der Ausführungsform von 6 die Nabe einen Einsatz 258 mit einer Anzahl von Vertiefungen auf, in die passende Stifte 266 am Ende der Spindel 106 eingreifen. Es kann auch ein beliebiger anderer Typ von mechanischer Verbindung zwischen der Nabe und der Spindel verwendet werden.
Bei der Ausführungsform, die oben unter Bezugnahme auf 1–4 erörtert wurde, weist das stromaufwärtige Nabenelement ein niedriges, flaches Profil auf. Wie in 6 zu erkennen ist, kann das stromaufwärtige Nabenelement 248 jedoch auch eine gewölbte Form haben, um den Gasstrom in der Umgebung der Mittelachse 242 zu erleichtern. Es können auch andere Formen verwendet werden, um den Gasstrom zu erleichtern. Zum Beispiel kann, wie in 7 dargestellt, das stromaufwärtige Element 248 eine konkav geformte Umfangsfläche 368 aufweisen, welche sich einer scharfen Spitze 370 an seinem stromaufwärtigen Ende nähert. Die Umfangsfläche 368 ist vorzugsweise eine Rotationsfläche um die Achse 342. Eine solche Konstruktion kann helfen, den Strom reaktiver Gase aus der Eintrittsrichtung D entlang der stromaufwärtigen Fläche 334 des Waferträgers 330 und weg von der Strömungsdiskontinuität, die am Mittelpunkt des rotierenden Waferträgers 330 erzeugt wird, umzulenken. In einem anderen Beispiel kann das stromaufwärtige Element 448 eine konvex geformte Umfangsfläche 468 aufweisen, wie etwa die im Allgemeinen parabolische Form der Umfangsfläche 468, die in 8 dargestellt ist. Die Fläche 468 hat vorzugsweise ebenfalls die Form einer Rotationsfläche um die Mittelachse.
Wenn sich der Waferträger schnell rotiert, bewegt sich die stromaufwärtige Fläche des Waferträgers schnell. Die schnelle Bewegung des Waferträgers nimmt die Gase mit in eine Drehbewegung um die Mittelachse 342 und einen radialen Strom weg von der Achse 342, und sie bewirkt, dass die Gase innerhalb einer Grenzschicht über die stromaufwärtige Fläche des Waferträgers hinweg nach außen strömen. Natürlich ist in Wirklichkeit ein allmählicher Übergang zwischen dem im Allgemeinen stromabwärts gerichteten Strömungsverhalten, das durch den Pfeil D bezeichnet ist, und der Strömung in der Grenzschicht vorhanden. Die Grenzschicht kann jedoch als der Bereich betrachtet werden, in welchem die Gase im Wesentlichen parallel zu der stromaufwärtigen Fläche des Waferträgers strömen. Unter typischen Betriebsbedingungen beträgt die Dicke der Grenzschicht etwa 1 cm o. ä. Bei manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Höhe H des stromaufwärtigen Elements kürzer als die Grenzschicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann die Höhe H des stromaufwärtigen Elements höher als Grenzschicht sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein oder können beide Nabenelemente direkt die Spindel berühren, ohne einen dazwischen befindlichen Einsatz. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann ein Einsatz als das Nabenelement dienen. Es wird auf 9 Bezug genommen; zum Beispiel weist die Platte 532 eine zentrale Bohrung 546 auf, die sich durch die Platte 532 hindurch von der stromaufwärtigen Fläche 534 zur stromabwärtigen Fläche 536 erstreckt. Der Einsatz 572 wird in der Bohrung 546 aufgenommen. Wie in 10 dargestellt, weist der Einsatz 572 einen im Allgemeinen zylindrischen Abschnitt auf, der in der zentralen Bohrung 546 der Platte 532 aufgenommen wird. Der Einsatz 572 weist außerdem einen Flansch 554 auf, der in der unmittelbaren Umgebung der zentralen Bohrung 546 an der stromabwärtigen Fläche 536 der Platte 532 anliegt. Der Einsatz 572 ist vorzugsweise in die Bohrung 546 eingepresst, um eine sichere Verbindung zwischen dem Einsatz 572 und der Platte 532 zu schaffen. Zum Beispiel kann der Außendurchmesser des Einsatzes 572 (von dem Flansch abgesehen) ein wenig größer als der Innendurchmesser der zentralen Bohrung 546 sein, wie zum Beispiel ungefähr ein Tausendstel Zentimeter größer. In einem Beispiel kann der Einsatz 572 in die Bohrung 546 eingesetzt werden, indem die Platte 532 zum Beispiel auf 300°C erwärmt wird, damit sich die Platte 532 einschließlich der Bohrung 546 ausdehnt. Der Einsatz 572 kann aus Materialien ausgebildet sein, die von den Materialien der Platte 532 verschieden sind. Vorzugsweise ist der Einsatz 572 aus Materialien ausgebildet, welche den Temperaturen standhalten können, die im Betrieb auftreten, und welche während des Betriebs nicht korrodieren oder das Innere der Reaktionskammer verunreinigen. Vorzugsweise weist der Einsatz 572 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, welcher gleich demjenigen oder größer als derjenige der Platte 532 ist, so dass der Einsatz 572 auch bei erhöhten Temperaturen weiterhin innerhalb der Bohrung 546 befestigt bleibt. Der Einsatz 572 ist außerdem vorzugsweise relativ weich, so dass die Spindel der Reaktionskammer nicht beschädigt wird, wenn der Waferträger mit der Spindel in Eingriff gebracht wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Einsatz 572 aus Graphit ausgebildet sein. Obwohl der Einsatz 572 bei wiederholter Verwendung des Waferträgers einem Verschleiß unterliegen kann, kann der Einsatz 572 leicht entfernt und ersetzt werden.
Es kann eine Kappe 574 vorgesehen sein, die einen massiven ebenen oberen Abschnitt 576 mit einem Flansch 577, der in dem die zentrale Bohrung 546 unmittelbar umgebenden Bereich die stromaufwärtige Fläche 534 der Platte 532 teilweise überdeckt, aufweist. Die Kappe 574 weist einen Abschnitt 578 auf, der von dem oberen Abschnitt 576 nach unten vorsteht. Der Abschnitt 578 wird in der zentralen Bohrung 546 aufgenommen. Wie der Einsatz 572 ist auch der vorstehende Abschnitt 578 der Kappe 574 vorzugsweise in die Bohrung 546 eingepresst. Die Kappe 574 schützt vorzugsweise das Material des Einsatzes vor einem Kontakt mit den korrosiven Gasen, die in die Reaktionskammer eingeleitet werden. Die Kappe 574 gleicht außerdem vorzugsweise einen Teil der Behinderungen der Gasströme aus, die durch die Bohrung 546 durch die stromaufwärtige Fläche 534 hervorgerufen werden. Zum Beispiel kann die Kappe 574 eine stromaufwärtige Fläche aufweisen, wie oben unter Bezugnahme auf 6–8 erläutert. Vorzugsweise ist die Kappe 574 aus Materialien ausgebildet, welche den Temperaturen standhalten können, die im Betrieb auftreten, und welche während des Betriebs nicht korrodieren oder das Innere der Reaktionskammer verunreinigen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kappe 574 aus Siliciumcarbid ausgebildet sein.
Bei einer anderen alternativen Ausführungsform können die Kappe und der Einsatz aneinander befestigt sein. Es wird auf 11 und 12 Bezug genommen; der im Allgemeinen zylindrische Abschnitt des Einsatzes 672 kann einen an ihm vorgesehenen Gewindeabschnitt 680 aufweisen, welcher dafür ausgebildet ist, mit einem Gewindeabschnitt 682 an dem vorstehendem Abschnitt 678 der Kappe 674 verschraubt zu werden. Der vorstehende Abschnitt 678 der Kappe 674 weist einen offenen inneren Abschnitt 684 auf, welcher dafür ausgebildet ist, einen Abschnitt des Einsatzes 672 in sich aufzunehmen. Der Einsatz 672 kann somit an der Waferträger-Platte befestigt werden, indem der Einsatz 672 von der stromabwärtigen Seite her in die zentrale Bohrung eingesetzt wird und die Kappe 674 von der stromaufwärtigen Seite her in die zentrale Bohrung eingesetzt wird, wonach der Einsatz 672 und die Kappe 674 miteinander verschraubt werden. Indem die Kappe 674 immer weiter auf den Einsatz 672 aufgeschraubt wird, wird der Einsatz 672 zunehmend innerhalb des offenen inneren Abschnitts der Kappe 674 aufgenommen, was wiederum zur Folge hat, dass sich der Flansch 654 des Einsatzes 672 dem Flansch 677 der Kappe 674 nähert. Das weitere Aufschrauben der Kappe 674 auf den Einsatz 672 bewirkt, dass die Flansche 654 und 677 zwangsweise mit der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche der Waferträger-Platte in Kontakt gebracht werden, wodurch der Einsatz 672 und die Kappe 674 an der Waferträger-Platte befestigt werden. Ferner müssen die Kappe und der Einsatz nicht durch Verschraubung aneinander befestigt werden. Es können auch andere Formen einer Befestigung der Kappe am Einsatz angewendet werden. Zum Beispiel können die Kappe und der Einsatz auf eine ähnliche Weise, wie in 6 dargestellt, durch Bolzen miteinander verbunden werden. Bei einer solchen Ausführungsform können kleine Bohrungen entweder in dem Einsatz oder in der Kappe oder in beiden vorgesehen sein, und Bolzen können sich durch die Bohrungen hindurch erstrecken, um den Einsatz und die Kappe miteinander zu verbinden. Zum Beispiel können die Bohrungen entweder im Einsatz oder in der Kappe Gewinde aufweisen, welche dafür ausgebildet sind, in an den Bolzen vorgesehene Gewinde einzugreifen. Gemäß einer anderen Alternative können sich die Bolzen durch beide Komponenten hindurch erstrecken, und es können Muttern vorgesehen sein, welche auf mit Gewinde versehenen Enden der Bolzen festgezogen werden.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform muss sich die zentrale Bohrung in der Platte nicht über den gesamten Weg durch die Waferträger-Platte von der stromaufwärtigen Fläche zur stromabwärtigen Fläche erstrecken. Zum Beispiel erstreckt sich, wie in 13 dargestellt, die zentrale Bohrung 746 von der stromabwärtigen Fläche 736 aus in die Platte 732 hinein in Richtung der stromaufwärtigen Fläche 734, wobei ein zentraler Abschnitt 786 der Platte 732 verbleibt, der sich über der Bohrung 746 entlang der stromaufwärtigen Fläche 734 befindet. Wie oben unter Bezugnahme auf die in 9 und 10 dargestellte Ausführungsform beschrieben wurde, kann der Einsatz 772 dieser Ausführungsform in die Bohrung 746 eingepresst sein. Bei dieser Ausführungsform wird keine Kappe benötigt, da der über der Bohrung 746 befindliche zentrale Abschnitt 786 das Material des Einsatzes vorzugsweise vor einem Kontakt mit den korrosiven Gasen schützt, die in die Reaktionskammer eingespritzt werden. Der zentrale Abschnitt 786 stellt außerdem eine durchgehende stromaufwärtige Fläche 734 der Platte 732 zur Verfügung, welche vorzugsweise die Behinderung der Gasströme über der Fläche 734 auf ein Minimum begrenzt.
Wie in 9–13 dargestellt, kann der Einsatz ein konisch zulaufendes Loch mit einem in die stromabwärtige Richtung weisenden offenen Ende definieren, ähnlich der in 4 dargestellten Ausführungsform. In Verbindung mit einem solchen konisch zulaufenden Einsatz kann eine Spindel mit einem konisch zulaufenden Ende verwendet werden. In einem Beispiel kann der Kegelwinkel des konisch zulaufenden Endes der Spindel etwas kleiner als der Kegelwinkel des Loches in dem Einsatz sein, so dass die Spindel den Einsatz nur am äußersten stromaufwärtigen Ende der Spindel berührt, und dass eine leichte Spielpassung um das konisch zulaufende Ende der Spindel herum in der Nähe des stromabwärtigen oder offenen Endes des Loches vorhanden ist. Ferner kann jede der oben offenbarten Ausführungsformen außerdem ein stromaufwärtiges Element, wie oben beschrieben, aufweisen, das eine von vielfältigen Formen zur Erleichterung des Gasstroms aufweist. Zum Beispiel kann ein stromaufwärtiges Element mit einem spezifischen Profil an der stromaufwärtigen Fläche der Nabe, Kappe oder Waferträger-Platte entlang der zentralen Drehachse befestigt oder angeformt sein. Da diese und andere Varianten und Kombinationen der oben erläuterten Merkmale verwendet werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, ist die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform als der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung der Erfindung dienend zu betrachten, welche durch die Ansprüche definiert ist.
Obwohl die Erfindung hier unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, dienen diese Ausführungsformen selbstverständlich nur der Veranschaulichung der Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen an den der Veranschaulichung dienenden Ausführungsformen vorgenommen werden können und dass andere Anordnungen ersonnen werden können, ohne die Grundidee und den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Waferträger (30) für einen Rotationsscheiben-CVD-Reaktor weist eine einheitliche Platte (32) aus einer Keramik wie etwa Siliciumcarbid auf, die Merkmale zum Halten von Wafern wie etwa Taschen (38) auf seiner stromaufwärtigen Fläche (34) definiert, und weist außerdem eine Nabe (40) auf, die in einem zentralen Bereich (44) der Platte (32) lösbar an der Platte (32) angebracht ist. Die Nabe (40) gewährleistet eine sichere Verbindung mit der Spindel (16) des Reaktors, ohne konzentrierte Beanspruchungen auf die Keramikplatte (32) auszuüben. Die Nabe (40) kann während der Reinigung der Platte (32) entfernt werden. Der Waferträger (30) weist außerdem vorzugsweise ein den Gasstrom erleichterndes Element (348, 448) auf der stromaufwärtigen Fläche (34) der Platte (32) im zentralen Bereich (44) der Platte (32) auf. Das den Gasstrom erleichternde Element (348, 448) hilft, den Strom einströmender Gase entlang der stromaufwärtigen Fläche (34) und weg von der Strömungsdiskontinuität im zentralen Bereich (44) umzulenken.
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

US 6685774 [0005, 0026]

Claims

Waferträger für einen CVD-Reaktor, umfassend: (a) eine Platte aus einem nichtmetallischen feuerfesten Material mit einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Fläche, die voneinander weg weisen, wobei die Platte einen zentralen Bereich und einen Umfangsbereich aufweist, wobei die Platte Merkmale zum Halten von Wafern aufweist, die dafür eingerichtet sind, mehrere Wafer zu halten, die an der stromaufwärtigen Fläche der Platte im Umfangsbereich exponiert sind; und (b) eine getrennt von der Platte ausgebildete Nabe, wobei die Nabe im zentralen Bereich an der Platte befestigt ist, wobei die Nabe eine Spindelverbindung aufweist, die dafür eingerichtet ist, mit einer Spindel eines CVD-Reaktors in Eingriff zu gelangen, um so die Platte mechanisch mit der Spindel zu verbinden.
Waferträger nach Anspruch 1, wobei das nichtmetallische feuerfeste Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Siliciumcarbid, Bornitrid, Borcarbid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Saphir, Quarz, Graphit und Kombinationen davon besteht.
Waferträger nach Anspruch 1, wobei das nichtmetallische feuerfeste Material im Wesentlichen aus Siliciumcarbid besteht.
Waferträger nach Anspruch 1, wobei die Platte eine einheitliche Tafel ist, die vollständig aus dem nicht-metallischen feuerfesten Material ausgebildet ist.
Waferträger nach Anspruch 4, wobei das nichtmetallische feuerfeste Material Siliciumcarbid ist.
Waferträger nach Anspruch 1, wobei die Platte eine Beschichtung aufweist, die das nichtmetallische feuerfeste Material wenigstens auf der stromaufwärtigen Fläche der Platte bedeckt.
Waferträger nach Anspruch 6, wobei die Beschichtung aus einem Material ausgebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titancarbid und Tantalcarbid besteht.
Waferträger nach Anspruch 1, wobei die Nabe wenigstens teilweise aus einem oder mehreren Materialien ausgebildet ist, die von dem nichtmetallischen feuerfesten Material der Platte verschieden sind.
Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung, umfassend eine Reaktionskammer, eine innerhalb der Reaktionskammer angebrachte Spindel zur Rotation um eine sich im Allgemeinen in einer Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung erstreckende Achse, einen Einspritzkopf zum Einleiten eines oder mehrerer Reaktionsgase in die Reaktionskammer und ein oder mehrere Heizelemente, welche die Spindel umgeben, wobei die Vorrichtung ferner einen Waferträger nach Anspruch 1 umfasst, wobei die Verbindung des Waferträgers dafür eingerichtet ist, den Waferträger auf der Spindel anzubringen, so dass die stromaufwärtige Fläche der Platte dem Einspritzkopf zugewandt ist und die stromabwärtige Fläche der Platte dem einen oder den mehreren Heizelementen zugewandt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei, wenn der Waferträger auf der Spindel angebracht ist, die stromabwärtige Fläche der Platte sich im Umfangsbereich der Platte direkt gegenüber den Heizelementen befindet.
Verfahren zur Bearbeitung von Wafern, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Bearbeiten mehrerer Waferträger, die jeweils eine Nabe und eine lösbar an der Nabe befestigte Platte aufweisen, durch Ineingriffbringen der Nabe jedes Waferträgers mit einer Spindel einer Bearbeitungsvorrichtung und Drehen der Spindel und des Waferträgers, während auf der Platte getragene Wafer behandelt werden; (b) Entfernen der Wafer von jedem Waverträger, nachdem der Waferträger bearbeitet wurde; (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) mit jedem Waferträger unter Verwendung neuer Wafer; und (d) Erneuern jedes Waferträgers durch Entfernen der Nabe von der Platte, anschließendes Reinigen der Platte und anschließendes Zusammenbauen der Platte mit derselben oder einer anderen Nabe.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Reinigens der Platte das Ätzen der Platte beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Behandelns der Wafer die Durchführung eines Prozesses der chemischen Gasphasenabscheidung beinhaltet.
Waferträger für einen CVD-Reaktor, umfassend eine Platte aus einem nichtmetallischen feuerfesten Material mit einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Fläche, die voneinander weg weisen, wobei die Platte einen zentralen Bereich und einen Umfangsbereich aufweist, wobei die Platte Merkmale zum Halten von Wafern aufweist, die dafür eingerichtet sind, mehrere Wafer zu halten, die an der stromaufwärtigen Fläche der Platte im Umfangsbereich exponiert sind, wobei die Platte eine einheitliche Tafel ist, die im Wesentlichen aus Siliciumcarbid besteht.
Waferträger nach Anspruch 14, wobei der Waferträger eine Spindelverbindung aufweist, die dafür eingerichtet ist, mit einer Spindel eines CVD-Reaktors in Eingriff zu gelangen, um so die Platte mechanisch mit der Spindel zu verbinden.
Waferträger nach Anspruch 15, wobei die Spindelverbindung dafür eingerichtet ist, lösbar mit der Spindel in Eingriff zu gelangen.
Waferträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 16, wobei die stromabwärtige Fläche in eine stromabwärtige Richtung weist und wobei die Spindelverbindung eine Aufnahme enthält, die ein Loch mit einem offenen Ende aufweist, das in die stromabwärtige Richtung weist.
Waferträger nach Anspruch 17, wobei die stromaufwärtige Fläche in eine stromaufwärtige Richtung weist und wobei das Loch konisch zulaufend ist, derart, dass sich ein Durchmesser des Loches in der stromaufwärtigen Richtung allmählich verkleinert.
Waferträger nach Anspruch 14, ferner eine getrennt von der Platte ausgebildete Nabe umfassend, wobei die Nabe im zentralen Bereich an der Platte befestigt ist, wobei die Nabe eine Spindelverbindung aufweist, die dafür eingerichtet ist, mit einer Spindel eines CVD-Reaktors in Eingriff zu gelangen, um so die Platte mechanisch mit der Spindel zu verbinden.
Waferträger nach Anspruch 19, wobei die Nabe wenigstens teilweise aus einem anderen Material als Siliciumcarbid ausgebildet ist.
Waferträger nach Anspruch 8 oder Anspruch 20, wobei die Nabe wenigstens teilweise aus einem oder mehreren Metallen ausgebildet ist.
Waferträger nach Anspruch 21, wobei das eine oder die mehreren Metalle aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Molybdän, Wolfram, Rhenium, Kombinationen davon und Legierungen davon besteht.
Waferträger nach Anspruch 21, wobei die Nabe einen Einsatz enthält, der wenigstens teilweise die Spindelverbindung definiert, wobei der Einsatz aus einem Einsatzmaterial ausgebildet ist, das weicher als das eine oder die mehreren Metalle ist.
Waferträger nach Anspruch 23, wobei das Material des Einsatzes im Wesentlichen aus Graphit besteht.
Waferträger nach Anspruch 8 oder Anspruch 20, wobei die Nabe einen Einsatz umfasst, der wenigstens teilweise die Spindelverbindung definiert, und wobei die Platte eine Öffnung im zentralen Bereich aufweist, wobei der Einsatz in der Öffnung aufgenommen wird.
Waferträger nach Anspruch 25, wobei der Einsatz in die Öffnung eingepresst ist.
Waferträger nach Anspruch 25, wobei der Einsatz aus Graphit ausgebildet ist.
Waferträger nach Anspruch 25, wobei sich die Öffnung im zentralen Bereich zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche erstreckt.
Waferträger nach Anspruch 28, der ferner eine Kappe aufweist, die einen Abschnitt der stromaufwärtigen Fläche der Platte im zentralen Bereich wenigstens teilweise überdeckt.
Waferträger nach Anspruch 29, wobei die Kappe aus Siliciumcarbid ausgebildet ist.
Waferträger nach Anspruch 29, wobei die Kappe an dem Einsatz befestigt ist.
Waferträger nach Anspruch 31, wobei die Kappe und der Einsatz jeweils mit einem Gewinde versehen sind, wobei das Gewinde der Kappe dafür ausgebildet ist, in das Gewinde des Einsatzes einzugreifen.
Waferträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 19, wobei die Nabe lösbar an der Platte befestigt ist.
Waferträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 19, wobei die Nabe ein stromaufwärtiges Nabenelement, wobei wenigstens ein Teil des stromaufwärtigen Nabenelements einen Abschnitt der stromaufwärtigen Fläche der Platte im zentralen Bereich überdeckt, und ein stromabwärtiges Nabenelement, wobei wenigstens ein Teil des stromabwärtigen Nabenelements einen Abschnitt der stromabwärtigen Fläche der Platte im zentralen Bereich überdeckt, aufweist, so dass wenigstens ein Teil des zentralen Bereiches der Platte zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Nabenelement festgeklemmt ist.
Waferträger nach Anspruch 34, wobei die Platte eine zentrale Bohrung aufweist, die sich zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Fläche im zentralen Bereich erstreckt, und wenigstens eines der Nabenelemente in die zentrale Bohrung hineinragt.
Waferträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 14, wobei die Platte im Wesentlichen kreisförmig ist.
Waferträger für einen CVD-Reaktor, umfassend: (a) eine Platte mit einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Fläche, die voneinander weg weisen, wobei die Platte einen zentralen Bereich und einen Umfangsbereich aufweist, wobei die Platte Merkmale zum Halten von Wafern aufweist, die dafür eingerichtet sind, mehrere Wafer zu halten, die an der stromaufwärtigen Fläche der Platte im Umfangsbereich exponiert sind; und (b) ein den Gasstrom erleichterndes Element, das von der stromaufwärtigen Fläche der Platte im zentralen Bereich vorsteht.
Waferträger nach Anspruch 37, wobei die Platte eine Mittelachse aufweist und das den Gasstrom erleichternde Element eine Umfangsfläche in der Form einer Rotationsfläche um die Mittelachse aufweist.
Waferträger nach Anspruch 37, wobei das den Gasstrom erleichternde Element eine Umfangsfläche mit einem im Allgemeinen konkaven Profil aufweist.
Waferträger nach Anspruch 37, wobei das den Gasstrom erleichternde Element eine Umfangsfläche mit einem im Allgemeinen konvexen Profil aufweist.
Waferträger nach Anspruch 37, wobei das den Gasstrom erleichternde Element eine Höhe von weniger als einem Zentimeter aufweist.
Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung, umfassend eine Reaktionskammer, eine innerhalb der Reaktionskammer angebrachte Spindel zur Rotation um eine sich im Allgemeinen in einer Stromaufwärts-Stromabwärts-Richtung erstreckende Achse, einen Einspritzkopf zum Einleiten eines oder mehrerer Reaktionsgase in die Reaktionskammer, wobei die Vorrichtung ferner einen Waferträger nach Anspruch 37 umfasst, wobei der Waferträger dafür eingerichtet ist, an der Spindel angebracht zu werden, so dass die stromaufwärtige Fläche der Platte dem Einspritzkopf zugewandt ist und das den Gasstrom erleichternde Element entlang der Achse angeordnet ist; wobei die Vorrichtung dafür ausgebildet ist, das eine oder die mehreren Reaktionsgase in der Stromabwärtsrichtung zu dem Waferträger und dem den Gasstrom erleichternden Element hin zu lenken.