DE19747164A1

DE19747164A1 - Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE19747164A1
Application number: DE1997147164
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Kersch; Thomas Dipl Phys Schafbauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2017-10-25
Also published as: DE19747164B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe, wie sie zum Beispiel zur Schichtabscheidung, für Temperprozesse, Ätzprozesse, Abscheideprozesse und ähnli ches in der Halbleiterfertigung eingesetzt wird.

In der Halbleiterfertigung ist eine gleichförmige Temperatur einer zu bearbeitenden Substratscheibe bei vielen Prozessen wichtig. Dieses technische Problem tritt auch außerhalb der Halbleiterfertigung bei der Bearbeitung anderer Substrat scheiben auf, zum Beispiel beim Tempern und/oder Aufbringen dünner Schichten auf Substratscheiben aus Glas oder Kunst stoff.

Das Problem der Temperaturgleichförmigkeit über die Substrat scheibe tritt besonders bei großen Substratscheiben mit Durchmessern von 200 bis 300 mm, wie sie in der Halbleiter fertigung zunehmend verwendet werden, auf. Dieses wird mit Konvektionsbewegungen in Verbindung gebracht, die durch un terschiedliche Temperaturen an der Substratscheibe und an Wänden des Reaktors verursacht wird.

In A. Kersch, Relevance of equipment simulation for semicon ductor manufacturing: Example of radiatively heated systems, GMM Fachbericht 17, VDE Verlag, Mikroelektronik '97, ISBN 3-8007-2247-X, ist vorgeschlagen worden, zur Vermeidung von Temperaturungleichförmigkeiten, die auf Konvektionsbewegungen zurückzuführen sind, in einem Reaktor in der Nähe der Substratscheibe eine zusätzliche dünne Quarzplatte anzuord nen. Dadurch wird die konvektive Kühlung, die für Temperatu rungleichförmigkeiten der Substratscheibe verantwortlich ge macht wird, im Bereich der Substratscheibe reduziert. Dieser Vorschlag hat sich jedoch nur in Reaktionskammern mit ruhen der Substratscheibe bewährt. In Reaktionskammern mit rotie render Substratscheibe treten dagegen weiterhin ungleichför migkeiten der Temperatur auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anord nung zur Bearbeitung einer Substratscheibe anzugeben, in der Temperaturungleichförmigkeiten der Substratscheibe auch bei rotierender Substratscheibe vermieden werden. Darüber hinaus soll ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung ange geben werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 6. Weitere Ausgestaltun gen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Anordnung zur Bearbeitung der Substratscheibe weist eine Reaktionskammer auf, in der ein Scheibenhalter zur Aufnahme der Substratscheibe, eine Heizeinrichtung und eine Konvekti onsplatte vorgesehen sind. Die Konvektionsplatte ist oberhalb des Scheibenhalters und damit der Substratscheibe angeordnet. Der Scheibenhalter und die Konvektionsplatte sind gemeinsam rotierbar. Die oberhalb der Substratscheibe angeordnete Kon vektionsplatte verhindert eine Konvektion zwischen der aufge heizten Substratscheibe und der darüber befindlichen kühleren Wand der Reaktionskammer. Durch die gemeinsame Rotation von Scheibenhalter und Konvektionsplatte im Betrieb der Anordnung wird in der Nähe einer auf dem Scheibenhalter befindlichen Substratscheibe Konvektion unterdrückt, so daß die damit ver bundene Kühlung, die zur Temperaturungleichförmigkeit führen würde, nicht auftritt.

Ist die Heizeinrichtung oberhalb des Scheibenhalters angeord net, so befindet sich die Konvektionsplatte zwischen Schei benhalter und Heizeinrichtung.

Vorzugsweise ist eine weitere Konvektionsplatte vorgesehen, die gemeinsam mit dem Scheibenhalter und der Konvektionsplat te rotierbar ist. Der Scheibenhalter ist zwischen der Konvek tionsplatte und der weiteren Konvektionsplatte angeordnet. In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird durch die weitere Konvektionsplatte Konvektion auf der Rückseite der Substrat scheibe ebenfalls verhindert. Simulationsrechnungen haben er geben, daß zwischen der Substratscheibe und der Heizeinrich tung natürliche Konvektion auftritt, während unterhalb der Substratscheibe zusätzlich eine erzwungene Konvektionsbewe gung auftritt. Durch Verwendung zweier Konvektionsplatten, die beide zusammen mit der Substratscheibe rotiert werden, läßt sich sowohl die natürliche Konvektion als auch die er zwungene Konvektionsbewegung unterdrücken.

Vorzugsweise sind die Konvektionsplatte und/oder die weitere Konvektionsplatte, die unterhalb der Substratscheibe angeord net ist, mindestens so groß wie der Scheibenhalter. Der Ab stand zwischen der Konvektionsplatte und/oder der weiteren Konvektionsplatte und dem Scheibenhalter beträgt vorzugsweise maximal 15 mm. Ein Abstand zwischen 5 und 10 mm wird bevor zugt, da in diesem Abstand die Konvektionsbewegungen elimi niert sind, ohne daß eine Wechselwirkung zwischen Substrat scheibe und der/den Konvektionsplatten auftritt.

Als Heizeinrichtung ist eine optische Heizung durch Lampen oder eine Widerstandsheizung geeignet. Bei Verwendung einer Lampenheizung ist es vorteilhaft, die Konvektionsplatte und/oder die weitere Konvektionsplatte aus transparentem Ma terial, zum Beispiel Quarzglas zu bilden. Dadurch ist eine schnelle Aufheizung der Substratscheibe sichergestellt.

Im Betrieb werden die Substratscheibe und die Konvektions platten mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich zwi schen 2 upm und 500 upm (upm: Umdrehungen pro Minute) ro tiert. Vorzugsweise erfolgt die Rotation um eine gemeinsame Achse, da dies den mechanischen Aufbau vereinfacht.

Die Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe ist so wohl in der Halbleiterfertigung einsetzbar als auch zur Ab scheidung dünner Schichten auf Substraten aus Glas oder Kunststoff. In der Halbleiterfertigung ist die Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe insbesondere als RTP-Reaktor, Epitaxiereaktor, CVD-Reaktor, Trockenätzreaktor, oder plasmaunterstützter CVD-Reaktor ausführbar.

In der Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe sind beliebige Substratscheiben bearbeitbar. Insbesondere ist die Anordnung zur Bearbeitung von Halbleiterscheiben in der Halb leiterfertigung und zur Bearbeitung von Substratscheiben aus Glas oder Kunststoff in der Dünnschichttechnik geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels, das in der Figur dargestellt ist, näher erläutert.

Die Darstellungen in der Figur sind nicht maßstäblich.

Die Figur zeigt eine Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe mit einem Scheibenhalter und zwei Konvekti onsplatten, die gemeinsam mit dem Scheibenhalter rotierbar sind.

In einer Reaktionskammer 1 ist eine Heizeinrichtung 2 vorge sehen. Als Heizeinrichtung 2 wird eine Lampenheizung verwen det.

Ferner ist in der Reaktionskammer 1 eine erste Konvektions platte 3 und eine zweite Konvektionsplatte 4 angeordnet. Die erste Konvektionsplatte 3 und die zweite Konvektionsplatte 4 sind jeweils scheibenförmig.

Mit der zweiten Konvektionsplatte 4 ist ein Scheibenhalter 5 verbunden, der ringförmig ausgestaltet ist. Die zweite Kon vektionsplatte 3 ist zum Beispiel über Abstandsstücke 6 fest mit dem Scheibenhalter 5 verbunden.

Im Betrieb der Anordnung wird auf den Scheibenhalter 5 eine Substratscheibe 7, die bearbeitet werden soll, gelegt. Die Substratscheibe 7 ist eine monokristalline Siliziumscheibe oder ein SOI-Substrat. Die Abstandsstücke 6 sind so angeord net, daß sie außerhalb der Substratscheibe 7 auf den Schei benhalter 5 treffen.

Die erste Konvektionsplatte 3 und die zweite Konvektionsplat te 4 sind jeweils scheibenförmig ausgestaltet und weisen ei nen größeren Durchmesser als die zu bearbeitende Substrat scheibe 7 auf. Beträgt der Durchmesser der zu bearbeitenden Substratscheibe 300 mm, so weist die erste Konvektionsplatte 3 einen Durchmesser von mehr als 300 mm und die zweite Kon vektionsplatte 4 einen Durchmesser von mehr als 300 mm auf.

Die Substratscheibe 7 wird zwischen der ersten Konvektions platte 3 und der zweiten Konvektionsplatte 4 angeordnet. Der Abstand der Substratscheibe 4 zu der ersten Konvektionsplatte 3 sowie zu der zweiten Konvektionsplatte 4 beträgt jeweils maximal 10 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm.

Die erste Konvektionsplatte 3 wird in einer Dicke von 1 bis 5 mm aus Quarzglas gebildet. Die zweite Konvektionsplatte 4 wird in einer Dicke von 1 bis 5 mm aus Quarzglas gebildet. Die erste Konvektionsplatte 3 ist zwischen der Substratschei be 7 und der Heizeinrichtung 2 angeordnet, um die natürliche Konvektion zwischen der Heizeinrichtung 2 und der Substrat scheibe 7 zu unterdrücken. Die zweite Konvektionsplatte 4 ist auf der der Heizeinrichtung 2 abgewandten Seite der Substrat scheibe 7 angeordnet, um in diesem Bereich die natürliche Konvektion und die erzwungene Konvektion zu unterdrücken.

Die zweite Konvektionsplatte 4 ist mit einer Stange 8 verbun den, die im wesentlichen mittig mit der zweiten Konvektions platte 4 befestigt ist. Über die Stange 8, die aus der Reak tionskammer 1 herausragt, ist die zweite Konvektionsplatte 4 zum Beispiel mit Hilfe eines Antriebsmotors (nicht darge stellt) rotierbar. Wird die zweite Konvektionsplatte 4 durch Antrieb über die Stange 8 rotiert, so rotieren gleichzeitig der Scheibenhalter 5 mit der darauf befindlichen Substrat scheibe 7 und die erste Konvektionsplatte 3, die über die Ab standsstücke 6 mit dem Scheibenhalter 5 fest verbunden ist, mit. Durch diese gemeinsame Rotation wird eine Konvektionsbe wegung zur Oberfläche der Substratscheibe 7 unterdrückt. Die Rotation erfolgt mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 2 bis 500 Umdrehungen pro Minute.

Die Substratscheibe 7 weist eine Dicke von zum Beispiel 0.7 mm auf. Die Substratscheibe 7 ist zum Beispiel eine monokri stalline Siliziumscheibe, eine SOI-Scheibe, eine Glasscheibe oder eine Kunststoffscheibe.

Der Scheibenhalter 5 besteht zum Beispiel aus Quarzglas.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbei spiel beschränkt. Es sind zahlreiche Varianten denkbar. Ins besondere kann die zweite Konvektionsplatte entfallen, in diesem Fall ist der Scheibenhalter 5 direkt mit der Stange 8 verbunden.

Bei der Bearbeitung der Substratscheibe 7 werden die erste Konvektionsplatte, die Substratscheibe 7 mit dem Scheibenhal ter 5 und die zweite Konvektionsplatte mit einer Rotationsge schwindigkeit von 2 upm bis 500 upm vorzugsweise von mehr als 50 upm rotiert.

Claims

1. Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe,

- bei der in einer Reaktionskammer (1) ein Scheibenhalter zur Aufnahme der Substratscheibe (7), eine Heizeinrichtung (2) und eine Konvektionsplatte (3) vorgesehen sind,
- bei der die Konvektionsplatte (3) oberhalb der Substrat scheibe (7) angeordnet ist,
- bei der der Scheibenhalter (5) und die Konvektionsplatte (3) gemeinsam rotierbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

- bei der eine weitere Konvektionsplatte (4) vorgesehen ist, die gemeinsam mit dem Scheibenhalter (5) und der Konvekti onsplatte (3) rotierbar ist,
- bei der der Scheibenhalter (5) zwischen der Konvektions platte (3) und der weiteren Konvektionsplatte (4) angeord net ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen der Konvektionsplatte (3) und/oder der wei teren Konvektionsplatte (4) und dem Scheibenhalter (5) ein Abstand von maximal 15 mm vorgesehen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon vektionsplatte (4) mindestens so groß wie die Substratscheibe (5) sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon vektionsplatte (4) transparentes Material aufweisen.

6. Verfahren zur Bearbeitung einer Substratscheibe, bei dem in einer Reaktionskammer (1) zwischen der Substrat scheibe (7) und einer Heizeinrichtung (2) eine Konvektions platte (3) befestigt wird, die zusammen mit der Substrat scheibe (7) rotiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

- bei dem in der Reaktionskammer (1) eine weitere Konvekti onsplatte (4) befestigt wird, so daß die Substratscheibe (7) zwischen der Konvektionsplatte (3) und der weiteren Konvektionsplatte (4) angeordnet ist,
- bei dem die weitere Konvektionsplatte (4) zusammen mit der Substratscheibe (7) und der erstgenannten Konvektionsplatte (3) rotiert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon vektionsplatte (4) in einem Abstand von jeweils maximal 15 mm von der Substratscheibe (7) angeordnet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon vektionsplatte (4) jeweils transparentes Material aufweisen.

10. Verfahren nach-einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon vektionsplatte (4) jeweils mindestens so groß wie die Substratscheibe sind.