DE19803487C1 - Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Eine solche Heizvorrichtung ist aus der JP 06-220643 A (in Patent Abstracts of Japan, C-1272) bekannt.

Aus der DD 2 82 245 A5 ist eine in einem Gehäuse angeordnete Heizeinrichtung bekannt mit einem Heizstrahler, einem Reflek­ tor, einem Strahlungsabsorber zur Homogenisierung der Strahlung und einem Strahlungsfenster, wobei die genannten Teile unter­ halb des Substrats angeordnet sind.

Dem Stand der Technik entsprechende Heizverfahren für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase werden unterteilt in ein Lampenheizverfahren, ein Verfahren, das sich eines Integrationsheizgeräts bedient, und ein Verfahren mit einem Suszeptor, der mit Infrarotstrahlen oder hochfrequenten Wellen arbeitet.

Unter diesen Verfahren stellt das Lampenheizverfahren ein in­ direktes Heizverfahren dar, bei dem der Heizbereich in Zonen eingeteilt ist, und eine Vielzahl Lampen (im allgemeinen 10 bis 20 Lampen), von denen jeweils eine einer entsprechenden Zone entspricht, ist in regelmäßigen Abständen zueinander angeord­ net, wodurch sich eine gewünschte Temperatur ergibt.

Beim direkten Widerstandsheizverfahren wird das oben genannte Integrationsheizgerät verwendet, wodurch eine elektrische Lei­ stung an beide Anschlüsse geliefert und eine gewünschte Wärme erzielt wird.

Darüber hinaus wird auch ein Verfahren angewendet, das mit Infrarotstrahlen und Hochfrequenz sowie dem Suszeptor arbeitet, so daß ein bestimmtes Gas in der Lampe aufgeladen wird, wodurch eine gewünschte Wärme bei der Verwendung des Lichts erzielt wird, das entsteht, wenn das Gas in der Lampe aufgeladen wird.

Nachfolgend werden bekannte Heizeinrichtungen der in Rede stehenden Art anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.

In den Zeichnungen kennzeichnet Bezugszeichen 2 eine Quarz­ platte, 3 ist ein Wafer und 4 kennzeichnet eine Au-Beschich­ tung.

Bei der dem Stand der Technik entsprechenden Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase erfordern jedoch die Erwärmung und die Abkühlung relativ lange Zeiten, da das Integrationsheizgerät auf Basis des direkten Heizverfahrens, das Infrarotstrahlen- und Hochfrequenz-Heiz­ verfahren und der Suszeptor für die Heiz- und Kühloperation verwendet werden.

Im Fall der in Fig. 2 dargestellten Infrarotstrahlen- und Hoch­ frequenzheizung beispielsweise beträgt die Zeit zum Anheben der Temperatur von Raumtemperatur auf eine vorgegebene hohe Tempe­ ratur 10 bis 15 Minuten, und die zum Absenken der Temperatur unter Vakuum erforderliche Zeit beträgt 60 bis 120 Minuten, was einen hohen Zeitaufwand, erhöhten Wärmeverlust bedeutet und somit die Vorrichtung ineffektiv und unwirtschaftlich macht.

Im Fall des in Fig. 2 dargestellten Lampenheizverfahrens, bei dem es sich um ein indirektes Heizverfahren handelt, beträgt die Zeit zum Anheben der Temperatur 10 bis 30 Sekunden, und die zum Absenken der Temperatur erforderliche Zeit beträgt 1 bis 5 Minuten, die als kürzere Temperaturerhöhungs- und -ab­ senkungszeiten gelten. Die Temperaturen der Metallschicht und der Siliziumschicht sind jedoch verschieden. Beim Erwärmen eines Wafers mit großem Durchmesser ist es deshalb unmöglich, eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erzielen und die Temperatur angemessen zu kontrollieren.

Es demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heiz­ vorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase bereitzustellen, die die zuvor genannten dem Stand der Technik anhaftenden Probleme bewältigt und die in der Lage ist, selbst bei einem Wafer mit einer größeren Oberfläche eine gleichmäßige Temperaturverteilung bereitzustellen, indem eine Quarzplatte, obere und untere Reflexionsplatten installiert werden und für eine gleichmäßige Wärmeverteilung gesorgt wird, und die in der Lage ist, Staubbildung und metallische Verunrei­ nigung eines Wafers auf ein Minimum zu senken, so daß ein oxidationsverhindernder Aufbau in einer Sauerstoffumgebung verwirklicht wird.

Zur Lösung der obigen Aufgabe wird eine Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase gemäß bereitgestellt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegen­ den beispielhaften Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittansicht einer dem Stand der Technik entsprechenden Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase, die ein Lampenheizverfahren an­ wendet;

Fig. 2 einen Graphen, der die Temperaturanstiegs- und -abfall­ geschwindigkeit einer dem Stand der Technik entsprechenden Heizvorrichtung für verschiedene Anlagen zur chemischen Ab­ scheidung aus der Gasphase darstellt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 einen Graphen zur Darstellung der Auswirkung einer Re­ flexionsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Heizschlange des Heizgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 einen Graphen, der die Temperaturverteilung gemäß der vorliegenden Erfindung auf einem Wafer darstellt;

Fig. 7 ein Vergleich der Temperaturverteilung zwischen dem Stand der Technik und der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 8 eine Tabelle, die die Temperaturdifferenz nach Zonen eines Wafers mit einer Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Die Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, ist in der Heizvorrich­ tung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gas­ phase gemäß der vorliegenden Erfindung eine Heizgerätabdeckung 12 unter einem Wafer 11 installiert, und wie in Fig. 5 darge­ stellt ist ein Heizgerät 13 einschließlich einer Heizschlange aus einem Kanthalmaterial oder einem Superkanthalmaterial innerhalb der Heizgerätabdeckung 12 installiert.

Eine Quarzplatte 15 ist zwischen dem Heizgerät 13 und der Heizgerätabdeckung 12 installiert, um die Lage des Heizgeräts 13 zu fixieren und die vom Heizgerät 13 generierte Wärme gleichmäßig zu verteilen.

Da die Heizgerätabdeckung 12 aus Quarz besteht und das Heiz­ gerät 13 abdeckt, können Partikel von Schwermetallen etc. daran gehindert werden, vom Heizgerät 13 in eine Prozeßkammer zu gelangen.

Des weiteren ist eine untere (erste) Reflexionsplatte 14 unter­ halb des Heizgeräts 13 installiert, um Licht und Wärme zu blockieren, die vom Heizgerät 13 nach unten und seitlich abge­ geben werden, und um die Wärme vom Heizgerät 13 in eine vorge­ gebene Richtung zu reflektieren.

Ein Thermoelement (nicht dargestellt) ist zwischen dem Heiz­ gerät 13 und der unteren (ersten) Reflexionsplatte 14 zum Messen der Temperaturen in zwei verschiedenen Bereichen des Heizgeräts 13 installiert.

Eine obere (zweite) Reflexionsplatte 16 aus nichtrostendem Stahl mit einem Gas-Duschkopf 17, der zum Sprühen und Ab­ scheiden (Aufdampfen) von Gasen auf dem Wafer 11 vorgesehen ist, ist oberhalb des Wafers 11 zum Reflektieren der auf die Oberfläche gerichteten Wärme installiert.

Bei der Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abschei­ dung aus der Gasphase gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Heizgerät 13, das in der Lage ist, eine Strahlung vorgegebener Wellenlänge, z. B. eine kurzwellige Infrarotstrahlung und eine sichtbare Strahlung, zu erzeugen, in der Weise verwendet, daß ein Kristallgefüge, das die Eigenschaften eines Ferro-Dielektrikums bestimmt, nicht zerstört wird.

Des weiteren trägt die untere (erste) Reflexionsplatte 14 das Heizgerät 13 und liefert die Wärmeenergie eines Infrarotstrah­ lungsbereichs und eines Bereichs mit sichtbarem Licht vom Heizgerät 13 an den Wafer 11.

Die Funktionsweise der Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Die vom Heizgerät 13 erzeugten Infrarotstrahlen und sichtbaren Strahlen werden von der unteren (ersten) Reflexionsplatte 14 an den Wafer 11 geliefert.

Dabei werden die vom Heizgerät 13 erzeugten Infrarotstrahlen und sichtbaren Strahlen unbegrenzt zwischen der oberen (zwei­ ten) Reflexionsplatte 16 und der unteren (ersten) Reflexions­ platte 14 reflektiert, ohne nach außen zu gelangen, so daß ein gleichmäßiges Wärmefeld wie in Fig. 4 dargestellt zwischen der oberen (zweiten) Reflexionsplatte 16 und der unteren (ersten) Reflexionsplatte 14 gebildet wird, so daß dadurch und vom ferro-dielektrischen Film eine Prozeßkammer gebildet wird. Anders als bei dem dem Stand der Technik entsprechenden Lampen­ heizverfahren, bei dem die Temperaturen der Metallschicht und der Siliziumschicht verschieden sind, ist bei der vorliegenden Erfindung ungeachtet der Form und der Materialeigenschaften eines zu erwärmenden Gegenstandes eine gleichmäßige Erwärmung möglich.

Genauer ausgedrückt bedeutet dies, daß der Wirkungsgrad der Infrarotheizung des Wafers 11 von der Absorption des Lichts be­ stimmt wird. Es ist deshalb möglich, eine gewünschte Heiz­ charakteristik zu erhalten, da das Licht unbegrenzt hin- und herreflektiert wird. Da außerdem die obere (zweite) Reflexions­ platte 16 integral mit dem Gas-Duschkopf 17 ausgeformt ist, durch den ein Gas für die chemische Abscheidung aus der Gaspha­ se zugeführt wird, kann das Gas einem Wärmefeld gleichmäßig zugeführt werden.

Da die Quarzplatte 15 oberhalb des Heizgeräts 13 vorgesehen ist, wird die Wärme gleichmäßig verteilt, und wie in Fig. 8 dargestellt wird hinsichtlich des Wafers 11 mit einer großen Oberfläche eine gute Gleichverteilung der Temperatur erreicht.

Darüber hinaus werden Staub und Fremdstoffe durch die Quarz­ platte 15 und die Heizgerätabdeckung 12 daran gehindert, auf den Wafer 11 zu gelangen, und die Oxidation des Heizgeräts 13 in einer Sauerstoffumgebung wird verhindert.

Wie in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, ist es beim Aufwachsen eines Films möglich, die Temperatur rasch anzuheben oder abzu­ senken. Da die Temperatur-Stabilisierungszeit aufgrund von Überschwingen während der Heizoperation verkürzt wird, wird das Kristallgefüge, das die Charakteristik des Ferro-Dielektrikums bestimmt, zerstört.

Außerdem können bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die obere (zweite) und die untere (erste) Reflexionsplatte 16 und 14 vorzugsweise nach oben, unten, links und rechts verschoben werden, um durch Variieren der Film- und Wärmegleichverteilung einen optimalen dünnen Film aufzuwachsen.

Wie oben beschrieben kann in der Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase gemäß der vorliegenden Erfindung das zu erwärmende Material aus einem weiten Bereich auf Basis der Auswirkungen des Wärmegleichver­ teilungsfeldes, in dem die Temperaturen sämtlicher Materialien der Anlage identisch werden, ausgewählt werden. Die Aus­ wirkungen des Wärmegleichverteilungsfelds werden bei einer Temperatur von 300°C im Inneren der Anlage als tatsächlich nutzbar beurteilt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein guter Wärmewirkungsgrad ermöglicht. Beträgt beispielsweise die Temperatur des zu er­ wärmenden Gegenstands 600°C, dann beträgt die Oberflächen­ temperatur des Heizgeräts ca. 630°C. Es kann daher gesagt wer­ den, daß der Wärmeverlust sehr gering ist. Beträgt beim Stand der Technik die Temperatur des zu erwärmenden Gegenstands 600°, dann liegt die Oberflächentemperatur des Heizgeräts zwischen 1300 und 1800°C. Im Vergleich zur vorliegenden Erfindung tritt also beim Stand der Technik ein großer Wärmeverlust auf.

Darüber hinaus kann bei der dem Stand der Technik entsprechen­ den Lampenheizvorrichtung ein kleines Fremdstoffpartikel die Temperaturverteilung beeinträchtigen. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch werden die zu Verunreinigung führenden Fremd­ stoffe durch die Quarzplatte und die Heizgerätabdeckung daran gehindert, in die Vorrichtung zu gelangen.

Außerdem ist der Aufbau der Vorrichtung einfach und kosten­ günstig, so daß die Erwärmung eines vorgegebenen Gegenstands auf einfache Weise möglich ist.

Claims (9)

1. Heizvorrichtung für eine Anlage zur chemischen Abscheidung aus der Gasphase, die folgendes aufweist:
eine erste Reflexionsplatte (14);
ein Heizgerät (13) einschließlich einer Wärmeabstrahleinrich­ tung, das oberhalb der ersten Reflexionsplatte (14) installiert ist;
eine oberhalb des Heizgeräts (13) installierte Quarzplatte (15); und
eine Heizgerätabdeckung (12) zum Abdecken der oberen Abschnitte der ersten Reflexionsplatte (14), des Heizgeräts (13) und der Quarzplatte (15) sowie deren beiden Seiten;
gekennzeichnet durch eine zweite Reflexionsplatte (16), die oberhalb der Heizgerätabdeckung (12) installiert und integral mit einer Gassprüheinrichtung (17) ausgeformt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Wärmeabstrahleinrichtung eine Heizschlange ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Heizgerätabdeckung (12) aus Quarz besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste und zweite Reflexionsplatte (14, 16) aus nichtrostendem Stahl bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste und zweite Reflexionsplatte (14, 16) so installiert sind, daß von der Heizeinrichtung (13) erzeugtes Licht unbegrenzt zwischen der ersten und zweiten Reflexions­ platte (14, 16) reflektiert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste und zweite Reflexionsplatte (14, 16) nach oben, unten, links oder rechts verschoben werden können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste und zweite Reflexionsplatte (14, 16) identi­ sche Breiten haben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Heizschlange aus einem Kanthalmaterial besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Heizschlange aus einem Superkanthalmaterial be­ steht.