DE19905050C2 - Vorrichtung für eine thermische Behandlung von Substraten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich­ tung für eine thermische Behandlung von Substraten, mit einer Reaktionskammer, wenigstens einer langgestreckten Heizquelle und wenigstens einer wenigstens eine Rippe aufweisenden Reflexionswand zur Reflexion wenigstens eines Teils einer von der Heizquelle abgestrahlten Strah­ lung.

Eine Vorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der JP 5-190558 A bekannt. Die Reflexionswände weisen sich parallel zu Heizlampen erstreckende Nuten auf, in denen die Heizlampen zumindest teilweise angeordnet sind und welche die wenigstens eine Rippe bilden. Bei dieser Art der Reflexionswand ergibt sich eine reflektierte Strah­ lung die parallel zu den Lampen ist. Derartige Vorrich­ tungen mit sich parallel zu den Heizlampen erstreckenden Konturen in einer Reflexionswand sind ferner aus JP 61- 125021 A, sowie der JP 60-193343 A bekannt.

In der nicht vorveröffentlichten DE 197 37 802 A1 ist eine Vorrichtung für eine thermische Behandlung von Substraten vorgeschlagen. Bei dieser Vorrichtung befindet sich eine Reaktionskammer aus Quarzglas innerhalb einer zweiten, größeren, Kammer mit Reflexionswänden. Oberhalb und unterhalb der Reaktionskammer sind Heizquellen in Form von Stablampen angeordnet um ein in der Reaktionskammer befindliches Substrat, insbesondere Halbleiterwafer, aufzuheizen. Die Reflexionswände der Vorrichtung sind eben, so daß sich wiederum eine reflektierte Strahlung parallel zu den Lampen ergibt.

Durch diese parallele Reflexion an der Reflexionswand er­ gibt sich innerhalb der Reaktionskammer eine bestimmte, periodische Intensitätsverteilung des einfallenden Lich­ tes zur Erwärmung des Substrats. Hierdurch kann das Substrat in Teilbereichen stärker erwärmt werden, als in anderen Teilbereichen, was jedoch nachteilig ist, da die Substrate möglichst gleichmäßig erwärmt werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung für eine thermische Behandlung von Substraten der oben genannten Art zu schaffen, bei der eine gleich­ mäßigere Erwärmung der Substrate möglich ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Heizquelle(n) in einem Winkel schräg zur Längsrichtung der wenigstens einen Rippe angeordnet ist (sind). Durch diese Anordnung wird das Spiegelbild der Heizquellen in einem Maße, das vom Winkel zwischen den Röhren und den Rippen abhängt, gedreht, so daß sich eine gleichmäßiger gerichtete Verteilung der Strahlungsinten­ sität in der Reaktionskammer ergibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Reflexionswand mehrere parallel zueinander angeordnete Rippen auf. Durch die Vielzahl von Rippen ergibt sich eine einfache Möglichkeit die Strahlungs­ intensität innerhalb der gesamten Reaktionskammer gleichmäßiger zu verteilen. Dabei werden die Rippen vorzugsweise durch Nuten gebildet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung sind die Heizquellen Stablampen, die eine einfache und gut steuerbare Heizquelle vorsehen.

Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen den Rippen und den Heizquellen 45°, damit das Spiegelbild der Heizquel­ len in einem Winkel von 90° gedreht ist. Somit ergibt sich eine Reflexions-Strahlung, die senkrecht zu der direkten Strahlung der Lampenröhren verlauft, wodurch eine besonders gleichmäßige Strahlungsintensität inner­ halb der Reaktionskammer erzeugt wird.

Gemäß einer Ausführungsform erstrecken sich die Rippen gleichmäßig über die ganze Reflexionswand hinweg, um über die gesamte Reflexionswand hinweg den oben genannten Ef­ fekt zu erzeugen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Rippen wenigstens über Teilbereiche der Reflexionswand insbesondere in den Außenbereichen der Reflexionswand, um eine Reflexion der Wärmestrahlung in Richtung des zu er­ wärmenden Substrats zu ermöglichen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung ist ferner wenigstens eine Drehvorrichtung zum Drehen der wenigstens eine Rippe aufweisenden Reflexions­ wand vorgesehen. Durch die Drehung ist es möglich, die Intensitätsverteilung des Strahlungsfeldes in einem Be­ handlungsraum den jeweiligen Prozeßbedingungen anzupas­ sen. Insbesondere kann durch die Drehung der Reflexions­ wand über die Zeit hinweg die Intensitätsverteilung homo­ genisiert werden, wodurch ein gleichmäßigeres Aufheizen des Substrats ermöglicht wird. Ferner wird durch die Dre­ hung der Reflexionswand die Intensitätsverteilung der Strahlung mit der Rotationsfrequenz der Reflexionswand moduliert. Eine Modulation läßt sich z. B. auch vorteil­ haft zur Temperaturmessung mittels Pyrometrie verwenden.

Vorteilhafterweise ist eine Steuereinheit zur Steuerung der Drehvorrichtung vorgesehen, um die Drehung und somit die Intensitätsverteilung der Strahlung innerhalb eines Behandlungsraums an die jeweiligen Prozeßbedingungen und Prozeßschritte anzupassen.

Unter dem Begriff Substrate sind in diesem Zusammenhang Halbleiterwafer, Masken, Platten sowie alle Objekte zu verstehen, die oder deren Oberfläche einer thermischen Behandlung unterzogen werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung für eine thermische Behandlung von Substraten;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungs­ gemäßen Reflexionswand der Vorrichtung gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Reflexionswand mit darüber angeordneten Stablampen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 für eine thermische Behandlung von Substraten 2. Die Vorrichtung 1 weist eine erste, verspiegelte Kammer 5 mit einer oberen Reflektorwand 6, einer unteren Reflektorwand 7, reflek­ tierenden Seitenwänden 8, 9 und nicht dargestellten vor­ deren und hinteren, reflektierenden Wänden auf. In der Kammer 5 ist eine Reaktionskammer 10, die aus Quarzglas hergestellt ist, angeordnet. Die Reaktions­ kammer 10 weist ein Gaszuführungsrohr 12 zum Einleiten eines Reaktionsgases und einen Kammertürrahmen 14 zum Ein- und Ausbringen des Substrats 2, im vorliegenden Fall eines Halbleiterwafers, auf. Auf einem Quarz-Substrat­ träger 17 befindet sich das von ihm durch Abstandshalter 18 beabstandete Substrat 2. Konzentrisch zum Substrat 2 ist ein Kompensationsring 22 vorgesehen, mit dem eine bessere thermische Homogenität erreichbar ist.

Zwischen den Reflektorwänden 6, 7 und der Reaktionskammer sind jeweils Stablampen 25 angeordnet, die sich in paral­ leler Ausrichtung zu den Seitenwänden 8, 9 zwischen den nicht dargestellten vorderen und hinteren Wänden er­ strecken. Der Aufbau einer derartigen Vorrichtung, sowie Einzelheiten bezüglich der Funktionsweisen derselben sind in der DE 44 37 361 A1 sowie in der nicht vorveröffent­ lichten DE 197 37 802 A1 beschrieben.

Während in Fig. 1 die Kontur der Reflektorwände 6 und 7 nicht zu erkennen ist, zeigt Fig. 2 ein Beispiel für die erfindungsgemäße Konturierung einer Reflektorwand, wobei die Konturierung nur anhand der unteren Reflektorwand 7 erläutert wird. Auf der zu der Reaktionskammer 10 weisen­ den Oberfläche der Reflektorwand 7 sind Nuten 32 in einem Winkel von 45° bezüglich einer Seitenfläche 30 ausgebildet. Die Nuten 32 besitzen eine Dreiecksform, derart, daß Rippen 34 mit einer nach oben spitz zulau­ fenden Kante 36 gebildet werden. Zwischen den nach oben spitz zulaufenden Seitenflächen der dreiecksförmigen Nuten 32 wird jeweils im tiefsten Punkt der Nuten 32 eine untere Nutkante 38 gebildet.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, erstrecken sich oberhalb der Reflektor- oder Reflexionswand 7 die Stablampen 25, und zwar in paralleler Ausrichtung zu der Seitenfläche 30, so daß sich die Rippen 34 in einem Winkel von 45° zu den Stablampen 25 erstrecken. Durch diese Anordnung wird - wie oben erwähnt - ein Spiegelbild der Stablampen 25 in einem um 90° gedrehten Winkel bezüglich der Stablampen 25 erzeugt.

Oberhalb der oberen Reflektorwand 6 ist eine nicht darge­ stellte Drehvorrichtung vorgesehen, die mit der Reflek­ torwand in Verbindung steht, um diese um eine senkrecht zu dem Substrat 2 verlaufende Achse zu drehen. Die Dre­ hung erfolgt steuerbar mittels einer entsprechenden Steuervorrichtung und wird den jeweiligen Prozeßbedin­ gungen und Prozeßschritten während der Wärmebehandlung eines Substrats angepaßt.

Ferner wird durch die Rotation der Reflexionswand die In­ tensitätsverteilung in der Kammer mit der Rotationsfre­ quenz der Reflexionswand moduliert. Diese Modulation kann bei einer Temperaturmessung mittels Pyrometrie verwendet werden. Ein Verfahren zur Messung der Substrattemperatur mittels aktiver Modulation der Lampenstrahlung ist bei­ spielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 198 55 683 A1 vorgeschlagen.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels erläutert. Dem Fachmann sind jedoch Ausgestaltungen und Abwandlungen möglich, ohne daß da­ durch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Insbesondere sind auch andere Konturen der erfindungsgemäßen Refle­ xionswand als die dargestellten Rippen 34 möglich. Auch ist eine gleichmäßige Erstreckung der Konturen über die gesamte Reflexionswand hinweg nicht notwendig, und es könnten auch Bereiche an der Reflexionswand vorgesehen sein, in denen keine Konturen vorgesehen sind.

Auch der Aufbau der Vorrichtung 1 ist nicht auf den kon­ kret beschriebenen beschränkt. So ist es zum Beispiel möglich, die oberhalb und unterhalb der Reaktionskammer angeordneten Stablampen um 90° zu versetzen, oder den Winkel zwischen den Rippen 34 und den Stablampen 25 kleiner oder größer als 45° zu wählen. Ferner ist es möglich, eine Bewegungseinrichtung, insbesondere eine Dreheinrichtung, vorzusehen, um das Substrat innerhalb der Reaktionskammer zu bewegen.

Claims (11)

1. Vorrichtung (1) für eine thermische Behandlung von Substraten (2), mit einer Reaktionskammer (10), we­ nigstens einer langgestreckten Heizquelle (25) und wenigstens einer wenigstens eine Rippe (34) auf­ weisenden Reflexionswand (6, 7) zur Reflexion wenigstens eines Teils einer von der Heizquelle (25) abgestrahlten Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizquellen (25) in einem Winkel schräg zur Längsrichtung der wenigstens einen Rippe (34) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere parallel zueinander angeordnete Rippen (34) auf der Reflexionswand (6, 7).

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (34) durch Nuten (32) gebildet werden.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizquellen (25) Stablampen sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 45° beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (34) gleichmäßig über die ganze Reflexionswand (6, 7) hinweg erstrecken.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (34) we­ nigstens über Teilbereiche der Reflexionswand (6, 7) erstrecken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippen (34) in den Außenbereichen der Reflexionswand (6, 7) erstrecken.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bewegen, insbesondere Drehen des zu erwärmenden Substrats im Strahlungsbereich der Reflexionswand.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drehvorrichtung zum Drehen wenigstens einer wenigstens eine Rippe (34) aufwei­ senden Reflexionswand (6, 7).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit zum Steuern der Drehvorrichtung.