DE19951991C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beladen eines Suszeptors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beladen eines erwärmten Suszeptors oder eines Suszeptorsegments eines Abschei­ dereaktors mit einer Substratscheibe, die auf einer Haltevorrich­ tung aufliegt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Beladen eines Suszeptors, insbesondere eines Suszeptorsegments eines Abscheidereaktors.

Abscheidereaktoren, die insbesondere in der Halbleiterindustrie zum Abscheiden einer epitaktischen Schicht auf einer Substrat­ scheibe verwendet werden, sind im Stand der Technik beschrieben.

Transportvorrichtungen zum Be- und Entladen von Prozesskammern, auch unter Vakuum, sind in DE 42 35 676 und US 3,973,665 beschrie­ ben.

Während sämtlicher Beschichtungs- bzw. Abscheideverfahren wird eine oder mehrere Substratscheiben mittels Heizquellen, vorzugs­ weise mittels oberen und unteren Heizquellen, beispielsweise Lam­ pen oder Lampenbänken erwärmt und anschließend einem Gasgemisch, bestehend aus einem Quellengas, einem Trägergas und gegebenen­ falls einem Dotiergas, ausgesetzt.

Ein Suszeptor, beispielsweise aus Graphit, SiC oder Quarz in der Abscheidekammer des Abscheidereaktors, dient als Auflage für die Substratscheibe. Die Scheibe liegt während des Abscheideverfah­ rens auf dem Suszeptor oder in Ausfräsungen im Suszeptor auf, um eine gleichmäßige Erwärmung zu gewährleisten und die Rückseite der Scheibe, auf der in der Regel keine Schicht abgeschieden wird, vor dem Quellengas zu schützen. Gemäß dem Stand der Technik sind die Abscheidekammern für eine oder mehrere Substratscheiben ausgelegt. Durch die große thermische Masse des Suszeptors kühlt dieser nach der Beschichtung nur langsam ab, selbst wenn die Heizleistung auf null reduziert wird.

Um eine wirtschaftliche Durchsatzrate zu erzielen, wird der Sus­ zeptor unmittelbar nach dem Abscheideverfahren entladen und im Anschluß mit einer zu beschichtenden Substratscheibe beladen. Das Be- und Entladen des Suszeptors eines Abscheidereak­ tors mit einer Substratscheibe erfolgt vorzugsweise automati­ siert. Beim Beladen stellt eine Transport- und Haltevorrichtung eine zu beschichtende Substratscheibe bereit. Die Transportvor­ richtung ist außerhalb der Abscheidekammer angebracht. Die Sub­ stratscheibe liegt am Ende der Haltevorrichtung, die beispiels­ weise die Form einer Gabel, beispielsweise die einer Stimmgabel hat, auf. Die Transportvorrichtung platziert die Haltevorrich­ tung und die aufliegende Substratscheibe vertikal über dem Sus­ zeptor des Abscheidereaktors Abscheidekammer.

Das Abheben der Substratscheibe von der Haltevorrichtung und das Beladen des Suszeptors wird im Stand der Technik durch ver­ schiedene Verfahren und Vorrichtungen gelöst. Beispielsweise heben Stifte, beispielsweise aus Quarz, die in Bohrungen im Suszeptor nach oben geführt werden, die Substratscheibe von der Haltevorrichtung ab und beladen, nachdem die Haltevorrichtung aus der vertikalen Position zurückgezogen wurde, den Suszeptor, indem die Stifte in die Bohrungen des Suszeptors zurückgeführt werden (US 5,421,893).

Anstelle der Quarzstifte kann auch ein vertikal bewegliches Suszeptorsegment eines segmentierten Suszeptors die Substrat­ scheibe von der Haltevorrichtung abheben. Dazu wird das Segment soweit nach oben geführt, bis die Substratscheibe von der Hal­ tevorrichtung abgehoben ist. Dann wird die Haltevorrichtung aus der vertikalen Position zurückgezogen und der Suszeptor, indem das Segment zurückgeführt wird, mit der Substratscheibe bela­ den.

Die Temperatur des Suszeptors oder des Suszeptorsegments be­ trägt beim Be- und Entladen zwischen 300 und 1600°C, die Tem­ peratur der Substratscheibe ist dabei signifikant niedriger als die Suszeptortemperatur. Wird die Substratscheibe mit dem er­ wärmten Suszeptor oder dem erwärmten Suszeptorsegment gemäß dem Stand der Technik in Kontakt gebracht, so erfährt die Substrat­ scheibe eine thermische Streßsituation, die zum Bruch der Sub­ stratscheibe führen kann. Insbesondere der Kontakt mit einem erwärmten Suszeptorsegment führt durch die partielle Erwärmung der Substratscheibe zu Bruch der Scheibe.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Verfügung zu stellen, die ein Beladen eines er­ wärmten Suszeptors oder eines Suszeptorsegments eines Abschei­ dereaktors mit einer Substratscheibe ermöglicht, ohne daß die Substratscheibe eine thermische Streßsituation erfährt.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Beladen eines erwärmten Suszeptors oder eines Suszeptorsegments eines Ab­ scheidereaktors mit einer Substratscheibe, die auf einer Halte­ vorrichtung aufliegt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß vor dem Kontakt zwischen Substratscheibe und Suszeptor oder Suszep­ torsegment eine Halteposition, in der Substratscheibe und Sus­ zeptor oder Suszeptorsegment vertikal voneinander beabstandet sind, angefahren wird, und erst nach einer Verweilzeit in die­ ser Halteposition die Substratscheibe mit dem Suszeptor oder dem Suszeptorsegment in Kontakt gebracht wird.

Erfindungsgemäß wird zum Beladen zunächst die Haltevorrichtung und die aufliegende Substratscheibe vertikal über dem erwärmten Suszeptor eines Abscheidereaktors platziert. Dann wird die Sub­ stratscheibe von der Haltevorrichtung, beispielsweise mittels Stiften, vorzugsweise mittels Quarzstiften, die nach oben ge­ führt werden, abgehoben und die Haltevorrichtung aus der verti­ kalen Position zurückgezogen. Anschließend werden die Stifte in die Bohrungen im Suszeptor bis zu einer Position, in der Sub­ stratscheibe und Suszeptor gerade noch voneinander beabstandet sind, zurückgeführt. In dieser Position wird die Substratschei­ be für eine Zeit von 0,1 bis 100 s, bevorzugt von 1 bis 10 s gehalten. Substratscheibe und Suszeptor sind in dieser Haltepo­ sition 0,1 bis 100 mm, bevorzugt 1 bis 10 mm voneinander beab­ standet, was eine gleichmäßige Erwärmung der Substratscheibe durch den erwärmten Suszeptor gewährleistet. Die Substratschei­ be erfährt keine thermische Streßsituation. Nach der oben of­ fenbarten Verweilzeit in dieser Halteposition wird die Sub­ stratscheibe, in dem die Stifte vollständig in die Bohrungen im Suszeptor zurückgezogen werden, mit dem Suszeptor in Kontakt ge­ bracht und in dem Abscheidereaktor einem Abscheideverfahren un­ terzogen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird zum Beladen zunächst die Haltevorrichtung und die aufliegende Substratscheibe vertikal über einem erwärmten, seg­ mentierten Suszeptor eines Abscheidereaktors platziert. Dann wird ein vertikal bewegliches Suszeptorsegment des segmentierten Sus­ zeptors bis zu einer Halteposition an die Substratscheibe heran­ gefahren. Diese Position wird für eine Zeit von 0,1 bis 100 s, bevorzugt von 1 bis 10 s gehalten. Substratscheibe und Suszeptor­ segment sind in dieser Halteposition 0,1 bis 100 mm, bevorzugt 1 bis 10 mm voneinander beabstandet, was eine gleichmäßige Erwär­ mung der Substratscheibe durch das erwärmte Suszeptorsegment ge­ währleistet. Die Substratscheibe erfährt keine thermische Streß­ situation. Anschließend wird das Suszeptorsegment weiter nach oben geführt, wodurch zunächst der Kontakt der Substratscheibe und dann ein Abheben von der Haltevorrichtung bewerkstelligt wird. Die Haltevorrichtung wird aus der vertikalen Position zu­ rückgezogen und der Suszeptor, indem das Segment zurückgeführt wird, mit der Substratscheibe beladen.

Neben der reduzierten Bruchrate durch die gleichmäßige Erwärmung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch aus, daß bei einer höheren Suszeptortemperatur beladen werden kann. Dies steigert den Durchsatz und damit die Wirtschaftlichkeit des Abscheidereaktors.

Die Durchführung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens erfolgt durch eine Vorrichtung zum Beladen ei­ nes Suszeptors oder eines Suszeptorsegments eines Abscheidereak­ tors mit einer Substratscheibe, die auf einer Haltevorrichtung aufliegt, die gekennzeichnet ist durch einen Hubzylinder 1, der über ein Hubgestänge 3 den Suszeptor oder das Suszeptorsegment anhebt und einen Gegendruckzylinder 2, über welchen die Haltepo­ sition eingestellt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird demnach auch durch eine Vorrich­ tung gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch gelöst.

Die Figur zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung; insbesondere zeigt die Figur das Zusammenwirken der Zylinder 1 und 2.

Zum Beladen eines Suszeptors oder eines Suszeptorsegments eines Abscheidereaktors mit einer Substratscheibe, die auf einer Halte­ vorrichtung aufliegt, wird der Gegendruckzylinder 2 vom System aktiviert und fährt bis zu einer eingestellten Position aus, die durch eine Begrenzungsvorrichtung 8, beispielsweise eine Schraube, begrenzt ist. Kurz darauf bewegt sich der Hubzylinder 1, der über ein Hubgestänge 3 das Suszeptorsegment soweit anhebt, bis dieser den vom Gegendruckzylinder betätigten Anschlag 6 er­ reicht. Hubzylinder 1 und Hubgestänge 3 sind beispielsweise über Bolzen 4 miteinander verbunden. Diese Position wird für eine von einem Zeitglied vorbestimmte Zeit gehalten. Der Gegendruckzylin­ der 2 ist zweckmäßigerweise stärker ausgelegt als der Hubzylinder 1, d. h. er erzeugt vorzugsweise eine größere Druckkraft als der Hubzylinder 1.

In dieser Halteposition sind Substratscheibe und Suszeptor oder Suszeptorsegment vertikal voneinander beabstandet. Nach der vor­ bestimmten Zeit wird die Ansteuerung des Gegendruckzylinders 2 unterbrochen. Die Ansteuerung der Zylinder erfolgt beispielsweise durch eine Flüssigkeit, ein Gas, einen Motor oder Schlitten; be­ vorzugt erfolgt die Ansteuerung durch Luft. Der Gegendruckzylin­ der 2 wird vom Druck des Zylinders 1 zusammengedrückt. Die Ge­ schwindigkeit dieses Vorganges wird beispielsweise über ein Ven­ til 9 eingestellt. Es entsteht dadurch ein sanfter Bewegungsab­ lauf zwischen der Halteposition, dem Kontakt mit der Substrat­ scheibe und dem Abheben von der Haltevorrichtung. Die Justierung der Endposition erfolgt beispielsweise mittels einer Einstell­ schraube 7. Der Kontakt zwischen der zu beladenden Substrat­ scheibe und dem Suszeptor oder dem Suszeptorsegment ereignet sich kurz nachdem die Ansteuerung des Gegendruckzylinders 2 unterbro­ chen wurde. Zur Minimierung der Reibung und damit verbundenen Er­ schütterungen erfolgt die Bewegung des Anschlages 6 über Führungsrollen 5.

Claims (4)

1. Verfahren zum Beladen eines erwärmten Suszeptors oder eines Suszeptorsegments eines Abscheidereaktors mit einer Substratscheibe, die auf einer Haltevorrich­ tung aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kontakt zwischen Substratscheibe und Suszeptor oder Suszeptorsegment eine Halteposition, in der Substrat­ scheibe und Suszeptor oder Suszeptorsegment vertikal voneinander beabstandet sind, angefahren wird, und erst nach einer Verweilzeit in dieser Halteposition die Substratscheibe mit dem Suszeptor oder dem Suszep­ torsegment in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Substratscheibe und Suszeptor oder Suszeptor­ segment in der Halteposition zwischen 0,1 und 100 mm voneinander beabstandet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verweilzeit in der Halteposition zwi­ schen 0,1 und 100 s beträgt.

4. Vorrichtung zum Beladen eines Suszeptors oder ei­ nes Suszeptorsegments eines Abscheidereaktors mit ei­ ner Substratscheibe, die auf einer Haltevorrichtung aufliegt, gekennzeichnet durch einen Hubzylinder (1), der über eine Hubgestänge (3) den Suszeptor oder das Suszeptorsegment anhebt and einen Gegendruckzylin­ der (2), über welchen die Halteposition eingestellt wird.