DE202015007242U1 - Waferträger mit einer Multitaschenkonfiguration - Google Patents

Waferträger mit einer Multitaschenkonfiguration Download PDF

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Abstract

Waferträger, der für den Gebrauch mit einer Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung ausgelegt ist, wobei der Waferträger umfasst: einen Körper, der eine obere Fläche und eine untere Fläche, die einander gegenüber angeordnet sind, aufweist, eine Mehrzahl von Taschen, die in der oberen Fläche des Waferträgers definiert sind, wobei die Verbesserung umfasst, dass die Taschen aus insgesamt zwischen vierunddreißig und sechsunddreißig Taschen bestehen, wobei jede der Taschen entlang eines von drei Kreisen angeordnet ist, wobei die drei Kreise miteinander und mit einem durch einen Umfang der oberen Fläche gebildeten kreisförmigen Umriss konzentrisch sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Halbleiterfertigungstechnologie und insbesondere eine Bearbeitung mithilfe einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) und die zugehörige Vorrichtung zum Halten von Halbleiterwafern während der Bearbeitung.
  • HINTERGRUND
  • Bei der Fertigung von Leuchtdioden (LEDs) und anderen Hochleistungsbauelementen, wie z. B. Laserdioden, optischen Detektoren und Feldeffekttransistoren, wird typischerweise ein chemischer Gasphasenabscheidungsprozess (CVD-Prozess) verwendet, um eine Dünnfilmstapelstruktur unter Verwendung von Materialien, wie z. B. Galliumnitrid, über einem Saphir- oder Siliziumsubstrat aufzuwachsen. Ein CVD-Werkzeug umfasst eine Prozesskammer, die eine abgedichtete Umgebung bildet, die es ermöglicht, dass eingeleitete Gase auf dem Substrat (typischerweise in Form von Wafern) reagieren, um die Dünnfilmschichten aufzuwachsen. Zu Beispielen von gegenwärtigen Produktlinien derartiger Herstellungsgeräte gehören TurboDisc®- und EPIK-Familien der MOCVD-Systeme (Systeme zur metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung), die von Veeco Instruments Inc. aus Plainview, New York hergestellt werden.
  • Mehrere Prozessparameter, wie z. B. Temperatur, Druck und Gasdurchflussrate, werden gesteuert, um ein gewünschtes Kristallwachstum zu erzielen. Verschiedene Schichten werden unter Verwendung verschiedener Materialien und Prozessparameter aufgewachsen. Zum Beispiel werden Bauelemente, die aus Verbindungshalbleitern, wie z. B. III–V-Halbleitern, ausgebildet werden, typischerweise gebildet, indem aufeinanderfolgende Schichten des Verbindungshalbleiters unter Verwendung einer MOCVD aufgewachsen werden. In diesem Prozess werden die Wafer einer Kombination von Gasen ausgesetzt, die typischerweise eine metallorganische Verbindung als eine Quelle eines Gruppe-III-Metalls umfasst und ebenfalls eine Quelle eines Gruppe-V-Elements umfasst, die über die Oberfläche des Wafers fließen, während der Wafer auf einer erhöhten Temperatur gehalten wird. Im Allgemeinen werden die metallorganische Verbindung und die Gruppe-V-Quelle mit einem Trägergas kombiniert, das sich nicht nennenswert an der Reaktion beteiligt, wie z. B. Stickstoff. Ein Beispiel eines III–V-Halbleiters bildet Galliumnitrid, das mithilfe einer Reaktion einer Organo-Gallium-Verbindung und Ammoniaks auf einem Substrat, das einen geeigneten Gitterabstand aufweist, wie z. B. ein Saphir-Wafer, gebildet werden kann. Der Wafer wird während einer Abscheidung von Galliumnitrid und verwandten Verbindungen in der Regel auf einer Temperatur in der Größenordnung von 1000 bis 1100°C gehalten.
  • In einem MOCVD-Prozess, bei dem das Wachstum von Kristallen durch eine chemische Reaktion auf der Oberfläche des Substrats erfolgt, müssen die Prozessparameter besonders sorgfältig gesteuert werden, um sicherzustellen, dass die chemische Reaktion unter den erforderlichen Bedingungen stattfindet. Selbst kleine Abwandlungen der Prozessbedingungen können die Qualität der Bauelemente und die Herstellungsausbeute negativ beeinflussen. Wenn zum Beispiel eine Gallium- und Indiumnitridschicht abgeschieden wird, führen Abwandlungen der Waferoberflächentemperatur zu Abwandlungen der Zusammensetzung und der Bandlücke der abgeschiedenen Schicht. Da Indium einen verhältnismäßig hohen Dampfdruck aufweist, weist die abgeschiedene Schicht einen niedrigeren Anteil an Indium und eine größere Bandlücke in jenen Bereichen des Wafers auf, in denen die Oberflächentemperatur höher ist. Wenn die abgeschiedene Schicht eine aktive, lichtemittierende Schicht einer LED-Struktur ist, variiert die Emissionswellenlänge der aus dem Wafer ausgebildeten LEDs ebenfalls in einem inakzeptablen Ausmaß.
  • In einer MOCVD-Prozesskammer werden Halbleiter-Wafer, auf denen Schichten aus Dünnfilmen aufgewachsen werden sollen, auf schnell rotierenden Drehtischen, die als Waferträger bezeichnet werden, angeordnet, um ein gleichmäßiges Aussetzen ihrer Oberflächen der Atmosphäre innerhalb der Reaktionskammer zum Abscheiden der Halbleitermaterialien bereitzustellen. Die Drehzahl liegt in der Größenordnung von 1000 Umdrehungen pro Minute. Die Waferträger werden typischerweise aus einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Graphit, herausgearbeitet, und werden häufig mit einer Schutzschicht aus einem Material. wie z. B. Siliziumkarbid, beschichtet. Jeder Waferträger weist einen Satz kreisförmige Vertiefungen, oder Taschen, in seiner oberen Fläche auf, in denen einzelne Wafer angeordnet werden. Typischerweise werden die Wafer in einem zu der unteren Fläche jeder der Taschen beabstandeten Verhältnis gestützt, um den Gasfluss um die Ränder des Wafers zu ermöglichen. Einige Beispiele für eine einschlägige Technologie sind in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2012/0040097, dem US-Patent Nr. 8,092,599 , US-Patent Nr. 8,021,487 , US-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2007/0186853, US-Patent Nr. 6,902,623 , US-Patent Nr. 6,506,252 und US-Patent Nr. 6,492,625 beschrieben, deren Offenbarungen hier im Wege der Bezugnahme aufgenommen sind.
  • Der Waferträger wird auf einer Spindel innerhalb der Reaktionskammer derart gestützt, dass die obere Fläche des Waferträgers, die die exponierten Oberflächen der Wafer aufweist, nach oben zu einer Gasverteilungsvorrichtung hinweist. Während die Spindel gedreht wird, wird das Gas abwärts auf die obere Fläche des Waferträgers gerichtet und fließt über der oberen Fläche zum Umfangsrand des Waferträgers hin. Das gebrauchte Gas wird durch Öffnungen, die unter dem Waferträger angeordnet sind, aus der Reaktionskammer abgezogen. Der Waferträger wird mithilfe von Heizelementen, typischerweise elektrischen Widerstandsheizelementen, die unter der unteren Fläche des Waferträgers angeordnet sind, auf der gewünschten erhöhten Temperatur gehalten. Diese Heizelemente werden auf einer Temperatur oberhalb der gewünschten Temperatur der Waferoberflächen gehalten, während die Gasverteilungsvorrichtung typischerweise auf einer Temperatur weit unter der gewünschten Reaktionstemperatur gehalten wird, so dass eine vorzeitige Reaktion der Gase verhindert wird. Daher wird Wärme von den Heizelementen zur unteren Fläche des Waferträgers übertragen und fließt aufwärts durch den Waferträger zu den einzelnen Wafern.
  • Der Gasfluss über den Wafern variiert je nach der radialen Position jedes Wafers, wobei die an äußersten Positionen angeordneten Wafer aufgrund ihrer schnelleren Geschwindigkeit während der Drehung höheren Flussraten ausgesetzt werden. Sogar auf jedem einzelnen Wafer können Ungleichmäßigkeiten der Temperatur vorliegen, d. h. kalte Stellen und heiße Stellen. Eine der Variablen, die das Ausbilden von Temperatur-Ungleichmäßigkeiten beeinflussen, ist die Form der Taschen in dem Waferträger. Im Allgemeinen bilden Taschenformen eine kreisförmige Form in der Oberfläche des Waferträgers. Wenn sich der Waferträger dreht, werden die Wafer an ihrem äußersten Rand (d. h. dem am weitesten von der Rotationsachse entfernten Rand) einer erheblichen Zentripetalkraft ausgesetzt, wodurch veranlasst wird, dass der Wafer gegen die Innenwand der jeweiligen Tasche in dem Waferträger drückt. Bei dieser Bedingung besteht ein enger Kontakt zwischen diesen äußeren Rändern der Wafer und dem Taschenrand. Die erhöhte Wärmeleitung zu diesen äußersten Abschnitten der Wafer führt zu einer größeren Temperatur-Ungleichmäßigkeit, was das vorstehend beschriebene Problem weiter verstärkt. Anstrengungen wurden unternommen, um die Temperatur-Ungleichmäßigkeiten zu minimieren, indem der Spalt zwischen dem Waferrand und der Innenwand der Tasche vergrößert wird, einschließlich eines Entwurfs eines Wafers, der an einem Abschnitt des Randes flach ist (d. h. eines „flachen” Wafers). Dieser flache Abschnitt des Wafers erzeugt einen Spalt und verringert die Kontaktpunkte mit der Innenwand der Tasche, wodurch Temperatur-Ungleichmäßigkeiten gemildert werden. Andere Faktoren, die die Wärmegleichmäßigkeit in den durch den Waferträger gehaltenen Wafern beeinflussen, umfassen die Wärmeübertragungs- und -emissionseigenschaft des Waferträgers in Verbindung mit dem Layout der Wafertaschen.
  • Mit Blick auf die Temperatur-Gleichmäßigkeitsanforderungen besteht eine andere wünschenswerte Eigenschaft von Waferträgern darin, den Durchsatz des CVD-Prozesses zu erhöhen. Die Rolle des Waferträgers beim Steigern des Prozessdurchsatzes besteht darin, eine größere Anzahl von einzelnen Wafern zu halten. Ein Bereitstellen eines Waferträger-Layouts mit mehreren Wafern wirkt sich auf das Wärmemodell aus. Zum Beispiel befinden sich die Abschnitte des Waferträgers in der Nähe der Ränder aufgrund von Strahlungswärmeverlust von den Waferträgerrändern tendenziell auf einer niedrigeren Temperatur als andere Abschnitte.
  • Demzufolge wird eine praktische Lösung für Waferträger benötigt, bei der die Temperaturgleichmäßigkeit und mechanische Beanspruchungen in Layouts mit hoher Dichte angegangen werden.
  • KURZE DARSTELLUNG
  • Ein Waferträger umfasst eine neue Anordnung von Taschen. Die hier beschriebenen Anordnungen ermöglichen eine Wärmeübertragung sowie eine hohe Packungsdichte von Taschen zum Aufwachsen von kreisförmigen Wafern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung kann unter Berücksichtigung der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vollständiger verstanden werden. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer MOCVD-Prozesskammer gemäß einer Ausführungsform.
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines Waferträgers, der eine Konfiguration mit 36 Taschen aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 3 eine obere Draufsicht auf einen Waferträger, der eine Konfiguration mit 36 Taschen aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 4 eine Seitenansicht eines Multitaschen-Waferträgers gemäß einer Ausführungsform.
  • 5 eine untere Draufsicht auf einen Waferträger, der eine Multitaschenkonfiguration aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 6 eine Detailansicht eines Abschnitts eines Waferträgers, der eine Konfiguration mit 36 Taschen aufweist, die eine einzelne Tasche aus einer perspektivischen Ansicht zeigt, gemäß einer Ausführungsform.
  • 7 eine perspektivische Ansicht eines Waferträgers, der eine Konfiguration mit 35 Taschen aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 8 eine obere Draufsicht auf einen Waferträger, der eine Konfiguration mit 35 Taschen aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 9 eine Detailansicht eines Abschnitts eines Waferträgers, der eine Konfiguration mit 35 Taschen aufweist, die eine einzelne Tasche aus einer perspektivischen Ansicht zeigt, gemäß einer Ausführungsform.
  • 10 eine perspektivische Ansicht eines Waferträgers, der eine Konfiguration mit 34 Taschen aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 11 eine obere Draufsicht auf einen Waferträger, der eine Konfiguration mit 34 Taschen aufweist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 12 eine Detailansicht eines Abschnitts eines Waferträgers, der eine Konfiguration mit 34 Taschen aufweist, die eine einzelne Tasche aus einer perspektivischen Ansicht zeigt, gemäß einer Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 veranschaulicht eine Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Eine Reaktionskammer 10 definiert einen Prozessumgebungsraum. Eine Gasverteilungsvorrichtung 12 ist an einem Ende der Kammer angeordnet. Das Ende, das die Gasverteilungsvorrichtung 12 aufweist, wird hier als das „obere” Ende der Reaktionskammer 10 bezeichnet. Dieses Ende der Kammer ist typischerweise, aber nicht notwendigerweise, in dem normalen Gravitationsreferenzrahmen an der Oberseite der Kammer angeordnet. Die Abwärtsrichtung, wie sie hier verwendet wird, bezieht sich daher auf die Richtung, die von der Gasverteilungsvorrichtung 12 fort weist, während sich die Aufwärtsrichtung auf die Richtung innerhalb der Kammer zur Gasverteilungsvorrichtung 12 hin bezieht, unabhängig davon, ob diese Richtungen mit der Aufwärts- und Abwärtsrichtung der Schwerkraft übereinstimmen. Gleichermaßen werden hier die „oberen” und „unteren” Flächen von Elementen mit Bezug auf den Bezugsrahmen der Reaktionskammer 10 und der Gasverteilungsvorrichtung 12 beschrieben.
  • Die Gasverteilungsvorrichtung 12 ist mit Quellen 14, 16 und 18 zum zuführen von Prozessgasen verbunden, die in dem Waferbehandlungsprozess verwendet werden sollen, wie zum Beispiel einem Trägergas und Reaktantengasen, wie zum Beispiel einer metallorganischen Verbindung und einer Quelle eines Gruppe-V-Metalls. Die Gasverteilungsvorrichtung 12 ist derart eingerichtet, dass sie die verschiedenen Gase empfängt und einen Fluss von Prozessgasen allgemein in die Abwärtsrichtung lenkt. Die Gasverteilungsvorrichtung 12 ist wünschenswerterweise auch mit einem Kühlmittelsystem 20 verbunden, das derart eingerichtet ist, dass es eine Flüssigkeit durch die Gasverteilungsvorrichtung 12 zirkulieren lässt, um die Temperatur der Gasverteilungsvorrichtung während des Betriebs auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Eine ähnliche Kühlmittelanordnung (nicht dargestellt) kann zum Kühlen der Wände der Reaktionskammer 10 bereitgestellt werden. Die Reaktionskammer 10 ist außerdem mit einem Abzugssystem 22 ausgestattet, das derart eingerichtet ist, dass es verbrauchte Gase aus dem Inneren der Kammer 10 durch Öffnungen (nicht dargestellt) an der oder in der Nähe der Unterseite der Kammer entfernt, um einen kontinuierlichen Gasfluss in der Abwärtsrichtung von der Gasverteilungsvorrichtung 12 zu ermöglichen.
  • Eine Spindel 24 ist innerhalb der Kammer derart angeordnet, dass sich die Mittelachse 26 der Spindel 24 in der Aufwärts- und der Abwärtsrichtung erstreckt. Die Spindel 24 ist an der Kammer mithilfe einer herkömmlichen rotatorischen Durchgangsvorrichtung 28 befestigt, die Lager und Dichtungen (nicht dargestellt) enthält, so dass sich die Spindel 24 um die Mittelachse 26 drehen kann, während eine Dichtung zwischen der Spindel 24 und der Wand der Reaktionskammer 10 beibehalten wird. Die Spindel weist ein Anschlussstück 30 an ihrem oberen Ende auf, d. h. an dem Ende der Spindel, das sich der Gasverteilungsvorrichtung 12 am nächsten befindet. Wie nachstehend weiter besprochen sein wird, ist das Anschlussstück 30 ein Beispiel eines Waferträgerhaltemechanismus, der geeignet ist, mit einem Waferträger lösbar in Eingriff zu kommen. In der konkreten, dargestellten Ausführungsform ist das Anschlussstück 30 ein im Allgemeinen kegelstumpfförmiges Element, das sich zum oberen Ende der Spindel hin verjüngt und an einer flachen oberen Fläche endet. Ein kegelstumpfförmiges Element ist ein Element, das die Form eines Kegelstumpfs aufweist. Die Spindel 24 ist mit einem Drehantriebsmechanismus 32 verbunden, wie zum Beispiel einem Elektromotorantrieb, der derart eingerichtet ist, dass er die Spindel 24 um die Mittelachse 26 dreht.
  • Ein Heizelement 34 ist innerhalb der Kammer befestigt und umgibt die Spindel 24 unterhalb des Anschlussstücks 30. Die Reaktionskammer 10 ist außerdem mit einer Eintrittsöffnung 36, die zu einer Vorkammer 38 führt, und einer Tür 40 zum Schließen und Öffnen der Eintrittsöffnung versehen. Die Tür 40 ist lediglich schematisch in 1 veranschaulicht und ist derart dargestellt, dass sie zwischen einer geschlossenen Position, die mit durchgezogenen Linien gezeigt ist und in der die Tür das Innere der Reaktionskammer 10 von der Vorkammer 38 trennt, und einer offenen Position, die mit gestrichelten Linien bei 40' gezeigt ist, bewegt werden kann. Die Tür 40 ist mit einem geeigneten Steuerungs- und Betätigungsmechanismus ausgestattet, um zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position bewegt zu werden. In der Praxis kann die Tür einen Verschluss umfassen, der in der Aufwärts- und der Abwärtsrichtung bewegbar ist, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 7,276,124 offenbart ist, dessen Offenbarung hier im Wege der Bezugnahme aufgenommen ist. Die in 1 dargestellte Vorrichtung kann außerdem einen Lademechanismus (nicht dargestellt) umfassen, der in der Lage ist, einen Waferträger aus der Vorkammer 38 in die Kammer zu bewegen und den Waferträger im Betriebszustand mit der Spindel 24 in Eingriff zu bringen, und außerdem in der Lage ist, einen Waferträger von der Spindel 24 herunterzunehmen und in die Vorkammer 38 zu bewegen.
  • Die Vorrichtung umfasst außerdem mehrere Waferträger. In dem in 1 dargestellten Betriebszustand ist ein erster Waferträger 42 im Inneren der Reaktionskammer 10 in einer Betriebsposition angeordnet, während ein zweiter Waferträger 44 in der Vorkammer 38 angeordnet ist. Jeder Waferträger umfasst einen Körper 46, der im Wesentlichen die Form einer kreisförmigen Scheibe mit einer Mittelachse aufweist (siehe 2). Der Körper 46 ist symmetrisch um eine Achse ausgebildet; in der Betriebsposition stimmt die Achse des Waferträgerkörpers mit der Mittelachse 26 der Spindel 24 überein. Der Körper 46 kann einstückig oder als eine Zusammensetzung aus mehreren Teilen ausgebildet sein. Wie zum Beispiel in der US-Patenanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 20090155028 offenbart ist, deren Offenbarung hier im Wege der Bezugnahme aufgenommen ist, kann der Waferträgerkörper eine Nabe umfassen, die einen kleinen Bereich des Körpers definiert, der die Mittelachse umgibt, und er kann einen größeren Abschnitt umfassen, der den Rest des scheibenförmigen Körpers definiert. Der Körper 46 ist wünschenswerterweise aus Materialien gebildet, die den Prozess nicht kontaminieren und die den in dem Prozess anzutreffenden Temperaturen standhalten können. Zum Beispiel kann der größere Abschnitt der Scheibe zum größten Teil oder vollständig aus Materialien, wie z. B. Graphit, Siliziumkarbid oder anderen hitzebeständigen Materialien, ausgebildet sein. Der Körper 46 weist im Allgemeinen eine plane obere Fläche 48 und eine untere Fläche 52 auf, die sich im Allgemeinen parallel zueinander und im Allgemeinen senkrecht zur Mittelachse der Scheibe erstrecken. Der Körper 46 weist außerdem ein oder mehrere Waferhalteeinrichtugen auf, die zum Halten von mehreren Wafern geeignet sind.
  • In Betrieb ist ein Wafer 54, wie z. B. ein aus Saphir, Siliziumkarbid oder einem anderen kristallinen Substrat ausgebildeter scheibenförmiger Wafer, in jeder Tasche 56 jedes Waferträgers angeordnet. Typischerweise weist der Wafer 54 eine Dicke auf, die im Vergleich mit den Abmessungen seiner Hauptflächen klein ist. Zum Beispiel kann ein kreisförmiger Wafer mit einem Durchmesser von ungefähr 2 Zoll (50 mm) ungefähr 430 μm oder weniger dick sein. Wie in 1 dargestellt, wird ein Wafer 54 derart angeordnet, dass eine obere Fläche nach oben weist, so dass die obere Fläche an der Oberseite des Waferträgers freigelegt ist. Es ist zu beachten, dass in verschiedenen Ausführungsformen ein Waferträger 42 verschiedene Mengen von Wafern trägt. Zum Beispiel kann in einem Ausführungsbeispiel der Waferträger 42 derart eingerichtet sein, dass er sechs Wafer hält. In einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in 2 dargestellt, hält der Waferträger 25 Wafer.
  • In einem typischen MOCVD-Prozess wird ein mit Wafern bestückter Waferträger 42 aus der Vorkammer 38 in die Reaktionskammer 10 geladen und in der in 1 dargestellten Betriebsposition angeordnet. In diesem Zustand weisen die oberen Flächen der Wafer nach oben zur Gasverteilungsvorrichtung 12 hin. Ein Heizelement 34 wird betätigt, und der Drehantriebsmechanismus 32 arbeitet dahingehend, die Spindel 24 und somit den Waferträger 42 um die Achse 26 zu drehen. Typischerweise wird die Spindel 24 mit einer Drehzahl von ungefähr 50 bis 1500 Umdrehungen pro Minute gedreht. Prozessgas-Zufuhreinheiten 14, 16, 18 werden betätigt, um über die Gasverteilungsvorrichtung 12 Gase zuzuführen. Die Gase fließen abwärts zum Waferträger 42 hin, über die obere Fläche 48 des Waferträgers 42 und der Wafer 54 und abwärts um den Umfangsrand des Waferträgers zum Auslass und dem Abzugssystem 22. Daher werden die obere Fläche des Waferträgers und die oberen Flächen der Wafer 54 einem Prozessgas ausgesetzt, das ein Gemisch aus den verschiedenen, durch die verschiedenen Prozessgas-Zufuhreinheiten zugeführten Gasen umfasst. Am typischsten setzt sich das Prozessgas an der oberen Fläche vorwiegend aus dem durch die Trägergas-Zufuhreinheit 16 zugeführten Trägergas zusammen. In einem typischen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess kann das Trägergas Stickstoff sein, und daher setzt sich das Prozessgas an der oberen Fläche des Waferträgers vorwiegend aus Stickstoff mit einem gewissen Anteil der reaktiven Gaskomponenten zusammen.
  • Die Heizelemente 34 übertragen Wärme zu der unteren Fläche 52 des Waferträgers 42 hauptsächlich durch Strahlungswärmeübertragung. Die an die untere Fläche 52 des Waferträgers 42 angelegte Wärme fließt aufwärts durch den Körper 46 des Waferträgers zu der oberen Fläche 48 des Waferträgers. Wärme, die aufwärts durch den Körper fließt, fließt ebenfalls aufwärts durch die Spalte zu der unteren Fläche jedes Wafers, und aufwärts durch den Wafer zu der oberen Fläche des Wafers 54. Wärme wird von der oberen Fläche 48 des Waferträgers 42 und von den oberen Flächen der Wafer an die kühleren Elemente der Prozesskammer, wie zum Beispiel die Wände der Prozesskammer und die Gasverteilungsvorrichtung 12, abgestrahlt. Wärme wird außerdem von der oberen Fläche 48 des Waferträgers 42 und den oberen Flächen der Wafer an das über diese Flächen fließende Prozessgas übertragen.
  • In der dargestellten Ausführungsform umfasst das System eine Anzahl von Merkmalen, die derart ausgelegt sind, dass sie die Gleichmäßigkeit der Erwärmung der Flächen jedes Wafers 54 bestimmen. In dieser Ausführungsform empfängt ein Temperaturprofilierungssystem 58 Temperaturinformationen, die eine Temperatur und eine Temperaturüberwachungs-Positionsinformation von einer Temperaturüberwachungseinheit 60 umfassen können. Außerdem empfängt das Temperaturprofilierungssystem 58 Waferträger-Positionsinformationen, die in einer Ausführungsform von dem Drehantriebsmechanismus 32 stammen können. Mit diesen Informationen erstellt das Temperaturprofilierungssystem 58 ein Temperaturprofil der Taschen 56 auf dem Waferträger 42. Das Temperaturprofil repräsentiert eine Wärmeverteilung auf der Fläche jeder Tasche 56 oder jedes darin aufgenommenen Wafers 54.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Waferträgers 142 gemäß einer Ausführungsform. 3 ist eine obere Draufsicht auf denselben Waferträger 142. Der Waferträger 142 umfasst einen Körper 146, der eine obere Fläche 148 und sechsunddreißig darin definierte Taschen 162 aufweist. In der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform sind die Taschen 162 in drei Kreisen R1, R2 und R3 angeordnet, von denen jeder konzentrisch mit dem durch den Außenrand des Körpers 146 definierten Kreis ist. In dem radial inneren Kreis R1 sind sechs Taschen 162 azimutal gleichmäßig beabstandet. Gleichermaßen sind in dem radial mittleren Kreis R2 zwölf Taschen 162 azimutal gleichmäßig beabstandet. In dem radial äußeren Kreis R3 sind achtzehn Taschen 162 azimutal gleichmäßig beabstandet. Jede der Taschen 162 ist eine in dem Körper 146 ausgebildete Öffnung, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Ebene, entlang der die obere Fläche 148 angeordnet ist, erstreckt.
  • Die in 2 und 3 dargestellte Anordnung der Taschen ist dahingehend vorteilhaft, dass sie einen gewünschten Grad an Wärmegleichmäßigkeit bereitstellt, während eine verhältnismäßig hohe Dichte der Taschen 162 auf der oberen Fläche 148 beibehalten wird. In Ausführungsformen kann die obere Fläche 148 einen Durchmesser von ungefähr 300 mm aufweisen. Die Taschen 162 werden dann größenmäßig derart ausgelegt, dass sie in diesen Bereich hineinpassen. Zum Beispiel können in Ausführungsformen die Taschen 162 einen Durchmesser von ungefähr 50 mm aufweisen.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, überlappen die Taschen 162 einander und daher sind die in jeder der Taschen 162 aufgewachsenen Wafer mit den benachbarten der Taschen 162 in dem jeweiligen Kreis R1, R2 und R3 verbunden. Nachdem sie vollständig aufgewachsen sind, sind alle der in den Taschen 162 aufgewachsenen Wafer mechanisch mit jedem anderen in einer beliebigen Tasche 162 desselben Kreises aufgewachsenen Wafer verbunden. Die Wafer können anschließend wunschgemäß durchgeschnitten werden. Da diese Wafer derart aufgewachsen werden, dass sie mechanisch miteinander gekoppelt sind, können sich die in jeder einzelnen Tasche 162 aufgewachsenen Wafer nicht drehen, wenn der Körper 146 gedreht wird, was, wie vorstehend beschrieben, Schäden an den gerade aufwachsenden Wafern, zumindest entlang ihrer Ränder, verursachen kann.
  • 4 ist eine Seitenansicht des Waferträgers 142 von 2 und 3, die von der Seite gezeigt ist, wobei in der in 4 dargestellten Ansicht der relative Unterschied der Größen zwischen der oberen Fläche 148 und der unteren Fläche 152 gesehen werden kann. Insbesondere erstreckt sich die obere Fläche weiter zum oberen und unteren Bereich der Seite hin, wie in 4 dargestellt, oder weiter in Radialrichtung in den in 2 und 3 dargestellten Ansichten. Jede der vorstehend in 2 und 3 dargestellten Taschen 162 erstreckt sich von der oberen Fläche 148 zur unteren Fläche 152 hin. Die untere Fläche 152 stellt eine feste Basis bereit, auf der Wafer in dem Waferträger 142 aufgewachsen werden können.
  • 5 ist eine untere Draufsicht auf den Waferträger 142, der vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 4 beschrieben wurde. Wie in 5 dargestellt, umfasst der Waferträger 142 eine Verriegelungseinrichtung 164 in der Mitte der unteren Fläche 152. Die Verriegelungseinrichtung 164 ist derart ausgelegt, dass sie mit einer anderen Komponente, wie z. B. dem vorstehend in 1 dargestellten Anschlussstück 30 der Spindel 24, in Eingriff kommt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Verriegelungseinrichtung 164 zum Beispiel eine Keilnut, eine Aufspanneinrichtung oder ein verkeiltes Anschlussstück umfassen. Ein Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Mechanismen in der Lage sind, Drehimpuls von der benachbarten Komponente an den Waferträger 142 zu übermitteln.
  • Die untere Fläche 152 kann ein beliebiges Material sein, und in Ausführungsformen wird sie derart ausgelegt, dass sie Wärmeübertragung erleichtert. Wie vorstehend beschrieben, ist es in Ausführungsformen wünschenswert, die Wärme zu der unteren Fläche 152 von einem in der Nähe befindlichen Heizelement (wie z. B. den in 1 dargestellten Heizelementen 34) zu übertragen. Daher kann die untere Fläche 152 ein Material mit einem verhältnismäßig niedrigen Reflexionsgrad sein, oder sie kann mit einer derartigen Substanz beschichtet sein.
  • In Ausführungsformen kann der Waferträger 142 aus einem beliebigen Material gefertigt werden, das zum epitaktischen Aufwachsen darauf geeignet ist, wie z. B. Graphit oder einem mit Graphit beschichteten Material. In anderen Ausführungsformen kann das Material, aus dem der Waferträger 142 gefertigt ist, derart ausgewählt werden, dass es mit einer gewünschten Kristallgitteranordnung oder -größe übereinstimmt. Je nach den Wafern, die wunschgemäß aufgewachsen werden sollen, können gleichermaßen verschiedene Größen der Taschen 162 verwendet werden.
  • 6 ist eine perspektivische Teilansicht, die eine der Taschen 162 zeigt. Die Taschen 162 umfassen jeweils eine Seitenwand 166, die im Wesentlichen eine zylindrische Form aufweist, mit Ausnahme der Zwischenräume 170, in denen die Taschen 162 mit benachbarten Taschen 162A und 162B innerhalb desselben Kreises überlappen. Die Unterseite des durch die Seitenwand 166 gebildeten Zylinders stellt das Substrat 168 dar. In Ausführungsformen kann die Seitenwand 166 eine Tiefe von ungefähr 430 μm aufweisen.
  • 7 bis 9 stellen eine alternative Ausführungsform eines Waferträgers 242 dar, der fünfunddreißig Taschen 262 umfasst. Jede der in 7 bis 9 dargestellten Komponenten ist im Wesentlichen ähnlich zu einem mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehenen Merkmal der vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 6 dargestellten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben. Zur Klarheit sind gleiche Elemente in 7 bis 11 derart beziffert, dass sie ihren Gegenstücken in 2 bis 6 entsprechen, wobei die Bezugszeichen um 100 erhöht wurden (so dass zum Beispiel der Waferträger 142 im Wesentlichen dem Waferträger 242 ähnlich ist, und die Taschen 162 im Wesentlichen den Taschen 262 ähnlich sind usw.). Obwohl einige Aspekte dieser Merkmale wegen der anderen Anordnung der Taschen 262 auf dem Waferträger 242 anders sein können, wie z. B. die Größe der Zwischenräume 270, gelten die Vorzüge vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 6 beschriebenen Anordnung ebenfalls für die bezüglich 7 bis 9 dargestellte Ausführungsform.
  • 10 bis 12 veranschaulichen eine alternative Ausführungsform eines Waferträgers 342, der vierunddreißig Taschen 362 umfasst. Die meisten in 10 bis 12 dargestellten Komponenten sind im Wesentlichen einem mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehenen Merkmal der vorstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 6 oder 7 bis 9 dargestellten Ausführungsformen ähnlich, wobei die Bezugszeichen um 100 erhöht wurden (so dass zum Beispiel die Waferträger 142 und 242 im Wesentlichen dem Waferträger 342 ähnlich sind, und die Taschen 162 und 262 im Wesentlichen den Taschen 362 ähnlich sind usw.). Eine Ausnahme stellen Flächen 372A und 372B dar, die an den engsten Stellen zwischen den Taschen 362 und ihren Nachbarn innerhalb des Kreises angeordnet sind. Die Flächen 372A und 372B ermöglichen einen hinreichenden Abstand zwischen benachbarten Taschen 362. Daher sind in der in 10 bis 12 dargestellten Ausführungsform die Taschen 362 nicht miteinander verbunden, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die in 2 bis 6 und 7 bis 9 dargestellten Ausführungsformen gezeigt. Die Flächen 372A und 372B können außerdem eine Drehung der innerhalb jeder der Taschen 362 während des epitaktischen Wachstums aufwachsenden Wafer verhindern.
  • Die Ausführungsformen sollen veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Zusätzliche Ausführungsformen liegen innerhalb des Umfangs der Ansprüche. Obwohl Aspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, wird ein Fachmann außerdem erkennen, dass Änderungen der Form und der Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem in den Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • 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.
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Claims (14)

  1. Waferträger, der für den Gebrauch mit einer Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung ausgelegt ist, wobei der Waferträger umfasst: einen Körper, der eine obere Fläche und eine untere Fläche, die einander gegenüber angeordnet sind, aufweist, eine Mehrzahl von Taschen, die in der oberen Fläche des Waferträgers definiert sind, wobei die Verbesserung umfasst, dass die Taschen aus insgesamt zwischen vierunddreißig und sechsunddreißig Taschen bestehen, wobei jede der Taschen entlang eines von drei Kreisen angeordnet ist, wobei die drei Kreise miteinander und mit einem durch einen Umfang der oberen Fläche gebildeten kreisförmigen Umriss konzentrisch sind.
  2. Waferträger nach Anspruch 1, wobei: sechs der Taschen auf einem ersten der drei Kreise angeordnet sind, zwölf der Taschen auf einem zweiten der drei Kreise angeordnet sind, und achtzehn der Taschen auf einem dritten der drei Kreise angeordnet sind.
  3. Waferträger nach Anspruch 1, wobei: fünf der Taschen auf einem ersten der drei Kreise angeordnet sind, zwölf der Taschen auf einem zweiten der drei Kreise angeordnet sind, und achtzehn Taschen auf einem dritten der drei Kreise angeordnet sind.
  4. Waferträger nach Anspruch 1, wobei: fünf der Taschen auf einem ersten der drei Kreise angeordnet sind, elf der Taschen auf einem zweiten der drei Kreise angeordnet sind, und achtzehn von den mehreren Taschen um einen dritten der drei Kreise angeordnet sind.
  5. Waferträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kreis durch den zweiten Kreis umschrieben ist, und wobei der zweite Kreis durch den dritten Kreis umschrieben ist.
  6. Waferträger nach Anspruch 1 oder 5, wobei jede der Taschen einen Taschendurchmesser von ungefähr 50 mm umfasst.
  7. Waferträger nach Anspruch 1 oder 5, wobei jede der Taschen eine radiale Wand umfasst, die eine Tiefe von etwa 430 μm aufweist.
  8. Waferträger nach Anspruch 1, der ferner eine auf der unteren Fläche angeordnete Verriegelungseinrichtung umfasst.
  9. Waferträger nach Anspruch 8, wobei die Verriegelungseinrichtung in der geometrischen Mitte der unteren Fläche angeordnet ist.
  10. Waferträger nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Verriegelungseinrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Keilnut, einer Aufspanneinrichtung oder einem verkeilten Anschlussstück besteht.
  11. Waferträger nach Anspruch 1, wobei die obere Fläche und die untere Fläche jeweils einen Durchmesser aufweisen, und wobei der Durchmesser der oberen Fläche größer ist als der Durchmesser der unteren Fläche.
  12. Waferträger nach Anspruch 1, wobei der Waferträger für den Gebrauch mit einer Vorrichtung zur chemischen Metalloxid-Gasphasenabscheidung ausgelegt ist.
  13. Waferträger nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Taschen über Zwischenräume miteinander verbunden sind.
  14. Waferträger nach Anspruch 4, wobei die Taschen jeweils eine Fläche umfassen, die zu einer anderen der Taschen innerhalb eines gemeinsamen Rings benachbart ist.
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