DE60013838T2

DE60013838T2 - Abdichtungsmittel und dessen verwendung in abscheidungsreaktor

Info

Publication number: DE60013838T2
Application number: DE60013838T
Authority: DE
Inventors: Peter Frijlink
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2020-07-04
Also published as: DE60013838D1; EP1196645B1; WO2001004377A1; KR20020047086A; TW520404B; ATE276381T1; JP4606675B2; WO2001004377A8; EP1196645A1; KR100689423B1; US6475286B1; JP2003504884A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Dichtmittel, um zwei im Wesentlichen flache Dichtflächen von zwei trennbaren Elementen abzudichten, wobei die Elemente im geschlossenen Zustand eine Grenze zwischen einem ersten Raum und einem zweiten Raum ausbilden, um zu verhindern, dass ein erstes Gas mit einem ersten Druck, welches in den ersten Raum strömt, durch eine noch vorhandene Nahtstelle zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Dichtflächen hindurchströmt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Dichtmittel für eine Hochtemperatur-CVD-Prozesskammer. Die Erfindung betrifft ferner eine CVD-Vorrichtung mit einer Prozesskammer mit derartigen Dichtungen.
Die Erfindung findet Anwendung in der Industrie der Gasphasenabscheidungs-Vorrichtungen zur Herstellung Halbleiterbauelemente, z. B. Gallium-Arsenid-Halbleiterbauelemente.
Hintergrund der Erfindung
Ein Träger und eine Dichtanordnung für einen CVD-Reaktor ist bereits aus der US 5,105,762 bekannt. Dieses Dokument offenbart einen Mehrkammerreaktor für einen kontinuierlichen Gasphasenabscheidungsprozess. In der Prozesskammer hängt der Abscheidungsprozess vom Gasstrom durch den Reaktor ab. Eine Halbleiterscheibe wird auf einem Träger angeordnet und wird nacheinander durch die verschiedenen Kammern und aus dem Ende des Reaktors heraus bewegt. Die verschiedenen Kammern sind mittels Zwischenwänden getrennt. Jede Kammer hat eine ihr zugeordnete Heizung für die Scheiben, Gasein- und -auslässe eine Führung, auf welcher der Scheibenträger bewegt wird und Dichtmittel, um ein Verlassen des Gases in die Umgebung außerhalb des Reaktors zu verhindern, und um den Eintritt von Auspuffgasen in die Prozesskammer zu verhindern. Die Dichtmittel können eine Druckdifferentialdichtung sein, um den Eintritt eines Gases in einem Bereich innerhalb des Reaktors oder das Verlassen des Reaktors an anderen Stellen als dem Auspuff zu verhindern. Derartige Gasdichtmittel können zwischen einer Prozesskammerwand und einer Zwischenwand vorgesehen sein. Die Prozesskammerwand wird mittels einer Klemmanordnung gegen die Zwischenwand gehalten, welche Flanschteile und Bolzen aufweist, wobei die Nahtstelle zwischen der Klammer und der Prozesskammer keine hermetische Dichtung ist. Ein Inertgasspülfluss, beispielsweise Stickstoff N₂ ist durch ein Gasplenum geleitet, welches durch die Zwischenwand in Richtung der Nahtstellenöffnung gebildet ist. Der Stickstoff N₂ tritt in die Nahtstellenöffnung in zwei Richtungen ein. Auf der einen Seite strömt der Stickstoff N₂ durch einen ersten Teil der Nahtstellenöffnung aus, welche zwischen dem Flansch und der Prozesskammerwand in Richtung außerhalb des Reaktors angeordnet ist. Auf der anderen Seite strömt der Stickstoff N₂ in entgegengesetzter Richtung durch einen zweiten Abschnitt der Nahtstellenöffnung, welche zwischen der Prozesskammerwand und der Zwischenwand zu einem Auspuff in Richtung eines Auspuff-Plenums angeordnet ist, welches auf der anderen Seite der Zwischenwand in Bezug auf die Prozesskammerwand angeordnet ist. Reaktive Prozessgase wie Silan, H₂, HCl werden durch einen Einlass eingeleitet, welcher der Zwischenwand zugeordnet ist, und strömen in die Prozesskammer oberhalb eines Suszeptors für die Scheibe und aus dem Auspuff in das besagte Auspuff-Plenum. Der Druck des Inertgases N₂, welches durch die Nahtstellenöffnung von Zwischenwand/Kammer einströmt ist größer, als der des reaktiven Prozessgases, welches durch spezielle Einlässe einströmt, so dass die reaktiven Gase in die Prozesskammer strömen, um die Umgebung außerhalb der Reaktorkammer gegenüber den reaktiven Prozessgasen abzudichten. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein Teil der reaktiven Pro zessgase, welche durch einen ersten Teil der Nahtstellenöffnung in Richtung außerhalb der Prozesskammer strömen könnten, durch einen Auslass gezwungen wird, welcher innerhalb der Zwischenwand und in Richtung auf das Auspuffplenum gerichtet ist, durch den Gegenfluss mittels des Inertgases N₂.
In dem bekannten Patent ist die Kammerwand an der Zwischenwand mittels Flanschen und Bolzen befestigt. So wird eine feste Nahtstelle in einem Hochtemperaturbereich gebildet. Die Kammern und Zwischenwände sind im engeren Sinne unbeweglich zueinander. Sie können nur demontiert werden. Die Hochtemperaturdichtungen sind nicht zur Installation zwischen bewegbaren Elementen vorgesehen. Das Inertgas, welches im selben Bereich der Zwischenwand wie das reaktive Gas eingeleitet wird, verhindert den Austritt des Reaktionsgases durch die sogenannte feste Nahtstelle durch Ausbilden eines Gegenstroms. Der Reaktor beinhaltet eine Vielzahl kleiner Kammern, welche jeweils nur einen Wafer zur Zeit aufnehmen kann. Es ist der Wafer, der beweglich ist.
Das US-A-4 450 786 offenbart ein Magnetgastor, mit welchem zwei aneinandergrenzende Kammern verbunden sind, wobei in der ersten Kammer ein Prozessgas zum Abscheiden einer ersten Schicht auf einem magnetischen Substrat eingebracht wird und wobei in die zweite Prozesskammer ein Prozessgas eingebracht wird, um eine zweite Schicht auf die erste Schicht abzuscheiden. Da es wichtig ist, zu verhindern, dass das Gas der ersten Kammer in die zweite Kammer eintritt, wird zwischen den beiden Kammern eine konstante Druckdifferenz eingestellt, um einen undirektionalen Strom eines Gases von der ersten Kammer in die zweite Kammer auszubilden. Diese Erfindung reduziert die Rückdiffusion des Gases durch den relativ engen Strömungskanal mittels Ausbildung einer Vielzahl langgestreckter Nuten im Durchgangsbereich, durch welchen die unbeschichtete Oberfläche des Substrates gezwängt wird. Die Nu ten sind im Wesentlichen genauso lang, wie der Durchgang, um die beiden aneinandergrenzenden Kammern miteinander zu verbinden.
Probleme treten auf, wenn die Prozesskammer eine große Dimension aufweist, um mehrere Wafer zur selben Zeit aufzunehmen und wenn ein erstes Element dieser großen Prozesskammer gegenüber einem zweiten Element der Prozesskammer bewegt werden muss, um beispielsweise die Prozesskammer zum Einbringen der Wafer zu öffnen und zu schließen. Ein weiteres Problem tritt auf, wenn diese bewegbaren Elemente in einem Hochtemperaturbereich angeordnet sind, in welchem reaktive Prozessgase durch die Prozesskammer bei hoher Temperatur fließen.
Wegen der Lage in einem Hochtemperaturbereich ist es nicht möglich von Standarddichtungen Gebrauch zu machen, um das erste und das zweite bewegliche Element gegeneinander abzugrenzen. Wegen der Größe der Prozesskammer und des Erfordernisses des Öffnens/Schließens der Prozesskammer ist es nicht erlaubt, eine erste, als flacher Abschnitt ausgebildete Dichtungsfläche in einfacher Weise mit einer zweiten ebenfalls als flacher Abschnitt ausgebildeten Dichtungsfläche eines zweiten beweglichen Elementes in Kontakt zu bringen, da ein genügend hoher Grad an Ebenheit dieser Größenordnung mechanisch nicht erreichbar ist. Unvermeidliche Undichtigkeiten sind die Folge. Eine solche Dichtung der Prozesskammer durch einfachen Flächenkontakt, ohne Dichtmittel würde die reaktiven Gase durch die unvermeidbare Dichtungsnahtstelle nach außen strömen lassen. Ein Gegenstrom, der von einem Inertgas gebildet wird, der durch die Dichtungsnahtstelle strömt, würde zu einem ungleichmäßigen Gasfluss führen und hätte keine gleichmäßige Wirkung. In einem CVD-Prozess sind die verwendeten reaktiven Gase gewöhnlich sehr gefährlich und dürfen nicht anders nach außerhalb der Prozesskammer gelangen, als durch das Auspuff-Plenum.
Ein weiteres Problem bei der chemischen Gasphasenabscheidung ist, dass der Gasdruck innerhalb der Prozesskammer nicht wesentlich vom Atmosphärengasdruck abweichen darf. Aus diesem Grund darf ein als Gegenstrom eingeleitetes Inertgas den Prozessgasdruck nicht stören, die Größe des einen effektiven Gegenstrom ausbildenden Inertgasstrom darf unabhängig von der peripheren Länge der bewegbaren Elemente der Prozesskammer nicht zu groß sein. Zu große Inertgasströme, um ein Austreten der reaktiven Gase aus der Reaktionskammer zu verhindern, können sich mit diesen Gasen mischen und sie verdünnen und den Prozess innerhalb der Prozesskammer stören.
Ein Problem, das mit der Anforderung einhergeht, dass das Inertgas nicht den Prozess stören darf, ist, dass das Inertgas nicht im selben Bereich wie das Prozessgas eingeleitet werden darf, weil die Nachteile der Mischung des Inertgases mit dem Prozessgas zu groß sind.
Insofern bereitet es Probleme, Dichtungen für bewegliche Elemente einer Prozesskammer in einem Reaktor vorzusehen, unter Berücksichtigung einer großen Dimension der Prozesskammer und der Anordnung der bewegbaren Elemente in Bereichen höherer Temperatur, typischerweise mehr als 300°C, wobei der Prozess auch bei strömenden reaktiven Gasen bei geringen Drücken (im Wesentlichen nahe dem Atmosphärendruck) durchgeführt werden. Diese Probleme sind im Stand der Technik ungelöst.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, Dichtungsmittel zum Abdichten zweier im Wesentlichen flacher Dichtungsflächen zwischen zwei bewegbaren Elementen anzugeben, wobei die bewegbaren Elemente im abgedichteten Zustand eine Grenze zwischen einem ersten Raum und einem zweiten Raum bilden, um zu verhindern, dass ein Gas bei einem ersten Druck, welches in den ersten Raum strömt, durch eine Nahtstelle zwischen den beiden Dichtungsflächen austritt.
Diese Anforderung wird durch Dichtungsmittel nach dem Anspruch 1 gelöst.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine Prozesskammer anzugeben, die Dichtungsmittel aufweist, die an ersten und zweiten Dichtungsflächen von bewegbaren ersten und zweiten Elementen der Prozesskammer angewendet werden, wobei diese Elemente im geschlossenen Zustand eine Grenze zwischen der Prozesskammer, die von dem ersten Raum ausgebildet wird und einem zweiten Raum, der die Prozesskammer umgibt, ausbilden, die es erlauben, die ersten und zweiten Elemente gegeneinander zu bewegen, um die Prozesskammer zwischen den einzelnen Prozessschritten zu öffnen oder zu schließen, wobei die Prozessschritte innerhalb der Prozesskammer stattfinden unter Verwendung eines Gasstroms bei einem vorbestimmten Gasdruck, währenddessen verhindert wird, dass Prozessgase die Prozesskammer anders als durch spezielle Auspufföffnungen verlassen, und wobei der Prozessgasstrom in der Prozesskammer unter kontrollierten Druckbedingungen während des Prozessschrittes gehalten ist.
Diese Aufgabe wird durch die Dichtungsmittel nach Anspruch 3 gelöst.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Prozesskammer anzugeben, um Wafer zu bearbeiten, wobei reaktive Prozessgasströme bei hohen Temperaturen und niedrigen Gasdrücken verwendet werden, wobei die Prozesskammer erste und zweite trennbare Elemente aufweist, mindestens einen Einlass für die reaktiven Prozessgase besitzt und solche Dichtungsmittel hat, die die ersten und zweiten trennbaren Elemente voneinander trennen lassen, um beispielsweise die Prozesskammer zwischen den Prozessschritten zu öffnen oder zu schließen, während verhindert wird, dass der reaktive Prozessgasstrom die Prozesskam mer anders als durch eine spezielle Auspufföffnung während des Prozesses verlässt.
Eine Prozesskammer mit derartigen Dichtmitteln beansprucht der Anspruch 4.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Reaktor mit einer derartigen Prozesskammer mit solchen Dichtmitteln vorzusehen, wobei die Prozesskammer erste und zweite Teile aufweist, die geeignet sind, mehrere Wafer zur selben Zeit aufzunehmen.
Ein CVD-Reaktor mit einer derartigen Prozesskammer wird im Anspruch 7 beansprucht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Figuren dargestellt:
1A zeigt eine Schnittdarstellung eines im Wesentlichen zylindrischen Reaktors und
1B zeigt eine Draufsicht auf einen in 1A dargestellten Reaktors, wobei der Deckel entfernt ist;
2 zeigt das Blech von welchem durch Falten eine Gassammelkrone gebildet ist;
3A und 3B zeigen perspektivische Ansichten einer Gassammelkrone für die Prozesskammer;
4A, 4B und 4C zeigen Schnittdarstellungen der Nahtstelle zwischen gegenüberliegenden Dichtflächen bewegbarer Elemente der Prozesskammer;
5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes der Nahtstelle gemäß 4A, und zeigt die Wege des Prozessgases und des Gegenstromgases durch die Nahtstelle, die mit Dichtungsmitteln in Form eines Durchgangs in einer der Oberfläche der Nahtstelle ausgestattet ist;
6A zeigt eine Draufsicht auf die Nahtstelle, bei der zumindest eine Dichtfläche mit einem solchen Dichtmittel ausgebildet ist, wobei die Wege des Prozessgases und des Gegenstromgases durch die Nahtstelle dargestellt sind, in einer Situation, bei der die Durchgänge ungünstig voneinander beabstandet sind;
6B zeigt eine Draufsicht auf die Nahtstelle einer der Dichtflächen eines bewegbaren Elementes, die mit einem solchen Dichtmittel ausgestattet ist, wobei die Wege des Prozessgases und des Gegengases durch die Nahtstelle in einer Situation dargestellt sind, in welcher die Durchgänge günstig voneinander beabstandet sind;
6C zeigt eine Schnittdarstellung der die Dichtmittel ausbildenden Durchgänge entlang der Linie A-B in 6A, welche in einer der Dichtungsflächen angeordnet sind;
7 zeigt eine Schnittdarstellung, die die Wege des reaktiven Gasstromes und des Gegenstromes im Bereich einer Sammelkrone darstellt, wel che die Prozesskammer umgibt und welche Dichtfläche mit Dichtmitteln versehen sind;
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die Erfindung betrifft Dichtmittel für trennbare Dichtungen an zwei im Wesentlichen flachen Dichtflächen insbesondere zweier bewegbarer Elemente, wobei die Elemente im geschlossenen Zustand eine Grenze zwischen einem ersten Raum und einem zweiten Raum ausbilden, um zu verhindern, dass ein erstes Gas bei einem ersten Druck, welches in den ersten Raum strömt, durch die noch vorhandene Nahtstelle zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Dichtungsflächen austritt.
Die Erfindung betrifft insbesondere Dichtungsmittel für bei hohen Temperaturen bewegbare Elemente einer Kammer, wobei die Dichtmittel geeignet sind, den Austritt des in die Kammer einströmenden reaktiven Prozessgases zu verhindern, wobei die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Kammer gering ist, wobei der Gasdruck innerhalb der Kammer im Wesentlichen in der Nähe des Atmosphärendruckes des Raumes außerhalb der Prozesskammer liegt. Die Erfindung wird bevorzugt bei einem CVD-Reaktor angewendet, dessen Kammer eine Prozesskammer bildet zur Aufnahme beispielsweise einer Vielzahl von Halbleiterscheiben und welche bewegbare Elemente mit derartigen Dichtmitteln aufweist. Die Erfindung ist auch auf eine CVD-Apparatur gerichtet, die als Reaktor bezeichnet wird, welcher eine Prozesskammer mit derartigen Dichtmitteln aufweist. Unter hohen Temperaturen werden solche Temperaturen verstanden, die im Bereich oder größer 300°C sind. Die Erfindung kann in der Industrie der CVD-Apparaturen angewendet werden, beispielsweise zur Herstellung von Galliumarsenid-Halbleiterbauelementen.
Die Aufnahme einiger Wafer zur Herstellung Galliumarsenid-Halbleiterbauelemente erfordert einen großdimensionierten Reaktor, wie er im US-Patent 4,976,217 beschrieben wird. Die Erfindung betrifft verbesserte Dichtmittel, um bewegbar die Prozesskammer abzudichten. Diese Dichtelemente können bei einem Element angewendet werden, welches als Gassammelkrone bezeichnet wird. Einige bevorzugte Ausgestaltungen einer Prozesskammer haben eine derartige Gassammelkrone, wie sie nachfolgend beschrieben werden wird.
Der schematisch in den 1A und 1B beschriebene Reaktor hat im Wesentlichen eine zylindrische Gestalt mit einer vertikalen Achse. Der Reaktor ist mit einer umfangsfixierten Plattform 4 ausgestaltet, die beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 25 cm hat, welche ein System rotierender Scheiben trägt, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, auf welchen ein oder mehrere Halbleiterscheiben angeordnet werden können. Das US-Patent 4,961,399 beschreibt ein solches System rotierender Halbleiterscheiben als Beispiel.
Die Plattform 4 ist innerhalb eines Raumes angeordnet, in welchem reaktive Gase mit den Halbleiterscheiben in Kontakt treten. Der Raum ist durch einen zylindrischen Körper 19 definiert, der eine vertikale Achse besitzt und der die Plattform 4 umgibt. Auf dem unteren und dem oberen Abschnitt des besagten zylindrischen Körpers 19 sind ein Boden in Form einer Grundplatte 7 und ein Oberteil in Form eines im Wesentlichen flachen Deckels 8 angeordnet. Der zylindrische Körper 19 ist in einem kalten Bereich des Reaktors angeordnet. Die Dichtheit zwischen dem zylindrischen Körper, der Platte 7 und dem Deckel 8 ist durch Ringdichtungen 20 gewährleistet. Der Deckel 8 kann zum Zugang der Plattform 4 angehoben werden. Während des Betriebes erstreckt er sich praktisch parallel zur Plattform, wobei reaktive Gase durch einen Einlass 1 in den Raum eingeleitet werden und radial in Richtung der Peripherie oberhalb der Plattform 4 strömen. Die reaktiven Prozessgase werden von einer Gassammel krone 16 gesammelt, die mit Auslässen 12 versehen ist, die in regelmäßigem Abstand entlang der Peripherie der Plattform 4 angeordnet sind, um das Prozessgas zu sammeln. Die Gassammelkrone 16 formt zusammen mit einem Gasplenum ein Austrittstor für das Prozessgas. Zwei Rohre 29 sind in diametraler Gegenüberlage angeordnet und führen in das Innere der Gassammelkrone 16, um das Gas nach außen zu leiten.
Die Gassammelkrone 16 umgibt die Plattform 4, um einen ersten Raum, der von der Prozesskammer 101 gebildet wird, die das Prozessgas aufnimmt, von einem zweiten Raum 102 zu trennen, welcher sich zwischen der Gassammelkrone 16 und der Umgebungswand 19 befindet. Eine derartige Gassammelkrone 16 für die Prozesskammer 102 besitzt einen oberen Teil 5, der eine Oberfläche 5a besitzt, und einen unteren Teil 9, der eine Unterfläche 9a besitzt. Der obere Teil und der untere Teil sind mittels lateraler Flanken 17 und 18 miteinander verbunden. Die Prozesskammer 101 ist durch die Flanke 17 der Gassammelkrone 16 begrenzt.
Als Ausgestaltungsbeispiel einer Gassammelkrone 16 ist ein Teil A der Krone im Detail in der 2 dargestellt. Es besteht aus einem gefalteten elastischen Metallblech, so dass eine Umhüllung gebildet ist. Ausgehend von einer der Kanten 2 des Blechs werden flache Blechabschnitte mit den Bezugsziffern 17, 5, 18, 9, 3, 10 bezeichnet, welche an Falzlinien 13, die sich horizontal erstrecken, aneinandergrenzen. Wegen der vertikalen Falzlinien 14 ist die geschlossene Umhüllung in aufeinanderfolgende Teile geteilt, welche einen Winkel zwischen sich ausbilden, wobei das Ganze als polygoner Ring die Plattform umschließt. Beispielsweise hat das in der 1B ausschnittsweise dargestellte Polygon 24 Seiten. Die wesentlichen Teile dieser Krone sind der untere Teil 9, der obere Teil 5 und die vertikale Begrenzungsplatte 17, die an der oberen Kante 3 des unteren Teiles der Begrenzungsplatte 17 befestigt ist.
In dem in 3B dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein horizontaler vorspringender Teil 10 mit der Kante 3 verbunden. Er dient der Lagerung der Krone 16 auf dem Rand der Plattform 4. In einem anderen Ausführungsbeispiel, das die 3A darstellt, fehlt der horizontal vorstehende Teil 10. In diesem Falle befindet sich die Gassammelkrone 16 zwischen der Grundplatte 7 und dem Deckel 8.
Unter Bezugnahme auf die 3A, 4A, 4B ist die obere Oberfläche 5a der Krone in engem Kontakt mit der unteren Oberfläche 8a des Deckels 8, sie formen erste Kontaktflächen 5a, 8a. Genauso befindet sich die untere Oberfläche 9a der Gassammelkrone in engem Kontakt mit der oberen Oberfläche 7a der Grundplatte 7. Diese Flächen bilden zweite Kontaktflächen 9a, 7a.
Bezug nehmend auf die 3B, 4A, 4C ist die obere Oberfläche 4a der Krone in engem Kontakt mit der unteren Oberfläche 8a des Deckels 8 angeordnet, um so erste Kontaktflächen 5a, 8a auszubilden. In gleicher Weise ist die untere Oberfläche 10a des vorspringenden Teils 10 der Gassammelkrone in engem Kontakt mit der oberen Oberfläche 4a der Plattform 4 angeordnet, um auf diese Weise zweite Kontaktflächen 9a, 4a, auszubilden. Die Gassammelkrone ist aus einem Material gefertigt, welches engen Kontakt in einer derartigen Weise erlaubt, dass sich eine kleine und gleichmäßige Nahtstelle I zwischen den ersten und zweiten Kontaktflächen ausbildet, insbesondere zwischen den Flächen 5a, 8a und 9a, 7a oder 10a, 4a. Das Metall, aus welchem die Gassammelkrone gebildet ist, ist bevorzugt Molybdän. Eine derartig aus Molybdän gefertigte Gassammelkrone besitzt den Vorteil, keine großen Kräfte auf den Deckel, die Plattform oder die Grundplatte auszuüben, während sich die Temperaturen in der Prozesskammer auf einem Niveau befinden, in dem die Halbleiterscheiben behandelt werden. Das Material ist darüber hinaus widerstandsfähig gegenüber den Prozessgasen. Auch bei einem engen Kontakt zwischen den ersten und zweiten Kontaktflächen, nämlich den Flächen 5a, 8a und 9a, 7a oder 10a, 4a, ist eine enge Nahtstelle I wie zuvor beschrieben unvermeidbar. Dies hat zur Folge, dass kleine Mengen des sehr gefährlichen und verunreinigenden Prozessgases durch diesen schmalen Spalt austreten können.
Die Erfindung sieht Dichtmittel vor, um zu verhindern, dass das Prozessgas durch diesen Spalt austritt, und um das Prozessgas zu zwingen, durch die Auslässe 12 und den Auspuff 29 zu treten. Diese Dichtmittel erlauben dem Prozessgas nicht, in den Raum 102 einzutreten, welcher die Gassammelkrone 16 umgibt und zwischen Gassammelkrone 16 und zylindrischem Körper 19 des Reaktors angeordnet ist. Ein Nachteil des durch die schmale Nahtstelle herausgetretenen Prozessgases ist, dass es Verunreinigungen und Depositionen im Raum 102 außerhalb der Prozesskammer 101 macht, so dass der Raum 102 aufwendig zu reinigen ist. Darüber hinaus können sich Reste des gefährlichen Prozessgases noch im Raum 102 am Außenrand der Prozesskammer befinden, nachdem der Prozessschritt abgeschlossen ist.
Die 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Nahtstelle I, wie sie in den 4A, 4B, 4C dargestellt ist. Das Prozessgas, welches sich im ersten Raum 101, also der Prozesskammer befindet, bildet einen Gasfluss Φ1 bei einem Druck P1, der etwas oberhalb des Außenatmosphärendrucks ist. Dies führt zu einem Gasstrom Φ1, der in eine erste Richtung D1 strömt und die Tendenz hat, die Prozesskammer 101 durch die Nahtstelle I zu verlassen.
Das erfindungsgemäße Dichtmittel weist zunächst die Anwendung eines Gegenflusses eines Inertgases auf. Der so mit Φ2 bezeichnete Fluss wird beispielsweise durch einen Einlass 39 in einen zweiten Raum, wie den peripheren Raum 102 außerhalb der Gassammelkrone 16 eingeleitet. Dieses Inertgas hat einen Druck P2, der etwas größer ist, als der Druck P1. Deswegen entsteht ein Gasfluss Φ2, welcher in eine zweite Richtung strömt, die der Richtung D2 ent gegengesetzt ist. Der Gasstrom Φ2 neigt dazu, in die Prozesskammer 101 durch die Nahtstelle I zu strömen. Der Gegenstrom Φ2 des Inertgases strömt durch die Nahtstelle I in Form einer laminaren Strömung mit einem parabolischen Geschwindigkeitsprofil. Wegen des parabolischen Geschwindigkeitsprofils ist die Flussgeschwindigkeit V2 in der Mitte der geringen Höhe des Spaltes I, welche mit H bezeichnet wird, am größten. Die laminare Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der sogenannten Kontaktflächen 9a, 7a in 5 ist nahe Null. Indem der ersten Gasstrom Φ1 einen niedrigeren Druck P1 besitzt, wird verhindert, dass er die Prozesskammer 101 durch die Nahtstelle I verlässt. Dem Fachmann ist die Abhängigkeit des laminaren Gasstroms von der Höhe des Spaltes und der Druckdifferenz ΔP von Gasstrom und Gegengasstrom bekannt: P2–P1 = ΔP = Φ2/H3 (1)und ebenso, dass die Geschwindigkeit V2 des Gasstromes Φ2 durch die Gleichung gegeben ist: V2 = α Φ2/H (2)wobei ein Proportionalitätsfaktor ist. Daraus folgt, dass die Geschwindigkeit V2 des Flusses Φ2 beträgt: V2 = α ΔP H2 (3)
Daraus folgt als Erfordernis für eine Geschwindigkeit V2, die groß genug ist, einen effizienten Gegenstrom auszubilden, dass ΔP oder H² nicht zu klein ist. Im vorgenannten wurde erklärt, dass ΔP nicht zu groß werden darf, um den Depositionsprozess nicht zu stören. Nun ist es auch erforderlich, dass H² nicht zu groß werden darf, um keine großen Inertgasmengen verwenden zu müssen, welche ebenfalls den Depositionsprozess stören können. Ferner muss in Betracht gezogen werden, dass die periphere Länge der Prozesskammer unvermeidlich wichtig für die Aufnahme mehrerer Wafer ist, so dass die Menge des durch die Nahtstelle tretenden Inertgases nicht zu groß wird.
Bezug nehmend auf die 6A, 6B, 6C, werden zur Lösung der vorgenannten Probleme Dichtmittel gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die in zumindest einer der gegeneinander liegenden Dichtflächen eine Ausbildung eines Satzes im Wesentlichen radial verlaufender Durchtritte TR vorsehen, welche sich entlang einer Länge L erstrecken, die mindestens der radialen Erstreckung der Horizontalflächen der Gassammelkrone entspricht, um den Gegengasstrom Φ2 in die Kammer 101 durch die Durchtritte eintreten zu lassen. Diese Durchtritte sind vorzugsweise in den horizontalen Metallflächen der Gassammelkrone 16 vorgesehen, so an der oberen Fläche 5a oder an der unteren Fläche 9a oder an der Vorsprungsfläche 10a. Die Tiefe h und die Weite w eines Durchtritts TR und die Weite W zwischen zwei benachbart liegenden Durchtritten sind so bestimmt, dass das Ziel der Erfindung erreicht wird. Hierzu können Simulationsrechnungen nach bekannten Standardmethoden durchgeführt werden, welche die Bestimmung geeigneter Werte von h, w und W erlauben, unter Berücksichtigung von L und der peripheren Länge der Kammer in Kombination mit einem kleinen Wert H, um eine Druckdifferenz ΔP und einen Gegengasstrom Φ2 zu erlauben, der genügend klein ist, nicht den Depositionsprozess zu stören.
6A ist eine Draufsicht auf eine Dichtfläche, beispielsweise 5a, 9a oder 10a, wobei Durchtritte TR vorgesehen sind. Der Gegengasstrom Φ2 strömt im Wesentlichen durch die Durchtritte in der Richtung D2, also von dem Raum 102 in das Innere der Prozesskammer 101. Der Gasfluss Φ1, welcher zufolge des Wertes des Gegengasstromes Φ2 nicht durch die Durchtritte treten kann, kann zwischen den Durchtritten entlang strömen, durch die noch immer existierende Nahtstelle I der Weite W und der Länge L. Bei einer großen Weite W zwischen den Durchtritten kann der Fluss Φ1 über die gesamte Länge L der Nahtstelle I von der Kammer 101 bis in den Raum 102 strömen, was unerwünscht ist.
Die 6B zeigt eine Anordnung von Durchtritten, die nicht so weit entfernt sind. Der Abstand W ist kleiner als in der 6A dargestellt. Demzufolge kann der Fluss Φ2 nicht mehr die Kammer 101 durch die Nahtstelle I verlassen, weil, zufolge des geeigneten Verhältnisses zwischen W und L, der Gasstrom Φ2 nicht über die gesamte Länge L strömen kann. Natürlich kann der Gasfluss Φ1 auch nicht durch die Durchtritte strömen.
Die 7 zeigt einen Querschnitt eines Teiles der Gassammelkrone 16. Der Gegengasstrom Φ2 wird durch einen Einlass 39 eingeleitet. Es ist dargestellt, dass beide Flüsse Φ1 und Φ2 durch die Auslässe 12 gesammelt werden und dann den Auspuff 29 passieren. Aus diesem Grunde stört der Gegenstrom Φ2 den Prozess nicht. Darüber hinaus tritt auch der Gasstrom Φ1 durch die Gassammelkrone 16 aus. Er kann nicht durch die Nahtstelle I austreten.
Im folgenden wird noch einmal auf die 5 Bezug genommen. Für die trennbare Dichtung zweier im Wesentlichen flacher Kontaktflächen wie die Flächen 7a, 9a zweier beweglicher Elemente, wie die Elemente 7, 9, welche in einer Zone hoher Temperatur angeordnet sind, wobei diese Elemente, wenn sie zusammengesetzt sind, einen ersten Raum 101 von einem zweiten Raum 102 trennen, um zu verhindern, dass ein erster Gasfluss Φ1 bei einem ersten Druck P1 in den ersten Raum 101 durch die unvermeidbare Nahtstelle I tritt, die zwischen den beiden Kontaktflächen verbleibt, wenn sie gegeneinander gebracht werden, um eine Hochtemperaturdichtung auszubilden. Diese sind nach folgendem allgemeinen Prinzip aufgebaut:
Erstellen der besagten beiden Kontaktflächen 7a, 9a von zwei bewegbaren Elementen 7, 9 welche in gegenseitiger Gegenüberlage angeordnet sind und so ein Interface I ausbilden, welches eine Höhe H und eine Kontaktlänge L in Richtung des ersten Gasstromes Φ1 ausbildet,
Formen von Durchtritten TR in regelmäßiger Anordnung in zumindest einer der beiden Kontaktoberflächen über die besagte Länge L in Richtung des ersten Gasstromes Φ1, beabstandet voneinander um eine Weite W, aufweisend eine Tiefe h und eine Weite w, wobei die Werte L, w, W, h und H so berechnet werden, wie oben in der Gleichung (3) formuliert,
Anordnen der Dichtflächen in gegenseitiger Gegenüberlage, Erzeugen des ersten Gasstromes Φ1 beim ersten Gasdruck P1 im ersten Raum 101 in der ersten Richtung D1 und Erzeugen eines zweiten Gasflusses Φ2 als Gegenstrom bei einem zweiten Gasdruck P2 in dem zweiten Raum 101 in Gegenrichtung zur Richtung D2 durch das Interface I, welches mit den Durchtritten TR ausgestattet ist, so dass P2 > P1 und dass die Gleichung (3) bestimmt ist.
Diese Dichtmittel erlauben die Verhinderung, dass der erste Gasstrom Φ1 durch das Interface I durchtritt. Der Schnitt gemäß 6 zeigt klar, dass das Gas, welches durch den Einlass 1 eingeleitet wird, nicht um die Krone herumtreten kann. Es tritt daher ausschließlich durch die Einlässe 12 und erzeugt keine verunreinigenden Depositionen, weder auf dem Deckel noch an der Peripherie der Plattform.
Vorzugsweise ist die Druckdifferenz ΔP = P2 – P1 in einem Reaktor, der eine Prozesskammer 101 und einen Raum 102 besitzt, der die Krone 16 umgibt, ungefähr 10^–5 und 10³ mbar, was als kleine Druckdifferenz angenommen wird;
die Höhe H des Interfaces I zwischen den Dichtflächen liegt zwischen 0 und 1 mm vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,1 mm, was verhältnismäßig klein ist; die Weite w und die Höhe h der Durchtritte TR betragen ungefähr w ≈ 1 mm und h 0,3 mm; und das Verhältnis, welches die Weite W zwischen den Durchtritten definiert ist gegeben als W ≈ 5w.

Claims

Prozesskammer für eine chemische Gasphasenabscheidung zur Aufnahme von Halbleiterscheiben, wobei ein Boden (7) und ein Deckel (8) vorgesehen ist, wobei der Deckel ein erstes trennbares Element der Kammer ausbildet, welches während der Gasphasenabscheidung bei hohen Temperaturen im Wesentlichen parallel zum Boden verläuft, und wobei ein Gassammelmittel (16) vorgesehen ist, welches eine Führung zum Abführen des Prozessgases ausbildet, welche zwischen dem Boden (7) und dem Deckel (8) angeordnet ist und ein zweites trennbares Element der Kammer ausbildet, wobei in die Kammer ein erstes Gas, welches ein Prozessgas bei einem ersten Druck (P1) ist, durch einen Einlass (1) eingeleitet wird, welches einen ersten Gasstrom (Φ1) in die Abscheidekammer (101) ausbildet, in welcher die ersten und zweiten trennbaren Elemente 8, 5; 7, 9; 4,10) unter Ausbildung erster und zweiter Dichtflächen (8a, 5a; 7a, 9a; 4a, 10a) vorgesehen sind, wobei diese Elemente, wenn sie verschlossen sind, eine Grenze zwischen einem ersten Raum (101), welcher von der Abscheidekammer gebildet ist, und einem zweiten Raum, welcher außerhalb der Abscheidekammer zwischen dem Gassammelmittel und einer kalten festen Wand (19) ausbildet, um eine Verunreinigung und eine Abscheidung in diesem Außenraum (102) durch Austritt des ersten Gasstromes (Φ1) durch eine Nahtstelle (I) zwischen der ersten und der zweiten Dichtfläche, welche sich zwecks Dichtung gegenüberliegen, zu vermeiden, wobei ein Satz Durchgänge (TR) in zumindest einer der Dichtungsflächen (9) vorgesehen ist, welche sich über die gesamte Länge (L) der Grenze in Richtung des ersten Stromes der Strecken und einen Durchtritt eines Gegenstromes eines Inertgases (Φ 2) ermöglichen, welches vom Außenraum (102) beim zweiten Druck (P2) durch die Durchgänge geleitet wird, wobei die Durchgänge Konstruktionsparameter aufweisen beinhaltend eine Weite (W), eine Tiefe (a) und eine Abstandsweite (W), die in Verbindung mit der Höhe (H) der Nahtstelle (I), der Länge (L) der Grenze und des zweiten Druckes (P2) des zweiten Stromes (Φ2) bestimmt sind, um zu verhindern, dass der erste Strom (Φ2) durch die Nahtstelle (I) entlang der Durchgänge und entlang der Länge (L) und der Weite (W) der Nahtstelle (I) zwischen den Durchgängen (TR) austritt, wobei die Durchgänge (TR) derartige Konstruktionsparameter aufweisen, dass die Druckdifferenz (ΔP = P2-P1) zwischen dem zweiten Raum (102) und dem ersten Raum (101) im Wesentlichen klein ist im Verhältnis zum Wert (H) der Höhe der Nahtstelle zwischen den Dichtflächen, welcher verhältnismäßig klein ist, um den Abscheideprozess nicht zu stören.
Prozesskammer für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 1, wobei der Gegenfluss (Φ2) durch einen Einlass (39) in den Raum (102) zwischen dem Gassammelmittel (16) und der festen Wand (19) eingeleitet wird und beide Flüsse (Φ und Φ2) durch Auslässe (12) des Gassammelmittels gesammelt werden, um durch das Gassammelmittel (16) und einen gemeinsamen Auspuff (29) auszutreten.
Prozesskammer für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gassammelmittel (16) eine Plattform (4) umgibt und eine Gassammelkrone ausbildet, und wobei der Deckel (8) angehoben werden kann, um Halbleiterscheiben auf der Plattform anzuordnen.
Prozesskammer für eine chemische Gasphasenabscheidung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das Gassammelmittel einen oberen Teil (5) aufweist, welcher während des Betriebes im Wesentlichen parallel zum Deckel verläuft, wobei der obere Teil (5) das zweite trennbare Element der Kammer ausbildet, welches mit der zweiten Dichtfläche (5a) ausgebildet ist, wobei der Deckel (8) und der obere Teil (5) des Gassammelmittels im verschlossenen Zustand eine Grenze zwischen der Abscheidungskammer (101) und dem zweiten Raum (102) außerhalb des Gassammelmittels bilden.
Prozesskammer für eine chemische Gasphasenabscheidung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, wobei der Boden (7) ein weiteres trennbares Element der Kammer ausbildet, welches mit einer ersten Dichtfläche (7a) ausgebildet ist, und wobei das Gassammelmittel (16) einen unteren Teil (9) aufweist, welcher während des Betriebs im Wesentlichen parallel zum Boden verläuft, wobei der untere Teil (9), welcher das oder ein weiteres trennbares Element der Kammer ausbildet, welches mit einer zweiten Dichtfläche (9a) vorgesehen ist, wobei der Boden (7) und der untere Teil (9) des Gassammelmittels im verschlossenen Zustand eine Grenze zwischen der Abscheidungskammer (101) und einem zweiten Raum (102) außerhalb des Gassammelmittels bildet.
Prozesskammer für eine chemische Gasphasenabscheidung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4 wobei der Boden (7) eine Plattform (4) zur Aufnahme der Halbleiterscheiben, die in der Kammer behandelt werden, trägt, wobei die Plattform (4) das oder ein weiteres erstes trennbares Element der Kammer aufweist, welches eine erste Dichtfläche (4a) ausbildet, und wobei das Gassammelmittel (16) einen vorspringenden Abschnitt (10) aufweist, welcher während des Betriebs im Wesentlichen parallel zur Plattform verläuft, wobei der vorstehende Abschnitt (10) ein weiteres zweites trennbares Element der Kammer ausbildet, welches mit einer zweiten Dichtfläche (10a) versehen ist, wobei die Plattform (4) und der vorstehende Teil (10) des Gassammelmittels im verschlossenen Zustand eine Grenze zwischen der Prozesskammer (101) und dem zweiten Raum (102) außerhalb des Gassammelmittels ausbildet.
Prozesskammer nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die obere Oberfläche (5a) des Gassammelmittels im engen Kontakt mit der Unterfläche (8a) des Deckels angeordnet ist, um erste Kontaktflächen (5a, 8a) auszubilden, und/oder die Unterfläche (9a) der Gassammelkrone im engen Kontakt mit der Oberfläche (7a) der Bodenplatte (7) angeordnet ist, und/oder die Unterfläche (10a) des vorstehenden Abschnittes (10) des Gassammelmittels im engen Kontakt mit der oberen Oberfläche (4a) der Plattform (4) steht, um zweite Kontaktflächen (9a, 7a; 9a, 4a) auszubilden.
Epitaxyreaktor aufweisend eine Bodenplatte (7), einen peripheren Körper (19) und einen im Wesentlichen flachen Deckel (8), der sich parallel zur Bodenplatte erstreckt, beinhaltend einen ersten Raum, der von der Prozesskammer (101) gebildet ist, welche eine Plattform (4) beinhaltet, um die zu bearbeitenden Scheiben in der Kammer zu tragen, mit einem ersten Strom (Φ1) eines ersten Gases bei einem ersten Druck (P1), welches vom Zentrum zur Peripherie der Plattform strömt, welche von dem Gassammelmittel (16) umgeben ist, welches Gasauslässe (12) für die beiden Ströme (Φ1 oder Φ2), wobei der Epitaxyreaktor eine Prozesskammer nach einem der Ansprüche 1–7 aufweist.
Epitaxyreaktor nach Anspruch 8, wobei das Gassammelmittel ein Kanal ist, welcher die Plattform (4) umgibt und welcher mit gleichmäßig entlang der Peripherie der Plattform angeordneten Auslässen versehen ist, wobei der erste Strom in die Prozesskammer durch einen Einlass im Zentrum der Kammer eingeleitet ist und durch die Auslässe des Gassammelmittels austritt, und wobei der zweite Strom in den zweiten Raum zwischen dem Gassammelmittel und dem peripheren Körper eingebracht ist und durch dieselben Auslässe des Gassammelmittels austritt.
Reaktor nach Anspruch 9, wobei das Gassammelmittel von einem einzelnen Blech, vorzugsweise aus Molybdän entlang Faltlinien derart gefaltet ist, dass es einen Kanal mit einem polygonalen Querschnitt aufweist, wobei mindestens eine flache Oberfläche eine Dichtfläche zu einer Dichtfläche eines trennbaren Elementes der Prozesskammer ausbildet, wobei der Kanal im Wesentlichen die Form eines die Plattform (4) umgebenen Polygons aufweist.