DE60124952T2 - Ausnehmungsprofil eines suszeptors zum verbessern des prozesses - Google Patents
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Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft allgemein Suszeptoren zum Halten von Halbleitersubstraten in Bearbeitungskammern und genauer das Ausgestalten von Waferhalteroberflächen, um eine einheitliche Substrattemperatur aufrecht zu erhalten.
- Hintergrund und Zusammenfassung der Erfindung
- Halbleiterherstellungsverfahren werden typischerweise so durchgeführt, dass wobei das Substrat innerhalb einer Kammer unter kontrollierten Bedingungen gehalten wird. Für viele Verfahren werden Halbleitersubstrate (z.B. Siliziumwafer) innerhalb der Bearbeitungskammer erhitzt. Beispielsweise können Substrate durch direkten physischen Kontakt mit einem erhitzten Waferhalter und/oder durch Strahlung von einer Strahlungswärmequelle erhitzt werden. "Suszeptoren" sind beispielsweise Waferhalter, die Strahlungswärme aufnehmen und absorbierte Wärme an das Substrat weiterleiten.
- In einem typischen Verfahren wird ein Reaktanzglas über einen erhitzten Wafer geleitet, wobei eine chemische Dampfabscheidung (CVD) einer dünnen Schicht eines Reaktanzmaterials auf dem Wafer verursacht wird. Durch nacheinander folgendes Bearbeiten werden mehrere Schichten in integrierten Schaltkreisen hergestellt. Andere beispielhafte Verfahren enthalten die Sputter-Abscheidung, Photolithographie, das Trockenätzen, die Plasmabearbeitung und das Hochtemperaturanlassen. Viele dieser Verfahren erfordern hohe Temperaturen und können in ähnlichen Reaktionskammern durchgeführt werden.
- Verschiedene Prozessparameter müssen sorgfältig kontrolliert werden, um eine hohe Qualität der abgeschiedenen dünnen Schichten sicherzustellen. Ein kritischer Parameter ist die Temperatur des Wafers während der Bearbeitung. Während der CVD beispielsweise gibt es einen charakteristischen Temperaturbereich, in dem die Prozessgase am effektivsten für die Abscheidung eines dünnen Films auf dem Wafer reagieren. Die Temperaturkontrolle ist insbesondere bei Temperaturen unterhalb des Stoffübergangszustands kritisch, wie beispielsweise Silizium-CVD zwischen etwa 500°C oder 900°C (kinetischer Zustand etwa 500°C bis 900°C für Silizium-CVD unter Verwendung von Silan). In diesem kinetischen Zustand wird die abgeschiedene Filmdicke ungleichmäßig, wenn die Temperatur über die Oberfläche des Wafers nicht gleichmäßig ist.
- In jüngster Zeit fand die Einzelwaferbearbeitung von Wafern großen Durchmessers weithin Verwendung aus einer Reihe von Gründen, enthaltend die Notwendigkeit einer größeren Präzision bei der Prozesskontrolle als sie erreicht werden kann mit einer Massenbearbeitung. Typische Wafer bestehen aus Silizium üblicherweise mit einem Durchmesser von etwa 150 mm (6 Zoll) oder etwa 200 mm (8 Zoll) und mit einer Dicke von etwa 0,725 mm. Kürzlich wurden größere Siliziumwafer mit einem Durchmesser von etwa 300 mm (12 Zoll) und einer Dicke von etwa 0,775 mm eingeführt, da sie noch wirksamer die Vorteile der Einzelwaferbearbeitung zeigen. Noch größere Wafer werden in der Zukunft erwartet.
- Der Erfinder fand zahlreiche Qualitätskontrollprobleme, die ein Ertragsergebnis beeinflussen, aus der Behandlung von Problemen in Verbindung mit den Suszeptoren, enthaltend das Gleiten, Haften und Verwinden des Substrats. Diese treten während des Anordnens und nachfolgenden Entfernens der Substrate in Bearbeitungskammern hoher Temperatur auf.
- Ein Gleiten tritt während des Herausfallens auf, wenn ein Gaskissen in der Suszeptorausnehmung oder -tasche nicht schnell genug entweichen kann, um es dem Substrat zu ermöglichen, unmittelbar auf den Suszeptor zu fallen. Das Substrat fließt vorübergehend über dem Suszeptor, wenn das Gas langsam entweicht, und es neigt dazu, von dem Zentrum wegzugleiten. Daher kann das Substrat nicht in dem Zentrum der Tasche, wo es beabsichtigt wurde, verbleiben, und es kann sich ein ungleichmäßiges Erhitzen des Substrats ergeben. Ein Gleiten zu dem Rand der Suszeptortasche verursacht eine örtliche Kühlung, wo das Substrat den Taschenrand berührt und resultiert in einer schlechten Dickengleichmäßigkeit, in einer schlechten Gleichmäßigkeit des spezifischen Wiederstandes und in einem kristallographischen Gleiten, in Abhängigkeit von der Art der Schicht, die abgeschieden wird. Diese Ungleichmäßigkeiten in Folge der nicht gleichbleibenden Waferabwurfposition erhöhen stark die Schwierigkeit einer optimalen Anpassung des Verfahrens. In ähnlicher Weise können Ungleichmäßigkeiten der Temperatur Ungleichmäßigkeiten beim Ätzen, Anlassen, Dotieren, Oxidieren, Nitrieren und anderen Fertigungsverfahren verursachen.
- Umgekehrt tritt während der Aufnahme ein Haften auf, sobald das Substrat auf dem darunter liegenden Träger festsitzt, da das Gas langsam in den kleinen Raum zwischen dem Wafer und der Taschenoberfläche strömt. Dies erzeugt einen Vakuumeffekt zwischen dem Substrat und dem Träger, sobald das Substrat angehoben wird. Das Haften ist ein möglicher Beitrag zur Partikelkontamination und in extremen Fällen verursachte es ein Anhaben des Substrathalters im Bereich von 1 bis 2 mm.
- Das Verwinden ist ein Verziehen des Substrats, verursacht durch eine Kombination von beidem, radialen und axialen Temperaturgradienten in dem Substrat. Ein starkes Verwinden kann verursachen, dass das Substrat den Boden einer Bernoulliplatte berührt und kann in ähnlicher Weise die Interaktion mit anderen Roboter-Endeffektoren beeinflussen. Im Falle einer Bernoulliplatte kann die Oberseite des Substrats die Bernoulliplatte zerkratzen und eine Teilchenkontamination hervorrufen, wobei signifikant der Ertrag reduziert wird. Das Design und die Funktion einer Bernoulliplatte sind in dem US-Patent Nummer 5,997,588 beschrieben.
- Die japanische Patentanmeldung Nummer 11122780 mit der Veröffentlichungsnummer 2000315720 offenbart einen Halbleiterwaferhalter mit einer ausgesparten Tasche mit einer konkaven Stützfläche und radial ausgerichteten Nuten in der konkaven Stützfläche. Die japanische Patentanmeldung Nummer 06288357 mit der Veröffentlichungsnummer 08148541 offenbart ein Waferhalteelement mit einer konkaven Oberfläche, die mit der Oberseite nach unten gerichtet ist, angepasst, um einen Wafer durch Unterdruck zu halten. Die konkave Oberfläche enthält untere Enden von Luftkanälen innerhalb des Waferhalteelements, wobei die Luftkanäle mit einer druckvermindernden Einheit verbunden sind, um den Unterdruck zu erzeugen. Die japanische Patentanmeldung Nummer 05146486 mit der Veröffentlichungsnummer 07018438 offenbart eine elektrostatische Spannvorrichtung, enthaltend eine flache Elektrode, bedeckt mit einem Isoliermaterial, um eine obere unebene Fläche zu bilden, die durch kreisförmige Merkmale definiert ist.
- Die
1A und1B zeigen einen Wafer1 , getragen auf einem Suszeptor100 , wobei der Suszeptor100 eine Gittertragfläche G aufweist. Unter Bezug zunächst auf1A ist ein Teil des Wafers1 dicht an einem Umfangsrand2 davon auf dem Gitter G gezeigt. Eine obere Fläche des Gitters G ist durch eine Vielzahl von Vorsprüngen3 definiert, getrennt von einander in zwei Richtungen durch eine Vielzahl von Gitternuten. Diese Vorsprünge3 sind in Bezug auf die obere Fläche einer ringförmigen Schulter4 , die das Gitter umgibt, ausgespart. Für einen 200 mm-Wafer liegt die Tiefe einer solchen Vertiefung oder Tasche bei etwa 0,457 mm (0,018 Zoll), während die Dicke eines 200 mm Wafers bei etwa 7,24 mm (0,285 Zoll) liegt. Daher erhebt sich die oberste Fläche des Wafers11 leicht über die obersten Fläche der Schulter4 , was dazu beiträgt, die laminare Gasströmung über dem Wafer aufrecht zu erhalten. Ein äußerer Umfang5 des Gitters G ist von einem inneren Rand6 der Schulter4 durch eine ringförmige Nut7 getrennt, die im Querschnitt etwa halbkreisförmig ist. Die Tiefe der ringförmigen Nut7 in den Suszeptor100 hinein liegt etwa bei demselben Wert wie die Tiefe der Gitternuten. Der Durchmesser des inneren Randes6 der Schulter4 ist etwas größer als der Durchmesser des Wafers1 , um Toleranzen bei der Positionierung des Wafers in der Tasche zu gestatten. Ähnliche mit einem Gitter versehene Suszeptoren sind auf dem Markt erhältlich von ASM America, Inc. aus Phoenix, AZ, für die Verwendung in ihren EpsilonTM-Reihen aus CVD-Reaktionskammern. - In
1A ist der Wafer1 über der Tasche zentriert mit einem gleichen Abstand zwischen dem Waferrand2 und dem Schulterrand6 um den gesamten Wafer herum. Jedoch neigt der Wafer1 , wie in1B gezeigt, nach dem anfänglichen Anordnen dazu, zu gleiten und/oder zu springen und sein äußerer Rand2 berührt häufig den inneren Rand6 der Schulter4 oder gelangt dicht an diesen heran. Die Schulter4 ist dicker und daher im Allgemeinen kühler als der Wafer1 und das darunter liegende Gitter G. Als Ergebnis neigt der Rand2 des Wafers dazu, durch Wärmeleitung abzukühlen. Der Waferrand2 verliert ebenfalls an Wärme durch Strahlung, wenn er sehr nah an dem Schulterrand6 liegt, sogar, wenn sie nicht tatsächlich einander berühren. - Ein Kühlen am Waferrand führt dazu, dass die Temperatur des Wafers ungleichmäßig wird. Vorausgesetzt, dass dünne Filmabscheideraten (und viele andere Herstellungsverfahren) stark temperaturabhängig sind, insbesondere für CVD im kinetischen Zustand, werden die Filmdicke und der spezifische Widerstand ungleichmäßig über einen Wafer hinweg sein, der unter Bedingungen einer Temperaturungleichmäßigkeit hergestellt wurde. Folglich gibt es ein Erfordernis für einen verbesserten Substrathalter, der die Aufnahme und das Abwerfen des Substrats erleichtert, während er die Temperaturgleichmäßigkeit unterstützt.
- In Erfüllung dieses Erfordernisses ist ein Substrathalter, der eine konkave Stützfläche gemäß der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche definiert ist durch Höhen einer Vielzahl von Vorsprüngen, wobei die Vorsprünge getrennt sind durch eine Vielzahl von sich kreuzenden Gitternuten, wobei die Stützfläche eine Konkavität zwischen etwa 0,130 mm und 0,500 mm aufweist, wobei die Konkavität gemessen wird als eine Tiefe von einem Umfangsrand der Stützfläche zu einem zentralen Punkt innerhalb der Stützfläche. Der Substrathalter ist mit einem Gitter von Nuten versehen, die sich in eine konkave Fläche erstrecken, die ein im Wesentlichen flaches Substrat, wie beispielsweise einen Siliziumwafer, zur Bearbeitung halten kann. Die Konkavität und Nuten sind ausgebildet, um ein Haften, Gleiten und Verwinden zu minimieren, während sie weiterhin erwünschte thermische Eigenschaften aufrechterhalten. Verfahren zum Konfigurieren des Halters und zum Stützen eines Substrats darauf werden ebenfalls vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters, um ein Gleiten eines Substrats während des Abwerfens zu vermeiden, enthaltend das Formen einer ringförmigen Schulter um eine vertiefte Tasche herum in einem Material, das geeignet ist zum Absorbieren von Strahlungsenergie dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter enthält: das Formen einer oberen Fläche der Tasche als eine konkave Stützfläche mit einer Konkavität zwischen etwa 0,130 mm und 0,500 mm, wobei die Konkavität gemessen ist als eine Tiefe von einem Umfangsrand der Tasche zu einem zentralen Punkt innerhalb der Tasche; und das Schneiden von sich kreuzenden Gitternuten in die konkave Fläche.
- Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung werden Zentrierpositionierhilfsvorrichtungen vorgesehen, angeordnet radial entlang einem Innenrand der ringförmigen Schulter eines Substratshalters. Die Zentrierpositionierhilfsvorrichtungen errichten einen Abstand zwischen dem Substrat und der ringförmigen Schulter, um einen direkten thermischen Kontakt dazwischen zu vermeiden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich aus der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die hier folgen, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, die dazu gedacht sind, die Erfindung zu veranschaulichen und nicht einzuschränken.
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1A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Wafers, der auf einem Suszeptor zentriert ist. -
1B ist ein schematischer Querschnitt eines Wafers, angeordnet außerhalb des Zentrums auf dem Suszeptor gemäß1A . -
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer beispielhaften Reaktionskammer mit einem Wafer, der auf einem Suszeptor darin gehalten ist. -
3A ist eine Draufsicht auf einen Suszeptor mit einer mit einem Gitter versehenen Tasche zum Halten eines Wafers, aufgebaut gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3B ist eine Unteransicht des Suszeptors gemäß3A . -
3C ist eine teilweise Schnittansicht des Suszeptors gemäß3A , entlang der Linie 3C-3C gemäß3A . -
3D ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des Stützgitters gemäß3C . -
4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts des Suszeptors gemäß3A mit einer übertriebenen Konkavität in der Ta schenfläche, um eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu zeigen. -
5 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die ein eingeschlossenes Volumen zwischen einem abgestützten Wafer und dem Suszeptor gemäß3A zeigt. -
6A ist eine schematische perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht eines Wafers, der auf dem Suszeptor gemäß3C abgestützt ist. -
6B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des eingekreisten Bereichs in6A , die das Stützgitter unter einem Umfang des Wafers zeigt. Der Querschnitt folgt der Kurve des Waferrandes. -
7A ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Suszeptors, aufgebaut gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei der äußere Rand einer Zentrierpositionierhilfsvorrichtung in Kontakt mit der Schulter des Suszeptors steht. -
7B ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Suszeptors, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, wobei der äußere Rand einer Zentrierpositionierhilfsvorrichtung mit Abstand nach innen von der Suszeptorschulter angeordnet ist. -
8 ist eine schematische ebene Ansicht eines Wafers, der auf einem Suszeptor durch eine Vielzahl von Positionierhilfsvorrichtungen gemäß7B zentriert ist. - Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
- Wie im Abschnitt Hintergrund und Zusammenfassung oben erwähnt, hat der Erfinder signifikante Probleme im Hinblick auf die Übergabe von Substraten auf und von herkömmlichen Substrathaltern entdeckt. Beim Abwerfen von Substraten auf die Halter macht es das Substratgleiten schwierig, das Substrat ordnungsgemäß im Zentrum des Halters mit einer guten Reproduzierbarkeit anzuordnen. Sobald der Halter erhitzt wird, insbesondere, wenn der Halter ein erhitzter Suszeptor in einem Kaltwandreaktor ist, neigt ein Substrat, das auf den Suszeptor abgeworfen wird, dazu, sich zu verwinden in Folge von Übergangstemperaturunterschieden innerhalb des Substrats. Ein Verwinden kann ein "Springen" verursachen und das Substrat aus seiner gewünschten Position heraus bewegen. In Folge einer unvorhersagbaren Anordnung des Substrats auf dem Suszeptor ist es schwierig, den Temperaturkontrollmechanismus genau für ein gleichmäßiges Erwärmen des Substrats einzustellen, insbesondere für Niedrigtemperaturprozesse.
- Darüber hinaus kann ein Verwinden ein Zerkratzen des den Wafer handhabenden Endeffektors und ein Abwerfen des Substrats verursachen, was zu einer Partikelkontamination führt. Beim Entfernen des Wafers von dem Halter neigt der Wafer dazu, an dem Halter zu haften (bekannt als "Stiction"), hebt manchmal den Suszeptor an und wirft ihn zurück auf die Stützstruktur, wobei er dabei eine weitere Partikelerzeugung hervorruft. Diese Partikelprobleme können eine Kontamination der gesamten Wafer oder sogar von Waferbatches hervorrufen, was den Ertrag signifikant reduziert.
-
2 zeigt einen beispielhaften chemischen Dampfabscheidungs(CVD)-Reaktor10 , der eine Quarzreaktionskammer12 enthält. Strahlungswärmeelemente14 sind außerhalb der Quarzreaktionskammer12 abgestützt, um die Kammer12 mit Wärmeenergie zu versorgen, ohne nennenswerte Absorption durch die Kammerwandungen. Obgleich die bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit einem "Kaltwand"-CVD-Reaktor beschrieben werden, wird verstanden, dass die Waferstützsysteme, die hierin beschrieben sind, ebenfalls bei Reaktoren anderer Art nützlich sind. Insbesondere kann ein Fachmann eine Anwendung für die Waferstützsysteme, die hierin beschrieben sind, für anderes Halbleiterbearbeitungszubehör finden, bei dem ein Substrat abgestützt wird, während es gleichmäßig erwärmt oder abgekühlt wird. Darüber hinaus können die hierin beschriebenen Halter, während sie im Zusammenhang mit Standardsiliziumwafern dargestellt sind, verwendet werden, um andere Arten von Substraten abzustützen, wie beispielsweise Glas, die Behandlungen, wie beispielsweise CVD, physikalischer Dampfabscheidung (PVD), Ätzen, Anlassen, Dosierungssubstanzdiffusion, Photolithographie, etc. unterzogen werden. Die Halter sind von besonderer Nützlichkeit zum Abstützen von Substraten während Behandlungsprozessen bei erhöhten Temperaturen. - Das gezeigte Substrat enthält einen Halbleiterwafer
16 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Rand17 , gezeigt in2 , gehalten innerhalb der Reaktionskammer12 auf einer Waferstützstruktur. Die Stützstruktur enthält einen/eine Waferhalter oder -stütze200 , auf dem/der der Wafer16 liegt, und ein Armkreuz22 , vorzugsweise hergestellt aus einem Isoliermaterial, das den Waferhalter200 abstützt. Das Armkreuz22 ist an einer Welle24 , die sich nach unten durch ein Rohr26 erstreckt, herabhängend von der unteren Wandung der Kammer, befestigt. In der gezeigten Ausführungsform enthält der Waferhalter200 einen Suszeptor, der zur Absorption von Strahlungsenergie von den Heizelementen14 geeignet ist. Es wird bevorzugt, dass die obere Fläche des Suszeptors fest und aus einem Teil hergestellt ist. - Ein zentraler/zentrales Temperatursensor oder Thermoelement
28 erstreckt sich durch die Welle24 und das Armkreuz22 hindurch in die Nähe des Waferhalters200 . Zusätzliche Umfangsthermoelemente30 sind ebenfalls gezeigt, aufgenommen innerhalb eines Gleitrings oder Temperaturkompensationsrings32 , der den Waferhalter200 und den Wafer16 umgibt. Die Thermoelemente28 ,30 sind mit einer Temperaturkontrolleinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, die die Leistung der verschiedenen Heizelemente14 als Reaktion auf den Anzeigewert der Thermoelemente28 ,30 einstellt. - Zusätzlich zu dem Aufnehmen der Thermoelemente
28 ,30 absorbiert der Gleitring32 Strahlungswärme während einer Bearbeitung mit hoher Temperatur. Dies kompensiert eine Tendenz in Richtung eines größeren Wärmeverlustes am Waferrand17 , ein Phänomen, bei dem es bekannt ist, dass es in Folge einer größeren Oberflächenbereichskonzentration für ein vorgegebenes Volumen nahe solchen Rändern auftritt. Durch Minimieren von Randverlusten und das Überwachen radialer Temperaturungleichmäßigkeiten über den Wafer16 hinweg kann der Gleitring32 dazu beitragen, ein kristalographisches Gleiten und andere Probleme in Verbindung mit Temperaturungleichmäßigkeiten über den Wafer hinweg zu vermeiden. Der Gleitring32 kann durch irgendein geeignetes Mittel aufgehängt werden. Beispielsweise lagert der gezeigte Gleitring32 auf Kniestücken34 , die von den Quarzkammerteilern36 herabhängen. - Unter Bezug auf
3 bis6 ist der Waferhalter der bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Wie oben angemerkt, ist der gezeigte Waferhalter ein Suszeptor, der geeignet ist zum Absorbieren von Strahlungsenergie von den Heizelementen14 . Der Suszeptor200 ist vorzugsweise aus einem graphitbeschichteten Siliziumcarbid hergestellt, obgleich Fachleute es schätzen werden, dass andere Materialien ebenfalls geeignet sind. Der gezeigte Suszeptor200 ist merklich massiver als der zu haltende Wafer, vorzugsweise weist er mehr als die fünffache und noch bevorzugter zwischen etwa sieben- und neunfache thermische Masse des Wafers auf, so dass er als ein "thermisches Schwungrad" dienen kann, um die Temperaturstabilität beizubehalten. Zusätzlich ist der Suszeptor200 vorzugsweise "fest", i.e. enthält keine durch diesen hindurchgehenden Öffnungen. Solche Öffnungen führen zu dem Risiko einer rückseitigen Abscheidung ebenso wie sie die thermischen Eigenschaften ändern. -
3A zeigt den Suszeptor200 , wie gezeigt von oben, das bedeutet, mit Blick in eine vertiefte Tasche202 , in der der Wafer abgestützt wird. Die vertiefte Tasche202 weist einen Satz von sich kreuzenden Umfangsgitternuten auf, geschnitten in ihre konkave Oberfläche und umgegeben von einer ringförmigen Nut204 . Diese Merkmale werden detaillierter unter Bezug auf die3D unten beschrieben. Während es nur über einen Teil der Suszeptorvertiefung202 gezeigt ist, wird es geschätzt, dass das Gitter sich über die vollständige Suszeptorvertiefung202 bis zu der ringförmigen Nut204 erstreckt. Eine hochgestellte Schulter206 umgibt die ringförmige Nut204 . In einer zum Tragen beispielsweise eines 200 mm Wafers entworfenen Ausführungsform beträgt der Durchmesser des Suszeptors200 zu dem äußeren Rand der ringförmigen Nut etwa 203,2 ± 0,127 mm (8,000 ± 0,005 Zoll) oder etwas mehr als der zu haltende Wafer, und der Gesamtdurchmesser des Suszeptors liegt bei etwa 224, 8 ± 0,127 mm (8,850 ± 0,005 Zoll). Die Höhen der Gittervorsprünge entlang dem Umfang, der am dichtesten an dem Rand der Tasche liegt, bestimmen eine Ebene, auf der der Wafer ruht, die zwischen etwa 0,254 und 0,635 mm (0,010 und 0,025 Zoll), bevorzugter zwischen etwa 0,381 und 5,08 mm (0,015 und 0,200 Zoll) und am bevorzugtesten etwa 0,457 mm (0,018 Zoll) unterhalb der oberen Fläche der ringförmigen hochgestellten Schulter206 liegt, etwa 0,254 mm (0,010 Zoll) unter der Dicke eines 200-mm-Standard-Wafers. - Eine Ansicht des Suszeptors von unten ist in
3B gezeigt. Die Bodenfläche210 enthält eine Bodennut214 , etwa 6,35 mm (0,250 Zoll) breit und mit einem rechteckigen Querschnitt, der einen nahezu vollständigen konzentrischen Kreis bildet und einen äußeren Durchmesser von etwa 133,4 ± 0,127 mm (5,250 ± 0,005 Zoll) aufweist. Die Bodennut214 bildet keinen vollständigen Kreis, sondern ist durch einen Abschnitt216 unterbrochen, gezeigt auf der rechten Seite von3B . Der gezeigte Unterbrechungsabschnitt216 weist eine Länge von etwa 6,35 mm (0,250 Zoll) auf. Die Bodennut214 nimmt Arme des Armkreuzes22 (2 ) auf, und der Unterbrechungsabschnitt216 stellt sicher, dass das Armkreuz22 sich nicht unabhängig von dem Suszeptor200 drehen kann, sobald es gegenüber dem Abschnitt216 in seiner Position verrastet ist. -
3C ist eine Querschnittsansicht eines Bereichs des Suszeptors200 nahe dem Umfang entlang der Linie 3C-3C in3A . Auf der obersten Fläche ist die Vertiefung202 gezeigt, mit einer Vielzahl von Gittervorsprüngen220 , getrennt durch eine Vielzahl von parallelen Gitternuten222 , rechtwinklig zu der Seitenebene. Der Fachmann wird es schätzen, dass es einen zweiten Satz ähnlicher paralleler Gitternuten gibt (nicht in dieser Ansicht gezeigt), rechtwinklig zu den gezeigten Gitternuten222 und parallel zu der Seitenebene. Daher können die Vorsprünge220 als schmale quadratische Inseln verstanden werden, begrenzt auf zwei parallelen Seiten durch einen Satz von Gitternuten222 und auf den anderen beiden parallelen Seiten durch den zweiten Satz von Gitternuten, in dieser Ansicht nicht zu sehen. Die ringförmige Nut204 , die Suszeptorschulter206 und die Relativpositionen von diesen sind ebenfalls gezeigt. Auf der Bodenfläche210 ist der rechtwinklige Querschnitt der Bodennut214 gezeigt. -
3D ist ein Detail der Oberfläche der Tasche202 , gezeigt in dem Kreis mit dem Bezugszeichen3D in3C . Jede Gitternut222 weist einen flachen Gittergrund oder -boden224 und Seitenwände226 auf, die schräg nach außen stehen und sich in einem eingeschlossenen Winkel von 45° erstrecken. Die Vorsprünge220 zwischen den Gitternuten222 weisen flache Höhen228 auf, die die Stützfläche der Vertiefung202 bestimmen. In der gezeigten Ausführungsform sind die Höhen quadratisch mit einer Breite und Länge von etwa 0,20 mm mal 0,20 mm (0,008 Zoll mal 0,008 Zoll), während die flachen Bodenabschnitte224 der Gitternuten222 eine Breite von etwa 0,56 mm (0,221 Zoll) aufweisen. - Der Höhenunterschied zwischen der Vorsprungshöhe
228 und dem Gitternutboden224 liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,35 mm und 0,55 mm, bevorzugter zwischen etwa 0,40 mm und 0,45 mm (nominell 0,43 mm oder 0,017 Zoll in der gezeigten Ausführungsform). Die Gitterneigung oder der Abstand zwischen identischen benachbarten Merkmalen liegt vorzugsweise zwischen etwa 1,0 mm und 1,5 mm, bevorzugter zwischen etwa 1,2 mm und 1,3 mm in beiden Richtungen (nominell 1,27 mm oder 0,050 Zoll in der gezeigten Ausführungsform). - Ähnliche mit einem Gitter versehene Suszeptoren sind von ASM America, Inc. aus Phoenix, AZ, erhältlich für die Verwendung in EpsilonTM Serien von CVD-Reaktoren. Diese Suszeptoren jedoch wiesen andere Gitteraufbauten auf. Beispielsweise lag die Neigung des Gitters bei früheren Suszeptoren bei etwa der Hälfte von dem der bevorzugten Ausführungsform. Darüber hinaus wurden die früheren Suszeptoren entworfen, um nahezu eben zu sein, mit der Ausnahme einer minimalen Fertigungstoleranz für die Konkavität (z.B. von 0 bis 0,00 5 Zoll oder 0,127 mm), im Vergleich zu den Umfangsabschnitten des Gitters, einfach um eine konvexe Form zu vermeiden. Wie detailliert unten in Bezug auf
4 beschrieben, weisen die bevorzugten Ausführungsformen eine signifikante Konkavität oder Kugelform für eine verbesserte Handhabung des Wafers auf. - Unter Bezug auf
4 ist ein oberer Abschnitt des Suszeptors200 im Querschnitt gezeigt. Die Ansicht erstreckt sich von der Mittellinie240 des Suszeptors zu der ringförmigen Schulter206 . Nur ein Abschnitt der ringförmigen Schulter206 ist gezeigt. Eine obere Fläche229 der Vertiefung202 ist durch die obersten Flächen228 der Gittervorsprünge220 bestimmt. Die obere Fläche229 neigt sich allmählich nach unten von einem Umfangsgittervorsprung242 zu einem zentralen Gittervorsprung244 . Obgleich es nicht gezeigt ist, wird es verstanden, dass die obere Fläche229 sich ebenfalls nach oben neigt von dem zentralen Gittervorsprung244 zu einem anderen Umfangsgittervorsprung220 am anderen Ende der Vertiefung202 . Die Vertiefung202 weist daher eine Kreissymmetrie auf, eine ganzheitlich konkave Form bildend. Die Konkavität und Gitterstruktur der Sus zeptorvertiefungsoberfläche sind zum Zwecke der Veranschaulichung übertrieben dargestellt. - Die Konkavität der oberen Fläche
229 ist durch den Tiefenunterschied246 im Vergleich zu der Höhe der Schulter206 beispielsweise zwischen der Höhe eines Gittervorsprungs243 am Umfang (benachbart zu der ringförmigen Nut204 ) und der Höhe des Gittervorsprungs244 (im Zentrum240 der Vertiefung202 ) bestimmt. Die Konkavität246 liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,130 mm und 0,500 mm. Für Suszeptoren, die für 150 mm-Wafer entworfen sind, liegt die Konkavität246 bevorzugter zwischen etwa 0,130 mm und 0,200 mm und am bevorzugtesten zwischen etwa 0,130 mm und 0,150 mm (nominell 0,1397 mm oder 0,0055 Zoll in einer beispielhaften 150 mm-Ausführungsform). Für die für 200 mm-Wafer entworfenen Suszeptoren liegt die Konkavität246 bevorzugter zwischen etwa 0,130 mm und 0,250 mm und am bevorzugtesten zwischen etwa 0,170 mm und 0,220 mm (nominell 0,1905 mm oder 0,0075 Zoll in einer beispielhaften 200 mm-Ausführungsform). Für die für 300 mm-Wafer entworfenen Suszeptoren liegt die Konkavität246 bevorzugter zwischen etwa 0,300 mm und 0,500 mm, am bevorzugtesten zwischen etwa 0,360 mm und 0,400 mm. Wenn die Substratgröße zunimmt, nimmt die Konkavität vorzugsweise mehr als proportional zu. -
5 zeigt den Wafer16 in der Position in der Vertiefung des bevorzugten Suszeptors200 . Die Krümmung und die Gitterstruktur der Vertiefungsfläche sind übertrieben dargestellt, um die Anordnung klarer zu zeigen. Das zwischen dem Wafer16 und dem darunter liegenden Suszeptor200 "eingeschlossene" Volumen ist durch das Bezugszeichen248 in5 angegeben und wird hier als das "Strömungsvolumen" in Bezug genommen, wie aus der unten stehenden Diskussion geschätzt wird. Das eingeschlossene Strömungsvolumen248 enthält sowohl den Raum zwischen der unteren Fläche249 des Wafers16 und der oberen Fläche229 des Gitters als auch das Volumen innerhalb der Gitternuten222 (i.e. das Volumen zwischen der unteren Fläche249 und den Böden224 der Gitternuten222 ). -
6A ist eine perspektivische Ansicht des Substrats oder Wafers16 in der Position auf dem Suszeptor200 der bevorzugten Ausführungsform. Der weggeschnittene Abschnitt zeigt den Rand17 des Wafers16 in Überlagerung der Vorsprünge220 bei oder nahe dem Umfang der Suszeptorvertiefung202 . Die Größe des Gitters ist zum Zwecke der Darstellung übertrieben gezeigt. -
6B zeigt den Waferrand17 in Berührung mit den Gittervorsprüngen220 am äußeren Rand der Suszeptorvertiefung und mit Blick auf den Rand. Das Gitter ist entlang einem Vorsprung des Waferrandes oder Umfangs17 nach unten in das Gitter hinein in Abschnitte unterteilt. Dieser Vorsprung unterbricht eine Vielzahl von Gitternuten222 , wie gezeigt. Der Querschnitt stellt daher die Öffnungen der Gitternuten222 an dem Waferrand12 dar. Gas (z.B. Luft oder Inertgas in der Kammer) tritt durch diese Öffnungen während des Abwurfs des Wafers aus und durch diese Öffnungen während der Aufnahme des Wafers ein. Entsprechend wird die Summe der Querschnittsbereiche der Gitternuten222 , die sich von unterhalb des Wafers16 öffnen, hier als der "Ausströmungsbereich" des Suszeptors200 in Bezug genommen. Der vollständige Ausströmungsbereich ist die Summe aller dieser Bereiche um den Umfang des Wafers herum, durch die Gas entweichen kann, wenn ein Wafer auf dem Suszeptor200 abgeworfen wird oder durch die Gas in den Suszeptor hereingesogen werden kann, während der Wafer aufgenommen wird. - Das eingeschlossene Strömungsvolumen des Suszeptors und der vollständige Ausströmungsbereich sind optimiert, um das Gleiten, Haften und Verwinden des Wafers zu minimieren, während gute thermische Austauscheigenschaften aufrechterhalten werden und das Risiko minimiert wird, dass Prozessgase die Rückseite des Wafers erreichen. In bevorzugten Ausführungsformen wurden diese Parameter getrennt anwendungsspezifisch für Wafer mit 6 Zoll oder 150 mm Durchmesser, mit 8 Zoll oder 200 mm Durchmesser und mit 12 Zoll oder 300 mm Durchmesser nach Maß gefertigt. Für größere Waferabmessungen vergrößern sich das Strömungsvolumen und der gesamte Ausströmungsbereich vorzugsweise mehr als proportional zu den Waferbereichen aufgrund des vergrößerten Abstandes und des vergrößerten Gasvolumens, das wandert, um den Waferumfang zu erreichen.
- Wie erwähnt, enthält das eingeschlossene Gesamtströmungsvolumen das Volumen zwischen der unteren Fläche
249 des Substrats und der oberen Fläche229 der Suszeptorvertiefung, definiert durch die Höhen228 der Vorsprünge, ebenso wie das Volumen innerhalb der Gitternuten222 . Für einen Suszeptor, der zum Halten eines 150 mm-Wafers entworfen ist, liegt das eingeschlossene Gesamtströmungsvolumen vorzugsweise zwischen etwa 7,5 × 10–6 m3 und 10,0 × 10–6 m3 und bevorzugter zwischen etwa 8,0 × 10–6 m3 und 9,0 × 10–6 m3. Für Suszeptoren, die zum Halten von Wafern mit einem Durchmesser von 200 mm oder größer entworfen sind, liegt das eingeschlossene Gesamtströmungsvolumen zwischen 1,3 × 10–5 m3 und 6,0 × 10–5 m3. Das eingeschlossene Gesamtvolumen für einen Suszeptor, der zum Halten eines 200 mm-Wafers entworfen ist, liegt vorzugsweise zwischen etwa 1,3 × 10–5 m3 und 4,0 × 10–5 m3, bevorzugter zwischen etwa 1,4 × 10–5 m3 und 1,6 × 10–5 m3 (1,506 × 10–5 m3 bei einem beispielhaften 200 mm-Suszeptor). Für einen Suszeptor, der zum Halten eines 300 mm-Wafers entworfen ist, liegt das eingeschlossene Gesamtströmungsvolumen vorzugsweise zwischen etwa 3,0 × 10–5 m3 und 6,0 × 10–5 m3, bevorzugter zwischen etwa 3,5 × 10–5 m3 und 4,5 × 10–5 m3 (oder 4,062 × 10–5 m3 bei einem beispielhaften 300 mm-Suszeptor). - Für 6 Zoll- oder 150 mm-Wafer liegt der Ausströmungsbereich des Suszeptors zwischen etwa 0,1 × 10–4 m2 und 5,0 × 10–4 m2 und bevorzugter zwischen etwa 2,0 × 10–4 m2 und 3,0 × 10–4 m2. Für 200 mm-Wafer liegt der Ausströmungsbereich des Suszeptors vorzugsweise zwischen etwa 2,0 × 10–4 m2 und 4,0 × 10–4 m2 und bevorzugter zwischen etwa 2,5 × 10–4 m2 und 3,5 × 10–4 m2(3,096 × 10–4 m2 bei einem beispielhaften 200 mm-Suszeptor). In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind diese Parameter für 12 Zoll- oder 300 mm-Wafer optimiert. Der Ausströmungsbereich liegt vorzugsweise zwischen 3,0 × 10–4 m2 und 6,0 × 10–4 m2, bevorzugter zwischen etwa 4,0 × 10–4 m2 und 5,0 × 10–4 m2 (4,643 × 10–4 m2 bei einem beispielhaften 300 mm-Suszeptor).
- In der bevorzugten Ausführungsform ist der Suszeptor mit einer flachen Vertiefungsoberfläche aus Graphit hergestellt. Der Suszeptor ist mit Siliziumcarbid bei einer erhöhten Temperatur beschichtet, vorzugsweise zwischen etwa 1.000°C und 1.500°C, bevorzugter zwischen 1.250°C und 1.350°C. Wenn der Suszeptor abkühlt, verursacht die Fehlanpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Graphit und Siliziumcarbid ein Durchbiegen des Suszeptors, was die Konkavität der Vertiefungsfläche hervorruft. Die Ausführungsform wird genannt, um ein bevorzugtes Verfahren zum Einbringen einer Konkavität in die Suszeptorvertiefungsfläche zu zeigen. Der Fachmann wird andere Verfahren zum Herstellen von Konkavitäten gemäß den bevorzugten Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, finden.
- Das Einbringen der Konkavität in die Suszeptorfläche, zusammen mit tieferen und breiteren Nuten, erzeugt das eingeschlossene Gesamtströmungsvolumen. Dieses Strömungsvolumen zusammen mit dem Ausströmungsbereich (Gesamtquerschnittsbereich der Nutenöffnungen an dem Waferumfang) kann den plötzlichen Abwurf eines Wafers ausgleichen, ohne ein komprimiertes Luftpolster mit einem ausreichenden Druck zu erzeugen, um den Wafer dazu zu bringen, zu gleiten oder zu rutschen. Einesteils unterstützt das vergrößerte Strömungsvolumen die Aufnahme der Gaskompression ohne übermäßigen Druckaufbau und anderenteils ermöglicht es der Ausströmungsbereich, dass Gas schnell entweichen kann, sodass kein ausreichendes Gaspolster geschaffen wird über den Abwurf, um zumindest zeitweise den Wafer zu halten. Der Wafer verbleibt auf dem Stützgitter in einer zentrierten Anordnung, für die der Wafertransportroboter programmiert wurde.
- Zusätzlich wird unter Verwendung der Vertiefungsprofile der bevorzugten Ausführungsformen kein signifikanter Saugeffekt zwischen dem Wafer und dem Suszeptor erzeugt, wenn der Wafer durch einen Roboter-Endeffektor aufgenommen wird, wie eine Bernoulliplatte. Diese Verbesserung der Aufnahme reduziert eine Partikelerzeugung.
- Vorteilhaft werden die bevorzugten Strömungsvolumina und Ausströmungsbereiche ohne das Erzeugen eines harten thermischen Übergangs, wie beispielsweise eines vorstehenden Randes, in dem Suszeptor erzeugt. Daher erstreckt sich das Gitter fortgesetzt unter der gesamten Waferoberfläche, und der geringe Raum zwischen den zentralen Vorsprüngen und dem Wafer hat keine negative Auswir kung auf die thermische Wechselwirkung zwischen dem Wafer und dem Suszeptor. Tatsächlich werden Verbesserungen bei der Gleichmäßigkeit und Wiederholbarkeit der Filmabscheidung erzielt in Folge einer übereinstimmenderen Anordnung des Wafers in Bezug auf den Suszeptor, sodass die Temperatureinstellung gleichermaßen gut für zahlreiche nacheinander bearbeitete Wafer anwendbar ist. Im Gegensatz hierzu zeigten frühere Suszeptorentwürfe lokale kalte Stellen, sobald der Wafer in Berührung mit dem Vertiefungsrand glitt. Wiederholte Abscheidungstests, die auf einem Wafer durchgeführt wurden, der durch einen mit einem Gitter versehenen Suszeptor gehalten wird, gemäß den bevorzugten Ausführungsformen, zeigten eine hervorragende Reproduzierbarkeit und eine geringe Standardabweichung bei der abgeschiedenen Schichtdicke. Tabelle I zeigt die Gleichmäßigkeit der Abscheidung, die mit neuen Suszeptoren erreicht wurde.
- Darüber hinaus vermied eine bessere Kontrolle über den zentrierten Abwurf ebenfalls ein katastrophales Versagen bei der Bearbeitung. Bei Abscheidungen, die durchgeführt wurden unter Verwendung der bevorzugten Ausführungsformen, wurde kein Gleiten beobachtet; die Wafer verblieben zentriert, wie fallengelassen, und die abgeschiedenen dünnen Schichten lagen innerhalb der Kontrollgrenzen.
- Bei Experimenten, die unter Verwendung eines mit einem Gitternetz versehenen Suszeptors durchgeführt wurden, ohne Konkavität und mit dichteren Nuten, wurden andererseits inakzeptable dünne Schichten beobachtet, wie in Tabelle II angegeben. Die Wafer in Tabellen I und II wurden in derselben Art von Kammer bearbeitet und in einem ähnlichen Temperaturbereich, obgleich die Prozessrezepturen nicht identisch waren.
- Die Wafer
4 ,7 ,8 ,16 und17 wiesen radikal höhere Standardabweichungen auf und daher eine sehr viel größere Abweichung bei der Filmdicke im Vergleich zu Wafern in Tabelle I. Dies ist ein Hinweis dafür, dass ein Wafergleiten zum Kontaktieren der Schulter206 des Suszeptors200 für diese Wafer aufgetreten ist. Ein signifikanter Temperaturunterschied in Folge dieses Kontakts resultiert in variierenden Abscheideraten über den Wafer16 hinweg und daher einer ungleichmäßigen Filmdicke. - Zusätzlich reduziert die Konkavität
246 (4 ) der oberen Fläche229 des Suszeptors das Auftreten eines Verwindens des Wafers. Unter Bezug auf2 wird ein Wafer16 , wenn er anfänglich in die Kammer12 eingeführt und über dem Suszeptor200 gehalten wird, nicht proportional von unten erwärmt. Entsprechend führt die erhöhte Temperatur auf der Bodenfläche des Wafers16 zu einer größeren thermischen Ausdehnung auf der Bodenfläche und daher zu einem leichteren nach oben gerichteten Verwinden. Der Wafer weist eine Kugel- oder konkave Form mit einer Konkavität im Bereich von etwa 0,254 mm (0,010 Zoll) auf. Die Konkavität in diesem Zusammenhang bezieht sich auf die Tiefe von dem höchsten Punkt des Wafers (im Allgemeinen dem Rand) zu dem niedrigsten Punkt des Wafers (im Allgemeinen dem Zentrum). Wenn er auf einen "flachen" mit einem Gitter versehenen Suszeptor abgeworfen wird, berührt das Zentrum des Wafers16 als erstes den Suszeptor, wobei radiale Temperaturgradienten eingeführt wer den. Dies verschlimmert schnell den Verwindungseffekt, sodass die Konkavität auf etwa 8,89 mm (0,350 Zoll) durch den Kontakt zunimmt, wobei häufig der Endeffektor zerkratzt wird, bevor er weggenommen werden kann und was manchmal zu einem Brechen des Wafers führt. - Im Gegensatz dazu stellt die Suszeptorkonkavität in den bevorzugten Ausführungsformen einen Suszeptor zur Verfügung, der sich besser der Form des leicht verwundenen Wafers anpasst, sobald der Wafer abgeworfen wird, wodurch ein durchgängigerer thermischer Kontakt damit hergestellt wird. Die Waferverwindung wird auf eine Konkavität von etwa 5,08 mm (0,200 Zoll) vermindert, was nicht ausreichend ist, um die Bernoulliwand zu zerkratzen. Durch Vermeiden eines Zerkratzens der Wand und von begleitenden Partikelproblemen wurde gezeigt, dass sich der Ertrag um 30 – 40 % verbessert.
- Die
7A und7B zeigen einen Suszeptor200 , der gemäß einer anderen Ausführungsform aufgebaut ist, worin die Zentrierung verbessert ist, und eine thermische Ungleichmäßigkeit aufgrund des Berührens der Wand am Rand der Vertiefung202 vermieden wird. Die gezeigte Ausführungsform enthält ebenfalls einen mit einem Gitter versehenen Suszeptor, sodass zu denen der vorstehenden Ausführungsform ähnliche Elemente durch entsprechende Bezugszeichen in Bezug genommen werden. - Der Suszeptor
200 enthält eine zentrale mit einem Gitter versehene Vertiefung202 , auf der ein Wafer angeordnet werden kann, und eine Vielzahl von Zentrierpositionierhilfen250 oder252 am Umfang der Vertiefung202 . Die Positionierhilfen250 oder252 erstrecken sich über dem Niveau des Gitters und halten den Wafer davon ab, in Berührung mit der ringförmigen Schulter206 zu treten, die ein Kühlen am Waferrand, wie oben erwähnt, hervorriefe. Der Waferrand kann die Positionierhilfen250 oder252 berühren, sodass die Positionierhilfen250 oder252 entworfen sind, um irgendwelchen nachteiligen thermischen Einfluss, den sie haben können, zu minimieren. Die Zentrierpositionierhilfen250 nach7A steht in Kontakt mit der ringförmigen Schulter206 entlang nur der schmalsten Seite der Positionierhilfe. Das Belassen eines Raumes zwischen den Zentrierpositionierhilfen und der ringförmigen Schulter, wie in7B in der bevorzugten Anordnung gezeigt, jedoch sogar die Zentrierpositionierhilfe in Anbringung an der ringförmigen Schulter206 , wie in7A gezeigt, sind eine Verbesserung gegenüber dem Risiko eines Kontakts des Wafers mit der ringförmigen Schulter206 selbst. Die schmalen Positionierhilfen halten den Wafer von der sehr viel größeren thermischen Masse der ringförmigen Schulter206 fern, wo die Kühlungswirkung groß wäre. - Die Breite einer jeden Positionierhilfe entlang einem Umfang der Vertiefung oder entlang Oberflächen
260 ,262 in7A bzw.7B liegt bei weniger als etwa 1,50 mm. Die oberen Flächen der Positionierhilfen liegen etwa in einer Höhe mit der oberen Fläche der ringförmigen Schulter206 . In7A liegt die radiale Länge einer jeden Positionierhilfe an ihrer oberen Fläche vorzugsweise zwischen etwa 1,00 und 2,00 mm. In7B ist der äußere Rand258 einer jeden Positionierhilfe zwischen etwa 0,50 mm und 2,00 mm von dem inneren Umfang der ringförmigen Schulter206 beabstandet. - Die Positionierhilfen
250 und252 sind mit ihren inneren Rändern260 und262 entlang einem Kreis mit einem Durchmesser, der etwas größer als der Durchmesser des Wafers ist, angeordnet. Vorzugsweise gibt es zwischen 6 und 10 Positionierhilfen, bevorzugter zwischen etwa 7 und 9 Positionierhilfen und am bevorzugtesten etwa 8 Positionierhilfen, die gleichmäßig um den Rand der Vertiefung202 herum, wie in8 gezeigt, beabstandet angeordnet sind. - Das hierin beschriebene Substrat enthält Merkmale, die Verbesserungen über den Stand der Technik bewirken für zahlreiche Gestaltungsformen der Substratanordnung in Substratbearbeitungssystemen. Insbesondere wurden das eingeschlossene Strömungsvolumen in der Suszeptorvertiefung unter dem Substrat und der Ausströmungsbereich um den Umfang des Substrats herum entworfen, um die Möglichkeit eines Substratgleitens und -haftens während des Abwurfs und der Aufnahme zu reduzieren. Dies stellt sicher, dass das Substrat nahe dem Zentrum der Suszeptorvertiefung während der Bearbeitung angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform reduzieren die Zentrierpositionierhilfen um den Rand der Suszeptorvertiefung herum weiter die Möglichkeit eines Kontakts zwischen dem Substrat und dem äußeren Rand des Suszeptors. Diese Merkmale der Sus zeptorvertiefung verhindern einen Kontakt zwischen dem Rand des Substrats und der kühleren äußeren Schulter des Substrathalters, wobei sie dazu beitragen, eine Temperaturgleichmäßigkeit zu erzeugen und sicherstellen, dass die Qualität des Prozessergebnisses eine gute Wiederholbarkeit aufweist.
- Es wird von den Fachleuten geschätzt, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert wird.
Claims (24)
- Substrathalter (
200 ) enthaltend eine konkave Stützfläche (229 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche definiert ist durch Höhen (228 ) einer Vielzahl von Vorsprüngen (220 ), wobei die Vorsprünge (220 ) getrennt sind durch eine Vielzahl von sich kreuzenden Gitternuten (222 ), wobei die Stützfläche (229 ) eine Konkavität (246 ) zwischen etwa 0,130 mm und 0,500 mm aufweist, wobei die Konkavität (246 ) gemessen wird als eine Tiefe von einem Umfangsrand der Stützfläche (229 ) zu einem zentralen Punkt (240 ) innerhalb der Stützfläche (229 ). - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, weiter enthaltend eine ringförmige Schulter (206 ), die eine Vertiefung (202 ) umgibt, dimensioniert, um ein Substrat (16 ) aufzunehmen, wobei die Vertiefung (202 ) die konkave Stützfläche (229 ) enthält. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 2, bei dem die Vertiefung (202 ) und die konkave Stützfläche (229 ) dimensioniert sind, um ein 200 mm-Substrat (16 ) aufzunehmen und die Konkavität (246 ) zwischen etwa 0,130 mm und 0,250 mm, insbesondere zwischen etwa 0,170 mm und 0,220 mm liegt oder die Vertiefung (202 ) und die konkave Stützfläche (229 ) dimensioniert sind, um ein 300 mm-Substrat (16 ) aufzunehmen und die Konkavität (246 ) zwischen etwa 0,300 mm und 0,500 mm, insbesondere zwischen etwa 0,360 mm und 0,400 mm liegt. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, bei dem für ein flaches 200 mm-Substrat (16 ), gehalten auf dem Halter (200 ), dimensioniert, um das Substrat aufzunehmen, ein eingeschlossenes Gesamtströmungsvolumen (248 ), bestehend aus einem Volumen zwischen dem Substrat (16 ) und der Stützfläche (229 ) und einem Volumen innerhalb der Gitternuten (222 ) in der Stützfläche (229 ), zwischen etwa 1,3 × 10–5 m3 und 4,0 × 10–5 m3 liegt, insbesondere etwa 1,4 × 10–5 m3 und 1,6 × 10–5 m3. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 4, bei dem eine Ausströmfläche, definiert als ein Gesamtquerschnittsbereich der Gitternuten (222 ) unterhalb von und um einen Umfang des Substrats (16 ) herum zwischen etwa 2,0 × 10–4 m2 und 4,0 × 10–4 m2 liegt, insbesondere etwa 2,5 × 10–4 m2 und 3,5 × 10–4 m2. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, bei dem für ein flaches 300 mm-Substrat (16 ), gehalten auf dem Halter (200 ), dimensioniert, um das Substrat aufzunehmen, ein eingeschlossenes Gesamtströmungsvolumen (248 ), bestehend aus einem Volumen zwischen dem Substrat (16 ) und der Stützfläche (229 ) und einem Volumen innerhalb der Gitternuten (222 ) in der Stützfläche (229 ), zwischen etwa 3,0 × 10–5 m3 und 6,0 × 10–5 m3 liegt, insbesondere etwa 3,5 × 10–5 m3 und 4,5 × 10–5 m3. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 6, bei dem eine Ausströmfläche, definiert als ein Gesamtquerschnittsbereich der Gitternuten (222 ) unterhalb von und um einen Umfang des Substrats (16 ) herum, zwischen etwa 3,0 × 10–4 m2 und 6,0 × 10–4 m2 liegt, insbesondere etwa 4,0 × 10–4 m2 und 5,0 × 10–4 m2. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, bei dem für ein flaches 150 mm-Substrat (16 ), gehalten auf dem Halter (200 ), dimensioniert, um das Substrat aufzunehmen, ein eingeschlossenes Gesamtströmungsvolumen (248 ), bestehend aus einem Volumen zwischen dem Substrat (16 ) und der Stützfläche (229 ) und einem Volumen innerhalb der Gitternuten (222 ) in der Stützfläche (229 ), zwischen etwa 7,5 × 10–6 m3 und 10,0 × 10–6 m3 liegt, insbesondere etwa 8,0 × 10–6 m3 und 9,0 × 10–6 m3. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 8, bei dem eine Ausströmfläche, definiert als ein Gesamtquerschnittsbereich der Gitternuten (222 ) unter einem Umfang des Substrats (16 ) zwischen 0,1 × 10–4 m2 und 5,0 × 10–4 m2 liegt, insbesondere etwa 2,0 × 10–4 m2 und 3,0 × 10–4 m2. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 2, bei dem ein äußerer Umfang der Stützfläche (229 ) unterhalb einer oberen Fläche der ringförmigen Schulter (206 ) um einen Betrag zwischen etwa 0,245 und 0,635 mm, d. h. 0,010 und 0,025 Zoll, oder zwischen etwa 0,381 und 0,508 mm, d. h. 0,015 und 0,020 Zoll, beabstandet ist. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 2, bei dem eine ringförmige Nut (204 ) die ringförmige Schulter (206 ) von der Stützfläche (229 ) trennt. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, enthaltend Graphit mit einer Siliciumcarbidbeschichtung. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, bei dem eine Tiefe der Nuten (222 ) von den Vorsprungshöhen (228 ) aus zwischen etwa 0,35 mm und 0,55 mm beträgt, insbesondere zwischen etwa 0,40 mm und 0,45 mm. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, bei dem ein Teilungsabstand zwischen benachbarten gleichartigen Merkmalen auf der Stützfläche (229 ) zwischen etwa 1,0 mm und 1,5 mm, insbesondere zwischen etwa 1,2 mm und 1,3 mm, beträgt. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, mit zumindest einer Aufnahmenut (214 ) auf einer Bodenfläche (210 ) davon für eine Vielzahl von Armen (22 ) eines Armkreuzes. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 15, bei dem die Stützfläche (229 ) keine Durchgangsöffnungen zu der Bodenfläche (210 ) enthält. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, bei dem für einen 150 mm-Halbleiterwafer (16 ), gehalten auf dem Halter (200 ), dimensioniert, um den Wafer aufzunehmen, ein eingeschlossenes Gesamtströmungsvolumen (248 ), bestehend aus einem Volumen zwischen dem Wafer (16 ) und der Stützfläche (229 ) und einem Volumen innerhalb der Gitternuten (222 ) in der Stützfläche (220 ), größer ist als 7,5 × 10–6 m3. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 1, bei dem für ein flaches Substrat (16 ) mit einem Durchmesser, der größer oder gleich 200 mm ist, getragen auf dem Halter (200 ), dimensioniert, um das Substrat aufzunehmen, ein eingeschlossenes Gesamtströmungsvolumen (248 ), bestehend aus einem Volumen zwischen dem Substrat (16 ) und der Stützfläche (229 ) und einem Volumen innerhalb der Gitternuten (222 ) in der Stützfläche (220 ), zwischen etwa 1,3 × 10–5 m3 und 6,0 × 10–5 m3 liegt. - Substrathalter (
200 ) nach Anspruch 18, bei dem der Durchmesser des Wafers (16 ) 200 mm beträgt und der Halter dimensioniert ist, um den Wafer aufzunehmen, das eingeschlossene Gesamtströmungsvolumen (248 ) zwischen 1,3 × 10–5 m3 und 4,0 × 10–5 m3 liegt oder der Durchmesser des Substrats (16 ) 300 mm beträgt und der Halter dimensioniert ist, um das Substrat aufzunehmen, wobei das eingeschlossene Gesamtströmungsvolumen (248 ) zwischen etwa 3,0 × 10–5 m3 und 6,0 × 10–5 m3 liegt. - Verfahren zur Herstellung eines Substrathalters (
200 ), um ein Gleiten des Substrats (16 ) während des Abwerfens zu vermeiden, enthaltend: Formen einer ringförmigen Schulter (206 ) um eine vertiefte Tasche (202 ) herum in einem Material, das geeignet ist zum Absorbieren von Strahlungsenergie; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter enthält: Formen einer oberen Fläche der Tasche (202 ) als eine konkave Stützfläche (229 ) mit einer Konkavität (246 ) zwischen etwa 0,130 mm und 0,500 mm, wobei die Konkavität (246 ) als eine Tiefe von einem Umfangsrand der Tasche (202 ) zu einem zentralen Punkt (240 ) innerhalb der Tasche gemessen wird; und Schneiden von sich kreuzenden Gitternuten (222 ) in die konkave Fläche (229 ). - Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die vertiefte Tasche (
202 ) und die Stützfläche (229 ) dimensioniert sind, um ein 200 mm-Substrat (16 ) aufzunehmen und die Konkavität (246 ) zwischen etwa 0,130 mm und 0,250 mm liegt, insbesondere zwischen etwa 0,170 mm und 0,220 mm. - Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die vertiefte Tasche (
202 ) und die Stützfläche (229 ) dimensioniert sind, um ein 300 mm-Substrat (16 ) aufzunehmen und die Konkavität (246 ) zwischen etwa 0,300 mm und 0,500 mm liegt, insbesondere zwischen etwa 0,360 mm und 0,400 mm. - Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Schneiden der Gitternuten (
222 ) das Bearbeiten bis zu einer Tiefe von zwischen etwa 0,35 mm und 0,55 mm mit einem Abstand zwischen benachbarten Merkmalen zwischen etwa 1,0 mm und 1,5 mm enthält. - Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die vertiefte Tasche (
202 ) und die Stützfläche (229 ) dimensioniert sind, um ein 300 mm-Substrat (16 ) aufzunehmen und eine sich über die konkave Stützfläche (229 ) erstreckende Ebene ein Volumen (248 ) zwischen etwa 3,0 × 10–5 m3 und 6,0 × 10–5 m3 einschließt, oder die vertiefte Tasche (202 ) und die Stützfläche (229 ) dimensioniert sind, um ein 200 mm-Substrat (16 ) aufzunehmen und eine sich über die konkave Stützfläche (229 ) erstreckende Ebene ein Volumen (248 ) zwischen etwa 1,3 × 10–5 m3 und 4,0 × 10–5 m3 einschließt oder die vertiefte Tasche (202 ) und die Stützfläche (229 ) dimensioniert sind, um ein 150 mm-Substrat (16 ) aufzunehmen und eine sich über die konkave Stützfläche (229 ) erstreckende Ebene ein Volumen (248 ) zwischen etwa 7,5 × 10–6 m3 und 10,0 × 10–6 m3 einschließt.
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