DE69132982T2

DE69132982T2 - Reaktor mit Strahlungsheizung

Info

Publication number: DE69132982T2
Application number: DE69132982T
Authority: DE
Inventors: Roger N. Anderson; David K. Carlson; Thomas E. Deacon
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1990-08-16
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2011-08-15
Also published as: DE69130662T2; EP0476307B1; EP0476307A1; EP0872574A3; EP0872574B1; KR100217486B1; US5179677A; EP0872574A2; JPH04255214A; KR920005254A; JP2601957B2; DE69130662D1; DE69132982D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Heizgeräte, die in thermischen Bearbeitungsvorrichtungen nützlich sind, genauer gesagt Heizgeräte, die in der schnellen thermischen Bearbeitung von Halbleitersubstraten verwendet werden.
Die kommerzielle Herstellung von Halbleitergeräten ist in der vergangenen Zeit unter wachsenden Druck geraten, die Kosten pro Gerät zu reduzieren. Dies hat wiederum neue Maßnahmen erfordert, die Effizienz epitakialer Bearbeitungsverfahren zu erhöhen, so dass sie einen höheren Durchsatz akzeptabler Geräte bei geringeren Kosten pro Gerät liefern. Eine wichtige neue Entwicklung in dieser Beziehung ist ein kompakter Doppelkuppelreaktor, der eine erhöhte Bearbeitungsgeschwindigk Bit und einen reduzierten Verbrauch der in der epitaxialen Reaktion verwendeten Gase erreicht.
Solch eine Vorrichtung wird detailliert in der europäischen Patentanmeldung Nr. 91 102 542.7 beschrieben, die gemeinsam mit der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde. Das Reaktorsystem gemäß dieser zitierten Anmeldung ist effizient genug, um eine ökonomische Herstellung sogar eines einzigen Wafers pro Bearbeitungsschritt zu erlauben.
Die zentralen Konzepte dieses Doppelkuppelreaktorsystems können wie folgt zusammengefaßt werden: (1) Tragen des Substrats auf einem dünnen, niedergewichtigen Suszeptor zur schnellen Erhitzung und Kühlung; (2) Umschließen des Substrats und des Suszeptors in einem kompakten Gehäuse mit einem Paar transparenter Kuppeln, wobei eine jeweilige Kuppel eine Seite der Suszeptor/Substrat-Kombination bedeckt; (3) Zurverfügungstellen von Leitungen zum Ein- und Austritt von reaktiven Gasen in und aus dem Gehäuse; (4) Zurverfügungstellen eines Paars von Strahlungsheizgeräten, die eingerichtet sind, um thermische Strahlung durch eine jeweilige der transparenten Kuppeln zu werfen, um einen jeweilige Seite der Suszeptor/Substrat-Kombination gleichförmig zu erhitzen.
Während das in der obigen Doppelkuppel-Patentanmeldung beschriebene Reaktorsystem sich als sehr effizient bei der Reduzierung der Bearbeitungskosten und der Erhöhung des Durchsatzes erwiesen hat, ist in diesen Bereichen an weiteren Verbesserungen gearbeitet worden. Die Strahlungsheizgeräte, wie sie in der Doppelkuppel-Patentanmeldung gezeigt und beschrieben sind, sind von einer Art, die ein Paar konzentrischer Anordnungen von Heizlampen in einem einfachen zylindrischen Reflektorgehäuse verwenden, wobei eine Lampenanordnung nahe dem äußeren Randbereich und die andere näher zu Mitte des zylindersymmetrischen Aufbaus angeordnet ist. Die zwei Anordnungen verwenden verschiedene Typen von Lampen mit verschiedenen Strahlungsmustern wie in der Figur der oben erwähnten Doppelkuppel-Patentanmeldung gezeigt.
Eine solche Anordnung erzielt eine gute radiale Gleichförmigkeit der thermischen Strahlung von der Mitte zum Rand des Substrats, während eine Drehung des Substrats um die Achse der Zylindersymmetrie jegliche azimuthale Nichtgleichförmigkeit der Strahlung effektiv aufhebt. Jedoch wäre das Erreichen einen ähnlichen radialen Gleichförmigkeit der thermischen Strahlung ohne das Erfordernis zweier konzentrischer Anordnungen von Heizlampen aus zwei verschiedenen Typen wünschenswert, da die Kosten der Heizgeräte reduziert werden könnten.
Diese Aufgabe wird gelöst von dem Reaktor gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Die Erfindung stellte eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhitzung von Halbleitersubstratren während eines chemischen Dampfabscheidungsprozesses, inklusive epitaxialer Prozesse, zur Verfügung. Entsprechend sollte es verstanden werden, dass, wenn im Rest dieser Anmeldung auf CVD-oder epitaxiale Abscheidungsprozesse Bezug genommen wird, dies bloße primäre Beispiele aus dem Bereich thermischer Prozesse sind, auf welche die Lehren der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, die Komplexität von Heizgeräten zu verringern, wie sie zum Erhitzen eines Substrats in einem schnellen thermischen Bearbeitungsschritt oder einer CVD-Vorrichtung verwendet werden.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Heizgerät in einer Form zur Verfügung zu stellen, in welcher es das Substrat indirekt durch die Erzeugung thermischer Strahlung erhitzt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Heizgerät in einer Form zur Verfügung zu stellen, in der es eine erhöhte radiale Gleichförmigkeit der thermischen Strahlung über die Ausdehnung des Substrats erzeugt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Heizgerät in einer Form zur Verfügung zu stellen, die ökonomischer herzustellen ist, als Heizgeräte im Stand der Technik.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solches Heizgerät zur Verfügung zu stellen, das die vorigen Aspekte unter Verwendung einer einzelnen Anordnung von Heizlampen erreicht.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, als Teil eines solchen Heizgerätes einen verbesserten Reflektor zur Verfügung zu stellen, welcher eine erhöhte radiale Gleichförmigkeit der thermischen Strahlung von einer einzelnen Anordnung von Heizlampen erzeugt.
Es ist ein weiterer Aspekt dieser Erfindung, eine variable Stromversorgung zur Steuerung der Wärmeverteilung der Heizlampen zur Verfügung zu stellen.
Es ist ein weiterer Aspekt dieser Erfindung, eine variable Stromquelle zur Steuerung Wärmeverteilung der Heizlampen zu verschiedenen Zeitpunkten während der Bearbeitung zur Verfügung zu stellen.
Zu den obigen Zwecken verwendet ein Strahlungsheizgerät zum Erhitzen des Substrats in einer CVD-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl linearer röhrenförmiger Heizlampen, die in einer konzentischen radialen Anordnung um die Achse angeordnet sind, entlang derer thermische Strahlungen auf das Substrat gerichtet werden.
Einige der Lampen sind mit fokussierenden Reflektoren versehen, die bewirken, dass die thermische Strahlung auf parallelen Pfaden auf das Substrat gerichtet wird, was in einer größeren thermischen Strahlung nahe der Mitte des Substrat resultiert. Der Rest der Lampen ist mit dispersieven Reflektoren versehen, welche eine Zerstreuung der thermischen Strahlung in einem halbkugelförmigen Strahlungsmuster bewirken.
Ein peripherer Reflektor, der die Lampen und ihre zugehörigen Reflektoren am Umfang umgibt, fängt einiges der zerstreuten Strahlung ab und richtet sie zurück in ein Strahlungsmuster, welches im Randbereich des Substrats intensiver ist als in der Mitte, wobei das Strahlungsmuster der fokussierenden Reflektoren ausgeglichen wird.
Die obigen und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung zusammen mit der besten Art und Weise, die den Erfindern bekannt ist, um ihre Erfindung auszuführen, wird besser ersichtlich wenn man die folgende Beschreibung der Erfindung liest, während man die beigefügten Zeichnungen studiert, wobei die verschiedenen Figuren zeigen:
Fig. 1 ist eine seitliche Ansicht, teils in Vorderansicht und teils im Schnitt, die eine Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Ansicht von einem axialen Ende die der Heizvorrichtung aus Fig. 1 aus der Perspektive, die durch die Linien 2-2 in Fig. 1 bezeichnet ist;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die eine einzelne Heizlampe und ihren zugehörigen fokussierenden Reflektor zeigt;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine einzelne Heizlampe in Kombination mit einem planaren dispersiven Reflektor zeigt;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die eine einzelne Heizlampe in Kombination mit einem zylindrischen dispersiven Reflektor zeigt; und
Fig. 6 ist eine Ansicht von einem axialen Ende einer Heizvorrichtung mit einer Hauptstromversorgung und einer Ausgleichsstromversorgung.
In Fig. 1 wird ein Reaktorgefäß zur chemischen Dampfabscheidung (CVD) oder eine andere Vorrichtung zur schnellen thermischen Bearbeitung 1 in einer vereinfachten und auf gewisse Weise schematischen Form gezeigt. Ein Halbleitersubstrat 3 das z. B. ein dünner Wafer aus Silizium mit einem Durchmesser von 200 mm sein kann, wird von einem Suszeptor 5 getragen, der in der Bearbeitungskammer innerhalb des Reaktorgefäßes 1 angebracht ist. Der Suszeptor 5 ist z. B. aus Graphit und in der Gestalt einer dünnen Scheibe mit einem peripher versteifenden Flansch ausgebildet, so dass er eine relativ geringe thermische Masse aufweist.
Eine obere Kuppelabdeckung 7 aus einem transparent brechenden Material, wie beispielsweise Quarz umgibt die obere Oberfläche des Substrats 3 und des Suszeptors 5, während eine ähnliche untere Kuppelabdeckung 9 die untere Oberfläche davon umgibt. Randflansche 11, die in einer vereinfachten schematischen Form gezeigt sind, werden verwendet, um die Abdeckungen 7 und 9 zu verbinden, wobei eine gasdichte Verbindung ausgebildet wird.
Obwohl eine jeweilige der kuppelförmigen Abdeckungen 7 und 9 mit einem röhrenförmigen Hals, wie in der vorhergehenden Doppelkuppel-Patentanmeldung, versehen werden können, ist nur die untere Abdeckung 9 mit einem röhrenförmigen Hals 13 gezeigt, der auf der Achse 15 der Zylindersymmetrie der Vorrichtung angeordnet ist. Der Hals 13 kann mit einer Vakuumpumpe, einer Quelle eines Spülgases oder mit einer Quelle einer zur Einführung in die Vorrichtung erwünschten reaktiven gasförmigen Atmosphäre verbunden sein. Einlässe (nicht gezeigt) in den Randflanschen 11 werden, wie in der vorher erwähnten Doppelkuppel- Patentanmeldung, zur Verfügung gestellt und werden gleichermaßen benutzt, um die gasförmige Umgebung in der Vorrichtung 1 zu steuern.
Ein Trägerschaft 17 verläuft aufwärts innerhalb des Halses 13 der unteren Abdeckung 9 entlang der Achse 15, um den Suszeptor 5 und das Substrats zu tragen. Der Schaft 17 kann während der Bearbeitungsschritte durch einen Motor (nicht gezeigt) gedreht werden.
Eine Heizvorrichtung 19 ist benachbart zur oberen Abdeckung 7 zum Zwecke des Erhitzens des Substrats 3 und des Suszeptors 5 während der Bearbeitung angeordnet. Die Heizvorrichtung 19 richtet thermische Strahlung in einer im wesentlichen entlang Achse 15 ausgerichteten Richtung und erhitzt zusammen mit einer ähnlichen unteren Heizvorrichtung 21 (nur in Umrissen gezeigt) das Substrat 3 und den Suszeptor 5 auf Bearbeitungstemperaturen im Bereich von 500-1.200ºC.
In seiner einfachsten und breitesten Ausführung betrachtet besteht die Heizvorrichtung 19 aus einer ausgedehnten Anordnung beabstandeter Heizgeräte 23 und einer ausgedehnten Reflektoranordnung 25. Die Heizgeräte 23 verlaufen radial einwärts zu der Achse 1 S durch zugehörige Öffnungen in der äußeren Wand der ausgedehnten Reflektoranordnung 25. Ein jeweiliges dieser Heizgeräte 23 besteht aus einer linearen röhrenförmigen Halogen- Quarzlampe 27 mit einem Wolframfilament und einer Fassung 29, die mechanischen Halt und eine elektrische Verbindung zu der Lampe 27 zur Verfügung stellt.
Fig. 2 veranschaulicht in einer Draufsicht die radiale Anordnung von Heizlampen 23 und zeigt weiterhin, dass gemäß der vorliegenden Erfindung abwechselnd Heizlampen mit Reflektoren 31 vom fokussierenden Typ versehen sind, die mit Bezug auf Fig. 3 genauer beschrieben werden. Die restlichen Heizlampen sind mit Reflektoren vom dispersiven Typ versehen, die mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 genauer beschrieben werden. Die Reflektoren sind länglich mit einer Hauptrichtung, die entlang der Länge des Filaments der benachbarten Heizlampe verläuft, und einer Nebenrichtung, die quer zum Filament verläuft.
Die fokussierenden Reflektoren bilden eine erste Ansammlung im wesentlichen konkaver Reflektoren, die einer ersten Ansammlung von Heizlampen zugehören, um die erhitzende Strahlung im einem ersten Strahlungsmuster über die Mitte des Suszeptors zu richten. Die dispersiven Reflektoren bilden eine zweite Ansammlung im wesentlichen flacher Reflektoren, die einer zweiten Ansammlung von Heizlampen zugehören, um die erhitzende Strahlung ein einem zweiten Strahlungsmuster entlang des Randes des Suszeptors auszurichten.
Obwohl Fig. 2 sechzehn der Heizlampen 23 zeigt und weiterhin zeigt, dass jede zweite (d. h. 8 davon) mit einem fokussierenden Reflektor versehen ist, sollte dies bloß zu illustrativen Zwecken aufgefaßt werden und so verstanden werden, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung sich auf einen beliebige Zahl von Heizlampen 23 und fokussierenden Reflektoren 31 bezieht. Beispielsweise könnte die Anzahl der dispersiven Reflektoren, die die zweite Ansammlung von Reflektoren bilden, größer sein als die Anzahl der fokussierenden Reflektoren, die die erste Ansammlung von Reflektoren bilden, da der Randbereich, der von dispersiven Reflektoren versorgt wird, viel größer ist als der mittlere Bereich, der durch die fokussierenden Reflektoren versorgt wird.
In Fig. 3 ist eine einzelne Lampe 27 zusammen mit ihrem dazugehörenden fokussierenden Reflektor 31 im Querschnitt gezeigt. Wie bezeichnet ist der Reflektor 32 als ein integraler Teil der ausgedehnten Reflektoranordnung 25 z. B. durch Prozesse des Gießens, des Spannens und ähnlichem, gefolgt vom galvanischen Beschichten mit einer dünnen Goldschicht ausgebildet.
Ein jeweiliger Punkt entlang des linearen Filaments 33 der Lampe 27 erzeugt thermische Strahlung gleichförmig in alle Richtungen. Ein Teil der Strahlungen von jedem gegebenen Punkt verläuft radial innerhalb einer transversal zur Achse des Filaments verlaufenden Ebene (normal zur Zeichenebenen). Jedoch sind nur die Strahlen, die den fokussierenden Reflektor 31 treffen in Fig. 3 dargestellt. Wie aus der Figur ersichtlich, verlaufen diese Strahlen nach der Reflexion parallel zu einander und zu einer normal zur Reflektoranordnung 25 verlaufenden Achse, wie sie durch die gepunktete Linie 35 in Fig. 3 wiedergegeben ist.
Ein solches Strahlungsmuster wird erzeugt durch das Ausbilden der Oberfläche 37 des Reflektors 31, so dass sie einen parabolischen Querschnitt aufweist, und durch Anordnen des Filaments 33 entlang der fokalen Achse der Parabel. Die Strahlen werden im wesentlichen parallel zur mittleren Symmetrieebene der Parabel reflektiert, die abwärts durch die fokale Achse und im wesentlichen normal zum Suszeptor verläuft. Ein jeweiliger parabolischer Reflektor erzeugt ein Band im allgemeinen paralleler Strahlung, welches den Randbereich und den Mittelbereich des Suszeptors heizt. Ein jeweiliges Strahlungsband trägt zur Erhitzung der Mittelregion bei, was ein intensiveres Strahlungsmuster in der Mitte hervorbringt. Die Symmetrieebenen der anderen parabolischen Reflektoren verlaufen auch im wesentlichen normal zum Suszeptor und weisen einen gemeinsamen Schnitt entlang der Achse 15 auf.
Jedoch wird ein beträchtlicher Anteil der durch das Filament 33 erzeugten gesamten thermischen Strahlung nicht den Pfaden, die in der Fig. 3 gezeigt sind, folgen. Insbesondere fallen ungefähr 2/3 der Strahlung des Filaments 33 nicht auf die Oberfläche 37, da diese Oberfläche, wie gezeigt, dem Filament 33 in einem Winkel von nur ungefähr 120º gegenüberliegt. Darüber hinaus verläuft ein Teil der die Oberfläche 37 treffenden thermischen Strahlung entlang Strahlungspfaden, die nicht normal zur Achse des Filaments 33 sind. Diese Strahlung wird auch nicht gemäß Fig. 3 fokussiert.
Aus diesen Gründen ist das durch den fokussierenden Reflektor 31 erzeugte Strahlungsmuster sehr viel komplexer als in Fig. 3 gezeigt, und die genaue Fokussierung der gezeigten Strahlen entlang Pfaden, die parallel zu der Achse der Reflektoranordnung verlaufen, ist nicht von kritischer Bedeutung. Dementsprechend ist es im Interesse der Wirtschaftlichkeit praktisch, die komplexe Form einer Parabel durch die Verwendung einer Oberfläche, die durch sich schneidende Ebenen ausgebildet ist, grob anzunähern, wie durch die gepunkteten Linien 39 in Fig. 3 gezeigt. Obwohl nicht gezeigt, kann eine andere allgemeine Annäherung eines parabolischen Querschnitts auf ähnliche Weise durch die Verwendung sich schneidender Oberflächen erreicht werden, die Abschnitte von runden Zylindern sind.
Fig. 4 zeigt das durch einen planaren Typ des dispersiven Reflektors 41 erzeugte Strahlungsmuster, wobei nur djenigen Strahlen in Betracht gezogen wurden, die entlang normal zum Filament 33' verlaufender Pfade verlaufen. Wie man sehen kann, werden nur die Strahlen, die den Reflektor 41 fast normal treffen, in einer Richtung im wesentlichen zur Reflektoranordnung 25 normal reflektiert, da der Reflekor 41 keinen Konvergenz- oder Fokuseffekt aufweist.
Fig. 5 zeigt das Muster, das erzeugt wird, wenn die Bereiche der Reflektoranordnung 25 zwischen fokussierenden Reflektoren 31 als Zylinder kreisförmigen Querschnittes ausgebildet sind. Wie man sehen kann, ergeben der bestimmte Krümmungsradius und die Filamentposition, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, eine Zerstreuung der reflektierten Strahlen.
Wenn jedoch der Krümmungsradius der Oberfläche 43 in Fig. 5 erhöht werden sollte (wie durch Oberfläche 43' angedeutet), würde das Muster der reflektierten Strahlen zuerst durch eine Bedingung annähernden Parallelität durchgehen, wenn sich der parabolische Fokus relativ zur Oberfläche 43 bewegt, und sich dann zur Divergenz ändern. Der durch den dispersiven Reflektor der Fig. 5 erzeugte tatsächliche Grad der Zerstreuung wird daher vom Krümmungsradius der zylindrischen Oberfläche 43 und von der Anordnung des Filaments 33" in Bezug auf die Oberfläche 43 abhängen.
Aus den vorangehenden Erörterungen wird deutlich, dass das Strahlungsmuster einer jeweiligen Lampe und ihres zugehörigen Reflektors komplex und schwierig zu analysieren ist. Jedoch eröffnet die Verwendung zweier verschiedener Typen von Reflektoren gemäß der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit, Strahlungsmuster in einer solchen Weise, zu ändern, dass eine beträchtliche Veränderung auf einer empirischen Basis erreicht werden kann. Demgemäß ist es möglich, geeignete Reflektoranordnungen und Abmessungen auszuwählen, um die thermische Gleichförmigkeit über die Oberfläche des Substrats 3 in Fig. 1 zu optimieren.
Zurückkehrend zu Fig. 1 ist zu sagen, dass das auf dem Substrat 3 erzeugte Strahlungsmuster beträchtlich durch die Einbeziehung eines peripheren Reflektors 45 in Form eines Zylinders, dessen Achse im wesentlichen mit der Achse 15 zusammenfällt, beeinflußt ist. Der periphere Reflektor 45 ist somit angeordnet, um einen beträchtlichen Prozentsatz der Strahlen, die entlang von Pfaden, die beträchtlich von einer parallel zu Achse 15 verlaufenden Richtung abweichen, abzufangen und einen großen Prozentsatz dieser Strahlen auf das Substrat 3 zurückzurichten. Auch der innere Reflektor 46 fängt abweichende Strahlen ab und richtet sie zurück.
Der periphere Reflektor 45 erhöht weiterhin die Komplexität der Analyse des auf dem Substrat 3 erzeugen Strahlungsmusters, aber empirische Ergebnisse zeigen das Folgende:
(1) Das durch die fokussierenden Reflektoren 31 erzeugte Strahlungsmuster ist im Mittelbereich des Substrats 3 höher als im Randbereich davon. Die ist in Übereinstimmung mit der Tatsache, dass ein wesentlicher Prozentsatz der Strahlung von den fokussierenden Reflektoren auf das Substrat gestrahlt wird.
(2) Das durch die dispersiven Reflektoren, wie etwa dem planaren Reflektor 41 aus Fig. 4 und dem zirkular-zylindrischen Reflektor 43 aus Fig. 5, erzeugte Strahlungsmuster ist im Randbereich des Substrats 3 größer als im Mittelbereich davon. Dies ist in Übereinstimmung mit dem größeren Prozentsatz von Strahlen, die von einer Richtung parallel zur Achse 15 in Fig. 1 divergieren. Viele dieser Strahlen treffen auf den peripheren Reflektor 45 und werden in ein Muster hoher Strahlungsdichte im Randbereich des Substrats 3 reflektiert.

Variable Stromquelle (Fig. 2)

Elektrische Stromversorgungen stellen elektrischen Strom zur Energieversorgung der Heizlampen zur Verfügung, um die erhöhte Temperatur des Suszeptors und des Wafers auszubilden. Vorzugsweise sind die Stromversorgungen einstellbar, um den Lampenstrom zu variieren und die Intensität der Heizstrahlung von den Lampen zu steuern und die Wärmeverteilung zwischen dem Heizmuster in der Mitte und dem Heizmuster am Rand auszugleichen.
Die erste oder Mittelstromversorgung 47 steuert den Energieversorgungsstrom zur ersten Ansammlung von Lampen, d. h. den Lampen mit im wesentlichen konkaven fokussierenden Reflektoren. Ändern des Strom der Mittelstromversorgung ändert die Heizstrahlung, die auf die Mitte des Suszeptors entlang des ersten Heizmusters gerichtet ist. Die zweite oder Randstromversorgung 49 steuert den Energieversorgungsstrom zur zweiten Ansammlung von Lampen, d. h. den Lampen mit den im wesentlichen flachen dispersiven Reflektoren. Ändern des Strom von der Randstromversorgung ändert die Heizstrahlung, die entlang des Randes des Suszeptors entlang des zweiten Heizmusters gerichtet ist.
Die Stromversorgungen können jeder geeignete einstellbare Schaltkreis sein, wie etwa ein phasenwinkel-aktiviertes SCR. Die Heizlampen können eine niedrigere Betriebsspannung als die Stromversorgungsspannung aufweisen und können in Serie geschaltet sein, um Ketten auszubilden, die über die Stromversorgungen verschaltet sind. Beispielsweise kann eine 480 Volt Versorgung vier 120 Volt - 16 Ampere-Lampen aufweisen, die eine einzelne Kette bilden, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 gezeigt ist. Diese Kettenanordnung erlaubt einer Stromversorgung mit höherer Spannung eine Last mit niedrigerem Strom zu betreiben.

Hauptausgleichsstromversorgungen (Fig. 6)

Die Lampenlast der variablen Stromversorgungen braucht nicht auf Basis eines strikten Mittenmusters oder Randmusters zugewiesen sein. Die Hauptstromversorgung 61 (siehe Fig. 6) versorgt die drei Hauptketten 63a und 63b und 63c, die in Reihe geschaltete Lampen aus sowohl der Mittenlampenanordnung und der Randlampenansammlung aufweisen, mit Strom. Die Ausgleichsstromversorgung 65 stellt jedoch Strom zur Verfügung, um die Kette 76 auszugleichen, die nur Lampen aus der Mittenlampenansammlung aufweist.
Der Strom von der Hauptstromversorgung 61 wird verstärkt (oder vermindert), um die Betriebstemperatur des Suszeptors durch Erhöhung (oder Verminderung) des Lampenstroms durch die Hauptkettenlampen zu erhöhen (oder zu erniedrigen). Einstellen der Hauptstromversorgung beeinflußt sowohl das Mittenheizmuster und das Randheizmuster, da die Hauptkettenlampen sowohl Lampen von der Mittenansammlung mit konkaven gemeinsamen Reflektoren sowie Lampen von der Randansammlung mit planaren dispersiven Reflektoren umfaßt.
Die Ausgleichsstromversorgung 65 ist eingestellt, um die Wärmestrahlung zwischen den beiden Heizmustern durch Änderung der entlang des Mittenheizmusters auf die Mitte des Suszeptors gerichtete Wärme auszugleichen. Alle Heizlampen in der Ausgleichskette 67 sind aus der Mittenansammlung. Durch Einstellung lediglich der Ausgleichsstromversofgung kann 65 die Mittenwärme kann getrennt von der Randwärme erhöht oder erniedrigt werden,.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch die Ausgestaltung der Reflektoranordnung 25, in dem sie sowohl fokussierende wie dispersieve Reflektoren zusammen mit einem peripheren Reflektor beinhaltet eine wesentliche Verbesserung in der Gleichförmigkeit thermischer Strahlung und eine zugehörige Verbesserung in der Temperaturgleichförmigkeit von der Mitte zum Rand des Substrats 3 erreicht werden,. Die Verbesserung wird durch Ausgleich der Mittenverschiebung der fokussierenden Reflektoren mit der peripheren Randerschiebung der dispersiven Reflektoren erzeugt. Auf diese Weise werden Temperaturvariationen über die Ausdehnung des Substrats 3 auf 2-4ºC reduziert. Darüber hinaus werden diese Ergebnisse unter Verwendung nur einer einzelnen peripheren Anordnung von Heizlampen eines einzelnen Typs erreicht, was zu Herstellungskosten führt, die niedriger sind als für vorbekannten Heizanordnungen.

Claims

1. Reaktor (1) zur Bearbeitung von Halbleiterwafern bei erhöhten Temperaturen, mit

Reaktorbehältermittel (7, 9, 11), welche eine Bearbeitungskammer für die Wafer (3) bildet;

Trägermittel (5), das in der Kammer angebracht ist, um die Wafer (3) während der Bearbeitung zu tragen;

ersten sich radial erstreckenden Heizmitteln (27) im allgemeinen aufgereiht in einem Kreis um eine Strahlungsachse (15), um Heizstrahlung zur Verfügung zu stellen, um die Temperatur des Trägermittels (5) und des darauf getragenen Wafers (3) zu erhöhen;

ersten fokussierenden Reflektionsmitteln (31) zugehörig zu den ersten sich radial erstreckenden Heizmitteln (27), um die Heizstrahlungrn von den ersten sich radial erstreckenden Heizmitteln (27) in einem ersten Heizschema über das Trägermittel (5) und den Wafer (3) zu führen;

zweiten sich radial erstreckenden Heizmitteln (27) im allgemeinen aufgereiht in einem Kreis um eine Strahlungsachse (15), um Heizstrahlungen zur Verfügung zu stellen, um die Temperatur des Trägermittels (S) und des darauf getragenen Wafers (3) zu erhöhen;

zweiten dispersiven Reflektionsmitteln (41, 43, 43') zugehörig zu den zweiten sich radial erstreckenden Heizmitteln (27), um die Heizstrahlungen von den zweiten sich radial erstreckenden Heizmitteln (27) in einem zweiten Heizschema über das Trägermittel (S) und den Wafer (3) zu führen; und

variablen Energieversorgungsmitteln (47, 49, 61, 63a, 63b, 63c, 65), um die ersten und zweiten Heizmittel zu steuern, um die erhöhten Temperatur des Trägermittels (5) und Wafers (3) einzurichten und die Heizbalance zwischen dem ersten Heizschema und dem zweiten Heizschema zu bedingen.

2. Reaktor nach Anspruch 1, wobei das erste Reflektionsmittel eine erste Ansammlung von im allgemeinen konkaven Reflektoren (31) ist, einer benachbart zu jedem Heizelement (27) in der ersten Ansammlung von Heizelementen, und das erste Heizschema in der zentralen Region des Trägermittels (5) intensiver ist.

3. Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Reflektoren (31) in der ersten Ansammlung von Reflektoren verlängert sind, mit einer Hauptachse und eine Nebenachse mit einer zentralen Symmetrieebene dadurch entlang der Hauptachse und sich im allgemeinen senkrecht zu den Trägermitteln (5) erstreckend.

4. Reaktor nach Anspruch 3, wobei die Symmetrieebenen der Reflektoren (31) in der ersten Ansammlung von Reflektoren sich in einer gemeinsamen Schnittlinie annähernd im Zentrum des Trägermittels (5) kreuzen.

5. Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei jeder Reflektor (31) in der ersten Ansammlung von Reflektoren durch eine parabolische Fläche deren fokale Achse im allgemeinen mit der Leuchtfadenachse der dazu benachbarten Lampe zusammenfällt, geformt ist, zum Fokussieren der Heizstrahlungen der Lampe in ein Heizstrahlenband parallel zur der zentralen Symmetrieebene des parabolischen Reflektors und im allgemeinen normal zum Trägermittel (5).

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Reflektor in der ersten Ansammlung von Reflektoren durch einen Abschnitt aus einer zylindrischen Fläche geformt ist.

7. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Reflektor in der ersten Ansammlung von Reflektoren durch zwei flache Abschnitte (39) geformt ist.

8. Reaktor nach einem der vorangegangene Ansprüche, wobei das zweite Heizmittel eine zweite Ansammlung von Heizelementen (27) ist und das zweite Reflektionsmittel eine zweite Ansammlung von im allgemeinen dispersiven Reflektoren (41, 43, 43') einer benachbart zu jedem Heizelement in der zweiten Ansammlung von Heizelementen, und das zweite Heizschema ungefähr in der Randregion des Trägermittels (5) intensiver ist.

9. Reaktor nach Anspruch 8, wobei jeder Reflektor in der zweiten Ansammlung von Reflektoren durch einen flachen Abschnitt (41) geformt ist.

10. Reaktor nach eine der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit einem dritten Reflektionsmittel (45) sich um die Peripherie der Bearbeitungskammer erstreckend zum Umlenken von Heizstrahlungen der ersten Ansammlung von Heizelementen zum Zentrum des Trägermittels (5) als Teil des ersten Heizschemas, und zum Umlenken von Heizstrahlungen der zweiten Ansammlung von. Heizelementen zum Rand des Trägermittels als Teil des zweiten Heizschemas.

11. Reaktor nach Anspruch 10, wobei das dritte Reflektionsmittel ein Zylinder (45) ist.

12. Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das variable Energieversorgungsmittel ferner einen erstes Energieversorgungsmittel (47) zur Energieversorgung der ersten Ansammlung von Heizelementen und ein zweites Energieversorgungsmittel (49) zur Energieversorgung der zweiten Ansammlung von Heizelementen (27) hat.

13. Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Heizelemente (27) mit den Energieversorgungsmitteln (61, 65) in Reihen (62a, 63b, 63c) von mehreren Heizelementen (27) verbunden sind.

14. Reaktor nach Anspruch 13, wobei jede Reihe von mehreren Heizelementen vier Heizelemente hat.

15. Der Reaktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das variable Energieversorgungsmittel ferner eine Hauptenergieversorgungsmittel (61) zur Energieversorgung der meisten Heizelemente der ersten und zweiten Ansammlung von Heizelementen und ein Ausgleichsenergieversorgungsmittel (65, 67) zur Energieversorgung von einigen der Heizelemente (27) beinhaltet.

16. Reaktor nach Anspruch 15, wobei das Ausgleichsenergieversorgungsmittel (65, 67) einige der Heizelemente in der ersten Ansammlung von Heizelementen mit Energie versorgt.

17. Reaktor nach einem der vorangegangene Ansprüche, wobei:

die erste Ansammlung von Heizelementen ferner obere Heizelemente über dem Trägermittel und untere Heizelemente unter dem Trägermittel beinhaltet; und

die zweite Ansammlung von Heizelementen ferner obere Heizelemente über dem Trägermittel und untere Heizelemente unter dem Trägermittel beinhaltet