DE69524841T2 - Reaktoren zum Behandeln von Substraten - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) auf Halbleiterwafern, und insbesondere auf eine Abschirmung für den oberen Rand eines Suszeptors, um darauf eine Abscheidung zu verhindern.
- Während der Ausbildung eines IC-Aufbaus werden verschiedene Materialschichten auf einem Halbleiterwafer abgeschieden. Eines der Verfahren, die üblicherweise verwendet werden, um dies zu erreichen, ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
- Ein typischer Reaktor, wie er für die CVD-Behandlung eines Halbleiterwafers verwendet wird, ist in Fig. 1 gezeigt und in dem US-Patent 5,304,248 beschrieben, dessen Offenbarung hier als Referenz eingeschlossen ist. Bei diesem CVD-Reaktor wird ein Wafer 10 auf einem kreisförmigen Suszeptor 11 unter einem Gaseinlass oder einem Duschkopf 12 gehalten. Behandlungs-/Abscheidungsgas, das Moleküle mit einem metallischen Kation, wie Wolfram, enthält, tritt in die CVD-Kammer durch den Duschkopf 12 ein und reagiert angrenzend an den Wafer derart, dass ein Metall auf der Fläche oder Oberseite des Wafers 10 abgeschieden wird.
- Über den Rand des Wafers 10 hängt ein Abschirmring 13 und wird von ihm gehalten. Der Abschirmring 13 bildet eine Ausschließungszone, die gewöhnlich 1,5 bis 2,0 mm breit ist, um den Umfang des Wafers herum, auf der keine Abschirmung erfolgt. Der Zweck zur Schaffung dieser Zone besteht darin, aus dieser Zone, dem Rand und der Rückseite des Wafers abgeschiedenes Material auszuschließen und dadurch die Erzeugung unerwünschter Teilchen in der Kammer zu reduzieren. Dies ist dort insbesondere von Bedeutung, wo das abgeschiedene Material an diesen Bereichen nicht haftet.
- Ein gutes Beispiel ist die Abscheidung von Wolfram. Wolfram haftet nicht leicht an bestimmten Oberflächen, und bevor es über einem Siliziumoxid auf einem Halbleiterwafer abgeschieden wird, müssen die Oxidflächen für das abzuscheidende Wolfram vorbehandelt werden, damit es richtig an den Flächen haftet (beispielsweise durch Abscheidung von Titan- Wolfram (TiW) oder von Titannitrid (TiN)). Gewöhnlich wurden jedoch der Rand und die Rückseite der Waferflächen nicht vorbehandelt, so dass abgeschiedenes Wolfram nicht richtig haften und zum Abflocken in Form von Teilchen neigen würde.
- Die Ausschließungszone bildet ferner eine "Puffer"-Zone, die, wenn sie von der Waferhandhabungsvorrichtung kontaktiert wird, nicht leicht abblättert oder abflockt, wie es eine vollständig oder nicht in geeigneter Weise behandelte Fläche tun würde. Ein solches Abblättern oder Abflocken kann ebenfalls zu einer unerwünschten Teilchenerzeugung führen.
- Wie ebenfalls aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist ein Pumpring 14 an einer tragenden Lippe oder Schulter 15 innerhalb der Kammer positioniert und hat einen solchen Innendurchmesser, dass ein Ringspalt zwischen dem Ring 14 und dem äußeren Rand des Suszeptors 11 gebildet wird. Während der Behandlung wird ein nicht-reaktives Spülgas mit einem Druck, der nicht größer als der Druck des abgeschiedenen Gases ist, in die Kammer von einer Position unter dem Suszeptor aus eingeführt. Dieses Spülgas strömt von unterhalb des Suszeptors 11 durch den Ringspalt zu dem Bereich darüber. Der Zweck des Spülgasstroms besteht darin, einen Durchgang von Abscheidungsgas in den Bereich unter den Suszeptor zu unterbinden und dadurch dazu beizutragen, eine unerwünschte Abscheidung auf Oberflächen der Reaktorbauteile zu verhindern, die sich in diesem Bereich befinden. Der Abschirmring 13, wie er in dieser Figur gezeigt ist, liegt sowohl auf dem Suszeptor 11 als auch auf dem Pumpring 14 auf. Dadurch blockiert er teilweise den Ringspalt, der zwischen dem Suszeptor und dem Pumpring gebildet wird, und steuert dadurch weiterhin den Spülgasstrom von unten her bis unterhalb des Suszeptors.
- Das Problem bei der in dieser Figur gezeigten Vorrichtung besteht darin, dass sie nicht bei Einsätzen verwendet werden kann, bei denen die Abscheidung über der gesamten Oberfläche des Wafers erfolgen soll. Aufgrund des Wie ein Wafer in Behandlungsreaktoren erwärmt wird, ist dies auch der Fall, wenn der Abschirmring entfernt wird. Die Abscheidung wird u. a. durch die Temperatur des Wafers bewirkt. Gewöhnlich wird der Suszeptor beispielsweise mittels Heizlampen erhitzt. Der erhitzte Suszeptor erhitzt dann den Wafer durch Leitung.
- In jedem erhitzten Suszeptor stellt sich an den Rändern eine bestimmte Wärmeverlustgröße ein, die in einem Temperaturabfall zu den Rändern des Suszeptors hin resultiert, wobei seine Umfangsbereiche kälter als sein Zentralbereich sind. Wenn der Wafer durch Leitung erwärmt wird, erwärmt der oben beschriebene Suszeptor, der annähernd den gleichen Durchmesser wie der Wafer hat, den Wafer an den Rändern weniger als in der Mitte. Dies wiederum führt zu einer nicht-gleichförmigen und weniger einfach gesteuerten Abscheidung über den gesamten Wafer.
- Ein bloßes Vergrößern des Suszeptors löst das Problem nicht. Ein vergrößerter Suszeptor würde Flächenbereiche haben, die der Abscheidung ausgesetzt sind. Eine solche Abscheidung muss vor Beginn des nächsten Prozesszyklus mittels eines Reinigungsprozesses entfernt werden, was gewöhnlich durch Plasmaätzen bewirkt wird. Eine Plasmaätzung ist an Quarz- und Aluminiumdioxidbauteilen oder an Oberflächen in der Kammer besonders wirksam, nicht jedoch, wenn der Suszeptor aus eloxiertem Aluminium besteht. Dieses Material ist gegen die Plasmaätzung nicht so widerstandfähig und würde schnell verschwinden. Dementsprechend wäre jegliche Abscheidung auf dem Suszeptor, die durch Plasmaätzung entfernt werden müsste, äußerst nachteilig.
- Es besteht deshalb das Bedürfnis für eine Behandlungsvorrichtung, die die Behandlung der gesamten Waferoberfläche erlaubt und die gleichzeitig Wafer gleichmäßig erhitzt. Zusätzlich sollte die Vorrichtung vorzugsweise die Rand- und rückseitige Abscheidung auf dem Wafer aus den oben erwähnten Gründen auf ein Minimum reduzieren.
- Diese Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Behandeln einer freiliegenden Fläche eines Substrats bereit, die ein Gehäuse, das eine Substratbehandlungskammer bildet, einen Suszeptor, der in der Kammer angeordnet ist und in seiner oberen Fläche einen Bereich für die Aufnahme und das Abstützen des Substrats hat, eine den Suszeptor umgebende Abschirmung, die einen Körper und ein über einen ringförmigen Umfangsabschnitt des Suszeptors hängendes Dach aufweist, wobei der Körper eine Innenfläche hat, die für die Aufnahme des Suszeptors in ihm bemessen ist, und wobei das Dach eine Öffnung hat, die über der oberen Fläche des Suszeptors liegt, und eine Suszeptor-Hubeinrichtung zum Bewegen des Suszeptors bezüglich der Abschirmung aufweist, wobei der Bereich der oberen Fläche des Suszeptors für die Aufnahme des Substrats eine Tasche mit einem Boden und insgesamt hochstehenden Seiten sowie eine Nut im Boden der Tasche an ihrem Umfang aufweist und die Tasche für die Aufnahme des Substrats in ihr bemessen ist, die Öffnung in dem Dach der Abschirmung einen Durchmesser hat, der größer ist als die Tasche des Suszeptors für die Aufnahme des Substrats, und das Anheben des Suszeptors bezüglich der Abschirmung den ringförmigen Umfangsabschnitt des Suszeptors außerhalb der Tasche mit dem überhängenden Dach der Abschirmung in Eingriff bringt.
- Die Nut in dem Umfang des Bodens der Tasche wirkt sowohl als "Wärmedrossel" zur Verbesserung der Gleichförmigkeit der Temperatur in dem Abschnitt des Suszeptors direkt unter dem Wafer als auch als Aufnahme für einen Abscheidungsaufbau am Rand des Wafers.
- Das Dach kann eine Innenfläche haben, die sich nach unten zu der Öffnung hin neigt und einen inneren spitzen Winkel bezüglich der freiliegenden Fläche des Wafers bildet.
- Erfindungsgemäß hat ein Reaktor zur Behandlung eines Wafers durch chemische Gasphasenabscheidung mit einem einzigen Substrat eine Kammer, die einen Wafer-abstützenden Suszeptor und einen Duschkopf für das Einführen von Behandlungsgas in die Kammer zur Oberseite des Wafers aufweist. Der Suszeptor hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Wafers. Während der Behandlung liegt das Dach der Abschirmung auf einem wesentlichen Teil des Suszeptors, der über den äußeren Umfang des Wafers vorsteht, und deckt ihn ab. Dies verhindert eine nachteilige Abscheidung auf dem Suszeptor.
- Um die Abschirmung und den Suszeptor bezüglich einander zu zentrieren, kann die Abschirmung eine Vielzahl von Zentriervorsprüngen haben, von denen wenigstens einige an dem Suszeptor angreifen, wenn er sich nach oben bewegt, um die Abschirmung von ihren Trägern in der Kammer abzuheben.
- Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
- Fig. 1 eine schematische Schnittansicht ist, die den Stand der Technik veranschaulicht,
- Fig. 2 eine ähnliche Schnittansicht ist, die den Reaktor nach der Erfindung zeigt,
- Fig. 3 eine Schnittansicht einer Einzelheit der Zwischenfläche zwischen dem Abschirmring und dem Suszeptor zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist, und
- Fig. 4 eine Einzelheit des Abschirmrings im Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3 ist. Die Erfindung wird insgesamt unter Bezug auf Fig. 2 erläutert, die eine schematische Schnittansicht durch einen typischen CVD-Reaktor zur Behandlung eines einzelnen Halbleiterwafers ist. Wie gezeigt, hat der Reaktor 20 ein Gehäuse 22, welches eine Behandlungskammer 24 bildet, innerhalb der ein Suszeptor 26 angeordnet ist. Der Suszeptor 26 teilt die Kammer in einen oberen Abschnitt 24a und einen unteren Abschnitt 24b. Der Suszeptor trägt an seiner oberen Fläche einen Halbleiterwafer 28 unterhalb eines Duschkopfs 30, der eine planare Anordnung von in geringem Abstand angeordneten Öffnungen aufweist, durch die Metallatome enthaltendes Gas in die Kammer 24 zum Abscheiden auf dem Wafer 28 eingedüst werden kann. Der Suszeptor 26 ist außerdem um eine zentrale Achse 31, die senkrecht zur Hauptebene des Wafers 28 ist, unter der Wirkung eines Hubmechanismus 32 vertikal längs bewegbar und um diese Achse drehbar. Während der Waferbehandlung werden der Suszeptor und der Kammerinnenraum durch Strahlungsenergiequellen, wie Heizlampen 34, die unter dem Gehäuse 22 angeordnet sind, oder alternativ durch eine Widerstandsheizung in dem Suszeptor 26 erhitzt. Um die Strahlungsheizung zu erleichtern, besteht die untere Wand 36 des Gehäuses 22 aus einem Material, wie Quarz, das für Strahlungsenergie aus den Heizlampen 34 durchlässig ist. Der erhitzte Suszeptor 26 erhitzt seinerseits den Wafer 28 wenigstens teilweise durch Leitung.
- Wie in dieser Figur gezeigt ist, hat der Suszeptor weiterhin einen größeren Durchmesser als der Wafer. Gewöhnlich hat für einen Wafer von 150 mm der Suszeptor einen Durchmesser von 6,394 Zoll (163 mm), so dass ein Steg verbleibt, der über den äußeren Umfang des Wafers vorsteht. Um den äußeren Umfang des Suszeptor 26 herum ist ein Abschirmring 40 angeordnet. Wenn der Reaktor nicht arbeitet, liegt der Abschirmring 40 auf einer Pumpplatte 42. Die Pumpplatte 42 ist ihrerseits an der Außenwand der Kammer 24 auf herkömmliche Weise an einer Stelle befestigt, die sich etwa 1 Zoll (25,4 mm) unter dem Duschkopf 30 befindet. Während der Abscheidung von Metall oder eines anderen Materials auf dem Wafer ist jedoch der Abschirmring 40 von der Pumpplatte 42 durch den Suszeptor 26 abgehoben und wird durch den Umfangsstegabschnitt des Suszeptors 26 getragen.
- Diese Figur zeigt auch, dass das Gehäuse 22 einen Spülgaseinlass 38 aufweist, durch den Spülgas in den unteren Teil 24b der Kammer injiziert wird.
- Der Suszeptor 26 und der Abschirmring 40 sind als Einzelheit in Fig. 3 dargestellt, die eine vergrößerte Schnittansicht dieser Bauteile zeigt. Hier ist anzumerken, dass die spezifischen Abmessungen, die nachstehend unter Bezug auf diese Figur angegeben werden, in ihrer Art eine Veranschaulichung sind und deshalb nicht als das Konzept der Erfindung beschränkend anzusehen sind.
- Aus dieser Figur ist zu sehen, dass der Suszeptor 26 eine in ihm ausgebildete ausgesparte Tasche 43 hat. Diese Tasche ist für die Aufnahme des Wafers 28 bemessen und so dimensioniert, dass sie einen etwas größeren Durchmesser hat und etwas tiefer ist als der Durchmesser bzw. die Dicke des Wafers. Beispielsweise kann für einen Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm die Tasche einen Innendurchmesser von 5,995 Zoll bis 6,0 Zoll (152,27 bis 152,40 mm) haben. Gewöhnlich ist ein solcher 150-mm-Wafer 0,028 Zoll bis 0,034 Zoll (0,711 bis 0,864 mm) dick. In diesem Fall wäre die entsprechende Tasche 0,035 Zoll bis 0,040 Zoll (0,889 bis 1,016 mm) tief.
- Am Umfangsrand der Tasche 43 ist eine Nut 44 mit halbkreisförmigem Querschnitt in ihren Boden geschnitten. Diese Nut ist am Umfang etwa 0,035 Zoll bis 0,040 Zoll (0,889 bis 1,016 mm) an der Oberseite breit und hat einen Radius von etwa 0,018 bis 0,020 Zoll (0,457 bis 0,508 mm). Vorzugsweise erstreckt sich die Nut 44 radial nach innen zum Außendurchmesser des Wafers und, wenn möglich, bis unter die Wafer-Randabschrägung 45.
- Die Nut 44 hat zwei Funktionen. Erstens wirkt sie als thermische "Drossel", da sie den Querschnitt des Suszeptors 26 am Umfang des Wafers reduziert. Man weiß, dass die Wärmeleitung in einem Materialkörper, wie dem Suszeptor 26, einen Bezug zu dem Querschnitt des den Körper bildenden Materials hat. Wenn die Querschnittsfläche des Materials abnimmt, gilt dies auch für seine Fähigkeit zur Übertragung von thermischer Energie (Wärme) über eine solche Zone verringerter Querschnittsfläche. Wie vorstehend beschrieben, erhitzt der Suszeptor 26 den Wafer 28 durch Leitung wenigstens innerhalb des Suszeptors selbst. Bei CVD-Einsätzen wird insgesamt bevorzugt, dass der Wafer 28 gleichförmig über seine gesamte Fläche erhitzt wird. Um dies am besten zu erreichen, sollte der Teil des Suszeptors 26, der sich direkt unter dem Wafer 28 befindet, eine gleichförmige Temperatur haben. Dies wird von der Nut 44 dadurch unterstützt, dass sie die Querschnittsfläche des Suszeptors am Umfang des Wafers verringert und dadurch als thermische Drossel wirkt. Wenn der thermische Drosseleffekt der Nut 44 nicht vorhanden wäre, würde die Temperatur des Suszeptors 26, die sonst natürlich zu seinem Außenumfang hin abfallen würde, sich von innerhalb des Teils des Suszeptors 26 unterhalb des Wafers 28 aus verringern.
- Die Nut wirkt zweitens, wie nachstehend beschrieben, dahingehend, dass sie die Abscheidung aufnimmt, die sich sonst am Rand des Wafers aufbauen würde. Ein Aufbau einer solchen Abscheidung würde den Wafer schädlicherweise von der Suszeptorfläche abheben, was zu einer unerwünschten Rückseitenabscheidung führen und möglicherweise das Erhitzen des Wafers durch Leitung vom Suszeptor beeinträchtigen würde.
- Der Abschirmring 40 ist gewöhnlich 0,2 Zoll (5,08 mm) dick quer über seinen dicksten Abschnitt. Beim Einsatz mit Wafern von 150 mm Durchmesser ist der Innendurchmesser des Rings 40 etwas größer als 150 mm, und der maximale Außendurchmesser des Rings 40 beträgt etwa 7,808 Zoll (195,2 mm). Der Ring 40 hat längs seines Außenrands eine erste Abstufung 46, die an seiner Unterseite ausgebildet ist. Diese erste Abstufung, die gewöhnlich 0,064 Zoll (1,63 mm) dick und etwa 0,621 Zoll (15,78 mm) breit ist, ist so geformt, dass sie mit einer komplementär geformten Abstufung zusammenwirkt, die in der Oberseite der Pumpplatte 42 ausgebildet ist.
- Am Innenrand des Abschirmrings 40 ist in seiner Unterseite eine zweite Abstufung zur Bildung eines Dachs 48 vorgesehen, das über dem Suszeptor hängt. Der überhängende Dachabschnitt ist etwa 0,62 Zoll (15,75 mm) breit und 0,035 Zoll (0,89 mm) an seinem dicksten Abschnitt 50 dick, also an dem Teil des Dachs 48, der der zentralen Achse 31 am nächsten liegt. Während der Behandlung greift dieser dickste Abschnitt des Dachs 48 an dem Suszeptor 26 auf einer Kontaktlinie 52 an. Das Dach 48 verjüngt sich bei etwa 0º 3, 3 Minuten vom Suszeptor 26 weg und wird weiter weg von der zentralen Achse 31 im Querschnitt dünner. Diese Anordnung gewährleistet, dass der Abschirmring 40 den Suszeptor 26 an der Kontaktlinie 52 so nahe wie möglich am Wafer kontaktiert und dadurch eine Abscheidung auf der Oberseite des Suszeptors 26 auf ein Minimum reduziert. Um eine Abscheidung an der Oberseite des Suszeptors 26 weiter zu verringern, neigt sich der Innenrand 54 des Dachs 48 von der Kontaktlinie 52 nach innen und nach oben mit einem Winkel von etwa 5º aus der Vertikalen. Dies erzeugt einen "Schatten" an dem Suszeptor 26, der die Abscheidung auf allen freiliegenden Teilen der Oberseite des Suszeptors 26 verringert. Er reduziert auch die Abscheidungsmenge in der Nut 44, die am Rand der Tasche 43 ausgebildet ist.
- Schließlich zeigt diese Figur, dass die Innenfläche 56 des Hauptkörpers des Abschirmrings 40 nach unten und nach außen geneigt ist. In der Praxis hat diese Neigung einen Winkel von etwa 30º. Diese geneigte Innenfläche 56 ist insgesamt parallel zu einer geneigten Außenfläche des Suszeptors 26 und dient dazu, die Zentrierung des Suszeptors in dem Abschirmring 40 zu unterstützen, wenn der Suszeptor 26 während der Behandlungszyklen nach oben und unten bewegt wird.
- Um außerdem zu gewährleisten, dass der Suszeptor 26 und der Abschirmring 40 zueinander geeignet zentriert sind, hat der Abschirmring 40 sechs Vorsprünge 60, von denen einer in einer geschnittenen Draufsicht in Fig. 4 gezeigt ist. Diese sechs Vorsprünge 60 haben einen gleichen Abstand um die Innenfläche 56 des Abschirmrings 40 herum und erstrecken sich insgesamt vertikal nach oben längs der gesamten geneigten Innenfläche 56 des Abschirmrings 40. Gewöhnlich haben diese Vorsprünge eine Querschnittsbreite von 0,09 Zoll (2,286 mm) und stehen 0,10 Zoll (0,25 mm) zur Mitte des Wafers von der geneigten Fläche 56 vor. Es hat sich gezeigt, dass, wenn sich der Suszeptor 26 nach oben in Eingriff mit dem Abschirmring 40 bewegt, wenigstens drei dieser Vorsprünge 60 mit der geneigten Außenfläche 56 des Suszeptors Kontakt herstellen. Das hat zwei Vorteile. Erstens bilden die Vorsprünge 56 Kontaktpunkte, welche den "Wärmesenken"-Effekt des Abschirmrings 40 wesentlich verringern, indem sie die Kontaktfläche wesentlich reduzieren, die für einen Wärmeübergang durch Leitung zwischen dem Suszeptor 26 und dem Abschirmring 40 verfügbar ist. Diese wesentlich verringerte Kontaktfläche reduziert auch die Möglichkeit eines Klebens zwischen dem Abschirmring und dem Suszeptor 26. Zweitens dienen diese Vorsprünge 56, wie oben angegeben, zur Zentrierung der Abschirmung 40 und des Suszeptors 26 bezüglich einander. Diese Vorsprünge 56 erhöhen die Bearbeitungstoleranzen und sorgen auf einem Minimum für einen stabilen Dreipunktkontakt zwischen dem Suszeptor 26 und dem Abschirmring 40.
- Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 arbeitet der oben beschriebene Reaktor 20 wie folgt. Für den Beginn der Behandlung bewegt sich der Suszeptor 26 nach unten unter der Wirkung der Hubeinwirkung 32 in den unteren Teil 24b der Kammer 20. In die Kammer wird ein Wafer 28 eingeführt und auf den Suszeptor 26 durch einen herkömmlichen Robotarm und Stifte (nicht gezeigt) platziert. Der Suszeptor 26 bewegt sich dann zurück nach oben zur Herstellung eines Kontakts mit dem Abschirmring 40 auf der Berührungslinie 52. Wenn sich der Suszeptor 26 nach oben bewegt, gewährleisten, wie vorstehend beschrieben, die sechs Vorsprünge 60, die längs der Innenfläche 56 des Abschirmrings angeordnet sind, dass der Abschirmring bezüglich des Suszeptors 26 richtig zentriert wird.
- Wenn sich der Suszeptor 26 weiter nach oben bewegt, hebt er den Abschirmring 40 etwas von der Pumpplatte 42 ab, wodurch zwischen dem Abschirmring 40 und der Pumpplatte 42 ein Serpentinenraum 58 gebildet wird. An einem Punkt, an dem sich der Wafer etwa 0,250 Zoll bis 0,500 Zoll (6,35 bis 12,7 mm) von dem Duschkopf 30 befindet, hält der Suszeptor 26 an und die Behandlung wird eingeleitet. Der Innenraum der Kammer und insbesondere der Suszeptor 26 werden mittels Strahlungsenergie aus den Heizlampen 34 erhitzt. Wenn sich der Suszeptor aufheizt, erhitzt er den Wafer 28 durch Leitung. Um die Gleichförmigkeit der Beheizung und die Gleichförmigkeit der Abscheidung zu gewährleisten, wird der Suszeptor 26 um die zentrale Achse 31 gedreht. Diese Drehung wird durch herkömmliche Einrichtungen über einen Hubmechanismus 32 erreicht, der auch drehen kann.
- Wenn der Suszeptor 26 eine geeignete Temperatur erreicht hat, was mittels einer Temperatursensoreinrichtung, wie nicht gezeigte Pyrometer, bestimmt wird, wird in den unteren Teil 24b der Kammer 20 über den Spülgaseinlass 38 Spülgas mit einem Druck eingeführt, der etwas höher ist als der des Behandlungsgases im oberen Abschnitt 24a. Etwa zu diesem Zeitpunkt beginnt die Abscheidung von Metallatomen (gewöhnlich Kupfer oder Wolfram) auf der Oberseite des Wafers 28 durch Einführen eines die Metallatome enthaltenden Gases in die Kammer 24 durch den Duschkopf 30. Das Abscheidungsgas wird gewöhnlich mit einem Druck eingeführt, der etwas geringer ist als der des Spülgases. Als Folge strömt das Spülgas aus dem unteren Abschnitt 24b zum oberen Abschnitt 24a der Kammer über den Raum 58 (Fig. 3) zwischen den Flächen der komplementären Abstufungen, die in dem Abschirmring 40 bzw. in der Pumpplatte 42 ausgebildet sind. Wenn sich der Duschkopf 30 etwa 25,4 mm über der Pumpplatte befindet und der Wafer auf einen Punkt von 6,35 bis 12,7 mm unter dem Duschkopf angehoben ist, beträgt der Spalt zwischen der horizontalen Fläche der Abstufung 46 und dem Pumpring 42 etwa 12,7 bis 19 mm. Dies hat den Vorteil, dass das Abscheidungsgas daran gehindert wird, in den unteren Abschnitt 24b der Kammer 24 einzudringen. Wenn das Gas eindringen würde, würde es eine unerwünschte Abscheidung auf Bauteilen im unteren Abschnitt 24b erzeugen.
- Während der Abscheidung schirmt, wie oben beschrieben, der Abschirmring 40 die obere Fläche des Suszeptors 26 ab. In all den Bereichen des Suszeptors 26, die "hinter" (radial außerhalb von) der Berührungslinie 52 liegen, wird eine Abscheidung unterbunden. Zudem "schattet" der sich nach oben und nach innen neigende Innenrand 54 des Daches 48 die Oberseite des Suszeptors 26 und wenigstens einen Teil der Nut 44 ab. Trotzdem stellt sich eine geringe Abscheidung in der Nut 44 ein. Dies zeigt (neben dem thermischen "Drossel"- Effekt) eine zweite Funktion der Nut 44. Sie agiert als Aufnahme für abgeschiedenes Material. das sich um den Rand des Wafers 28 herum ergibt. Wenn die Nut 44 nicht vorhanden wäre, würde eine solche Abscheidung einen Aufbau am Rand des Wafers verursachen, der den Wafer etwas von dem Suszeptor 26 abheben könnte. Wie beschrieben, könnte dies die schädliche Wirkung der Reduzierung des Kontakts zwischen dem Wafer und dem Suszeptor 26 haben, was die Wärmeleitung zwischen dem Suszeptor und dem Wafer beeinträchtigen könnte. Es könnte auch möglich sein, dass Abscheidungsgas unter den Wafer 28 sickert und dadurch das verursacht, was in der Industrie als "rückseitiges Anbacken" bekannt ist.
- Ein solches rückseitiges Anbacken oder eine Abscheidung auf der Rückseite des Wafers ist vom Gesichtspunkt der Qualitätskontrolle gewöhnlich nicht akzeptierbar. Jede Abscheidung in der Nut 44 kann während einer Plasmaätzbehandlung weggeätzt werden. Obwohl eine solche Plasmaätzreinigung für die ebene obere Fläche schädlich ist, ist sie für die Nut nicht so schädlich. Der Grund dafür besteht darin, dass die Nut ausgeätzt werden kann, ohne ihre Funktionen oder die des Suszeptors nachteilig zu beeinflussen.
- Abschließend werden während des Abscheidungsprozesses Spülgas und abgegebenes Abscheidungsgas aus dem oberen Teil 24a der Kammer 24 über einen Abführkanal (nicht gezeigt) in herkömmlicher Weise evakuiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat deshalb eine Anzahl von Vorteilen. Das Dach 48 des Abschirmrings 40 verhindert eine Materialabscheidung auf dem oberen Teil der Oberseite des Suszeptors 26, der über den äußeren Rand des Wafers 28 vorsteht. Zur weiteren Steigerung des Abschirmeffekts des Daches 48 ist sein Innenrand, wie vorstehend beschrieben, nach innen und nach oben geneigt.
- Außerdem hat der Suszeptor 26 einen größeren Durchmesser als der Wafer 28. Dies führt zu einer gleichförmigeren Erhitzung des Wafers, wenn der Temperaturabfall zum Rand des Suszeptors hin um den Teil des Suszeptors auftritt, der jenseits des Außenrands des Wafers 28 liegt. Die Funktion der Nut 44 stellt sicher, dass der Temperaturabfall jenseits des Randes des Wafers 28 auftritt.
- Die Nut 44 hat einen weiteren Vorteil dadurch, dass sie eine Falle für eine Abscheidung bildet, die sich um den Rand des Wafers 28 aufbaut. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung besteht schließlich darin, dass Spülgas, das sich auf einem höheren Druck als das Abscheidungsgas befindet, von dem unteren zum oberen Teil der Kammer 24 über den Raum 58 zwischen dem Abschirmring 40 und seinem abstützenden Ring 42 gelangen kann. Dies unterbindet eine Abscheidung auf den Oberflächen der Bauteile, die sich innerhalb des unteren Teils 24b der Kammer 24 befinden.
- Obwohl die vorstehende Erfindung im Einzelnen zur Erläuterung und beispielsweise zum leichteren Verständnis beschrieben wurde, können bestimmte Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Rahmens der Ansprüche ausgeführt werden. Diese Erfindung sollte also somit nicht durch die spezielle Beschreibung begrenzt, sondern stattdessen in Anbetracht der Ansprüche interpretiert werden.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Behandeln einer freiliegenden Fläche eines Substrats
- mit einem Gehäuse (22), das eine Substratbehandlungskammer (24) bildet,
- mit einem Suszeptor (26), der in der Kammer angeordnet ist und in seiner oberen
Fläche einen Bereich für die Aufnahme und das Abstützen des Substrats (28) hat,
- mit einer den Suszeptor umgebenden Abschirmung (40), die einen Körper und ein
über einen ringförmigen Umfangsabschnitt des Suszeptors hängendes Dach (48)
aufweist, wobei der Körper eine Innenfläche (56) hat, die für die Aufnahme des
Suszeptors in ihm bemessen ist, und das Dach eine Öffnung (54) hat, die über
der oberen Fläche des Suszeptors liegt, und
- mit einer Suszeptor-Hubeinrichtung (32) zum Bewegen des Suszeptors bezüglich
der Abschirmung,
dadurch gekennzeichnet,
- dass der Bereich der oberen Fläche des Suszeptors für die Aufnahme des
Substrats eine Tasche (43) mit einem Boden und insgesamt hochstehenden Seiten
sowie eine Nut im Boden der Tasche an ihrem Umfang aufweist, wobei die
Tasche für die Aufnahme des Substrats in ihr bemessen ist, und
- dass die Öffnung in dem Dach der Abschirmung einen Durchmesser hat, der
größer ist als die Tasche des Suszeptors für die Aufnahme des Substrats,
- wobei das Anheben des Suszeptors bezüglich der Abschirmung den
ringförmigen Umfangsabschnitt des Suszeptors außerhalb der Tasche mit dem
überhängenden Dach der Abschirmung in Eingriff bringt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (48) eine
Innenfläche (54) hat, die sich nach unten zu der Öffnung hin neigt und einen inneren
spitzen Winkel bezüglich der freiliegenden Fläche des Wafers bildet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (48) mit
dem Suszeptor auf einer Berührungslinie (52) angrenzend an einen radial innen
liegenden Rand (54) des Dachs in Eingriff gebracht ist, wobei ein Raum zwischen den
Suszeptor und dem Dach radial außerhalb der Berührungslinie gebildet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach (48) an der
Berührungslinie eine vergrößerte Querschnittsfläche hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin einen ringförmigen Pumpring (42)
aufweist, der einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Durchmesser des
Suszeptors, und der symmetrisch um die Symmetrieachse in der Kammer
angeordnet ist, um einen Ring zwischen sich und dem Suszeptor zu bilden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Suszeptor-
Abschirmung (40) einen äußeren Rand (46) mit einer ersten darin ausgebildeten
Stufe und der Pumpring einen inneren Rand (42) mit einer zweiten darin ausgebildeten
Stufe aufweist, wobei die erste und die zweite Stufe so ausgebildet sind, dass sie
ineinanderpassen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (56)
des Körpers der Abschirmung eine Vielzahl von nach innen vorstehenden
Vorsprüngen (60) hat, um zu gewährleisten, dass die Abschirmung bezüglich des Suszeptors
zentriert ist.
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