EP4646499A1 - Vorrichtung und verfahren zum behandeln von substraten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum behandeln von substraten

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EP4646499A1
EP4646499A1 EP23828415.2A EP23828415A EP4646499A1 EP 4646499 A1 EP4646499 A1 EP 4646499A1 EP 23828415 A EP23828415 A EP 23828415A EP 4646499 A1 EP4646499 A1 EP 4646499A1
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EP
European Patent Office
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gas
susceptor
compensating
flow
gas flow
Prior art date
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Pending
Application number
EP23828415.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ilio Miccoli
Peter Sebald Lauffer
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Aixtron SE
Original Assignee
Aixtron SE
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H10P72/7618—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using mechanical means, e.g. clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating carrousel
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    • H10P72/7621—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using mechanical means, e.g. clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by supporting two or more semiconductor substrates

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a plurality of substrates which are arranged on storage locations of a susceptor arranged in a housing cavity of a reactor housing.
  • a process gas flow of a process gas is fed into the housing cavity from gas outlet openings of a gas inlet element. This is done in such a way that the process gas flows essentially evenly over the storage locations to a gas outlet element arranged downstream of the storage locations in relation to the process gas flow.
  • the process gas is guided out of the housing cavity by the gas outlet element.
  • At least one control gas inlet opening opens into the housing cavity, with which a locally limited control gas flow of a control gas is fed into the housing cavity.
  • the invention further relates to a device with a susceptor arranged in a housing cavity of a reactor housing for carrying out the method.
  • the invention further relates to a method for treating a plurality of substrates which are arranged on a susceptor, wherein the susceptor is arranged in a housing cavity of a reactor housing and is driven to rotate about an axis of rotation. Storage locations are arranged on the susceptor in a uniform circumferential distribution around the axis of rotation, on each of which at least one substrate is arranged.
  • a process gas is fed into the housing cavity through a gas inlet element arranged in the center of the housing cavity in such a way that it flows over the storage locations of the susceptor to an edge of the susceptor.
  • the process gas is led out of the housing cavity via a gas outlet device surrounding the susceptor.
  • the process gas flowing over the side of the susceptor with the bearing positions forms a lateral flow profile.
  • a compensation gas is fed locally into the housing cavity or pumped out of the housing cavity through a compensation gas inlet or outlet opening.
  • the invention further relates to a device with a susceptor arranged in a housing cavity of a reactor housing for carrying out this method.
  • DE 10 2019104433 A1 describes a device and a method for depositing layers on substrates of the generic type.
  • a susceptor arranged below a process chamber is tempered from below with a tempering device.
  • the tempering device there is an RF coil that has a cavity through which a coolant flows.
  • a control gas flow can be fed in between the tempering device and the side of the susceptor facing away from the process chamber. There, the control gas flow forms a tempering gas flow with which a heat flow from the susceptor to the cooled RF coil can be adjusted in order to locally influence the temperature at a storage location of a substrate.
  • DE 10 2018 124 957 A1 describes a device and a method for depositing layers on substrates, wherein the storage locations are formed by substrate holders which are supported on a gas cushion, wherein the gas cushion is generated by a control gas.
  • the height of the gas cushion can be influenced by changing the control gas flow.
  • Current consumption A compensating gas is fed in from the substrate holder, whereby the sum of compensating gas flow and control gas flow is kept constant.
  • US 6,531,069 B1 describes a CVD reactor with a gas inlet element in the form of a showerhead that extends over the entire lateral surface of a process chamber.
  • the susceptor arranged below the showerhead is surrounded by a gas inlet element that has gas outlet openings only over a partial circumference.
  • the gas outlet openings are assigned to a rotating gas outlet ring.
  • US 8,152,925 B2 describes a CVD reactor with a gas inlet element designed as a showerhead and a bearing surface for a substrate arranged underneath.
  • the substrate is surrounded by a gas outlet ring which has a plurality of gas outlet openings.
  • the gas outlet ring also has a plurality of gas outlet openings from which a compensating gas can be fed into the housing cavity of the CVD reactor.
  • DE 10 2020 107517 A1 describes a device for thermally treating substrates in a susceptor that is driven in rotation about an axis of rotation, wherein gas supply lines are arranged in the susceptor that emerge from the susceptor on the underside facing the heating device.
  • Each of the substrates is locally assigned an outlet opening arranged on the underside.
  • the process gas flow can vary greatly depending on the type of process carried out in the process chamber. For example, when depositing III-V semiconductor layers and in particular when depositing layers containing indium and/or phosphorus or layers containing gallium and/or arsenic, It may be necessary to use very low process gas flows so that the process gas flows at a relatively low flow rate over the side of the susceptor facing the process chamber. If, in such a process, a tempering gas flow also flows along the opposite side of the susceptor and this tempering gas flow flows into the process gas flow, the flow profile, i.e. the local flow directions of the process gas or its pressure at the edge of the susceptor, can be influenced in such a way that this influence on a process parameter affects the quality or the layer thickness of the deposited layer.
  • the flow profile of the process gas flow through the process chamber is also influenced by other circumstances, for example by a gas inlet element that is not exactly centrally arranged or by a slight tilting of the susceptor that is driven to rotate about a rotation axis or by a non-homogeneous suction effect of a gas outlet element that is connected to a vacuum pump in order to set a negative pressure within the housing cavity of the CVD reactor.
  • the invention is based on the object of providing means by which the flow profile can be influenced at least in the region of the edge of the susceptor.
  • an additional impulse can also be introduced into the gas flow, which causes a locally limited dynamic influence on the flow profile.
  • a locally limited effect of a control gas flow which is limited to one point of action, for example, can be compensated in such a way that, for example, the sum of the locally limited control gas flow and the balancing gas flow locally assigned to it is kept at a constant value.
  • the balancing gas flow can also be used to reduce inhomogeneity in the flow profile that is due to other causes by feeding in a locally limited balancing gas flow.
  • the control gas flow can be a mixture of several gases, in particular of two gases.
  • the gases can have a different viscosity of thermal conductivity.
  • the two gases can be hydrogen and nitrogen.
  • Each of the several gases can be fed into the gas supply line in a controlled manner using a mass flow controller assigned to it, so that a compensating gas with a defined viscosity of thermal conductivity can act in an effective location.
  • the control gas flow also consists of gases with different viscosities of thermal conductivity, for example from a mixture of mixture of hydrogen and nitrogen.
  • the compensating gas flow can also be given a specific direction, whereby this direction can be a direction towards the gas outlet element, a direction towards the process chamber or process chamber ceiling, or a direction in the circumferential direction of the susceptor. It is also possible to provide the compensating gas inlet or outlet opening in a fixed location on the housing. It can also be provided that the compensating gas inlet or outlet opening is assigned to the susceptor. In a rotating susceptor, the compensating gas inlet or outlet opening rotates with it. It remains stationary and assigned to one of the substrates. It can be provided that each of the substrates is assigned a compensating gas inlet or outlet opening. This compensating gas inlet or outlet opening can be assigned to the top of the susceptor pointing upwards.
  • the opening can also be arranged radially on the narrow edge of the susceptor pointing outwards. It is also possible to arrange the opening on the underside. Preferably, the compensating gas inlet or outlet opening is adjacent to the edge of the susceptor. Here too, it can be provided that the opening gives the compensating gas flow a direction.
  • a method in which a plurality of substrates lie on storage locations of a susceptor arranged in a housing cavity of a reactor housing.
  • One substrate can lie on one of the storage locations.
  • several substrates can also lie on one of the storage locations.
  • the storage locations can be formed by substrate holders which are supported by a gas cushion with which the substrate holders are driven in rotation.
  • the susceptor has an upstream region in which a gas inlet element is arranged.
  • the gas inlet element has one or more gas outlet openings through which a process gas flow is fed into a process chamber extending above the susceptor.
  • the susceptor has a downstream region which borders on a gas outlet element through which the process gas or Treatment of the substrates forming reaction products are led out of the housing cavity.
  • This can be done by means of a vacuum pump that is connected to the gas outlet element via a suction line.
  • the gas outlet openings are arranged in such a way that the process gas flow is as uniform as possible over the substrates arranged in the flow direction of the process gas between the gas inlet element and the gas outlet element.
  • a rotationally symmetrical flow profile should be formed as far as possible. It can be provided that a control gas is fed into the housing cavity. This is done through a control gas inlet opening that opens into the housing cavity.
  • a single control gas inlet opening can be provided. However, several control gas inlet openings can also be provided. According to a preferred embodiment of the invention, one or more control gas inlet openings are arranged along the edge of the susceptor.
  • the control gas can be used to influence a heat flow from a temperature control device to the susceptor or from the susceptor to the temperature control device. This can be done in particular if the control gas is a temperature control gas that flows between the temperature control device and the susceptor. This is preferably done locally.
  • the control gas can be a mixture of a gas with high thermal conductivity and a gas with low thermal conductivity, so that the heat flow between the temperature control device and the susceptor can be influenced by the composition of the control gas.
  • the temperature control device can be an RF heater with which eddy currents are generated within the susceptor in order to heat the susceptor.
  • the RF heater can be formed by a tube running spirally below the susceptor, through which a cooling liquid flows, so that the temperature control device can also perform a cooling function, whereby the heat flow from the susceptor to the tube can be influenced by the temperature control gas.
  • the mass flow of the tempering gas can also be changed.
  • the tempering gas enters through the control gas inlet opening, particularly in the area the edge of the susceptor into the housing cavity and can mix there with the process gas flow. The local influence on the flow profile by feeding the control gas into the process gas flow is compensated according to the invention by the compensating gas flow.
  • the susceptor can have a plurality of bearing locations arranged in a uniform circumferential distribution on a circular arc around its center.
  • At least one control gas inlet opening can be arranged in a stationary manner such that a control gas flow is fed into the housing cavity at a fixed location relative to the reactor housing.
  • the control gas can first pass through a gap between the temperature control device and the susceptor, acting as a tempering gas.
  • the tempering gas can flow through the control gas inlet opening into the housing cavity in a manner synchronized with the rotational movement of the susceptor.
  • control gas inlet opening be locally arranged with a compensation gas outlet opening arranged at a fixed location on the reactor housing, through which the compensation gas flow is fed.
  • further balancing gas outlet openings are provided, each of which is also arranged at a fixed location - in relation to the reactor housing - through which a balancing gas flow can be fed into the housing cavity.
  • the several balancing gas outlet openings are arranged in the same circumferential distribution around the center of the susceptor in which the storage locations are arranged.
  • the balancing gas flow is led out of the housing cavity through a balancing gas outlet opening.
  • the balancing gas outlet opening can be connected to a vacuum line through which gas is fed out of the housing. This can also be done synchronized with the rotation of the susceptor.
  • the compensating gas inlet or outlet opening opens into the gas outlet element, so that either a locally limited compensating gas flow can be fed into the gas outlet element or a locally limited compensating gas flow can be pumped out of the gas outlet element.
  • the active site at which the process gas mixes with the control gas can also be located in the gas outlet element.
  • the control gas inlet opening can also open directly into the gas outlet element.
  • the control gas inlet opening opens into the housing cavity upstream of the gas outlet element.
  • the process gas contains a reactive gas with elements from main group III and a reactive gas with elements from main group V.
  • the process gas can also contain reactive gases with elements from main group II or VI.
  • Main group or reactive gases of an element of the IV main group are fed in together with an inert gas, for example hydrogen, through the gas inlet element, which is preferably arranged in the center of the process chamber.
  • the process gas then flows through the process chamber, which is delimited at the bottom by the susceptor and at the top by a process chamber ceiling, where it thermally decomposes.
  • the decomposition products form a III-V semiconductor layer on the substrate.
  • the decomposition products form a II-VI semiconductor layer or a IV semiconductor layer. It is preferably a single-crystal semiconductor layer.
  • semiconductor layers with preferably different compositions and layer thicknesses are deposited on top of one another.
  • These can be GaAs, InP, GaP, InAs layers or mixtures of these crystals.
  • the optimal flow speeds of the process gas through the process chamber are so low that the flow profile is influenced by even the smallest control flows or other structural inhomogeneities in the process chamber. Such inhomogeneities can be reduced by feeding the compensation gas in a targeted manner.
  • the compensating gas is therefore only used to locally influence the flow profile if, in this variant, no control gas flow is fed into the housing cavity.
  • the feeding of the compensating gas flow is preferably synchronized with the rotation of the susceptor.
  • the compensating gas can be introduced into the housing cavity as well as led out of the housing cavity in order to generate a local overpressure or a local negative pressure.
  • the compensating gas inlet or outlet opening is located in the gas outlet element in such a way that the pressure within the gas outlet element changes locally due to the change in the mass flow of the compensating gas.
  • the compensating gas inlet or outlet opening can furthermore be arranged in the gas outlet element in such a way that the compensating gas flowing through it has no dynamic effect outside the gas outlet element, but merely leads to a local pressure change in the region of an effective point which lies radially outside the susceptor.
  • the compensating gas inlet or outlet opening is arranged in the flow direction upstream of the gas outlet element but downstream of the susceptor in the flow direction.
  • the gas outlet member is an annular body which has on its upper side a plurality of openings arranged in a ring around the center.
  • the openings can have a have a constant distance.
  • the openings can be connected to a channel extending over the entire circumference of the gas outlet element, which is connected at at least one, but preferably several points to a gas line through which gas can be pumped out of the gas outlet element.
  • the gas outlet element has only a single annular opening through which the process gas and optionally the control gas can enter the gas outlet element.
  • the compensating gas inlet or outlet openings can be arranged in the region of the bottom of the channel or in the region of a wall of the channel.
  • compensating gas inlet or outlet opening Only a single compensating gas inlet or outlet opening can be provided. However, several, for example two, opposite compensating gas inlet or outlet openings can be provided. However, it can also be provided that the number of compensating gas inlet or outlet openings corresponds to the number of storage locations and also their circumferential distribution to that of the storage locations on the susceptor.
  • the compensating gas inlet or outlet opening is arranged in such a way or that several compensating gas inlet or outlet openings are arranged in such a way that the changes in the flow profile downstream of a storage location or also on the storage location of a substrate, i.e. in particular above the surface of the substrate, are limited to certain areas of the substrate surface.
  • the one or more compensating gas inlet or outlet openings are arranged or operated in such a way that the flow profile is only influenced above an edge area of the substrate or only above a central area.
  • the compensating gas inlet or outlet opening can be arranged such that the hydromechanical effect of the compensating gas flow passing through it is limited to an edge region.
  • the compensating gas inlet or outlet opening can also be arranged such that the hydromechanical effect of the compensating gas flow passing through it is limited to the central region.
  • the invention also includes developments of the prior art in which several compensating gas inlet or outlet openings are arranged on an azimuthal angle section that corresponds to the azimuthal angle section of a substrate.
  • the effect of one compensating gas inlet or outlet opening on the first radial line and a second compensating gas inlet or outlet opening on the second radial line can be limited downstream of the susceptor.
  • the compensating gas inlet or outlet openings can be arranged in a fixed position relative to the gas outlet element or the housing, so that the storage locations for the substrate move relative to the compensating gas inlet or outlet openings.
  • the outlet gas flows are then synchronized with the rotation of the susceptor in such a way that a certain pulse of a gas flow that is either fed into the process chamber is introduced into or sucked out of the process chamber, is only generated when a specific storage location passes the compensating gas inlet or outlet opening. It is therefore possible to specifically influence one or more storage locations with different gas pulses. It is also possible to operate two compensating gas inlet or outlet openings that are located on an azimuthal angle section that corresponds to the area of an azimuthal angle section of a storage location in different ways, e.g.
  • the control device is preferably programmed such that the above-mentioned gas pulses are generated in synchronization with the rotational speed of the susceptor. During one rotation of a susceptor, several gas pulses can be generated so that flow profiles over different storage locations can be influenced individually one after the other.
  • Fig. 1 schematically shows a vertical section through a region of a process chamber of a CVD reactor, in which an outer edge 5' of a susceptor 5 adjoins a control gas inlet opening 10 and an opening of a gas outlet element 9, for Illustrating the flow profile of a process gas flow Sl forming in a process chamber above the susceptor 5;
  • Fig. 2 shows schematically in the horizontal plane the flow profile according to Figure 1;
  • Fig. 3 shows a cross section through a reactor housing 1 of a first embodiment
  • Fig. 4 is a section along the line IV-IV in Figure 3;
  • Fig. 5 is a view according to Fig. 4 of a second embodiment
  • Fig. 6 is a representation according to Figure 4 of a third embodiment
  • Fig. 7 is a view according to Figure 4 of a fourth embodiment
  • Fig. 8 is a representation according to Figure 4 of a fifth embodiment
  • Fig. 9 is a representation according to Figure 4 of a sixth embodiment.
  • Fig. 10 is a representation according to Figure 4 of a seventh embodiment
  • Fig. 11 is a representation according to Figure 4 of an eighth embodiment
  • Fig. 12 is a representation according to Figure 11 of a ninth embodiment
  • Fig. 13 is a representation according to Figure 11 of a tenth embodiment
  • Fig. 14 is a view according to Figure 10 of an eleventh embodiment
  • Fig. 15 is a representation according to Figure 3 of a twelfth embodiment
  • Fig. 16 is a view according to Figure 3 of a thirteenth embodiment
  • Fig. 17 is a view according to Figure 4 of a fourteenth embodiment
  • Fig. 18 is a representation according to Figure 4 of a fourteenth embodiment.
  • Fig. 19 is a representation according to Figure 4 of a fifteenth embodiment. Description of the embodiments
  • Figures 1 and 2 are intended to explain the problem underlying the invention with reference also to Figures 3 and 4:
  • FIG. 3 shows a CVD reactor, as is basically known from DE 102019104433 A1. Reference is therefore also made to the statements therein on the design and functioning of the CVD reactor.
  • the CVD reactor has a reactor housing 1, which has side walls 3, a base 4 and a cover 2, each made in particular of metal, for example aluminum or stainless steel. This seals off a housing cavity in a gas-tight manner from the outside. In the housing cavity there is a gas inlet element 6, with which process gases can be fed into the housing cavity.
  • the gas inlet element 6 has one or more gas outlet openings 6', which preferably extend in the circumferential direction around the gas inlet element 6 arranged in the center of the housing cavity in such a way that the gas inlet element 6 feeds a rotationally symmetrical, homogeneous process gas flow S1 into the process chamber surrounding the gas inlet element 6.
  • a gas mixing system 20 can be used to provide process gases that are fed into the gas inlet element 6.
  • the gas mixing system 20 can be controlled by a control device 18.
  • the process chamber extends below a process chamber ceiling 11 and above a susceptor 5.
  • the susceptor 5 is carried by a carrier 12, with which the susceptor 5 can be driven in rotation about its axis of rotation A so that it rotates in a horizontal plane.
  • the susceptor 5 carries a plurality of substrate holders 7, each of which forms a storage location.
  • the substrate holders 7 can rest on gas cushions (not shown) that are generated by a purge gas flow, with which the substrate holder 7 can also be driven in rotation about an axis of rotation B.
  • the surface temperature of the substrate 7 can be measured with a pyrometer 21.
  • a heating device 13 which, in the embodiments, is formed by a spiral coil which generates an RF field with which eddy currents are generated in the susceptor 5 in order to bring the susceptor 5 to a process temperature.
  • a gas outlet element 9 Radially outside the susceptor 5 there is a gas outlet element 9 extending along the edge 5' of the susceptor 5, which extends on a circular arc line, with an opening 9' pointing in the direction of the edge 5' of the susceptor 5.
  • the gas outlet element 9 is connected to a plurality of gas lines (not shown in the drawings) with a pump (also not shown) in order to suck gas out of a channel of the gas outlet element 9.
  • a sealing plate 8 is located below the underside of the susceptor 5, which does not rotate with the susceptor 5, but is fixed to the reactor housing 1, for example resting on a step of the gas outlet element 9.
  • the sealing plate 8 is located between the heating device 13 and an underside of the susceptor 5, so that a horizontal gap 17 is formed between the sealing plate 8 and the susceptor 5.
  • a tempering gas can be fed into this gap 17 through a gas line 14.
  • a tempering gas flow is formed, which flows through the gap 17 in the radial direction and opens through an opening 10 into an area radially outside the edge 5' of the processor 5.
  • Figure 4 shows an embodiment in which only one gas line 14 is provided, which opens into the gap 17 at exactly one circumferential position, so that only one outlet opening 10 is formed, which is located at the end of the flow path of the tempering gas shown in dashed lines in Figure 4.
  • a tempering gas is fed in pulses through the gas line 14, synchronized with the rotational movement of the susceptor 5, which flows along the flow path in order to locally influence the heat flow to one of the storage locations 7 or from one of the storage locations 7.
  • FIGs 1 and 2 show schematically the process gas flow S1 and the control gas flow S2, which mix at an active point 31, the active point 31 being arranged radially outside the edge 5' of the susceptor 5 and upstream of the opening 9'. If a control gas is fed into the area of the active point 31 through the locally arranged control gas inlet opening 10, the pressure or the flow profile changes locally there, which is indicated schematically in Figure 2 by the fact that the flow lines no longer run in an exact radial direction.
  • the change in the flow profile means that the growth rate of the layer deposited on the substrate 7 is different at the edge than upstream of the edge.
  • a crystal composition can also be different at the edge than upstream.
  • a control gas flow S3 is fed into the housing cavity through a control gas inlet or outlet opening 23' at the same radial position at which the control gas inlet opening 10 is located.
  • control gas inlet or outlet opening 23' opens into a bottom of an annular channel of the gas outlet channel 9.
  • the control gas flowing out of the control gas inlet or outlet opening 23' does not have to exit through the opening 9' in the direction of the effective point 31.
  • the effect of the control gas flow S3 on the flow profile also occurs when the control gas flow S3 is accompanied only by a local and in particular pulsed pressure change at the effective point 31.
  • Such a gas pulse can be generated with a mass flow controller 19 and, if necessary, an additional valve.
  • the second embodiment shown in Figure 5 differs from the first embodiment essentially in that two diagonally opposite gas lines 14 are provided which can be supplied with a control gas independently of one another, each of which is locally assigned a gas supply line 23 for a compensating gas.
  • the third embodiment shown in Figure 6 differs from the other two embodiments essentially in that each of the eager positions 7 is locally assigned a gas line 14 and thus a control gas inlet opening 10. Furthermore, each control gas inlet opening 10 is also assigned a compensating gas inlet or outlet opening 23'.
  • the fourth embodiment shown in Figure 7 differs from the previously described embodiments essentially in that each of the storage locations 7 is locally assigned a compensating gas inlet or outlet opening 23', but the number of control gas inlet openings 10 differs from the number of compensating gas inlet or outlet openings 23'. In the embodiment, there is only one control gas inlet opening 10. Nevertheless, it can also be provided here that there is an assigned control gas inlet opening 10 for each of the storage locations 7.
  • the fifth embodiment shown in Figure 8 differs from the embodiment shown in Figure 3 essentially in that the compensating gas inlet or outlet opening 23' opens into a side wall of the channel of the gas inlet element.
  • the opening 9' of the gas outlet element 9 can have such a width that the gas flow emerging from the opening 23' exerts an effect on the effective point 31.
  • the sixth embodiment shown in Figure 9 differs from the embodiments shown in Figures 3 and 8 essentially in that here no compensating gas flow S3 flows into the reactor housing, but rather that here a compensating gas flow S3 is led out of the reactor housing. It is provided here in particular that a suction flow is generated with a suction line 23 and a pump 24 controlled by a valve 25, with which the compensating gas flow S3 is pumped out of the channel of the gas outlet element 9 in order to generate a local negative pressure at the effective point 31.
  • a similar effect can be achieved with an arrangement according to Figure 7 if a smaller compensating gas flow S3 flows through one of the compensating gas inlet or outlet openings 23' than through all the others.
  • the width of the opening 9' of the gas outlet element 9 can be adjusted here in such a way that the negative pressure generated via the suction line produces an effect at the effective point 31.
  • the control gas inlet opening 10 is missing. No control gas flow is generated here, which would disturb the flow profile. Nevertheless, a compensating gas inlet or outlet opening 23' is provided here, with which a pressure difference can be generated locally at a circumferential point, in which either a compensating gas flow S3 is fed into the housing cavity through the compensating gas inlet or outlet opening 23', as shown in Figure 10, or a compensating gas flow S3 is pumped out of the housing cavity, as is the case in an embodiment not shown.
  • the compensating gas inlet or outlet opening 23' opens into the channel of the gas outlet element 9. This can be done either in the side wall or in the base.
  • the process gas flow S1 mixes here with the compensating gas flow S3 within the gas outlet element 9.
  • the arrangements of the gas supply lines 23 or compensating gas inlet or outlet openings 23' shown in Figures 4 to 7 can be implemented.
  • the opening 9' can have an opening width that allows the compensating gas emerging from the gas supply line 23 to act at the effective point 31.
  • the eighth embodiment shown in Figure 11 differs from the embodiment shown in Figure 10 essentially in that the compensating gas inlet or outlet opening 23' does not open into the gas outlet element 9, but in the area of the active point 31 downstream of the edge 5' of the susceptor.
  • the compensating gas flow S3 can have an adjustable viscosity, adjustable thermal conductivity or another adjustable property. This is made possible by the fact that the compensating gas flow S3 is an adjustable mixture of different gases can be.
  • a mass flow controller 19 for example, a hydrogen flow can be fed into the gas feed line 23.
  • a nitrogen flow can be fed into the gas feed line 23.
  • Both gases mix in the gas supply line 23 so that a compensating gas with a predetermined composition can exit from the opening 23'.
  • composition of the compensating gas corresponds to the composition of the control gas flow S2.
  • the susceptor 5 has a gas supply line 23 which opens close to the edge 5' of the susceptor.
  • a mixture of hydrogen and nitrogen can be fed into this gas supply line 23, which enters the reactor cavity as a compensating gas flow S3 downstream of the storage location 7.
  • An end section of the gas supply line 23 gives the compensating gas flow S3 a direction obliquely upwards.
  • an end section of the gas supply line 23 gives the compensating gas flow S3 a downward direction.
  • the gas lines 23 can also lead to a pump, so that a suction flow can emerge from the reactor cavity through the openings 23' on the edge 5' of the substrate 5.
  • a suction opening that rotates with the susceptor can be provided.
  • the compensating gas inlet or outlet opening 23' is not connected to the gas outlet element 9.
  • the compensating gas inlet or outlet opening 23' is arranged in the area of the process chamber ceiling 11.
  • the compensating gas inlet or outlet opening 23' is arranged here downstream of the storage location 7. It can be arranged in particular downstream of the edge 5'.
  • a gas flow emerging from the compensating gas inlet or outlet opening 23' can be directed towards the gas outlet element 9 and flow past the edge 5' of the susceptor.
  • the opening 23' as a suction opening.
  • the embodiment shown in Figure 15 corresponds essentially to the embodiment shown in Figure 3. Similar to the embodiment shown in Figures 12 and 13, the compensating gas inlet or outlet opening 23' is assigned to the susceptor 5 in a fixed position. Here, the compensating gas inlet or outlet opening 23' is located in the region of the narrow peripheral wall of the susceptor 5. However, as shown in Figures 12 and 13, it can also generate a directed flow that has not only a radial component, but also an axial component.
  • FIG 16 corresponds essentially to the embodiment shown in Figure 3. However, it differs in that, as in the embodiment shown in Figure 14, the compensating gas inlet or outlet opening 23' is arranged in the process chamber ceiling 11. Here too, a directed compensating gas flow S3 can flow out of the compensating gas inlet or outlet opening 23', wherein it is preferred that the flow direction of the compensating gas flow S3 is directed towards the gas outlet element 9.
  • Figure 17 shows the arrangement of compensating gas inlet or outlet opening 23' of the embodiments of Figures 12, 13 and 15. Each of the storage locations 7 can be assigned a compensating gas inlet or outlet opening 23' downstream.
  • the compensating gas inlet or outlet opening 23' can be supplied by a common gas supply line so that, for example, a mass flow provided by mass flow controllers 19, 19' is divided into a corresponding number of branch flows.
  • each of the storage locations 7 can also be assigned a compensating gas inlet or outlet opening 23' through which an individualized gas stream can flow.
  • each of the compensating gas inlet or outlet openings 23' can have an individual supply line which has at least one mass flow controller 19, 19'.
  • the individual gas supply lines each have a pair of mass flow controllers 19, 19' so that an individualized gas mixture can be fed in.
  • compensating gas inlet or outlet opening 23' is assigned to the housing.
  • compensating gas inlet or outlet opening 23' can be arranged in the housing in the same angular distribution in which the bearing locations 7 are arranged on the susceptor 5.
  • control gas inlet opening 10 is located upstream of an opening 9' of the gas outlet element 9.
  • control gas inlet opening 10 can also open directly into the gas outlet element 9, for example into a wall delimiting the annular channel of the gas outlet element 9.
  • the active point 31 is then located within the gas outlet element 9. Without the additional compensating gas flow S3, the flow profile above the susceptor 5 would also be influenced by the control gas flow S2 in these embodiments, because an increased pressure develops locally in the area of the edge 5' of the susceptor 5.
  • this local pressure inhomogeneity can be reduced, for example by feeding compensating gases S3 into the gas inlet element 6 at different circumferential positions and feeding a smaller compensating gas flow S3 into the gas outlet element 9 where the control gas flow S2 flows into the gas outlet element 9.
  • a compensating gas flow S3 can also be pumped out of the gas outlet element 9 at the point of action. It is advantageous here if the compensating gas flow S3 is fed directly into the gas outlet element 9 or is pumped directly out of the gas outlet element 9.
  • two radial lines RI, R2 are additionally drawn, each of which runs from a center Z of the gas inlet element 6 arranged in the center of the susceptor 5 in the radial direction over the susceptor 6, wherein the radial line RI marks an edge 7' of a storage location 7 and the radial line R2 passes through the center 7" of storage location 7.
  • a compensating gas inlet or outlet opening is operated in such a way that a gas pulse is generated each time the radial line RI of the rotating susceptor 5 passes the compensating gas inlet or outlet opening 23', so that the flow profile is influenced only in the region of an edge 7' of the storage location or of the substrate stored there.
  • the compensating gas inlet or outlet opening 23' is operated in such a way that a gas pulse is generated each time the radial line R2 of the rotating susceptor 5 passes the compensating gas inlet or outlet opening 23', so that the flow profile is influenced only in the region of a center 7" of the storage location or of the substrate stored there.
  • the pulse length is so short that the influence on the flow only extends over an azimuthal partial angle of the total angle over which the storage area extends.
  • two compensating gas inlet or outlet openings 23', 23" are provided, which are so close to each other that they are spaced apart from each other by a smaller angle than the azimuthal angle over which the storage location 7 or the substrate carried by the storage location 7 extends.
  • different gas pulses can be synchronized with the rotation of the Susceptor 5 can be generated. It is possible to generate a gas flow flowing into the process chamber or a gas flow exiting the process chamber through both compensating gas inlet or outlet openings 23', 23". However, it is also possible to generate a gas flow into the process chamber through one of the two compensating gas inlet or outlet openings 23', 23" and out of the process chamber through the other compensating gas inlet or outlet opening 23', 23".
  • gas pulses only influence a flow profile over one storage location 7 or a substrate arranged on the storage location 7.
  • the gas pulses can also influence only a partial angle over the storage location 7 or substrate. This is done in particular by synchronizing the pressure change achieved with the gas pulses with the susceptor rotation.
  • a method which is characterized in that downstream of the control gas inlet opening 10 and downstream of the storage location 7, a locally limited compensating gas flow S3 of a compensating gas is fed into the housing cavity or pumped out of the housing cavity through a compensating gas inlet or outlet opening 23'.
  • a device which is characterized in that downstream of the control gas inlet opening 10 and downstream of the storage location 7 in the gas outlet element 9, a compensating gas inlet or outlet opening 23' opens, with which a compensating gas can be fed into the housing cavity or pumped out of the housing cavity.
  • a device which is characterized in that a control device 18 for controlling valves 27, 25 and mass flow controllers 19, 28, 29 for influencing at least the at least one control gas flow S2 and the at least one compensating gas flow S3 is set up in such a way that with the compensating gas flow S3 at an effective point 31 a locally limited influence on a flow profile of the process gas flow S1 via the storage locations 7 by the control gas flow S2 is compensated and/or that the sum of the locally limited control gas flow S2 and the compensating gas flow S3 locally assigned to it is kept at a constant value.
  • a device characterized in that the control gas flow S2 is guided through a gap 17 between the side of the susceptor 5 facing away from the eager places and a tempering device 13 in order to influence a heat flow to or from the susceptor 5 in a locally limited area by the control gas flow S2 and that, with respect to the extension plane of the susceptor 5, the compensating gas inlet or outlet opening 23' is arranged where the control gas flow S2 mixes with the process gas flow S3.
  • a device which is characterized in that the compensating gas inlet opening 23' is arranged downstream of an edge 5' of the susceptor 5 adjacent to the gas outlet element 9 and/or that the compensating gas inlet or outlet opening 23' is arranged in the gas outlet element 9.
  • a device which is characterized in that the storage locations 7 are arranged in a circular ring around the center of the susceptor 5, which has an outer edge 5' running on a circular line, and the ring-shaped gas outlet element 9 surrounds the susceptor 5, wherein several or each of the storage locations 7 is locally provided with a control gas inlet opening assigned to it.
  • a device which is characterized in that the susceptor 5 can be driven in rotation about an axis of rotation A and controlled by the control device 18 through the control gas inlet openings 10 or compensating gas inlet or outlet openings 23' synchronized with the rotation of the susceptor 5, control gases or compensating gases flow in a pulsed manner such that a process parameter is kept at a predetermined value at each of the storage locations 7.
  • a method which is characterized in that the compensating gas inlet or outlet opening 23' is arranged in such a way or the compensating gas flow S3 flowing through the compensating gas inlet or outlet opening 23' is directed in such a way that the flow profile above the susceptor 5 is influenced at least in the region of the edge 5' of the susceptor 5.
  • a device which is characterized in that the compensating gas inlet or outlet opening 23' is arranged in such a way and the control device 18 is programmed in such a way that the feeding or pumping out of the compensating gas influences the flow profile over the susceptor 5 at least in the region of the edge 5' of the susceptor 5.
  • a method or a device which are characterized in that the compensating gas inlet or outlet opening 23' is assigned to the susceptor 5 and is arranged radially outside a storage location 7 adjacent to the edge 5' of the susceptor 5 and/or that the compensating gas flow S3 originates from a compensating gas inlet or outlet opening 23' arranged adjacent to the edge 5' - with respect to the process gas flow 51 - downstream of the storage location 7 and/or that the compensating gas flow S3 is an adjustable mixture of gases with two mutually different viscosities or thermal conductivities.
  • a device or a method which are characterized in that one or more outlet openings 23', 23" are arranged and operated in such a way that the flow profile is influenced only or to a greater extent only in the region of an edge 7' or a center 7" of a substrate resting on a substrate holder 7 or that the flow profile is influenced over the entire area of the surface of a substrate resting on a substrate holder 7.
  • a device or a method characterized in that a first outlet opening 23' is arranged and operated in such a way that the flow profile is only or increasingly influenced only in the region of an edge 7' of a substrate resting on a substrate holder 7 and that a second outlet opening 23" is arranged and operated in such a way that the flow profile is only or increasingly influenced only in the region of a center 7" of a substrate resting on a substrate holder 7.
  • Heating device B Substrate holder rotation axis

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln einer Mehrzahl von Substraten (32), wobei die Substrate (32) auf Lagerplätzen (7) eines in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses (1) angeordneten Suszeptors (5) angeordnet sind, wobei aus ein oder mehreren Gasaustrittsöffnungen (6') eines Gaseinlassorgans (6) ein Prozessgas-Fluss (S1) eines Prozessgases in die Gehäusehöhlung derart eingespeist wird, dass das Prozessgas gleichmäßig über die Lagerplätze (7) bis zu einem bezogen auf den Prozessgas-Fluss stromabwärts der Lagerplätze (7) angeordneten Gasauslassorgan (9) strömt, mit dem das Prozessgas aus der Gehäusehöhlung herausgeführt wird, wobei durch mindestens eine in die Gehäusehöhlung mündende Steuergas-Einlassöffnung (10) ein örtlich begrenzter Steuergas-Fluss (S2) eines Steuergases in die Gehäusehöhlung eingespeist wird. Um den örtlich begrenzten Einfluss des Steuergas-Flusses (S2) auf das Strömungsprofil zu kompensieren, ist stromabwärts der Steuergas-Einlassöffnung (10) und stromabwärts des Lagerplatzes (7) eine Ausgleichs-Ein- oder -Auslassöffnung (23) vorgesehen, durch die ein örtlich begrenzter Ausgleichsgas-Fluss (S3) eines Ausgleichsgases fließt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Substraten
Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln einer Mehrzahl von Substraten, die auf Lagerplätzen eines in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses angeordneten Suszeptors angeordnet sind. Aus Gasaustrittsöffnungen eines Gaseinlassorgans wird ein Prozessgas-Fluss eines Prozessgases in die Gehäusehöhlung eingespeist. Dies erfolgt derartig, dass das Prozessgas im Wesentlichen gleichmäßig über die Lagerplätze bis zu einem bezogen auf den Prozessgas-Fluss stromabwärts der Lagerplätze angeordneten Gasauslassorgan strömt. Mit dem Gasauslassorgan wird das Prozessgas aus der Gehäusehöhlung herausgeführt. In die Gehäusehöhlung mündet zumindest eine Steuergas- Einlassöffnung, mit der ein örtlich begrenzter Steuergas-Fluss eines Steuergases in die Gehäusehöhlung eingespeist wird.
[0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung mit einem in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses angeordneten Suszeptors zur Durchführung des Verfahrens.
[0003] Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Behandeln einer Mehrzahl von Substraten, die auf einem Suszeptor angeordnet sind, wobei der Suszeptor in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses angeordnet ist und um eine Drehachse drehangetrieben wird. Auf dem Suszeptor sind in einer gleichmäßigen Umfangs Verteilung um die Drehachse Lagerplätze angeordnet, auf denen jeweils zumindest ein Substrat angeordnet ist. Durch ein im Zentrum der Gehäusehöhlung angeordnetes Gaseinlassorgan wird ein Prozessgas in die Gehäusehöhlung derart eingespeist, dass es über die Lagerplätze des Suszeptors hin zu einem Rand des Suszeptors strömt. Mittels eines den Suszep- tor umgebenden Gasauslassorgans wird das Prozessgas aus der Gehäusehöhlung herausgeführt. Das über die die Lagerplätze aufweisende Seite des Sus- zeptor strömende Prozessgas bildet ein laterales Strömungsprofil aus. Durch eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung wird örtlich begrenzt ein Ausgleichsgas in die Gehäusehöhlung eingespeist oder aus der Gehäusehöhlung abgepumpt.
[0004] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung mit einem in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses angeordneten Suszeptor zur Durchführung dieses Verfahrens.
Stand der Technik
[0005] Die DE 10 2019104433 Al beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten auf Substraten der gattungsgemäßen Art. Ein unterhalb einer Prozesskammer angeordneter Suszeptor wird von unten her mit einer Temperiereinrichtung temperiert. Die Temperiereinrichtung ist dort eine RF-Spule, die eine Höhlung aufweist, durch die ein Kühlmittel fließt. Zwischen der Temperiereinrichtung und der von der Prozesskammer wegweisenden Seite des Suszeptors kann ein Steuergas-Fluss eingespeist werden. Dort bildet der Steuergas-Fluss einen Temperiergas-Fluss, mit dem ein Wärmefluss vom Suszeptor zur gekühlten RF-Spule einstellbar ist, um lokal die Temperatur an einem Lagerplatz eines Substrates zu beeinflussen.
[0006] Die DE 10 2018 124 957 Al beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten auf Substraten, wobei die Lagerplätze von Substrathaltern ausgebildet sind, die auf einem Gaspolster gelagert sind, wobei das Gaspolster von einem Steuergas erzeugt wird. Durch eine Änderung des Steuergas-Flusses kann die Höhe des Gaspolsters beeinflusst werden. Stromauf- wärts des Substrathalters wird ein Ausgleichsgas eingespeist, wobei die Summe von Ausgleichsgas-Fluss und Steuergas-Fluss konstantgehalten wird.
[0007] Die US 6,531,069 Bl beschreibt einen CVD-Reaktor mit einem sich über die gesamte laterale Fläche einer Prozesskammer erstreckenden Gaseinlassorgan in Form eines Showerheads. Der unterhalb des Showerheads angeordnete Suszeptor wird von einem Gaseinlassorgan umgeben, das nur über einen Teilumfang Gasauslassöffnungen aufweist. Die Gasauslassöffnungen sind einem rotierenden Gasauslassring zugeordnet.
[0008] Die US 8,152,925 B2 beschreibt einen CVD-Reaktor mit einem als Showerhead ausgebildeten Gaseinlassorgan und einer darunter angeordneten Lagerfläche für ein Substrat. Das Substrat wird von einem Gasauslassring umgeben, der eine Vielzahl von Gasauslassöffnungen aufweist. Der Gasauslassring besitzt darüber hinaus eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen, aus denen ein Ausgleichsgas in die Gehäusehöhlung des CVD-Reaktors einspeisbar ist.
[0009] Die DE 10 2020 107517 Al beschreibt eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten bei einem um eine Drehachse drehangetriebenen Suszeptor, wobei im Suszeptor Gaszuleitungen angeordnet sind, die auf der zur Heizeinrichtung weisenden Unterseite aus dem Suszeptor heraustreten. Jedem der Substrate ist eine auf der Unterseite angeordnete Austrittsöffnung örtlich zugeordnet.
[0010] Bei einem eingangs beschriebenen Verfahren kann der Prozessgas-Fluss je nach Art des in der Prozesskammer durchgeführten Verfahrens stark variieren. Beispielsweise werden beim Abscheiden von III-V-Halbleiterschichten und insbesondere beim Abscheiden von Indium und/ oder Phosphor enthaltenden Schichten oder von Gallium und/ oder Arsen enthaltenden Schichten kann es erforderlich sein, sehr geringe Prozessgas-Flüsse zu verwenden, sodass das Prozessgas mit einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit über die zur Prozesskammer weisende Seite des Suszeptors strömt. Wenn bei einem derartigen Verfahren zusätzlich ein Temperiergas-Fluss entlang der gegenüberliegenden Seite des Suszeptors strömt und dieser Temperiergas-Fluss in den Prozess- gas-Fluss mündet, kann das Strömungsprofil, also die lokalen Flussrichtungen des Prozessgases oder dessen Druck am Rand des Suszeptors, derart beeinflusst werden, dass sich diese Beeinflussung eines Prozessparameters auf die Qualität oder die Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht auswirkt.
[0011] Das Strömungsprofil des Prozessgas-Flusses durch die Prozesskammer wird aber auch durch andere Umstände beeinflusst, beispielsweise durch eine nicht exakt zentrale Anordnung eines Gaseinlassorgans oder durch eine leichte Verkippung des um eine Drehachse drehangetriebenen Suszeptors oder durch eine nicht homogene Sogwirkung eines Gasauslassorgans, das mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, um innerhalb der Gehäusehöhlung des CVD-Reak- tors einen Unterdrück einzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
[0012] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit denen das Strömungsprofil zumindest im Bereich des Randes des Suszeptors beeinflussbar ist.
[0013] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung darstellen, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe sind. [0014] Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, stromabwärts des Suszeptors eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung anzuordnen, um durch diese Öffnung einen örtlich begrenzten Ausgleichsgas-Fluss entweder in die Gehäusehöhlung einzuspeisen oder aus der Gehäusehöhlung abzupumpen. Mit diesem Ausgleichsgas-Fluss kann ein zusätzlicher Gasstrom in die Gehäusehöhlung eingespeist werden oder daraus abgepumpt werden, der das Strömungsprofil des Prozessgas-Flusses über den Suszeptor zumindest an dessen Rand beeinflusst. Mit dem Ausgleichsgas-Fluss kann örtlich begrenzt der für die Ausbildung des Strömungsprofils mitverantwortliche lokale Totaldruck innerhalb der Gehäusehöhlung beeinflusst werden. Mit dem Ausgleichsgas- Fluss kann aber auch ein zusätzlicher Impuls in den Gasfluss eingebracht werden, der örtlich begrenzte dynamische Beeinflussung des Strömungsprofils bewirkt. Mit diesem Ausgleichsgas-Fluss kann eine örtlich begrenzte Wirkung eines Steuergas-Flusses, die beispielsweise auf eine Wirkstelle begrenzt ist, derart kompensiert werden, dass beispielsweise die Summe des örtlich begrenzten Steuergas-Flusses und des diesem örtlich zugeordneten Ausgleichsgas-Flusses auf einem konstanten Wert gehalten wird. Mit dem Ausgleichsgas-Fluss kann aber auch eine auf andere Ursachen zurückzuführende Inhomogenität des Strömungsprofils vermindert werden, indem lokal begrenzt ein Ausgleichsgas- Fluss eingespeist wird.
[0015] Der Steuergas-Fluss kann eine Mischung aus mehreren Gasen, insbesondere von zwei Gasen sein. Die Gase können eine unterschiedliche Viskosität der Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Beispielsweise können die beiden Gase Wasserstoff und Stickstoff sein. Jedes der mehreren Gase kann mit einem ihm zugeordneten Massenflusscontroller kontrolliert in die Gaszuleitung eingespeist werden, sodass ein Ausgleichsgas mit einer definierten Viskosität der Wärmeleitfähigkeit in einer Wirkstelle wirken kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Steuergas-Fluss sich ebenfalls aus Gasen mit unterschiedlichen Viskositäten der Wärmeleitfähigkeiten, beispielsweise aus einer Mi- schung von Wasserstoff und Stickstoff zusammensetzen kann. Dem Ausgleichs- gas-Fluss kann darüber hinaus gezielt eine Richtung gegeben werden, wobei diese Richtung eine Richtung auf das Gasauslassorgan, eine Richtung auf die Prozesskammer beziehungsweise Prozesskammerdecke oder eine Richtung in Umfangsrichtung des Suszeptors sein kann. Es ist ferner möglich, die Aus- gleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung ortsfest am Gehäuse vorzusehen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung dem Suszeptor zugeordnet ist. Bei einem sich drehenden Suszeptor dreht sich die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung mit. Sie bleibt ortsfest einem der Substrate zugeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass jedem der Substrate eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung zugeordnet ist. Diese Ausgleichsgas-Einoder -Auslassöffnung kann der nach oben weisenden Oberseite des Suszeptors zugeordnet sein. Die Öffnung kann aber auch radial am nach außen weisenden Schmalrand des Suszeptors angeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, die Öffnung auf der Unterseite anzuordnen. Bevorzugt ist die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung dem Rand des Suszeptors benachbart. Auch hier kann vorgesehen sein, dass die Öffnung dem Ausgleichsgasstrom eine Richtung verleiht.
[0016] In einer ersten Variante der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Mehrzahl von Substraten auf Lagerplätzen eines in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses angeordneten Suszeptors liegen. Auf einem der Lagerplätze kann ein Substrat liegen. Es können aber auch mehrere Substrate auf einem der Lagerplätze liegen. Die Lagerplätze können von Substrathaltern ausgebildet sein, die von einem Gaspolster getragen werden, mit dem die Substrathalter drehangetrieben werden. Der Suszeptor besitzt einen stromaufwärtigen Bereich, in dem ein Gaseinlassorgan angeordnet ist. Das Gaseinlassorgan besitzt ein oder mehrere Gasaustrittsöffnungen, durch die ein Pro- zessgas-Fluss in eine sich oberhalb des Suszeptors erstreckende Prozesskammer eingespeist wird. Der Suszeptor besitzt einen stromabwärtigen Bereich, der an ein Gasauslassorgan angrenzt, durch welches das Prozessgas oder sich beim Behandeln der Substrate bildende Reaktionsprodukte aus der Gehäusehöhlung herausgeführt werden. Dies kann mittels einer Vakuumpumpe erfolgen, die über eine Saugleitung an das Gasauslassorgan angeschlossen ist. Die Gasaustrittsöffnungen sind derart angeordnet, dass sich ein möglichst gleichmäßiger Prozessgas-Fluss über die in Strömungsrichtung des Prozessgases zwischen Gaseinlassorgan und Gasauslassorgan angeordneten Substrate ausbildet. Bei einer rotationssymetrischen Anordnung um ein zentrales Gaseinlassorgan soll sich möglichst ein rotationssymmetrisches Strömungsprofil ausbilden. Es kann vorgesehen sein, dass in die Gehäusehöhlung ein Steuergas eingespeist wird. Dies erfolgt durch eine in die Gehäusehöhlung mündende Steuergas-Einlassöffnung. Es kann eine einzige Steuergas-Einlassöffnung vorgesehen sein. Es können aber auch mehrere Steuergas-Einlassöffnungen vorgesehen sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere Steuergas-Einlassöffnungen entlang des Randes des Suszeptors angeordnet. Mit dem Steuergas kann ein Wärmefluss von einer Temperiereinrichtung zum Sus- zeptor oder vom Suszeptor zur Temperiereinrichtung beeinflusst werden. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass das Steuergas ein Temperiergas ist, das zwischen Temperiereinrichtung und Suszeptor strömt. Dies erfolgt bevorzugt lokal begrenzt. Das Steuergas kann eine Mischung aus einem eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einem eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Gases sein, sodass durch die Zusammensetzung des Steuergases der Wärmefluss zwischen Temperiereinrichtung und Suszeptor beeinflusst werden kann. Die Temperiereinrichtung kann eine RF-Heizung sein, mit der innerhalb des Suszeptors Wirbelströme erzeugt werden, um den Suszeptor zu beheizen. Die RF-Heizung kann von einem spiralförmig unterhalb des Suszeptors verlaufenden Rohr ausgebildet sein, durch das eine Kühlflüssigkeit fließt, sodass die Temperiereinrichtung auch eine Kühlfunktion ausüben kann, wobei der Wärmefluss vom Suszeptor zum Rohr durch das Temperiergas beeinflusst werden kann. Auch der Massenfluss des Temperiergases kann verändert werden. Das Temperiergas tritt durch die Steuergas-Einlassöffnung insbesondere im Bereich des Randes des Suszeptors in die Gehäusehöhlung und kann dort sich mit dem Prozessgas-Fluss mischen. Die lokale Beeinflussung des Strömungsprofils durch die Einspeisung des Steuergases in den Prozessgas-Fluss wird erfindungsgemäß durch den Ausgleichsgas-Fluss kompensiert.
[0017] Es kann von Vorteil sein, wenn der Suszeptor um seine Drehachse drehangetriebenen wird. Der Suszeptor kann eine Vielzahl von in gleichmäßiger Umfangs Verteilung auf einer Kreisbogenlinie um sein Zentrum angeordnete Lagerplätze aufweisen. Zumindest eine Steuergas-Einlassöffnung kann ortsfest derart angeordnet sein, dass an einer - bezogen auf das Reaktorgehäuse - festen Stelle ein Steuergas-Fluss in die Gehäusehöhlung eingespeist wird. Das Steuergas kann zuvor als Temperiergas wirkend durch einen Spalt zwischen Temperiereinrichtung und Suszeptor hindurchtreten. Um jeweils nur bestimmte Lagerplätze thermisch zu beeinflussen, kann das Temperiergas mit der Drehbewegung des Suszeptors synchronisiert durch die Steuergas-Einlassöffnung in die Gehäusehöhlung fließen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Steuergas-Einlassöffnung lokal eine an einer festen Stelle des Reaktorgehäuses angeordnete Ausgleichsgas- Auslassöffnung angeordnet ist, durch die der Aus- gleichsgas-Fluss eingespeist wird. Es kann vorgesehen sein, dass weitere, ebenfalls jeweils an einer festen Stelle - bezogen auf das Reaktorgehäuse - angeordnete Ausgleichsgas- Auslassöffnungen vorgesehen sind, durch die jeweils ein Ausgleichsgas-Fluss in die Gehäusehöhlung eingespeist werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass die mehreren Ausgleichsgas- Auslassöffnungen in derselben Umfangs Verteilung um das Zentrum des Suszeptors angeordnet sind, in der auch die Lagerplätze angeordnet sind. Durch Absenken eines der Ausgleichsgas-Flüsse kann somit ein Ansteigen eines Steuergas-Flusses kompensiert werden. In einer Variante kann aber auch vorgesehen sein, dass der Aus- gleichsgas-Fluss durch eine Ausgleichsgas- Auslassöffnung aus der Gehäusehöhlung herausgeführt wird. Hierzu kann die Ausgleichsgas- Auslassöffnung an einer Unterdruckleitung angeschlossen sein, durch die Gas aus der Gehäu- sehöhlung herausgepumpt werden kann. Auch dies kann synchronisiert mit der Drehung des Suszeptors erfolgen.
[0018] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorge- schlagen, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung in das Gasauslassorgan mündet, sodass entweder in das Gasauslassorgan ein örtlich begrenzter Ausgleichsgas-Fluss eingespeist oder aus dem Gasauslassorgan ein örtlich begrenzter Ausgleichsgas-Fluss herausgepumpt werden kann. Auch die Wirkstelle, an der sich das Prozessgas mit dem Steuergas mischt, kann im Gasauslassorgan liegen. Die Steuergas-Einlassöffnung kann auch direkt in das Gasauslassorgan münden. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Steuergas-Einlassöffnung stromaufwärts des Gasauslassorgans in die Gehäusehöhlung mündet. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Prozessgas ein reaktives Gas mit Elementen der III. Hauptgruppe und ein reaktives Gas mit Elementen der V. Hauptgruppe enthält. Das Prozessgas kann aber auch reaktive Gase mit Elementen der II. beziehungsweise VI. Hauptgruppe oder reaktive Gase eines Elementes der IV. Hauptgruppe aufweisen. Die beiden Gase, die von einer metallorganischen Verbindung und einem Hydrid gebildet sein können, werden zusammen mit einem Inertgas, beispielsweise Wasserstoff, durch das bevorzugt im Zentrum der Prozesskammer angeordnete Gaseinlassorgan eingespeist. Das Prozessgas durchströmt dann die nach unten durch den Suszeptor und nach oben durch eine Prozesskammerdecke begrenzte Prozesskammer, in der es sich thermisch zerlegt. Die Zerlegungsprodukte bilden auf dem Substrat eine III-V-Halbleiter- schicht. In anderen Ausführungsbeispielen bilden die Zerlegungsprodukte eine II-VI-Halbleiterschicht oder eine IV-Halbleiter schicht. Es handelt sich bevorzugt um eine einkristalline Halbleiterschicht. Bevorzugt werden mehrere Halbleiterschichten mit bevorzugt unterschiedlichen Zusammensetzungen und Schichtdicken übereinander abgeschieden. Es kann sich dabei um GaAs-, InP-, GaP-, InAs-Schichten oder um Mischungen dieser Kristalle handeln. Bei einigen dieser Materialsysteme und insbesondere bei einem Materialsystem, das As und P enthält, sind die optimalen Strömungsgeschwindigkeiten des Prozessgases durch die Prozesskammer derart gering, dass das Strömungsprofil bereits durch geringste Steuerflüsse oder anderweitige konstruktive Inhomogenitäten der Prozesskammer beeinflusst wird. Durch gezieltes Einspeisen des Ausgleichsgases können derartige Inhomogenitäten vermindert werden.
[0019] Bei einer zweiten Variante der Erfindung wird das Ausgleichs gas deshalb nur zur lokalen Beeinflussung des Strömungsprofils verwendet, wenn bei dieser Variante kein Steuergas-Fluss in die Gehäusehöhlung eingespeist wird. Auch hier erfolgt die Einspeisung des Ausgleichsgas-Flusses bevorzugt synchronisiert mit der Drehung des Suszeptors. Das Ausgleichsgas kann sowohl in die Gehäusehöhlung hereingebracht als auch aus der Gehäusehöhlung herausgeführt werden, um lokal einen Überdruck oder lokal einen Unterdrück zu erzeugen. Auch hier kann es von Vorteil sein, wenn sich die Ausgleichsgas-Einoder -Auslassöffnung derart im Gasauslassorgan befindet, dass sich durch die Veränderung des Massenflusses des Ausgleichsgases der Druck innerhalb des Gasauslassorgans lokal ändert. Die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung kann darüber hinaus derart im Gasauslassorgan angeordnet sein, dass das durch sie strömende Ausgleichsgas keine dynamische Wirkung außerhalb des Gasauslassorgans hat, sondern lediglich zu einer lokalen Druckänderung im Bereich einer Wirkstelle führt, die radial außerhalb des Suszeptors liegt.
[0020] Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung in Strömungsrichtung vor dem Gasauslassorgan aber in Strömungsrichtung stromabwärts des Suszeptors angeordnet ist.
[0021] Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Gasauslassorgan ein ringförmiger Körper ist, der auf seiner Oberseite eine Vielzahl von ringförmig um das Zentrum angeordnete Öffnungen aufweist. Die Öffnungen können einen gleichbleibenden Abstand aufweisen. Die Öffnungen können mit einem sich über den gesamten Umfang des Gasauslassorgans erstreckenden Kanal verbunden sein, der an zumindest einer, bevorzugt aber mehreren Stellen mit einer Gasleitung verbunden ist, durch die Gas aus dem Gasauslassorgan abgepumpt werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Gasauslassorgan nur eine einzige ringförmige Öffnung aufweist, durch die das Prozessgas und gegebenenfalls das Steuergas in das Gasauslassorgan eintreten können. Die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen können im Bereich des Bodens des Kanals oder im Bereich einer Wand des Kanals angeordnet sein. Es kann nur eine einzige Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung vorgesehen sein. Es können aber auch mehrere, beispielsweise zwei sich gegenüberliegende Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen vorgesehen sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Anzahl der Ausgleichsgas-Ein- oder Auslassöffnungen der Anzahl der Lagerplätze entspricht und auch deren Umfangsverteilung derjenigen der Lagerplätze auf dem Suszeptor.
[0022] Es kann vorgesehen sein, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung derart angeordnet ist oder dass mehrere Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen derart angeordnet sind, dass die Änderungen im Strömungsprofil stromabwärts eines Lagerplatzes oder aber auch auf dem Lagerplatz eines Substrates, also insbesondere oberhalb der Oberfläche des Substrates auf bestimmte Bereiche der Substratoberfläche beschränkt ist. So kann bspw. vorgesehen sein, dass die ein oder mehreren Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen so angeordnet sind bzw. derart betrieben werden, dass das Strömungsprofil nur oberhalb eines Randbereichs des Substrates oder nur oberhalb eines Zentralbereichs beeinflusst wird. Es ist aber auch möglich ein oder mehrere Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen so anzuordnen, dass das Strömungsprofil oberhalb der gesamten Oberfläche des Substrates beeinflusst wird. Dies kann durch eine geringfügige lokale Verminderung des Totaldrucks stromabwärts des Lagerplatzes oder durch eine geringfügige lokale Erhöhung des Totaldrucks stromabwärts des Lagerplatzes mittels eines Gasflusses oder durch einen hydromechanischen Effekt eines Gasflusses erfolgen.
[0023] Bezogen auf eine erste Radiallinie, die sich durch das Zentrum des Gaseinlassorgans und einen Rand des Lagerplatzes bzw. des vom Lagerplatz getragenen Substrates erstreckt, kann die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung derart angeordnet sein, dass die hydromechanische Wirkung des durch sie hindurchtretenden Ausgleichsgasstroms auf einen Randbereich beschränkt ist.
[0024] Bezogen auf eine zweite Radiallinie, die sich durch das Zentrum des Gaseinlassorgans und ein Zentrum des Lagerplatzes bzw. des vom Lagerplatz getragenen Substrates erstreckt, kann die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung auch derart angeordnet sein, dass die hydromechanische Wirkung des durch sie hindurchtretenden Ausgleichsgasstroms auf den Zentralbereich beschränkt ist.
[0025] Die Erfindung umfasst auch solche Weiterbildungen des Standes der Technik, bei der auf einem azimutalen Winkelabschnitt, der dem azimutalen Winkelabschnitt eines Substrates entspricht, mehrere Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen angeordnet sind, bspw. kann die Wirkung einer Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung auf der ersten Radiallinie und einer zweite Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung auf der zweiten Radiallinie stromabwärts des Suszeptors beschränkt sein. Die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen können gegenüber dem Gasauslassorgan bzw. dem Gehäuse ortsfest angeordnet sein, sodass sich die Lagerplätze für das Substrat relativ gegenüber den Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen bewegen. Die Auslassgasflüsse sind dann mit der Drehung des Suszeptors derart synchronisiert, dass ein bestimmter Puls eines Gasflusses, der entweder in die Prozesskammer eingespeist wird oder aus der Prozesskammer abgesaugt wird, nur dann erzeugt wird, wenn ein bestimmter Lagerplatz die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung passiert. Es kann somit gezielt auf ein oder mehrere Lagerplätze mit unterschiedlichen Gaspulsen eingewirkt werden. Es ist auch möglich, zwei Aus- gleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen, die sich auf einem azimutalen Winkelabschnitt befinden, der dem Bereich eines azimutalen Winkelabschnitts eines Lagerplatzes entspricht, in verschiedener Weise zu betreiben, bspw. dadurch, dass durch eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung ein Gasstrom in die Prozesskammer eingespeist wird und dass durch eine andere Ausgleichsgas- Ein- oder -Auslassöffnung ein Gasstrom aus der Prozesskammer abgesaugt wird, also im Bereich einer Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung ein lokaler Überdruck und Bereich der anderen ein lokaler Unterdrück erzeugt wird. Damit kann gezielt das Strömungsprofil über einen Rand des Substrates anders beeinflusst werden als über den Zentralbereich des Substrates.
[0026] Die Steuereinrichtung ist bevorzugt derart programmiert, dass die oben genannten Gaspulse mit der Drehzahl des Suszeptors synchronisiert erzeugt werden. Während einer Drehung eines Suszeptors können mehrere Gaspulse erzeugt werden, sodass nacheinander Strömungsprofile über verschiedenen Lagerplätzen individuell beeinflusst werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0027] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch einen Bereich einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors, in dem ein äußerer Rand 5' eines Suszeptors 5 an eine Steuergas-Einlassöffnung 10 und eine Öffnung eines Gasauslassorgans 9 angrenzt, zur Verdeutlichung des sich in einer Prozesskammer oberhalb des Suszeptors 5 ausbildenden Strömungsprofils eines Prozessgas- Flusses Sl;
Fig. 2 schematisch in der Horizontalebene das Strömungsprofil gemäß Figur 1;
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Reaktorgehäuse 1 eines ersten Ausführungsbeispiels ;
Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Figur 3;
Fig. 5 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines dritten. Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines vierten Ausführungsbeispiels;
Fig. 8 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines fünften Ausführungsbeispiels;
Fig. 9 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines sechsten Ausführungsbeispiels;
Fig. 10 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines siebten Ausführungsbeispiels Fig. 11 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines achten Ausführungsbei- spiels,
Fig. 12 eine Darstellung gemäß Figur 11 eines neunten Ausführungs- beispiels, Fig. 13 eine Darstellung gemäß Figur 11 eines zehnten Ausführungsbeispiels,
Fig. 14 eine Darstellung gemäß Figur 10 eines elften Ausführungsbeispiels,
Fig. 15 eine Darstellung gemäß Figur 3 eines zwölften Ausführungs- beispiels,
Fig. 16 eine Darstellung gemäß Figur 3 eines dreizehnten Ausführungsbeispiels,
Fig. 17 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines vierzehnten Ausführungsbeispiels,
Fig. 18 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines vierzehnten Ausfüh- rungsbeispiels und
Fig. 19 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines fünfzehnten Ausfüh- rungsbeispiels. Beschreibung der Ausführungsformen
[0028] Mit den Figuren 1 und 2 soll das der Erfindung zugrundeliegende Problem unter Bezugnahme auch auf die Figuren 3 und 4 erläutert werden:
[0029] Die Figur 3 zeigt einen CVD-Reaktor, wie er grundsätzlich aus der DE 102019104433 Al vorbekannt ist. Es wird deshalb auch auf die dortigen Ausführungen zur Ausgestaltung und Funktionsweise des CVD-Reaktors verwiesen. Der CVD-Reaktor besitzt ein Reaktorgehäuse 1, welches Seitenwände 3, einen Boden 4 und einen Deckel 2 jeweils insbesondere aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Edelstahl, aufweist. Damit ist eine Gehäusehöhlung gasdicht nach außen abgeschlossen. In der Gehäusehöhlung befindet sich ein Gaseinlassorgan 6, mit dem Prozessgase in die Gehäusehöhlung eingespeist werden können. Das Gaseinlassorgan 6 besitzt ein oder mehrere Gasaustrittsöffnungen 6', die sich bevorzugt derart in Umfangsrichtung um das im Zentrum der Gehäusehöhlung angeordnete Gaseinlassorgan 6 erstrecken, dass mit dem Gaseinlassorgan 6 ein rotationssymmetrischer, homogener Prozessgas- Fluss S1 in die das Gaseinlassorgan 6 umgebende Prozesskammer eingespeist wird. Mit einem Gasmischsystem 20 können Prozessgase bereitgestellt werden, die in das Gaseinlassorgan 6 eingespeist werden. Das Gasmischsystem 20 kann von einer Steuereinrichtung 18 gesteuert werden.
[0030] Die Prozesskammer erstreckt sich unterhalb einer Prozesskammerdecke 11 und oberhalb eines Suszeptors 5. Der Suszeptor 5 wird von einem Träger 12 getragen, mit dem der Suszeptor 5 um seine Drehachse A drehangetrieben werden kann, sodass er sich in einer Horizontalebene dreht. Der Suszeptor 5 trägt eine Vielzahl von Substrathaltern 7, die jeweils einen Lagerplatz ausbilden. Beim Ausführungsbeispiel können die Substrathalter 7 auf nicht dargestellten Gaspolstern aufliegen, die von einem Spülgasstrom erzeugt werden, mit dem auch der Substrathalter 7 um eine Drehachse B drehangetrieben wer- den kann. Mit einem Pyrometer 21 lässt sich die Oberflächentemperatur des Substrates 7 messen.
[0031] Unterhalb des Suszeptors 5 befindet sich eine Heizeinrichtung 13, die bei den Ausführungsbeispielen von einer spiralförmigen Spule ausgebildet ist, die ein RF-Feld erzeugt, mit dem im Suszeptor 5 Wirbelströme erzeugt werden, um den Suszeptor 5 auf eine Prozesstemperatur zu bringen.
[0032] Radial außerhalb des Suszeptors 5 befindet sich ein sich entlang des sich auf einer Kreisbogenlinie erstreckenden Randes 5' des Suszeptors 5 erstreckendes Gasauslassorgan 9 mit einer Öffnung 9', die in Richtung des Randes 5' des Suszeptors 5 weist. Das Gasauslassorgan 9 ist mit mehreren in den Zeichnungen nicht dargestellten Gasleitungen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Pumpe verbunden, um Gas aus einem Kanal des Gasauslassorgans 9 abzusaugen.
[0033] Bei den in den Figuren 3, 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich unterhalb der Unterseite des Suszeptors 5 eine Dichtplatte 8, die sich nicht mit dem Suszeptor 5 mit dreht, sondern ortsfest am Reaktorgehäuse 1 befestigt ist, beispielsweise auf einer Stufe des Gasauslassorgans 9 ruht. Die Dichtplatte 8 befindet sich zwischen der Heizeinrichtung 13 und einer Unterseite des Suszeptors 5, sodass sich ein horizontaler Spalt 17 zwischen Dichtplatte 8 und Suszeptor 5 ausbildet. In diesen Spalt 17 kann durch eine Gasleitung 14 ein Temperiergas eingespeist werden. Es bildet sich ein Temperiergas-Fluss aus, der den Spalt 17 in Radialrichtung durchströmt und durch eine Öffnung 10 in einen Bereich radial außerhalb des Randes 5' des Prozessors 5 mündet.
[0034] Mittels zweier von der Steuereinrichtung 18 gesteuerter Massenfluss- Controller 28, 29 und einem Umschaltventil beziehungsweise Mischventil 27 kann eine Mischung aus H2 und N2 in die Gasleitung 4 eingespeist werden. Es tritt aus der Einspeiseöffnung 14' in den Spalt 17 und bildet einen den Spalt 17 durchströmenden Steuergas-Fluss S2.
[0035] Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem lediglich eine Gasleitung 14 vorgesehen ist, die auf genau einer Umfangsposition in den Spalt 17 mündet, sodass sich nur eine Auslassöffnung 10 ausbildet, die am Ende des in der Figur 4 gestrichelt dargestellten Strömungsweges des Temperiergases liegt. Um einen bestimmten Lagerplatz 7 thermisch zu beeinflussen wird durch die Gasleitung 14 mit der Drehbewegung des Suszeptors 5 synchronisiert jeweils gepulst ein Temperiergas eingespeist, das entlang des Strömungsweges strömt, um so lokal den Wärmefluss zu einem der Lagerplätze 7 beziehungsweise von einem der Lagerplätze 7 zu beeinflussen.
[0036] Mit einem weiteren Pyrometer 22 kann eine Temperatur unterhalb des Suszeptors 5 gemessen werden.
[0037] Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch den Prozessgas-Fluss S1 und den Steuergas-Fluss S2, die sich an einer Wirkstelle 31 mischen, wobei die Wirkstelle 31 radial außerhalb des Randes 5' des Suszeptors 5 und stromaufwärts der Öffnung 9' angeordnet ist. Wird durch die lokal angeordnete Steuergas-Einlassöffnung 10 ein Steuergas im Bereich der Wirkstelle 31 eingespeist, so ändert sich dort lokal der Druck beziehungsweise das Strömungsprofil, was in der Figur 2 schematisch dadurch angedeutet wird, dass dort die Stromlinien nicht mehr in exakter Radialrichtung verlaufen. Die Änderung des Strömungsprofils hat zur Folge, dass die Wachstumsrate der auf dem Substrat 7 abgeschiedenen Schicht am Rand eine andere ist, als stromaufwärts des Randes. Auch eine Kristallzusammensetzung kann am Rand eine andere sein, als stromaufwärts. [0038] Um den Einfluss des Steuergas-Flusses S2 auf das Strömungsprofil zu vermindern wird bei den in den Figuren 3 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen durch eine Steuergas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' ein Steuergas- Fluss S3 in die Gehäusehöhlung an derselben Radialposition eingespeist, an der sich die Steuergas-Einlassöffnung 10 befindet.
[0039] Bei dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel mündet die Steuergas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' in einen Boden eines ringförmigen Kanals des Gasauslasskanals 9. Das aus der Steuergas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' strömende Steuergas muss nicht durch die Öffnung 9' in Richtung der Wirkstelle 31 heraustreten. Die Wirkung des Steuergas-Flusses S3 auf das Strömungsprofil tritt auch dann ein, wenn mit dem Steuergas-Fluss S3 lediglich eine lokale und insbesondere gepulste Druckänderung an der Wirkstelle 31 einhergeht. Mit einem Massenflusscontroller 19 und gegebenenfalls einem zusätzlichen Ventil kann ein derartiger Gaspuls erzeugt werden.
[0040] Das in der Figur 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass zwei sich diagonal gegenüberliegende unabhängig voneinander mit einem Steuergas beaufschlagbare Gasleitungen 14 vorgesehen sind, denen jeweils lokal eine Gaszuleitung 23 für ein Ausgleichsgas zugeordnet ist.
[0041] Das in der Figur 6 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den beiden anderen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass jedem der Eagerplätze 7 lokal eine Gasleitung 14 und somit eine Steuergas- Einlassöffnung 10 zugeordnet ist. Ferner ist jeder Steuergas-Einlassöffnung 10 auch eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' zugeordnet. [0042] Das in der Figur 7 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass jedem der Lagerplätze 7 lokal eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' zugeordnet ist, sich die Anzahl der Steuergas-Einlassöffnungen 10 aber von der Anzahl der Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen 23' unterscheidet. Beim Ausführungsbeispiel gibt es nur eine Steuergas-Einlassöffnung 10. Gleichwohl kann auch hier vorgesehen sein, dass es zu jedem der Lagerplätze 7 eine zugeordnete Steuergas-Einlassöffnung 10 gibt.
[0043] Das in der Figur 8 dargestellte fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' in eine Seitenwand des Kanals des Gaseinlassorganes mündet. Die Öffnung 9' des Gasauslassorgans 9 kann hier eine derartige Weite besitzen, dass der aus der Öffnung 23' austretende Gasfluss eine Wirkung an der Wirkstelle 31 ausübt.
[0044] Das in der Figur 9 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den in den Figuren 3 und 8 dargestellten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass hier kein Ausgleichsgas-Fluss S3 in das Reaktorgehäuse fließt, sondern dass hier ein Ausgleichsgas-Fluss S3 aus dem Reaktorgehäuse herausgeführt wird. Es ist hier insbesondere vorgesehen, dass mit einer Saugleitung 23 und einer mit einem Ventil 25 gesteuerten Pumpe 24 ein Saugstrom erzeugt wird, mit dem der Ausgleichsgas-Fluss S3 aus dem Kanal des Gasauslassorgans 9 herausgepumpt wird, um so an der Wirkstelle 31 lokal einen Unterdrück zu erzeugen. Eine ähnliche Wirkung kann mit einer Anordnung gemäß Figur 7 erreicht werden, wenn durch eine der Ausgleichsgas-Einoder -Auslassöffnungen 23' ein geringerer Ausgleichsgas-Fluss S3 strömt, als durch alle anderen. Die Weiter der Öffnung 9' des Gasauslassorgans 9 kann hier derart angepasst werden, dass der über die Saugleitung erzeugte Unterdrück eine Wirkung an der Wirkstelle 31 erzeugt.
[0045] Bei dem in der Figur 10 dargestellten siebten Ausführungsbeispiel fehlt die Steuergas-Einlassöffnung 10. Hier wird kein Steuergas-Fluss erzeugt, mit dem das Strömungsprofil gestört wird. Trotzdem ist hier eine Ausgleichsgas-Einoder -Auslassöffnung 23' vorgesehen, mit der ein lokal an einer Umfangsstelle angeordneter Druckunterschied erzeugt werden kann, in dem durch die Aus- gleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' entweder ein Ausgleichsgas-Fluss S3 in die Gehäusehöhlung eingespeist wird, wie es die Figur 10 zeigt, oder ein Aus- gleichsgas-Fluss S3 aus der Gehäusehöhlung herausgepumpt wird, wie es in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Auch hier ist es von Vorteil, wenn die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' in den Kanal des Gasauslassorgans 9 mündet. Dies kann entweder in der Seitenwand oder im Boden erfolgen. Der Prozessgas-Fluss S1 mischt sich hier innerhalb des Gasauslassorgans 9 mit dem Ausgleichsgas-Fluss S3. Es können die in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Anordnungen der Gaszuleitungen 23 beziehungsweise Ausgleichs- gas-Ein- oder -Auslassöffnungen 23' verwirklicht sein. Auch hier kann die Öffnung 9' eine Öffnungsweite haben, die es ermöglicht, dass das aus der Gaszuleitung 23 austretende Ausgleichsgas an der Wirkstelle 31 wirken kann.
[0046] Das in der Figur 11 dargestellte achte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' nicht in das Gasauslassorgan 9 mündet, sondern im Bereich der Wirkstelle 31 stromabwärts des Randes 5' des Suszeptors. Der Ausgleichsgas-Fluss S3 kann eine einstellbare Viskosität, einstellbare Wärmeleitfähigkeit oder eine einstellbare andere Eigenschaft aufweisen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Ausgleichs- gas-Fluss S3 eine einstellbare Mischung aus voneinander verschiedenen Gasen sein kann. Mit einem Massenflusscontroller 19 kann beispielsweise ein Wasserstofffluss in die Gaszuleitung 23 eingespeist werden. Mit dem Massenflusscontroller 19' kann ein Stickstofffluss in die Gaszuleitung 23 eingespeist werden.
Beide Gase mischen sich in der Gaszuleitung 23, sodass aus der Öffnung 23' ein Ausgleichsgas mit einer vorbestimmten Zusammensetzung austreten kann.
[0047] In einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung des Ausgleichsgases der Zusammensetzung des Steuergas- Flusses S2 entspricht.
[0048] Bei dem in der Figur 12 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Suszeptor 5 eine Gaszuleitung 23, die nahe dem Rand 5' des Suszeptors mündet. In diese Gaszuleitung 23 kann eine Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff eingespeist werden, die als Ausgleichsgas-Fluss S3 stromabwärts des Lagerplatzes 7 in die Reaktorhöhlung eintritt. Ein Endabschnitt der Gaszuleitung 23 verleiht dem Ausgleichsgas-Fluss S3 eine Richtung schräg nach oben.
[0049] Bei dem in der Figur 13 dargestellten Ausführungsbeispiel verleiht ein Endabschnitt der Gaszuleitung 23 dem Ausgleichsgas-Fluss S3 eine Richtung nach unten.
[0050] In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können die Gasleitungen 23 auch zu einer Pumpe führen, sodass durch die Öffnungen 23' am Rand 5' des Substrates 5 ein Saugstrom aus der Reaktorhöhlung heraustreten kann. Es kann eine mit dem Suszeptor mitdrehende Säugöffnung vorgesehen sein.
[0051] Bei dem in der Figur 14 dargestellten Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen dem in der Figur 10 dar gestellten Ausführungsbeispiel entspricht, ist die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' nicht dem Gas- auslassorgan 9 zugeordnet. Die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' ist vielmehr im Bereich der Prozesskammerdecke 11 angeordnet. Ausgleichs- gas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' ist hier stromabwärts des Lagerplatzes 7 angeordnet. Sie kann insbesondere stromabwärts des Randes 5' angeordnet sein. Ein aus der Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' austretender Gasstrom kann auf das Gasauslassorgan 9 gerichtet sein und am Rand 5' des Suszeptors vorbeiströmen.
[0052] Auch hier ist es möglich, die Öffnung 23' als Säugöffnung zu verwenden.
[0053] Das in der Figur 15 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Ähnlich wie bei dem in den Figuren 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist hier die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' ortsfest dem Suszeptor 5 zugeordnet. Hier liegt die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' im Bereich der schmalen Umfangs wand des Suszeptors 5. Sie kann aber auch, wie in den Figuren 12 und 13 dargestellt ist, eine gerichtete Strömung erzeugen, die nicht nur eine Radialkomponente aufweist, sondern auch eine Axialkomponente.
[0054] Das in der Figur 16 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Es unterscheidet sich jedoch dahingehend, dass, wie im in der Figur 14 dargestellten Ausführungsbeispiel, die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' in der Prozesskammerdecke 11 angeordnet ist. Auch hier kann aus der Ausgleichsgas- Ein- oder -Auslassöffnung 23' ein gerichteter Ausgleichsgas-Fluss S3 herausströmen, wobei es bevorzugt ist, dass die Strömungsrichtung des Ausgleichsgas-Flusses S3 auf das Gasauslassorgan 9 gerichtet ist. [0055] Die Figur 17 zeigt die Anordnung von Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' der Ausführungsbeispiele der Figuren 12, 13 und 15. Jedem der Lagerplätze 7 kann stromabwärts eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' zugeordnet sein. Die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' können von einer gemeinsamen Gaszuleitung versorgt werden, sodass beispielsweise ein von Massenflusscontrollern 19, 19' bereitgestellter Massenfluss in eine entsprechende Anzahl von Zweigflüssen aufgeteilt wird.
[0056] Bei jedem der Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung kann aber auch jedem der Lagerplätze 7 eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' zugeordnet sein, durch die ein individualisierter Gasstrom strömen kann. Hierzu kann jede der Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' eine individuelle Zuleitung aufweisen, die zumindest einen Massenflusscontroller 19, 19' aufweist. Bevorzugt weisen die individuellen Gaszuleitungen aber jeweils ein Paar von Massenflusscontrollern 19, 19' auf, sodass eine individualisierte Gasmischung eingespeist werden kann.
[0057] Letzteres gilt auch für die in den Figuren 11, 14 und 16 dargestellten Ausführungsbeispiele, bei denen die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' dem Gehäuse zugeordnet sind. Auch hier können in derselben Winkelverteilung, in der die Lagerplätze 7 auf dem Suszeptor 5 angeordnet sind im Gehäuse Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' angeordnet sein.
[0058] Bei den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen liegt die Steuergas-Einlassöffnung 10 stromaufwärts einer Öffnung 9' des Gasauslassorgans 9. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Steuergas- Einlassöffnung 10 aber auch unmittelbar in das Gasauslassorgan 9 münden, beispielsweise in eine den ringförmigen Kanal des Gasauslassorgans 9 begrenzende Wand. Die Wirkstelle 31 liegt dann innerhalb des Gasauslassorgans 9. Ohne den zusätzlichen Ausgleichsgas-Fluss S3 würde auch bei diesen Ausführungsbeispielen das Strömungsprofil oberhalb des Suszeptors 5 durch den Steuergas-Fluss S2 beeinflusst werden, weil sich lokal im Bereich des Randes 5' des Suszeptors 5 ein erhöhter Druck ausbildet. Mit dem Ausgleichsgas-Fluss S3 kann diese lokale Druckinhomogenität vermindert werden, beispielsweise dadurch, dass an voneinander verschiedenen Umfangspositionen jeweils Ausgleichsgase S3 in das Gaseinlassorgan 6 eingespeist werden und dort, wo der Steuergas-Fluss S2 in das Gasauslassorgan 9 mündet, ein geringerer Aus- gleichsgas-Fluss S3 in das Gasauslassorgan 9 eingespeist wird. Alternativ dazu kann aber auch an der Wirkstelle ein Ausgleichsgas-Fluss S3 aus dem Gasauslassorgan 9 abgepumpt werden. Es ist hier von Vorteil, wenn der Ausgleichs- gas-Fluss S3 unmittelbar in das Gasauslassorgan 9 eingespeist oder unmittelbar aus dem Gasauslassorgan 9 abgepumpt wird.
[0059] Mit den zuvor beschriebenen Vorrichtungen ist es nicht nur möglich, durch konstruktive Unzulänglichkeiten der Prozesskammer oder durch lokale Strömungen oder Druckänderungen verursachte Störungen des Strömungsprofils in der Prozesskammer und insbesondere am äußeren Rand der Prozesskammer zu kompensieren. Es ist auch möglich, gezielt das Strömungsprofil durch einen Ausgleichsgas-Fluss S3 zu beeinflussen. Dies kann wie zuvor beschrieben in einer mit der Drehung des Suszeptors 5 synchronisierten Weise erfolgen. Es ist aber auch möglich, das Strömungsprofil durch asynchrone oder konstante Ausgleichsgas-Flüsse S3 zu beeinflussen.
[0060] In den Figuren 18 und 19 sind zusätzlich zwei Radiallinien RI, R2 eingezeichnet, die jeweils ausgehend von einem Zentrum Z des im Zentrum des Suszeptors 5 angeordneten Gaseinlassorgans 6 in Radialrichtung über den Sus- zeptor 6 verlaufen, wobei die Radiallinie RI einen Rand 7' eines Lagerplatzes 7 tangiert und die Radiallinie R2 durch das Zentrum 7" des Lagerplatzes 7 verläuft.
[0061] Bei dem in der Figur 18 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung derart betrieben, dass ein Gaspuls jedes Mal dann erzeugt wird, wenn die Radiallinie RI des sich drehenden Sus- zeptors 5 die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' passiert, sodass nur im Bereich eines Randes 7' des Lagerplatzes bzw. des dort gelagerten Substrates eine Beeinflussung des Strömungsprofils erfolgt.
[0062] In einer Variante wird die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' derart betrieben, dass ein Gaspuls jedes Mal dann erzeugt wird, wenn die Radiallinie R2 des sich drehenden Suszeptors 5 die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' passiert, sodass nur im Bereich eines Zentrums 7" des Lagerplatzes bzw. des dort gelagerten Substrates eine Beeinflussung des Strömungsprofils erfolgt.
[0063] In beiden Fällen ist die Pulslänge derart kurz bemessen, dass sich die Beeinflussung der Strömung nur über einen azimutalen Teilwinkel des Gesamtwinkels erstreckt, über den sich der Lagerplatz erstreckt. Es ist aber auch möglich, die Pulslänge so zu bemessen, dass die Beeinflussung der Strömung den gesamten azimutalen Winkel, über den sich der Lagerplatz erstreckt, bewirkt.
[0064] Bei dem in der Figur 19 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen 23', 23" vorgesehen, die derart eng nebeneinanderliegen, dass sie geringer voneinander winkelbeabstandet sind als der azimutale Winkel, über den sich der Lagerplatz 7 bzw. das vom Lagerplatz 7 getragene Substrat erstreckt. Bei dieser Variante können in dichter zeitlicher Folge verschiedene Gaspulse synchronisiert mit der Drehung des Suszeptors 5 erzeugt werden. Es ist möglich, durch beide Ausgleichsgas-Einoder -Auslassöffnungen 23', 23" einen in die Prozesskammer einströmenden Gasfluss oder aus der Prozesskammer austretenden Gasfluss zu erzeugen. Es ist aber auch möglich, durch eine der beiden Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen 23', 23" einen Gasfluss in die Prozesskammer und durch die andere Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23', 23" aus der Prozesskammer zu erzeugen.
[0065] Dies erfolgt bevorzugt derart, dass die Gaspulse nur ein Strömungsprofil über jeweils einem Lagerplatz 7 bzw. einem auf dem Lagerplatz 7 angeordneten Substrat beeinflussen. Die Gaspulse können dabei auch nur einen Teilwinkel über dem Lagerplatz 7 bzw. Substrat beeinflussen. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass mit den Gaspulsen erzielte Druckänderung mit der Sus- zeptorrotation synchronisiert ist.
[0066] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
[0067] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass stromabwärts der Steuergas-Einlassöffnung 10 und stromabwärts des Lagerplatzes 7 durch eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' ein örtlich begrenzter Ausgleichs- gas-Fluss S3 eines Ausgleichsgases in die Gehäusehöhlung eingespeist oder aus der Gehäusehöhlung abgepumpt wird.
[0068] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mit einer Steuereinrichtung 18 der Ausgleichsgas-Fluss S3 derart gesteuert wird, dass eine durch den Steuergas-Fluss S2 an einer Wirkstelle 31 bewirkte, örtlich begrenzte Beeinflussung des Strömungsprofils stromabwärts des Lagerplatzes 7 durch den Ausgleichsgas-Fluss S3 kompensiert wird, und/ oder dass mit einer Steuereinrichtung 18 die Summe des örtlich begrenzten Steuergas-Flusses S2 und des diesem örtlich zugeordneten Ausgleichsgas-Fluss S3 auf einem konstanten Wert gehalten wird.
[0069] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Steuergas- Fluss S2 in einen Bereich zwischen dem Suszeptor 5 und einer Temperiereinrichtung 13 eingespeist wird, mit dem in einem örtlich begrenzten Bereich ein Wärmefluss zum oder vom Suszeptor 5 beeinflusst wird und/ oder dass das Prozessgas ein reaktives Gas mit einem Element der III. Hauptgruppe und ein reaktives Gas mit einem Element der V. Hauptgruppe enthält und/ oder dass das reaktive Gas eine Arsenverbindung, eine Phosphorverbindung und/ oder eine Indiumverbindung oder eine Galliumverbindung aufweist und dass der Suszeptor mit einer Heizeinrichtung 13 auf eine Prozesstemperatur gebracht wird, bei der auf den Substraten 32 jeweils eine III-V-Halbleiter schicht abgeschieden wird.
[0070] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Ausgleichsgas- Fluss S3 unmittelbar in das Gasauslassorgan 9 eingespeist oder aus dem Gasauslassorgan 9 abgepumpt wird.
[0071] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass stromabwärts der Steuergas-Einlassöffnung 10 und stromabwärts des Lagerplatzes 7 im Gasauslassorgan 9 eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' mündet, mit der ein Ausgleichsgas in die Gehäusehöhlung einspeisbar oder aus der Gehäusehöhlung abpumpbar ist. [0072] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Steuereinrichtung 18 zur Steuerung von Ventilen 27, 25 und Massenfluss-Controllern 19, 28, 29 zur Beeinflussung zumindest des mindestens einen Steuergas-Flusses S2 und des mindestens einen Ausgleichsgas-Flusses S3 derart eingerichtet ist, dass mit dem Ausgleichsgas-Fluss S3 an einer Wirkstelle 31 eine örtlich begrenzte Beeinflussung eines Strömungsprofils des Prozessgas-Flusses S1 über die La- gerplätze 7 durch den Steuergas-Fluss S2 kompensiert wird und/ oder dass die Summe des örtlich begrenzten Steuergas-Flusses S2 und des diesem örtlich zugeordneten Ausgleichsgas-Flusses S3 auf einem konstanten Wert gehalten wird.
[0073] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Steuergas- Fluss S2 durch einen Spalt 17 zwischen der von den Eagerplätzen wegweisenden Seite des Suszeptors 5 und einer Temperiereinrichtung 13 geführt wird, um einen Wärmefluss zum oder vom Suszeptor 5 in einem örtlich begrenzten Bereich durch den Steuergas-Fluss S2 zu beeinflussen und dass, bezogen auf die Erstreckungsebene des Suszeptors 5, die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' dort angeordnet ist, wo sich der Steuergas-Fluss S2 mit dem Pro- zessgas-Fluss S3 mischt.
[0074] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgleichsgas-Einlassöffnung 23' stromabwärts eines an das Gasauslassorgan 9 angrenzenden Randes 5' des Suszeptors 5 angeordnet ist und/ oder dass die Aus- gleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' im Gasauslassorgan 9 angeordnet ist.
[0075] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lagerplätze 7 kreisringförmig um die Mitte des einen auf einer Kreislinie verlaufenden Außenrand 5' aufweisenden Suszeptors 5 angeordnet sind und das ringförmig gestaltete Gasauslassorgan 9 den Suszeptor 5 umgibt, wobei mehreren oder jedem der Lagerplätze 7 örtlich eine ihm zugeordnete Steuergas-Einlassöff- nung 10 und eine von der Steuergas-Einlassöffnung 10 in Radialrichtung beab- standete Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' zugeordnet sind, durch die jeweils ein von der Steuereinrichtung 18 individuell gesteuerter Steuergas- Fluss S2 beziehungsweise Ausgleichsgas-Fluss S3 strömt.
[0076] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Suszeptor 5 um eine Drehachse A drehantreibbar ist und von der Steuereinrichtung 18 gesteuert durch die Steuergas-Einlassöffnungen 10 beziehungsweise Ausgleichs- gas-Ein- oder -Auslassöffnungen 23' mit der Drehung des Suszeptors 5 synchronisiert Steuergase beziehungsweise Ausgleichsgase derart gepulst strömen, dass ein Prozessparameter an jedem der Lagerplätze 7 auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
[0077] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgleichsgas- Ein- oder -Auslassöffnung 23' derart angeordnet ist oder der durch die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' strömender Ausgleichsgas-Fluss S3 derart gerichtet ist, dass das Strömungsprofil über dem Suszeptor 5 zumindest im Bereich des Randes 5' des Suszeptors 5 beeinflusst wird.
[0078] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ausgleichsgas radial außerhalb des Suszeptors 5 in die Gehäusehöhlung oder in das Gasauslassorgan 9 eingespeist oder aus der Gehäusehöhlung oder dem Gasauslassorgan 9 abgepumpt wird.
[0079] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' derart angeordnet ist und die Steuereinrichtung 18 derart programmiert ist, dass das Einspeisen oder Abpumpen des Ausgleichsgases das Strömungsprofil über dem Suszeptor 5 zumindest im Bereich des Randes 5' Suszeptors 5 beeinflusst. [0080] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgleichs- gas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' radial außerhalb des Suszeptors 5 oder im Gasauslassorgan angeordnet ist.
[0081] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' dem Suszeptor 5 zugeordnet ist und radial außerhalb eines Lagerplatzes 7 den Rand 5' des Suszeptors 5 benachbart angeordnet ist und/ oder dass der Ausgleichsgas-Fluss S3 einer dem Rand 5' benachbarten - bezogen auf den Prozessgas-Fluss 51 - stromabwärts des Lagerplatzes 7 angeordneten Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung 23' entspringt und/ oder dass der Ausgleichsgas-Fluss S3 eine einstellbare Mischung aus Gasen mit zwei voneinander verschiedenen Viskositäten oder Wärmeleitfähigkeiten ist.
[0082] Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass ein oder mehrere Auslassöffnungen 23', 23" derart angeordnet sind und betrieben werden, dass das Strömungsprofil nur oder verstärkt nur im Bereich eines Randes 7' oder eines Zentrums 7" eines auf einem Substrathalter 7 aufliegenden Substrats beeinflusst wird oder dass das Strömungsprofil über den gesamten Bereich der Oberfläche eines auf einem Substrathalter 7 aufliegenden Substrats beeinflusst wird.
[0083] Eine Vorrichtung oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass eine erste Auslassöffnung 23' derart angeordnet ist und betrieben wird, dass das Strömungsprofil nur oder verstärkt nur im Bereich eines Randes 7' eines auf einem Substrathalter 7 aufliegenden Substrats beeinflusst wird und dass eine zweite Auslassöffnung 23" derart angeordnet ist und betrieben wird, dass das Strömungsprofil nur oder verstärkt nur im Bereich eines Zentrums 7" eines auf einem Substrathalter 7 aufliegenden Substrats beeinflusst wird. [0084] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
Liste der Bezugszeichen
1 Reaktorgehäuse 23 Gaszuleitung
2 Deckel 23' Ausgleichsgas-Ein- oder -Aus
3 Seitenwand lassöffnung
4 Boden 23" Ausgleichsgas-Ein- oder -Aus
5 Suszeptor lassöffnung
5' Rand 24 Pumpe
6 Gaseinlassorgan 25 Steuerventil
6' Austrittsöffnung 27 Umschaltventil
7 Substrathalter, Lagerplatz 28 Massenfluss-Controller
7' Rand 29 Massenfluss-Controller
8 Dichtplatte 30 Kühlkanal
9 Gasauslassorgan 31 Wirkstelle
9' Öffnung 32 Substrat
10 Steuergas-Einlassöffnung
11 Prozesskammerdecke
12 Träger A Suszeptor-Drehachse
13 Heizeinrichtung B Substrathalter-Drehachse
14 Gasleitung 51 Prozessgas-Fluss
17 Spalt 52 Steuergas-Fluss
18 Steuereinrichtung 53 Ausgleichsgas-Fluss
19 Massenfluss-Controller RI Radiallinie
19' Massenfluss-Controller R2 Radiallinie
20 Gasversorgung
21 erstes Pyrometer
22 zweites Pyrometer

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Behandeln einer Mehrzahl von Substraten (32), wobei die Substrate (32) auf Lagerplätzen (7) eines in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses (1) angeordneten Suszeptors (5) angeordnet sind, wobei aus ein oder mehreren Gasaustrittsöffnungen (6') eines Gaseinlassorgans (6) ein Prozessgas-Fluss (Sl) eines Prozessgases in die Gehäusehöhlung derart eingespeist wird, dass das Prozessgas gleichmäßig über die Lagerplätze (7) bis zu einem bezogen auf den Prozessgas-Fluss stromabwärts der Lagerplätze (7) angeordneten Gasauslassorgan (9) strömt, mit dem das Prozessgas aus der Gehäusehöhlung herausgeführt wird, wobei durch mindestens eine in die Gehäusehöhlung mündende Steuergas-Einlassöffnung (10) ein örtlich begrenzter Steuergas-Fluss (S2) eines Steuergases in die Gehäusehöhlung eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Steuergas-Einlassöffnung (10) und stromabwärts des Lagerplatzes (7) durch eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') ein örtlich begrenzter Ausgleichsgas-Fluss (S3) eines Ausgleichsgases in die Gehäusehöhlung eingespeist oder aus der Gehäusehöhlung abgepumpt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Steuereinrichtung (18) der Ausgleichsgas-Fluss (S3) derart gesteuert wird, dass eine durch den Steuergas-Fluss (S2) an einer Wirkstelle (31) bewirkte, örtlich begrenzte Beeinflussung des Strömungsprofils stromabwärts des Lagerplatzes (7) durch den Ausgleichsgas-Fluss (S3) kompensiert wird, und/ oder dass mit einer Steuereinrichtung (18) die Summe des örtlich begrenzten Steuergas-Flusses (S2) und des diesem örtlich zugeordneten Ausgleichsgas-Fluss (S3) auf einem konstanten Wert gehalten wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuergas-Fluss (S2) in einen Bereich zwischen dem Suszeptor (5) und einer Temperiereinrichtung (13) eingespeist wird, mit dem in einem örtlich begrenzten Bereich ein Wärmefluss zum oder vom Suszeptor (5) beeinflusst wird und/ oder dass das Prozessgas ein reaktives Gas mit einem Element der III. Hauptgruppe und ein reaktives Gas mit einem Element der V. Hauptgruppe enthält und/ oder dass das reaktive Gas eine Arsenverbindung, eine Phosphorverbindung und/ oder eine Indiumverbindung oder eine Galliumverbindung aufweist und dass der Suszeptor mit einer Heizeinrichtung (13) auf eine Prozesstemperatur gebracht wird, bei der auf den Substraten (32) jeweils eine III-V-Halbleiter- schicht abgeschieden wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsgas-Fluss (S3) unmittelbar in das Gasauslassorgan (9) eingespeist oder aus dem Gasauslassorgan (9) abgepumpt wird.
5. Vorrichtung mit einem in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses (1) angeordneten Suszeptor (5), auf dem eine Vielzahl von Lagerplätzen (7) für jeweils mindestens ein in der Vorrichtung zu behandelndes Substrat (32) angeordnet ist, mit einem Gaseinlassorgan (6), das ein oder mehrere derart beschaffene und angeordnete Gasaustrittsöffnungen (6') aufweist, dass ein durch die ein oder mehreren Gasaustrittsöffnungen (6') austretender Prozessgas-Fluss (Sl) eines Prozessgases gleichmäßig über die Lagerplätze (7) strömt, und mit einem Gasauslassorgan (9), das bezogen auf den Prozessgas-Fluss (Sl) stromabwärts der Lagerplätze (7) angeordnet ist, mit dem das Prozessgas oder sich bei der Behandlung bildende gasförmige Reaktionsprodukte aus der Gehäusehöhlung herausführbar sind, wobei in die Gehäusehöhlung mindestens eine Steuergas-Einlass- Öffnung (10) mündet, mit der ein örtlich begrenzter Steuergas-Fluss (S2) eines Steuergases in die Gehäusehöhlung einspeisbar ist, der durch das Gasauslassorgan (9) aus der Gehäusehöhlung herausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der Steuergas-Einlassöffnung (10) und stromabwärts des Lagerplatzes (7) im Gasauslassorgan (9) eine Aus- gleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') mündet, mit der ein Ausgleichsgas in die Gehäusehöhlung einspeisbar oder aus der Gehäusehöhlung abpumpbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (18) zur Steuerung von Ventilen (27, 25) und Massenfluss- Controllern (19, 28, 29) zur Beeinflussung zumindest des mindestens einen Steuergas-Flusses (S2) und des mindestens einen Ausgleichsgas-Flusses (S3) derart eingerichtet ist, dass mit dem Ausgleichsgas-Fluss (S3) an einer Wirkstelle (31) eine örtlich begrenzte Beeinflussung eines Strömungsprofils des Prozessgas-Flusses (Sl) über die Lagerplätze (7) durch den Steuergas- Fluss (S2) kompensiert wird und/ oder dass die Summe des örtlich begrenzten Steuergas-Flusses (S2) und des diesem örtlich zugeordneten Ausgleichsgas-Flusses (S3) auf einem konstanten Wert gehalten wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuergas-Fluss (S2) durch einen Spalt (17) zwischen der von den Lagerplätzen wegweisenden Seite des Suszeptors (5) und einer Temperiereinrichtung (13) geführt wird, um einen Wärmefluss zum oder vom Suszep- tor (5) in einem örtlich begrenzten Bereich durch den Steuergas-Fluss (S2) zu beeinflussen und dass, bezogen auf die Erstreckungsebene des Suszeptors (5), die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') dort angeordnet ist, wo sich der Steuergas-Fluss (S2) mit dem Prozessgas-Fluss (S3) mischt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgas-Einlassöffnung (23') stromabwärts eines an das Gasauslassorgan (9) angrenzenden Randes (5') des Suszeptors (5) angeordnet ist und/ oder dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') im Gasauslassorgan (9) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerplätze (7) kreisringförmig um die Mitte des einen auf einer Kreislinie verlaufenden Außenrand (5') aufweisenden Suszeptors (5) angeordnet sind und das ringförmig gestaltete Gasauslassorgan (9) den Sus- zeptor (5) umgibt, wobei mehreren oder jedem der Lagerplätze (7) örtlich eine ihm zugeordnete Steuergas-Einlassöffnung (10) und eine von der Steuergas-Einlassöffnung (10) in Radialrichtung beabstandete Ausgleichs- gas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') zugeordnet sind, durch die jeweils ein von der Steuereinrichtung (18) individuell gesteuerter Steuergas-Fluss (S2) beziehungsweise Ausgleichsgas-Fluss (S3) strömt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszep- tor (5) um eine Drehachse (A) drehantreibbar ist und von der Steuereinrichtung (18) gesteuert durch die Steuergas-Einlassöffnungen (10) beziehungsweise Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnungen (23') mit der Drehung des Suszeptors (5) synchronisiert Steuergase beziehungsweise Ausgleichsgase derart gepulst strömen, dass ein Prozessparameter an jedem der Lagerplätze (7) auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
11. Verfahren zum Behandeln einer Mehrzahl von Substraten (32), wobei ein in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses (1) angeordneter Suszep- tor (5) um eine Drehachse (A) drehangetrieben wird, auf dem Suszeptor (5) in gleichmäßiger Umfangs Verteilung um die Drehachse (A) Lagerplätze (7) angeordnet sind, auf denen jeweils zumindest ein Substrat (32) angeordnet ist, wobei durch ein Gaseinlassorgan (6) ein Prozessgas auf der die Lagerplätze (7) aufweisenden Seite des Suszeptors (5) in die Gehäusehöhlung eingespeist wird, welches unter Ausbildung eines Strömungsprofils über die Oberfläche der Substrate (7) zum Rand (5') des Suszeptors (5) strömt und mittels eines den Suszeptor (5) umgebenden Gasauslassorgans (9) aus der Gehäusehöhlung herausgeführt wird, wobei synchronisiert mit der Drehung des Suszeptors (5) ein Ausgleichsgas-Fluss (S3) eines Ausgleichsgases durch eine Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') örtlich begrenzt in die Gehäusehöhlung eingespeist oder aus der Gehäusehöhlung abgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgas-Einoder -Auslassöffnung (23') derart angeordnet ist oder der durch die Aus- gleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') strömender Ausgleichsgas- Fluss (S3) derart gerichtet ist, dass das Strömungsprofil über dem Suszeptor (5) zumindest im Bereich des Randes (5') des Suszeptors (5) beeinflusst wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgas radial außerhalb des Suszeptors (5) in die Gehäusehöhlung oder in das Gasauslassorgan (9) eingespeist oder aus der Gehäusehöhlung oder dem Gasauslassorgan (9) abgepumpt wird.
13. Vorrichtung mit einem in einer Gehäusehöhlung eines Reaktorgehäuses (1) angeordneten Suszeptor (5), auf dem eine Vielzahl von Lagerplätzen (7) für jeweils mindestens ein in der Vorrichtung zu behandelndes Substrat (32) angeordnet ist, mit einem Gaseinlassorgan (6), das ein oder mehrere derart beschaffene und angeordnete Gasaustrittsöffnungen (6') aufweist, dass ein durch die ein oder mehreren Gasaustrittsöffnungen (6') austretender, von einer Steuereinrichtung (18) gesteuerter Prozessgas- Fluss (Sl) eines Prozessgases unter Ausbildung eines Strömungsprofils über die Lagerplätze (7) strömt, mit einem Gasauslassorgan (9), das bezo- gen auf den Prozessgas-Fluss (Sl) stromabwärts der Lagerplätze (7) angeordnet ist, mit dem das Prozessgas oder sich bei der Behandlung bildenden gasförmige Reaktionsprodukte aus der Gehäusehöhlung herausführbar sind, wobei in die Gehäusehöhlung mindestens eine Ausgleichsgas- Ein- oder -Auslassöffnung (23') mündet, mit der ein von der Steuereinrichtung gesteuerter örtlich begrenzter Ausgleichsgas-Fluss (S3) eines Ausgleichsgases in die Gehäusehöhlung einspeisbar oder aus der Gehäusehöhlung abpumpbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgas- Ein- oder -Auslassöffnung (23') derart angeordnet ist und die Steuereinrichtung (18) derart programmiert ist, dass das Einspeisen oder Abpumpen des Ausgleichsgases das Strömungsprofil über dem Suszeptor (5) zumindest im Bereich des Randes (5') Suszeptors (5) beeinflusst.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus- gleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') radial außerhalb des Suszeptors (5) oder im Gasauslassorgan angeordnet ist.
15. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23') dem Suszeptor (5) zugeordnet ist und radial außerhalb eines Lagerplatzes (7) den Rand (5Z) des Suszeptors (5) benachbart angeordnet ist.
16. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsgas-Fluss (S3) einer dem Rand (5Z) benachbarten - bezogen auf den Prozessgas-Fluss (51) - stromabwärts des Lagerplatzes (7) angeordneten Ausgleichsgas-Ein- oder -Auslassöffnung (23z) entspringt.
17. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsgas-Fluss (S3) eine einstellbare Mischung aus Gasen mit zwei voneinander verschiedenen Viskositäten oder Wärmeleitfähigkeiten ist.
18. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Auslassöffnungen (23', 23") derart angeordnet sind und betrieben werden, dass das Strömungsprofil nur oder verstärkt nur im Bereich eines Randes (7') oder eines Zentrums (7") eines auf einem Substrathalter (7) aufliegenden Substrats beeinflusst wird oder dass das Strömungsprofil über den gesamten Bereich der Oberfläche eines auf einem Substrathalter (7) aufliegenden Substrats beeinflusst wird.
19. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Auslassöffnung (23') derart angeordnet ist und betrieben wird, dass das Strömungsprofil nur oder verstärkt nur im Bereich eines Randes (7') eines auf einem Substrathalter (7) aufliegenden Substrats beeinflusst wird und dass eine zweite Auslassöffnung (23") derart angeordnet ist und betrieben wird, dass das Strömungsprofil nur oder verstärkt nur im Bereich eines Zentrums (7") eines auf einem Substrathalter (7) aufliegenden Substrats beeinflusst wird.
20. Vorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
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