WO2005056874A1 - Anordnung zur wärmebehandlung von siliziumscheiben in einer prozesskammer - Google Patents

Anordnung zur wärmebehandlung von siliziumscheiben in einer prozesskammer Download PDF

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silicon wafers
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liner plate
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Rudolf Berger
Jürgen Zapf
Uwe Gerlicher
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the heat treatment of silicon wafers in a process chamber, in which the silicon wafer to be coated is surrounded by liner plates to protect the process chamber against precipitation.
  • layer material evaporates from the silicon wafer and is deposited in the process chamber of the RTP system.
  • This precipitation changes the optical properties of the process chamber. These changes can lead to the absolute temperature on your disk being changed and / or the temperature homogeneity on the disk decreasing with increasing number of processed disks.
  • liner plates made of optically transparent quartz glass are installed in the chamber, preferably above and below the silicon wafer to be treated, in the prior art.
  • the evaporated material is deposited on these liner plates and no longer in the process chamber itself. These plates can easily be replaced. The cost-intensive replacement of the process chamber itself is no longer necessary.
  • the optical transparency of the liner plates is reduced with the increasing number of processed silicon wafers due to the precipitation, the one above the silicon wafer arranged liner plate is occupied much more than the liner plate arranged under the silicon wafers. Due to this uneven precipitation, there are high local differences in the transparency of the plates.
  • the liner plates are replaced at regular intervals.
  • the liner sheets can either be replaced with new sheets or processed using appropriate process steps.
  • the process steps for preparing the liner plates consist, for example, of a mechanical cleaning step, in which the plate is cleaned by wiping, and a chemical cleaning step, in which the plate is wet-chemically cleaned.
  • the initial state of the liner plate with regard to its optical parameters can no longer be produced by such a cleaning process, which leads to a decrease in the transparency of the liner plate with an increasing number of cleaning processes.
  • the use of new plates becomes necessary.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an arrangement for the heat treatment of silicon wafers in a process chamber, which ensures protection of the process chamber from deposits and reduces the outlay and the costs for maintenance.
  • the object is achieved in an arrangement for the heat treatment of silicon wafers in a process chamber of the type mentioned at the outset in that the. Liner plate is split.
  • the liner plates consist of at least two parts. It is therefore possible to replace the liner plate parts separately, depending on the degree of wear. Due to the possibility of partial replacement of liner plate parts, only the maintenance costs for the part to be replaced are incurred, which leads to a reduction in maintenance costs.
  • the liner plate consists of a rectangular plate, which is provided with an opening for an insert, the insert completely closing the opening.
  • the split liner plate arranged in the process chamber above the treating silicon wafers is provided with a circular opening.
  • An insert which also consists of the material of the liner plate, is designed in such a way that it can be inserted exactly into the opening of the liner plate.
  • the unit consisting of the rectangular liner plate with the opening and the insert, has the same properties in the process chamber as a comparable undivided liner plate.
  • the rectangular liner plate has corresponding holders so that the insert can be fixed in the opening of the liner plate.
  • the opening is circular.
  • One design option for the divided liner plate consists in a circular opening within the rectangular liner plate, with a corresponding insert, which has a diameter which corresponds approximately to the silicon wafer to be treated.
  • This dimensioning of the opening and the insert has the advantage that the insert is large enough to accommodate evaporated material above the silicon wafer. This means that only cleaning or replacement of the insert is required if necessary.
  • the liner plate and the insert consist of quartz glass.
  • Both the rectangular liner plate with the opening and the associated insert preferably consist of quartz glass and thus have the optical properties required in the process chamber.
  • the insert is a coated insert.
  • Another advantage of the circular design of the insert which is approximately the size of a silicon wafer, is the possibility of using the insert in a conventional manner Semiconductor manufacturing plant to be coated. If the insert is coated with silicon nitride, for example, it has an improved diffusion barrier against evaporated material compared to a quartz glass surface. An insert coated in this way can be cleaned better and is more resistant to devitrification, which increases the service life of the insert.
  • silicon nitride has the further advantages that the optical transparency necessary for use in the process chamber remains, that silicon nitride is semiconductor-compatible and therefore there is no risk of contamination, and that silicon nitride has very good adhesion to quartz glass.
  • the silicon nitride coating loses its effectiveness after frequent cleaning, it can be replaced without damaging the quartz glass insert.
  • the silicon nitride is wet-etched from the quartz glass insert.
  • the quartz glass is not damaged by this process, which is common in semiconductor production.
  • the silicon nitride coating is then renewed, for example in an LPCVD system.
  • Fig. 1 shows a schematic cross section through an RTP process chamber
  • Fig. 2 shows an arrangement according to the invention for the heat treatment of silicon wafers in a process chamber.
  • Figure 1 is the schematic cross section through a RTP process chamber 1 known from the prior art is shown, in which silicon wafers 2 are subjected to a heat treatment.
  • the silicon wafers 2 are applied to a wafer carrier 3 and introduced into the quartz chamber 4, which is surrounded by quartz lamps 5.
  • a liner plate 6 for protecting the quartz chamber 4 against precipitation is located above and below the silicon wafers 2 to be treated.
  • FIG. 2 shows an arrangement according to the invention for the heat treatment of silicon wafers in a process chamber.
  • the disk carrier 3 is shown, above which the upper liner plate 7, which is divided according to the invention, is arranged.
  • This consists of the rectangular liner plate 7 with a circular opening and the coated insert 8 arranged in the opening.
  • the arrangement of a liner plate 7 divided according to the invention under the disk carrier 3 represents a further possibility.
  • the arrangement shown in FIG. 2 is used for implementation of the heat treatment process introduced into the process chamber 1. If a corresponding number of silicon wafers 2 have been treated, the coated insert 8 causes clouding due to the precipitation.
  • Reference list 1 process chamber 2 silicon wafer 3 wafer carrier 4 quartz chamber 5 quartz lamps 6 liner plate 7 split liner plate 8 insert

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Abstract

Der Erfindung, die eine Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer betrifft, wobei die zu beschichtende Siliziumscheibe, zum Schutz der Prozesskammer gegen Niederschlag, von Linerplatten umgeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer anzugeben, die einen Schutz der Prozesskammer vor Ablagerungen gewährleistet und den Aufwand sowie die Kosten für Instandhaltung reduziert. Gemäss der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Linerplatte als eine rechteckige Platte derart geteilt ausgeführt ist, dass sie eine Öffnung für einen Einsatz aufweist, wobei der Einsatz die Öffnung vollständig verschliesst.

Description

Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer, in der die zu beschichtende Siliziumscheibe, zum Schutz der Prozesskammer gegen Niederschlag, von Linerplatten umgeben ist.
Bei verschiedenen RTP-Prozessen (Rapid Thermal Processing) dampft Schichtmaterial von der Siliziumscrieibe ab und schlägt sich in der Prozesskammer der RTP—Anlage nieder.
Durch diesen Niederschlag werden die optischen Eigenschaften der Prozesskammer verändert. Diese Veränderungen können dazu führen, dass die absolute Temperatur auf euer Scheibe verändert wird und/oder dass die Temperaturhomogenität auf der Scheibe mit zunehmender Zahl von prozessierten Scheiben abnimmt.
Zur Vermeidung der Kontamination der Prozesskammer werden, im Stand der Technik, so genannte Linerplatten aus optisch transparentem Quarzglas, vorzugsweise oberhalb und unterhalb der zu behandelnden Siliziumscheibe, in die Kammer eingebaut. Das abgedampfte Material schlägt sich auf diesen Linerplatten nieder und nicht mehr in der Prozesskammer selbst. Diese Platten können einfach ausgetauscht werden. Der kostenintensive Austausch der Prozesskammer selbst ist somit nicht mehr nötig.
Die optische Transparenz der Linerplatten wird mit zunehmender Zahl von prozessierten Siliziumscheiben durch den Nie- derschlag verringert, wobei die oberhalb der Siliziumscheibe angeordnete Linerplatte wesentlich stärker belegt wird als die unter der Siliziumscheiben angeordnete Linerplatte. Durch diesen ungleichmäßigen Niederschlag treten hohe lokale Unterschiede in der Transparenz der Platten auf.
Zur Reduzierung des Einflusses der Kontamination auf die zu behandelnden Siliziumscheiben werden die Linerplatten in regelmäßigen Abständen ausgetauscht. Dabei können die Linerplatten entweder durch neue Platten ersetzt werden, oder durch entsprechende Verfahrensschritte aufbereitet werden.
Die Verfahrensschritte zur Aufbereitung der Linerplatten bestehen beispielsweise aus einem mechanischen Reinigungsschritt, bei dem die Platte durch Abwischen gesäubert wird, und einem chemischen Reinigungsschritt, bei dem die Platte nasschemisch gereinigt wird.
Durch einen derartigen Reinigungsvorgang kann der Ausgangszustand der Linerplatte, in Bezug auf ihre optischen Parameter, nicht mehr hergestellt werden, was zu einer Abnahme der Transparenz der Linerplatte mit zunehmender Anzahl der Reinigungsvorgänge führt. Somit wird nach einer Zeitdauer von beispielsweise 4 bis 5 Wochen der Einsatz von neuen Platten notwendig.
Jeweils nach dem Einsatz neuer oder gereinigter Linerplatten ist ein TemperaturkaiibrierungsVorgang der RTP-Anlage, über Ausheilen von implantierten Siliziumscheiben mit anschließender Schichtwiderstandsmessung, notwendig, da die Strahlungsbedingungen für die pyrometrische Temperaturmessung verändert wurden.
Der Nachteil im Stand der Technik besteht darin, dass Linerplatten nur etwa fünfmal aufbereitet werden können, da ein Entglasen des Quarzglases der Linerplatte, durch ein diffun- dierendes abgeschiedenes Material aus den Prozessscheiben, erfolgt. Der Austausch einer Linerplatte verursacht Kosten von etwa 450,00 Euro.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anord- nung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer anzugeben, die einen Schutz der Prozesskammer vor Ablagerungen gewährleistet und den Aufwand sowie die Kosten für Instandhaltung reduziert.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die. Linerplatte geteilt ausgeführt ist.
Gemäß der erfinderischen Lösung bestehen die Linerplatten aus mindestens zwei Teilen. Somit ist es möglich die Liner- plattenteile, in Abhängigkeit vom Abnutzungsgrad, getrennt auszutauschen. Durch die Möglichkeit eines teilweisen Austausche von Linerplattenteilen fallen auch nur die Instand- haltungskosten für den auszutauschenden Teil an, was zu einer Reduzierung der Instandhaltungskosten führt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linerplatte aus einer rechteckigen Platte besteht, wel- ehe mit einer Öffnung für einen Einsatz versehen ist, wobei der Einsatz die Öffnung vollständig verschließt.
Bei den Wärmebehandlungsprozessen hat sich gezeigt, dass sich Ablagerungen durch abgedampftes Gut vorrangig oberhalb der zu behandelnden Siliziumscheiben auf der Linerplatte niederschlägt. Erfindungsgemäß ist beispielsweise die in der Prozesskammer oberhalb der behandelnden Siliziumscheiben angeordnete, geteilt ausgeführte Linerplatte mit einer kreisförmigen Öffnung versehen. Ein Einsatz, der ebenfalls aus dem Material der Linerplatte besteht, ist so gestaltet, dass er genau in die Öffnung der Linerplatte eingefügt werden kann. Die Einheit, bestehend aus der rechteckigen Linerplatte mit der Öffnung und dem Einsatz, weist die gleichen Eigenschaften in der Prozesskammer auf, wie eine vergleichbare ungeteilte Linerplatte. Damit der' Einsatz in der Öffnung der Linerplatte fixiert werden kann, weist die rechteckige Linerplatte entsprechende Halterungen auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese- hen, dass die Öffnung kreisförmig ist.
Eine Gestaltungsmöglichkeit der geteilten Linerplatte besteht in einer kreisförmigen Öffnung innerhalb der rechteckigen Linerplatte, mit einem entsprechenden Einsatz, die einen Durchmesser aufweist, welcher etwa der zu behandelnden Siliziumscheibe entspricht. Diese Dimensionierung der Öffnung und des Einsatzes hat den Vorteil, dass der Einsatz ausreichend groß ist, um abgedampftes Gut oberhalb der Siliziumscheibe aufzunehmen. Somit ist im Bedarfsfall nur die Reinigung oder der Austausch des Einsatzes erforderlich.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Linerplatte und der Einsatz aus Quarzglas bestehen.
Vorzugsweise bestehen sowohl die rechteckige Linerplatte mit der Öffnung als auch der zugehörige Einsatz aus Quarzglas und weisen somit die in der Prozesskammer notwendigen optischen Eigenschaften auf.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einsatz ein beschichteter Einsatz ist.
Ein weiterer Vorteil der kreisförmigen Gestaltung des Einsatzes, welcher etwa die Größe einer Siliziumscheibe auf- weist, ist die Möglichkeit, den Einsatz in einer üblichen Halbleiterfertigungsanlage, mit einer Beschichtung zu versehen. Wird der Einsatz beispielsweise mit Siliziumnitrid beschichtet, erhält er eine, gegenüber einer Quarzglasoberfläche, verbesserte Diffusionsbarriere gegen abgedampftes Gut. Ein derart beschichteter Einsatz kann besser gereinigt werden und ist resistenter gegen das Entglasen, womit sich die Standzeit des Einsatzes erhöht.
Der Einsatz von Siliziumnitrid hat weiterhin die Vorteile, dass eine für die Anwendung in der Prozesskammer notwendige optische Transparenz bestehen bleibt, dass Siliziumnitrid Halbleiterkompatibel ist und somit keine Kontaminationsgefahr besteht und dass Siliziumnitrid eine sehr gute Haftung auf Quarzglas aufweist.
Wenn die Siliziumnitridbeschichtung nach dem häufigen Reinigen seine Wirkung verliert, so kann die ohne Schädigung des Quarzglaseinsatzes erneuert werden. Hierzu wird das Siliziumnitrid nasschemisch von dem Quarzglaseinsatz abgeätzt. Durch dieses, in der Halbleiterfertigung gängige, Verfahren wird das Quarzglas nicht geschädigt. Nachfolgend wird die Siliziumnitridbeschichtung, beispielsweise in einer LPCVD- Anlage erneuert .
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausfü rungs- beispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine RTP- Prozesskammer und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer .
In der Figur 1 ist der schematische Querschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte RTP-Prozesskammer 1 dargestellt, in der Siliziumscheiben 2 einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Die Siliziumscheiben 2 werden dazu auf einem Scheibenträger 3 aufgebracht und in die Quarzkammer 4, welche von Quarzlampen 5 umgeben ist, eingeführt. Oberhalb und unterhalb der zu behandelnden Siliziumscheiben 2 befindet sich eine Linerplatte 6 zum Schutz der Quarzkammer 4 gegen Niederschlag.
In der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer dargestellt. In dieser Darstellung ist der Scheibenträger 3 dargestellt über dem die obere, erfindungsgemäß geteilte Linerplatte 7 angeordnet ist. Diese besteht aus der rechtecki- gen Linerplatte 7 mit einer kreisförmigen Öffnung und dem in der Öffnung angeordneten beschichteten Einsatz 8. Die Anordnung einer erfindungsgemäß geteilten Linerplatte 7 unter dem Scheibenträger 3 stellt eine weitere Möglichkeit dar. Die in der Figur 2 dargestellte Anordnung wird zur Durchführung des WärmebehandlungsVorgangs in die Prozesskammer 1 eingebracht. Ist eine entsprechende Anzahl von Siliziumscheiben 2 behandelt, tritt auf dem beschichteten Einsatz 8 eine Trübung durch den Niederschlag auf. Da diese Ablagerungen bevorzugt oberhalb der Siliziumscheiben 2 auftreten, muss nur der be- schichtete Einsatz 8 gereinigt oder mit einer neuen Siliziumnitridbeschichtung versehen werden. Zur Durchführung dieser Instandhaltungsarbeiten wird die gesamte in Figur 2 dargestellte Anordnung aus der Prozesskammer 1 entnommen. Nachfolgend kann der Einsatz 8 aus der geteilten Linerplatte 7 entnommen und behandelt werden. Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer
Bezugzeichenliste 1 Prozesskammer 2 Siliziumscheibe 3 Scheibenträger 4 Quarzkammer 5 Quarzlampen 6 Linerplatte 7 geteilte Linerplatte 8 Einsatz

Claims

Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer ProzesskammerPatentansprüche
1. Anordnung zur Wärmebehandlung von Siliziumscheiben in einer Prozesskammer, in der die zu beschichtende Siliziumscheibe, zum Schutz der Prozesskammer gegen Niederschlag, von Linerplatten umgeben ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Linerplatte (7) geteilt ausgeführt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, d a s s die Linerplatte (7) aus einer rechteckigen Platte besteht, welche mit einer Öffnung für einen Einsatz (8) versehen ist, wobei der Einsatz (8) die Öffnung voll- ständig verschließt.
3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Öffnung kreisförmig ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Linerplatte (7) und der Einsatz (8) aus Quarzglas bestehen.
5. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t, d a s s der Einsatz (8) ein beschichteter Einsatz (8) ist.
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