WO2015024762A1

WO2015024762A1 - Substratbehandlungsvorrichtung

Info

Publication number: WO2015024762A1
Application number: PCT/EP2014/066692
Authority: WO
Inventors: Daniel Brien
Original assignee: Aixtron Se
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2015-02-26
Also published as: JP6325104B2; DE102013109155A1; KR102343798B1; TWI676704B; JP2016534561A; CN105473763A; US20160204008A1; CN105473763B; KR20160046869A; TW201510270A; US10438823B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, mit einer mehrere Zonenheizeinrichtungen aufweisenden Heizeinrichtung, und mit einer Regeleinrichtung, deren Führungsgröße eine Suszeptortemperatur (T_S) ist, deren Regelgröße eine mit einer Temperaturmesseinrichtung (10) gemessene Ist-Temperatur des Suszeptors (7) ist und deren Stellgröße ein Wert für die in die Heizeinrichtung eingespeiste Heizleistung (P_tot) ist. Es ist ein Heizleistungsverteiler (12) vorgesehen, der als Eingangsgröße die Stellgröße (P_tot) erhält und der als Ausgangsgrößen für jede der Zonenheizeinrichtungen (1, 2, 3, 4, 5) eine Zonenheizleistung (P₁, P₂, P₃, P₄, P₅) liefert, wobei die Summe der Werte der Zonenheizleistungen (P₁, P₂, P₃, P₄, P₅) der Stellgröße (P_tot) entspricht und die Werte der Zonenheizleistungen (P₁, P₂, P_3, P₄, P₅) untereinander in einem vorgegebenen festen Verhältnis stehen. Um einen robusten Regelkreis anzugeben, mit dem eine mehrere Zonenheizeinrichtungen aufweisende Vorrichtung auf sich ändernde Prozessparameter angepasst werden kann, wird vorgeschlagen, dass die vorgegebenen Verhältnisse durch vorwählbare Verteilparameter (A, B, C, D) definiert sind, wobei zumindest ein Verteilparameter (A, C) ein Quotient zweier Werte von Zonenheizleistungen (P₁, P₂; P₄, P₅) ist.

Description

Substratbehandlungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, mit einem in einer Prozesskammer angeordneten Suszeptor, der eine zur Prozess- kammer gerichtete erste Seite zur Aufnahme mindestens eines Substrates und eine davon abgewandte zweite Seite aufweist, die von einer mehrere Zonen- heizeinrichtungen aufweisenden Heizeinrichtung beheizbar ist, und mit einer Regeleinrichtung, deren Führungsgröße eine Suszeptortemperatur ist, deren Regelgröße eine mit einer Temperaturmesseinrichtung gemessene Ist-Tempera- tur des Suszeptors ist und deren Stellgröße einen Wert für die in die Heizeinrichtung eingespeiste Gesamt-Heizleistung P_tot ist.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Behandeln von Substraten, bei dem mindestens ein Substrat auf einer ersten Seite eines in einer Prozesskammer angeordneten Suszeptors angeordnet ist, bei dem die von der ersten Seite abgewandte zweite Seite von einer mehrere Zonenheizeinrichtun- gen aufweisenden Heizeinrichtung beheizt wird, wobei die in die Heizeinrichtung eingespeiste Heizleistung von einer Regeleinrichtung geregelt ist, deren Führungsgröße eine Suszeptortemperatur ist, deren Regelgröße eine mit einer Temperatureinrichtung gemessene Ist-Temperatur des Suszeptors ist und deren Stellgröße der Wert für die Heizleistung ist.

Die US 2011 / 0143016 AI beschreibt eine Vorrichtung mit zwei konzentrisch um die Konturachse eines Suszeptors angeordneten Zonenheizeinrichtungen, die von einem Regler mit Heizleistung versorgt werden. Der Suszeptor wird um seine Zentrumsachse drehangetrieben. Die US 2011 / 0259879 AI beschreibt eine Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, bei der unterhalb des Suszeptors mehrere individuell beheizbare Zonenheizeinrichtungen vorgesehen sind. Die US 6,746,908 B2 beschreibt eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung, bei der mehrere Heizzonen, die lokal beieinander angeordnet sind und sich gegenseitig thermisch beeinflussen, jeweils individuell geregelt sind. Die Anzahl der Temperatursensoren ist größer als die Anzahl der Heizzonen. Bei der EP 1 647 868 Bl werden mehrere sich beeinflussende Heizzonen von individuellen Heiz- elementen beheizt. Jeder Heizzone ist ein Temperaturmesssensor zugeordnet. Die einzelnen Heizeinrichtungen stören einander. Die Störfaktoren werden durch Bildung einer Entkopplungsmatrix kompensiert.

Die WO 2011 / 022637 AI beschreibt Heizvorrichtungen, bei denen der Suszep- tor mit Lampen, mit einer Widerstandsbeheizung oder mit induktiven Heizelementen beheizbar ist. Die Temperatur der Suszeptoroberfläche soll unter anderem pyrometrisch gemessen werden.

Vorrichtungen zum Beheizen von Suszeptoren mittels RF-Spulen sind unter anderem aus den US 2012/0148760 AI, US 2012/0193765 AI und US 2012/ 0067870 AI vorbekannt.

Die DE 10 2007 027 704 AI beschreibt eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, bei der mehrere Zonen eines Suszeptors mit individuellen Zonen- heizeinrichtungen beheizbar sind, wobei hier die Zonenheizeinrichtungen von Widerstandsdrähten gebildet sind, die voneinander verschiedene Leistungen aufnehmen können. Die DE 10 2012 101 717 AI beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei dem jede einzelne Zonenheizung von einer individuellen Regeleinrichtung geregelt wird. Jede Regeleinrichtung erhält Istwerte von einer Auswahl von Temperatursensoren.

Die DE 699 06 082 T2 beschreibt eine Temperatursteuerung für mehrere Heizelemente. Auch hier wird jedes Heizelement individuell geregelt, um einen Temperaturgradienten zu minimieren. Die US 6,492,625 Bl offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei dem die Substrattemperatur mit mehreren Pyrometern gemessen wird. Die Messwerte werden miteinander verknüpft. Daraus werden Führungsgrößen gebildet, damit mehrere Zonenheizeinrichtungen individuell geregelt werden können. Die US 2006/0027169 AI beschreibt ein Verfahren zum Temperieren eines Sus- zeptors, bei dem mehrere Wärmetauscher von einer gemeinsamen Steuereinrichtung gesteuert werden.

Die US 2008/0092812 AI beschreibt einen Suszeptor mit einer Vielzahl von Heizern, die jeweils von einer unabhängigen Regelung geregelt werden. Einen Reaktor mit mehreren individuell einstellbaren Heizzonen beschreibt auch die US 2011 / 0073039 AI. Auch hier wird in die einzelnen Heizzonen eine unabhängig geregelte Heizleistung eingespeist. Die US 2012/ 0221138 AI beschreibt eine Vorrichtung, bei der mehrere Temperatursensoren Temperaturmesswerte von verschiedenen Stellen der Substratoberseite liefern. Zu jedem Temperatursensor korrespondiert eine unterhalb des Suszeptors angeordnete Heizeinrichtung, die von einer Regeleinrichtung mit Leistung versorgt wird. Eine Hauptsteuereinrichtung koordiniert die einzelnen Regeleinrichtungen. Die US 6,160,242 A beschreibt die Verwendung von Lampen mit denen ein Substrat aufgeheizt wird. Es sind mehrere optische Temperatursensoren vorgesehen, die Eingangswerte für eine Regeleinrichtung liefern, mit denen die Lampenheizung geregelt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen robusten Regelkreis anzugeben, mit dem eine mehrere Zonenheizeinrichtungen aufweisende Vorrichtung auf sich ändernde Prozessparameter angepasst werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung liefert als Stellgröße einen Wert für eine in eine Heizeinrichtung eingespeiste Leistung, wobei die Heizeinrichtung eine Mehrzahl von Zonenheizeinrichtungen aufweist. Die von der Regeleinrichtung abgegebene Stellgröße ist erfindungsgemäß eine Eingangsgröße eines Heizleistungs Verteilers. Der Heizleistungsverteiler ist in der Lage, die ihm als Eingangsgröße zugeführte Gesamtheizleistung in verschiedene Zonenheizleistungen aufzuteilen, wobei die Werte der Zonenheizleistungen in einem vorgegebenen festen Verhältnis zueinander stehen. Jede Zonenheizleistung wird in die ihr zugeordnete Zonenheizeinrichtung eingespeist, wobei die Summe der Zonenheizleistungen der Gesamtheizleistung entspricht, die auf die einzelnen Zonenheizeinrichtungen aufgeteilt wird. Bevorzugt besitzt die Heizeinrichtung eine ungerade Anzahl von Zonenheizeinrichtungen, wobei dann vorzugsweise jeweils zwei Zonenheizeinrichtungen paarweise untereinander durch einen Verteilparameter gekoppelt sind. Der Verteilparameter kann den Quotienten der Werte der Zonenheizleistungen angeben, die in die beiden Zonenheizein- richtungen eines Zonenheizeinrichtungspaares eingespeist werden. Die Verteilparameter sind im Wesentlichen frei vorwählbar. Durch die freie Vorwähl- barkeit der Verteilparameter kann die Heizleistungsverteilung an unterschiedliche Prozessparameter wie die Temperaturleitfähigkeit des in die Prozesskammer eingespeisten Prozessgases oder Trägergases angepasst werden. Besonders robust ist der Regelkreis deshalb, weil er nur eine einzige Stellgröße liefert, die die in die Heizeinrichtung eingespeiste Gesamt-Heizleistung ist. Die- se wird gemäß der bspw. in Vorversuchen ermittelten, vor dem Beschichtungs- prozess eingestellten Verteilparameter auf die einzelnen Heizzonen aufgeteilt. Die Verteilparameter haben ansonsten keinen Einfluss auf die Regelung. Die Verteilparameter werden während eines Beschichtungsprozesses vorzugsweise nicht geändert. Sie werden auch dann nicht geändert, wenn die Substrattempe- ratur entlang eines vorgegebenen Temperatur-Zeit-Gesetzes geändert wird, also beispielsweise eine Temperaturrampe gefahren wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Temperatur des Sus- zeptors lediglich mit einer einzigen Temperaturmesseinrichtung, beispielsweise einem Thermoelement gemessen. Die Messung der Suszeptortemperatur kann aber auch pyrometrisch erfolgen. Die Temperatur des Suszeptors kann an dessen zur Prozesskammerseite weisenden Seite, aber auch an dessen zur Heizeinrichtung weisenden Seite gemessen werden. Die Zonenheizeinrichtungen können RF-Spulen oder RF-Spulenelemente sein. Der Suszeptor hat bevorzugt eine Kreisscheibenform und besitzt eine zentrale Konturachse. Die Zonenheizeinrichtungen sind vorzugsweise konzentrisch um die Konturachse des Suszeptors angeordnet. Auf der zur Prozesskammer weisenden Seite des Suszeptors befinden sich Substrathalter, die beispielsweise von Vertiefungen der Oberfläche des Suszeptors ausgebildet sind, in die die kreis scheibenförmigen Substrate gelegt werden können. Es handelt sich dabei vorzugsweise um Halbleitersubstrate, die in der Prozesskammer mit einer Halbleiterschicht beschichtet werden. Die Substrathalter sind in einer Ringzone um die Konturachse des Suszeptors ange- ordnet. Eine besonders bevorzugte Variante, bei der drei Zonenheizeinrichtun- gen vorgesehen sind, besitzt die nachfolgenden Eigenschaften: Es ist eine erste Zonenheizeinrichtung vorgesehen, die sich unter den Zentren der Substrathalter erstreckt. Diese zentrale Zonenheizeinrichtung ist auf ihrer Radialinnenseite und auf ihrer Radialaußenseite jeweils von einer weiteren Zonenheizeinrich- tung flankiert. Die radial innen liegende Zonenheizeinrichtung erstreckt sich bis über den Rand der Ringzone hinaus, die von den Substrathaltern eingenommen wird. Die radial außen liegende Zonenheizeinrichtung erstreckt sich ebenfalls bis über die Peripherie der Ringzone hinaus, in der die Substrathalter angeordnet sind. Die periphere Zonenheizeinrichtung und die zentrale Zonenheizein- richtung sind minimal voneinander beabstandet. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Substrathalter von Tellern gebildet, die in Taschen des Suszeptors einhegen und die während des Behandlungsprozesses um ihre Achse gedreht werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die innere und die äußere Zone miteinander gekoppelt. Die in diese beiden Zonen eingespeiste Leistung steht in einem festen, vorwählbaren Verhältnis. Die in die mittlere Zonenheizeinrichtung eingespeiste Zonenheizleistung steht in einem vorgebbaren Verhältnis zur Gesamtleistung, welche die Summe aller Zonenheizleistungen ist, die in die Heizeinrichtung eingespeist wird. Diese Gesamtleistung wird vom Regler variiert, um die von der Tempera- turmesseinrichtung gemessene Temperatur auf die vorgegebene Suszeptortem- peratur zu regeln. Bei einer ungeraden Anzahl von Zonenheizeinrichtungen existiert eine sich entlang der kreisbogenförmigen Mittellinie der Wachstumszone erstreckende zentrale Zonenheizeinrichtung. Weitere Zonenheizeinrich- tungen sind paarweise symmetrisch bezogen auf die mittlere Zonenheizeinrichtung im Bereich der Wachstumszone angeordnet. Die Wachstumszone ist der insbesondere ringförmige Bereich des Suszeptors, auf dem sich von einem minimalen Radius bis zu einem maximalen Radius die Substrate befinden.

Drehangetriebene Substrathalter haben die folgenden Vorteile: Wenn sich die Substrathalter um ihre eigene Achse drehen, stellt sich ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Temperaturprofil auf den Substrathaltern ein. Die Temperaturen im Randbereich des Substrathalters werden im Wesentlichen von den Zonenheizleistungen bestimmt, die in die innere bzw. äußere Zonenheizeinrichtung eingespeist werden. Die Zentraltemperatur auf dem Substrathalter wird hingegen im Wesentlichen von der Heizleistung bestimmt, die in die mittlere Zonenheizeinrichtung eingespeist wird. Durch Anheben des Anteils an der Gesamtheizleistung, die in die mittlere Zonenheizeinrichtung eingespeist wird, kann die mittlere Temperatur der Oberfläche des Substrathalters angehoben werden. Während gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Kopplung der Zonenheizleistungen, die in die äußere und in die innere Zonenheizeinrichtung eingespeist werden, konstant ist, soll ein die Heizleistung der mittleren Zonenheizeinrichtung unabhängig von diesem Kopplungsparameter frei wählbar sein. Die Größe dieses Verteilparameters hängt im Wesentlichen von der Zusammensetzung des Gases in der Prozesskammer insbesondere von dessen thermischer Eigenschaft ab. Der Verteilparameter wird bevorzugt verwendet, um die Mittentemperatur - ja nach Notwendigkeit - anzuheben oder abzusenken. In der Prozesskammer wird vorzugsweise ein Beschichtungspro- zess durchgeführt, bei dem Prozessgase die sich pyrolytisch zerlegen in die Prozesskammer eingeleitet werden. Die Zerlegungsprodukte werden als Schicht auf den Oberflächen der Substrate abgeschieden. Bevorzugt handelt es sich um einen MOCVD-Prozess. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch Temperaturrampen fahren, beispielsweise dadurch, dass die Vorgabe der Suszeptortemperatur von der Zeit abhängt. So ist es möglich, die Temperatur zeitlich kontinuierlich anzuheben. Dabei werden vorzugsweise die Verteilparameter nicht geändert.

Die Zonenheizeinrichtungen werden bevorzugt von wassergekühlten Induktionsspulen ausgebildet, die spiralartig auf der Unterseite des Suszeptors angeordnet sind. Die einzelnen Windungen der Spiralspulen besitzen einen Abstand voneinander, wobei dieser Abstand in etwa dem Abstand entspricht, mit dem zueinander benachbarte Zonenheizeinrichtungen voneinander beabstandet sind. Benachbarte Zonenheizeinrichtungen grenzen somit unmittelbar aneinander. Ihr radialer Abstand ist beispielsweise geringer als ihr Abstand zur zweiten Seite des Suszeptors. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Heizeinrichtung einen insgesamt sprungstellenfreien Wärmefluss zum Suszeptor liefert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen kreisscheibenförmigen Suszeptor, auf dem sechs Substrathalter 8 angeordnet sind, die jeweils mit einem

Substrat 15 bestückt sind; gestrichelt sind die unterhalb des Suszeptors 7 angeordneten Zonenheizeinrichtungen 1, 2 und 3 dargestellt, die sich ringförmig um das Zentrum Z des Suszeptors 7 erstrecken;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II - II; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Regeleinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich der Figur 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 das Blockschaltbild einer Regeleinrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels; Fig. 6 eine schematische Darstellung der über den Durchmesser eines

Substrathalters 8 verlaufenden Oberflächentemperatur bei verschiedenen Verteilparametern B.

Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen MOCVD-Reaktor. In einem nicht dargestellten Reaktorgehäuse, welches nach außen hin gasdicht ist, befindet sich ein Suszeptor 7, der eine Kreisscheibenform hat und der um seine Achse Z drehangetrieben wird. Das Zentrum des Suszeptors liegt in einer Gaseinlasszone, in welcher durch ein Gaseinlassorgan 14 Prozessgase in die Prozesskammer 6 eingeleitet werden. In einer Wachstumszone, die sich ringförmig um die Gaseinlasszone erstreckt, befinden sich insgesamt im Ausführungsbeispiel sechs Substrathalter 8. Die Substrathalter liegen in Taschen 9 der Oberseite 7' des Suszeptors 7 ein. Es sind Mittel vorgesehen, mit denen die Substrathalter 8 um Ihre Drehachse 16 drehangetrieben werden können. Die kreisscheibenförmigen Substrathalter 8 liegen hierzu bevorzugt auf einem Gaspolster, das von einem Trägergas ausgebildet wird, das von unten her in die Taschen 9 eingespeist wird. Mit dem Trägergas kann den Substrathaltern 8 eine Drehbewegung aufgezwungen werden. Auf jedem der Substrathalter 8 befindet sich ein zu beschichtendes Substrat 15. Oberhalb der Prozesskammer 6 befindet sich eine Prozesskammerdecke 13, die gekühlt sein kann. Das Gaseinlassorgan 14 erstreckt sich aus dem Zentrum der Prozesskammerdecke 13 heraus in Richtung auf den Suszeptor 7 und besitzt mehrere Gasauslassöffnungen, durch die beispielsweise Gase mit Elementen der III. und V. Hauptgruppe in die Prozess- kammer 6 eingeleitet werden können. Diese Prozessgase, die zusammen mit einem Trägergas, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff in die Prozesskammer eingeleitet werden, zerlegen sich in der Gasphase aber auch auf der Oberfläche des Substrates 15, wobei auf den Substraten 15 eine III-V- Schicht abgeschieden wird. Das Trägergas und Reaktionsprodukte werden mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe aus der Prozesskammer 6 herausgefördert.

Unterhalb des Suszeptors 7, also unter der Unterseite 7" des Suszeptors 7 befinden sich mehrere, ringförmig um das Zentrum Z angeordnete Zonenheizeinrichtungen. Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Zonenheizeinrichtungen 1, 2, 3 und bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Zonenheizeinrichtungen 1, 2, 3, 4 und 5 vorgesehen.

Bei den Zonenheizeinrichtungen kann es sich um Widerstands- oder Indukti- onsheizungen handeln. Bevorzugt handelt es sich bei den Heizeinrichtungen 1 bis 5 aber um Induktionsspulen, die in Art einer Spiralwindung oder konzentrischen Wicklung um das Zentrum Z angeordnet sind. Sämtliche Zonenheizeinrichtungen 1 bis 5 sind in einer Ebene angeordnet, wobei einander benachbarte Zonenheizeinrichtungen 1 bis 5 so dicht wie möglich nebeneinander liegen.

Es ist eine zentrale Zonenheizeinrichtung 1 vorgesehen, die sich ringförmig unter den Zentren 16 der Substrathalter 8 erstreckt. Im Bereich dieser Zonenheizeinrichtung 1 wird auch mit einer Temperaturmesseinrichtung 10 die Tempera- tur des Suszeptors 7 gemessen. Im Ausführungsbeispiel ist die Temperaturmesseinrichtung 10 als Thermoelement dargestellt, welches sich an der Unterseite 7" des Suszeptors 7 befindet. Die Suszeptortemperatur kann aber auch pyrometrisch und insbesondere mittels einer„Light Pipe" gemessen werden. Es können mehrere Temperaturmesseinrichtungen 10 vorgesehen sein, die die Temperatur des Suszeptors 7 an unterschiedlichen Radialpositionen oder an unterschiedlichen Umfangspositionen messen. Wird die Suszeptortemperatur an unterschiedlichen Umfangspositionen gemessen, so erfolgt die Messung bevorzugt auf dem selben Radialabstand, so dass eine Temperaturmittelung vor- genommen werden kann. Bevorzugt besitzt die Vorrichtung lediglich eine

Temperaturmesseinrichtung 10 bzw. wird die Suszeptortemperatur nur an einer Radialposition gegebenenfalls aber mit mehreren einzelnen Temperaturmesseinrichtungen gemessen. Die Messung erfolgt bevorzugt auf der Kreisbogenlinie, auf der sich die Zentren 16 der Substrathalter 8 befinden.

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es zusätzlich zur zentralen Zonenheizeinrichtung eine radial innen liegende Zonen- heizeinrichtung 3, die unter der radial inneren Peripherie der Wachstumszone verläuft. Die Zonenheizeinrichtung 3 erstreckt sich im Wesentlichen unterhalb der Wachstumszone, also unterhalb der Substrathalter 8, jedoch mit einem Randabschnitt auch unterhalb der Einlasszone, also einer Zone, die nicht von einem Substrathalter 8 belegt ist.

Radial außerhalb der mittleren Zonenheizeinrichtung 1 befindet sich eine radial äußere Zonenheizeinrichtung 2, die sich ebenfalls im Wesentlichen unterhalb der Wachstumszone, d. h. unterhalb der von den Substrathaltern 8 belegten Bereich der Suszeptorseite 7' befindet. Allerdings erstreckt sich auch hier ein Abschnitt der Zonenheizeinrichtung 2 außerhalb der Wachstumszone, also außerhalb des Bereiches, der von den Substrathaltern 8 belegt ist.

Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt zwi- sehen der radial äußeren Zonenheizeinrichtung 2 und der zentralen Zonenheizeinrichtung 1 eine weitere Zonenheizeinrichtung 4. Zwischen der mittleren Zonenheizeinrichtung 1 und der radial inneren Zonenheizeinrichtung 3 befindet sich eine weitere Zonenheizeinrichtung 5. Die beiden äußeren Zonenheizeinrichtungen 2, 3 bilden jeweils ein Paar. Ebenso bilden die zwischen den äußeren Zonenheizeinrichtungen 2 und 3 und der mittleren Zonenheizeinrichtung 1 angeordneten Zonenheizeinrichtungen 4 und 5 ein Zonenheizeinrichtungspaar. Die Figur 3 zeigt die Regeleinrichtung, mit der die Zonenheizeinrichtungen 1, 2, 3 mit Heizleistung versorgt werden. Die Führungsgröße ist eine vorgegebene Substrattemperatur Ts. An diese Führungsgröße soll die von der Temperaturmesseinrichtung 10 gemessene Temperatur geregelt werden. Hierzu gibt der Regler 11 eine Gesamtheizleistung Ptot an einen Heizleistungsverteiler 12 ab. Der Regler kann ein PID-Regler sein. Im Heizleistungsverteiler wird die Gesamtheizleistung Ptot als Zonenheizleistung Pi, P₂, P₃ auf die einzelnen Zonenheizeinrichtungen 1, 2, 3 aufgeteilt. Hierzu werden in Vorversuchen oder durch Simulationsrechnungen gefundene Verteilparameter A, B verwendet. Diese Verteilparameter können im Wesentlichen frei vorgewählt werden und sind für verschiedene Prozessbedingungen, wie beispielsweise verschiedene Totaldrucke oder Gaszusammensetzungen verschieden. Sie hängen im Wesentlichen auch von der spezifischen Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Trägergases ab und von der den Innen- und Außenrand des Suszeptors benachbarten Geomet- rie. Ein erster Verteilparameter A entspricht dem Quotienten der in die äußeren Zonenheizeinrichtungen 2, 3 eingespeisten Leistungen. Er entspricht damit einem Verlustverhältnis der Innen- zur Außenfläche.

Ein zweiter Verteilparameter B bestimmt den Teil der Gesamtleistung, der in die mittlere Zonenheizeinrichtung 1 eingespeist wird.

PI

B

Ptot

Mit dem Verteilparameter A lässt sich die Wirkung der Heizeinrichtung auf den Randbereich des Substrathalters 8, also auf den Rand des darauf aufliegenden Substrates 15 beeinflussen. Mit dem Verteilparameter B wird die in das Zentrum des sich drehenden Substrates 15 eingespeiste Leistung nivelliert. Die Zentrumstemperatur des Substrates 15 kann also durch Anheben des Verteilparameters B angehoben bzw. durch Absenken des Verteilparameters B abgesenkt werden. Die Figur 6 zeigt drei Temperaturkurven a, b, c, die die Oberflächentemperatur auf einem von unten beheizten Substrathalter 8 darstellt. Die Kurve a zeigt eine Energieeinspeisung, bei der der Verteilparameter B einen geringen Wert besitzt. Es ist erkennbar, dass die Oberflächentemperatur in der Mitte des Substrathalters 8 niedriger ist als am Rand.

Die Kurve b zeigt den Temperaturverlauf über den Durchmesser eines Substrathalters 8 bei erhöhtem Verteilparameter B. Da die Gesamtheizleistung Ptot gleich bleibt, wird in die Randbereiche, d. h. in die peripheren Zonenheizein- richtung 2, 3 weniger Leistung eingespeist als es bei der Kurve a der Fall war. Dementsprechend hat sich der Unterschied zwischen Randtemperatur und Zentrumstemperatur vermindert.

Die Kurve c zeigt wie die Oberflächentemperatur im Zentrum des Substrathalters 8 noch weiter angehoben werden kann, wenn der Verteilparameter B vergrößert wird. Da auch hier die Gesamtleistung Ptot konstant gehalten ist, hat sich die in die peripheren Zonenheizeinrichtungen 2 und 3 eingespeiste Leis- tung P₂, P₃ vermindert.

Der Verteilparameter A ist hierbei konstant gehalten worden.

Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind nicht nur die beiden peripheren Zonenheizeinrichtungen 2 und 3 miteinander zu einem Paar über einen Verteilparameter A gekoppelt. Auch die Zwischenzonen- heizeinrichtungen 4, 5 sind über den Verteilparameter C miteinander gekoppelt.

P4_

P5

Erfindungsgemäß sind jeweils Zonenheizeinrichtungspaare leistungsmäßig miteinander gekoppelt, wobei es sich dabei um symmetrisch zu einer mittleren Zonenheizeinrichtung 1 angeordnete Zonenheizeinrichtungen handelt. Mit dem Verteilparameter D kann die prozentuale Leistung eingestellt werden, die in das Zonenheizeinrichtungspaar eingespeist wird bzw. die Leistung, die in eine der beiden Zonenheizeinrichtungen 3 eingespeist wird.

P3

D

Ptot

In einer Alternative ist es auch denkbar, mit dem vierten Parameter die beiden Paare der Zonenheizeinrichtungen also die Zonenheizeinrichtungen 2 und 3 mit den Zonenheizeinrichtungen 4 und 5 zu verkoppeln.

Der Suszeptor 7 muss nicht notwendigerweise kreisscheibenförmig sein. Er kann auch von einem Körper ausgebildet sein, der eine ebene Oberfläche aufweist, auf der die zu beschichtenden Substrate 15 aufgelegt werden können. Von der Rückseite des Suszeptors kann ein zentraler Fortsatz, beispielsweise in Form eines Zapfens abragen, der in die Spulen hineinragt, so dass die Ankopp- lung an das RF-Feld verbessert ist.

Die Verkopplung der einzelnen Spulen kann auch anders erfolgen, beispielsweise ist es denkbar, dass direkt benachbarte Spulen miteinander gekoppelt sind.

Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils eigenständig weiterbil- den, nämlich: Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch einen Heizleistungsverteiler 12, der als Eingangsgröße nur die Stellgröße Ptot erhält und der als Ausgangsgrößen für jede der Zonenheizeinrichtungen 1, 2, 3, 4, 5 eine Zonenheizleistung Pi, P₂, P₃, P4, P5 liefert, wobei die Summe der Werte der Zonenheizleistungen Pi, P₂, P₃, P₄, P5 der Stellgröße Ptot entspricht und die Werte der Zonenheizleistungen Pi, P₂, P₃, P₄, P5 untereinander in einem vorgegebenen festen Verhältnis stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Verhältnisse durch vorwählbare Verteilparameter A, B, C, D änderbar sind. Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Verteilparameter A, C ein Quotient zweier Werte von Zonenheizleistungen Pi, P₂; P₄, Ps ist.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Suszeptor 7 eine Kreisscheibenform aufweist, wobei eine Mehrzahl von Substrathaltern 8 ringförmig um das Zentrum des Substrathalters 8 angeordnet sind, wobei die Zonenheizeinrichtungen 1, 2, 3, 4, 5 derart ringförmig um das Zentrum des Sus- zeptors 7 angeordnet sind, dass eine zentrale Zonenheizeinrichtung 1 unterhalb des Zentrums der Substrathalter 8, eine radial innen liegende Zonenheizeinrich- tung 3 im Bereich unterhalb des inneren Randes der ringförmigen Anordnung der Substrathalter 8 und eine radial außen liegende Zonenheizeinrichtung 2 im Bereich unterhalb des äußeren Randes der ringförmigen Anordnung der Substrathalter 8 angeordnet sind. Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die in die radial äußere Zonenheizeinrichtung 2 und die in die radial innen liegende Zonenheizeinrichtung 3 eingespeisten Zonenheizleistungen Pi, P₂, P₃ in einem festen Verhältnis A zueinander stehen. Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch zumindest ein weiteres Paar von Zonenheizeinrichtungen 4, 5, bei denen die in die zugeordneten Zonen- heizeinrichtungen 4, 5 eingespeisten Zonenheizleistungen P₄, Ps in einem festen Verhältnis C stehen.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Substrathalter 8 um ihre jeweilige Zentrumsachse drehantreibbar sind. Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Zonenheizeinrichtungen 1, 2, 3, 4, 5 Hochfrequenzspulen zur Abgabe eines Hochfrequenzwechselfeldes sind, die im Suszeptor 8 Wirbelströme induzieren.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Stellgröße von einem Heizleistungsverteiler 12 in eine Mehrzahl von Zonenheizleistungen Pi, P₂, P₃, P₄, Ps aufgeteilt wird, die jeweils in eine ihr zugeordnete Zonenheizeinrichtung 1, 2, 3, 4, 5 eingespeist wird, wobei die Summe der Zonenheizleistungen Pi, P₂, P₃, P₄, P5 die von der Regeleinrichtung an den Heizleistungsverteiler 12 abgegebene Stellgröße Ptot ist und wobei die Werte der Zonenheizleistungen Pi, P₂, P₃, P₄, P5 untereinander in einem vorgegebenen, frei wählbaren festen Verhältnis stehen.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verteilung der Gesamtheizleistung Ptot auf die einzelnen Zonenheizleistungen Pi, P₂, P₃, P₄, P5 nach vorwählbaren Verteilparametern A, B, C, D erfolgt. Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verteilparameter A, B, C, D an die Art des in die Prozesskammer eingespeisten Gases angepasst werden. Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verteilparameter A, B, C, D an den in der Prozesskammer eingestellten Gastotaldruck angepasst werden.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verteilparameter A, B, C, D an eine maximale Prozesstemperatur angepasst werden.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mit auf einem festen Wert gehaltenen Verteilparametern A, B, C, D Temperaturrampen gefahren werden. Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verteilparameter A, B, C, D durch Simulationsrechnungen und/ oder durch Messungen in Vorversuchen festgelegt werden.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offen- barung 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 in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Bezugszeichenliste

Zonenheizeinrichtung A Verteilparameter

Zonenheizeinrichtung B Verteilparameter

Zonenheizeinrichtung C Verteilparameter

Zonenheizeinrichtung D Verteilparameter

Zonenheizeinrichtung Pi Zonenheizleistung

Prozesskammer P₂ Zonenheizleistung

Suszeptor P₃ Zonenheizleistung ' Oberseite P₄ Zonenheizleistung " Unterseite Ps Zonenheizleistung

Substrathalter Ptot Heizleistung

Tasche Ts Suszeptortemperatur 0 Temperaturmesseinrichtung z Zentrum

1 Regler

2 Heizleistungsverteiler

3 Prozesskammerdecke

4 Gaseinlass

5 Substrat

6 Zentren

Claims

Vorrichtung zum Behandeln von Substraten, mit einem in einer Prozesskammer (6) angeordneten Suszeptor (7), der eine zur Prozesskammer (6) gerichtete erste Seite (7') zur Aufnahme mindestens eines Substrates (15) und eine davon abgewandte zweite Seite (7") aufweist, die von einer mehrere Zonenheizeinrichtungen aufweisenden Heizeinrichtung beheizbar ist, und mit einer Regeleinrichtung, deren Führungsgröße eine Suszeptortem- peratur (Ts) ist, deren Regelgröße eine mit einer Temperaturmesseinrichtung (10) gemessene Ist-Temperatur des Suszeptors (7) ist und deren Stellgröße ein Wert für die in die Heizeinrichtung eingespeiste Gesamt-Heiz- leistung (Ptot) ist, gekennzeichnet durch einen Heizleistungsverteiler (12), der als Eingangsgröße nur die Stellgröße (Ptot) erhält und der als Ausgangsgrößen für jede der Zonenheizeinrichtungen (1, 2, 3, 4, 5) eine Zonenheizleistung (Pi, P₂, P₃, P4, P5) liefert, wobei die Summe der Werte der Zonenheizleistungen (Pi, P₂, P₃, P₄, P5) der Stellgröße (Ptot) entspricht und die Werte der Zonenheizleistungen (Pi, P₂, P₃, P₄, P5) untereinander in einem vorgegebenen festen Verhältnis stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Verhältnisse durch vorwählbare Verteilparameter (A, B, C, D) änderbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verteilparameter (A, C) ein Quotient zweier Werte von Zonenheizleistungen (Pi, P₂; P₄, P₅) ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (7) eine Kreisscheibenform aufweist, wobei eine Mehrzahl von Substrathaltern (8) ringförmig um das Zentrum des Substrathalters (8) an- geordnet sind, wobei die Zonenheizeinrichtungen (1, 2, 3, 4, 5) derart ring förmig um das Zentrum des Suszeptors (7) angeordnet sind, dass eine zentrale Zonenheizeinrichtung (1) unterhalb des Zentrums der Substrathalter (8), eine radial innen liegende Zonenheizeinrichtung (3) im Bereich unterhalb des inneren Randes der ringförmigen Anordnung der Substrathalter (8) und eine radial außen liegende Zonenheizeinrichtung (2) im Bereich unterhalb des äußeren Randes der ringförmigen Anordnung der Substrathalter (8) angeordnet sind.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in die radial äußere Zonenheizeinrichtung (2) und die in die radial innen liegende Zonenheizeinrichtung (3) eingespeisten Zonenheizleistungen (Pi, P₂, P₃) in einem festen Verhältnis (A) zueinander stehen.

Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zumindest ein weiteres Paar von Zonenheizeinrichtungen (4, 5), bei denen die in die zugeordneten Zonenheizeinrichtungen (4, 5) eingespeisten Zonenheizleistungen (P₄, P5) in einem festen Verhältnis (C) stehen.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrathalter (8) um ihre jeweilige Zentrumsachse drehantreib- bar sind.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonenheizeinrichtungen (1, 2, 3, 4, 5) Hochfrequenzspu len zur Abgabe eines Hochfrequenzwechselfeldes sind, die im Suszeptor (8) Wirbelströme induzieren. Verfahren zum Behandeln von Substraten, bei dem mindestens ein Substrat (15) auf einer ersten Seite (7') eines in einer Prozesskammer (6) angeordneten Suszeptors (7) angeordnet ist, bei dem die von der ersten Seite (7') abgewandte zweite Seite (7") von einer mehrere Zonenheizeinrichtun- gen (1, 2, 3, 4, 5) aufweisenden Heizeinrichtung beheizt wird, wobei die in die Heizeinrichtung eingespeiste Gesamt-Heizleistung (Ptot) von einer Regeleinrichtung (11) geregelt ist, deren Führungsgröße eine Suszeptortem- peratur (Ts) ist, deren Regelgröße eine mit einer Temperaturmesseinrichtung gemessene Ist-Temperatur des Suszeptors (7) ist und deren Stellgröße nur der Wert für die Gesamt-Heizleistung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße von einem Heizleistungsverteiler (12) in eine Mehrzahl von Zonenheizleistungen (Pi, P₂, P₃, P4, P5) aufgeteilt wird, die jeweils in eine ihr zugeordnete Zonenheizeinrichtung (1, 2, 3, 4, 5) eingespeist wird, wobei die Summe der Zonenheizleistungen (Pi, P₂, P₃, P₄, P5) die von der Regeleinrichtung an den Heizleistungsverteiler (12) abgegebene Stellgröße (Ptot) ist und wobei die Werte der Zonenheizleistungen (Pi, P₂, P₃, P₄, P5) untereinander in einem vorgegebenen, frei wählbaren festen Verhältnis stehen.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Gesamtheizleistung (Ptot) auf die einzelnen Zonenheizleistungen (Pi, P₂, P₃, P₄, P5) nach vorwählbaren Verteilparametern (A, B, C, D) erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilparameter (A, B, C, D) an die Art des in die Prozesskammer eingespeisten Gases angepasst werden. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilparameter (A, B, C, D) an den in der Prozesskammer eingestellten Gastotaldruck angepasst werden.

Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilparameter (A, B, C, D) an eine maximale Prozesstemperatur angepasst werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit auf einem festen Wert gehaltenen Verteilparametern (A, B, C, D) Temperaturrampen gefahren werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilparameter (A, B, C, D) durch Simulationsrechnungen und/ oder durch Messungen in Vorversuchen festgelegt werden.

Vorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.