DE19747164A1 - Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe und Verfahren zu deren Betrieb - Google Patents
Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe und Verfahren zu deren BetriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bearbeitung einer
Substratscheibe, wie sie zum Beispiel zur Schichtabscheidung,
für Temperprozesse, Ätzprozesse, Abscheideprozesse und ähnli
ches in der Halbleiterfertigung eingesetzt wird.
In der Halbleiterfertigung ist eine gleichförmige Temperatur
einer zu bearbeitenden Substratscheibe bei vielen Prozessen
wichtig. Dieses technische Problem tritt auch außerhalb der
Halbleiterfertigung bei der Bearbeitung anderer Substrat
scheiben auf, zum Beispiel beim Tempern und/oder Aufbringen
dünner Schichten auf Substratscheiben aus Glas oder Kunst
stoff.
Das Problem der Temperaturgleichförmigkeit über die Substrat
scheibe tritt besonders bei großen Substratscheiben mit
Durchmessern von 200 bis 300 mm, wie sie in der Halbleiter
fertigung zunehmend verwendet werden, auf. Dieses wird mit
Konvektionsbewegungen in Verbindung gebracht, die durch un
terschiedliche Temperaturen an der Substratscheibe und an
Wänden des Reaktors verursacht wird.
In A. Kersch, Relevance of equipment simulation for semicon
ductor manufacturing: Example of radiatively heated systems,
GMM Fachbericht 17, VDE Verlag, Mikroelektronik '97, ISBN
3-8007-2247-X, ist vorgeschlagen worden, zur Vermeidung von
Temperaturungleichförmigkeiten, die auf Konvektionsbewegungen
zurückzuführen sind, in einem Reaktor in der Nähe der
Substratscheibe eine zusätzliche dünne Quarzplatte anzuord
nen. Dadurch wird die konvektive Kühlung, die für Temperatu
rungleichförmigkeiten der Substratscheibe verantwortlich ge
macht wird, im Bereich der Substratscheibe reduziert. Dieser
Vorschlag hat sich jedoch nur in Reaktionskammern mit ruhen
der Substratscheibe bewährt. In Reaktionskammern mit rotie
render Substratscheibe treten dagegen weiterhin ungleichför
migkeiten der Temperatur auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anord
nung zur Bearbeitung einer Substratscheibe anzugeben, in der
Temperaturungleichförmigkeiten der Substratscheibe auch bei
rotierender Substratscheibe vermieden werden. Darüber hinaus
soll ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anordnung ange
geben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß Anspruch
1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 6. Weitere Ausgestaltun
gen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Anordnung zur Bearbeitung der Substratscheibe weist eine
Reaktionskammer auf, in der ein Scheibenhalter zur Aufnahme
der Substratscheibe, eine Heizeinrichtung und eine Konvekti
onsplatte vorgesehen sind. Die Konvektionsplatte ist oberhalb
des Scheibenhalters und damit der Substratscheibe angeordnet.
Der Scheibenhalter und die Konvektionsplatte sind gemeinsam
rotierbar. Die oberhalb der Substratscheibe angeordnete Kon
vektionsplatte verhindert eine Konvektion zwischen der aufge
heizten Substratscheibe und der darüber befindlichen kühleren
Wand der Reaktionskammer. Durch die gemeinsame Rotation von
Scheibenhalter und Konvektionsplatte im Betrieb der Anordnung
wird in der Nähe einer auf dem Scheibenhalter befindlichen
Substratscheibe Konvektion unterdrückt, so daß die damit ver
bundene Kühlung, die zur Temperaturungleichförmigkeit führen
würde, nicht auftritt.
Ist die Heizeinrichtung oberhalb des Scheibenhalters angeord
net, so befindet sich die Konvektionsplatte zwischen Schei
benhalter und Heizeinrichtung.
Vorzugsweise ist eine weitere Konvektionsplatte vorgesehen,
die gemeinsam mit dem Scheibenhalter und der Konvektionsplat
te rotierbar ist. Der Scheibenhalter ist zwischen der Konvek
tionsplatte und der weiteren Konvektionsplatte angeordnet. In
dieser Ausgestaltung der Erfindung wird durch die weitere
Konvektionsplatte Konvektion auf der Rückseite der Substrat
scheibe ebenfalls verhindert. Simulationsrechnungen haben er
geben, daß zwischen der Substratscheibe und der Heizeinrich
tung natürliche Konvektion auftritt, während unterhalb der
Substratscheibe zusätzlich eine erzwungene Konvektionsbewe
gung auftritt. Durch Verwendung zweier Konvektionsplatten,
die beide zusammen mit der Substratscheibe rotiert werden,
läßt sich sowohl die natürliche Konvektion als auch die er
zwungene Konvektionsbewegung unterdrücken.
Vorzugsweise sind die Konvektionsplatte und/oder die weitere
Konvektionsplatte, die unterhalb der Substratscheibe angeord
net ist, mindestens so groß wie der Scheibenhalter. Der Ab
stand zwischen der Konvektionsplatte und/oder der weiteren
Konvektionsplatte und dem Scheibenhalter beträgt vorzugsweise
maximal 15 mm. Ein Abstand zwischen 5 und 10 mm wird bevor
zugt, da in diesem Abstand die Konvektionsbewegungen elimi
niert sind, ohne daß eine Wechselwirkung zwischen Substrat
scheibe und der/den Konvektionsplatten auftritt.
Als Heizeinrichtung ist eine optische Heizung durch Lampen
oder eine Widerstandsheizung geeignet. Bei Verwendung einer
Lampenheizung ist es vorteilhaft, die Konvektionsplatte
und/oder die weitere Konvektionsplatte aus transparentem Ma
terial, zum Beispiel Quarzglas zu bilden. Dadurch ist eine
schnelle Aufheizung der Substratscheibe sichergestellt.
Im Betrieb werden die Substratscheibe und die Konvektions
platten mit einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich zwi
schen 2 upm und 500 upm (upm: Umdrehungen pro Minute) ro
tiert. Vorzugsweise erfolgt die Rotation um eine gemeinsame
Achse, da dies den mechanischen Aufbau vereinfacht.
Die Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe ist so
wohl in der Halbleiterfertigung einsetzbar als auch zur Ab
scheidung dünner Schichten auf Substraten aus Glas oder
Kunststoff. In der Halbleiterfertigung ist die Anordnung zur
Bearbeitung einer Substratscheibe insbesondere als
RTP-Reaktor, Epitaxiereaktor, CVD-Reaktor, Trockenätzreaktor,
oder plasmaunterstützter CVD-Reaktor ausführbar.
In der Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe sind
beliebige Substratscheiben bearbeitbar. Insbesondere ist die
Anordnung zur Bearbeitung von Halbleiterscheiben in der Halb
leiterfertigung und zur Bearbeitung von Substratscheiben aus
Glas oder Kunststoff in der Dünnschichttechnik geeignet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels, das in der Figur dargestellt ist, näher erläutert.
Die Darstellungen in der Figur sind nicht maßstäblich.
Die Figur zeigt eine Anordnung zur Bearbeitung einer
Substratscheibe mit einem Scheibenhalter und zwei Konvekti
onsplatten, die gemeinsam mit dem Scheibenhalter rotierbar
sind.
In einer Reaktionskammer 1 ist eine Heizeinrichtung 2 vorge
sehen. Als Heizeinrichtung 2 wird eine Lampenheizung verwen
det.
Ferner ist in der Reaktionskammer 1 eine erste Konvektions
platte 3 und eine zweite Konvektionsplatte 4 angeordnet. Die
erste Konvektionsplatte 3 und die zweite Konvektionsplatte 4
sind jeweils scheibenförmig.
Mit der zweiten Konvektionsplatte 4 ist ein Scheibenhalter 5
verbunden, der ringförmig ausgestaltet ist. Die zweite Kon
vektionsplatte 3 ist zum Beispiel über Abstandsstücke 6 fest
mit dem Scheibenhalter 5 verbunden.
Im Betrieb der Anordnung wird auf den Scheibenhalter 5 eine
Substratscheibe 7, die bearbeitet werden soll, gelegt. Die
Substratscheibe 7 ist eine monokristalline Siliziumscheibe
oder ein SOI-Substrat. Die Abstandsstücke 6 sind so angeord
net, daß sie außerhalb der Substratscheibe 7 auf den Schei
benhalter 5 treffen.
Die erste Konvektionsplatte 3 und die zweite Konvektionsplat
te 4 sind jeweils scheibenförmig ausgestaltet und weisen ei
nen größeren Durchmesser als die zu bearbeitende Substrat
scheibe 7 auf. Beträgt der Durchmesser der zu bearbeitenden
Substratscheibe 300 mm, so weist die erste Konvektionsplatte
3 einen Durchmesser von mehr als 300 mm und die zweite Kon
vektionsplatte 4 einen Durchmesser von mehr als 300 mm auf.
Die Substratscheibe 7 wird zwischen der ersten Konvektions
platte 3 und der zweiten Konvektionsplatte 4 angeordnet. Der
Abstand der Substratscheibe 4 zu der ersten Konvektionsplatte
3 sowie zu der zweiten Konvektionsplatte 4 beträgt jeweils
maximal 10 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm.
Die erste Konvektionsplatte 3 wird in einer Dicke von 1 bis 5
mm aus Quarzglas gebildet. Die zweite Konvektionsplatte 4
wird in einer Dicke von 1 bis 5 mm aus Quarzglas gebildet.
Die erste Konvektionsplatte 3 ist zwischen der Substratschei
be 7 und der Heizeinrichtung 2 angeordnet, um die natürliche
Konvektion zwischen der Heizeinrichtung 2 und der Substrat
scheibe 7 zu unterdrücken. Die zweite Konvektionsplatte 4 ist
auf der der Heizeinrichtung 2 abgewandten Seite der Substrat
scheibe 7 angeordnet, um in diesem Bereich die natürliche
Konvektion und die erzwungene Konvektion zu unterdrücken.
Die zweite Konvektionsplatte 4 ist mit einer Stange 8 verbun
den, die im wesentlichen mittig mit der zweiten Konvektions
platte 4 befestigt ist. Über die Stange 8, die aus der Reak
tionskammer 1 herausragt, ist die zweite Konvektionsplatte 4
zum Beispiel mit Hilfe eines Antriebsmotors (nicht darge
stellt) rotierbar. Wird die zweite Konvektionsplatte 4 durch
Antrieb über die Stange 8 rotiert, so rotieren gleichzeitig
der Scheibenhalter 5 mit der darauf befindlichen Substrat
scheibe 7 und die erste Konvektionsplatte 3, die über die Ab
standsstücke 6 mit dem Scheibenhalter 5 fest verbunden ist,
mit. Durch diese gemeinsame Rotation wird eine Konvektionsbe
wegung zur Oberfläche der Substratscheibe 7 unterdrückt. Die
Rotation erfolgt mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 2 bis
500 Umdrehungen pro Minute.
Die Substratscheibe 7 weist eine Dicke von zum Beispiel 0.7
mm auf. Die Substratscheibe 7 ist zum Beispiel eine monokri
stalline Siliziumscheibe, eine SOI-Scheibe, eine Glasscheibe
oder eine Kunststoffscheibe.
Der Scheibenhalter 5 besteht zum Beispiel aus Quarzglas.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbei
spiel beschränkt. Es sind zahlreiche Varianten denkbar. Ins
besondere kann die zweite Konvektionsplatte entfallen, in
diesem Fall ist der Scheibenhalter 5 direkt mit der Stange 8
verbunden.
Bei der Bearbeitung der Substratscheibe 7 werden die erste
Konvektionsplatte, die Substratscheibe 7 mit dem Scheibenhal
ter 5 und die zweite Konvektionsplatte mit einer Rotationsge
schwindigkeit von 2 upm bis 500 upm vorzugsweise von mehr als
50 upm rotiert.
Claims (10)
1. Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe,
- - bei der in einer Reaktionskammer (1) ein Scheibenhalter zur Aufnahme der Substratscheibe (7), eine Heizeinrichtung (2) und eine Konvektionsplatte (3) vorgesehen sind,
- - bei der die Konvektionsplatte (3) oberhalb der Substrat scheibe (7) angeordnet ist,
- - bei der der Scheibenhalter (5) und die Konvektionsplatte (3) gemeinsam rotierbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
- - bei der eine weitere Konvektionsplatte (4) vorgesehen ist, die gemeinsam mit dem Scheibenhalter (5) und der Konvekti onsplatte (3) rotierbar ist,
- - bei der der Scheibenhalter (5) zwischen der Konvektions platte (3) und der weiteren Konvektionsplatte (4) angeord net ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
bei der zwischen der Konvektionsplatte (3) und/oder der wei
teren Konvektionsplatte (4) und dem Scheibenhalter (5) ein
Abstand von maximal 15 mm vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei der die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon
vektionsplatte (4) mindestens so groß wie die Substratscheibe
(5) sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei der die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon
vektionsplatte (4) transparentes Material aufweisen.
6. Verfahren zur Bearbeitung einer Substratscheibe,
bei dem in einer Reaktionskammer (1) zwischen der Substrat
scheibe (7) und einer Heizeinrichtung (2) eine Konvektions
platte (3) befestigt wird, die zusammen mit der Substrat
scheibe (7) rotiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
- - bei dem in der Reaktionskammer (1) eine weitere Konvekti onsplatte (4) befestigt wird, so daß die Substratscheibe (7) zwischen der Konvektionsplatte (3) und der weiteren Konvektionsplatte (4) angeordnet ist,
- - bei dem die weitere Konvektionsplatte (4) zusammen mit der Substratscheibe (7) und der erstgenannten Konvektionsplatte (3) rotiert.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
bei dem die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon
vektionsplatte (4) in einem Abstand von jeweils maximal 15 mm
von der Substratscheibe (7) angeordnet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
bei dem die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon
vektionsplatte (4) jeweils transparentes Material aufweisen.
10. Verfahren nach-einem der Ansprüche 6 bis 8,
bei dem die Konvektionsplatte (3) und/oder die weitere Kon
vektionsplatte (4) jeweils mindestens so groß wie die
Substratscheibe sind.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1997147164 DE19747164B4 (de) | 1997-10-24 | 1997-10-24 | Anordnung zur Bearbeitung einer Substratscheibe |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19747164B4 (de) |
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| US7465645B2 (en) | 2003-08-04 | 2008-12-16 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Method of detaching a layer from a wafer using a localized starting area |
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- 1997-10-24 DE DE1997147164 patent/DE19747164B4/de not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| DE19747164B4 (de) | 2005-12-15 |
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