DE10060628A1 - RTP-Reaktor sowie dazugehöriges Betriebsverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen RTP-Reaktor sowie ein dazugehöriges Betriebsverfahren mit einem Reaktorblock (2), einer Vielzahl von Wärmequellen (6), einer Kammer (5) zum Aufnehmen eines Substrats (8) und zumindest einer oberen Wechselplatte (12) zur Verringerung einer Kontamination der Kammer (5) durch von dem Substrat (8) abgedampftes Material. Zur Reduzierung der Wartungskosten sowie der Ausfallzeiten des RTP-Reaktors (1) besitzt die obere Wechselplatte (12) optisch diffuse Eigenschaften.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen RTP-Reaktor sowie ein dazugehöriges Betriebsverfahren und insbesondere auf einen RTP-Reaktor mit verbesserten Standzeiten.

Bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden zunehmend Kurzzeittemperaturprozesse bzw. sogenannte "rapid thermal process" (RTP) eingesetzt. Dabei wird ein Substrat für kurze Zeit, typisch 5 bis 10 Sekunden, auf eine Temperatur im Be­ reich von 1000 bis 1100 Grad Celsius aufgeheizt. Als RTP- Prozesse werden z. B. Ausheilprozesse, Reinigungsprozesse, Oxidationsprozesse und/oder chemische Gasabscheideprozesse (chemical vapor deposition, CVD) durchgeführt. RTP-Prozesse werden meist in Einscheiben-Reaktoren durchgeführt, die eine Vielzahl von ansteuerbaren Wärmequellen aufweisen. Als Wärme­ quellen werden hierbei meist Lampen oder Heizzonen verwendet.

Bei einem RTP-Prozess wird ein Substrat für kurze Zeit auf eine hohe Temperatur aufgeheizt. Dabei ist es wichtig, dass das Substrat überall die selbe Temperatur aufweist. Bei ver­ schiedenen RTP-Prozessen, insbesondere bei einem BPSG- Verfließen (Verfließen von Bohr-Phosphor-Silikatglas), dampft Schichtmaterial von den Siliziumscheiben bzw. dem Wafer­ substrat ab und schlägt sich in der Prozesskammer der RTP- Anlage bzw. des RTP-Reaktors nieder. Dadurch werden die opti­ schen Eigenschaften der Kammer verändert, was dazu führen kann, dass eine absolute Temperatur des Substrats verändert wird und/oder die Temperaturhomogenität auf dem Substrat mit zunehmender Anzahl von prozessierten Scheiben bzw. Substraten abnimmt.

Zur Vermeidung einer derartigen Kontamination der Prozesskam­ mer werden gemäß dem Stand der Technik sogenannte Wechsel­ platten bzw. Linerplatten aus optisch transparentem Quarzglas beispielsweise oberhalb und unterhalb des Substrats (Top- und Bottom-Linerplatten) in die Kammer eingebaut. Das abgedampfte Material schlägt sich somit auf diesen Wechselplatten nieder und nicht mehr in der Prozesskammer selbst. Diese Linerplat­ ten bzw. Wechselplatten sind wesentlich einfacher und kosten­ günstiger auszutauschen als die Prozesskammer des RTP- Reaktors, wodurch sich die Wartungskosten verringern und die Standzeiten des RTP-Reaktors erhöhen lassen.

Durch die zunehmende Anzahl von prozessierten Siliziumschei­ ben bzw. Substraten verringert sich jedoch durch eine Be­ schichtung die optische Transparenz der Wechselplatten, wobei die obere Wechselplatte wesentlich stärker beschichtet wird als die untere Wechselplatte. Durch diese Beschichtung treten ferner hohe lokale Unterschiede in der Transparenz der Wech­ selplatten auf, wobei sich nach der Prozessierung von ca. 500 Substraten bzw. Scheiben in der Kammer bereits ein relativ starkes Muster insbesondere auf der Top-Linerplatte ausbil­ det. Um den Einfluss dieser Veränderungen auf die Temperatur­ verteilung der Substratscheiben niedrig zu halten, werden demzufolge die Liner- bzw. Wechselplatten in regelmäßigen Ab­ ständen ausgetauscht. Sie können nach einer Reinigung wie z. B. einem Abwischen und anschließenden nasschemischen Reini­ gen wieder verwendet werden, wobei allerdings eine Transpa­ renz der Wechselplatten mit zunehmender Anzahl von Reini­ gungsvorgängen abnimmt und somit der Ausgangszustand nicht mehr erreicht werden kann. Die Wechselplatten müssen daher nach ca. 4 bis 5 Wechselzyklen verworfen werden. Da derartige Wechselplatten ca. 1000,- DM/Platte kosten, ist die Wartung und Instandhaltung von derartigen herkömmlichen RTP-Reaktoren relativ kostenintensiv. Da ferner der Austausch der Wechsel­ platten sowie die Reinigungsvorgänge langwierig sind, ergibt sich ferner eine relativ zeitaufwändige Instandhaltung, die zu hohen Ausfallszeiten führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde einen RTP- Reaktor sowie ein dazugehöriges Betriebsverfahren zu schaf­ fen, bei dem kurze Ausfallzeiten und geringe Wartungskosten realisierbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich des Reaktors durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Maßnahmen des Patentanspruchs gelöst.

Insbesondere durch die Verwendung einer oberen Wechselplatte mit optisch diffusen Eigenschaften können die Auswirkungen der Beschichtung auf Grund des von dem Substrat abgedampften Materials wesentlich verringert werden, wodurch man bei wei­ terhin sehr guten Temperaturhomogenitäten auf dem Substrat wesentlich vergrößerte Wechselzyklen und somit verringerte Kosten für die Wartung erhält.

Vorzugsweise werden die optisch diffusen Eigenschaften durch zumindest eine gleichmäßig matte Oberfläche der oberen Wech­ selplatte realisiert. Die matte Oberfläche kann hierbei eine durch Schleifen, Sandstrahlen und/oder Ätzen hervorgerufene Rauhigkeit aufweisen, wodurch die optischen Eigenschaften bei einer entsprechenden Reinigung nahezu unverändert bleiben und eine Gesamtstandzeit wesentlich verlängert wird.

Ferner kann eine untere Wechselplatte zur Verringerung einer Kontamination der Kammer unterhalb des Substrats angeordnet sein, die vorzugsweise optisch transparente Eigenschaften aufweist. Da die untere Platte wesentlich geringer beschich­ tet wird als die obere Wechselplatte, sind die lokalen Unter­ schiede in der Transparenz hier von untergeordneter Bedeu­ tung. Eine Erwärmung des Substrats kann somit weiterhin sehr effizient durchgeführt werden.

In den weiteren Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die Figur zeigt eine vereinfachte Schnittansicht durch einen RTP-Reaktor.

Der RTP-Reaktor 1 umfasst einen Reaktorblock 2 zum Durchfüh­ ren der vorstehend beschriebenen Kurzzeittemperaturprozesse (rapid thermal process, RTP). Der Reaktorblock 2 weist einen Gaseinlass 3 sowie einen nicht dargestellten Gasauslass auf, worüber die Prozessgase zugeführt bzw. abgeleitet werden. In der Nähe des Gaseinlasses 3 befinden sich Gasprallplatten 10 bzw. "shower heads" in einer Prozesskammer 5, die eine Ver­ gleichmäßigung des Gasflusses bewirken. Zum Öffnen des Reak­ torblocks 2 bzw. zum Beschicken der Prozesskammer 5 ist fer­ ner eine Reaktortür 4 vorgesehen. Die Prozesskammer 5 befin­ det sich innerhalb des Reaktorblocks 2 und besteht vorzugs­ weise aus einem transparenten Quarzglas. Zwischen der Pro­ zesskammer 5 und dem Reaktorblock 2 sind eine Vielzahl von Wärmequellen 6 angeordnet, die beispielsweise Quarzlampen aufweisen und separat ansteuerbar sind.

Ein zu behandelndes Substrat 8 wie z. B. eine Silizium- Waferscheibe wird von einer Tragevorrichtung 7 derart gehal­ ten, dass das Substrat 8 von den Quarzlampen 6 durch Bestrah­ len gleichmäßig und sehr schnell erhitzt werden kann. Zur weiteren Vergleichmäßigung eines Temperaturprofils an einem Rand des Substrats 8 kann die Prozesskammer 5 ferner ein ringförmiges Element 9 aufweisen, welches vorzugsweise aus einem Siliziumring besteht. Auf diese Weise wird auch am Rand des Substrats 8 eine gleichmäßige Temperaturverteilung er­ zeugt.

Zur Verringerung der vorstehend beschriebenen Kontamination der Prozesskammer 5 durch vom Substrat 8 abgedampftes Materi­ al befindet sich oberhalb des Substrats 8 eine obere Wechsel­ platte 12 (Top-Linerplatte), auf der sich das abgedampfte Ma­ terial niederschlagen kann und welche relativ einfach auszu­ wechseln ist. Ferner kann eine untere Wechselplatte 11 (Bot­ tom-Linerplatte) unterhalb des Substrats 8 angeordnet sein, die ebenfalls vom Substrat 8 abgedampftes Material auffängt und relativ einfach auszuwechseln ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für die obere Wechsel­ platte 12 nunmehr anstelle der üblicherweise transparent aus­ geführten Platten eine Wechselplatte verwendet, die optisch diffuse Eigenschaften aufweist. Auf Grund der optisch diffu­ sen Eigenschaften werden die Einflüsse durch die bei der Ab­ dampfung auf der Wechselplatte erzeugte inhomogene Beschich­ tung für die Bestrahlung wesentlich verringert, wodurch man auch bei der Prozessierung einer Vielzahl von Siliziumschei­ ben bzw. Substraten 8 in der Prozesskammer 5 eine im Wesent­ lichen homogene Temperaturverteilung erhält. Da die Wechsel­ platte 12 bereits zu Beginn optisch diffuse Eigenschaften aufweist, müssen die Wechselplatten 11 und 12 zu einem we­ sentlich späteren Zeitpunkt ausgewechselt und gereinigt wer­ den, wodurch sich die Ausfallzeiten des RTP-Reaktors wesent­ lich verringern.

Vorzugsweise wird die optisch diffuse Eigenschaft der oberen Wechselplatte 12 durch zumindest eine gleichmäßig matte Ober­ fläche der Platte erzeugt. Die gleichmäßig matte Oberfläche kann hierbei auf der dem Substrat 8 zugewandten, der abge­ wandten oder auch auf beiden Seiten der oberen Wechselplatte 12 ausgebildet sein.

Beispielsweise erhält man die matten Oberflächen der Wechsel­ platte durch eine Rauhigkeit, die durch spezielles Schleifen, Sandstrahlen und/oder Ätzen einer Quarzglasplatte erzeugt wird. Bei der Realisierung einer derartigen matten Oberfläche der oberen Wechselplatte 12 ergibt sich insbesondere bei den notwendigen Reinigungsvorgängen der Wechselplatte eine gleichbleibende Rauhigkeit und somit die bereits zu Beginn existierende optisch diffuse Eigenschaft, wodurch sich erfah­ rungsgemäß nunmehr eine über 50fache Wiederverwendbarkeit der oberen Wechselplatte 12 ergibt. Auf diese Weise erhält man eine deutliche Kostenreduktion bei der Wartung und In­ standhaltung des RTP-Reaktors. Da darüber hinaus ein Reini­ gungsvorgang ohnehin oftmals ein Überätzen/Überschlei­ fen/Sandstrahlen der Wechselplatte beinhaltet, werden die Ausgangszustände für die Wechselplatte 12 automatisch wieder­ hergestellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann demzufolge eine her­ kömmliche Top-Liner- bzw. Wechselplatte 12 derart verändert werden, dass sich sowohl die Kosten für die Wartung als auch die Ausfallzeiten des RTP-Reaktors wesentlich verringern. Da lediglich die Oberflächen der Wechselplatte 12 beispielsweise durch Überätzen, Überschleifen und/oder Sandstrahlen matt ge­ macht werden, jedoch die Geometrie der Platte unverändert bleibt, ergeben sich keine weiteren Kosten bei der Modifizie­ rung des RTP-Reaktors. Insbesondere bei Verwendung von Wolf­ ram-Halogenstrahlern als Wärmequellen 6 ergibt sich eine be­ sonders homogene Strahlungsverteilung und damit Temperatur­ verteilung auf dem Substrat 8 mit den optisch diffusen Wech­ selplatten.

Eine untere Wechselplatte 11 wird vorzugsweise weiterhin durch eine optisch transparente Quarzglasplatte realisiert, wodurch eine Erwärmung des Substrats 8 besonders schnell durchgeführt werden kann. Die Einflüsse einer inhomogenen Schichtbildung sind hierbei von untergeordneter Bedeutung, da sich der größte Teil des vom Substrat abgedampften Materials an der oberen Wechselplatte 12 abscheidet.

Die vorstehend beschriebene Erfindung wurde für einen RTP- Reaktor zur Verarbeitung von Si-Substraten beschrieben. Es können jedoch auch andere Substrate wie z. B. III-V-Halb­ leiter, Glas, Keramik, Metall usw. als Substrate verwendet werden. In gleicher Weise wurde für die Wechselplatten 11 und 12 sowie für die Prozesskammer 5 Quarzglas verwendet. Es kön­ nen jedoch auch alternative Materialien mit entsprechenden thermischen und optischen Eigenschaften verwendet werden. In gleicher Weise kann die Erfindung auch auf Mehrscheiben- Reaktoren angewendet werden.

Claims (11)

1. RTP-Reaktor mit
einem Reaktorblock (2) zum Durchführen von Kurzzeittempera­ turprozessen;
einer Vielzahl von Wärmequellen (6), die innerhalb des Reak­ torblocks (2) angeordnet sind;
einer Kammer (5) zum Aufnehmen eines Substrats (8) zwischen den Wärmequellen (6); und
zumindest einer oberen Wechselplatte (12) zur Verringerung einer Kontamination der Kammer (5) durch von dem Substrat (8) abgedampftes Material,
dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wechselplatte (12) diffuse optische Eigenschaften aufweist.

2. RTP-Reaktor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diffu­ sen optischen Eigenschaften durch zumindest eine gleichmäßig matte Oberfläche der oberen Wechselplatte (12) realisiert werden.

3. RTP-Reaktor nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumin­ dest eine gleichmäßig matte Oberfläche der Wechselplatte (12) eine durch Schleifen, Sandstrahlen und/oder Ätzen hervorgeru­ fene Rauhigkeit aufweist.

4. RTP-Reaktor nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine untere Wechsel­ platte (11) zur Verringerung einer Kontamination der Kam­ mer (5), die unterhalb des Substrats (8) angeordnet ist und transparente optische Eigenschaften aufweist.

5. RTP-Reaktor nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und/oder untere Wechselplatte (12, 11) ein Quarzglas auf­ weist.

6. RTP-Reaktor nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (5) ein Quarzglas aufweist.

7. RTP-Reaktor nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Element (9) zur Erzeugung einer gleichmäßigen Temperaturver­ teilung am Rand des Substrats (8).

8. RTP-Reaktor nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme­ quellen (6) Quarzlampen aufweisen.

9. Verfahren zum Betreiben eines RTP-Reaktors mit einem Reaktorblock (2) zum Durchführen von Kurzzeittempera­ turprozessen;
einer Vielzahl von Wärmequellen (6), die innerhalb des Reak­ torblocks (2) angeordnet sind;
einer Kammer (5) zum Aufnehmen eines Substrats (8) zwischen den Wärmequellen (6); und
zumindest einer oberen Wechselplatte (12) zur Verringerung einer Kontamination der Kammer (5) durch von dem Substrat (8) abgedampftes Material,
mit den Schritten

• a) Vorbereiten der oberen Wechselplatte (12) zur Realisie­ rung einer optisch diffusen Eigenschaft,
• b) Beschicken der Kammer (5) mit dem zu behandelnden Sub­ strat (8), und
• c) Durchführen eines Kurzzeittemperaturprozesses.

10. Verfahren nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) zumindest eine gleichmäßig matte Oberfläche der oberen Wechselplatte (12) realisiert wird.

11. Verfahren nach Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Schleifen, Sandstrahlen und/oder Ätzen durchgeführt wird.