DE69022437T2

DE69022437T2 - Vorrichtung und Verfahren zur epitaktischen Abscheidung.

Info

Publication number: DE69022437T2
Application number: DE69022437T
Authority: DE
Inventors: James R Maloney; Joseph C Moore
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2010-02-06
Also published as: KR900013577A; DE69022437D1; EP0381247B1; KR950003895B1; JPH02241029A; JPH07118470B2; EP0381247A3; EP0381247A2

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft das Gebiet der Ausrüstungen für die Kristallscheibenproduktion, die in der Herstellung von Halbleiterbauelementen nützlich sind, und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur epitaktischen Abscheidung.
Eine Vorrichtung zur Abscheidung einer epitaktischen Schicht von einem Quellgas durch ein Verfahren der chemischen Dampfabscheidung (CVD), insbesondere zur Verbesserung der Kühlung und zur Erleichterung der Wartung solcher Ausrüstungen, wird in der Herstellung von Halbleiterbauelementen auf 100-Millimeter- oder größeren Kristallscheiben verwendet. Epitaktische Schichten werden auf den Oberflächen der Scheiben durch Erhitzen derselben auf Temperaturen im Bereich von 1100 bis 1200 Grad Celsius in einer Glasglocke gebildet, die eine gasförmige Atmosphäre aus einem Wasserstoffträgergas, gemischt mit einem oder mehreren reaktiven Gasen, wie Siliziumquellgas oder einem Dotierungsguellgas, enthält.
Der CVD-Prozeß ist in hohem Maße temperaturempfindlich, so daß die Produktion der erforderlichen qualitätvollen epitaktischen Schichten auf den Oberflächen der Scheiben bei gleichzeitiger Vermeidung von Ablagerungen an den Wänden der Glasglocke bedingt, daß die Scheiben gleichmäßig auf eine präzise eingehaltene Temperatur erhitzt werden, während die restliche Vorrichtung auf einer Temperatur gehalten wird, die deutlich unter der Temperatur liegt, bei der die CVD-Reaktion stattfindet.
Die erforderliche Erhitzung der Scheiben wird durch Induktionserwärmung des Graphitaufnehmers erreicht, auf dem die Scheiben aufliegen, oder durch Strahlungserwärmung mit einer großen Anordnung von Heizlampen um die Glasglocke herum, während ein Luftkühlungssystem gleichzeitig die Wände der Glasglocke kühlt.
Das Dokument JP-A-59 159 526 offenbart eine Dampfwachstumsvorrichtung mit einem geteilten Lampenofen, in dem eine Reaktionsröhre innerhalb des Ofens entfernt wird, indem der Ofen geöffnet und die Reaktionsröhre in seitlicher Richtung von diesem wegbewegt wird.
In einer bekannten Art eines epitaktischen Abscheidungssystems, das in dem Modell 7800 Epitaxial Reactor, hergestellt von Applied Materials in Santa Clara, Kalifornien, verwendet wird, sind Kristallscheiben mit Zwischenraum angeordnet befestigt und erstrecken sich über die Oberfläche eines vertikal verlängerten Graphitaufnehmers mit vielseitigem Querschnitt. Eine zylindrische Quarzglasglocke umgibt den Aufnehmer koaxial und beherbergt die erforderliche Gasatmosphäre. Eine große Anordnung von Heizlampen umgibt die Glasglocke koaxial über den Großteil ihrer vertikalen Ausdehnung hinweg, um den Aufnehmer und die Scheiben per Strahlung zu erwärmen. Der Aufnehmer und die Scheiben werden während des Verfahrens gedreht, so daß die Gasatmosphäre ununterbrochen gemischt wird und die Erwärmung gleichmäßig erfolgt.
Damit die Temperatur der Quarzglasglocke nicht so weit ansteigt, daß sich an den Wänden der Glasglocke unerwünschte Ablagerungen bilden, ist ein Luftkühlsystem vorgesehen. Ein Zentifugalgebläse treibt die Luft entlang einem geschlossenen Strömungskreis, der vom Gebläseausgang zur Abscheidungsvorrichtung und zurück durch einen Luft-Wasser- Wärmetauscher zum Gebläseeingang führt. Im Bereich der Abscheidungsvorrichtung zweigt der Luftweg in einen ersten Seitenast ab, der die Glasglocke koaxial einschließt und axial entlang ihrer Oberfläche fließt, und in einen zweiten Seitenast, der durch Schlitze in den Lampenanordnungen führt, um die Oberflächen der Lampenreflektoren zu kühlen. Zwar hat sich diese Abscheidungsvorrichtung älterer Bauart sehr gut bewährt, doch waren Verbesserungen in zweierlei Hinsichten möglich: (1) Der Zugriff auf die Heizlampen für deren Austausch konnte erleichtert werden; (2) Die Wirksamkeit des Kühlsystems konnte durch Senkung des Luftstromwiderstandes und Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Luftstroms gesteigert werden.
Was den ersten dieser beiden Aspekte betrifft, so ist das Bedienpersonal gezwungen, die Verbindungen von einer der fünf Lampenbänke in hockender Stellung zu lockern und sodann nach vorne zu langen und die Bank sorgfältig aus ihrer Stellung in der Vorrichtung herauszumanövrieren. Da diese Bänke schwer und die Abstände zu den umgebenden Teilen der Vorrichtung gering sind, erweist sich der Ausbau einer Bank als einigermaßen schwierig und ermüdend.
Die Gestaltung des Luftkühlsystems der Abscheidungsvorrichtung älterer Bauart konnte verbessert werden, indem sämtliche komplexen und gewundenen Teile des Stromflusses eliminiert wurden, einschließlich aller abrupten Wechsel der Flußrichtung und des Querschnittes des Luftstromweges. Insbesondere wird jede der fünf Lampenbänke dieser Vorrichtung älterer Bauart mit einem getrennten Luftstrom aus einem Luftstromverteiler versorgt. Ein gleichmäßigerer und weniger beschränkter Luftstrom zur Kühlung der Heizlampen würde eine maximale Nutzlebensdauer bei minimalem Wartungsaufwand fördern.
Es ist deshalb ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung und ein Verfahren mit einem verbesserten Luftkühlungssystem zu schaffen.
Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines epitaktischen Abscheidungsverfahrens und einer Vorrichtung der Art, die Strahlungsheizlampen verwendet, worin die Zugriffsmöglichkeit auf die Heizlampen zu Wartungszwecken verbessert ist.
Diese Zwecke werden durch die epitaktische Abscheidungsvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zur epitaktischen Abscheidung gemäß dem unabhängigen Anspruch 10 erreicht.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 bzw. 11 bis 12 ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung schafft eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung der Art, welche Strahlungsheizlampen verwendet, die um die epitaktische Reaktionskammer herum angeordnet sind, worin die Lampenanordnung von einer Luftplenumkammer koaxial umschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung schafft des weiteren eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung der Art, welche Strahlungsheizlampen verwendet, die in mehreren Bänken angebracht sind, worin jede Bank schwenkbar auf einer sich an einer Kante erstreckenden Drehachse aufliegt und um diese Drehachse in eine offene Stellung weg von ihrer befestigten Stellung schwenkbar ist.
Die vorliegende Erfindung schafft des weiteren eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung gemäß dem voranstehenden Aspekt, bei der jede Lampenbank, nachdem sie in die offene Stellung geschwenkt wurde, zu ihrer Entfernung in eine parallel zu ihrer Grundfläche führende Richtung weiterbewegt werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft des weiteren eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung, in welcher der Luftstromweg im allgemeinen in eine Richtung verläuft.
Zur Erfüllung der oben beschriebenen Zwecke weist eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen vereinfachten Luftstromweg auf, in dem die Kühlluft vom einem Zentrifugalgebläse über einen leicht konischen Übergang in eine Plenumkammer fließt, die sich über der Oberseite und koaxial um die Vorrichtung herum erstreckt. Von ihrem Eingangspunkt in der Nähe der Oberseite dieser Plenumkammer fließt Kühlluft axial nach unten in den koaxialen Raum zwischen der Glasglocke und der umgebenden Lampenanordnung.
Die Kühlluft der Lampenanordnung fließt ebenfalls nach unten in den Teil der Plenumkammer, welcher die Lampenanordnung koaxial umgibt, weiter radial nach innen durch Schlitze zwischen den Lampen und axial nach unten über die Oberfläche der Glasglocke. Vom Boden der Abscheidungsvorrichtung fließt die Luft durch einen leicht konischen Übergang in einen Luft-Wasser-Wärmetauscher, wo sie vor der Rückkehr zum Gebläseeingang gekühlt wird.
Durch Bereitstellung einer großen Plenumkammer, die sich vollständig um die Außenseite der Lampenanordnung erstreckt, werden Variationen von Druck und Durchflußgeschwindigkeit der die Lampenanordnung kühlenden Luft vermieden. Gleicherweise ist der Luftstrom innerhalb der Abscheidungsvorrichtung durch Bereitstellung eines einfachen Lufteingangs in der Nähe der Oberseite der Plenumkammer und eines einfachen Luftausgangs in koaxialer Stellung zur Unterseite der Glasglocke so einförmig in eine Richtung nach unten führend wie möglich.
Die die Glasglocke koaxial umgebende Lampenanordnung ist aus mehreren Bänken in der Eorm vertikal ausgerichteter Platten gebildet, von denen jede 15-20 lineare, röhrenförmige Halogen-Quarzlampen enthält, die in einem Abstand leiterförmig an der Achse der einzelnen Lampenhorizontalen angeordnet sind. Jede Bank liegt auf vier Drehzapfen auf, wobei sich an jeder der vier Ecken der Bank ein Drehzapfen befindet. Eine obere und eine untere Befestigungsplatte sind so angebracht, daß sie diese Drehzapfen in Nuten auf den Befestigungsplatten aufnehmen und um die einzelnen Bänke auf der Vorrichtung in befestigter Stellung zu halten. Zur Wartung und zum Ersatz der Lampen kann jede Bank ungefähr 15 Grad von ihrer befestigten Stellung in eine offene Stellung weggeschwenkt werden, indem sie um eine Drehachse geschwenkt wird, die sich entlang einer vertikalen Kante zwischen einem Paar Drehzapfen erstreckt. Von dieser offenen Stellung aus kann die gesamte Bank seitwärts entlang der Nuten in den Montageplatten verschoben und von der Vorrichtung entfernt werden.
Die oben beschriebenen und andere Merkmale, Zwecke und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie die nach Wissen der Erfinder beste Art und Weise der Ausführung ihrer Erfindung werden sich klarer darstellen nach der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung bei gleichzeitigem Studium der zugehörigen Zeichnung, deren unterschiedliche Figuren folgendes darstellen:
Figur 1 ist eine Querschnittansicht in schematischer Form einer epitaktischen Abscheidungsvorrichtung älterer Bauart;
Figur 2 ist eine Querschnittansicht in schematischer Form einer epitaktischen Abscheidungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 ist eine Aufrißansicht einer Lampenbank, wie sie in der Vorrichtung der Figur 2 nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 3A und 3B sind Aufriß-Detailansichten von Teilen der Figur 3, aufgenommen entlang der Linien A-A bzw. B-B;
Figur 4 ist eine Aufrißansicht einer Befestigungsplattenstruktur, die zur Befestigung von Lampenbänken nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 5 ist eine Diagonalquerschnittsdraufsicht einer Vorrichtung zur epitaktischen Abscheidung nach der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 stellt eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung 1 dar, die zur Bildung epitaktischer Schichten auf Halbleitersubstraten 3 verwendet wird, die auf einem Graphitaufnehmer 5 in einer Glasglocke 7 angebracht sind. Die Vorrichtung 1 ist eine solche älterer Bauart, wie sie weiter oben in diesem Patentantrag beschrieben wurde und in dem weiter oben erwähnten Applied Materials Modell 7800 Epitaxial Reactor zur Anwendung kommt.
Die Glasglocke 7 wird in der Vorrichtung 1 von einer oberen Halterung 9 und einer unteren Halterung 11 gehalten. Sie ist mit (nicht dargestellten) Leitungen versehen, durch welche eine thermisch aktivierte, reaktive Gasmischung während des Betriebs in das Innere der Glasglocke geleitet wird. Wie aus Figur 1 ersichtlich, kann die Glasglocke 7 wünschenswerter Weise als kreisförmiger Zylinder geformt sein, damit sich eine radiale Symmetrie um ihre Mittelachse ergibt.
Koaxial um die Glasglocke 7 herum angeordnet ist eine verteilte Strahlungsheizung 13, die mehrere in Querschnittansicht dargestellte Heizlampen 15 verwendet, welche an einem quer luftdurchlässigen Halterahmen 17 befestigt sind. Die Lampen 15 können lineare, röhrenförmige Halogenquarzlampen sein, die zum Langzeitbetrieb bei Temperaturen im Bereich von 3000 Grad Kelvin geeignet sind.
Die Substrate 3 und der Aufnehmer 5 werden mittels der Heizung 13 auf Temperaturen im Bereich zwischen 1100 und 1200 Grad Celsius erwärmt, damit die thermisch aktivierte, reaktive Gasmischung in der Glasglocke 7 veranlaßt wird, die gewünschte Schicht auf die Substrate abzuscheiden. So eine reaktive Gasmischung könnte beispielsweise Trichlorsilangas in einem Wasserstoffträgergas umfassen, um eine epitaktische Siliziumschicht auf die Substrate 3 abzuscheiden.
Damit die in der Vorrichtung 1 produzierte epitaktische Schicht die erforderliche hohe Qualität und Gleichförmigkeit aufweist, muß die Temperatur der Substrate 3 gleichförmig auf die präzise Temperatur angehoben werden, die zur Aktivierung der chemischen Dampfabscheidungsreaktion (CVD) erforderlich ist. Eine derartige Gleichförmigkeit wird durch die Verwendung einer verteilten Heizung erreicht, die eine weitgehend gleichförmige Erwärmung über einen großen Bereich bewirkt, indem sie eine koaxiale Geometrie mit radialer Symmetrie aufweist und die Substrate 3 sowie den Aufnehmer 5 im Prozeßverlauf kontinuierlich rotiert. Die Rotation des Aufnehmers dient auch dem Aufrühren der reaktiven Gasmischung in der Glasglocke 7, wodurch die Gase in einem gründlich durchmischten Zustand gehalten werden,
Um eine unerwünschte Ablagerung auf den Wänden der Glasglocke 7 zu vermeiden, muß die Temperatur dieser Wände deutlich unterhalb eines Bereiches von 1100 bis 1200 Grad gehalten werden. In dieser Hinsicht ist die Glasglocke 7 wünschenswerter Weise aus Quarz hergestellt, welches relativ hohen Temperaturen standhalten kann und auch relativ durchlässig gegenüber der thermischen Strahlung von der Heizung 13 ist. Allerdings würde ohne das Vorhandensein einer Kühlanlage die Temperatur der Glasglocke 7 - ungeachtet deren Transparenz - schließlich in einen Bereich ansteigen, der eine unerwünschte Ablagerung zur Folge hätte.
Deshalb bläst ein Gebläse 19 einen hochvolumigen Kühlluftstrom durch seine Ausgangsleitung 21, um die Vorrichtung 1 zu kühlen. Die Kühlluft dringt tritt in eine untere Eingangs-Plenumkammer 23 ein und über eine Umleitung 25 in eine obere Eingangs-Plenumkammer 27. Die Kammern 23 und 27 sind toroidisch angeordnet und erstrecken sich koaxial um die Vorrichtung herum.
Von der oberen Plenumkammer 27 fließt Kühlluft radial nach innen und nach unten entlang der Achse der Glasglocke 7 zur Kühlung der Glasglocke. Von der unteren Plenumkammer 23 fließt Kühlluft nach oben, um in den eng bemessenen Raum zwischen der Heizungshalterung 17 und der angrenzenden Wand 29 der Vorrichtung einzudringen, wie von dem Pfeil 31 angezeigt. Wie in Figur 1 dargestellt, führt der Pfeil 31 nach oben durch eine Öffnung in der oberen Wand der Plenumkammer 23. Die obere Wand der unteren Plenumkammer 23 ist mit mehreren solcher Öffnungen versehen, die in Azimutanordnung im Abstand um die Kammer 23 angeordnet sind, um einen derartigen Aufwärtsfluß der Kühlluft zu ermöglichen.
Die Luft, welche in den Raum um die Heizung 13 herum eintritt, fließt durch Schlitze in der Heizungshalterung 17, wie vom Pfeil 33 angezeigt, wodurch die Heizlampen 15, deren zugehörige Reflektoren und die Heizungshalterung 17 selber gekühlt werden. Diese Kühlluft vereinigt sich in der Folge mit der Luft, welche von der oberen Eingangskammer 27 nach unten fließt und tritt in eine koaxiale Ausgangsplenumkammer 35 ein.
Von der Ausgangsplenumkammer 35 fließt die erwärmte Abluft von der Vorrichtung 1 in einen Luft-Wasser-Wärmetauscher 37 und kehrt über eine Eingangsleitung 39 zum Gebläse 19 zurück. Die Wasserzirkulation durch den Wärmetauscher 37 ist symbolisch durch die Pfeile 41 in Figur 1 angedeutet.
Die Kühlleistung der Vorrichtung älterer Bauart 1 der Figur 1 konnte verbessert werden, indem die einigermaßen verwickelten und komplexen Teile des Luftstromweges eliminiert wurden, insbesondere innerhalb des Abschnitts, der sich von der unteren Eingangsplenumkammer 23 zur Ausgangsplenumkammer 35 erstreckt. Innerhalb dieses Abschnitts wechselt die Luftstromrichtung um 90 Grad, um von der Kammer 23 nach oben durch die Öffnungen in einen isolierten und engen Luftraum hinter jeder der getrennten (nicht dargestellten) Heizbänke zu strömen, welche die Heizung 13 bilden.
Dieser Luftraum ist des weiteren beschränkt durch (nicht dargestellte) elektrische Leiter und (nicht dargestellte) Wasserkühlleitungen zu den Heizlampen 15, und diese Einschränkungen bringen beträchtliche Druckabfälle sowie eine Ungleichförmigkeit des Luftstroms durch die Heizungshalterung 17 mit sich. Daraus folgt, daß einige der Heizlampen und deren Reflektoren bei zu hohen Temperaturen arbeiten und die Glasglocke selber axiale Bereiche aufweist, in denen die Temperatur 600 Grad Celsius übersteigt.
In Figur 2 ist eine epitaktische Abscheidungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die strichindizierten Bezugszeichen sich auf Teile beziehen, die denen entsprechen, welche bereits in bezug auf Figur 1 beschrieben wurden. Die Vorrichtung 1' umfaßt demnach eine Glasglocke 7', die koaxial von einer verteilten Strahlungsheizung 13' umgeben ist, welche aus den Heizlampen 15' besteht, die auf einer Heizungshalterung 17' befestigt sind. Gleichermaßen sind ein Luftkühlsystem mit einem Gebläse 19' und einem Luft-Wasser-Wärmetauscher 37' vorgesehen.
Allerdings wurde gemäß der vorliegenden Erfindung der Luftstromweg vom Ausgang des Gebläses 19' durch die Vorrichtung 1' und den Wärmetauscher 37' so gestaltet, daß sowohl die Intensität als auch die Gleichförmigkeit des Luftstroms maximiert und der Luftstromwiderstand minimiert wurde. Demnach wurde das System mit einer konischen Eingangsleitung 43 versehen, welche den Ausgang des Gebläses 19' mit dem restlichen Teil der Vorrichtung 1' verbindet. Jede Wand der Leitung 43 weist eine gleichmäßige Konizität von 7 Grad in bezug auf die Achse der Leitung auf. Eine derartige Konizität sorgt für einen optimal leichtgängigen Übergang vom Gebläseausgang zum restlichen Luftstromsystem und minimiert den Luftdruckabfall in der Leitung 43.
Eine große Plenumkammer 45 erstreckt sich koaxial und in einem Abstand zu dieser um die Heizung 13' herum, um einen äußeren koaxialen Kühlluftraum 47 zu bilden, welcher groß genug ist, um einen relativ gleichförmigen Luftdruck aufzuweisen. Die Plenumkammer 45 erstreckt sich ebenfalls ohne Unterbrechung quer über den Oberteil der Vorrichtung l', um einen endseitigen koaxialen Kühlluftraum 49 zu bilden, der den äußeren koaxialen Kühlluftraum 47 mit einem inneren koaxialen Luftraum 51 zwischen der Glasglocke 71 und der Heizung 13' verbindet.
Die Kühlluft von der Leitung 43 tritt in die Plenumkammer 45 in der Nähe der Oberseite ein und fließt grundsätzlich nach unten durch die beiden koaxialen Kühllufträume 47 und 51. Die Kühlluft strömt auch radial nach innen durch den endseitigen Kühlluftraum 49 und durch die Schlitze in der Heizungshalterung 17', welche die Heizung quer durchlässig für den Luftstrom machen.
Von der Unterseite des inneren koaxialen Luftraums 51 strömt die erwärmte Luft in eine Ausgangsplenumkammer 35' und weiter zu einem vergrößerten Luft-Wasser-Wärmetauscher 37' über die konische Ausgangsleitung 53. Die Leitung 53 ist mit einer Wandkonizität von 7 Grad versehen, wie im Fall der Eingangsleitung 43, um den Strömungswiderstand zu minimieren.
Ein Vergleich des Luftstromwegs der Figur 2 mit dem der Figur 1 zeigt, daß das Strömungsmuster von dem Punkt, an dem die Leitung 43 Kühlungsluft in die Vorrichtung 1' einbringt, bis zu dem Punkt, an dem die erwärmte Luft in die Ausgangsplenumkammer 35' eintritt, bei weitem stärker in eine Richtung orientiert ist. Insbesondere gewährleistet die Bereitstellung eines hochvolumigen äußeren koaxialen Kühlluftraums 47, daß eine nahezu perfekte Druckgleichmäßigkeit im Bereich um die Heizung 13' herum herrscht. Ferner wird die Gleichmäßigkeit des Drucks im Luftraum 49 im Vergleich mit der kleinen, isolierten oberen Plenumkammer 27 der Figur 1 dadurch verbessert, daß der endseitige, koaxiale Kühlluftraum 49 mit dem äußeren koaxialen Kühlluftraum 47 vereint wird.
Als Folge dieser Verbesserungen im Luftstromweg hat sich ergeben, daß ein gemäß Figur 2 konstruiertes System Glasglockentemperaturwerte um volle 200 Grad Celsius unter jenen eines Systems aufweist, welches gemäß Figur 1 konstruiert wurde, sofern beide Systeme bei den gleichen Substrattemperaturen betrieben werden.
In Figur 3 wird eine Strahlungsheizungsbank 55 gemäß der vorliegenden Erfindung in Rückansicht dargestellt, entsprechend ihrer Erscheinung, wenn sie in Betriebsstellung auf der Vorrichtung 1' der Figur 2 betrachtet wird. Zur Bildung der vollständigen, koaxial umschließenden Heizung 13' der Figur 2 werden fünf Heizungsbänke 55 koaxial um die Glasglocke 7' angeordnet, wie aus den Betrachtungen der Figur 4 und 5 nach untenstehenden Beschreibungen besser ersichtlich wird.
Die Heizungsbank 55 ist als ebene Platte mit einem äußeren, rechtwinkeligen Halterahmen 57 geformt, der mittels vier an den vier Ecken des Rahmens 57 befestigter Drehzapfen 59 am restlichen Teil der Vorrichtung 1' befestigt ist. Der Rahmen 57 wird an seiner Oberseite durch Einführen der beiden an dieser Seite befindlichen Drehzapfen 59 in eine obere Aufnahmeschiene 61, die schematisch durch eine Punktlinie dargestellt ist, und gleichermaßen an der unteren Seite des Rahmens 57, an der eine untere Aufnahmeschiene 63 die beiden unteren Drehzapfen aufnimmt.
Ein gefederter Sperriegel 65 wird an den oberen und unteren Enden des Rahmens 57 angebracht, um die Verbindung mit den oberen und unteren Aufnahmeschienen 61 und 63 zu sichern, wie sich bei Betrachtung der beiden Figuren 4 und 5 besser zeigen wird. Der untere Riegel 65 ist detailliert in Figur 3B dargestellt, wobei sich zeigt, daß er in eine Aussparung in der unteren Aufnahmeschiene 63 reicht.
Eine geschlitzte Unterlagsplatte 67 erstreckt sich über die mittlere Öffnung des Rahmens 57; sie kann beispielsweise aus 0,3175 cm (0,125 Inch) Kupfer bestehen, so daß sie eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist. Eine Kühlröhrenspirale 69 erstreckt sich über die Oberfläche der Unterlagsplatte 67, um Kühlwasser in möglichst große Nähe zu allen Bereichen der Platte 67 zu bringen.
Die Röhre 69 kann aus Kupfer bestehen und auf Wunsch an die Platte 67 über den gesamten Bereich, in dem sie die Platte 67 für verbesserte Wärmeleitfähigkeit kontaktiert, gelötet oder hartgelötet werden. Die flexiblen Kühlmittelröhren 71 verbinden die Enden der Röhre 69 mit einer Kühlwasserdurchkontaktierung 73, um den Anschluß einer (nicht dargestellten) externen Wasserquelle zu ermöglichen. Figur 3A zeigt in Querschnittansicht das Verhältnis zwischen der Unterlagsplatte 67 und den Heizlampen 15', die an die (nicht dargestellte) Vorderseite der Bank 55 so angebracht sind, daß sie gegen die Glasglocke 7' in Figur 2 gerichtet sind. Jede Lampe 15' besteht aus einer linearen, röhrenförmigen Halogenquarzbirne 75, die in einem halbzylindrischen Reflektor 77 gehalten wird. Obwohl der Reflekvor 77 in Figur 3 aus Einfachheitsgründen mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt wurde, ist es nachvollziehbar, daß die tatsächliche Querschnittsform des Reflektors 77 eine Parabel sein kann.
Wie durch die Pfeile 79 dargestellt, fließt die Kühlluft durch die Schlitze in der geschlitzten Unterlagsplatte 67 und um den zwischen jedem Schlitzpaar befindlichen Lampenreflektor. Die auf diese Art und Weise abgezogene Wärme hält neben der von der Platte 67 durch das oben beschriebene Wasserkühlsystem abgezogenen Wärme die Temperatur der Lampen so niedrig, daß eine zufriedenstellende Nutzlebenszeit gefördert wird.
Der elektrische Strom zur Versorgung jeder der Lampen 15' auf der Bank 55 wird von einem Paar mehradriger Kabel 81 geliefert, die für jede der Lampen 15 auf der Bank 55 ein Drahtpaar enthalten. Die Verbindungen zu den (nicht dargestellten) Lampenanschlüssen an den Enden der einzelnen Lampen werden durch die Leitung der Drahtpaare in den umgebenden Rahmen hergestellt, wie dargestellt.
In Figur 4 und 5 werden die Einzelheiten einer Halterungsstruktur für jede der fünf Strahlungsheizungsbänke des in Figur 3 illustrierten Typs dargestellt. In Figur 4 wird in Grundrißansicht die Anordnung der unteren Aufnahmeschiene 63 der Figur 3 dargestellt, und ferner, daß die Schiene 63 eigentlich aus den fünf gerillten Auflageplarten 83 besteht. Eine Heizungsbank 55 ist anhand der Punktlinien in Betriebsstellung in jeder dieser Auflageplatten befestigt dargestellt. In der dargestellten Betriebsstellung nehmen die beiden Drehzapfen 59 am unteren Ende jeder Bank 55 Stellungen an den Enden zweier Rillen in jeder Platte 83 ein, in welchen Stellungen sie mittels der Verriegelungsbolzen 65 gehalten werden können.
Wie aus Figur 4 ersichtlich, wird die längere Rille 85 durch die kürzere Rille 87 auf eine Art durchschnitten, daß - bei aus der Verbindung mit der Schiene 63 gelösten Sperriegeln 65 und bei getrennten Kühlmittel- und Stromverbindungen -- die Bänke 55 aus der Betriebsstellung heraus um eine Drehachse geschwenkt werden können, die von dem Drehzapfen 59 am Ende der Rille 85 gebildet wird. Bei weitestmöglich gedrehter Bank 55 rastet die Platte 55 in (nicht dargestellter) offener Stellung ein, in welcher beide Drehzapfen 59 sich innerhalb der Rille 85 befinden.
Es ist festzuhalten, daß sich die Stellung des Drehzapfens am Ende der Rille 85 nicht ändert und dieser nur als Drehpunkt dient, wenn eine Bank 55 aus ihrer Betriebsstellung in ihre offene Stellung bewegt wird. Während der Bewegung von der Betriebsstellung in die offene Stellung wird die Bank 55 durch den Kontakt beider Drehzapfen 59 mit den Rillen 85 und 87 voll unterstützt und geführt.
In der offenen Stellung kann eine Bank 55 parallel entlang einer mit der Rille 85 zusammenfallenden Achse bewegt werden, bis ein Drehzapfen 59 aus der Rille 85 wie dargestellt herausgeführt wurde. An diesem Punkt kann die Bank 55 nach Belieben weiter rotiert werden, während sie noch immer teilweise durch den in der Rille 85 verbliebenen Drehzapfen 59 gehalten wird. Eine weitere Parallelbewegung der Bank 55 bewegt diese in eine ausgeklinkte Stellung, in der beide Drehzapfen 59 aus der Aufnahmeschiene 63 gelöst sind, wodurch die Entfernung der Bank 55 von der Vorrichtung 1' durch eine bewegliche oder entfernbare Platte 89 zu Wartungszwecken möglich ist.
In dem in Figur 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung bringt die Bewegung einer Bank 55 von der Betriebsstellung in die offene Stellung eine Rotation über einen kleinen Winkel von beispielsweise 15 Grad mit sich, jedenfalls weit genug, um beide Drehzapfen in der Rille 85 zu positionieren und die Parallelverschiebung entlang derselben zu ermöglichen. Es ist jedoch einzusehen, daß es durch Umgestaltung des Halterungsmechanismus möglich ist, den Rotationswinkel zwischen Betriebs- und offener Stellung auszuweiten. Wenn beispielsweise jede Bank um einen Winkel von 60 Grad nach außen schwenkbar wäre, könnte die Wartung der Lampen ohne Entfernung der Bank von der Vorrichtung 1' durchgeführt werden.
Obwohl die obenstehende Beschreibung die mechanische Beziehung zwischen jeder Bank und der unteren Aufnahmeschiene 63 zum Gegenstand hatte, ist ohne weiteres einzusehen, daß die obere Aufnahmeschiene 61 spiegelbildlich zu der unteren Aufnahmeschiene 61 gebildet ist, so daß die Stellungen der Drehzapfen 59 am oberen Ende jeder Bank innerhalb der Rillen der oberen Aufnahmeschiene 61 die gleiche ist wie am unteren Ende jeder Bank. Demgemäß wird jede Bank während Entfernungsund Austauschvorgängen an beiden Seiten unterstützt und geführt. Da jede Bank 13,59 kg (30 lb.) schwer sein kann, erleichtert eine derartige Unterstützung gemeinsam mit der Leichtigkeit von Entfernung und Austausch der Bänke die Wartung der Heizungsanordnung bei Bedarf beträchtlich.
Obwohl diese Erfindung einigermaßen detailliert in bezug auf die Ausführungsbeispiele derselben beschrieben wurde, welche, gemeinsam genommen, die nach Wissen der Erfinder beste bekannte Art und Weise zur Durchführung ihrer Erfindung darstellt, könnten zahlreiche Anderungen vorgenommen und demnach zahlreiche Alternativausführungen abgeleitet werden, ohne deshalb den Umfang der Erfindung zu verlassen. Der Umfang der Erfindung ist demnach ausschließlich durch die nachstehenden Patentansprüche festgelegt.

Claims

1. Vorrichtung zur epitaktischen Abscheidung (1'), in Kombination umfassend:

eine Reaktionskammer (7') als Behältnis eines auf einem Aufnehmer (5) aufliegenden Halbleitersubstrats (3) und zur Aufnahme einesthermisch aktivierten, reaktiven Gases darin, wobeizumindest ein Wandabschnitt der Reaktionskammer auseinem Material gefertigt ist, welches im wesentlichen durchlässig gegenüber Wärmestrahlung innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs ist;

eine Strahlenheizung (13') zur Lieferung von Wärmestrahlen innerhalb der bestimmten Wellenlängenbereiche zur Beheizung des Substrats (3) und des Aufnehmers (5), wobei die Heizung (13') koaxial um die Reaktionskammer (7') herum und im Abstand zu dieser angeordnet ist, um einen ersten koaxialen Kühlluftraum (51) dazwischen zu schaffen, wobei die Heizung (13') radial luftdurchlässig ist, um einen radialen, in einer Richtung fließenden Kühlluftstrom durch sich zu ermöglichen, und wobei die Strahlenheizung (13') zumindest eine Strahlungsheizungsbank (55) enthält; und

Halterungsmittel (61, 63), umfassend:

ein Paar Drehzapfen (59), die an der Strahlungsheizungsbank (55) angebracht sind und eine sich dazwischen erstreckende Drehachse bilden;

Drehachsenverankerungsmittel (85, 87) zur Verankerung des Drehzapfenpaars (59) und zur Einschränkung der Bewegung der Heizungsbank (55) zwischen einer vorbestimmten, festen Betriebsstellung, in der die Strahlungsheizungsbank (55) Wärmestrahlung durch den Wandabschnitt sendet, um das Substrat (3) und den Aufnehmer (5) in der Reaktionskammer (7') zu erwärmen und in der ein Luftraum (51) zwischen der Reaktionskammer (7') und der Heizung (13') geschaffen wird, um einen Luftstrom zur Kühlung der Wand zu ermöglichen, und einer offenen Stellung, in der die Bank um die Drehachse aus der festen Betriebsstellung heraus geschwenkt wird; und

Halterungsmittel (83) zur Parallelbewegung der Bank (55) und zur Beschränkung dieser Parallelbewegung entlang einer Parallelbewegungsachse aus der offenen Stellung in eine gelöste Stellung, in der die Bank (55) unbelastet von den restlichen Teilen der Vorrichtung angehoben werden kann, und zur kontinuierlichen Unterstützung der Bank (55) während der Parallelbewegung zwischen der offenen und der gelösten Stellung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Heizung (13') mehrere Strahlungsheizungsbänke (55) umfaßt, die nebeneinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Heizungsbänke in einer Fläche und so angeordnet sind, daß sie ein Vieleck bilden, in dessen Mitte sich die Reaktionskammer (7') befindet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend:

Verriegelungsmittel (65) zur Sicherung der Bank (55) in der festen Betriebsstellung, wobei die Verriegelungsmittel (65) wahlweise bedienbar sind zwischen einer Verriegelungsstellung, in der die Bank (55) in der festen Betriebsstellung verriegelt ist, und einer gelösten Stellung, in der die Bank (55) aus der Betriebsstellung in die offene Stellung beweglich ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aufnahmemittel (61, 63) die Bank (55) während der Bewegung zwischen der Betriebs- und der offenen Stellung kontinuierlich halten.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aufnahmemittel (61, 63) die Bewegung der Heizungsbank (55) zwischen der festen Betriebsstellung und der offenen Stellung auf eine Drehbewegung um die Drehachse beschränkt.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der die Heizung (13') koaxial um die Reaktionskammer (7') und in einem Abstand zu dieser angeordnet ist, um einen ersten koaxialen Kühlluftraum (51) zwischen diesen zu bilden, wobei die Heizung (13') radial luftdurchlässig ist, um einen radialen Kühlluftstrom durch sie hindurch zu ermöglichen;

eine Plenumkammer (45), die sich koaxial um die Strahlungsheizung (13') und in einem Abstand zu dieser erstreckt, um einen äußeren koaxialen Kühlluftraum (47) zwischen diesen zu schaffen, und die sich des weiteren quer über ein Ende der Strahlungsheizung (13') und in einem Abstand zu diesem erstreckt, um einen endseitigen, koaxialen Kühlluftraum (49) zu bilden, der den inneren (51) und den äußeren (47) koaxialen Kühlluftraum an diesem Ende radial verbindet; und

Luftkühlungsmittel (19', 37', 43, 53) zur Einleitung von kühler Luft in die Plenumkammer (45) in der Nähe des einen Endes, sowie zur Ableitung erhitzter Luft aus dem inneren koaxialen Luftraum an einem entfernten Ende derselben;

wobei in die Vorrichtung an dem einem Ende kühle Luft einfließt, axial entlang der inneren und äußeren koaxialen Lufträume, radial nach innen von dem äußeren (47) in den inneren (51) koaxialen Kühlluftraum durch die Heizung (13?) und aus der Vorrichtung heraus an dem entfernten Ende des inneren koaxialen Luftraums (51)

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Luftkühlungsmittel ein geschlossenes Luftkühlungssystem umfassen, welches seinerseits die folgenden Elemente umfaßt:

einen Luft-Wasser-Wärmetauscher (37'), der an das entfernte Ende des inneren koaxialen Luftraums (51) zur Aufnahme geheizter Luft aus demselben angeschlossen ist, wobei der Wärmetauscher auch an eine Kühlwasserquelle angeschlossen (41') ist; und

ein Luftgebläse (19') mit einem Einlaß (39'), der an den Wärmetauscher angeschlossen ist, um aus diesem kühle Luft zu beziehen, sowie mit einem Auslaß, welcher an die Plenumkammer (45) angeschlossen ist, um diese mit kühler Luft zu versorgen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend eine konische Leitung (43), welche den Gebläseauslaß und die Plenumkammer (45) miteinander verbindet.

10. Verfahren zur epitaktischen Abscheidung auf ein Halbleitersubstrat, ausgeführt auf der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, umfassend die folgenden Schritte:

Befestigung des Halbleitersubstrats auf einem Aufnehmer in einer Reaktionskammer, die zumindest einen für Wärmestrahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlässigen Wandabschnitt aufweist;

Bereitstellung einer thermisch aktivierten, reaktiven, gasförmigen Atmosphäre im Inneren der Reaktionskammer, die sich im Kontakt mit dem Substrat befindet;

Aktivierung der reaktiven, gasförmigen Atmosphäre durch Erhitzen des Substrats mit zumindest einer Strahlungsheizungsbank, welche Wärmestrahlung innerhalb des bestimmten Wellenlängenbereichs liefert;

Unterstützung eines Paares von Drehzapfen, die an der Strahlungsheizungsbank angebracht sind und eine sich zwischen denselben erstreckende Drehachse bilden, auf Drehzapfenaufnahmemitteln zur Aufnahme des Drehzapfenpaares und zur Beschränkung der Bewegung der Strahlungsheizungsbank zwischen entweder einer vorbestimmten, festen Betriebsstellung, in der die Strahlungsheizungsbank zur Erwärmung des Substrats und des Aufnehmers Wärmestrahlung durch den Wandabschnitt abgibt, oder einer offenen Stellung, in der die Bank von der festen Betriebsstellung weggeschwenkt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Erwärmung durch eine Heizung bewirkt wird, die koaxialum die Reaktionskammer und in einem Abstand zudieser angeordnet ist, um einen ersten koaxialen Kühlluftraum dazwischen zu bilden, wobei die Heizungradial luftdurchlässig ist, um einen in einer Richtung verlaufenden, radialen Kühlluftstrom durch sie hindurch zu ermöglichen.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend die folgenden Schritte: Kühlung der Reaktionskammer und der Heizung unter Verwendung eines Kühlsystems, das eine Plenumkammer umfaßt, welche sich koaxial um und in einem Abstand von der Strahlungsheizung erstreckt, um einen äußeren koaxialen Kühlluftraum dazwischen zu bilden, und welche sich des weiteren quer über und in einem Abstand von einem Ende der Strahlungsheizung erstreckt, um einen endseitigen koaxialen Kühlluftraum zu bilden, der den inneren und den äußeren koaxialen Kühlluftraum an dem einen Ende radial verbindet;

Einführung kühler Luft in die Plenumkammer in der Nähe der einen Seite; und

Ableitung erhitzter Luft aus dem inneren koaxialen Luftraum an einem entfernten Ende derselben;

wobei in die Vorrichtung an dem einen Ende kühle Luft einfließt und weiter axial entlang dem inneren und dem äußeren koaxialen Kühlluftraum, radial nach innen von dem äußeren in den inneren koaxialen Kühlluftraum durch die Heizung, und aus der Vorrichtung am entfernten Ende des inneren koaxialen Luftraums wieder hinaus.