EP3847293A2 - Verfahren zur regelung der deckentemperatur eines cvd-reaktors - Google Patents

Verfahren zur regelung der deckentemperatur eines cvd-reaktors

Info

Publication number
EP3847293A2
EP3847293A2 EP19765977.4A EP19765977A EP3847293A2 EP 3847293 A2 EP3847293 A2 EP 3847293A2 EP 19765977 A EP19765977 A EP 19765977A EP 3847293 A2 EP3847293 A2 EP 3847293A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
process chamber
chamber ceiling
center
temperature
ceiling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19765977.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Sebald Lauffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aixtron SE
Original Assignee
Aixtron SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aixtron SE filed Critical Aixtron SE
Publication of EP3847293A2 publication Critical patent/EP3847293A2/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4411—Cooling of the reaction chamber walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/46—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for heating the substrate
    • C23C16/463—Cooling of the substrate
    • C23C16/466—Cooling of the substrate using thermal contact gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the invention relates to a method for setting up or operating a CVD reactor, with which one or more layers can be deposited on one or more substrates, a susceptor being heated by means of a heating device, heat from the susceptor coming through a process - is always transported to a process chamber ceiling, through the process chamber ceiling and from the process chamber ceiling through a gap space to a heat dissipation body.
  • the invention also relates to a device for performing the method.
  • DE 10 2010 000 554 A1 describes a MOCVD reactor with a reactor housing in which a susceptor is arranged, which can be heated from below with a heating device. Substrates which are coated by introducing process gases into the process chamber can be placed on a broad side surface of the susceptor facing a process chamber. The top of the process chamber is limited by a process chamber ceiling. Above the process chamber ceiling is a heat dissipation body with temperature control channels for dissipating the heat, which is transferred from the susceptor through the process chamber to the process chamber ceiling. To set the temperature profile of the process chamber ceiling, heat conducting bodies are used which have a non-flat surface facing the process chamber ceiling. With these measures, the radial temperature profile is set within a process chamber. [0004] CVD reactors with susceptors heated from below and cooled process chamber ceilings are also known from DE 10 2007009 145 Al and DE 10 2014 106 871 Al.
  • the temperature of the process chamber ceiling is usually only determined at one point, despite measures to homogenize it. This is chosen arbitrarily, so that at this point an arbitrary temperature is measured which deviates from an exact mean temperature.
  • the average temperature is required to determine the real energy flow through the reactor from the susceptor to the heat sink.
  • the heat flow can be varied by varying the thermal conductivity of a purge gas into the gap space between the process chamber ceiling and the heat sink.
  • the purge gas consists of a mixture of at least two gases, which differ greatly in terms of their thermal conductivity, so that depending on the mixing ratio of the two gases, either a highly thermally conductive purge gas or a weakly thermally conductive purge gas through the gap space between the process chamber ceiling and the heat sink flows through or is present there.
  • gap height is understood to mean the distance between the underside of the heat dissipation body facing the process chamber ceiling and the top of the process chamber ceiling facing the heat dissipation body.
  • gap height is understood to mean the distance between the underside of the heat dissipation body facing the process chamber ceiling and the top of the process chamber ceiling facing the heat dissipation body.
  • the local variation of the gap height translates into a deviation of the mean surface temperature of the process chamber ceiling from Setpoint. If process chamber ceilings (maintenance) and / or heat dissipation bodies (system) are exchanged, new tolerances or delays result and thus other local variations in the gap height and thus other deviations in the mean surface temperature from the target value.
  • the prior art also includes DE 10247 921 A1, DE 10 2017 105 333 A1, DE 696 20 590 T2,
  • the object of the invention is to remedy the disadvantages of the prior art described and, in particular, to provide means to determine the process chamber ceiling temperature more meaningfully and thus to be able to provide more precise information about the energy balance of the CVD reactor.
  • the object is achieved by the invention specified in the claims, the sub-claims not only representing advantageous developments of the subordinate claims, but also independent solutions to the task.
  • a method for setting up or operating a CVD reactor and a device to be used for this purpose are proposed.
  • the CVD reactor is operated without substrates or only with test substrates when setting up and the CVD reactor is operated with substrates during operation.
  • heating energy is generated by the heating device, which is supplied in particular as heat to the susceptor.
  • a temperature of the process chamber ceiling is measured at at least two different azimuthal angular positions with respect to a center of the process chamber and at the same radial distance from the center of the process chamber.
  • the heat can be generated as heat radiation from an IR heater.
  • the heat can also be transported inductively from the heating device to the susceptor, at least some of the heat being transported from the susceptor through the process chamber and the process chamber ceiling to the heat dissipation body, where it is removed, for example, by means of a coolant.
  • the heat flow through the gap spacing can be regulated in particular by means of a suitable purge gas composition.
  • the purging gas consists, for example, of a mixture of hydrogen and nitrogen or two other gases which differ greatly in terms of their thermal conductivity, so that the composition of the purging gas mixture in the gap clearance space allows the heat to be set in the gap clearance space.
  • a gas supply line is provided, by means of which the purging gas mixture is fed into the gap space between the heat dissipation body and the process chamber ceiling which forms a purging gas channel.
  • the gap height is at least a factor of 100, preferably a factor of 200, smaller than a characteristic lateral extension length of the process chamber ceiling, for example a diameter of the process chamber ceiling.
  • the distance between the process chamber ceiling and the heat sink is in the range of 0.5 to 3 mm.
  • the device has at least two measuring devices, each arranged at different azimuthal angular positions around a center of the process chamber, which in the are arranged at the same radial distance from the process chamber, so that at least two temperatures are measured at the same radial distance from the center, but at two different angular positions.
  • a first temperature is thus measured at a first measuring point and a second temperature at a second measuring point, the measuring points being at the same radial distance with respect to a center point of the process chamber, but being arranged at a first and a second angular position relative to the center point.
  • the process chamber and in particular the process chamber ceiling has a circular floor plan.
  • the temperature measurement devices are preferably arranged at the rear of the process chamber ceiling, so that the measured temperatures are surface temperatures.
  • these are surface temperatures of zones of the broad side surface of the process chamber ceiling facing the heat dissipation body.
  • the zones can be spaced from the edge, adjacent to the edge or directly on the edge. These zones are preferably adjacent to the edge in such a way that their distance from the radially outer edge of the circular process chamber ceiling, for example, is less than their distance from the center of the process chamber ceiling.
  • the zones can, however, also lie in an area which is spaced apart from the center to the same extent as the substrates lying on the susceptor.
  • the at least two temperature measuring devices are pyrometers.
  • the pyrometers can be arranged outside the reactor housing.
  • the reactor housing cover which can also be formed by the heat dissipation body, has a channel through which the optical beam path of the pyrometer passes, with which the surface temperature of the back of the process chamber ceiling is measured at the measuring zones.
  • An average can be obtained from the at least two temperatures be formed.
  • a difference value can be formed from the at least two temperatures. Both an average value and a difference value are preferably formed.
  • the mean can be used to select the purge gas composition.
  • the purge gas consists of at least two gases with different thermal conductivity properties, which can also be noble gases. H2 / N2 or Ar / He or H2 / Ar are used as gas pairs.
  • the difference value can be used to make local corrections to the gap height, for example the height of the process chamber ceiling can be connected to the reactor housing in a height-adjustable manner. If there are difference values between two measured temperatures that exceed a predetermined threshold value, the gap height can be set locally. As a result, the length of the heat transfer path in the gap clearance space changes and, along with this, the heat flow through the gap clearance space changes.
  • Exceeding a differential value or a plurality of differential values of one or more predetermined setpoints can also be used as an opportunity to replace a process chamber ceiling or a new process chamber ceiling, which, when the CVD reactor is serviced, counteracts an incorrect, ie widely varying, process chamber - has been exchanged.
  • the broad side surfaces of the process chamber cover and the heat dissipation body to be facing one another are planes.
  • two temperature measuring devices for example pyrometers, can be used. These two temperature measuring devices are arranged at an angle of 180 degrees around the center. With such a constellation, a tilting of the two surfaces to be pointed towards one another at two diametrically opposite points leads to a minimum and a maximum gap height.
  • the process chamber ceiling temperature is minimal in the area of the minimum gap height.
  • the process chamber ceiling temperature is maximum in the area of the maximum gap height.
  • the average of the temperatures measured at these two zones is the average of the process chamber ceiling temperature.
  • several purge gas supply lines are provided.
  • the Spülgaszutechnische grant can be arranged around the center at a uniform angular V.
  • Segments of the gap spacing which are adjacent to one another are thus formed in the circumferential direction and can be flushed with an individual flushing gas mixture of a highly heat-conducting and a low-heat-conducting flushing gas.
  • the mixing ratio of the two gases in the purge gas is set on the basis of the measured temperatures.
  • FIG. 3 shows a representation according to FIG. 2 of a second exemplary embodiment, in which four temperature measuring devices 9 are provided. are, which measure process chamber ceiling temperatures at four temperature measuring zones 8, 8 ', 8 ", 8'", each offset by an angle a of 90 degrees to each other
  • FIG. 4 shows a representation according to FIG. 2 of a third exemplary embodiment.
  • the CVD reactor shown in the drawings is intended for depositing layers of elements of the III and V main groups on substrates 13 which are arranged on a susceptor 2.
  • a process chamber On the side of the susceptor 2 pointing away from the heating device 3 there is a process chamber which is delimited at the top by a process chamber ceiling 1.
  • a heat dissipation body 6 Above the process chamber ceiling 1 there is a heat dissipation body 6 with cooling channels 18, through which a liquid coolant flows.
  • a gap spacing 5 which, due to tolerances or design or due to draft, has different gap heights hi, h 2 at two different locations can.
  • the process chamber 4 opens a gas inlet member 15, which is fed by a gas inlet 14, which is located in the center Z of the process chamber 4 or the process chamber ceiling 1.
  • the process chamber cover 1 is an essentially circular disk-shaped body made of graphite, quartz or a suitable metal.
  • the process chamber ceiling 1 has an opening which is located in the center Z and through which the gas inlet 14 passes.
  • a purge gas supply line 19 is provided, through which a purge gas can be fed into the gap spacing 5 between the process chamber ceiling 1 and the heat dissipation body 6.
  • the purging gas consists of a mixture of at least two gases which have different thermal conductivity properties. The two gases can be nitrogen and hydrogen.
  • the gap spacing 5 has a different heat transfer resistance, so that due to the high temperature difference between the susceptor 2 and the heat dissipation body 6 of several 100 degrees over the composition of the purge gas, an average of Process chamber ceiling temperature can be set.
  • a plurality of substrates 13 are arranged in a circular arrangement around the center Z.
  • the gap height which is generally about 1 mm high, is shown greatly enlarged in FIG. 1 for clarity.
  • Two gap heights hi and h 2 which are diametrically opposed in the exemplary embodiment, can be different from one another.
  • the two gap heights hi and h 2 differ, so that different process chamber ceiling temperatures are set at the two points. Since the process chamber ceiling temperature locally influences the chemical reaction within the process chamber 4, the layer quality can differ locally.
  • the susceptor 2 is rotated around the center Z using means which are not shown but are otherwise known.
  • Measuring channels 10 are arranged in the heat dissipation body 6 at several angular positions. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, two measuring channels are arranged at diametrically opposite points. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, a total of four measuring channels 10 are provided, each of which has an angular distance a of 90 degrees. In exemplary embodiments not shown, other configurations, for example a six-fold symmetry of the measuring channels, can also be provided. Other exemplary embodiments of the invention do not have measurement channels 10 distributed uniformly around the center Z.
  • the measuring zones 8, 85 8 ", 8 '" are located radially outside of a substrate 13. In an embodiment not shown, the measuring zones 8 can also be between two substrates 13 or above the substrates lie.
  • Each measuring channel 10 includes a temperature measuring device 9, 95 9 ", 9" 5, which is preferably a pyrometer.
  • the beam path 11 of the pyrometer 9, 95 9 ", 9 runs through the measuring channel 10.
  • All temperature measuring zones 8, 85 8", 8 1 have the same radial distance R from the center Z. If, for example in the configuration shown in FIG. 1, a lower temperature is measured with the pyrometers 9 than with the pyrometer 95, this indicates that the gap height hi is smaller than the gap height h 2.
  • a tilting position of the process chamber ceiling 1 can be corrected by means of a holder 12, which can have an adjustment facility.
  • an average process chamber temperature can be determined very precisely with the configuration shown in FIG.
  • the surfaces 6 ', T do not run parallel to one another, but are each planes.
  • two of the above-mentioned temperature measurement zones 8, 85 8 ", 8 are sufficient to determine an average temperature, the inclination axis, about which the process chamber ceiling 1 is inclined with respect to the heat dissipation body 6, being in any angular position Connection line between the two temperature measuring zones 8, 85 8 ", 8 '" can run.
  • the zones 8, 85 8 ", 8 '" are at the same radial distance R from the center Z, on which the substrates 13 are also located.
  • FIG 4 shows a further development with regard to the purge gas supply.
  • the purge gas supply lines 19, 195 19 “, 19 '” are spaced from the center Z and lie approximately in the radial center of the gap spacing 5.
  • Each purge gas supply line 19, 195 19 “, 19'” allows an individual mixture of a purge gas from two bases - gases are fed in, the two base gases differing in their thermal conductivity. The above gases can be used.
  • the mixing ratio of the two base gases is set as a function of the temperatures measured in zones 8, 8 ', 8 "8 in order to bring the temperature of the process chamber ceiling 1 to a value that is as constant as possible.
  • a method which is characterized in that a temperature of the process chamber ceiling 1 is measured by means of at least two respectively at different azimuthal angular positions around a center Z of the process chamber 4 and at the same radial distance R to the center Z of the process chamber 4.
  • temperatures are the surface temperatures of zones 8, in particular adjacent to the edge 7 of the process chamber ceiling 1, which are spaced apart from the edge 7, in particular in the region of the radial distance of a substrate 13, from the heat dissipation body 6 facing broadside surface T, which are measured in particular with a pyrometer 9, 9 'in each case.
  • Can be the Spülgaszu effet 19, 19 ', 19 “, 19'” are here in egg regular ner periphery V grant arranged so that the thermal conductivity speeds through the gap distance area 5 in a plurality of segments individually placed one.
  • a method which is characterized in that a differential value exceeding a predetermined threshold value for local correction of the gap height h1, h2 of the gap spacing space 5 defined by the distance of the heat-conducting body 6 from the process chamber ceiling 1 or as an occasion for an exchange the process chamber ceiling 1 is used.
  • An apparatus which is characterized by at least two temperature measuring devices 9, 9 ', in particular pyrometers, which are arranged at different azimuthal angular positions around a center Z of the process chamber 4 at the same radial distance R from the center Z, in each case to measure a temperature of the process chamber ceiling 1.
  • a device which is characterized in that a plurality of Spülgaszu effet 19, 195 19 “, 19 '” are provided, which preferably in much more uniform ger angle V grant around the center Z, said through each of the Spülgaszu effet 19 , 195 19 “, 19 '” a purge gas mixture which is dependent on the measured temperature is fed into the gap spacing 5.
  • a device which is characterized in that the broad side surface T of the process chamber ceiling 1 facing the heat dissipation body 6 and the surface 6 'of the heat dissipation body 6 facing the process chamber ceiling 1 are essentially planes and uses exactly two temperature measuring devices 9, 9' be arranged around the center Z by an angle a of 180 degrees.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors sowie einen CVD-Reaktor zur Durchführung des Verfahrens, bei dem ein oder mehrere Schichten auf ein oder mehrere Substrate abgeschieden werden können. Ein Suszeptor (2) wird mittels einer Heizeinrichtung (3) beheizt. Wärme wird vom Suszeptor (2) durch eine Prozesskammer (4) hin zu einer Prozesskammerdecke (1), durch die Prozesskammerdecke (1) hindurch und von der Prozesskammerdecke (1) durch einen Spaltabstandsraum (5) zu einem Wärmeableitkörper (6) transportiert. Die Temperatur der Prozesskammerdecke (1) wird zumindest an zwei unterschiedlichen azimutalen Winkelpositionen um ein Zentrum (Z) der Prozesskammer (4) gemessen. Die Messstellen beziehungsweise Zonen (8, 8', 8'', 8''') haben denselben radialen Abstand (R) zum Zentrum (Z) der Prozesskammer (4). Aus diesen zumindest zwei Temperaturmesswerten wird ein Mittelwert oder ein Differenzwert gemessen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors
Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors, mit dem ein oder mehrere Schichten auf ein oder mehre- ren Substraten abgeschieden werden können, wobei ein Suszeptor mittels einer Heizeinrichtung beheizt wird, Wärme vom Suszeptor durch eine Prozesskam- mer hin zu einer Prozesskammerdecke, durch die Prozesskammerdecke und von der Prozesskammerdecke durch einen Spaltabstandsraum zu einem Wär- meableitkörper transportiert wird.
[0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Stand der Technik
[0003] Die DE 10 2010 000 554 Al beschreibt einen MOCVD-Reaktor mit einem Reaktorgehäuse, in dem ein Suszeptor angeordnet ist, der von unten mit einer Heizeinrichtung beheizbar ist. Auf eine zu einer Prozesskammer weisenden Breitseitenfläche des Suszeptors können Substrate aufgelegt werden, die durch Einleiten von Prozessgasen in die Prozesskammer beschichtet werden. Die Pro- zesskammer wird nach oben hin durch eine Prozesskammer decke begrenzt. Oberhalb der Prozesskammerdecke befindet sich ein Wärmeableitkörper mit Temperierkanälen zur Ableitung der Wärme, die vom Suszeptor durch die Pro- zesskammer hindurch auf die Prozesskammerdecke übertragen wird. Zum Ein- stellen des Temperaturprofils der Prozesskammerdecke werden Wärmeleitkör- per verwendet, die eine nicht ebene, zur Prozesskammer decke weisende Ober- fläche aufweisen. Mit diesen Maßnahmen wird das radiale Temper aturprofil innerhalb einer Prozesskammer eingestellt. [0004] CVD-Reaktoren mit von unten beheizten Suszeptoren und gekühlten Prozesskammerdecken sind auch bekannt aus den DE 10 2007009 145 Al und DE 10 2014 106 871 Al.
[0005] Üblicherweise wird die Temperatur der Prozesskammerdecke trotz Maßnahmen, um diese zu homogenisieren, nur an einem Punkt bestimmt. Die- ser ist willkürlich gewählt, so dass an diesem Punkt eine willkürliche Tempera- tur gemessen wird, die von einer exakten mittleren Temperatur abweicht. Die mittlere Temperatur wird benötigt, um den realen Energiefluss durch den Re- aktor vom Suszeptor zum Wärmeableitkörper zu bestimmen. Der Wärmefluss kann dabei durch die Variation der Wärmeleiteigenschaft eines Spülgases in den Spaltabstandsraum zwischen der Prozesskammerdecke und dem Wärme- ableitkörper variiert werden. Das Spülgas besteht aus einer Mischung von zu- mindest zwei Gasen, die sich hinsichtlich ihrer Wärmeleiteigenschaft stark un terscheiden, so dass je nach Mischungsverhältnis der beiden Gase entweder ein stark wärmeleitendes Spülgas oder ein nur schwach wärmeleitendes Spülgas durch den Spaltabstandsraum zwischen der Prozesskammerdecke und dem Wärmeableitkörper hindurchströmt beziehungsweise dort vorhanden ist.
[0006] Aufgrund von Toleranzen oder Verzügen der Bauteile können sich die Spalthöhen örtlich verändern, wobei unter Spalthöhe der Abstand zwischen der zur Prozesskammerdecke weisenden Unterseite des Wärmeableitkörpers und der zum Wärmeableitkörper weisenden Oberseite der Prozesskammerdecke verstanden wird. Eine derartige lokale Änderung der Spalthöhe führt zu lokal unterschiedlichen Temperaturen an der Unterseite der Prozesskammerdecke.
[0007] Wird nun die Spülgasmischung anhand des willkürlichen Temperatur- signals eingestellt, so übersetzt sich die lokale Variation der Spalthöhe in eine Abweichung der Flächenmittel-Temperatur der Prozesskammerdecke vom Sollwert. Werden Prozesskammerdecke (Wartung) und/ oder Wärmeableitkör- per (System) ausgetauscht, so ergeben sich neue Toleranzen oder Verzüge und damit andere lokale Variationen der Spalthöhe und somit andere Abweichun- gen der Flächenmittel-Temperatur vom Sollwert.
[0008] Da die in der Prozesskammer ablaufenden chemischen Reaktionen stark temperaturabhängig sind, führen derartige Temperaturunterschiede zu unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten in der Prozesskammer, so dass an voneinander verschiedenen Stellen in der Prozesskammer, oder zwischen zwei Systemen, andere Wachstumsbedingungen zum Abscheiden der ein oder mehreren Schichten auf dem Substrat herrschen. Dies hat zur Folge, dass auf voneinander verschiedenen Schichten qualitativ andere Schichten abgeschieden werden oder verschiedene Systeme unterschiedliche Wachstumsergebnisse er- zielen, was nicht wünschenswert ist. Zum Stand der Technik gehören ferner die DE 10247 921 Al, DE 10 2017 105 333 Al, DE 696 20 590 T2,
US 2015/0 218 701 Al, US 2016/0 282 886 Al, JP 2013-251442 A und JP 2017- 190506 A
Zusammenfassung der Erfindung
[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zur geschilderten Nach- teile des Standes der Technik zu beheben und insbesondere Mittel anzugeben, um die Prozesskammer-Deckentemperatur aussagekräftiger zu bestimmen und somit genauere Angaben über den Energiehaushalt des CVD-Reaktors machen zu können.
[0010] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er- findung, wobei die Unter ansprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche, sondern auch eigenständige Lösungen der Auf- gabe darstellen. [0011] Zunächst und im Wesentlichen werden ein Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors und eine hierzu zu verwendende Vor- richtung vorgeschlagen. Dabei wird beim Einrichten der CVD-Reaktor ohne Substrate oder nur mit Testsubstraten und beim Betrieb der CVD-Reaktor mit Substraten betrieben. Dabei wird mittels der Heizeinrichtung Heizenergie er- zeugt, die insbesondere als Wärme dem Suszeptor zugeführt wird. An zumin- dest zwei unterschiedlichen azimutalen Winkelpositionen bezogen auf ein Zentrum der Prozesskammer und im selben radialen Abstand zum Zentrum der Prozesskammer wird eine Temperatur der Prozesskammerdecke gemessen. Die Wärme kann dabei als Wärmestrahlung von einer IR-Heizung erzeugt werden. Die Wärme kann aber auch induktiv von der Heizeinrichtung zum Suszeptor transportiert werden, wobei zumindest ein Teil der Wärme vom Sus- zeptor durch die Prozesskammer und die Prozesskammerdecke hindurch zum Wärmeableitkörper transportiert wird, wo sie beispielsweise mittels eines Kühlmittels abgeführt wird. Der Wärmefluss durch den Spaltabstandsraum kann mittels einer geeigneten Spülgaszusammensetzung reguliert insbesondere verändert werden. Das Spülgas besteht beispielsweise aus einer Mischung von Wasserstoff und Stickstoff oder zwei anderen sich hinsichtlich ihrer Wärmeleit- fähigkeit stark unterscheidenden Gasen, so dass durch die Zusammensetzung der Spülgasmischung im Spaltabstandsraum der Wärme wider stand des Spalt- abstandsraums eingestellt werden kann. Es ist eine Gaszuleitung vorgesehen, mit der die Spülgasmischung in den einen Spülgaskanal bildenden Spaltab- standsraum zwischen Wärmeableitkörper und Prozesskammerdecke einge- speist wird. Die Spalthöhe ist zumindest um einen Faktor 100, bevorzugt um einen Faktor 200, kleiner als eine charakteristische laterale Erstreckungslänge der Prozesskammerdecke, beispielsweise ein Durchmesser der Prozesskam- merdecke. Der Abstand zwischen Prozesskammerdecke und Wärmeableitkör- per liegt im Bereich von 0,5 bis 3 mm. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zumindest zwei jeweils an unterschiedlichen azimutalen Winkelpositionen um ein Zentrum der Prozesskammer angeordnete Messeinrichtungen auf, die im selben radialen Abstand zur Prozesskammer angeordnet sind, so dass zumin- dest zwei Temperaturen im selben radialen Abstand zum Zentrum, jedoch an zwei verschiedenen Winkelpositionen gemessen werden. Es wird somit an ei- ner ersten Messstelle eine erste Temperatur und an einer zweiten Messstelle eine zweite Temperatur gemessen, wobei die Messstellen denselben radialen Abstand bezogen auf einen Mittelpunkt der Prozesskammer aufweisen, aber gegenüber dem Mittelpunkt an einer ersten und einer zweiten Winkelposition angeordnet sind. Hierzu besitzt die Prozesskammer und insbesondere die Pro- zesskammerdecke einen kreisförmigen Grundriss. Die Temperaturmesseinrich- tungen sind bevorzugt, bezogen auf die Prozesskammer, rückwärtig der Pro- zesskammerdecke angeordnet, so dass die gemessenen Temperaturen Oberflä- chentemperaturen sind. Es handelt sich insbesondere um Oberflächentempera- turen von Zonen der zum Wärmeableitkörper weisenden Breitseitenfläche der Prozesskammerdecke. Die Zonen können vom Rand beabstandet sein, dem Rand benachbart sein oder unmittelbar am Rande liegen. Bevorzugt sind diese Zonen dem Rand derart benachbart, dass ihr Abstand zum radial äußeren Rand der beispielsweise kreisförmigen Prozesskammer decke geringer ist, als ihr Ab- stand zum Zentrum der Prozesskammerdecke. Die Zonen können aber auch in einem Bereich liegen, der in dasselbe Maß vom Zentrum beabstandet ist, wie die auf dem Suszeptor aufliegenden Substrate. In einer Weiterbildung der Er- findung ist vorgesehen, dass die azimutalen Winkelpositionen gleichmäßig um das Zentrum verteilt sind. Der Winkelabstand der benachbarten Temperatur- messzonen beziehungsweise Temperaturmesseinrichtungen ist dann immer derselbe. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die zumin- dest beiden Temperaturmesseinrichtungen Pyrometer. Die Pyrometer können außerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet sein. Die Reaktorgehäusedecke, die auch vom Wärmeableitkörper ausgebildet sein kann, besitzt einen Kanal, durch den der optische Strahlengang des Pyrometers hindurchgeht, mit dem an den Messzonen die Oberflächentemperatur der Rückseite der Prozesskammerdecke gemessen wird. Aus den zumindest zwei Temperaturen kann ein Mittelwert gebildet werden. Aus den zumindest zwei Temperaturen kann ein Differenz- wert gebildet werden. Bevorzugt wird sowohl ein Mittelwert als auch ein Diffe- renzwert gebildet. Der Mittelwert kann verwendet werden, um die Zusammen setzung des Spülgases zu wählen. Das Spülgas besteht aus zumindest zwei un terschiedlichen Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Gasen, die auch Edelga- se sein können. Als Gaspaarungen kommen beispielsweise H2/N2 oder Ar/He oder H2/ Ar zum Einsatz. Der Differenzwert kann verwendet werden, um örtli- che Korrekturen der Spalthöhe vorzunehmen, beispielsweise kann die Prozess- kammerdecke höheneinstellbar mit dem Reaktorgehäuse verbunden werden. Ergeben sich Differenzwerte zwischen zwei gemessenen Temperaturen, die ei- nen vorgegebenen Schwellwert überschreiten, so kann örtlich die Spalthöhe eingestellt werden. Dadurch ändert sich die Länge der Wärmeübertragungs- strecke im Spaltabstandsraum und einhergehend damit der Wärmefluss durch den Spaltabstandsraum. Ein Überschreiten eines Differenzwertes oder mehrerer Differenzwerte eines oder mehrerer vorgegebener Sollwerte kann aber auch zum Anlass genommen werden, eine Prozesskammerdecke auszutauschen oder eine neue Prozesskammerdecke, die bei einer Wartung des CVD-Reaktors ge- gen eine fehlerhafte, d.h. im Abstand zu stark variierende, Prozesskammerde- cke ausgetauscht worden ist, zurückzuweisen. In einer Variante der Erfindung, bei der die aufeinander zu weisenden Breitseitenflächen der Prozesskammerde- cke und des Wärmeableitkörpers Ebenen sind, können genau zwei Temper a- turmes seinrichtungen, beispielsweise Pyrometer, verwendet werden. Diese beiden Temperaturmesseinrichtungen sind um 180 Grad winkelversetzt um das Zentrum angeordnet. Bei einer derartigen Konstellation führt eine Verkippung der beiden aufeinander zu weisenden Flächen an zwei sich diametral gegen- überliegenden Stellen zu einer minimalen und einer maximalen Spalthöhe. Im Bereich der minimalen Spalthöhe ist die Prozesskammer-Deckentemperatur minimal. Im Bereich der maximalen Spalthöhe ist die Prozesskammer- Deckentemperatur maximal. Auf einer Kreisbogenlinie um das Zentrum der Prozesskammer, die gleichzeitig das Zentrum der Prozesskammerdecke ist, hat der Temperaturverlauf einen sinusförmigen Charakter. Es ist deshalb unerheb- lich, an welcher Winkelposition die beiden sich diametral gegenüberliegenden Messzonen angeordnet sind. Der Mittelwert der an diesen beiden Zonen ge- messenen Temperaturen ist der Mittelwert der Prozesskammerdeckentempera- tur. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Spülgaszulei- tungen vorgesehen sind. Die Spülgaszuleitungen können in gleichmäßiger Winkel Verteilung um das Zentrum angeordnet sein. Es bilden sich somit in Umfangsrichtung nebeneinanderliegende Segmente des Spaltabstandsraumes aus, die mit einer individuellen Spülgasmischung aus einem hoch wärmelei- tenden und einem gering wärmeleitenden Spülgas gespült werden können. Das Mischungsverhältnis der beiden Gase des Spülgases wird anhand der gemesse- nen Temperaturen eingestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand bei- gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematisch dargestellten Querschnitt durch einen CVD- Reaktor,
Fig. 2 in einer Schnittebene gemäß der Linien II-II in Figur 1 die
Draufsicht auf die Prozesskammerdecke 1, unter welcher der Suszeptor 2 liegt, eines ersten Ausführungsbeispiels, bei dem genau zwei Temperaturmesseinrichtungen 9, 9' vorgesehen sind, die an zwei sich gegenüberliegenden Temperaturmesszo- nen 8, 8' die Prozesskammer-Deckentemperatur messen,
Fig. 3 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines zweiten Ausführungsbei- spiels, bei dem vier Temperaturmesseinrichtungen 9 vorgese- hen sind, die an vier Temperaturmesszonen 8, 8', 8“ , 8‘“ , die jeweils um einen Winkel a von 90 Grad versetzt zueinander sind, Prozesskammer-Deckentemperaturen messen und
Fig. 4 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines dritten Ausführungsbei- spiels.
Beschreibung der Ausführungsformen
[0013] Der in den Zeichnungen dargestellte CVD-Reaktor ist dafür vorgese- hen, auf Substraten 13, die auf einem Suszeptor 2 angeordnet sind, Schichten aus Elementen der III- und V-Hauptgruppe abzuscheiden. Auf der von der Heizeinrichtung 3 wegweisenden Seite des Suszeptors 2 befindet sich eine Pro- zesskammer, die nach oben hin durch eine Prozesskammerdecke 1 begrenzt ist. Oberhalb der Prozesskammerdecke 1 befindet sich ein Wärmeableitkörper 6 mit Kühlkanälen 18, durch welche ein flüssiges Kühlmittel hindurchströmt. Zwi- schen der zum Wärmeableitkörper 6 weisenden Breitseitenfläche T der Pro- zesskammerdecke 1 und der Unterseite 6' des Wärmeableitkörper s 6 befindet sich ein Spaltabstandsraum 5, der toleranzbedingt oder bauartbedingt oder ver- zugsbedingt an zwei voneinander verschiedenen Stellen unterschiedliche Spalthöhen hi, h2 aufweisen kann.
[0014] In die Prozesskammer 4 mündet ein Gaseinlassorgan 15, das von einem Gaseinlass 14 gespeist wird, welcher sich im Zentrum Z der Prozesskammer 4 beziehungsweise der Prozesskammerdecke 1 befindet. Die Prozesskammerde- cke 1 ist ein im Wesentlichen kreisscheibenförmiger Körper aus Graphit, Quarz oder einem geeigneten Metall. Die Prozesskammerdecke 1 hat eine Öffnung, die sich im Zentrum Z befindet und durch die der Gaseinlass 14 hindurchgeht. [0015] Es ist eine Spülgaszuleitung 19 vorgesehen, durch die ein Spülgas in den Spaltabstandsraum 5 zwischen Prozesskammerdecke 1 und Wärmeableit- körper 6 eingespeist werden kann. Das Spülgas besteht aus einer Mischung aus zumindest zwei Gasen, die unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufwei- sen. Bei den beiden Gasen kann es sich um Stickstoff und Wasserstoff handeln. Je nachdem, ob die Gasmischung überwiegend aus Stickstoff oder überwiegend aus Wasserstoff besteht, hat der Spaltabstandsraum 5 einen anderen Wärme- übertragungswiderstand, so dass aufgrund der hohen Temper aturdifferenz zwischen Suszeptor 2 und Wärmeableitkörper 6 von mehreren 100 Grad über die Zusammensetzung des Spülgases ein Mittelwert der Prozesskammer- Deckentemperatur eingestellt werden kann.
[0016] Auf dem Suszeptor 2 sind in einer kreisförmigen Anordnung um das Zentrum Z mehrere Substrate 13 angeordnet.
[0017] Die in der Regel etwa 1 mm hohe Spalthöhe ist in der Figur 1 zur Ver- deutlichung stark vergrößert dargestellt. Zwei Spalthöhen hi und h2, die sich im Ausführungsbeispiel diametral gegenüberliegen, können voneinander ver- schieden sein. Die beiden Spalthöhe hi und h2 unterscheiden sich, so dass sich an den beiden Stellen unterschiedliche Prozesskammer-Deckentemperaturen einstellen. Da die Prozesskammer-Deckentemperatur lokal die chemische Reak- tion innerhalb der Prozesskammer 4 beeinflusst, kann sich die Schichtqualität lokal unterscheiden.
[0018] Um diese Inhomogenitäten auszugleichen, ist grundsätzlich auch vor- gesehen, den Suszeptor 2 mit nicht dargestellten, aber anderweitig bekannten Mitteln um das Zentrum Z drehanzutreiben. [0019] In dem Wärmeableitkörper 6 sind an mehreren Winkelpositionen Messkanäle 10 angeordnet. Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungs- beispiel sind zwei Messkanäle an sich diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet. Bei dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ins- gesamt vier Messkanäle 10 vorgesehen, die jeweils einen Winkelabstand a von 90 Grad besitzen. In nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können auch andere Konfigurationen, beispielsweise eine sechszählige Symmetrie der Mess- kanäle vorgesehen sein. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung besitzen nicht gleichmäßig um das Zentrum Z verteilte Messkanäle 10.
[0020] Bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen liegen die Messzonen 8, 85 8", 8'" radial außerhalb eines Substrates 13. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Messzonen 8 aber auch zwischen zwei Substraten 13 oder oberhalb der Substrate liegen.
[0021] Zu jedem Messkanal 10 gehört eine Temperaturmesseinrichtung 9, 95 9", 9"5 wobei es sich hier bevorzugt um Pyrometer handelt. Der Strahlengang 11 des Pyrometers 9, 95 9", 9 verläuft durch den Messkanal 10 hindurch. An Temperaturmesszonen 8 wird die Oberflächentemperatur der von der Prozess- kammer 4 wegweisenden Breitseitenfläche der Prozesskammerdecke 1 gemes- sen. Sämtliche Temperaturmesszonen 8, 85 8", 8'" haben denselben radialen Abstand R zum Zentrum Z. Wird beispielsweise in der in Figur 1 dargestellten Konfiguration mit den Pyrometern 9 eine niedrigere Temperatur gemessen, als mit dem Pyrometer 95 so deutet dies darauf hin, dass die Spalthöhe hi kleiner ist als die Spalthöhe h2. Mittels einer Halterung 12, die eine Verstellmöglichkeit besitzen kann, kann eine Verkippt-Stellung der Prozesskammerdecke 1 korri- giert werden. [0022] Es ist aber auch möglich, die unterschiedlichen Prozesskammer- Deckentemperaturen zu tolerieren, da von ihr hervorgerufene Effekte durch eine Drehung des Suszeptors 2 ausgeglichen werden. In diesem Fall kann mit der in der Figur 2 dargestellten Konfiguration sehr genau eine mittlere Prozess- kammer-Temperatur ermittelt werden. Die Flächen 6', T verlaufen nicht paral- lel zueinander, sind jeweils aber Ebenen. Aus Symmetriegründen reichen zwei der oben genannten Temperaturmes szonen 8, 85 8", 8 aus, um eine mittlere Temperatur zu ermitteln, wobei die Neigungsachse, um die die Prozesskam- merdecke 1 gegenüber dem Wärmeableitkörper 6 geneigt ist, in einer x- beliebigen Winkelposition zur Verbindungslinie zwischen den beiden Tempera- turmesszonen 8, 85 8", 8'" verlaufen kann.
[0023] Eine aus den Messwerten der beiden Pyrometer 9, 9' gewonnene mittle- re Temperatur kann zur Regelung des Mischungsverhältnisses eines aus zwei Gasen bestehenden Spülgases verwendet werden.
[0024] Mit der in Figur 3 dargestellten Anordnung können Abweichungen von der Ebenheit der Prozesskammer decke ermittelt werden.
[0025] Bei dem in der Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Zonen 8, 85 8", 8'" auf demselben Radialabstand R zum Zentrum Z, auf dem auch die Substrate 13 liegen.
[0026] Die Figur 4 zeigt eine Weiterbildung hinsichtlich der Spülgaszuleitung. Es sind vier Spülgaszuleitungen 19, 195 19", 19'" vorgesehen, die in gleichmä- ßiger Umfangs Verteilung um das Zentrum Z angeordnet sind. Die Spülgaszu- leitungen 19, 195 19", 19'" sind vom Zentrum Z beabstandet und liegen etwa in der radialen Mitte des Spaltabstandsraums 5. Durch jede Spülgaszuleitung 19, 195 19", 19'" kann eine individuelle Mischung eines Spülgases aus zwei Basis- gasen eingespeist werden, wobei die beiden Basisgase sich durch ihre Wärme- leitfähigkeit unterscheiden. Es können die oben genannten Gase verwendet werden. Das Mischungsverhältnis der beiden Basisgase wird in Abhängigkeit von den in den Zonen 8, 8', 8" 8 gemessenen Temperaturen eingestellt, um damit die Temperatur der Prozesskammerdecke 1 auf einen möglichst gleich- bleibenden Wert zu bringen.
[0027] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zu- mindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenstän- dig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinatio- nen auch kombiniert sein können, nämlich:
[0028] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels zumindest zwei jeweils an unterschiedlich azimutalen Winkelpositionen um ein Zentrum Z der Prozesskammer 4 und im selben radialen Abstand R zum Zentrum Z der Prozesskammer 4 eine Temperatur der Prozesskammerdecke 1 gemessen wird.
[0029] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Temperaturen die Oberflächentemperaturen von insbesondere dem Rand 7 der Prozesskam- merdecke 1 benachbarten, vom Rand 7 beabstandeten, insbesondere im Bereich des Radialabstandes eines Substrates 13 angeordneten Zonen 8 der zum Wär- meableitkörper 6 weisenden Breitseitenfläche T sind, die insbesondere mit je- weils einem Pyrometer 9, 9' gemessen werden.
[0030] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die azimutalen Winkelpositionen gleichmäßig um das Zentrum Z verteilt sind. [0031] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass aus den gemesse- nen Temperaturen ein Mittelwert und/ oder zumindest ein Differenzwert ge- bildet wird.
[0032] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Mittelwert zur Wahl einer Zusammensetzung eines aus zumindest zwei unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Gasen bestehenden Spülgases in den Spaltabstandsraum 5 verwendet wird, wobei ein oder mehrere Spülgaszulei- tungen 19, 19', 19", 19'" vorgesehen sind, wobei insbesondere mehrere Spül- gaszuleitungen 19, 19', 19", 19'" in voneinander verschiedenen Winkelpositio- nen gegenüber dem Zentrum Z bevorzugt in gleichmäßiger Umfangs Verteilung angeordnet Zentrum Z sind und durch die Spülgaszuleitungen 19, 19', 19", 19'" voneinander verschiedene Mischungen der beiden Gase eingespeist werden, wobei das Mischungsverhältnis unter Verwendung der gemessenen Tempera- turen eingestellt wird. Die Spülgaszuleitungen 19, 19', 19", 19'" sind hier in ei- ner regelmäßigen Umfangs Verteilung angeordnet, so dass die Wärmeleitfähig- keiten durch den Spaltabstandsraum 5 in mehreren Segmenten individuell ein- gestellt werden kann.
[0033] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein einen vorgege- benen Schwellwert überschreitender Differenzwert zur örtlichen Korrektur der durch den Abstand des Wärmeleitkörpers 6 von der Prozesskammerdecke 1 definierten Spalthöhe hl, h2 des Spaltabstandsraumes 5 oder als Anlass für ei- nen Austausch der Prozesskammer decke 1 verwendet wird.
[0034] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die zum Wärme- ableitkörper 6 weisende Breitseitenfläche T der Prozesskammerdecke 1 und die zur Prozesskammerdecke 1 weisende Fläche 6' des Wärmeableitkörpers 6 im Wesentlichen Ebenen sind und genau zwei Temperaturmesseinrichtungen 9, 9' verwendet werden, die um einen Winkel a von 180 Grad winkelversetzt um das Zentrum Z angeordnet sind.
[0035] Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch zumindest zwei Tempe- raturmesseinrichtungen 9, 9', insbesondere Pyrometern, die an unterschiedli- chen azimutalen Winkelpositionen um ein Zentrum Z der Prozesskammer 4 im selben radialen Abstand R zum Zentrum Z angeordnet sind, um jeweils eine Temperatur der Prozesskammerdecke 1 zu messen.
[0036] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mehrere Spül- gaszuleitungen 19, 195 19", 19'" vorgesehen sind, die in bevorzugt gleichmäßi- ger Winkel Verteilung um das Zentrum Z angeordnet sind, wobei durch jede der Spülgaszuleitungen 19, 195 19", 19'" eine von der gemessenen Temperatur ab- hängige Spülgasmischung in den Spaltabstandsraum 5 eingespeist wird.
[0037] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zum Wär- meableitkörper 6 weisende Breitseitenfläche T der Prozesskammerdecke 1 und die zur Prozesskammer decke 1 weisende Fläche 6' des Wärmeableitkörpers 6 im Wesentlichen Ebenen sind und genau zwei Temperaturmesseinrichtungen 9, 9' verwendet werden, die um einen Winkel a von 180 Grad winkelversetzt um das Zentrum Z angeordnet sind.
[0038] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritäts- Unterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender An- meldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbe- sondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Er- findung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorste- henden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbeson- dere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden kön- nen.
Liste der Bezugszeichen
1 Prozesskammerdecke 19' Spülgaszuleitung
T Breitseitenfläche 19" Spülgaszuleitung
2 Suszeptor 19'" Spülgaszuleitung
3 Heizeinrichtung
4 Heizeinrichtung
5 Spaltabstandsraum hi Höhe
6 Wärmeableitkörper h2 Höhe
6' Fläche, Unterseite
7 Rand
8 Zone R Abstand
8' Zone Z Zentrum
8" Zone
8'" Zone
9 Pyrometer, Temperaturmess- a Winkel
einrichtung
9 Pyrometer, Temperaturmess- einrichtung
10 Messkanal
11 optischer Strahlengang
12 Halterung
13 Substrat
14 Gaseinlass
15 Gaseinlassorgan
16 Gasauslass
17 Gehäuse
18 Temperiermittel
19 Spülgaszuleitung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors, mit dem ein oder mehrere Schichten auf ein oder mehreren Substraten abgeschie- den werden können, wobei ein Suszeptor (2) mittels einer Heizeinrichtung (3) beheizt wird, Wärme vom Suszeptor (2) durch eine Prozesskammer (4) hin zu einer Prozesskammerdecke (1), durch die Prozesskammerdecke (1) und von der Prozesskammer decke (1) durch einen Spaltabstandsraum (5) zu einem Wärmeableitkörper (6) transportiert wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass an zumindest zwei unterschiedlichen azimutalen Winkel- positionen bezogen auf ein Zentrum (Z) der Prozesskammer (4) und im selben radialen Abstand (R) zum Zentrum (Z) der Prozesskammer (4) je- weils eine Temperatur der Prozesskammerdecke (1) gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Messstelle an der Oberfläche der Prozesskammerdecke (1), an der eine erste Tempe- ratur der Oberfläche der Prozesskammerdecke gemessen wird, und eine zweite Messstelle an der Oberfläche der Prozesskammer decke (1), an der eine zweite Temperatur der Oberfläche der Prozesskammer decke (1) ge- messen wird, wobei die erste und zweite Messstelle dem Rand (7) der Prozesskammerdecke 1 benachbart ist und/ oder vom Rand (7) beab- standet ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Messstellen Zonen (8, 8', 8", 8'") auf der zum Wärmeab- leitkörper (6) weisenden Breitseitenfläche (T) zugeordnet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zonen (8, 8', 8", 8'") im Bereich eines Radialabstandes eines Substrates (13) zum Zentrum (Z) angeordnet sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Temperaturen an der Oberfläche der Prozesskammer- decke (1) jeweils mit einem Pyrometer (9, 9') gemessen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwei oder mehr als zwei Messstellen vorgesehen sind und deren azimutale Winkelpositionen gleichmäßig um das Zentrum (Z) ver- teilt sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass aus den gemessenen Temperaturen ein Mittelwert und/ oder zumindest ein Differenzwert gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert zur Wahl einer Zusammensetzung eines aus zumindest zwei unterschied- liche Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Gasen bestehenden Spülgases in den Spaltabstandsraum (5) verwendet wird, wobei ein oder mehrere Spülgaszuleitungen (19, 19', 19", 19'") vorgesehen sind, und/ oder dass mehrere Spülgaszuleitungen (19, 19', 19", 19'") in voneinander verschie- denen Winkelpositionen gegenüber dem Zentrum (Z) bevorzugt in gleichmäßiger Umfangs Verteilung angeordnet sind und durch die Spül- gaszuleitungen (19, 19', 19", 19'") voneinander verschiedene Mischungen der beiden Gase eingespeist werden, wobei das Mischungsverhältnis un ter Verwendung der gemessenen Temperaturen eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen vorgegebenen Schwellwert überschreitender Differenzwert zur örtlichen Korrektur der durch den Abstand des Wärmeleitkörpers (6) von der Prozesskammerdecke (1) definierten Spalthöhe (hl, h2) des Spalt- abstandsraumes (5) oder als Anlass für einen Austausch der Prozesskam- merdecke (1) verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die zum Wärmeableitkörper (6) weisende Breitseitenfläche (T) der Prozesskammerdecke (1) und die zur Prozesskammerdecke (1) weisende Fläche (6') des Wärmeableitkörpers (6) im Wesentlichen Ebenen sind und genau zwei Temperaturmesseinrichtungen (9, 9') verwendet werden, die um einen Winkel (a) von 180 Grad winkelversetzt um das Zentrum (Z) angeordnet sind.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprü- che 1 bis 10, mit einem mittels einer Heizeinrichtung (3) beheizbaren Sus- zeptor (2), mit einer an dem Suszeptor (2) und an einer parallel zum Sus- zeptor (2) verlaufenden Prozesskammer decke (1) angrenzenden Prozess- kammer (4) und einem Wärmeableitkörper (6), der durch einen Spal tab- standsraum (5), der von einem Spülgas spülbar ist, räumlich getrennt ist, wobei der Wärmeableitkörper (6) Temperiermittel (18) aufweist, um von der Heizeinrichtung (3) erzeugte Wärme, die durch den Suszeptor (2), die Prozesskammerdecke (1) und den Spaltabstandsraum (5) zum Wärmeab- leitkörper (6) transportiert wird, abzuführen, gekennzeichnet durch zu- mindest zwei Temperaturmesseinrichtungen (9, 9'), insbesondere Pyrome- tern, die an Messstellen, die an unterschiedlichen azimutalen Winkelposi- tionen um ein Zentrum (Z) der Prozesskammer (4) im selben radialen Ab- stand (R) zum Zentrum (Z) angeordnet sind, jeweils eine Temperatur der Prozesskammerdecke (1) messen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Spülgaszuleitungen (19, 19', 19", 19'") vorgesehen sind, und/ oder dass mehrere Spülgasleitungen (19, 19', 19", 19 ) in gleichmäßiger Winkelver- teilung um das Zentrum (Z) angeordnet sind, wobei durch jede der Spül- gaszuleitungen (19, 19', 19", 19'") eine von der gemessenen Temperatur abhängige Spülgasmischung in den Spaltabstandsraum (5) eingespeist wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeich- net, dass die zum Wärmeableitkörper (6) weisende Breitseitenfläche (T) der Prozesskammerdecke (1) und die zur Prozesskammerdecke (1) wei- sende Fläche (6') des Wärmeableitkörper s (6) im Wesentlichen Ebenen sind und genau zwei Temperaturmesseinrichtungen (9, 9') verwendet werden, die um einen Winkel (a) von 180 Grad winkelversetzt um das Zentrum (Z) angeordnet sind.
14. Vorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
EP19765977.4A 2018-09-07 2019-09-03 Verfahren zur regelung der deckentemperatur eines cvd-reaktors Pending EP3847293A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018121854.0A DE102018121854A1 (de) 2018-09-07 2018-09-07 Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors
PCT/EP2019/073464 WO2020048981A2 (de) 2018-09-07 2019-09-03 Verfahren zum einrichten oder zum betrieb eines cvd-reaktors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3847293A2 true EP3847293A2 (de) 2021-07-14

Family

ID=67909369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19765977.4A Pending EP3847293A2 (de) 2018-09-07 2019-09-03 Verfahren zur regelung der deckentemperatur eines cvd-reaktors

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11713505B2 (de)
EP (1) EP3847293A2 (de)
JP (1) JP7439056B2 (de)
KR (1) KR102803234B1 (de)
CN (1) CN112969815B (de)
DE (1) DE102018121854A1 (de)
TW (1) TWI848001B (de)
WO (1) WO2020048981A2 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018121854A1 (de) * 2018-09-07 2020-03-12 Aixtron Se Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors
DE102020107517A1 (de) * 2020-03-18 2021-09-23 Aixtron Se Suszeptor für einen CVD-Reaktor
US11842907B2 (en) * 2020-07-08 2023-12-12 Applied Materials, Inc. Spot heating by moving a beam with horizontal rotary motion
CN115838917B (zh) * 2021-11-24 2024-09-17 无锡先为科技有限公司 成膜装置
CN118480861B (zh) * 2024-07-10 2024-10-22 中微半导体设备(上海)股份有限公司 一种气相沉积设备及其晶圆温度调节方法
CN118814145B (zh) * 2024-09-18 2025-01-28 浙江求是半导体设备有限公司 一种cvd反应器的温度控制方法和系统

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6095083A (en) * 1991-06-27 2000-08-01 Applied Materiels, Inc. Vacuum processing chamber having multi-mode access
DE69620590T2 (de) * 1996-05-21 2002-11-21 Applied Materials, Inc. Verfahren und Vorrichtung zum Regeln der Temperatur einer Reaktorwand
US6079874A (en) * 1998-02-05 2000-06-27 Applied Materials, Inc. Temperature probes for measuring substrate temperature
US6188044B1 (en) * 1998-04-27 2001-02-13 Cvc Products, Inc. High-performance energy transfer system and method for thermal processing applications
US6492625B1 (en) * 2000-09-27 2002-12-10 Emcore Corporation Apparatus and method for controlling temperature uniformity of substrates
DE10056029A1 (de) * 2000-11-11 2002-05-16 Aixtron Ag Verfahren und Vorrichtung zur Temperatursteuerung der Oberflächentemperaturen von Substraten in einem CVD-Reaktor
DE10064942A1 (de) * 2000-12-23 2002-07-04 Aixtron Ag Verfahren zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten
UA81614C2 (ru) * 2001-11-07 2008-01-25 Карнеги Инститьюшн Ов Вашингтон Устройство для изготовления алмазов, узел удержания образца (варианты) и способ изготовления алмазов (варианты)
DE10247921A1 (de) * 2002-10-10 2004-04-22 Aixtron Ag Hydrid VPE Reaktor
US7396415B2 (en) * 2005-06-02 2008-07-08 Asm America, Inc. Apparatus and methods for isolating chemical vapor reactions at a substrate surface
DE102006018514A1 (de) * 2006-04-21 2007-10-25 Aixtron Ag Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung der Oberflächentemperatur eines Substrates in einer Prozesskammer
JP2008195995A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 気相成長装置
DE102007009145A1 (de) 2007-02-24 2008-08-28 Aixtron Ag Vorrichtung zum Abscheiden kristalliner Schichten wahlweise mittels MOCVD oder HVPE
DE102010000554A1 (de) * 2009-03-16 2010-09-30 Aixtron Ag MOCVD-Reaktor mit einer örtlich verschieden an ein Wärmeableitorgan angekoppelten Deckenplatte
KR101383283B1 (ko) * 2009-11-02 2014-04-08 엘아이지에이디피 주식회사 화학기상증착장치 및 화학기상증착장치의 온도제어방법
US9034142B2 (en) * 2009-12-18 2015-05-19 Novellus Systems, Inc. Temperature controlled showerhead for high temperature operations
DE102010027168A1 (de) * 2010-07-14 2012-01-19 Leybold Optics Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Plasmabehandlung flacher Substrate
DE102011053498A1 (de) * 2011-09-12 2013-03-14 Aixtron Se Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Verformung eines Substrates
DE102012101717A1 (de) * 2012-03-01 2013-09-05 Aixtron Se Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Oberflächentemperatur eines Suszeptors einer Substratbeschichtungseinrichtung
JP5940375B2 (ja) * 2012-06-01 2016-06-29 シャープ株式会社 気相成長装置および窒化物半導体発光素子の製造方法
JP6158025B2 (ja) * 2013-10-02 2017-07-05 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置及び成膜方法
SG11201602845UA (en) * 2013-11-12 2016-05-30 Applied Materials Inc Pyrometer background elimination
DE102013114412A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Aixtron Se Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Temperatur in einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors unter Verwendung zweier Temperatursensoreinrichtungen
DE102014106871A1 (de) 2014-05-15 2015-11-19 Aixtron Se Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden dünner Schichten auf einem Substrat und einer höhenverstellbaren Prozesskammer
US20160282886A1 (en) * 2015-03-27 2016-09-29 Applied Materials, Inc. Upper dome temperature closed loop control
JP2017190506A (ja) 2016-04-14 2017-10-19 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長装置および気相成長方法
DE102017105333A1 (de) * 2017-03-14 2018-09-20 Aixtron Se Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Substrates
DE102018121854A1 (de) * 2018-09-07 2020-03-12 Aixtron Se Verfahren zum Einrichten oder zum Betrieb eines CVD-Reaktors
DE102019104433A1 (de) * 2019-02-21 2020-08-27 Aixtron Se CVD-Reaktor mit Mitteln zur lokalen Beeinflussung der Suszeptortemperatur

Also Published As

Publication number Publication date
JP7439056B2 (ja) 2024-02-27
WO2020048981A3 (de) 2020-05-14
WO2020048981A2 (de) 2020-03-12
KR20210049168A (ko) 2021-05-04
US20210310120A1 (en) 2021-10-07
US11713505B2 (en) 2023-08-01
JP2021536530A (ja) 2021-12-27
TW202031925A (zh) 2020-09-01
CN112969815B (zh) 2024-04-30
CN112969815A (zh) 2021-06-15
DE102018121854A1 (de) 2020-03-12
KR102803234B1 (ko) 2025-04-30
TWI848001B (zh) 2024-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3847293A2 (de) Verfahren zur regelung der deckentemperatur eines cvd-reaktors
DE69835105T2 (de) System zur Temperaturreglung eines Wafers
DE112010004736B4 (de) Aufnahmefür cvd und verfahren zur herstellung eines films unterverwendung derselben
DE60024146T2 (de) Methode und apparatfür die gleichmä ige gaszufuhr zu substraten bei cvd und pecvd verfahren
EP2488679B1 (de) Cvd-reaktor mit auf einem mehrere zonen aufweisenden gaspolster liegenden substrathalter
DE102014104218A1 (de) CVD-Reaktor mit Vorlaufzonen-Temperaturregelung
WO2024121228A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ABSCHEIDEN VON SiC-SCHICHTEN AUF EINEM SUBSTRAT
EP1625243B1 (de) Cvd-beschichtungsvorrichtung
DE102020123326A1 (de) CVD-Reaktor mit temperierbarem Gaseinlassbereich
DE102012101717A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Oberflächentemperatur eines Suszeptors einer Substratbeschichtungseinrichtung
DE112017001577T5 (de) Suszeptorträger
DE102018124957A1 (de) CVD-Reaktor mit auf Gaspolstern aufliegenden Substrathaltern
WO2021185769A1 (de) Suszeptor für einen cvd-reaktor
DE102017105333A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Behandlung eines Substrates
DE10100670A1 (de) Zuführvorrichtung für eine CVD-Anlage
DE102014115497A1 (de) Temperierte Gaszuleitung mit an mehreren Stellen eingespeisten Verdünnungsgasströmen
DE102023124413A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur individuellen Beeinflussung des Schichtwachstums einer auf einem Substrat abgeschiedenen Schicht in einem eine Vielzahl von Substrate aufnehmenden CVD-Reaktor
WO2020083917A1 (de) Schirmplatte für einen cvd-reaktor
DE102017203255B4 (de) Reaktor zur Verwendung bei einem System einer chemischen Dampfabscheidung und Verfahren zum Betreiben eines Systems einer chemischen Dampfabscheidung
WO2021144161A1 (de) Cvd-reaktor mit doppelter vorlaufzonenplatte
WO2024110279A1 (de) Verfahren zum einrichten eines cvd-reaktors
WO2018115444A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur thermischen behandlung beschichteter substrate, insbesondere von dünnschicht-solarsubstraten
DE102018215103A1 (de) Infrarotwärmelampenrohrvorrichtung
EP4630600A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ABSCHEIDEN VON SiC-SCHICHTEN AUF EINEM SUBSTRAT
DE102012101923B4 (de) Substratträgeranordnung, Beschichtungsanlage mit Substratträgeranordnung und Verfahren zur Durchführung eines Beschichtungsverfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210331

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)