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Dokumentenidentifikation DE102005024118A1 30.11.2006
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Reduktion von Partikeln bei der thermischen Behandlung rotierender Substrate
Anmelder Mattson Thermal Products GmbH, 89160 Dornstadt, DE
Erfinder Aschner, Helmut, 89179 Beimerstetten, DE;
Schmid, Patrick, 89160 Dornstadt, DE;
Theiler, Thomas, Dr., 89081 Ulm, DE
Vertreter WAGNER & GEYER Partnerschaft Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 25.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005024118
Offenlegungstag 30.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2006
IPC-Hauptklasse H01L 21/324(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F27B 5/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F27B 17/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H01L 21/673(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C23C 14/56(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C23C 16/54(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reduktion von Partikeln auf thermisch zu behandelnden Substraten, insbesondere Halbleiterwafern in einer Prozesskammer, wobei das zu behandelnde Substrat auf einer Rotationsvorrichtung rotiert. Die Prozesskammer wird durch eine Trennplatte in zwei Teilkammern so geteilt, dass eine erste Teilkammer das thermisch zu behandelnde Substrat enthält und eine zweite Teilkammer zumindest Teile der Rotationsvorrichtung enthält. Zwischen beiden Teilkammern wird ein Gasfluss so eingestellt, dass Gasatome und Gasmoleküle, die sich bereits in der zweiten Teilkammer befinden, nicht in die erste Teilkammer gelangen können. Dadurch wird verhindert, dass Partikel, die durch Rotationsreibung in der zweiten Teilkammer erzeugt werden, auf das thermisch zu behandelnde Substrat gelangen. Diese Vorrichtung und dieses Verfahren sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Rotation mit einem Gasantrieb erfolgt. In diesem Falle kann das für die Rotation verwendete Gas direkt in die zweite Teilkammer eingeleitet werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern in einer Prozeßkammer, wobei das zu behandelnde Substrat während einer thermischen Behandlung in der Prozeßkammer rotiert wird.

Schnellheizanlagen, sogenannte RTP-Systeme zum thermischen Behandeln von Substraten, wie z.B. Halbleiterwafern, sind in der Halbleiterherstellung weitestgehend bekannt. Solche Anlagen sind beispielsweise in den US-Patenten US 5,359,693 und US 5,580,830 beschrieben. Sie werden zur thermischen Behandlung von Substraten, vorzugsweise Wafern eingesetzt, die vorzugsweise aus Silizium bestehen, aber auch aus anderen Halbleitermaterialien, wie Germanium, SiC oder anderen Verbindungshalbleitern wie GaAs oder InP bestehen können. In solchen Schnellheizanlagen werden die Wafer thermischen Prozessen in unterschiedlichen Prozeßgasatmosphären ausgesetzt, um vorbestimmte Behandlungsergebnisse, wie beispielsweise eine Dotierung des Wafers zu erreichen.

Schnellheizanlagen müssen eine möglichst hohe Ausbeute garantieren und die erzeugten Bauelemente und integrierte Schaltungen müssen reproduzierbare Eigenschaften haben. Schnellheizanlagen, die für die Herstellung von Halbleiterwafern benutzt werden, müssen daher unter anderem hohe Anforderungen an die Reinheit der Prozeßgasatmosphäre erfüllen, eine hohe Homogenität bei der thermischen Aufheizung vorweisen und weitestgehend Partikelfreiheit auf dem Substrat garantieren.

Die lokale Diffussionsgeschwindigkeit von Dotierstoffen in einem Wafer, sowie die Qualität dielektrischer und leitender Eigenschaften von Schichten auf einem Wafer hängen signifikant von der Prozeßtemperatur und von der Führung des thermischen Prozesses ab. Der Prozeß sollte beispielsweise so geführt werden, dass Partikel, die sich in der Prozeßkammer befinden, nicht auf das thermisch zu behandelnde Substrat gelangen können, was spezielle Randbedingungen an den Gasfluß stellt. So können beispielsweise Partikel, welche sich an den Kammerwänden der Prozeßkammer befinden, durch Einleitung von Prozeßgas aufgewirbelt werden. Auch die Zusammensetzung der Prozeßgasatmosphäre und die thermische Homogenität während der thermischen Behandlung beeinflussen wesentlich das Prozeßergebnis.

Eine über den Wafer hinweg homogene Temperaturverteilung während einer thermischen Behandlung kann in Schnellheizanlagen häufig dadurch verbessert werden, dass man das Substrat während des thermischen Prozesses rotieren läßt. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass man das Substrat auf einer sich in der Prozeßkammer befindlichen Rotationsvorrichtung, welche auch transparent sein kann, ablegt, und während des thermischen Prozesses dreht. Vorzugsweise wird das Substrat dabei mittels optischer Strahlung von beiden Seiten aufgeheizt.

Rotation erzeugt jedoch mechanischen Abrieb und dadurch Partikel. Man versucht, dieses Problem dadurch zu verringern, dass der mechanische Kontakt zwischen den rotierenden Elementen der Rotationsvorrichtung und den fixierten Teilen der Rotationsvorrichtung möglichst klein gehalten wird, oder dadurch, dass zwischen rotierenden Elementen und fixierten Elementen der Rotationsvorrichtung Kugellager eingebaut werden, so dass sich die Reibung zwischen den Elementen im wesentlichen auf eine Rollreibung beschränkt ist. Auch das Gewicht der rotierenden Teile der Rotationsvorrichtung sollte möglichst gering sein, um den mechanischen Abrieb zu minimieren. Trotzdem kann das Entstehen von Partikeln durch mechanischen Abrieb nicht vollständig vermieden werden.

Häufig wird deshalb versucht, die Anzahl der durch Abrieb entstehenden Partikel dadurch zu minimieren, dass die Rotationsvorrichtung mit einem Gas so betrieben wird, dass ein Luftkissen zwischen den festen und den rotierenden Elementen der Rotationsvorrichtung erzeugt wird, und die Rotation auf diesem Luftkissen ebenfalls mit Gas gesteuert, d.h. in Gang gesetzt, beschleunigt und auch wieder abgebremst wird, wie es beispielsweise in der US 6,449,428 beschrieben ist.

Trotzdem kann dadurch nicht vollständig vermieden werden, dass Partikel, die durch mechanischen Abrieb entstehen, in die Prozeßatmosphäre gelangen und vom Gas, welches durch die Prozeßkammer fließt, auf das thermisch zu behandelnde Substrat transportiert werden, denn auch im Falle einer gasangetriebenen Rotation entstehen Partikel, nämlich sowohl zu Beginn des Prozesses, wenn das Luftkissen sich aufbaut und feste und bewegliche Teile voneinander trennt, als auch nach Prozeßende, wenn das Substrat in der Kammer wieder abgebremst wird, und die rotierenden Teile der Rotationsvorrichtung wieder auf den feststehenden Teilen der Rotationsvorrichtung abgesetzt werden. Diese Partikel können zusammen mit Partikeln, die sich bereits auf dem Boden oder an den Wänden der Prozeßkammer befinden, durch den Gasfluß des Rotationsgases, oder durch das Prozeßgas selbst aufgewirbelt werden und so auf das thermisch zu behandelnde Substrat gelangen, was insgesamt eine Verringerung der Ausbeute zur Folge hat.

Ein weiterer Nachteil gasgetriebener Anordnungen ist die Tatsache, dass Rotationsgas und Prozeßgas sich vermischen und so die Prozeßführung ungünstig beeinflussen können. Die Verwendung unterschiedlicher Gase und Gasgemische für die thermische Prozeßführung und für den Rotationsantrieb ist bei Benutzung einer gasgetriebenen Rotationsvorrichtung oft nur eingeschränkt möglich, da das für den Rotationsantrieb verwendete Gas, oder die dafür verwendete Gasmischung die Zusammensetzung des für den thermischen Prozess wirksamen Gases durch Vermischung nicht so stark abändern darf, dass die entstehende Gasmischung ein anderes Prozeßergebnis zur Folge hat. Dies hat zur Folge, dass für die Rotation und für den Prozeß häufig die gleichen Gase genommen werden müssen. Dadurch können oft hohe zusätzliche Kosten entstehen, da für die Rotation und für den Prozeß teueres, sehr reines Prozeßgas verwendet werden muß. Häufig ist es ferner nur mit sehr aufwendigen Zusatzeinrichtungen möglich, für die Rotation und für den Prozeß die gleichen Gase oder die gleiche Gasmischung zu verwenden. Ein Beispiel hierfür ist die in der Halbleiterprozeßtechnologie häufig verwendete Naßoxidation. Dabei wird neben den Prozeßgasen Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff auch Wasserdampf in die Prozeßkammer eingeleitet. Wasserdampf kondensiert bei Temperaturen unterhalb der Siedetemperatur für Wasser aus. Daher müssen bei einer Prozeßführung dieser Gaszusammensetzung die Zuleitungsrohre geheizt werden. Das bedeutet bei einer gasgetriebenen Rotation, einen erheblichen Zusatzaufwand, da der Wasserdampf bei zu hohen Konzentrationen sonst bereits an Teilen der Rotationsvorrichtung auskondensieren würde. Daher wird in diesem Falle für die Rotation häufig eine Gasmischung verwendet, die keinen oder nur sehr wenig Wasserdampf enthält. Dies hat jedoch zur Folge, dass das eigentliche Prozeßgas durch das Gas für die Rotation so verdünnt werden kann, dass die gewünschte Wasserdampfkonzentration im Prozeßgas nicht mehr erreicht werden kann. Außerdem ist es schwierig, eine stets gleichbleibende Wasserdampfkonzentration über dem aufzuheizenden Substrat zu gewährleisten, da der Gasfluß für die Rotation während des Prozesses nicht konstant ist.

Selbst bei der Verwendung exakt gleicher Gase oder Gasmischungen für Prozeß und Rotation können zwischen diesen Gasen, Verwirbelungen und andere nichtlaminare Gasströmungen im Prozeßraum, der das thermisch zu behandelnde Substrat enthält, auftreten, die nebst Abriebpartikeln, auch Partikel von den Wandoberflächen, ablösen und auf das Substrat transportieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, auf einfache und kostengünstige Weise zu verhindern, dass Partikel auf ein thermisch zu behandelndes Substrat gelangen.

Diese Aufgabe wird bei einem Schnellheizsystem zur thermischen Behandlung von Substraten mit einer Prozeßkammer zur Aufnahme des Substrates, wenigstens einer Heizquelle zum Aufheizen des Substrates, einer Rotationsvorrichtung zum Halten und Drehen des Substrates, wenigstens einen Gaseinlaß zum Einlaß von Prozeßgas in die Prozeßkammer und wenigstens einem Gasauslaß zum Ausleiten von Gas aus der Prozeßkammer dadurch gelöst, dass wenigstens ein Trennelement in der Prozeßkammer vorgesehen ist, das die Prozeßkammer in wenigstens zwei Teilkammern so aufteilt, dass eine erste Teilkammer das thermisch zu behandelnde Substrat vollständig umschließt, und eine zweite Teilkammer wenigstens einen Teil der Rotationsvorrichtung umschließt, wobei die erste und die zweite Teilkammer wenigstens über einen Luftspalt in Verbindung stehen, der zwischen dem Trennelement und wenigstens einem rotierenden Element der Rotationsvorrichtung gebildet wird, wobei der wenigstens eine Gaseinlaß zur ersten Teilkammer geöffnet ist, und der wenigstens eine Gasauslaß zur zweiten Teilkammer geöffnet ist.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht, dass ein erster Raum zur Aufnahme des zu behandelnden Substrats und zweiter Raum zur wenigstens teilweisen Aufnahme der Rotationseinrichtung innerhalb einer Prozeßkammer im Wesentlichen voneinander getrennt werden, so dass durch die Rotationseinrichtung erzeugte Partikel von dem Substrat ferngehalten werden können. Auch lassen sich die Gasatmosphären in den Teilkammern unterschiedlich gestalten, ohne dass die Behandlung des Substrats in der ersten Teilkammer durch das in der zweiten Teilkammer befindliche Gas beeinflußt wird, was insbesondere bei einer gasgetriebenen Rotation von Vorteil ist.

Vorzugsweise sind das Trennelement und das wenigstens eine rotierende Element so zueinander angeordnet, dass sie sich nicht berühren und der Luftspalt die Rotationsachse des rotierenden Elements umschließt, wodurch eine Partikelbildung durch Reibung zwischen Trennelement und dem wenigstens einen rotierenden Element vermieden werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen das Trennelement und das wenigstens eine rotierende Element einen Abstand von höchstens 5 mm zueinander auf, um die Größe des Luftspalts und somit einen Gasaustausch zwischen den Teilkammern zu beschränken. Vorzugsweise weist der Luftspalt eine Durchlaßhöhe von höchstens 5 mm auf, wobei eine maximale Durchlaßhöhe von 3 mm und insbesondere von 1 mm bevorzugt wird. Neben dem Luftspalt ist es auch möglich, dass sich zwischen der ersten Teilkammer und der zweiten Teilkammer, vorzugsweise im Trennelement weitere Gasdurchlässe vorgesehen sind, durch die Gas von der ersten Teilkammer in die zweite Teilkammer abgesaugt werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die erste Teilkammer sogenannte Totvolumenelemente enthält. Darunter versteht man Volumenelemente, die im Vergleich zu den anderen Volumenelementen nur einen sehr langsamen Gasaustausch erlauben, wie beispielsweise Sackbohrungen, oder andere nur nach einer Seite offene räumliche Vertiefungen, die nur einen sehr langsamen Gasfluß ermöglichen.

Für eine gute Abschirmung des Substrats gegenüber Partikeln, die durch die Rotationsvorrichtung erzeugt werden, befindet sich die Rotationsvorrichtung bei einer Ausführungsform vollständig in der Prozeßkammer. Vorzugsweise besitzt die Rotationsvorrichtung wenigstens einen stationären Teil und einen drehbaren Teil, wobei wenigstens der stationäre Teil in der zweiten Teilkammer angeordnet ist, um durch Reibung zwischen den Teilen entstehende Partikel vom Substrat fern zu halten.

Die Erfindung ist besonders für ein Schnellheizsystem vom Vorteil, das wenigstens eine Gasdüse am stationären Teil aufweist, die derart auf eine Oberfläche des drehbaren Teils gerichtet ist, dass eine hieraus austretende Gasströmung ein Gaskissen zum Tragen des drehbaren Teils und/oder einen Drehimpuls erzeugt. Durch die Trennung der Prozeßkammer in zwei Teilkammern kann eine Vermischung von Prozeßgas und Gas zum Erzeugen der Rotation im Wesentlichen unterdrückt werden, so dass die Anforderungen an das Gas zum Erzeugen der Rotation nicht so hoch sein müssen. Insbesondere können für die Behandlung des Substrats und für die Rotation unterschiedliche Gase eingesetzt werden. Dabei sind vorzugsweise wenigstens zwei Gasdüsen vorgesehen, die derart auf die Oberfläche des drehbaren Teils gerichtet sind, dass hieraus austretende Gasströmungen entgegengesetzte Drehimpulse erzeugen, um sowohl eine Beschleunigung als auch ein Abbremsen des drehbaren Teils erreichen zu können. Hierzu sind die Gasdüsen vorzugsweise individuell ansteuerbar. Um eine Gasströmung aus der zweiten Teilkammer in die erste zu vermeiden, ist vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen zum Steuern der pro Zeiteinheit durch die Gasdüse(n) direkt der zweiten Teilkammer zugeführten Gasmenge derart, dass diese kleiner ist, als die pro Zeiteinheit über den wenigstens einen zur zweiten Teilkammer geöffneten Gasauslaß ausgeleiteten Gasmenge.

Zum Erzeugen einer Drehung eines drehbaren Teils der Rotationsvorrichtung sind vorzugsweise Mittel vorgesehen zum Erzeugen einer Gasströmung entlang wenigstens einer konturierten Oberfläche eines drehbaren Teils der Rotationsvorrichtung derart, dass ein Drehimpuls erzeugt wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung überdeckt wenigstens ein rotierendes Element der Rotationsvorrichtung eine Öffnung im Trennelement, so dass das rotierende Element der Rotationsvorrichtung als zusätzliches Trennelement dienen kann. Um einen Einfluß des Luftspalts zwischen Trennelement und Rotationsvorrichtung auf die thermische Homogenität des Substrats während der thermischen Behandlung zu verhindern, trägt die Rotationsvorrichtung das thermisch zu behandelnde Substrat derart in der Prozesskammer, dass dessen senkrechte Parallelprojektion vollständig in die Öffnung im Trennelement fällt. Vorzugsweise trägt die Rotationsvorrichtung das thermisch zu behandelnde Substrat derart in der Prozesskammer, dass die senkrechte Parallelprojektion des thermisch zu behandelnden Substrats auf die Ebene des Trennelements und die Parallelprojektion des Luftspalts parallel zur Projektionsrichtung des Substrats auf die gleiche Ebene sich an keinem Punkt überschneiden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gibt die wenigstens eine Heizquelle optische Heizstrahlung ab, was eine rasche und kontaktlose thermische Behandlung des Substrats erlaubt. Dabei umfaßt die Heizquelle vorzugsweise wenigstens eine Halogen und/oder wenigstens eine Bogenlampe. In diesem Fall ist/sind das Trennelement und/oder wenigstens eine rotierende Scheibe der Rotationsvorrichtung für optische Heizstrahlung der Heizquelle zumindest teilweise transparent, um eine direkte Erwärmung des Substrats mit der Heizstrahlung zu ermöglichen. Hierfür können das Trennelement und/oder wenigstens eine rotierende Scheibe der Rotationsvorrichtung zumindest teilweise aus Quarzglas bestehen. Die Teile können aber auch aus Saphir, oder einem ionischen optisch transparenten Kristall wie beispielsweise Calciumfluorid bestehen. Vorzugsweise sind die Teile für optische Strahlung im Bereich zwischen 250 nm und 2500 nm transparent. Die Teile können jedoch auch zumindest teilweise aus einem Metall, aus Graphit oder SiC bestehen, aus einem reinen Halbleiter wie Si oder Ge, oder aus einem Verbindungshalbleiter, wie z.B. GaAs oder InP bestehen. Insbesondere die Teile des Trennelements und/oder der Rotationsvorrichtung sollten für die Heizstrahlung der Heizquelle optisch transparent sein, die in einem Bereich einer direkten Sichtverbindung zwischen Heizquelle und Substrat liegen.

Um die Gasströmung und/oder die Gasatmosphäre in der ersten Teilkammer besser steuern zu können, ist wenigstens ein weiterer zur ersten Teilkammer geöffneter, Gasauslaß vorgesehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten in einem Schnellheizsystem mit einer Prozeßkammer zur Aufnahme eines Substrates, wenigstens einer Heizquelle zum Aufheizen des Substrates, einer Rotationsvorrichtung zum drehbaren Halten des Substrates und wenigstens einem Trennelement, das die Prozeßkammer in zwei Teilkammern so aufteilt, dass die erste Teilkammer das thermisch zu behandelnde Substrat vollständig umschließt und die zweite Teilkammer wenigstens einen Teil der Rotationsvorrichtung umschließt, dadurch gelöst, dass das Substrat erwärmt wird, ein Gas in die erste Teilkammer über einen sich in die erste Teilkammer öffnenden Gaseinlaß eingeleitet wird, und Gas aus der zweiten Teilkammer über einen sich zur zweiten Teilkammer öffnenden Gasauslaß ausgeleitet wird, wobei der Gasfluß in der Prozeßkammer so eingestellt wird, dass eine Gasströmung von der zweiten Teilkammer zur ersten Teilkammer im Wesentlichen unterbunden wird. Hierdurch lassen sich die schon oben beschriebenen Vorteile erreichen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens eine erste Gasströmung auf bzw. entlang einer Oberfläche eines drehbaren Elements der Rotationsvorrichtung geleitet, um es in Rotation zu versetzen. Um die Rotation wieder abzubremsen wird vorzugsweise wenigstens eine zweite Gasströmung auf bzw. entlang einer Oberfläche eines drehbaren Elements der Rotationsvorrichtung geleitet. Dabei werden die erste und/oder zweite Gasströmung vorzugsweise in der zweiten Teilkammer auf die Oberfläche des drehbaren Elements gerichtet, um hierdurch erzeugte/aufgewirbelte Partikel auf die zweite Teilkammer zu beschränken.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Gasdruck in der zweiten Teilkammer auf einen Druck gesteuert, der kleiner ist, als der Druck in der ersten Teilkammer, um zu verhindern, dass Gas und/oder Partikel aus der zweiten Teilkammer in die erste gelangen. Um zu verhindern, dass Gas und/oder Partikel aus der zweiten Teilkammer in die erste gelangen, ist eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die direkt in die zweiten Teilkammer eingeleitet wird, vorzugsweise kleiner, als eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die direkt aus der zweiten Teilkammer ausgeleitet wird.

Für eine verbesserte Steuerung der Gasatmosphäre in der ersten Teilkammer wird vorzugsweise Gas auch direkt aus der ersten Teilkammer ausgeleitet. Dabei ist eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die in die erste Teilkammer eingeleitet wird, vorzugsweise größer, als eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die direkt aus der ersten Teilkammer ausgeleitet wird. Zum Erzeugen einer positiven Gasströmung aus der ersten Teilkammer in die zweite Teilkammer wird während des thermischen Prozesses Gas vorzugsweise primär durch die zweite Teilkammer nach außen abgesaugt.

Um bei einer Vermischung von Gasen aus der ersten und zweiten Teilkammer eine Beeinflussung der Prozeßergebnisse zu vermeiden, wird für die Rotation vorzugsweise im Wesentlichen das gleiche Gas verwendet, das in die erste Teilkammer eingeleitet wird. Dabei wird für die Rotation vorzugsweise wenigstens ein Gas aus der folgenden Gruppe verwendet: Stickstoff, Argon, Sauerstoff, Wasserdampf und Wasserstoff oder eine Gasmischung aus wenigstens zwei der Gase.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Druck in der Prozeßkammer auf einen subatmosphärischen Bereich unterhalb von 740 Torr eingestellt. Vorzugsweise erfolgt der Gasaustausch zwischen beiden Teilkammern im wesentlichen nur über einen Luftspalt zwischen dem Trennelement und einem rotierenden Element der Rotationsvorrichtung.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist maximal 1 % einer Gasströmung zwischen den beiden Teilkammern von der zweiten Teilkammer zur ersten Teilkammer gerichtet.

Weitere Ausführungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen offenbart und beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dem Fachmann sind jedoch Ausgestaltungen und Abwandlungen möglich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere auch im Zusammenhang mit anderen Einsatzgebieten oder Verfahren, als den hier beschriebenen mit Vorteil einsetzbar. In den Zeichnungen zeigt:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines Schnellheizsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Schnellheizsystems gemäß 1, wobei bestimmte Elemente zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen wurden;

3a bis 3g schematische Anordnungsbeispiele für ein Trennelement und Teile einer Rotationsvorrichtung in einer Schnellheizkammer.

1 zeigt schematisch im Querschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Schnellheizsystems 1, während 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung des Schnellheizsystems 1 zeigt. Das Schnellheizsystem 1 ist zur thermischen Behandlung scheibenförmiger Substrates, wie z.B. Halbleiterwafer vorgesehen.

Über die Figuren hinweg werden gleiche oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die in der folgenden Beschreibung verwendeten relativen Begriffe, wie beispielsweise oben, unten etc. sind rein beispielhaft auf die Darstellung in den Figuren gerichtet und sollen die Erfindung in keiner Weise einschränken.

Das Schnellheizsystem 1 besitzt einen rahmenförmigen Hauptkörper 3, dessen oberen und unteren Enden durch Plattenelemente 5, 6 zur Bildung einer Schnellheizkammer 7 abgedeckt sind.

Der rahmenförmige Hauptkörper besitzt einen nach innen ragenden Vorsprung 9, der obere und untere umlaufende Anlageflächen 11 bzw. 12 bildet. An den Anlageflächen 11 und 12 liegen in abdichtender Weise obere und untere Plattenelemente 14 bzw. 15 an, die in geeigneter Weise an dem Hauptkörper befestigt sind.

Die Plattenelemente 14, 15 unterteilen die Schnellheizkammer in eine obere Lampenkammer 17, eine untere Lampenkammer 18 und eine zwischen den Plattenelementen 14, 15 liegende Prozesskammer 19. Im Bereich der oberen Lampenkammer 17 ist eine Vielzahl von Heizlampen 22, wie beispielsweise Halogen- oder Bogenlampen vorgesehen. Je nach Anwendungsgebiet können alle Heizlampen 22 desselben Typs sein, oder es können auch unterschiedliche Typen vorgesehen sein.

Im Bereich der unteren Lampenkammer 18 ist ebenfalls eine Vielzahl von Heizlampen 23 vorgesehen, die des gleichen Typs sein können wie die Heizlampen 22 oder auch eines unterschiedlichen Typs.

Die Plattenelemente 14, 15 sind für die von den Heizlampen 22, 23 ausgehende Heizstrahlung im Wesentlichen transparent und beispielsweise aus Quarz.

In einer Seite des rahmenförmigen Hauptkörpers 3 ist eine Ein-/Ausgabeöffnung 25 zum Be- und Entladen der Substrate in die bzw. aus der Prozesskammer 19 vorgesehen. Die Ein-/Ausgabeöffnung 25 ist über einen nicht näher dargestellten Schließmechanismus von außen verschließbar.

Im Inneren der Prozesskammer 19 ist ein Trennelement 30 vorgesehen, das die Prozesskammer 19 in eine erste Teilkammer 32 und ein zweite Teilkammer 33 unterteilt. Das Trennelement 30 besitzt einen sich im Wesentlichen parallel zu den Plattenelementen 14, 15 erstreckenden horizontalen Abschnitt 35 mit einer kreisförmigen Öffnung 36. Das Trennelement 30 weist ferner einen sich senkrecht zum Plattenelement 15 erstreckenden ersten Befestigungsabschnitt 38 auf, der sich zwischen dem horizontalen Abschnitt 35 und dem unteren Plattenelement 15 erstreckt.

Das Trennelement 30 weist ferner an einem der Ein-/Ausgabeöffnung 25 gegenüberliegenden Ende einen sich vertikal im Wesentlichen zwischen den oberen und unteren Plattenelementen 14, 15 erstreckenden Gaseinlassabschnitt 40 auf. Der Gaseinlassabschnitt 40 wird im Wesentlichen durch zwei sich vertikal erstreckende Wandelemente 42, 43 gebildet, wobei das Wandelement 42 zur ersten Teilkammer 32 weist. In dem Wandelement 42 ist eine Vielzahl von Öffnungen 44 ausgebildet, die als Gaseinlass für die Prozesskammer 19 dienen. Zwischen den Wandelementen 42, 43 wird ein Verteilerraum 46 gebildet, der über eine nicht näher dargestellte Zuleitung mit einem Prozessgas beaufschlagt werden kann, um über die Öffnungen 44 im Wandelement 42 ein Prozessgas in die erste Teilkammer 32 der Prozesskammer 19 einzuleiten.

Im Bereich der ersten Teilkammer 32 ist ein Kompensationsring 50 vorgesehen, der ein in der Prozesskammer aufgenommenes Substrat 2 radial umgibt und durch einen Halter 51 getragen wird. Der Kompensationsring 50 besteht aus einer Vielzahl von Segmenten, von denen wenigstens eines aus der Ebene des Substrats 2 verschwenkbar ist, um einen Zugriff auf das Substrat 2 durch einen Handhabungsmechanismus zu ermöglichen. Der Kompensationsring 50 besteht aus dem gleichen Material wie das Substrat und dient dazu, eine möglichst homogene Aufheizung des Substrats am Substratrand zu gewährleisten.

Im Bereich der zweiten Teilkammer 33 ist eine Rotationsvorrichtung 55 vorgesehen. Die Rotationsvorrichtung 55 besitzt einen stationären Teil, bestehend aus Gaseinlässen 57, 58 sowie einem einteilig mit dem unteren Plattenelement 15 ausgebildeten Aufnahme- und Lagerteil 60. Die Rotationsvorrichtung 55 weist ferner einen Drehteil auf, bestehend aus einem kreisförmigen Plattensegment 62 und einem ringförmigen Ringsegment 63. Das Plattensegment 62 liegt auf einer Innenumfangskante des Ringsegments 63 auf und kann in geeigneter Weise mit dem Ringsegment 63 verbunden sein. Das Plattensegment 62 und das Ringsegment 63 bilden eine im Wesentlichen ebene Oberfläche.

Auf der Oberseite des Plattensegments 62 ist eine Vielzahl von Aufnahmen 65 zur Aufnahme von Substrat-Haltestiften 66 vorgesehen. Die Substrat-Haltestifte 66 weisen eine nach oben weisende Auflagespitze zum Tragen des Substrats 2 auf. Die Substrat-Haltestifte 66 berühren das thermisch aufzuheizende Substrat somit nur punktförmig und nur an wenigen Stellen.

Das Plattensegment 62 besitzt ferner einen nach unten weisenden Ansatz, der eine Drehwelle 69 der Rotationsvorrichtung 55 bildet. Die Drehwelle 69 ist in dem Aufnahme- und Lagerteil 60 des unteren Plattenelements 15 aufgenommen, und darin drehbar gelagert.

Die Gaseinlässe 57, 58 sind unterhalb des Ringsegments 63 angeordnet, und sie weisen jeweils wenigstens eine Gasdüse auf, die auf eine Unterseite des Ringsegments 63 gerichtet ist. Die Düsen der Gaseinlässe 57, 58 sind derart auf die Unterseite des Ringsegments 63 gerichtet, dass eine hieraus austretende Gasströmung einen Drehimpuls um die Drehwelle 69 herum erzeugt. Dabei ist die wenigstens eine Düse des Gaseinlasses 57 derart angeordnet, dass die hieraus austretende Gasströmung einen Drehimpuls erzeugt, der entgegengesetzt zu einem Drehimpuls ist, der durch eine aus der wenigstens einen Düse des Gasauslasses 58 austretende Gasströmung erzeugt wird.

Zusätzlich zum Erzeugen eines Drehimpulses ist es möglich, dass die wenigstens eine Düse der Gaseinlässe 57, 58 ein Gaskissen zum Tragen des Ringsegments 63 und des Plattensegments 62 vorsieht. Die Drehwelle 69 wird in diesem Fall nur eine seitliche Lagerung vorsehen.

Obwohl in 1 nur zwei Gaseinlässe 57, 58 dargestellt sind, können natürlich auch mehrere Gaseinlässe vorgesehen sein, wobei eine aus den Gasauslässen austretende Gasströmung jeweils ein Gaskissen und/oder einen Drehimpuls erzeugen kann.

Obwohl das Plattensegment 62 und das Ringsegment 63 als separate Elemente dargestellt sind, können sie natürlich auch als ein einteiliges Segment ausgebildet sein.

Das Ringsegment 63 besitzt einen Außenumfang, der größer ist als der Innenumfang der kreisförmigen Öffnung 36 im horizontalen Abschnitt 35 des Trennelements 30. Daher überlappen sich das Ringsegment 63 und der horizontale Abschnitt 35 wenigstens teilweise. In diesem Überlappungsbereich wird zwischen einer Oberseite des Ringsegments 63 und einer Unterseite des horizontalen Abschnitts 35 ein Luftspalt 71 gebildet, der die erste Teilkammer 32 der Prozesskammer 19 mit der zweiten Teilkammer 33 verbindet. Das Plattensegment 62 und das Ringsegment 63 wirken somit als zusätzliches Trennelement, um die erste und zweite Teilkammer voneinander zu trennen. Im Bereich der zweiten Teilkammer 33 ist ferner ein nicht näher dargestellter Gasauslass vorgesehen, der mit einer Gasauslassleitung 73 (2) in Verbindung steht.

Im Bereich der Ein-/Ausgabeöffnung 25 ist ebenfalls ein Gasauslass vorgesehen, der direkt mit der ersten Teilkammer 32 der Prozesskammer 19 in Verbindung steht. Der Gasauslass wird durch eine Vielzahl von Absaugöffnungen 75 im Hauptkörper 3 gebildet, die mit einer im Hauptkörper 3 ausgebildeten Auslassleitung 76 in Verbindung stehen. Die Gasauslassleitungen 73 und 76 stehen mit jeweiligen Absaugeinrichtungen, wie beispielsweise Pumpen, insbesondere Vakuumpumpen, in Verbindung. Die Absaugvorrichtungen sind individuell steuerbar, um die aus der ersten und zweiten Teilkammer abgesaugten Gasmengen zu steuern.

In entsprechender Weise stehen der Gaseinlassabschnitt 40 und die Gaseinlässe 57, 58 mit jeweiligen individuell steuerbaren Gasversorgungen in Verbindung, um jeweils eine Gaseinleitung in den ersten und zweiten Teilkammern 32, 33 der Prozesskammer 19 zu steuern.

Über den Gaseinlassabschnitt wird üblicherweise ein Prozessgas in die erste Teilkammer 32 eingeleitet, obwohl auch andere Gase, wie beispielsweise Spülgase und/oder inerte Gase hierüber eingeleitet werden können.

Über die Gaseinlässe 57, 58 können dieselben oder auch unterschiedliche Gase in die zweite Teilkammer eingeleitet werden, wobei diese im Wesentlichen dazu dienen, einen Drehimpuls für die Rotationsvorrichtung 55 zu erzeugen.

Nachfolgend wird der Betrieb des Schnellheizsystems anhand der 1 und 2 kurz erläutert.

Über die Ein-/Ausgabeöffnung 25 wird ein Substrat 2, wie beispielsweise ein Halbleiterwafer, in die erste Teilkammer 32 der Prozesskammer 19 geladen, und auf den Substrat-Haltestiften 66 abgelegt. Anschließend wird die Ein-/Ausgabeöffnung 25 geschlossen und die Prozesskammer wird ggf. durch Einleiten eines Spülgases, wie beispielsweise einem inerten Gas gespült. Anschließend erfolgt eine thermische Behandlung des Substrats 2 anhand eines vorbestimmten Temperatur-Zeitprofils, bei dem die Heizlampen 22, 23 in bekannter Art und Weise zum Erwärmen des Substrats 2 angesteuert werden. Während dieser thermischen Behandlung wird über wenigstens einen der Gaseinlässe 57 und/oder 58 ein Gas auf das Ringsegment 63 geleitet, um es in Rotation zu versetzen. Mit dem Ringsegment 63 wird auch das Plattensegment 62 und hierüber das Substrat 2 in Rotation versetzt, um in bekannter Art und Weise die Gleichmäßigkeit der Erwärmung des Substrats 2 zu fördern.

Über den Gaseinlassabschnitt 40 wird ein Prozessgas in die erste Teilkammer 32 eingeleitet und über den nicht näher dargestellten Gasauslass in der zweiten Teilkammer 33 wird Gas abgesaugt. Dabei wird über den nicht dargestellten Gasauslass wenigstens so viel Gas abgesaugt, wie über die Gaseinlässe 57, 58 in die zweite Teilkammer eingeleitet wird. Vorzugsweise wird über den nicht dargestellten Gasauslass mehr Gas aus der zweiten Teilkammer abgesaugt, als über die Gaseinlässe 57, 58 eingeleitet wird. Hierdurch ergibt sich eine Gasströmung in Richtung von der ersten Teilkammer 32 zur zweiten Teilkammer 33, wodurch verhindert wird, dass durch die Rotationsvorrichtung erzeugte Partikel, wie beispielsweise Abriebpartikel im Bereich des Aufnahme- und Lagerteils 60, von der zweiten Teilkammer in die erste Teilkammer gelangen. Selbst wenn aus der zweiten Teilkammer 33 nur so viel Gas abgesaugt wird, wie über die Gaseinlässe 57, 58 eingeleitet wird, kann über den engen Luftspalt 71 zwischen dem Ringsegment 63 und dem horizontalen Abschnitt 35 des Trennelements 30 im Wesentlichen verhindert werden, dass Gas und/oder Partikel aus der zweiten Teilkammer in die erste Teilkammer gelangen und sich mit dem dort befindlichen Gas vermischen. Während der thermischen Behandlung kann der Druck in den beiden Teilkammern der Prozeßkammer sowohl im atmosphärischen Bereich zwischen 740 und 780 Torr liegen, als auch im subatmosphärischen Bereich unterhalb von 740 Torr liegen.

Befinden sich Gaseinlässe und Gasauslässe sowohl in der ersten Teilkammer, als auch in der zweiten Teilkammer, wird durch eine geeignete Regelung der Gaszufuhr und der Gasabfuhr vorzugsweise dafür gesorgt, dass zwischen der ersten und der zweiten Teilkammer ein zumindest differentiell kleiner Druckunterschied der Art entsteht, dass während eines thermischen Prozesses der Druck in der ersten Teilkammer immer größer ist, als der Druck in der zweiten Teilkammer, so dass die Gasströmung durch Durchlässe zwischen der ersten Teilkammer und der zweiten Teilkammer im wesentlichen nur von der ersten Teilkammer in Richtung der zweiten Teilkammer erfolgen kann.

Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform einer gasgetriebenen Rotation wird das Rotationsgas durch wenigstens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Gaseinlaß in die zweite Teilkammer eingeleitet. Vorzugsweise baut dabei der erste Gaseinlaß ein Luftkissen bzw. ein Luftlager für das rotierende Element auf, der zweite Gaseinlaß setzt die Rotation in Gang und beschleunigt sie, und der dritte Gaseinlaß bremst die in Gang gesetzte Rotation wieder ab. Dieses System hat allerdings den Nachteil, dass, nachdem das Luftkissen aufgebaut ist, die wenigstens zweiten und dritten Gaseinlässe, welche die Rotation beschleunigen und wieder abbremsen, zusätzlich immer wieder geöffnet und geschlossen werden müssen, um die Rotation in Gang zu setzen, eine konstante Rotationsgeschwindigkeit zu gewährleisten und die Rotation wieder abzubremsen. Beim Öffnen und Schließen von Gaseinlässen entstehen jedoch auf Grund plötzlicher Strömungsänderungen zusätzlich Partikel, die auf das thermisch zu bearbeitende Substrat gewirbelt werden könnten.

Daher ermöglicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine aktive Regelung der Rotationsgeschwindigkeit (closed loop) dadurch, dass die Gaseinlässe, welche für die Beschleunigung und für das Abbremsen der Rotation sorgen, auch gleichzeitig das Luftkissen für die rotierenden Teile der Rotationsvorrichtung aufbauen. Dadurch können zusätzliche Gaseinlässe, welche nur ein Luftkissen aufbauen, entfallen. Die Beschleunigung der Rotation, das Konstanthalten der Rotationsgeschwindigkeit und das Abbremsen der Rotation geschieht bei diesem Aufbau dadurch, dass bei einer Beschleunigung die Gasmenge pro Zeiteinheit durch die Gaseinlässe für die Beschleunigung erhöht wird, oder der Gasfluß durch die Gaseinlässe für das Abbremsen verringert wird. Beim Abbremsen wird umgekehrt entweder die Gasmenge pro Zeiteinheit durch die Gaseinlässe für das Abbremsen erhöht, oder der Gasfluß durch die Gaseinlässe für die Beschleunigung verringert. Bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit muß durch die Gaseinlässe, welche für die Beschleunigung und für das Abbremsen der Rotation sorgen, wenigstens soviel Gas geleitet werden, dass das Luftkissen zwischen den festen und den rotierenden Teilen der Rotationsvorrichtung die rotierenden Teile trägt. Durch einen Aufbau dieser Art wird vermieden, dass durch plötzliches Einschalten oder Abschalten der Gaszufuhr für das Rotationsgas Partikel erzeugt werden.

Um eine Gas- und/oder Partikelbewegung von der zweiten Teilkammer in Richtung der ersten Teilkammer zu unterbinden, sind unterschiedliche Anordnungen aus Trennelement 30 und Rotationsvorrichtung 55 möglich, von denen einige in den 3a bis 3g dargestellt sind. Gemäß 3a weist das Trennelement 30 im Bereich des horizontalen Abschnitts 35 nur eine kleine Durchgangsöffnung 36 auf, die zum kontaktlosen Hindurchleiten der Drehwelle 69 der Rotationsvorrichtung 55 reicht. Ein Plattensegment 62 am oberen Ende der Drehwelle 69 befindet sich in der ersten Teilkammer 32, und trägt darauf ein zu behandelndes Substrat.

Bei diesem Fall dient das Plattensegment 62 nicht als zusätzliches Trennelement zwischen erster Teilkammer 32 und zweiter Teilkammer 33. Eine Trennung wird im Wesentlichen nur durch das Trennelement 30 gebildet. Um eine verbesserte Trennung vorzusehen, kann im Bereich der kreisförmigen Öffnung 36 ein sich parallel zur Drehwelle 69 erstreckender Flansch vorgesehen sein, um zwischen der Drehwelle 69 und dem Flansch einen langgestreckten Luftspalt 71 zu bilden.

Der sonstige Aufbau des Schnellheizsystems kann wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sein.

3b zeigt eine weitere Anordnungsvariante von Trennelement 30 und Rotationsvorrichtung 55. Das Trennelement 30 weist wiederum einen horizontalen Abschnitt 35 mit einer kreisförmigen Öffnung 36 auf. Eine Drehwelle 69 der Rotationsvorrichtung 55 erstreckt sich von der zweiten Teilkammer 33 durch die Öffnung 36 hindurch in die erste Teilkammer 32. Am oberen Ende der Drehwelle 69 ist ein Plattensegment 62 befestigt, das einen Außenumfang besitzt, der größer ist als der Innenumfang der kreisförmigen Öffnung 36. Somit überlappen sich der horizontale Abschnitt 35 und das Plattensegment 62. Das Plattensegment 62 wird durch die Drehwelle 69 eng beabstandet oberhalb des horizontalen Abschnitt 35 gehalten, so dass zwischen diesen beiden Elementen ein kleiner Luftspalt 71 gebildet wird.

3c zeigt eine weitere Anordnungsvariante zwischen dem Trennelement 30 und der Rotationsvorrichtung 55. Diese Anordnungsvariante entspricht im Wesentlichen der Anordnungsvariante gemäß 3a, wobei jedoch die Rotationsvorrichtung 55 kein Plattensegment am oberen Ende der Drehwelle 69 aufweist. Am oberen Ende der Drehwelle 69 kann irgendeine geeignete Trageinheit zum Tragen des Substrats 2 vorgesehen sein.

3d zeigt eine Anordnungsvariante zwischen dem Trennelement 30 und der Rotationsvorrichtung 55, die im Wesentlichen der Variante gemäß den 1 und 2 entspricht, wobei jedoch ein einteiliges Plattensegment 62 vorgesehen ist.

3e zeigt eine weitere Anordnungsvariante zwischen dem Trennelement 30 und der Rotationsvorrichtung 55. Bei dieser Anordnungsvariante weist das Trennelement 30 wiederum einen horizontalen Abschnitt 35 mit einer kreisförmigen Öffnung auf. Im Bereich der kreisförmigen Öffnung ist in derselben Ebene wie der Ebene des horizontalen Abschnitts 35 ein Plattensegment 62 der Rotationsvorrichtung 55 vorgesehen, das durch eine Drehwelle 69 in dieser Position getragen wird. Das Plattensegment 62 besitzt einen Außenumfang, der kleiner ist als der Innenumfang der kreisförmigen Öffnung. Am Außenumfang des Plattensegments 62 ist ein sich im Wesentlichen senkrecht hierzu erstreckender Flansch vorgesehen. Ein entsprechender Flansch ist auch am Innenumfang der kreisförmigen Öffnung vorgesehen, so dass zwischen diesen Flanschen ein entsprechender Luftspalt 71 gebildet wird, der eine Länge besitzt, die größer ist als die Dicke des horizontalen Abschnitts 35 des Trennelements 30, sowie die Dicke des Plattensegments 62. Obwohl Flanschen am Außenumfang des Plattensegments 62 und am Innenumfang des Trennelements 30 vorgesehen sind, können diese auch weggelassen werden.

Die 3f und 3g zeigen Anordnungsvarianten zwischen dem Trennelement 30 und der Rotationsvorrichtung, die im Wesentlichen der Anordnungsvariante gemäß den 1 und 2 entsprechen. Jedoch besitzt das Trennelement 30 spezielle Formen zum Reduzieren des Volumens der zweiten Teilkammer 33.

In den 3a bis 3g wurden jeweils nur eine Drehwelle und ggf. ein Plattensegment 62 der Rotationsvorrichtung 55 dargestellt. Der Aufbau der übrigen Komponenten kann ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 sein, es ist aber auch möglich, einen alternativen Antrieb für die Drehwelle 69 vorzusehen.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 1, 2, 3b und 3d bis 3g besitzt das Substrat jeweils einen Außenumfang, der kleiner ist als der Innenumfang der kreisförmigen Öffnung. Ferner ist das Substrat bei der thermischen Behandlung jeweils so angeordnet, dass dessen Parallelprojektion vollständig im Bereich der kreisförmigen Öffnung 36 liegt. Im Fall der 3e liegt die Parallelprojektion des zu behandelnden Substrats vollständig im Bereich des Plattensegments 62. Hierdurch wird vermieden, dass die Parallelprojektion und der Luftspalt 71 sich in irgendeiner Ebene überschneiden. Bei allen Ausführungsbeispielen besitzt der Luftspalt eine Breite bzw. Höhe von maximal 5 mm. Um einen Gasaustausch zwischen den ersten und zweiten Kammern zu erschweren, besitzt der Luftspalt vorzugsweise eine Breite bzw. Höhe von maximal 3 mm, insbesondere von maximal 1 mm.

Die Erfindung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Insbesondere können alternative Antriebsmechanismen für die Rotationsvorrichtung vorgesehen sein. So ist es beispielsweise möglich, dass durch eine entsprechende Konturierung am Trennelement und/oder an der Drehwelle und/oder dem Plattensegment im Bereich des Luftspalts eine Drehung durch eine Gasströmung aus der ersten Teilkammer in die zweite erzeugt wird. Der Rotationsantrieb kann zum Beispiel auch mechanisch, elektrisch, elektromagnetisch, magnetisch oder elektrostatisch erfolgen. Auch kann das Trennelement unterschiedlichste Formen annehmen. Neben dem Luftspalt ist es auch möglich, dass sich zwischen der ersten Teilkammer und der zweiten Teilkammer, beispielsweise im Trennelement weitere Gasdurchlässe vorgesehen sind, durch die Gas von der ersten Teilkammer in die zweite Teilkammer abgesaugt werden kann. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die erste Teilkammer sogenannte Totvolumenelemente enthält. Darunter versteht man Volumenelemente, die im Vergleich zu den anderen Volumenelementen nur einen sehr langsamen Gasaustausch erlauben, wie beispielsweise Sackbohrungen, oder andere nur nach einer Seite offene räumliche Vertiefungen, die nur einen sehr langsamen Gasfluß ermöglichen. Wenn zusätzliche Gasdurchlässe im Trennelement vorgesehen sind, so haben diese eine Gesamtdurchlaßfläche, die kleiner als die Durchlaßfläche des Luftspalts ist.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können durch Elemente und Merkmale ergänzt oder abgewandelt werden, die aus einer Kombination von Elementen und Merkmalen der offenbarten Ausführungsformen hervorgehen, oder die durch den Austausch von Elementen und Merkmalen der offenbarten Ausführungsformen mit anderen Elementen und Merkmalen hervorgehen.


Anspruch[de]
Schnellheizsystem (1) zur thermischen Behandlung von Substraten (2), das folgendes aufweist:

eine Prozeßkammer (19) zur Aufnahme des Substrates (2);

wenigstens eine Heizquelle (22, 23) zum Aufheizen des Substrates (2);

eine Rotationsvorrichtung (55) zum Halten und Drehen des Substrates (2);

wenigstens einen Gaseinlaß (40) zum Einlaß von Prozeßgas in die Prozeßkammer (19);

wenigstens einen Gasauslaß zum Ausleiten von Gas aus der Prozeßkammer (19);

dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens ein Trennelement (30; 62) in der Prozeßkammer (19) vorgesehen ist, das die Prozeßkammer (19) in wenigstens zwei Teilkammern (32, 33) so aufteilt, dass eine erste Teilkammer (32) das thermisch zu behandelnde Substrat (2) vollständig umschließt, und eine zweite Teilkammer (33) wenigstens einen Teil der Rotationsvorrichtung (55) umschließt, wobei die erste und die zweite Teilkammer wenigstens über einen Luftspalt (71) in Verbindung stehen, der zwischen dem Trennelement (30) und wenigstens einem rotierenden Element (62; 69) der Rotationsvorrichtung (55) gebildet wird;

der wenigstens eine Gaseinlaß (40) zur ersten Teilkammer (32) geöffnet ist, und

der wenigstens eine Gasauslaß zur zweiten Teilkammer (33) geöffnet ist.
Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (30) und das wenigstens eine rotierende Element (62; 69) so zueinander angeordnet sind, dass sie sich nicht berühren und der Luftspalt die Rotationsachse des rotierenden Elements umschließt. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (30) und das wenigstens eine rotierende Element (62; 69) einen Abstand von höchstens 5 mm zueinander aufweisen. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt eine Durchlaßhöhe von höchstens 5 mm aufweist. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsvorrichtung vollständig in der Prozeßkammer angeordnet ist. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsvorrichtung wenigstens einen stationären Teil und einen drehbaren Teil aufweist, wobei wenigstens der stationäre Teil in der zweiten Teilkammer angeordnet ist. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens eine Gasdüse am stationären Teil, die derart auf eine Oberfläche des Drehbaren Teils gerichtet ist, dass eine hieraus austretende Gasströmung ein Gaskissen zum Tragen des drehbaren Teils und/oder einen Drehimpuls erzeugt. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Gasdüsen, die derart auf die Oberfläche des Drehbaren Teils gerichtet sind, dass hieraus austretende Gasströmungen entgegengesetzte Drehimpulse erzeugen. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüsen individuell ansteuerbar sind. Schnellheizsystem (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit zum Steuern der pro Zeiteinheit durch die Gasdüse(n) direkt der zweiten Teilkammer zugeführten Gasmenge derart, dass sie kleiner ist, als die pro Zeiteinheit über den wenigstens einen zur zweiten Teilkammer geöffneten Gasauslaß ausgeleiteten Gasmenge. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Erzeugen einer Gasströmung entlang wenigstens einer konturierten Oberfläche eines drehbaren Teils der Rotationsvorrichtung derart, dass ein Drehimpuls erzeugt wird. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein rotierendes Element der Rotationsvorrichtung eine Öffnung im Trennelement überdeckt. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsvorrichtung das thermisch zu behandelnde Substrat derart in der Prozeßkammer trägt, dass dessen senkrechte Parallelprojektion vollständig in die Öffnung im Trennelement (30) fällt. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsvorrichtung das thermisch zu behandelnde Substrat derart in der Prozeßkammer trägt, dass die senkrechte Parallelprojektion des thermisch zu behandelnden Substrats auf die Ebene des Trennelements und die Parallelprojektion des Luftspalts parallel zur Projektionsrichtung des Substrats auf die gleiche Ebene sich an keinem Punkt überschneiden. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Heizquelle optische Heizstrahlung abgibt. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle wenigstens eine Halogen und/oder wenigstens eine Bogenlampe umfaßt. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (30) und/oder wenigstens eine rotierende Scheibe der Rotationsvorrichtung für optische Heizstrahlung der Heizquelle zumindest teilweise transparent ist/sind. Schnellheizsystem (1) nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (30) und/oder wenigstens eine rotierende Scheibe der Rotationsvorrichtung zumindest teilweise aus Quarzglas besteht. Schnellheizsystem (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Teile des Trennelements (30) und/oder der Rotationsvorrichtung für optische Heizstrahlung der Heizquelle optisch transparent sind, die in einem Bereich einer direkten Sichtverbindung zwischen Heizquelle und Substrat liegen. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Heizquellen ober- und unterhalb einer Auflageebene für das thermisch zu behandelnde Substrat. Schnellheizsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens einen weiteren Gasauslaß, der zur ersten Teilkammer geöffnet ist. Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten in einem Schnellheizsystem mit einer Prozeßkammer zur Aufnahme eines Substrates, wenigstens einer Heizquelle zum Aufheizen des Substrates, einer Rotationsvorrichtung zum drehbaren Halten des Substrates und wenigstens einem Trennelement, das die Prozeßkammer in zwei Teilkammern so aufteilt, dass die erste Teilkammer das thermisch zu behandelnde Substrat vollständig umschließt und die zweite Teilkammer wenigstens einen Teil der Rotationsvorrichtung umschließt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Erwärmen des Substrats;

Einleiten eines Gases in die erste Teilkammer über einen sich in die erste Teilkammer öffnenden Gaseinlaß;

Ausleiten von Gas aus der zweiten Teilkammer über einen sich zur zweiten Teilkammer öffnenden Gasauslaß, wobei der Gasfluß in der Prozeßkammer so eingestellt wird, dass eine Gasströmung von der zweiten Teilkammer zur ersten Teilkammer im Wesentlichen unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 22 gekennzeichnet durch Leiten wenigstens einer ersten Gasströmung auf bzw. entlang einer Oberfläche eines drehbaren Elements der Rotationsvorrichtung, um es in Rotation zu versetzen. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Leiten wenigstens einer zweiten Gasströmung auf bzw. entlang einer Oberfläche eines drehbaren Elements der Rotationsvorrichtung, um seine Rotation abzubremsen. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Gasströmung in der zweiten Teilkammer auf die Oberfläche des drehbaren Elements gerichtet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, gekennzeichnet durch steuern eines Gasdrucks in der zweiten Teilkammer auf einen Druck der kleiner ist, als der Druck in der ersten Teilkammer. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die direkt in die zweiten Teilkammer eingeleitet wird, kleiner ist, als eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die direkt aus der zweiten Teilkammer ausgeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Gas auch direkt aus der ersten Teilkammer ausgeleitet wird. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die in die erste Teilkammer eingeleitet wird, größer ist, als eine Gasmenge pro Zeiteinheit, die direkt aus der ersten Teilkammer ausgeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat von oben und von unten aufgeheizt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass während des thermischen Prozesses Gas primär durch die zweite Teilkammer nach außen abgesaugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rotation das gleiche Gas verwendet wird, das in die erste Teilkammer eingeleitet wird. Verfahren nach einem der der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass für die Rotation wenigstens ein Gas aus der folgenden Gruppe verwendet wird: Stickstoff, Argon, Sauerstoff, Wasserdampf und Wasserstoff oder eine Gasmischung aus wenigstens zwei der Gase. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck in der Prozeßkammer auf einen subatmosphärischen Bereich unterhalb von 740 Torr eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasaustausch zwischen beiden Teilkammern im wesentlichen nur über einen Luftspalt zwischen dem Trennelement und einem rotierenden Element der Rotationsvorrichtung erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass maximal 1 % einer Gasströmung zwischen den beiden Teilkammern von der zweiten Teilkammer zur ersten Teilkammer gerichtet ist.






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