專利名稱：處理底物的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理底物的設(shè)備。
由EP-A-0251825已知一種設(shè)備，用于通過化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapour Deposition＝CVD)在底物上沉積外延層。這種已知設(shè)備包括多個垂直設(shè)置，亦即平行于重力(地心引力，萬有引力)方向設(shè)置的基座，它們各裝有多個底物，并可繞其縱軸線旋轉(zhuǎn)?；刂@一根設(shè)在中央的同樣為垂直延伸的進氣管的一條圓周線排列。通過進氣管中的孔流入的用于在底物上沉積外延層的過程氣體，沿基本上水平方向，亦即垂直于重力的方向流到底物上。
由US3408982已知另一種用于通過CVD在底物上沉積外延層的設(shè)備。這種已知設(shè)備包括一個盤形基座，它水平地亦即垂直于重力設(shè)置，并與一根垂直的亦即平行于重力設(shè)置的旋轉(zhuǎn)軸連接。在一種實施形式中，底物水平地裝在基座上。通過旋轉(zhuǎn)的軸，CVD過程氣體從下向上流動并進入在基座盤上方的氣體腔室。過程氣體在此氣體室中基本上相對于旋轉(zhuǎn)軸的徑向向外流動，并從上方基本上垂直地亦即沿重力方向撞在底物上。底物下面設(shè)有感應(yīng)線圈，它設(shè)計為扁平螺旋形(Pan-cake線圈)。在另一種實施形式中，基座盤在其邊緣向上成斜面，底物向里傾斜地裝在基座盤的傾斜部分上，以便平衡離心力。所配設(shè)的感應(yīng)線圈同樣傾斜安裝。這種由US-A-3408982已知的設(shè)備主要設(shè)計用于生產(chǎn)硅外延層，其中，CVD過程的溫度調(diào)整在1190℃與1450℃之間。
由US3408982公開的設(shè)備存在的缺點是，通過感應(yīng)加熱所感生成的電磁力作用在基座上，并也作用于底物上。此電磁力引起機械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，由此還可能改變底物上的溫度分布。
本發(fā)明的目的是提供一種處理底物的設(shè)備，其中，底物通過感應(yīng)加熱裝置和有關(guān)的基座加熱，以及，由于感應(yīng)加熱引起的電磁力在處理底物期間不會顯著地影響基座的位置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，即采用一種用于處理至少一個底物的設(shè)備，它包括至少一個與此底物熱耦合的基座，一個感應(yīng)加熱裝置，用于感應(yīng)加熱此至少一個基座，其中感應(yīng)加熱裝置和至少一個基座互相配置為，使通過感應(yīng)加熱裝置在至少一個基座上作用的電磁力，其方向至少基本上平行于重力。
與已知的設(shè)計不同，在那里，在基座上通過感應(yīng)加熱所施加的電磁力相對于重力是反向平行的，而采取按本發(fā)明的措施，可獲得力學(xué)上和熱力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
尤其是感應(yīng)加熱裝置至少包括一個感應(yīng)線圈，它最好由高頻電壓源驅(qū)動。
在第一種實施形式中，至少一個的底物設(shè)置在至少一個基座與感應(yīng)線圈之間。
在另一種有利的實施形式中則相反，此至少一個的基座設(shè)置在感應(yīng)線圈與至少一個底物之間。于是基座在其背對感應(yīng)線圈的一側(cè)，可設(shè)有至少一個插入式夾板用于固定至少一個的底物，并尤其可支承在一根支桿上。
此外，設(shè)備至少包括一個支承裝置，用于支承至少一個底物和至少一個基座。支承裝置最好有一個支承盤，支承盤上為每個底物各設(shè)有一個孔和圍繞孔的支承面，基座可放在支承盤內(nèi)。支承盤可以支承在一根支桿上。
在另一種實施形式中，設(shè)備有旋轉(zhuǎn)裝置，用于使每一個底物繞一根公共的或各自的一根預(yù)定的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。尤其是在具有支桿的實施形式中，支桿可以繞其縱軸線旋轉(zhuǎn)。在帶有支承盤的支承裝置實施形式中，整個支承盤可以旋轉(zhuǎn)。
此外，用于在至少一個底物的表面上沉積外延層的設(shè)備，最好設(shè)置和包括用于使過程氣流對準(zhǔn)至少一個用來從過程氣流中化學(xué)沉積外延層的底物表面的裝置。這些用于使過程氣流對準(zhǔn)底物表面的裝置最好設(shè)計為，使氣流的流動方向至少在底物的表面區(qū)內(nèi)，其方向至少基本上相對于重力反向平行。
本設(shè)備的最佳應(yīng)用是在底物上沉積出單晶碳化硅層或沉積出單晶氮化鎵層。
下面參見附圖進一步說明本發(fā)明，附圖中

圖1為設(shè)備的一種實施形式的橫剖面，設(shè)備用于處理多個底物，并有一個用于這些底物的支承裝置，圖2表示圖1所示支承裝置俯視圖，圖3表示設(shè)備的一種實施形式，設(shè)備用于從下面在底物上沉積，并有一個可從上面旋轉(zhuǎn)的底物支承裝置，
圖4表示用于從下面在底物上沉積的設(shè)備，它有一個可從下面旋轉(zhuǎn)的底物支承裝置，圖5表示具有沿水平方向的過程氣體導(dǎo)引的用于在底物上沉積的設(shè)備，圖6是具有多個底物的插入式夾板的支承裝置視圖，圖7表示具有從下方輸入過程氣體的用于處理多個底物的設(shè)備。
按圖1用于處理至少一個底物的設(shè)備，包括一個此至少一個底物的支承裝置10、一個基座3、一個感應(yīng)線圈4和一根支桿11。圖2是支承裝置10從上面看的俯視圖，沒有表示基座3和感應(yīng)線圈4。在圖1的橫剖面中表示了兩個底物2A和2C，在圖2的俯視圖中表示了四個底物2A、2B、2C和2D。支承裝置10包括一個支承盤9和一根支桿11，支桿11在中心支承著此支承盤9。支承盤9由底板90和向上伸的側(cè)壁91組成。在底板90中為每一個底物2A至2D各設(shè)一個孔93A至93D。圍繞著每一個這樣的孔93A至93D，在底板90中構(gòu)成一個支承面92A至92D，在支承面上各放上一個底物2A至2D。支承面92A至92D最好進入底板內(nèi)部，以便構(gòu)成一個底物的圓柱形支座，這一支座具有由孔93A至93D確定的內(nèi)徑d，以及具有由支承面92A至92D的徑向擴展確定的外徑D。內(nèi)徑d選為小于底物2A至2D的直徑，而外徑D選為大于底物2A至2D的直徑。除了附圖表示的圓形外，支承面92A至92D當(dāng)然也可以與其他形狀的底物相配，例如矩形。
在圖2中表示了四個支承面92A至92D。但通常對于相應(yīng)地更多個底物設(shè)置四個以上的支承面，這些支承面還最好緊密地并列設(shè)置。
在將底物2A至2D裝在相應(yīng)的支承面92A至92D上之后，在支承盤9中裝入基座3，它最好與支承盤9的內(nèi)徑相配，并尤其可具有一個圓盤的形狀?；?與底物2A至2D熱耦合。熱耦合可通過熱傳導(dǎo)或也可通過熱輻射或兩者兼有地實現(xiàn)。為此，基座3最好與底物2A至2D直接接觸。支承盤9最好能套裝在支桿11上，并與之可拆式連接。這樣可以在處理后方便地更換底物。感應(yīng)線圈4最好是Pancake線圈類型的扁平線圈，它安裝在基座3的上面，至少基本上平行于支承盤9和平行于底物2A至2D以及基座3。
基座3通常用一種導(dǎo)電材料制成。當(dāng)在感應(yīng)線圈4中施加最好是高頻交流電壓時，在基座3中感應(yīng)渦流，這種渦流轉(zhuǎn)變?yōu)榻苟鸁?。通過熱耦合，這些熱量從基座3傳給底物2A至2D。由于感應(yīng)(楞次定律)，在基座3上作用了一個電磁力(力矢量)FEM?；?和感應(yīng)線圈4彼此之間的這種特殊的相對結(jié)構(gòu)關(guān)系帶來的結(jié)果是，電磁力FEM與基座3的重力并因而與重力(力矢量)G是同向的。同向意味著有關(guān)的力箭頭(矢量)指向同一個方向。作用在基座3上的合力，由電磁力FEM和重力G的矢量和FEM+G得出。此合力FEM+G始終沿重力G的方向，與感應(yīng)線圈4中的電流無關(guān)，并在數(shù)量上始終至少有作用在基座3上的重力G那么大。因此在處理期間和感應(yīng)線圈4工作期間，基座3始終保持它的位置，不會從底物2A至2D上抬起。因此保證底物2A至2D有均勻的加熱過程和在底物表面20A和20D上有均勻的溫度。因為除此之外底物2A至2D還通過其自身的重力以及基座3的重力壓靠在有關(guān)的支承面92A至92D上，所以實際上不可能有任何污物從基座3到達(dá)要處理的底物表面20A至20D上。這些污物若通過基座3是特別有害的，因為通常基座3在整個設(shè)備中處于最高溫度位置。因此在每一個底物2A至2D上外延層的生長過程中，提高了外延層的生成質(zhì)量。
在圖1和2所表示的實施形式中，底物2A至2D的自由表面20A至20D從下方進行處理。這些表面20A至20C最好定向為垂直于重力G。因此底物2A至2D通過它們自身的重力壓靠在支承面92A至92D上，從而獲得了一種相對于基座3為穩(wěn)定的熱耦合。
圖3表示了用于處理底物2的設(shè)備的一種實施形式。底物2通過其邊緣在支承裝置7的支承面72上。支承面72構(gòu)成了在支承裝置7的底板70中的一個孔73的邊緣。通過在底板70中的孔73，使底物2朝下方的表面20敞開。因此從下面流到底物2的表面20上的用5表示的過程氣流，可以例如在底物2表面20進行腐蝕，或尤其通過CVD方法最好在底物2的表面20上生成一個圖中未表示的層。出自于流體力學(xué)的原因，支承面72最好設(shè)計為斜的，所以它的直徑朝底物2的方向連續(xù)減小。支承面72和放在它上面的底物2基本上垂直于重力G定向。除底板70外，支承裝置7還有一個側(cè)壁71，它例如可以設(shè)計為空心圓柱形并向上亦即逆重力G的方向延伸。支承裝置7最好能從上方繞一條最好平行于重力G延伸的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。在支承裝置7中，在底板70上裝了一個基座3，基座3以側(cè)壁71為界并與底物2熱耦合。在基座3上面仍設(shè)有一個感應(yīng)線圈4。在基座3上產(chǎn)生的合力F＝FEM+G在圖中用箭頭表示，這一箭頭表示這一作用力的方向，以及，這一合力始終與重力G同向，所以基座3牢牢地定位在支承裝置7上，并保證與底物2有恒定的熱耦合且是一種穩(wěn)定的機械結(jié)構(gòu)。
圖4表示與圖3所示結(jié)構(gòu)類似的設(shè)備，但具有一個經(jīng)修改的圖中用8表示的支承裝置。如圖3中的支承裝置7那樣，支承裝置8同樣有底板80，底板80有孔83和支承面82，底物2放在支承面82上。然而，支承裝置8不是象在圖3中那樣向上，而是向下沿重力G的方向延伸，并相對于底物2也在下面固定。此外，支承裝置8內(nèi)部是空心的，在由它所圍繞的空腔84內(nèi)被過程氣體5流過。在過程氣體5沖擊在底物2上之后，為了排出過程氣體5，最好在支承裝置8的上部區(qū)內(nèi)設(shè)圖中沒有表示的孔。在支承裝置8內(nèi)部的空腔84最好向下逐漸收縮，并在那里成為桿的造型。支承裝置8的這一桿狀部分最好與一個旋轉(zhuǎn)裝置例如電機連接，以便使底物2在處理期間繞一根其方向最好平行于重力G的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。在支承裝置8的底板80上，仍裝有一個被側(cè)壁81圍繞的基座3，基座3被設(shè)在其上面的感應(yīng)線圈4加熱，以便加熱底物2?；?盡可能配合準(zhǔn)確地裝在底物2上。
圖5表示用于處理底物2的設(shè)備的簡單結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，底物2以其整個下側(cè)平放在基座3上，基座3最好裝在底座15上。感應(yīng)線圈4安排在底物2上面，所以底物2被設(shè)置在感應(yīng)線圈4與基座3之間。按圖5所示的實施形式，過程氣體5沿水平的亦即平行于底物2表面20延伸的方向，流過此表面20。為避免過程氣體5與感應(yīng)線圈4接觸，可設(shè)置圖中象征性地表示的隔板40。因為在圖5所示的實施形式中電磁力FEM和作用在基座3上的合力F＝FEM+G(它作用在基座3上)，與作用在基座3上的重力G方向相同，所以結(jié)構(gòu)也是穩(wěn)定的。尤其是，即使改變在感應(yīng)線圈4中的電能，基座3也不會從底座15抬起。
圖6表示一種實施形式，其中基座本身設(shè)置作為至少一個底物的支承裝置。在圖6中表示的是從下面看基座3的視圖?；?在其下面為每一個底物2A至2E設(shè)有一個插入式夾板(安裝槽)12A至12E，插入式夾板的形狀與配屬的底物2A至2E的形狀相配，在圖的舉例中為半圓形。底物2A至2E可以從側(cè)向插入有關(guān)的插入式夾板12A至12E中，并被這些插入式夾板12A至12E固定?；?最好同心地繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。插入式夾板12A至12E沿徑向設(shè)計為，使底物2A至2E在基座3旋轉(zhuǎn)時通過離心力壓緊在相關(guān)的插入式夾板12A至12E內(nèi)，由此可在力學(xué)上更加穩(wěn)定。在這種實施形式中，底物2A至2E的處理從下方實現(xiàn)，亦即沿視圖方向在基座3的下側(cè)。沒有表示的感應(yīng)線圈設(shè)置在基座3的上側(cè)。
圖7表示了一種用于通過CVD在多個底物上沉積外延層的設(shè)備。設(shè)備有一個帶支承盤9和支桿11的支承裝置以及一個基座3，它們的結(jié)構(gòu)與圖1所示的類似，并如圖1那樣為它們配備有一個感應(yīng)線圈4?，F(xiàn)在這一結(jié)構(gòu)裝在反應(yīng)器16中，在反應(yīng)器下端，亦即沿重力G的方向看，在底物2A和2C下方設(shè)有用于將過程氣體5對準(zhǔn)底物表面20A和20C的裝置。這些用于使過程氣流5定向的裝置包括氣體進入反應(yīng)器16的進口17，通過進口17在反應(yīng)器16中引入不同的過程氣體，以及包括擴散器18，借助于擴散器18產(chǎn)生均勻的過程氣流5。擴散器18可通過一個有規(guī)定網(wǎng)孔大小的金屬絲網(wǎng)構(gòu)成。過程氣流5從一個處于比底物2A至2E的溫度低的空間區(qū)22，流到底物表面20A至20E上，然后側(cè)向偏轉(zhuǎn)，并經(jīng)由與泵連接的出口24從反應(yīng)器16排出。為了防止感應(yīng)線圈4受過程氣流5的影響最好設(shè)置氣體進口23，通過這些氣體進口23用一種惰性氣體，最好是氬氣，吹洗感應(yīng)線圈4和最好也吹洗基座3。支承著支承盤9的支桿11穿過整個反應(yīng)器16向下延伸，并通過氣密孔19尤其是一個旋轉(zhuǎn)密封裝置，伸出反應(yīng)器16之外。在那里設(shè)有旋轉(zhuǎn)裝置21，它與支桿11在工作上連接起來，并能使支桿11沿其縱軸線旋轉(zhuǎn)。其中，旋轉(zhuǎn)速度可根據(jù)要求通過調(diào)整加以改變。作為旋轉(zhuǎn)裝置21可例如為電動機和相應(yīng)的變速器。
過程氣流5與重力G反向的流動方向用R表示，并在圖中表示為沿所示箭頭的方向。通過流動方向R與重力G反向平行地定向，在反應(yīng)器16內(nèi)部的氣體腔內(nèi)獲得一種穩(wěn)定的熱分層，這種分層表明實際上沒有任何渦流。所有的參數(shù)，如旋轉(zhuǎn)速度、壓力和氣體流量(流率)，現(xiàn)在可以為了改善生長過程而自由地優(yōu)化，與此同時不會對流動性能產(chǎn)生損害。
按本發(fā)明的設(shè)備最好應(yīng)用于在底物上生長外延層，尤其是用于通過一種CVD過程生長單晶碳化硅層或單晶氮化鎵層。
作為用于過程氣流5的過程氣體，為了生長SiC層，輸入工作氣體為硅(Si)和碳(C)以及最好至少一種載運氣體，這種載運氣體通常為氫，必要時還使用一種添加氣，用于添加外延的碳化硅。在過程氣流5的混合氣沖擊在加熱的底物上時，在氫載運氣體的參與下，通過化學(xué)反應(yīng)從工作氣體(母體)中沉積出碳化硅。作為底物主要采用單晶碳化硅組成的底物(外延)。在底物上的溫度通過感應(yīng)線圈4的能量進行調(diào)整。為了生長碳化硅，在底物上的生長溫度通常調(diào)整在約900℃和約2500℃之間。
此外，此設(shè)備還可應(yīng)用于通過CVD生產(chǎn)單晶氮化鎵(GaN)層。用于生長GaN層的底物尤其可由Al2O3組成，或也可由SiC組成。在底物上的生長溫度，在GaN-CVD過程中最好調(diào)整在約950℃與約1100℃之間。作為工作氣體尤其適用的是氨和鎵的碳?xì)浠衔锢缛谆壔蛉一墶?br> 支承盤9和支桿11最好用一種相對于過程氣流5為惰性的材料制造，或至少有一個惰性材料鍍層，例如為了生產(chǎn)SiC有碳化鉭或碳化硅鍍層。此外，支桿11還可以用一種惰性氣體吹洗，以防止與過程氣流5接觸。支桿11最好還能通過氣密孔19沿其縱軸線移動，以便易于將底物裝入反應(yīng)器16和從反應(yīng)器16中拆出。
權(quán)利要求
1.一種用于處理至少一個底物(2、2A至2E)的設(shè)備，它包括至少一個與此至少一個底物(2、2A至2E)熱耦合的基座(3)，和一個感應(yīng)加熱裝置(4)，用于感應(yīng)加熱此至少一個基座(3)，其中感應(yīng)加熱裝置(4)和至少一個基座(3)互相配置為，使通過感應(yīng)加熱裝置(4)在至少一個基座(3)上作用的電磁力(FEM)，其方向至少基本上平行于重力(G)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，感應(yīng)加熱裝置至少包括一個感應(yīng)線圈(4)。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，至少一個底物(2)設(shè)置在至少一個基座(3)與感應(yīng)線圈(4)之間。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，此至少一個基座(3)設(shè)置在感應(yīng)線圈(4)與至少一個底物(2)之間。
5.如上述任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，它至少有一個支承裝置(7、8、9)，用于支承至少一個底物(2)和至少一個基座(3)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中，支承裝置包括一個支承盤(9)，支承盤(9)為每一個底物(2A至2D)各設(shè)有一個孔和一個圍繞此孔的支承面(92A至92D)，其中，基座(3)可放入支承盤內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備有一根支桿(11)，支承盤(9)支承在支桿上。
8.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，基座(3)在其背對感應(yīng)線圈(4)的一側(cè)，為每一個底物(2A至2F)至少設(shè)有一塊插入式夾板(12A至12E)，用于固定此至少一個底物(2A至2E)。
9.如上述任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，它有旋轉(zhuǎn)裝置，用于使每一個底物繞預(yù)定的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
10.如上述任一項權(quán)利要求所述的設(shè)備，用于在至少一個底物(2A、2C)的表面(20)上沉積一層(6)，該設(shè)備具有一些裝置(16、18)，它們用來使過程氣流對準(zhǔn)至少一個底物(2A、2C)的表面，底物(2A、2C)用于從過程氣流中化學(xué)沉積出層(6)。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，用于使過程氣流對準(zhǔn)底物表面的裝置設(shè)計為，使過程氣流(5)的流動方向(R)，至少在底物的表面區(qū)內(nèi)，至少基本上對準(zhǔn)與重力(G)反向平行的方向。
12.如權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，用于沉積出單晶碳化硅層。
13.如權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，用于沉積出單晶氮化鎵層。
全文摘要
一種用于處理至少一個底物(2A至2E)的設(shè)備,包括一個與底物熱耦合的基座(3)和一個用于加熱基座的感應(yīng)加熱裝置(4)。感應(yīng)加熱裝置與基座互相配置為,使作用在基座上的電磁力方向平行于重力。從而保證是一種在熱力學(xué)和力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。
文檔編號C23C16/44GK1170775SQ97110770
公開日1998年1月21日 申請日期1997年4月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月4日
發(fā)明者羅蘭·魯普, 約翰尼斯·沃爾考 申請人:西門子公司