專利名稱：化學氣相沉積反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種反應器，尤其是化學氣相沉積反應器，該化學氣相沉積反應器帶有布置在反應器殼體內的可加熱的主體，帶有與主體間隔的、用于加熱主體的加熱裝置，以及帶有與主體間隔的冷卻裝置，該冷卻裝置這樣布置，使得從加熱裝置經由加熱裝置和主體之間的間隙向主體傳遞熱量并且從主體經由主體和冷卻裝置之間的間隙向冷卻裝置傳遞熱量。本發明還涉及一種用于對反應器的工藝腔室中的基體進行熱處理的方法，該工藝腔室由第一和第二壁構成，所述方法尤其用于在化學氣相沉積反應器中沉積層，其中，基體貼靠在構成工藝腔室的第一壁的承受器上，其中，至少一個壁由與該壁間隔的加熱裝置加熱到工藝溫度，并且，為至少一個被加熱的所述壁配設有與之間隔的冷卻裝置，該冷卻裝置這樣布置，使得從加熱裝置經由加熱裝置和被加熱的工藝腔室壁之間的間隙向工藝腔室壁傳遞熱量并且從被加熱的工藝腔室經由被加熱的工藝腔室壁和冷卻裝置之間的間隙向冷卻裝置傳遞熱量。
背景技術：
DE10043601A1記載了同類的反應器。在此所述的反應器具有外壁，通過該外壁將反應器殼體的內腔氣密地與外部環境隔離。工藝腔室位于反應器殼體內部，該工藝腔室在下方由承受器限定邊界，并且在上方由工藝腔室蓋限定邊界。承受器和工藝腔室由石墨制成并且由高頻交變場加熱。相應的射頻(RF)加熱裝置位于承受器的下方或工藝腔室蓋的上方，并且分別具有一個螺旋狀線圈的形狀。線圈主體由空心體構成。空心體被成型為螺旋體。冷卻介質流過空心體，因此加熱裝置同時也是冷卻裝置。由射頻線圈產生的交變場在承受器或工藝腔室蓋中產生渦流，從而加熱承受器或工藝腔室蓋。在DE10320597A1，DE102006018515A1 和 DE102005056320A1 中記載了類似的反應器。DE102005055252A1中同樣描述了同類的裝置，其中，在布置在工藝腔室中的承受器下方設置由石英制成的支承板，該承受器由石墨制成并且同樣由流過冷卻劑的射頻線圈加熱。被圍繞中心軸線旋轉驅動的承受器在氣墊上在該石英板上導引。通過在承受器底側和石英板上側之間的分隔縫中延伸的通道向驅動機構供應驅動氣體，以便旋轉驅動插入在布置于承受器上側內的兜孔中的基體保持件。在此，由冷卻劑流過的射頻線圈與承受器間隔一各間隙。US5516283A記載了一種用于多個圓盤狀的基體的處理裝置，其中，在以一間距相互堆疊的基體之間設置有熱傳遞體。DE19880398B4描述了一種用于基體的溫度測量裝置，其中，由插入包套件內的溫度傳感器測量基體底側上的溫度。US6228173B1記載了一種用于對半導體基體進行熱處理的熱處理裝置。用于反射熱輻射的環形熱補償件位于工作臺下方。
US2005/0178335A涉及一種溫度調節裝置，為此，在被加熱的承受器和冷卻器之間的間隙中導引有傳熱的氣體。存在這樣的技術需求，S卩，局部影響對被加熱的工藝腔室壁的加熱。迄今，為此局部改變加熱功率。由于高頻(HF)交變場的復雜性及其與邊界條件和功率的相關性，因而結果不能讓人滿意。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種裝置，通過該裝置可以能重現地局部影響被加熱的工藝腔室壁的表面溫度。該技術問題通過在權利要求中給出的發明解決，其中，從屬權利要求不僅是獨立權利要求有利的擴展設計方案，而是也分別是該技術問題獨立的解決方案。首先并且基本上設計為，可將一個或多個調節體置入被加熱的壁和冷卻/或加熱裝置之間的間隙中。調節體可以在處理過程中或在兩個相繼的處理過程之間移動，以便由此實現承受器表面上的局部溫度改變。本發明基于這樣的認知，即，在(如在DE102005055252A1中所述的)化學氣相沉積反應器中，大約10%至30%的從射頻(RF)加熱裝置向承受器或被加熱的工藝腔室蓋傳遞的功率作為熱傳導或熱輻射再次回輸到冷卻裝置中，亦即由冷卻劑流過的加熱螺旋體中。通過調節體應當介入該熱回輸路徑。通常，在布置在反應器殼體內的工藝腔室中發生的過程在全壓力下進行，該全壓力大約I毫巴。相應地，在承受器和加熱/冷卻裝置之間的間隙中存在至少I毫巴全壓力的氣體。在此，氣體通常是惰性氣體，例如稀有氣體、氫氣或氮氣。通過這些氣體，在低于 1000°C的工藝溫度通過熱傳導從被加熱的壁，例如承受器的背對工藝腔室的側面向冷卻劑流過的螺旋線圈傳遞額定功率。在更高的溫度時，通過熱輻射向該冷卻體傳遞額定功率。 如果在承受器或工藝腔室蓋和加熱/冷卻裝置之間的間隙中局部置入調節體，則影響這種熱回輸。如果熱回導主要通過熱傳導進行，則調節體優選具有比位于間隙中的氣體的熱導率明顯更高的熱導率。兩個熱導率之間的商優選為至少二并且尤其優選至少五。在所述方法的這種變型中，通過將調節體從外部移入承受器或工藝腔室蓋和冷卻/加熱裝置之間的間隙局部增大熱回輸，使得承受器或工藝腔室蓋的表面溫度在該位置略微下降。如果調節體由絕緣材料制成，則不影響通過射頻耦合向承受器或工藝腔室蓋內的能量輸送。在本發明的一種變型中設計為，所述調節體至少在其朝向承受器或工藝腔室蓋的側面具有反射表面。該表面用于反射從承受器或工藝腔室壁發出的熱輻射，使得從承受器或工藝腔室蓋表面到射頻線圈的熱回輸得以減小。在這種變型中，調節體優選具有非常小的熱導率。然后， 該熱導率小于氣體的熱導率。由此可以局部提高承受器表面上的溫度。還可以替代唯一一個射頻線圈相互環繞地布置多個同軸豎立的射頻線圈。這些線圈可以以不同的功率運行。 因此，實現了到承受器或到工藝腔室蓋的局部能量輸送的粗調。然后，以前述的方式通過調整從承受器或工藝腔室蓋到冷卻裝置的熱回輸實現精細調節。在此可以設置這樣的區域， 在該些區域中提高的功率耦合到承受器或工藝腔室蓋中。在正常狀態下，在這些區域的范圍內可以在加熱線圈和承受器或工藝腔室蓋之間設置調節體。在圓形的加熱區域中，可以在這些加熱區的整個范圍內設置例如由多個部段構成的環形調節體。如果移除該調節體，則導致承受器或工藝腔室蓋的表面溫度升高。因此例如可以比承受器的中間區域更強烈地加熱放置在承受器上的基體的邊緣。由此抑制了基體“呈碗狀”，亦即抑制邊緣的拱起。甚至可能的是，在承受器呈圓形時，基體放置在圍繞承受器中心布置的基體保持件上，其中， 如DE102005055252A1中所述的支承分別一個基體的基體保持件圍繞其軸線旋轉。在這種情況下，僅需要模塊化在徑向外部或徑向內部位于基體保持件的邊緣區域下方的加熱區。 以類似的方式可以降低或提高工藝腔室蓋朝向工藝腔室的表面的環形區上的表面溫度。通過按本發明的方案提供了一種加熱裝置，其加熱功率能以簡單的手段局部影響，使得因此能夠調節尤其在承受器表面上的溫度均勻度。模塊化在其調整方面是魯棒的并且維護較少。僅僅需要通過選擇和布置由冷卻流體流過的射頻線圈進行粗略的預調整。 在此，調整主要通過相對承受器的間距實現。例如由于射頻線圈的螺旋狀構造在承受器的表面溫度分布內出現的不規則同樣可以通過恰當成型和布置的調節體補償。承受器溫度越高，則溫度向加熱線圈中的反饋就越強。


以下參照

本發明的實施例。在附圖中示出圖I是化學氣相沉積反應器的工藝腔室半邊的橫截面視圖，其中，為清晰起見省略了反應器的壁；圖2是沿圖I中線II-II的剖面圖，其中，調節體位于其作用位置；圖3是圖2所示的視圖，帶有置于不作用位置的調節體；圖4是沿圖I中線IV-IV的剖視圖；圖5是本發明的第二種實施例，帶有由噴頭構成的工藝腔室蓋以及圖6是本發明的第三種實施例，其中，還可加熱與承受器2相對置的工藝腔室蓋3。在附圖中為清晰起見僅示意示出了布置在反應器殼體內部中的工藝腔室I并為說明本發明而示意地示出了其它組件，該工藝腔室I帶有其底部2、蓋3。
具體實施例方式工藝腔室I和在附圖中示出的組件位于由不銹鋼制成的反應器殼體內部。設計用于工藝氣體或用于運行布置在反應器殼體內部的加熱裝置4，17的加熱能量的輸送導管穿過未示出的反應器殼體的壁。還設置有用于用過的工藝氣體的排出導管和冷卻劑輸送導管和排出導管，以便將流過冷卻通道5，18的冷卻劑引入反應器殼體以及從反應器殼體導出。 反應器殼體對外是氣密地，因此反應器殼體可以借助于同樣未示出的真空泵抽成真空或者保持在規定的全內壓上。在附圖I至圖4中示出的第一種實施例具有承受器2，該承受器由單部件式或多部件式的石墨盤構成。具有圓盤形狀的承受器2可圍繞位于支柱14內的中心軸線旋轉。為此，支柱14可以由旋轉驅動器旋轉驅動。氣體輸送導管8位于支柱14和承受器2的內部， 該氣體輸送導管通入承受器2的指向工藝腔室I的上側的凹槽中。在所述凹槽中分別有一個圓盤狀的基體保持件7。借助于從流出口噴出的氣體束可以使基體保持件7保持懸浮地旋轉。一個或多個在工藝腔室I中被熱處理的基體位于基體保持件7上。熱處理可以是涂層過程。涂層過程例如是化學氣相沉積過程，優選是有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)過程，其中，通過位于工藝腔室I中央的進氣機構9將反應的工藝氣體與載氣一起導入工藝腔室I中。工藝氣體可以是氫化物，例如NH3，其通過直接位于承受器 2上方的輸送導管12導入工藝腔室中。通過位于其上方的輸送導管11將金屬有機物，例如 TMGa或者TMIn作為工藝氣體導入工藝腔室I中。工藝腔室I在下方通過承受器2限定邊界，而工藝腔室I在上方由工藝腔室蓋3 限定邊界。工藝腔室蓋3和承受器2可以由石墨制成。通過進氣機構9導入工藝腔室I中的工藝氣體基本上僅在布置在基體保持件7上的基體的表面上分解。該基體具有恰當的表面溫度，以便能夠在此裂解地進行分解。分解產物應當在形成單晶線III-V層的情況下沉積在基體表面上。為加熱承受器2而設置有射頻加熱裝置，該射頻加熱裝置由彎曲成螺旋體的管4 構成。螺旋狀彎曲的管4位于承受器2下方的平行平面內。在射頻加熱裝置4和承受器2 的底側之間有間隙。管形成冷卻通道5，冷卻劑(例如水)流過該冷卻通道。由射頻線圈4 產生的高頻交變場在導電的承受器2中激勵出渦流。由于承受器2的電阻，該渦流在此產生熱量，使得承受器2被加熱到1000°C以下或1000°C以上的工藝溫度。承受器2被加熱到的溫度通常在500°C以上。臨時的反應產物和載氣在徑向外部流出圓形的工藝腔室I并且借助于氣體流出環10輸出。由空心體形成的氣體流出環10形成開口 13，氣體可以通過該開口進入氣體流出環10中。氣體流出環10與上面已經述及的真空泵連接。由射頻線圈4產生的電磁交變場具有空間構造，該空間結構不僅與包圍工藝腔室 I的元件的幾何形狀和材料特性有關。電磁交變場的空間結構也與輸入到射頻加熱線圈中的功率有關。因此可以通過射頻線圈4的構造，亦即通過線圈等的間距僅粗略地調整承受器2的朝向工藝腔室I的表面上的溫度分布。通過射頻場耦合到承受器2中的功率從承受器2通過熱輻射和通過經由載氣的熱傳導排放到工藝腔室I內部。在該方向進行朝工藝腔室蓋3的排出。工藝腔室蓋不是自身主動加熱，而是通過由承受器2發出的熱量加熱。但是，由承受器2吸收的射頻能量的重要部分也從承受器2的底側朝冷卻的射頻加熱線圈4發出。加熱線圈4和承受器3之間的間隙通過噴淋氣體(例如氫氣或氮氣)噴淋。在此處通常在一毫巴以上的全壓力下，從承受器2通過熱傳導向加熱線圈4發出額定熱量，該熱量在此由流過冷卻通道5的冷卻介質排出。設置有調節體6。在該實施例中是圓環部段，該圓環部段可沿徑向相對工藝腔室I 的中心從不作用位置移動到作用位置。在圖2中以俯視圖以及在圖I中以橫截面視圖示出了圓環部段6。圖3在俯視圖中示出了處于其不作用位置的調節體6。點劃線示出了圖I 中的、處于不作用位置的調節體。在作用位置補充成圓環的調節體6由熱導率比位于間隙中的氣體明顯更高的材料制成。在圖I所示的實施例中，調節體6具有明顯大于間隙的一半高度的材料厚度。調節體6在此由石英、藍寶石、玻璃或類似不導電的材料制成。因此， 調節體6在其橫截面上構成導熱路線，該導熱路線比沒有調節體的同一路線具有更高的熱導率。因此，調節體6從圖I中點劃線示出的不作用位置移動到實線示出的作用位置導致， 承接器2在由調節體6覆蓋的區域內部出現從承接器2到加熱螺旋體4增大的熱回輸。這導致承受器2的表面局部冷卻。按圖2補充為環的調節體6位于承接器2下方的徑向外部區域中，并且位于基體保持件7的邊緣下方。因為基體保持件7圍繞位于調節體6外面的軸線旋轉，所以僅放置在基體保持件7上的基體的邊緣部段被冷卻。因為基體保持件7在加工過程中連續地圍繞其旋轉軸7旋轉，承接器2的徑向外部區域中的局部溫度下降導致圓形的、例如延伸經過基體保持件7的全部面積的基體的整個邊緣上的基體溫度降低。由此避免了基體撓曲。調節體6可以在涂層過程中通過未示出的、由馬達驅動的機械驅動裝置在兩個于圖2和圖3中示出的位置之間來回移動。在圖5所示的實施例中，用相同的附圖標記標示工藝腔室的相同元件。在該實施例中，工藝腔室蓋3不是由單部件式或多部件式的實心石墨板制成。在此，工藝腔室蓋3具有多個濾網狀布置的流出孔16。工藝腔室蓋3在此由“淋浴頭”15構成。工藝氣體通過流出孔16導入工藝腔室中。而且，在該實施例中，具有高熱導率但電絕緣的位置可變的調節體6位于承接器2 和布置在承接器下方的加熱線圈4之間。在圖6所示的第三實施例中，工藝腔室蓋3由石墨或另一種導電材料制成。在工藝腔室蓋3的上方垂直間隔地同樣存在射頻加熱裝置17，該加熱裝置由彎曲成螺旋體的管構成。管構成冷卻通道8，冷卻劑流過該冷卻通道。由石英、玻璃、藍寶石或其它具有高熱導率但是電絕緣的合適材料制成的調節體19位于射頻加熱線圈和工藝腔室蓋3之間。在此， 也可以設置多個調節體19，所述調節體在圖6所示的作用位置補充為封閉的環。在此，在承受器2和射頻加熱線圈4之間同樣設置有調節體6。調節體19，6可以在位于工藝腔室I的基本輪廓之外的不作用位置和在工藝腔室I的基本輪廓之內的作用位置之間移動。在本發明的一種變型中，調節體6，19由具有非常低的熱導率的材料制成。通過這樣構造的調節體6，19可以減少從承受器2或從工藝腔室蓋3到冷卻通道5或18的熱量回饋。在500到1000°C之間的工藝溫度下，回饋熱量主要的熱輸送機制是熱傳導。在更高的溫度時，則主要是熱輻射。為了能夠最佳地干預該輸送，可以將調節體6的朝向承受器 2的表面6’或調節體19的朝向工藝腔室蓋3的表面19’構造為反射的。在這種設計構造中，通過將調節體6，19移入加熱線圈4，17和承受器2或工藝腔室蓋3之間的間隙而減少從承受器2或工藝腔室蓋3到冷卻通道5，18的熱回輸。調節體6，19的朝向射頻線圈4，17的表面6”，19”同樣可以構造為鏡面的。但這不是必需的。所有公開的特征(本身)都是本發明的實質特征。因此，也將所屬/所附的優先權文件(在先申請副本)的公開內容全文吸納到本申請的公開內容中。也為了該目的，即， 將這些文件的特征合并到本申請的權利要求書中。
權利要求
1.一種反應器，尤其是化學氣相沉積反應器，該反應器帶有布置在反應器殼體內的可加熱的主體(2，3)，帶有與主體(2，3)間隔的用于加熱所述主體(2，3)的加熱裝置(4，17)， 以及帶有與主體(2，3)間隔的冷卻裝置(5，18)，該冷卻裝置這樣布置，使得從加熱裝置(4，17)經由加熱裝置(4，17)和主體(2，3)之間的間隙向主體(2，3)傳遞熱量并且從主體(2， 3)經由主體(2，3)和冷卻裝置(5，18)之間的間隙向冷卻裝置(5，18)傳遞熱量，其特征在于一個或多個可置于冷卻/或加熱裝置(4，5，17，18)之間的間隙中的調節體(6，19)，用于局部影響熱量輸送。
2.如權利要求I或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，在可加熱的主體(2，3)和冷卻裝置(5，18)之間的間隙包含氣體，該氣體具有第一熱導率，并且調節體出，19)具有第二熱導率，該第二熱導率與第一熱導率不同并且尤其是更大，優選至少是兩倍或五倍。
3.如前述權利要求中的一項或多項或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，可加熱的主體(2，3)由形成工藝腔室(I)的第一壁的、用于承接要熱處理的基體的承受器(2)構成或者由工藝腔室(I)的與所述承受器(2)有間距地相對置第二壁(3)構成。
4.如前述權利要求中的一項或多項或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，所述調節體出，19)可從該調節體位于工藝腔室(I)的基本輪廓之外的不作用位置移動到在工藝腔室(I)的基本輪廓內的間隙中的作用位置，或者在間隙中在工藝腔室(I)的基本輪廓內部的兩個作用位置之間移動。
5.如前述權利要求中的一項或多項或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，所述加熱裝置(4，17)由射頻線圈構成，而冷卻裝置由所述射頻線圈中的冷卻通道(5，18)構成。
6.如前述權利要求中的一項或多項或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，所述射頻線圈(4)螺旋狀地布置于延伸在一個水平面內的承接器(2)的下方的一個平面中，并且至少一個所述調節體出)以可移動的方式布置在承接器(2)和射頻線圈(4)之間的與該平面平行的一個平面中。
7.如前述權利要求中的一項或多項或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，所述射頻線圈(17)螺旋狀地布置于延伸在一個水平面內的、與承接器(2)相對置的工藝腔室蓋(3)的上方的一個平面中，并且至少一個所述調節體￠)以可移動的方式布置在所述工藝腔室蓋(3)和射頻線圈(17)之間的與該平面平行的一個平面中。
8.如前述權利要求中的一項或多項或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，所述調節體出，19)是電絕緣體并且尤其由石英制成。
9.如前述權利要求中的一項或多項或尤其是如下所述的反應器，其特征在于，所述調節體(6，19)的朝向可加熱的主體(2,3)或朝向加熱裝置(4，17)的表面(6，，6”，19，，19”) 是反射的。
10.一種用于對反應器的工藝腔室中的基體進行熱處理的方法，該工藝腔室由第一和第二壁(2，3)構成，所述方法尤其用于在化學氣相沉積反應器中沉積層，其中，所述基體貼靠在構成過程腔⑴的第一壁的承受器⑵上，其中，至少一個壁(2，3)由與該壁(2，3)間隔的加熱裝置(4，19)加熱到工藝溫度，并且，至少一個被加熱的所述壁(2，3)配設有與之間隔的冷卻裝置，該冷卻裝置這樣布置，使得從加熱裝置(4，17)經由加熱裝置(4，17)和被加熱的工藝腔室壁(2，3)之間的間隙向工藝腔室壁(2，3)傳遞熱量并且從加熱的工藝腔室壁(2，3)經由被加熱的工藝腔室壁(2，3)和冷卻裝置(5，18)之間的間隙向冷卻裝置(5，18)傳遞熱量，其特征在于，在熱處理過程中和/或在時間上相繼的處理步驟之間，這樣地移動一個或多個可置于冷卻/或加熱裝置(4，5，17，18)之間的間隙中的調節體(6，19)，使得熱傳輸被局部地影響，以局部地影響被加熱的壁(2，3)的朝向工藝腔室(I)的表面的溫度。
11.如權利要求10或尤其是如下所述的方法，其特征在于，在由第一壁構成的承受器 ⑵或由第二壁構成的工藝腔室蓋(3)和配屬于相應的壁的冷卻裝置(5，18)之間的間隙中存在具有第一熱導率的氣體，而調節體出，19)具有第二熱導率，該第二熱導率與第一熱導率相差至少一個倍數(2)。
12.如權利要求10和11中的一項或多項或尤其是如下所述的方法，其特征在于，所述氣體是氫氣、氮氣或惰性氣體，并且所述間隙中的全壓力在一到一千毫巴之間的范圍內，所述調節體(6，19)由石英、藍寶石或玻璃制成并且被加熱的壁(2，3)由石墨體構成。
13.如權利要求10至12之一或尤其是如下所述的方法，其特征在于，所述加熱裝置 (4，17)是由管構成的螺旋狀射頻加熱裝置并且冷卻流體流過由所述管構成的冷卻通道 (5，18)。
全文摘要
本發明涉及一種化學氣相沉積反應器，該化學氣相沉積反應器帶有布置在反應器殼體內的可加熱的主體(2，3)，帶有與主體(2，3)間隔的、用于加熱所述主體(2，3)的加熱裝置(4，17)，以及帶有與主體(2，3)間隔的冷卻裝置(5，18)，該冷卻裝置這樣布置，使得從加熱裝置(4，17)經由加熱裝置(4，17)和主體(2，3)之間的間隙向主體(2，3)傳遞熱量并且從主體(2，3)經由主體(2，3)和冷卻裝置(5，18)之間的間隙向冷卻裝置(5，18)傳遞熱量。為了可重現地局部影響被加熱的工藝腔室壁的表面溫度，本發明建議了在冷卻/或加熱裝置(4，5，17，18)之間的間隙中布置調節體(6，19)。在熱處理過程中和/或在時間上相繼的處理步驟之間，這樣地移動調節體(6，19)，使得局部影響熱傳輸。
文檔編號C23C16/52GK102612571SQ201080039892
公開日2012年7月25日 申請日期2010年8月30日 優先權日2009年9月8日
發明者D.布里恩, G.K.斯特勞赫, M.道爾斯伯格 申請人:艾克斯特朗歐洲公司