专利名称：处理底物的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理底物的设备。
由EP-A-0251825已知一种设备，用于通过化学气相沉积(ChemicalVapour Deposition＝CVD)在底物上沉积外延层。这种已知设备包括多个垂直设置，亦即平行于重力(地心引力，万有引力)方向设置的基座，它们各装有多个底物，并可绕其纵轴线旋转。基座沿着绕一根设在中央的同样为垂直延伸的进气管的一条圆周线排列。通过进气管中的孔流入的用于在底物上沉积外延层的过程气体，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已知另一种用于通过CVD在底物上沉积外延层的设备。这种已知设备包括一个盘形基座，它水平地亦即垂直于重力设置，并与一根垂直的亦即平行于重力设置的旋转轴连接。在一种实施形式中，底物水平地装在基座上。通过旋转的轴，CVD过程气体从下向上流动并进入在基座盘上方的气体腔室。过程气体在此气体室中基本上相对于旋转轴的径向向外流动，并从上方基本上垂直地亦即沿重力方向撞在底物上。底物下面设有感应线圈，它设计为扁平螺旋形(Pan-cake线圈)。在另一种实施形式中，基座盘在其边缘向上成斜面，底物向里倾斜地装在基座盘的倾斜部分上，以便平衡离心力。所配设的感应线圈同样倾斜安装。这种由US-A-3408982已知的设备主要设计用于生产硅外延层，其中，CVD过程的温度调整在1190℃与1450℃之间。
由US3408982公开的设备存在的缺点是，通过感应加热所感生成的电磁力作用在基座上，并也作用于底物上。此电磁力引起机械结构不稳定，由此还可能改变底物上的温度分布。
本发明的目的是提供一种处理底物的设备，其中，底物通过感应加热装置和有关的基座加热，以及，由于感应加热引起的电磁力在处理底物期间不会显著地影响基座的位置。
本发明的目的是这样实现的，即采用一种用于处理至少一个底物的设备，它包括至少一个与此底物热耦合的基座，一个感应加热装置，用于感应加热此至少一个基座，其中感应加热装置和至少一个基座互相配置为，使通过感应加热装置在至少一个基座上作用的电磁力，其方向至少基本上平行于重力。
与已知的设计不同，在那里，在基座上通过感应加热所施加的电磁力相对于重力是反向平行的，而采取按本发明的措施，可获得力学上和热力学上稳定的结构。
尤其是感应加热装置至少包括一个感应线圈，它最好由高频电压源驱动。
在第一种实施形式中，至少一个的底物设置在至少一个基座与感应线圈之间。
在另一种有利的实施形式中则相反，此至少一个的基座设置在感应线圈与至少一个底物之间。于是基座在其背对感应线圈的一侧，可设有至少一个插入式夹板用于固定至少一个的底物，并尤其可支承在一根支杆上。
此外，设备至少包括一个支承装置，用于支承至少一个底物和至少一个基座。支承装置最好有一个支承盘，支承盘上为每个底物各设有一个孔和围绕孔的支承面，基座可放在支承盘内。支承盘可以支承在一根支杆上。
在另一种实施形式中，设备有旋转装置，用于使每一个底物绕一根公共的或各自的一根预定的旋转轴线旋转。尤其是在具有支杆的实施形式中，支杆可以绕其纵轴线旋转。在带有支承盘的支承装置实施形式中，整个支承盘可以旋转。
此外，用于在至少一个底物的表面上沉积外延层的设备，最好设置和包括用于使过程气流对准至少一个用来从过程气流中化学沉积外延层的底物表面的装置。这些用于使过程气流对准底物表面的装置最好设计为，使气流的流动方向至少在底物的表面区内，其方向至少基本上相对于重力反向平行。
本设备的最佳应用是在底物上沉积出单晶碳化硅层或沉积出单晶氮化镓层。
下面参见附图进一步说明本发明，附图中
图1为设备的一种实施形式的横剖面，设备用于处理多个底物，并有一个用于这些底物的支承装置，图2表示图1所示支承装置俯视图，图3表示设备的一种实施形式，设备用于从下面在底物上沉积，并有一个可从上面旋转的底物支承装置，
图4表示用于从下面在底物上沉积的设备，它有一个可从下面旋转的底物支承装置，图5表示具有沿水平方向的过程气体导引的用于在底物上沉积的设备，图6是具有多个底物的插入式夹板的支承装置视图，图7表示具有从下方输入过程气体的用于处理多个底物的设备。
按图1用于处理至少一个底物的设备，包括一个此至少一个底物的支承装置10、一个基座3、一个感应线圈4和一根支杆11。图2是支承装置10从上面看的俯视图，没有表示基座3和感应线圈4。在图1的横剖面中表示了两个底物2A和2C，在图2的俯视图中表示了四个底物2A、2B、2C和2D。支承装置10包括一个支承盘9和一根支杆11，支杆11在中心支承着此支承盘9。支承盘9由底板90和向上伸的侧壁91组成。在底板90中为每一个底物2A至2D各设一个孔93A至93D。围绕着每一个这样的孔93A至93D，在底板90中构成一个支承面92A至92D，在支承面上各放上一个底物2A至2D。支承面92A至92D最好进入底板内部，以便构成一个底物的圆柱形支座，这一支座具有由孔93A至93D确定的内径d，以及具有由支承面92A至92D的径向扩展确定的外径D。内径d选为小于底物2A至2D的直径，而外径D选为大于底物2A至2D的直径。除了附图表示的圆形外，支承面92A至92D当然也可以与其他形状的底物相配，例如矩形。
在图2中表示了四个支承面92A至92D。但通常对于相应地更多个底物设置四个以上的支承面，这些支承面还最好紧密地并列设置。
在将底物2A至2D装在相应的支承面92A至92D上之后，在支承盘9中装入基座3，它最好与支承盘9的内径相配，并尤其可具有一个圆盘的形状。基座3与底物2A至2D热耦合。热耦合可通过热传导或也可通过热辐射或两者兼有地实现。为此，基座3最好与底物2A至2D直接接触。支承盘9最好能套装在支杆11上，并与之可拆式连接。这样可以在处理后方便地更换底物。感应线圈4最好是Pancake线圈类型的扁平线圈，它安装在基座3的上面，至少基本上平行于支承盘9和平行于底物2A至2D以及基座3。
基座3通常用一种导电材料制成。当在感应线圈4中施加最好是高频交流电压时，在基座3中感应涡流，这种涡流转变为焦耳热。通过热耦合，这些热量从基座3传给底物2A至2D。由于感应(楞次定律)，在基座3上作用了一个电磁力(力矢量)FEM。基座3和感应线圈4彼此之间的这种特殊的相对结构关系带来的结果是，电磁力FEM与基座3的重力并因而与重力(力矢量)G是同向的。同向意味着有关的力箭头(矢量)指向同一个方向。作用在基座3上的合力，由电磁力FEM和重力G的矢量和FEM+G得出。此合力FEM+G始终沿重力G的方向，与感应线圈4中的电流无关，并在数量上始终至少有作用在基座3上的重力G那么大。因此在处理期间和感应线圈4工作期间，基座3始终保持它的位置，不会从底物2A至2D上抬起。因此保证底物2A至2D有均匀的加热过程和在底物表面20A和20D上有均匀的温度。因为除此之外底物2A至2D还通过其自身的重力以及基座3的重力压靠在有关的支承面92A至92D上，所以实际上不可能有任何污物从基座3到达要处理的底物表面20A至20D上。这些污物若通过基座3是特别有害的，因为通常基座3在整个设备中处于最高温度位置。因此在每一个底物2A至2D上外延层的生长过程中，提高了外延层的生成质量。
在图1和2所表示的实施形式中，底物2A至2D的自由表面20A至20D从下方进行处理。这些表面20A至20C最好定向为垂直于重力G。因此底物2A至2D通过它们自身的重力压靠在支承面92A至92D上，从而获得了一种相对于基座3为稳定的热耦合。
图3表示了用于处理底物2的设备的一种实施形式。底物2通过其边缘在支承装置7的支承面72上。支承面72构成了在支承装置7的底板70中的一个孔73的边缘。通过在底板70中的孔73，使底物2朝下方的表面20敞开。因此从下面流到底物2的表面20上的用5表示的过程气流，可以例如在底物2表面20进行腐蚀，或尤其通过CVD方法最好在底物2的表面20上生成一个图中未表示的层。出自于流体力学的原因，支承面72最好设计为斜的，所以它的直径朝底物2的方向连续减小。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，支承装置7还有一个侧壁71，它例如可以设计为空心圆柱形并向上亦即逆重力G的方向延伸。支承装置7最好能从上方绕一条最好平行于重力G延伸的旋转轴线旋转。在支承装置7中，在底板70上装了一个基座3，基座3以侧壁71为界并与底物2热耦合。在基座3上面仍设有一个感应线圈4。在基座3上产生的合力F＝FEM+G在图中用箭头表示，这一箭头表示这一作用力的方向，以及，这一合力始终与重力G同向，所以基座3牢牢地定位在支承装置7上，并保证与底物2有恒定的热耦合且是一种稳定的机械结构。
图4表示与图3所示结构类似的设备，但具有一个经修改的图中用8表示的支承装置。如图3中的支承装置7那样，支承装置8同样有底板80，底板80有孔83和支承面82，底物2放在支承面82上。然而，支承装置8不是象在图3中那样向上，而是向下沿重力G的方向延伸，并相对于底物2也在下面固定。此外，支承装置8内部是空心的，在由它所围绕的空腔84内被过程气体5流过。在过程气体5冲击在底物2上之后，为了排出过程气体5，最好在支承装置8的上部区内设图中没有表示的孔。在支承装置8内部的空腔84最好向下逐渐收缩，并在那里成为杆的造型。支承装置8的这一杆状部分最好与一个旋转装置例如电机连接，以便使底物2在处理期间绕一根其方向最好平行于重力G的旋转轴线旋转。在支承装置8的底板80上，仍装有一个被侧壁81围绕的基座3，基座3被设在其上面的感应线圈4加热，以便加热底物2。基座3尽可能配合准确地装在底物2上。
图5表示用于处理底物2的设备的简单结构。现在，底物2以其整个下侧平放在基座3上，基座3最好装在底座15上。感应线圈4安排在底物2上面，所以底物2被设置在感应线圈4与基座3之间。按图5所示的实施形式，过程气体5沿水平的亦即平行于底物2表面20延伸的方向，流过此表面20。为避免过程气体5与感应线圈4接触，可设置图中象征性地表示的隔板40。因为在图5所示的实施形式中电磁力FEM和作用在基座3上的合力F＝FEM+G(它作用在基座3上)，与作用在基座3上的重力G方向相同，所以结构也是稳定的。尤其是，即使改变在感应线圈4中的电能，基座3也不会从底座15抬起。
图6表示一种实施形式，其中基座本身设置作为至少一个底物的支承装置。在图6中表示的是从下面看基座3的视图。基座3在其下面为每一个底物2A至2E设有一个插入式夹板(安装槽)12A至12E，插入式夹板的形状与配属的底物2A至2E的形状相配，在图的举例中为半圆形。底物2A至2E可以从侧向插入有关的插入式夹板12A至12E中，并被这些插入式夹板12A至12E固定。基座3最好同心地绕旋转轴线旋转。插入式夹板12A至12E沿径向设计为，使底物2A至2E在基座3旋转时通过离心力压紧在相关的插入式夹板12A至12E内，由此可在力学上更加稳定。在这种实施形式中，底物2A至2E的处理从下方实现，亦即沿视图方向在基座3的下侧。没有表示的感应线圈设置在基座3的上侧。
图7表示了一种用于通过CVD在多个底物上沉积外延层的设备。设备有一个带支承盘9和支杆11的支承装置以及一个基座3，它们的结构与图1所示的类似，并如图1那样为它们配备有一个感应线圈4。现在这一结构装在反应器16中，在反应器下端，亦即沿重力G的方向看，在底物2A和2C下方设有用于将过程气体5对准底物表面20A和20C的装置。这些用于使过程气流5定向的装置包括气体进入反应器16的进口17，通过进口17在反应器16中引入不同的过程气体，以及包括扩散器18，借助于扩散器18产生均匀的过程气流5。扩散器18可通过一个有规定网孔大小的金属丝网构成。过程气流5从一个处于比底物2A至2E的温度低的空间区22，流到底物表面20A至20E上，然后侧向偏转，并经由与泵连接的出口24从反应器16排出。为了防止感应线圈4受过程气流5的影响最好设置气体进口23，通过这些气体进口23用一种惰性气体，最好是氩气，吹洗感应线圈4和最好也吹洗基座3。支承着支承盘9的支杆11穿过整个反应器16向下延伸，并通过气密孔19尤其是一个旋转密封装置，伸出反应器16之外。在那里设有旋转装置21，它与支杆11在工作上连接起来，并能使支杆11沿其纵轴线旋转。其中，旋转速度可根据要求通过调整加以改变。作为旋转装置21可例如为电动机和相应的变速器。
过程气流5与重力G反向的流动方向用R表示，并在图中表示为沿所示箭头的方向。通过流动方向R与重力G反向平行地定向，在反应器16内部的气体腔内获得一种稳定的热分层，这种分层表明实际上没有任何涡流。所有的参数，如旋转速度、压力和气体流量(流率)，现在可以为了改善生长过程而自由地优化，与此同时不会对流动性能产生损害。
按本发明的设备最好应用于在底物上生长外延层，尤其是用于通过一种CVD过程生长单晶碳化硅层或单晶氮化镓层。
作为用于过程气流5的过程气体，为了生长SiC层，输入工作气体为硅(Si)和碳(C)以及最好至少一种载运气体，这种载运气体通常为氢，必要时还使用一种添加气，用于添加外延的碳化硅。在过程气流5的混合气冲击在加热的底物上时，在氢载运气体的参与下，通过化学反应从工作气体(母体)中沉积出碳化硅。作为底物主要采用单晶碳化硅组成的底物(外延)。在底物上的温度通过感应线圈4的能量进行调整。为了生长碳化硅，在底物上的生长温度通常调整在约900℃和约2500℃之间。
此外，此设备还可应用于通过CVD生产单晶氮化镓(GaN)层。用于生长GaN层的底物尤其可由Al2O3组成，或也可由SiC组成。在底物上的生长温度，在GaN-CVD过程中最好调整在约950℃与约1100℃之间。作为工作气体尤其适用的是氨和镓的碳氢化合物例如三甲基镓或三乙基镓。
支承盘9和支杆11最好用一种相对于过程气流5为惰性的材料制造，或至少有一个惰性材料镀层，例如为了生产SiC有碳化钽或碳化硅镀层。此外，支杆11还可以用一种惰性气体吹洗，以防止与过程气流5接触。支杆11最好还能通过气密孔19沿其纵轴线移动，以便易于将底物装入反应器16和从反应器16中拆出。
权利要求
1.一种用于处理至少一个底物(2、2A至2E)的设备，它包括至少一个与此至少一个底物(2、2A至2E)热耦合的基座(3)，和一个感应加热装置(4)，用于感应加热此至少一个基座(3)，其中感应加热装置(4)和至少一个基座(3)互相配置为，使通过感应加热装置(4)在至少一个基座(3)上作用的电磁力(FEM)，其方向至少基本上平行于重力(G)。
2.如权利要求1所述的设备，其中，感应加热装置至少包括一个感应线圈(4)。
3.如权利要求2所述的设备，其中，至少一个底物(2)设置在至少一个基座(3)与感应线圈(4)之间。
4.如权利要求2所述的设备，其中，此至少一个基座(3)设置在感应线圈(4)与至少一个底物(2)之间。
5.如上述任一项权利要求所述的设备，它至少有一个支承装置(7、8、9)，用于支承至少一个底物(2)和至少一个基座(3)。
6.如权利要求5所述的设备，其中，支承装置包括一个支承盘(9)，支承盘(9)为每一个底物(2A至2D)各设有一个孔和一个围绕此孔的支承面(92A至92D)，其中，基座(3)可放入支承盘内。
7.如权利要求5所述的设备有一根支杆(11)，支承盘(9)支承在支杆上。
8.如权利要求4所述的设备，其中，基座(3)在其背对感应线圈(4)的一侧，为每一个底物(2A至2F)至少设有一块插入式夹板(12A至12E)，用于固定此至少一个底物(2A至2E)。
9.如上述任一项权利要求所述的设备，它有旋转装置，用于使每一个底物绕预定的旋转轴线旋转。
10.如上述任一项权利要求所述的设备，用于在至少一个底物(2A、2C)的表面(20)上沉积一层(6)，该设备具有一些装置(16、18)，它们用来使过程气流对准至少一个底物(2A、2C)的表面，底物(2A、2C)用于从过程气流中化学沉积出层(6)。
11.如权利要求10所述的设备，其中，用于使过程气流对准底物表面的装置设计为，使过程气流(5)的流动方向(R)，至少在底物的表面区内，至少基本上对准与重力(G)反向平行的方向。
12.如权利要求10或11所述的设备，用于沉积出单晶碳化硅层。
13.如权利要求10或11所述的设备，用于沉积出单晶氮化镓层。
全文摘要
一种用于处理至少一个底物(2A至2E)的设备,包括一个与底物热耦合的基座(3)和一个用于加热基座的感应加热装置(4)。感应加热装置与基座互相配置为,使作用在基座上的电磁力方向平行于重力。从而保证是一种在热力学和力学上稳定的结构。
文档编号C23C16/44GK1170775SQ97110770
公开日1998年1月21日 申请日期1997年4月23日 优先权日1996年6月4日
发明者罗兰·鲁普, 约翰尼斯·沃尔考 申请人:西门子公司