DE69906082T2

DE69906082T2 - Beheizen eines substratträgers in einem substratbehandlungsraum

Info

Publication number: DE69906082T2
Application number: DE69906082T
Authority: DE
Inventors: Emanuel Beer; Duoyan Shen; Eitan Zohar; M. Marc KOLLRACK
Original assignee: AKT Inc
Current assignee: AKT Inc
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1999-07-13
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JP4533984B2; KR20010053512A; DE69906082D1; US6225601B1; TW538010B; WO2000002824A1; KR100638414B1; EP1097111A1; EP1097111B1; JP2003527738A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insgesamt auf Substrathandhabungs- und – behandlungskammern, und insbesondere auf das Erhitzen eines Substratträgers in solchen Kammern.
Für Anwendungen, wie Fernsehen mit aktiver Matrix und Rechnerbildschirmen, werden unter anderem Glassubstrate eingesetzt. Jedes Glassubstrat kann Mehrfachbildschirmmonitore bilden, von denen jeder mehr als eine Million Dünnschichttransistoren enthält.
Die Glassubstrate können Abmessungen von beispielsweise 550 mm mal 650 mm haben. Die Tendenz geht jedoch zu noch größeren Substratgrößen, wie 650 mm mal 830 mm und mehr, um die Ausbildung von mehr Bildschirmen auf dem Substrat oder die Fertigung von größeren Bildschirmen zu ermöglichen. Die größeren Abmessungen bedingen noch größere Anforderungen an die Fähigkeiten des Behandlungssystems.
Die Behandlung großer Glassubstrate schließt häufig die Durchführung mehrerer aufeinander folgender Schritte ein, zu denen beispielsweise die Ausführung von chemischen Gasphasenabscheidungsprozessen (CVD), von physikalischen Gasphasenabscheidungsprozessen (PVD) oder Ätzprozessen gehören. Systeme zum Behandeln von Glassubstraten können eine oder mehrere Behandlungskammern zur Durchführung dieser Prozesse aufweisen.
Die plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) ist ein weiterer Prozess, der in weitem Umfang bei der Behandlung von Gassubstraten zur Abscheidung von Schichten elektronischer Materialien auf den Substraten verwendet wird. Bei einem PECVD-Prozess wird ein Substrat in einer Vakuumabscheidekammer angeordnet, das mit einem Paar von parallelen Plattenelektroden versehen ist. Das Substrat wird im Allgemeinen auf einem Suszeptor angebracht, der auch als untere Elektrode dient. Durch einen Gaseinlassverteiler, der auch als obere Elektrode dient, wird ein Strom eines Reaktionsteilnehmergases in der Abscheidekammer vorgesehen. Zwischen den beiden Elektroden wird eine Hochfrequenz-(HF-)Spannung angelegt, die eine HF-Leistung erzeugt, die ausreicht, die Bildung eines Plasmas in dem Reaktionsteilnehmergas herbeizuführen. Das Plasma führt zu einer Zersetzung des Reaktionsteilnehmergases und zu einer Abscheidung einer Schicht des ge wünschten Materials auf der Oberfläche des Substratskörpers. Es können weitere Schichten anderer elektronischer Materialien auf die erste Schicht aufgebracht werden, indem ein weiteres Reaktionsteilnehmergas in die Kammer strömen gelassen wird. Jedes Reaktionsteilnehmergas wird einem Plasma ausgesetzt, das zum Abscheiden einer Schicht des gewünschten Materials führt.
Einige der Behandlung von großen Glassubstraten zugeordneten Probleme entstehen aufgrund ihrer ungewöhnlichen thermischen Eigenschaften. Beispielsweise macht es die niedrige Wärmeleitfähigkeit von Glas schwieriger, das Substrat gleichförmig zu erhitzen oder abzukühlen. Insbesondere sind die Wärmeverluste in der Nähe der Ränder eines großflächigen dünnen Substrats größer als in der Nähe des Zentrums des Substrats, was zu einem nicht gleichförmigen Temperaturgradienten über dem Substrat führt. Die thermischen Eigenschaften des Glassubstrats kombiniert mit seiner Größe machen es deshalb schwieriger, gleichförmige Eigenschaften für die elektronischen Komponenten zu erhalten, die auf unterschiedlichen Abschnitten der Oberfläche des behandelten Substrats gebildet werden. Darüber hinaus ist ein schnelles und gleichförmiges Erhitzen oder Abkühlen der Substrate als Folge ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit schwieriger, wodurch sich besondere Herausforderungen bezüglich der Erzielung eines hohen Durchsatzes ergeben.
Als Beitrag zum Erzielen einer gleichförmigeren Temperatur über großen Substraten hat man Suszeptoren mit mehreren Heizelementen verwendet. Beispielsweise haben einige Suszeptoren innere und äußere Heizelemente. Die Verwendung von mehreren Heizelementen führt jedoch gelegentlich dazu, dass sich der Suszeptor verformt, wenn er sich aufheizt. Ein Grund für die Verformung ist die Temperaturdifferenz, die zwischen den inneren und äußeren Heizelementen auftreten kann. Wenn die Temperaturdifferenz oder der Abstand groß wird, können die Wärmespannungen in dem Suszeptor zu dessen Verformung und in manchen Fällen sogar zu dessen Bruch führen.
Die Erfindung stellt eine thermische Substratbehandlungsvorrichtung mit einer Behandlungskammer, mit einem Substrathalter, der in der Kammer angeordnet ist und ein erstes und ein zweites Heizelement zum Erhitzen des Substrathalters aufweist, und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Temperatur der Heizelemente bereit, wobei die Steuereinrichtung die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements so steuert, dass, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Heizelement am Anfang einen vorgegebenen Wert überschreitet, die Differenz dazu gebracht wird, dass sie kleiner ist als der vorgegebene Wert, und wobei die Steuereinrichtung die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements so steuert, dass, während die Temperatur der Heizelemente auf die jeweiligen Endtemperatur-Sollwerte erhöht werden, die Differenz zwischen der Temperatur des ersten Heizelements und der Temperatur des zweiten Heizelements den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Bei einigen Ausgestaltungen sind das erste und das zweite Heizelement ein inneres und ein äußeres Heizelement, die jeweils in dem Substrat eingebettet sind. Zusätzlich können die Heizelemente unterschiedliche Heizleistungen haben. Beispielsweise hat bei einer Ausgestaltung das zweite Heizelement eine Heizleistung, die größer ist als die Heizleistung des ersten Heizelements.
Die beschriebenen Verfahren sind nicht auf einen Substratträger begrenzt, der nur zwei Heizelemente hat. Stattdessen sind die Techniken zum Beheizen von Substratträgern mit mehr als zwei Heizelementen oder mehr als zwei Heizzonen anwendbar.
Zusätzlich können bei den verschiedenen Ausgestaltungen eine oder mehrere Endtemperatur-Sollwerte für die Heizelemente, die vorgegebene Aufheizgeschwindigkeit R und der vorgegebene Wert ΔT vom Benutzer so gewählt werden, dass eine flexible Technik bereitgestellt wird, die leicht für unterschiedliche Systeme und Ausgestaltungen modifiziert werden kann.
Verschiedene Ausführungen haben einen oder mehrere der folgenden Vorteile. Die Geschwindigkeit, mit der die Zwischentemperatur-Sollwerte für jedes der Heizelemente erhöht wird, ist so ausgelegt, dass sie so hoch wie die vorgegebene Aufheizgeschwindigkeit innerhalb der Grenzen ist, beispielsweise der Möglichkeiten der Heizelemente. Jedes Mal, wenn sich die Heizelement den momentanen Zwischensollwerten annähern, können die Zwischensollwerte erhöht werden, wodurch ein relativ hoher Arbeitszyklus aufrechterhalten wird. Die Aufrechterhaltung eines begrenzten Temperaturabstands zwischen den Heizelementen und die Steigerung der Zwischentemperatur-Sollwerte zu den Endsollwerten hin sorgt für einen Wärmeübergang von dem Heizelement mit der größeren Heizleistung zudem Heizelement mit der niedrigeren Heizleistung hin. Das Heizelement mit der größeren Heizleistung arbeitet deshalb mit einem Leistungszyklus, der höher ist als der Leistungszyklus, den es nur für sein eigenes Heizen verwendet haben würde. Mit anderen Worten, die Leistung des Heizelements mit der größeren Kapazität wird dazu verwendet, die Temperatur der Bereiche des Substratträgers in der Nähe des Heizelements mit der geringeren Heizkapazität zu erhöben.
Durch Begrenzen der Differenz zwischen den Zwischentemperatur-Sollwerten auf einen vorgegebenen Wert wird darüber hinaus die Wahrscheinlichkeit verringert, dass die Temperaturdifferenz zwischen den Heizelementen den vorgegebenen Wert ΔT überschreitet. Dies wiederum kann die Wahrscheinlichkeit einer Verformung eines Bruchs des Substratträgers wesentlich reduzieren, wenn der vorgegebene Wert ΔT sorgfältig ausgewählt wird.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erhitzen eines Substratträgers schließt das Einstellen entsprechender Endtemperatur-Sollwerte für das erste und das zweite Heizelement des Substratträgers ein. Die Differenz in den Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements wird dazu gebracht, dass sie kleiner ist als ein vorgegebener Wert ΔT, wenn die Differenz am Anfang den vorgegebenen Wert überschreitet. Die Temperaturen der Heizelemente werden dann auf ihre entsprechenden Endtemperatur-Sollwerte T_F1, T_F2 basierend auf einer vorgegebenen Aufheizgeschwindigkeit R angehoben. Außerdem werden die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements so gesteuert, dass die Differenz zwischen den Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements den vorgegebenen Wert ΔT nicht überschreitet, während die Temperaturen der Heizelemente auf ihre entsprechenden Endtemperatur-Sollwerte angehoben werden.
Im Allgemeinen brauchen die Endtemperatur-Sollwerte der Heizelemente nicht die gleichen zu sein. Das Steuern der Temperaturen der Heizelemente kann das Einstellen eines ersten Zwischentemperatur-Sollwerts für das erste Heizelement und das Einstellen eines zweiten Zwischentemperatur-Sollwerts für das zweite Heizelement umfassen. Der zweite Zwischensollwert hängt von dem Momentanwert des ersten Zwischensollwerts und dem vorgegebenen Wert ΔT ab. Die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements werden dann auf, ihre jeweiligen Zwischentemperatur-Sollwerte für einen vorgegebenen Verzögerungszeitraum angehoben. Am Ende des Verzögerungszeitraums können neue Zwischensollwerte eingestellt und der Vorgang kann wiederholt werden, bis die Temperatur wenigstens eines der Heizelemente (erstes und zweites) innerhalb einer vorgegebenen Größe des jeweiligen Endsollwertes liegt.
Bei einigen Ausführungen wird der zweite Zwischenwert, der für das zweite Heizelement verwendet wird, so eingestellt, dass er gleich dem Momentanwert des ersten Zwischensollwerts plus dem vorgegebenen Wert ΔT ist. Der Wert des ersten Zwischensollwerts kann von der Momentantemperatur des ersten Heizelements und der vorgegebenen Aufheizgeschwindigkeit R abhängen. Beispielsweise kann der erste Zwischensollwert so eingestellt werden, dass er gleich der Summe aus der Momentantemperatur des ersten Heizelements und aus dem Wert der vorgegebenen Aufheizgeschwindigkeit R ist.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden, ins Einzelne gehenden Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen
1 eine beispielsweise thermische Abscheidungskammer zeigt,
2 einen beispielsweisen Substratträger für die Kammer von 1 zeigt,
3 ein Glassubstrat zeigt, das auf dem Substratträger von 2 angeordnet ist,
4 ein Steuersystem zum Steuern der Temperatur des Substratträgers von 2 nach der Erfindung zeigt, und
5A und 5B Ablaufdiagramme sind, die ein Verfahren zum Erhitzen des Substratträgers von 2 nach der Erfindung darstellen.
Gemäß 1 hat eine Vorrichtung 10 für die plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung eine Abscheidekammer 12 mit einer Öffnung durch eine obere Wand 14 und eine erste Elektrode oder einen Gaseinlassverteiler 16 in der Öffnung. Alternativ kann die obere Wand 14 massiv sein und sich die Elektrode 16 angrenzend an der Innenfläche der oberen Wand befinden. Ein Substratträger, wie ein Suszeptor 18 in Form einer Platte, erstreckt sich innerhalb der Kammer 12 parallel zur ersten Elektrode 16. Der Suszeptor 18 besteht aus Aluminium und kann mit einer Schicht aus Aluminiumoxid überzogen sein. In den Suszeptor 18 sind ein erstes oder inneres Heizelement 46 und ein zweites oder äußeres Heizelement 48 (2) eingebettet, die beispielsweise von Heizwicklungen gebildet werden können. Bei einigen Ausgestaltungen brauchen die Heizelemente 46, 48 nicht in den Suszeptor 18 eingebettet zu werden, solange sie in einem thermischen Kontakt mit dem Suszeptor oder einem anderen Substratträger stehen.
Obwohl die Heizkapazität der Heizelemente 46, 48 die gleiche sein kann, hat bei einer Ausgestaltung das äußere Heizelement 48 eine relativ hohe Heizleistung, während das innere Heizelement 46 eine relativ geringe Heizleistung hat. Bei der gezeigten Ausführung wird beispielsweise das äußere Heizelement 48 mit etwa 40 Kilowatt (kW) gespeist, während dem inneren Heizelement 46 etwa 20 kW zugeführt werden. Die Bereitstellung von mehr Leistung für das äußere Heizelement 48 kann zum Ausgleich von Wärmeverlusten beitragen, die gewöhnlich nahe am Außenumfang des Suszeptors 18 größer sind. Bei anderen Ausgestaltungen kann jedoch das innere Heizelement 46 mit einer höheren Leistung als das äußere Heizelement 48 beaufschlagt werden, während die Rolle des inneren und äußeren Heizelements 46, 48 vertauscht werden kann. Damit die Heizelemente 46, 48 unterschiedliche Heizleistungen haben, können unterschiedliche Leistungsquellen verwendet werden. Alternativ kann eine gemeinsame Quelle verwendet werden, wobei die Heizleistung der Heizelemente 46, 48 dadurch verschieden gemacht wird, dass die Heizelemente aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Die Wahl, welches Heizelement mit einer größeren Heizleistung versehen werden soll, hängt unter anderem von der Größe der jeweiligen Zonen an dem Suszeptor 18 ab, die die Heizelement 46, 48 aufheizen sollen. Auf jeden Fall kann die Bereitstellung der Heizelemente 46, 48 mit unterschiedlichen Heizleistungen bei der Behandlung von Glassubstraten besondere Bedeutung haben, die Abmessungen von 650 mm mal 830 mm und mehr aufweisen, und zwar aufgrund der großen Abmessung solcher Substrate sowie der thermischen Eigenschaften des Glases.
Der Suszeptor 18 ist mit Masse verbunden, so dass er als zweite Elektrode wirkt, und ist am Ende eines Schaftes 20 (1) angebracht, der sich vertikal durch eine Bodenwand 22 der Kammer 12 erstreckt. Der Schaft 20 ist vertikal beweglich, damit der Suszeptor 18 die Vertikalbewegung zu der ersten Elektrode 16 hin und von ihr weg ausführen kann.
Zwischen dem Suszeptor 18 und der unteren Wand 22 der Kammer 12 erstreckt sich horizontal eine Abhebeplatte 24 im Wesentlichen parallel zum Suszeptor und ist vertikal beweglich. Von der Abhebeplatte 24 stehen Abhebestifte 26 vertikal nach oben. Die Abhebestifte 26 sind so positioniert, dass sie sich durch Hublöcher 28 in dem Suszeptor 18 erstrecken können, wobei ihre Länge etwas größer ist als die Dicke des Suszeptors. Obwohl nur zwei Abhebestifte 26 in 1 gezeigt sind, können zusätzliche Abhebestifte im Abstand um die Abhebeplatte 24 herum vorgesehen werden.
Durch eine Seitenwand 32 der Kammer 12 erstreckt sich ein Gasauslass 30, der mit einem System (nicht gezeigt) zum Evakuieren der Kammer verbunden ist. In den Gaseinlassverteiler 16 erstreckt sich ein Gaseinlassrohr 42, das über ein Gasumschaltnetzwerk mit Quellen verschiedener Gase (nicht gezeigt) verbunden ist. Die erste Elektrode 16 ist mit einer HF-Leistungsquelle 36 verbunden. Zum Transportieren eines Substrats 38 durch eine Ladeschleusentür in die Abscheidungskammer 12 kann ein Überführungsmechanismus (nicht gezeigt) vorgesehen werden, in der das Substrat auf den Suszeptor 18 überführt werden kann (1 und 3). Der Überführungsmechanismus kann auch zum Entfernen des behandelten Substrats aus der Kammer verwendet werden.
Vor dem Überführen eines Substrats 38 auf den Suszeptor 18 wird der Suszeptor auf eine gewünschte Temperatur von beispielsweise etwa 400°C vorerhitzt. Wie im Einzelnen nachstehend näher beschrieben wird, steuert eine Temperatursteuerung 50 (4), beispielsweise ein Rechner oder ein anderer Prozessor, die Temperatur der Heizelemente 46, 48. Die Steuerung 50 ist mit einer Software programmiert und so gestaltet, dass sie die nachstehend beschriebenen Funktionen ausführt. Zum Messen der Temperatur der Heizelemente 46, 48 können Thermoelemente 52 verwendet werden, die mit der Steuerung 50 verbunden sind, um diese Informationen für die Steuerung zu liefern.
Die Software erlaubt einem Benutzer die Eingabe von Werten für mehrere Variablen, einschließlich von Endsollwerten T_F1, T_F2 für die Temperatur des inneren und äußeren Heizelements 46, 48. Die Werte der vom Benutzer definierten Variablen können beispielsweise unter Verwendung einer Tastatur 44 oder einer anderen Eingabevorrichtung eingegeben werden, die mit der Steuerung 50 verbunden ist. Die Endsollwerte T_F1, T_F2 für die Heizelemente 46, 48 können sich voneinander unterscheiden. Die Bereitstellung von unterschiedlichen Sollwerten ermöglicht es, dass der Wärmestrom von einem Bereich des Suszeptors 18 zu einem anderen genauer gesteuert werden kann, was nachstehend im Einzelnen näher beschrieben ist. Ein solcher Wärmestrom kann zum Kompensieren der großen Abmessung und der relativ schlechten Wärmeeigenschaften von Glassubstraten erwünscht sein.
Die Software erlaubt es dem Benutzer auch, den Wert einer Aufheizgeschwindigkeit R auszuwählen, der eine annähernde Geschwindigkeit (°C/Minute) definiert, mit der die Temperaturen der Heizelemente 46, 48 zunehmen. Bei einer beispielsweisen Ausführungsform wird R auf 10°C pro Minute eingestellt. Eine Sperre in der Software verhindert, dass ein Wert für R verwendet wird, wenn dieser das System überhitzen oder auf andere Weise beschädigen würde. Wenn ein Wert R vom Benutzer ausgewählt ist, der eine maximale Geschwindigkeit überschreitet, kann das System abgeschaltet werden oder es kann ein maximaler Standardwert für die Geschwindigkeit R verwendet werden.
Bei einigen Ausführungen gibt der Benutzer auch einen maximal zulässigen Wert für die Differenz ΔT zwischen der gemessenen Temperatur T₁ des inneren Heizelements 46 und der gemessenen Temperatur T₂ des äußeren Heizelements 48 ein. Bei anderen Ausführungen wird jedoch der Wert ΔT in der Software vorher eingestellt und nicht vom Benutzer festgelegt. Auf jeden Fall wird der Wert von ΔT festgelegt, bevor der Suszeptor 18 erhitzt wird. Bei einer beispielsweisen Ausführung wird der Wert ΔT auf 20°C eingestellt, obwohl auch andere Werte verwendet werden können, was von dem speziellen Aufbau des Suszeptors 18 und dem durchzuführenden Prozess abhängt. Die vom Benutzer definierten Werte werden in einem Speicher 56 gespeichert.
Wenn der Benutzer einmal den Wert der vom Benutzer definierten Variablen einschließlich der Werte für die Endsollwerte T_F1, T_F2 und die Aufheizgeschwindigkeit R eingegeben hat, werden gemäß 5A und 5B diese Werte von dem Speicher 56 (Schritt 100) gelesen. Wenn der Wert für ΔT vom Benutzer eingestellt wird, wird er ebenfalls von dem Speicher wiedergewonnen. Es werden verschiedene Variablen vom Booleschen Typ und andere Variablen initialisiert (Schritt 102). Beispielsweise wird am Anfang ein Boolesches Steuerzeichen F auf "falsch" gesetzt. Der Status des Steuerzeichens F wird auf "richtig" geändert, wenn die Temperatur des inneren Heizelements 46 niedriger als ein vorgegebener Betrag T_S unterhalb des Endsollwerts T_F1, ist, mit anderen Worten, wenn T₁ < T_F1 – T_S. Bei einer Ausführungsform beträgt beispielsweise der vorgegebene Wert T_S 5°C. Wenn somit der Endsollwert T_F1, auf 400°C eingestellt ist, schaltet das Steuerzeichen F auf "richtig", wenn die Temperatur des inneren Heizelements 46 kleiner als 395°C ist. Wenn außerdem der Wert ΔT vom Benutzer nicht eingestellt wird, würde der Wert von ΔT im Schritt 102 initialisiert werden.
Anschließend wird eine Bestimmung durchgeführt, ob entweder die Temperatur T₁ des inneren Heizelements 46 oder die Temperatur T₂ des äußeren Heizelements 48 über seinem jeweiligen Endsollwert T_F1, T_F2 (Schritt 104) liegt. Wenn das System das erste Mal eingeschaltet wird, liegen beide Heizelemente 46, 48 normalerweise unter ihren ersten Endsollwerten. Wenn jedoch die Bestimmung im Schritt 104 bejahend ist, werden beide Heizelemente 46, 48 abgeschaltet (Schritt 106). Die Steuerung wartet eine vorgegebene Zeit (Schritt 108), beispielsweise 30 Sekunden, und kehrt dann zum Schritt 104 zurück, um die Temperaturen T₁, T₂ zu prüfen. Die Steuerung 50 setzt den Zyklus über die Schleife fort, die von den Schritten 104 bis 108 gebildet wird, bis beide Heizelemente 46, 48 unter ihren jeweiligen Endsollwerten T_F1, T_F2 liegen. Die Steuerung 50 aktiviert dann die Heizelemente 46, 48, indem sie für sie Leistung zur Verfügung stellt (Schritt 110).
Als Nächstes führt die Steuerung 50 eine Vorheiz-Vorbereitungsstufe durch, um zu gewährleisten, dass die Differenz zwischen den Momentantemperaturen T₁, T₂ der Heizelemente 46, 48 die maximal zulässige Differenz ΔT nicht überschreitet. Deshalb wird eine Bestimmung durchgeführt, ob der Wert T₁ minus T₂ den Wert von ΔT (Schritt 112) überschreitet. Wenn dieser Wert ΔT nicht überschreitet, mit anderen Worten, wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem inneren und äußeren Heizelement 46, 48 nicht zu groß ist, fährt die Steuerung 50 fort, einen vorläufigen Suszeptor-Aufheizprozess durchzuführen, der die Temperatur des Suszeptors 18 auf die gewünschten Endsollwerte, wie nachstehend beschrieben, anhebt.
Wenn andererseits bei dem Schritt 112 bestimmt wird, dass die Differenz zwischen T₁ und T₂ den Wert ΔT überschreitet, wird das heißere Heizelement, beispielsweise das äußere Heizelement 48, abgeschaltet und das verbleibende Heizelement 46 erhitzt (Schritt 114). Während des Schritts 114 wird ein Zwischensollwert T_1(INT) für die Temperatur des inneren Heizelements 46 erstellt, wobei dann
T1(INT) = T1 + [(R) × (Minuten)].
Zusätzlich darf sich während des Schritt 114 das innere Heizelement 46 mit einem Maximum aufheizen, das größer ist als der Wert R. Bei einer Ausführung darf beispielsweise das innere Heizelement 46 sich mit einer maximalen Geschwindigkeit aufheizen, die gleich dem Doppelten des Wertes von R ist. Natürlich kann die tatsächliche Geschwindigkeit, mit der sich das innere Heizelement während dieses Schritts aufheizt, durch die physikalischen Möglichkeiten des Heizelements begrenzt werden. Die Steuerung 50 wartet dann, bis ein vorgegebener Verzögerungszeitraum abgelaufen ist (Schritt 116). Die vorgegebene Verzögerung kann beispielsweise 30 Sekunden betragen. Während des Verzögerungszeitraums darf die Temperatur des inneren Heizelements 46 den Momentanwert von T_1((INT) nicht überschreiten. Am Ende des Verzögerungszeitraums kehrt die Steuerung 50 zum Schritt 112 zurück und bestimmt, ob der Wert von T₁ minus T₂ den Wert ΔT überschreitet. Die Steuerung fährt fort, die von den Schritten 112 bis 116 gebildete Schleife zu durchlaufen, bis die Differenz zwischen der Temperatur T₁ des inneren Heizelements und der Temperatur T₂ des äußeren Heizelements den Wert ΔT nicht überschreitet. Die Steuerung 50 führt dann einen vorläufigen Suszeptor-Aufheizvorgang durch, der die Temperatur des Suszeptors 18 auf die gewünschten Endsollwerte bringt.
Obwohl der von der Steuerung 50 durchgeführte Algorithmus dazu beiträgt, zu gewährleisten, dass die Differenz zwischen den Temperaturen der Heizelemente ΔT nicht überschreitet, kann die Aufrechterhaltung eines Nicht-Null-Abstands zwischen den Temperaturen der Heizelemente, der kleiner ist als ΔT, zu einem Wärmestrom zwischen Bereichen des Suszeptors 18 führen, der es ermöglicht, dass sich der Suszeptor schneller und effizienter aufheizt. Dadurch kann, wie nachstehend näher beschrieben wird, die höhere Heizleistung des äußeren Heizelements 48 beispielsweise dazu benutzt werden, die Aufheizung durch das innere Heizelement 46 zu steigern.
Insgesamt ist der vorläufige Suszeptor-Aufheizprozess, wie nachstehend beschrieben, so ausgelegt, dass der Suszeptor 18 auf seine Endtemperatur so schnell wie möglich basierend auf der Geschwindigkeit R aufgeheizt werden kann, die von dem Benutzer gewählt wird, während die Differenz zwischen den Temperaturen der Heizelemente 46, 48 auf Werten gehalten wird, die kleiner als ΔT sind. Es werden beide Heizelemente eingeschaltet (Schritt 118) und eine Bestimmung durchgeführt, ob entweder die Temperatur T₁ des inneren Heizelements 46 kleiner als T_F1, minus T_S ist oder ob die Temperatur T₂ des äußeren Heizelements 48 kleiner als T_F2 minus T_S ist (Schritt 120). Wenn sich beide Heizelemente 46, 48 in der Nähe ihrer jeweiligen Endsollwerte befinden, also wenn, mit anderen Worten, die Bestimmung in Schritt 120 negativ ist, werden die Zwischensollwerte T_1((INT) und T_2((INT) für beide Heizelemente so eingestellt, dass ihre jeweiligen Endsollwerte T_F1, T_F2 es ermöglichen, den Suszeptor 18 auf seine Endtemperatur aufzuheizen (Schritt 140). Der vorläufige Suszeptor-Aufheizvorgang wäre dann abgeschlossen, und die Steuerung 50 steuert die Heizelemente 46, 48, um die Suszeptortemperatur auf dem gewünschten Niveau zu halten.
Wenn andererseits die Bestimmung in Schritt 120 bejahend ist, also wenn, mit anderen Worten, die Temperatur wenigstens eines der Heizelemente 46, 48 sich nahe bei dem jeweiligen Endsollwert befindet, wird eine Bestimmung durchgeführt, ob die Temperatur T₁ des inneren Heizelements 46 kleiner als T_F1 minus T_S ist (Schritt 124). Wenn die Bestimmung als negativ beantwortet ist, wenn also, mit anderen Worten, die Temperatur des inneren Heizelements 46 sich nahe an seinem Endsollwert T_F1 befindet, wird das Steuerzeichen F auf "falsch" rückgestellt, und der Zwischensollwert T_1((INT) für das inneren Heizelement 46 wird auf den Endsollwert T_F1 gesetzt.
Wenn die Bestimmung in Schritt 124 als bestätigend beantwortet wird, also, wenn mit anderen Worten, die Temperatur T₁ des inneren Heizelements 46 sich nicht in der Nähe ihres Endsollwerts T_F1 befindet, wird das Steuerzeichen F auf "richtig" (Schritt 128) gesetzt. Außerdem wird der Zwischensollwert T_1((INT) für die Temperatur des inneren Heizelements 46 gleich der Momentantemperatur T₁ des inneren Heizelements plus dem Wert der Heizgeschwindigkeit R (Schritt 130) gesetzt, mit anderen Worten, T_1((INT) = T₁ + [(R) × (Minuten)].
Unabhängig davon, ob der Algorithmus dem Schritt 126 oder den Schritten 128 bis 130 folgt, fährt die Steuerung 50 fort, eine Bestimmung durchzuführen, ob drei Bedingungen genügt wird (Schritt 132). Erstens muss das Steuerzeichen F auf "richtig" gesetzt werden, d.h. die Temperatur T₁ des inneren Heizelements 46 muss um wenigstens T_S kleiner als ihr Endsollwert T_F1 sein. Zweitens muss die Temperatur T₂ des äußeren Heizelements 48 gut unter ihrem Endsollwert liegen, d.h. T₂ < T_F2 – T_S. Drittens muss die Summe aus ΔT und aus dem momentanen Zwischensollwert T_1((INT), der sich für das innere Heizelement 46 eingestellt hat, kleiner als der Endsollwert T_F2 für das äußeren Heizelement sein, d.h. ΔT + T_1((INT) < T_F2.
Diese letzte Bedingung trägt dazu bei, zu verhindern, dass das äußere Heizelement 48 über den Endsollwert T_F2 hinausschießt, wenn der Algorithmus zu dem Schritt 136 weitergeht.
Wenn einer oder mehreren dieser drei Bedingungen nicht genügt wird, wird ein Zwischensollwert T_2((INT) für das äußere Heizelement 46 so gesetzt, dass er gleich dem Endsollwert T_F2 (Schritt 134) ist. Die Steuerung 50 wartet dann den Ablauf eines vorgegebenen Verzögerungszeitraums ab (Schritt 138). Die vorgegebene Verzögerung kann beispielsweise sechzig Sekunden betragen, obwohl andere Verzögerungen in manchen Situationen geeignet sein können. Am Ende des Verzögerungszeitraums kehrt die Steuerung 50 zum Schritt 120 zurück.
Wenn andererseits allen drei Bedingungen im Schritt 132 genügt wird, wird der Zwischensollwert T_2((INT) für das äußere Heizelement 48, wie durch den Schritt 136 angegeben, entsprechend dann
T2((INT) = T1((INT) + ΔT.
gesetzt. Die Steuerung 50 wartet dann den Ablauf eines vorgegebenen Verzögerungszeitraums (Schritt 138) ab. Der vorgegebene Verzögerungszeitraum kann beispielsweise 60 Sekunden betragen, obwohl andere Verzögerungen in manchen Fällen geeignet sein können. Am Ende des Verzögerungszeitraums kehrt die Steuerung 50 zum Schritt 120 zurück.
Insgesamt sollte während des Verzögerungszeitraums von Schritt 138 die Temperatur T₁ des inneren Heizelements 46 den Momentanwert von T_1((INT) nicht überschreiten, und die Temperatur T₂ des äußeren Heizelements 48 darf den Momentanwert von T_2((INT) nicht überschreiten. Indem man die Werte T_1((INT) und T_2((INT) voneinander abhängig macht, wie dies durch die Gleichung in Schritt 136 zum Ausdruck kommt, wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Differenz zwischen den Temperaturen T₁, T₂ der Heizelemente 46, 48 zu groß wird, stark verringert. Deshalb kann der Suszeptor 18 auf seine Endtemperatur basierend auf der vom Benutzer gewählten Geschwindigkeit R und gleichzeitig in einer Art und Weise aufgeheizt werden, die die Möglichkeit eines Suszeptorbruchs wesentlich reduziert.
Die Steuerung 50 fährt mit der Ausführung der von den Schritten 120 bis 138 gebildeten Schleife fort, bis die Temperaturen T₁, T₂ beider Heizelemente 46, 48 nahe an ihren jeweiligen Endsollwerten T_F1, T_F2 liegen, so dass die Zwischensollwerte T_1((INT), T_2((INT) jeweils gleich T_F1, T_F2 (Schritt 440) gesetzt werden können. Wenn die Heizelemente 46, 48 einmal ihre jeweiligen Endsollwerte T_F1, T_F2 erreichen, ist der vorläufige Suszeptor-Aufheizprozess abgeschlossen, und die Steuerung 50 steuert die Heizelemente 46, 48 so, dass die Suszeptortemperatur auf der gewünschten Endtemperatur gehalten wird. Dann kann ein Substrat auf den Suszeptor 18 für das Erhitzen und Behandeln überführt werden.
Die Geschwindigkeit, mit der die Zwischentemperatur-Sollwerte für jedes der Heizelemente 46, 48 erhöht werden, ist so ausgelegt, dass sie so hoch wie die Geschwindigkeit R ist, die vom Benutzer gewählt wird, obwohl die tatsächliche Aufheizgeschwindigkeit durch die Heizleistungen der Heizelemente oder durch andere Faktoren begrenzt werden kann. Jedes Mal, wenn sich die Heizelemente 46, 48 den Momentan-Zwischensollwerten nähern, werden die Zwischensollwerte erhöht, wodurch ein relativ hoher Betriebszyklus aufrechterhalten wird. Die Aufrechterhaltung eines begrenzten Temperaturabstands zwischen den Heizelemente 46, 48 und die konstante Steigerung der Zwischentemperatur-Sollwerte führt zu einem Wärmeübergang von dem Heizelement mit der größeren Heizleistung (beispielsweise dem äußeren Heizelement 48) zu dem Heizelement mit der geringeren Heizleistung (beispielsweise dem inneren Heizelement 46). Das Heizelement mit der größeren Heizleistung arbeitet deshalb mit einem Betriebszyklus, der höher als der Betriebszyklus ist, den er nur für sein eigenes Aufheizen eingesetzt haben würde. Mit anderen Worten, die Leistung des Heizelements mit der größeren Kapazität wird zur Steigerung der Temperatur von Suszeptorbereichen in der Nähe des Heizelements mit der geringeren Kapazität verwendet.
Obwohl die vorstehend erörterte Ausführung für einen Substratträger mit zwei Heizelementen beschrieben wurde, kann dieses Verfahren verwendet werden, um einen Substratträger zu erhitzen, der mehr als zwei Heizelemente hat. Bei einer solchen Ausgestaltung können alle Heizelemente mit Ausnahme des kältesten Heizelements wie das oben beschriebene äußere Heizelement behandelt werden, nämlich dass die Temperaturdifferenz zwischen dem kältesten Heizelement und jedem der anderen Heizelemente den vorgegebenen Wert ΔT nicht überschreitet.
Die vorstehende Technik kann auch in Verbindung mit anderen Substratträgern als Suszeptoren verwendet werden, beispielsweise Heizplatten, sowie in Substrathandhabungssystemen, die andere Verfahren als PECVD verwenden. Beispielsweise kann die Technik eine breite Vielfalt von Substratbehandlungssystemen umfassen, bei denen ein Substrat erhitzt wird. Die Technik kann auch zur Steuerung des Erhitzens eines Substratträgers in anderen Kammern als Prozesskammern verwendet werden, beispielsweise in Vorheiz- oder Ladeschleusenkammern. Zusätzlich kann das beschriebene Verfahren zum Erhitzen von Substratträgern für Substrate eingesetzt werden, die aus anderen Materialien als Glas bestehen.
Weitere Ausgestaltungen liegen innerhalb des Rahmens der folgenden Ansprüche.

Claims

Thermische Substratbehandlungsvorrichtung – mit einer Behandlungskammer (12), – mit einem Substrathalter (18), der in der Kammer angeordnet ist und ein erstes und ein zweites Heizelement (46, 48) zum Erhitzen des Substrathalters aufweist, und – mit einer Steuereinrichtung (50) zum Steuern der Temperatur der Heizelemente, – wobei die Steuereinrichtung die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements so steuert, dass, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Heizelement am Anfang einen vorgegebenen Wert überschreitet, die Differenz dazu gebracht wird, dass sie kleiner ist als der vorgegebene Wert, und – wobei die Steuereinrichtung die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements so steuert, dass, während die Temperatur der Heizelemente auf die jeweiligen Endtemperatur-Sollwerte erhöht werden, die Differenz zwischen der Temperatur des ersten Heizelements und der Temperatur des zweiten Heizelements den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Endtemperatur-Sollwert des ersten Heizelements (46) ein anderer ist als der Endtemperatur-Sollwert des zweiten Heizelements (48).
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass sie die Temperatur dadurch steuert, dass (a) ein erster Zwischentemperatur-Sollwert für das erste Heizelement (46) eingestellt wird, (b) ein zweiter Zwischentemperatur-Sollwert für das zweite Heizelement (80) eingestellt wird, wobei der zweite Zwischensollwert von einem Momentanwert des ersten Sollwerts und dem vorgegebenen Wert abhängt, und (c) die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements zu ihren jeweiligen Zwischentemperatur-Sollwerten hin erhöht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass (d) die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements zu ihren jeweiligen Zwischensollwerten hin für einen vorgegebenen Verzögerungszeitraum ansteigen dürfen und (e) die Schritte (a), (b), (c) und (d) wiederholt werden, bis die Temperatur wenigstens eines der Heizelemente (erstes und zweites) innerhalb einer vorgegebenen Größe seines jeweiligen Endsollwerts liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass der zweite Zwischenwert so eingestellt wird, dass er einem Momentanwert des ersten Zwischensollwerts plus dem vorgegebenen Wert gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass der Wert des ersten Zwischensollwerts basierend auf einer Momentantemperatur des ersten Heizelements und einer vorgegebenen Auafheizgeschwindigkeit berechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass der erste Zwischensollwert so eingestellt wird, dass er der Momentantemperatur des ersten Heizelements plus dem Wert einer vorgegebenen Aufheizgeschwindigkeit gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass (d) der zweite Zwischenwert so eingestellt wird, dass er dem Momentanwert des ersten Zwischensollwerts plus dem vorgegebenen Wert gleich ist, (e) die Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements (46, 48) zu ihren jeweiligen Zwischensollwerten hin über einen vorgegebenen Verzögerungszeitraum ansteigen dürfen und (f) die Schritte (a), (b), (c), (d) und (e) wiederholt werden, bis die Temperatur wenigstens eines der Heizelemente (erstes und zweites) innerhalb einer vorgegebenen Größe und eines jeweiligen Endsollwerts liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das erste Heizelement (46) ein inneres Heizelement ist, das in den Substrathalter (18) eingebettet ist, während das zweite Heizelement (48) ein äußeres Heizelement ist, das in den Substrathalter eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das erste Heizelement (46) eine erste Heizkapazität und das zweite Heizelement (48) eine zweite Heizkapazität hat, die größer ist als die erste Heizkapazität.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass sie die folgenden Funktionen ausführt, wenn die Differenz in den Temperaturen des ersten und zweiten Heizelements (46, 48) am Anfang nicht kleiner als der vorgegebene Wert ist: (d) Das zweite Heizelement wird abgeschaltet und (e) das erste Heizelement darf aufheizen, während das zweite Heizelement abgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Steuereinrichtung (50) weiterhin so gestaltet ist, dass es die folgenden Funktionen ausführt: (f) Das erste Heizelement (46) darf für einen vorgegebenen Zeitraum aufheizen und (g) es wird geprüft, ob die Differenz zwischen den Temperaturen der Heizelemente (46, 48) den vorgegebenen Wert nach Abschluss des vorgegebenen Zeitraums überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die Steuereinrichtung (50) weiterhin so gestaltet ist, dass sie die folgenden Funktionen ausführt: Die Funktionen (d), (e), (f) und (g) werden wiederholt bis die Differenz zwischen den Temperaturen der Heizelemente den vorgegebenen Wert nicht länger überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher die Steuereinrichtung (50) so gestaltet ist, dass das erste Heizelement (46) mit einer maximalen Geschwindigkeit aufheizen darf, die eine vorgegebene Aufheizgeschwindigkeit überschreitet, während das zweite Heizelement (48) abgeschaltet ist.