專利名稱：具有控制定位的襯托器的外延反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)生產(chǎn)襯底中使用的外延反應(yīng)器；本發(fā)明還包括一種用于控制該反應(yīng)器的襯托器的位置的方法。
背景技術(shù)：
在本文中考慮的(尤其是在微電子工業(yè)中使用的)反應(yīng)器領(lǐng)域中，術(shù)語(yǔ)″襯托器(susceptor)″指在外延生長(zhǎng)的過(guò)程中接納襯底(通常也稱作薄片或晶片)的加熱的支撐件。
襯托器置于通常由石英制成的反應(yīng)室內(nèi)部，而襯底位于襯托器上表面、在各個(gè)座位內(nèi)部，除了可以用于定位它們的小間隙以外，其決定它們的形狀(通常是圓盤狀)。
如已知的，外延生長(zhǎng)是兩種或多種氣體之間的化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，其反應(yīng)產(chǎn)物是在襯底的表面上沉積和結(jié)晶的純物質(zhì)這些反應(yīng)以非常高的溫度發(fā)生，因而必須借助襯托器加熱襯底。
為了提高沉積層的均勻性，常見(jiàn)的作法是使用旋轉(zhuǎn)襯托器；這樣，輻射溫度和生長(zhǎng)速度曲線沿著方位坐標(biāo)是平均的，且更均勻。
存在用于僅一個(gè)襯底或多個(gè)襯底的襯托器，所述多個(gè)襯底用于增加反應(yīng)器的生產(chǎn)力；而且，同樣為了提高生產(chǎn)力，已知的作法是使用機(jī)器臂用于裝載/卸載襯底的操作。
在該情況下，由于襯托器在所述過(guò)程中旋轉(zhuǎn)，因此需要控制它的角度定位的系統(tǒng)，使它可以移動(dòng)到預(yù)先安排的位置，以便允許裝載/卸載操作；所述角運(yùn)動(dòng)由電子控制以及機(jī)器臂控制。
鑒于CVD過(guò)程的特殊特征，實(shí)現(xiàn)襯托器角度定位的系統(tǒng)不得將金屬微粒帶入反應(yīng)室或釋放其它物質(zhì)(例如由于滑動(dòng)零件)而污染反應(yīng)室。
另一個(gè)基本要求是，定位系統(tǒng)必須具有在外延反應(yīng)室中形成的高溫(1000℃以上)下操作的能力。
考慮到這些嚴(yán)格的條件，本領(lǐng)域現(xiàn)有的用于控制襯托器位置的系統(tǒng)主要是光學(xué)類型的。
其中的一種系統(tǒng)提供了激光束，所述激光束從反應(yīng)室的外面指向襯托器盤的邊緣，襯托器盤具有用于該目的的一個(gè)刻痕；當(dāng)襯托器的旋轉(zhuǎn)造成所述刻痕到達(dá)激光束下方時(shí)檢測(cè)到它的存在，從而能夠通過(guò)該目的需要的操作調(diào)整位置。
可以用本身已知的控制單元電子地管理調(diào)整過(guò)程中的各個(gè)步驟。
從角度定位的觀點(diǎn)看，上述類型的控制系統(tǒng)是令人滿意的；但是，就襯托器的機(jī)械強(qiáng)度而論，它們具有局限性。
為了理解這一點(diǎn)，必須牢記，由于施加在襯托器上的加熱周期，它會(huì)遭受高熱應(yīng)力；結(jié)果是，在重復(fù)膨脹和收縮后，刻痕的存在會(huì)成為襯托器裂開(kāi)或裂縫的根源，由此產(chǎn)生容易想象到的所有不希望的后果。
因此，本發(fā)明解決的問(wèn)題是生產(chǎn)外延反應(yīng)器的問(wèn)題，其中襯托器的角位置沒(méi)有上述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
解決該問(wèn)題的方法是生產(chǎn)一種襯托器，其中替代刻痕或會(huì)減少襯托器結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能的其它類似有關(guān)設(shè)置，使用一個(gè)從襯托器的表面伸出且能反射所使用的激光束或其它電磁輻射的元件。
作為入射線路徑變化(其與從襯托器表面反射相比發(fā)生變化)的結(jié)果，檢測(cè)所述伸出元件，在一個(gè)優(yōu)選形式中該元件由帶加寬頭部的銷構(gòu)成；然后優(yōu)選地通過(guò)構(gòu)成本發(fā)明的一部分的方法調(diào)整后者的角位置。
用于反射入射線的伸出元件不會(huì)削弱襯托器，因?yàn)樗鼣R置于它的表面上，因此不會(huì)損害它的結(jié)構(gòu)。
而且，該元件優(yōu)選地由與襯托器相同的材料制成，以便在反應(yīng)室中存在的氣體的高溫下，具有相同的強(qiáng)度和反射率特性。


參考附圖，從下面的對(duì)本發(fā)明的僅僅作為非限制性實(shí)例提供的實(shí)施方案的一種形式的描述，可以清楚本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的襯托器的頂視圖；圖2示出了沿著圖1中的線B-B表示的平面的剖視圖；圖3示出了圖1的襯托器位于其中的外延反應(yīng)器的剖視圖；圖4示意地圖示了前面圖中的反應(yīng)器中的激光線的反射。
具體實(shí)施例方式
具體地參考第三幅圖，該圖示出了數(shù)字1指示的作為整體的外延反應(yīng)器，該外延反應(yīng)器包括容納于基本為平行六面體形狀的反應(yīng)室3內(nèi)的圓盤形襯托器2。
襯托器優(yōu)選地由石墨制成且具有一系列的圓形座位5(在該情況下為8個(gè))，以接納襯底；在電控馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，該襯托器繞垂直軸線X旋轉(zhuǎn)，電控馬達(dá)在圖中未示出，因?yàn)樗旧硎且阎?。在?shí)踐中，電控馬達(dá)是與脈沖發(fā)生器(編碼器)耦合的電動(dòng)馬達(dá)，以便將繞軸線X的360°旋轉(zhuǎn)分成許多預(yù)定的間隔(例如200×103)。
反應(yīng)器1還包括用于將襯底裝載到襯托器上(和用于將襯底從襯托器上卸載)的機(jī)器臂；該臂在圖中未示出，因?yàn)樗彩抢鐝臍W洲專利申請(qǐng)99962242已知的類型。
反應(yīng)室3具有石英壁且在相對(duì)端是開(kāi)口的，以允許氣流穿過(guò)，如圖3所示。
在襯托器的邊緣上固定有銷8，該銷具有扁且寬的基部8a和頭部8b，所述基部和頭部使銷大致成線軸狀，以便確保在襯托器上的正確安放以及激光線的良好反射，如下面的內(nèi)容更清楚地解釋的。
根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)例，銷基部8a位于在圖3的放大圖中示出的凹槽10中，所述凹槽用于使銷的基部8a的安放更穩(wěn)定，且基本上是較淺的。
在反應(yīng)室3的外面，在銷8上方的位置布置有組件15，該組件包括本身已知的激光線發(fā)射器和接收器；優(yōu)選地，該組件由氣動(dòng)、機(jī)電式或其它類型的致動(dòng)器18支撐，從而它可以在操作位置和非操作位置之間移動(dòng)，在所述操作位置它向下引導(dǎo)激光線指向襯托器，在所述非操作位置，它相對(duì)于室3移動(dòng)離開(kāi)。
優(yōu)選地，在激光線穿過(guò)的反應(yīng)室3的頂壁上，石英的表面是光滑的，所以消除了其中的不規(guī)則，并生成光學(xué)窗口20，該光學(xué)窗口避免激光線的散射現(xiàn)象，激光線的散射現(xiàn)象會(huì)減少操作的精確度。
在操作位置，組件15以預(yù)定的入射角將激光束發(fā)射到襯托器2的表面上，襯托器表面將激光束反射向存在于同一組件上的檢測(cè)器。
當(dāng)襯托器2的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致銷8經(jīng)過(guò)組件15下方時(shí)，組件發(fā)射的光束被扁頭部8b以不同的方式反射，條件是它相對(duì)于襯托器2的表面伸出；圖4示意地圖示了當(dāng)同一入射線被襯托器2和銷的頭部8b反射時(shí)，該相同入射線的不同路徑。
組件15檢測(cè)到光束路徑的差異，組件將銷存在的信號(hào)發(fā)送給控制襯托器的調(diào)整的電子控制單元(CPU)；這根據(jù)先前輸入到控制單元中的程序發(fā)生，該實(shí)例中的操作步驟如下。
作為第一步，初始化系統(tǒng)；為此，使襯托器2以低速(3周/分鐘)順時(shí)銷旋轉(zhuǎn)，將激光束投射到所述表面上，獲取與光束路徑有關(guān)的值數(shù)秒鐘；通過(guò)取這些值的平均值，測(cè)得襯托器表面距激光組件15的平均距離。一旦得到比上述平均距離小預(yù)定量的距離值，這意味著激光束已經(jīng)投射到銷8上，然后以下述方式進(jìn)行調(diào)整a)襯托器2以一個(gè)速度減小斜率減速，直到它以大約100°/120°的制動(dòng)角停止；b)襯托器2以低速(1周/分鐘)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，這與先前的方向相反；c)當(dāng)反向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致光束再次投射到銷8上時(shí)，根據(jù)與旋轉(zhuǎn)襯托器的馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的脈沖發(fā)生器提供的信號(hào)，存儲(chǔ)襯托器的角位置SZ1；d)襯托器減速，直到它快速停止(制動(dòng)距離是大約11 °/13°)；e)此后，利用襯托器的精密運(yùn)動(dòng)(0.1至0.05周/分鐘的速度)，銷8回到激光束下方，該角位置變成0°參照位置，其用于初始化與馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的脈沖發(fā)生器。
在這點(diǎn)上，激光組件15已經(jīng)升高到非操作位置后，可以進(jìn)行用機(jī)器臂將襯底裝載到襯托器上和從襯托器卸載襯底的操作。
這是因?yàn)?，根?jù)與操作馬達(dá)相關(guān)聯(lián)的脈沖發(fā)生器提供的信號(hào)，可以精確控制襯托器2的旋轉(zhuǎn)，以使座位5進(jìn)入通過(guò)機(jī)器臂裝載/卸載襯底所需的位置。
參考到目前為止已經(jīng)描述的內(nèi)容，因此可以容易地理解根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的角位置的控制如何克服了在已知的反應(yīng)器中指出的限制。
這是因?yàn)?，銷在襯托器盤上的存在不需要如開(kāi)頭所解釋的對(duì)襯托器盤的邊緣進(jìn)行刻痕；結(jié)果是，以此方式，從一開(kāi)始消除了由于襯托器經(jīng)受的熱循環(huán)誘發(fā)的應(yīng)力而形成或擴(kuò)大裂縫或破裂的危險(xiǎn)。
而且應(yīng)當(dāng)指出，提供用于銷的座位的凹槽10具有使銷更穩(wěn)定的作用，但不是絕對(duì)必需的，也可以省略；在該情況下，僅僅需要加寬基部8a以得到相同的作用。
但是，因?yàn)榘疾?0較淺，它不會(huì)影響襯托器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
總體上可以說(shuō)，銷的本體優(yōu)選地是窄的，以便不影響(或盡量少地影響)反應(yīng)氣體，所以不會(huì)影響反應(yīng)器的流體動(dòng)力學(xué)，并減少氣體和銷之間的摩擦。
為了得到這些效果，可以生產(chǎn)具有寬基部和窄頭部的銷，或?qū)N直接結(jié)合在襯托器中，作為它的突出物。
當(dāng)然，根據(jù)到目前為止已經(jīng)描述的內(nèi)容，可以得到本發(fā)明的其它變形。
首先，可以觀察到，上面解釋的原理對(duì)于石墨以外的材料的襯托器也是有效的，其中可能存在由熱應(yīng)力造成的裂縫和破裂的問(wèn)題。
關(guān)于投射到襯托器上的光束以及發(fā)射和檢測(cè)光束的方法，其它變形也是可行的；例如，非常可行的是，該光束可以是激光束以外的。
最后，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明理解為僅限于控制襯托器的角位置，而是也可以應(yīng)用于線性控制；更普遍地，它應(yīng)用于從氣相化學(xué)沉積的反應(yīng)器，其中存在必須控制定位的襯托器或其它類似的移動(dòng)組件。
權(quán)利要求
1.一種用于化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括反應(yīng)室(3)、可以在該反應(yīng)室內(nèi)運(yùn)動(dòng)的襯托器(2)、向襯托器發(fā)射電磁輻射的裝置(15)和檢測(cè)該輻射的裝置(15)，其特征在于，在襯托器上存在至少一個(gè)伸出的參照元件(8)，該參照元件能將輻射反射向所述的用于檢測(cè)輻射的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述用于發(fā)射電磁輻射的裝置(15)和用于檢測(cè)該電磁輻射的裝置布置在反應(yīng)室(3)的外面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述電磁輻射是發(fā)光類型的，且反應(yīng)室(3)的壁對(duì)該輻射是可透過(guò)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述發(fā)光輻射包括激光束。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反射元件包括銷(8)，該銷相對(duì)于襯托器(2)的表面伸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述銷包括扁頭部(8b)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述銷包括用于將它安放在襯托器上的基部(8a)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述銷(8)的基部(8a)安放于在襯托器(2)的表面上形成的凹槽(10)中。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反射元件(8)由與襯托器相同的材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述材料是石墨基的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述襯托器(2)相對(duì)于軸線(X)旋轉(zhuǎn)，且通過(guò)電子控制的可初始化的操作裝置實(shí)現(xiàn)襯托器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述向襯托器發(fā)射電磁輻射的裝置和用于檢測(cè)由襯托器反射的輻射的裝置結(jié)合在組件(15)中，該組件可以在導(dǎo)向襯托器(2)的操作位置和非操作位置之間移動(dòng)，在所述非操作位置中，所述組件相對(duì)于反應(yīng)室(3)移動(dòng)離開(kāi)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，該反應(yīng)器在電磁輻射穿過(guò)的反應(yīng)室(3)的區(qū)域中包括窗口(20)，該窗口能避免輻射的散射。
14.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1-13所述的反應(yīng)器的襯托器，其特征在于，該襯托器在它的表面上包括用于支撐襯底的凹槽(10)，以便為能反射所述電磁輻射的伸出元件(8)的基部(8a)提供座位。
15.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1-13所述的反應(yīng)器的襯托器，其特征在于，該襯托器在它的表面上包括用于支撐襯底的突出物，該突出物能反射電磁輻射。
16.一種控制用于化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)器的襯托器(2)的位置的方法，該方法包括下述步驟-布置元件(8)，使它從襯托器的表面伸出，該元件能反射電磁輻射；-將電磁輻射束投射到運(yùn)動(dòng)中的襯托器(2)上；-當(dāng)輻射束被伸出元件(8)反射時(shí)，檢測(cè)輻射束的路徑的差異；-檢測(cè)輻射束的不同路徑后，輸入襯托器(2)的位置；-根據(jù)位置輸入值，使襯托器(2)運(yùn)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括下面的用于輸入襯托器的位置的步驟-使襯托器(2)運(yùn)動(dòng)一預(yù)定時(shí)間，獲得入射束經(jīng)過(guò)的距離的平均值；-當(dāng)反射元件(8)經(jīng)過(guò)入射束下方造成該距離變化時(shí)，以預(yù)定的間隔使襯托器(2)停止；-使襯托器(2)向后運(yùn)動(dòng)，使反射元件(8)返回入射束下方的位置；-使用該位置作為參照，初始化襯托器(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制在外延反應(yīng)器的反應(yīng)室(3)中旋轉(zhuǎn)的襯托器(2)的定位的系統(tǒng)。在激光束被布置在襯托器(2)上的銷(8)反射時(shí)，根據(jù)源(15)發(fā)射的激光束的不同路徑進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1997770SQ200480043707
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者佛朗哥·普雷蒂, 溫琴佐·奧利亞里, 朱塞佩·塔倫齊 申請(qǐng)人:Lpe公司