Amélioration de l’uniformité de la température du substrat de silicium

Pour améliorer l’uniformité de la température du substrat, deux idées ont été proposées au chapitre VII. Les rayonnements émis et réfléchis par le substrat au-delà de 2,6 µm doivent être réfléchis au niveau de la face inférieure du hublot. Cette réflexion peut être envisagée sur toute la surface ou uniquement sur le bord du hublot. Dans le même temps, le rayonnement émis par les lampes doit être transmis. La réflexion uniquement sur le bord du hublot permettrait un meilleur équilibre des flux arrivant sur le substrat. Cette dernière idée serait donc plus efficace.  La température du hublot est diminuée en présence du filtre. Cependant, la différence est de l’ordre de 10%. Cette faible différence est due au fait que le hublot en quartz n’est pas totalement transparent au rayonnement des lampes sur sa face supérieure (95% de transmission pour un rayonnement centré aux alentours de 1 µm). Comme les calculs sont en régime permanent, donc pour un temps infini, le hublot a eu suffisamment de temps pour accumuler la chaleur. il diminue la température du hublot. L’augmentation de la température du substrat est très notable pour les puissances au-dessus de 15% car le nombre de rayons réfléchis et émis par le substrat est plus important. En outre, la correspondance puissance-température du substrat obtenue avec un hublot vierge (Figure V-11 du chapitre V.3.2) est modifiée.  Puisque la correspondance puissance-température est modifiée, il est plus intéressant de représenter l’écart de température entre le centre et le bord du substrat suivant la température au centre du substrat (Figure VIII-5).

L’écart de température entre le centre et le bord du substrat est diminué d’environ de 30 K pour une température en-dessous de 1000 K et de 20 K pour une température au-dessus. Il y a bien une réduction de l’écart de température entre le centre et le bord du substrat. L’effet du filtre est donc vérifié. La propriété radiative souhaitée (le filtre) est à présent appliquée dans le modèle en deux dimensions de l’AS-One 150 selon la deuxième configuration, celle d’une couronne au bord de la partie inférieure du hublot. Le reste de la surface inférieure du hublot a les propriétés radiatives du quartz. Mais ce qui nous intéresse particulièrement est la température à la surface du substrat. Les profils de température calculés pour un hublot avec et sans le filtre en couronne sont  confrontés sur la Figure VIII-6 pour trois puissances de chauffage : une faible (10%), une moyenne (20%) et une forte (30%).  La température globale du substrat avec le filtre en couronne est légèrement rehaussée avec le filtre en couronne. Celui-ci renvoie une partie du rayonnement émis et réfléchi par le bord du substrat vers le centre du substrat.

L’écart de température entre le centre et le bord du substrat est diminué. La température est plus uniforme. L’effet du filtre est optimal pour les puissances moyennes, comme 20%. Pour les faibles puissances (par exemple 10% et 15%), l’amélioration n’est pas aussi bonne. Cela est dû au nombre de rayons réfléchis par le filtre qui est moins important pour rehausser la température au bord du substrat. À l’inverse, pour les fortes puissances (par exemple 30%), la température au bord du substrat est trop élevée car le nombre de rayons réfléchis est trop important. Pour vérifier si le filtre en couronne est plus efficace que le filtre sur toute la surface, l’écart de température entre le centre et le bord du substrat suivant la température au centre du substrat est comparé Figure VIII-8. intéressante dans le cas d’un procédé thermique rapide de dépôt chimique à partir de la phase vapeur (RTCVD). La température du hublot est ainsi diminuée. Il y a donc moins de risque d’avoir des dépôts sur la surface inférieure du hublot. Ces dépôts sont susceptibles de provoquer un échauffement dangereux pour le hublot. Pour les fortes puissances, une surélévation de la température au bord du substrat a été constatée. La réflectivité du filtre au-delà de 2,6 µm est trop forte. Il serait intéressant de l’ajuster suivant l’écart de température entre le centre et le bord du substrat (Figure VIII-9), et suivant la puissance de chauffage. Une optimisation de l’uniformité de la température du substrat pourrait alors être obtenue.