DE102019107857A1

DE102019107857A1 - Heizvorrichtung für einen Suszeptor eines CVD-Reaktors

Info

Publication number: DE102019107857A1
Application number: DE102019107857.1A
Authority: DE
Inventors: Honggen (Alan) Jiang; Fred Michael Andrew Crawley
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-10-01
Also published as: CN113840944A; WO2020193494A1; TW202041707A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Beheizen eines Suszeptors eines CVD-Reaktors (10). Es sind drei, im Wesentlichen gleich große um ein Zentrum (Z) angeordnete Heizflächen (2) vorgesehen. Die Heizflächen (2) werden von elektrisch leitend, in einer Ebene unter Ausbildung nebeneinander verlaufender Schenkel (4) mäanderförmig sich erstreckenden Heizelementen (3) ausgebildet. Wesentlich ist, dass die Schenkel (4) Schenkelabschnitte (5) aufweisen, die parallel zu Begrenzungslinien (a, b, c) verlaufen, die entlang der sich in Radialrichtung erstreckenden Grenzenzwischen zwei Heizflächen (2) verlaufen. Eine derart ausgebildete Heizzonen-Anordnung ist von einer kreisförmigen zweiten Heizanordnung umgeben.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen eines Suszeptors eines CVD-Reaktors mit mindestens drei, bevorzugt gleich gestaltete, elektrisch leitende, jeweils in einer gemeinsamen Ebene angeordnete, in der Ebene unter Ausbildung nebeneinander verlaufender Schenkel mäanderförmig sich erstreckende, jeweils auf bevorzugt gleich große und regelmäßig um ein Zentrum verteilte und von radialen Begrenzungslinien voneinander getrennte Heizflächen beschränkte, jeweils an einem ersten Ende einen ersten Anschlusskontakt und an einem zweiten Ende einen zweiten Anschlusskontakt aufweisende, mit den ersten und zweiten Anschlusskontakten mit elektrisch leitenden Stromverteilelementen verbundene Heizelemente.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen CVD-Reaktor mit derartigen Heizelementen sowie ein Heizelement für eine Heizvorrichtung.
Stand der Technik
Eine derartige Vorrichtung beschreibt die WO 2006/060134 A2 . Beschrieben wird dort eine Heizeinrichtung mit mehreren elektrisch leitenden, in einer Ebene angeordneten Heizelementen. Die Heizelemente bilden eine radial außen liegende Zone und eine radial innenliegende Zone. Bogenförmig verlaufende äußere Heizelemente umgeben die innere Zone, in der sich ein Heizelement erstreckt, das mehrere bogenförmige Schenkel aufweist. Die Schenkel sind mit 180 Grad-Bogenabschnitten miteinander verbunden, so dass die Schenkel in einer Ebene nebeneinander verlaufen.
Ähnliche Heizelemente werden auch beschrieben in den US 5,759,281 , US 2016/0270150 A1 und DE 10 2013 113 049 A1 .
Die WO 2004/089039 beschreibt eine Heizeinrichtung mit insgesamt vier Heizflächen, die von radialen Begrenzungslinien voneinander getrennt sind. Die vier tortenstückartigen Heizflächen weisen jeweils ein Heizelement auf, das einen radial äußeren Anschlusskontakt und einen radial inneren Anschlusskontakt aufweist, wobei der radial innere Anschlusskontakt in der Nähe des Zentrums angeordnet ist. Zwischen den Anschlusskontakten erstreckt sich das Heizelement unter Ausbildung nebeneinander verlaufender bogenförmiger Schenkel.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Heizelement für einen oder an einem CVD-Reaktor zu optimieren.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Vorrichtung.
Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass die Schenkel aus parallel zu den Begrenzungslinien verlaufenden Schenkelabschnitten bestehen. Zumindest die unmittelbar an die Begrenzungslinien angrenzenden Schenkel verlaufen bevorzugt geradlinig. Dies hat zur Folge, dass zwei Schenkel voneinander verschiedener Heizelemente parallel zueinander verlaufen können. Es ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest einige, bevorzugt alle Schenkel aus parallel zu den Begrenzungslinien verlaufenden Schenkelabschnitten bestehen. Dabei kann vorgesehen sein, dass jeder Schenkel zwei Schenkelabschnitte aufweist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Heizflächen untereinander eine einheitliche Größe aufweisen und jeweils sich über einen Sektor um ein Zentrum erstrecken, so dass jede Heizfläche zwei in einem Winkel von beispielsweise 120 Grad, 90 Grad oder 72 Grad zueinander stehende radiale Begrenzungslinien und eine sich auf einer Kreisbogenlinie um das Zentrum erstreckende bogenförmige Begrenzungslinie aufweist. Jede Heizfläche hat somit die Form eines Tortenstücks. Zumindest die längsten der Schenkelabschnitte verlaufen parallel zu den geradlinig verlaufenden radialen Begrenzungslinien. Zwei parallel zueinander verlaufende Schenkelabschnitte sind bevorzugt jeweils mit einem 180 Grad Bogenabschnitt miteinander verbunden, wobei zwischen den parallel zueinander verlaufenden Schenkelabschnitten ein Spalt verläuft. Die Spaltweite dieses Spaltes vergrößert sich im Bereich der Spaltenden, so dass dort beispielsweise kreisscheibenförmige Spaltendflächen ausgebildet sind. Zwei einen Schenkel ausbildende Schenkelabschnitte können zudem einen Winkelabschnitt bilden, in dem die beiden Schenkelabschnitte in einem 120 Grad-Winkel, 90 Grad-Winkel oder 72 Grad-Winkel zueinander stehen. Der Innenschenkelbereich kann eine Winkelaussparung ausbilden, so dass sich auch hier der Spalt vergrößert. Es ist insbesondere von Vorteil, wenn die Heizelemente beispielsweise durch Laserschneiden aus einer Platte, beispielsweise einer Graphit- oder Metallplatte, ausgeschnitten sind. Der Werkstoff der Platte ist elektrisch leitend und besitzt eine hohe Temperaturstabilität. Durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms kann die Heizeinrichtung auf über 2000°C beheizt werden. Jedes Heizelement besitzt einen ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontakt. Ein erster Anschlusskontakt ist mit dem kürzesten der Schenkel verbunden. Ein zweiter Anschlusskontakt ist mit dem längsten der Schenkel eines Heizelementes verbunden und verbindet das jeweilige Ende des Heizelementes mit einem Stromverteilelement. Die Stromverteilelemente können sich in einer gemeinsamen Ebene erstrecken und können von Platten gebildet sein, die voneinander durch einen Isolationsspalt beabstandet sind. Die Platten verlaufen in einer Parallelebene zu den Heizelementen. Zwischen den Heizelementen und den Stromverteilelementen können Isolationselemente vorgesehen sein. Bei den Isolationselementen kann es sich um eine Platte handeln, die aus einem keramischen Material besteht und die zwischen den Heizelementen und den Stromverteilelementen angeordnet ist. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Isolationselemente von Böckchen ausgebildet sind, die sich nur an bestimmten voneinander beabstandeten Stellen zwischen dem Heizelement und dem Stromverteilelement erstrecken. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die insbesondere drei zentralen Heizelemente eine zentrale Heizzone ausbilden, die von einer radial äußeren Heizzone umgeben ist. Die radial äußere Heizzone wird bevorzugt von bogenförmig verlaufenden zweiten Heizelementen ausgebildet. Diese bogenförmig verlaufenden Heizelemente können die kreisbogenförmige Begrenzungslinie der Heizflächen ausbilden. Es ist ferner vorgesehen, dass sämtliche Heizelemente der zentralen Heizzone elektrisch parallel geschaltet sind und/oder dass sämtliche Heizelemente der radial äußeren Heizzone elektrisch parallel geschaltet sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass die ein oder mehreren die radial äußere Heizzone ausbildenden Heizelemente jeweils zwei Schenkel aufweisen. Die Schenkel verlaufen nebeneinander, so dass sich zwischen zwei mit einem Bogenabschnitt miteinander verbundenen Schenkelabschnitten ein Spalt ausbildet. Auch hier kann sich der Spalt im Spaltende erweitern. Der Spalt kann sich unter Ausbildung einer flächenvergrößerten Zone zum Spaltende hin erweitern, wobei diese flächenvergrößerte Zone eine Randkante aufweisen kann, die kreisbogenförmig, dreieckig, trapezförmig oder ganz allgemein polygonal verläuft. Es kann weiter vorgesehen sein, dass flächenvergrößerte Aussparungen auch im Bereich des kürzesten Schenkels vorgesehen sind. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die zweiten Heizelemente übereinander liegende Schenkel aufweisen. Die Schenkel haben dann eine kongruente Gestalt. Die Schenkel des zweiten Heizelementes können sich somit über zwei Ebenen erstrecken. Diese Ebenen können zur gemeinsamen Ebene, in der sich die ersten Heizelemente erstrecken, versetzt sein. Das innere Heizelement kann beispielsweise gegenüber einem oberen Schenkel des äußeren Heizelementes um die Materialstärke des äußeren Heizelementes in Richtung auf das untere äußere Heizelement versetzt sein. Die Stromverteilelemente und/oder Isolationselemente, die zwischen den Stromverteilelementen und den Heizelementen angeordnet sind, können ein Tragelement ausbilden, welches die Heizelemente trägt. Es kann vorgesehen sein, dass die Heizelemente ausschließlich mittels der Anschlusskontakte mit dem Tragelement verbunden sind. Es ist aber auch vorgesehen, dass Befestigungselemente, beispielsweise aus keramischem Material, zur Befestigung der Heizelemente am Tragelement verwendet werden. Ein Befestigungselement kann einen Kopf aufweisen, der an einem durchmesserverminderten Schaft befestigt ist. Der Schaft kann durch eine Öffnung des Heizelementes hindurchgreifen und am Tragelement befestigt sein. Der Kopf liegt dann bevorzugt auf einer nach oben weisenden Oberfläche des Heizelementes. Es können mehrere derartige Befestigungselemente vorgesehen sein, die auch im Bereich eines Spaltes zwischen zwei Heizelementen angeordnet sein können. Es wird als vorteilhaft angesehen, dass sich zwischen zwei an eine Begrenzungslinie angrenzende Schenkelabschnitte zwei voneinander verschiedene Heizelemente ein geradlinig verlaufender Spalt ausbildet, der über seine gesamte Erstreckungslänge eine gleichbleibende Spaltweite aufweist. Dieser Spalt verläuft bevorzugt auf einer Radialen - bezogen auf das Zentrum - der Heizvorrichtung. Dieser Spalt ist bevorzugt nur geringfügig größer, als der Spalt zwischen zwei zu einem Heizelement gehörenden Schenkel. Bevorzugt haben alle Spalte in etwa dieselbe Spaltweite.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer Heizeinrichtung 1 eines ersten Ausführungsbeispiels,
2 eine Darstellung gemäß 1, jedoch mit einem Aufbruch zur Verdeutlichung des vertikalen Aufbaus der Heizeinrichtung 1,
3 eine Draufsicht auf die Heizeinrichtung 1 mit eingezeichneten radialen Begrenzungslinien a, b, c,
4 den Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3,
5 den Schnitt gemäß der Linie V-V in 3,
6 den Schnitt gemäß der Linie VI-VI in 3,
7 eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Elemente der Heizeinrichtung 1,
8 eine Darstellung gemäß 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
9 eine Darstellung gemäß 8, jedoch mit einem Aufbruch zur Verdeutlichung des vertikalen Aufbaus der Heizeinrichtung 1,
10 eine Draufsicht auf die Heizeinrichtung,
11 perspektivisch einen Isolationskörper 29,
12 perspektivisch einen Isolationskörper 30,
13 eine Explosionsdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels,
14 eine Darstellung gemäß 1, jedoch mit verdeckten Kanten eines dritten Ausführungsbeispiels,
15 einen Ausbruch XV in 14,
16 einen Ausbruch XVI in 14,
17 eine Draufsicht auf die Heizeinrichtung 1,
18 den Schnitt gemäß der Linie XVIII-XVIII in 17,
19 den Schnitt gemäß der Linie XIX-XIX in 17,
20 den Schnitt gemäß der Linie XX-XX in 17,
21 eine Explosionsdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels und
22 schematisch ein Anwendungsbeispiel der Heizeinrichtungen 1 in einem CVD-Reaktor 10.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die 22 zeigt schematisch einen CVD-Reaktor 10, bei dem in einem gasdichten, insbesondere aus Edelstahl gefertigten Gehäuse ein Gaseinlassorgan 11 angeordnet ist, welches eine duschkopfartig ausgebildete Gasaustrittsfläche aufweist, durch deren Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen ein Prozessgas, das in das Gaseinlassorgan 11 eingespeist wird, in eine Prozesskammer 14 austreten kann. Das Prozessgas beinhaltet insbesondere ein Trägergas, beispielsweise Wasserstoff, eine metallorganische Komponente, insbesondere eine metallorganische Verbindung eines Elementes der III-Hauptgruppe, beispielsweise Trimethylgallium oder Trimethylindium sowie ein Hydrid eines Elementes der V-Hauptgruppe, beispielsweise Ammoniak, Arsen oder Phosphin. Der Boden der Prozesskammer 14 wird von einem Suszeptor 12 gebildet, der eine Vielzahl von Lagertaschen ausbildet, die jeweils ein Substrat 13 aufnehmen können, das mittels der eingespeisten Prozessgase beschichtet werden soll. Der Suszeptor 12 wird von unten her mit einer Heizeinrichtung 1 beheizt, bei der es sich um einen Infrarotstrahler handelt.
Die 1 bis 21 zeigen verschiedenartige Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Heizeinrichtungen 1, wie sie in einem CVD-Reaktor 10 verwendet werden können.
Die Heizeinrichtungen 1 der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 haben zunächst folgende gemeinsame Eigenschaften:
Die Heizeinrichtung 1 ist ein mehrschichtig aufgebauter, kreisscheibenförmiger Körper. Auf seiner nach oben weisenden Seite besitzt der die Heizeinrichtung 1 ausbildende Körper mehrere Heizelemente 3, die sich auf gleich große Heizflächen 2 verteilen. Vom Zentrum Z der Heizeinrichtung 1 gehen drei jeweils in einem Winkel von 120 Grad versetzt liegende radiale Linien a, b, c aus, die gedachte radiale Begrenzungslinien von drei Heizflächen 2 andeuten. Die Heizflächen 2 werden in Radialauswärtsrichtung durch drei bogenförmige radial außen liegende zweite Heizelemente 21 begrenzt. Sämtliche Heizelemente 21 der Heizeinrichtung 1 können aus temperaturbeständigem Werkstoff bestehen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Heizelemente aus Metall oder Graphit bestehen.
Jede Heizfläche 2 besitzt bevorzugt genau ein Heizelement 3 mit einem ersten Ende 3' und einem zweiten Ende 3". Das erste Ende 3' ist mit einem Anschlusskontakt 6 mit einem von mehreren Stromverteilelementen 15, 15', 16, 17 verbunden. Das zweite Ende 3" des Heizelementes 3 besitzt einen zweiten Anschlusskontakt 7, mit dem es mit einem anderen der Stromverteilelemente 15 bis 17 verbunden ist. Das zweite Ende 3" wird von einem Ende eines Schenkels 4 des Heizelementes 3 ausgebildet, wobei das Heizelement 3 eine Vielzahl von nebeneinander verlaufenden Schenkeln 4 besitzt. Zwei nebeneinander verlaufende Schenkel 4 besitzen jeweils Schenkelabschnitte 5, die in demselben Winkel zueinander stehen, in dem auch die beiden radialen Begrenzungslinien a, b, c zueinander stehen, die die jeweilige Heizfläche 2 begrenzen. An den zweiten Anschlusskontakt 7 schließt sich ein unmittelbar an die radiale Begrenzungslinie a, b, c angrenzender längster Schenkelabschnitt 5 an, der unter Ausbildung eines Winkels in einem Winkelabschnitt 9 in einem weiteren Schenkelabschnitt 5 übergeht, der in einen Bogenabschnitt 8 übergeht. Der Bogenabschnitt 8 geht wiederum in zwei Schenkelabschnitte 5 über, die gleich gestaltet sind und zwischen sich einen Winkelabschnitt 9 ausbilden. Die mäanderförmig verlaufenden Schenkel 4 besitzt einen kürzesten Schenkel, welcher das erste Ende 3' des Heizelementes ausbildet.
Zwischen den parallel zueinander verlaufenden Schenkeln 5 erstreckt sich jeweils ein schmaler Spalt 18, der sich im Bereich des Bogenabschnittes 8 kreisförmig flächenvergrößert und somit ein flächenvergrößertes Spaltende 19 ausbildet. Eine Vielzahl, bevorzugt alle Spalte 18 verlaufen parallel zu den radialen Begrenzungslinien a, b, c. Jede Heizfläche 2 besitzt somit eine Vielzahl von Schenkelabschnitten 5, die parallel zueinander und parallel zu einer radialen Begrenzungslinie a, b, c verlaufen.
Im Zentrum Z befindet sich ein Befestigungselement 27, wie es beispielsweise auch in der 4 dargestellt ist. Dieses Befestigungselement 27 überfängt die drei Spitzen der dort aneinander angrenzenden Winkelabschnitte 9 der Heizelemente 3.
Es sind zweite Heizelemente 21 vorgesehen, die sich über dieselben Sektoren erstrecken, über die sich auch die ersten Heizelemente 3 erstrecken. Jeweils ein zweites Heizelement 21 umgibt bogenförmig ein inneres Heizelement 3. Diese radial äußeren zweiten Heizelemente 21 besitzen zwei nebeneinander verlaufende Schenkel 22, wobei die beiden Enden 21', 21" des zweiten Heizelementes 21 beziehungsweise der Schenkel 22 jeweils mit Anschlusskontakten 23, 24 mit Stromverteilelementen 15, 15', 16, 17 verbunden sind.
Die 2 beziehungsweise 4 zeigen den vertikalen Aufbau der Heizvorrichtung 1. Zuoberst liegt das Heizelement 3 beziehungsweise das Heizelement 21. Zuunterst befinden sich Stromverteilelemente 15, 15', 16, 17, die zusammen eine durch Spalte getrennte kreisrunde Platte ausbilden. Zwischen den Stromverteilelementen 15, 15', 16, 17 und den Heizelementen 3, 21 erstreckt sich ein Isolationselement, welches im ersten Ausführungsbeispiel als Isolationsplatte 25 ausgebildet ist, welche Öffnungen aufweist, durch die die Anschlusskontakte hindurchtreten.
Die 4 zeigt einen Anschlusskontakt 7, der über eine Kontakthülse 25, die auch die Funktion einer Distanzhülse ausüben kann, mit einem Stromverteilelement 15 verbunden ist.
Die 4 zeigt zudem eines von einer Vielzahl von Befestigungselementen 27, mit denen das Heizelement 3 an einem Stromverteilelement 15,15', 16, 17 verbunden ist. Es handelt sich bei dem Befestigungselement 27 um einen isolierenden Körper, beispielsweise einen Keramikkörper, der einen Kopf aufweist, der auf dem Heizelement 3, 21 aufliegt. Ein Schaft des Befestigungselementes 27 durchgreift das Isolierelement und ist unterhalb des Stromverteilelementes 16 mit einem Splint gesichert.
Die 5 zeigt eine alternative Ausbildung eines Kontaktes 24, mit dem ein zweites Heizelement 21 mit einem Stromverteilelement 15' verbunden ist. Auch hier befindet sich zwischen dem Heizelement 21 und dem Stromverteilelement 15' eine Distanzhülse 26, die elektrisch leitend sein kann.
Die 6 zeigt eine Befestigungsschraube 28, die sich unterhalb eines Heizelementes 3 befindet und mit der das Isolationselement, hier die Isolationsplatte 25, mit dem Stromverteilelement 16 verbunden ist. Der Kopf der Befestigungsschraube 28 steckt in einer Vertiefung. Eine auf den Gewindeschaft der Befestigungsschraube 28 aufgeschraubte Mutter stützt sich an der Unterseite des Stromverteilelementes 15' ab.
Die ersten Anschlusskontakte 6 und die zweiten Anschlusskontakte 7 des ersten Heizelementes 3 befinden sich im radial äußeren Bereich der jeweiligen Heizfläche 2. Der radial äußere Bereich, in dem sich die Anschlusskontakte 6, 7 befinden, hat bevorzugt eine radiale Erstreckung, die geringer ist, als die Breite eines der Schenkel 5.
Die unterste Ebene der Heizeinrichtung 1 wird von einer Anordnung von insgesamt fünf Stromverteilelementen 15,15', 16, 17 ausgebildet. Ein Stromverteilelement 16 erstreckt sich über drei 60 Grad Segmente. Zwischen den drei Segmenten des Stromverteilelementes 16 erstrecken sich Stromverteilelement 15,15', 16, 17. Zudem weisen die Stromverteilelemente ein äußeres bogenförmiges Stromverteilelement 17 auf, das sich über mehr als 180 Grad um das Zentrum Z erstreckt. Das Stromverteilelement 16 ist ein gemeinsames Stromverteilelement, mit dem Heizelemente verbunden sind. Über die Stromverteilelemente 15, 15' können die inneren Heizelemente 3 individuell mit Strom versorgt werden. Über das radial äußere Stromverteilelement 17 können die radial äußeren Heizelemente 21 individuell stromversorgt werden. Es ist aber bevorzugt vorgesehen, dass sämtliche inneren Heizelemente 3 elektrisch parallel geschaltet sind und dass sämtliche äußere Heizelemente 21 elektrisch parallel geschaltet sind. Die äußeren und die inneren Heizelemente 3, 21 können jedoch getrennt voneinander bestromt werden.
Bei dem in den 1 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel und bei dem in den 8 bis 13 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel verlaufen die zweiten Heizelemente 21 nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene, in der sich auch die Heizelemente 3 erstrecken. Zwischen den beiden dadurch gebildeten Schenkeln 22 erstreckt sich ein schmaler Spalt.
Das in den 8 bis 13 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel besitzt als Besonderheit alternativ ausgestaltete Isolationskörper. Anstelle der im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Isolationsplatte 25 werden die Isolationskörper hier von Böckchen 29, 30 ausgebildet, die eine quaderförmige Gestalte aufweisen. Diese Böckchen 29, 30 erstrecken sich zwischen den Stromverteilelementen 15, 15', 16, 17 und den Heizelementen 3, 21. Auf ihrer nach oben weisenden Fläche besitzen die Isolationskörper 29, 30 Zapfen, die in die Zwischenräume zwischen benachbarten Schenkeln 4 beziehungsweise 22 eingreifen können. Die Isolationskörper 29, 30 können ebenso wie Distanzelemente 33, die die Stromverteilelemente 15, 15', 16, 17 auf Abstand halten, aus einem keramischen Material gefertigt sein.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zudem durch Winkelaussparungen 20 vom ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere die Schenkelabschnitte 5 des längsten Schenkels 4, die unmittelbar an die radialen Begrenzungslinien a, b, c angrenzen, besitzen einen Winkelabschnitt 9, der auf seiner Winkelinnenseite eine Ausnehmung aufweist. Diese Ausnehmung besitzt geradlinig verlaufende Randkanten und verbreitert im Winkelabschnitt 9 den Spalt 18 zwischen zwei nebeneinander verlaufenden Schenkelabschnitten.
Das in den 14 bis 21 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt Isolationskörper, die denen des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen, weshalb auf die diesbezüglichen Ausführungen Bezug genommen wird. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel verlaufen die Schenkel 22 der zweiten Heizelemente 21 nicht in einer gemeinsamen Ebene, sondern in versetzt zueinander liegenden Ebenen. Auch die Ebene, in der die Heizelemente 3 verlaufen, ist gegenüber der Ebene der Schenkel 22 versetzt.
Die Schenkel 22 des zweiten Heizelementes 21 verlaufen deckungsgleich übereinander. Es sind auch hier im Kontaktbereich Distanzhülsen vorgesehen, mit denen die beiden Schenkel 22 auf Abstand zueinander gehalten sind. Der Anschlusskontakt 23, der in der 2 dargestellt ist, zeigt, dass er auch den untersten Schenkel 22 in einem Abstand zum Stromverteilelement 17 hält. Jeweils ein Anschlusskontakt 23, 24 verbindet zwei Schenkel 22 des zweiten Heizelementes 21 miteinander. Die Distanzhülsen können elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sein.
Der Kontaktsteg 32 verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel hakenartig. Zwischen einem radial außenliegenden Schenkel und dem Kontaktsteg 32 bildet sich eine etwa dreieckige Winkelaussparung 20' aus. Der Kontaktsteg 32 verläuft gewissermaßen zwischen zwei Schenkeln des Heizelementes 3. Die im Radialaußenbereich liegenden Bogenabschnitte der Heizelemente 3 umgeben einen etwa trapezförmigen Freiraum, der das Spaltende 19 ausbildet.
Die 18 zeigt einen Kontaktsteg 31, der den Anschlusskontakt 23, mit einem Stromverteilelement 16 verbindet. Der Anschlusskontakt 23 ist vertikal oberhalb eines Stromverteilelementes 17 angeordnet, jedoch nicht mit dem Stromverteilelement 17 verbunden. Der Kontaktsteg 31 überbrückt vielmehr einen Spalt zwischen dem Stromverteilelement 17 und einem benachbarten Stromverteilelement 16, mit dem der Kontaktsteg 31 verbunden ist. Der Kontaktsteg 31 besitzt eine Z-förmige Gestalt.
Die 19 zeigt einen weiteren, ebenfalls eine Z-Form aufweisenden Kontaktsteg 32, der einen Anschlusskontakt 6 eines ersten Heizelementes 3, der sich oberhalb eines Stromverteilelementes 16 befindet, mit einem anderen Stromverteilelement 15' verbindet, wobei auch hier der Kontaktsteg 32 einen Spalt zwischen den beiden Stromverteilelementen 16 und 15' überbrückt. Die Kontaktstege 31, 32 können mit nicht dargestellten Schrauben mit ihnen zugeordneten Stromverteilelementen verbunden sein.
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schenkel 4 aus parallel zu den Begrenzungslinien a, b, c verlaufenden Schenkelabschnitten 5 bestehen.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Schenkel 4 zwei Schenkelabschnitte 5 aufweist, die jeweils parallel zu einem der in einem Winkelabstand zueinander stehenden Begrenzungslinien a, b, c verlaufen.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten und zweiten Anschlusskontakte 6, 7 in einer radial äußersten Zone der Heizfläche 2 liegen und/oder dass die radial äußerste Zone der Heizfläche 2 zwei übereinander angeordnete Elemente aufweist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei parallel nebeneinander verlaufende Schenkelabschnitte 5 mit 180 Grad Bogenabschnitten 8 des Heizelementes 3 miteinander verbunden sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schenkelabschnitte 5 sich jeweils zwischen einem Bogenabschnitt 8 und einem Winkelabschnitt 9 erstrecken.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizelemente 3 aus einem flachen Rohling, insbesondere Graphit oder Metallstück, ausgeschnitten sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der erste Anschlusskontakt 6 einem kürzesten der Schenkel 4 und der zweite Anschlusskontakt 7 einem längsten der Schenkel 4 mit zwei gleichlangen Schenkelabschnitten 5 zugeordnet ist.
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch einen Spalt 18 zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Schenkelabschnitten 5, wobei sich der Spalt 18 im Bereich eines Bogenabschnittes 8 zu einem flächenvergrößerten Spaltende 19 aufweitet, wobei die dadurch gebildete Fläche eine Randkante aufweist, die kreisbogenförmig, polygonal, insbesondere dreieckig oder trapezförmig verläuft.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Winkelabschnitt 9 zweier V-förmig aneinander stoßender Schenkelabschnitte 5 winkelinnenseitig eine Winkelaussparung 20 aufweist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Winkelaussparung 20 nur beim längsten der Schenkel 4 vorgesehen ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die insbesondere drei Heizelemente 3 eine zentrale Heizzone ausbilden, die von einer radial äußeren Heizzone umgeben ist, welche bogenförmig verlaufende zweite Heizelemente 21 aufweist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die bogenförmig verlaufenden Heizelemente 21 eine bogenförmige azimutale Begrenzungslinie der Heizflächen 2 bilden.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizelemente 3 der Heizflächen 2 in einer gemeinsamen Ebene liegen und/oder die zweiten Heizelemente 21 in derselben Ebene oder versetzt dazu angeordnet sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Heizelement 21 zwei bogenförmige Schenkel 22 aufweist, die in einer Ebene nebeneinander oder deckungsgleich übereinander verlaufen.
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch Isolierelemente 25, 29, 30, die zwischen den Heizelementen 3, 21 und den Stromverteilelementen 15, 15', 16, 17 angeordnet sind und/oder dass die Heizelemente 2 der zentralen Heizzone elektrisch parallel geschaltet sind, und/ oder, dass die zweiten Heizelemente 21 der radial äußeren Heizzone elektrisch parallel geschaltet sind.
Ein CVD-Reaktor mit einem Gaseinlassorgan 11 und einem Suszeptor 12 zur Aufnahme von Substraten 13, der von einer Heizeinrichtung 1 beheizbar ist, wobei die Heizeinrichtung 1 gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Heizeinrichtung, Vorrichtung
2: Heizfläche
3: Heizelement
3': erstes Ende
3": zweites Ende
4: Schenkel
5: Schenkelabschnitt
6: Anschlusskontakt
7: Anschlusskontakt
8: Bogenabschnitt
9: Winkelabschnitt
10: CVD-Reaktor
11: Gaseinlassorgan
12: Suszeptor
13: Substrat
14: Prozesskammer
15: Stromverteilelement
15': Stromverteilelement
16: Stromverteilelement
17: Stromverteilelement
18: Spalt
19: Spaltende
20: Winkelaussparung
20': Winkelaussparung
21: Heizelement
21': erstes Ende
21": zweites Ende
22: Schenkel
23: Anschlusskontakt
24: Anschlusskontakt
25: Isolierelement, -platte
26: Distanzhülse
27: Befestigungselement
28: Befestigungsschraube
29: Isolierelement
30: Isolierelement
31: Kontaktsteg
32: Kontaktsteg
33: Distanzelement
Z: Zentrum
a: Begrenzungslinie
b: Begrenzungslinie
c: Begrenzungslinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/060134 A2 [0003]
US 5759281 [0004]
US 2016/0270150 A1 [0004]
DE 102013113049 A1 [0004]
WO 2004/089039 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum Beheizen eines Suszeptors eines CVD-Reaktors (10) mit mindestens drei, im Wesentlichen gleich große, regelmäßig um ein Zentrum (Z) verteilt und von radialen Begrenzungslinien (a, b, c) voneinander getrennte Heizflächen (2), die jeweils elektrisch leitende, in einer Ebene unter Ausbildung nebeneinander verlaufender Schenkel (4) mäanderförmig sich erstreckende, jeweils an einem ersten Ende (3') einen ersten Anschlusskontakt (6) und an einem zweiten Ende (3") einen zweiten Anschlusskontakt (7) aufweisende, mit den ersten und zweiten Anschlusskontakten (6, 7) mit elektrisch leitenden Stromverteilelementen (15,15', 16) verbundene Heizelemente (3) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (4) aus parallel zu den Begrenzungslinien (a, b, c) verlaufenden Schenkelabschnitten (5) bestehen.
Vorrichtung zum Beheizen eines Suszeptors eines CVD-Reaktors (10) in Form eines sich in einer von Begrenzungslinien (a, b, c) begrenzten Heizfläche (2) erstreckenden, elektrisch leitenden, in einer Ebene unter Ausbildung nebeneinander verlaufender Schenkel (4) mäanderförmig sich erstreckenden, an einem ersten Ende (3') einen ersten Anschlusskontakt (6) und an einem zweiten Ende (3") einen zweiten Anschlusskontakt (7) aufweisenden Heizelementes (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (4) aus parallel zu den Begrenzungslinien (a, b, c) verlaufenden Schenkelabschnitten (5) bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schenkel (4) zwei Schenkelabschnitte (5) aufweist, die jeweils parallel zu einem der in einem Winkelabstand zueinander stehenden Begrenzungslinien (a, b, c) verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Anschlusskontakte (6, 7) in einer radial äußersten Zone der Heizfläche (2) liegen und/oder dass die radial äußerste Zone der Heizfläche (2) zwei übereinander angeordnete Elemente aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel nebeneinander verlaufende Schenkelabschnitte (5) mit 180 Grad Bogenabschnitten (8) des Heizelementes (3) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkelabschnitte (5) sich jeweils zwischen einem Bogenabschnitt (8) und einem Winkelabschnitt (9) erstrecken.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (3) aus einem flachen Rohling, insbesondere Graphit oder Metallstück, ausgeschnitten sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlusskontakt (6) einem kürzesten der Schenkel (4) und der zweite Anschlusskontakt (7) einem längsten der Schenkel (4) mit zwei gleichlangen Schenkelabschnitten (5) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Spalt (18) zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Schenkelabschnitten (5), wobei sich der Spalt (18) im Bereich eines Bogenabschnittes (8) zu einem flächenvergrößerten Spaltende (19) aufweitet, wobei die dadurch gebildete Fläche eine Randkante aufweist, die kreisbogenförmig, polygonal, insbesondere dreieckig oder trapezförmig verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelabschnitt (9) zweier V-förmig aneinander stoßender Schenkelabschnitte (5) winkelinnenseitig eine Winkelaussparung (20) aufweist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Winkelaussparung (20) nur beim längsten der Schenkel (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die insbesondere drei Heizelemente (3) eine zentrale Heizzone ausbilden, die von einer radial äußeren Heizzone umgeben ist, welche bogenförmig verlaufende zweite Heizelemente (21) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmig verlaufenden Heizelemente (21) eine bogenförmige azimutale Begrenzungslinie der Heizflächen (2) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (3) der Heizflächen (2) in einer gemeinsamen Ebene liegen und/oder die zweiten Heizelemente (21) in derselben Ebene oder versetzt dazu angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Heizelement (21) zwei bogenförmige Schenkel (22) aufweist, die in einer Ebene nebeneinander oder deckungsgleich übereinander verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Isolierelemente (25, 29, 30), die zwischen den Heizelementen (3, 21) und den Stromverteilelementen (15, 15', 16, 17) angeordnet sind und/oder dass die Heizelemente (2) der zentralen Heizzone elektrisch parallel geschaltet sind, und/oder, dass die zweiten Heizelemente (21) der radial äußeren Heizzone elektrisch parallel geschaltet sind.
CVD-Reaktor mit einem Gaseinlassorgan (11) und einem Suszeptor (12) zur Aufnahme von Substraten (13), der von einer Heizeinrichtung (1) beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Vorrichtung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.