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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen eines Suszeptors eines CVD-Reaktors mit einem kreisscheibenförmigen inneren Heizorgan und einem das innere Heizorgan umgebenden kreisringförmigen äußeren Heizorgan, wobei das innere Heizorgan zumindest eine und das äußere Heizorgan mehrere jeweils sich auf einer Spiralkurve oder Kreisbogenlinie um ein Zentrum der Heizorgane erstreckende Heizwendel aufweist.
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Stand der Technik
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Eine Vorrichtung zum Aufheizen eines Suszeptors eines CVD-Reaktors ist bekannt aus der
DE 10 2013 113 045 A1 . Die Heizvorrichtung hat eine Kreisscheibenform mit einem inneren Heizorgan, das von einem kreisringförmigen äußeren Heizorgan umgeben ist. Jedes der beiden Heizorgane besitzt zumindest eine Heizwendel, die sich auf einer Kreisbogenlinie oder auf einer Spiralkurve um ein Zentrum der Heizvorrichtung erstreckt. Durch die Heizwendel strömt ein Strom, der die Heizwendel zum Glühen bringt. Die dabei erzeugte Wärme wird zur Unterseite des Suszeptors transportiert. Der Wärmetransport erfolgt im Wesentlichen durch Wärmestrahlung. Der Suszeptor wird hierdurch auf eine Prozesstemperatur aufgeheizt. Auf der Oberseite des Suszeptors sind Substrate, insbesondere Halbleitersubstrate, angeordnet, die in einem Beschichtungsprozess mit halbleitenden Schichten beschichtet werden. Es ist insbesondere vorgesehen, III-V-Schichten aufeinander abzuscheiden, wobei mit den Schichten LEDs oder MQWs ausgebildet werden. Hierzu wird mit einem Gaseinlassorgan das Prozessgas in die oberhalb der Substrate sich erstreckende Prozesskammer eingespeist.
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Zum Stand der Technik gehört ferner die
US 2011/0073039 A1 , die eine flache, kreisringförmige Heizvorrichtung beschreibt, die von zwei C-förmigen Elementen ausgebildet wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den mit dem Austausch zufolge Verschleiß funktionsuntüchtig gewordenen Heizorganen einhergehenden Aufwand zu minimieren.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen des Hauptanspruchs, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
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Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass das äussere Heizorgan von mehreren voneinander getrennten in Umfangsrichtung um das Zentrum hintereinander angeordneten Heizelementen gebildet wird, wobei jedes Heizelement zumindest eine Heizwendel ausbildet. Jedes der mehreren Heizelemente besitzt sämtliche für ein ordnungsgemäßes Beheizen eines Suszeptors erforderliche Funktionselemente, also Mittel zum Einleiten des Heizstroms in die Heizelemente, wozu Kontaktplatten und Kontaktelemente gehören, welche bevorzugt als Kontaktstifte ausgebildet sind. Die äußeren Heizorgane sind als Folge ihrer Randlage besonders verschleißanfällig. Die wendelgangförmig ausgebildeten Heizwendeln, durch die ein Heizstrom fließt, können durchbrennen. Bei einer Vorrichtung gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik muss im Falle des Durchbrennens einer der mehreren Heizwendeln das gesamte ringförmige Heizorgan ausgetauscht werden. Zufolge der erfindungsgemäßen Lösung, wonach mehrere Heizorgane getrennt voneinander in Umfangsrichtung um das Zentrum hintereinander angeordnet sind, braucht lediglich ein Segment des Heizorgans, nämlich eines der vielen Heizelemente ausgetauscht werden. Das innere Heizorgan ist bevorzugt aus zumindest zwei jeweils zumindest eine Heizwendel aufweisenden Heizelemente ausgebildet. Die Heizvorrichtung besitzt somit zumindest zwei, bevorzugt mindestens drei in Radialrichtung hintereinander angeordnete Heizzonen, die getrennt voneinander bestromt werden, so dass unterschiedliche Radialzonen des Suszeptors getrennt voneinander beheizt bzw. temperaturgeregelt werden können. In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung besitzt jedes der Heizelemente, insbesondere die äußeren Heizelemente, jeweils einen Träger, wobei der Träger auch aus zwei Kontaktplatten bestehen kann. Der Träger der äußeren Heizelemente besitzt in der Draufsicht eine C-Form. Es ist vorgesehen, dass das radial zuäußerst liegende Heizorgan mehrere sich insbesondere über gleichlange Kreisbögen erstreckende Heizelemente aufweist. Es handelt sich dabei um kreisbogenförmige Heizelemente, bei denen jeweils der Träger eine Kreisbogenform aufweist. Bevorzugt besitzt das äußerste Heizorgan genau zwei Heizelemente, die sich jeweils über einen Halbkreisbogen erstrecken. Es ist aber auch möglich, dass das äußere Heizorgan drei oder mehr Heizelemente aufweist, die sich über einen 120°-Winkel oder 90°-Winkel erstrecken. Die Träger, die bevorzugt auch Kontaktplatten ausbilden, bilden ein mechanisches Stabilisierungselement für das Heizelement. Die Träger können von flachen Metallteilen ausgebildet sein und eine erste und eine zweite Breitseite aufweisen. Die erste Breitseite erstreckt sich in Richtung der Heizwendel. Die zweite Breitseite, die der ersten Breitseite gegenüberliegt, weist nach unten. Von ihr können Kontaktelemente, insbesondere Kontaktstifte, abragen zum Anschluss an eine Stromversorgung. Die Kontaktstifte können in hülsenförmige Gegenkontakte eingesteckt werden. Die Kontaktstifte können auch zur mechanischen Befestigung des Heizelementes dienen. Sie können durch eine Bewegung in Richtung der Achse der Heizvorrichtung aus den Gegenkontakten herausgezogen werden. Das Auswechseln der Heizelemente ist somit im Wege einer Steckmontage möglich. Jedes der äußeren Heizelemente stellt ein autarkes Aggregat dar, das seine eigenen Kontaktelemente aufweist, um es mit Strom zu versorgen. Es handelt sich um ein mechanisch stabilisiertes Aggregat, welches vollkommen getrennt von den anderen Heizelementen auswechselbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des radial außen angeordneten Heizorganes wird nicht nur der montagetechnische Aufwand zum Austausch erleichtert. Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden auch die Ersatzteilkosten reduziert, da das zu verwendende Ersatzteil maximal halb so groß ist, wie ein gattungsgemäßes radial äußerstes Heizorgan.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand beigefügter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 die Draufsicht auf eine Heizvorrichtung mit einem inneren Heizorgan 3 und einem äußeren Heizorgan 4,
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2 die Seitenansicht der Heizvorrichtung gemäß 1,
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3 die Unteransicht der Heizvorrichtung gemäß 1,
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4 eine Draufsicht gemäß 1 lediglich des äußeren Heizorganes 4,
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5 eine perspektivische Explosionsdarstellung aller vier Heizelemente 10, 11, 12, 13 der beiden Heizorgane 3, 4,
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6 einen vergrößerten Ausschnitt VI-VI in 4,
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7 den Schnitt gemäß der Linie VII-VII in 6,
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8 eine perspektivische Darstellung des in der 6 dargestellten Ausschnitts,
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9 einen Abschnitt einer Heizwendel und
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10 schematisch einen CVD-Reaktor, in dem die Heizvorrichtung verwendet wird.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Die 10 zeigt einen CVD-Reaktor 2 mit einem Gehäuse, welches das Innere des CVD-Reaktors 2 gasdicht nach außen abschirmt, so dass das Innere des CVD-Reaktors 2 evakuiert werden kann. Die wesentlichen Elemente im Inneren des CVD-Reaktors 2 sind ein Gaseinlassorgan 15 zum Einlass eines Prozessgases durch Gasaustrittsöffnungen 16 in eine unterhalb des Gaseinlassorgans 15 angeordnete Prozesskammer. Der Boden der Prozesskammer wird von der Oberseite eines Suszeptors 1 bspw. aus beschichtetem Graphit gebildet. Auf der Oberseite des Suszeptors 1 liegen mehrere zu beschichtende Substrate 14 auf.
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Unterhalb des Suszeptors 1 befindet sich eine Heizvorrichtung, die im Ausführungsbeispiel mehrere radial um ein Zentrum 5 angeordnete Heizzonen aufweist. In der 10 ist schematisch ein radial inneres Heizorgan 3 dargestellt, das eine Kreisscheibenform besitzt und sich um das Zentrum 5 erstreckt. Radial außerhalb des inneren Heizorgans 3 erstreckt sich ein radial äußeres Heizorgan 4 auf einer Kreisbogenlinie ebenfalls zentrisch um das Zentrum 5.
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Die 1 bis 3 zeigen in verschiedenen Ansichten eine Heizvorrichtung, die aus insgesamt vier Heizelementen 10, 11, 12, 13 besteht. Ein zentrales Heizelement 13, das dem radial inneren Heizorgan 3 funktionell zugeordnet ist, besitzt zwei sich jeweils auf einer Spiralkurve erstreckende Heizwendeln 9.
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Ein kreisringförmiges mittleres Heizelement 12 besitzt mehrere sich ebenfalls auf einer Spiralbogenlinie erstreckende Heizwendeln 8. Die Heizwendeln können sich aber auch auf Kreisbogenlinien erstrecken. Die zentrale Öffnung des Heizelementes 12 besitzt einen derartigen Durchmesser, dass die Öffnung das zentrale Heizelement 13 aufnehmen kann. Das radial zuäußerst liegende Heizorgan 4 wird im Ausführungsbeispiel aus zwei im Wesentlichen C-förmigen Heizelementen 10, 11 ausgebildet. Die beiden Heizelemente 10, 11 erstrecken sich in der Draufsicht auf einer Kreisbogenlinie jeweils über etwas weniger als 180°, so dass zwischen den aneinander angrenzenden Heizelementen 10, 11 jeweils ein Spalt 27 verbleibt. Zwischen der radial nach innen weisenden Randkante der Heizelemente 10, 11 und der nach außen weisenden Randkante des Heizelementes 12 erstreckt sich ebenfalls ein geringfügiger Spalt, der jedoch anders als der Spalt 27, der in Radialrichtung verläuft, in Umfangsrichtung verläuft.
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Die beiden äußeren Heizelemente 10, 11 sind im Wesentlichen gleich ausgestaltet. Sie besitzen einen zweiteiligen Träger 17, 18. Der Träger besitzt eine erste Kontaktplatte 17 und eine zu der ersten Kontaktplatte 17 parallel verlaufende zweite Kontaktplatte 18, wobei die beiden Kontaktplatten 17, 18 in Achsrichtung der Gesamtvorrichtung, also in Richtung der Zentrumachse 5 voneinander beabstandet sind. Hierzu dienen isolierende Abstandshalter 22. Es sind Verbindungselemente 20 vorgesehen, mit denen die Kontaktplatten 17, 18 aneinander befestigt sind. Die Verbindungselemente können aus Metall bestehen und sind mittels Isolierkörpern 23, 24 an den Kontaktplatten 17, 18 befestigt. Ein nach oben ragender Abschnitt des Verbindungselementes 10 trägt eine Stützplatte 19, auf welcher Stützelemente 21 befestigt sind, die die insgesamt fünf parallel zueinander verlaufenden Heizwendeln 6, 7 tragen. Die Heizwendeln 6, 7 liegen nicht nur in Radialrichtung versetzt zueinander. Die Heizwendeln 6, 7 liegen auch in Richtung der Zentrumsachse 5 versetzt zueinander.
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Die Ausgestaltung der Heizwendeln 6, 7, 8, 9 sämtlicher Heizelemente 10, 11, 12, 13 zeigt die 9. In den 1 bis 8 sind die Heizwendeln 6 bis 9 nur schematisch dargestellt. Die Heizwendeln 6, 7, 8, 9 bestehen aus ein oder mehreren zu einer Wendelform geformten Wolframdrähten, wobei ein oder mehrere Drähte parallel zueinander verlaufen können.
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Die beiden Enden der Heizwendeln 6, 7, 8, 9 sind jeweils über Anschlusskontaktelemente mit den beiden Kontaktplatten 17, 18 verbunden. Die Heizwendeln 6, 7 erstrecken sich von einem Schmalrand der kreisbogenförmigen Kontaktplatten 17, 18 zum anderen Schmalrand der Kontaktplatten 17, 18, so dass sich die mehreren parallel zueinander verlaufenden Heizwendeln 6 jeweils über nahezu einen Halbkreisabschnitt erstrecken.
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Von jeder der Kontaktplatten 17, 18 ragt auf der den Heizwendeln 6 gegenüberliegenden Breitseite zumindest ein Anschlusskontaktstift 25 ab. Die Anschlusskontaktstifte 25 dienen dem Einspeisen eines Heizstromes in das Heizelement 10, 11.
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Die 2 zeigt gestrichelt symbolisch einen Gegenkontakt 26, der eine Hülsenform ausbilden kann, so dass in den Gegenkontakt 26 der Anschlusskontaktstift 25 eingesteckt werden kann. Jedem der vielen Anschlusskontaktstifte 25 ist ein zugeordneter Gegenkontakt 26 zugeordnet.
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Die Gegenkontakte 26 sind fest mit dem Gehäuse des CVD-Reaktors 2 verbunden; sie dienen nicht nur zum Einspeisen der Heizenergie, sondern auch zur mechanischen Fesselung des Heizelementes 10, 11, 12, 13 an das CVD-Reaktorgehäuse.
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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, nämlich:
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das äußere Heizorgan 4 von mehreren voneinander getrennten in Umfangsrichtung um das Zentrum 5 hintereinander angeordneten Heizelementen 10, 11 jeweils mit zumindest einer Heizwendel 6, 7 ausgebildet ist.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das innere Heizorgan 3 aus zumindest zwei jeweils zumindest eine Heizwendel 8, 9 aufweisenden inneren Heizelementen 12, 13 ausgebildet ist.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizelemente 10, 11, 12, 13 jeweils einen Träger aufweisen, wobei die Träger 17, 18 der äußeren Heizelemente 10, 11 in der Draufsicht C-förmig ausgebildet sind.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Träger 17, 18 eine erste Breitseite aufweisen, entlang welcher sich die Heizwendel 6, 7, 8, 9 erstrecken und eine der ersten Breitseite gegenüberliegende zweite Breitseite aufweisen, von der Kontaktstifte 25 abragen zum Anschluss an eine Stromversorgung.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Heizelemente 10, 11, 12, 13 getrennt voneinander aus einer Anordnung entfernen lassen, in der die Kontaktstifte 25 zur Stromversorgung mit Gegenkontakten 26 verbunden sind.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Träger 17, 18 von parallel zueinander verlaufenden Kontaktplatten 17, 18 ausgebildet ist, die elektrisch leitend mit jeweils einem Ende einer Heizwendel 6, 7 verbunden sind und jeweils mit zumindest einem Kontaktelement 25 mit einem Gegenkontakt 26 in elektrisch leitenden und mechanisch stabilisierenden Kontakt bringbar sind.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die beiden Kontaktplatten 17, 18 mittels isolierenden Abstandshaltern 22 und diese durchgreifenden Verbindungselementen 20 mechanisch fest, aber elektrisch isolierend miteinander verbunden sind.
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Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizelemente 10, 11 jeweils eine mechanisch stabile und elektrisch unabhängige Einheit ausbilden, die getrennt von allen anderen Heizelementen austauschbar sind.
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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 mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Suszeptor
- 2
- CVD-Reaktor
- 3
- Heizorgan
- 4
- Heizorgan
- 5
- Zentrum
- 6
- Heizwendel
- 7
- Heizwendel
- 8
- Heizwendel
- 9
- Heizwendel
- 10
- Heizelement
- 11
- Heizelement
- 12
- Heizelement
- 13
- Heizelement
- 14
- Substrat
- 15
- Gaseinlassorgan
- 16
- Gaseintrittsöffnung
- 17
- Träger/Kontaktplatte
- 18
- Träger/Kontaktplatte
- 19
- Stützplatte
- 20
- Verbindungselement
- 21
- Stützelement
- 22
- Abstandshalter
- 23
- Isolierkörper
- 24
- Isolierkörper
- 25
- Anschlusskontaktstift
- 26
- Gegenkontakt
- 27
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013113045 A1 [0002]
- US 2011/0073039 A1 [0003]
