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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum exakten Fräsen von
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Platten, insbesondere von in der Epitaxie einsetzbaren Suszeptorplatten
aus Graphit.
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Suszeptorplatten als Trägerplatten für die bei der Epitaxie zu beschichtenden
Scheiben sollen möglichst homogen beheizt werden, da das Auftreten von Temperaturgradienten
zu Kristallbaufehlern, wie beispielsweise Gleitungen in den Epischeiben führen würde.
Bei induktiver Beheizung werden daher bevorzugt Suszeptorplatten aus Graphit, mit
einem spezifischen Widerstand von 0,5 bis 4 mOhmcm verwendet.
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Die Eindringtiefe des hochfrequenten Wechselstroms wird durch die
in der physikalischen Literatur bekannte Skineindringtiefe beschrieben. So lange
nun die Plattendicke nicht wesentlich größer ist als die Skineindringtiefe, nimmt
die Leistungseinkopplung, bzw. die bei fester Generatorleistung erreichbare Maximaltemperatur
mit zunehmender Plattendicke zu. Ein Temperaturausgleich quer über die Suszeptorfläche
läßt sich dabei durch Variation der Plattendicke, wie etwa durch eine geeignete
Profilierung der Suszeptorplattenrückseite, wie sie beispielsweise in der Deutschen
Offenlegungsschrift 20 34 152 beschrieben wird, erreichen. Das Rückseitenprofil
kann dementsprechend beispielsweise senkrechte Stufen, schräge Stufen, eine gerundete
Profilierung oder auch eine Mischung dieser Strukturierungsarten aufweisen.
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Die Oberseite der Suszeptorplatte muß dagegen mit geeigneten Ausnehmungen
versehen sein, um die Scheibenlage auf dem Suszeptor zu fixieren. Die Ausbildung
dieser Ausnehmungen für die Scheibenauflage auf der vormals planen Oberseite des
suszeptors gestaltete sich bislang außerordentlich schwierig, da die unebene, beispielsweise
mit Stufenfräsungen versehene, Rückseite nicht vollständig mit Hebeverstellungen
und untergelegten Auflegekörpern abgestützt werden kann.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden,
welches in einfacher Art und Weise das Fräsen der exakten Form dieser Oberseitenausnehmungen
unter möglichst exakter Einhaltung der Frästiefe erlaubt.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches d a d u r c
h g e k e n n z e i c h n e t ist, daß eine plane Oberfläche der zu bearbeitenden
Platte durch Einwirkung eines Gasdruckes an eine ebenfalls plane Stützplatte angepreßt
wird, in welcher zum Anbringen der Oberseitenformfräsungen Ausnehmungen vorgesehen
sind, durch die ein Formfräser auf die zu bearbeitende Platte aufgesetzt werden
kann.
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Das Anpressen der Suszeptorplatte an die Stützplatte, die bevorzugt
aus rostfreiem Stahl hergestellt wird, erfolgt dabei vorzugsweise mit Hilfe eines
Druckgases, im einfachsten Falle Luft, welches auf die strukturierte Unterseite
der zu bearbeitenden Suszeptorplatten gerichtet wird. Es ist allerdings genausogut
möglich, in der stählernen Stützplatte zur Unterseite offene Kanäle auszubilden,
welche an eine Vakuumpumpe angeschlossen werden, so daß durch Abpumpen der Luft
in diesem Kanalsystem ein Vakuum entsteht, durch welches die zu bearbeitenden Platten
angesaugt und unter Einwirkung des äußeren luftdruckes auf die Stützplatte gepreßt
werden.
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Durch Ausnehmungen in der Richtplatte, die so groß gewählt werden
müssen, daß sie von der zu bearbeitenden Platte die jeweils erforderliche Fläche
freilegen, kann nun der Formfräser aufgesetzt und es können die gewünschten Formfräsungen
in der Oberfläche der Platte durchgeführt werden. Zur exakten Kontrolle der Einfrästiefe
ist dabei die genaue Kenntnis der Fräserstellung bei Berührung mit der Suszeptoroberfläche
notwendig. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß der Formfräser und die zu bearbeitende
Platte an einen Stromkreis angeschlossen werden, dessen Schließung bei Berührung
des Formträgers mit der zu bearbeitenden Platte durch ein zwischengeschaltetes Anzeigeninstrument
angezeigt wird. Dieses Anzeigeninstrument kann im einfachsten Fall ein Lämpchen
sein und die Stromquelle eine entsprechende Batterie. So lange der Formfräser die
zu bearbeitende
Platte nicht berührt, bleibt das Lämpchen dunkel.
Beim Absenken des Formfräsers und Berührung mit der zu bearbeitenden Platte glimmt
das Lanpchen auf und brennt hell, sobald der Formfräser tiefer in beispielsweise
das Graphitmaterial der Suszeptorplatte eindringt.
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Mit dem erstmaligen Aufglimmen des Lämpchens ist die Stellung des
Formfräsers zur Oberfläche der zu bearbeitenden Platte exakt festgelegt. Die Differenzdistanz
zwischen Suszeptoroberfläche und fortschreitender Frastiefe wird somit im wesentlichen
durch die Einstellgenauigkeit der Differenzdistanz an der Fräsmaschine bestimmt,
die üblicherweise mindestens in der Größenordnung einiger hundertstelmillimeter
liegt.
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In der Abbildung ist eine geeignete Ausführungsform schematisch dargestellt,
an welcher das erfindungsgemiße Verfahren näher erläutert wird: Soll beispielsweise
eine Suszeptorplatte 1 aus Graphit mit einer Dicke von 20 mm - allgemein üblicherweise
5 - 30 mm - und einem Durchmesser von 400 mm - allgemein etwa 100 - 500 mm - mit
ebener Oberfläche 2 und profilierter Rückseite 3 Oberseitenfräsungen 4 mit definierter
Form- und Einsenktiefe erhalten, so wird diese zweckmäßig in eine topfartige Vorrichtung
5, bevorzugt aus rostfreiem Stahl, eingelegt, wobei die Hohlräume bei der Suszeptorrückseite
6 zum Rand 7 und zur Zentralbohrung 8 hin durch Dichtungsringe 9 und 10 aus beispielsweise
weichem Gummi, abgedichtet werden.
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Der topfartige Grundkörper 5 ist dabei waagrecht auf der Fräsmaschine
ausgerichtet. Auf die ebene Oberfläche 2 der Suszeptorplatte 1 wird nun eine Richtplatte
11, bevorzugt ebenfalls aus rostfreiem Stahl, mit planer Oberfläche 12 aufgelegt.
Mit den Schrauben 13 werden nun Haltebacken oder ein Haltering 14 so am Grundkörper
5 befestigt, daß die Schrauben 15 die Richtplatte 11 und damit die Suszeptorplatte
1 fixieren. Im Zentrum werden Richtplatte und Suszeptorplatte, zweckmäßig mit einer
Schraube 16, am Grundkörper 5 befestigt.
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Die Schrauben 15 und 16 werden nun soweit angezogen, daß die Hohlräume
6 durch die Dichtungsringe 9 und 10 genügend abgedichtet werden, um durch das Gasanschlunstück
17 und die Bohrungen 18 und 19 in die Hohlräume 6 Druckgas, insbesondere Luft, einströmen
zu lassen.
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Die Richtmomente, mit welchen die Schrauben 15 und 16 angezogen werden,
müssen dabei so gewählt werden, daß ein Durchbiegen der Richtplatte 11 vermieden
wird.
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Grundsätzlich kann natürlich statt einer runden Graphitplatte mit
Zentralbohrung auch eine solche ohne Zentralbohrung oder auch eine rechteckige Platte
aus jedem beliebigen Material, welches sich durch einen Fräser bearbeiten läßt,
entsprechend eingespannt werden.
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Die Richtplatte 11 enthält Ausnehmungen 20, durch welche der sich
drehende Formfräserteil 21 mit Fräserblatt 22 auf die Oberfläche 2 der Suszeptorplatte
1 abgesenkt werden kann. Am Schaft 23 des Formfräsers 21 ist dabei ein Schleifkontakt
24 mit einer Kontaktbefestigung 25 angebracht, von welcher ein elektrisches Kabel
über das Anzeigegerät 26 und die Spannungsquelle 27 zum Kontakt 28 führt. Über die
Richtplatte 11 und die Graphitplatte 1 wird somit bei Berühren mit dem Formfräser
der Stromkreis geschlossen.
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Das hier geschilderte Verfahren zur Bestimmung der Frästiefe ist natürlich
nur anwendbar auf zu bearbeitende Platten, die elektrisch leitend sind. Dies ist
aber üblicherweise, insbesondere bei der Bearbeitung von Suszeptorplatten, die ganz
allgemein aus Graphit bestehen, der Fall.
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Besteht die Richtplatte 11 nicht aus Stahl, sondern aus einem Platte
rial mit einem besonders hohen elektrischen Widerstand, so müßte der Kontakt 28
direkt an der Suszeptorplatte 1 bzw. allgemein der zu bearbeitenden Platte befestigt
werden.
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Sobald das Formfräserblatt 22 die Oberfläche 2 der Suszeptorplatte
1 berührt, so wird dies durch das Anzeigegerät 26 angezeigt, beispielsweise durch
das Aufglimmen eines als Anzeigegerät 26 eingesetzten Lämpchen. Die Anfangsstellung
an der Fräsmaschine zum Einsenken des
Formfräsers in die zu bearbeitende
Platte ist somit auf mindestens ein Hundertstel mm genau festgelegt. An der Oberseite
der zu bearbeitenden Platte, beispielsweise der Suszeptorplatte 1 aus Graphit, können
nun die erforderlichen Fräsungen exakt durchgeführt werden.
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Als Stromquelle empfiehlt sich beispielsweise eine Taschenlampenbatterie
mit 4,5 Volt Spannung und als Anzeigegerät ein Glühbirnchen mit 4,5 Volt Spannung
und 0,2 mA Strom. Grundsätzlich sind natürlich auch stärkere Batterien und Lampen
mit höherem Strorndurchgang verwendbar, jedoch muß dann damit gerechnet werden,
daß durch Funkenbildung und Materialabtrag die Schneide des Formfrisers möglicherweise
verändert wird. Auch allein aus Sicherheitsgründen sollte die Spannung nicht zu
hoch gewählt werden. Nach kleineren Werten sind dagegen Spannung und Strom nicht
begrenzt, soweit nur genügend empt ndtiche Anzeigelämpchen verfügbar sind.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die exakte Einhaltung der
erforderlichen Frastiefe und die exakte Durchführung der erforderlichen Formfräsungen
gewährleistet, so daß die ansonsten durch das Auftreten von Temperaturgradienten
oder mechanische Spannungen auftretende Gefahr der Bildung von Kristallbaufehlern
oder gar dem Brechen der aufzunehmenden Epischeiben ausgeschlossen werden kann.
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Die erforderlichen Formfräsungen können nun aber nicht nur wesentlich
genauer, sondern auch in ungleich kürzerer Zeit als nach dem bisher üblichen Verfahren
durchgeführt werden.