DE3441887C1 - Ofen fuer die Waermebehandlung von Halbleiter-Substraten - Google Patents
Ofen fuer die Waermebehandlung von Halbleiter-SubstratenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen für die Wärmebehandlung von Halbleiter-Substraten gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche vertikal betriebene Ofenanlage für die Wärmebehandlung von Halbleiter-Substraten ist aus
der US-PS 4412 812 bekannt. Die in den Ofen einhängbare
Trageanordnung weist einen Rahmen auf, in den bei horizontaler Lage die einzelnen Horden eingesetzt
werden. In vertikaler in dem Ofen aufgehängter Stellung der Trageanordnung sind die Horden mit den Substratscheiben
durch eine an den Substratscheiben anliegende Stange gesichert, die ihrerseits an von der Trageanordnung
vorstehenden, über die Substratscheiben hinausragende Stege geführt ist. In dieser Betriebsstellung
sind die Substratscheiben im wesentlichen horizontal, d. h. senkrecht zur Ofenachse, ausgerichtet und stellen
in dieser horizontalen Ausrichtung einen erheblichen Strömungswiderstand für längs durch das Ofenrohr
hindurchgeleitete Prozeßgase dar. Weiterhin ist die Trageanordnung hinsichtlich der unterschiedlichen
Horden und Substratscheiben praktisch nicht variabel.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
vertikal betriebenen Ofen zu schaffen, der einen strömungsgünstigen
Aufbau aufweist und dessen Trageanordnung für die Aufnahme der Horden weitgehendst
variabel ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In diese Trageanordnung können — entsprechend dimensioniert — Trägerhorden für Halbleiter-Substrate eingesetzt werden, wie sie z. B. aus dem DE-GM 80 21 868 . bekannt sind. Dadurch, daß die Substratscheiben in den Horden mit den Substratscheiben in vertikaler Richtung, d. h. in Richtung der Achse des Prozeßrohres, weisen, ist der Strömungsweg in vertikaler Richtung in dem Ofen weitgehendst frei. Die einzelnen Halbleiter-Substratscheiben können praktisch ungehindert; beispielsweise von einem Prozeßgas, gleichmäßig umströmt werden. Weiterhin wird gerade durch die vertikale Anordnung der Substratscheiben in dem Ofen eine Verbiegung der Scheiben bei der Erwärmung infolge der Eigenlast ausgeschlossen. Durch die Anordnung der Horden übereinander mit den darin, vertikal stehenden Halbleiter-Substraten wird weiterhin erreicht, daß auch bei Substratscheiben unterschiedlichen Durchmessers der Ofenraum vorteilhaft ausgenutzt wird. Die Trageelemente, auf denen die einzelnen Horden ruhen, werden in einem solchen Fall so an den Tragekörpern angeordnet, daß die darauf ruhenden Horden bzw. die Halbleiterscheiben der jeweils unteren Horde unmittelbar an die darüber liegende Horde angrenzen, ohne daß hierbei Zwischenraum vergeben wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In diese Trageanordnung können — entsprechend dimensioniert — Trägerhorden für Halbleiter-Substrate eingesetzt werden, wie sie z. B. aus dem DE-GM 80 21 868 . bekannt sind. Dadurch, daß die Substratscheiben in den Horden mit den Substratscheiben in vertikaler Richtung, d. h. in Richtung der Achse des Prozeßrohres, weisen, ist der Strömungsweg in vertikaler Richtung in dem Ofen weitgehendst frei. Die einzelnen Halbleiter-Substratscheiben können praktisch ungehindert; beispielsweise von einem Prozeßgas, gleichmäßig umströmt werden. Weiterhin wird gerade durch die vertikale Anordnung der Substratscheiben in dem Ofen eine Verbiegung der Scheiben bei der Erwärmung infolge der Eigenlast ausgeschlossen. Durch die Anordnung der Horden übereinander mit den darin, vertikal stehenden Halbleiter-Substraten wird weiterhin erreicht, daß auch bei Substratscheiben unterschiedlichen Durchmessers der Ofenraum vorteilhaft ausgenutzt wird. Die Trageelemente, auf denen die einzelnen Horden ruhen, werden in einem solchen Fall so an den Tragekörpern angeordnet, daß die darauf ruhenden Horden bzw. die Halbleiterscheiben der jeweils unteren Horde unmittelbar an die darüber liegende Horde angrenzen, ohne daß hierbei Zwischenraum vergeben wird.
Bevorzugt weist die Trageanordnung des Ofens vier Tragekörper auf, die die Eckpunkte eines Vierecks oder
eines Rechtecks bildend angeordnet sind. Mit diesen vier Tragekörpern wird ein äußerst stabiler Aufbau der
Trageanordnung erreicht. Auf einfache Weise können bei einer solchen Trageanordnung mit vier vertikalen
Tragekörpern die übereinander gehaltenen Trageelemente so positioniert werden, daß die Substratscheiben
von Lage zu Lage bzw. von Horde zu Horde alternierend in Ost-West- oder Nord-Süd-Richtung weisen.
Hierdurch wird insbesondere eine gleichmäßige Gasströmung erreicht.
Besonders vorteilhaft sind Trageelemente in Form von Hülsen mit daran fest verbundenen im rechten Winkel
zur Achse der Hülse verlaufenden Querbalken, die die Tragekörper umschließen und in beliebiger Höhe
entlang der Tragekörper feststellbar sind. Besonders vorteilhaft können hierbei geschlossene Hülsen sein, die
den Tragekörpern so angepaßt sind, daß sie sich auf is diese, etwa von deren freiem Ende aus, aufstecken lassen.
Falls die Trageanordnung, wie bereits erwähnt, vier Tragekörper aufweist, wird durch zwei Querbalken auf
denen die Horde ruht, mit jeweils zwei Hülsen, die jeweils zwei benachbarte Tragekörper verbinden, einerseits
eine gleichmäßige Lastverteilung auf die einzelnen Tragekörper erzielt, andererseits wird die Trageanordnung
versteift. Bei abwechselnd übereinander in Nord-Süd- und Ost-West-Richtung angeordneten Horden erfolgt
gleichzeitig eine Versteifung aller vier Tragekörper ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen. Falls
die vier Tragekörper die Eckpunkte eines Vierecks bildend angeordnet sind, lassen sich für die Anordnung der
Horden sowohl in der einen Richtung als auch in der anderen Richtung gleiche Trageelemente einsetzen.
Sollten die einzelnen übereinander angeordneten Horden nicht alternierend in ihrer Richtung in die Trageanordnung
eingesetzt werden, kann eine Aussteifung der Tragekörper zweckmäßigerweise auch durch zusätzliche
Verbindungselemente erfolgen, die dann jeweils zwischen zwei Tragekörpern, die nicht über einen gemeinsamen
Querbalken in Verbindung stehen, vorgesehen sind. Diese Verbindungselemente weisen ähnlich
der Trageelemente zwei über eine Stange miteinander verbundene Hülsen auf, die sich auf die Tragekörper
aufschieben lassen.
Einzelne übereinander angeordnete Trageelemente lassen sich durch Abstandsrohre, die auf die einzelnen
Tragekörper zwischen die Hülsen zweier Trageelementc aufgesteckt werden, voneinander beabstanden. Die
Länge der Abstandsrohre kann entsprechend dem Durchmesser der Substratscheiben und damit der erforderlichen
lichten Weite zwischen den Trageelementen gewählt werden. Derartige Abstandsrohre können in
abgestuften Längen bevorratet werden. Die Festigkeit der Tragekörper und der Querbalken kann dadurch erhöht
werden, daß diese durch Rohre gebildet werden, in denen ein Verstärkungsstab aus Keramikmaterial, beispielsweise
aus Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid, verläuft. ·
Ein kompakter und strömungstechnisch günstiger Ofen kann erzielt werden, indem das vertikal angeordnete
beheizbare Prozeßrohr einen in etwa rechteckigen, den äußeren Abmessungen der Trageanordnung angepaßten
Querschnitt aufweist.
Bei einem Ofen mit stationärem Prozeßrohr und darin ein- und ausführbarer Trageanordnung wird an den
unteren Enden der Tragekörper eine Abschluß-Stützscheibe fest angebracht, die über den Außenumfang der
Tragearme vorsteht und auf denen die Hülsen der Trageelemente, der Verbindungselemente oder die Abstandsrohre
aufliegen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Beispieles anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Beispieles anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine Trageanordnung mit vier Tragekörpern, die an ihren unteren Enden eingespannt sind,
Fig.2 in teilweise geschnittener Darstellung zwei Tragekörper mit daran angeordneter Trägerhorde und
F i g. 3 eine Trageanordnung, bei der die Tragekörper an ihrem oberen Ende eingespannt sind, mit zwei darin
eingesetzten Trägerhorden.
Die in F i g. 1 gezeigte Trageanordnung 1 weist vier Tragekörper 2 auf, die die Eckpunkte eines Vierecks
bildend in einem Einspannkopf 3 eingespannt gehalten werden. Über die Tragekörper 2 geschoben liegt auf
dem Einspannkopf 3 eine Verschlußplatte 4, vorzugsweise aus Metall, mit einer Auflage aus Quarzglas auf,
auf die sich ein Ofenrohr 5 aus Quarz, in dieser Darstellung ausschnittsweise gezeigt, aufsetzt. Auf der Verschlußplatte
4 liegt ein Isolator 6 auf, beispielsweise aus Quarzglas und Quarzwolle, dessen Außendurchmesser
dem Innendurchmesser des Quarzrohres 5 angepaßt ist. Je nach Bedarf kann in die Trageanordnung 1 eine (siehe
Fig. 1) oder mehrere (siehe Fig. 3) Horden 7 mit einer
Vielzahl von Halbleiter-Substratscheiben 8 eingesetzt werden. Wie aus F i g. 2 deutlich wird, werden die Horden
7 jeweils von zwei Trageelementen 9' abgestützt. Für die Trageanordnung 1 mit vier Tragekörpern 2 geeignete
Trageelemente 9 weisen jeweils zwei Hülsen 10 auf, die im Abstand zweier Tragekörper 2 über einen
Querbalken 11 miteinander verbunden sind. Der Innendurchmesser der Hülsen 10 in Form eines Rohrabschnittes
ist so gewählt, daß sich die Hülsen 10 leicht von dem freien Ende der Tragekörper 2 aus auf diese aufstecken
lassen. In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2, in dem die Trageanordnung 1 nur zwei Tragekörper 2 aufweist,
ist jeweils eine einzelne Hülse 10' etwa mittig an dem die Horden 7 unterstützenden Querbalken 11' befestigt.
Die Querbalken 11,11' sind in diesem Ausführungsbeispiel
Rohre mit rundem Querschnitt, in denen zusätzlich ein Verstärkungsstab 12 aus Keramikmaterial, beispielsweise
aus Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid, verläuft.
Bevorzugt werden in die Trageanordnung sogenannte Stabhorden, wie sie auch in dem Ausführungsbeispiel
gezeigt sind, eingesetzt. Solche aus zwei unteren Längsstäben 13 und zwei oberen Längsstäben 14, die mit
Querrohren 15 an den Enden miteinander verbunden sind, aufgebaute Stabhorden, haben den Vorteil, daß die
unteren Längsstäbe 13 gleichzeitig als Widerlager für die Querbalken 11, 11' der Trageelemente 9, 9' dienen
können, die ein seitliches Verschieben der Horden auf den Trageelementen 9,9' wirksam verhindern.
Je nach Bedarf werden zur Aussteifung der Trageanordnung 1 zwischen den Tragekörpern 2, die ohnehin
nicht schon durch einen Querbalken 11 eines Trageelementes 9 miteinander in Verbindung stehen, ein Verbindungselement
16 angeordnet. Dieses Verbindungselement 16 weist ähnlich der Trageelemente 9 zwei Hülsen
17 auf, die auf die Tragekörper 2 aufsteckbar sind und im Abstand der zu verbindenden Tragekörper über einen
Stab 18 miteinander verbunden sind. Bei einer Trageanordnung 1 mit vier Tragekörpern 2 werden die Tragekörper
2 in der einen Richtung über die Querbalken 11 und in der anderen Richtung über die Verbindungselemente
16 verstrebt, während bei einer Trageanordnung 1 mit zwei Tragekörpern (siehe F i g. 2) die Tragekörper
2 nur über die Verbindungselemente 16 versteift werden. Gerade bei einer Trageanordnung mit vier Tragekörpern
2 sind die Verbindungselemente 16 insbeson-
dere dann entbehrlich, wenn mehrere Horden übereinander abwechselnd in Nord-Süd- bzw- Ost-West-Richtung
angeordnet sind, so daß die Tragekörper 2 alternierend paarweise miteinander verbunden sind.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, werden einzelne übereinander
angeordnete Horden 7 mittels auf die Tragekörper 2 aufgeschobenen Abstandsrohren 19 voneinander
beabstandet. Die Länge dieser Abstandsrohre 19 ist so gewählt, daß jeweils zwei benachbarte Trageelemente
9 bzw. deren Hülsen 10 derart voneinander beabstandet sind, daß die auf den Querbalken 11 aufliegenden
Horden 7 bzw. die darin eingesetzten Substratscheiben 8 ohne großen Zwischenraum aneinander grenzen. Je
nach Bedarf kann entlang der einzelnen Tragekörper 2 aufeinanderfolgend ein Verbindungselement 16, ein
Trageelement 9, ein Abstandsrohr 19, wiederum ein Trageelement 9, ein Abstandsrohr 19, ein Verbindungselement
16 usw. aufgeschoben sein. Falls es erforderlich ist, zwischen zwei übereinander angeordneten Horden 7
ein weiteres Verbindungselement 16 anzuordnen, kann die Länge der Abstandsrohre 19 entsprechend variiert
werden, um die Horden 7 mit den Halbleiter-Substratscheiben 8 platzsparend unterzubringen.
Während es sich bei der Trageanordnung nach F i g. 1 um eine stehende Anordnung handelt, d.h. in diesem
Fall sind die Tragekörper 2 stehend mit ihren freien Ende nach oben weisend eingespannt, handelt es sich
bei der Trageanordnung nach F i g. 3 um eine hängende Anordnung, d. h. die Tragekörper 2 sind an ihren oberen,
nicht dargestellten Enden hängend eingespannt. In der letzteren Ausführung weisen die Tragekörper 2 an
ihren unteren, freien Enden jeweils eine Abschluß-Stützscheibe 20 auf, auf die sich die einzelnen Horden
bzw. Verbindungselemente und Trageelemente abstützen. Um hier ein auseinanderwandern der Tragekörper
2 unter Einwirkung der daran abgestützten Last zu verhindern, ist direkt auf den Abschluß-Scheiben 20 aufliegend
als unterstes Teil ein Verbindungselement 16 vorgesehen.
Der baukastenartige Aufbau der Trageanordnung mit den einzelnen sich gleichenden Bauelementen in
Form der Trageelemente 9,9', der Verbindungselemente
16, 16' und der Abstandsrohre 19, die in abgestuften Größen bevorratet werden können, läßt sich die Anordnung
je nach Bedarf in einfacher Weise variieren. Es besteht auch die Möglichkeit, lediglich eine Horde etwa
mittig in die Trageanordnung einzusetzen, wie in F i g. 1 gezeigt, wozu als unterstes Element auf den Isolator 6
bzw. auf. die Verschlußplatte 4 Abstandsrohre 19 aufgesteckt sind.
Während das Ofenrohr 5 gemäß F i g. 1 einen runden Querschnitt aufweist, ist eine vorteilhafte Variante hierzu
in einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt zu sehen, wie er durch die unterbrochenen Linien
21 auf dem Isolator 6 angedeutet ist. Mit einem solchen Querschnitt ist der Prozeßraum der Trageanordnung
angepaßt; es verbleiben keine allzu großen freien Querschnittsbereiche, entlang denen ein Prozeßgas
unwirksam strömen könnte.
Die Substratscheiben 8 sind in der Trageanordnung 1 in vertikaler Richtung ausgerichtet und können so von
allen Seiten gleichmäßig umströmt werden. Bei mehreren übereinander in die Trageanordnung eingesetzten
Horden 7 wird die Strömung noch begünstigt, wenn die Horden 7 alternierend in ihrer Richtung gehalten werden.
In der gezeigten Trageanordnung können ohne weiteres vier bis fünf Horden gleichzeitig untergebracht
werden, wenn man davon ausgeht, daß der Durchmesser solcher Substratscheiben 8 bis 200 mm beträgt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Ofen für die Wärmebehandlung von Halbleiter-Substraten, insbesondere zur Diffusion, mit einem
vertikal stehenden beheizbaren Quarzrohr und mit einer aus Stäben oder Rohren aufgebauten Trageanordnung,
in die eine oder mehrere, die scheibenförmigen Substrate mit Abstand und im wesentlichen
parallel zueinander aufnehmende Horde(n) eingesetzt ist (sind), dadurch gekennzeichnet,
daß die Trageanordnung (1) mindestens zwei vertikale, parallel zueinander ausgerichtete stab- oder
rohrförmige Tragekörper (2) aufweist, an denen jeweils mindestens ein Trageelement (9; 9') angeordnet
ist, auf denen die Horde (7) so aufgesetzt ist, daß die Substratscheiben (8) in der Horde (7) bei der
Behandlung im wesentlichen in vertikaler Richtung weisen.
2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Tragekörper (2) vorgesehen sind, die die
Eckpunkte eines "Vierecks oder Rechtecks bilden.
3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageelemente (9; 9') die Tragekörper (2)
umschließende Hülsen (10; 10) mit daran fest verbundenen horizontal verlaufenden Querbalken (11;
11') sind.
4. Ofen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Querbalken (11) mit jeweils zwei
Hülsen (10), jeweils zwei benachbarte Tragekörper (2) verbindend, angeordnet sind, wobei die Querbalken
(11) etwa parallel zueinander ausgerichtet sind.
5. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der Tragekörper (2)
eine der Anzahl der Horden (7) entsprechende Zahl von Trageelementen (9; 9') angeordnet ist, und daß
die Trageelemente (9; 9') zweier übereinander angeordneter Horden (7) eines Tragekörpers (2) durch
jeweils ein Abstandsrohr (19) voneinander getrennt sind.
6. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei Tragekörpern
(2), die nicht über einen gemeinsamen Querbalken (11) in Verbindung stehen, ein die entsprechenden
Tragekörper (2) verbindendes Verbindungselement (16) angeordnet ist
7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (16) zwei Hülsen (17)
aufweist, die mit einem stab- oder rohrförmigen Körper fest miteinander verbunden sind.
8. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragekörper (2) und/oder
die Querbalken (11; 11') Rohre sind, in denen ein Verstärkungsstab (12) aus Keramikmaterial verläuft.
9. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragekörper (2) und/oder
die Querbalken (11; 11') aus Quarzgut oder Quarzglas bestehen.
10. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vertikal angeordnete,
beheizbare Prozeßrohr (5) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
11. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trageanordnung (1) in das Prozeßrohr ein- und ausführbar angeordnet
ist.
12. Ofen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die in das Prozeßrohr (5) ein- und ausführbare Trageanordnung (1) an den unteren Enden der
Tragekörper (2) jeweils eine über deren Außenumfang zumindest teilweise überstehende, fest angeordnete
Abschluß-Stützscheibe (20) aufweist.
13. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageanordnung (1)
im Prozeßrohr (5) drehbar angeordnet ist.
Priority Applications (4)
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