NL1011578C2 - Drager voor een waferrek alsmede ovensamenstel. - Google Patents

Description

Drager voor een waferrek alsmede ovensamenstel.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een drager voor een waferrek of andere houder voor voorwerpen, die van onderen in een verticale behandelingsoven 5 ingebracht en daaruit afgevoerd worden, welke drager in gebruikstoestand aan de bovenzijde van middelen voorzien is voor het ontvangen van dat waferrek en aan de onderzijde uitgevoerd is om te rusten op de deurplaat van die oven, welke drager omvat tussen de bovenzijde en de onderzijde een kern uit isolerend materiaal omgeven door een kwarts omvattende mantel.

10 Een dergelijke drager is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 5.048.800.

Deze wordt toegepast bij verticale ovens waarbij een waferrek met wafers van onderaf ingebracht wordt in de oven. Het waferrek is geplaatst op een voetstuk of drager. Behalve het dragen van het waferrek met wafers is de functie van het voetstuk of drager te voorzien in een goede warmte-isolatie naar het open uiteinde 15 van de procesbuis. Dit betreft zowel de buis zelf als de daartegen te plaatsen deurplaat welke op zijn beurt de drager of het voetstuk draagt. In een dergelijke deurplaat kunnen middelen aanwezig zijn om de drager te roteren. Aan de onderzijde van de procesbuis kunnen afdichtmiddelen aanwezig zijn. Voor al deze middelen geldt dat bij sterke verwarming beschadiging op kan treden. Bovendien kan een sterk 20 warmteverlies aan de onderzijde van de ovenbuis leiden tot temperatuurverschillen in de buis waardoor de behandeling van de wafers in de oven ongelijkmatig wordt. Dit betekent dat bij procestemperaturen van 800 tot 1300°C het voetstuk een grote isolerende waarde dient te hebben.

Voor CVD-toepassingen waarbij de behandelingstemperatuur verhoudingsgewijs 25 laag is, maximaal ongeveer 900°C, is het van wezenlijk belang dat het voetstuk precies de juiste isolerende waarde heeft om enerzijds beschadiging van de afdichting te voorkomen en anderzijds de neerslag van slecht hechtende lagen op een te koude huisingang te voorkomen. Om dit te verwezenlijken zijn voetstukken voorgesteld waarbij de isolatiewaarde van de kern gevarieerd wordt. In de Amerikaanse 30 octrooischriften 5.048.800 en 5.370.371 wordt een kern beschreven bestaande uit een op afstand liggende reeks schijven. Deze reflecteren de stralingswarmte.

Indien de temperatuur toeneemt, bijvoorbeeld tot boven 900°C, kan de isolerende waarde van de drager vergroot worden door de lengte daarvan te laten 101 1578 2 toenemen. Verwezen wordt naar het Amerikaans octrooischrift 577889. Gebleken is echter dat bij hoge oventemperaturen een aanzienlijke hoeveelheid stralingswarmte door de wanden van het voetstuk naar beneden wordt getransporteerd.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding in een voetstuk of drager van de 5 hierboven beschreven soort zoals bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 5.048.800 te voorzien waarbij bij beperkte hoogte in voldoende isolatie voorzien kan worden.

Tevens is het doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een voetstuk waarbij isolatiewaarde van de kern en mantel zodanig op elkaar zijn afgestemd dat op de onderzijde van het voetstuk in radiale richting een zo klein 10 mogelijke temperatuur gradiënt ontstaat.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven drager verwezenlijkt doordat die mantel omvat ten minste twee hulsvormige in verticale richting op elkaar geplaatste delen, waarbij een hulsvormig deel opaak kwarts omvat en een ander hulsvormig deel een lichtdoorlatend keramisch materiaal omvat.

15 In de stand der techniek wordt voor de mantel van de drager in het algemeen helder kwartsmateriaal toegepast. Gebleken is dat met name bij oventemperaturen waarbij warmtetransport door straling een belangrijke rol speelt, d.w.z. boven 800°C, een wezenlijk deel van de warmtestroom door de drager gelocaliseerd is in de mantel. Straling die in het heldere kwartsmateriaal gevangen is, wordt gemakkelijk over grote 20 afstanden getransporteerd. Dit is vergelijkbaar met het transport van licht door glasvezelkabels. Door volgens de uitvinding een deel van de mantel uitgevoerd als ring uit opaak kwartsmateriaal te vervaardigen, wordt een blokkering voor de straling verwezenlijkt en binnentredende straling naar buiten toe verstrooid.

Uit het Amerikaanse octrooischrift 5.048.800 is het bekend de hierboven 25 beschreven mantel over de volledige hoogte daarvan uit opaak kwartsmateriaal te vervaardigen.

Dit heeft echter als nadeel dat de isolatiewaarde van de buitenmantel zo hoog wordt dat, tezamen met het feit dat warmteverliezen vanuit de binnenzijde van de oven niet alleen optreden in de richting van de deurplaat maar ook in radiale richting 30 dit resulteert in een bodemplaat die aan de buitenrand aanzienlijk lager in temperatuur is dan in het centrum. Vanzelfsprekend wordt deze isolatiewaarde verhoogd door warmteverliezen in radiale richting (verstrooiing). Daardoor zal over de onderzijde van de drager een aanzienlijke temperatuurgradiënt bestaan. Voor de

1 Π1 1 £ 7 O

3 drager is dit niet een wezenlijk probleem maar bij de deurplaat of de tussen de deurplaat en de drager geplaatste bodemdeel kunnen wel problemen ontstaan.

Afgezien van spanningen veroorzaakt door de temperatuurgradiënt is het noodzakelijk dat bijvoorbeeld bij een oxidatie met waterdamp de temperatuur van hetzij het 5 bovendeel van de deurplaat hetzij de bodemplaat, die tussen de deurplaat en de drager geplaatst, minimaal ongeveer 100°C is om condensatie van waterdamp zoveel mogelijk te voorkomen. Tevens dient de temperatuur over de gehele bodemplaat een zekere maximumwaarde niet te overschrijden om beschadiging van afdichtmiddelen en rotatiemiddelen te voorkomen. Bij het optreden van een aanzienlijke 10 temperatuurgradiënt over de bodemplaat wordt het moeilijk, zo niet onmogelijk, om aan deze twee criteria tegelijketijd te voldoen. Bovendien zijn de kosten samenhangend met het vervaardigen van een mantel die over de gehele hoogte van de drager uit opaak kwartsmateriaal vervaardigd is aanzienlijk. Een drager met een buitenmantel geheel uit opaak kwarts vervaardigd, is ten minste twee maaal zo 15 kostbaar als een drager volgens de onderhavige uitvinding.

Volgens een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding omvat het lichtdoorlatende keramische materiaal helder kwarts. Daarbij is het mogelijk zowel het heldere kwarts als het opake kwarts bijvoorbeeld door stralen of andere oppervlaktebehandeling een ruwe oppervlaktestructuur te geven waardoor verstrooiing 20 van straling verder bevorderd wordt.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding bestaat de mantel uit drie hulsvormige delen. In het geval de dwarsdoorsnede van de drager cirkelrond is, hetgeen in het algemeen het geval zal zijn, zijn dit drie hulsvormige ringen. Volgens de uitvinding is de in het midden liggende ring of huls bij voorkeur 25 uit opaak materiaal vervaardigd.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een ovensamenstel omvattende een verticale oven voor het behandelen van substraten op hoge temperatuur, welke oven aan de onderzijde van een toe/afvoeropening voorzien is, alsmede een die opening afsluitende deur, welke deur voorzien is van middelen voor het ontvangen van een 30 drager, welke drager uitgevoerd is volgens een van de voorgaande conclusies.

Met de hierboven beschreven constructie van de mantel van de drager kan de isolerende waarde van deze mantel nauwkeurig gedefinieerd worden door het bepalen van de hoogte (verhouding) van de ring uit opaak kwartsmateriaal. Deze hoogte is bij 101 1578 4 voorkeur minder dan 1/3 van de totale hoogte van de isolerende mantel. Ook de positie van de ring uit opaak materiaal ten opzichte van de onderzijde en bovenzijde van de drager beïnvloedt het temperatuurverloop over de drager. Tevens kan de isolerende vulling, resp. kern, van de drager op enige in de stand der techniek 5 bekende wijze zodanig aangepast worden dat het gewenste profiel bestaat zowel in hoogterichting als in radiale richting. De in de stand der techniek beschreven oplossingen zijn alle toepasbaar bij de drager voorzien van de bijzondere eigenschappen volgens de uitvinding die hierboven beschreven zijn.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld 10 uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij tonen:

Fig. 1 schematisch in dwarsdoorsnede een oven voorzien van de drager volgens de uitvinding; en

Fig. 2 in detail de drager volgens de uitvinding in dwarsdoorsnede.

In fig. 1 is met 1 in het geheel een oven aangegeven. Deze bestaat uit een 15 buisvormige wand 2 waarop aan de bovenzijde een deksel 3 aangebracht is. Aan de onderzijde heeft deze oven een opening 4. Verwarming van de oven vindt plaats met behulp van een verwarmingsspiraal 5 terwijl isolatie 6 aanwezig is. De temperatuur in deze oven varieert afhankelijk van het gewenste proces.

De oven wordt aan de onderzijde afgesloten door een deurplaat 7. Daarop kan 20 een kwartsplaat 8 aangebracht worden. Eventueel kan in de deurplaat een mechanisme aanwezig zijn voor het roteren van een dergelijke kwartsplaat of bodemplaat 8. Op deze kwartsplaat of bodemplaat 8 is de drager 9 volgens de uitvinding aangebracht. Op drager 9 is waferrek 11 aangebracht waarin wafers 10 geplaatst zijn. Drager 9 dient als isolatie en voor het overbruggen van de afstand 25 tussen de benedenbegrenzing van de verwarmingsspiraal 5 en de deurplaat 7.

In fig. 2 is in detail de drager 9 volgens de uitvinding getoond. De bovenzijde is aangegeven met 15 terwijl de onderzijde met 16 aangegeven is. In het inwendige daarvan bevindt zich een kern 21 uit isolerend materiaal. Het isolerende materiaal 21 bestaat bij voorkeur uit een blok vast isolatiemateriaal. Dit wordt omgeven door een 30 mantel 17. Volgens de uitvinding bestaat deze uit een aantal ringen. De bovenste ring of hulsvormig deel is met 18 aangegeven en bestaat uit een lichtgeleidend keramisch materiaal zoals helder kwarts. Ring 19 bestaat uit opaak kwartsmateriaal terwijl ring 20 weer uit een helder kwartsmateriaal bestaat. In de afgebeelde uitvoering is de 101 1578 5 totale hoogte van de drager 9 ongeveer 21 cm. De ring 18 heeft een hoogte van ongeveer 6 cm. De ring uit opaak kwartsmateriaal 19 heeft een hoogte van ongeveer 5 cm terwijl de onderste ring 20 een hoogte heeft van 10 cm. De wanddikte van alle ringen is ongeveer 5 mm.

5 Begrepen zal echter worden dat de wanddikte van de verschillende ringen onderling kan variëren. Zowel de positie als de hoogte van ring 19 uit opaak materiaal kan gewijzigd worden al naar gelang de toepassingen. In de hier getoonde toepassing wordt in een temperatuurbereik van 800 - 1300°C in de oven gewerkt.

Begrepen zal ook worden dat de kern 21 enige andere isolerende 10 constructie bekend in de stand der techniek kan omvatten.

Deze en verdere uitvoeringsvarianten zullen door de degenen bekwaam in de stand der techniek duidelijk zijn.

101 1578

Claims (7)

1. Drager (9) voor een waferrek (11) of andere houder voor voorwerpen (10), die van onderen in een verticale behandelingsoven (1) ingebracht en daaruit 5 afgevoerd worden, welke drager in gebruikstoestand aan de bovenzijde (15) van middelen voorzien is voor het ontvangen van dat waferrek en aan de onderzijde (16) uitgevoerd is om te rusten op de deurplaat van die oven, welke drager omvat tussen de bovenzijde en de onderzijde een kern (2) uit isolerend materiaal omgeven door een kwarts omvattende mantel (17), met het kenmerk, dat die mantel omvat ten minste 10 twee hulsvormige in verticale richting op elkaar geplaatste delen, waarbij een hulsvormig deel (19) opaak kwarts omvat en een ander hulsvormig deel (18) een lichtdoorlatend keramisch materiaal omvat.

2. Drager volgens conclusie 1, waarbij dat lichtdoorlatende keramische materiaal helder kwarts omvat.

3. Drager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij drie hulsvormige delen aangebracht zijn en het in het midden liggende hulsvormige deel opaak kwartsmateriaal omvat.

4. Drager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de isolerende waarde van de kern, en de hoogte van het opake hulsvormige deel zodanig gekozen 20 worden, dat ingebracht in een oven bij een temperatuur van 800°C aan de bovenzijde van drager de temperatuur aan de onderzijde van de drager ten minste 100°C is.

5. Drager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de hoogte van dat hulsvormige deel uit opaak kwartsmateriaal maximaal 1/3 van de totale hoogte van die mantel (17) omvat.

6. Ovensamenstel omvattende een verticale oven (1) voor het behandelen van substraten op hoge temperatuur, welke oven aan de onderzijde van een toe/afvoeropening (4) voorzien is, alsmede een die opening afsluitende deur (7), welke deur voorzien is van middelen voor het ontvangen van een drager, welke drager uitgevoerd is volgens een van de voorgaande conclusies.

7. Ovensamenstel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die oven (1) uitgevoerd is voor behandelingen in het temperatuursgebied van 800°C - 1300°C. ******** 101 1578