WO2001056064A1 - Vorrichtung zum thermischen behandeln von substraten - Google Patents

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WO2001056064A1
WO2001056064A1 PCT/EP2001/000607 EP0100607W WO0156064A1 WO 2001056064 A1 WO2001056064 A1 WO 2001056064A1 EP 0100607 W EP0100607 W EP 0100607W WO 0156064 A1 WO0156064 A1 WO 0156064A1
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support
support elements
wafer
elements
substrate
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PCT/EP2001/000607
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Uwe Kreiser
Karsten Weber
Wilfried Lerch
Michael Grandy
Patrick Schmid
Jürgen NIESS
Olgun Altug
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Steag Rtp Systems Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a device for the thermal treatment of substrates, in particular semiconductor substrates, in a chamber in which the substrates are deposited on support elements.
  • Such a device for treating substrates is known, for example, from DE-A-198 21 007, which goes back to the same applicant.
  • the support elements for carrying semiconductor wafers are rigidly attached to a rotary plate which is rotated to homogenize the thermal treatment of a semiconductor wafer.
  • FIG. 1 An alternative support structure for a device of the type mentioned at the outset is shown, for example, in FIG. 1.
  • a wafer 1 is placed on conically shaped support pins 2, which are also called pins.
  • the pins are rigidly attached with their holders 4 on a support frame 3.
  • the pins have conically shaped contact tips in order to keep the contact areas between the support elements and the wafer small, and thus to minimize heat transfer from the wafer to the support element and the resultant cooling of the wafer in the area of the contact area.
  • these contact tips have the disadvantage that they break off easily and thereby cause unwanted particles.
  • the contact tips leave mechanical impressions in the wafer lying thereon, since the wafer material is relatively soft at high temperatures.
  • wafers with relatively large diameters such as. B. 300mm wafers, which have a weight of 130g instead of 50g for wafers with a diameter of 200mm, increase the pressure forces between the contact tips and the wafer and thus the problem of mechanical impressions.
  • the wafer is broken into predefined pieces, with a break line running through a location to be examined.
  • a SIRD process scanned infrared depolarization
  • a birefringence generated by elastic deformation is measured, which occurs with many transparent and isotropic substances due to deformation.
  • sliplines in the crystal structure of the semiconductor wafer. Although this on the bottom, i.e. H. on the support side of the wafer, they can propagate to the top during thermal treatment of the wafer with a sufficiently high thermal load and damage or impair the structures applied to the top.
  • sliplines can be made visible, for example, by structure etching.
  • a substrate treatment device which has holding pins movable perpendicular to the substrate plane in order to position different areas at different distances from a heating plate.
  • these holding pins With these holding pins, however, the problems of scratches already mentioned occur which occur when the substrate and pins move relative to one another as a result of thermal expansion of the substrate.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, in which the formation of scratch marks on the wafer surface is reduced.
  • the support elements are movable essentially parallel to the substrate plane. Due to the movable configuration of the support elements, they can follow a movement of the wafer during expansion as a result of the thermal treatment. This prevents scratching of the support elements on the wafer surface. Instead of an elongated scratch mark, the support elements only create a punctiform impression. Furthermore, the height position of the substrates within the chamber is kept essentially constant by the movement directed essentially parallel to the substrate plane.
  • the support elements are preferably movable radially with respect to a central axis of the substrate in order to be able to follow the aforementioned expansion of the wafer, which is directed radially outwards.
  • the support elements are resiliently suspended in order to provide the required mobility of the support elements.
  • the support elements are preferably each connected to a spring, in particular a flat spiral spring, via which both vertical and horizontal suspension can be reached.
  • the vertical suspension is particularly useful when depositing the wafers in order to cushion the forces that occur at this time.
  • the support elements can be pivoted perpendicular to their longitudinal axis in order to provide the required mobility of the support elements in a simple manner.
  • the pivot axis is preferably spaced from the longitudinal axis of the support element, so that the support elements are inclined to a predetermined position in their rest position.
  • the support elements are preferably inclined toward a central axis of the substrate, as a result of which they can follow an outward movement of the wafer over a greater distance.
  • pin-shaped support elements with a large amount of play are stored in a sleeve-shaped receiving device.
  • the large play guarantees the support elements the necessary freedom of movement to be able to follow the thermal expansion of the wafer.
  • the sleeve is arranged tilted with respect to the wafer axis, so that the support pins are inclined towards the center of the wafer.
  • the support elements are preferably attached to the free ends of movable support arms, the mobility of the support elements being provided via the support arms.
  • the support arms are preferably movable parallel to the substrate plane in order to follow the radial expansion of the wafer during the thermal treatment and to provide a substantially fixed height position of the wafer within the chamber.
  • the support elements are preferably received in a guide in order to guide the movement in a specific direction.
  • the guide is preferably an elongated hole, which preferably extends radially to a central axis of the substrate.
  • the support elements have a support flange on which the support elements can slide, for example, in order thus to enable movement of the support element.
  • the support flange preferably has a curved support surface which provides for a pivotable mounting of the support element.
  • the support element is preferably translucent and designed as an optical lens. This prevents a shadowing effect in a device in which the substrate is heated via a radiation field.
  • the lens effect of the support flange allows the radiation to be focused on the contact point between the support element and the wafer, as a result of which the heat losses of the wafer described above are compensated for at this point. This leads to a more homogeneous temperature distribution across the wafer.
  • a moveable, in particular tiltable, holding element is provided with at least three support arms and supporting elements attached to them. Due to the tiltable mounting of the holding element, small deviations in height of the supporting elements and or of the wafer can be compensated for.
  • the support elements elements on the support arms are preferably movable, in particular pivotable, in order to follow a movement of the substrate, in particular a radially outward movement caused by the thermal treatment. At least three of these holding elements are preferably provided in order to provide a large number of support points and thus to reduce the compressive forces at the support points.
  • the support elements are balls, which are preferably each guided in a path, in order to enable the balls to roll in the path when the substrate is moving and thus only ever touch one point on the substrate surface.
  • the path is preferably inclined toward a central axis of the substrate in order to ensure that the balls roll again and again into a predetermined rest position after the substrate has been lifted off.
  • these have a conically tapering foot which is pivotally received in a receptacle.
  • the support elements preferably have substrate contact tips, as a result of which the contact area between the support element and the substrate is reduced.
  • the substrate support tips are preferably formed by a cone which has a larger opening angle than a second cone adjoining it. This double cone ensures that the contact tip is less easily damaged, in particular breaks off.
  • the first cone preferably has an opening angle between 50 ° and 130 ° and particularly preferably between 80 ° and 100 °.
  • the opening angle of the second cone is preferably between 5 ° and 45 °, in particular between 5 ° and 25 °.
  • the support elements are on a circular line with a radius of ⁇ to 4/5 and preferably of 2/3 of the substrate radius to avoid bending the substrate towards the center or outwards.
  • the deflection is lowest in the above range, which reduces the formation of misalignments or sliplines.
  • the support elements and / or their holding devices consist at least partially of a translucent material.
  • the surfaces of the support elements and / or their holding devices are at least partially polished, in particular fire-polished, in order to ensure good passage of the heat radiation.
  • the support elements and / or their holding devices are made from one or a combination of the following materials: quartz, magnesium oxide, zirconium oxide, silicon, silicon nitrite, silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitrite, boron nitride, sapphire, saphal or ceramic.
  • the present invention is particularly suitable for rapid heating systems in which a semiconductor wafer is heated via a radiation field.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective illustration of a substrate carrier according to the prior art
  • Fl ig- 4 is a schematic, perspective view of a spring-loaded support pin;
  • Fig. 5 is a schematic side view of an oscillating support pin according to the present invention.
  • FIG. 6 shows a schematic side view of the support pin according to FIG. 5 with a viewing angle rotated by 90 °;
  • Figure 7 is a top plan view of an alternative support structure in accordance with the present invention in which support pins are attached to swinging support arms; 8 is a detailed view of a support pin according to the present invention with a conical foot end;
  • FIG. 9 is a schematic side view of an alternative support pin of the present invention.
  • FIG. 10 shows a schematic side view of a further embodiment of a support pin according to the present invention.
  • Fig. 11 is a guide plate for receiving and guiding a
  • FIG. 12 shows a schematic sectional view through a further embodiment of a support pin according to the present
  • FIG. 13 shows another alternative embodiment of a support pin according to the present invention.
  • 14a and 14b are a schematic sectional view and a schematic plan view of a holding device for receiving
  • 15 is a perspective view of the holding device according to
  • Fig. 16 alternative embodiments of a holding device for support pins.
  • the invention relates to a device for thermal treatment of substrates, in particular semiconductor wafers, in a chamber in which the wafers are placed on supporting elements.
  • a device for thermal treatment of substrates, in particular semiconductor wafers, in a chamber in which the wafers are placed on supporting elements.
  • Such a device is known, for example, from DE-A-19821007, which goes back to the same applicant, and is thus made the subject of the present invention in order to avoid repetitions.
  • the chamber in which the semiconductor wafers are deposited on the support elements is surrounded by a heating device which consists of lamps or lamp banks located above and below the chamber.
  • the support elements are movably mounted in order to follow a movement of the wafer, in particular in the event of an expansion as a result of the thermal treatment.
  • Figure 4 shows a first embodiment of a support structure 6 for a support element 8 in the form of a support pin.
  • the support pin 8 has a first end 10 with a support tip 11 for receiving a semiconductor wafer.
  • An opposite end 13 of the support pin 8 is suitably attached to a flat coil spring 15.
  • the spiral spring 15 is formed by cutting out a part 16 from a thin plate 17, such as a quartz plate. Due to the cutout 16 in the quartz plate 17, the flat spiral spring 15 is resilient both in the horizontal and in the vertical direction.
  • FIGS. 5 and 6 show a second exemplary embodiment of the present invention for a movable suspension of a support pin 8.
  • the support pin 8 has a first end 10 on which a support tip 11 is formed.
  • the end 10 of the support pin 8 is designed as a double cone.
  • the contact tip 11 is formed by a cone with an opening angle between 50 degrees and 130 degrees and preferably between 80 degrees and 100 degrees. This cone is followed by a second cone with an opening angle between 5 and 45 degrees and preferably between 5 and 25 degrees.
  • the support tip shaped in this way is robust and reduces the risk of the tip breaking off.
  • the support pin 8 has a longitudinal axis A.
  • a pivot pin 20 with a longitudinal axis B is attached to one side of the support pin 8.
  • the longitudinal axis B of the pivot pin 20 extends perpendicular to the longitudinal axis A of the support pin 8 and is laterally offset.
  • the pivot pin 20 is received in a suitable holding device, such as a U-shaped holding device, so that the support pin 8 is pivoted.
  • a suitable holding device such as a U-shaped holding device
  • the pivot pin 20 is inclined in a rest position.
  • the longitudinal axis B of the pivot pin 20 is arranged so that the support pin 8 is inclined toward a central axis of the wafer to be accommodated.
  • FIGS. 3a and 3b show defects on the back of a semiconductor wafer which were generated during the thermal treatment by means of supporting pins which are mounted in an oscillating manner according to FIG.
  • the oscillating support pin produces only a punctiform impression instead of an elongated scratch mark.
  • the damage to the wafer surface is thus significantly reduced, which is due to the movement of the support pins during the thermal expansion of the wafer.
  • FIG. 16 shows a further embodiment for the movable mounting of support elements.
  • sleeve-shaped receiving devices for receiving supporting pins are arranged in a tilted manner.
  • the support pins sit with great play in the sleeve, while their tilt angle is in the range of 1 ° -45 °, preferably between 1 ° -10 °.
  • FIG. 7 shows an alternative exemplary embodiment for the movable suspension of support pins 8.
  • the support pins 8 are attached to a rigid support frame 27 via freely swinging support arms 25.
  • a total of three support pins 8 are attached to the support frame 7, which form an isosceles triangle on which one Wafer is placed centered.
  • the freely oscillating support arms 25 follow a thermally induced movement, in particular an expansion movement, of the wafer.
  • the support pins 8 can of course also be movably mounted on the support arms.
  • a z. B. in combination with the free-swinging arms preferred embodiment for a movable mounting of the support pins 8 is shown in Figure 8.
  • the end 13 remote from the support tip 11 is conical.
  • the conical end 13 is in a receptacle 28 such. B. a sleeve and thereby pivotally held.
  • the conical end could simply be received in a hole in the support arm 25.
  • FIG. 9 shows a further alternative embodiment of a movable support pin 8 according to the present invention.
  • the support pin 8 has a first end 10, which forms a support tip 11.
  • the end 10 in turn has a double cone, the cone forming the support tip 11 having an opening angle of 90 degrees and the adjoining cone having an opening angle of 15 degrees.
  • a support flange 30 adjoins the second cone, which provides for a considerable widening of the support pin 8 in the central region.
  • the support flange 30 forms a support surface 31, which is described in more detail below with reference to FIG. 11.
  • a lower end 13 of the support pin 8 adjoins the support flange 30.
  • An undercut 33 is provided in the transition area between the support flange 30 and the lower end 13.
  • the end part 13 has a conical end 34.
  • the support pin 8 is made of a translucent material such as quartz in order to create a shading effect by the support pin 8 Reduce. In order to achieve a smooth surface and good transparency of the support pin 8, it is fire polished. Because of possible dimensional changes during this process, the undercut 33 and the conical foot 34 are provided. In the area of the support tip 11, the support pin 8 is not fire-polished, so that this area remains relatively opaque. This ensures that the tip does not let the radiant heat pass freely, and thus is itself heated during a thermal treatment. This reduces the temperature gradient between the contact tip 11 and the wafer, as a result of which a higher homogeneity of the wafer temperature is achieved.
  • FIG. 10 shows a simplified illustration of an alternative embodiment of a support pin 8.
  • the support pin 8 is essentially the same as the support pin shown in FIG. It has an upper end 10, a support flange 30, and a lower end 13. At the lower end part 13 a widening foot 36 is provided, the function of which will be described in more detail below with reference to FIG. 11.
  • FIG. 11 shows a receiving plate 40 for receiving support pins 8 according to FIGS. 9 or 10.
  • the receiving plate 40 has three elongated holes 42 which extend radially to a central axis C and which have an enlarged bore 44 at their radially outer ends.
  • the elongated holes 42 are angularly evenly spaced.
  • the elongated holes 42 are dimensioned such that they receive the lower end part 13 of the receiving pins 8 according to FIGS. 9 and 10 and can guide them in the radial direction.
  • the widened bore 44 is dimensioned such that the widened foot part 36 of the support pin according to FIG. 10 fits through the bore 44.
  • the bore 44 is not so large, however, that the support flange 30 of the support pin 8 according to FIGS. 9 and 10 also fits through it. Rather, the support surfaces 31 of the support flanges 30 come on the
  • the support pins 8 being slidably mounted along the elongated holes 42 and on the receiving plate 40.
  • the widened foot part 36 of the support pin 8 according to FIG. 10 is dimensioned such that it does not fit through the elongated holes. This prevents the support pin 8 from moving with the wafer when a wafer is lifted and coming out of the elongated hole 42.
  • the support pin according to FIG. 9 has a correspondingly elongated foot part 13 for this purpose.
  • the receiving plate 40 is made of a translucent material such as quartz in order not to impair the thermal treatment of the wafer.
  • the translucent support flange 30 of the support pin 8 may be lenticular to form an optical lens.
  • the lens shape is selected so that light rays from a heating field are focused at the contact point between the contact tip 11 and the wafer. As a result, heat losses of the wafer are compensated for at this point, and the temperature distribution over the wafer surface is homogenized.
  • FIGS. 12 and 13 show alternative embodiments of support pins 8 with a support flange 30, in which the support flange 30 each has a curved support surface 31.
  • the support flange 30 forms the lowest part of the support pin 8.
  • the support flange 30 with its curved support surface 31 is received in a receptacle 50 which is adapted to the curved shape and which, like the support pin 8, is made of a transparent material.
  • the support pin 8 is pivotably guided within the receptacle 50.
  • an end part 13 follows below the support flange 30.
  • the arcuate support surface 31 of the support flange 30 rests on a receiving ring 52 and thus enables a tilting movement of the support pin 8.
  • the end part 13 is relatively large Game recorded in a receiving sleeve 54 to limit a tilting movement of the support pin 8.
  • FIGS. 14 and 15 show a further alternative embodiment for a movable mounting of support pins 8.
  • a holder 60 is provided with three support arms 62, each of which has an opening 64 on its free ends for receiving a support pin 8.
  • the support arms 62 extend from a central, roof-shaped middle part 66, in which a downwardly facing blind bore 68 is formed.
  • the blind bore 68 serves to receive a pin 70 with a rounded support end 71.
  • the other end part 72 of the pin 70 is received in a receptacle 74 of a rigid support arm 75.
  • the blind bore 68 and the pin 70, in particular the rounded support end 71, are dimensioned such that the holder 60 is arranged on the pin 70 in a tiltable manner.
  • self-correction of the support pins 8 is achieved with small deviations in height.
  • a total of three of these holders 60 are provided, so that a wafer is placed on a total of nine support pins 8 in contrast to previously three support pins 8. This results in lower compressive forces at the respective contact points, which reduces damage to the wafer.
  • minimal shading of the wafer from the radiant heat is achieved, all elements preferably being made of a material transparent to the radiant heat, such as quartz.
  • the individual support pins 8 can each be movably attached to the free ends of the support arms 62 in order in turn to be able to follow a movement of the wafer during the thermal treatment.
  • balls can be used as support elements instead of support pins. Such balls preferably have a diameter between 0.5 mm and 5 mm. In the event of thermal expansion of the wafer, the balls roll on a base in accordance with the extent of the expansion and thus only ever touch one point on the wafer surface.
  • B. gutters can be specified. These grooves are preferably inclined towards a central axis of the substrate in order to ensure that the balls always roll back into a certain starting position after a wafer has been removed.
  • the channels are preferably arranged relative to one another like the elongated holes in FIG. 11.
  • three support elements are provided for receiving a wafer, which are arranged at the corner points of an equilateral triangle and thus form a good three-point support.
  • the center of the triangle coincides with the central axis of a wafer placed on it.
  • Each support element is at a distance of 0.5 to 0.8 times the wafer radius (R) from the central axis of the wafer.
  • the distance is preferably 2/3 of the wafer radius. If the elements are more than 0.8 R away from the central axis, large wafers, e.g. B. 300 mm in diameter, the wafer during the thermal treatment in the middle. If they are too close to the axis, the wafer edge bends down during the thermal treatment.
  • the support elements are arranged in the above-mentioned area, and in particular at 2/3 of the wafer radius, the deflection of the wafer is the least, as a result of which the formation of misalignments or sliplines is minimized.
  • a holder 60 with three support elements each can also be provided at the corner points of the triangle.
  • Such materials are, for example, aluminum nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, silicon carbide, boron nitride, sapphire, saphal (brand of Toshiba) or ceramic. Quartz, magnesium oxide, silicon and above all silicon nitride have proven to be particularly advantageous.

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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

Um bei einer Vorrichtung zum thermischen Bhandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, in einer Kammer, in der die Substrate auf Stützelementen abgelegt sind, die Bildung von Kratzspuren zu reduzieren, sieht die vorliegende Erfindung bewegliche Stützelemente vor.

Description

Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, in einer Kammer, in der die Substrate auf Stützelementen abgelegt sind.
Eine derartige Vorrichtung zum Behandeln von Substraten ist beispielsweise aus der auf dieselbe Anmelderiπ zurückgehenden DE-A-198 21 007 bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind die Stützelemente zum Tragen von Halbleiterwa- fern starr an einer Rotationsplatte befestigt, die zur Homogenisierung der thermischen Behandlung eines Halbleiterwafers gedreht wird.
Eine alternative Trägerkonstruktion für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. Hierbei wird ein Wafer 1 auf konisch geformten Auflagestiften 2, die auch Pins genannt werden, abgelegt. Die Stifte sind mit ihren Halterungen 4 auf einem Trägerrahmen 3 starr befestigt. Die Stifte weisen konisch geformte Auflagespitzen auf, um die Kon- taktflächen zwischen den Stützelementen und dem Wafer klein zu halten, und somit einen Wärmeübergang vom Wafer auf das Stützelement und ein sich daraus ergebendes Abkühlen des Wafers im Bereich der Kontaktfläche zu minimieren. Diese Auflagespitzen besitzen jedoch den Nachteil, daß sie leicht abbrechen und dabei unerwünschte Partikel verursachen. Darüber hinaus hinterlassen die Auflagespitzen mechanische Eindrücke in dem darauf aufliegenden Wafer, da das Wafermaterial bei hohen Temperaturen relativ weich ist. Insbesondere bei Wafern mit relativ großen Durchmessern, wie z. B. 300mm-Wafem, die ein Gewicht von 130g statt 50g für Wafer mit 200mm Durchmesser besitzen, erhöhen sich die Druckkräfte zwischen Auflagespitzen und Wafer und somit das Problem von mechanischen Eindrücken.
Diese mechanischen Eindrücke vergrößern sich darüber hinaus während der thermischen Behandlung des Wafers aufgrund der thermischen Ausdehnung des Wafers und einer sich daraus ergebenden Relativbewegung zwischen Wafer und Auflagestift. Bei der Erwärmung eines Wafers von Raumtemperatur auf 1000°C liegt die thermisch bedingte Durchmesserzunahme beispielsweise in einem Bereich von 1 mm. Infolgedessen kratzen die Spitzen der Auflage- stifte über die Waferoberfläche und hinterlassen dort längliche Kratzspuren, wie beispielsweise in den Figuren 2a und 2b dargestellt ist. Die Figuren 2a und 2b zeigen Defektstellen auf der Rückseite eines Halbleiterwafers, die durch die bekannten Auflagestifte bei einer thermischen Behandlung des Wafers erzeugt wurden. Die mechanischen Eindrücke und die Kratzerbreiten können beispielsweise durch Cleaven untersucht werden. Bei diesem Verfahren wird der Wafer in vordefinierte Stücke zerbrochen, wobei eine Bruchlinie durch eine zu untersuchende Stelle verläuft. Über ein SIRD-Verfahren (scan- ned infrared depolarization) erhält man einen Aufschluß über die Größe der vorherrschenden Spannungen an den Kontaktstellen. Bei diesem Verfahren wird eine durch elastische Verformung erzeugte Doppelbrechung gemessen, die bei vielen transparenten und isotropen Stoffen durch Verformung entsteht.
Die mechanischen Eindrücke und Kratzer sowie Inhomogenitäten der Wafer- temperatur während der thermischen Behandlung führen zu Versetzungsfeh- lern, sogenannten Sliplines, in der Kristallstruktur des Halbleiterwafers. Obwohl diese auf der Unterseite, d. h. der Auflageseite des Wafers entstehen, können sie sich während der thermischen Behandlung des Wafers bei einer ausreichend großen thermischen Belastung bis zur Oberseite fortpflanzen und die auf der Oberseite aufgebrachten Strukturen beschädigen bzw. beeinträch- tigen. Derartige Sliplines lassen sich beispielsweise durch Strukturätzen sichtbar machen.
Für eine gute thermische Behandlung der Halbleiterwafer ist eine homogene Temperaturverteilung über den Wafer hinweg notwendig. Wie schon oben er- wähnt, kommt es aufgrund des Berührungskontakts mit den Auflagestiften jedoch zu einer lokalen Abkühlung des Wafers im Kontaktbereich, was zu Inhomogenitäten der Temperaturverteilung auf dem Wafer führt. Dieses Problem wurde in der Vergangenheit dadurch gelöst, daß die Kontaktfläche zwi- sehen Auflagestift und Wafer klein gehalten wurde was jedoch das obige Problem der Kratzer verschlimmerte. In der Praxis wurden die Auflagestifte daher in einem Randbereich des Wafers mit einem Abstand etwa 1 bis 10mm vom Waferrand positioniert. Hierdurch sollte sichergestellt werden, daß die durch die Auflagekräfte verursachten Sliplines nicht die auf der Waferoberfläche befindlichen elektronischen Bauteile oder Strukturen beschädigen. Durch diese Randauflage ergibt sich jedoch das Problem, daß sich der Wafer während der thermischen Behandlung durchbiegt, wodurch wiederum die Bildung von Versetzungsfehlern bzw. Sliplines gefördert wird.
Aus der US-A-5,817, 156 ist ferner eine Substrat-Behandlungsvorrichtung bekannt, die senkrecht zur Substratebene bewegbare Haltestifte aufweist, um verschiedene Bereiche mit unterschiedlichem Abstand zu einer Heizplatte zu positionieren. Bei diesen Haltestiften treten jedoch die schon oben genannten Probleme von Kratzern auf, die bei einer Relativbewegung zwischen Substrat und Stiften infolge thermischer Ausdehnung des Substrats erfolgt.
Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Bildung von Kratzspuren auf der Waferoberfläche reduziert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stützelemente im wesentlichen parallel zur Substratebene beweglich sind. Durch die beweg- liehe Ausgestaltung der Stützelemente können diese einer Bewegung des Wafers bei einer Ausdehnung infolge der thermischen Behandlung folgen. Somit wird ein Kratzen der Stützelemente auf der Waferoberfläche verhindert. Statt einer länglichen Kratzspur verursachen die Stützelemente nur einen punktförmigen Eindruck. Femer wird durch die im wesentlichen parallel zur Substratebene gerichtete Bewegung die Höhenposition der Substrate innerhalb der Kammer im wesentlichen konstant gehalten. Dabei sind die Stützelemente vorzugsweise radial bezüglich einer Mittelachse des Substrats beweglich, um der erwähnten Ausdehnung des Wafers, die radial nach außen gerichtet ist, folgen zu können.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Stützelemente federnd aufgehängt, um die erforderliche Beweglichkeit der Stützelemente vorzusehen. Dabei sind die Stützelemente vorzugsweise jeweils mit einer Feder, insbesondere einer flachen Spiralfeder, verbunden, über die sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Federung erreichbar ist. Die vertikale Federung ist insbesondere beim Ablegen der Wafer zweckmäßig, um zu diesem Zeitpunkt auftretende Kräfte abzufedern.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Stützelemente senkrecht zu ihrer Längsachse schwenkbar, um auf einfa- ehe Weise die erforderliche Beweglichkeit der Stützelemente vorzusehen. Dabei ist die Schwenkachse vorzugsweise von der Längsachse des Stützelements beabstandet, so daß die Stützelemente in ihrer Ruheposition in eine vorbestimmte Position geneigt sind. Dabei sind die Stützelemente vorzugsweise zu einer Mittelachse des Substrats hin geneigt, wodurch sie einer nach außen gerichteten Bewegung des Wafers über eine größere Distanz folgen können.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind stiftförmige Stützelemente mit großem Spiel in einer hülsenförmigen Aufnahmevorrichtung gela- gert. Durch das große Spiel wird den Stützelementen die nötige Bewegungsfreiheit garantiert, um der thermischen Ausdehnung des Wafers folgen zu können. Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführung dieser Aufnahmevorrichtung ist die Hülse gegenüber der Waferachse gekippt angeordnet, so daß die Stützstifte zur Wafermitte geneigt sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Stützelemente vorzugsweise an den freien Enden beweglicher Tragarme angebracht, wobei die Beweglichkeit der Stützelemente über die Tragarme vorgesehen wird. Da- bei sind die Tragarme vorzugsweise parallel zur Substratebene bewegbar, um der radialen Ausdehnung des Wafers während der thermischen Behandlung zu folgen und eine im wesentlichen feste Höhenposition des Wafers innerhalb der Kammer vorzusehen.
Vorzugsweise sind die Stützelemente in einer Führung aufgenommen, um die Bewegung in einer bestimmten Richtung zu führen. Dabei ist die Führung vorzugsweise ein Langloch, das sich vorzugsweise radial zu einer Mittelachse des Substrats erstreckt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Stützelemente einen Auflageflansch auf, auf dem die Stützelemente beispielsweise gleiten können, um somit eine Bewegung des Stützelements zu ermöglichen. Dabei weist der Auflageflansch vorzugsweise eine gewölbte Auflagefläche auf, die eine schwenkbare Lagerung des Stützelements vorsieht. Bei einer schwenkbaren Lagerung dieser Art ergibt sich der Vorteil, daß im Gegensatz zu einem verschiebbaren Auflageflansch eine geringere Reibung auftritt und sich somit ein geringeres Risiko eines schädlichen Abriebs ergibt.
Vorzugsweise ist das Auflageelement lichtdurchlässig und als optische Linse ausgebildet. Hierdurch wird ein Abschattungseffekt bei einer Vorrichtung, bei der das Substrat über ein Strahlungsfeld geheizt wird, verhindert. Darüber hinaus kann durch die Linsenwirkung des Auflageflansches die Strahlung auf die Kontaktstelle zwischen Stützelement und Wafer fokussiert werden, wo- durch die oben beschriebenen Wärmeverluste des Wafers an dieser Stelle ausgeglichen werden. Dies führt zu einer homogeneren Temperaturverteilung über den Wafer hinweg.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein beweglich, insbesondere kippbar gelagertes Halteelement mit wenigstens drei Tragarmen und daran befestigten Stützelementen vorgesehen. Durch die kippbare Lagerung des Halteelements können kleine Höhenabweichungen der Stützelemente und oder des Wafers ausgeglichen werden. Darüber hinaus sind die Stützele- mente an den Tragarmen vorzugsweise beweglich, insbesondere schwenkbar, angebracht, um einer Bewegung des Substrats, insbesondere einer durch die thermische Behandlung bedingten, radial nach außen gerichteten Bewegung zu folgen. Vorzugsweise sind wenigstens drei dieser Halteelemente vorgese- hen, um eine große Anzahl von Auflagepunkten vorzusehen und somit die Druckkräfte an den Auflagepunkten zu reduzieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Stützelemente Kugeln, die vorzugsweise jeweils in einer Bahn geführt sind, um zu ermöglichen, daß die Kugeln bei einer Bewegung des Substrats in der Bahn rollen und somit stets nur einen Punkt der Substratoberfläche berühren. Dabei ist die Bahn vorzugsweise zu einer Mittelachse des Substrats hin geneigt, um zu erreichen, daß die Kugeln nach einem Abheben des Substrats immer wieder in eine vorbestimmte Ruheposition rollen.
Um die Beweglichkeit der Stützelemente vorzusehen, weisen diese gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen sich konisch verjüngenden Fuß auf, der schwenkbar in einer Aufnahme aufgenommen ist.
Um einen Wärmeübergang vom Wafer auf das Stützelement gering zu halten, weisen die Stützelemente vorzugsweise Substrat-Auflagespitzen auf, wodurch die Kontaktfläche zwischen Stützelement und Substrat verringert wird. Dabei werden die Substratauflagespitzen vorzugsweise durch einen Konus gebildet, der einen größeren Öffnungswinkel aufweist als ein daran anschließender zweiter Konus. Durch diesen Doppelkonus wird erreicht, daß die Auflagespitze weniger leicht beschädigt wird, insbesondere abbricht. Dabei weist der erste Konus vorzugsweise einen Öffnungswinkel zwischen 50° und 130° und besonders bevorzugt zwischen 80° und 100° auf. Der Öffnungswinkel des zweiten Konus liegt vorzugsweise zwischen 5° und 45°, insbesondere zwi- sehen 5° und 25°.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stützelemente auf einer Kreislinie mit einem Radius von Λ bis 4/5 und vorzugsweise von 2/3 des Substratradius angeordnet, um ein Durchbiegen des Substrats zur Mitte bzw. nach außen zu vermeiden. In dem obigen Bereich ist die Durchbiegung am geringsten, wodurch die Bildung von Versetzungsfehlern bzw. Sliplines reduziert wird.
Um einen Abschattungseffekt und somit eine ungleichmäßige thermische Behandlung zu vermeiden, bestehen die Stützelemente und/oder deren Halteeinrichtungen wenigstens teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material. Dabei sind die Oberflächen der Stützelemente und/oder deren Halteeinrichtungen wenigstens teilweise poliert, insbesondere feuerpoliert, um einen guten Durchgang der Wärmestrahlung zu gewährleisten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stützelemente und/oder deren Halteeinrichtungen aus einem oder einer Kombination der folgenden Materialien hergestellt: Quarz, Magnesiumoxid, Zirkonoxid, Silizium, Siliziumnitrit, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrit, Bornitrit, Saphir, Saphal oder Keramik. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Schnellheizanlagen geeignet, bei denen ein Halbleiterwafer über ein Strahlungsfeld geheizt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Sub- stratträgers gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2a und 2b Defektstellen auf der Rückseite eine Halbleiterwafers, die bei der thermischen Behandlung eines Halbleiterwafers durch Auflagestifte gemäß dem Stand der Technik erzeugt wurden; Fig. 3a und 3b Defektstellen auf der Rückseite eines Halbleiterwafers, die bei der thermischen Behandlung durch pendelnd gelagerte Auflagestifte gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden; Fl ig- 4 eine schematische, perspektivische Darstellung eines federnd gelagerten Auflagestifts;
Fi ig- 5 eine schematische Seitenansicht eines pendelnd gelagerten Auflagestifts gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fi ig- 6 eine schematische Seitenansicht des Auflagestifts gemäß Fig. 5 mit einem um 90° gedrehten Blickwinkel;
Fi ig- 7 eine Draufsicht auf eine alternative Trägerkonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der Auflagestifte an schwingenden Tragarmen angebracht sind; Fig. 8 eine Detailansicht eines Auflagestifts gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem konischen Fußende;
Fig. 9 eine schematische Seitenansicht eines alternativen Auflagestifts der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausfüh- rungsform eines Auflagestifts gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine Führungsplatte zum Aufnehmen und Führen eines
Auflagestifts gemäß den Figuren 9 oder 10;
Fig. 12 eine schematische Schnittansicht durch eine weitere Aus- führungsform eines Auflagestifts gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 13 eine weitere alternative Ausführungsform eines Auflagestifts gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14a und 14b eine schematische Schnittansicht sowie eine schematische Draufsicht auf eine Halteeinrichtung zum Aufnehmen von
Auflagestiften gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht der Halteeinrichtung gemäß
Fig. 14;
Fig. 16 alternative Ausführungsformen einer Haltevorrichtung für Stützstifte.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren 3 bis 15 näher erläutert. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, in einer Kammer, in der die Wafer auf Stützelementen abgelegt sind. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der auf die selbe Anmelderin zurückgehenden DE-A- 19821007 bekannt, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Die Kammer, in der die Halbleiterwafer auf den Stützelementen abgelegt werden, ist von einer Heizvorrichtung umgeben, die aus oberhalb und unterhalb der Kammer liegenden Lampen bzw. Lampenbänken besteht. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Stützelemente beweglich gelagert, um einer Bewegung des Wafers, insbesondere bei einer Ausdehnung infolge der thermischen Behandlung, zu folgen.
Figur 4 zeigt eine erste Ausführungsform einer Trägerkonstruktion 6 für ein Stützelement 8 in der Form eines Auflagestifts. Der Auflagestift 8 weist ein erstes Ende 10 mit einer Auflagespitze 1 1 zur Aufnahme eines Halbleiterwafers auf. Ein entgegengesetztes Ende 13 des Auflagestifts 8 ist in geeigneter Weise an einer flachen Spiralfeder 15 befestigt. Die Spiralfeder 15 wird durch Ausschneiden eines Teils 16 aus einer dünnen Platte 17, wie beispielsweise einem Quarzplättchen, gebildet. Durch den Ausschnitt 16 in der Quarzplatte 17 ist die flache Spiralfeder 15 sowohl in Horizontal- als auch Vertikalrichtung federnd.
Die Figuren 5 und 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine bewegliche Aufhängung eines Auflagestifts 8. Der Auflage- stift 8 weist ein erstes Ende 10 auf, an dem eine Auflagespitze 1 1 ausgebildet ist. Dabei ist das Ende 10 des Auflagestifts 8 als Doppel-Konus ausgebildet. Die Auflagespitze 11 wird durch einen Konus mit einem Öffnungswinkel zwischen 50 Grad und 130 Grad und vorzugsweise zwischen 80 Grad und 100 Grad gebildet. An diesen Konus schließt sich ein zweiter Konus mit einem Öffnungswinkel zwischen 5 und 45 Grad und vorzugsweise zwischen 5 und 25 Grad an. Die so geformte Auflagespitze ist robust und verringert die Gefahr eines Abbrechens der Spitze. Der Auflagestift 8 weist eine Längsachse A auf. An einer Seite des Auflagestifts 8 ist ein Schwenkstift 20 mit einer Längsachse B angebracht. Die Längsachse B des Schwenkstifts 20 erstreckt sich senkrecht zur Längsachse A des Auflagestifts 8 und ist seitlich dazu versetzt.
Der Schwenkstift 20 wird in einer geeigneten Haltevorrichtung, wie beispielsweise einer U-förmigen Haltevorrichtung, aufgenommen, so daß der Auflagestift 8 pendelnd gelagert wird. Dadurch daß die Längsachse B des Schwenkstifts 20 von der Mittelachse A des Auflagestifts 8 versetzt ist, ist der Schwenkstift 20 in einer Ruhelage geneigt. Dabei ist die Längsachse B des Schwenkstifts 20 so angeordnet, daß der Auflagestift 8 zu einer Mittelachse des aufzunehmenden Wafers hin geneigt ist.
Die Figuren 3a und 3b zeigen Defektstellen auf der Rückseite eines Halblei- terwafers, die bei der thermischen Behandlung durch pendelnd gelagerte Auflagestifte gemäß Figur 5 erzeugt wurden. Wie im Vergleich zu den in den Figuren 2a und 2b gezeigten Defektstellen deutlich zu erkennen ist, erzeugt der pendelnd gelagerte Auflagestift statt einer länglichen Kratzspur nur einen punktförmigen Eindruck. Die Beschädigung der Waferoberfläche wird somit deutlich verringert, was auf die Mitbewegung der Auflagestifte während der thermischen Ausdehnung des Wafers zurückzuführen ist.
Figur 16 zeigt eine weitere Ausführungsform zur beweglichen Halterung von Stützelementen. Dabei sind hülsenförmige Aufnahmevorrichtungen zur Auf- nähme von Stützstiften gekippt angeordnet. Die Stützstifte sitzen mit großem Spiel in der Hülse, während ihr Kippwinkel im Bereich von 1 °-45°, vorzugsweise zwischen 1 °-10°, liegt.
Figur 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel zur beweglichen Aufhän- gung von Auflagestiften 8. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 sind die Auflagestifte 8 über frei schwingende Tragarme 25 an einem starren Trägerrahmen 27 angebracht. Insgesamt sind drei Auflagestifte 8 an dem Trägerrahmen 7 angebracht, die ein gleichschenkliges Dreieck bilden, auf dem ein Wafer zentriert abgelegt wird. Bei einer thermischen Behandlung eines auf den Auflagestiften 8 abgelegten Wafers folgen die frei schwingenden Tragarme 25 einer thermisch bedingten Bewegung, insbesondere einer Ausdehnungsbewegung, des Wafers. Zusätzlich zu den frei schwingenden Tragar- men 25 können die Auflagestifte 8 natürlich auch beweglich auf den Tragarmen gelagert sein.
Eine z. B. in Kombination mit den freischwingenden Tragarmen bevorzugte Ausführungsform für eine bewegliche Lagerung der Auflagestifte 8 ist in Figur 8 dargestellt. Dabei ist das von der Auflagespitze 1 1 entfernte Ende 13 konisch ausgebildet. Das konische Ende 13 ist in einer Aufnahme 28 wie z. B. einer Hülse aufgenommen und hierdurch schwenkbar gehalten. Alternativ könnte das konische Ende auch einfach in einem Loch des Tragarms 25 aufgenommen sein.
Figur 9 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines beweglichen Auflagestifts 8 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Auflagestift 8 weist ein erstes Ende 10 auf, das eine Auflagespitze 1 1 bildet. Das Ende 10 weist wiederum einen Doppelkonus auf, wobei der die Auflagespitze 11 bildende Konus einen Öffnungswinkel von 90 Grad aufweist, und der daran anschließende Konus einen Öffnungswinkel von 15 Grad aufweist.
An den zweiten Konus schließt sich ein Auflageflansch 30 an, der eine erhebliche Verbreiterung des Auflagestifts 8 im mittleren Bereich vorsieht. Der Auf- lageflansch 30 bildet eine Auflagefläche 31 , die nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 1 noch näher beschrieben wird. Unterhalb des Aufla- geflanschs 30 schließt sich ein unteres Ende 13 des Auflagestifts 8 an. Dabei ist in dem Übergangsbereich zwischen Auflageflansch 30 und unterem Ende 13 ein Freistich 33 vorgesehen. Darüber hinaus besitzt der Endteil 13 ein ke- gelförmiges Ende 34.
Der Auflagestift 8 ist aus einem lichtdurchlässigen Material wie beispielsweise Quarz hergestellt, um einen Abschattungseffekt durch den Auflagestift 8 zu vermindern. Um eine glatte Oberfläche und eine gute Transparenz des Auflagestifts 8 zu erreichen, ist er feuerpoliert. Wegen möglicher Maßänderungen während dieses Vorgangs ist der Freistich 33, sowie der kegelförmige Fuß 34 vorgesehen. Im Bereich der Auflagespitze 11 ist der Auflagestift 8 nicht feuer- poliert, so daß dieser Bereich relativ undurchsichtig bleibt. Hierdurch wird erreicht, daß die Spitze die Heizstrahlung nicht frei hindurchläßt, und somit während einer thermischen Behandlung selbst erwärmt wird. Dadurch wird der Temperatur-Gradient zwischen Auflagespitze 1 1 und Wafer verringert, wodurch eine höhere Homogenität der Wafertemperatur erreicht wird.
Figur 10 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Auflagestifts 8. Der Auflagestift 8 gleicht im wesentlichen dem in Figur 9 dargestellten Auflagestift. Er weist ein oberes Ende 10, einen Auflageflansch 30, und ein unteres Ende 13 auf. Am unteren Endteil 13 ist ein sich verbreiternder Fuß 36 vorgesehen, dessen Funktion nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 11 noch näher beschrieben wird.
Figur 11 zeigt eine Aufnahmeplatte 40 zur Aufnahme von Auflagestiften 8 gemäß den Figuren 9 oder 10. Die Aufnahmeplatte 40 weist drei sich radial zu einer Mittelachse C erstreckende Langlöcher 42 auf, die an ihren radial äußeren Enden eine verbreiterte Bohrung 44 aufweisen. Die Langlöcher 42 sind winkelmäßig gleichmäßig beabstandet.
Die Langlöcher 42 sind so bemessen, daß sie den unteren Endteil 13 der Auf- nahmestifte 8 gemäß den Figuren 9 und 10 aufnehmen und in Radialrichtung führen können. Die verbreiterte Bohrung 44 ist so bemessen, daß der verbreiterte Fußteil 36 des Auflagestifts gemäß Figur 10 durch die Bohrung 44 hindurchpasst. Die Bohrung 44 ist jedoch nicht so groß, daß auch der Auflageflansch 30 des Auflagestifts 8 gemäß den Figuren 9 und 10 dort hindurch paßt. Vielmehr kommen die Auflageflächen 31 der Auflageflansche 30 auf der
Oberseite der Aufnahmeplatte 40 zum liegen, wobei die Auflagestifte 8 entlang der Langlöcher 42 und auf der Aufnahmeplatte 40 gleitend gelagert sind. Der verbreiterte Fußteil 36 des Auflagestifts 8 gemäß Figur 10 ist so bemessen, daß er nicht durch die Langlöcher hindurchpasst. Dies verhindert, daß sich der Auflagestift 8 beim Abheben eines Wafers mit dem Wafer mitbewegt und aus dem Langloch 42 herauskommt. Dagegen besitzt der Auflagestift gemäß Figur 9 zu diesem Zweck ein entsprechend verlängertes Fußteil 13.
Die Aufnahmeplatte 40 ist aus einem lichtdurchlässigen Material wie beispielsweise Quarz, um die thermische Behandlung des Wafers nicht zu beeinträchtigen.
Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann der lichtdurchlässige Auflageflansch 30 des Auflagestifts 8 linsenförmig ausgebildet sein, um eine optische Linse zu bilden. Dabei wird die Linsenform so gewählt, daß Lichtstrahlen eines Heizfeldes an der Kontaktstelle zwischen Auflagespitze 11 und Wafer fokussiert wer- den. Hierdurch werden Wärmeverluste des Wafers an dieser Stelle ausgeglichen, und die Temperaturverteilung über die Waferoberfläche hinweg wird homogenisiert.
Die Figuren 12 und 13 zeigen alternative Ausführungsformen von Auflagestif- ten 8 mit einem Auflageflansch 30, bei denen der Auflageflansch 30 jeweils eine gebogene Auflagefläche 31 aufweist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 bildet der Auflageflansch 30 den untersten Teil des Auflagestifts 8. Der Auflageflansch 30 mit seiner gebo- genen Auflagefläche 31 ist in einer der gebogenen Form angepaßten Aufnahme 50 aufgenommen, die ebenso wie der Auflagestift 8 aus einem transparenten Material besteht. Innerhalb der Aufnahme 50 ist der Auflagestift 8 schwenkbar geführt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 13 schließt sich unterhalb des Auflageflanschs 30 ein Endteil 13 an. Die bogenförmige Auflagefläche 31 des Auflageflanschs 30 liegt auf einem Aufnahmering 52 auf und ermöglicht somit eine Kippbewegung des Auflagestifts 8. Der Endteil 13 ist mit relativ großem Spiel in einer Aufnahmehülse 54 aufgenommen, um eine Kippbewegung des Auflagestifts 8 zu begrenzen.
Die Figuren 14 und 15 zeigen eine weitere alternative Ausführungsform für eine bewegliche Lagerung von Auflagestiften 8. Bei dieser Ausführungsform ist ein Halter 60 mit drei Tragarmen 62 vorgesehen, die an ihren freien Enden jeweils eine Öffnung 64 zur Aufnahme eines Auflagestifts 8 aufweisen. Die Tragarme 62 erstrecken sich von einem mittleren, dachförmigen Mittelteil 66, in dem eine nach unten weisende Sackbohrung 68 ausgebildet ist. Die Sack- bohrung 68 dient zur Aufnahme eines Zapfens 70 mit einem abgerundeten Auflageende 71. Das andere Endteil 72 des Zapfens 70 ist engpassend in einer Aufnahme 74 eines starren Tragarms 75 aufgenommen.
Die Sackbohrung 68 und der Zapfen 70, insbesondere das abgerundete Auf- lageende 71 sind derart bemessen, daß der Halter 60 kippbar auf dem Zapfen 70 angeordnet ist. Hierdurch wird beim Auflegen eines Wafers auf den Auflagestiften eine Selbstkorrektur der Auflagestifte 8 bei kleinen Höhenabweichungen erreicht. Von diesen Haltern 60 sind insgesamt drei vorgesehen, so daß ein Wafer insgesamt auf neun Auflagestiften 8 im Gegensatz zu bisher drei Auflagestiften 8 abgelegt wird. Hierdurch entstehen an den jeweiligen Kontaktpunkten geringere Druckkräfte, wodurch eine Beschädigung des Wafers verringert wird. Zudem wird eine minimale Abschattung des Wafers gegenüber der Heizstrahlung erreicht, wobei vorzugsweise alle Elemente aus einem für die Heizstrahlung transparenten Material wie beispielsweise Quarz bestehen.
Obwohl dies nicht näher dargestellt ist, können die einzelnen Auflagestifte 8 jeweils beweglich an den freien Enden der Tragarme 62 angebracht sein, um wiederum einer Bewegung des Wafers während der thermischen Behandlung folgen zu können. Dabei eignet sich insbesondere eine kippbare Lagerung der Auflagestifte 8, wie sie beispielsweise in den Figuren 12 oder 13 dargestellt ist. Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können statt Auflagestiften Kugeln als Stützelemente verwendet werden. Derartige Kugeln besitzen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 0,5 mm und 5 mm. Bei einer thermischen Ausdehnung des Wafers rollen die Kugeln ent- sprechend dem Maß der Ausdehnung auf einer Unterlage ab und berühren somit stets nur einen Punkt der Waferoberfläche.
Dabei kann die Bewegung der Kugeln durch Laufflächen wie z. B. Rinnen vorgegeben sein. Diese Rinnen sind vorzugsweise zu einer Mittelachse des Substrats hin geneigt, um sicherzustellen, daß die Kugeln nach dem Abnehmen eines Wafers immer in eine bestimmte Ausgangsposition zurückrollen. Dabei sind die Rinnen vorzugsweise relativ so zueinander angeordnet, wie die Langlöcher in Figur 11.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zur Aufnahme eines Wafers jeweils drei Stützelemente vorgesehen, die an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und somit eine gute Dreipunktauflage bilden. Dabei fällt das Zentrum des Dreiecks mit der Mittelachse eines darauf abgelegten Wafers zusammen. Jedes Stützelement ist dabei mit einem Abstand von 0,5 bis 0,8 mal dem Waferradius (R) von der Mittelachse des Wafers entfernt. Vorzugsweise beträgt der Abstand 2/3 des Waferradius. Sind die Elemente weiter als 0,8 R von der Mittelachse entfernt, so biegt sich bei großen Wafern, z. B. 300 mm im Durchmesser, der Wafer während der thermischen Behandlung in der Mitte durch. Liegen sie zu nahe an der Achse so biegt sich der Waferrand während der thermischen Behandlung nach unten durch. Bei einer Anordnung der Stützelemente in dem oben genannten Bereich, und insbesondere bei 2/3 des Waferradius ist die Durchbiegung des Wafers am geringsten, wodurch die Bildung von Versetzungsfehlern bzw. Sliplines minimiert wird. Statt einzelner Stützelemente kann auch jeweils ein Halter 60 mit je drei Stützelementen an den Eckpunkten des Dreiecks vorgesehen sein. Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die unterschiedlichen Lagerarten für die Stützelemente miteinander kombiniert werden. Vorzugs- weise sind alle der beschriebenen Stützelemente, sowie die damit in Beziehung stehenden Lagerelemente aus für die Heizstrahlung transparenten Materialien hergestellt. Derartige Materialien sind beispielsweise Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumkarbid, Bornitrid, Saphir, Saphal (Marke der Firma Toshiba) oder Keramik. Als besonders vorteilhaft haben sich Quarz, Magnesiumoxid, Silizium und vor allem Siliziumnitrid erwiesen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten (1 ), insbeson- dere Halbeitersubstraten, in einer Kammer, in der die Substrate auf
Stützelementen (8) abgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) im wesentlichen parallel zur Substratebene beweglich sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) radial bezüglich einer Mittelachse des Substrats (1 ) beweglich sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) federnd aufgehängt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) jeweils mit einer Feder (15), insbesondere einer flachen Spiralfeder, verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) senkrecht zu ihrer Längsachse (A) schwenkbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (B) von der Längsachse (A) des Stützelements (8) beabstandet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) an den freien Enden beweglicher Tragarme (25) angebracht sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragarme (25) parallel zur Substratebene bewegbar sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) in einer Führung (42) aufgenommen sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (42) ein Langloch ist.
1 1. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) einen Auflageflansch (30) aufweisen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Auflageflansch (30) eine gewölbte Auflagefläche (31 ) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflageflansch (30) lichtdurchlässig und als optische Linse ausge- bildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglich, insbesondere kippbar gelagertes Halteelement (60) mit wenigstens drei Tragarmen (62) und daran befe- stigten Stützelementen (8) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) beweglich, insbesondere schwenkbar an den Tragarmen (62) angebracht sind.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente Kugeln sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln jeweils in einer Bahn geführt sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn zu einer Mittelachse des Substrats hin geneigt ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) einen sich konisch verjüngenden Fuß (13) aufweisen, der schwenkbar in einer Aufnahme (28) auf- genommen ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) Substrat-Auflagespitzen (11 ) aufweisen.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Auflagespitzen (1 1 ) durch einen ersten Konus gebildet werden, der einen größeren Öffnungswinkel aufweist, als ein daran anschließender zweiter Konus.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Konus einen Öffnungswinkel zwischen 50° und 130° und vorzugsweise zwischen 80° und 100°, aufweist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Konus einen Öffnungswinkel zwischen 5° und 45° und vorzugsweise zwischen 5° und 25° aufweist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) und oder deren Halteeinrichtungen (20; 25; 28; 40; 50; 52; 60) auf einer Kreislinie mit einem Radius von 1/2 bis 4/5 und vorzugsweise von 2/3 des Substratradius angeordnet ist.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) und/oder deren Halteeinrichtungen (20; 25; 28; 40; 50; 52; 60) wenigstens teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Stützelemente (8) und/oder deren Halteeinrichtungen (20; 25; 28; 40; 50; 52; 60) wenigstens teilweise poliert, insbesondere feuerpoliert, sind.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) und/oder deren Halteeinrichtungen (20; 25; 28; 40; 50; 52; 60) aus einem oder einer Kombination der folgenden Materialien hergestellt sind: Quarz, Magnesiumoxid, Zirkonoxid, Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Saphir, Saphal oder Keramik.
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