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Title:
ARRANGEMENT COMPRISING A SUPPORT BODY WITH A SUBSTRATE HOLDER MOUNTED THEREON ON A GAS BEARING WITH ROTATING DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/097867
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a arrangement comprising a support body (1) with a substrate holder (2), mounted thereon on a gas bearing with rotating drive. The gas bearing and the rotating drive are formed by gas flowing in through nozzles (11, 12) arranged in the separating gaps (7) between support body (1) and substrate (2). The support body and the substrate holder (2) are embodied as rings, whereby the rings lie on each other in a self-centring manner and the one ring (1) comprises a ring bead extending into a ring recess on the other ring (2).

Inventors:
STRAUCH GERD (DE)
Application Number:
PCT/EP2002/004406
Publication Date:
December 05, 2002
Filing Date:
April 22, 2002
Export Citation:
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Assignee:
AIXTRON AG (DE)
STRAUCH GERD (DE)
International Classes:
C30B25/12; H01L21/677; H01L21/687; H01L21/683; (IPC1-7): H01L21/00; C23C16/458; C30B25/12
Foreign References:
US5840125A1998-11-24
US4860687A1989-08-29
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 012, no. 020 (E - 575) 21 January 1988 (1988-01-21)
Attorney, Agent or Firm:
Grundmann, Dirk (Rieder & Partner Corneliusstrasse 45 Wuppertal, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Aus einem Tragkörper (1) und darauf gelagerten und drehangetriebenen Substrathalter (2) bestehende Anord nung, wobei die Gaslagerung und der Drehantrieb mittels in die Trennfuge (7) zwischen Tragkörper (1) und Sub strat (2) aus Düsen (11,12) einströmendes Gas gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (1) und der Substrathalter (2) als Ringe ausgebildet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe selbst zentrie rend aufeinanderliegen.
3. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass einer der Ringe (1) einen in eine Ring aussparung des anderen Ringes (2) ragenden Ringwulst aufweist.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass das Substrat nur mit dem Rand auf dem drehangetriebenen Ring (2) gelagert ist.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass das Substrat mit minimalem Kontakt, bevorzugt lediglich auf den Spitzen von nadelförmigen Vorsprüngen (13) auf dem Ring (2) aufliegt.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass die Düsen (11,12) in Nuten, insbesonde re Bogennuten (10,12) münden.
7. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass sich Bogennuten mit entgegengesetzt darin strömenden Gasströmen abwechseln.
8. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch entgegengesetzt gerichtete Antriebsgasströme zum Drehlagern und Drehantreiben des rotierenden Ringes (1).
9. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass das Substrat (3) von unten durch die Ringe strahlungsbeheizbar ist.
10. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass der Tragkörper (1) und/oder der Substrat halter aus Quarz oder Keramikmaterial bestehen.
11. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass der drehangetriebene Ring (2) eine gerin ge Wärmeabsorption besitzt.
12. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anordnung Teil einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiterschichten ist.
13. Vorrichtung zum insbesondere kurzzeitigen thermi schen Behandeln von insbesondere flachen Gegenständen, wie Halbleiter, Glas oder Metallsubstraten, mit einem Tragkörper (1) und einem davon drehantreibbar getrage nem Substrathalter (2), auf welchem der flache Gegen stand (3) auflegbar ist, wobei mittels aus in eine Trennfuge (7) zwischen Tragkörper (1) und Haltekörper (2) mündenden Düsen tretendem Gas ein Gaspolster unter dem Substrathalter herstellbar ist, auf welchem der Substrathalter (2) von gerichteten Gasströmen drehange trieben aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (1) und der Substrathalter (2) als Ringe und die Vorrichtung insbesondere gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Description:
Aus einem Traqkörper und darauf gasgelaaerten und drehangetriebenen Substrathalter bestehende Anordnung Die Erfindung betrifft eine aus einem Tragkörper und darauf gasgelagerten und drehangetriebenen Substrathal- ter bestehende Anordnung, wobei die Gaslagerung und der Drehantrieb mittels in die Trennfuge zwischen Tragkör- per und Substrat aus Düsen einströmendes Gas gebildet sind.

Eine derartige Anordnung ist aus dem US-Patent 4,860,687 vorbekannt. Dort besteht der Tragkörper aus einer Platte, aus welcher ein Zentrierstift ragt. Um den Zentrierstift sind spiralartig Nuten angeordnet, in welche Düsen münden, durch welche ein Gas in die bogen- förmigen Nuten eintritt. Auf dem Zapfen liegt eine kreisscheibenförmige Platte, die von den aus den Düsen austretenden Gasströmen gasgelagert ist. Die in die Bogen-Nuten umgelenkten Gasströme nehmen die Platte in Strömungsrichtung mit, so dass ein viskoser Drehantrieb erzeugt wird.

Der Substrathalter und die darauf aufliegende Platte werden von unten bspw. mittels Hochfrequenz beheizt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich- tung anzugeben, mittels derer eine schnelle Wärmebehand- lung eines auf einem Substrathalter aufliegenden Sub- strates möglich ist.

Diese Aufgabe ist zunächst und im Wesentlichen vom Gegenstand des Anspruches 1 gelöst, in welchem darauf abgestellt ist, dass der Tragkörper und der Substrathal- ter als Ringe ausgebildet sind. Die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Gegenstände betreffen sowohl vorteilhafte Weiterbildungen zum Gegenstand des Anspru- ches 1 als auch gleichzeitig davon und von der oben genannten Aufgabenstellung unabhängige, eigenständige technische Lösungsvorschläge. Es wird dabei darauf abgestellt, dass die Ringe selbstzentrierend aufeinan- derliegen. Der eine Ring kann hierzu einen in eine Ringaussparung des anderen Ringes eingreifenden Ring- wulst aufweisen. Der Ringwulst kann als Keil ausgebil- det sein, der in einer entsprechende Gegenkeilfläche des anderen Ringes eingreift. Das Substrat liegt jetzt nur mit seinem Rand auf dem Rand des drehangetriebenen Ringes. Es sind keine weiteren Zentrier-oder Lager- hilfsmittel erforderlich. Insbesondere ist der Ort, an welchem sich die gedachte Drehachse befindet frei. ^Dies bedeutet, dass das auf dem rotierenden Ring aufliegende Substrat von unten durch den Ring bspw. mittels infraro- ter Strahlung beheizt werden kann. Gleichzeitig kann von oben her eine Bestrahlung des Substrates erfolgen, so dass die Homogenität der Wärmebeaufschlagung verbes- sert ist. Die Düsen münden wie beim Stand der Technik an sich bekannt in Nuten, insbesondere Bogennuten.

Anders als beim Stand der Technik sind die Bogennuten jedoch auch so gestaltet, dass sich entgegengesetzte Strömungen ausbilden können. Dadurch kann der drehange- triebene Ring in unterschiedliche Drehrichtungen ge- dreht werden. Er kann aber auch durch Gegenstrom ge- bremst werden. Die Bremsung erfolgt dann ausschließlich über das Gaspolster, welches thermisch-isolierend zwi- schen den beiden Ringen wirkt. Dies führt zu einem thermisch isolierten Stillstand des drehantreibbaren Ringes. Die Abbremsung in den Stillstand erfolgt ebenso wie der Drehantrieb partikelfrei, das heißt ohne eine Festkörperreibung. Die Ringe können aus Quarz oder aus Keramik bestehen. Insbesondere der untere Ring besteht aus diesem Material. Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere Teil einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiterscheiben während des Produkt- onsprozesses für Halbleiterbauelemente. Insbesondere dient die Anordnung dazu, ein kreisscheibenförmiges Substrat randunterfasst zu lagern, die Lagerung soll dabei möglichst thermisch-isoliert vom restlichen Teil der Vorrichtung erfolgen. Erfindungsgemäß lassen sich diese Vorgaben damit erfüllen. Zudem ist durch die Rotation sichergestellt, dass die thermische Behandlung rotationssymmetrisch homogen erfolgt. Damit ist auch bei einer großen Skalierung eine große Homogenität gewährleistet. In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rand des Substrates lediglich auf nadelförmigen-Spitzen des drehangetriebe- nen Ringes aufliegt. Damit ist die Wärmeabfuhr oder die Wärmezufuhr vom oder zum Substrat im Wege der Wärmelei- tung durch Oberflächenkontakt minimiert. Auch dies fördert die Homogenität der thermischen Behandlung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend, anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 die Anordnung in der Draufsicht, Fig.. 2. einen Schnitt gemäß der Linie. 11-11 in Fig. 1, Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung des statischen Ringes im Bereich III in Fig. 1, Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 2 einer zweiten Ausführungsform, Fig. 5 eine Darstellung gemäß Fig. 2 einer dritten Ausführungsform, Fig. 6 eine Draufsicht auf den drehangetriebenen Ring ohne daraufliegendes Substrat eines weiteren Ausführungsbeispiels und Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie VII-VII in Fig.

6.

Die Anordnung, die in den Figuren schematisch darge- stellt ist, ist Teil einer Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Halbleiter-Wafern. Diese Behandlung kann unter einer Inertgasatmosphäre stattfinden. Dazu wird der Wafer 3, der als Substrat zu bezeichnen ist, von oben mittels Lampen beheizt. Das von den Lampen ausge- hende in-fsrarote_Licht 6 beheizt die Substratoberseite.

Von unten wird das Substrat ebenfalls mittels Lampen beheizt. Das von diesen Lampen ausgehende infrarote Licht 5 beheizt das Substrat 3 von unten.

Die Anordnung besitzt einen stationären Ring 1, der aus Quarz oder aus Keramik gefertigt werden kann. Auf dem stationären Ring 1 liegt ein drehangetriebener Ring 2.

Beide Ringe sind etwa gleich groß.

Auf dem drehangetriebenen Ring 2 liegt mit seinem Rand das Substrat 3 auf. Das Substrat 3 liegt demzufolge hohl auf dem Substrathalter 2.

Die Trennebene, die sich zwischen dem stationären Ring 1 und dem rotierenden Ring 2 befindet bildet einen Ringwulst aus. Dieser Ringwulst ist bevorzugt dem sta- tionären Ring 1 zugeordnet. Der Ringwulst ragt in eine entsprechend negative Ringaussparung des rotierenden Ringes 2 ein, so dass eine formschlüssige Zentrierung der beiden Ringe aufeinander gewährleistet ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Ringwulst eine Dachform. Die entsprechende Nut besitzt eine Kerbform.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Wulst wie auch bei dem in Fig. 2 dargestell- ten Ausführungsbeispiel im Querschnitt eine Bogenform.

Wegen der thermischen Expansion des rotierenden Ringes 2 ist die dem Wulst zugeordnete Nut des Ringes 2 radial einwärts versetzt angeordnet.

In dem. stationären Ring 1 befinden sich Gaszuleitungen 8, die in Düsen 11 bzw. 12 münden. Die Düsen 11 bzw. 12 münden im Bereich der Trennebene zwischen-den beiden Ringen 1, 2. Zufolge des aus den Düsen 11,12 austreten- den Gases bildet sich zwischen den beiden Ringen 1, 2 ein Spalt 7 aus. Dieser Spalt 7 bildet ein Gaslager für den rotierenden Ring 1.

Wie insbesondere aus der Fig. 3 zu entnehmen ist, mün- den die Düsen 11,12 in Bogennuten 9,10. Diese Bogennu- ten 9,10 geben dem aus den Düsen 11,12 mündenden Gas eine Vorzugs-Strömungsrichtung in Richtung des Nuten- verlaufes. Die beiden Strömungsrichtungen in den in Fig. 3. dargestellte Nuten 10 und. ll sind entgegenge- setzt gerichtet. Zufolge einer viskosen Ankopplung des Gasstroms, welcher durch die Nuten 10,11 strömt, wird der rotierende Ring 2 drehmitgenommen.

Es sind jeweils eine Vielzahl von Bogennuten 9,10 vorgesehen, wobei sich die Nuten 9,10 in Ringumfas- sungsrichtung gleichverteilt abwechseln. Fließt nur durch die Nuten 9 ein Gasstrom, so wird der rotierende Ring im Uhrzeigersinn mitgeschleppt. Fließt dagegen nur durch die Bogennuten 10 ein Gasstrom, so wird der rotie- rende Ring 2 im Gegenuhrzeigersinn mitgenommen. Durch Wechsel der Strömungsrichtung kann ein in Drehung ver- setzter Ring 1 gebremst werden. Wird durch beide Düsen 11,12 ein Gasstrom in die jeweiligen Nuten 9,10 einge- leitet, so heben sich die beiden Drehmomente auf. Da- durch ist das Gaslager auch ohne Drehung betreibbar.

Der Drehantrieb und die Abbremsung des Ringes 2 erfolgt thermisch isoliert zum Ring 1. In der abgebremsten Stellung ist durch eine Balancierung der beiden Gasströ- me ein thermisch isolierter Stillstand erzielbar.

Als Material für den drehangetriebenen Ring 2 kommt bevorzugt ein solchen in Betracht, welches eine gering' Wärmeabsorption besitzt. Insbesondere wird ein solches Material verwendet, welches eine geringe Infrarot-Ab- sorption besitzt.

In der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Variante liegt das Substrat 3 lediglich auf drei nadelförmigen Fortsätzen 13 auf, die dem drehangetriebenen Ring 2 zugeordnet sind. Dadurch ist der Flächenkontakt zwi- schen Substrat 3 und drehangetriebenen Ring 2 mini- miert. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der thermisch isolierten. Lagerung des, Substrates"3-,--.., Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswe- sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll- inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.