DE10003639A1 - Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten - Google Patents

Abstract

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

Description

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten, in einer Kam­ mer, in der die Substrate auf Stützelementen abgelegt sind.

Eine derartige Vorrichtung zum Behandeln von Substraten ist beispielsweise aus der auf dieselbe Anmelderin 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 ge­ nannten Art ist beispielsweise in Fig. 1 dargestellt. Hierbei wird ein Wafer 1 auf konisch geformten Auflagestiften 2, die auch Pins genannt werden, abge­ legt. 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 auflie­ genden Wafer, da das Wafermaterial bei hohen Temperaturen relativ weich ist. Insbesondere bei Wafern mit relativ großen Durchmessern, wie z. B. 300 mm-Wafern, die ein Gewicht von 130 g statt 50 g für Wafer mit 200 mm 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 Fig. 2a und 2b dargestellt ist. Die Fig. 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 Verfah­ ren 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. Ob­ wohl 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 je­ doch zu einer lokalen Abkühlung des Wafers im Kontaktbereich, was zu In­ homogenitäten der Temperaturverteilung auf dem Wafer führt. Dieses Pro­ blem wurde in der Vergangenheit dadurch gelöst, daß die Kontaktfläche zwischen Auflagestift und Wafer klein gehalten wurde was jedoch das obige Pro­ blem der Kratzer verschlimmerte. In der Praxis wurden die Auflagestifte daher in einem Randbereich des Wafers mit einem Abstand etwa 1 bis 10 mm vom Waferrand positioniert. Hierdurch sollte sichergestellt werden, daß die durch die Auflagekräfte verursachten Sliplines nicht die auf der Waferoberfläche be­ findlichen 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 Ver­ setzungsfehlern bzw. Sliplines gefördert wird.

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 redu­ ziert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stützelemente beweglich sind. Durch die bewegliche Ausgestaltung der Stützelemente kön­ nen 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.

Dabei sind die Stützelemente vorzugsweise radial bezüglich einer Mittelachse des Substrats beweglich, um der erwähnten Ausdehnung des Wafers, die ra­ dial nach außen gerichtet ist, folgen zu können.

Vorzugsweise sind die Stützelemente im wesentlichen parallel zur Substrat­ ebene beweglich, um deren Höhenposition innerhalb der Kammer im wesent­ lichen konstant zu halten.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Stützelemente federnd aufgehängt, um die erforderliche Beweglichkeit der Stützelemente vorzuse­ hen. Dabei sind die Stützelemente vorzugsweise jeweils mit einer Feder, insbesondere einer flachen Spiralfeder, verbunden, über die sowohl eine verti­ kale als auch eine horizontale Federung erreichbar ist. Die vertikale Federung ist insbesondere beim Ablegen der Wafer zweckmäßig, um zu diesem Zeit­ punkt auftretende Kräfte abzufedern.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Stützelemente senkrecht zu ihrer Längsachse schwenkbar, um auf einfa­ che Weise die erforderliche Beweglichkeit der Stützelemente vorzusehen. Dabei ist die Schwenkachse vorzugsweise von der Längsachse des Stützele­ ments beabstandet, so daß die Stützelemente in ihrer Ruheposition in eine vorbestimmte Position geneigt sind. Dabei sind die Stützelemente vorzugs­ weise 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 Stützele­ mente mit großem Spiel in einer hülsenförmigen Aufnahmevorrichtung gela­ gert. Durch das große Spiel wird den Stützelementen die nötige Bewegungs­ freiheit garantiert, um der thermischen Ausdehnung des Wafers folgen zu können. Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführung dieser Aufnahme­ vorrichtung 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 schwenk­ baren 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 Ku­ geln, die vorzugsweise jeweils in einer Bahn geführt sind, um zu ermöglichen, daß die Kugeln bei einer Bewegung des Substrats in der Bahn rollen und so­ mit stets nur einen Punkt der Substratoberfläche berühren. Dabei ist die Bahn vorzugsweise zu einer Mittelachse des Substrats hin geneigt, um zu errei­ chen, 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 Auflagespit­ ze weniger leicht beschädigt wird, insbesondere abbricht. Dabei weist der er­ ste 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 schen 5° und 25°.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stützele­ mente auf einer Kreislinie mit einem Radius von % 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 Be­ handlung 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, Silizium­ nitrit, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrit, Bornitrit, Saphir, Saphal oder Keramik. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Schnellheizan­ lagen 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;

Fig. 4 eine schematische, perspektivische Darstellung eines fe­ dernd gelagerten Auflagestifts;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines pendelnd gelager­ ten Auflagestifts gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht des Auflagestifts gemäß Fig. 5 mit einem um 90° gedrehten Blickwinkel;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine alternative Trägerkonstruktion ge­ mäß der vorliegenden Erfindung, bei der Auflagestifte an schwingenden Tragarmen angebracht sind;

Fig. 8 eine Detailansicht eines Auflagestifts gemäß der vorlie­ genden Erfindung mit einem konischen Fußende;

Fig. 9 eine schematische Seitenansicht eines alternativen Aufla­ gestifts der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausfüh­ rungsform eines Auflagestifts gemäß der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 11 eine Führungsplatte zum Aufnehmen und Führen eines Auflagestifts gemäß den Fig. 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 Auflage­ stifts 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 Fig. 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 bei­ spielsweise aus der auf die selbe Anmelderin zurückgehenden DE-A- 198 21 007 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.

Fig. 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 11 zur Aufnahme eines Halbleiterwa­ fers 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 Fig. 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 11 ausgebildet ist. Dabei ist das Ende 10 des Auflagestifts 8 als Doppel-Konus ausgebildet. Die Auflagespitze 11 wird durch einen Konus mit einem Öffnungswinkel zwi­ schen 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 Auflage­ stifts 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 beispiels­ weise einer U-förmigen Haltevorrichtung, aufgenommen, so daß der Auflage­ stift 8 pendelnd gelagert wird. Dadurch daß die Längsachse B des Schwenk­ stifts 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 Fig. 3a und 3b zeigen Defektstellen auf der Rückseite eines Halblei­ terwafers, die bei der thermischen Behandlung durch pendelnd gelagerte Auflagestifte gemäß Fig. 5 erzeugt wurden. Wie im Vergleich zu den in den Fig. 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.

Fig. 16 zeigt eine weitere Ausführungsform zur beweglichen Halterung von Stützelementen. Dabei sind hülsenförmige Aufnahmevorrichtungen zur Auf­ nahme von Stützstiften gekippt angeordnet. Die Stützstifte sitzen mit großem Spiel in der Hülse, während ihr Kippwinkel im Bereich von 1°-45°, vorzugs­ weise zwischen 1°-10°, liegt.

Fig. 7 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel zur beweglichen Aufhän­ gung von Auflagestiften 8. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind die Auflagestifte 8 über frei schwingende Tragarme 25 an einem starren Trä­ gerrahmen 27 angebracht. Insgesamt sind drei Auflagestifte 8 an dem Träger­ rahmen 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 Tragar­ me 25 einer thermisch bedingten Bewegung, insbesondere einer Ausdeh­ nungsbewegung, des Wafers. Zusätzlich zu den frei schwingenden Tragarmen 25 können die Auflagestifte 8 natürlich auch beweglich auf den Tragar­ men gelagert sein.

Eine z. B. in Kombination mit den freischwingenden Tragarmen bevorzugte Ausführungsform für eine bewegliche Lagerung der Auflagestifte 8 ist in Fig. 8 dargestellt. Dabei ist das von der Auflagespitze 11 entfernte Ende 13 ko­ nisch 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 auf­ genommen sein.

Fig. 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 11 bildet. Das Ende 10 weist wie­ derum 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 erheb­ liche Verbreiterung des Auflagestifts 8 im mittleren Bereich vorsieht. Der Auf­ lageflansch 30 bildet eine Auflagefläche 31, die nachfolgend unter Bezug­ nahme auf Fig. 11 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 Aufla­ gestifts 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 feuerpoliert, so daß dieser Bereich relativ undurchsichtig bleibt. Hierdurch wird er­ reicht, daß die Spitze die Heizstrahlung nicht frei hindurchläßt, und somit wäh­ rend einer thermischen Behandlung selbst erwärmt wird. Dadurch wird der Temperatur-Gradient zwischen Auflagespitze 11 und Wafer verringert, wo­ durch eine höhere Homogenität der Wafertemperatur erreicht wird.

Fig. 10 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer alternativen Ausführungs­ form eines Auflagestifts 8. Der Auflagestift 8 gleicht im wesentlichen dem in Fig. 9 dargestellten Auflagestift. Er weist ein oberes Ende 10, einen Aufla­ geflansch 30, und ein unteres Ende 13 auf. Am unteren Endteil 13 ist ein sich verbreiternder Fuß 36 vorgesehen, dessen Funktion nachfolgend unter Be­ zugnahme auf Fig. 11 noch näher beschrieben wird.

Fig. 11 zeigt eine Aufnahmeplatte 40 zur Aufnahme von Auflagestiften 8 ge­ mäß den Fig. 9 oder 10. Die Aufnahmeplatte 40 weist drei sich radial zu einer Mittelachse C erstreckende Langlöcher 42 auf, die an ihren radial äuße­ ren 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 Fig. 9 und 10 aufnehmen und in Radialrichtung führen können. Die verbreiterte Bohrung 44 ist so bemessen, daß der ver­ breiterte Fußteil 36 des Auflagestifts gemäß Fig. 10 durch die Bohrung 44 hindurchpasst. Die Bohrung 44 ist jedoch nicht so groß, daß auch der Aufla­ geflansch 30 des Auflagestifts 8 gemäß den Fig. 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 ent­ lang der Langlöcher 42 und auf der Aufnahmeplatte 40 gleitend gelagert sind.

Der verbreiterte Fußteil 36 des Auflagestifts 8 gemäß Fig. 10 ist so bemes­ sen, 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 Fig. 9 zu diesem Zweck ein entsprechend verlängertes Fußteil 13.

Die Aufnahmeplatte 40 ist aus einem lichtdurchlässigen Material wie bei­ spielsweise Quarz, um die thermische Behandlung des Wafers nicht zu be­ einträchtigen.

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 Heizfel­ des an der Kontaktstelle zwischen Auflagespitze 11 und Wafer fokussiert wer­ den. Hierdurch werden Wärmeverluste des Wafers an dieser Stelle ausgegli­ chen, und die Temperaturverteilung über die Waferoberfläche hinweg wird homogenisiert.

Die Fig. 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 Fig. 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 Auf­ nahme 50 aufgenommen, die ebenso wie der Auflagestift 8 aus einem trans­ parenten Material besteht. Innerhalb der Aufnahme 50 ist der Auflagestift 8 schwenkbar geführt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 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 Fig. 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 ei­ ner 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 Aufla­ gestiften eine Selbstkorrektur der Auflagestifte 8 bei kleinen Höhenabwei­ chungen 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 Wa­ fers verringert wird. Zudem wird eine minimale Abschattung des Wafers ge­ genüber 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 Fig. 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 Abneh­ men eines Wafers immer in eine bestimmte Ausgangsposition zurückrollen. Dabei sind die Rinnen vorzugsweise relativ so zueinander angeordnet, wie die Langlöcher in Fig. 11.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zur Aufnahme ei­ nes Wafers jeweils drei Stützelemente vorgesehen, die an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind und somit eine gute Drei­ punktauflage 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 Be­ reich, 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 vorge­ sehen sein.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Aus­ führungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können die unterschiedlichen Lagerarten für die Stützelemente miteinander kombiniert werden. Vorzugsweise sind alle der beschriebenen Stützelemente, sowie die damit in Bezie­ hung stehenden Lagerelemente aus für die Heizstrahlung transparenten Ma­ terialien 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 (28)

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) beweglich sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz­ elemente (8) radial bezüglich einer Mittelachse des Substrats (1) be­ weglich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente (8) im wesentlichen parallel zur Substratebene beweg­ lich sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) federnd aufgehängt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz­ elemente (8) jeweils mit einer Feder (15), insbesondere einer flachen Spiralfeder, verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) senkrecht zu ihrer Längsachse (A) schwenkbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (B) von der Längsachse (A) des Stützelements (8) be­ abstandet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) an den freien Enden bewegli­ cher Tragarme (25) angebracht sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trag­ arme (25) parallel zur Substratebene bewegbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) in einer Führung (42) aufge­ nommen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führung (42) ein Langloch ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) einen Auflageflansch (30) aufweisen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf­ lageflansch (30) eine gewölbte Auflagefläche (31) aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflageflansch (30) lichtdurchlässig und als optische Linse ausge­ bildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein beweglich, insbesondere kippbar gelagertes Halteelement (60) mit wenigstens drei Tragarmen (62) und daran befe­ stigten Stützelementen (8) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz­ elemente (8) beweglich, insbesondere schwenkbar an den Tragarmen (62) angebracht sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente Kugeln sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ku­ geln jeweils in einer Bahn geführt sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahn zu einer Mittelachse des Substrats hin geneigt ist.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) einen sich konisch verjüngen­ den Fuß (13) aufweisen, der schwenkbar in einer Aufnahme (28) auf­ genommen ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) Substrat-Auflagespitzen (11) aufweisen.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Substrat-Auflagespitzen (11) durch einen ersten Konus gebildet werden, der einen größeren Öffnungswinkel aufweist, als ein daran anschließender zweiter Konus.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Konus einen Öffnungswinkel zwischen 50° und 130° und vorzugsweise zwischen 80° und 100°, aufweist.

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Konus einen Öffnungswinkel zwischen 5° und 45° und vorzugsweise zwischen 5° und 25° aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) und oder deren Halteeinrich­ tungen (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 angeord­ net ist.

26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) und/oder deren Halteeinrich­ tungen (20; 25; 28; 40; 50; 52; 60) wenigstens teilweise aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen.

27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Oberflächen der Stützelemente (8) und/oder de­ ren Halteeinrichtungen (20; 25; 28; 40; 50; 52; 60) wenigstens teilweise poliert, insbesondere feuerpoliert, sind.

28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützelemente (8) und/oder deren Halteeinrich­ tungen (20; 25; 28; 40; 50; 52; 60) aus einem oder einer Kombination der folgenden Materialien hergestellt sind: Quarz, Magnesiumoxid, Zir­ konoxid, Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Alumini­ umnitrid, Bornitrid, Saphir, Saphal oder Keramik.