NL1018086C2

NL1018086C2 - Werkwijze en inrichting voor het thermisch behandelen van substraten.

Info

Publication number: NL1018086C2
Application number: NL1018086A
Authority: NL
Inventors: Jan Zinger; Arjen Benjamin Storm; Ronald Bast; Vladimir Ivanovich Kuznetsov
Original assignee: Asm Int
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-11-26
Also published as: EP1258909A2; DE60227877D1; EP1258909B1; US6746237B2; JP2003045881A; KR100886177B1; KR20020087894A; US20030027094A1; US6964751B2; US20040195737A1; EP1258909A3

Description

Werkwijze en inrichting voor het thermisch behandelen van substraten

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het achtereenvolgens thermisch behandelen van een reeks vlakke substraten zoals half 5 geleider wafers, door deze in hoofdzaak horizontaal te plaatsen grenzend aan een verwarmingslichaam met een plat, naar de wafer gericht, begrenzingsvlak, waarbij in dat verwarmingslichaam de temperatuur daarvan op een bepaalde plaats Ttrjg gemeten wordt.

Een dergelijke werkwijze is in de stand der techniek algemeen bekend.

10 Gebruikelijk daarbij is dat de energietoevoer naar de verwarmingsmiddelen zodanig geregeld wordt dat de gemeten temperatuur van het ovenlichaam in hoofdzaak constant is en een gewenste waarde heeft. Wanneer een aantal substraten na elkaar aan een thermische behandeling wordt onderworpen wordt warmte aan het ovenlichaam onttrokken aan de zijde van het ovenlichaam die grenst aan het substraat. 15 Door de temperatuur sensor zal na verloop van enige tijd een temperatuurdaling van het ovenlichaam worden waargenomen. Als reactie hierop zal de energietoevoer naar de verwarmingsmiddelen zodanig worden verhoogd dat het ovenlichaam weer de gewenste temperatuur bereikt. Gezien de relatief grote warmtecapaciteit van het ovenlichaam is dit een traag verlopend proces en kan het enige tijd duren voordat zich 20 een stabiele toestand heeft ingesteld. In het bijzonder in die gevallen waarin de warmte capaciteit van het ovenlichaam dusdanig groot is en de behandelingstijd dusdanig kort dat de temperatuur van het ovenlichaam aan het einde van de behandeling van een substraat nog niet hersteld is. Bij het beladen van een volgend substraat wordt opnieuw warmte aan het ovenlichaam onttrokken en op deze wijze 25 kan de temperatuurafwijking bij een eerste aantal te behandelen substraten steeds groter worden voordat uiteindelijk herstel optreedt door de traag verlopende regeling. De gedurende deze tijd aan een behandeling onderworpen substraten zullen een ongelijke thermische behandeling hebben ontvangen. In werkelijkheid kunnen deze verschillen in thermische behandeling nog groter zijn dan uit de meetwaarden 30 afgegeven door de temperatuur sensor blijkt. Deze temperatuur sensor bevindt zich doorgaans binnenin het ovenlichaam, op enige afstand van het aan het substraat grenzende oppervlak van het ovenlichaam. De warmte wordt daarentegen onttrokken via dit aan het substraat grenzende oppervlak van het ovenlichaam.

2

Temperatuurdalingen van het ovenlichaam aan het oppervlak of in de directe nabijheid van het oppervlak van 10 °C of meer zijn mogelijk. Dit is vanzelfsprekend ongewenst.

Bij een aantal thermische behandelingen volgens de stand der techniek wordt 5 na het in de nabijheid van het ovenlichaam brengen van het substraat gewacht tot zich een stabiele, gewenste temperatuur heeft ingesteld, waarna de eigenlijke behandeling, bijvoorbeeld de depositie van een laag met behulp van plasma enhanced chemical vapour deposition, aanvangt. Een meer of minder lange temperatuurstabilisatietijd aan het begin van de behandeling is hierbij geen probleem. In een aantal thermische 10 behandelingen speelt echter het gehele temperatuur-tijd-profïel (eng: thermal budget) een belangrijke rol, vooral wanneer de behandelingstemperatuur hoger is dan ongeveer 500 °C. Het onderwerpen van de substraten aan een temperatuur-tijd-profiel kan zelfs het enige doel van de behandeling zijn, zonder dat tijdens de behandeling een laag op het substraat gevormd v o relt. Een gecontroleerde en 15 reproduceerbare opwarming van de substraten is daarbij van even groot belang als een reproduceerbare behandelingstemperatuur. Met andere woorden: het is van belang om bij het thermisch behandelen van substraten een voor alle substraten gelijk temperatuur-tijd-profiel te verwezenlijken. Het in de nabijheid van een relatief massief, verhit ovenlichaam brengen van de substraten is hiervoor in principe een 20 uitermate geschikte methode, mits bovenbeschreven nadelen vermeden kunnen worden.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een werkwijze en een inrichting voor thermische behandeling van vlakke substraten die bovenbeschreven nadelen vermijdt en die voor achtereenvolgende substraten een 2 5 gelijke warmtebehandeling verwezenlijkt.

Dit doel wordt bij de hierboven beschreven werkwijze verwezenlijkt doordat dat elk van die substraten slechts bij het bereiken van een aanvangsbehandelingstemperatuur gemeten op die plaats in dat verwarmingslichaam in de nabijheid van dat verwarmingslichaam daaraan grenzend geplaatst wordt, dat de 30 plaats waarop de temperatuur van het verwarmingslichaam gemeten wordt zodanig nabij het begrenzingsvlak is, dat na het plaatsen van het substraat de onttrekking van warmte van het verwarmingslicham door het substraat wordt waargenomen, dat tijdens de aanwezigheid van dat substraat grenzend aan dat verwarmingslichaam een 3 zodanige hoeveelheid warmte toegevoerd wordt aan dat verwarmingslichaam dat de temperatuur gemeten op die plaats stijgt, en dat elk van die substraten van dat verwarmingslichaam verwijderd wordt voor dat die aanvangsbehandelingstemperatuur Ttng opnieuw bereikt wordt.

5 Op deze wijze wordt een gelijke beginsituatie verwezenlijkt voor ieder te behandelen substraat, hetgeen de reproduceerbaarheid van de behandeling aanzienlijk verhoogt. In een nadere uitwerking van de uitvinding wordt het substraat, nadat het bij het beëindigen van de warmtebehandeling op afstand van het verhitte ovenlichaam is gebracht in de nabijheid van een in hoofdzaak vlak koellichaam gebracht zodat ook 10 het afkoeltraject op snelle en gecontroleerde wijze verloopt.

De hierboven beschreven werkwijze kan op verschillende wijzen worden uitgevoerd, in het bijzonder wat betreft de regeling van de vermogenstoevoer naar de verwarmingsmiddelen. Zo is het mogelijk in z.g. “Open loop control” een constant vermogen naar de verwarmingsmiddelen toe te voeren en op het moment dat het 15 behandelen van substraten aanvangt de vermogenstoevoer te vergroten zodanig dat de verhoging van de vermogenstoevoer de door de substraten aan het ovenlichaam ontrokken warmte compenseert. Ook is het mogelijk in “Closed loop control” de vermogenstoevoer zodanig te regelen dat de door de temperatuursensor gemeten temperatuur constant is. Zowel bij “open loop control” als bij “Closed loop control” 20 kan de regeling zo worden ingesteld dat gedurende het behandelen van substraten de gemiddeld in de tijd gemeten temperatuur enigszins hoger is dan in rusttoestand. Dit leidt ertoe dat na het behandelen en uitnemen van een substraat de temperatuursensor in kortere tijd weer de gewenste temperatuur aangeeft en het inbrengen van het volgende substraat eerder kan aanvangen.

25 De hierboven beschreven werkwijze is in het bijzonder geschikt voor het onderwerpen van substraten aan een thermische behandeling in een z.g. “floating wafer reactor”, zoals beschreven in Amerikaans octrooischrift 6,183,565 BI van aanvraagster. In deze floating wafer reactor worden vlakke substraten een voor een en na elkaar tussen twee in hoofdzaak vlakke en aan het substraat evenwijdige 30 ovenlichamen gebracht waarna de ovenlichamen naar elkaar toe worden bewogen en op geringe afstand van de wafer worden gebracht en de wafer door tegengesteld gerichte gasstromen uit deze ovenlichamen wordt ondersteund en op zijn plaats gehouden, zonder mechanisch contact. Bij dergelijke floating wafer reactoren is het 4 mogelijk gebleken in zeer snelle opwarming of afkoeling van de wafers te voorzien zonder dat schade aan de wafers wordt toegebracht. Door de zeer snelle opwarming kunnen wafers ook zeer snel na elkaar worden behandeld. Volgens een variant van de uitvinding worden substraten behandeld in een behandelingsruimte waarin behalve de 5 thermische behandelingskamer ook een afkoel station en een transportstelsel voor het substraat aanwezig zijn. In het afkoelstation wordt onder gecontroleerde omstandigheden de temperatuur van het substraat zeer snel verlaagd.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het thermisch behandelen van een reeks substraten, omvattende een verwarmingslichaam met plat 10 vlak voor het daaraan grenzend ontvangen van dat substraat, regelbare verwarmingsmiddelen voor het verhitten van dat verwarmingslichaam, tenminste een temperatuursensor op afstand van dat platte vlak voor het meten van de temperatuur in dat verwarmingslichaam verbonden met eerste sturingsmiddelen voor het sturen van de vermogenstoevoer naar die verwarmingsmiddelen, transportmiddelen voor het 15 in de nabijheid grenzend aan het verwarmingslichaam brengen, houden en daaruit verwijderen van substraten, tweede sturingsmiddelen voor het sturen van de transportmiddelen, waarbij dat de temperatuursensor zodanig nabij dat platte vlak van het verwarmingslichaam is aangebracht, dat onttrekking van warmte aan het verwarmingslichaam door het substraat wordt waargenomen en de eerste en tweede 20 sturing zodanig zijn uitgevoerd dat het in het verwarmingslichaam brengen van elk van die substraten slechts plaats kan vinden indien de temperatuur gemeten door de temperatuursensor gelijk is aan een gewenste aanvangsbehandelingstemperatuur Ttng en dat het verwijderen van elk van die substraten plaats vindt voor het opnieuw bereiken van de gewenste aanvangsbehandelingstemperatuur.

2 5 Volgens een van voordeel zijnde uitvoering omvat deze tweede sturing een laag niveau sturing voor het aansturen van de motoren van de transportmiddelen en een hoog niveau sturing voor het zenden van stuursignalen naar de laag niveau sturing en het ontvangen van vrijgavesignalen. Deze vrijgavesignalen zijn afkomstig van sensoren of van andere sturingsmiddelen en geven aan dat de inrichting gereed is voor 30 de volgende behandelingsaktie en dat de inrichting voor deze verdere behandelingsaktie in een veilige toestand verkeerd. Een van de deze vrijgave signalen is, direct of indirect, afkomstig van de eerste sturing voor het regelen van de toevoer van het vermogen naar de verwarmingsmiddelen en wordt afgegeven wanneer 5 genoemde temperatuursensor een signaal afgeeft dat binnen zekere grenzen gelijk is aan een gewenste temperatuur. De hoog niveau sturing van de tweede sturingsmiddelen geeft bij het ontvangen van dit vrijgavesignaal en de aanwezigheid van eventuele overige vrijgavesignalen een startsignaal aan de laagniveau sturing 5 welke laagniveau sturing de transportmiddelen de gewenste bewegingen laat uitvoeren. Een onveilige toestand van de inrichting wordt bepaald door diverse sensoren, zoals sensoren die de positie of aanwezigheid van het substraat of van de transportmiddelen aangeven. Bij het vaststellen van een onveilige toestand tijdens het uitvoeren van bewegingen door de transportmiddelen kan de hoog niveau sturing een 10 onderbreeksignaal afgeven aan de laag niveau sturing. Door deze structuur worden onbepaalde tijdvertragingen in de substraattransportmiddelen als gevolg van uitgevoerde controles door de sturing vermeden en zal het transport van de substraten zo reproduceerbaar mogelijk plaatsvinden.

De verwarmingsmiddelen kunnen zijn aangebracht in of aan het ovenlichaam 15 of direct grenzend aan het ovenlichaam. Ook is het mogelijk dat de verwarmingsmiddelen op afstand van het ovenlichaam zijn aangebracht en de verwarmingsmiddelen lampen of een inductiespoel omvatten.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van de tekeningen verduidelijkt worden. Daarbij tonen: 20 Fig. 1 schematisch weergegeven varianten van “open loop” methoden van regeling van de vermogenstoevoer naar de verwarmingsmiddelen;

Fig. 2 schematisch weergegeven varianten van “closed loop” methoden van regeling van de vermogenstoevoer naar de verwarmingsmiddelen;

Fig. 3 schematisch in dwarsdoorsnede het ovenlichaam met daarin 25 aangebracht temperatuursensoren.

Fig. 4 in bovenaanzicht een reactor voor het achtereenvolgens behandelen van substraten;

Fig. 5 in perspectivisch aanzicht het transportmechanisme gebruikt in de floating wafer reactor; 30 Fig. 6 in zijaanzicht de ovenlichamen van de floating wafer reactor met ophanging en bewegingsmechanisme;

Fig. 7 A schematisch de behandeling van substraten in een floating wafer reactor, geopende reactor; 6

Fig. 7B schematisch de behandeling van substraten in een floating wafer reactor, gesloten reactor;

Fig. 8 de sturing voor het sturen van de transportmiddelen;

Fig. 9 grafisch het temperatuurverloop in de oven bij het achtereenvolgens 5 inbrengen en uitnemen van een aantal substraten;

In de werkwijze volgens de uitvinding is een sturing aanwezig voor het sturen van het aan de verwarmingsmiddelen toegevoerde vermogen. Deze sturing zal voorzien zijn van ingangen voor het ontvangen van signalen van temperatuursensoren en een uitgang voor het afgeven van een signaal dat het aan de verwarmingsmiddelen 10 toegevoerde vermogen bepaald. Deze sturing kan elke in de stand der techniek gebruikelijke sturing zijn.

In fig. 1, de “open loop” methode van regeling van vermogenstoevoer naar de verwarmingsmiddelen, staat horizontaal de tijd uit en verticaal de temperatuur van het ovenlichaam en het aan de verwarmingsmiddelen toegevoerde vermogen. Bij aanvang 15 bevindt de thermische behandelingsinrichting zich in rusttoestand waarbij een constant vermogen Po aan de verwarmingsmiddelen wordt toegevoerd en het ovenlichaam zich op een met dat vermogen corresponderende, in hoofdzaak constante temperatuur To bevindt. Twee varianten van regeling volgens de uitvinding zijn weergegeven. Bij variant A wordt voordat het behandelen van substraten 20 aanvangt het vermogen verhoogd. Als gevolg hiervan zal neemt de temperatuur van het ovenlichaam toe. Wanneer een gewenste temperatuur is bereikt, T^g, wordt het eerste substraat in de nabijheid van het verhitte ovenlichaam gebracht en gedurende een zekere tijd in de nabijheid van het verhitte ovenlichaam gehouden waarna het substraat op afstand van het verhitte ovenlichaam wordt gebracht en afgekoeld.

2 5 Vervolgens wordt gewacht totdat de met de temperatuursensor gemeten temperatuur weer de gewenste waarde, T^g, heeft bereikt op welk moment het volgende substraat in de nabijheid van het ovenlichaam wordt gebracht. Dezelfde procedure wordt herhaald totdat alle te behandelen substraten aan de thermische behandeling zijn onderworpen. De met B aangegeven variant verschilt hierin van de A variant dat 30 tegelijk met het in de nabijheid van het ovenlichaam brengen van het eerste substraat het naar de verwarmingsmiddelen toegevoerde vermogen wordt verhoogd. Bij variant B is Ttng gelijk aan To terwijl bij variant A T^g hoger is dan To. In fig. 2 is de “closed loop” methode van regeling van de vermogenstoevoer naar de verwarmingsmiddelen 7 weergegeven. Hierin staat eveneens horizontaal de tijd uit en verticaal de temperatuur van het ovenlichaam en het aan de verwarmingsmiddelen toegevoerde vermogen. Bij aanvang bevindt de thermische behandelingsinrichting zich in rusttoestand waarbij een vermogen P aan de verwarmingsmiddelen wordt toegevoerd en geregeld zodanig 5 dat het ovenlichaam zich op een constante temperatuur To bevindt. Twee verdere varianten van de regeling volgens de uitvinding zijn weergegeven. Bij variant A wordt voordat het behandelen van substraten aanvangt het temperatuur setpoint van het ovenlichaam verhoogd naar de waarde Ti. Als gevolg hiervan neemt de temperatuur van het ovenlichaam toe. Wanneer een gewenste temperatuur, T^g, is 10 bereikt wordt het eerste substraat in de nabijheid van het verhitte ovenlichaam gebracht en gedurende een zekere tijd in de nabijheid van het verhitte ovenlichaam gehouden waarna het substraat op afstand van het verhitte ovenlichaam wordt gebracht en afgekoeld. Vervolgens wordt gewacht totdat de met de temperatuursensor gemeten temperatuur weer de gewenste waarde, T^g, heeft bereikt op welk moment 15 het volgende substraat in de nabijheid van het ovenlichaam wordt gebracht. Dezelfde procedure wordt herhaald totdat alle te behandelen substraten aan de thermische behandeling zijn onderworpen. In variant B blijft het temperatuur setpoint gelijk en is To= Ti= Ttng. Ook bij een goede instelling van de temperatuurregeling, doorgaans van het PID type, zal variant B beduidend trager zijn dan variant A.

20 In de varianten van fig. 1 en variant A van fig. 2 stelt zich gemiddeld over de tijd een temperatuurgradient in over de ovenlichamen waarbij de temperatuur aan de van het substraat afgekeerde zijde van de ovenlichaam hoger is dan de temperatuur aan de zijde die grenst aan het substraat. Hierdoor stelt zich een gemiddeld over de tijd een warmtestroom in richting substraat die de door de substraten opgenomen 2 5 warmte compenseert. In plaats van pas extra warmte toe te voeren op het moment dat de warmteonttrekking door het substraat wordt gemeten, is door het instellen van een gradiënt over het ovenlichaam de benodigde hoeveelheid warmte in feite reeds onderweg. Hierdoor wordt een veel sneller herstel van de temperatuur van het ovenlichaam aan de naar het substraat toegekeerde zijde verkregen dan bij een 30 gebruikelijke temperatuurregeling.

In fig. 3 zijn meerdere temperatuursensoren 134 aangegeven, aangebracht nabij het aan het substraat 21 grenzende oppervlak van het ovenlichaam 130. Wezenlijk voor de uitvinding is dat de temperatuursensoren nabij het aan het substraat 8 grenzende oppervlak van het ovenlichaam zijn aangebracht, op een afstand kleiner dan 5 mm en bij voorkeur op een afstand van ongeveer 2 mm of minder. Hierdoor zal de temperatuurdaling ten gevolge van het onttrekken van warmte aan het ovenlichaam in voldoende mate worden waargenomen. In het bovenstaande hebben we steeds 5 gesproken over een enkele sensor maar in de praktijk zal men meestal behoefte hebben aan meerdere, over het verhitte ovenlichaam verspreid opgestelde temperatuursensoren om zeker te kunnen stellen dat het ovenlichaam over het gehele oppervlak de gewenste waarde heeft. Het temperatuursignaal dat gebruikt wordt voor het starten van het substraattransport kan dan gevormd worden door het gemiddelde 10 van alle temperatuursignalen afkomstig van sensoren die in de nabijheid van het oppervlak van het ovenlichaam zijn aangebracht. Tevens kan de regeling zo worden uitgevoerd dat wanneer te grote temperatuurverschillen tussen de verschillende sensoren worden waargenomen de inrichting niet wordt vrijgegeven voor het beladen van een substraat. Als alternatief kan als voorwaarde worden gesteld dat alle sensoren 15 een temperatuur bereikt moeten hebben die minder dan een bepaalde waarde afwijkt van de gewenste temperatuur Ttng. In de praktijk zal dit op hetzelfde neerkomen. Een vergelijkbare maatregel zal gelden wanneer aan beide zijden van het substraat een verhit ovenlichaam is opgesteld, beide voorzien van een of meerdere temperatuursensoren.

20 De verwarmingsmiddelen kunnen zodanig zijn uitgevoerd dat zij meerdere groepen afzonderlijk gestuurde verwarmingsmiddelen omvatten, verspreid over verschillende delen of zones van het ovenlichaam. Voor iedere groep zal tenminste een temperatuursensor beschikbaar moeten zijn. Bij de regeling volgens het “closed loop” principe, zal iedere temperatuursensor in de nabijheid van het aan het substraat 2 5 grenzend oppervlak van het ovenlichaam dienen te zijn aangebracht. Voordeel van de “closed loop” regeling is dat voor ieder deel van het ovenlichaam dat voorzien is van een aparte groep verwarmingsmiddelen de gewenste temperatuur zal worden verwezenlijkt. Bij de “open loop’ regeling is dit niet zonder meer het geval en zal voor iedere groep het vermogen moeten worden ingesteld om een gewenste 30 temperatuur te bereiken. Bij deze “open loop” regeling hoeft niet iedere zone van het ovenlichaam voorzien te zijn van een temperatuur sensor aangebracht volgens de uitvinding maar kan volstaan worden met ten minste een temperatuur sensor, aangebracht nabij het aan het substraat grenzend oppervlak. Wel zijn de andere ♦ 9 sensoren nodig om voor iedere groep een juiste instelling van het constante vermogen te vinden, zodanig dat een uniforme temperatuur wordt verkregen.

In fig. 4 is met 1 een stelsel aangegeven voor het behandelen van een substraat. Dit wordt begrensd door de wanden van een reactorruimte 2. Op niet nader 5 afgebeelde wijze kan door een afsluiting in de wand een substraat worden ingebracht respectievelijk afgevoerd naar/vanaf een met 3 aangegeven toevoer/afvoerstation. Transport van de substraten vindt plaats met behulp van een roterend overbrengmechanisme 4 waarvan de details uit fig. 5 blijken. Met 5 is een verwarmingsoven volgens de uitvinding weergegeven terwijl met 6 een afkoelstation 10 aangegeven is.

Te behandelen substraten worden overgedragen bij het toevoer/afvoer station aan het overbrengmechanisme 4 en eerst in oven 5 ingebracht en daar aan een snelle temperatuurstijging en vervolgens warmtebehandeling onderworpen, gevolgd door het op gestuurde wijze afkoelen in het afkoelstation 6.

15 In fig. 5 is het overbrengmechanisme afgebeeld. Dit bestaat uit een vast aan de behuizing bevestigd deel 7 en een roterend op enigerlei wijze aangedreven as 8 voorzien van een drietal armen 9 waaraan steeds dragers 10 voor substraten aangebracht zijn. Om elk van de dragers 10 is een ring 11 aangebracht. Deze ring is zodanig uitgevoerd dat het substraat daarbinnen ligt en warmteverlies/warmtetoevoer 20 aan het substraat over het gehele oppervlak bij blootstelling aan een koellichaam respectievelijk een verhit ovenlichaam in hoofdzaak uniform is, dat wil zeggen geen temperatuurafwijking nabij de rand van het substraat optreedt. Hoewel in fig. 4 en 5 steeds drie stuks transportarmen 9 zijn weergegeven, ieder voorzien van een drager 10 en een ring 11 kan het transportmechanisme ook met minder armen zijn uitgerust.

2 5 Aangezien volgens de uitvinding met het in de nabijheid van het ovenlichaam brengen van het volgende substraat moet worden gewacht totdat het ovenlichaam, na het uitnemen van het voorgaande substraat, weer de gewenste aanvangsbehandelingstemperatuur heeft bereikt, kan in de praktijk worden volstaan met een enkele transportarm.

30 In fig. 7 is schematisch de in fig. 6 getoonde oven in dwarsdoorsnede weergegeven. Bovenblok 13 en onderblok 14 bevinden zich in een huis 23 dat voorzien is van een klep 22 die geopend kan worden voor het beladen en weer uitnemen van een substraat 21. Onderblok 14 en bovenblok 13 zijn naar elkaar toe te 10 bewegen door hefstangen 27 en 28. Blok 13 is opgebouwd uit een ovenlichaam 130, een isolatie mantel 131, een aan de binnenzijde van isolatiemantel aangebrachte verwarmingsspiraal 132 en een buitenmantel 133. Evenzo is blok 14 opgebouwd uit een ovenlichaam 140, een isolatiemantel 141, een aan de binnenzijde van de 5 isolatiemantel aangebrachte verwarmingsspiraal 142 en een buitenmantel 143. Ieder Ovenlichaam 130 is voorzien van tenminste een temperatuursensor 134 en ovenlichaam 140 is voorzien van tenminste een temperatuursensor 144. Volgens de uitvinding zijn deze temperatuur sensoren aangebracht nabij het aan het substraat grenzende oppervlak van de ovenlichamen. In een voorkeursuitvoering van de 10 uitvinding is ovenlichaaml30 tevens voorzien van een temperatuursensor 135 die is aangebracht nabij de van het substraat afgekeerde zijde van het ovenlichaam. Op dergelijke wijze kan ovenlichaam 140 voorzien zijn van een temperatuursensor 145 aangebracht nabij de van het substraat afgekeerde zijde van het ovenlichaam. Gas wordt zowel vanaf het onderste ovenlichaam 140 door openingen 24 als vanaf het 15 bovenste ovenlichaam 130 door openingen 25 toegevoerd. Gas wordt afgevoerd door opening 26. Bij het inbrengen van een substraat staan bovenblok 13 en onderblok 14 in een van elkaar af bewogen stand. Na het inbrengen van het substraat worden de blokken naar elkaar toe bewogen door hefstangen 27 en 28 zodanig dat de afstand tussen ieder van de substraat oppervlakken en de daaraan grenzende oppervlakken 20 van de ovenlichamen 1 mm of minder bedraagt. Door de gasstromen afkomstig uit de openingen 24 en 25 wordt het substraat in een stabiele positie gehouden zonder dat verdere mechanische ondersteuning noodzakelijk is.

De aanwezigheid van temperatuursensoren 134 en 144 nabij het substraat enerzijds en van temperatuursensoren 135 en 145 nabij de verwarmingsmiddelen 2 5 anderzijds maakt het mogelijk een cascadetemperatuurregelaar toe te passen. Dit is een regeling die gebruikt maakt van de temperatuursensoren op beide posities. Het voordeel van een dergelijke regeling is dat vanwege de temperatuursensoren nabij het substraat een juiste temperatuur aldaar verwezenlijkt kan worden en de onttrekking van warmte snel wordt gemeten, terwijl door de temperatuursensoren nabij de 30 tegenover het substraat liggende zijde van het ovenlichaam de temperatuur goed regelbaar blijft en bijvoorbeeld te sterke opwarming van de buitenkant van het ovenlichaam, na enige tijd gevolgd door te sterke opwarming van de binnenzijde van het ovenlichaam, kan worden voorkomen. Voor een dergelijke cascaderegeling η hoeven temperatuursensoren 135 en 145 niet noodzakelijkerwijs nabij de naar de verwarmingsmiddelen toegekeerde zijde van het ovenlichaam te worden aangebracht. Genoemde temperatuursensoren kunnen bijvoorbeeld meer in het inwendige van het ovenlichaam zijn aangebracht maar de afstand tot het aan het substraat grenzend 5 oppervlak van het ovenlichaam zal groter zijn dan de afstand tot de naar de verwarmingsmiddelen toegekeerde zijde van het ovenlichaam.

Een deel van de sturing van de inrichting is in figuur 8 weergegeven. Hierin is de eerste sturing voor het sturen van de vermogenstoevoer naar de verwarmingsmiddelen aangegeven met 70 en de tweede sturing voor het sturen van de 10 transportmiddelen met 60. Tweede sturing 70 omvat de hoog niveau sturing 50 en de daarmee verbonden laag niveau sturing 40. Hoog niveau sturing 50 is voorzien van ingangen 51, 52,53 en 54 voor het ontvangen van vrijgave signalen. Tenminste een van deze vrijgave signalen is, direkt of indirekt, afkomstig van de eerste sturing 70 en geeft aan dat het ovenlichaam nabij het aan het substraat grenzende oppervlak binnen 15 zekere grenzen een gewenste waarde heeft. Met laag niveau sturing 40 zijn verbonden aandrijvingen 41,42,43 en 44 voor het aandrijven van de transportmiddelen. De transportmiddelen omvatten substraattransportmiddelen en ovenlichaam transportmiddelen. Hoogniveau sturing 50 zendt gegevens over de uit te voeren bewegingen naar sturing 40. Deze bewegingen worden pas uitgevoerd na ontvangst 20 van een startsignaal afkomstig van sturing 50. Dit startsignaal wordt afgegeven als alle van toepassing zijnde vrijgavesignalen door hoog niveau sturing 50 ontvangen worden. Na afgifte van het startsignaal aan laag niveau sturing worden de bewegingen uitgevoerd. Eventuele onveilige situaties worden niet door sturing 40 geverifieerd maar door sturing 50. Indien tijdens het uitvoeren van de bewegingen een onveilige 25 situatie wordt vastgesteld door het wegvallen van een van de vrijgave signalen, dan geeft sturing 50 een onderbreeksignaal aan sturing 40 waarop de beweging wordt afgebroken. Door sturing 40 niet te belasten met allerlei verificaties, die tot kleine, maar ongedefinieerde tijd vertragingen kunnen leiden, worden de bewegingen zo reproduceerbaar mogelijk uitgevoerd hetgeen ook de reproduceerbaarheid van de 30 thermische behandeling ten goede komt.

Tenslotte is in fig. 9 het werkelijke temperatuurverloop als functie van de tijd grafisch weergegeven. De doorgetrokken lijn geeft de temperatuur weer en de stippellijn het opgenomen vermogen. In dit geval is z.g. “Open loop control” 12 toegepast, d.w.z. een constant vermogen is naar de verwarmingsmiddelen toegevoerd. Voor het inbrengen van een substraat wordt dit toegevoerde vermogen enigszins verhoogd. Dit heeft tot gevolg dat de gemeten temperatuur toeneemt. Wanneer een bepaalde waarde is bereikt, in dit geval 975 °C, wordt een substraat in de nabijheid 5 van het ovenlichaam gebracht en treedt een temperatuurverlaging op. Na het uitnemen van het substraat wordt gewacht met het inbrengen van het volgende substraat totdat de temperatuursensor weer 975 °C aangeeft. Het zal duidelijk zijn dat de toename in het vermogen die bij aanvang van de achtereenvolgende behandelingen is ingesteld, moet zijn afgestemd op het door de substraten aan het ovenlichaam onttrokken 10 vermogen. Wordt een te kleine toename van het vermogen ingesteld, dan zal het te lang duren voordat de temperatuur zich weer heeft hersteld. Wordt een te grote toename van het vermogen ingesteld dan kan de temperatuur een te hoge waarde bereiken. In fig. 9 zien we wanneer na het achtereenvolgens inbrengen van 10 substraten geen verdere substraten meer worden ingebracht, terwijl het vermogen op 15 de hogere waarde ingesteld blijft staan, de temperatuur een hogere dan gewenste waarde bereikt. Uit fig. 9 blijkt dat ieder van de 10 substraten aan een zo gelijk mogelijk temperatuur-tijdsverloop is onderworpen waardoor een optimale reproduceerbaarheid van thermische behandelingen te verwezenlijken is.

Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van een voorkeursuitvoering 20 beschreven is dient begrepen te worden dat deze voorkeursuitvoering slechts dient ter illustratie. Zo kan de regeling van vermogenstoevoer naar de verwarmingsmiddelen op andere dan de beschreven wijzen zijn uitgevoerd. Ook kan het substraat op verschillende manieren tijdens de behandeling worden ondersteund, zowel mechanisch als niet-mechanisch. Ook kan het substraat op verschillende afstanden in 25 de nabijheid van het ovenlichaam worden gebracht. Een verdere variant is dat het substraat in contact met het ovenlichaam wordt gebracht en eventueel tegen het ovenlichaam wordt aangedrukt ter bevordering van het thermisch contact. Voor een vakman zullen deze varianten voor de hand liggend zijn en binnen het bereik liggen van bijgaande conclusies.

30

Claims

1. Werkwijze voor het achtereenvolgens thermisch behandelen van een reeks vlakke substraten zoals half geleider wafers, door deze in hoofdzaak horizontaal te 5 plaatsen grenzend aan een verwarmingslichaam met een plat, naar de wafer gericht, begrenzingsvlak, waarbij in dat verwarmingslichaam de temperatuur daarvan op een bepaalde plaats Ttng gemeten wordt, met het kenmerk, dat elk van die substraten slechts bij het bereiken van een aanvangsbehandelingstemperatuur gemeten op die plaats in dat verwarmingslichaam in de nabijheid van dat 10 verwarmingslichaam daaraan grenzend geplaatst wordt, dat de plaats waarop de temperatuur van het verwarmingslichaam gemeten wordt zodanig nabij het begrenzingsvlak is, dat na het plaatsen van het substraat de onttrekking van warmte van het verwarmingslicham door het substraat wordt waargenomen, dat tijdens de aanwezigheid van dat substraat grenzend aan dat verwarmingslichaam 15 een zodanige hoeveelheid warmte toegevoerd wordt aan dat verwarmingslichaam dat de temperatuur gemeten op die plaats stijgt, en dat elk van die substraten van dat verwarmingslichaam verwijderd wordt voor dat die aanvangsbehandelingstemperatuur T^g opnieuw bereikt wordt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij die bepaalde plaats waar de 20 temperatuur van dat verwarmingslichaam gemeten wordt, zich op een afstand kleiner dan 5 mm van dat platte vlak bevindt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij die bepaalde plaats waar de temperatuur van dat verwarmingslichaam gemeten wordt, zich op een afstand kleiner dan 2 mm van dat platte vlak bevindt.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een constante hoeveelheid warmte aan dat verwarmingslichaam wordt toegevoerd en de warmtetoevoer tijdens het behandelen van de substraten op een hogere waarde wordt ingesteld dan tijdens rust.

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-3, waarbij tijdens het 30 behandelen van de substraten de warmtetoevoer naar het verwarmingslichaam geregeld wordt volgens een constante waarde Ti van de temperatuur van het verwarmingslichaam.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij de aanvangsbehandelingstemperatuur Ttng gelijk is aan de waarde Ti van de temperatuur van dat ovenlichaam tijdens het behandelen van het substraat.

7. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij de 5 aanvangsbehandelingstemperatuur Ttng hoger is dan de temperatuur van het verwarmingslichaam TO voor de aanvang van het behandelen van de substraten, maar lager is dan de gewenste temperatuur Ti van het ovenlichaam tijdens het behandelen van de substraten.

8. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-3 en/of 5-7, waarbij de 10 temperatuur in dat verwarmingslichaam op twee verschillende op afstand van dat platte vlak liggende plaatsen gemeten wordt en met een regeling volgens het cascade principe warmte toegevoerd wordt, waarbij het meten van de temperatuur op een van die plaatsen samenvalt met het meten van de aanvangsbehandelingtemperatuur.

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij na het verwijderen van dat substraat uit de nabijheid van het verwarmingslichaam het substraat in de nabijheid van een koellichaam wordt gebracht.

10. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij dat substraat tussen de platte vlakken van tegenover elkaar liggende eerste en tweede 20 verwarmingslichamen wordt aangebracht, elk voorzien van afzonderlijke verwarmingsmiddelen, waarbij de temperatuur van dat tweede verwarmingslichaam gemeten wordt op een plaats op afstand van dat platte vlak van dat tweede verwarmingslichaam zodanig dat onttrekking van warmte aan het verwarmingslichaam door het substraat wordt waargenomen en dat het in de 2 5 nabijheid van dat tweede verwarmingslichaam brengen van ieder substraat plaats vindt ongeveer gelijktijdig met het in de nabijheid van het eerste verwarmingslichaam brengen van ieder substraat, op een tijdstip waarop de aldus gemeten temperatuur van het tweede verwarmingslichaam binnen zekere grenzen gelijk is aan een gewenste aanvangsbehandelingstemperatuur Ttng·

11. Inrichting voor het thermisch behandelen van een reeks substraten, omvattende een verwarmingslichaam met plat vlak voor het daaraan grenzend ontvangen van dat substraat, regelbare verwarmingsmiddelen voor het verhitten van dat verwarmingslichaam, tenminste een temperatuursensor op afstand van dat f platte vlak voor het meten van de temperatuur in dat verwarmingslichaam verbonden met eerste sturingsmiddelen voor het sturen van de vermogenstoevoer naar die verwarmingsmiddelen, transportmiddelen voor het in de nabijheid grenzend aan het verwarmingslichaam brengen, houden en daaruit verwijderen 5 van substraten, tweede sturingsmiddelen voor het sturen van de transportmiddelen, met het kenmerk, dat de temperatuursensor zodanig nabij dat platte vlak van het verwarmingslichaam is aangebracht, dat onttrekking van warmte aan het verwarmingslichaam door het substraat wordt waargenomen en de eerste en tweede sturing zodanig zijn uitgevoerd dat het in het 10 verwarmingslichaam brengen van elk van die substraten slechts plaats kan vinden indien de temperatuur gemeten door de temperatuursensor gelijk is aan een gewenste aanvangsbehandelingstemperatuur Ttng en dat het verwijderen van elk van die substraten plaats vindt voor het opnieuw bereiken van de gewenste aanvangsbehandelingstemperatuur.

12. Inrichting voor het thermisch behandelen van substraten volgens conclusie 11, waarbij die ten minste ene temperatuursensor in het verwarmingslichaam is aangebracht op een afstand kleiner dan 5 mm van dat platte vlak.

13. Inrichting voor het behandelen van substraten volgens conclusie 12, waarbij die ten minste ene temperatuursensor in het verwarmingslichaam is aangebracht 20 op een afstand kleiner dan ongeveer 2 mm van dat platte vlak.

14. Inrichting volgens een van de conclusies 11-13, waarbij de tweede sturing omvat een laag niveau sturing voor het sturen van de transportmiddelen en een hoog niveau sturing, waarbij die hoog niveau en laag niveau sturingen zodanig zijn uitgevoerd, dat na het afgeven van een startsignaal door de hoog niveau 2. sturing aan de laag niveau sturing, de laag niveau sturing de transportmiddelen een aantal bewegingen laat uitvoeren volgens een voorgeprogrammeerd patroon.

15. Inrichting volgens een van de conclusies 11-14, omvattende een verder verwarmingslichaam waarbij dat verwarmingslichaam en dat verdere verwarmingslichaam ten opzichte van elkaar beweegbaar zijn voor het daartussen 30 opnemen en vrijgeven van dat substraat, waarbij dat verdere verwarmingslichaam voorzien is van verdere verwarmingsmiddelen geregeld door die sturing, vergelijkbaar uitgevoerd en met de sturing verbonden als het eerste ovenlichaam, en waarbij bij ingebrachte substraten, de twee verwarmingslichamen aan tegenover liggende zijden van het substraat evenwijdig aan het substraat naar elkaar toe beweegbaar zijn opgesteld.

16. Inrichting volgens een van de conclusies 11-15, voorzien van een koellichaam met koelruimte voor het ontvangen van het substraat, waarbij het 5 koellichaam in het verlengde van de transportrichting van de transportmiddelen voor het in de nabijheid van het verwarmingslichaam brengen van het substraat is opgesteld.