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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Temperaturführung von
Substraten in einer Substratbehandlungsanlage, in der ein Substrat
in Längserstreckung
der Substratbehandlungsanlage in einer Substrattransportebene innerhalb
einer Vakuumkammer an einer Behandlungseinrichtung vorbeiführbar ist.
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Behandlungseinrichtungen
sind dabei als Beschichtungseinrichtungen, wie Bedampfungs- oder
Magnetroneinrichtungen, aber auch Temperaturbehandlungseinrichtungen,
Sputter- und Ätzeinrichtungen
und ähnliches
verstanden.
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Bei
der Behandlung von Substraten in derartigen Substratbehandlungsanlagen
werden Beheizungseinrichtungen sowohl für die Aufheizung von Substraten
auf die für
den Prozess erforderlichen Temperatur zur Erzielung der gewünschten
Eigenschaften als auch für
das Halten der Substrattemperatur, während das Substrat den Prozess
an der Behandlungseinrichtung durchläuft, eingesetzt.
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Die
bekannten Einrichtungen zur Beheizung von Substraten in Substratbehandlungsanlagen
bestehen im Wesentlichen aus Heizelementen, Strahlungsschutzschirmen
sowie einer Grundplatte, auf der die Heizelemente und Strahlungsschirme
montiert sind. Die Grundplatte kann gekühlt ausgeführt werden.
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Neben
dem Aufheizen des Substrates kann es erforderlich sein, die Temperatur
des Substrates zwischen 2 Prozessorten zu halten oder auch die Substrattemperatur
zu erhöhen.
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Das
können
sehr verschiedenartige Prozesse sein:
Temperungen: Einhalten
einer bestimmten Temperatur-/Zeitregimes)
im Vakuum oder unter definierten Prozessgasbedingungen.
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Beschichtungseinrichtungen:
Einhalten der für
die Beschichtung erforderlichen Temperatur insbesondere am Prozessort,
evtl. aber auch im Bereich zwischen verschiedenen Prozessorten z.
B. einer als Durchlaufanlage konzipierten Substratbehandlungsanlage,
wenn zur Erzielung von Schichteigenschaften notwendig.
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Ein
Problem bei der Auslegung der Beheizung besteht darin, dass die
Behandlungseinrichtungen selbst erhebliche Wärmequellen darstellen können. Dies
ist beispielsweise an Prozessorten wie Magnetronsputtern, Bedampfen,
etc der Fall. Damit kann in als Durchlaufanlagen konzipierten Substratbehandlungsanlagen
je nach spezifischer Wärmekapazität des Substrates,
Transportgeschwindigkeit und Wärmeleistungseintrag
von den Substratbehandlungseinrichtungen zu unerwünschten
Aufheizungen des Substrates kommen. Grundsätzlich kann dem begegnet werden,
indem die Beheizungseinrichtungen hinter dem Substrat in der Leistung
reduziert werden oder ausgeschaltet werden.
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Bei
großem
Wärmeeintrag
in das Substrat durch die – Behandlungeinrichtungen
kann es sich darüber
hinaus erforderlich machen, überschüssige Wärme über die
Substratrückseite über Abstrahlung abzuführen. Im
Vakuum ist dieses Vorgehen nur in den Grenzen möglich, die die Abstrahlungsleistung aufgrund
der starken Abhängigkeit
von der Temperatur setzt. Wenn z. B. die gewünschte Substrattemperatur 300°C beträgt, kann
unter entsprechenden Voraussetzungen eine Abstrahlungsleistung von
ca. 5 kW/m2 nicht überschritten
werden. Wenn die Wärmeeinträge der – Behandlungseinrichtungen
diese Leistung überschreiten,
muss eine Substraterwärmung
in Kauf genommen werden.
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Je
nach Substrattemperatur liegen die theoretisch möglichen Abstrahlungsleistungen
bei höheren
Substrattemperaturen erheblich darüber.
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In
Substratbehandlungsanlagen, die bei höheren Prozessgasdrücken arbeiten,
kommt zunehmend die Wärmeleitung
durch das Prozessgas zum Tragen. Das kann man sich zunutze machen,
indem die Substratrückseite
in thermischen Kontakt zu Komponenten wie z. B. Rollen gebracht
wird. Der thermische Kontakt wird durch das wärmeleitende Prozessgas bewerkstelligt.
Substrat und temperierbare Komponente können in mechanischen Kontakt stehen,
wenngleich je nach gewünschter
Wärmeableitung
der mechanische Kontakt nicht notwendig ist, sofern das Spaltmaß zwischen
Substratrückseite
und Komponente entsprechend angepasst wird.
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Bei
der stationären
Beheizung eines Substrates ist z. T. ein schnelles Aufheizen auf
die für
den nachfolgenden Prozess erforderliche Temperatur erwünscht. Eine
entsprechend dimensionierte Beheizung kann diese Aufgabe lösen. Bei
Durchlaufanlagen steht im Allgemeinen dafür fast die gesamte Taktzeit
zu Verfügung.
Substrat für
Substrat wird auf diese Weise auf Prozesstemperatur gebracht, das aufgeheizte
Substrat wir abgezogen und in Richtung Prozess bewegt, die freigewordene
Kammer nimmt das nächste
Substrat zur Beheizung auf.
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Es
kann jedoch auch das Erfordernis bestehen, etwa für die Bearbeitung
von einzelnen Substraten, das Substrat nicht aus der Heizkammer
mit hoher Geschwindigkeit abzuziehen und dem Prozess zuzuführen. Vielmehr
kann es z. B. für
den Fall, dass die Prozesskammer unmittelbar an die Heizerkammer
angrenzt, erforderlich sein, das Substrat nicht mit hoher Geschwindigkeit
aus der Heizkammer abzuziehen sondern mit vergleichsweise geringer
Prozessgeschwindigkeit herauszufahren. Für diesen Betriebsfall kann
eine Beheizung wie oben beschrieben, zwar ein schnelles Aufheizen
des Substrates ermöglichen.
Jedoch hat die Art der Beheizung den Nachteil, dass die Heizung
selbst über
vergleichsweise beträchtliche
Wärmekapazitäten verfügen kann,
sodass die Temperatur des Substrates nach Abschalten der Heizung
nach Erreichen der gewünschten
Substrattemperatur je nach den konkreten Verhältnissen erheblich überschwingen
kann. Durch das geeignete Drosseln bzw. auch Abschalten der Beheizung
vor Erreichen der gewünschten
Substrattemperatur kann die in den Heizern und Strahlungsschirmen
gespeicherte Wärme
zwar zur Nachheizung genutzt werden, sodass die Substrattemperatur
ohne Überschwingen
erreicht wird. Jedoch können
diese Ausgleichsvorgänge
erhebliche Zeiten in Anspruch nehmen und sind damit nicht akzeptabel.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, in der thermisch unterstützten Vakuumprozesstechnik,
eine Steuerung des Wärmedurchgangs
im Substrat dynamisch zu gestalten und dabei insbesondere thermische
Trägheiten
zu verringern. Somit – können die thermischen
Bedingungen so eingestellt werden, dass den Erfordernissen des Prozesses
besser Rechnung getragen werden kann.
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Gemäß der Erfindung
wird die Aufgabe dadurch gelöst,
dass auf einer Seite der Substrattransportebene ein wärmeabsorbierendes
Kühlmittel
angeordnet ist.
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Wird
die Beheizungseinrichtung ausgeschaltet, da das Substrat eine Solltemperatur
erreicht oder überschritten
hat, was durch den Wärmeeintrag
aus der Behandlungseinrichtung resultieren kann, wird die Heizungswirkung
in aller Regel infolge der thermischen Trägheit noch eine Zeitlang fortbestehen. Während dieser
Zeit kann die Kühleinrichtung
wirksam werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
ein Isolationsmittel angeordnet ist, mit dem das Kühlmittel
gegenüber
der Subtrattransportebene zumindest partiell abschirmbar ist. Mit
diesem Isolationsmittel kann die Kühlwirkung des Kühlmittels
gezielt beeinflusst werden.
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Wärmeabsorbierendes
Kühlmittel
und Isolationsmittel können
wechselwirkend eingesetzt werden. So ist es möglich, die Wirkung des Kühlmittels gegenüber dem
Substrat oder der Beheizungseinrichtung ein- oder auszuschalten
oder zu verringern. indem das Isolationsmittel so eingestellt wird,
dass es die Kühleinrichtung
nicht abschirmt. Wenn dann geringere Kühlwirkung benötigt wird,
kann mit der Abschirmfunktion des Isolationsmittels die Intensität der Kühlung gesteuert
werden.
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Insbesondere
zur Steuerung der Intensität der
Kühlung
ist in einer Ausführung
der Erfindung vorgesehen, dass die Isolationswirkung des Isolationsmittels
einstellbar ist.
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Es
kann sich darüber
hinaus als vorteilhaft erweisen, wenn das Kühlmittel mit einem Temperierungsmittel
versehen wird. Dieses Temperierungsmittel ist in der Lage, die Temperatur
des Kühlmittels und
somit seine Kühlintensität gezielt
zu beeinflussen. Wie im weiteren ausgeführt, kann beispielsweise eine
der Kühlung
entgegenwirkende Heizung als Temperierungsmittel wirken. Auch beim
Einsatz eines fluiden Kühlmittel
kann dessen Temperatur, beispielsweise ebenfalls durch eine Gegenheizung
eingestellt werden. In diesen Fällen
wären in
dem Kühlfluid
und/oder der Gegenheizung die Temperierungsmittel zu sehen.
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Substratbehandlungsanlagen,
die als Durchlaufanlagen konzipiert sind, weisen eine Längserstreckung
auf, in deren Richtung, d. h. der Längsrichtung, das Substrat auf
der Substrattransportebene bewegt wird. Eine Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass das Kühlmittel aus einem sich in
Richtung der Längsrichtung
erstreckenden Kühlelement
besteht.
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Zur
Vergrößerung des
Wirkungsbereiches kann auch vorgesehen werden, dass das Kühlmittel aus
einem sich quer zur Richtung der Längsrichtung erstreckenden Kühlelement
besteht.
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Damit
kann das Kühlmittel
auch eine Erstreckung in Längs- und Querrichtung
aufweisen.
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In
jedem Falle kann die Kühlwirkung
somit über
einen ganzen Bereich ausgedehnt werden.
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Eine
Ausgestaltung sieht dabei vor, dass das Kühlmittel als parallel zur Substrattransportebene
liegendes plattenförmiges
Kühlelement
ausgebildet ist.
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Bei
einer anderen Lösungsvariante
besteht das Kühlmittel
aus mehreren in Längsrichtung
hintereinander angeordneten Kühlelementen.
Hierbei stellt eine herstellungsgünstige Form eine Ausgestaltung der
Kühlelemente
als Kühlrohre
für ein
Kühlmedium dar.
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Als
einfaches Kühlmedium
kann Wasser zum Einsatz gelangen, wofür die Kühlrohre in einer Ausführung wasserdurchströmt gestaltet
sind.
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In
einer weiteren Ausführung
ist vorgesehen, dass das Isolationsmittel aus mehreren in Längsrichtung
hintereinander angeordneten Isolationselementen besteht.
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Insbesondere
bei einer Gestaltung mit mehreren in Längsrichtung hintereinander
angeordneten Kühlelementen
ist in einer weiteren Variante vorgesehen, dass jedem Kühlelement
ein Isolationselement zugeordnet ist.
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Die
Beeinflussung der Intensität
der Kühlwirkung
kann in einer Ausführung
dadurch realisiert werden, dass ein Isolationselement zwischen einer
Position auf einer der Substratebene abgewandten Seite eines Kühlelementes
und einer Position auf einer der Substratebene zugewandten Seite
des Kühlelementes
verstellbar ausgebildet ist.
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Das
Isolationsmittel kann aber auch als Isolationsjalousie mit Isolationselementen
als Jalousielamellen ausgebildet sein, die einzeln in Gruppen oder
gemeinsam verstellbar sind.
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Werden
die Kühlelemente
als Kühlrohre
ausgebildet, ist es zweckmäßig, dass
das Isolationselement im Querschnitt die Form eines Zylindersegmentes
aufweist. Dadurch kann das Isolationselement das Kühlelement
schalenartig umgreifen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Isolationsmittel
aus zwei parallel zur Substrattransportebene angeordneten gegenüberliegenden
und verschiebbaren gitterförmigen
Isolationselementen besteht. Durch die gitterförmige Gestaltung und die relative
Verschiebbarkeit wird eine stufenlose Einstellung der Isolationswirkung
erreicht, da in einer Endstellung beide Gitter kongruent übereinander
liegen oder in einer anderen Endstellung beide Gitter einander überdecken
und dazwischen viele andere Zwischenstellungen möglich sind.
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Für den Fall,
dass das Substrat nicht gekühlt werden
soll, sondern auch beheizt werden sollte, ist in einer weiteren
Ausgestaltung vorgesehen, dass zwischen Substratebene und Kühlmittel
ein Heizelement angeordnet ist.
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Alternativ
kann das Heizelement auf der dem Kühlmittel abgewandeten Seite
der Substrattransportebene angeordnet sein.
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In
beiden Fällen
können
auch mehrere Heizelemente in Längserstreckung
der Substratbehandlungsanlage nebeneinander angeordnet werden, die zweckmäßiger Weise
einzeln oder gruppenweise individuell schaltbar sind.
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Dabei
ist es möglich,
dass die Beheizungseinrichtung gleichzeitig als die Temperiereinrichtung für das Kühlmittel
funktioniert, also als die oben dargestellte Gegenheizung wirkt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist auf der der Behandlungseinrichtung
abgewandten Seite der Substrattransportebene parallel zu der Substrattransportebene
eine thermische Isolation angeordnet, die in dem Bereich, der der
Wärmequelle
gegenüber
liegt, unterbrochen ist. Dadurch wird es möglich, dass das Substrat über seine
von der Behandlungseinrichtung abgewandten Seite die Wärme, die
durch die als Wärmequelle
wirkende Beschichtungseinrichtung in das Substrat eintragen wird,
durch Wärmestrahlung
abzugeben. Unterstützt
wird dies dadurch, dass in der Unterbrechung das wärmeabsorbierende Kühlmittel
mit dem Isolationsmittel angeordnet ist.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabenstellung wird
aber auch dadurch gelöst,
dass auf der der Behandlungseinrichtung abgewandten Seite der Substrattransportebene
parallel zu der Substrattransportebene eine thermische Isolation
angeordnet ist, die in dem Bereich, der der Wärmequelle gegenüber liegt, unterbrochen
ist. Losgelöst
von einem wärmeabsorbierende
Kühlmittel
ist in dieser Lösung
vorgesehen, dass eine zulässige
Temperatur in dem Substrat durch ein Abstrahlen im Bereich der Unterbrechung erreicht
wird. Dabei kann sich die Unterbrechung auch auf weitere Bereiche
die in Transportrichtung hinter dem Bereich, der der Wärmequelle
gegenüber liegt,
erstrecken, wenn dies für
eine ausreichende Abkühlung
erforderlich ist.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
In den zugehörigen
Zeichnungen zeigen
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1 eine
Prinzipdarstellung einer Beheizungseinrichtung nach dem Stand der
Technik,
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2 eine
Prinzipdarstellung einer ersten erfindungsgemäßen Lösung, und
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3 eine
Prinzipdarstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung.
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In 1 ist
eine Einrichtung zur Temperaturführung
von Substraten in einer Substratbehandlungsanlage nach dem Stand
der Technik dargestellt. Hierbei ist ein Substrat 1 in
Längserstreckung 2 der Substratbehandlungsanlage
in einer Substrattransportebene 3 innerhalb einer nicht
näher dargestellten Vakuumkammer
an einer Behandlungseinrichtung 4 vorbeiführbar.
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Die
Behandlungseinrichtung 4 kann beispielweise ein Magnetron
oder eine Verdampfungseinrichtung o. ä. darstellen, die ihrerseits
eine Wärmequelle
darstellt. Allein durch das Vorbeiführen des Substrates 1 an
der Behandlungseinrichtung 4 erwärmt sich dieses, möglicherweise über eine
zulässige
Maximaltemperatur hinaus.
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Auf
der Seite der Substrattransportebene 3, die von der Behandlungseinrichtung 4 abgewandt
ist, ist parallel zur Substrattransportebene 3 eine thermische
Isolation 5 angeordnet. Diese thermische Isolation 5 dient
dazu, eine Auswirkung der von dem warmen Substrat 1 ausgehenden
Wärmestrahlung
auf die übrige
Vakuumkammer zu minimieren.
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Die
thermische Isolation 5 kann aus einem Isolationsmaterial
bestehen, das im Wesentlichen eine Wärmeleitung verhindert, oder
auch als Strahlungsschirm ausgebildet sein, der eine Wärmestrahlung
von der übrigen
Vakuumkammer durch ein Zurück-Reflektieren
fern hält.
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Damit
soll diese thermische Isolation 5 über eine thermische Isolationswirkung
verfügen,
wie sie auch bei statischen Einrichtungen (z. B. Strahlungsschirmpaket
oder Isolierstoff-Schicht)
erreicht wird.
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In 1 ist
eine in der Praxis übliche
Beheizungseinrichtung 7 dargestellt. Das Substrat 1,
das an der Behandlungseinrichtung 4 vorbeifährt, wird aufgeheizt.
Das Reduzieren bzw. auch Abschalten der Heizer 8 führt nicht
zum gewünschten
Ergebnis einer konstanten Temperatur in Transportrichtung. Je nach übertragener
Wärmeleistung,
Substrat-Wärmekapazität, Emissionsverhältnissen
kann die Erhöhung
der Temperatur sehr verschieden sein.
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Grundsätzlich kann
die Aufheizung des Substrates 1 gemäß der Erfindung und wie sie
in 2 dargestellt ist, je nach übertragener Wärmeleistung, Substrat-Wärmekapazität, Emissionsverhältnissen dadurch
unterbunden werden, dass die Isolation im Bereich der Wärmequelle
geschwächt
oder ganz darauf verzichtet wird. Darüber hinaus ist es möglich, dass
der Bereich der Wärmequelle,
der im Bild sehr stark vereinfacht dargestellt ist, selbst über Abschirmungen
verfügt,
deren thermisches Gleichgewicht sich erst bei laufendem Betrieb
der Substratbehandlungsanlage einstellt.
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In 2 ist
angegeben, wie die geschilderten Probleme und Nachteile einer Anordnung
nach dem Stand der Technik gemäß 1 überwunden werden
können.
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Gemäß 2 ist
die thermische Isolation 5 auf der der Behandlungseinrichtung 4 abgewandten Seite
der Substrattransportebene 3 die in dem Bereich, der der
Behandlungseinrichtung 4 als Wärmequelle gegenüber liegt,
unterbrochen. Durch diese Unterbrechung 6 soll je nach
Anforderungen einen maximalen Wärmedurchgang
ermöglicht
werden, also die Isolationswirkung soll erheblich reduziert bzw.
eliminiert werden. Es ist dabei erstrebenswert, die Unterbrechung
mit gleitenden Übergängen zu versehen,
in denen die Isolationswirkung langsam abnimmt. Damit kann eine
möglichst
stufenlose Einstellung der Isolationswirkung zwischen den genannten
Extremwerten – Vollisolation
und Nichtisolation – erreicht
werden.
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Damit
ergibt sich, eine Konditionierphase zu ermöglichen, während der zunächst die
Isolationswirkung nur wenig geschwächt wird. Erst nach Durchlaufen
dieser Phase ergeben sich stationäre Verhältnisse. Das ist mit einer
steuerbaren thermischen Isolation weitaus schnell zu bewerkstelligen
als mit einer nicht steuerbaren, die nur den stationären Fall
berücksichtigen
kann nicht jedoch ein zügiges
thermisches Einschwingen unterstützt.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist in der Unterbrechung 6 auf
einer Seite der Substrattransportebene 3 ein wärmeabsorbierendes
Kühlmittel 9 sowie
ein Isolationsmittel 10 angeordnet, mit dem das Kühlmittel 9 gegenüber der
Subtrattransportebene 3 zumindest partiell abschirmbar
ist. Das Kühlmittel 9 besteht
aus mehreren in Längsrichtung 2 hintereinander
angeordneten Kühlelementen 11,
die als Kühlrohre
ausgebildet sind. Dabei ist jedem Kühlelement 11 ein Isolationselement 12 zugeordnet.
Jedes Isolationselement 12 ist zwischen einer Position
auf einer der Substrattransportebene 3 abgewandten Seite
eines Kühlelementes 11 und
einer Position auf einer der Substrattransportebene 3 zugewandten
Seite des Kühlelementes 11 verstellbar
ausgebildet. Zu den Kühlrohren 11 passend
weisen die Isolationselemente 12 die Form eines Zylindersegmentes
auf.
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Im
Schaltzustand ”Thermische
Isolation EIN” werden
alle Isolationselemente 12 über die Kühlelemente 11 geschoben,
so dass sie die Kühlelemente 11 auf
deren zu der Behandlungseinrichtung 4 weisenden Seite abdecken.
Dies entspricht der Beheizung in der üblichen Anordnung, wie sie
in 1 dargestellt ist. Hinter den Heizern 8 befinden
sich zur Reduzierung der thermischen Verluste Isolationselemente 12 in
Form von Strahlungsschirmpaketen bzw. Isolierstoffkappen auf den
Kühlelementen 11,
hier als Kühlrohre
ausgebildet.
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Im
Schaltzustand ”Thermische
Isolation Aus” werden
die Isolationselemente 12, d. h. die Schirmpakete bzw.
Isolierstoffkappen auf die dem Substrat 1 oder der Substrattransportebene 3 abgewandten Seite
gedreht. Die – Isolationselemente 12 können dabei
auch z. b. eine ausgedehnte kalte Platte sein.
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In
diesem Schaltzustand kann die Rückseite des
Substrates 1 auf die kalten Flächen abstrahlen. Je nach Anwendung
kann es sinnvoll sein, für
ein großes
Absorptionsvermögen
dieser kalten Fläche zu
sorgen. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Bezeichnung ”kalte Flächen” bedeutet, dass
diese Flächen
eine Temperatur haben müssen, die
das Abstrahlen von Wärme überhaupt
ermöglicht, sodass
je nach den konkreten Verhältnissen
diese Flächen
bei Hochtemperaturanwendungen durchaus Temperaturen von mehreren
100°C haben
könnten.
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Die
Anpassung der Isolationswirkung kann durch die Anordnung in weiten
Grenzen geändert werden,
indem die Isolationselemente 12, d. h. die Strahlungsschirmpakete
bzw. Isolierstoffkappen durch Verdrehen der Kühlelemente 11 in die
entsprechende Winkelstellung gebracht werden. Bei einer so eingestellten
Zwischenposition wird je nach Winkel ein Teil der Substratstrahlung
absorbiert bzw. im Bereich eines abschirmenden Isolationselementes 12 weitgehend
zurückgeworfen.
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Die
in der Transportrichtung nebeneinander liegenden Einrichtungen zur
Schwächung
der thermischen Isolation, wie sie hier als Kühlelement 11 mit Isolationselement 12 ausgebildet
sind, können
einzeln einstellbar sein, um den Wärmeabfluss lokal einstellen
zu können
mit dem Ziel, die Substratbeheizung an jedem Ort konstant zu halten,
da die Wärmebelastung
des Substrats 1 kaum unter einer Wärmequelle entlang der Transportrichtung 2 variieren.
Der Wärmeeintrag
durch die Behandlungseinrichtung 4 kann über der
Länge in
Transportrichtung 2 dieser Behandlungseinrichtung 4 variieren.
Wenn die Substrattemperatur konstant gehalten werden soll, ergibt sich
die Notwendigkeit, den lokalen Wärmeeintrag durch
einen lokalen vom Betrag her gleichen Wärmeabfluss zu kompensieren.
Das gelingt, wenn die Kühlelemente 11 einzeln
verstellbar sind.
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Die
Einrichtungen zur Veränderung
der thermischen Isolation können
neben der hier dargestellten Ausbildung als Kühlelement 11 mit Isolationselement 12 darüber hinaus
sehr verschieden ausgeführt werden.
Beispielsweise als Rohre mit drehbaren Schirmen oder Isolierstoffkappen
oder auch als drehbare Schirme oder Isolierstoffkappen mit einer
dahinter liegenden kalte Platte oder als Jalousie oder zwei gegeneinander
verschiebbaren Gittern.
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Im 2 ist
in dem unteren Diagramm beispielhaft angegeben, wie sich ein praktisch
gemessener Temperaturverlauf einstellen könnte, wobei hier die thermische
Isolation im Bereich der Unterbrechung (insbesondere durch eine
Stellung der Isolationselemente 12 relativ zu den Kühlelementen 11) quasi
völlig
unwirksam eingestellt wurde.
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In 3 ist
eine zweite erfindungsgemäße Ausführung mit
einer Heiz-/Kühlvorrichtung
schematisch dargestellt. Damit ist eine gesteuerte Substratabkühlung möglich.
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Das
Substrat 1, z. B. eine Glassplatte, liegt auf z. B. keramischen
Transportrollen 13 auf und kann eine Pendelbewegung ausführen. Die
obere steuerbare thermische Isolation 14 besteht in diesem Beispiel
aus z. B. drehbar gelagerten Isolationselementen 15 wie
Strahlungsschutzschirmen bzw. aus Isolierstoff-Platten. Die untere
steuerbare thermische Isolation 5 entspricht der oben beschriebenen
Einrichtung. Die konkrete mechanische Ausführung ist unerheblich, sofern
die Steuerbarkeit der thermischen Isolierung gewährleistet ist. Die gesteuerte
Abkühlung
kann folgendermaßen
ablaufen.
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Die
thermische Isolierung befindet sich zunächst im Zustand ”Thermische
Isolation EIN”.
Die oberen Isolationselemente 15 liegen horizontal, die unteren
Isolationselemente 12 sind nach oben gedreht. Die Heizer 8 sind
eingeschaltet und so temperiert, dass das nun einfahrende Substrat 1 zunächst auf
seiner Temperatur gehalten wird.
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Die
Heizer 8 werden abgeschaltet, die gesamte thermische Isolation
wird in ihrer Wirkung so eingestellt, dass das Substrat 1 mit
definierter Rate abgekühlt
wird. Die Rollen 13 behindern den Wärmestrom nach unten, jedoch
wird das Substrat 1 einer Pendelbewegung ausgesetzt, sodass
die Rollen 13 nach unten abstrahlen können und sich somit abkühlen. Der
Wärmestrom
nach unten kann erhöht
werden, wenn der Abstand der Rollen 13 zueinander größer gewählt wird.
Des Weiteren kann durch eine entsprechende Gestaltung der Rollen 13 der
Wärmefluss
erhöht
werden, wenn eine Rolle 13 z. B. als dünnwandiger Zylinder ausgebildet
wird. In diesem Falle werden die Zylinderflächenbereiche, die jeweils zur
kalten Fläche
abstrahlen können,
stärker
gekühlt und
können,
nachdem sie durch die Drehbewegung wieder der Substratwärmestrahlung
ausgesetzt werden, mehr Wärme
aufnehmen. In Abhängigkeit
von der Anwendung sind Zylinderwanddicke/-durchmesser, Material und Pendelgeschwindigkeit
geeignet auszuwählen,
um das gewünschte
thermische Verhalten zu erzielen.
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Nachdem
die gewünschte
Temperatur erreicht wurde, wird das Substrat 1 aus der
Kammer herausgefahren, einer weiteren Kühlung, z. B. einer Konvektionskühlung unterworfen
oder unmittelbar aus der Substratbehandlungsanlage in die Umgebungsatmosphäre herausgefahren.
Mit der Einrichtung sind auch Aufheizzyklen möglich, etwa um das Substrat 1 einer
Behandlung in einer definierten Prozessgasatmosphäre bei einer
erhöhten
Temperatur zu unterziehen. Dazu wird die thermische Isolation oben 14 und
unten 5 eingeschaltet, desgleichen die Heizer 8,
um das Substrat 1 auf die gewünschte Temperatur zu temperieren.
Nach erfolgter Behandlung des Substrates 1 kann die Abkühlung wie
oben beschrieben erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat
- 2
- Längserstreckung,
Längsrichtung,
Transportrichtung
- 3
- Substrattransportebene
- 4
- Behandlungseinrichtung
- 5
- thermische
Isolation
- 6
- Unterbrechung
- 7
- Beheizungseinrichtung
- 8
- Heizelement,
Heizer
- 9
- Kühlmittel
- 10
- Isolationsmittel
- 11
- Kühlelement
- 12
- Isolationselement
- 13
- Transportrolle
- 14
- obere
thermische Isolation
- 15
- Isolationselemente
der oberen thermischen Isolation
