DE102011007541A1 - Vorrichtung und Verfahren zur schnellen thermischen Behandlung von Substraten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen thermischen Behandlung von Substraten 1 unter Nutzung eines RTP(„Rapid Thermal Processing”)-Prozesses. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen thermischen Behandlung von Substraten 1 zu finden, mit denen der Abfluss eingetragener Energie in unerwünschte Bereiche des Substrats 1 und damit die Erwärmung dieser Bereiche des Substrats 1 minimiert wird und dabei Doppelbehandlungen von Bereichen des Substrats 1 für temperaturkritische Prozesse vermieden werden. Dies wird erreicht durch eine entsprechende RTP-Vorrichtung, die ein über die Breite des Substrats wirkend ausgebildetes Leuchtmittel und Mittel zum Fokussieren der von dem Leuchtmittel in Richtung Substrat 1 ausgesendeten Strahlung enthält, sowie durch ein Verfahren, das einen RTP-Prozess nutzt, bei dem divergente Strahlung erzeugt und ausgesendet sowie die vom Leuchtmittel ausgesendete Strahlung in Richtung eines definierten Bereiches auf dem Substrat 1 gelenkt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen thermischen Behandlung von Substraten unter Nutzung eines RTP-Prozesses, wobei RTP hier für „Rapid Thermal Processing” also „schnelle thermische Bearbeitung” steht. Dabei wird die Temperatur eines Substrats bzw. bestimmter Bereiche des Substrats mittels Energieeintrag durch die von einem Leuchtmittel ausgesandte Strahlung erhöht.
  • Die Veränderung von Oberflächen, Strukturen wie auch Tiefenprofilen von Massivmaterialien oder von Funktionsschichten auf Substraten zu deren Vergütung erfolgt typischerweise durch das Tempern bzw. temperähnliche Prozesse. Tempern ist das Aufheizen des entsprechenden Materials auf eine Temperatur unterhalb seiner Schmelztemperatur über einen definierten Zeitraum und nach einem definierten Temperaturprofil, d. h. mit definierten Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten. Dabei kann zusätzlich auch noch unter Einwirkung von Reaktionsgasen eine Umwandlung der diesen Gasen ausgesetzten Oberflächen stattfinden.
  • Für die thermische Behandlung von auf Substraten abgeschiedenen Funktionsschichten mit konventionellen Verfahren wird meist das gesamte Substrat aufgeheizt. Diese Prozesse dauern von einigen Minuten bis hin zu Stunden. Solche Standardprozesse sind nicht für solche Substrate oder gar komplexe Schichtabfolgen auf Substraten geeignet, die sich bei Temperaturbelastung verändern oder gar zerstört werden, wenn eigentlich nur eine bestimmte Funktionsschicht durch Temperatureinwirkung verändert werden soll.
  • Temperprozesse werden unter anderem in der Halbleiterproduktion eingesetzt, wobei auch hier vielfach die Forderung besteht, nur die Oberfläche oder aber oberflächennahe Bereiche des Substrats thermisch zu beeinflussen und dabei den Halbleiter bzw. die Halbleiterstrukturen in der Tiefe so wenig wie nur möglich zu verändern.
  • Deshalb werden zu solchen Zwecken Prozesse genutzt, bei denen die Temperaturbelastung verhältnismäßig gering gehalten werden kann: Typischerweise sind das sogenannte RTP-Verfahren, bei denen besonders hohe Temperaturanstiegs- bzw. Abkühlungsraten in den zu behandelnden oberflächennahen Bereichen erreicht werden können.
  • Damit sind RTP-Verfahren in der Halbleiterindustrie ein gängiges Verfahren, um Oberflächen zu verändern ohne das Substrat maßgeblich zu erwärmen.
  • Beispielsweise können Substrate auf diese Weise oxidiert werden und gleichzeitig in einer Vorprozessierung des Substrats erzielte Dotierungsprofile im Substrat nahezu unverändert erhalten werden, was nicht möglich wäre mit einer konventionelle thermischen Oxidation, die viele Minuten bis Stunden dauern kann.
  • Um diese hohen Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten zu erreichen, werden bei RTP-Verfahren üblicherweise Halogenlampen und mittlerweile auch Blitzlampen zum Einsatz gebracht. Mit derartigen, mit hoher Leistung ausstrahlenden Leuchtmitteln ist es prinzipiell möglich, die Oberflächen stark, z. B. mehrere hundert bis über tausend Grad Celsius, zu erhitzen und dabei das Substrat nur bis in eine Tiefe von wenigen Mikrometern zu erwärmen. Weiter in der Tiefe liegende Schichten bzw. Bereiche des Substrats bleiben dabei auf Raumtemperatur.
  • Möchte man das RTP-Verfahren und eine hierfür vorgesehene Vorrichtung, die mit Blitzlampen arbeitet, für die Bearbeitung von großflächigen Substraten, z. B. von Dünnschichtsolarmodulen, erweitern, so ist idealerweise eine große Anzahl von langen, stabförmigen Blitzlampen (mit typischen Längen zwischen 200 mm und 2000 mm) sowie eine optimierte Spiegeloptik erforderlich, um eine homogene Ausleuchtung des Substrats zu erreichen. Dies ist mit hohen Kosten bei der Herstellung sowie Wartung der Anlage verbunden.
  • Hinzu kommt, dass die Betriebsspannungen für Blitzlampen in erster Näherung linear mit deren Länge ansteigen. Bei einer Lange von 2000 mm werden beispielsweise Betriebsspannungen von 40 kV erforderlich. Die Zündung der Lampen wird üblicherweise mit Tyristoren oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) durchgeführt, welche i. a. auf eine Maximalspannung von wenigen Kilovolt beschränkt sind. Somit ist eine kostenintensive Kaskadierung dieser Bauteile notwendig.
  • Alternativ und kostengünstiger zu einem Lampenfeld kann man eine einzelne Blitzlampe, welche pro Blitz nur ein Teil des Substrats belichtet, einsetzen. Diese einzelne Blitzlampe muss dann entweder über der Oberfläche des Substrats oder aber das Substrat relativ zur Blitzlampe bewegt werden, wobei Letzteres leicht in einer Durchlaufanlage realisierbar ist. Koordiniert zu dieser Bewegung muss die Blitzlampe dabei in kurzer Zeitfolge, z. B. im Sekundentakt, gezündet werden. Hierbei sind jedoch Überlappungen der Belichtungsfelder unvermeidbar, wenn die gesamte Oberfläche des Substrats belichtet werden soll. Dabei ist die Gefahr einer Doppelbelichtung in den Überlappungsbereichen groß, so dass diese Bereiche bei sehr temperatursensiblen Prozessen, wie z. B. der Behandlung von Fotolacken, als Ausschuss in der Produktion wegfallen würden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine kostengünstige Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten zu finden, mit denen der Abfluss eingetragener Energie in unerwünschte Bereiche des Substrats und damit die Erwärmung dieser Bereiche des Substrats minimiert wird und dabei Doppelbehandlungen von Bereichen des Substrats für temperaturkritische Prozesse vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine RTP-Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten unter Nutzung eines RTP-Prozesses mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Die Ansprüche 2 bis 10, 12 bis 14 geben Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösung wieder.
  • Die erfindungsgemäße RTP-Vorrichtung weist ein divergent ausstrahlendes Leuchtmittel, ein dem Leuchtmittel gegenüberliegendes Substrat und Mittel zur Bewegung des Substrates und/oder des Leuchtmittels auf, wobei das Leuchtmittel über die gesamte Breite des Substrat wirkend ausgebildet ist. Dadurch wird eine bestmögliche Ausleuchtung des Substrats senkrecht einer möglichen Transportrichtung des Substrats, und folglich die bestmögliche Homogenität des Energieeintrags in das Substrat erreicht.
  • Der Abfluss von in die Oberfläche des Substrats eingetragener Energie in tieferliegende und damit unerwünschte Bereiche sollte minimiert werden, um die Erwärmung dieser Bereiche so gering wie möglich zu halten. Dies kann durch eine möglichst kurze Expositionszeit, d. h. der Zeit in der das Substrat der aus dem Leuchtmittel ausgesendeten Strahlung ausgesetzt ist, erreicht werden. Von einem Leuchtmittel mit einer definierten Strahlungsleistung ausgehend muss deshalb ein möglichst hoher Anteil der Leistung auf einen möglichst schmalen Bereich des Substrats fokussiert werden. Zu diesem Zweck enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzliche Mittel zum Fokussieren der von dem Leuchtmittel in Richtung Substrat ausgesendeten Strahlung, wobei idealerweise ein Linienfokus kleinstmöglicher Breite quer zur Transportrichtung entsteht.
  • Durch den mit den Mitteln zur Fokussierung der vom Leuchtmittel ausgesendeten Strahlung erreichten erhöhten Energieeintrag in eine Position des Substrats pro Zeiteinheit ist dabei die Nutzung eines kontinuierlich strahlenden Leuchtmittels zur Vermeidung der Gefahr von doppelten Energieeinträgen, wie bei Nutzung von diskontinuierlich strahlenden Leuchtmitteln möglich, für die meisten Anwendungen unausweichlich, deswegen enthält das Leuchtmittel in einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen kontinuierlichen Strahler. Dadurch ist es möglich, einen sehr homogenen Energieeintrag in das Substrat zu erreichen, wenn, wie bei sehr großen Substraten üblich, nicht das gesamte Substrat gleichzeitig homogen beleuchtet werden kann, sondern durch Bewegung des Substrats oder des Leuchtmittels oder von Substrat und Leuchtmittel einzelne Bereiche zeitlich versetzt zueinander beleuchtet werden. Bei diskontinuierlich ausstrahlenden Leuchtmitteln, wie Blitzlampen, wird das Leuchtmittel in regelmäßigen Abständen gezündet und zwischen Substrat und Leuchtmittel findet eine auf diese Zündung abgestimmte Relativbewegung statt. Der Energieeintrag in eine definierte Position des Substrats erfolgt dabei in der Regel durch einen einzigen Puls, es sei denn, diese definierte Position hat trotz der abgestimmten Relativbewegung von Substrat zu Leuchtmittel den bestrahlten Bereich bis zum nächsten Puls noch nicht verlassen und wird mit einem weiteren Puls beaufschlagt, was dann einen doppelten Energieeintrag bedeutet. Bei kontinuierlich ausstrahlenden Leuchtmitteln hingegen berechnet sich der Energieeintrag in eine definierte Position des Substrats hingegen aus dem Produkt der diese Position erreichenden Strahlleistung und der Zeit, die diese Position der Einstrahlung ausgesetzt ist.
  • Unabhängig davon ist außerdem die Stromversorgung eines kontinuierlich brennenden Leuchtmittels konzeptionell wesentlich einfacher und damit kostengünstiger. In dem beschriebenen Fall eines über die Breite des Substrat wirkend ausgebildeten Leuchtmittels, und vorzugsweise eines sich über die Breite des Substrats ausstreckenden Leuchtmittels, beträgt die Betriebsspannung nunmehr 2,5 kV anstatt üblicherweise 40 kV für ein 2000 mm langes Leuchtmittel. Außerdem ist nach der Inbetriebnahme der Lampe nur eine konstruktiv relativ einfache Gleichstromversorgung erforderlich.
  • Im einfachsten Fall wird sowohl die Strahlleistung als auch die Zeit für jede Position des Substrats konstant gehalten durch Nutzung einer kontinuierlich mit konstanter Leistung abstrahlendem Gasentladungslampe und einer konstanten Geschwindigkeit der Relativbewegung von Substrat zu Leuchtmittel. Das entsprechende Substrat kann somit absolut homogen thermisch behandelt werden.
  • Ein weiterer Vorteil einer kontinuierlichen brennenden Gasentladungslampe gegenüber einer Blitzlampe ist, dass eine mögliche Inhomogenität der Strahlungsemission in Transportrichtung des Substrats aufgrund des integralen Energieeintrags keine Rolle spielt. Aufwendige optische Einheiten zur Homogenisierung der Strahlungsemission in Transportrichtung sind daher nicht erforderlich.
  • In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei das Leuchtmittel als Linearstrahler, insbesondere als stabförmiges Leuchtmittel ausgebildet. Da insbesondere großflächige Substrate zumeist in Durchlaufanlagen bearbeitet werden, ist dabei das stabförmige Leuchtmittel idealerweise senkrecht der Durchlaufrichtung und sich über die gesamte Breite des Substrats erstreckend angeordnet. Damit wird eine ansonsten zusätzlich notwendige relative Bewegung des Substrats zum Leuchtmittel senkrecht zur Durchlaufrichtung des Substrats vermieden und der durch das Leuchtmittel bewirkte Energieeintrag in das Substrat erreicht die größtmögliche Homogenität.
  • Zur Fokussierung der von dem stabförmigen Leuchtmittel ausgesendeten Strahlung kann dabei eine zylinderförmige Stablinse zwischen dem Leuchtmittel und dem Substrat angeordnet sein. Diese Stablinse wird in einer festen, durch ihre optischen Eigenschaften, die Lage des Leuchtmittels sowie durch den kürzesten Abstand des Leuchtmittels zum Substrat bestimmten Position arretiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind um das Leuchtmittel herum, dieses jedoch nicht komplett einschließend, Mittel zur Reflektion und Ausrichtung der vom Leuchtmittel ausgesendeten Strahlung angeordnet. Die Reflexionsmittel sind dabei so angeordnet, dass die vom Leuchtmittel in nicht in Substratrichtung ausgesendete Strahlung derart reflektiert und damit umgelenkt werden kann, dass auch diese reflektierte Strahlung das Substrat treffen und hier für einen zusätzlichen Energieeintrag sorgen kann. Üblicherweise wird dabei in dem Bereich zwischen dem Leuchtmittel und dem Substrat kein Reflexionsmittel angeordnet, sondern diese schwerpunktmäßig auf den dem Substrat entgegengesetzten Bereich des Leuchtmittels konzentriert sind, um hier möglichst viel Strahlung zurück zum Substrat zu lenken.
  • Vorzugsweise ist dabei das Leuchtmittel in einem Reflektorblock mit einer in Richtung des Substrats ausgebildeten Öffnung definierter Breite, die dem Durchmesser des Leuchtmittels entspricht, und definierter Länge, die mindestens der Breite des zu bearbeitenden Substrats entspricht, angeordnet. Ein solcher Reflektorblock ermöglicht einerseits die nahezu vollständige Reflektion und damit Zurücklenkung der vom Leuchtmittel nicht in Substratrichtung ausgesendeten Strahlung auf das Substrat. Zudem ermöglicht die Ausbildung des Reflexionsmittels in einem solchen Block die Unterbringung einer Kühlungsmöglichkeit, da sich ein solches Reflexionsmittel aufgrund einer Restabsorption von Strahlung stark erwärmen kann. Ein solcher Reflektorblock kann aus Aluminium ausgebildet sein. Die Kühlung kann durch entsprechende Kühlwasserleitungen in diesem Reflektorblock erfolgen. In einer sehr einfachen Alternativlösung wird hingegen eine Reflektionsschicht direkt auf dem Glaskörper der Lampe angebracht, so dass der Reflektorblock als solches entfallen kann.
  • In einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist dabei der Bereich, in der die vom Leuchtmittel ausgesendete Strahlung auf das Substrat trifft, eine Breite von maximal wenigen Millimetern auf. Damit erreicht man beispielsweise bei Einsatz einer kontinuierlich ausstrahlenden Gasentladungslampe Expositionszeiten, die im Bereich der Expositionszeiten von konventionellen Blitzlampen liegen, jedoch einen absolut homogenen Energieeintrag in das gesamte Substrat erlauben. Beträgt die Breite der auf das Substrat fokussierten Linie einen Millimeter, so ergibt sich daraus bei einer Transportgeschwindigkeit von 6 m/min eine Expositionszeit (Belichtungszeit) von zehn Millisekunden, was den mit Blitzlampen erreichten Zeiten entspricht.
  • In einer weiteren Ausführungsform dieser Vorrichtung ist das Leuchtmittel von einem flüssigen Kühl- und Filtermedium umgeben. Das Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, das in einem äußeren um das Leuchtmittel herum ausgebildeten Quarzglasrohr, der sogenannten „Flowtube”, enthalten ist, schützt das Leuchtmittel selbst vor einer möglichen Überhitzung. Durch vorteilhaften Zusatz von Farbstoffen kann hierdurch eine zusätzliche optische Filterwirkung erreicht werden. Alternativ kann der Reflektor entsprechend der zuvor beschriebenen Varianten auch auf der Flowtube aufgebracht werden, sodass weder ein Reflektorblock erforderlich ist, noch der Reflektor nach Überschreitung der Lampenlebensdauer ausgewechselt werden muss.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es zudem möglich, das Leuchtmittel vom Belichtungsmodus in einen energiesparenden Stand-By-Modus innerhalb weniger zehn Millisekunden umzuschalten. Nutzt man beispielsweise eine kontinuierlich brennende Gasentladungslampe, so kann bis unterhalb 5% der Maximalleistung innerhalb von 20 Millisekunden gedimmt werden, ohne dass sich die Leuchthomogenität wesentlich ändert. Damit ist es möglich, die Lampe rasch vom Stand-By-Modus in den Belichtungsmodus umzuschalten, sobald ein Substrat prozessiert werden soll. Dies erhöht einerseits die Lebensdauer der Lampe und reduziert zudem noch den Energieverbrauch auf ein erforderliches Minimum.
  • Im erfindungsgemäßen RTP-Verfahren werden Substrate, vorzugsweise sehr großflächige Substrate thermisch behandelt, deren gleichzeitige Beleuchtung nicht oder nur sehr kostenaufwendig möglich ist. Dabei wird ein RTP-Prozess genutzt, bei dem ein Leuchtmittel, das divergente Strahlung mit hoher Leistung aussendet, einen Energieeintrag in das Substrat und respektive eine Temperaturänderung der entsprechenden Bereiche des Substrats mit hohen Temperaturanstiegs- und Abkühlungsraten ermöglicht, wobei während des Verfahrens mit der vom Leuchtmittel ausgehenden Strahlung gleichzeitig immer nur ein Teil des Substrates beleuchtet wird, das Substrat und das Leuchtmittel relativ zueinander bewegt werden und damit sukzessive das gesamte Substrat beleuchtet wird. Um dabei die Expositionszeit jeder Position auf dem Substrat zu verringern und den Energieeintrag pro Zeiteinheit an dieser Position zu erhöhen, wird erfindungsgemäß die vom Leuchtmittel ausgesendete Strahlung in Richtung eines definierten Bereiches auf dem Substrat gelenkt.
  • Dabei gibt es einzelne Anwendungen eines solchen Verfahrens, bei denen eine diskontinuierlich erzeugte und ausgesendete Strahlung im Anschluss auf definierte schmale Bereiche gelenkt wird, um hier die für das Verfahren nötige Energie in kürzester Zeit oberflächennah in das Substrat einzutragen, und eine Erwärmung des Substrats in tieferen Bereichen zu vermeiden.
  • Es erweist sich jedoch auch im erfindungsgemäßen Verfahren für den Großteil der Anwendungen die diesen zusätzlichen Schritt der Lenkung der vom Leuchtmittel ausgesendeten Strahlung und folglich der Erhöhung des Energieeintrags pro Zeiteinheit in ein definierte Position auf dem Substrat enthalten, als vorteilhaft, die Strahlung kontinuierlich auszusenden. Dies kann beispielsweise mit einer entsprechenden kontinuierlichen Gasentladung realisiert werden.
  • Damit erfährt das Substrat einen kontinuierlichen Energieeintrag während seiner Relativbewegung zum Leuchtmittel, die entweder durch die Bewegung des Substrats unter einem feststehenden Leuchtmittel oder der Bewegung des Leuchtmittels über einem feststehenden Substrat oder aber durch eine aufeinander abgestimmte Bewegung des Substrat und des Leuchtmittels realisiert wird. Ein so genanntes „Steppen” während des Verfahrens, also einer Verschiebung des Substrats um eine definierte Wegstrecke in Bezug auf das Leuchtmittel und den dadurch erzeugten beleuchteten Bereich auf dem Substrat mit hieran anschließender erneuter Belichtung, das bei Nutzung diskontinuierlicher Leuchtmittel nötig ist und zu gefährlichen doppelten Energieeinträgen in dabei möglichen Überlappungsbereichen führen kann, wird damit vermieden.
  • In einer besonderen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei die durch das Leuchtmittel ausgesendete Strahlung, ggf. im Anschluss an andere Schritte zur Strahlungslenkung durch ein Fokussierungsmittel, wie beispielsweise ein Linsensystem, hindurchgeführt und damit auf bestimmte Bereiche des Substrats fokussiert. Eine derart behandelte Strahlung erlaubt eine weitere Erhöhung des Energieeintrags pro Fläche und Zeiteinheit bei kürzeren Eintragszeiten und damit eine schonendere Behandlung tieferliegender Bereiche von temperaturempfindlichen Substraten.
  • Unterstützt wird das erfindungsgemäße durch eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Relativbewegung von Substrat und Leuchtmittel zueinander kontinuierlich, vorzugsweise mit gleichbleibender Relativgeschwindigkeit, erfolgt, wodurch sich ein homogener Energieeintrag in das gesamte Substrat mit einfachen Mitteln realisieren lässt.
  • Die erfindungsgemäße Lösung soll nun anhand eines Anwendungsbeispiels erläutert werden.
  • Die 1 zeigt dabei eine beispielhafte Anordnung von Leuchtmittel und Substrat 1 zueinander, bei der als Leuchtmittel eine stabförmige, sich über die gesamte Breite des großflächigen zu bearbeitenden Substrats 1 erstreckende, kontinuierlich ausstrahlende Gasentladungslampe 6, die sich in einem Lampengehäuse 2 befindet und in 1 somit nicht sichtbar ist, eingesetzt wird, in einer perspektivischen Ansicht.
  • Diese Gasentladungslampe 6 ist von einem Reflektorblock 3 umgeben, der nur eine Öffnung 5 in Richtung des Substrats 1 ausweist, die sich in ihrer Längsausdehnung ebenfalls über die gesamte Substratbreite erstreckt. Die Breite dieser Öffnung 5 entspricht dabei dem Durchmesser der Gasentladungslampe 6. Dies ist in der 2 in einem Querschnitt in Substratbewegungsrichtung 10 nur durch den Bereich des aus Aluminium ausgebildeten Reflektorblocks 3 mit entsprechenden Kühlwasserleitungen 4 im Reflektorblock 3, einer in einem mit Kühlwasser 8 gefüllten Quarzrohr 7 befindlichen Gasentladungslampe 6 und des darunterliegenden Substrats 1 dargestellt. Zwischen dem Substrat 1 und dem Reflektorblock 3 mit Gasentladungslampe 6 ist eine zylinderförmige Stablinse 9 angeordnet, die jedoch je nach Anwendung entnehmbar ist.
  • Für derartige kontinuierlich ausstrahlende Gasentladungslampen 6, wie im Anwendungsbeispiel dargestellt, ist eine elektrische Leistung von mehr als 1000 W/cm für Lampen mit einem Durchmesser von ca. 1 cm erreichbar.
  • Von dieser elektrischen Leistung werden ungefähr 45% in Licht umgewandelt. Die Reflexionsverluste in dem als Reflektorblock 3 ausgebildeten Lampengehäuse 2 im vorliegenden Beispiel bewegen sich in der Größenordnung von zirka 25%. Damit ergibt sich eine Strahlungsquelle mit einer „Lichtleistung” von etwa 340 W/cm. Wird davon beispielsweise 50% in einer dünnen Funktionsschicht, die auf der Oberfläche eines Glassubstrats 1 aufgebracht wurde, absorbiert, so erwärmt sich diese innerhalb von 100 ms von Raumtemperatur auf eine Temperatur über 350°C. Die Gasentladungslampe 6 kann dabei entweder mit einer Geschwindigkeit von 10 cm/s über ein ruhendes Substrat 1 gescannt werden oder das Substrat 1 mit der gleichen Geschwindigkeit am Gehäuse 2 der Gasentladungslampe 6 vorbei bewegt werden, um die erforderliche Temperatur in der Funktionsschicht zu erreichen.
  • Wird nun eine zylinderförmige Stablinse 9 aus Quarzglas zwischen das Lampengehäuse 2 und das Substrat 1 gebracht, kann der Belichtungsbereich auf eine Linie mit einer Breite von einem Millimeter reduziert werden. Dadurch reduziert sich die Expositionszeit auf 10 ms bei gleicher Relativgeschwindigkeit von 10 cm/s zwischen Substrat 1 und Gasentladungslampe 6 und liegt damit bereits im Bereich einer konventionellen Blitzlampe (0.2 ms...20 ms). Nimmt man nun Strahlungsverluste in der entsprechenden Optik von 50% an, so ergibt sich immer noch ein deutlicher Vorteil bezüglich der Erwärmung, da bei kürzeren Belichtungszeiten wesentlich weniger Energie in das Substrat 1 als Wärme abfließt und die Funktionsschicht in einer kürzeren Zeit auf die erforderliche Temperatur gebracht werden kann.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Substrat
    2
    Lampengehäuse
    3
    Reflektorblock
    4
    Kühlwasserleitung
    5
    Öffnung
    6
    Gasentladungslampe
    7
    Quarzglasrohr
    8
    flüssiges Kühlmittel
    9
    zylinderförmige Stablinse
    10
    Bewegungsrichtung (des Substrats)

Claims (14)

  1. RTP-Vorrichtung, die ein divergent ausstrahlendes Leuchtmittel, ein dem Leuchtmittel gegenüberliegendes Substrat (1) und Mittel zur Bewegung des Substrats (1) und/oder des Leuchtmittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel über die Breite des Substrats wirkend ausgebildet ist und Mittel zum Fokussieren der von dem Leuchtmittel in Richtung Substrat (1) ausgesendeten Strahlung vorgesehen sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel einen kontinuierlichen Strahler enthält.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel als kontinuierlich ausstrahlende Gasentladungslampe (6) ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel als Linienstrahler, insbesondere stabförmig, ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das sie eine zylinderförmige Stablinse (9) als Fokussierungsmittel aufweist, wobei die zylinderförmige Stablinse (9) zwischen dem Leuchtmittel und dem Substrat (1) in zum Leuchtmittel arretierbarer Position angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass um das Leuchtmittel herum, dieses jedoch nicht komplett einschließend, Mittel zur Reflektion und Ausrichtung der vom Leuchtmittel ausgesendeten Strahlung angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel in einem Reflektorblock (3) mit einer in Richtung des Substrats ausgebildeten Öffnung (5) definierter Breite, die dem Durchmesser des Leuchtmittels entspricht, und definierter Länge, die mindestens der Breite des zu bearbeitenden Substrats (1) entspricht, angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich, in der die vom Leuchtmittel ausgesendete Strahlung auf das Substrat (1) trifft, eine Breite von maximal wenigen Millimetern aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmittel von einem flüssigen Kühl- und Filtermedium (8) umgeben ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Umschalten des Leuchtmittels vom Belichtungsmodus in einen energiesparenden Stand-By-Modus innerhalb weniger zehn Millisekunden enthält.
  11. Verfahren zur thermischen Behandlung von Substraten (1), unter Nutzung eines RTP-Prozesses, bei dem ein Leuchtmittel, das divergente Strahlung aussendet, einen Energieeintrag in das Substrat (1) ermöglicht und folglich zu einer Temperaturerhöhung in Bereichen des Substrats (1) führt, wobei mit der vom Leuchtmittel ausgehenden Strahlung gleichzeitig immer nur ein Teil des Substrats (1) beleuchtet wird, das Substrat (1) und das Leuchtmittel relativ zueinander bewegt werden und damit sukzessive das gesamte Substrat (1) beleuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Leuchtmittel ausgesendete Strahlung in Richtung eines definierten Bereiches auf dem Substrat (1) gelenkt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die divergente Strahlung kontinuierlich ausgesendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die divergente Strahlung durch Passieren eines Fokussierungsmittels vor dem Auftreffen auf das Substrat (1) fokussiert wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung von Substrat (1) und Leuchtmittel zueinander kontinuierlich erfolgt.
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