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Die Erfindung betrifft eine Bestrahlungsvorrichtung, eine Prozessieranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Bestrahlungsvorrichtung.
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Im Allgemeinen können Werkstoffe oder Substrate, wie plattenförmige Substrate, Glasscheiben, Wafer, Folien oder andere Träger, prozessiert, z.B. erwärmt, getrocknet oder getempert werden. Beispielsweise können Substrate, z.B. Platten, Gläser, Wafer, Halbzeuge, Werkzeuge oder andere Verarbeitungsgüter, in einer Prozesskammer mit elektromagnetischer Strahlung (z.B. mit infrarotem, sichtbaren und/oder ultraviolettem Licht) bestrahlt werden. Anschaulich kann das Bestrahlen (auch als Belichten bezeichnet) dazu genutzt werden, Energie in das zu bestrahlende bzw. zu belichtende Substrat einzutragen. Mittels eines Energieeintrags können beispielsweise chemische Prozesse und/oder physikalische Prozesse in dem Substrat selbst oder in einem Material auf dem Substrat angeregt werden, z.B. eine chemische Reaktion, Diffusion, Sintern, Kristallwachstum, Ausheilvorgänge im Kristallgitter des Materials oder Ähnliches.
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Mittels Blitzlampen kann elektromagnetische Strahlung mit vergleichsweise großer Intensität gepulst erzeugt werden, so dass ein Substrat beispielsweise mit einer entsprechend großen Bestrahlungsstärke zeitlich gepulst bestrahlt werden kann. Zum Belichten großer Substrate, z.B. Glasplatten mit einer Breite von mehr als einem Meter, oder zum gleichzeitigen Belichten einer Vielzahl von Substraten, können lange Blitzlampen zum Einsatz kommen, z.B. Blitzlampen mit einer Länge von mehr als einem Meter. Diese Blitzlampen können wassergekühlt sein, wobei herkömmlicherweise eine Gasentladungsröhre (die als Blitzlampe betrieben werden kann) koaxial in einem Hüllrohr angeordnet ist. Dabei kann Kühlwasser oder kaltes Gas zum Kühlen der Anordnung zwischen dem Hüllrohr und der Gasentladungsröhre geführt werden.
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Im Allgemeinen kann eine Gasentladungsröhre, eine Gasentladungslampe bzw. eine Niederdruckgasentladungslampe als Blitzlampe betrieben werden. Eine Gasentladungsröhre weist herkömmlicherweise eine Kathode und eine Anode innerhalb einer gasgefüllten Glasröhre auf. Die Gasentladungsröhre kann mittels eines Treiberschaltkreises betrieben werden, welcher mit der Kathode und der Anode der Blitzlampe gekoppelt ist. Der Treiberschaltkreis kann beispielsweise einen Kondensator aufweisen, welcher durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen werden kann. Da die Gasentladungsröhre ohne Plasma, also im nicht gezündeten Zustand einen Isolator darstellt, kann es notwendig sein, die Gasentladungsröhre mittels einer Zündspannung zu zünden. Dabei kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, z.B. eine oder mehrere Spulen aufweisen, dass sich der Kondensator nach dem Zünden der Gasentladungsröhre in Form eines Entladungspulses (Strompulses) durch die Gasentladungsröhre hindurch entladen kann, beispielsweise in Form einer elektrischen Gasentladung unter Aussendung von Licht (sichtbarem Licht, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht). Beispielsweise kann der Treiberschaltkreis derart eingerichtet sein, dass die Dauer des Entladungspulses bzw. die Dauer der elektrischen Gasentladung kleiner als ungefähr 50 ms oder kleiner als ungefähr 5 ms ist oder kleiner als ungefähr 0,5 ms, so dass anschaulich ein Lichtblitz erzeugt wird. Mittels des Kondensators bzw. des Treiberschaltkreises kann ein Entladungspuls mit einer elektrischen Leistung im Kilowatt-Bereich oder Megawatt-Bereich bereitgestellt sein oder werden.
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Die Blitzlampe kann beispielsweise mittels eines elektrischen Zündpulses aktiviert (gezündet) werden, wobei sich erst nach dem Zünden der Blitzlampe der Kondensator des Treiberschaltkreises durch die Blitzlampe hindurch entladen kann. Anschaulich kann eine Blitzlampe selbst als ein Schalter fungieren, da die Blitzlampe unterhalb der Selbstzündspannung den Treiberschaltkreis unterbricht. Somit kann zum Betreiben einer Gasentladungsröhre als Blitzlampe (oder Gasentladungslampe) eine Zündvorrichtung benötigt werden, welche die Gasentladungsröhre derart beeinflusst, dass der an die Gasentladungsröhre gekoppelte Kondensator des Treiberschaltkreises durch die dann nach dem Zünden elektrisch leitende Gasentladungsröhre entladen werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung zum Bestrahlen eines Substrats mindestens eine Prozesskammer aufweisen sowie eine Transportvorrichtung zum Transportieren und/oder Positionieren des Substrats innerhalb eines Bestrahlungsbereichs der Prozesskammer. Die Prozesskammer kann als Unterdruckkammer, Überdruckkammer oder Atmosphärendruck-Kammer eingerichtet sein oder werden. In oder an der Prozesskammer kann eine Bestrahlungsvorrichtung derart bereitgestellt sein oder werden, dass das Substrat in dem Bestrahlungsbereich bestrahlt werden kann. Die Bestrahlungsvorrichtung kann beispielsweise eine Gasentladungsröhre oder eine Anordnung mit mehreren Gasentladungsröhren aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gasentladungsröhre derart eingerichtet sein, z.B. mit einem entsprechenden Treiberschaltkreis gekoppelt sein, dass sie als Blitzlampe betrieben werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasentladungsröhre längserstreckt sein, z.B. zylinderförmig, mit einer Länge von mehr als 1 m, z.B. mit einer Länge in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bestrahlungsbereich innerhalb der Prozesskammer von einem Reflektor oder mehreren Reflektoren begrenzt sein oder definiert sein. Mit anderen Worten können Reflektoren oberhalb und/oder unterhalb der Bestrahlungsvorrichtung (z.B. auch unterhalb des zu bestrahlenden Substrats) angeordnet sein oder in die Bestrahlungsvorrichtung integriert sein oder werden. Ferner können Reflektoren den Bestrahlungsbereich seitlich begrenzen, sowohl parallel zur Transportrichtung als auch quer zur Transportrichtung. Somit kann eine Vorderseite des Substrats, welche zu der Bestrahlungsvorrichtung hin gerichtet ist, beispielsweise möglichst homogen bzw. mit einem vordefinierten Muster bestrahlt werden.
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Anschaulich wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine Bestrahlungsvorrichtung bereitgestellt, welche ein Gaskühlung aufweist, wobei das Gas jedoch nicht wie herkömmlicherweise in einer so genannten Flow-Tube geführt wird, welche koaxial um die jeweilige Gasentladungsröhre angeordnet ist, sondern wobei das Gas einseitig in Radialrichtung zu der zu kühlenden Gasentladungsröhre geführt wird, so dass ein Temperaturgradient in der mindestens einen Gasentladungsröhre gebildet wird. Beispielsweise kann die Gasentladungsröhre eine Rohrachse oder eine Rohrebene definieren, entlang bzw. in derer sich die Gasentladungsröhre erstreckt, und der Gasfluss kann quer oder in einem Winkel zu der Rohrachse bzw. der Rohrebene direkt auf die Gasentladungsröhre gerichtet sein. Anschaulich bildet sich somit in einem Winkel (z.B. quer) zu der Rohrachse bzw. der Rohrebene eine laminare und/oder turbulente Gasströmung aus, welche die Gasentladungsröhre umströmt. Dabei kann die Gasentladungsröhre nur abschnittsweise umströmt werden, d.h. beispielsweise nicht auf der gesamten Länge der Gasentladungsröhre.
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Beispielsweise wird eine erste Seite (z.B. eine Oberseite) der Gasentladungsröhre, welche zu einer Gaszuführung hin freiliegt, direkt mittels eines Gasflusses gekühlt. Dabei wird die Gasentladungsröhre von dem Gasfluss umflossen, wobei die gesamte Gasentladungsröhre gekühlt wird. Eine zweite Seite (z.B. eine Unterseite) der Gasentladungsröhre, welche zu einem Bestrahlungsbereich hin freiliegt, wird jedoch nur indirekt von dem Gasfluss gekühlt. Anschaulich erfolgt somit eine inhomogene Kühlung der Gasentladungsröhre, wobei die dem Bestrahlungsbereich zugewandte Seite der Gasentladungsröhre beim Betrieb der Gasentladungsröhre heißer wird, als die der Gaszuführung zugewandte Seite der Gasentladungsröhre. Dies führt beispielsweise dazu, dass die Gasentladungsröhre über einen langen Zeitraum Strahlung mit einer vordefinierten Emissionscharakteristik in den Bestrahlungsbereich emittieren kann.
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Ferner wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine Bestrahlungsvorrichtung bereitgestellt, wobei mittels nur einer Gaszuführung gleichzeitig eine Gasentladungsröhre gekühlt wird (oder analog mehrere Gasentladungsröhren gekühlt werden) und der Bestrahlungsbereich gespült wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Reflektor verwendet werden, welcher den Gasfluss um die jeweilige Gasentladungsröhre herum unterstützt oder ermöglicht (z.B. kann der Reflektor eine gewinkelte und/oder gekrümmte Form aufweisen). Ferner können mehrere Gasentladungsröhren derart dicht nebeneinander angeordnet sein oder werden (z.B. können mehrere in Axialrichtung längserstreckte Gasentladungsröhren parallel nebeneinander in einer Ebene angeordnet sein, oder mehrere kreisförmige Gasentladungsröhren können koaxial zueinander in einer Ebene angeordnet sein), dass der Gasfluss um die jeweiligen Gasentladungsröhren herum unterstützt oder ermöglicht wird. Alternativ kann eine Gasentladungsröhre derart geformt sein (z.B. spiralförmig oder meanderförmig in einer Ebene), dass mehrere Abschnitte der Gasentladungsröhre derart dicht nebeneinander angeordnet sind, dass der Gasfluss um die jeweiligen Abschnitte der Gasentladungsröhre herum unterstützt oder ermöglicht wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bestrahlungsvorrichtung eine Gasentladungsröhren-Ebene aufweisen, in welcher eine Gasentladungsröhre angeordnet ist oder in welcher mehrere Gasentladungsröhren angeordnet sind.
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Anschaulich kann ein so genanntes Blitzlampenfeld bereitgestellt sein oder werden, bzw. eine Bestrahlungsvorrichtung, welche eine homogene flächige Bestrahlung in einem Bestrahlungsbereich ermöglicht.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bestrahlungsvorrichtung Folgendes aufweisen: mindestens eine Gasentladungsröhre (auch als Blitzlampe bezeichnet) zum Bestrahlen eines Substrats innerhalb eines Bestrahlungsbereichs, eine Gaszuführung zum Kühlen der mindestens einen Gasentladungsröhre mittels eines Gases (z.B. mittels eines Inertgases oder Luft), wobei die mindestens eine Gasentladungsröhre zwischen dem Bestrahlungsbereich und der Gaszuführung angeordnet ist, wobei die Gaszuführung mindestens eine Gasaustrittsöffnung derart aufweist, dass die mindestens eine Gasentladungsröhre zumindest abschnittsweise mit dem Gas, welches aus der Gasaustrittsöffnung austritt, umflossen wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasaustrittsöffnung der Gaszuführung eine Haupt-Gasflussrichtung definieren, in Richtung derer das Gas aus der mindestens einen Gasaustrittsöffnung austritt, wobei die Haupt-Gasflussrichtung in Richtung des Bestrahlungsbereichs gerichtet ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasentladungsröhre mehrere in einer Gasentladungsröhren-Ebene nebeneinander angeordnete Gasentladungsröhren aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich die mindestens eine Gasentladungsröhre derart in einer Gasentladungsröhren-Ebene erstrecken, dass mehrere Gasentladungsröhrenabschnitte der mindestens einen Gasentladungsröhre in der Gasentladungsröhren-Ebene nebeneinander angeordnet sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsvorrichtung eine Reflektorstruktur aufweisen, wobei die mindestens eine Gasentladungsröhre zwischen dem Bestrahlungsbereich und der Reflektorstruktur derart angeordnet ist, dass von der mindestens einen Gasentladungsröhre emittierte Strahlung in den Bestrahlungsbereich reflektiert wird. Dabei kann die Reflektorstruktur mindestens eine gekrümmte und/oder gewinkelte Reflektorfläche aufweisen, wobei die mindestens eine gekrümmte und/oder gewinkelte Reflektorfläche die mindestens eine Gasentladungsröhre teilweise umgibt.
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Sofern die Bestrahlungsvorrichtung mehrere Gasentladungsröhren aufweist, kann die Reflektorstruktur mehrere Reflektorflächen, welche den mehreren Gasentladungsröhren zugeordnet sind, aufweisen, d.h. die Reflektorstruktur kann beispielsweise jeweils mindestens eine Reflektorfläche pro Gasentladungsröhre aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsvorrichtung eine Reflektorstruktur aufweisen, wobei die mindestens eine Gasentladungsröhre zwischen dem Bestrahlungsbereich und der Reflektorstruktur derart angeordnet ist, dass von der mindestens einen Gasentladungsröhre emittierte Strahlung in den Bestrahlungsbereich reflektiert wird, wobei die Reflektorstruktur eine Reflektorfläche aufweist, wobei sich die Reflektorfläche parallel zur Gasentladungsröhren-Ebene erstreckt, und wobei der Abstand (z.B. der Achsabstand) jeweils benachbarter Gasentladungsröhren oder Gasentladungsröhrenabschnitte in der Gasentladungsröhren-Ebene geringer ist als das Dreifache eines Durchmesser der jeweils benachbarten Gasentladungsröhren oder Gasentladungsröhrenabschnitte. Anschaulich kann eine planare Reflektorfläche nur dann effizient verwendet werden (z.B. um eine ausreichend homogene Bestrahlung eines flächigen Substrats in dem Bestrahlungsbereich zu gewährleisten), wenn mehrere Gasentladungsröhren oder mehrere Gasentladungsröhrenabschnitte einer Gasentladungsröhre ausreichend dicht aneinander in der Gasentladungsröhren-Ebene angeordnet sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasaustrittsöffnung der Gaszuführung mittels der Reflektorstruktur bereitgestellt sein oder werden. Anschaulich kann sich die Reflektorstruktur abschnittsweise um die mindestens eine Gasentladungsröhre herum erstrecken und eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen aufweisen. Alternativ kann sich die Reflektorstruktur parallel zu der Gasentladungsröhren-Ebene erstrecken und eine oder mehrere Gasaustrittsöffnungen aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Reflektorstruktur mehrere Reflektor-Elemente aufweisen, welche derart eingerichtet und angeordnet sind, dass zwischen den Reflektor-Elementen die entsprechenden Gasaustrittsöffnungen gebildet sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsvorrichtung ferner Folgendes aufweisen: mindestens einen Treiberschaltkreis, welcher mit der mindestens einen Gasentladungsröhre gekoppelt ist und derart eingerichtet ist, dass die Gasentladungsröhre als Blitzlampe betrieben werden kann; und mindestens einen Zündschaltkreis, welcher mit der Reflektorstruktur gekoppelt ist und derart eingerichtet ist, dass die Gasentladungsröhre mittels des Zündschaltkreises gezündet werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Treiberschaltkreis für mehrere Gasentladungsröhren verwendet werden oder pro Gasentladungsröhre kann ein separater Treiberschaltkreis verwendet werden.
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Ferner kann die Reflektorstruktur mit nur einem Zündschaltkreis gekoppelt sein oder werden, wobei eine Gasentladungsröhre oder mehrere Gasentladungsröhren mittels der Reflektorstruktur gezündet werden kann/können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Bestrahlungsvorrichtung Folgendes aufweisen: mindestens ein Gasentladungsröhren-Feld (auch als Blitzlampen-Feld bezeichnet) mit mehreren in einer Ebene (auch als Gasentladungsröhren-Ebene bezeichnet) angeordneten Gasentladungsröhren zum Bestrahlen eines Substrats innerhalb eines Bestrahlungsbereichs, eine Gaszuführung zum Kühlen der mehreren Gasentladungsröhren mittels eines Gases (z.B. mittels eines Inertgases oder Luft), wobei die Gaszuführung mehrere Gasaustrittsöffnungen, welche den mehreren Gasentladungsröhren zugeordnet sind, derart aufweist, dass das Gas, welches aus der jeweiligen Gasaustrittsöffnung austritt, in einem Winkel zu der Ebene in Richtung der jeweiligen Gasentladungsröhre fließt bzw. strömt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung Folgendes aufweisen: eine Prozesskammer, welche einen Bestrahlungsbereich aufweist; eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen eines Substrats innerhalb des Bestrahlungsbereichs; eine Transportvorrichtung zum Transportieren des Substrats entlang einer Transportrichtung in den Bestrahlungsbereich hinein und/oder aus dem Bestrahlungsbereich heraus.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessieranordnung ferner eine Seitenreflektor-Anordnung aufweisen, welche den Bestrahlungsbereichs parallel zur Transportrichtung und/oder quer zur Transportrichtung begrenzt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung Folgendes aufweisen: eine Prozesskammer, welche einen Bestrahlungsbereich aufweist; eine Bestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen eines Substrats innerhalb des Bestrahlungsbereichs; eine Transportvorrichtung zum Transportieren und/oder Positionieren des Substrats innerhalb des Bestrahlungsbereichs der Prozesskammer.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessieranordnung ferner eine Seitenreflektor-Anordnung aufweisen, welche den Bestrahlungsbereichs seitlich begrenzt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Seitenreflektor-Anordnung elektrisch isolierendes Material aufweisen oder daraus bestehen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Bestrahlungsvorrichtung Folgendes aufweisen: gepulstes Aktivieren der mindestens einen Gasentladungsröhre, welche sich in eine Axialrichtung oder in einer Ebene erstreckt; Erzeugen eines Gasflusses zum Kühlen der mindestens einen Gasentladungsröhre, wobei der Gasfluss in einem Winkel (z.B. in einem im Wesentlichen rechten Winkel, z.B. mit einer Abweichung von ±20° von einem rechten Winkel) zu der Axialrichtung bzw. der Ebene direkt auf die mindestens eine Gasentladungsröhre gerichtet ist und wobei der Gasfluss die mindestens eine Gasentladungsröhre zumindest abschnittsweise umfließt. Somit kann beispielsweise in der mindestens einen Gasentladungsröhre ein Temperaturgradient quer zur Axialrichtung bzw. der Ebene gebildet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens eine Gasentladungsröhre eine Bestrahlungsvorrichtung derart mittels eine Gasflusses gekühlt werden, dass ein erster Abschnitt der Gasentladungsröhre, welche dem zu bestrahlenden Substrat bzw. dem Bestrahlungsbereich zugewandt ist, eine höhere Temperatur aufweist, als ein zweiter Abschnitt der Gasentladungsröhre, welche dem zu bestrahlenden Substrat bzw. dem Bestrahlungsbereich abgewandt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Bestrahlungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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2 eine Prozessieranordnung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, wobei die Prozessieranordnung eine Bestrahlungsvorrichtung aufweist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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3A eine Bestrahlungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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3B eine Bestrahlungsvorrichtung in einer schematischen Draufsicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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4A eine Bestrahlungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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4B und 4C jeweils eine Bestrahlungsvorrichtung in einer schematischen Draufsicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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5A und 5B jeweils eine Bestrahlungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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6A und 6B jeweils eine Prozessieranordnung bzw. Bestrahlungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
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7 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben einer Bestrahlungsvorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa "oben", "unten", "vorne", "hinten", "vorderes", "hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Im Allgemeinen ergeben sich verschiedene Anwendungen für ein Kurzzeittempern einer dünnen Schicht mittels Blitzlampen, wobei beispielsweise Substrate mit einer Breite von mindestens 300 mm verwendet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Blitzlampenbehandlung an Luft, oder unter Schutz- bzw. Formiergas bei atmosphärischem Druck (oder auch bei Überdruck) bereitgestellt.
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Für eine Blitzlampenbehandlung, z.B. zum Tempern einer Schicht, kann ein Vakuum aus technologischen Gründen nicht erforderlich sein.
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Herkömmlicherweise werden für eine Blitzlampenbehandlung mit Wasser gekühlte Blitzlampen verwendet. Diese werden beispielsweise mittels einer Zündungsvorrichtung gezündet. Ein Feld mehrerer, benachbarter, wassergekühlter Blitzlampen kann sowohl im Vakuum, als auch an Luft in Form eines Moduls einsetzbar sein. Für den Vakuum-Fall scheinen wassergekühlte Blitzlampen und wassergekühlte Reflektoren erforderlich zu sein, welcher dann ohne zusätzlichen Entwicklungsaufwand auch bei atmosphärischem Druck einsetzbar wären.
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Die herkömmlicherweise verwendete Wasserkühlung der Blitzlampe macht ein sogenanntes Strömungsrohr aus Quarzglas erforderlich, welches koaxial um die Blitzlampe angeordnet ist. Dadurch wird die externe Zündung der Blitzlampe erheblich erschwert. Beispielsweise kann es zu Selbstzündungen der Blitzlampe kommen, und die Lichtausbeute im NIR-(nahen Infrarot)-Bereich verringert sich aufgrund des Wassermantels. Ferner können die Herstellungskosten aufgrund des Strömungsrohrs selbst hoch sein. Ferner können auch das Anschweißen von engtolerierten Endstücken an das Strömungsrohr und die Herstellung von wasserdichten, vakuumtauglichen Endköpfen und die Wasseraufbereitungsanlage bzw. deren Wärmetauscher zu hohen Herstellungskosten führen.
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Alternativ zur externen Zündung kann eine Thyristorzündung verwendet werden, die jedoch zu erheblichen Zündzeitverzögerungen sowie deutlich höheren Herstellungskosten führen kann, und deren Langzeitverhalten nicht einschätzbar sein kann.
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Ein wassergekühlter Reflektor weist beispielsweise ein hochreflektierendes Blech auf, welches auf eine wassergekühlte Basisplatte vakuumtauglich, auswechselbar und thermisch leitend aufgeklebt sein kann oder werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Bestrahlungsvorrichtung bereitgestellt, welche konstruktiv einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, sowie eine einfache Wartung von Modulen und einen zuverlässigen Betrieb von Blitzlampen ermöglicht.
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Zum Kurzzeittempern einer dünnen Schicht auf einem Substrat mit einer Breite von mehr als 300 mm können Blitzlampen mit einer Lichtbogenlänge von mehr als 600 mm verwendet werden. Diese benötigen grundsätzlich ein ausgereiftes Kühlkonzept im Gegensatz zu kurzen bzw. leistungsschwachen Lampen.
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1 veranschaulicht eine Bestrahlungsvorrichtung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Dabei weist die Bestrahlungsvorrichtung 100 mindestens eine Gasentladungsröhre 102 auf zum Bestrahlen eines Substrats 120 innerhalb eines Bestrahlungsbereichs 111. Ferner weist die Bestrahlungsvorrichtung 100 eine Gaszuführung 104 auf zum Kühlen der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 mittels eines Gases. Die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 kann zwischen dem Bestrahlungsbereich 111 und der Gaszuführung 104 angeordnet sein oder werden.
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Anschaulich kann aufgrund der Anordnung der Gasentladungsröhre 102 relativ zu der Gaszuführung 104 die Lage des Bestrahlungsbereichs 111 definiert sein, nämlich auf der Seite 102b der Gasentladungsröhre 102, welche der Gaszuführung 104 abgewandt ist. Anschaulich kann Strahlung von der Gasentladungsröhre 102 ungehindert in den Bestrahlungsbereich 111 emittiert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 einen ersten Abschnitt 102a aufweisen, welcher der Gaszuführung 104 zugewandt ist, und einen zweiten Abschnitt 102b, welcher dem Bestrahlungsbereich 111 zugewandt ist. Dabei können der erste Abschnitt 102a und der zweite Abschnitt 102b der Gasentladungsröhre 102 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Gasentladungsröhre 102 angeordnet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die Gaszuführung 104 mindestens eine Gasaustrittsöffnung 104o derart auf, dass die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 zumindest abschnittsweise mit Gas, welches aus der Gasaustrittsöffnung 104o austritt (mit anderen Worten ausfließt oder ausströmt), umflossen 104f bzw. umströmt 104f wird. Anschaulich kann dazu das Gas aus der Gaszuführung 104 direkt auf die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 geleitet werden. Beispielsweise kann der Außenmantel der Gasentladungsröhre 102 aus nur einer Richtung 104r (auch als Haupt-Gasflussrichtung 104r bezeichnet) mit Gas gekühlt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasaustrittsöffnung 104o der Gaszuführung 104 eine Haupt-Gasflussrichtung 104r definieren, in Richtung derer das Gas aus der mindestens einen Gasaustrittsöffnung 104a austritt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haupt-Gasflussrichtung 104r in Richtung des Bestrahlungsbereichs 111 gerichtet sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haupt-Gasflussrichtung 104r als Richtung der Schwerpunktsbewegung des aus der Gaszuführung 104 ausströmenden bzw. ausfließenden Gases verstanden werden. Beispielsweise kann das Gas senkrecht zur Öffnungsebene der Gasaustrittsöffnung 104a aus der Gaszuführung 104 ausströmen bzw. ausfließen. Ferner kann die Gasaustrittsöffnung 104a auch als Düse bereitgestellt sein oder werden, mittels derer der gerichtete Gasfluss erzeugt wird.
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Aufgrund der Strömungseigenschaften des Gases ausgehend von dem entsprechend bereitgestellten Gasfluss in Haupt-Gasflussrichtung 104r und der runden Form der Gasentladungsröhre 102 kann die Gasentladungsröhre 102 mittels des Gases umflossen 104f oder umströmt 104f werden, so dass die Gasentladungsröhre 102 aufgrund des Gasflusses 104f gekühlt wird.
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Der erste Abschnitt 102a der Gasentladungsröhre 102, welcher der Gaszuführung 104 zugewandt ist, kann dabei mittels des Gases stärker gekühlt werden, als der zweite Abschnitt der Gasentladungsröhre 102, welcher der Gaszuführung 104 abgewandt ist, so dass beim Betrieb der Gasentladungsröhre 102 ein Temperaturgradient in der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 gebildet wird. Dieser Temperaturgradient kann mittels der Gaszuführung 104 entsprechend eingestellt werden. Anschaulich wird die Gasentladungsröhre 102 inhomogen gekühlt, wobei der heißeste Abschnitt der Gasentladungsröhre 102 dem Bestrahlungsbereich 111 zugewandt sein sollte.
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Anschaulich kann sich die Gasentladungsröhre 102 in eine Richtung 103 (z.B. quer zu den Richtungen 101 und 105) erstrecken, wobei der Temperaturgradient in der Gasentladungsröhre 102 quer oder in einem Winkel zu den Richtungen 101, 103 erzeugt wird, z.B. in Richtung 105. Anschaulich kann sich die Gasentladungsröhre 102 in einer Ebene (z.B. quer zu der Richtung 105) erstrecken, wobei der Temperaturgradient in der Gasentladungsröhre 102 quer oder in einem Winkel zu der Ebene erzeugt wird, z.B. in Richtung 105.
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Analog zum vorangehend Beschriebenen, ist in 2 eine Prozessieranordnung 200 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht veranschaulicht. Die Prozessieranordnung 200 kann eine Prozesskammer 202 aufweisen, welche einen Bestrahlungsbereich 111 aufweist. Zum Bestrahlen eines Substrats 120 innerhalb des Bestrahlungsbereichs 111 kann eine Bestrahlungsvorrichtung, verwendet werden, wie hierin beschrieben ist. Ferner weist die Prozessieranordnung 200 eine Transportvorrichtung 220 auf zum Transportieren des Substrats 120 entlang einer Transportrichtung 101 in den Bestrahlungsbereich 111 hinein und/oder aus dem Bestrahlungsbereich 111 heraus. Ferner weist die Prozessieranordnung 200 eine Transportvorrichtung 220 auf zum Transportieren und/oder Positionieren des Substrats 120 in dem Bestrahlungsbereich 111.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozesskammer 202 eine Atmosphärendruck-Prozesskammer sein, welche in einem Druckbereich von ungefähr 900 mbar bis 1100 mbar betrieben werden kann. Ferner kann die Prozesskammer 202 eine Überdruck-Prozesskammer sein, welche in einem Druckbereich von mehr als 1100 mbar betrieben werden kann.
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Anschaulich muss ein Druck innerhalb der Prozesskammer 202 realisiert sein oder werden, der eine ausreichende Kühlung mittels des Gases erlaubt. Im Feinvakuum oder im Hochvakuum kann beispielsweise kein geeignet großer Gasfluss 104f (z.B. von mehr als 200 slm; d.h. Standard-Liter pro Minute unter den Normbedingungen T = 0 °C und p = 1013,25 hPa) bereitgestellt sein oder werden. Mit anderen Worten kann die Gaszuführung 104 derart eingerichtet sein oder werden, dass ein Gasfluss 104f von mehr als 500 slm bereitgestellt ist oder wird, z.B. ein Gasfluss 104f in einem Bereich von ungefähr 200 slm bis ungefähr 100000 slm, z.B. in einem Bereich von ungefähr 500 slm bis ungefähr 50000 slm.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Transportvorrichtung 220 mehrere Transportrollen aufweisen zum Transportieren des, z.B. plattenförmigen, Substrats 120 in dem Beschichtungsbereich 111. In analoger Weise kann das Substrat auch ein Bandsubstrat bzw. ein Metallband oder eine Folie sein, welche von Rolle zu Rolle transportiert wird. Anschaulich kann ein beliebiges Transportsystem verwendet werden, welches geeignet ist, dass entsprechende Substrat 120 zu transportieren. Dabei kann das Substrat ein beliebiges Werkstück sein, z.B. ein Wafer, eine Glasplatte, ein Halbzeug, ein Werkzeug, etc.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessieranordnung 200 ferner eine Absaugvorrichtung aufweisen (nicht dargestellt) zum Absaugen des Gases aus dem Bestrahlungsbereich 111 bzw. aus der Prozesskammer 202. Somit kann das Gas beispielsweise in einem Gaskreislauf zurückgeführt werden, z.B. gekühlt werden, und erneut mittels der Gaszuführung 104 zum Kühlen der Gasentladungsröhre 102 verwendet werden.
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Zum Betreiben der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 kann diese gepulst aktiviert werden, was anschaulich als blitzen bezeichnet wird. Pro Lichtblitz kann dabei eine elektrische Energie von mehreren Kilojoule umgesetzt werden. Beispielsweise kann die Gasentladungsröhre 102 mit einer Frequenz in einem Bereich von ungefähr 0,1 Hz bis ungefähr 100 Hz betrieben werden, bei einer Pulsdauer von weniger als 1 ms. Somit ergibt sich beispielsweise eine im Vergleich zum Lichtblitz geringe mittlere Leistung aufgrund der geringen An-Zeit der Gasentladungsröhre 102, so dass diese mit Gas ausreichend gekühlt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann es erforderlich sein, dass die Gasentladungsröhre 102 über ein Zeitdauer von mehr als 5 min gepulst betrieben wird, wie vorangehend beschrieben ist, da sich, aufgrund der thermischen Trägheit, dann erst ein Temperaturgradient aufgrund der inhomogenen Kühlung in der Gasentladungsröhre 102 ausbilden kann.
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Der Gasfluss 104f zum Kühlen der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 wird in einem Winkel zu der Axialrichtung der Gasentladungsröhre 102 oder der Ebene, in welcher die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 angeordnet ist, direkt auf die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 gerichtet. Dabei umfließt der Gasfluss 104f die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 zumindest abschnittsweise. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen müssen die Endabschnitte der Gasentladungsröhre 102 beispielsweise weniger oder nicht gekühlt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 an deren axialen Endabschnitten gelagert sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsvorrichtung 100 ferner eine Reflektorstruktur, z.B. einen Reflektor oder mehrere Reflektoren, aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gasfluss 104f um die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 herum mittels einer Reflektorstruktur zusätzlich geführt werden. Dazu kann die Reflektorstruktur gewinkelt oder gekrümmt ausgestaltet sein, z.B. parabelförmig, oder abschnittsweise kreisförmig.
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Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Bestrahlungsvorrichtung 100 und der Prozessieranordnung 200 sowie Details zu der Gasentladungsröhre 102, der Gaszuführung 104 beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1 und 2 beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1 und 2 beschriebene Bestrahlungsvorrichtung 100 bzw. Prozessieranordnung 200 übertragen werden oder mit der in den 1 und 2 beschriebenen Bestrahlungsvorrichtung 100 bzw. Prozessieranordnung 200 kombiniert werden.
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3A veranschaulicht eine Bestrahlungsvorrichtung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Bestrahlungsvorrichtung 100 einen Reflektor 306 bzw. eine Reflektorstruktur 306 aufweist. In 3B ist der Reflektor 306 bzw. die Reflektorstruktur 306 der Bestrahlungsvorrichtung 100 in einer Draufsicht dargestellt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 zwischen dem Bestrahlungsbereich 111 und der Reflektorstruktur 306 derart angeordnet sein oder werden, dass von der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 emittierte Strahlung in den Bestrahlungsbereich 111 reflektiert wird. Die Reflektorstruktur 306 kann eine gekrümmte und/oder gewinkelte Form aufweisen, wobei die Reflektorstruktur 306 die mindestens eine Gasentladungsröhre teilweise umgibt. Zwischen der Reflektorstruktur 306 und der Gasentladungsröhre 102 kann ein Spalt derart verbleiben, dass das Gas, welches mittels der Gaszuführung 104 zugeführt wird, zwischen der Reflektorstruktur 306 und der Gasentladungsröhre 102 geführt werden kann. Mit anderen Worten wird das Gas mittels der Reflektorstruktur 306 um die Gasentladungsröhre 102 herum geführt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die die Reflektorstruktur 306 derart mit der Gaszuführung 104 gekuppelt sein, dass das Gas mittels der Reflektorstruktur 306 zugeführt wird. Mit anderen Worten kann die Gasaustrittsöffnung 104o der Gaszuführung 104 in der Reflektorstruktur 306 angeordnet sein oder mittels der Reflektorstruktur 306 bereitgestellt sein.
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Wenn die Gasentladungsröhre 102 in Axialrichtung (z.B. in Richtung 103) längserstreckt ist, kann eine Reflektorstruktur 306 verwendet werden, welche ebenfalls in Axialrichtung längserstreckt ist. Dabei kann die Reflektorstruktur 306 länger sein als die Gasentladungsröhre 102 oder die Gasentladungsröhre 102 kann länger sein als die Reflektorstruktur 306.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann je nach Anzahl der verwendeten Gasentladungsröhren 102, z.B. 1 bis 20, eine geeignete Reflektorstruktur 306 bereitgestellt sein oder werden. Wenn die verwendeten Gasentladungsröhren 102 eine ausreichend dichte Leuchtfläche bereitstellen, kann ein planarer Reflektor verwendet werden (vgl. beispielsweise 6B).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Reflektorblech 306, welches parabolförmig um eine axiale Blitzlampe 102 angeordnet ist, eine Vielzahl von Durchgangslöchern 104o (z.B. Bohrungen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen) bzw. einen Schlitz 104o aufweisen, durch welchen das Gas (z.B. gefilterte Pressluft bzw. Inertgas) zur Kühlung der Blitzlampe 102 gepumpt werden kann. Gleichzeitig zu der Blitzlampe 102 wird dabei auch der Reflektor 306 gekühlt. Der Reflektor 306 kann gleichzeitig auch zur Zündung der Blitzlampe 102 verwendet werden. Im Vergleich zu einer herkömmlicherweise verwendeten Wasserkühlung können wesentlich höhere Verschiebungsströme für die Zündung der Blitzlampe 102 generiert werden (z.B. aufgrund der 81-fach geringeren Dielektrizitätskonstante von Luft bzw. dem zum Kühlen verwendeten Gas), so dass nicht nur eine sichere Zündung gewährleistet sein kann, sondern auch eine minimale Betriebsspannung (Ladespannung der Kondensatoren) zur Zündung der Blitzlampe 102 abgesenkt sein kann.
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Der Gasfluss 104f (z.B. ein Luftstrom) entfernt beispielsweise auch durch UV-Licht generiertes Ozon aus dem Bestrahlungsbereich 111 (auch als Prozessbereich bezeichnet). Ferner kann der Gasfluss 104f zusätzlich zum Entfernen von Partikeln genutzt werden, welche sich auf der Substratoberfläche und/oder in dem Bestrahlungsbereich 111 befinden.
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Außerhalb des Bestrahlungsbereichs 111 kann das Kühlgas entweder ins Freie geleitet werden oder, wenn beispielsweise Inertgas verwendet wird, in einem Kreislauf nach Filterung wieder verwendet werden.
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Die Aufhängung der Blitzlampe 102 kann in einfachster Weise erfolgen, z.B. mittels eines Hakens an den Endabschnitten der Gasentladungsröhre 102.
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Aufgrund der Gaskühlung ist eine höhere Betriebssicherheit, insbesondere hinsichtlich von Hochspannungen gegeben, verglichen mit einer Wasserkühlung.
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Der Lichtverlust (bzw. Strahlungsverlust) aufgrund der Bohrungen 104o bzw. des Schlitzes 104o im Reflektor 306 ist minimal, da der in diesem Bereich reflektierte und anschließend in der Substratebene auftreffende Lichtanteil aufgrund der Selbstabsorption des Plasmas bzw. der Mehrfachreflexion relativ klein ist.
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Die geringste Temperatur auf der Innenwandung, im Abschnitt 102a, der Blitzlampe hat in diesem Fall den geringsten Abstand zur Bohrung 104o bzw. zum Schlitz 104o (vgl. beispielsweise 3A). Kondensate, die im Betriebsfall der Blitzlampe 102 entstehen, z.B. Silizium und/oder Wolfram, lagern sich in diesem Bereich 102a, der optisch den geringsten Beitrag an der Gesamtintensität in dem Bestrahlungsbereich 111 hat, an. An der heißesten Stelle auf der Innenseite, im Abschnitt 102a, der Blitzlampe 102 (gegenüberliegend zur kältesten Stelle) wird Glas abgetragen, so dass hier die höchste Transparenz des Glases im Vergleich zum restlichen Lampenkörper erreicht oder besser gesagt erhalten wird.
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Die Ursache für die inhomogene Kühlung sind beispielsweise geringere Luftgeschwindigkeiten bzw. Luftwirbel im heißesten Bereich 102b der Blitzlampe 102. Dieser Emissionsbereich 102b der Blitzlampe 102 liefert den größten Beitrag der gesamten Lichtintensität auf dem Substrat 120. Bei einer wassergekühlten Blitzlampe 102 dagegen ist der Bereich, an dem sich ein Kondensat bildet oder Glas abgetragen wird nicht kontrollierbar, was zu einer inhomogenen Lichtintensität entlang der Lampenachse nach einer gewissen Betriebsdauer der herkömmlicherweise wassergekühlten Blitzlampe führen kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Reflektor 306 mindestens einen Schlitz 104o (einen durchgehenden Schlitz 104o oder einen segmentieren Schlitz 104o gebildet aus einer Vielzahl von Lochbohrungen) aufweisen, wobei die Blitzlampe 102 beispielsweise unterhalb des Reflektor 306 angeordnet sein kann. Damit ist die Kühlwirkung beispielsweise unabhängig von der Länge der Blitzlampe 102, da der Luftstrom bzw. Gasstrom nicht parallel der Hauptachse der Blitzlampe 102 geführt wird (wie es herkömmlicherweise mittels eines Strömungsrohrs erfolgt), sondern beispielsweise senkrecht oder in einem Winkel dazu.
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Die Aufhängung der Blitzlampe 102 kann konstruktiv sehr einfach gestaltet werden, z.B. mittels eines Hakens oder eines Ständers am jeweiligen Lampenende (nicht dargestellt).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsvorrichtung 100 ein Gasentladungsröhren-Feld 402 (ein so genanntes Blitzlampenfeld 402) aufweisen, welches sich in einer Ebene erstreckt.
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4A veranschaulicht beispielsweise einen Teil (z.B. ein Blitzlampenfeld 402) einer Bestrahlungsvorrichtung 100 in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, wobei in 4B und 4C jeweils eine schematische Draufsicht des Teils der Bestrahlungsvorrichtung 100 veranschaulicht ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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Wie in 4A veranschaulicht ist, können mehrere Gasentladungsröhren 102 in einer Ebene 102e (als Gasentladungsröhren-Ebene 102e bezeichnet) nebeneinander angeordnet sein oder werden. Dabei können die Gasentladungsröhren 102 jeweils einen Röhrendurchmesser 102d (z.B. ein Außendurchmesser der jeweiligen Gasentladungsröhre 102) aufweisen, wobei der Achsabstand 409 jeweils benachbarter Gasentladungsröhren 102 größer ist, als der Röhrendurchmesser 102d, so dass jeweils zwischen benachbarten Gasentladungsröhren 102 ein Spalt 407 bereitgestellt ist, durch welchen das Gas zum Kühlen der Gasentladungsröhren 102 geführt werden kann.
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In analoger Weise kann mindestens eine Gasentladungsröhre 102 derart geformt sein, d.h. derart in der Ebene 102e bereitgestellt sein, dass mehrere Gasentladungsröhrenabschnitte 402a der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 in der Gasentladungsröhren-Ebene 102e nebeneinander angeordnet sind. Anschaulich kann die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 beliebig meanderförmig, spiralförmig, ringförmig, etc. in der Ebene 102e bereitgestellt sein oder werden. Dabei kann die mindestens eine derart ausgestaltete Gasentladungsröhre 102 einen Röhrendurchmesser 102d (z.B. der Außendurchmesser) aufweisen, wobei der Achsabstand 409 jeweils benachbarter Gasentladungsröhrenabschnitte 402a größer ist, als der Röhrendurchmesser 102d, so dass jeweils zwischen benachbarten Gasentladungsröhrenabschnitten 402a ein Spalt 409 bereitgestellt ist, durch welchen das Gas zum Kühlen der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 geführt werden kann.
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Die mindestens eine Gasentladungsröhre 102, wie hierin beschrieben ist, kann beispielsweise mehrere in einer Gasentladungsröhren-Ebene 102e nebeneinander angeordnete Gasentladungsröhren 102 aufweisen, wie beispielsweise in 4A und 4B veranschaulicht ist. Alternativ kann sich die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 derart in einer Gasentladungsröhren-Ebene 102e erstrecken, dass mehrere Gasentladungsröhrenabschnitte 402a der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 in der Gasentladungsröhren-Ebene 102e nebeneinander angeordnet sind, wie beispielsweise in 4A und 4C veranschaulicht ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Form des verwendeten Reflektors 306 bzw. die Ausgestaltung der Reflektorstruktur 306 von dem Verhältnis des Achsabstands 409 zum Röhrendurchmesser 102d abhängig sein, d.h. indirekt auch von der Breit des Spalts 407.
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Wenn der Achsabstands 409 geringer ist als das Dreifache des Röhrendurchmesser 102d, kann eine planare Reflektorfläche verwendet werden, welche sich parallel zur Gasentladungsröhren-Ebene 102e erstreckt (vgl. beispielsweise 6A). Andernfalls kann für jede Gasentladungsröhre 102 der mehreren Gasentladungsröhren (oder für entsprechend mehrere Gasentladungsröhrenabschnitte 402a der mindestens einen Gasentladungsröhre 102) ein separates Reflektor-Element verwendet werden (vgl. beispielsweise 6B).
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5A veranschaulicht eine Bestrahlungsvorrichtung 100 in einer schematischen Ansicht und 6A veranschaulicht eine entsprechende Prozessieranordnung 200, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gaszuführung 104 ein Zuleitungsrohr 504 aufweisen, durch welches Pressluft bzw. Inertgas hindurch auf die Gasaustrittsöffnung 104o (z.B. die Bohrungen oder den Schlitz) im Reflektor 306 verteilt wird. Dabei ist der Rohrdurchmesser des Zuleitungsrohrs 504 in Abhängigkeit vom Innendruck und Bohrungsdurchmesser bzw. Schlitzbreite derart zu wählen, dass kein signifikanter Druckabfall entlang der Hauptachse 103 der Blitzlampe 102 entsteht, um eine gleichmäßige Kühlung der Blitzlampe 102 zu gewährleisten. Die Aufhängung des Reflektors 306 kann durch ein einfaches Metallbauteil 506 bewerkstelligt sein oder werden, welches mit dem Zuleitungsrohr 504 verschweißt sein kann. Diese Baugruppe kann elektrisch von weiteren Bauteilen isoliert sein oder werden, so dass diese Baugruppe zum Zünden der Blitzlampe 102 verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine elektrisch leitfähige Verbindung zu einem Zündgenerator bereitgestellt sein oder werden, so dass der elektrische Zündpuls mittels dieser Baugruppe 504, 306, 506 in die Blitzlampe 102 eingekoppelt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Reflektorstruktur 306 beliebig ausgestaltet sein oder werden, z.B. kann die Gaszuführung 104 und/oder eine elektrische Leitungsführung, zumindest teilweise in die Reflektorstruktur 306 integriert sein oder an der Reflektorstruktur 306 befestigt sein, wobei die Reflektorstruktur 306 gekrümmte Reflektorflächen 306f aufweist zum Reflektieren der von der Blitzlampe 102 emittierten Strahlung in den Bestrahlungsbereich 111.
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5B veranschaulicht eine Bestrahlungsvorrichtung 100 in einer schematischen Ansicht und 6B veranschaulicht eine entsprechende Prozessieranordnung 200, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Bestrahlungsvorrichtung 100 ein Feld 402 mehrerer, parallel angeordneter Blitzlampen 102 aufweisen, analog zum vorangehend Beschriebenen. Dabei können konstruktiv die Baugruppen jeder Blitzlampe zu einer einzigen zusammengefasst werden und/oder die Zuleitungsrohre 504 für das Gas können in einer beliebig anderen Art miteinander verbunden sein oder werden.
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Um eine homogene Intensitätsverteilung des Lichtes auf dem zu bestrahlenden Substrat 120 zu erreichen, sollte der Mindestabstand zwischen dem Blitzlampenfeld 402 und dem Substrat 120 ungefähr dreimal so groß sein wie der Abstand der Mittelachsen (auch als Achsabstand 409 bezeichnet) der Blitzlampen 102 zueinander. Mit steigendem Abstand zwischen der Lampenebene 102e und dem Substrat wird der Randabfall der Lichtintensität in der Substratebene senkrecht zur Lampenachse größer. Zur Minimierung der Verluste durch den Randabfall ist es zweckmäßig einen Seitenreflektor 606 zu verwenden, wie beispielsweise in 6A veranschaulicht ist. Der lichte Abstand zwischen Substrat und Seitenreflektor sollte möglichst klein sein. Um einen elektrischen Überschlag zwischen dem Reflektor 306 und dem potentiell elektrisch leitfähigen Substrat 120 während der Zündung der Blitzlampen 102 zu unterbinden, sollte der Seitenreflektor 606 elektrisch isolierend sein, z.B. ein QRC-(quartz reflective coating)-Reflektor auf Quarzglas oder ein hochreflektierendes Keramikbauteil.
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Der Luftstrom 104f bzw. Gasfluss 104f in 6A dient, wie hierin beschrieben ist, auch zum Entfernen von Partikeln von der Substratoberfläche und aus dem Bestrahlungsbereich 111 (d.h. dem Bereich zwischen den Seitenreflektoren 606). Die 6A zeigt den Gasfluss 604f zum Entfernen der Partikel aus dem Bestrahlungsbereich 111. Der Gasfluss 604f (z.B. ein Luftstrom oder Inertgasstrom) auf der rechten Seite ist beim Eintritt der Stirnseite des Substrats 120 in den Bestrahlungsbereich 111 wesentlich stärker ausgeprägt als auf der linken Seite. Genauso verhält es sich beim Austritt des Substrats 120 aus dem Bestrahlungsbereich 111 nur spiegelverkehrt. Zum Entfernen der Partikel aus dem Bestrahlungsbereich 111 ist dennoch ein entsprechend geeigneter Gasfluss 604f auf beiden Seiten des Reflektors in Transportrichtung 101 vorhanden. Sobald sich weder die Stirnseite noch die Kante am anderen Ende des Substrats im Bestrahlungsbereich 111 befindet, ist der Gasfluss 604f ideal zum Entfernen der Partikel von dem Substrat und/oder generell zum Entfernen der Partikel aus dem Bestrahlungsbereich.
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Da bei dieser Form von Gaskühlung das herkömmlicherweise verwendete Strömungsrohr entfällt, kann der Abstand zwischen den Blitzlampen 102 weiter verringert werden, im Vergleich zur Wasserkühlung. Damit lassen sich nicht nur höhere Strahlungsintensitäten in der Substratebene generieren, sondern es vereinfacht sich auch die Gestaltung des Reflektors 306, wie gemäß 6B veranschaulicht ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Spalt 407 zwischen den jeweils benachbarten Blitzlampen 102 weniger als beispielsweise 5 cm breit sein, z.B. in einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 50 mm.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Achsabstand der jeweils benachbarten Blitzlampen 102 kleiner sein als das 3-fach des Durchmessers 102d quer zur Hauptachse (z.B. die Rohrachse der jeweiligen Gasentladungsröhre 102 parallel zur Richtung 103) der Blitzlampen 102.
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Aufgrund des geringen Lampenabstands kann es zu einem ähnlichen Gasfluss 104f, 604f kommen, wie es bezüglich 6A dargestellt ist, wobei jedoch der Gasfluss 104f mittels der Reflektorstruktur unterstützt bzw. geführt wird.
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7 veranschaulicht ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren 700 zum Betreiben einer Bestrahlungsvorrichtung 100 bzw. für ein Verfahren 700 zum Betreiben mindestens einer Gasentladungsröhre 102, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren 700 Folgendes aufweist: in 710, gepulstes Aktivieren mindestens einer Gasentladungsröhre 102 (der Bestrahlungsvorrichtung 100), welche sich in eine Axialrichtung 103 oder in einer Ebene 102e erstreckt; und, in 720, Erzeugen eines Gasflusses 104f zum Kühlen der mindestens einen Gasentladungsröhre 102, wobei der Gasfluss 104f in einem Winkel zu der Axialrichtung 103 bzw. zu der Ebene 102e direkt auf die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 gerichtet ist und wobei der Gasfluss 104f die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 zumindest abschnittsweise umfließt. Somit kann in der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 ein Temperaturgradient erzeugt werden, wie vorangehend beschrieben ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Reflektorstruktur 306 bzw. zumindest die Reflektorfläche 306f Aluminium aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Reflektorstruktur 306 ausschließlich Gasgekühlt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Reflektorstruktur 306 und die mindestens eine Gasentladungsröhre 102 mittels nur einer Gaszuführung 104 gekühlt werden. Ferner können die Reflektorstruktur 306 und die Gaszuführung 104 als eine gemeinsame Baugruppe eingerichtet sein oder werden, wobei diese Baugruppe ferner zum Zünden der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 verwendet werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gaszuführung 104 derart eingerichtet sein, dass auf der Oberfläche der mindestens einen Gasentladungsröhre 102 eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases in einem Bereich von ungefähr 1 m/s bis ungefähr 50 m/s bereitgestellt ist, z.B. in einem Bereich von ungefähr 5 m/s bis ungefähr 15 m/s.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die mindestens eine Gasaustrittsöffnung (104o) der Gaszuführung 104 eine Öffnungsbreite oder einen Öffnungsdurchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 10 mm aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gaszuführung 104 mit einer Pumpenanordnung gekuppelt sein zum Bereitstellen eines Überdrucks (bezüglich des Drucks in dem Bestrahlungsbereich 111) in dem jeweiligen Zuleitungsrohr 504 der Gaszuführung 104. Dabei kann ein Überdruck in einem Bereich von ungefähr 10 mbar bis ungefähr 1000 mbar bereitgestellt sein oder werden.
